磁芯及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁芯及其制造方法，特别是涉及一种高频淬火装置的加热线圈部 所安装的铁系软质磁芯及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 磁芯具有安装在线圈的背面而使磁力线集中于工件、增强功率、促进感应加热的 效果，及相反地安装在线圈的前面而屏蔽（遮蔽）磁力线、防止不需要淬火部位的加热的效 果，成为高频淬火装置的加热线圈所不可欠缺的零件。
[0003] 例如，在进行高频淬火的工件的形状复杂且需要调整淬火深度的情况下，可通过 变更安装的芯的形状、尺寸、数量、方向、位置等来改变感应加热的状态，可控制工件的淬火 深度。对于该芯材料，需要（1)频率特性良好、即电感随频率的变化的变化少、（2)饱和磁 通量密度高、（3)相对磁导率（比透磁率）高、（4)铁耗小等磁特性。
[0004] 另外，为了应对多种工件的形状，芯零件也大多是多品种少量生产，大多是逐个地 切削应对地进行生产。因此，要求强度高且富有切削性的材料。
[0005] 通过粉末冶金法所制造的磁芯由于原料损失少且量产性优异，因此多用作高频淬 火装置的加热线圈中所使用的磁芯。
[0006] 以往，作为高频淬火线圈用磁芯，例如使用了将铁粉用氟树脂固着的FLUXTROL A(Fluxtrol公司制商品名）、将铁硅铝粉用酚醛树脂固着的Polyiron(步y7 >，NEC Tokin(株）公司制商品名）等，但这些材料的强度较低、有着薄壁切削时产生开裂、线圈安 装时破损等问题。
[0007] 另一方面，作为以电动机或电抗器为对象用途的磁芯，已知有将预先在纯铁粉的 表面具有绝缘被膜的磁性粉末和硅树脂粉末混合，在规定的温度气氛下使树脂粉末凝胶 化、进行加压成形（温热成形）的压粉磁芯的制造方法（专利文献1)。
[0008] 另外，已知有在还原铁粉末中混合被覆热固性环氧树脂至不太减少该粉末的多孔 度的程度后，采用加压成形、固化及含油工序的铁系含油轴承的制造方法（专利文献2)。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开2008-270539号公报
[0012] 专利文献2 :日本特公昭32-5052号公报
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的课题
[0014] 在专利文献1中记载的方法中，需要使用预先在纯铁粉的表面具有绝缘被膜的昂 贵的原料铁粉，进而，使用生产率下降的温热成形使树脂粉末凝胶化、进行加压成形，因此， 存在原料成本上升和生产率下降及需要设备费用这样的问题。
[0015] 在专利文献2记载的铁系含油轴承的情况下，对还原铁粉末的绝缘不充分，难以 得到作为磁芯的磁特性。
[0016] 进而，在将磁芯用作高频淬火线圈用的情况下，以往所使用的磁芯存在其材料强 度低，产生薄壁切削时产生开裂、线圈安装时的破损等这样的问题。
[0017] 本发明是为了应对这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种在不使原料成本 上升的情况下提高生产率，具有磁芯、特别是高频淬火装置的加热线圈部等所安装的软质 磁芯所需要的磁特性及机械特性的磁芯及其制造方法。
[0018] 用于解决课题的方案
[0019] 本发明的磁芯的特征在于，其是使在粒子表面形成了树脂被膜的铁系软磁性体粉 末在压缩成形后进行热固化而制造的，上述树脂被膜为通过在含有潜伏性固化剂的环氧树 脂的软化温度以上且低于热固化开始温度的温度进行干式混合而形成的未固化树脂被膜， 上述压缩成形为使用模具的压缩成形体的制造，上述热固化为在上述含有潜伏性固化剂的 环氧树脂的热固化开始温度以上的温度使其热固化。
[0020] 其特征在于，上述铁系软磁性体粉末为还原铁粉末。另外，其特征在于，上述铁系 软磁性体粉末为以泰勒筛编号计通过80目（以下仅称为80目）但不通过325目的粒子。
[0021] 其特征在于，环氧树脂中所含的潜伏性固化剂为双氰胺，含有该潜伏性固化剂的 环氧树脂的软化温度为100~120°c。
[0022] 另外，其特征在于，相对于上述铁系软磁性体粉末和含有潜伏性固化剂的环氧树 脂的合计量，配合了 95~99质量％的上述铁系软磁性体粉末、1~5质量％的上述含有潜 伏性固化剂的环氧树脂。
[0023] 其特征在于，本发明的磁芯为用于高频淬火线圈的磁芯。
[0024] 上述本发明的磁芯的制造方法的特征在于，包括以下工序：将上述铁系软磁性体 粉末和上述环氧树脂在该环氧树脂的软化温度以上且低于热固化开始温度的温度进行干 式混合的混合工序、将通过上述混合工序生成的聚集饼在室温下粉碎而得到复合磁性粉末 的粉碎工序、将上述复合磁性粉末使用模具制成压缩成形体的压缩成形工序、和在上述环 氧树脂的热固化开始温度以上的温度使上述压缩成形体热固化的固化工序。特别是其特征 在于，上述压缩成形工序在200~500MPa的成形压力进行成形。另外，其特征在于，上述固 化工序在固化温度170~190°C进行固化。另外，其特征在于，上述固化工序在氮气氛中进 行固化。
[0025] 发明效果
[0026] 本发明的磁芯由于为使在粒子表面形成了含有潜伏性固化剂的环氧树脂的未固 化树脂被膜的铁系软磁性体粉末在压缩成形后进行热固化而制造的磁芯，因此，与单纯混 合铁系软磁性体粉末和树脂粉末所得到的磁芯相比，可以降低比重不同的铁粉和树脂粉末 的偏析，提高压缩成形时的压缩性，其结果，可以提高磁芯的密度。
[0027] 另外，通过铁系软磁性体粉末表面所形成的环氧树脂的绝缘被膜可以降低铁粉的 坯料接触的频率，提高作为磁特性的频率特性。
[0028] 进而，通过铁系软磁性体粉的表面所形成的环氧树脂的热固化可以有助于提高材 料强度，大幅地提高径向抗压强度（圧環強度）等磁芯的机械强度。另外，通过氮气氛中的 固化处理降低氧化，抑制饱和磁通量密度、相对磁导率等磁特性的降低。
[0029] 本发明的磁芯可通过利用粉末冶金法的近终形（二7冬7卜シX< 7°)来实现材 料成品率的提高、工时的减少、生产率的提高及成本的降低，可优选用于高频淬火线圈。
【附图说明】
[0030] 图1是磁芯的立体图。
[0031] 图2是直流B-H特性图。
[0032] 图3是示出电感变化率的图。
[0033] 图4是示出相对磁导率的图。
[0034] 图5是示出铁耗的图。
[0035] 图6是示出铁粉的不同导致的径向抗压强度的图。
[0036] 图7是示出固化气氛导致的径向抗压强度的图。
[0037] 图8是制造工序图。
【具体实施方式】
[0038] 等速万向接头的外侧接头部件是由圆柱状的原料经冷锻等锻造过程而制造的，然 后，进行高频淬火。该高频淬火为了在外侧接头部件的杯部分的内外面及轴部中调整高频 淬火的淬火度，大多在高频线圈的前面或者背面配置磁芯来实施。
[0039] 将磁芯的一个例子不于图1。图1为磁芯的立体图。磁芯1是对在粒子表面形成 了树脂被膜的铁系软磁性体粉末进行压缩成形，然后使其热固化而制造的。然后，根据需要 进行切削加工、滚筒加工及防锈处理等后处理。也可根据高频线圈的形状、大小、场所等适 宜变更所配置的磁芯的形状等。对图1所示的磁芯1而言，环氧树脂粉末和铁系软磁性体 粉末的压缩成形体2成为3型，该3型的凹部3配置在高频线圈的前面或者背面。
[0040] 作为可用于本发明的铁系软磁性体粉末，可以使用纯铁、铁-硅系合金、铁-氮系 合金、铁-镍系合金、铁-碳系合金、铁-硼系合金、铁-钴系合金、铁-磷系合金、铁-镍-钴 系合金及铁-铝-硅系合金（铁硅铝合金）等的粉末。
[0041] 在上述铁系软磁性体粉末中，优选纯铁，特别优选粉末冶金中所使用的还原铁粉 或雾化铁粉（7卜^<只''鉄粉）。更优选为所得到的磁芯的机械特性优异的还原铁粉。还 原铁粉为将制铁工厂中产生的氧化铁等用焦炭等进行还原，接着在氢气氛下进行热处理而 制造的铁粉，粒子内具有空穴。另外，雾化铁粉为将熔化的钢用高压水粉化?冷却，然后在 氢气氛下进行热处理而制造的铁粉，粒子内没有空穴。还原铁粉的剖面照片可在表面看到 大量的凹凸，认为该凹凸影响图6所示的径向抗压强度。
[0042]这些铁系软磁性体粉末优选为通过80目但不通过325目的粒子。80目的筛网眼为 177ym，另外，325目为44ym。因此，铁系软磁性体粉末的粒径的范围为44ym~177ym。 优选的范围为通过100目（149ym)但不通过250目（63ym)的粒子。通过325目的微粉 不易在铁粒子表面形成树脂被膜，不通过80目的铁粉的铁耗大。
[0043] 将对还原铁粉和雾化铁粉的比较及还原铁粉的粒径带来的特性比较进行研宄的 结果示于图2~图7。
[0044]准备作为还原铁粉的（1)通过100目但不通过325目的铁粉粒子（以下称为还原 铁粉）、（2)通过325目的铁粉粒子（以下称为还原铁粉（微粉））、（3)通过100目但不通 过325目的雾化铁粉粒子（以下称为雾化铁粉）。
[0045] 接着，在这些（1)~（3)的铁粉97. 3质量％中配合含有潜伏性固化剂的环氧树脂 粉末2. 7质量％，使用捏合机在110°C下加热混炼后，粉碎制备复合磁性粉末。将该复合磁 性粉末使用模具在400MPa的成形压力下压缩成形，使其在180°C的温度、在氮气氛下固化1 小时，进而，实施切削加工，得到内径7. 、外径12. 、厚度5. 7mm的平圆筒状的磁 芯。在该磁芯上缠绕初级绕组（一次側卷線）及次级绕组得到环状的供试试验片。在初级 绕组通直流电，对使磁化力（A/m)变化时的次级绕组的磁通量密度进行测定而对直流B-H 特性进行测定。将结果示于图2。
[0046] 直流B-H特性在还原铁粉及雾化铁粉中为同等，还原铁粉（微粉）降低。认为这 是因为在还原铁粉（微粉）的情况下，树脂被膜难以均匀地形成，因此，压缩成形时的压缩 性差，磁芯的密度降低。
[0047] 对使用了上述还原铁粉、雾化铁粉及还原铁粉（微粉）的磁芯分别以电感为10yH的方式调整绕组的缠绕数，将1kHz下的电感设为100%，对使频率变化时的电感及相对磁 导率进行测定。将结果示于图3及图4。
[0048] 对图3所示的电感变化率而言，三者均为同等。对图4所示的相对磁导率而言，还 原铁粉及雾化铁粉为同等，但还原铁粉（微粉）的相对磁导率降低。认为这是由绝缘