(57)【要約】【課題】圧粉成形体を金型から抜き出す際の圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を大幅に低減できる圧粉成形体の製造方法を提供する。【解決手段】鉄基粒子を含む原料粉末を、相対的に移動可能な下パンチとダイとで作られるキャビティに充填する充填工程と、前記下パンチと、前記下パンチと対向配置された上パンチとにより前記キャビティ内の前記原料粉末を加圧して圧粉成形体とする加圧工程と、前記圧粉成形体と前記ダイとの相対的な移動により前記圧粉成形体を前記キャビティ内から抜き出す抜出工程とを備え、前記抜出工程は、前記相対的な移動の開始直前から完了までの少なくとも一定期間、前記圧粉成形体に振動を付与して行ない、前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅を３．６μｍ以上とすることで行う圧粉成形体の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基粒子を含む原料粉末を、相対的に移動可能な下パンチとダイとで作られるキャビティに充填する充填工程と、
前記下パンチと、前記下パンチと対向配置された上パンチとにより前記キャビティ内の前記原料粉末を加圧して圧粉成形体とする加圧工程と、
前記圧粉成形体と前記ダイとの相対的な移動により前記圧粉成形体を前記キャビティ内から抜き出す抜出工程とを備え、
前記抜出工程は、前記相対的な移動の開始直前から完了までの少なくとも一定期間、前記圧粉成形体に振動を付与して行ない、
前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅を３．６μｍ以上とすることで行う圧粉成形体の製造方法。
【請求項２】
前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅と前記圧粉成形体の振動の振幅とを同期させるように行う請求項１に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項３】
前記下パンチの振動の振幅が、１５．０μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の圧粉成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄系粉末を加圧して圧粉成形体を製造する製造方法として、充填工程と加圧工程と抜出工程とを備える特許文献１の圧粉成形体の製造方法が知られている。充填工程は、相対的に移動可能な下パンチとダイとで作られるキャビティに鉄系の原料粉末を充填する。加圧工程は、下パンチと下パンチに対向配置された上パンチとによりキャビティ内の原料粉末を加圧して圧粉成形体とする。抜出工程は、圧粉成形体とダイとの相対的な移動により圧粉成形体をキャビティ内から抜き出す。この抜き出しは、振幅が３．５μｍ以下の振動を下パンチに付与して行っている。そうして、圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を低減して圧粉成形体をキャビティ内から容易に抜き出し易くして、圧粉成形体の表面とダイの内周面との摺接に伴う圧粉成形体の表面の擦り傷などを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５２１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力の更なる低減が望まれている。
【０００５】
そこで、圧粉成形体を金型から抜き出す際の圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を大幅に低減できる圧粉成形体の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る圧粉成形体の製造方法は、
鉄基粒子を含む原料粉末を、相対的に移動可能な下パンチとダイとで作られるキャビティに充填する充填工程と、
前記下パンチと、前記下パンチと対向配置された上パンチとにより前記キャビティ内の前記原料粉末を加圧して圧粉成形体とする加圧工程と、
前記圧粉成形体と前記ダイとの相対的な移動により前記圧粉成形体を前記キャビティ内から抜き出す抜出工程とを備え、
前記抜出工程は、前記相対的な移動の開始直前から完了までの少なくとも一定期間、前記圧粉成形体に振動を付与して行ない、
前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅を３．６μｍ以上とすることで行う。
【発明の効果】
【０００７】
上記圧粉成形体の製造方法は、圧粉成形体を金型から抜き出す際の圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る圧粉成形体の製造方法を説明する工程説明図である。
【図２】試験例１における圧粉成形体の振動の振幅を測定する振幅測定装置の概略を示し、上図は正面図であり、下図は上図の（ｂ）−（ｂ）切断線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】試料Ｎｏ．４−１〜Ｎｏ．４−６における下パンチの振動の振幅と最大抜き圧との関係をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《本発明の実施形態の説明》
本発明者らは、圧粉成形体のキャビティ内からの抜出時、圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力の更なる低減を鋭意検討した。その結果、下パンチの振動の振幅を特定の大きさとすれば、圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を大幅に低減できる、との知見を得た。本発明は、これらの知見に基づくものである。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１０】
（１）本発明の一形態に係る圧粉成形体の製造方法は、
鉄基粒子を含む原料粉末を、相対的に移動可能な下パンチとダイとで作られるキャビティに充填する充填工程と、
前記下パンチと、前記下パンチと対向配置された上パンチとにより前記キャビティ内の前記原料粉末を加圧して圧粉成形体とする加圧工程と、
前記圧粉成形体と前記ダイとの相対的な移動により前記圧粉成形体を前記キャビティ内から抜き出す抜出工程とを備え、
前記抜出工程は、前記相対的な移動の開始直前から完了までの少なくとも一定期間、前記圧粉成形体に振動を付与して行ない、
前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅を３．６μｍ以上とすることで行う。
【００１１】
上記の構成によれば、圧粉成形体をキャビティから抜き出す際の圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を大幅に低減できる。それは、抜出工程において下パンチの振動の振幅を３．６μｍ以上とすることで、圧粉成形体を効果的に振動させられるからである。従って、圧粉成形体をキャビティから容易に抜き出すことができる。
【００１２】
また、上記摩擦力の大幅な低減により、圧粉成形体の表面とダイの内周との摺接に伴って圧粉成形体の表面に擦り疵が形成されること、圧粉成形体を構成する金属粒子がダイの内周面へ凝着すること、この凝着箇所への摺接に伴って圧粉成形体の表面に擦り疵が形成されることを抑制できる。
【００１３】
更に、上記摩擦力の大幅な低減により、金型にかかる負荷を低減できるため、成形用金型の寿命を長くできる。
【００１４】
（２）上記圧粉成形体の製造方法の一形態として、前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅と前記圧粉成形体の振動の振幅とを同期させるように行うことが挙げられる。
【００１５】
上記の構成によれば、上記摩擦力の大幅な低減により一層効果的である。
【００１６】
（３）上記圧粉成形体の製造方法の一形態として、前記下パンチの振動の振幅が、１５．０μｍ以下であることが挙げられる。
【００１７】
上記の構成によれば、圧粉成形体に付与する振動が過度に大きすぎず、振動による圧粉成形体の損傷を防止できる。
【００１８】
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
〔実施形態１〕
図１を参照して実施形態１に係る圧粉成形体の製造方法を説明する。この圧粉成形体の製造方法は、キャビティ１２内に原料粉末Ｐを充填する充填工程と、上・下パンチ２１，２２でキャビティ１２内の原料粉末Ｐを加圧して圧粉成形体１００とする加圧工程と、キャビティ１２内から圧粉成形体１００を抜き出す抜出工程とを備える。この抜出工程では、下パンチ２２を振動させて圧粉成形体１００に振動を付与する。圧粉成形体の製造方法の特徴の一つは、抜出工程において、下パンチ２２の振動の振幅（以下、単に振幅ということがある）を特定の大きさとする点にある。以下、実施形態に係る圧粉成形体の製造方法に利用する成形用金型１の一例を説明し、続いて製造方法の各工程を説明する。図１では、説明の便宜上、ダイ１０、上パンチ２１、下パンチ２２、及び振動ユニット３２を断面で示す。
【００２０】
［成形用金型］
成形用金型１は、貫通孔１０ｈを備える筒状のダイ１０と、ダイ１０の貫通孔１０ｈに挿脱される一対の上・下パンチ２１，２２と、下パンチ２２を振動させる振動ユニット３２とを備える。上パンチ２１と下パンチ２２とは、貫通孔１０ｈ内で対向して配置される。この成形用金型１では、下パンチ２２の上面と、ダイ１０の内周面とで有底のキャビティ１２（成形空間）が形成される。このキャビティ１２内に後述する原料粉末Ｐを充填し、両パンチ２１，２２で加圧・圧縮して柱状の圧粉成形体１００を作製し、ダイ１０から圧粉成形体１００を抜き出すことで圧粉成形体１００が得られる。成形用金型１は、筒状の圧粉成形体１００を作製する場合、更に、上下パンチの内側に挿通されて、圧粉成形体１００の内周面を形成する柱状のコアロッド（図示略）を備えるとよい。本例では、下パンチ２２が振動ユニット３２を介して図示しない本体装置に固定され、ダイ１０及び上パンチ２１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としている。その他、ダイ１０が固定されて両パンチ２１，２２が移動可能な構成としても良いし、ダイ１０及び両パンチ２１，２２のいずれもが移動可能な構成としても良い。
【００２１】
（ダイ・上パンチ・下パンチ）
上・下パンチ２１，２２の互いの対向面が圧粉成形体１００の端面を形成し、ダイ１０の内周面が圧粉成形体１００の側面を形成する。貫通孔１０ｈの形状と、上・下パンチ２１，２２の加圧面の形状とは、圧粉成形体１００の形状に応じて適宜選択できる。本例では、貫通孔１０ｈの形状と上・下パンチ２１，２２の加圧面の形状とは、円形状である。ダイ１０、上・下パンチ２１，２２の構成材料には、従来、金属材料の圧粉成形体の成形に利用されている適宜な高強度材料、例えば、超硬合金や高速度鋼などが利用できる。
【００２２】
振動する下パンチ２２の振動方向の長さＬは、適宜選択できるが、振動の半波長の整数倍であることが特に好ましい。そうすれば、下パンチ２２を共振させることができ、圧粉成形体１００に効果的に振動を付与できる。半波長は、下パンチ２２の構成材料の種類に応じて異なるため、後述する製造工程で振動させる際の周波数に応じて半波長の整数倍となるように適宜調整することが好ましい。具体的な周波数は後述するが、例えば、下パンチ２２の構成材料が高速度鋼の場合、周波数が１ｋＨｚのときの半波長は２８００ｍｍ程度のため、下パンチ２２の長さＬは、２８００ｍｍ×ｎ（ｎ＝１，２，３、…）が挙げられる。同様に、周波数が２０ｋＨｚのときの半波長は１４０ｍｍ程度のため、下パンチ２２の長さＬは、１４０ｍｍ×ｎ、周波数が４０ｋＨｚのときの半波長は７０ｍｍ程度のため、下パンチ２２の長さＬは、７０ｍｍ×ｎ、周波数が１００ｋＨｚのときの半波長は２８ｍｍ程度のため、下パンチ２２の長さＬは、２８ｍｍ×ｎが挙げられる。
【００２３】
（振動ユニット）
振動ユニット３２は、下パンチ２２を振動させる。そうして、圧粉成形体１００に振動を付与する。振動ユニット３２を設ける箇所は、下パンチ２２が挙げられ、より具体的には、下パンチ２２の下端が挙げられる。本例では、振動ユニット３２を下パンチ２２の下端に接続している。そうして、下パンチ２２の振動方向を圧粉成形体１００とダイ１０との相対的な移動方向（図１紙面上下方向）に沿う方向としている。即ち、下パンチ２２の振動方向は、上・下パンチ２１，２２の加圧方向に沿う方向である。振動ユニット３２は、図示しない本体装置に固定されている。この振動ユニット３２の種類は、圧粉成形体１００に振動を付与するために、後述する所定の周波数や振幅で下パンチ２２を振動できるものであれば特に限定されない。振動ユニット３２には、例えば、市販の振動ユニットを使用できる。所定の周波数や振幅などは、後述の製造工程で説明する。
【００２４】
成形用金型１を用いて、圧粉成形体１００を製造する具体的な製造工程の詳細を以下に説明する。以下の説明は、準備工程、充填工程、加圧工程、抜出工程、の順に行う。
【００２５】
［製造工程］
（準備工程）
圧粉成形体１００の原料粉末Ｐを準備する。原料粉末Ｐは、鉄基粒子を含む。鉄基粒子は、純鉄（９９質量％以上がＦｅ）、又はＦｅを主成分とする鉄合金の粒子をいう。
【００２６】
鉄合金の添加元素は、圧粉成形体１００の用途、例えば磁心や、機械部品などの一般構造用部品（焼結体）などに応じて適宜選択できる。鉄合金の添加元素は、例えば、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｐ，Ｂ，Ｎ，及びＣｏから選択される１種以上が挙げられる。具体的な鉄合金は、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，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｍｎ系合金，Ｆｅ−Ｐ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｍｏ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｃ系合金などが挙げられる。
【００２７】
原料粉末Ｐの平均粒径は、圧粉成形体１００の用途に応じて適宜選択でき、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下程度が挙げられる。そうすれば、成形圧力を過度に大きくすることなく成形し易い。より具体的には、用途が磁心の場合、原料粉末Ｐの平均粒径は３０μｍ以上３００μｍ以下程度が好ましい。そうすれば、流動性に優れる。その上、磁心のヒステリシス損を低減できる、磁心を高周波数で使用した場合でも渦電流損を低減できる、という効果を奏する圧粉成形体を構築できる。用途が一般構造用部品の場合、原料粉末Ｐの平均粒径は５０μｍ以上３００μｍ以下程度が好ましい。そうすれば、形状や寸法の精度に優れることと強度に優れることとを両立し易い。この平均粒径は、Ｄ５０（５０％）粒径（レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した質量基準の累積分布曲線の５０％に相当する粒径）をいう。
【００２８】
原料粉末Ｐは、粒子のみから構成される裸粒子を含有する裸粉末の他、粒子の表面に絶縁被覆が被覆された被覆粒子を含有する被覆粉末を利用できる。絶縁被覆の構成材料は、例えば、金属元素又は非金属元素を含む化合物、金属塩化合物、熱可塑性樹脂や非熱可塑性樹脂といった樹脂、又は高級脂肪酸塩などが挙げられる。金属元素を含む化合物は、例えば、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種以上の金属元素と、酸素、窒素、及び炭素から選択された１種以上の化合物（例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物）、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物などが挙げられる。非金属元素を含む化合物は、例えば、燐化合物、珪素化合物などが挙げられる。金属塩化合物は、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。樹脂は、ポリアミド系樹脂やシリコーン樹脂が挙げられる。
【００２９】
絶縁被覆の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１μｍ以下が挙げられる。絶縁被覆の厚さが１０ｎｍ以上であれば、鉄基粒子間の絶縁を確保し易く、絶縁被覆として良好に機能できる。絶縁被覆の厚さが１μｍ以下であれば、被覆の存在に伴う圧粉成形体中の金属成分の割合の低下を抑制できる。絶縁被覆の厚さは、例えば、以下のように決定される。まず、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、流動式比表面積測定装置により得られる比表面積（ＢＥＴ値：ｍ２／ｇ）とを鑑みて相当厚さを導出する。次に、ＴＥＭ写真により直接、絶縁被覆を観察して、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。より詳細には、ＴＥＭ−ＥＤＸには、例えば日本電子製ＪＥＭ−２１００ＦＳを用いる。ＩＣＰ−ＭＳには、例えばＡｇｉｌｅｎｔ社製７７００型ＩＣＰ−ＭＳを用いる。流動式比表面積測定装置には、例えば島津製作所社製フローソーブＩＩＩ２３０５を用いる。まず、ＴＥＭ−ＥＤＸによって、絶縁被覆の組成を測定する。次にＩＣＰ−ＭＳによって、絶縁被覆と鉄基粒子全体の組成を測定する。次に流動式比表面積測定装置によって粉末の比表面積を求める。求めた比表面積と、鉄基粒子の組成と、絶縁被覆の組成とから、絶縁被覆の相当厚さを計算により求める。次に絶縁被覆で覆われた鉄基粒子をＦＩＢ（収束イオンビーム）加工して断面を露出させる。次に断面をＴＥＭで観察する。観察ポイントは、例えば５点である。次に計算で求めた相当厚さとＴＥＭ観察した絶縁被覆の厚さのオーダーが合えば（一般には、１０倍未満の一致）、計算で求めた相当厚さを絶縁被覆の平均的な厚さとする。ここでいう相当厚さとＴＥＭ観察した絶縁被覆の厚さのオーダーが合うとは、計算で求めた相当厚さの数値の桁数とＴＥＭ観察した絶縁被覆の厚さの数値の桁数とが同じであることをいう。
【００３０】
原料粉末Ｐは、潤滑剤を含有できる。潤滑剤を添加すれば、成形時の潤滑性を高められる。潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛、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、窒化硼素やグラファイトなどの無機物などが挙げられる。潤滑剤の添加量は、粉末と潤滑剤との合計を１００質量％とするとき、０．００５質量％以上１質量％以下程度が好ましい。そうすれば、潤滑剤の添加による潤滑性の向上効果が十分に得られ易く、かつ圧粉成形体１００における金属成分の割合の低下を抑制できる。潤滑剤は、粉末状でも液状でもよい。
【００３１】
（充填工程）
充填工程は、準備工程で準備した原料粉末Ｐをキャビティ１２に充填する。キャビティ１２は、図１左図に示すように、下パンチ２２の上面とダイ１０の内周面（貫通孔１０ｈ）とで形成する。上パンチ２１は、ダイ１０の上方の所定の待機位置に移動する。原料粉末Ｐのキャビティ１２内への充填は、給粉装置（図示略）により行う。
【００３２】
（加圧工程）
加圧工程は、キャビティ１２内の原料粉末Ｐを加圧・圧縮して圧粉成形体１００を作製する。図１中央図に示すように、上パンチ２１を下方に移動してダイ１０の貫通孔１０ｈに挿入し、上パンチ２１と下パンチ２２により原料粉末Ｐを加圧・圧縮する。その際、上パンチ２１が原料粉末Ｐに接してから、上パンチ２１のみ下方に移動させてもよいし、ダイ１０を上パンチ２１と同様に下方に移動してもよい。上パンチ２１と共にダイ１０も移動すれば、両パンチ２１，２２が原料粉末Ｐに加える圧力を均一的にし易い。その上、原料粉末Ｐが上記被覆粉末を含む場合、原料粉末Ｐの過度な移動による絶縁被覆の損傷を防止し易い。キャビティ１２内の原料粉末Ｐのうち、上パンチ２１に接する粉末及び上パンチ２１の近傍に存在する粉末が下パンチ２２側に移動する量を低減できるからである。
【００３３】
成形圧力は、圧粉成形体１００の用途に応じて適宜選択できる。用途が磁心の場合、成形圧力は、２９０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下が挙げられる。２９０ＭＰａ以上であれば、原料粉末Ｐを十分に圧縮でき、圧粉成形体１００の相対密度を高められる。１５００ＭＰａ以下であれば、原料粉末Ｐが被覆粉末を含む場合でも、被覆の損傷を抑制できたり、成形用金型１の寿命を大きく損ねることなく成形できたりする。この成形圧力は、５００ＭＰａ以上１３００ＭＰａ以下が特に好ましい。用途が一般構造用部品の場合、成形圧力は３００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下が挙げられる。
【００３４】
（抜出工程）
抜出工程は、圧粉成形体１００をキャビティ１２内から抜き出す。抜き出しは、図１右図に示すように、圧粉成形体１００に対してダイ１０を相対的に移動させることで行う。ダイ１０の相対的な移動により、圧粉成形体１００をキャビティ１２から抜き出せるように、圧粉成形体１００の少なくとも一部をキャビティ１２から露出させる。例えば、下パンチ２２の上面がダイ１０の上面と面一、又は上面よりも上方に位置するまでダイ１０を相対的に移動させる。図１右図に示すように、圧粉成形体１００の少なくとも一部をキャビティ１２から露出させると、例えば、マニピュレータなどにより、圧粉成形体１００を取り出せる。本例では、圧粉成形体１００を移動せずダイ１０のみを下方に移動する。図１右図では、上パンチ２１の下面と下パンチ２２の上面とで圧粉成形体１００を挟持した状態でダイ１０を移動させる例を示している。なお、上パンチ２１をダイ１０より先に上方へ移動したり、ダイ１０の移動と同時に上パンチ２１を上方に移動したりしてもよい。
【００３５】
圧粉成形体１００のキャビティ１２内からの抜き出しは、圧粉成形体１００に振動を付与して行う。本例では、圧粉成形体１００への振動の付与は、下パンチ２２に接続した振動ユニット３２により下パンチ２２を振動させることで行う。振動方向は、圧粉成形体１００とダイ１０との相対的な移動方向（図１紙面上下方向）、即ち下パンチ２２の長さＬ方向が挙げられる。そうすれば、圧粉成形体１００をダイ１０から抜き出す際、圧粉成形体１００とダイ１０の内周面との摩擦力を低減でき、圧粉成形体１００をダイ１０から容易に抜き出せる。
【００３６】
下パンチ２２の振動の振幅は、３．６μｍ以上が挙げられる。下パンチの振幅を３．６μｍ以上とすることで、圧粉成形体１００に付与する振動を大きくでき、上記摩擦力を大幅に低減できる。下パンチ２２の振幅の上限は、１５．０μｍ以下が好ましい。そうすれば、圧粉成形体１００に付与する振動が過度に大きすぎず、振動による圧粉成形体１００の損傷を防止できる。その上、振動ユニット３２が過度に大型化することがない。下パンチ２２の振幅は、３．６μｍ以上１０．０μｍ以下が特に好ましい。下パンチ２２の振幅は、原料粉末ＰのＤ１０（１０％）粒径（質量基準の累積分布曲線の１０％に相当する粒径）よりも小さいことが好ましい。そうすれば、上記摩擦力の低減により効果的である。この振幅よりも小さい粒子が多量に存在すると、上記摩擦力低減の効果が低下するからである。なお、本開示における下パンチ２２の振動の振幅は無負荷の状態での値である。
【００３７】
圧粉成形体１００への振動の付与は、下パンチ２２の振動の振幅と圧粉成形体１００の振動の振幅とが同期するように行うことが好ましい。即ち、振動ユニット３２は、下パンチ２２の振動の振幅と圧粉成形体１００の振動の振幅とが同期するように、下パンチ２２を振動させることが好ましい。そうすれば、上記摩擦力を大幅に低減できる。同期とは、測定誤差は許容するが、下パンチ２２の振動の振幅と圧粉成形体１００の振動の振幅とが実質的に同一である場合をいう。圧粉成形体１００の振動の振幅に関しては後述する試験例で説明する。
【００３８】
下パンチ２２の振動の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下が好ましい。振動の周波数を１ｋＨｚ以上とすれば、圧粉成形体１００に付与する振動の回数を多くでき、上記摩擦力を低減できる。振動の周波数を１００ｋＨｚ以下とすれば、圧粉成形体１００に付与する振動の回数が多くなりすぎず、振動しすぎることによる圧粉成形体１００の損傷を防止できる。振動の周波数は、超音波の周波数域、例えば、１０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下がより好ましく、特に２５ｋＨｚ以上５０ｋＨｚ以下が好ましい。
【００３９】
下パンチ２２の振動の周波数は、上記範囲内において、下パンチ２２の長さＬに応じて適宜選択することが好ましい。具体的には、下パンチ２２を共振させる周波数が挙げられる。そうすれば、圧粉成形体１００に上記摩擦力の低減に効果的な振動を付与できる。より具体的には、振動の半波長の整数倍が、振動させる下パンチ２２の振動方向の長さＬとなるように周波数を選択することが挙げられる。半波長は、上述したように振動させる部材（ここでは下パンチ２２）の構成材料によって異なるため、構成材料の種類に応じて適宜選択すればよい。
【００４０】
圧粉成形体１００へ振動を付与した状態の維持は、圧粉成形体１００とダイ１０との相対的な移動の開始直前（以下、単に移動直前）から抜出完了までの少なくとも一定期間とすることが挙げられる。移動直前とは、抜き圧の付与時点（付与と同時）の直前とし、抜出完了とは、圧粉成形体１００の全部がキャビティ１２から完全に露出する時点とする。上記抜き圧とは、圧粉成形体１００とダイ１０とを相対的に移動させる際に、圧粉成形体１００及びダイ１０の少なくとも一方に付与する圧力を言う。圧粉成形体１００とダイ１０の両方に圧力を付与する場合、その合計の圧力を抜き圧とする。例えば、圧粉成形体１００とダイ１０との両方に圧力を付与する際、互いの圧力の付与時点が異なる場合には、圧力の付与の早い方を抜き圧の付与時点とする。
【００４１】
圧粉成形体１００への振動の付与開始時点は、上記加圧工程で所定の加圧を行った後、上記移動直前が好ましい。圧粉成形体１００とダイ１０の内周面との摩擦力（抜き圧）は、上記移動開始時で最大となり、その後、圧粉成形体１００とダイ１０との相対的な移動につれて徐々に小さくなる。そのため、上記移動直前に圧粉成形体１００に振動を付与すれば、上記摩擦力（抜き圧）を低減できて、圧粉成形体１００をキャビティ１２内から抜き出し易くなる。従って、圧粉成形体１００へ振動を付与した状態の維持は、上記移動直前から圧粉成形体１００の抜出途中までとすることが好ましく、圧粉成形体１００の上記移動直前から上記抜出完了までとすることが特に好ましい。
【００４２】
圧粉成形体１００の上記移動直前から抜出途中まで圧粉成形体１００に振動を付与する場合、振動の停止と共に上記摩擦力が増加するため、上記摩擦力が十分に低下するまで振動を付与し続けることが好ましい。具体的には、上記抜き圧が抜き圧の最初のピーク値に対して１０％以下、及び圧粉成形体１００とダイ１０との相対的な移動距離が圧粉成形体１００の全長の１０％以上の少なくとも一方を満たすまで振動を付与し続けることが好ましい。
【００４３】
圧粉成形体１００の上記移動直前から上記抜出完了まで振動を付与する場合、抜出途中で振動を停止する場合に比べて、抜出の全過程に亘る上記摩擦力を低減でき、圧粉成形体１００をダイ１０から抜き易くできる。この場合、圧粉成形体１００がダイ１０から露出した後、マニピュレータなどにより圧粉成形体１００を取り出す前に、圧粉成形体１００への振動を停止することが好ましい。そうすれば、圧粉成形体１００をつかむ際、圧粉成形体１００が振動されて損傷することを防止できる。
【００４４】
これら各工程は繰り返し行える。即ち、圧粉成形体１００を成形用金型１から取り出したら、次の圧粉成形体１００を成形するにあたり、上述したようにキャビティ１２の形成→キャビティ１２への原料粉末の充填→原料粉末の加圧→成形体の抜出を繰り返し行う。それにより、圧粉成形体１００を効率的に量産できる。
【００４５】
〔用途〕
実施形態１に係る圧粉成形体の製造方法は、各種のコイル部品（例えば、リアクトル、トランス、モータ、チョークコイル、アンテナ、燃料インジェクタ、点火コイルなど）の磁心やその素材に利用できる圧粉成形体の製造に好適に利用することができる。また、各種の一般構造用部品（キャリア、オイルポンプロータ、プーリー、スプロケット、リング、フランジなどの機械部品などの焼結部品）やその素材に利用できる圧粉成形体の製造に好適に利用することができる。
【００４６】
〔作用効果〕
実施形態に係る圧粉成形体の製造方法によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４７】
（１）抜出工程で圧粉成形体１００をキャビティ１２から抜き出す際、圧粉成形体１００とダイ１０の内周面との摩擦力を大幅に低減できる。それは、抜出工程において振幅が３．６μｍ以上の振動を下パンチ２２に付与して圧粉成形体１００に振動を付与することで、圧粉成形体を効果的に振動させられるからである。そのため、圧粉成形体１００をキャビティ１２から容易に抜き出すことができる。
【００４８】
（２）上記摩擦力の大幅な低減により、圧粉成形体１００の表面とダイ１０の内周との摺接に伴って圧粉成形体１００の表面に擦り疵が形成されること、圧粉成形体１００を構成する金属粒子がダイ１０の内周面へ凝着すること、この凝着箇所への摺接に伴って圧粉成形体１００の表面に擦り疵が形成されることを抑制できる。特に、原料粉末Ｐが粒子の表面に絶縁被覆が被覆された軟磁性粒子を含有する場合、粒子の展延を抑制できるため、絶縁被覆の損傷による粒子同士の導通を抑制できる。そのため、圧粉成形体１００をコイル部品の磁心に利用してコイルを励磁した際、渦電流損の増大を抑制できる。従って、磁気特性に優れるコイル部品が得られる圧粉成形体１００を製造できる。
【００４９】
（３）上記摩擦力の大幅な低減により、成形用金型１にかかる負荷を低減できるため、成形用金型１の寿命を長くできる。
【００５０】
《試験例１》
圧粉成形体を作製し、抜き出し時における圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力の指標として抜き圧を測定した。
【００５１】
圧粉成形体の製造は、図１に示すようなダイ１０及び上・下パンチ２１，２２と振動ユニット３２と、図示していない精密万能試験機（株式会社島津製作所製  ＡＧ−１００ｋＮＸ）とを利用した。振動ユニット３２は下パンチ２２の下端に接続し、その振動方向が圧粉成形体１００とダイ１０との相対的な移動方向に沿う方向となるようにした。ダイ１０の貫通孔１０ｈの形状と、上・下パンチ２１，２２の加圧面の形状とを円形状とした。下パンチ２２の加圧面の径は１０．３ｍｍとし、下パンチ２２の長さＬは１４０ｍｍとした。
【００５２】
〔試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６〕
試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６の圧粉成形体１００は、上述の実施形態１に係る圧粉成形体の製造方法と同様にして、準備・充填工程と加圧工程と抜出工程とを経て作製した。
【００５３】
［準備・充填工程］
原料粉末Ｐとして、燐酸鉄の絶縁被覆を有する市販の純鉄粉に、潤滑剤としてステアリン酸アミドを原料粉末全体に対する含有量が０．３質量％となるように混合した混合粉末を用意した。純鉄粉の平均粒径Ｄ５０は、約２００μｍ、Ｄ１０は、１３０μｍであり、絶縁被覆の平均厚さは、約２０μｍである。そして、図１左図のように、下パンチ２２をダイ１０の貫通孔１０ｈ内に挿通させて、下パンチ２２の上面と、ダイ１０の貫通孔１０ｈの内周面とでキャビティ１２を形成し、準備した原料粉末Ｐをキャビティ１２内に充填した。
【００５４】
［加圧工程］
加圧工程では、図１中図のようにキャビティ１２内の原料粉末Ｐを上パンチ２１で加圧して、直径１０．３ｍｍ×高さ５ｍｍの円柱状の圧粉成形体１００を作製した。ここでは、精密万能試験機を用いて加圧・圧縮した。上パンチ２１の圧縮速度を５０ｍｍ／ｍｉｎとし、所定の圧力に到達した時点でその圧力を保持することなく除圧した。成形圧力は、２９４ＭＰａとした。
【００５５】
［抜出工程］
抜出工程では、キャビティ１２内から圧粉成形体１００を抜き出した。まず、上パンチ２１を上昇させて上パンチ２１をダイ１０の貫通孔１０ｈから引き抜いた。次に、下パンチ２２を振動ユニット３２で振動させて圧粉成形体１００に振動を付与しつつ、精密万能試験機を用いて５０ｍｍ／ｍｉｎの抜出速度でダイ１０を下パンチ２２側へ移動させた。
【００５６】
下パンチ２２に付与した振動条件は、周波数を４０ｋＨｚ、半波長を７０ｍｍとし、振幅を表１に示すように種々変更した。この振動条件は、振動ユニット３２の設定値である。このときの圧粉成形体１００の振動の振幅を、図２に示す試料相当部材αと振幅測定装置２００とを用いて後述するように模擬的に求めた。その結果を表１に示す。表１の振幅の欄に示す数字の「０」は、振動していないことを示す（後述の表２でも同様）。
【００５７】
（圧粉成形体の振幅測定）
抜出工程での圧粉成形体１００は、下パンチ２２とダイ１０とで囲まれて抜き圧が作用した状態である上に、囲まれていることで直接的に振動を測定することが困難である。そのため、抜き圧が作用した圧粉成形体１００を模擬するために、図２の試料相当部材αと振幅測定装置２００とを用いる。この振幅測定装置２００では、試料相当部材αの表面の一部を後述の一対の押圧部材２４０で押圧して抜き圧に相当する荷重を付加し、試料相当部材αの表面のうち一対の押圧部材２４０で覆われない箇所を振動の測定箇所とする。その測定結果を、圧粉成形体１００の振動と見做す。
【００５８】
試料相当部材αは、各試料の圧粉成形体を模擬した部材であり、ここでは純鉄の矩形板で構成している。試料相当部材αの厚みｔ（図２上図）は各試料の圧粉成形体１００と同じ厚みとした。試料相当部材αを平面視したときの縦の長さ（図２下図紙面上下方向の長さ）は、後述の下パンチ相当部材２２０の径及び押圧部材２４０の縦の長さよりも長くした。横の長さ（図２下図紙面左右方向の長さ）は、下パンチ相当部材２２０の径と両押圧部材２４０の横の長さとの合計よりも長くした。試料相当部材αの質量は、各試料の圧粉成形体１００に比較して過度に差がなければ、各試料の圧粉成形体１００と同じ質量でなくてもよい。試料相当部材αに付加される荷重に比べて、試料相当部材α（圧粉成形体１００）の質量は実質的に無視できる程度に小さいからである。
【００５９】
振幅測定装置２００は、試料相当部材αに所定の荷重を付加した状態で振動を付与する装置で、振動ユニット（図示略）と、下パンチ相当部材２２０と、一対の押圧部材２４０と、荷重付加部材２６０と備える。振動ユニットは、下パンチ相当部材２２０の下端に接続されて下パンチ相当部材２２０を振動させるもので、図１に示す振動ユニット３２を用いた。下パンチ相当部材２２０は、試料相当部材αの下面を支持すると共に振動ユニットにより振動されることで試料相当部材αに振動を付与するもので、図１に示す下パンチ２２を用いた。一対の押圧部材２４０は、その下面で試料相当部材αの上面を下パンチ相当部材２２０側に向かって押圧する。押圧部材２４０の押圧箇所は、図２下図に示すように、試料相当部材αの上面のうち、下パンチ相当部材２２０に重複しない領域であって、その重複領域の左右両側とした。荷重付加部材２６０は、一対の押圧部材２４０の上面を押圧し、一対の押圧部材２４０を介して試料相当部材αに所定の荷重を付加する。
【００６０】
試料相当部材αに付加する荷重は、図１において、下パンチ２２を振動させずに圧粉成形体１００をキャビティ１２内から抜き出したときの抜き圧（試料Ｎｏ．１−１の抜き圧）に相当する荷重とした。下パンチ相当部材２２０に付与する振動条件（周波数、半波長、及び振幅）は、試料Ｎｏ．１−２〜Ｎｏ．１−６のそれぞれの下パンチ２２に付与した振動条件と同じとした。このときの試料相当部材αの上面の振動を測定し、その測定結果を試料Ｎｏ．１−２〜Ｎｏ．１−６の圧粉成形体１００における振動の振幅と見做す。振動の測定箇所は、試料相当部材αの上面のうち、下パンチ相当部材２２０に重複する箇所であり、図２上図では「黒三角」で示す。振動の測定は、市販のレーザ変位計（株式会社キーエンス製  ＳＩ−Ｆ１０）を用いた。
【００６１】
（抜き圧の測定）
抜出工程において、抜き圧を測定した。抜き圧は、ダイ１０を押し下げる際にダイ１０に付与する圧力とした。ここでは、精密万能試験機で圧粉成形体１００の全部がキャビティ１２から完全に露出する時点までの上記抜き圧の変動を測定した。その最大抜き圧（ＭＰａ）を表１に示す。最大抜き圧が小さいほど、圧粉成形体１００とダイ１０の内周面との摩擦力が小さいことを意味する。
【００６２】
（密度・相対密度の測定）
また、得られた圧粉成形体１００の実際の密度（ｇ／ｃｍ３）と相対密度（％）とを測定した。その結果を表１に示す。圧粉成形体１００の実際の密度はアルキメデス法にて求めた。圧粉成形体１００の相対密度は、「（実際の密度／真密度）×１００」により算出した。圧粉成形体１００の真密度は、鉄粉と潤滑剤の真密度と混合比から算出した。
【００６３】
〔試料Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−６〕
試料Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−６の圧粉成形体１００はそれぞれ、表１に示すように高さを１０ｍｍとした点を除き、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６と同様にして作製した。
【００６４】
〔試料Ｎｏ．３系，４系，５系，６系〕
試料Ｎｏ．３−１〜Ｎｏ．３−６、Ｎｏ．４−１〜Ｎｏ．４−６、Ｎｏ．５−１〜Ｎｏ．５−６、Ｎｏ．６−１〜Ｎｏ．６−６の圧粉成形体１００はそれぞれ、表１に示すように成形圧力を４９０ＭＰａ、６８６ＭＰａ、８８２ＭＰａ，９８０ＭＰａとした点を除き、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６と同様にして作製した。
【００６５】
〔試料Ｎｏ．７−１〜Ｎｏ．７−６〕
試料Ｎｏ．７−１〜Ｎｏ．７−６の圧粉成形体１００はそれぞれ、表２に示すように潤滑剤の量を０．１質量％とした点と、成形圧力を９８０ＭＰａとした点とを除き試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６と同様にして作製した。
【００６６】
〔試料Ｎｏ．８−１〜Ｎｏ．８−６〕
試料Ｎｏ．８−１〜Ｎｏ．８−６の圧粉成形体１００はそれぞれ、種類の異なる原料粉末Ｐを用意した点と、成形圧力を６８６ＭＰａとした点とを除き、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６と同様にして作製した。原料粉末Ｐには、燐酸鉄の絶縁被覆を有する市販の純鉄粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を原料粉末全体に対する含有量が表２に示すように０．６質量％となるように混合した混合粉末を用意した。純鉄粉の平均粒径Ｄ５０は、約６０μｍ（Ｄ１０：３０μｍ）、絶縁被覆の平均厚さは、約５０ｎｍである。
【００６７】
試料Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−６、Ｎｏ．３−１〜Ｎｏ．３−６、Ｎｏ．４−１〜Ｎｏ．４−６、Ｎｏ．５−１〜Ｎｏ．５−６、Ｎｏ．６−１〜Ｎｏ．６−６における圧粉成形体１００の振幅と最大抜き圧の測定結果を表１に示す。試料Ｎｏ．７−１〜Ｎｏ．７−６、Ｎｏ．８−１〜Ｎｏ．８−６における圧粉成形体１００の振幅と最大抜き圧の測定結果を表２に示す。これらの圧粉成形体１００の振幅と最大抜き圧は、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６と同様にして求めた。代表して試料Ｎｏ．４−１〜Ｎｏ．４−６における下パンチ２２の振動の振幅（μｍ）と最大抜き圧（ＭＰａ）との関係を図３のグラフに示す。図３のグラフの横軸は、下パンチ２２の振動の振幅（μｍ）とし、縦軸は、最大抜き圧（ＭＰａ）としている。
【００６８】
【表１】
2019014967.tif 000003
【００６９】
【表２】
2019014967.tif 000004
【００７０】
表１、表２に示すように、下パンチ２２の振動の振幅が３．６μｍ以上の試料は、その振幅が３．５μｍ以下の試料に比較して、最大抜き圧を大幅に低減できることがわかった。図３に示すように、最大抜き圧は、下パンチ２２の振動の振幅が３．５μｍと３．６μｍとを境に急激に変化（下降）していることがわかった。
【００７１】
《付記》
以上説明した本発明の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。
【００７２】
［付記１］
鉄基粒子を含む原料粉末を、相対的に移動可能な下パンチとダイとで作られるキャビティに充填する充填工程と、
前記下パンチと、前記下パンチと対向配置された上パンチとにより前記キャビティ内の前記原料粉末を加圧して圧粉成形体とする加圧工程と、
前記圧粉成形体と前記ダイとの相対的な移動により前記圧粉成形体を前記キャビティ内から抜き出す抜出工程とを備え、
前記抜出工程は、前記相対的な移動の開始直前から完了までの少なくとも一定期間、前記圧粉成形体に振動を付与して行ない、
前記振動の付与は、前記下パンチの振動の振幅と前記圧粉成形体の振動の振幅とを同期するように行う圧粉成形体の製造方法。
【００７３】
付記１の構成によれば、圧粉成形体をキャビティから抜き出す際の圧粉成形体とダイの内周面との摩擦力を大幅に低減できる。それは、抜出工程において、下パンチの振動の振幅と圧粉成形体の振動の振幅とを同期させることで、圧粉成形体を効果的に振動させられるからである。そのため、圧粉成形体をキャビティから容易に抜き出すことができる。また、上記摩擦力の大幅な低減により、圧粉成形体の表面とダイの内周との摺接に伴って圧粉成形体の表面に擦り疵が形成されること、圧粉成形体を構成する金属粒子がダイの内周面へ凝着すること、この凝着箇所への摺接に伴って圧粉成形体の表面に擦り疵が形成されることを抑制できる。更に、上記摩擦力の大幅な低減により、金型にかかる負荷を低減できるため、成形用金型の寿命を長くすることができる。
【００７４】
［付記２］
前記下パンチの振動の振幅が３．６μｍ以上である付記１に記載の圧粉成形体の製造方法。
【００７５】
付記２の構成によれば、上記摩擦力の大幅な低減により一層効果的である。
【００７６】
［付記３］
前記下パンチの振動の振幅が１５．０μｍ以下である付記２に記載の圧粉成形体の製造方法。
【００７７】
付記３の構成によれば、圧粉成形体に付与する振動が大きすぎず、振動による圧粉成形体の損傷を防止できる。
【００７８】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１  成形用金型
１０  ダイ
１０ｈ  貫通孔
１２  キャビティ
２１  上パンチ
２２  下パンチ
３２  振動ユニット
１００  圧粉成形体
Ｐ  原料粉末
α  試料相当部材
２００  振幅測定装置
２２０  下パンチ相当部材
２４０  押圧部材
２６０  荷重付加部材
【図１】
2019014967.tif 000005
【図２】
2019014967.tif 000006
【図３】
2019014967.tif 000007