JPH10340808A - ボンド軟磁性体及びそれを用いた点火コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンド軟磁性材料では、磁性粒子間の空隙率
が大きく、密度が低いため、高い実効透磁率が得られな
い。 【解決手段】 樹脂結合材の耐熱性が低いといわれる
が、成形後に不活性ガス中で高温硬化を行うことによ
り、ハイドロパーオキサイドの発生を防止し、高い実効
透磁率のボンド軟磁性を得た。また、ハイドロパーオキ
サイドの発生が顕著でなければ、空気中で短時間の高温
効果を行うことで、実効透磁率の高いボンド軟磁性体を
得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は従来に比して高い電
気抵抗率と実効透磁率と磁束密度とを備えた改良された
ボンド軟磁性体およびそれを用いた点火コイルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石を軟磁性磁心の空隙部に挿入す
ることにより、点火コイル等の電磁コイルに蓄積される
エネルギーを増大する提案は、例えば、特開昭５９−１
６７００６号、実開昭４８−４９４２５号などに開示さ
れている。しかしながら、これらに用いられている軟磁
性体は、電気抵抗率１０μΩｃｍ程度のケイ素鋼板を絶
縁層を介して積層したものである。しかし、ケイ素鋼板
の板厚が規格内に仕上がっていても、ロット内及びロッ
ト間のバラツキは必ず存在するため、積層後に所定の寸
法公差内に入れることが難しく、精度の高い公差を規定
することができない。高い精度の寸法公差が要求される
場合には、広いケイ素鋼板の中央部のみを使用するなど
の工夫が必要になり、原材料費が高価になる。さらに、
所定の形状にするため、ケイ素鋼板にはプレスによる打
抜き工程が必要であるが、この際に僅かであってもバリ
が発生する。バリの発生状況は通常不均一であるため、
積層する際に、表裏を交互に積層するとか、１８０度回
転させた状態で交互に積層するなどの工夫がなされる
が、この様な積層方法を用いても、積層後の高い精度の
寸法公差を満足することは極めて困難である。積層する
理由は、前記の様に、ケイ素鋼板の電気抵抗率が低いた
め、発生する渦電流を減少させて、いわゆる鉄損を少な
くすることが必要だからである。上述の欠点を除き、鉄
損を少なくするには、軟磁性粉末を樹脂分で結合したボ
ンド軟磁体を用いる方法がある。この場合、樹脂分及び
空隙により、軟磁性粉末充填率が低下する。その結果、
実効透磁率μ及び飽和磁化Ｂｓが低下するため、実用化
に難点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、精度
の高い寸法公差を有し、例えば鉄損の少ない点火コイル
用部材等に好適な高い電気抵抗率、高出力に有利な実効
透磁率μ及び飽和磁束密度Ｂｓを有するボンド軟磁性体
及びそれを用いた高効率の点火コイルを提供することに
ある。すなわち、本発明は従来に比べて軟磁性粉末の充
填率を大幅に高くすることが可能な軟磁性コンパウンド
を作製し、加圧成形後、独特の特長ある加熱硬化処理を
採用したことによりパーオキサイド等の生成を抑えなが
らボンド軟磁性体の高密度化を実現し、高い寸法精度と
ともに高電気抵抗率、高μ、高Ｂｓを具備したボンド軟
磁性体及びそれを用いた高効率、高出力型の点火コイル
を提供するものである。本発明のボンド軟磁性体を採用
することにより、上記従来のケイ素鋼板を打抜き、積層
するというような繁雑な製造工程が不要となる。また、
本発明のボンド軟磁性体はほぼ軟磁性粒子のひとつひと
つが基本的に樹脂及び／又は表面処理剤により絶縁隔離
されて高密度化後もこの状態に保持されるので２５℃で
測定した電気抵抗率は０．２〜１．０Ωｃｍという高い
電気抵抗率であり、汎用のケイ素鋼の電気抵抗率の約１
０⁴倍以上に高くなる。従って、点火コイルに用いた場
合渦電流損失を小さく抑えることができる。本発明のボ
ンド軟磁性体は、その他例えばトランス用コア、スピー
カ用磁気回路のポールピース等にも好適なものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明のボンド軟磁性体は、軟磁性粉末と樹脂結合材とから
なるとともに、不活性ガス雰囲気において、（前記樹脂
結合材の空気中における重量減少速度が毎分１％に達す
る温度ー１００℃）から（前記樹脂結合材の空気中にお
ける重量減少速度が毎分１％に達する温度＋３００℃）
までの温度域に加熱保持されて形成されたことを特徴と
するボンド軟磁性体である。加熱硬化処理温度域を、
（前記樹脂結合材の空気中における重量減少速度が毎分
１％に達する温度ー５０℃）から（前記樹脂結合材の空
気中における重量減少速度が毎分１％に達する温度＋１
００℃）とするとより好ましい。ここで、前記樹脂結合
材の空気中における重量減少速度が毎分１％に達する温
度とは、空気中において公知の加熱手段を用いて加熱昇
温され所定温度に保持された状態において樹脂結合材の
重量減少速度が毎分１％に達する温度をいう。上記の特
長ある加熱硬化処理によってパーオキサイド等の生成を
抑えて高い電気抵抗率を保持しながらボンド軟磁性体が
緻密化し、同時に高μ、高Ｂｓが実現される。ここで、
（前記樹脂結合材の空気中における重量減少速度が毎分
１％に達する温度ー１００℃）よりも加熱硬化温度が低
いと緻密化および歪取りが困難となり、（前記樹脂結合
材の空気中における重量減少速度が毎分１％に達する温
度＋３００℃）を越えるとパーオキサイド等の生成が顕
著となり電気抵抗率が急減するので、いずれも好ましく
ない。

【０００５】また、本発明は、軟磁性粉末と樹脂結合材
とからなるとともに、空気中において、（前記樹脂結合
材の空気中における重量減少速度が毎分１％に達する温
度ー１００℃）から（前記樹脂結合材の空気中における
重量減少速度が毎分１％に達する温度＋１００℃）まで
の温度域に加熱保持されて形成されたことを特徴とする
ボンド軟磁性体である。加熱硬化処理を、（前記樹脂結
合材の空気中における重量減少速度が毎分１％に達する
温度ー３０℃）から（前記樹脂結合材の空気中における
重量減少速度が毎分１％に達する温度＋５０℃）とする
とより好ましい。上記の空気中での加熱硬化処理温度域
ではパーオキサイド等の生成は少なく抑えられるので高
い電気抵抗率を保持できるとともにボンド軟磁性体が緻
密化して高密度となり、同時に高μ、高Ｂｓが実現され
る。ここで、（前記樹脂結合材の空気中における重量減
少速度が毎分１％に達する温度ー１００℃）よりも加熱
硬化温度が低いと緻密化および歪取りが困難であり、
（前記樹脂結合材の空気中における重量減少速度が毎分
１％に達する温度＋１００℃）を越えると樹脂結合材の
劣化が顕著となり電気抵抗率が急減するので、いずれも
好ましくない。

【０００６】また、本発明は、１００メッシュアンダー
の鉄及び／又は鉄基合金の軟磁性球状粉末粒子と樹脂結
合材とからなるボンド軟磁性体であって、６．９ｇ／ｃ
ｃ以上の密度を有するとともに２４℃における飽和磁束
密度Ｂｓが１５ｋＧ以上であり、さらに２５℃における
電気抵抗率が０．２〜１．０Ωｃｍの範囲にあり、かつ
１ｋＨｚにおける実効透磁率μが１５０以上であること
を特徴とするボンド軟磁性体である。本発明のボンド軟
磁性体を構成する軟磁性粒子は各々が樹脂結合材中にほ
ぼ孤立して分散しているとともに軟磁性粒子と樹脂結合
材との界面は密着しているので高電気抵抗率と高密度と
を保持しており、さらにコンパウンド化の前に軟磁性粉
末粒子に行う熱処理と成形されたボンド軟磁性体に行う
加熱硬化処理とによってボンド軟磁性体を構成する軟磁
性粒子の残留歪みは従来に比べて非常に低く抑えられて
高μ、高Ｂｓのものとなっている。

【０００７】１５０℃までの耐熱性を確保するために、
上記樹脂結合材として熱硬化性樹脂を用いると好まし
い。

【０００８】また、本発明は、１００メッシュアンダー
の鉄及び／又は鉄基合金の軟磁性球状粉末粒子と樹脂結
合材とからなるボンド軟磁性体製の磁心と、前記磁心に
巻回されて通電される励磁用の一次コイルと、前記磁心
に巻回されて一次コイルの通電電流の遮断により電磁誘
導出力を発生させる二次コイルとを備えた点火コイルで
あって、前記磁心が６．９ｇ／ｃｃ以上の密度を有する
とともに、２４℃における飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ
以上であり、さらに２５℃における電気抵抗率が０．２
〜１．０Ωｃｍの範囲にあり、かつ１ｋＨｚにおける実
効透磁率μが１５０以上であることを特徴とする点火コ
イルである。本発明によれば、ボンド軟磁性体を用いた
点火コイルとして、従来に比べて鉄損が少なく高効率、
高出力のものを容易に提供可能である。

【０００９】また、本発明は、１００メッシュアンダー
の鉄及び／又は鉄基合金の軟磁性球状粉末粒子と樹脂結
合材とからなるとともに一部に設けられた空隙部を介し
て閉磁路を形成したボンド軟磁性体製の磁心と、前記磁
心に巻回されて励磁のために通電される一次コイルと、
前記磁心に巻回されて一次コイルの通電電流の遮断によ
り電磁誘導出力を発生させる二次コイルと、前記磁心の
空隙部に配置されて一次コイルの通電による励磁極性方
向と反対極性に磁化された永久磁石とを備えた点火コイ
ルであって、前記磁心が、６．９ｇ／ｃｃ以上の密度を
有するとともに２４℃における飽和磁束密度Ｂｓが１５
ｋＧ以上であり、さらに前記磁心の２５℃における電気
抵抗率が０．２〜１．０Ωｃｍの範囲にありかつ１ｋＨ
ｚにおける実効透磁率μが１５０以上であることを特徴
とする点火コイルである。本発明によれば、永久磁石と
ボンド軟磁性体を用いた点火コイルとして、従来に比べ
て鉄損が少なく高効率、高出力のものを容易に提供可能
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のボンド軟磁性体を構成す
る軟磁性粉末として好適な鉄又は鉄基合金粉末は、製造
法（例えば、アトマイズ法、水素還元法、電解法、カー
ボニル法、粉砕法等）によって軟磁気特性が大きく影響
される。図２は、後述する実施例及び比較例によって作
製したボンド軟磁性体の第１象限における印加磁場Ｈ
（ｋＯｅ）に対する磁化の立上りを磁束密度Ｂ（ｋＧ）
で示したものである。純粋な鉄の最大透磁率は２×１０
⁵にも及ぶが、結晶中に含まれる不純物、格子欠陥、転
移、歪等が蓄積するとμは著しく低下し、保磁力Ｈｃも
増加して軟磁性体として好適なものではなくなる。特
に、ボンド軟磁性体は結合材として樹脂分を含むため、
軟磁性体粒子間に間隙が生じ、これが大きくμを低下さ
せる。ボンド軟磁性体のμを大とするためには、 （１）軟磁性粉末粒子の充填率を高くする。 （２）軟磁性粉末粒子は不純物が少なく、熱処理によ
り、転移、欠陥、歪等を極力除去したものを用いる。 （３）成形時に成形圧によって主に軟磁性粉末粒子に生
じた歪を歪取りを兼ねた加熱硬化処理で極力除去する。
ことが必要である。（１）、（２）については、例えば
不純物の少ないアトマイズ法で作製した１００メッシュ
アンダーの球状の鉄又は鉄基合金の軟磁性粉末を不活性
ガス雰囲気中で熱処理することで対処した。この熱処理
の条件は例えばＡｒ及び／又はＮ₂中での８００〜９５
０℃が好ましく、８５０〜９００℃がより好ましい。熱
処理温度が８００℃未満では本発明の目標とするμ、Ｂ
ｓを得ることが困難であり、９５０℃を越えると軟磁性
粉末粒子相互が焼結凝集化し真球度が著しく低下するの
でいずれも好ましくない。また、本発明のボンド軟磁性
体の製造に際して、球状の鉄及び／又は鉄基合金の軟磁
性粉末粒子を用いてその１００メッシュ以下の略最密充
填に適した粒径分布とすることによりその軟磁性粉末粒
子がほぼ最密充填に近い密度に充填されたボンド軟磁性
体を実現できるとともに後述の表面処理剤の寄与もある
がコンパウンド中への軟磁性体粒子の均一分散性（すな
わちひとつひとつの軟磁性体粒子へのほぼ均一な樹脂被
覆性）が実現して高い電気抵抗率と密度とが得られ、さ
らに混練容易性、成形容易性等を確保する上で非常に有
効である。（３）については、本発明の特長ある加熱硬
化（高温）処理を行うことで対処した。

【００１１】一般に樹脂（高分子）は、耐熱性に劣ると
いわれている。しかし耐熱性には２種類ある。ひとつ
は、一般的な耐熱性で、非晶質樹脂では、ガラス転移点
Ｔｇが、結晶性樹脂では融点Ｔｍ（＝△Ｈ／△Ｓ）が高
いことが耐熱性に優れることになる。融解エンタルピー
△Ｈは、分子間力に比例し、融解エントロピー△Ｓは、
樹脂の剛直性に反比例するため、構造的には、シート、
ラダー、ネットワークの構造が耐熱性に優れるという物
理的性質を有する。他の一つは、熱安定性に優れること
である。これは、分解温度が高いことである。分解は不
可逆的な化学変化であり、分解反応にはポリマーのもつ
各種の要素が影響を与える。例えば、原子間の結合エネ
ルギーや高分子の骨格構造がもつ共鳴エネルギーが重要
となる。ポリマーの熱分解反応は化学反応であるので、
Ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｅ／ｋＴ）が成立する。活性化エネル
ギーＥは原子間の結合エネルギーに対応すると考えら
れ、これが大であれば熱分解反応速度定数Ｋは小さくな
る。本発明で重要となる耐熱性は、この不可逆な化学反
応である。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１に、Ｌ．Ｐａｕｌｉｎｇによる結合エ
ネルギーを示す。表１からわかるように、Ｃ−Ｆ結合
は、Ｃ−Ｈ結合に対して結合エネルギーが６．６ｋａｌ
／ｍｏｌ大きく、熱安定性が良いことを示しているが、
Ｃ−Ｈの結合エネルギー自体も大であることがわかる。
しかし、本発明のボンド軟磁性体の製造に際し、バイラ
ジカルである酸素Ｏ₂のある状態の熱分解ではＯ₂は炭化
水素に対してハイドロパーオキサイドを生成して、熱分
解を助長するので好ましくないことがわかった。従っ
て、本発明のボンド軟磁性体の製造に際し実質上Ｏ₂の
存在しないＮ₂及び／又はＡｒ中などの不活性ガス雰囲
気（例えば下記純度以上の不活性ガスを用いた場合
等。）で加熱することによって、炭化水素の熱分解反応
が抑制され熱分解温度は高くなる。真空中に保持するこ
とによりＯ₂を排除する方法もあるが、真空中では揮発
性分解生成物がポリマー中から表面に出てくるミーンフ
リーパスが大となるため好ましくない。但し、不活性ガ
ス雰囲気中のＯ₂を完全に排除することは困難であり、
前記不活性ガス雰囲気の純度は、工業的に入手が容易な
通常９９．９９％程度で十分である。高温下でのポリマ
ーの分解に際し、その物性に大きな影響を与える反応
は、主鎖の切断および橋かけ反応である。前者は、さら
に主鎖のランダム分解と解重合とに分けられる。主鎖の
切断反応も停止反応も、通常、溶媒の“かご”の中で進
み、主鎖の切断は、生じたポリマーラジカルが溶媒の
“かご”から抜け出したときに完了するが、この確率は
非常に小さい。解重合の場合にも重合と解重合が同時に
進行し、平衡状態となる。従って、不活性ガス雰囲気下
での樹脂分の熱分解温度がボンド軟磁性体の歪取り焼鈍
温度（加熱硬化温度）に対応できる樹脂結合材を選定す
ることにより、μを高くすることができる。さらに、空
気中で加熱硬化する場合にはパーオキサイドの生成が少
なく電気抵抗率が本発明のボンド軟磁性体の前記実用許
容範囲（２５℃において０．２〜１．０Ωｃｍ）に保持
される加熱硬化処理条件を設定することが重要である。

【００１４】本発明者は鋭意検討の結果、上記加熱硬化
処理条件の目安として、表２に示す樹脂結合材の空気中
における重量減少率が毎分１％に達する温度をベースと
することが有効であることを見出した。一般に熱硬化性
樹脂は、この値が大であり好ましい。本発明に好適な耐
熱性樹脂は、例えば、ポリ−Ｐキシレン、ポリＰ−フェ
ニレン、ポリチアゾール、ポリオキサジアゾール、ポリ
トリアゾール、ポリベンゾイミダゾール、芳香族ポリイ
ミド、芳香族ポリアミドイミド、エポキシ樹脂及びフェ
ノール樹脂などである。製造コスト面から見ると、耐熱
性に若干の難点があるが、フェノール樹脂とエポキシ樹
脂がより好ましいといえる。

【００１５】

【表２】

【００１６】

【実施例】鉄及び鉄基合金を代表する軟磁性金属粉末と
して、アトマイズ法で作製後Ｎ₂雰囲気の８５０〜９０
０℃で焼鈍を施した１００メッシュ以下の球状鉄粉を用
いることで、後述の通り良好な軟磁気特性のボンド軟磁
性体が得られた。好適な樹脂結合材の具体例としてフェ
ノール樹脂及びエポキシ樹脂を主とした構成の実施例を
下記するが、下記実施例により本発明が限定されるもの
ではない。

【００１７】（実施例１）上記鉄粉４ｋｇに対して３−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１０ｇをｎ−
ヘキサン５０ｇに溶解した液を添加し、ヘンセルミキサ
で混合後、１００℃×１．５時間乾燥させる表面処理を
行った。表面処理後の鉄粉９９重量部に対し、ノボラッ
クフェノール樹脂／ヘキサメチレンテトラミン＝１０／
１の重量比率の樹脂分０．６重量部、潤滑剤としてステ
アリン酸アミン０．４重量部を配合し、ニーダにより１
００〜１１０℃で３０分混練した。次いで、３２メッシ
ュアンダーに解砕してコンパウンドとした。次に、成形
圧６ｔｏｎ／ｃｍ²で外径２２ｍｍ×内径１８ｍｍ×厚
み５ｍｍのリング形状、及び外径１．２ｍｍ×厚み６ｍ
ｍの円柱状のものを成形した。次いで、これらの成形体
にそれぞれＡｒ中５００℃×３０分及び空気中５００℃
×１０分間の加熱硬化処理を行った。次に、上記の加熱
硬化させたリング状成形体に巻線を施し測定したμの周
波数変化を図３に示す。図３において、Ａｒ中で加熱硬
化したものは４ｋＨｚ以下でμ≧３００の高い値を示
し、１ｋＨｚでのμ＝３１１である。また、空気中で加
熱硬化したものではμは若干低下したが、１ｋＨｚでの
μ＝２９７を得た。このμの差は、空気中では樹脂分の
減少がＡｒ中よりも多いため、加熱硬化保持時間を短く
する必要があり、空気中で加熱硬化したものの方が歪の
残存量が多いためと推定される。図２のＡは、上記の円
柱状成形体で測定した磁束密度Ｂの磁場変化であるが、
Ｂ−Ｈ特性はＡｒ中と空気中の加熱硬化による有意差は
見出されなかった。

【００１８】（比較例１）ここで、上記リング状成形体
に対し、空気中で５００℃×３０分の加熱硬化を施した
ものは図２のＡと同様のＢーＨ特性を示したが、その加
熱硬化した成形体の樹脂分においてパーオキサイドが多
く発生して炭化が起こったためと推定される電気抵抗率
の急減（前述の汎用ケイ素鋼レベル相当）が認められ、
点火コイル等に不適なものとなった。

【００１９】（比較例２）実施例１と同様にして成形体
を得た後、空気中１５０℃で加熱硬化を行ったもののμ
の周波数変化を図５に、Ｂ−Ｈ変化を図２のＣにそれぞ
れ示す。図３と図５を比較して明らかなように、μは実
施例１の高温硬化を行った時の１／３程度に低下し、従
来知られているボンド軟磁性体相当のμとなった。ま
た、図２よりＢ−Ｈ特性も実施例１に比較して低下した
ことがわかる。μ及びＢがこのように低下する理由は、
硬化体（加熱硬化したボンド軟磁性体）の密度差も歪以
外に大きく影響している。この比較例２のものの硬化体
密度は６．７０〜６．７２ｇ／ｃｃであるが、本発明の
ボンド軟磁性体では従来不可能であった６．９０ｇ／ｃ
ｃ以上のものを安定に提供可能であり、より好ましくは
７．１０ｇ／ｃｃ以上、特に好ましくは７．２０〜７．
３９ｇ／ｃｃ（実施例１のもの）にまで密度を高くした
緻密なボンド軟磁性体を提供可能である。本発明のボン
ド軟磁性が高い密度を有するのは、従来にない高密度の
ボンド軟磁性体であっても前記の球状粒子と特長ある加
熱硬化条件と表面処理剤とを併用したことで軟磁性体粒
子と樹脂結合材との界面にミクロな空隙がほとんど見ら
れず両者が密着したミクロ組織を実現できているからで
ある。

【００２０】（実施例２）実施例１と同様の鉄粉４ｋｇ
に対して３−アミノプロピルトリエトキシシラン１０ｇ
をｎ−ヘキサン５０ｇに溶解した液を添加し、実施例１
と同様にして表面処理を行った。表面処理後の鉄粉９９
重量部に対し、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ジア
ミノジフェニルスルホン＝３／１の重量比率の樹脂分
０．８重量部、潤滑剤としてステアリン酸アミド０．２
重量部を配合し、ニーダーにより実施例１と同様にして
コンパウンドを作製し成形を行った。得られた成形体
に、それぞれＡｒ中４５０℃×３０分及び空気中４５０
℃×１０分の加熱硬化処理を行った。実施例１に比べて
加熱硬化温度を下げた理由は、空気中においてこの実施
例２で用いたエポキシ樹脂の重量減少率が毎分１％に達
する温度がフェノール樹脂に比べて約８５〜９０℃低い
ためである。加熱硬化したもののμの周波数特性を図４
に示すが、図３に比較して測定した周波数範囲において
最大で６０程度μが低下している。図４において、Ａｒ
中加熱硬化のものの１ｋＨｚでのμ＝２５０であり、空
気中加熱硬化のもののそれはμ＝２３５であった。この
図４のものの密度は７．２０〜７．３２ｇ／ｃｃである
ので、成形時の歪が上記５００℃での加熱硬化の場合と
比較して若干多く残存するものと考えられる。また、図
２のＥがこの実施例２のもののＢ−Ｈ特性である。図２
に示すようにＡに比較してＢの立上がりが遅い理由はμ
が低いためであると解釈される。磁場５ｋＯｅでのＢｓ
は、この実施例２のＡｒ中、空気中加熱硬化のいずれも
実施例１のものとほぼ同じであり、鉄粒子の顕著な酸化
は生じていないと判断できる。

【００２１】（比較例３）実施例２と同様にして得られ
た成形体を空気中１５０℃で加熱硬化させた。このもの
の密度は６．６０〜６．６２ｇ／ｃｃと低く、μも図５
に示すように低下しており、またＢ−Ｈ特性も図２のＤ
に示すように比較例２のものと同レベルである。

【００２２】実施例１、２と比較例１〜３を比べて明ら
かなように、樹脂の種類が異なっても、本発明の特長あ
る加熱硬化条件を採用することによってボンド軟磁性体
の電気抵抗率、μ、Ｂｓ（Ｂ）の著しい向上を実現でき
ている。これは、本発明の特長ある加熱硬化温度（上記
実施例では４５０〜５００℃）域では重合に寄与しない
潤滑剤が揮散することや樹脂の一部も揮散することによ
り、加熱硬化時にパーオキサイド等の生成を抑えながら
緻密化の収縮を促進できるとともに軟磁性粒子の残留歪
みを従来よりも低く抑えられるためであると考えられ、
２５℃における電気抵抗率はいずれも０．２〜１Ωｃｍ
程度であって汎用ケイ素鋼の約１０⁴倍以上高くなるこ
とから、渦電流損失も小となる極めて有用なものであ
る。

【００２３】図６に実施例１のＡｒガス中加熱硬化した
ものを５０ｍＴで振動させたときのヒステリシス損失Ｐ
ｈｖ及び渦電流損失Ｐｅｖの周波数変化を示すが、鉄及
び／又は鉄基合金の軟磁性粉末を充填したボンド軟磁性
体として従来に比して損失が非常に少ないものである。

【００２４】本発明の点火コイルの磁心形状として最も
単純な形状は棒状であるが、用途に応じて種々の磁心形
状を採用可能である。

【００２５】図７は本発明の点火コイルの一態様を説明
する要部断面図である。図７の点火コイル２０におい
て、１はボンド軟磁性体製の磁心であり、空隙１０を介
して閉磁路を形成している。閉磁路を形成した状態を模
式的に矢印の磁束ΦMで示した。２は縦２０ｍｍ×横８
ｍｍ×磁化方向厚み１．２ｍｍの長方形板状の希土類磁
石（日立金属（株）製のＳｍＣｏ₅型異方性焼結磁石：
Ｈ１８Ｂ等であり、耐熱性および下記の薄肉対応から室
温でのｉＨｃ≧２５ｋＯｅのものが好ましく、ｉＨｃ≧
３０ｋＯｅのものがより好ましい。）であり、図示のよ
うに着磁されて磁心１の受け皿部１ａの平面上に接着さ
れておりかつ磁心１ｂに当接して磁気空隙１０に隙間無
く配置してある。ここで、磁気空隙１０のギャップを極
力小さくして希土類磁石２の磁化方向厚みを１．０〜
３．０ｍｍとするのが好ましい。磁化方向厚みが１．０
ｍｍ未満であると希土類磁石２の動作点が低下し一次コ
イル３と逆極性の磁化力を十分にボンド軟磁性体製の磁
心１に加えることが困難となることや巻線作業が困難を
極め、３．０ｍｍを越えると高価な希土類磁石２の体積
が増えてコストパーフォーマンスが悪くなるので、いず
れも好ましくない。なお、希土類磁石２は必要に応じて
磁心１ｂと隙間をあけて配置してもよい。また、点火コ
イル２０には一次コイル３および二次コイル４が巻回さ
れていて、１次コイル３に通電する以前に、希土類磁石
２の磁化力により、一次コイル３の通電による磁化力と
は逆向きに磁心１を負方向の最大使用磁束密度にまで磁
化しておく。次に点火コイル２０の使用時には、一次コ
イル３に励磁電流を流すことにより、希土類磁石２とは
逆方向の磁化力を発生させ、磁心１を正方向の最大使用
磁束密度にまで磁化する。この状態で、点火時期におい
て１次コイル３の励磁電流を遮断すれば、二次コイル４
には電磁誘導出力が発生して接続された点火コイル２０
のプラグ（図示省略）に高効率、高出力の電気火花を発
生させるようになっている。なお、磁心１の寸法公差は
±０．１ｍｍに抑えられて、高寸法精度になっている。

【００２６】本発明の軟磁性体製の磁心を用いた点火コ
イルの特長を下記の実施例及び比較例により説明する。 （実施例３、比較例４）上記図７の点火コイル２０の構
成において、ボンド軟磁性体製の磁心１として、形状が
異なる以外は実施例１のＡｒ中加熱硬化処理したものと
同一条件で形成した磁心を配置した場合（実施例３）
と、形状が異なる以外は比較例１の空気中加熱硬化処理
したものと同一条件で形成した磁心を配置した場合（比
較例４）とで、渦電流損失及び二次コイル４からの出力
電圧を比較評価したところ、実施例３が比較例４に比べ
て渦電流損失が約２０％小さく、かつ出力電圧が数ｋＶ
高いことがわかった。このように、本発明のボンド軟磁
性体を配置した点火コイルは、従来に比べて高効率、高
出力の点火コイルであることが確認された

【００２７】次に、図１は、本発明のボンド軟磁性体を
用いた点火コイルの基本的な磁気動作を説明するための
動作特性図である。図中にボンド軟磁性体の磁化曲線を
併せて示す。点火コイルの巻線部の磁心上に巻数ｎの一
次コイルを巻回し、負方向の磁束−φを生じさせる永久
磁石の磁化とは逆向きの磁束＋φが巻線部の磁心中に生
じるように、一次コイルに励磁電流Ｉｐを流した場合に
おける一次コイルの蓄積エネルギーは、図１のハッチン
グ部の面積Ｗで表され、その大きさは、 Ｗ＝（１／２）・（２φ）・ｎＩｐ＝φ・ｎＩｐ である。Ｗを最大にするためには、磁心の負の飽和点Ｃ
点まで永久磁石の磁化力によって磁心を磁化する必要が
ある。次に、Ｉｐにより生じる磁化力ｎＩｐにより、図
１の右上の正の磁束の飽和点Ｔ点又はその近傍まで磁心
を磁化した場合において、その材質及び形状によって与
えられる永久磁石のもつ最大エネルギーＥMとＷで示さ
れる一次コイルの蓄積エネルギーとの関係はＥM＝Ｗ／
２である。巻線部の磁心断面積及び最大使用磁束密度を
それぞれＳｓ及びＢｓとすると Ｗ＝（１／２）・２・Ｂｓ・Ｓｓ・ｎＩｐ＝Ｂｓ・Ｓｓ
・ｎＩｐ である。一方、永久磁石の最大エネルギー積は（ＢＨ）
ｍａｘで表され、永久磁石の最大エネルギーの理論値Ｅ
Mは、ＳM，ｌMをそれぞれ永久磁石の磁化方向に垂直な
断面積及び磁化方向の長さとすると、ＥM＝（ＢＨ）ｍ
ａｘ・（ＳM・ｌM）で表される。従って、永久磁石の動
作点として、（ＢＨ）ｍａｘを与える動作点もしくはそ
の近傍の動作点が選定される。従って、一次コイルの蓄
積エネルギーＷは Ｗ＝２ＥM＝２（ＢＨ）ｍａｘ・（ＳM・ｌM） となり、ボンド軟磁性体からなる磁心の断面積Ｓｓと永
久磁石の断面積ＳMとの比率は、 ＳM／Ｓｓ＝Ｂｓ・ｎＩｐ／２（ＢＨ）ｍａｘ・ｌM となる。本発明のボンド軟磁性体のＢｓはＪＩＳに規定
されている汎用ケイ素鋼のそれよりも高くすることも可
能で、好ましくはＢｓ＝１５．０〜１９．５ｋＧ、より
好ましくは１７．０〜１９．５ｋＧというボンド軟磁性
体として従来のものに比べて大幅に向上した高い値を保
有している。従って、ＮｄＦｅＢ系又はＳｍＣｏ系永久
磁石を用いて、図１のＣ点にまで負方向に飽和させるた
めには、ＳMを大きくする必要がある。この点から、上
記図７において、磁心１の巻線部の断面積（Ｓｓ）と希
土類磁石の磁化方向に垂直な断面積（ＳM）とがＳM＞Ｓ
ｓであることが好ましい。これは、（ＢＨ）ｍａｘ近傍
の磁束密度Ｂは、高くても１０ｋＧ程度であるからであ
る。

【００２８】点火コイルに要求されるボンド軟磁性体の
特性は、渦電流の発生を極力抑えるために電気抵抗率が
高いこと、Ｂｓが高く、ヒステリシス損失を小さくする
ため保磁力Ｈｃは小さいことである。これらの性質は、
トランス用コア、スピーカ用磁気回路部品、モータ用の
ハウジングやコイル用コアに用いる場合にも共通する要
求仕様である。点火コイルは、自動車のエンジン回りに
使用されるため、耐熱性は１４０℃、望ましくは１５０
℃が必要である。渦電流の発生は、電気抵抗率が低い程
大となるため、軟磁性体として用いる鉄又は鉄基合金粉
末粒子のひとつひとつが、無機又は有機の電気的絶縁物
で包まれることが必要である。そのためには、アミノシ
ランカップリング剤、チタン系カップリング剤、リン酸
塩、パーヒドロポリシラザン等で鉄又は鉄基合金粉末の
表面処理を行うことが望ましい。また、一次コイルへの
励磁電流の接続と遮断時には速やかなＢｓの反転が必要
であり、そのためには、実効透磁率μが大である程望ま
しい。

【００２９】図８は本発明の点火コイルの他の態様を示
す要部断面図である。図８の点火コイル３０は、支持用
の貫通穴１５を有した本発明のボンド軟磁性体製の磁心
１１と、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×磁化方向厚み５ｍｍ
の直方体形状の希土類磁石１２（例えば日立金属製のＮ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結磁石：ＨＳ３０ＥＨ等。）
と、縦８ｍｍ×横８ｍｍの正方形断面を有した磁心１１
のコイル巻回部１１ａに巻回された図示省略の一次コイ
ル、二次コイルを備えている。希土類磁石１２と一次、
二次コイルの関係は上記図７と同様であり、高効率でか
つ高出力の点火コイルを構成可能である。

【００３０】図９は本発明の点火コイルのさらに他の態
様を示す要部断面図である。図９の点火コイル４０は、
支持用の貫通穴２５を有した本発明のボンド軟磁性体製
の磁心２１と、縦８ｍｍ×横８ｍｍの正方形断面を有し
た磁心２１のコイル巻回部２１ａに巻回された図示省略
の一次コイル、二次コイルを備えている。点火コイル４
０では永久磁石を用いていないが、本発明のボンド軟磁
性体の特長によって、従来のボンド軟磁性体を用いた場
合に比べて高出力、高効率の点火コイルを構成すること
が可能である。

【００３１】図１０は本発明の点火コイルを構成する磁
心部の一態様を示す断面図である。図１０の磁心部５０
は、本発明による棒状のボンド軟磁性体製の磁心５１
と、その両端に配置された異方性希土類ボンド磁石５２
（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のもの）と、磁心５１の巻回
部５１ａに巻回された図示省略の一次コイル、二次コイ
ルを有して構成されている。希土類ボンド磁石５２と一
次コイル、二次コイルとの関係は上記図７と同様であ
り、高効率でかつ高出力の点火コイルを構成し得る。

【００３２】図１１は本発明の点火コイルのさらに他の
態様を説明する要部断面図である。図１１の点火コイル
１００において、６１、６１’は本発明のボンド軟磁性
体製の磁心であり、空隙６８、６８’を介して閉磁路を
形成している。閉磁路を形成した状態を模式的に矢印の
磁束ΦM’で示した。６２，６２’は縦２０ｍｍ×横８
ｍｍ×磁化方向厚み１．２ｍｍの長方形板状の希土類磁
石（日立金属（株）製のＳｍ₂Ｃｏ₁₇型異方性焼結磁
石：Ｈ３０ＣＨ等）であり、図示のように着磁されて磁
心６１の受け皿部６１ａ、６１ａ’の平面上に各々接着
されておりかつ磁心６１ｂ、６１ｂ’に当接して磁気空
隙６８、６８’に隙間無く配置してある。この構成によ
って一次コイル６３、二次コイル６４を磁心６１に巻回
したあとでその両端に希土類磁石６２、６２’を配置で
きるので巻線作業が容易となる特長を有している。な
お、希土類磁石６２、６２’は必要に応じて磁心６１
ｂ、６１ｂ’と隙間をあけて配置してもよい。この構成
において、点火時期において１次コイル６３の励磁電流
を遮断すれば、二次コイル６４には電磁誘導出力が発生
して接続された点火コイル１００のプラグ（図示省略）
に高効率、高出力の電気火花を発生させるようになって
いる。

【００３３】上記実施例では樹脂結合材として熱硬化性
樹脂を主とした場合を記載したが、本発明のボンド軟磁
性体に用いる樹脂結合材に公知の熱可塑性樹脂及び／又
はゴム（好ましくは耐熱性のもの）を用いることも可能
であり、上記の特長ある加熱条件を採用することにより
本発明のボンド軟磁性体を形成し得る。また、本発明の
ボンド軟磁性体における軟磁性粉末粒子と樹脂結合材の
配合比率、ボンド軟磁性体の成形条件等は限定されるも
のではなく、前述した通り、密度が６．９ｇ／ｃｃ以上
で、２４℃における飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ以上で
あり、かつ２５℃における電気抵抗率が０．２〜１．０
Ωｃｍの範囲にあるとともに、１ｋＨｚにおける実効透
磁率μが１５０以上であるボンド軟磁性体を実現可能な
適宜の製造条件を選択可能である。

【００３４】本発明の点火コイルにおいて永久磁石を用
いた場合、永久磁石を用いずに従来のボンド軟磁性体製
磁心のみを配置した点火コイルに比較して約４０％の重
量比率で同等の点火（火花エネルギーの発生）を行うこ
とができ、小型軽量化が可能である。また、上記図９の
永久磁石を用いない本発明の点火コイルにおいても、永
久磁石を用いない従来のボンド軟磁性体製の磁心からな
る点火コイルに比べて、高効率でかつ高出力のものを提
供可能である。

【００３５】上記実施例では希土類磁石を用いた例を記
載したが、他の公知の永久磁石を用いてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明のボンド軟磁性体は、その製造工
程において、上記の特長ある加熱硬化処理を行うことに
よって、樹脂結合材の劣化を抑えて緻密化を促進しなが
ら成形時に発生する鉄及び／又は鉄基軟磁性合金粉末粒
子の歪を除去できるので、高い電気抵抗率、高いμ、高
いＢｓを有した優れたものであり、例えば車両用内燃機
関の点火コイルや、トランス用コア、スピーカ用磁気回
路のポールピース等に好適な極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボンド軟磁性体と永久磁石を組み合わ
せた点火コイルの基本的磁気回路の動作説明図である。

【図２】実施例及び比較例で得られたボンド軟磁性体の
磁束密度Ｂの磁場変化を示す。

【図３】結合材にフェノール樹脂を用いて５００℃で硬
化した本発明のボンド軟磁性体の実効透磁率μの周波数
変化を示す。

【図４】結合材にエポキシ樹脂を用いて４５０℃で硬化
した本発明のボンド軟磁性体の実効透磁率μの周波数変
化を示す。

【図５】高温硬化を行わない場合の実効透磁率の周波数
変化を示す。

【図６】本発明のボンド軟磁性体のうち、結合材にフェ
ノール樹脂を用いＡｒ中５００℃で硬化したもののヒス
テリシス損失Ｐｈｖおよび渦電流損失Ｐｅｖの周波数変
化を示す。

【図７】本発明の点火コイルの一態様を示す要部断面図
である。

【図８】本発明の点火コイルの他の態様を示す要部断面
図である。

【図９】本発明の点火コイルのさらに他の態様を示す要
部断面図である。

【図１０】本発明の点火コイルを構成する磁心部の一態
様を示す要部断面図である。

【図１１】本発明の点火コイルのさらに他の態様を示す
要部断面図である。

【符号の説明】

１、１ａ，１ｂ、１１，１１ａ，２１，２１ａ，５１，
５１ａ，６１，６１ａ’、６１’ ボンド軟磁性体から
なる磁心、２，１２，５２，６２，６２’ 永久磁石、
３，６３ 一次コイル、４，６４ 二次コイル、１０，
６８，６８’空隙、１５，２５ 穴、２０，３０，４
０，１００ 点火コイル、５０ 磁心部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟磁性粉末と樹脂結合材とからなるとと
   もに、不活性ガス雰囲気において、（前記樹脂結合材の
   空気中における重量減少速度が毎分１％に達する温度ー
   １００℃）から（前記樹脂結合材の空気中における重量
   減少速度が毎分１％に達する温度＋３００℃）までの温
   度域に加熱保持されて形成されたことを特徴とするボン
   ド軟磁性体。
2. 【請求項２】 軟磁性粉末と樹脂結合材とからなるとと
   もに、空気中において、（前記樹脂結合材の空気中にお
   ける重量減少速度が毎分１％に達する温度ー１００℃）
   から（前記樹脂結合材の空気中における重量減少速度が
   毎分１％に達する温度＋１００℃）までの温度域に加熱
   保持されて形成されたことを特徴とするボンド軟磁性
   体。
3. 【請求項３】 １００メッシュアンダーの鉄及び／又は
   鉄基合金の軟磁性球状粉末粒子と樹脂結合材とからなる
   ボンド軟磁性体であって、 ６．９ｇ／ｃｃ以上の密度を有するとともに、２４℃に
   おける飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ以上であり、さらに
   ２５℃における電気抵抗率が０．２〜１．０Ωｃｍの範
   囲にあり、かつ１ｋＨｚにおける実効透磁率μが１５０
   以上であることを特徴とするボンド軟磁性体。
4. 【請求項４】 前記樹脂結合材が熱硬化性樹脂を主とし
   て構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   かに記載のボンド軟磁性体。
5. 【請求項５】 １００メッシュアンダーの鉄及び／又は
   鉄基合金の軟磁性球状粉末粒子と樹脂結合材とからなる
   ボンド軟磁性体製の磁心と、前記磁心に巻回されて通電
   される励磁用の一次コイルと、前記磁心に巻回されて一
   次コイルの通電電流の遮断により電磁誘導出力を発生さ
   せる二次コイルとを備えた点火コイルであって、 前記磁心が６．９ｇ／ｃｃ以上の密度を有するととも
   に、２４℃における飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ以上で
   あり、さらに２５℃における電気抵抗率が０．２〜１．
   ０Ωｃｍの範囲にあり、かつ１ｋＨｚにおける実効透磁
   率μが１５０以上であることを特徴とする点火コイル。
6. 【請求項６】 １００メッシュアンダーの鉄及び／又は
   鉄基合金の軟磁性球状粉末粒子と樹脂結合材とからなる
   とともに一部に設けられた空隙部を介して閉磁路を形成
   したボンド軟磁性体製の磁心と、前記磁心に巻回されて
   通電される励磁用の一次コイルと、前記磁心に巻回され
   て一次コイルの通電電流の遮断により電磁誘導出力を発
   生させる二次コイルと、前記磁心の空隙部に配置されて
   一次コイルの通電による励磁極性と反対極性に磁化され
   た永久磁石とを備えた点火コイルであって、 前記磁心が６．９ｇ／ｃｃ以上の密度を有するととも
   に、２４℃における飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ以上で
   あり、さらに２５℃における電気抵抗率が０．２〜１．
   ０Ωｃｍの範囲にあり、かつ１ｋＨｚにおける実効透磁
   率μが１５０以上であることを特徴とする点火コイル。