JP2017130683A - 磁性コア - Google Patents
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Description
例えば、高周波焼入するワークの形状が複雑で焼入深さを調整する必要がある場合は、取り付けるコアの形状、サイズ、数量、方向、位置などを変更することにより誘導加熱の状態を変化させることができ、ワークの焼入深さを制御することが可能となる。このコア材料には、(1)周波数特性が良好なこと、すなわち周波数の変化に伴うインダクタンスの変化が少ないこと、(2)飽和磁束密度が高いこと、(3)比透磁率が高いこと、(4)鉄損が小さいこと、などの磁気特性が必要となる。
また、多様なワークの形状に対応するため、コア部品も多品種少量生産となることが多く、1つ1つ切削対応にて生産されることが多い。このため、強度が高く切削性に富んだ材料が求められている。
従来、高周波焼入コイル用磁性コアとしては、例えば、鉄粉をフッ素樹脂で固着したフラクストロールA(Fluxtrol社製商品名)や、センダスト粉をフェノール樹脂で固着したポリアイアン(NECトーキン(株)社製商品名)などが使用されているが、それらの材料強度は比較的低く、薄肉切削時の割れ発生や、コイル取付け時の破損等の問題があった。
また、還元鉄粉末に該粉末の多孔度を余り減じない程度に熱硬化性エポキシを混和被覆した後に、加圧成形、硬化および含油の工程による鉄系含油軸受の製造方法が知られている(特許文献2)。
特許文献2に記載の鉄系含油軸受の場合、還元鉄粉末への絶縁が十分でなく、磁性コアとしての磁気特性を得ることが困難である。
さらに、磁性コアを高周波焼入コイル用として使用する場合、従来使用されている磁性コアは、その材料強度が低く、薄肉切削時の割れ発生や、コイル取付け時の破損等が生じるという問題がある。
上記鉄系軟磁性体粉末が還元鉄粉末であることを特徴とする。また、上記鉄系軟磁性体粉末は、タイラー篩番号で80メッシュ(以下、単に80メッシュという)を通過し、同325メッシュを通過しない粒子であることを特徴とする。
エポキシ樹脂に含まれる潜在性硬化剤がジシアンジアミドであり、この潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂の軟化温度が100〜120℃であることを特徴とする。
また、上記鉄系軟磁性体粉末と潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂との合計量に対して、上記鉄系軟磁性体粉末が95〜99質量%、上記潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂が1〜5質量%配合されていることを特徴とする。
本発明の磁性コアは高周波焼入コイルに使用される磁性コアであることを特徴とする。
また、鉄系軟磁性体粉末表面に形成されたエポキシ樹脂の絶縁被膜により鉄粉の素地が接触する頻度を低減し、磁気特性となる周波数特性を向上させることができる。
さらに鉄系軟磁性体粉の表面に形成されたエポキシ樹脂の熱硬化により材料強度向上に寄与し、圧環強度などの磁性コアの機械的強度を大幅に向上させることができる。また、窒素雰囲気中における硬化処理により酸化を低減し、飽和磁束密度や比透磁率などの磁気特性の低減を抑制する。
本発明の磁性コアは、粉末冶金法によるニアネットシェイプによって材料歩留り向上、工数削減、生産性向上およびコスト低減が実現でき、高周波焼入コイルに好ましく使用できる。
還元鉄粉として、(1)100メッシュを通過して325メッシュを通過しない鉄粉粒子(以下、還元鉄粉という)と、(2)325メッシュを通過する鉄粉粒子(以下、還元鉄粉(微粉)という)と、(3)100メッシュを通過して325メッシュを通過しないアトマイズ鉄粉粒子(以下、アトマイズ鉄粉という)とを準備する。
次に、これら(1)〜(3)の鉄粉97.3質量%に潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂粉末2.7質量%を配合して、ニーダーを用いて110℃で加熱混練後、粉砕して複合磁性粉末を製造した。この複合磁性粉末を金型を用いて400MPaの成形圧力で圧縮成形し、180℃の温度で1時間窒素雰囲気で硬化させて、さらに切削加工を施し、内径7.6mmφ、外径12.6mmφ、厚さ5.7mmの平円筒状の磁性コアを得た。この磁性コアに一次側巻線および二次側巻線を巻回してトロイダル状の供試試験片を得た。一次側巻線に直流を通電して磁化力(A/m)を変化させたときの二次側巻線の磁束密度を測定して直流B−H特性を測定した。結果を図2に示す。
直流B−H特性は、還元鉄粉およびアトマイズ鉄粉で同等であり、還元鉄粉(微粉)が低下した。還元鉄粉(微粉)の場合、樹脂被膜が均一に形成し難いため、圧縮成形時の圧縮性に劣り、磁性コアの密度が低くなるためと考えられる。
図3に示すインダクタンス変化率は3者とも同等であった。図4に示す比透磁率は、還元鉄粉およびアトマイズ鉄粉は同等であったが、還元鉄粉(微粉)の比透磁率は低下した。これは絶縁被膜が均一に形成していないことや、微粉末のため圧縮性が劣り、密度が低くなったことによると考えられる。
図6に示すように、還元鉄粉を用いた磁性コアがアトマイズ鉄粉を用いた磁性コアよりも10%程度圧環強度が高くなる。還元鉄粉の方がアトマイズ鉄粉よりも粉末同士の絡みが生じるためと考えられる。還元鉄粉(微粉)の磁性コアが最も圧環強度が低かった。これは、樹脂被膜が均一に形成しにくいため、鉄素地が接触する頻度が高まり、鉄粉同士が接着されてない箇所が多く存在するためと考えられる。
図7に示すように、窒素雰囲気で硬化させた磁性コアの圧環強度が優れていた。これは一部露出している鉄粉表面の酸化が抑えられるためと考えられる。
潜在性エポキシ硬化剤としては、ジシアンジアミド、三フッ化ホウ素−アミン錯体、有機酸ヒドラジド等が挙げられる。これらの中で、上記硬化条件に適合するジシアンジアミドが好ましい。
また、潜在性エポキシ硬化剤と共に、三級アミン、イミダゾール、芳香族アミンなどの硬化促進剤を含むことができる。
絶縁被膜が表面に形成された鉄系軟磁性体粉末は、金型を用いる圧縮成形により成形体となし、その後エポキシ樹脂の熱硬化開始温度以上の温度で熱硬化させることで一体化された磁性コアが得られる。
上述した鉄系軟磁性体粉末と、上述した潜在性硬化剤が既に配合されているエポキシ樹脂とをそれぞれ準備する。鉄系軟磁性体粉末は予め分級機により80メッシュの篩を通過し、325メッシュの篩を通過しない粒子に調整されている。
混合工程により、鉄系軟磁性体粉末とエポキシ樹脂とを該エポキシ樹脂の軟化温度以上、熱硬化開始温度未満の温度で乾式混合する。この混合工程においては、最初に鉄系軟磁性体粉末とエポキシ樹脂とを室温で十分にブレンダー等を用いて混合する。次に、混合された混合物をニーダー等の混合機に投入してエポキシ樹脂の軟化温度(100〜120℃)にて加熱混合する。この加熱混合の工程により、鉄系軟磁性体粉末の表面にエポキシ樹脂の絶縁被膜が形成される。この段階ではエポキシ樹脂は未硬化である。
加熱硬化後、必要に応じて、切削加工、バレル加工、防錆処理などを行ない磁性コアが得られる。
100メッシュを通過して250メッシュを通過しない鉄粉粒子97.3gと、硬化剤としてジシアンジアミドを含むエポキシ樹脂粉末2.7gとをブレンダーにて室温で10分間混合した。この混合物をニーダーに投入して110℃で15分間加熱混練した。ニーダーより凝集したケーキを取り出して冷却した後、粉砕機で粉砕した。次いで金型を用いて400MPaの成形圧力で圧縮成形した。圧縮成形品を金型より取り出し、180℃の温度で1時間窒素雰囲気で硬化させた。さらに切削加工を施し磁性コアを製造した。
また、上述した磁気特性測定用トロイダル状の試験片を作製し、磁気特性を上述した方法で測定した。また、表面硬さ、体積抵抗、表面抵抗測定用として10mm×25mm×3mm厚さの試験片を作製した。測定結果を表1に示す。
なお、鉄粉をポリテトラフルオロエチレンで固着した磁性コア(比較例1)、センダスト粉をフェノール樹脂で固着した磁性コア(比較例2)を上記試験片と同一の形状として、実施例1と同一の評価を行なった。切削加工の工程で、比較例1および比較例2の磁性コアは機械的強度が弱く、薄肉部の切削可能では割れ、クラックが発生した。結果を表1に示す。
2 圧縮成形体
3 凹み部
Claims (10)
- 樹脂被膜が粒子表面に形成された鉄系軟磁性体粉末を圧縮成形後に熱硬化させて製造される磁性コアであって、
前記樹脂被膜が潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂の軟化温度以上、熱硬化開始温度未満の温度で乾式混合することにより形成される未硬化樹脂被膜であり、
前記圧縮成形が金型を用いる圧縮成形体の製造であり、
前記熱硬化が前記エポキシ樹脂の熱硬化開始温度以上の温度で熱硬化させることを特徴とする磁性コア。 - 前記鉄系軟磁性体粉末が還元鉄粉末であることを特徴とする請求項1記載の磁性コア。
- 前記鉄系軟磁性体粉末は、タイラー篩番号で80メッシュを通過し、同325メッシュを通過しない粒子であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の磁性コア。
- 前記潜在性硬化剤がジシアンジアミドであり、この潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂の軟化温度が100〜120℃であることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3記載の磁性コア。
- 前記鉄系軟磁性体粉末と前記潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂との合計量に対して、前記鉄系軟磁性体粉末が95〜99質量%、前記潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂が1〜5質量%配合されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項記載の磁性コア。
- 前記磁性コアが高周波焼入コイルに使用される磁性コアであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項記載の磁性コア。
- 請求項1記載の磁性コアの製造方法であって、
前記鉄系軟磁性体粉末と前記潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂とを該エポキシ樹脂の軟化温度以上、熱硬化開始温度未満の温度で乾式混合する混合工程と、
前記混合工程により生成した凝集ケーキを室温で粉砕して複合磁性粉末を得る粉砕工程と、
前記複合磁性粉末を金型を用いて圧縮成形体とする圧縮成形工程と、
前記エポキシ樹脂の熱硬化開始温度以上の温度で前記圧縮成形体を熱硬化させる硬化工程を含むことを特徴とする磁性コアの製造方法。 - 前記圧縮成形工程が200〜500MPaの成形圧力で成形されることを特徴とする請求項7記載の磁性コアの製造方法。
- 前記硬化工程が硬化温度170〜190℃で硬化されることを特徴とする請求項7または請求項8記載の磁性コアの製造方法。
- 前記硬化工程が窒素雰囲気中で硬化されることを特徴とする請求項9記載の磁性コアの製造方法。
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