(57)【要約】  低損失な磁心を構成することができる圧粉成形体、この圧粉成形体の製造方法、及びこの圧粉成形体を用いたリアクトル用コアを提供する。圧粉成形体41,42の外周面の一部をダイ10Aの貫通孔10hAの内周面で形成し、他部を貫通孔10hAに挿通配置したコアロッド13Aの外周面で形成する。成形空間31,32に原料粉末P:被覆軟磁性粉末を充填して、下パンチ12(第一パンチ)と上パンチ11(第二パンチ)とで加圧した後、コアロッド13Aを圧粉成形体41,42に対して相対的に動かさない状態で、ダイ10Aを圧粉成形体41,42に対して相対的に移動させて、圧粉成形体41,42を成形空間31,32から抜き出す。圧粉成形体41,42の外周面においてコアロッド13Aが形成した領域は、コアロッド13Aと摺接しないため健全な絶縁層が維持されることから、圧粉成形体41,42を用いた磁心は、渦電流損を低減できる。
2012081737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を加圧成形した圧粉成形体であって、
前記圧粉成形体を構成する一面を基準面、この基準面から選択した領域を基準領域、この基準領域における表面性状値をR1とするとき、以下の(1)又は(2)を満たすことを特徴とする圧粉成形体。
(1)  前記基準面において基準領域以外から選択した領域を同面領域、この同面領域における表面性状値をR2とするとき、
前記表面性状値R1に対する表面性状値R2の比:R2/R1が2以上を満たす同面領域が前記基準面に存在する。
(2)  前記基準面とは別の一面から選択した領域を別面領域、この別面領域における表面性状値をR3とするとき、
前記表面性状値R1に対する表面性状値R3の比:R3/R1が2以上を満たす別面領域を有する面であって、前記基準面に隣接する面が三つ以上存在する。
但し、前記表面性状値は、算術平均粗さRa、最大高さRz、及び粗さ曲線の最大谷深さRvから選択されるいずれか一つとする。
【請求項２】
更に、前記基準領域、前記同面領域又は前記別面領域における線形負荷曲線の突出山部高さRpkをそれぞれ、Rpk1、Rpk2、Rpk3とするとき、
前記突出山部高さRpk1に対する突出山部高さRpk2の比:Rpk2/Rpk1が5以下、又は、前記突出山部高さRpk1に対する突出山部高さRpk3の比:Rpk3/Rpk1が5以下を満たすことを特徴とする請求項1に記載の圧粉成形体。
【請求項３】
絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を成形空間に充填した後、この被覆軟磁性粉末を加圧して圧粉成形体を製造する圧粉成形体の製造方法であって、
前記成形空間のうち、圧粉成形体の外周面を形成する箇所を複数の金型部材により構成し、
加圧後、前記金型部材のうち一部の金型部材を、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、他部の金型部材を当該圧粉成形体に対して相対的に移動させることで、当該圧粉成形体を前記成形空間から抜き出すことを特徴とする圧粉成形体の製造方法。
【請求項４】
圧粉成形体の外周面の一部を形成する貫通孔が設けられたダイと、前記貫通孔がつくる空間内に位置するように挿通配置されて、前記圧粉成形体の外周面の他部を形成するコアロッドと、前記貫通孔の一方の開口部を塞ぐように配置された第一パンチとでつくられる成形空間に前記被覆軟磁性粉末を充填する充填工程と、
前記成形空間内の被覆軟磁性粉末を前記第一パンチと、この第一パンチと対向配置された第二パンチとで加圧する加圧工程と、
加圧後、前記コアロッドを、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、前記ダイを当該圧粉成形体に対して相対的に移動させて、当該圧粉成形体を前記成形空間から抜き出す取出工程とを具えることを特徴とする請求項3に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項５】
前記加圧工程では、前記第一パンチを固定した状態で、前記第二パンチを移動することで前記被覆軟磁性粉末を加圧すると共に、前記第二パンチの移動に伴って前記ダイ及び前記コアロッドを移動することを特徴とする請求項4に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項６】
前記複数の金型部材により複数の圧粉成形体を成形可能な複数の成形空間を構成し、複数の圧粉成形体を同時に製造することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項７】
請求項3〜6のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする圧粉成形体。
【請求項８】
請求項1,2,7のいずれか1項に記載の圧粉成形体を具えることを特徴とするリアクトル用コア。
【請求項９】
請求項1又は2に記載の圧粉成形体を具えるリアクトル用コアであり、このリアクトル用コアは、コイルと組み合せてリアクトルを構成してコイルを励磁したとき、磁束方向に平行に配置される磁束平行面を有しており、
前記磁束平行面の一部に前記同面領域、又は前記別面領域を有することを特徴とするリアクトル用コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルなどの磁心の素材に利用される圧粉成形体、及びその製造方法、この圧粉成形体を用いたリアクトル用コアに関するものである。特に、低損失な磁心が得られる圧粉成形体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄やその合金などの軟磁性材料からなる磁心と、この磁心に配置されるコイルとを具える磁気部品が種々の分野で利用されている。上記磁心として、圧粉成形体を素材とした圧粉磁心がある(特許文献1参照)。圧粉成形体は、代表的には、貫通孔を有するダイと、ダイの貫通孔の一方の開口部を塞ぐように配置される下パンチとでつくられる成形空間に原料粉末を充填した後、下パンチと上パンチとで当該原料粉末を加圧・圧縮し、圧縮物をダイから抜き出すことで製造される。通常、上記圧縮物に熱処理を施した熱処理材を磁心に利用する。【０００３】
上記磁気部品を交流磁場で使用する場合、磁心には、鉄損(概ね、ヒステリシス損と渦電流損との和)を低減することが望まれる。特に、数kHz以上といった高周波数で利用される磁心では、渦電流損が大きくなることから、渦電流損の低減が望まれる。特許文献1に記載されるように、原料粉末に、鉄粒子といった軟磁性材料からなる金属粒子の外周に絶縁被膜(絶縁層)を具える被覆粒子からなる被覆軟磁性粉末を利用すると、金属粒子間が絶縁されて圧粉成形体の電気抵抗を高められる。従って、この圧粉成形体を磁心に用いることで、渦電流損を効果的に低減でき、低損失な磁心が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2005-248274号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧粉磁心の損失を更に低減することが望まれている。
昨今、磁気部品の作動周波数がますます高くなってきていることから、特に渦電流損を更に低減することが望まれている。【０００６】
上述のように被覆軟磁性粉末を利用することで、渦電流損をある程度低減できる。しかし、圧粉成形体(圧縮物)をダイから抜き出す際、圧粉成形体においてダイとの接触領域に存在する金属粒子は、ダイが圧粉成形体を押圧する力の反力によりダイに摺り合うことで塑性変形し易く、この変形に十分に追従できずに絶縁層が損傷する恐れがある。絶縁層の損傷により露出された金属粒子の一部がダイとの摺動により薄片状に変形し、この変形によって上記金属粒子同士が接触して電気的に導通すると、この導通部分に渦電流が流れることで渦電流損の増大を招く。絶縁層の損傷を防止するために、特許文献1に記載されるように、ダイや下パンチに潤滑剤を塗布したり、潤滑剤として機能する有機物を原料粉末に添加させたりすることが考えられる。上記潤滑剤を十分に多くすることで、上記損傷を十分に防止できると期待される。しかし、潤滑剤の多量使用は、圧粉成形体中の磁性成分の割合の低下を招く。【０００７】
一方、圧粉成形体の表面を濃塩酸などで表面処理して、上記導通部分を除去することが考えられる。しかし、この場合、別途、表面処理工程が必要であり、圧粉成形体の生産性の低下を招く。【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、低損失な磁心を構築することができる圧粉成形体及びリアクトル用コアを提供することにある。また、本発明の他の目的は、低損失な磁心を製造可能な圧粉成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、圧粉成形体(圧縮物)をダイから抜き出す際、当該圧粉成形体の一部がダイに接触していない状態とすれば、この一部はダイと摺接しないことから絶縁層の損傷を防止でき、健全な絶縁層を有する領域(以下、健全領域と呼ぶ)を具える圧粉成形体が得られる、との知見を得た。また、得られた圧粉成形体を構成する外表面の表面性状を調べたところ、ダイによって形成されていない健全領域とダイが形成した領域とは、粗さが異なっており、上記健全領域は、当該ダイが形成した領域に比較して大きな凹凸を有していた。この理由は、ダイが形成した領域は、ダイから取り出す際にダイに摺接することで上述の被覆軟磁性粉末を構成する被覆粒子(軟磁性粒子)が塑性変形して比較的平滑となり、健全領域は、当該軟磁性粒子が過度に塑性変形せずに残存することで、当該軟磁性粒子の大きさに応じた凹凸を有するため、と考えられる。【００１０】
更に、本発明者らは、圧粉成形体の外表面の一部、特に、周方向に連続する外周面の一部に、周方向に分断するように上記健全領域を有する場合、渦電流損を低減できる、との知見を得た。この理由は、上記健全領域は、健全な絶縁層によって軟磁性粒子同士が絶縁された絶縁領域であることから、圧粉成形体の外周面に生じる渦電流を分断できるためである、と考えられる。【００１１】
上記知見に基づき、低損失な磁心を構築できる圧粉成形体として、当該圧粉成形体を構成する外表面に表面性状が異なる領域を有するものを提案する。また、上記知見に基づき、圧粉成形体の製造にあたり、成形空間、及び圧粉成形体の抜き出し方法を特定の構成とすることを提案する。【００１２】
本発明の圧粉成形体は、絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を加圧成形したものであり、当該圧粉成形体を構成する一面を基準面、この基準面から選択した領域を基準領域、この基準領域における表面性状値をR1とするとき、以下の(1)又は(2)を満たす。
(1)  上記基準面において基準領域以外から選択した領域を同面領域、この同面領域における表面性状値をR2とするとき、
上記表面性状値R1に対する表面性状値R2の比:R2/R1が2以上を満たす同面領域が上記基準面に存在する。
(2)  上記基準面とは別の一面から選択した領域を別面領域、この別面領域における表面性状値をR3とするとき、
上記表面性状値R1に対する表面性状値R3の比:R3/R1が2以上を満たす別面領域を有する面であって、上記基準面に隣接する面が三つ以上存在する。
但し、上記表面性状値は、算術平均粗さRa、最大高さRz、及び粗さ曲線の最大谷深さRvから選択されるいずれか一つとする。【００１３】
上記本発明圧粉成形体は、例えば、以下の製造方法によって製造することができる。本発明の圧粉成形体の製造方法は、絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を成形空間に充填した後、この被覆軟磁性粉末を加圧して圧粉成形体を製造する方法に係るものである。この製造方法は、上記成形空間のうち、圧粉成形体の外周面を形成する箇所を複数の金型部材により構成することを特徴の一つとする。また、この製造方法は、加圧後、上記金型部材のうち一部の金型部材を、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、他部の金型部材を当該圧粉成形体に対して相対的に移動させることで、当該圧粉成形体を上記成形空間から抜き出すことを特徴の一つとする。【００１４】
本発明圧粉成形体は、その外表面に、相対的に粗い領域(上記(1)を満たす場合には同面領域、上記(2)を満たす場合には別面領域を有する一面全域)と、相対的に粗さが小さい領域(上記(1)を満たす場合には基準面の一部、上記(2)を満たす場合には基準面)とが隣接して存在する。この相対的に粗い領域は、絶縁層が健全な状態である健全領域＝絶縁領域、相対的に粗さが小さい領域は、被覆軟磁性粉末を構成する被覆粒子(軟磁性粒子)が変形して凹凸が小さくなった平滑な領域といえる。上記健全領域を具える本発明圧粉成形体は、磁心に利用した場合、上記平滑な領域が、軟磁性粒子同士が導通した領域であっても、この健全領域によって渦電流を分断でき、渦電流損を低減できる。従って、本発明圧粉成形体は、低損失な磁心を構築することができる。【００１５】
本発明の製造方法は、特に、柱状体といった貫通孔を有していない中実の圧粉成形体、即ち、輪郭線が1本の連続線となる外形を有する圧粉成形体を製造するにあたり、圧粉成形体の外周面(周方向に連続する少なくとも一つの面)を形成する金型部材を従来のように一つのダイとするのではなく、複数とする。この構成により、圧粉成形体(圧縮物)を成形空間から抜き出すにあたり、一部の金型部材を圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態にできる。かつ、圧粉成形体とこの一部の金型部材とを完全に離す際、圧粉成形体の外周面の他部は、他部の金型部材による拘束が解放された状態であるため、圧粉成形体の外周面の一部と上記一部の金型部材とを摺接することなく、両者を離すことができる。従って、本発明の製造方法により得られた圧粉成形体は、周方向に連続する少なくとも一つの面から構成される外周面のうち、一部の金型部材により形成された領域の絶縁層は、当該金型部材との摺接による損傷が実質的になく、健全な状態である。即ち、この圧粉成形体は、その周方向の少なくとも一部に健全な絶縁層を有する領域(健全領域＝絶縁領域)を具える。この健全領域は、他部の金型部材によって形成された領域よりも表面が粗く、他部の金型部材によって形成された領域は、上述のように軟磁性粒子が変形して比較的平滑である。このような圧粉成形体により磁心を構成した場合、圧粉成形体の外周面においてその周方向の他部に絶縁層が損傷した導通部分が存在したとしても、上記絶縁領域により渦電流を分断でき、渦電流損を低減できることから、低損失な磁心を構築することができる。そのため、本発明の製造方法は、低損失な磁心が得られる圧粉成形体を製造できる。【００１６】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記本発明の製造方法により製造されたものが挙げられる。本発明の製造方法により製造された本発明圧粉成形体の代表的な形態は、その外周面の一部に健全な絶縁層が存在する絶縁領域を有し、他部に絶縁層から露出された軟磁性粒子同士が電気的に導通した領域を有する形態が挙げられる。本発明の製造方法では、低損失な磁心が得られることから、圧粉成形体の外表面の一部に導通部分が存在することを許容する。従って、本発明の製造方法は、導通部分を除去するための処理工程が不要であり、低損失な磁心が得られる圧粉成形体を生産性よく製造できる。【００１７】
上記複数の金型部材のうち、圧粉成形体(圧縮物)を成形空間から抜き出すときに圧粉成形体に相対的に移動させる金型部材としては、代表的には、原料粉末が充填される貫通孔を有するダイが挙げられる。この金型部材は、一つ又は複数の分割片によって構成することができる。つまり、ダイは、複数の分割片によって構成することができる。一方、相対的に動かさない金型部材としては、上記ダイの貫通孔に挿通配置する棒状のコアロッドが挙げられる。このコアロッドも、一つ又は複数とすることができる。上記複数の金型部材として、ダイ及びコアロッドをそれぞれ一つずつ具える形態とすると、移動機構を簡単に構成でき、操作性に優れる。なお、相対的に動かさないとは、圧粉成形体(圧縮物)と摺接して絶縁層を損傷するような移動をさせないことを意味し、上記損傷が生じない範囲での移動は許容する。【００１８】
本発明圧粉成形体の一形態として、更に、上記基準領域、上記同面領域又は上記別面領域における線形負荷曲線の突出山部高さRpkをそれぞれ、Rpk1、Rpk2、Rpk3とするとき、上記突出山部高さRpk1に対する突出山部高さRpk2の比:Rpk2/Rpk1が5以下、又は、上記突出山部高さRpk1に対する突出山部高さRpk3の比:Rpk3/Rpk1が5以下を満たす形態が挙げられる。【００１９】
本発明者らが調べたところ、線形負荷曲線の突出山部高さRpkにおける上記比が特定の範囲を満たす面や領域を具える圧粉成形体は、成形後に導通部分を除去するための後処理を行うことなく、上述の絶縁領域が存在して低損失な磁心が得られる、との知見を得た。従って、上記形態は、低損失な磁心の生産性の向上に寄与することができる。【００２０】
本発明の製造方法の一形態として、以下の充填工程、加圧工程、取出工程を具える形態が挙げられる。
充填工程:圧粉成形体の外周面の一部を形成する貫通孔が設けられたダイと、上記貫通孔がつくる空間内に位置するように挿通配置されて、上記圧粉成形体の外周面の他部を形成するコアロッドと、上記貫通孔の一方の開口部を塞ぐように配置された第一パンチとでつくられる成形空間に上記被覆軟磁性粉末を充填する工程。
加圧工程:上記成形空間内の被覆軟磁性粉末を上記第一パンチと、この第一パンチと対向配置された第二パンチとで加圧する工程。
取出工程:加圧後、上記コアロッドを、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、上記ダイを当該圧粉成形体に対して相対的に移動させて、当該圧粉成形体を上記成形空間から抜き出す工程。【００２１】
上記形態では、ダイから圧粉成形体(圧縮物)を抜き出すときに、当該圧粉成形体に対してコアロッドを相対的に動かさない状態にできる。そして、抜き出された圧粉成形体の外周面のうち、上記コアロッドが接触していた箇所の絶縁層は健全な状態が維持される。従って、上記形態により得られた圧粉成形体を磁心に用いた場合、上記健全な絶縁層が存在する健全領域＝絶縁領域により渦電流を分断可能であり、上記形態は、低損失な磁心が得られる圧粉成形体を製造できる。【００２２】
上記ダイ及びコアロッドを具える形態として、上記加圧工程において、上記第一パンチを固定した状態で、上記第二パンチを移動することで上記被覆軟磁性粉末を加圧すると共に、上記第二パンチの移動に伴って上記コアロッド及び上記ダイを移動する形態が挙げられる。【００２３】
第一パンチを固定パンチとし、第二パンチのみを第一パンチ側に移動させることで、原料粉末(被覆軟磁性粉末)を加圧・圧縮可能である。しかし、この場合、第二パンチの近傍に存在する原料粉末は、移動量が多く、この移動時、当該原料粉末を構成する軟磁性粒子同士が摺接して絶縁層を損傷する恐れがある。また、第二パンチの近傍に存在する原料粉末が第一パンチの近傍に存在する原料粉末よりも加圧され易くなり、成形空間内に充填された原料粉末を均一的に加圧し難い。第二パンチの移動に伴ってダイ及びコアロッドも移動する上記形態は、第二パンチの近傍に存在する原料粉末の移動量を低減して、当該移動による絶縁層の損傷を抑制できる上に、成形空間内の原料粉末を均一的に加圧し易い。また、上記形態は、第一パンチを固定パンチとすることで、移動機構を簡単に構成でき、操作性に優れる。【００２４】
本発明の製造方法の一形態として、上記複数の金型部材により複数の圧粉成形体を成形可能な複数の成形空間を構成し、複数の圧粉成形体を同時に製造する形態が挙げられる。【００２５】
従来の圧粉成形体の製造方法では、一つのダイと一つの下パンチとで一つの圧粉成形体を製造している。本発明の製造方法も、一つの圧粉成形体のみを製造可能であるが、ある金型部材(例えば、ダイ)に対する別の金型部材(例えば、コアロッド)の配置位置を調整することで、上記形態のように複数の圧粉成形体を一度に製造できる。例えば、上述のダイ及びコアロッドを具える形態では、ダイの貫通孔の内部空間の中央部にコアロッドを挿通配置し、ダイの貫通孔の内周面とコアロッドの外周面とで複数の中空空間が設けられるように貫通孔の内周形状及びコアロッドの外周形状を構成することで、複数の圧粉成形体を同時に成形可能である。上記形態は、複数の圧粉成形体を一度に製造可能なため、圧粉成形体の製造性に優れる。特に、複数の分割コア片を組み合せて磁心を構成する場合、上記形態により得られた複数の圧粉成形体をそれぞれ分割コア片に利用できるため、上記形態は、磁心の製造性にも優れる。【００２６】
本発明のリアクトル用コアとして、本発明圧粉成形体を具えるものを提案する。【００２７】
本発明圧粉成形体をリアクトル用コアに用いた場合、このコアを具えるリアクトルは、渦電流損が小さく、低損失である。リアクトル用コアの一部、又は全てに本発明圧粉成形体を用いることができる。リアクトルに具える磁心のうち、少なくともコイルが配置される箇所を本発明圧粉成形体で構成すると、渦電流損を効果的に低減できる。【００２８】
本発明リアクトル用コアの一形態として、コイルと組み合せてリアクトルを構成してコイルを励磁したとき、磁束方向に平行に配置される磁束平行面を有しており、上記磁束平行面の一部に上記同面領域、又は上記別面領域を有する形態が挙げられる。或いは、上記磁束平行面の一部が上記抜き出しの際に圧粉成形体に対して相対的に動かさないでいた一部の金型部材により形成された形態が挙げられる。【００２９】
相対的に粗い同面領域や別面領域は、上述のように健全領域＝絶縁領域である。また、本発明の製造方法により得られた圧粉成形体の外周面において、抜き出しの際、相対的に動かさないでいた一部の金型部材により形成された領域も健全な絶縁層が存在する健全領域＝絶縁領域となる。上記形態は、磁束平行面の一部に上記絶縁領域を具えるため、リアクトルを構成してコイルを励磁したとき、この絶縁領域により渦電流を分断でき、渦電流損を低減できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明リアクトル用コアは、低損失である。本発明圧粉成形体は、低損失な磁心を構築することができる。本発明圧粉成形体の製造方法は、上記圧粉成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明圧粉成形体の一例を示す概略斜視図であり、(A)は、一面の一部に粗い領域を具える例、(B)は、一面の一部に粗い領域を具える面を複数具える例、(C)は、一面全面が粗い面である例を示す。
【図２】本発明圧粉成形体の製造方法の手順の一例を説明する工程説明図である。
【図３】本発明圧粉成形体の製造方法に用いるダイ及びコアロッドの平面図である。
【図４】(A)は、試験例で作製したNo.1の圧粉成形体において、ダイが形成した領域についての断面曲線のグラフ、(B)は、粗さ曲線のグラフである。
【図５】(A)は、試験例で作製したNo.1の圧粉成形体において、コアロッドが形成した領域についての断面曲線のグラフ、(B)は、粗さ曲線のグラフである。
【図６】(A)は、試験例で作製したNo.1の圧粉成形体において、パンチが形成した領域についての断面曲線のグラフ、(B)は、粗さ曲線のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、図1を参照して、本発明圧粉成形体を説明する。
【００３３】
《圧粉成形体》
本発明圧粉成形体は、軟磁性材料からなる軟磁性粒子の表面が絶縁層で覆われた被覆粒子から構成される被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる成形体であり、上記軟磁性粒子と、軟磁性粒子間に介在される絶縁物とを主要構成材料とする。絶縁物は、代表的には、上記絶縁層から構成される。その他、絶縁物は、成形後に施す熱処理によって生成されたものを含有することを許容する。軟磁性材料及び絶縁層の材質、大きさなどは後述する。
【００３４】
本発明圧粉成形体の代表的な形状は、図1に示す直方体が挙げられる。その他、n＝3又はn＝5以上の多角柱、円柱、楕円柱などの種々の柱状体が挙げられる。n≧3の多角柱の場合、少なくとも一つの角部が丸められた形態を含む。そして、本発明圧粉成形体は、表面性状が部分的に異なることを最大の特徴とする。具体的には、本発明圧粉成形体を構成する外表面のうち、周方向に連続する少なくとも一つの面から構成される外周面の一部が相対的に粗い領域(凹凸が大きい領域)であり、周方向を分断するように上記粗い領域が存在する。
【００３５】
上記外周面の一部とは、外周面が周方向に連続するn個(図1では4個)の面で構成される場合、[1]一面の一部のみ(例えば、図1(A)に示す形態)、[2]隣接する二面のうちの一面の一部及び他面の一部(例えば、図1(B)に示す形態)、[3]1個以上n−1個以下の面全体(例えば、図1(C)に示す形態)、[4]1個以上n−1個以下の面全体と一面の一部、[5]1個以上n−2個以下の面全体と一面の一部及び他面の一部(例えば、後述する図3(C-1),図3(D-1)に示す形態)が挙げられる。円柱や楕円柱などのように外周面が継ぎ目のない一つの面で構成される場合は、当該外周面の一部をいう。
【００３６】
図1(A)に示す直方体状の圧粉成形体1Aは、一面(図1(A)では左面)の一部に相対的に粗い領域102を有し、当該一面の他部が相対的に平滑な領域101である。ここでは、平滑な領域101及び粗い領域102のいずれも長方形状であり、粗い領域102は、二つの平滑な領域101に挟まれている。平滑な領域101及び粗い領域102についてそれぞれ、表面性状値(ここでは、算術平均粗さRa、最大高さRz、及び粗さ曲線の最大谷深さRvから選択されるいずれか一つ)を測定し、平滑な領域101(基準領域)の表面性状値をR1、粗い領域102の表面性状値をR2とするとき、表面性状値R1に対する表面性状値R2の比:R2/R1が2以上を満たす。つまり、圧粉成形体1Aは、算術平均粗さRaについての比:Ra2/Ra1、最大高さRzについての比:Rz2/Rz1、粗さ曲線の最大谷深さRvについての比:Rv2/Rv1の少なくとも一つの表面性状値の比が2以上を満たす。そして、この表面性状値の比:R2/R1が2以上を満たす粗い領域102は、健常な絶縁層が存在する健全領域＝絶縁領域であり、平滑な領域101は、軟磁性粒子が変形したり、変形した軟磁性粒子同士が接触していたりする領域である。
【００３７】
圧粉成形体1Aは、上述のようにその外表面を構成する一面に、平滑な領域101及び粗い領域102の双方を有する。そのため、圧粉成形体1Aは、リアクトルなどの磁心に用いた場合、粗い領域102によって渦電流を分断できることから、低損失なリアクトルなどの磁気部品の構築に寄与することができる。
【００３８】
圧粉成形体1Aの代表的な形態として、外表面において、平滑な領域101及び粗い領域102の双方を有する一面(基準面)以外の五面のうち、当該一面に対向する他面と、この他面の周方向に連続する二面との合計三面(周方向に連続する三面)は、その全域が相対的に平滑であり、残りの互いに対向する二面は、その全域が相対的に粗い形態が挙げられる。上記周方向に連続する三面は、上述の表面性状値:Ra,Rz,Rvの少なくとも一つをとったとき、得られた表面性状値は、平滑な領域101の表面性状値R1に実質的に等しい。つまり、これら連続する三面の各面は、平滑な面104によって構成されている。上記残りの互いに対向する二面は、上述の表面性状値:Ra,Rz,Rvの少なくとも一つをとり、得られた表面性状値R(2)について、表面性状値の比:R(2)/R1をとったとき、2以上を満たす。つまり、圧粉成形体1Aは、上述の表面性状値の比が2以上を満たす粗い領域102(同面領域)を有する面(基準面)を一つ有し、上述の表面性状値の比が2以上を満たす粗い面105を二つ有する。これら対向する二つの粗い面105も、粗い領域102と同様に健常な絶縁層が存在する健全領域＝絶縁領域である。但し、粗い面105の表面性状値R(2)の絶対値は、粗い領域102の表面性状値R2の絶対値と必ずしも一致しない。
【００３９】
このような圧粉成形体1Aは、例えば、図2に示すダイ10A及びコアロッド13Aを具える成形用金型100を用いることで製造できる。製造方法は、後述する。
【００４０】
粗い領域102を有する一面において当該粗い領域102の大きさは、適宜選択することができる。但し、圧粉成形体1Aの外周面(ここでは、粗い領域102を有する一面、及び三つの平滑な面104により構成される面)を周方向に分断するように粗い領域102が存在するものとする。具体的には、粗い領域102は、対向する二つの粗い面105間に亘って存在する。粗い領域102における周方向に沿った大きさ(以下、幅とよぶ)は、圧粉成形体の大きさにもよるが、例えば、幅:5mm、更に幅:2mm程度とすることができる。上述の表面性状値の比や表面性状値の絶対値は、圧粉成形体1Aを構成する被覆軟磁性粉末の大きさや成形条件によって変化させることができる。上述の表面性状値の比が2以上であれば、後述する試験例に示すように低損失な磁心が得られる。
【００４１】
別の形態として、例えば、図1(B)に示す直方体状の圧粉成形体1Bが挙げられる。圧粉成形体1Bは、隣接する二面(図1(B)では左面及び右面)の各面の一部にそれぞれ、相対的に粗い領域102を有し、各面の他部に相対的に平滑な領域101(基準領域)を有する。ここでは、平滑な領域101及び粗い領域102のいずれも長方形状であり、各面に具える平滑な領域101と粗い領域102とが隣接している。粗い領域102はいずれも、上述の表面性状値:Ra,Rz,Rvにおける比:R2/R1が2以上を満たす健全領域＝絶縁領域である。つまり、この圧粉成形体1Bは、表面性状値の比:R2/R1が2以上を満たす粗い領域102(同面領域)を有する面(基準面)を複数有する点が圧粉成形体1Aと異なる。この相違点以外の構成及び効果などは圧粉成形体1Aと同様であり、圧粉成形体1Aとの共通点については説明を省略する。なお、圧粉成形体1Bの外表面は、上述の粗い領域102を有する面(基準面)を二つ、表面性状値R1と実質的に等しい値をとる平滑な面を二つ、上述の表面性状値の比が2以上を満たす粗い面105を二つ有する。
【００４２】
このような圧粉成形体1Bは、例えば、図3(B-1)に示すダイ10B及びコアロッド13Bを具える成形用金型(図2参照)を用いることで製造できる。製造方法は、後述する。
【００４３】
別の形態として、例えば、図1(C)に示す直方体状の圧粉成形体1Cが挙げられる。圧粉成形体1Cは、長方形状の一面(図1(C)では左面)の全域が相対的に粗い面103であり、この一面:粗い面103に対向する他面と、この他面の周方向に連続する二面との合計三面(周方向に連続する三面)はそれぞれ、その全域が相対的に平滑な面104によって構成され、残りの互いに対向する二面は粗い面105によって構成される。粗い面103及び平滑な面104は、上述の表面性状値:Ra,Rz,Rvの少なくとも一つをとったとき、平滑な面104(基準面)の表面性状値をR1、粗い面103の表面性状値(粗い面103から選択した領域(別面領域)の表面性状値)をR3とするとき、表面性状値R1に対する表面性状値R3の比:R3/R1が2以上を満たす。また、粗い面105(粗い面105から選択した領域(別面領域))は、上述のように表面性状値の比:R(2)/R1をとったとき、2以上を満たす。つまり、この圧粉成形体1Cは、一つの平滑な面104(基準面)に隣接する粗い面(上述の表面性状値の比が2以上を満たす別面領域を有する面)を三つ有する点が圧粉成形体1Aと異なる。この相違点以外の構成及び効果などは圧粉成形体1Aと同様であり、圧粉成形体1Aとの共通点については説明を省略する。
【００４４】
このような圧粉成形体1Cは、例えば、図3(E-1)に示すダイ10E及びコアロッド13Eを具える成形用金型(図2参照)を用いることで製造できる。製造方法は、後述する。
【００４５】
《圧粉成形体の製造方法》
次に、本発明圧粉成形体の製造方法を説明する。まず、この製造方法に利用する成形用金型を説明する。
【００４６】
[成形用金型]
本発明の製造方法は、代表的には、貫通孔が設けられた筒状のダイと、ダイの貫通孔の各開口部からそれぞれ挿入されて、貫通孔内で対向配置される一対の柱状の第一パンチ・第二パンチとを具える成形用金型を用いる。特に、本発明の製造方法では、ダイの貫通孔の内部空間に挿通配置される棒状のコアロッドを少なくとも一つ具える成形用金型を用いる。そして、本発明の製造方法では、一方のパンチの一面(他方のパンチとの対向面)とダイの内周面の一部とコアロッドの外周面の一部とで有底筒状の成形空間を形成する。この成形空間内に充填した原料粉末を両パンチで加圧・圧縮して、圧粉成形体(圧縮物)を製造する。両パンチの各対向面は、圧粉成形体の各端面を形成し、ダイの内周面の一部及びコアロッドの外周面の一部が圧粉成形体の外周面を形成する。即ち、本発明の製造方法では、一つの圧粉成形体の外周面を複数の金型部材:ダイ及びコアロッドで形成する。
【００４７】
より具体的な成形用金型100は、例えば、図2に示すように貫通孔10hAを具える筒状のダイ10Aと、貫通孔10hAに挿入される及び貫通孔10hAから排出される一対の柱状の上パンチ11・下パンチ12と、貫通孔10hAの内部空間に挿通配置される棒状のコアロッド13Aとを具えるものが挙げられる。なお、図2では、ダイ10A、下パンチ12、コアロッド13Aは縦断面を示す。
【００４８】
(ダイ及びコアロッド)
ダイに設ける貫通孔の内周形状、及びコアロッドの外周形状は種々の形態をとり得る。所望の外周面を具える圧粉成形体が形成できるように、ダイの貫通孔にコアロッドを挿通配置させてつくられる形状を適宜選択するとよい。
【００４９】
例えば、図3(A-1),(A-2)に示すダイ10Aのように、貫通孔10hAを、複数の矩形を連ねた輪郭形状(多角形状(ここではH字状))とし、コアロッド13Aを横断面形状が矩形状(ここでは正方形状)の角柱状体とし、貫通孔10hAにコアロッド13Aを挿通配置したとき、二つの矩形状の空間21A,22Aを形成する形態が挙げられる。この形態では、各空間21A,22A及び下パンチ12(図2)とで二つの成形空間31,32(図2(A))を形成でき、直方体状の圧粉成形体を一度に二つ成形できる。得られた各圧粉成形体41,42(図2(E))の外周面をつくる四面のうち、一部がコアロッド13Aの外周面により形成され、他部がダイ10Aの貫通孔10hAの内周面により形成される。
【００５０】
ここでは、圧粉成形体41,42の外周面をつくる四面のうち、一面の一部がコアロッド13Aの外周面により形成される形態(図1(A)に示す圧粉成形体1A参照)を示すが、コアロッド13Aが形成する領域の大きさは、適宜選択することができる。コアロッドがこの例のように角柱状の場合、コアロッドの一面の幅を適宜変更することができる。例えば、各圧粉成形体の外周面をつくる一面全部をコアロッドが形成するようにダイの貫通孔及びコアロッドを構成してもよい。この場合、図1(C)に示す圧粉成形体1Cが得られる。或いは、各圧粉成形体の外周面をつくる隣接する二面のうち、一面の一部又は全部と他面の一部又は全部とをコアロッドが形成するようにダイの貫通孔及びコアロッドを構成してもよい。この場合、コアロッドは、その横断面形状がL字状の部材にするとよい。また、この場合、図1(B)に示す圧粉成形体1Bが得られる。
【００５１】
或いは、図3(D-1),(D-2)に示すダイ10D及びコアロッド13Dのように各圧粉成形体の外周面をつくる一面の全部及びこの一面に隣接する二面のうちの一部をコアロッド13Dが形成する構成としてもよい。ダイ10Dは、多角形状(ここでは十字状)の貫通孔10hDを有し、コアロッド13Dは端面或いは横断面がH字状の角柱状体である。上記一面の全部及び隣接する二面全部をコアロッドが形成するようにダイの貫通孔及びコアロッドを構成してもよい。
【００５２】
コアロッドが形成する領域は、得られた圧粉成形体を磁心に用いた場合に渦電流を分断可能な大きさがあれば十分である。圧粉成形体の大きさにもよるが、コアロッドが形成する領域は、例えば、幅:5mm、更に2mm程度といった細い帯状の領域でもよい。コアロッドが形成する領域が大きいほど、圧粉成形体において健全な絶縁層が維持された絶縁領域が大きくなり、この圧粉成形体を磁心に利用した場合、渦電流の分断をより確実に行える。また、コアロッドが太くなるため、コアロッド自体の強度を高め易い。コアロッドが形成する領域が所望の大きさとなるようにコアロッドの形状や太さなどを選択するとよい。
【００５３】
或いは、例えば、図3(B-1),(B-2)に示すダイ10Bのように、貫通孔10hBを、複数の矩形を連ねた輪郭形状(多角形状)とし、コアロッド13Bを横断面形状が十字状の角柱状体とし、貫通孔10hBにコアロッド13Bを挿通配置したとき、四つの矩形状の空間21B〜24Bを形成する形態が挙げられる。この形態では、各空間21B〜24B及び下パンチとで四つの成形空間を形成でき、直方体状の圧粉成形体を一度に四つ成形できる。ここでは、得られた各圧粉成形体は、その外周面をつくる四面のうち、一つの角部をつくる隣接する二面の一部(L字状の領域)がコアロッド13Bの外周面により形成され、他部が貫通孔10hBの内周面により形成される(図1(B)に示す圧粉成形体1B参照)。この形態も、例えば、上記隣接する二面の全面、或いは隣接する二面のうち、一面の全面及び他面の一部をコアロッドが形成するようにダイの貫通孔及びコアロッドを構成してもよい。
【００５４】
或いは、例えば、図3(C-1),(C-2)に示すダイ10Cのように、貫通孔10hcを、直線と曲線との組み合せで構成される異形の輪郭形状(ここでは歯車状)とし、コアロッド13Cを歯車状の柱状体とし、貫通孔10hcにコアロッド13Cを挿通配置したとき、六つの矩形状の空間21C〜26Cを形成する形態が挙げられる。この形態では、各空間21C〜26C及び下パンチとで六つの成形空間を形成でき、直方体状の圧粉成形体を一度に六つ成形できる。ここでは、得られた各圧粉成形体の外周面をつくる四面のうち、一面と、この一面に隣接する二面の一部とからなる[状の領域がコアロッド13Cの外周面により形成され、他部が貫通孔10hcの内周面により形成される。この形態も、例えば、上記三面の全面、或いは上記一面及び上記隣接する二面のうちの一面の全部及び他面の一部をコアロッドが形成するようにダイの貫通孔及びコアロッドを構成してもよい。
【００５５】
或いは、例えば、図3(E-1),(E-2)に示すダイ10Eのように、貫通孔10hE及びコアロッド13Eの横断面形状をいずれも矩形状とし、貫通孔10hEにコアロッド13Eを挿通配置したとき、一つの矩形状の空間21Eを形成する形態が挙げられる。ここでは、得られた圧粉成形体は、その外周面をつくる四面のうちの一面全部がコアロッド13Eの外周面により形成され、他部(四面のうちの残り三面)が貫通孔10hEの内周面により形成される形態(図1(C)に示す圧粉成形体1C参照)としている。この形態も、例えば、上記一面の一部のみ、上記一面の一部又は全部とこの一面に隣接する別の面の一部又は全部、上記一面の全部とこの一面に隣接する二面の一部又は全部をコアロッドが形成するように、コアロッドを直方体状、L字状、[状などに適宜変更することができる。ダイの内周形状も適宜変更するとよい。
【００５６】
上述のようにダイ及びコアロッドを組み合わせることで、一つのダイで、一つ、又は複数の空間を形成して、一つ、又は複数の圧粉成形体を製造可能である。一つのダイに設けられる空間数を多くすることで、より多くの圧粉成形体を一度に成形可能であるため、圧粉成形体の生産性の向上に寄与することができる。ここで、各成形空間に充填された原料粉末を加圧・圧縮すると、圧縮物がコアロッドを押圧する力が生じる。一つのダイに設けられる空間数を図3(A-1)に示すように二つとし、ダイの中心とコアロッドの中心とを合わせ、ダイの中心線を中心とした線対称な形状となるように各空間を設けた場合、上述の圧縮物がコアロッドを押圧する力が均衡する。そのため、コアロッドは、ダイを実質的に押圧することがなく、ダイとコアロッドとの摩擦を低減でき、過剰な摺接よるダイやコアロッドの焼き付きを防止できる。
【００５７】
なお、図3では、各貫通孔10hA〜10hEを角張った形状としているが、角部を適宜丸めた形状とすることができる。角部を丸めることで、圧粉成形体を抜き出し易くなり、成形性を向上できる。また、図3では、貫通孔及びコアロッドの双方の輪郭線が直線からなる形態としているが、曲線からなる形態、曲線と直線との組み合せからなる形態とすることができる。例えば、円柱状や楕円柱状などの非角柱状の圧粉成形体を成形するように貫通孔及びコアロッドの形状を変更することができる。
【００５８】
(上パンチ及び下パンチ)
上パンチ11及び下パンチ12は、コアロッド13Aが挿通可能な貫通孔を有する筒状体であり、下パンチ12の貫通孔にコアロッド13Aが相対的に移動可能に挿入されている。上パンチ11の貫通孔は、コアロッド13Aが挿入されて上パンチ11の移動時のガイドとして機能すると共に、加圧・圧縮時にコアロッド13Aの保持部として機能する。上パンチ11において下パンチ12と対向する面(押圧面11d)及び下パンチ12において上パンチ11と対向する面(押圧面12u)はいずれも、ダイ10Aとコアロッド13Aとがつくる空間21A,22Aに適合した形状(ここでは二つの矩形状面を有する形態)となっている。なお、ここでは、上パンチ11及び下パンチ12はいずれも、一体成形物としているが、上パンチ及び下パンチの少なくとも一方を複数の部材からなる構成とし、各部材がそれぞれ独立して移動可能な構成とすることができる。
【００５９】
成形用金型100の構成材料には、従来、圧粉成形体(主として金属粉末から構成されるもの)の成形に利用されている適宜な高強度材料(高速度鋼など)が挙げられる。
【００６０】
(移動機構)
一対のパンチの少なくとも一方とダイとは、相対的に移動可能である。図2に示す成形用金型100では、下パンチ12が図示しない本体装置に固定されて移動不可能であり、ダイ10A及び上パンチ11が図示しない移動機構によりそれぞれ上下方向に移動可能な構成である。その他、ダイ10Aが固定されて両パンチ11,12が移動可能な構成、ダイ10及び両パンチ11,12のいずれもが移動可能な構成とすることができる。一方のパンチ(ここでは下パンチ12)を固定することで、移動機構が複雑にならず、移動操作を制御し易い。
【００６１】
下パンチとコアロッドとは、相対的に移動可能に構成すると、後述するように一度に複数の圧粉成形体を製造する場合、複数の圧粉成形体の採取を一度に行える。ここでは、コアロッド13Aは、油圧式又は空気圧式の移動機構14によって上下方向に移動可能な構成である。
【００６２】
なお、下パンチとコアロッドとを移動不可能な構成、例えば、下パンチとコアロッドとを一体に成形することもできる。この形態において複数の圧粉成形体を一度に製造する場合は、圧粉成形体を一つずつ採取するとよい。
【００６３】
或いは、圧粉成形体の外周面を形成する金型部材を上パンチに配置させた形態とすることもできる。例えば、コアロッド13Aに対応する突起が上パンチに一体に成形された突起付き上パンチを用いたり、コアロッド13Aに対応する可動ロッドを上パンチにも具えたりする構成が挙げられる。この形態では、粉末充填時、コアロッド13Aを配置させて所望の空間を形成し、上パンチの移動に従い上記突起や可動ロッドをコアロッド13Aに接触させ、加圧・圧縮時、当該突起や可動ロッドによりコアロッド13Aを押し下げて、コアロッド13Aに代わって当該突起や可動ロッドにより、圧粉成形体の外周面の一部を形成する。加圧・圧縮後、後述するように、ダイ10Aを移動させて圧粉成形体の拘束を解放してから、上パンチ及び上記突起や可動ロッドを圧粉成形体から離すとよい。
【００６４】
(その他)
本発明の製造方法では、成形用金型(特に、ダイの内周面やコアロッドの外周面)に潤滑剤を塗布することができる。潤滑剤は、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどの固体潤滑剤、固体潤滑剤を水などの液媒に分散させた分散液、液状潤滑剤などが挙げられる。
【００６５】
次に、本発明圧粉成形体の製造方法に利用する原料粉末を説明する。
[被覆軟磁性粉末]
本発明の製造方法では、原料粉末として、軟磁性材料からなる軟磁性粒子と、軟磁性粒子の表面に設けられた絶縁層とを具える被覆軟磁性粉末を用いる。本発明の製造方法により製造された圧粉成形体を構成する軟磁性粒子の組成は、上記原料粉末の組成を実質的に維持する。
【００６６】
(軟磁性粒子)
軟磁性材料は、金属、特に、鉄を50質量％以上含有するものが好ましい。例えば、純鉄(Fe)、その他、Fe-Si系合金,Fe-Al系合金,Fe-N系合金,Fe-Ni系合金,Fe-C系合金,Fe-B系合金,Fe-Co系合金,Fe-P系合金,Fe-Ni-Co系合金,及びFe-Al-Si系合金から選択される1種の鉄合金が挙げられる。特に、99質量％以上がFeである純鉄からなる圧粉成形体は、透磁率及び磁束密度が高い磁心が得られ、鉄合金からなる圧粉成形体は、渦電流損を低減し易く、より低損失な磁心が得られる。
【００６７】
軟磁性粒子は、その平均粒径が1μm以上70μm以下であることが好ましい。平均粒径が1μm以上であることで、流動性に優れる。成形後に得られる圧粉成形体を構成する軟磁性粒子の大きさは、原料粉末の大きさに依存する。従って、平均粒径が1μm以上の原料粉末を用いて本発明の製造方法により製造した圧粉成形体は、磁心に用いた場合、ヒステリシス損の増加を抑制でき、70μm以下の原料粉末を用いて製造した圧粉成形体は、1kHz以上といった高周波数で使用する磁心に用いた場合でも、渦電流損を効果的に低減できる。特に、平均粒径が50μm以上であると、ヒステリシス損の低減効果を得易い上に、粉末を取り扱い易い。原料粉末の平均粒径は、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子からの質量の和が総質量の50％に達する粒子の粒径、つまり50％粒径(質量)をいう。
【００６８】
(絶縁層)
絶縁層には、絶縁性に優れる適宜な絶縁材料が利用できる。例えば、絶縁材料には、Fe,Al,Ca,Mn,Zn,Mg,V,Cr,Y,Ba,Sr,及び希土類元素(Yを除く)などから選択された1種以上の金属元素の酸化物、窒化物、炭化物など、つまり上記金属元素を含む金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などが挙げられる。或いは、絶縁材料には、上記金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物以外の化合物、例えば、燐化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物及びアルミニウム化合物から選択された1種以上の化合物が挙げられる。その他の絶縁材料には、金属塩化合物、例えば、燐酸金属塩化合物(代表的には、燐酸鉄や燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸カルシウムなど)、硼酸金属塩化合物、珪酸金属塩化合物、チタン酸金属塩化合物などが挙げられる。燐酸金属塩化合物は変形性に優れることから、燐酸金属塩化合物による絶縁層を具えると、圧粉成形体の成形時、当該絶縁層は、軟磁性金属粒子の変形に追従して容易に変形して損傷し難く、絶縁層が健全な状態で存在する圧粉成形体を得易い。また、燐酸金属塩化合物による絶縁層は、鉄系材料からなる軟磁性粒子に対する密着性が高く、当該粒子の表面から脱落し難い。
【００６９】
上記以外の絶縁材料として、熱可塑性樹脂や非熱可塑性樹脂といった樹脂や高級脂肪酸塩が挙げられる。特に、シリコーン樹脂といったシリコン系有機化合物は耐熱性に優れることから、得られた圧粉成形体(圧縮物)に熱処理を施した際にも分解し難い。
【００７０】
絶縁層の形成には、例えば、燐酸塩化成処理といった化成処理を利用できる。その他、絶縁層の形成には、溶剤の吹きつけや前駆体を用いたゾルゲル処理が利用できる。シリコーン系有機化合物により絶縁層を形成する場合、有機溶剤を用いた湿式被覆処理や、ミキサーによる直接被覆処理などを利用できる。
【００７１】
軟磁性粒子に具える絶縁層の厚さは、10nm以上1μm以下が挙げられる。10nm以上であると、軟磁性粒子間の絶縁を確保でき、1μm以下であると、絶縁層の存在により、圧粉成形体中の磁性成分の割合の低下を抑制できる。即ち、この圧粉成形体により磁心を作製した場合、磁束密度の著しい低下を抑制できる。絶縁層の厚さは、組成分析(透過型電子顕微鏡及びエネルギー分散型X線分光法を利用した分析装置:TEM-EDX)により得られる膜組成と、誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)により得られる元素量とを鑑みて相当厚さを導出し、更に、TEM写真により直接、絶縁層を観察して、先に導出された相当厚さのオーダーが適正な値であることを確認して決定される平均的な厚さとする。
【００７２】
なお、上記原料粉末に潤滑剤を添加することができる。この潤滑剤は、固体潤滑剤、その他、窒化硼素やグラファイトなどの無機物が挙げられる。
【００７３】
次に、図2を参照して本発明の製造方法をより具体的に説明する。ここでは、図3(A-1),(A-2)に示すダイ10A及び角柱状のコアロッド13Aを具える成形用金型100を用いる場合を例に挙げて説明する。
【００７４】
[成形手順]
(充填工程)
図2(A)に示すように、上パンチ11をダイ10Aの上方の所定の待機位置に移動する。また、ダイ10A及びコアロッド13Aを上方に移動して、所定の位置に配置する。ここでは、コアロッド13Aの端面(上面13u)がダイ10Aの上面10uと面一になるように、かつダイ10Aの貫通孔10hAの内部空間にコアロッド13Aを挿入するように、コアロッド13Aを移動機構14により移動する。こうすることで、ダイ10Aの貫通孔10hAの一方の開口部が下パンチ12の押圧面12uで塞がれた状態となり、下パンチ12の押圧面12uとダイ10Aの貫通孔10hAとコアロッド13Aとで二つの有底筒状の成形空間31,32を形成することができる。
【００７５】
原料粉末として、被覆軟磁性粉末を用意する。そして、図2(B)に示すように形成した二つの成形空間31,32内に図示しない給粉装置により、用意した原料粉末Pを給粉する。
【００７６】
(加圧工程)
図2(C)に示すように、上パンチ11を下方に移動してダイ10Aの貫通孔10hAに挿入して、両パンチ11,12により、原料粉末Pを加圧・圧縮する。上パンチ11の移動に伴い、コアロッド13Aの上方は、上パンチ11の貫通孔に自動的に挿入されて保持される。
【００７７】
成形圧力は、390MPa以上1500MPa以下が挙げられる。390MPa以上とすることで、原料粉末Pを十分に圧縮でき、圧粉成形体の相対密度を高められ、1500MPa以下とすることで、原料粉末Pを構成する被覆軟磁性粒子同士の接触による絶縁層の損傷を抑制できる。成形圧力は500MPa以上1300MPa以下がより好ましい。
【００７８】
固定状態の下パンチ12に向かって上パンチ11のみを移動して原料粉末Pを加圧・圧縮してもよいが、ここでは、上パンチ11と共に、ダイ10A及びコアロッド13Aを移動する。具体的には、上パンチ11が原料粉末Pに接してから、ダイ10A・コアロッド13Aを上パンチ11と同様に下方に移動する。コアロッド13Aは、ここでは移動機構14の圧力を小さくすることにより下方に移動するように構成している。
【００７９】
上パンチ11と共に、ダイ10A及びコアロッド13Aも移動する形態とすることで、成形空間31,32内の原料粉末Pのうち、上パンチ11に接する粉末及び上パンチ11の近傍に存在する粉末が下パンチ12側に移動する量を低減でき、過度な移動による絶縁層の損傷を防止できる。また、この形態は、両パンチ11,12が成形空間31,32内の原料粉末Pに加える圧力を均一的にすることができる。ダイ10A・コアロッド13A・上パンチ11の移動速度は、適宜選択することができる。
【００８０】
(取出工程)
所定の加圧を行った後、図2(D)に示すように、二つの圧粉成形体41,42に対して、コアロッド13Aを相対的に動かさない状態で、ダイ10Aを相対的に移動させる。ここでは、コアロッド13A及び圧粉成形体41,42を移動せず、ダイ10Aのみを下方に移動する。このとき、圧粉成形体41,42の外周面のうち、ダイ10Aとの接触領域は、ダイ10Aによる押付力の反力によりダイ10Aの貫通孔10hAに摺接する。一方、ダイ10Aの貫通孔10hAから露出された二つの圧粉成形体41,42は、ダイ10Aによる拘束状態が解放されて、コアロッド13Aに対して無荷重の状態で接することになる。
【００８１】
ダイ10Aの上面10uと下パンチ12の押圧面12uとが面一となる、或いは、下パンチ12の押圧面12uがダイ10Aの上面10uよりも上方に位置するまでダイ10Aを移動する。二つの圧粉成形体41,42がダイ10Aから完全に露出されたら、図2(E)に示すように上パンチ11を上方に移動する。ここでは、上パンチ11の押圧面11dと下パンチ12の押圧面12uとで圧粉成形体41,42を挟持した状態でダイ10Aを移動し、上パンチ11を後工程で移動する形態としたが、ダイ10Aの移動と同時に上パンチ11を上方に移動したり、上パンチ11をダイ10Aより先に移動してもよい。
【００８２】
上パンチ11を移動することで、圧粉成形体41,42は、採取可能であるため、例えば、マニュピレータなどにより、圧粉成形体41,42のそれぞれを別個に採取することができる。ここでは、コアロッド13Aの上面13uがダイ10Aの上面10uと面一となる位置までコアロッド13Aを下方に移動して、圧粉成形体41,42を同時に採取可能な形態としている。コアロッド13Aを下方に移動するとき、上述のようにコアロッド13Aと圧粉成形体41,42とは無荷重で接触しているため、圧粉成形体41,42とコアロッド13Aとは、実質的に摺接しない。従って、圧粉成形体41,42においてコアロッド13Aが形成した領域は、コアロッド13Aの移動により絶縁層を損傷することが実質的に無い。
【００８３】
連続的に成形を行う場合、圧粉成形体41,42を採取して成形用金型1から取り除いたら、次の圧粉成形体を形成するにあたり、上述したように成形空間の形成→成形空間への原料粉末の充填→加圧→抜き出しを繰り返し行うとよい。
【００８４】
得られた圧粉成形体41,42は、例えば、ダイ10Aの貫通孔10hAが形成した領域、及びコアロッド13Aが形成した領域のそれぞれについて、任意の測定位置を選択して、上述の表面性状値:Ra,Rz,Rvの少なくとも一つをとり、その表面性状値をそれぞれR10A,R13Aとするとき、表面性状値の比:R13A/R10Aは2以上を満たす。また、圧粉成形体41,42について、上パンチ11の押圧面11d又は下パンチ12の押圧面12uが形成した領域から任意の測定位置を選択して表面性状値R10Aと同種の表面性状値をとり、その表面性状値をR11又は12とするとき、表面性状値の比:R11又は12/R10Aは2以上を満たす。更に、圧粉成形体41,42について、ダイ10Aの貫通孔10hAが形成した領域、及びコアロッド13Aが形成した領域のそれぞれについて、任意の測定位置を選択して、線形負荷曲線の突出山部高さをとり、その値をそれぞれRpk10A、Rpk13Aとするとき、突出山部高さの比:Rpk13A/Rpk10Aは5以下を満たす。
【００８５】
[効果]
本発明の製造方法は、成形空間から圧粉成形体(圧縮物)を抜き出すとき、圧粉成形体の外周面の一部が成形空間を構成する金型部材(上記形態ではコアロッド)と実質的に摺接していない。そのため、上記金型部材に接触する粉末は、塑性変形し難く、塑性変形により絶縁層を損傷し難い、或いは全く損傷しない。従って、本発明の製造方法は、圧粉成形体の外周面の一部に健全な絶縁領域を有する圧粉成形体(例えば、上述の圧粉成形体1A,1B,1Cなど)を製造することができる。そして、この圧粉成形体により磁心を作製した場合、得られた磁心は、上記絶縁領域により、渦電流を分断でき、渦電流損を低減できる。そのため、本発明の製造方法は、低損失な磁心が得られる圧粉成形体を提供することができる。
【００８６】
なお、本発明の製造方法により得られた圧粉成形体(本発明圧粉成形体)により磁心を作製する場合、圧粉成形体(圧縮物)に熱処理を施して、成形時に導入された歪みを除去すると、磁心のヒステリシス損を低減でき、より低損失な磁心が得られる。この熱処理の温度は、高いほどヒステリシス損を低減できるが、高過ぎると絶縁層の構成材料が熱分解されることがあるため、当該構成材料の熱分解温度未満の範囲で選択するとよい。代表的には、上記加熱温度:300℃〜700℃ぐらい、保持時間:30分以上60分以下が挙げられる。絶縁層が燐酸鉄や燐酸亜鉛などの非晶質燐酸塩からなる場合、上記加熱温度は500℃程度までが好ましく、金属酸化物やシリコーン樹脂などの耐熱性に優れる絶縁材料からなる場合、上記加熱温度は550℃以上、更に600℃以上、特に650℃以上に高められる。加熱温度及び保持時間は、絶縁層の構成材料に応じて適宜選択することができる。なお、この熱処理の前後で上述の表面性状は大きく変化せず、熱処理後の表面性状は、熱処理前の表面性状を実質的に維持する。
【００８７】
《圧粉成形体の用途》
本発明圧粉成形体は、コイルが配置されるリアクトル用コアといった磁心に好適に利用することができる。例えば、一対のコイル素子を具え、各コイル素子の軸が平行するように横並びされたコイルと、各コイル素子がそれぞれ配置される一対の柱状の内側コア部(ミドルコア部)と、コイル素子が配置されず、内側コア部に連結されて閉磁路を構成する外側コア部(サイドコア部)とを具える磁性コアとを具えるリアクトルにおいて、本発明圧粉成形体は、当該磁性コアに好適に利用することができる。特に、内側コア部を複数の分割コア片を組み合せた構成とする場合、分割コア片の少なくとも一つ、好ましくは全てを本発明圧粉成形体により構成することができる。このとき、分割コア片において上述の粗い領域102を有する一面や粗い面103、代表的には、上述のコアロッドが形成した領域を含む面、又はコアロッドが形成した面を、上記リアクトルのコイルを励磁したときに磁束方向に平行するように配置することが好ましい。即ち、絶縁領域として機能する上述の粗い領域102や粗い面103をコイルの内周面に対向するように配置する。こうすることで、この内側コア部を具えるリアクトルは、コイルを励磁したとき、上記絶縁領域により、内側コア部に生じ得る渦電流を分断して、渦電流損を低減できる。なお、外側コア部を、複数の分割コア片を組み合せた構成とする場合にも、当該分割コア片の少なくとも一つに本発明圧粉成形体を利用することができる。
【００８８】
《試験例》
圧粉成形体を作製し、得られた圧粉成形体を用いて圧粉磁心を作製し、この圧粉磁心を具える磁気部品の損失を調べた。
【００８９】
[試料No.1]
試料No.1は、図2に示す成形用金型100(ダイ10Aを有するもの)を用いて、上述した本発明の製造方法により複数の圧粉成形体(30mm×40mm×厚さ15mmの直方体状)を作製した。成形圧力:700MPaとした。コアロッドが形成する領域の幅は、20mmとした。
【００９０】
この試験では、被覆軟磁性粉末として、水アトマイズ法により製造された純鉄粉(平均粒径:50μm)に、化成処理により燐酸金属塩化合物からなる絶縁層(厚さ:20nm以下程度)を形成したものを用意した。
【００９１】
[試料No.100]
試料No.100は、試料No.1と同様の被覆軟磁性粉末を用い、30mm×40mmの長方形状の貫通孔を一つ有するダイと、30mm×40mmの長方形状の端面(押圧面)を有する上パンチ及び下パンチとを用いて、試料No.1と同じ大きさの圧粉成形体(30mm×40mm×厚さ15mmの直方体状)を複数作製した。成形圧力は、試験例No.1と同様とした。試料No.100の圧粉成形体は、その外周面の全周(30mm×15mmの2面、40mm×15mmの2面の合計4面)が上記ダイの貫通孔の内周面により形成される。
【００９２】
各試料の圧粉成形体(圧縮物)に熱処理(400℃×30分、窒素雰囲気)を施して、熱処理材を得た。得られた各試料の複数の熱処理材を環状に組み合せて試験用磁心を作製し、各試験用磁心にそれぞれ、巻線で構成したコイル(いずれの試料も同様の仕様のもの)を配置して測定部材(磁気部品に相当)を作製した。試料No.1では、コアロッド13Aにより形成された領域を有する面が、磁束方向と平行となるように測定部材を作製した。各測定部材に対して、AC-BHカーブトレーサを用いて、励起磁束密度Bm:1kG(＝0.1T)、測定周波数:5kHzにおける渦電流損We(W)を測定した。その結果を表1に示す。
【００９３】
【表１】
2012081737.tif 000003
【００９４】
表1に示すように、圧粉成形体の外周面を複数の金型部材で形成し、圧粉成形体を成形空間から抜き出す際に一部の金型部材(ここではコアロッド)を相対的に動かさない状態で、他部の金型部材(ここではダイ)を相対的に移動させる本発明の製造方法により得られた本発明圧粉成形体：試料No.1を利用することで、渦電流損が小さい磁心が得られることが分かる。即ち、本発明の製造方法は、低損失な磁心が得られる圧粉成形体を製造できることが分かる。
【００９５】
また、各試料の圧粉成形体において、試料No.1ではダイ10A及びコアロッド13Aが形成した面、試料No.100ではダイが形成した面をそれぞれ光学顕微鏡(1000倍)で観察した。その結果、いずれの試料もダイが形成した面は、軟磁性粒子が塑性変形により引き伸ばされて接触し、一様な金属面に見えた。これに対し、試料No.1においてコアロッド13Aが形成した面は、原料粉末を構成していたと考えられる被覆軟磁性粒子の粒界が十分に確認できた。即ち、絶縁層が健全な状態で存在していることが確認できた。なお、各試料の圧粉成形体において上パンチ及び下パンチが形成した各端面は、両パンチと実質的に摺接しないため、コアロッド13Aが形成した面と同様に上記粒界を十分に確認できた。
【００９６】
試料No.1の圧粉成形体の外表面において、ダイが形成した領域、コアロッドが形成した領域、及び上パンチ又は下パンチが形成した領域について、表面性状を測定した。ここでは、算術平均粗さRa、最大高さRz、及び粗さ曲線の最大谷深さRv、線形負荷曲線の突出山部高さRpkを調べた。測定は、市販の粗さ測定装置を用い、JIS  B  0601(2001)/ISO  4287(1997)、JIS  B  0651(2001)/ISO  3274(1996)、JIS  B  0633(2001)/ISO  4288(1996)、JIS  B  0671-2(2002)/ISO  3565-2(1996)に準じて行った。測定は、各領域から任意に選択した測定位置における所定の測定長さについて行うことができる。ここでは、ダイが形成した領域及びコアロッドが形成した領域については、周方向の同一位置から測定位置を選択した。測定長さは、4.0mmとした。
【００９７】
各領域における断面曲線及び粗さ曲線を図4〜図6に示す。図4は、ダイが形成した領域、図5は、コアロッドが形成した領域、図6は、上パンチ又は下パンチが形成した領域における断面曲線及び粗さ曲線を示す。なお、図4〜図6は、測定長さ:0mm〜3.0mmの範囲を示す。また、各領域におけるRa,Rz,Rv,Rpkを表2に示す。更に、ダイが形成した領域の表面性状値R1に対するコアロッドが形成した領域の表面性状値R2の比:R2/R1、ダイが形成した領域の表面性状値R1に対する上パンチ又は下パンチが形成した領域の表面性状値R(2)の比:R(2)/R1を表2に示す。
【００９８】
【表２】
2012081737.tif 000004
【００９９】
図4〜図6及び表2に示すように、コアロッドが形成した領域は、ダイが形成した領域よりも表面性状値が大きく粗いこと、即ち、相対的に粗い領域であることが分かる。また、上述の表面性状値の比をとったとき、コアロッドが形成した領域は、Ra,Rz,Rvの少なくとも一つの比(ここでは三つの比全て)が2以上を満たすことが分かる。このことと、上述の顕微鏡観察結果とから、表面性状値:Ra,Rz,Rvにおける比が2以上を満たす領域(面でもよい)は、絶縁層が健全な状態で存在する領域であるといえる。また、このことと、表1の結果とから、このような領域を有する圧粉成形体は、低損失な磁心を構築できるといえる。
【０１００】
更に、コアロッドが形成した領域は、線形負荷曲線の突出山部高さ:Rpk2が比較的小さく、ダイが形成した領域における突出山部高さ:Rpk1に対する比:Rpk2/Rpk1が5以下であることが分かる。このことから、突出山部高さRpkにおける比が5以下を満たす領域(面でもよい)を具える圧粉成形体は、上述のようなコアロッドを用いて製造されたことを示す根拠の一つといえる。そして、上述のようなコアロッドを用いて製造された圧粉成形体は、別途、後処理を施すことなく、上述の絶縁領域を有することができるといえる。
【０１０１】
また、図4〜図6及び表2に示すように、上パンチ又は下パンチが形成した領域は、ダイが形成した領域よりも表面性状値が大きく粗いこと、即ち、相対的に粗い領域であること、かつ、上述の表面性状値の比をとったとき、Ra,Rz,Rvの少なくとも一つの比(ここでは三つの比全て)が2以上を満たすことが分かる。このことと、上述の顕微鏡観察結果とから、表面性状値:Ra,Rz,Rvにおける比が2以上を満たす領域と平滑な領域(基準領域)とが同一面に存在する圧粉成形体や、表面性状値:Ra,Rz,Rvにおける比が2以上を満たす面を三つ以上具える圧粉成形体は、絶縁層が健全な状態で存在する圧粉成形体であるといえる。
【０１０２】
上記試験結果から、絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を加圧成形した圧粉成形体であって、任意の一面から選択したある領域の表面性状値(Ra,Rz,Rv)に対する別の領域の表面性状値の比が2以上を満たす一面を具えるものや、任意の面から選択した領域の表面性状値(Ra,Rz,Rv)に対する別の面から選択した領域の表面性状値の比が2以上を満たす面を三つ以上具えるものは、低損失な磁心を構築できるといえる。また、上記試験結果から、絶縁層を有する被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造するにあたり、成形空間を複数の金型部材により構成し、一部の金型部材を相対的に動かさない状態で成形空間から圧粉成形体を抜き出すことで、圧粉成形体の外周面の一部に健全な絶縁層を維持でき、この圧粉成形体により低損失な磁心が得られるといえる。
【０１０３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、軟磁性粒子の材質・粒径、絶縁層の材質・厚さ、ダイの内周形状・コアロッドの外周形状・ダイ及びコアロッドでつくられる成形空間の形状などを適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明圧粉成形体は、各種の磁心(リアクトル、トランス、モータ、チョークコイルなどの磁心)の素材、特に、高周波特性に優れる磁心の素材に好適に利用することができる。本発明の圧粉成形体の製造方法は、上記圧粉成形体の製造に好適に利用することができる。本発明リアクトル用コアは、各種のリアクトル(車載部品、発電・変電設備の部品など)の磁性コアに好適に利用することができる。特に、本発明リアクトル用コアを具えるリアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載される車載用コンバータといった車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
1A,1B,1C  圧粉成形体
101  平滑な領域  102  粗い領域  103,105  粗い面  104  平滑な面
100  成形用金型
10A,10B,10C,10D,10E  ダイ  10hA,10hB,10hC,10hD,10hE  貫通孔  10u  上面
11  上パンチ  11d  押圧面
12  下パンチ  12u  押圧面
13A,13B,13C,13D,13E  コアロッド  13u  上面
14  移動機構
21A,22A,21B,22B,23B,24B,21C,22C,23C,24C,25C,26C,21E  空間
31,32  成形空間  41,42  圧粉成形体  P  原料粉末
【図１】
2012081737.tif 000005
【図２】
2012081737.tif 000006
【図３】
2012081737.tif 000007
【図４】
2012081737.tif 000008
【図５】
2012081737.tif 000009
【図６】
2012081737.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月7日(2012.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
連続的に成形を行う場合、圧粉成形体41,42を採取して成形用金型100から取り除いたら、次の圧粉成形体を形成するにあたり、上述したように成形空間の形成→成形空間への原料粉末の充填→加圧→抜き出しを繰り返し行うとよい。
【国際調査報告】
2012081737.tif 000011
2012081737.tif 000012
2012081737.tif 000013