(57)【要約】【課題】圧粉磁心のバリを確実に除去してバリに起因する巻線のレアショートや断線の発生を防止し、圧粉磁心を用いた回転電機の性能を安定化する。また、圧粉磁心の平面度等の寸法精度を向上することで、回転電機の組み付け精度を向上し、回転電機の運転時における精度ばらつきに起因する振動等の発生の低減を図る。【解決手段】回転電機の軟磁性コアとして、絶縁皮膜により被覆された磁性粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体を４００〜７００℃の温度でスチーム処理し、更に得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施して作製した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いる。さらに、回転電機の軟磁性コアとして、圧粉体を治具上に載置して前記のスチーム処理を施した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁皮膜により被覆された鉄基磁性粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体に焼結工程を施すことなく４００〜７００℃の温度でスチーム処理し、これにより得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施して作製した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記スチーム処理体が、圧粉体を敷き板状の治具上に載置してスチーム処理を施したものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
次の第一ないし第三の工程からなる回転電機の軟磁性コアの製造方法。
絶縁皮膜により被覆された鉄基磁性粉末を、高圧縮成形する第一の工程、
前記第一の行程で得られた圧粉体を４００〜７００℃の温度でスチーム処理する第二の工程、
前記第二の工程で得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施して圧粉磁心からなる軟磁性コアを作製する第三の工程。
【請求項４】
前記第一工程終了後、得られた圧粉体を敷き板状の治具に載置する工程をさらに備え、敷き板状の治具に載置したスチーム処理体に前記第二の工程を実施することを特徴とする請求項３に記載の回転電機の軟磁性コアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁皮膜により被覆された鉄基磁性粉末を圧縮成形して作製した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いる回転電機に関するもので、特に絶縁被膜を有する鉄基磁性粉末を圧縮成形して得られた圧粉体をスチーム処理し、更に得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施して作製した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いる回転電機及びこの軟磁性コアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄などの軟磁性金属粉末を圧縮成形して作製した圧粉磁心は、電磁鋼板などによる積層コアと比較して、作製時の材料歩留まりが良く、材料コストが低減できる。
また、形状自由度が高くコア形状の最適設計を行うことにより特性向上を図ることが可能である。さらに、樹脂や無機粉末などの絶縁物と金属粉末を混合したり、金属粉末の表面に絶縁皮膜を被覆して金属粉末間の絶縁性を上昇させることにより、コアの渦電流損を大幅に低減することができる。
これらの理由から、近年、小型化や高効率化が求められている回転電機用の軟磁性コア材料として圧粉磁心が注目されている。
【０００３】
特許文献１及び２には、圧粉磁心を用いた高効率のクローポール型回転電機が開示されている。
【０００４】
このような圧粉磁心は、靱性が低く、回転電機の組立工程において欠けやクラックの発生のおそれがあり、クラックが生じている圧粉磁心を回転電機の軟磁性コアとして組み込むと、特性劣化や発熱等の問題の原因となることから、圧粉磁心の慎重な取り扱いが求められる。
【０００５】
また、圧粉磁心は、通常、型孔を有するダイスと、該型孔と摺動自在に嵌合する上パンチおよび下パンチとを備える成形装置を用いて軟磁性金属粉末を圧縮成形することにより作製されるが、ダイスから圧粉磁心を崩れることなく円滑に抜き出すため、相応の高圧圧縮が必要である。
さらに、近年、磁気特性の向上のため、圧粉磁心を高密度化することが求められており、高圧力での圧縮成形が行われるようになってきている。
そのため、軟磁性金属粉末の圧縮成形時、塑性変形した軟磁性金属粉末がダイスの型孔と上下パンチとの隙間に押し出されて顕著なバリが発生することにつながる。
圧粉磁心を回転電機の軟磁性コアとして用いる場合には、バリにより、コイルの巻線の絶縁被覆が損傷してレアショートが発生したり、断線が発生したりする可能性があるため、圧粉磁心のバリは確実に除去しておく必要がある。
【０００６】
しかしながら、上述のように未焼結の圧粉磁心は靱性が低いため、バリ取り加工を施す場合にも欠けやクラックが発生しないように細心の注意が必要である。そのため、バリ取り加工において、強い力を加えることができず、純鉄などからなるため延性が高いバリの除去が不充分になってしまっていた。
【０００７】
また、圧粉成形による歪みを除去してヒステリシス損を低減し、圧粉磁心の磁気特性を高めるため、焼結温度未満の温度で熱処理が施されることが多いが、圧粉磁心のバリ取り加工は、加工歪みによる磁気特性への悪影響が懸念されるため、このような熱処理の前に行うことが好ましいと考えられていた。
【０００８】
特許文献３には、絶縁皮膜を有する磁性粉末を圧縮成形して得られた圧粉体をスチーム処理することで、強度を向上した圧粉磁心が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献３には、圧縮成形に伴うバリの発生についての課題認識が何ら開示されておらず、上述したような圧粉磁心の課題を解決するため、バリ取り加工を、スチーム処理に対しどのようなタイミングで行うかについて何ら開示がなされていない。
【００１０】
また、被処理物の表面全体にスチームを接触させるために、スチーム処理は、通常、金網上に被処理物を載置して処理を行うのが一般的である。そのため、変形が起こりやすく、スチーム処理体は平面度等の寸法精度に劣り、特に多相モータ等のようにコアを重ね合わせて用いる場合には、組み付け精度に悪影響を及ぼすが、特許文献３には、スチーム処理するに際し、圧粉体をどのように支持するかについて何ら示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１２４８８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２０９１９８号公報
【特許文献３】特表２００１−５１０２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
圧粉磁心の圧縮成形時に発生したバリを確実に除去してバリに起因する巻線のレアショートや断線の発生を防止し、圧粉磁心を用いた回転電機の性能を安定化することを目的とする。
【００１３】
また、圧粉磁心の平面度等の寸法精度を向上することで、回転電機の組み付け精度を向上し、回転電機の運転時における精度ばらつきに起因する振動等の発生の低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、種々の検討の結果、絶縁皮膜により被覆された磁性粉末を高圧力で圧縮成形し、得られた圧粉体を４００〜７００℃の温度でスチーム処理することによって、圧縮成形によるひずみ除去のための熱処理としての効果も同時に付与し、かつその後スチーム処理体にバリ取り加工を施しても、加工歪みによる磁気特性への悪影響が小さく、各種モータコアとして使用に耐える特性を維持できることを見い出し、本発明を完成した。
【００１５】
本発明の回転電機は、絶縁皮膜により被覆された磁性粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体を４００〜７００℃の温度でスチーム処理し、更に得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施して作製した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明の回転電機では、圧粉体を敷き板状の治具上に載置して前記のスチーム処理を施した圧粉磁心からなる軟磁性コアを用いることが好ましい。
さらに、本発明は、絶縁皮膜により被覆された鉄基磁性粉末を、高圧縮成形する第一の工程、前記第一の行程で得られた圧粉体を４００〜７００℃の温度でスチーム処理する第二の工程、及び前記第二の工程で得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施して圧粉磁心からなる軟磁性コアを作製する第三の工程からなる方法により、回転電機の軟磁性コアを製造した。
上記方法を実施する際、前記第一工程終了後、治具に載置する工程を備え、治具に載置したスチーム処理体に前記第二の工程を実施することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の回転電機は、軟磁性コアとして、絶縁皮膜により被覆された磁性粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体をスチーム処理し、更に得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施した圧粉磁心を用いる。
【００１８】
スチーム処理体は強度が高いため、バリ取り加工工程や組立工程において圧粉磁心の欠けやクラックが発生しにくく、回転電機の特性低下等の問題を減らすことができる。
【００１９】
また、スチーム処理体は欠けやクラックが発生しにくく、充分強い力でのバリ取り加工を施すことができるとともに、バリをスチーム処理により酸化させてバリの延性を低下させることができるため、バリを確実に除去することが可能である。そのため、圧粉磁心のバリに起因するレアショートや断線の発生をより確実に防止することができる。
【００２０】
さらに本発明の回転電機は、軟磁性コアとして、圧粉体を敷き板状の治具上に載置して前記のスチーム処理を施した寸法精度の高い圧粉磁心を用いることで、組み付け精度を向上できるため、運転時において寸法精度ばらつきに起因する振動等の発生を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例で作製したクローポールコア形状の圧粉体の斜視図である。
【図２】バリ取り加工の前後の状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の回転電機は上述したように、その構成部品の軟磁性コアが、絶縁皮膜により被覆された磁性粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体をスチーム処理し、更に得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施した圧粉磁心からなるものである。以下、軟磁性コアの実施形態につき、さらに詳しく説明する。
【００２３】
１．磁性粉末
磁性粉末としては、純鉄粉末または鉄合金粉末を用いることができる。この磁性粉末は、渦電流損を低減するために燐酸塩、金属酸化物や樹脂等の絶縁皮膜で覆われている必要がある。
【００２４】
２．圧縮成形
磁性粉末を金型に充填し、圧縮成形して圧粉体を作製する。磁性粉末には、通常は金属石けんやワックス系等の成形用潤滑剤を添加するが、成形潤滑剤を添加せずに金型に潤滑剤を塗布して圧縮成形を行っても良い。
【００２５】
３．スチーム処理
前記の圧粉体にスチーム処理を施し、圧粉体中の気孔内周面および圧粉体の表面にＦｅ３Ｏ４皮膜を形成してスチーム処理体とする。この処理により圧粉磁心の強度を向上することができるとともに、バリを除去しやすくすることができる。処理温度は４００〜７００℃が好ましく、５００〜６００℃であることがより好ましい。処理温度が低すぎるとＦｅ３Ｏ４皮膜が充分生成せず、高すぎると磁気特性や耐食性に劣るＦｅ２Ｏ３が生成してしまうため好ましくない。なお、磁性粉末に成形用潤滑剤を添加している場合には、スチーム処理に先立ち脱ろう処理を施して成形用潤滑剤を除去しておくことが好ましい。
【００２６】
４．バリ取り加工
前記のスチーム処理体にバリ取り加工を施すことにより、磁性粉末の圧縮成形の際に生じたバリを除去する。バリ取り加工は、ブラッシング、バレル加工、ショットブラスト、リューター加工等の任意の方法で行うことができる。
特に、上記３のスチーム処理を行うと、圧粉磁心の強度をバレル加工に耐え得る程度にまで高めることができ、効率的なバリ取り加工を行うことができる。
【実施例１】
【００２７】
燐酸塩皮膜処理を施したアトマイズ鉄粉に成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．５ｍａｓｓ％添加した混合粉末を金型により密度７．５Ｍｇ／ｍ３に圧縮成形し、内径２０ｍｍ、外径３０ｍｍ、高さ５ｍｍの圧粉体とした。
燐酸塩被覆処理を施したアトマイズ鉄粉の場合、密度７．５Ｍｇ／ｍ３程度の高密度であれば、磁気特性の観点からみて十分に高密度といえる。
このように形成した圧粉体に５５０℃でのスチーム処理を行い、スチーム処理体の鉄損を測定した。更にスチーム処理体にバレル加工によるバリ取り加工を施して作製した圧粉磁心の鉄損を測定した。
【００２８】
表１にバリ取り加工前後の鉄損の測定結果を示す。バリ取り加工の前後で鉄損はほぼ同等の値を示しており、加工歪みによる悪影響は無いことが判った。
【００２９】
【表１】
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【実施例２】
【００３０】
燐酸塩皮膜処理を施したアトマイズ鉄粉に成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．５ｍａｓｓ％添加した混合粉末を金型により密度７．５Ｍｇ／ｍ３に圧縮成形し、図１に示すようなクローポールコア形状の圧粉体とした。圧粉体に５５０℃でのスチーム処理を行い、更にスチーム処理体にバレル加工によるバリ取り加工を施した。作製した圧粉磁心につき、バリの除去状態を観察するとともに、巻線をしてレアショート試験を実施した。
【００３１】
[比較例１]
実施例２の圧粉体にバレル加工を施した。
スチーム処理していない圧粉体にバレル加工を施すと、欠けや割れの発生が顕著になったため、磁気特性を評価に供するコアを作製することができなかった。
【００３２】
[比較例２]
実施例２の圧粉体にショットブラストによるバリ取り加工を施した後、スチーム処理を施した。作製した圧粉磁心につき、バリの除去状態を観察するとともに、巻線をしてレアショート試験を実施した。なお、本比較例においては、バリ取り加工によって、圧粉体に欠けが生じないように、ショットブラストのメディアの噴射圧力を低くした。
【００３３】
（バリの除去状態）
図２はバリ取り加工の前後の状態を示す写真である。比較例ではバリの除去が不充分であるのに対し、実施例ではバリの除去状態が良好であった。
【００３４】
（レアショートの発生率）
表２にレアショートの発生率を示す。なお、実施例、比較例ともに試験サンプル数は１００個とした。比較例では１６％のレアショートが発生したのに対し、実施例ではレアショートが発生しなかった。以上から、軟磁性コアとして絶縁皮膜により被覆された磁性粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体をスチーム処理し、更に得られたスチーム処理体にバリ取り加工を施した圧粉磁心を用いることが、圧粉磁心を用いた回転電機の性能の安定化に有効であることが確認された。
【００３５】
【表２】
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【実施例３】
【００３６】
実施例２の圧粉体をアルミナ製の敷き板状の治具に載置してスチーム処理を施し、スチーム処理体の底面の平面度を測定した。比較として、圧粉体を金網上に載置してスチーム処理を施し、スチーム処理体の底面の平面度を測定した。測定結果を表３に示す。
【００３７】
スチーム処理の際に、圧粉体を敷き板状の治具に載置して処理することにより、スチーム処理体の平面度が改善されることが確認された。
なお、この実施例では、敷き板状の治具に、蒸気を流通させるための孔等は設けなかったが、治具と接触していた圧粉体表面にも十分な酸化鉄層の形成が確認された。十分な酸化鉄層が形成されないような場合は、小径の蒸気流通孔を適当な箇所に設ければよい。
【００３８】
【表３】
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【図１】
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【図２】
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