磁芯及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種磁芯及其制造方法，特別是涉及一種高頻淬火裝置的加熱線圈部 所安裝的鐵系軟質磁芯及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 磁芯具有安裝在線圈的背面而使磁力線集中于工件、增強功率、促進感應加熱的 效果，及相反地安裝在線圈的前面而屏蔽（遮蔽）磁力線、防止不需要淬火部位的加熱的效 果，成為高頻淬火裝置的加熱線圈所不可欠缺的零件。
[0003] 例如，在進行高頻淬火的工件的形狀復雜且需要調整淬火深度的情況下，可通過 變更安裝的芯的形狀、尺寸、數量、方向、位置等來改變感應加熱的狀態，可控制工件的淬火 深度。對于該芯材料，需要（1)頻率特性良好、即電感隨頻率的變化的變化少、（2)飽和磁 通量密度高、（3)相對磁導率（比透磁率）高、（4)鐵耗小等磁特性。
[0004] 另外，為了應對多種工件的形狀，芯零件也大多是多品種少量生產，大多是逐個地 切削應對地進行生產。因此，要求強度高且富有切削性的材料。
[0005] 通過粉末冶金法所制造的磁芯由于原料損失少且量產性優異，因此多用作高頻淬 火裝置的加熱線圈中所使用的磁芯。
[0006] 以往，作為高頻淬火線圈用磁芯，例如使用了將鐵粉用氟樹脂固著的FLUXTROL A(Fluxtrol公司制商品名）、將鐵硅鋁粉用酚醛樹脂固著的Polyiron(步y7 >，NEC Tokin(株）公司制商品名）等，但這些材料的強度較低、有著薄壁切削時產生開裂、線圈安 裝時破損等問題。
[0007] 另一方面，作為以電動機或電抗器為對象用途的磁芯，已知有將預先在純鐵粉的 表面具有絕緣被膜的磁性粉末和硅樹脂粉末混合，在規定的溫度氣氛下使樹脂粉末凝膠 化、進行加壓成形（溫熱成形）的壓粉磁芯的制造方法（專利文獻1)。
[0008] 另外，已知有在還原鐵粉末中混合被覆熱固性環氧樹脂至不太減少該粉末的多孔 度的程度后，采用加壓成形、固化及含油工序的鐵系含油軸承的制造方法（專利文獻2)。
[0009] 現有技術文獻
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1 :日本特開2008-270539號公報
[0012] 專利文獻2 :日本特公昭32-5052號公報
【發明內容】
[0013] 發明所要解決的課題
[0014] 在專利文獻1中記載的方法中，需要使用預先在純鐵粉的表面具有絕緣被膜的昂 貴的原料鐵粉，進而，使用生產率下降的溫熱成形使樹脂粉末凝膠化、進行加壓成形，因此， 存在原料成本上升和生產率下降及需要設備費用這樣的問題。
[0015] 在專利文獻2記載的鐵系含油軸承的情況下，對還原鐵粉末的絕緣不充分，難以 得到作為磁芯的磁特性。
[0016] 進而，在將磁芯用作高頻淬火線圈用的情況下，以往所使用的磁芯存在其材料強 度低，產生薄壁切削時產生開裂、線圈安裝時的破損等這樣的問題。
[0017] 本發明是為了應對這樣的問題而完成的，其目的在于，提供一種在不使原料成本 上升的情況下提高生產率，具有磁芯、特別是高頻淬火裝置的加熱線圈部等所安裝的軟質 磁芯所需要的磁特性及機械特性的磁芯及其制造方法。
[0018] 用于解決課題的方案
[0019] 本發明的磁芯的特征在于，其是使在粒子表面形成了樹脂被膜的鐵系軟磁性體粉 末在壓縮成形后進行熱固化而制造的，上述樹脂被膜為通過在含有潛伏性固化劑的環氧樹 脂的軟化溫度以上且低于熱固化開始溫度的溫度進行干式混合而形成的未固化樹脂被膜， 上述壓縮成形為使用模具的壓縮成形體的制造，上述熱固化為在上述含有潛伏性固化劑的 環氧樹脂的熱固化開始溫度以上的溫度使其熱固化。
[0020] 其特征在于，上述鐵系軟磁性體粉末為還原鐵粉末。另外，其特征在于，上述鐵系 軟磁性體粉末為以泰勒篩編號計通過80目（以下僅稱為80目）但不通過325目的粒子。
[0021] 其特征在于，環氧樹脂中所含的潛伏性固化劑為雙氰胺，含有該潛伏性固化劑的 環氧樹脂的軟化溫度為100~120°c。
[0022] 另外，其特征在于，相對于上述鐵系軟磁性體粉末和含有潛伏性固化劑的環氧樹 脂的合計量，配合了 95~99質量％的上述鐵系軟磁性體粉末、1~5質量％的上述含有潛 伏性固化劑的環氧樹脂。
[0023] 其特征在于，本發明的磁芯為用于高頻淬火線圈的磁芯。
[0024] 上述本發明的磁芯的制造方法的特征在于，包括以下工序：將上述鐵系軟磁性體 粉末和上述環氧樹脂在該環氧樹脂的軟化溫度以上且低于熱固化開始溫度的溫度進行干 式混合的混合工序、將通過上述混合工序生成的聚集餅在室溫下粉碎而得到復合磁性粉末 的粉碎工序、將上述復合磁性粉末使用模具制成壓縮成形體的壓縮成形工序、和在上述環 氧樹脂的熱固化開始溫度以上的溫度使上述壓縮成形體熱固化的固化工序。特別是其特征 在于，上述壓縮成形工序在200~500MPa的成形壓力進行成形。另外，其特征在于，上述固 化工序在固化溫度170~190°C進行固化。另外，其特征在于，上述固化工序在氮氣氛中進 行固化。
[0025] 發明效果
[0026] 本發明的磁芯由于為使在粒子表面形成了含有潛伏性固化劑的環氧樹脂的未固 化樹脂被膜的鐵系軟磁性體粉末在壓縮成形后進行熱固化而制造的磁芯，因此，與單純混 合鐵系軟磁性體粉末和樹脂粉末所得到的磁芯相比，可以降低比重不同的鐵粉和樹脂粉末 的偏析，提高壓縮成形時的壓縮性，其結果，可以提高磁芯的密度。
[0027] 另外，通過鐵系軟磁性體粉末表面所形成的環氧樹脂的絕緣被膜可以降低鐵粉的 坯料接觸的頻率，提高作為磁特性的頻率特性。
[0028] 進而，通過鐵系軟磁性體粉的表面所形成的環氧樹脂的熱固化可以有助于提高材 料強度，大幅地提高徑向抗壓強度（圧環強度）等磁芯的機械強度。另外，通過氮氣氛中的 固化處理降低氧化，抑制飽和磁通量密度、相對磁導率等磁特性的降低。
[0029] 本發明的磁芯可通過利用粉末冶金法的近終形（二7冬7卜シX< 7°)來實現材 料成品率的提高、工時的減少、生產率的提高及成本的降低，可優選用于高頻淬火線圈。
【附圖說明】
[0030] 圖1是磁芯的立體圖。
[0031] 圖2是直流B-H特性圖。
[0032] 圖3是示出電感變化率的圖。
[0033] 圖4是示出相對磁導率的圖。
[0034] 圖5是示出鐵耗的圖。
[0035] 圖6是示出鐵粉的不同導致的徑向抗壓強度的圖。
[0036] 圖7是示出固化氣氛導致的徑向抗壓強度的圖。
[0037] 圖8是制造工序圖。
【具體實施方式】
[0038] 等速萬向接頭的外側接頭部件是由圓柱狀的原料經冷鍛等鍛造過程而制造的，然 后，進行高頻淬火。該高頻淬火為了在外側接頭部件的杯部分的內外面及軸部中調整高頻 淬火的淬火度，大多在高頻線圈的前面或者背面配置磁芯來實施。
[0039] 將磁芯的一個例子不于圖1。圖1為磁芯的立體圖。磁芯1是對在粒子表面形成 了樹脂被膜的鐵系軟磁性體粉末進行壓縮成形，然后使其熱固化而制造的。然后，根據需要 進行切削加工、滾筒加工及防銹處理等后處理。也可根據高頻線圈的形狀、大小、場所等適 宜變更所配置的磁芯的形狀等。對圖1所示的磁芯1而言，環氧樹脂粉末和鐵系軟磁性體 粉末的壓縮成形體2成為3型，該3型的凹部3配置在高頻線圈的前面或者背面。
[0040] 作為可用于本發明的鐵系軟磁性體粉末，可以使用純鐵、鐵-硅系合金、鐵-氮系 合金、鐵-鎳系合金、鐵-碳系合金、鐵-硼系合金、鐵-鈷系合金、鐵-磷系合金、鐵-鎳-鈷 系合金及鐵-鋁-硅系合金（鐵硅鋁合金）等的粉末。
[0041] 在上述鐵系軟磁性體粉末中，優選純鐵，特別優選粉末冶金中所使用的還原鐵粉 或霧化鐵粉（7卜^<只''鉄粉）。更優選為所得到的磁芯的機械特性優異的還原鐵粉。還 原鐵粉為將制鐵工廠中產生的氧化鐵等用焦炭等進行還原，接著在氫氣氛下進行熱處理而 制造的鐵粉，粒子內具有空穴。另外，霧化鐵粉為將熔化的鋼用高壓水粉化?冷卻，然后在 氫氣氛下進行熱處理而制造的鐵粉，粒子內沒有空穴。還原鐵粉的剖面照片可在表面看到 大量的凹凸，認為該凹凸影響圖6所示的徑向抗壓強度。
[0042]這些鐵系軟磁性體粉末優選為通過80目但不通過325目的粒子。80目的篩網眼為 177ym，另外，325目為44ym。因此，鐵系軟磁性體粉末的粒徑的范圍為44ym~177ym。 優選的范圍為通過100目（149ym)但不通過250目（63ym)的粒子。通過325目的微粉 不易在鐵粒子表面形成樹脂被膜，不通過80目的鐵粉的鐵耗大。
[0043] 將對還原鐵粉和霧化鐵粉的比較及還原鐵粉的粒徑帶來的特性比較進行研宄的 結果示于圖2~圖7。
[0044]準備作為還原鐵粉的（1)通過100目但不通過325目的鐵粉粒子（以下稱為還原 鐵粉）、（2)通過325目的鐵粉粒子（以下稱為還原鐵粉（微粉））、（3)通過100目但不通 過325目的霧化鐵粉粒子（以下稱為霧化鐵粉）。
[0045] 接著，在這些（1)~（3)的鐵粉97. 3質量％中配合含有潛伏性固化劑的環氧樹脂 粉末2. 7質量％，使用捏合機在110°C下加熱混煉后，粉碎制備復合磁性粉末。將該復合磁 性粉末使用模具在400MPa的成形壓力下壓縮成形，使其在180°C的溫度、在氮氣氛下固化1 小時，進而，實施切削加工，得到內徑7. 、外徑12. 、厚度5. 7mm的平圓筒狀的磁 芯。在該磁芯上纏繞初級繞組（一次側卷線）及次級繞組得到環狀的供試試驗片。在初級 繞組通直流電，對使磁化力（A/m)變化時的次級繞組的磁通量密度進行測定而對直流B-H 特性進行測定。將結果示于圖2。
[0046] 直流B-H特性在還原鐵粉及霧化鐵粉中為同等，還原鐵粉（微粉）降低。認為這 是因為在還原鐵粉（微粉）的情況下，樹脂被膜難以均勻地形成，因此，壓縮成形時的壓縮 性差，磁芯的密度降低。
[0047] 對使用了上述還原鐵粉、霧化鐵粉及還原鐵粉（微粉）的磁芯分別以電感為10yH的方式調整繞組的纏繞數，將1kHz下的電感設為100%，對使頻率變化時的電感及相對磁 導率進行測定。將結果示于圖3及圖4。
[0048] 對圖3所示的電感變化率而言，三者均為同等。對圖4所示的相對磁導率而言，還 原鐵粉及霧化鐵粉為同等，但還原鐵粉（微粉）的相對磁導率降低。認為這是由絕緣