(57)【要約】【課題】従来の複合型金属成形体は、渦電流損が大きく、好ましい磁気特性を持った良好な品質の磁気回路部品を得ることが困難である。【解決手段】本発明による複合型金属成形体は、多数の金属粒子１と、これら金属粒子１間に介在する熱硬化性樹脂の炭化物２および電気絶縁性粒子３とを含み、金属粒子１の一部が相互に溶着している。金属粒子１が軟磁性材料を含み、熱硬化性樹脂がフラン樹脂であることが好ましい。この複合型金属成形体は、金属粒子１の表面を熱硬化性樹脂で被覆し、金属粒子１の表面に被覆された熱硬化性樹脂の表面をさらに電気絶縁性粒子３で被覆して成形用原料を得、得られた成形用原料を所定形状に加圧して成形体を得、得られた成形体を加熱して熱硬化性樹脂を炭化させると共に金属粒子１の一部を相互に溶着させることにより、製造することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の金属粒子と、これら金属粒子間に介在する熱硬化性樹脂の炭化物および電気絶縁性粒子とを含み、前記金属粒子の一部が相互に溶着していることを特徴とする複合型金属成形体。
【請求項２】
前記金属粒子が軟磁性材料を含み、前記熱硬化性樹脂がフラン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の複合型金属成形体。
【請求項３】
金属粒子の表面を熱硬化性樹脂で被覆するステップと、
前記金属粒子の表面に被覆された熱硬化性樹脂の表面をさらに電気絶縁性粒子で被覆して成形用原料を得るステップと、
得られた成形用原料を所定形状に加圧して成形体を得るステップと、
得られた成形体を加熱して前記熱硬化性樹脂を炭化させると共に前記金属粒子の一部を相互に溶着させるステップと
を具えたことを特徴とする複合型金属成形体の製造方法。
【請求項４】
金属粒子の表面を電気絶縁性粒子が分散した熱硬化性樹脂で被覆して成形用原料を得るステップと、
得られた成形用原料を所定形状に加圧して成形体を得るステップと、
得られた成形体を加熱して前記熱硬化性樹脂を炭化させると共に前記金属粒子の一部を相互に溶着させるステップと
を具えたことを特徴とする複合型金属成形体の製造方法。
【請求項５】
永久磁石と、ヨークと、このヨークに巻回される励磁コイルとを具え、この励磁コイルへの通電により磁気回路が構成される電磁駆動装置であって、前記ヨークが請求項１または請求項２に記載の複合型金属成形体か、あるいは請求項３または請求項４に記載の製造方法によって製造された複合型金属成形体であることを特徴とする電磁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粒子間に熱硬化性樹脂の炭化物および電気絶縁性粒子が介在する複合型金属成形体およびその製造方法ならびにこれを用いた電磁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モーターや電源回路を有する交流機器のヨークとして、従来では主に電磁鋼板などの軟磁性材料が用いられている。近年、材料の有効利用への欲求に対応するものとして、絶縁処理された軟磁性粉体を加圧成形してなる圧粉磁心が採用されつつある。特に、モーターなどに用いられる圧粉磁心は、磁心としてのさらなる性能向上のため、複雑な形状の三次元化が望まれるようになって来ており、その一部に凹部または凸部を持った複雑な形状の成形体が要求されつつある。この結果、圧粉磁心用の絶縁被膜を持った成形用原料は、これら成形用原料を構成する粒子間の電気絶縁性や、歪取り焼鈍時の耐熱性以外に、成形用原料自体の流動性が重視されるようになっている。つまり、成形用原料の流動性が不充分な場合には、成形体の生産性が阻害されるのみならず、複雑な形状を持った成形体を作成する際に、対応する成形キャビティ内に成形用原料を均一に供給することが困難となる。この結果、得られる成形体の密度の不均一化および表面性状の悪化を引き起こす。
【０００３】
このような問題を解決するため、特許文献１においては鉄粉の表面にフラン樹脂を被覆してなる成形用原料を用いて成形体を作成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７-１３４６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属粒子の表面をフラン樹脂で被覆した成形用原料を用いて成形体を作成する特許文献１に開示された方法を採用した場合、成形用原料の流動性に関する問題を解消することができる。しかしながら、このような成形用原料を用いて製造された複合型金属成形体を電磁駆動装置のヨークとして用いた場合、渦電流損が大きく発生して期待された性能を発揮できないことがあった。特に、励磁コイルへの通電が極めて短時間で切り替わるような使い方を行う場合、渦電流損が大きく発生する傾向を持つ。これは、加熱成形された複合型金属成形体を構成する金属粒子間にフラン樹脂の炭化物が介在し、この炭化物が金属粒子間の電気絶縁性を妨げる結果、その比抵抗（電気抵抗率）が小さくなってしまうためであると考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、電磁駆動装置のヨークとして用いた場合に渦電流損が少なく、複雑な形状であっても製造が容易な複合型金属成形体およびそ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】
【０００７】
本発明の第１の形態は、多数の金属粒子と、これら金属粒子間に介在する熱硬化性樹脂の炭化物および電気絶縁性粒子とを含み、前記金属粒子の一部が相互に溶着していることを特徴とする複合型金属成形体にある。
【０００８】
本発明においては、金属粒子間に介在する電気絶縁性粒子が複合型金属成形体の比抵抗を所望の値に高める。
【０００９】
本発明の第１の形態による複合型金属成形体において、熱硬化性樹脂の炭化物を金属粒子の表面に層状をなして成形することができる。この場合、層状をなす熱硬化性樹脂の炭化物の表面に電気絶縁性粒子を介在させたり、あるいは層状をなす熱硬化性樹脂の炭化物中に電気絶縁性粒子を介在させることができる。
【００１０】
金属粒子が軟磁性材料を含み、熱硬化性樹脂がフラン樹脂であってよい。金属粒子が軟磁性材料を含む場合、この軟磁性材料を用いた複合型金属成形体の磁気特性、つまり飽和磁束密度や透磁率などを確保することができる。軟磁性材料としては、公知の軟磁性金属材料を用いることができ、例えばアトマイズ鉄粉や還元鉄粉などの純鉄粉，または鉄，コバルト，ニッケルなどを主成分とする部分拡散合金化鉄粉や完全合金化鉄粉あるいはこれらの混合物を用いることが可能である。なお、軟磁性材料からなる金属粒子間の電気絶縁性をさらに高めるため、金属粒子の表面にリン酸系被膜などを成形したものを用いることも可能である。リン酸系被膜としては、公知のリン酸系皮膜、例えばリン酸成分とホウ酸成分とマグネシアとを有するリン酸系の絶縁被膜を挙げることができる。この絶縁被膜の厚みが薄すぎると、磁束密度などの磁気特性が向上するものの比抵抗が低下し、この複合型金属成形体を用いた電磁駆動装置に発生する渦電流損が大きくなってしまう。逆に、絶縁被膜の厚みが厚すぎると、比抵抗が確保されて先の渦電流損を抑えることができるものの飽和磁束密度などの磁気特性が低下してしまうため、これらの事情を考慮して絶縁被膜の厚みを適宜選択することが好ましい。
【００１１】
熱硬化性樹脂であるフラン樹脂は、複雑な形状の成形体を加圧成形する際に成形用原料を成形型内に均一に充填するため、成形型に対する成形用原料の流動性を確保するためのものである。フラン樹脂は、特に軟磁性材料の金属粒子の表面に対して濡れ性が良好であり、軟磁性金属粒子の表面に対してより均一かつ安定に被覆することができる。このフラン樹脂は、フラン環を有する樹脂の総称であって、フルフリルアルコール・フルフラール共縮合型，フルフリルアルコール型，フルフラール・フェノール共縮合型，フルフラール・ケトン共縮合型，フルフリルアルコール・尿素共縮合型，フルフリルアルコール・フェノール共縮合型などの樹脂を挙げることができる。これらを加熱硬化させる場合、一般的には酸性触媒として有機または無機の酸性物質が用いられる。フラン樹脂に添加される触媒の好ましい量は、成形後の熱処理におけるフラン樹脂の硬化性や酸性触媒の金属粒子への影響などを勘案してフラン樹脂１００質量部に対し１０質量部以下かつ０.００１質量部以上とすることが好ましい。
【００１２】
金属粒子に対する上述した触媒を含むフラン樹脂の量は、軟磁性金属粒子に対して相対的にこれが多すぎると、加圧成形される成形体の軟磁性金属粒子の密度が上がらず、飽和磁束密度などの磁気特性が低下する。また、成形体の加熱処理によってフラン樹脂自体が炭化するのに伴い、炭化したフラン樹脂が必要以上に軟磁性成形体の金属粒子間に介在する結果、金属粒子間の導電性が増大してその電気絶縁性が損なわれてしまうおそれがある。逆に、フラン樹脂の割合が少なすぎる場合、軟磁性金属粒子の表面をより均一かつ安定にフラン樹脂にて被覆することが困難となり、成形体を加圧成形する際に成形用原料の良好な流動性が得られず、得られる成形体の密度が不均一になってしまう可能性がある。これらの事情を考慮すると、触媒を含む好ましいフラン樹脂の量は、例えば金属粒子１００質量部対し、０.１質量部以上５質量部以下であり、より好ましくは０.２質量部以上１質量部以下、最も好ましいのは０.３質量部以上０.５質量部以下である。しかしながら、本発明はこれらの値に限定されるものではないことに注意されたい。
【００１３】
本発明において用いられる電気絶縁性粒子は、個々の金属粒子間の電気絶縁性を確保し、電磁駆動装置における渦電流損の増大を防止するためのものである。このような電気絶縁性粒子としては、加圧成形した後の成形体の歪取り加熱時において充分な耐熱性を有するものであることが好ましい。具体的なものとしては、ガラス，アルミナ，炭化珪素，セラミックス，層状珪酸塩（モンモリロナイト，バイデライト，ノントロナイト，サポナイト，ヘクトライト，ソーコナイト，バーミキュライトなどのスメクタイト系粘土鉱物や、ハロイサイト，カネマイト，ケニヤイト，燐酸ジルコニウム，燐酸チタニウムなどの各種粘土鉱物、あるいはＬi形フッ素テニオライト，Ｎa形フッ素テニオライト，Ｎa形四珪素フッ素雲母，Ｌi形四珪素フッ素雲母などの膨潤性合成雲母），焼成クレイ，タルク，シリカ，酸化マグネシウム，珪酸カルシウム，ワラステナイト，ゼオライト，セリナイト，カオリン，ベントナイト，アルミナシリコート，マイカ，炭酸カルシウム，炭酸マグネシウム，炭酸亜鉛，窒化硼素，二硫化モリブデン，フッ化炭素などの粉末を挙げることができる。これらを単独または２種以上混合して用いることも可能である。これらの粒径は、金属粒子よりもある程度小径である必要があるが、金属粒子間を適切に隔てるためには１μｍ以上であることが好ましい。また、粒径があまり大きすぎると金属粒子の間隔が広くなりすぎ、材料強度が低下したりする場合があるので、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
なお、樹脂の炭化物で被覆された金属粒子の表面を電気絶縁性粒子で被覆する場合や、金属粒子の表面を被覆する樹脂の炭化物中に電気絶縁性粒子が介在させる場合の何れの場合であっても、タルクや窒化硼素などの硬度の低い電気絶縁性粒子を採用することが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の形態は、金属粒子の表面を熱硬化性樹脂で被覆するステップと、前記金属粒子の表面に被覆された熱硬化性樹脂の表面をさらに電気絶縁性粒子で被覆して成形用原料を得るステップと、得られた成形用原料を所定形状に加圧して成形体を得るステップと、得られた成形体を加熱して前記熱硬化性樹脂を炭化させると共に前記金属粒子の一部を相互に溶着させるステップとを具えたことを特徴とする複合型金属成形体の製造方法にある。
【００１６】
金属粒子の表面に対して熱硬化性樹脂、特にフラン樹脂を層状に被覆する場合、まず硬化触媒によって硬化反応を促進させたフラン樹脂を溶剤などで希釈して液状化させたものを用意する。次に、金属粒子を浮遊流動させつつ先の液状化させたフラン樹脂をスプレー法などにより金属粒子に塗布した後、溶剤を除去することによって達成可能である。
【００１７】
また、金属粒子を被覆する熱硬化性樹脂、特にフラン樹脂の表面を電気絶縁性粒子で被覆して成形用原料を作成する場合、フラン樹脂が被覆された金属粒子と電気絶縁性粒子とを浮遊流動させ、フラン樹脂の表面に電気絶縁性粒子を付着させることによって達成可能である。
【００１８】
本発明の第３の形態は、金属粒子の表面を電気絶縁性粒子が分散した熱硬化性樹脂で被覆して成形用原料を得るステップと、得られた成形用原料を所定形状に加圧して成形体を得るステップと、得られた成形体を加熱して前記熱硬化性樹脂を炭化させると共に前記金属粒子の一部を相互に溶着させるステップとを具えたことを特徴とする複合型金属成形体の製造方法にある。
【００１９】
金属粒子を被覆する熱硬化性樹脂の炭化物中に電気絶縁性粒子を分散させた成形用原料を作成する場合、まず硬化触媒によって硬化反応を促進させたフラン樹脂を溶剤などで希釈して液状化させ、これに電気絶縁粒子を均一に混合・攪拌した混合溶液を用意する。次に、金属粒子を浮遊流動させつつ先の混合溶液をスプレー法などにより金属粒子に塗布した後、溶剤を除去することによって達成可能である。
【００２０】
なお、上述した成形用原料を加圧して成形体の密度を高めると共に成形後の成形型からの抜き外し力を低減して成形体を取り出しやすくするため、金属石鹸や高級脂肪酸などの固体潤滑剤を成形用原料に添加することも有効である。しかしながら、固体潤滑剤を添加すると、得られる複合型金属成形体の磁気特性が低下する傾向を持つため、多量の固体潤滑剤を添加することは好ましくない。この固体潤滑剤は、成形体の成形後に気化によって成形体から除去できるものであることが好ましく、一例として金属石鹸を挙げることができ、より好ましくはステアリン酸亜鉛である。
【００２１】
成形用原料に固体潤滑剤を添加する場合、金属粒子の表面を熱硬化性樹脂および電気絶縁性粒子で被覆した成形用原料と固体潤滑剤とを浮遊流動させ、固体潤滑剤が形成用原料の表面に付着させることによって達成可能である。得られる成形用原料は乾燥した粉末状であり、成形型への投入が容易となる。
【００２２】
成形用原料を加圧する場合、金属粒子の種類や得られる成形体の形状などに応じて成形圧を適切に設定する必要がある。成形圧が小さすぎると、成形体の密度の低下に伴う強度低下および最終的な複合型金属成形体の強度低下を招来する。しかも、金属粒子が軟磁性材料の場合には軟磁性材料の割合が低下し、その磁気特性をも低下させるので好ましくない。逆に、成形圧が高すぎると、プレス装置の加圧パンチの寿命を低下させ、特に成形体が薄肉の異形形状の場合には加圧パンチの寿命を著しく低下させる。しかも、形成圧が大きくなるほど成形体がより強く成形型に押し付けられるため、結果として成形体の歪が増大し、複合金属成形体の磁気特性を低下させてしまう。このため、１cm2当たり３トン以上２０トン以下に成形圧を調整することが好ましく、さらに好ましくは３.５トン以上１８トン以下であり、４トン以上１５トン以下に調整することが最も好ましい。
【００２３】
成形体を加熱する場合、まず熱硬化性樹脂、特にフラン樹脂の重合度を高めてこれを硬化させると共に分解ガスの放出を促進する程度に予備加熱を行うことが好ましい。この予備加熱温度としては、１００℃以上４００℃以下であることが好ましい。この予備加熱を行った後、成形体の整形時に発生した歪を除去し、熱硬化性樹脂を焼成して炭化させると共に金属粒子の密着性を相互に高める加熱処理を行うことが好ましい。この場合、加熱処理の温度が高すぎると金属粒子の相互溶着が進みすぎ、金属粒子間の絶縁性が損なわれてしまい、結果として渦電流損が増大して磁気特性を低下させてしまう。逆に、加熱処理の温度が低すぎると金属粒子に対する熱硬化性樹脂の接着力が向上せず、複合型金属成形体の強度を高めることができず、成形体の加圧成形時に発生した歪を除去することも困難となる。このような観点から、４００℃以上６００℃以下の範囲内で加熱処理を行うことが好ましい。なお、成形体の加熱に際しては、これを大気中で行うことが可能であるけれども、必要に応じて不活性ガス雰囲気や還元雰囲気または真空中で行ってもよい。
【００２４】
本発明の第４の形態は、永久磁石と、ヨークと、このヨークに巻回される励磁コイルとを具え、この励磁コイルへの通電により磁気回路が構成される電磁駆動装置であって、前記ヨークが本発明の第１の形態による複合型金属成形体か、あるいは本発明の第２または第３の形態による製造方法により製造された複合型金属成形体であることを特徴とする電磁駆動装置にある。
【００２５】
本発明においては、励磁コイルに通電した場合、ヨークを構成する複合型金属成形体の金属粒子間に介在する電気絶縁性粒子が渦電流損を抑制する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の形態の複合型金属成形体によると、多数の金属粒子と、これら金属粒子間に介在する熱硬化性樹脂の炭化物および電気絶縁性粒子とを含み、金属粒子の一部が相互に溶着しているので、複合型金属成形体の比抵抗を所望の値に調整することができる。
【００２７】
金属粒子が軟磁性材料を含み、熱硬化性樹脂がフラン樹脂である場合、所望の磁気特性および比抵抗を持った複雑な形状の複合型金属成形体を得ることができる。
【００２８】
本発明の第２の形態の複合型金属成形体の製造方法によると、金属粒子の表面を熱硬化性樹脂で被覆し、その表面をさらに電気絶縁性粒子で被覆して得られる成形用原料を所定形状に加圧し、得られる成形体を加熱して熱硬化性樹脂を炭化させると共に金属粒子の一部を相互に溶着させたので、複雑な形状であっても割れや欠損などのない良好な品質の複合型金属成形体を得ることができる。
【００２９】
本発明の第３の形態の複合型金属成形体によると、金属粒子の表面を電気絶縁性粒子が分散した熱硬化性樹脂で被覆して得られる成形用原料を所定形状に加圧し、これにより得られる成形体を加熱して熱硬化性樹脂を炭化させると共に金属粒子の一部を相互に溶着させたので、複雑な形状であっても割れや欠損などのない良好な品質の複合型金属成形体を比較的容易に得ることができる。
【００３０】
励磁コイルへの通電により磁気回路が構成される本発明の第４の形態の電磁駆動装置によると、所望の磁気特性および渦電流損の小さな複雑な形状のヨークを用いた電磁駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による電磁駆動装置を回転多面鏡走査装置に応用した一実施形態の断面図である。
【図２】図１に示した固定子鉄心の平面図である。
【図３】図２に示した固定子鉄心の金属組織の一例を表す模式図である。
【図４】図２に示した固定子鉄心の金属組織の別な一例を表す模式図である。
【図５】トロイダル状鉄心の外観を表す立体投影図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明を複写機に組み込まれる回転多面鏡走査装置に応用した一実施形態について、その主要部の断面構造を表す図１およびその固定子鉄心の外観を表す図２を参照しながら以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、励磁コイルに対する通電の切り換えやオン／オフ動作を高速で行うことが要求されるようなあらゆる電磁駆動装置に適用することが可能である。
【００３３】
駆動ＩＣなどの図示しない回路部品が実装された板状をなすベース１１には、軸受スリーブ１２がこのベース１１を貫通するように当該ベース１１に対して一体的に固定されている。ベース１１から上方に突出する軸受スリーブ１２の上部には、図２に示す如き固定子鉄心１３が軸受スリーブ１２に対して一体的に嵌着されている。この固定子鉄心１３は、複数（図示例では９個）の端子用穴１４が円周方向に沿って所定間隔で形成された円筒状をなす本体１５を有する。この本体１５には、本体１５の外周面から放射状に突出する複数本（図示例では９本）の巻線アーム１６が一体的に形成され、これら巻線アーム１６の先端には磁極部１７がそれぞれ形成されている。巻線アーム１６には、回転磁界を発生させるための励磁コイル１８がそれぞれ巻回されて端子用穴１４に導かれている。
【００３４】
軸受スリーブ１２の下端部には、スラスト受け板１９が嵌着されている。軸受スリーブ１２には回転軸２０が落とし込まれ、１，２μｍ程度の隙間が形成されるこの回転軸２０の外周面と軸受スリーブ１２の内周面との間には、回転軸２０の回転に伴ってこれらの間に充填された潤滑流体に動圧を発生させるための動圧軸受が画成される。軸受スリーブ１２から上方に突出する回転軸２０の部分には、環状をなすブラケット２１が回転軸２０に対して一体的に嵌着されており、このブラケット２１には固定子鉄心１３を覆うようなカップ型断面を持つローターフレーム２２が固定されている。ローターフレーム２２の内周面には、固定子鉄心１３の磁極部１７に対して近接状態で対向する複数個の永久磁石２３が所定間隔でローターフレーム２２に固定されている。また、このブラケット２１には回転多面鏡２４が装着され、皿ばね２５および座金２６を介して回転軸２０の上端にねじ込まれるボルト２７により回転軸２０と一体化され、回転多面鏡２４はブラケット２１と皿ばね２５との間に挟まれた状態となっている。
【００３５】
従って、固定子鉄心１３に巻回された励磁コイル１８に通電し、図示しない回転位相検出手段からの検出信号に従って各相（例えば三相）の励磁コイル１８に流れる電流を切りかえる。これにより、回転磁界が発生して永久磁石２３に反発力を生じさせ、永久磁石２３，ローターフレーム２２，回転軸２０，回転多面鏡２４が一体的に回転する。
【００３６】
このような回転多面鏡走査装置の固定子鉄心１３が本発明の複合型金属成形体にて形成されており、その製造手順を以下に数例示す。
【実施例１】
【００３７】
金属粒子として軟磁性材料である鉄粉：ＡＢＣ１００.３０（スウェーデン国ヘガネス社の商品名）を用意した。また、熱硬化性樹脂としてフラン樹脂：ＶＦ３０３（日立化成株式会社の商品名）を用意し、さらにその酸性触媒：Ａ３（日立化成株式会社の商品名）を用意した。そして、フラン樹脂１００質量部に対し酸性触媒を１質量部加え、４０℃で５分間攪拌しながら硬化反応を促進したものを１０倍の量のアセトンで希釈して液状とした。
【００３８】
これを浮遊流動させた状態の鉄粉１００質量部に対しフラン樹脂０.４質量部となるように散布し、溶剤であるアセトンを蒸発させて酸性触媒を含むフラン樹脂を鉄粉の表面に被覆させた。
【００３９】
次に、電気絶縁性粒子としてタルク：平均粒径が１０μｍのＰＳタルク（竹原化学工業株式会社の商品名）を用意し、鉄粉１００質量部に対しタルク０.４質量部となるように添加して浮遊流動させることにより、フラン樹脂の表面にタルクの層を形成した。さらに固体潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用意し、鉄粉１００質量部に対し固体潤滑剤０.５質量部となるように添加混合し、成形用原料を作成した。なお、得られた成形用原料の流動性を調べるため、ＪＩＳ Ｚ-２５０２で規定された流動度試験により、オリフィス径が２.５mmの場合の流動度を測定したところ、２４.３秒/５０gの値が得られた。
【００４０】
上述した成形用原料を用い、所定形状、この場合には図２に示した固定子鉄心１３の形状になるように設計した成形型内に成形用原料を充填し、これをその中心軸線と平行方向から１cm2当たり８トンの力で加圧して図２の固定子鉄心１３の形状に対応した成形体を得た。
【００４１】
この成形体を成形型から取り出して耐熱平板に乗せ、最初に成形体中のフラン樹脂の重合度を高めて硬化させると共に分解ガスの放出を行うため、予備加熱として大気中にて１８０℃で１時間、続いて３６０℃で２時間焼成を行った。次いで、この成形体の加圧成形時に発生した歪を除去し、フラン樹脂を焼成して炭化させると共に鉄粒子間の接着性を高めるため、大気中にて５００℃で１時間焼成を行い、図２の固定子鉄心１３となる複合型成形体を得た。
【００４２】
このようにして得られた固定子鉄心１３を構成する金属組織を図３に模式的に示す。多数の鉄粒子１は一部が相互に溶着状態となっており、これら鉄粒子１の間にフラン樹脂の炭化物２およびタルクが介在している。より詳細には、これら鉄粒子１の表面には、フラン樹脂の炭化層２が形成され、さらにこの炭化層２の表面にタルク３が介在した構成となっている。フラン樹脂は消散せずに炭化物２として層状に残留し、鉄粒子１の表面を被覆しているため、加熱処理に伴う成形体の収縮や変形を著しく少なく抑えることができる。しかもフラン樹脂の炭化物２で層状に被覆された鉄粒子１の間にタルク３が介在しているため、鉄粒子１間の電気絶縁性が向上する。従って、得られた複合型金属成形体、すなわち固定子鉄心１３は、その寸法精度が良好に維持されると共に渦電流損を低減させることが期待できる。
【実施例２】
【００４３】
金属粒子として軟磁性材料である鉄粉：Somaloy５００（スウェーデン国ヘガネス社の商品名）を用意し、先の実施例１と同様の条件で成形用原料を作製した。なお、この鉄粒子は高純度の鉄系粉末粒子の表面にリン酸化成被膜処理により、リン酸系被膜が施されたものである。得られた成形用原料の流動性を調べるために先の実施例１と同様な方法で流動度を測定したところ、２４.７秒/５０gの値が得られた。
【００４４】
この成形用原料を用いて先の実施例１と同様の条件で成形体を得、加熱処理を施して図２に示すような固定子鉄心１３を複合型金属成形体として得た。
【実施例３】
【００４５】
実施例１と同様に、金属粒子として軟磁性材料である鉄粉：ＡＢＣ１００.３０と、フラン樹脂：ＶＦ３０３と、その酸性触媒：Ａ３とを用意した。そして、フラン樹脂１００質量部に対し酸性触媒が１質量部となるようにこれらを混合し、４０℃で５分間攪拌しながら硬化反応を促進させたものを１０倍の量のアセトンで希釈して液状にした。このフラン樹脂混合溶液を鉄粉１００質量部に対しフラン樹脂０.４質量部となるように用意した。
【００４６】
次に、電気絶縁性粒子としてタルクを鉄粉１００質量部に対し０.４質量部となるように用意した。そして、このタルクと先に用意したフラン樹脂混合溶液とを混合し、これらを攪拌してタルクが分散したフラン樹脂混合溶液とした。さらに、これを浮遊流動させた状態の鉄粉１００質量部に対しフラン樹脂０.４質量部，タルク０.４質量部となるように散布し、アセトンを蒸発させて鉄粉の表面を層状に被覆するフラン樹脂にタルクが分散状態で介在する成形用原料を作成した。
【００４７】
さらに、固体潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用意し、鉄粉１００質量部に対してこれが０.５質量部となるように添加し、そして混合することにより最終的な成形用原料を得た。得られた成形用原料の流動性を調べるため、実施例１と同様の方法でその流動度を測定したところ、２４.３秒/５０gの値が得られた。
【００４８】
しかる後、得られた成形用原料を用いて先の実施例１と同様の条件で成形体を加圧成形し、さらに加熱処理を施して図２に示すような固定子鉄心１３を複合型金属成形体として得た。
【００４９】
このようにして得られた固定子鉄心１３を構成する金属組織を図４に模式的に示す。図３の組織と異なっているのは、鉄粒子１の表面を被覆するフラン樹脂の炭化層２にタルク３が分散状態で介在していることである。このような構成の場合、隣接する鉄粒子１が接合しやすくなり、実施例１のものよりも機械的強度の向上を企図し得る利点がある。この場合においても、隣接する鉄粒子１の間にタルク３が介在しているため、渦電流損を低く抑えることが可能である。
【実施例４】
【００５０】
金属粒子として軟磁性材料である鉄粉：Somaloy５００を用意し、先の実施例３と同様な条件で成形用原料を作成した。得られた成形用原料の流動度を実施例１と同様の方法で測定したところ、２４.７秒／５０gの値が得られた。
【００５１】
この成形用原料を用いて実施例１と同様の条件で図２に示すような固定子鉄心１３を複合型金属成形体として得た。
【００５２】
［比較例１］
金属粒子として軟磁性材料である鉄粉：ＡＢＣ１００.３０と、熱硬化性樹脂としてフラン樹脂：ＶＦ３０３と、その酸性触媒：Ａ３とを用意した。そして、フラン樹脂１００質量部に対し酸性触媒を１質量部加え、４０℃で５分間攪拌しながら硬化反応を促進したものを１０倍の量のアセトンで希釈して液状とした。
【００５３】
これを浮遊流動させた状態の鉄粉１００質量部に対しフラン樹脂０.４質量部となるように散布し、溶剤であるアセトンを蒸発させて酸性触媒を含むフラン樹脂を鉄粉の表面に被覆させた。
【００５４】
次に、固体潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用意し、鉄粉１００質量部に対し固体潤滑剤０.５質量部となるように添加混合し、成形用原料を作成した。得られた成形用原料の流動度を実施例１と同様な方法で測定したところ、２４.３秒/５０gの値が得られた。
【００５５】
この成形用原料を用いて実施例１と同様の条件で図２に示すような固定子鉄心１３を複合型金属成形体として得た。
【００５６】
［比較例２］
金属粒子として軟磁性材料である鉄粉：ＡＢＣ１００.３０と、電気絶縁性粒子としてタルクとを用意した。そして、鉄粉１００質量部に対しタルクが０.４質量部となるように添加し、これらを浮遊流動させることにより、鉄粉の表面にタルクの被覆層を形成した。さらに固体潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用意し、鉄粉１００質量部に対しこれを０.５質量部添加し、これらを混合することによって成形用原料を得た。得られた成形用原料の流動度を実施例１と同様の方法で測定したところ、流動度試験装置の漏斗内で成形用原料がブリッジを形成してしまい、測定が不可能であった。
【００５７】
この成形用原料を用いて実施例１と同様の条件で図２に示すような固定子鉄心１３を複合型金属成形体として得た。なお、成形用原料を加圧して成形型から取り出した成形体を観察したところ、固定子鉄心の端子用穴となる部分の周辺部に数箇所の亀裂が発生し、磁極部の数箇所の部分に欠損が生じていた。
【００５８】
上述した実施例１〜４および比較例１，２で作製した固定子鉄心１３を図１に示す回転多面鏡走査装置に組み込み、３kＨzの周波数で動作確認を行った結果、実施例１〜４においては特に問題なく、正常な動作をすることが確認できた。
【００５９】
これに対し、比較例１では固定子鉄心１３の発熱が激しくなり、運転を停止せざるを得なくなった。これは、鉄粒子間に電気絶縁性粒子が介在しておらず、渦電流損が増大したためであると推察される。また、比較例２では固定子鉄心の一部に亀裂や欠損があったため、動作確認を行うことができなかった。これは、成形用原料を構成する鉄粒子の表面に熱硬化性樹脂が介在していないため、成形用原料の流動性が不充分となり、成形体を構成する成形用原料の密度にばらつきが生じ、必要な強度が得られなかったためであると推察される。
【００６０】
次に、本発明による複合型金属成形体の比抵抗および鉄損を評価するため、実施例１〜４および比較例１，２にて製造した成形用原料を用い、これらと同じ製造条件にて外径１０mm，内径６.８mm，高さ２mmの図５に示すようなトロイダル状鉄心２８を作製した。
【００６１】
実施例１〜４および比較例１，２に従って製造されたトロイダル状鉄心２８の比抵抗を電気抵抗測定装置：ＡＤ-５８１１（エー・アンド・デイ社の商品名）を用いて測定した。また、これらトロイダル状鉄心２８に１次側３０巻，２次側３０巻のコイルを巻回し、ＢＨアナライザ：ＳＹ-８２５８（岩通計測株式会社の商品名）にて、磁束密度０.３Ｔおよび周波数３kＨzにおける鉄損をそれぞれ測定した。これらの結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
2011105990.tif 000003
【００６３】
比抵抗に関し、実施例１〜４および比較例２においては、トロイダル状鉄心２８の比抵抗がいずれも１０mΩ・cmを超えており、高い電気絶縁性を有することを確認できた。一方、比較例１ではトロイダル状鉄心２８の比抵抗が１mΩ・cm未満と低い値となっていた。これは、鉄粒子間に電気絶縁粒子が介在しておらず、鉄粒子間の絶縁性が不充分なためにトロイダル状鉄心２８の電気抵抗が低下したものと推察される。
【００６４】
鉄損に関し、実施例１〜４および比較例２に対し、比較例１では鉄損の値が大きいことがわかる。これは、比較例１において鉄粒子間に電気絶縁粒子が介在しておらず、鉄粒子間の絶縁性が不充分なために渦電流損が大きくなってしまった結果であると推察される。
【００６５】
このように、本発明による複合型金属成形体は、金属粒子として軟磁性材料を採用することにより、モーターや電磁弁などの磁気回路構成部材として用いることができる。モーターに適用した磁気回路構成部材としては、回転子鉄心や固定子鉄心１３などを挙げることができる。また、光学機器の調光装置におけるヨークの如き磁気回路構成部材への適用も可能である。
【００６６】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００６７】
１  鉄粒子
２  フラン樹脂の炭化層
３  タルク
１１  ベース
１２  軸受スリーブ
１３  固定子鉄心
１４  端子用穴
１５  本体
１６  巻線アーム
１７  磁極部
１８  励磁コイル
１９  スラスト受け板
２０  回転軸
２１  ブラケット
２２  ローターフレーム
２３  永久磁石
２４  回転多面鏡
２５  皿ばね
２６  座金
２７  ボルト
２８  トロイダル状鉄心
【図１】
2011105990.tif 000004
【図２】
2011105990.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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