JP6781647B2 - 磁気回路用鉄心及び磁気回路用鉄心の製造方法 - Google Patents
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Description
図3のイグニッションコイル11は、当該鉄心1と、当該鉄心1の外周面側を取り囲むよう巻回される全体として略円筒状の2次コイル12と、2次コイル12の外周面側を取り囲むように巻回される全体として略円筒状の1次コイル13とを備える。また、1次コイル13の外周面側には、円筒状の胴部を有し、磁気回路を形成するヨーク14が配設されている。1次コイル13は、当該鉄心1に磁界を発生させるコイルであり、2次コイル12は、スパークプラグ(不図示)につながる電力供給用のコイルである。ヨーク14は、例えば珪素鋼板、純鉄鋼板等の磁性鋼板の積層体から構成されており、当該鉄心1と磁気的に接続されている。イグニッションコイル11は、不図示のスイッチをONにすることで1次コイル13に電流が流れると、当該鉄心1が電磁石となり、当該鉄心1に磁束が発生する。その後、1次コイル13に流れていた電流が停止されると、当該鉄心1内の磁束が消失する。当該鉄心1内の磁束が急に消失すると、電磁誘導により2次コイル12に高電圧が発生する。
図1及び図2に示すように、当該鉄心1は複数の線材2aの集束体2を備える。複数の線材2aは、鉄を主成分とし、最大比透磁率が1000以上の軟質材料から構成される。
〔C(炭素)〕
Cは、上記軟磁性材料の強度と延性のバランスを制御する元素であり、当該鉄心1の十分な強度を確保するために含有される。Cの含有量の下限としては、上述のように0.001質量%が好ましく、0.002質量%がより好ましい。一方、Cの含有量の上限としては、上述のように0.01質量%が好ましく、0.008質量%がより好ましい。Cの含有量が上記下限に満たないと、当該鉄心1の強度を十分に高めることができないおそれがある。逆に、Cの含有量が上記上限を超えると、当該鉄心1の磁気特性が低下するおそれがある。
Siは、溶製時に脱酸剤として用いられると共に、当該鉄心1の磁束密度及び比抵抗を高める。Siの含有量の下限としては、上述のように0質量%超が好ましく、0.5質量%がより好ましい。一方、Siの含有量の上限としては、上述のように3.5質量%が好ましく、3.0質量%がより好ましい。Siの含有量が上記下限に満たないと、当該鉄心1の磁束密度及び比抵抗を十分に高めることができないおそれがある。逆に、Siの含有量が上記上限を超えると、上記軟磁性材料の冷間鍛造性が不十分となるおそれがある。
Mnは、溶製時に脱酸剤として用いられると共に、上記軟磁性材料中のSと結合することでSに起因する脆化を抑制する。また、Mnは、Sと共に含有されることで、MnS析出物やこれを含む複合析出物を形成し、当該鉄心1の磁気特性の低下を抑制する。Mnの含有量の下限としては、上述のように0.1質量%が好ましく、0.2質量%がより好ましい。一方、Mnの含有量の上限としては、上述のように0.5質量%が好ましく、0.4質量%がより好ましい。Mnの含有量が上記下限に満たないと、Sによる脆化を十分に抑えられないおそれや、当該鉄心1の磁気特性が不十分となるおそれがある。逆に、Mnの含有量が上記上限を超えると、磁気モーメントが低下して磁気特性が低下するおそれがある。
Pは、粒界偏析して冷間鍛造性の低下を招くおそれがあるため、含有量は少ない方が好ましい。Pの含有量の上限としては、上述のように0.03質量%が好ましく、0.01質量%がより好ましい。
Sは、上記軟磁性材料中のMnと結合してMnS析出物を形成することで当該鉄心1の被削性を向上する。Sの含有量の下限としては、上述のように0質量%超が好ましく、0.005質量%がより好ましい。一方、Sの含有量の上限としては、上述のように0.02質量%が好ましく、0.01質量%がより好ましい。Sの含有量が上記下限に満たないと、当該鉄心1の被削性の向上効果が十分に得られないおそれがある。逆に、Sの含有量が上記上限を超えると、上記軟磁性材料の冷間鍛造性が低下するおそれがある。
Cuは、当該鉄心1の比抵抗を高め、渦電流の発生を抑制して磁束密度を向上させる。Cuの含有量の下限としては、上述のように0質量%超が好ましく、0.002質量%がより好ましい。一方、Cuの含有量の上限としては、上述のように0.1質量%が好ましく、0.05質量%がより好ましい。Cuの含有量が上記下限に満たないと、当該鉄心1の比抵抗を十分に高めることができないおそれがある。逆に、Cuの含有量が上記上限を超えると、却って当該鉄心1の磁気特性が低下するおそれがある。
Niは、Cuと同様、当該鉄心1の比抵抗を高め、渦電流の発生を抑制して磁束密度を向上させる。Niの含有量の下限としては、上述のように0質量%超が好ましく、0.01質量%がより好ましい。一方、Niの含有量の上限としては、上述のように0.1質量%が好ましく、0.08質量%がより好ましい。Niの含有量が上記下限に満たないと、当該鉄心1の比抵抗を十分に高めることができないおそれがある。逆に、Niの含有量が上記上限を超えると、却って当該鉄心1の磁気特性が低下するおそれがある。
Alは、当該鉄心1の磁気モーメントの低下を抑制すると共に、当該鉄心1の比抵抗を高める。Alの含有量の下限としては、上述のように0質量%超が好ましく、0.01質量%がより好ましい。一方、Alの含有量の上限としては、上述のように0.1質量%が好ましく、0.08質量%がより好ましい。Alの含有量が上記下限に満たないと、当該鉄心1の磁気モーメントの低下抑制効果及び比抵抗の向上効果が十分に得られないおそれがある。逆に、Alの含有量が上記上限を超えると、上記軟磁性材料の冷間鍛造性が大きく低下するおそれがある。
Nは、Alと窒素化合物を形成する。一方、窒素化合物を形成しないNは固溶Nの状態で残存して結晶構造を歪ませ、当該鉄心1の磁気特性の低下の原因となる。そのため、Nの含有量は少ない方が好ましい。Nの含有量の上限としては、上述のように0.007質量%が好ましく、0.004質量%がより好ましい。
次に、当該鉄心の製造方法について説明する。以下では、集束体2に外嵌される金属製のパイプ3を備える図4,5の鉄心の製造方法について説明する。なお、図1,2の鉄心1を製造する場合であれば、例えば複数の線材2aの外周面に接着剤を塗布し、この接着剤で複数の線材2aを接着することで、複数の線材2aを集束すればよい。
上記挿入工程では、例えば所定の径まで減面加工した複数の線材2aを金属製パイプ3に挿入する。上記挿入工程では、複数の線材2aの軸が金属製パイプ3の軸と平行になるように複数の線材2aを金属製パイプ3に挿入する。なお、複数の線材2aの断面形状は同じであることが好ましく、特に円形状であることがより好ましい。また、金属製パイプ3の断面形状は円筒状であることが好ましい。さらに、複数の線材2aは、軸方向視で、複数の線材2aの中心が、正六角形の中心及びこの中心と各頂点とを結ぶ線上に配されるよう金属製パイプ3内に最密充填されることが好ましい。
上記伸線加工工程では、複数の線材2aが金属製パイプ3内に挿入された状態で、これらの線材2a及び金属製パイプ3を同時に冷間伸線加工する。上記伸線加工工程では、上述の全減面率で伸線加工することで、複数の線材2aの外周部が円形形状から頂点部分が丸みを帯びた略正六角形状に変形していく。これにより、得られる鉄心の線材密度を高めることができる。また、上記伸線加工工程により、金属製パイプ3内に複数の線材2aが固定されるので、別途複数の線材2a間を接着する工程を設けることが不要となる。なお、金属製パイプ3の主成分としては、特に限定されるものではないが、上記伸線加工工程では複数の線材2aよりもこれらの線材2aの外側に位置する金属製パイプ3により強い歪みが加わる。そのため、上記伸線加工工程における複数の線材2aと金属製パイプ3との加工率差を小さくする点から、金属製パイプ3は複数の線材2aよりも引張強度の高い材料を選択することが好ましい。このような点から、金属製パイプ3の主成分としては、例えばSS400等の一般構造用圧延鋼材が挙げられる。
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
2,4 集束体
2a,4a 線材
3 パイプ
11 イグニッションコイル
12 2次コイル
13 1次コイル
14 ヨーク
Claims (6)
- 鉄を主成分とし、最大比透磁率が1000以上の軟磁性材料から構成される複数の線材の集束体と、
上記集束体に外嵌される金属製のパイプと
を備え、
上記線材の軸と垂直な断面が略正六角形状であり、
上記線材の外周面に絶縁被膜が積層されており、
上記絶縁被膜の主成分がリン酸亜鉛又はリン酸カルシウムである磁気回路用鉄心。 - イグニッションコイル用である請求項1に記載の磁気回路用鉄心。
- 上記線材の平均径が0.1mm以上1.0mm以下である請求項1又は請求項2に記載の磁気回路用鉄心。
- 上記集束体における複数の線材の充填率が80%以上100%以下である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の磁気回路用鉄心。
- 上記軟磁性材料が、
C:0.001質量%以上0.01質量%以下、
Si:0質量%超3.5質量%以下、
Mn:0.1質量%以上0.5質量%以下、
P:0質量%超0.03質量%以下、
S:0質量%超0.02質量%以下、
Cu:0質量%超0.1質量%以下、
Ni:0質量%超0.1質量%以下、
Al:0質量%超0.1質量%以下、
N:0質量%超0.007質量%以下、
残部:Fe及び不可避的不純物
である組成を有する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁気回路用鉄心。 - 鉄を主成分とし、最大比透磁率が1000以上の軟磁性材料から構成される複数の線材を金属製パイプに挿入する工程と、
上記挿入工程後に上記金属製パイプ及び複数の線材を全減面率1%以上30%以下で伸線加工する工程と
を備え、
上記線材の外周面に絶縁被膜が積層されており、
上記絶縁被膜の主成分がリン酸亜鉛又はリン酸カルシウムであり、
上記伸線加工工程で、上記複数の線材の外周部を円形形状から略正六角形状に変形させる磁気回路用鉄心の製造方法。
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