JPH05129138A - 複合磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、長尺で略円形断面を有し、高
周波数領域においても透磁率などの磁気的特性が優れ、
かつ巻線性が優れ信頼性が高く、さらに容易に製造する
ことが可能な複合磁心を提供することにある。 【構成】本発明に係る複合磁心は、外周に巻線１１を巻
回してコイルを形成するための複合磁心１３であり、こ
の複合磁心１３は磁性材料で形成した板状の積層磁心要
素７を多層に積層した積層磁心２の外周の各側面に、軟
磁性粉と絶縁体とから成る圧粉磁心片９ａを装着して形
成され、上記巻線１１と接する各圧粉磁心片９ａの断面
外周部を滑かな曲面状に形成するとともに、各圧粉磁心
片９ａのエッジ先端部１２と、巻回する巻線１１との間
に所定の間隙Ｇを設けて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複合磁心に係り、特に広
い周波数範囲において、透磁率などの磁気特性が優れ、
かつ巻線性が優れ信頼性が高く、容易に製造することが
可能な複合磁心に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばトランスや自動車のエンジン点火
装置のイグニッションコイルなどに使用される比較的長
尺な磁心として、従来、図３に示すように帯板状の電磁
鋼板要素１を多層に積層した積層磁心２が用いられてき
た。ところで、イグニッションコイルでは高周波励磁が
必要とされるが、従来の電磁鋼板製の磁心は周波数特性
が劣るために、以下に示すような問題があった。

【０００３】すなわち、イグニッションコイルに数ＫＨ
ｚ以上の高周波励磁を行なうと、渦電流損失の増大によ
って、磁化特性が低下してしまう。これによって、イグ
ニッションコイルの二次電圧が低下し、ミススパークが
発生し易いという問題が生じている。

【０００４】また、電磁鋼板の積層体で積層磁心２を形
成する場合には、矩形の電磁鋼板要素１を積層する構造
であるため、断面が円形状の磁心を形成することが実質
的に困難であり、通常、角形断面を有するものが使用さ
れている。そのため角形の積層磁心２に巻線を巻回して
イグニッションコイルを形成する際に、積層磁心２の稜
線部（角部）３に巻線が当接して、切断し易く、また使
用時において巻線のエナメル被覆が剥離し易くなるなど
巻線性が極めて低く、コイルの信頼性が低い欠点があ
る。

【０００５】またエナメル被覆の剥離を防止するために
磁心周囲に予め絶縁紙を巻き付けて稜線部の影響を低減
する構造も採用されていたが、加工工数が増加してコイ
ルの製造コストが上昇してしまう欠点があった。

【０００６】また断面が矩形の積層磁心を円筒状の収納
容器内に収納してイグニッションコイル等に形成する方
法もあるが、この場合は、容器と積層磁心との間のデッ
ドスペースが大きく、磁心自体の占積率を大きくとるこ
とが困難である。そのため、製品となるコイル全体の容
積が増大して、配置スペースの利用効率が大幅に低下し
て機器内への配置設計が困難となってしまう欠点があ
る。

【０００７】そこで、図４に示すように円柱形状に形成
して巻線性を向上させることが容易であり、かつ占積率
を大きく設定することが可能な圧粉磁心４が、近年多用
化されている。このような圧粉磁心４は、一般に軟磁性
粉５と絶縁性を有するバインダ６との混合体をプレス成
形することによって製造される。

【０００８】このようにして製造された圧粉磁心４は占
積率を大きく設定することが可能であるため、磁心内蔵
機器を比較的に小形に形成することができる上に、高周
波領域においても渦電流損失が小さい軟磁性粉５を使用
しているため、周波数特性が良好となる。

【０００９】すなわち、このような圧粉磁心４は、絶縁
性を有するエポキシ樹脂等のバインダで粒状の磁性材料
粉を相互に結合して形成されており、各バインダ部が電
気的絶縁層となるため、周波数の高低によって透磁率が
大きな変化を受けることは少ない。

【００１０】また角形断面を有する積層磁心２と異な
り、先鋭化した稜線３が形成されることがないため、巻
線性が優れ、信頼性が高いコイルを形成することが可能
となる。

【００１１】しかしながら、概して透磁率は小さく、特
に５０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度の周波数領域で使用される
磁心としては、従来材の電磁鋼板を積層して形成した磁
心と比較して、磁気特性が劣る欠点があった。

【００１２】近年、高周波数領域で使用される電気機器
の小型化が望まれており、より鉄損を低減して動作磁束
密度の増大を図ることが要請されている。

【００１３】上記要請に対応するため本発明者らは鋭意
研究を重ねた結果、図５に示すように、矩形の積層磁心
２の外周に、中空円筒状の圧粉磁心４ａを配設した複合
磁心１０を開発し、特願平２−２９９０１２として出願
した。

【００１４】上記複合磁心１０は、電磁鋼板等で形成し
た複数の積層体要素７を多層に積層して積層磁心２を形
成しておく一方、軟磁性粉と樹脂バインダとの混合物を
金型成形機に充填して加圧成形することにより、積層磁
心２の断面とほぼ同一の断面を有する挿通孔８を備えた
圧粉磁心要素９を調製し、上記積層磁心２の外周部軸方
向に所要数の圧粉磁心要素９を嵌装して形成される。

【００１５】この複合磁心１０によれば積層磁心２に加
えて、高周波領域においても磁気特性の低下が少ない圧
粉磁心４ａを複合化して形成しているため、磁気特性が
優れた磁心を得ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す複合磁心１０によれば、圧粉磁心４ａの軸方向中心
に挿通孔８を形成する必要があるため、金型成形機を使
用して圧粉磁心の半径方向に圧縮力を作用させて圧粉磁
心を形成することは不可能であり、原料混合体を軸方向
に圧縮して成形しなければならない。ところが、軸方向
の長さが１００mm程度の長い圧粉磁心を、１回の加圧成
形操作によって均一に形成することは困難であるため、
実際は、図５に示すように、軸方向に４等分した短い圧
粉磁心要素９を形成し、これらの複数の圧粉磁心要素９
を積層磁心２の外周軸方向に配列して複合磁心１０を形
成していた。

【００１７】そのため、隣接する各圧粉磁心要素９，９
の境界部において磁気的ギャップが形成される結果、磁
気特性が低下してしまう問題点があった。

【００１８】本発明は上記の問題点を解決するためにさ
なれたものであり、長尺で略円形断面を有し、高周波数
領域においても透磁率などの磁気的特性が優れ、かつ巻
線性が優れ信頼性が高く、さらに容易に製造することが
可能な複合磁心を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る複合磁心は、外周に巻線を巻回してコイル
を形成するための複合磁心であり、この複合磁心は磁性
材料で形成した板状の積層磁心要素を多層に積層した積
層磁心の外周の各側面に、軟磁性粉と絶縁体とから成る
圧粉磁心片を装着して形成され、上記巻線と接する各圧
粉磁心片の断面外周部を滑かな曲面状に形成するととも
に、各圧粉磁心片のエッジ先端部と、巻回する巻線との
間に所定の間隙を設けて形成したことを特徴とする。

【００２０】とする。

【００２１】本発明の対象となる複合磁心の積層磁心を
構成する磁性材料としては、重量％でＳｉを０．５〜７
％含有するけい素鋼板、Ｎｉを２０〜９０％含有するＦ
ｅ−Ｎｉ系合金板（パーマロイ）、Ｆｅ基アモルファス
合金板、Ｃｏ基アモルファス合金板など、透磁率を主要
特性とする軟磁気特性が優れた材料が使用される。

【００２２】上記積層磁心は、上記の磁性材料を打抜い
て形成した多数の帯状の積層体要素を接着剤を介して多
層に積層して一体化したり、積層した状態でレ―ザ溶接
等によって一体化して形成される。

【００２３】また本発明において圧粉磁心を形成するた
めに使用される軟磁性粉としては、アトマイズ法や電解
法によって調製された汎用の粉体が使用される。

【００２４】なお、上記軟磁性粉において、Ｏ，Ｓ等の
通常のＦｅ系合金に含まれているような不可避的な不純
物を微量含んでいても、本発明の効果を損うものではな
い。

【００２５】ここで本発明に使用される圧粉磁心は、前
記のように調製された、保磁力が小さい軟磁性粉と、絶
縁材である有機系バインダとを均一に混合し、得られた
混合体を金型プレス等により圧縮成形したものである。

【００２６】バインダとしては電気的な絶縁性を有し、
軟磁性粉相互を強固に結合するものであればよく、例え
ばエポキシ樹脂粉末が好適である。バインダの添加量は
軟磁性粉重量に対して０．２〜２重量％に設定される。

【００２７】圧縮成形後のキュアリング操作によって添
加されたエポキシ樹脂は硬化し、軟磁性粉は固形状に接
合される。

【００２８】また、圧縮された圧粉磁心の成形密度は７
５％以上とすることが好ましい。

【００２９】ここで、上記成形密度は、軟磁性粉の固有
密度を基準とし、この密度値に対する実際に成形された
成形体の見掛け上の密度値の比率（密度比）として求め
たものである。

【００３０】この成形密度が７５％未満であると、磁気
特性の低下を招いてしまう。

【００３１】本発明の目的とする特性を有する複合磁心
は、図１に示すように予め電磁鋼板などの磁性材料板を
打抜いて形成した多数の帯状の積層体要素７を接着剤等
を介して多層に積層して一体化した積層磁心２と、積層
磁心２の軸方向全長に相当する長さを有し、断面を山形
に形成した４つの圧粉磁心片９ａとから成る。この複合
磁心を使用してコイルを調製する場合は、各圧粉磁心片
９ａの外周部に接するように巻線１１が巻回される。

【００３２】上記各圧粉磁心片９ａは、図２に示すよう
に、積層磁心２ａの外周側面に接着剤等によって一体に
装着される。各圧粉磁心片９ａの積層磁心２側の装着面
は平面状に形成される一方、巻線１１と接する側の面
は、滑かな曲面状に形成される。

【００３３】また上記圧粉磁心片９ａは、図５に示す圧
粉磁心要素９と異なり、内部に中空部を有していないた
め、長尺なものであっても、通常の金型成形機を使用し
て１回の加圧操作によって容易に形成することができ
る。ところで圧粉磁心要素９ａの平面部と曲面部とが交
差するエッジ部１２は、薄く形成すると、その部分から
割れが発生し易くなる一方、金型成形におけるパンチの
加圧行程の余裕を確保するために、加圧方向にある程度
の厚さを確保する必要がある。ところが、このエッジ部
１２の先端が外方に突出すると巻回する巻線１１と接触
して、巻線が破断に至るおそれがある。

【００３４】そのため、本発明においては、上記エッジ
部１２の先端部と巻線１１との間に所定の間隙Ｇを設け
るように各圧粉磁心片９ａの形状を設定している。な
お、間隙Ｇは、磁心の使用条件によっても異なるが、
０．１〜０．５mm程度に設定するとよい。

【００３５】すなわち図１に示すように、複合磁心全体
の中心Ｃから圧粉磁心片９ａの外周曲面までの半径をＲ
とし、中心Ｃから各エッジ部１２の先端までの距離をｘ
とした場合に、Ｒ＞ｘの関係が成り立つように、上記外
周曲面を形成してエッジ部１２と巻線１１との間に間隙
Ｇを形成する。したがってエッジ部１２と巻線１１とは
接触しないため、コイルの信頼性が大幅に向上する。

【００３６】なお圧粉磁心片９ａの断面外周形状は真円
に限らず、楕円または、より偏平な長円形でもよく、磁
心の配置スペースや形状などの設計事項に基づいて任意
に設定される。すなわち、巻線性を阻害するような鋭い
エッジ部を形成しないように、曲率が連続的に変化する
ような外周形状であればよい。

【００３７】

【作用】上記構成に係る複合磁心によれば、低周波数領
域において優れた磁気特性を発揮する積層磁心と高周波
数領域においても磁気特性の低下が少ない圧粉磁心とを
複合化して形成されているため、単に積層磁心のみで形
成した従来の磁心と比較して透磁率などの磁気特性が優
れた磁心を得ることができる。

【００３８】すなわち従来の角形断面を有する積層磁心
においては、磁心の周囲に大きなデッドスペースが形成
されており磁気特性が低い上に磁心の配置効率が低い欠
点があったが、本発明によればそのデッドスペースに圧
粉磁心が配置されて磁気特性の向上のために有効に活用
される。そして高周波数領域で低下する積層磁心の磁気
特性を圧粉磁心によって補償することが可能となり、磁
心全体として広い周波数範囲において優れた磁気特性を
発揮することができる。

【００３９】特に本発明に係る複合磁心の圧粉磁心片
は、図５に示す圧粉磁心要素と異なり、内部に挿通孔な
どの中空部を形成しないため、通常の金型成形によって
長尺の圧粉磁心片として形成することができる。

【００４０】そのため、磁心の軸方向に磁気的ギャップ
が形成されず、磁気特性が高い磁心を形成することがで
きる。

【００４１】また各圧粉磁心片の断面外周形状を滑かな
曲面状としてさらに各圧粉磁心片のエッジ先端部と、巻
回する巻線との間に所定の間隙を形成しているため、エ
ッジ先端部と巻線との接触による損傷がないため、コイ
ルを形成する際の巻線性が極めて優れており、信頼性が
高いコイルを製造することができる。

【００４２】

【実施例】次に本発明の複合磁心について以下の実施例
を参照してより具体的に説明する。

【００４３】まず、図２に示すように無方向電磁鋼板
（Ｓ−１４）を打抜いて形成した縦４．９mm、横１００
mm、厚さ０．３５mmの積層磁心要素７を絶縁層および接
着剤を介して多数積層して４．９mm×４．９mm×１００
mmの寸法を有する断面角形の積層磁心２を形成した。一
方、平均粒径が８０μｍである鉄粉末をアトマイズ法に
より調製し、得られた鉄粉末に平均粒径が５０μｍのエ
ポキシ樹脂粉末（バインダ）を０．５重量％添加して充
分に混合して均一な混合体を調製した。

【００４４】次に得られた混合体を金型成形機の上下パ
ンチ間に充填して加圧成形を行ない、図１に示すよう
に、平面部の幅が４．９mm、長さが１００mm、外周曲面
部の半径Ｒが４mmである圧粉磁心片９ａの成形体を多数
形成した。そして加圧成形を行なった後にキュアリング
を行なって添加樹脂バインダを硬化せしめることによっ
て、図１および図２に示すように断面が山形で長さが１
００mmの圧粉磁心片９ａを多数製作した。

【００４５】さらに得られた圧粉磁心片９ａを順次積層
磁心２の外周側面に装着し、相互に接着剤にて接合する
ことにより、図１に示すように積層磁心２の外周に、断
面外周が略円形状である圧粉磁心片９ａを一体に形成し
外形が８mmである実施例１の複合磁心１３を得た。

【００４６】こうして得られた複合磁心１３の圧粉磁心
片９ａは、軟磁性合金粉としてのアトマイズ合金粉１４
と、絶縁材としてのエポキシ樹脂粉末１５とから成る。
そして圧粉磁心片９ａの成形密度は８８．７％であっ
た。

【００４７】一方、比較例１として、図３に示すよう
に、実施例１で使用した積層磁心２と同様に縦４．９m
m、横１００mm、厚さ０．３５mmの無方向電磁鋼板（Ｓ
−１４）で形成した多数の電磁鋼板要素１を絶縁層を介
して積層して４．９mm×４．９mm×１００mmの寸法を有
する従来の積層磁心２のみから成る磁心を製作した。

【００４８】また比較例２として、実施例１で使用した
圧粉磁心と同一の組成を有する軟磁性粉末とエポキシ樹
脂粉末とを混合し、得られた混合体を加圧成形すること
により、図４に示すように実施例１の複合磁心１３と同
一の外径および圧粉磁心片９ａと同一の成形密度を有す
る圧粉磁心４のみから成る磁心を調製した。

【００４９】また比較例３として図５に示すように、実
施例１で使用した積層磁心２の外周軸方向に、実施例１
で調製した圧粉磁心片９ａと同一の成形密度を有する４
個の圧粉磁心要素９を直列に配置して複合磁心１０を形
成した。

【００５０】次に実施例１および比較例１〜３で得られ
た磁心の磁気特性の評価試験を行なった。評価試験は棒
状に形成した各磁心の外周に磁化用巻線を所定数巻回し
てコイルを形成し、５０Ｈｚ，１ＫＨｚ、１０ＫＨｚの
各周波数におけるコイルのインダクタンス値の変化を測
定した。

【００５１】なお比較例１の角形断面を有する積層磁心
２は、内外径がそれぞれ７mm、８mmで厚さが０．５mmの
プラスチック製外管に挿入してコイルを巻いて測定し
た。比較例２の積層磁心２の寸法は、他の実施例１およ
び比較例２と同一の外径を有する上記外管内に挿入し得
る最大寸法となるように設定されたものである。このよ
うに外径を全て８mmと同一径に設定したことにより、同
一形状を有する磁心の特性を直接的に比較することがで
きる。

【００５２】そして各測定値は、比較例１の積層磁心の
５０Ｈｚにおけるインダクタンス値を基準値１００％と
し、相対数値で表わしている。測定結果を下記表１に示
す。

【００５３】

【表１】

【００５４】第１表に示す測定結果から明らかなように
実施例１および比較例３に係る複合磁心によれば、積層
磁心の外周部に一体に圧粉磁心が形成されているため、
積層磁心のみで形成した従来の磁心と比較してインダク
タンス値が広い周波数範囲において大きくなり、透磁率
が高く磁気特性が高い磁心が得られる。

【００５５】特に実施例１および比較例３の複合磁心は
ともに同一の積層磁心２の外周に、同じ成形密度の圧粉
磁心をぼ等しい占積率で配置している。しかし実施例１
の圧粉磁心片９ａは軸方向に磁気的ギャップが形成され
ない長尺の圧粉体で形成しているため、比較例３のよう
に短尺な圧粉磁心要素９を使用した場合と異なり、優れ
た磁気特性を示す。

【００５６】一方比較例１の磁心においては、高周波数
領域においてインダクタンスが急激に低下する一方、積
層磁心の外周部にデッドスペース（空隙）が存在するた
め、インダクタンス値も実施例１と比較して４０〜５０
％程度低下してしまう。

【００５７】さらに比較例２に係る圧粉磁心のみで形成
した磁心は、渦電流損失が小さいため、高周波数領域に
おいてもインダクタンス値の低下割合は小さく、また断
面外周形状が円形であるため、コイル形成時の巻線性が
優れる。しかしながら透磁率に対応するインダクタンス
値は全領域において相対的に低く充分な磁気特性が発揮
されないことが確認された。

【００５８】

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る複合磁心に
よれば、低周波数領域において優れた磁気特性を発揮す
る積層磁心と高周波数領域においても磁気特性の低下が
少ない圧粉磁心とを複合化して形成されているため、単
に積層磁心のみで形成した従来の磁心と比較して透磁率
などの磁気特性が優れた磁心を得ることができる。

【００５９】特に本発明に係る複合磁心の圧粉磁心片
は、内部に積層磁心用の挿通孔などの中空部を形成しな
いため、通常の金型成形によって長尺の圧粉磁心片とし
て形成することができる。

【００６０】そのため、磁心の軸方向に磁気的ギャップ
が形成されず、磁気特性が高い磁心を形成することがで
きる。

【００６１】また各圧粉磁心片の断面外周形状を滑かな
円弧状としているため、コイルを形成する際の巻線性が
極めて優れており、さらに各圧粉磁心片のエッジ先端部
と、巻回する巻線との間に所定の間隙を形成しているた
め、エッジ先端部と巻線との接触による損傷がないた
め、信頼性が高いコイルを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合磁心の一実施例を示す断面
図。

【図２】本実施例に係る複合磁心の製造方法を示す斜視
図。

【図３】電磁鋼板を積層して形成した角形断面を有する
従来の積層磁心を示す斜視図。

【図４】円形断面を有する従来の圧粉磁心を示す斜視図
である。

【図５】積層磁心の外周に円筒状の圧粉磁心を多段に配
設した従来の複合磁心を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 電磁鋼板要素 ２，２ａ 積層磁心 ３，３ａ 稜線 ４，４ａ 圧粉磁心 ５ 軟磁性粉 ６ バインダ（絶縁材） ７ 積層体要素 ８ 挿通孔 ９ 圧粉磁心要素 ９ａ 圧粉磁心片 １０ 複合磁心 １１ 巻線 １２ エッジ部 １３ 複合磁心 １４ アトマイズ合金粉（軟磁性粉） １５ エポキシ樹脂粉末

フロントページの続き (72)発明者 山口 守衛 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 福田 泰幸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 東 芝マテリアルエンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周に巻線を巻回してコイルを形成する
   ための複合磁心であり、この複合磁心は磁性材料で形成
   した板状の積層磁心要素を多層に積層した積層磁心の外
   周の各側面に、軟磁性粉と絶縁体とから成る圧粉磁心片
   を装着して形成され、上記巻線と接する各圧粉磁心片の
   断面外周部を滑かな曲面状に形成するとともに、各圧粉
   磁心片のエッジ先端部と、巻回する巻線との間に所定の
   間隙を設けて形成したことを特徴とする複合磁心。