(57)【要約】【課題】段差に応じて原料粉末の充填量の調整ができる圧粉体の製造方法を提供する。【解決手段】圧粉体の製造方法は、下パンチを底面とし、ダイスを側面とするキャビティの開口部に、フィルタを有する供給装置を取り付けるステップと、供給装置のフィルタと対向する側に設けた供給装置の供給口から投入した原料粉末をキャビティに充填するステップと、供給装置をダイスから取り外し、キャビティの開口部の側から上パンチで加圧して圧粉体を形成するステップと、を含み、圧粉体は、下パンチから供給装置を取り付けた開口部への高さ方向において、長さの異なる複数の部分を有し、供給装置のフィルタは、複数の部分それぞれの原料粉末の充填量を、高さ方向の長さに応じて調整する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧粉体の製造方法であって、
下パンチを底面とし、ダイスを側面とするキャビティの開口部に、フィルタを有する供給装置を取り付けるステップと、
前記供給装置の前記フィルタと対向する側に設けた前記供給装置の供給口から投入した原料粉末を前記キャビティに充填するステップと、
前記供給装置を前記ダイスから取り外し、前記キャビティの開口部の側から上パンチで加圧して前記圧粉体を形成するステップと、
を含み、
前記圧粉体は、前記下パンチから前記供給装置を取り付けた開口部への高さ方向において、長さの異なる複数の部分を有し、
前記供給装置のフィルタは、前記複数の部分それぞれの前記原料粉末の充填量を、前記高さ方向の長さに応じて調整する、
ことを特徴とする圧粉体の製造方法。
【請求項２】
前記圧粉体は、第１の部分と、前記高さ方向の長さが前記第１の部分より短い第２の部分を有し、
前記供給装置のフィルタは、前記第２の部分に対応する形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧粉体の製造方法。
【請求項３】
前記供給装置のフィルタは、その周辺部に向けて、前記高さ方向で傾斜している、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧粉体の製造方法。
【請求項４】
前記充填するステップで、前記供給装置に振動を与える、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧粉体の製造方法。
【請求項５】
段差を有する圧粉体を形成するための金型に、前記圧粉体の原料粉末を充填するために使用する供給装置であって、
前記金型に原料を充填するための開口部に取り付ける枠と、
前記枠に取り付けられたフィルタと、
を備えており、
前記フィルタは、前記原料粉末の充填量を前記圧粉体の段差に応じた量に調整するために設けられていることを特徴とする供給装置。
【請求項６】
前記フィルタは、前記段差により前記原料粉末の充填量を制限する領域に対応する形状であることを特徴とする請求項５に記載の供給装置。
【請求項７】
前記フィルタは、その周辺部に向けて傾斜する形状であることを特徴とする請求項５又は６に記載の供給装置。
【請求項８】
前記フィルタに振動を当たる振動部をさらに備えていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのコア等に用いることのできる、段差を有する圧粉成形体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種モータのコアとして、従来の積層鋼板に代えて、コアの渦電流損を低減することを目的に軟磁性粉末の表面に絶縁性被膜を形成して絶縁性を高めた圧粉磁芯が利用され始めている。この圧粉磁芯の利点は、３次元形状でも成形することが可能なことである。たとえば使用するコアの巻き線部を、磁石に対向する部分よりも低くした段差形状とすることで、巻き線の長さを短くすることができ、よって、銅損が減少しモータの効率を向上させることができる。
【０００３】
特許文献１は、金型のパンチを複数個に分割して段差形状を形成することを開示している。しかし、形成するコアが小さい場合、分割したパンチが肉薄になり、耐久性の問題が生じ得る。また、分割したパンチを別々に動かすため各パンチにかかる荷重が異なり、よって、各パンチの変形度合いも異なることが生じ得る。これは、段差寸法のばらつきに結びつく。
【０００４】
また、パンチを複数個に分割するのではなく、段付きの形状を持つパンチを使用すると、各段における圧縮率が異なり、成形体に大きな密度差を生じさせる可能性がある。さらに、密度差が大きい場合、圧粉体に亀裂が生ることもある。
【０００５】
このため、特許文献２は、金型の原料粉末を充填するキャビティ内において、段差の高くなった部分に対応する空間には、段差の低くなった部分に対応する空間より原料粉末を多く充填することを開示している。具体的には、金型のダイスにテーパー部を成形しておき、原料粉末を充填後、テーパー部に充填された粉末をキャビティ内に落下させることで、段差に応じて充填量としている。さらに、特許文献３は、段差の高低に応じてフィーダ・カップが覆う面積を変えることで充填量を調整することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７２７８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２１１２７７号公報
【特許文献３】特開平９−８２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２は、テーパー部に充填された原料粉末をキャビティ内に落下させるものであるが、原料粉末は、テーパー部の方向のみからしか供給できないため、原料粉末を充填できる位置が限られてしまう。よって、目的とする段差部の形状によっては対応できない場合がある。さらにテーパー部から供給できる原料粉末の量には限度があり、必要な量を供給できない場合がある。また、特許文献３に記載の方法においても、フィーダ・カップの中心部に段差の低くなる部分がある場合や、段差の形状が複雑である場合に対応ができないことがある。
【０００８】
本発明は、段差に応じて原料粉末の充填量の調整ができる圧粉体の製造方法と、段差に応じて原料粉末の充填量を調整できる供給装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によると、圧粉体の製造方法であって、下パンチを底面とし、ダイスを側面とするキャビティの開口部に、フィルタを有する供給装置を取り付けるステップと、前記供給装置の前記フィルタと対向する側に設けた前記供給装置の供給口から投入した原料粉末を前記キャビティに充填するステップと、前記供給装置を前記ダイスから取り外し、前記キャビティの開口部の側から上パンチで加圧して前記圧粉体を形成するステップと、を含み、前記圧粉体は、前記下パンチから前記供給装置を取り付けた開口部への高さ方向において、長さの異なる複数の部分を有し、前記供給装置のフィルタは、前記複数の部分それぞれの前記原料粉末の充填量を、前記高さ方向の長さに応じて調整する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様によると、段差を有する圧粉体を形成するための金型に、前記圧粉体の原料粉末を充填するために使用する供給装置であって、前記金型に原料を充填するための開口部に取り付ける枠と、前記枠に取り付けられたフィルタと、を備えており、前記フィルタは、前記原料粉末の充填量を前記圧粉体の段差に応じた量に調整するために設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
段差に応じて原料粉末の充填量の調整ができる。これにより、亀裂を生じさせることなく、各部の密度差の少ない圧粉体を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態による圧粉体の概略的な構成図。
【図２】一実施形態によるフィーダ・カップの概略的な構成図。
【図３】一実施形態によるフィーダ・カップを金型に取り付けた状態を示す断面図。
【図４】図３の状態からダイスを上昇させた状態を示す断面図。
【図５】一実施形態による原料粉末を金型で圧縮している状態を示す図。
【図６】一実施形態による金型から圧粉体を取り出した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１４】
図１（Ａ）は、本実施形態において形成する圧粉体２０の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１に示す圧粉体は、例えば、モータの回転子として用いられるものであり、圧粉体２０は、巻き線を行う巻き線部２１と、直流モータにおいてマグネットに対向する外輪部２２と、回転軸を通すための穴２３が設けられた内輪部２４と、を備えている。ここで、図１に示す様に、回転軸方向において、外輪部２２の長さと、巻き線部２１及び内輪部２４の長さは異なり、圧粉体２０は、その回転軸方向の両側の端部において段差形状を有している。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、高い低いとは、圧粉体の回転軸方向の各端部の凹凸を意味し、高いとは、外輪部２２が、巻き線部２１及び内輪部２４に対して凸状となっていることを意味する。逆に、低いとは、巻き線部２１及び内輪部２４が外輪部２２より凹んでいることを意味する。
【００１５】
図２は、図１の圧粉体２０を形成する際に使用する、本実施形態におけるフィーダ・カップ４を示している。なお、図２（Ａ）は断面図であり、図２（Ｂ）は平面図である。なお、フィーダ・カップ４は、原料粉末の供給装置である。フィーダ・カップ４は、原料粉末を投入する供給口４５が形成された枠４１と、枠４１の底面に固定部材４３により固定されるフィルタ４２と、フィーダ・カップ４に振動を与える振動部４４と、を備えている。なお、枠４１の底面とは、枠４１の供給口４５とは反対側をいう。なお、フィルタ４２は、段差により低くなる領域への原料粉末の供給を抑えるためのものであり、その形状及び位置は、形成する圧粉体の段差形状に応じて選択する。具体的には、フィルタ４２は、段差により低くなる領域の上に位置し、段差により低くなる領域と略同じ形状とする。また、フィルタ４２のふるい目も、段差形状の高低差に応じて調整する。ここで、フィルタ４２としては、原料粉末の供給を調節できるものであれば、一般的なふるいで用いられている網目構造のものや、板状のものに穴を空けた形状等、任意の構造のものを使用できる。
【００１６】
図２のフィーダ・カップ４を使用することにより、例えば、金型のキャビティに原料粉末を充填する際、段差の低い部分に該当する領域に充填する粉末量を、その段差に見合った量に制限することができる。具体的には、例えば、金型が上パンチと、下パンチと、ダイスを含み、下パンチを底面とし、ダイスを側面とするキャビティに原料粉末を充填し、上パンチ及び下パンチで加圧して圧粉成形するものとする。この場合、フィーダ・カップ４を、キャビティの開口部に取り付けて、下パンチをフィーダ・カップ４側に移動させた状態とする。続いて、下パンチを下降させることで、或いは、ダイスを上昇させることで、フィーダ・カップ４を下パンチから離れる方向に移動させて、原料粉末を充填する。これは、一般的に、吸い込み充填方法と呼ばれるものであり、所望の位置以外に原料粉末が充填されるのを避ける効果がある。
【００１７】
例えば、図１の圧粉体２０の巻き線部２１及び内輪部２４（第２の部分）の上に、フィーダ・カップ４のフィルタ４２が位置する様にし、外輪部２２(第１の部分)の上には、フィーダ・カップ４のフィルタが位置しない様にする。これにより、巻き線部２１及び内輪部２４に対応する領域への原料粉末の供給を制限することができる。なお、フィルタ４２で覆う位置にも高低差がある場合、高低差の形状に応じたふるい目とすることで、フィルタ４２が覆う位置での原料粉末の充填量を調整することもできる。さらに、原料粉末の供給中に振動部４４が振動を与えることで、フィルタを通過する原料粉末の移動効率を改善することができる。図２において、振動部４４は、フィーダ・カップ４の枠４１に直接取り付けているが、伝達部材を使用して振動部４４の振動をフィーダ・カップ４に伝える構成であっても良い。なお、振動部４４の振動の強さは、使用する原料粉末と、フィルタ４２のふるい目に応じて選択する。また、フィルタ４２は、フィルタ４２に残った原料粉末を、段差の高い部分に対応するキャビティ内の領域に充填するために、フィルタ４２の周辺部に向けて傾斜する形状を有するものであっても良い。例えば、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すフィルタ４２は円盤状であるが、これを、供給口４５の側に凸形状となる円錐状とすることができ、外輪部２２に対応する領域に原料粉末を供給する役目をフィルタ４２が果たすことができる。つまり、フィルタ４２を、その内部から周辺部にかけて傾斜する形状とすることができる。
【００１８】
なお、原料粉末は、圧粉体２０の用途により選択される。例えば、モータのコアである場合、センダスト粉、パーマロイ粉、ケイ素鋼粉、純鉄粉等の、従来から圧粉磁芯の原料として用いられている軟磁性粉や、これら軟磁性粉を主たる成分とする合金を含む軟磁性粉末をベース粉として用いることが可能である。さらに、これらベース粉は、不純物を除去する目的や、歪を取る目的であらかじめ還元雰囲気で熱処理をしておいても良い。さらに、ベース粉に絶縁物質が被覆されているものを使用することができる。絶縁被膜としては、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニュウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、鉱物などを用いることができる。なお、これらは単独でも複数でも用いることができる。
【００１９】
ベース粉の粒度分布は、必要な見掛け密度や、必要な磁気特性に応じて選択する。例えば、モータのコアに使用する場合、ベース粉の粒径は４５０μｍ以下、好ましくは３６０μｍ以下にできる。なお、ベース粉の粒子の大多数は１０μｍ以上の粒径を有するものであることが好ましい。
【００２０】
さらに、金型との抵抗や、ベース粉同士の抵抗を低減するために、潤滑剤をベース粉に添加することができる。また、金型に潤滑剤を付けて成形する型潤滑法を使用することもできる。使用する潤滑剤は、脂肪酸モノアミド、脂肪酸ビスアミド等の非金属石鹸系の分粉末潤滑剤や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸アルミニウム、１２ヒドロキシステアリン酸亜鉛等の金属石鹸粉末潤滑剤から１つ以上を選択して使用できる。なお、潤滑剤の添加量は、必要な磁気特性に応じて選択する。
【００２１】
また、潤滑剤をベース粉に付着させる目的や、成形後の成形体の機械強度を高める目的で、結合剤を使用することができる。結合剤としては、エポキシ樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド、ポリアミドなどの熱硬化性又は熱可塑性樹脂等を使用できる。また、結合剤は、潤滑性を有するものであっても良い。つまり、単独で潤滑剤と結合剤の機能をもったものを使用することができる。結合剤の添加量は、必要な磁気特性に応じて選択する。
【００２２】
以下、本実施形態による効果について、実施例１、比較例１と呼ぶ圧粉体を作成して比較した。まず、本実施形態に従う実施例１の圧粉体の製造方法について具体的に説明する。圧粉体の原料粉末として、絶縁被膜を有する純鉄粉末に潤滑剤が添加されており、平均粒径が２５０μｍのヘガネス社製のＳｏｍａｌｏｙ７００  ３Ｐを使用した。図３は、圧粉体を形成するために使用する金型にフィーダ・カップ４を取り付けた状態を示す断面図である。金型は、ダイス６と、下パンチ８と、コア１１と、図３には示されていないが上パンチ７とを、備えている。ダイス６の一方の面側にフィーダ・カップ４を取り付け、ダイス６に対して図の上下方向に移動可能な下パンチ８の、原料粉末を充填する側の面を、フィーダ・カップ４の底面（フィルタ４２が設けられている側）に接する状態に設定する。なお、フィルタ４２には、目開き１５０μｍのステンレス金網を使用した。供給口４５から原料粉末を供給した状態で、ダイス６を上昇させることで、原料粉末を吸込充填した。その際、振動部４４により振動を与えた。図４は、ダイス６を上昇させた状態である。なお、図３及び図４においては、図を見やすくするため、原料粉末を表示してはいない。その後、フィーダ・カップ４を取り除き、上パンチ７により原料粉末を１１００ＭＰａで加圧した。図５は、黒色で塗りつぶして示す原料粉末を加圧している状態を示している。なお、加圧している間、ダイス６に設けられた図示しないヒータにより、ダイス６を８０℃の温度に保持した。その後、図６に示す様に、上パンチ７を取り除いて圧粉体を取り出し、その後、圧粉体を大気中５３０℃で２０分間熱処理した。
【００２３】
実施例１の圧粉体において、回転軸方向の長さが他の部分より長い外輪部２２を切り取って、外輪部２２の密度と、外輪部２２以外の部分の密度を測定した。なお、密度は、重さと体積をそれぞれ測定し、重さを体積で除算することで算出した。外輪部２２の密度は７．４１ｇ／ｃｍ３であり、それ以外の部分の密度は、７．４１ｇ／ｃｍ３であった。
【００２４】
比較例１の圧粉体は、フィーダ・カップ４のフィルタ４２を使用しなかったこと以外は実施例１の圧粉体と同じ方法で作成した。このとき、圧粉体には亀裂が生じた。よって、本実施形態により段差に応じた充填量とすることで、圧粉体に亀裂が生じることを防ぎ、段差部分における密度差の少ない圧粉体を形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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