JPH09223618A

JPH09223618A - スピーカ磁気回路用ボンド軟磁性体

Info

Publication number: JPH09223618A
Application number: JP2929596A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tawara; 一憲田原
Original assignee: SAITAMA TECHNOS KK; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: SAITAMA TECHNOS KK; Proterial Ltd
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】主としてスピーカの磁気回路による歪を低減
し、音質を改善するために適したボンド軟磁性体を提供
する。【解決手段】鉄又は鉄基合金粉末はアトマイズ法、電
解法、還元法で製造された内の少なく共一種類を用い
る。鉄又は鉄基合金粉末はアミノシランカップリング剤
により表面処理を施す。樹脂は硬化剤と組み合わせたエ
ポキシ系樹脂を用いる。樹脂分添加量は、５〜３０体積
％とする。必要に応じて金属石鹸を添加する。得られた
混合物を加圧成形後、加熱処理を施してボンド軟磁性体
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改良されたスピー
カ用磁気回路、更に詳しくはスピーカ音声の高周波歪を
低減する改良されたスピーカ用磁気回路に用いられるボ
ンド軟磁性体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気回路は、スピーカユニットの駆動源
を構成する重要な構成要素である。比較的大形スピーカ
では、永久磁石に電気抵抗の高いフェライト磁石が用い
られるが、小形スピーカでは電気抵抗の低い焼結希土類
磁石が用いられ、ヨークは金属部品である鉄が用いられ
ている。この様に金属部品が多いため、ボイスコイル作
動時に、この金属部品に渦電流を誘発させ、この渦電流
が音声の歪の原因となり、またボイスコイルの高速応答
性の阻害要因となり音質低下の原因となっている。この
改善方法として、（１）磁気回路を構成する鉄ヨークの
磁気ギャップ形成部に銅リングを被着する方法、（２）
磁気回路の構成部品を非金属として、渦電流発生を抑え
る方法がある。（１）の場合、部品点数増によるコスト
増と磁気回路での磁気ギャップ幅が大となりギャップ磁
束密度が低下することにより、ボイスコイル駆動力の低
下を来している。また（２）の場合、非金属ヨークの代
表例は、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト等の
ソフトフェライトであるが、これらのソフトフェライト
は、ヨーク材の重要な特性の一つである飽和磁束密度Ｂ
ｓが５０００Ｇ程度で鉄材の約１／４と低いため、磁気
回路のギャップ磁束密度を大きくできず、充分なボイス
コイル駆動力が得られず、低出力スピーカに限られる欠
点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、飽和磁束密
度が高く、高電気抵抗を有するボンド軟磁性体を作製す
ることにより、ボイスコイルに流れる音声電流から発生
する磁場に起因するヨーク内の渦電流発生を防止するこ
とによって、歪の原因による音質劣化を阻止すると共
に、併せて、高出力スピーカにも適用可能な高いギャッ
プ磁束密度を有するヨーク材及び磁気回路の構造によっ
ては、永久磁石と共に用いられるポール材を提供するも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】鉄は、純粋（例えば不純
物が０．０５％以下）なものであれば、最大透磁率は極
めて大きく、２×１０⁵にも及ぶが、金属の通性に従
い、電気抵抗は、例えば１０μΩｃｍと小さく、ヨー
ク、ポールを含めた磁心に好適な材料とは言い難い。
従来、透磁率が大きい金属、例えば鉄又はパーマロイ系
（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａ
ｌ）その他の鉄基合金粉末を、電気抵抗の大きい物質、
例えばベークライト、水ガラス等の有機又は無機結合材
で結着し、圧粉体とした磁性体は、例えば特許第８８７
７９号、特許第１１２２３５号、特許第１２２７１４号
明細書に記載されている様に古くから知られている。上
記従来の圧粉磁性体は、例えばカーボニル鉄粉を有機絶
縁物で比較的低温において加圧結着せしめて圧粉磁心と
するか、又はその他の鉄基合金粉末を絶縁物と混合して
加圧成形したものである。渦電流の発生は、上記の如く
電気抵抗値が低い程多くなるため、鉄又は鉄基合金粉末
の粒子の一つ一つが樹脂等によって絶縁されていること
が必要であり、例えば特公昭４７−２２５１５号に記載
のように、ポリフェニルオキサイドをトルエンに溶解
し、鉄粉と混合することによって、電気抵抗値を高くす
る方法が提示されている。また、古くには特公昭３３−
９９４１号に記載のように、鉄粉表面を不飽和硫化アン
モニウムで処理することによって、粒子表面に硫化物被
膜を生成し、これを電気絶縁性物質と共に加圧成形する
ことが提示されている。近年には、各種のアミノシラン
カップリング剤やチタン系カップリング材が開発されて
来ており、希土類系のボンド磁石及びフェライト系ボン
ド磁石の磁粉の表面処理剤として用いられていることは
公知である。一方、ボンド軟磁性体の磁束密度は、鉄又
は鉄基合金の真密度に影響される。すなわち、真密度が
高いと飽和磁束密度は高くなり、真密度が低いと飽和磁
束密度は低くなる。真密度は粉末の圧粉性と成形圧力と
に関係する。圧粉性はできるだけ良い方が望ましい。成
形圧力も高い方が望ましいが、粉体同志の後述する圧着
による弊害、又は極端な歪を生じて鉄又は鉄基合金粉末
の保磁力を高め鉄損を増加せしめる程の高圧力である必
要はない。成形圧力が高過ぎる場合には、鉄又は鉄基合
金粉末粒子は互いに圧着し結合されるため電気抵抗が低
くなり、渦電流が多く発生する。従って、本発明では後
述する実施例に示すように、鉄又は鉄基合金粉末にエポ
キシ樹脂を硬化剤と共に添加して粒子相互間を充分に絶
縁したのち、加圧成形してボンド軟磁性体を得る。更に
電気抵抗を高くすると共に、粒子と樹脂間の結着を強固
にするため、アミノシランカップリング剤によって鉄又
は鉄基合金粉末粒子の表面を予め被覆して絶縁性被膜を
形成する。しかしながら、鉄又は鉄基合金粉末粒子を一
つ一つ充分に絶縁するために多量のエポキシ樹脂を添加
するとボンド軟磁性体の電気抵抗は上昇しても、鉄又は
鉄基合金のボンド軟磁性体としての真密度、所謂占積率
が低下するため飽和磁束密度の低下をきたす。一方、エ
ポキシ樹脂の添加量が過小になると鉄又は鉄基合金粉末
粒子の一つ一つを充分含んで相互に絶縁することが不可
能になり電気抵抗が低下し、渦電流の発生が大となる。
また、エポキシ樹脂を添加しない一般の粉末成形体で
は、これを高温にさらすことにより、粒子相互間に拡散
を起こさせ一体化させるが、上記のようにエポキシ樹脂
を添加するときは、鉄又は鉄基合金粉末相互の拡散は望
めず、一体化した後の強度はエポキシ樹脂の固着力で保
たなければならない。この点からも樹脂量が過小になれ
ば、実用に耐え得る強度のボンド軟磁性体を得ることが
出来ない。上記のアミノシランカップリング剤による
粒子表面の被覆の理由は、電気抵抗を高くする他に機械
的強度を向上するためである。即ち、アミノシランカッ
プリング剤は、親水性と親油性とを有している。親水性
を示すアルコキシシランの部分は、同様に親水性を示す
鉄又は鉄基合金粉末と強固に吸着する。一方、親油性を
示すアルキル基の部分は、同様に親油性を示すエポキシ
樹脂を強固に結合するために、アミノシランカップリン
グ剤を介して、鉄又は鉄基合金粉末とエポキシ樹脂との
間で強固な固着が発生することによって、高い電気抵抗
値と併せて強い機械強度を有するボンド軟磁性体を得る
ことができる。エポキシ樹脂を絶縁物として使用する理
由は、その性質が金属との接着力に優れ、しかも樹脂自
体の強度が高く、耐高温性に優れ、かつ耐候性が良いか
らである。金属との接着性の良い樹脂としては、エポキ
シ樹脂の他にフェノール樹脂、シリコーン樹脂などが知
られている。これらの機械的性質を比較すると次の様に
なる。

【０００５】

【表１】

【０００６】一方、スピーカの連続使用時に要求される
機械的強度と温度の関係は、自動車への取付けも考慮す
ると最高１３０℃程度迄の連続使用で機械的強度の大な
るものでなければならない。そこでフェノール樹脂は１
３０℃以上の連続使用に耐えないことと、シリコーン樹
脂は１３０℃以上の使用には耐えるが機械的強度がエポ
キシ樹脂と比べて著しく劣る。また、耐候性においても
エポキシ樹脂は好適である。また、混合ないしは混練を
均一に行うためと硬化剤の種類によって、エポキシ樹脂
は液状又は微粉末で用いられるが、液状の場合には粘度
は１００ポイズ以下で使用することが望ましい。この粘
度調節が容易であること、微粉末状で所望の硬化剤の所
定量を均一に混合できることも長所である。エポキシ系
樹脂を添加量として体積比で５〜３０％と限定した理由
は、図１に示すように、５％以下となると抗折力が１０
Ｋｇ／ｍｍ以下となり、また３０％以上では、それ以上
添加しても強度に寄与しない。また、実効電気抵抗値は
添加量に依存し、図２に示すように、４％以下の添加量
では実効電気抵抗値が極端に低下するため、これ以上の
添加が必要となる。一方、磁束密度Ｂ₁₀₀₀は、添加量が
減少すると当然増加するが、図３に示すように、体積比
で３０％を越えると磁束密度Ｂ₁₀₀₀は７０００Ｇ程度以
下となり、必要な磁束量を得るためには、体積が増加す
る。勿論、Ｂ₁₀₀₀ ７０００Ｇの値は、ＭｎＺｎフェラ
イト、ＮｉＺｎフェライトに代表される酸化物軟磁性材
料のＢ₁₀₀₀ ５０００Ｇよりも高い値を示すが、Ｂ₁₀₀₀
≧１０,０００Ｇを実用とするスピーカ用磁気回路では
体積増加は極力抑えることが望ましいことから３０％に
限定することにした。

【０００６】ボンド軟磁性体に用いる鉄又は鉄基合金粉
末は、製造法によって、その磁気特性が大きく影響され
る。図４は、後述する実施例１によって作製したボンド
軟磁性体の第１象眼における印加磁場に対する磁化の立
上りを磁束密度Ｂで示したものである。前述のように、
純粋な鉄の最大透磁率は２×１０⁵にも及ぶが、結晶中
に含まれる不純物、格子欠陥、転移、歪等の蓄積によっ
て透磁率は著しく低下し、保磁力Ｈｃも増加して、軟磁
性体としての適用が困難となる。図４の１はアトマイズ
法で作製した１００メッシュ以下の鉄粉、２は機械粉砕
によって作製した１００メッシュ以下の鉄粉である。両
者について磁場１０００Ｏｅを印加したときのＢの値
Ｂ₁₀₀₀を比較すると、１ではＢ₁₀₀₀＝１５ＫＧであるの
に対して２ではＢ₁₀₀₀＝９．１ＫＯｅと鉄粉／樹脂の体
積比率が同じであるにもかかわらず低い値を示す。また
１は１．５ＫＯｅの磁場中では、略飽和に達している
が、２では５ＫＯｅの磁場を印加しても飽和に達してい
ない。このＢ低下の原因は不純物によるのでは無く、機
械的粉砕の過程において、転移、歪が結晶内に蓄積する
ためである。因みに、２の鉄粉をＮ₂気流中６５０〜７
００℃で数時間、所謂歪取り焼成を施すことによって、
Ｂは１程度相当に回復する。しかしながら、熱処理設備
及び熱処理費用が加算されるため、原価高になることは
否めない。従って、転移、歪の発生を極力防止した鉄粉
又は鉄基合金粉末の製造が実用面から肝要であり、好適
な該粉末は、アトマイズ法、水素還元法及び電解法によ
って製造されたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】スピーカ用のボイスコイルに音声
電流が流れたときに発生する渦電流は、磁気回路のボイ
スコイル周辺の鉄ヨーク表面層（渦電流の表面効果）に
発生する。従って、少なく共ヨークの磁気ギャップに面
する部分を鉄の替りに、電気抵抗の大なるボンド軟磁性
体で形成することで、音声歪の原因となる渦電流の発生
を小さく抑制することができる。そのために要求される
ボンド軟磁性体は、鉄粉又は鉄基合金粉末表面が、絶縁
性を高め、かつ樹脂との結合力を強化するため、シラン
カップリング材で表面処理され、同時に該粒子の一つ一
つが樹脂によって十分に絶縁されていなければならな
い。また、機械強度、耐熱性、耐候性に優れるため樹脂
はエポキシ系樹脂が望ましい。このように形成されたボ
ンド軟磁性体を用いることによって、渦電流の発生を抑
制し、音声に優れたスピーカ用磁気回路を構成すること
が出来る。

【０００８】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。（実施例１）粒度１００メッシュ以下の振動ミルにより
機械粉砕された鉄粉（１）、及びアトマイズ法で作製し
た同粒度の鉄粉（２）を４kg準備した。これら（１）及
び（２）の鉄粉それぞれに対して、γ−グリシドオキシ
プロピルトリメトキシシラン４ｇをｎ−ヘキサン８００
ｍｌ中に分散した混合液を添加し、ヘンセルミキサで混
合後、恒温槽中１００℃×１ｈで表面処理を行った。次
いで、表面処理後の鉄粉（１）及び（２）各４Ｋｇに対
して、液体状エポキシ樹脂（エピコート８０７）１００
部について、予め硬化剤として４、４´−ジアミノジフ
ェニルメタン１０部を溶解した樹脂液１００ｇを添加
後、１００℃でニーダーによる混練を行い、１２０℃で
エポキシ樹脂の重合処理を行った。得られた鉄粉エポキ
シ固形物を６０メッシュ以下に解砕した後、該解砕粉末
４Ｋｇに対して、３２５メッシュ以下のジメチルジフェ
ニルスルホン２０ｇを添加、ヘンセルミキサにより十分
に混合した。この混合物に金属石鹸であるステアリン酸
カルシウムを０．１ｗｔ％混合、成形圧力３．５ｔ／ｃ
ｍ²で常温加圧成形したのち、加圧成形体を１５０℃で
２時間加熱硬化処理を施してボンド軟磁性体を得た。鉄
粉（１）及び（２）から得た磁束密度は図４に示すとお
りであり、前述のように、歪、欠陥等の発生がほとんど
伴わない鉄粉（２）が優れた特性を示す。本実施例にお
ける、樹脂分の体積率は、いずれも略１５ｖｏｌ％であ
り、電気抵抗は、いずれも１０^-1Ω・ｃｍであり、図２
の予備検討結果と良く一致する。従来の鉄ヨークの電気
抵抗値は、１０^-5Ω・ｃｍ程度であるので、本実施例の
ボンド軟磁性体では１０⁴倍も電気抵抗が大となるもの
である。比較例として、γ−グリシドオキシプロピルト
リメトキシシランによる表面処理を行わない鉄粉
（１）、（２）を用いた場合、磁束密度は図４相当の値
を得るが、電気抵抗値は１０^-3Ω・ｃｍであり、鉄ヨー
クに対して１００倍の高い値を有するものの表面処理を
施したものに比べて１００倍低下する。この事実から、
アミノシランカップリング剤による表面処理が電気抵抗
を高くする上で著しい効果を有することがわかる。

【０００９】（実施例２）実施例１では、エポキシ樹脂
は液状の樹脂を用いている。液状エポキシ樹脂は、分子
量又はアセトン等の有機溶媒によって粘度調節が可能で
あり、均質な混合物を得ることができる。しかしなが
ら、量産を行う場合、加圧成形時に鉄粉と樹脂等から成
る混合物であるコンパウンドの流動性が重要な問題とな
る。即ち、硬化剤を含む液状エポキシ樹脂と鉄粉とから
成るコンパウンドを加圧成形する場合、流動性が悪く、
金型キャビティ内への連続供給が不可能である。そのた
め、実施例１では、４、４´−ジアミノジフェニルメタ
ンを硬化剤として、鉄粉との混練後に、第１次の硬化を
行い、エポキシ樹脂を固化することによって、流動性を
確保した後、加圧成形後の二次の硬化剤として、ジメチ
ルジフェニルスルホンを用いる二段階の硬化法により、
ソフト軟磁性体の連続成形を可能にした。しかしなが
ら、この方法はコンパウンドの製造に加熱によるエネル
ギーと時間とが多くかかる。そこで、本実施例では、エ
ポキシ樹脂の微粉末を用いることにした。即ち、硬化剤
としてジシアンジアミド及びその誘導体を含有させた３
２５メッシュ以下のエポキシ樹脂微粉末（エピフォーム
ＥＰＸ−６１３６）を用いた。鉄粉は、それぞれ１００
メッシュ以下のアトマイズ粉、電解鉄粉及び酸化物から
の還元鉄粉を用いた。各鉄粉４Ｋｇを実施例１と同様に
γ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシランによっ
て表面処理を行った。表面処理後の各鉄粉４ｋｇに対
し、エピフォームＥＰＸ−６１３６樹脂混合物を１２０
ｇ添加、ヘンセルミキサで混合した。混合物にステアリ
ン酸カルシウムを０．２ｗｔ％混合し、実施例１と同様
に加圧成形並びに加熱硬化処理を行った。なお、鉄粉と
前記樹脂との混合時間は、ミキサーの形状、回転数、処
理量の大きさによって異なるが、略１０分以下、望まし
くは５分以下が適当と考えられる。その理由は、混合時
に鉄粉と樹脂部との衝突によって、鉄粉表面に樹脂が固
着するが、その時の衝撃熱によって樹脂部の局所的な温
度上昇に伴う重合化を極力抑制するためである。得られ
たボンド軟磁性体の電気抵抗値はいずれも１０^-1Ω・ｃ
ｍと実施例１と同様に高く、磁束密度は図５に示すよう
にアトマイズ粉（１）、電解鉄粉（２）及び還元鉄粉
（３）共にボンド軟磁性体に好適な高い値を示してお
り、これらの鉄粉はいずれも歪等の少ない粉末であるこ
とがわかる。以上から、硬化剤を含有ないしは混合した
微粉末のエポキシ樹脂を用いることによって、コンパウ
ンドを作製する時間が短くエネルギーも節約できる。

【００１０】

【発明の効果】本発明によって作製したボンド軟磁性材
料を用いることによって、渦電流の発生を著しく減少さ
せることができるため、スピーカの磁気回路にこれを適
用することにより、歪の発生が抑止され音質の改善され
たスピーカを安価に提供することができる。また、磁束
密度と電気抵抗値が共に高いことを利用して、非対称な
電圧が印加して動作する有極チョークコイル等の磁気回
路用部材としても、小型軽量化、高効率化、スイッチン
グ周波数の高周波化が低損失で図ることができるため、
この分野においても有望な部材となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で得られたボンド軟磁性体のエポキシ樹
脂分の添加量に対する抗折力の変化を示す。

【図２】本発明で得られたボンド軟磁性体のエポキシ樹
脂分の添加量に対する実効電気抵抗値の変化を示す。

【図３】本発明で得られたボンド軟磁性体のエポキシ樹
脂分の添加量に対する磁束密度Ｂ₁₀₀₀の変化を示す。

【図４】機械粉砕鉄粉末及びアトマイズ鉄粉末を出発原
料としたときのボンド軟磁性体の磁束密度の磁場変化を
示す。

【図５】アトマイズ粉末、電解鉄粉末及び還元鉄粉末を
出発原料としたときのボンド軟磁性体の磁束密度の磁場
変化を示す。

【符号の説明】

なし

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄又は鉄基合金粉末に体積比で５〜３０
％の樹脂を加え、混合ないしは混練した後加圧成形を行
い、鉄の歪取り温度に曝すことなく樹脂のみを硬化させ
るに十分な温度で処理して、略１０ないし数百ＫＨＺの
周波数領域において高磁束密度でしかも鉄損失の少ない
特性を有するスピーカ磁気回路用ボンド軟磁性体。
【請求項２】樹脂がエポキシ樹脂及び硬化剤の組合せ
から成り、必要に応じて滑剤を含有せしめた請求項１に
記載のスピーカ磁気回路用ボンド軟磁性体。
【請求項３】鉄又は鉄基合金粉末は電解法、アトマイ
ズ法及び／又は水素還元法により製作したものを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ磁気回路用
ボンド軟磁性体。
【請求項４】鉄又は鉄基合金粉末の表面をアミノシラ
ンカップリング剤によって表面処理を施し、加熱によっ
て該粉末表面に被膜を生成せしめた事を特徴とする請求
項１に記載のスピーカ磁気回路用ボンド軟磁性体。
【請求項５】エポキシ樹脂及び硬化剤の組合せが粉末
状のエポキシ樹脂と粉末又は液状の硬化剤とから構成さ
れていることを特徴とする請求項２記載のスピーカ磁気
回路用ボンド軟磁性体。
【請求項６】エポキシ樹脂及び硬化剤の組合せが液状
のエポキシ樹脂と粉末又は液状の硬化剤とから構成され
ていることを特徴とする請求項２に記載のスピーカ磁気
回路用ボンド軟磁性体。
【請求項７】エポキシ樹脂の添加量が体積比で５〜３
０％であることを特徴とする請求項２に記載のスピーカ
磁気回路用ボンド軟磁性体。
【請求項８】滑剤が揆水性の金属石鹸であることを特
徴とする請求項２に記載のスピーカ磁気回路用ボンド軟
磁性体。