专利名称：电磁石用磁芯及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液体燃料喷射器等的电磁石用磁芯及其制造方法。
背景技术：
以往，由粉末复合材料形成的电磁石用磁芯为众所周知。例如由磁性材料的固定磁芯、励磁线圈、阀起动用衔铁所构成，且固定磁芯是冲压粉末铁材料及环氧粘合剂的混合物而形成的，在形成磁芯后，烧成磁芯的燃料喷射器的计量阀控制用电磁石已众所周知。并且，上述粉末铁材料由铁素体构成，且环氧粘合剂选自多个环氧树脂，上述混合物以重量计包含2～50％的环氧树脂。
另外，铁粒子被极薄且具有电绝缘性的磷酸盐层(绝缘皮膜)覆盖，并且该铁粒子中包含例如0.5质量％的聚合物添加材料(例如聚酰胺、酚醛树脂等)也为众所周知的。
这种环氧粘合剂或聚合物添加材料具有电绝缘作用、并结合粒子彼此，由于粉末粒子之间的高的电阻抗，因此在此几乎不产生涡电流。
专利文献1特开平7-310621号公报专利文献2特表2000-501570号公报具有电磁石用磁芯的液体燃料喷射器，由于配置在液体燃料供给途径中，因此与液体燃料喷射器设置为一体的电磁石用磁芯有可能直接与液体燃料接触，或与液体燃料的气化气体接触。因此，要求电磁石用磁芯具有耐化学侵蚀性。此外，由于设有电磁石用磁芯的液体燃料喷射器在发动机上安装为一体，所以要求在暴露于较高温度中的电磁石用磁芯具有耐热性。
进而，电磁石用磁芯将由软磁性材料构成的原料粉末与粘合剂混合物通过冲压加工成型，但原料粉末的占有容积比率越高，作为电磁石的磁通量密度的磁导率等性能越优异。
然而，在上述以往技术中，因原料粉末的粘合剂为耐热性为150～160℃左右的环氧树脂，或为聚酰胺、酚醛树脂等，所以作为电磁石用磁芯存在耐化学侵蚀性及耐热性低的问题。因而，作为液体燃料喷射器的阀控制用电磁石不充分。
进而，在电磁石用磁芯的制造方法，冲压加工时，为了提高原料粉末和粘合剂混合物的通常流动性而混合了流动改性剂，但是通过流动改性剂所提高的流动性有一定限制，其结果要求进一步提高磁芯中原料粉末的占有容积比率。
发明内容
本发明要解决的问题是，对用于液体燃料喷射器等的电磁石用磁芯提高耐化学侵蚀性及耐热性。另外，本发明要解决的问题是，用于将由软磁性材料构成的原料粉末与粘合剂混合物通过冲压加工成型的液体燃料喷射器等的电磁石用磁芯的制造方法，提高混合物的流动性并增高原料粉末的占有容积。
本发明1为一种电磁石用磁芯，由软磁性材料所形成并设有线圈，其特征在于，通过软磁性材料粉末及由聚酰亚胺树脂构成的上述软磁性材料粉末的粘合剂而形成。
本发明2为根据上述1所述的电磁石用磁芯，其特征在于，相对上述软磁性材料粉末包含0.05～1.0重量％的上述聚酰亚胺树脂。
本发明3为根据上述1或2所述的电磁石用磁芯，其特征在于，上述电磁石用磁芯用于液体燃料喷射器的阀控制用电磁石中。
本发明4为一种电磁石用磁芯的制造方法，所述电磁石用磁芯由软磁性材料所形成并设有线圈，其特征在于，将软磁性材料粉末及由聚酰亚胺树脂构成的粘合剂的混合物插入到成型模之后，将该混合物通过冲压成型时，在收容上述混合物的上述成型模的收容部表面设置润滑层。
本发明5为根据上述4所述的电磁石用磁芯的制造方法，其特征在于，将上述收容部加热为比常温高的温度，且在插入上述混合物之前，在上述收容部表面涂敷润滑液的同时，利用上述收容部的热量蒸发该涂敷的润滑液中的水分，而形成上述润滑层。
本发明6为根据上述5所述的电磁石用磁芯的制造方法，其特征在于，在上述混合物中进一步添加流动改性剂。
根据本发明1，将具有对热、化学性稳定的分子结构的聚酰亚胺树脂作为软磁性材料粉末的粘合剂，可以提高耐热性及耐化学侵蚀性。
根据本发明2，通过相对上述软磁性材料粉末包含0.05～1.0重量％的聚酰亚胺树脂，可以进行良好的成型，同时还可以确保磁芯中软磁性材料粉末的占有比率。
根据本发明3，通过将提高耐热性及耐化学侵蚀性的电磁石用磁芯用于液体燃料喷射器的阀控制用电磁石中，即使安装在发动机上也可以良好运行。
根据本发明4，由于通过形成于收容部表面的润滑层，提高软磁性材料粉末与上述表面之间的润滑性，因此在通过冲压压力进行成型时降低了软磁性材料粉末与上述表面之间的摩擦力，并尽量减少了软磁性材料粉末彼此之间、软磁性材料粉末与粘合剂之间的空隙，可以紧密成型。
根据本发明5，通过利用上述收容部的热量蒸发润滑液中的水分而形成上述润滑层，可以减小该润滑层的厚度并进行精密成型。
根据本发明6，通过添加流动改性剂，可以提高进行冲压时等混合物的流动性，而进一步提高密度。
图1是表示本发明实施例1的电磁石的分解立体图。
图2是表示本发明实施例1的磁芯重要部分的截面图。
图3是表示本发明实施例1的成型装置的截面图。
图4是表示本发明实施例1的成型时的重要部分的截面图。
图5是表示本发明实施例1的发动机用液体燃料喷射装置的喷射器的一部分被切除的概略截面图。
图6的图6(a)是表示本发明的磁芯的响应图表，图6(b)是表示烧结材料的磁芯的响应图表。
图中2磁芯、3线圈、7液体燃料喷射器、11针状阀、14磁性材料粉末、15粘合剂、17流动剂、18成型模、28收容部29润滑层、29a润滑液。
具体实施例方式
以下参照
本发明的最佳实施方式。而且，以下说明的实施方式并不限定本发明的保护范围。此外，以下所说明的全部构成，并不限定为本发明的必要条件。
实施例1图1～图5表示实施例1，电磁石1由磁芯2和励磁用线圈3构成，上述磁芯2为在轴芯z上形成贯通孔4的圆柱状形状，同时在一侧面上以上述轴芯z为中心形成圆环形的沟5，在该沟5中插入圆筒状的线圈3在同轴芯上。并且，作为运行体的柱塞6配置在轴芯z上，且通过设置在该柱塞6基端的磁铁等而形成的大致圆板状的衔铁6a，接离自由地设置在线圈3的一侧面、进而磁芯2的一侧面上。并且，若电流流经线圈3则进行励磁，使柱塞6沿轴芯z方向运行。在图5中，若将电流流经线圈3，衔铁6a则被吸引到电磁石1侧。
并且，上述电磁石1设置在发动机用液体燃料喷射装置的喷射器上。如图5所示，喷射器7具备在前端具有液体燃料喷射口8的阀体9、形成于液体燃料喷射口8内端部的阀座10及配置在阀体9内的针状阀11，并进一步具备驱动连接在对液体燃料喷射口8进行开关的针状阀11上的柱塞6的电磁石1；偏压衔铁6a、进而偏压柱塞6从而使针状阀11保持于关闭位置上的未图示的复位弹簧。而且，在阀体9的另一侧12上设有液体燃料供给口13，该液体燃料供给口13连接在未图示的液体燃料泵上，从该液体燃料泵以规定压力供给液体燃料F。因此，在该喷射器7中，若向线圈3施加驱动电压而供给励磁电流，则衔铁6a、及柱塞6被吸引到励磁线圈3侧，因此针状阀11开启液体燃料喷射口8。并且，针状阀11保持开启状态至电磁石1被消磁为止，在液体燃料喷射口8为开启状态时喷射液体燃料。
上述磁芯2是将可以较容易地磁化或减磁的例如电磁软铁、硅钢等软磁性材料粉末，即软磁性材料粉末14经由粘合剂15粘固为一体而形成的，且在软磁性材料粉末14的表面上形成通过磁力线的绝缘皮膜16。并且，作为粘合剂15使用主链中具有热、化学性质稳定的酰亚胺环(杂环)、芳香环等分子结构的高分子聚酰亚胺树脂。上述软磁性材料粉末14的粒度(最大幅)在10μm或10μm以上、200μm或200μm以下，且以10μm或10μm以上、100μm或100μm以下为佳。这是因为若软磁性材料粉末14的粒度(最大幅)小于10μm则难以制造，另一方面，若粒度(最大幅)大于200μm则无法得到充分的电阻率，并且也无法得到充分的强度。
上述聚酰亚胺树脂为全芳香族聚酰亚胺、双马来酰亚胺系聚酰亚胺、或加成型聚酰亚胺等，其添加量对软磁性材料粉末14的重量比为0.05％或0.05％以上、1.0％或1.0％以下，且以0.1％或0.1％以上、小于0.5％为佳。这是因为若聚酰亚胺树脂小于0.05％，则无法保持电阻率，另一方面，若聚酰亚胺树脂超过1.0％，则难以提高密度且使磁通量密度、磁导率降低。
并且，上述粘合剂15中混合有后述的流动改性剂17。
接着说明磁芯2的制造方法。成型模18具备形成贯通孔19的母模20；从上方插入到贯通孔19中的作为公模的上冲头21；从下方插入到上述贯通孔19的圆柱状磁芯销22与各环状的第1～第3的下冲头23、24、25。磁芯销22配置于贯通孔19的轴芯z′上，其上面22a配置在母模20的大致上面，第1下冲头23向磁芯销22的外侧配置在同芯上，且其上面23a形成底面。第2下冲头24向第1下冲头23的外侧配置在同芯上，其上面24a由于形成沟5，设置在比上面23a更上方。第3下冲头25向第2下冲头24的外侧配置在同芯上，其上面24a与上面23a同样形成底面。并且，在上述上冲头21的下面，在轴芯z′上形成有插入上述磁芯销22的上面22a的接受孔26。此外，母模20上设有作为加热手段的加热器27，其使该母模20保温在比常温高的规定温度下例如120℃。
并且，制造时预先将磁芯销22与第1～第3下冲头23、24、25插入在贯通孔19中，且在收容贯通孔19等原料的收容部28的壁面，即除贯通孔19的壁面之外，上面23a、24a、25a的表面及第2下冲头24的内外周面的各表面上形成润滑层29。从设置于母模20的上面上，面对于贯通孔19的喷出口30喷出水溶液状态的润滑液29a，而涂敷在收容部28的壁面、表面上，并利用母模20的热量蒸发涂敷的润滑液29a中的水分，据此在除贯通孔19的壁面之外的上面23a、24a、25a的表面及第2下冲头24的内外周面的表面等上形成润滑层29。通过作为润滑液使用1％苯甲酸钠、1％磷酸氢二钾的水溶液，并在加热至120℃的模壁面上进行喷射涂敷，蒸发水溶液以在壁面上形成作为润滑层的结晶层。
如此，在收容部28的壁面等形成有润滑层29的状态下，将形成有绝缘皮膜16的软磁性材料粉末14与，例如0.2重量％的加成型聚酰亚胺树脂等作为上述粘合剂的聚酰亚胺树脂之外，例如0.01重量％的乙撑双硬脂酰胺等的流动改性剂的混合物滴落在收容部28而收容。
而且，作为流动改性剂使用乙撑双硬脂酰胺、乙撑双月桂酰胺，或亚甲基双硬脂酰胺等双酰胺系蜡单体或其混合物为佳。这是因为上述蜡的融点高达140℃以上，而单酰胺系融点低，且由于温间成型时的加热发生软化，因此降低了流动性。并且，作为流动改性剂在上述蜡(包含混合体)中添加30％以下的硬脂酸锂或12-羟基硬脂酸锂为佳。这是因为硬脂酸锂或12-羟基硬脂酸锂具有改善流动性的效果，另外融点高达220℃而不发生软化。并且，流动改性剂的添加量为0.002～0.1重量％，且以0.004～0.05重量％为佳，此外，流动改性剂的粒度(最大幅)为1～20μm，且以1～10μm为佳。当添加流动改性剂的添加量小于0.002重量％时，不能确保充分的流动性，另一方面，当添加量大于0.1重量％时，不能得到充分的强度。而且，要使流动改性剂的粒度(最大幅)小于1μm则难以制造，而大于20μm时为确保润滑性需要增加添加量，此时也无法得到充分的强度。
接着，通过将上冲头21以规定压力插入到贯通孔19中以成型磁芯2。进行该成型时，软磁性材料粉末14与贯通孔19的壁面接触之外，软磁性材料粉末14还接触于磁芯销22的外周面及上面23a、24a、25a的表面及第2下冲头24的内外周面的表面。这些接触中，因软磁性材料粉末14与收容部28各面之间分别夹持着润滑层29，所以软磁性材料粉末14在润滑状态下，被母模20、上冲头21及第1～第3的下冲头23、24、25冲压加工，因此能够降低各面上的接触阻抗，其结果使冲压压力到达至成型体即压粉体的内部，从而可以提高成型体中每单位体积的软磁性材料粉末14的占有容积。并且，在软磁性材料粉末14与收容部28的各面之间，也分别夹持流动改性剂17，从而可以使冲压压力到达至成型体内部。而且，在软磁性材料粉末14彼此之间及软磁性材料粉末14与粘合剂15之间也夹持流动改性剂17，所以可以使冲压压力到达至成型体内部。
如此，结束温间成型后，提升上冲头21，并同时提升第1～第3下冲头23、24、25，据此将成型体(磁芯)从贯通孔19中拔出。
接下来参照图6说明本发明的磁芯的响应(图5(a))与基于烧结材料的磁芯的响应(图5(b))。在本发明的磁芯中，磁导率μmax为6×10-4H/m，磁通量密度B10KA/m为1.67T，电阻率为500μΩm。
另一方面，基于烧结材料的磁芯磁导率μmax为5×10-5H/m，磁通量密度B10KA/m为1.57T，电阻率为1～1.5μΩm。其结果在本发明的磁芯中，磁通量密度能够接近于铁，另外能够得到与金属材料相比高2～3数量级的电阻率值。并且，如图5(a)、5(b)所示的柱塞升起量，判明在动作开始时及动作结束时的响应方面，本发明的磁芯比由烧结材料所形成磁芯更优越。
如上所述在上述实施例中，通过将具有热、化学性质稳定的分子结构的聚酰亚胺树脂作为软磁性材料粉末14的粘合剂15，可以比以往磁芯提高耐热性及耐化学侵蚀性。而且，通过将聚酰亚胺树脂作为粘合剂15，相对软磁性材料粉末14含有0.05～1.0重量％，可以得到充分的电阻率及强度以进行良好的成型。进而，通过将设置提高耐热性及耐化学侵蚀性的磁芯2的电磁石1用于液体燃料喷射器7的阀控制用电磁石中，从而其即使安装在发动机上也可以良好运行。
而且，通过在由成型摸18所形成的收容部28的贯通孔19等的表面上形成润滑层29，提高了软磁性材料粉末14与上述表面的润滑性，因此在通过冲压压力进行成型时降低了软磁性材料粉末14与上述贯通孔19等表面之间的摩擦力，并尽量减少了软磁性材料粉末14彼此之间、软磁性材料粉末14与粘合剂15之间的空隙，而进行成型。此外，上述润滑层29是通过利用上述收容部28的热量蒸发涂敷的润滑液29a中的水分而形成，可以减小该润滑层29的厚度，且均一地形成，而且，通过除了软磁性材料粉末14与粘合剂15之外还添加流动改性剂17，可以进一步提高进行冲压时等混合物的流动性。
权利要求
1.一种电磁石用磁芯，由软磁性材料形成并设有线圈，其特征在于，通过软磁性材料粉末及由聚酰亚胺树脂构成的所述软磁性材料粉末的粘合剂而形成。
2.根据权利要求1所述的电磁石用磁芯，其特征在于，相对于所述软磁性材料粉末含有0.05～1.0重量％的所述聚酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1或2所述的电磁石用磁芯，其特征在于，所述电磁石用磁芯用于液体燃料喷射器的阀控制用电磁石中。
4.一种电磁石用磁芯的制造方法，所述电磁石用磁芯由软磁性材料形成并设有线圈，其特征在于，将软磁性材料粉末及由聚酰亚胺树脂构成的粘合剂的混合物插入到成型模之后，将该混合物通过冲压成型时，在收容所述混合物的所述成型模的收容部表面设置润滑层。
5.根据权利要求4所述的电磁石用磁芯的制造方法，其特征在于，将所述收容部加热为比常温高的温度，且在插入所述混合物之前，在所述收容部表面涂敷润滑液，同时利用所述收容部的热量使该涂敷的润滑液中的水分蒸发，而形成所述润滑层。
6.根据权利要求5所述的电磁石用磁芯的制造方法，其特征在于，在所述混合物中进一步添加流动改性剂。
全文摘要
本发明涉及一种用于液体燃料喷射器等的电磁石用磁芯，提高了耐化学侵蚀性及耐热性。将具有热、化学性质稳定的分子结构的聚酰亚胺树脂作为软磁性材料粉末(14)的粘合剂(15)，成型磁芯。相对软磁性材料粉末(14)包含0.05～1.0重量％的由聚酰亚胺树脂构成的粘合剂(15)。由于可以提高磁芯的耐热性及耐化学侵蚀性，因此可以作为液体燃料喷射器(7)的阀控制用电磁石来使用，且即使安装于发动机上也可以良好运行。
文档编号H01F3/08GK1890764SQ200480031679
公开日2007年1月3日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年11月5日
发明者宫原正久, 森本耕一郎 申请人:三菱综合材料Pmg株式会社