JP2019033268A - 磁性コアおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
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。
しかしながら、特許文献1に記載の磁性コアは、汎用性に優れているが電気絶縁性に関しては不十分であるため、使用用途によっては磁性コアを介して電気的短絡、発熱を生じ、磁性コアの耐久性を著しく低下させる場合がある。このため、絶縁性を求められる用途には、展開が困難であるという問題があった。
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。
図1(a)および図1(b)に示すように、コイル2は電気抵抗の低い銅のパイプや板などで構成され、加熱効率の向上や加熱部位の調整のために、磁束を制御する磁性コア1が配置されている。この磁性コア1はコイル電流3aが流れることで発生する磁束をワークへ集中させたり、反対に遮蔽させたりすることで誘導加熱の状態を変化させることができる。図1(a)の場合、絶縁耐力の低い磁性コア1を使用すると、磁性コア1内を介して漏洩電流3bが流れ、磁性コア1が絶縁破壊を起して溶損・短絡するなど、磁性コア1の耐久性が著しく低下することがある。これに対して、図1(b)の場合、磁性コア1を介しての電気の短絡は起こらないため、高い絶縁耐力は必ずしも必要とされない。
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。
上述した無機絶縁被膜が表面に形成され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篩目開き106μmの篩を通過し、25μm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、無機絶縁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、最初に無機絶縁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、無機絶縁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。
粒子表面が無機絶縁被膜で覆われた鉄粉粒子97.0g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3.0gとをブレンダーにて室温で10分間混合した。使用した鉄粉粒子は篩目開き106μmの篩を通過し、25μmの篩を通過しない粒子を使用した。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200MPa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。
鉄粉粒子として粒子表面が無機絶縁被膜で覆われていない以外は、実施例1と同様の鉄粉粒子を用いて、実施例1と同様の方法で磁性コアを製造した。実施例1と同様の方法で評価した結果を表1に示す。
実施例1で用いた、粒子表面が無機絶縁被膜で覆われた鉄粉粒子を金型を用いて900MPa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、530℃の温度で20分間空気雰囲気で熱処理した。さらに切削加工を施し磁性コアを製造した。実施例1と同様の方法で評価した結果を表1に示す。
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3)、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4)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3および比較例4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 コイル
3 電流
4 複合磁性粉末粒子
Claims (9)
- 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、
前記鉄系軟磁性体粉末は、粉末粒子の表面が無機絶縁被膜処理された鉄系軟磁性体粉末であり、
前記樹脂被膜が熱硬化性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、
前記熱硬化が前記熱硬化性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。 - 前記粉末粒子の表面が無機絶縁被膜処理された鉄系軟磁性体粉末は、篩目開き106μmの篩を通過し、同25μmの篩を通過しない粒子であることを特徴とする請求項1記載の磁性コア。
- 前記熱硬化性樹脂が潜在性硬化剤を含むエポキシ樹脂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、
前記粉末粒子の表面が無機絶縁被膜処理された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98〜294MPa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、不活性ガス雰囲気中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。
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