(57)【要約】【課題】圧粉磁心の圧粉成形において発生する型バリを、圧粉磁心を損傷することなく除去する方法を提供する。【解決手段】軟磁性を有する金属粉末と樹脂粉末を混合した原料粉末を、金型成形法にて所望の形状に圧粉成形する成形工程、前記成形工程で得られた成形体を加熱処理して前記樹脂粉末により前記金属粉末を結着する加熱処理工程とを含む圧粉磁心の製造方法において、前記加熱処理工程の前に、前記成形工程で成形体のバリを除去するバリ除去工程を設けるとともに、該バリ除去工程として、１０〜２００μｍの粒径のメディアを用い、該メディアを気体とともに成形体に噴射する噴射加工法を適用する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性を有する金属粉末と樹脂粉末を混合した原料粉末を、金型成形法にて所望の形状に圧粉成形する成形工程、前記成形工程で得られた成形体を加熱処理して前記樹脂粉末により前記金属粉末を結着する加熱処理工程とを含む圧粉磁心の製造方法において、
前記熱処理工程の前に、前記成形工程で得られた成形体のバリを除去するバリ除去工程を設けるとともに、
前記バリ除去工程が、１０〜２００μｍの粒径のメディアを用い、該メディアを気体とともに前記成形体に噴射する噴射加工法によることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項２】
前記メディアの硬さがＨｖ６００以下であり、前記メディアの噴射圧力が０．１〜０．３ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項３】
前記メディアの硬さがＨｖ２００以下であり、前記メディアの噴射圧力が０．１〜０．６ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項４】
前記メディアの形状が、球形状以外のものを用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧粉磁心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電装部品、アクチュエータ、回転電機等に用いられるロータやヨーク等のモーター用鉄心や、ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンの電子制御式燃料噴射装置に組み込まれる電磁弁用のソレノイドコア（固定鉄心）、各種センサ用鉄心などに用いて好適な圧粉磁心の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁アクチュエータのソレノイドコア（固定鉄心）または各種モータのロータ（回転子）やステータ（固定子）、ヨーク等に用いられる磁心等において、極めて重要な因子である鉄損は、磁心の固有抵抗値と関係の深い渦電流損と、軟磁性粉末の製造工程およびその後のプロセス履歴から生じる軟磁性粉末内の歪みに影響されるヒステリシス損との和で表すことができる。したがって、磁心等においては、渦電流損およびヒステリシス損を抑制して、鉄損を低下させることが要求される。ところで、渦電流損は、渦電流を小領域に閉じこめて固有抵抗値を高めることにより抑制できることが知られている。その応用技術として、鉄粉等の軟磁性粉末と非磁性の樹脂粉末とを混合した混合粉末を用いて圧粉成形および樹脂結着のための加熱処理を施すことにより、軟磁性粉末粒子の間に非磁性の樹脂を介在させて渦電流損を小領域に閉じこめて固有抵抗値を高くして渦電流損を抑制するようにした圧粉磁心が開発された。
【０００３】
このような圧粉磁心は、製法が簡易であるため、広く使用されており、特に近年においては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心が開発されたこと（特許文献１，２等）、従来よりこの用途に用いられている珪素鋼板では造形が難しいまたは造形が不可能な形状の磁心を容易に作成できること等の理由により、着実にその適用分野が広がってきている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５１１３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４６８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような圧粉磁心において、磁束密度は磁心中に占める軟磁性粉末の量（占積率）により決定されるが、近年、よりいっそうの磁束密度の向上が求められており、上記特許文献２のような樹脂量低減の方策とともに、圧粉成形を高圧力で行って占積率を向上させる方策が採られるようになってきている。すなわち、一般の粉末冶金製品の場合、成形圧力は５００〜７００ＭＰａ程度であり、８００ＭＰａを超えるような成形圧力で圧粉成形するような製品は、硬質粒子を含有する耐摩耗性部材の一部等を除けばほとんど見あたらないが、圧粉磁心においては、１０００〜２０００ＭＰａもの高圧で成形するようになってきている（特許文献２等）。
【０００６】
ところで、圧粉磁心の圧粉成形は、通常、型孔を有する金型と、該型孔と摺動自在に嵌合する上パンチと下パンチとを備える成形装置を用い、金型の型孔と下パンチとにより形成されるキャビティに原料粉末を充填して上下パンチにより原料粉末を圧縮成形して得られた成形体を焼結する、いわゆる金型成形法により行われる。ところが、金型成形法により上記のように高圧力で圧粉成形した場合、塑性変形した軟磁性粉末が金型の型孔と上下パンチとの隙間に押し出され、圧粉成形後の成形体にいわゆる型バリが発生する。このような型バリは、一般の金型成形法の場合に見られる軽微なものではなく、塑性変形しやすい軟磁性粉末を高圧力で圧縮成形する圧粉磁心の場合に特に顕著なものとなる。そして、圧粉磁心の型バリは、加熱処理後、切削等の機械加工を施す場合は同時に処理できるため問題とならないが、加熱処理後そのまま製品として用いる場合には型バリを放置すると、例えば、製品の運転中にバリが脱落して装置内部で摩耗を引き起こしたり、導線の被膜を突き破って電流の短絡要因となる等の不具合を生じる。
【０００７】
その一方で、圧粉磁心は、通常の粉末冶金法で云うところの焼結工程を経て、粉末粒子間が拡散接合して強固に一体しているものでなく、軟磁性粉末が樹脂により結着しているだけで強度の低いものである。このため、バリ対策として、焼結体のスス除去やバリ除去等に用いられるバレル加工等の方法では、バリ除去どころか圧粉磁心そのものが破壊されてしまうこととなる。そこで、本発明の目的は、以上の課題を解消して、圧粉磁心の圧粉成形において発生する型バリを、圧粉磁心にダメージを与えることなく除去する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る圧粉磁心の製造方法は、軟磁性を有する金属粉末と樹脂粉末を混合した原料粉末を、金型成形法にて所望の形状に圧粉成形する成形工程、前記成形工程で得られた成形体を加熱処理して前記樹脂粉末により前記金属粉末を結着する加熱処理工程とを含む圧粉磁心の製造方法において、前記熱処理工程の前に、前記成形工程で得られた成形体のバリを除去するバリ除去工程を設けるとともに、前記バリ除去工程が、１０〜２００μｍの粒径のメディアを用い、該メディアを気体とともに成形体に噴射する噴射加工法によることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る圧粉磁心の製造方法は、メディアとして１０〜２００μｍの粒径のメディアを用い、該メディアを空気等の気体とともに成形体に噴射する噴射加工法により成形体のバリを除去するものであるから、成形体へダメージを与えることなくバリのみを除去できるとともに、噴射加工により成形体表面に蓄積された歪が、その後の加熱処理工程で除去できる。これにより、本発明は、バリ対策として、製造費増を最小に抑え、磁気特性の低下を招くことなく圧粉磁心のバリを高効率で除去でき、その結果、圧粉磁心の品質向上と適用分野の拡大に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明構成について説明した後、実施例を挙げて有用性を明らかにする。まず、本発明は圧粉磁心の製造方法として、軟磁性を有する金属粉末と樹脂粉末を混合した原料粉末を、金型成形法にて所望の形状に圧粉成形する成形工程と、成形工程で得られた成形体を加熱処理して樹脂粉末により前記金属粉末を結着する加熱処理工程とを含んでいる。要部は、前記熱処理工程の前に、成形工程で得られた成形体のバリを除去するバリ除去工程を設けること、該バリ除去工程として１０〜２００μｍの粒径のメディアを用い、該メディアを気体とともに成形体に噴射する噴射加工法により行うことにある。
【００１１】
ここで、圧粉磁心に用いる軟磁性粉末としては、アトマイズ鉄粉等の鉄粉を用いることが望ましく、鉄粉以外に、Ｆｅ−Ｓｉ合金やＦｅ−Ａｌ合金等の鉄系磁性合金粉末を用いることもできる。また軟磁性粉末の表面にリン酸化合物等の絶縁皮膜により被覆されたものであるとさらに好適である。一方、樹脂粉末としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を用いることができる。そして、このような樹脂で前記した軟磁性粉末を結着した圧粉磁心は、加熱処理により、熱硬化樹脂の場合は樹脂の熱硬化により、熱可塑性樹脂の場合は溶融して軟磁性粉末間に毛細管力により浸透した後、冷却して固化することにより軟磁性粉末を結着する。しかしながら、ここでの圧粉磁心は、焼結されたものではなく、軟磁性粉末間の金属結合が存在しない強度の低いものである。このような圧粉磁心について、本発明者らはバリ除去に好適な工法や方法を模索検討した結果、噴射加工法の適用に着目した。
【００１２】
この噴射加工には、古くはサンドブラストに始まってグリットブラスト、ショットピーニングおよび液体ホーニングなどの種類があり、流体として空気等の気体または水等の液体、あるいは両者を用いるものがある。また、加工物に噴射する固体（メディア）としては、アルミナやジルコニア等のセラミックス、鋼、ステンレス鋼、銅、亜鉛等の金属、ナイロンやアクリル等の樹脂、ソーダ石灰ガラス等のガラス、胡桃殻、桃や杏等の果実の種子殻等の各種材質が用いられ、形状も球状、円柱状から多角形状まで幅広いものが用いられている。以上の噴射加工は、金属製品を対象とした場合、鋳鍛造品の砂落とし、スケール除去、塗装および鍍金前処理、鋳バリ除去を目的とするサンドブラストおよびグリットブラスト、部品の疲れ強さ向上を目的とするショットピーニング、梨地加工、仕上げおよび精密バリ取りを目的とする液体ホーニング等の用途がある。また各種リレー、スイッチ等の電気製品、ＩＣ、半導体等のエレクトロニクス部品等を構成している熱硬化性樹脂の成形バリの除去、ＩＣ基盤のドリル加工バリの除去等にもサンドブラストおよびグリットブラストが用いられている。本発明者らは、上記の知見を基に圧粉磁心の製造方法において、噴射加工の技術を適用することにより圧粉磁心の型バリの除去を試みた。
【００１３】
ところで、圧粉磁心は軟磁性粉末を樹脂により結着したものであるから、強度が低いとは云え圧粉成形する工程で得られる成形体よりは高い強度を有している。しかしながら、加熱処理後の圧粉磁心に噴射加工を施すと、バリの除去が可能であっても、圧粉磁心表面にメディアの衝突にともなう応力が残留して、ヒステリシス損が増加して鉄損が増加することとなる。本発明者らは、そのような問題を避けるため検討を重ねた結果、圧粉磁心の製造方法として、加熱処理前の成形体、つまり圧粉成形する工程で得られた成形体に対して噴射加工を施してバリの除去を行うことが不可欠であることを見出した。これは、このように加熱処理前の成形体に対して噴射加工を行うことで、該成形体表面にメディアの衝突にともなう応力が残留したとしても、その後に行う加熱処理により成形体表面の残留応力を開放してヒステリシス損の増加を防止可能なことが判明したからである。但し、前記成形体への噴射加工によるバリの除去は、加熱処理後の圧粉磁心に噴射加工する場合に比して、成形体の強度などの点からよりデリケートに行わなければならなくなる。
【００１４】
すなわち、本発明者らは、上記したメディアや流体等について鋭意研究した結果、バリ除去工程として、１０〜２００μｍの粒径のメディアを用い、該メディアを空気等の気体とともに噴射する噴射加工を行うことで、加熱処理前の成形体であっても、成形体角部に欠け等のダメージを与えることなく、成形体の型バリのみを除去できることを見出した。その場合、メディアの大きさが１０μｍを下回るような微細なものとなると、バリの除去が難しくなる。一方、メディアが２００μｍを超える大きなものは、バリが除去できても成形体角部へのダメージが大きくなりメディアとして不適当である。また、上記のように軟磁性粉末はＦｅを主成分とし、錆易いため、メディアを噴射する流体としては空気等の気体を用いる必要がある。
【００１５】
また、加熱処理前の成形体に対する型バリ除去に際しては、好適な圧粉磁心を得る上で、メディアの硬さと噴射圧力の間に好適な条件の組み合わせが存在することについても本発明者らは知見した。すなわち、メディアの硬さがＨｖ６００程度までのもの（例えば、ガラスや鋼等のメディア）を用いる場合は、噴射圧力を０．１〜０．３ＭＰａの範囲で行うことが好ましい。メディアの硬さがＨｖ６００を超えるものは、成形体角部の欠けが生じ易くなるとともに、メディアが衝突した成形体表面に過大な圧縮応力が残留し易くなり、過大な圧縮残留応力が後の熱処理工程によっても完全に開放されず、圧粉磁心のヒステリシス損を増加さることとなるので好ましくない。一方、メディアの噴射圧力としては０．３ＭＰａを超えると、前記と同様に成形体角部の欠けや残留応力の問題が発生し易くなる。また、メディアの噴射圧力が０．１ＭＰａに満たない場合、バリの除去が不充分となり易くなる。これに対し、メディアの硬さがＨｖ２００以下のもの（樹脂、胡桃殻、種子殻、軟質金属等のメディア）を用いる場合は、上記したＨｖ６００程度であるガラスや鋼等のメディアに比して成形体表面への衝撃が緩和されるので、メディアの噴射圧力を０．６ＭＰａまで増加させても成形体角部の欠けや残留応力の発生を抑制しながらバリの除去が行える。よって、メディアの硬さがＨｖ２００以下のものを用いる場合は０．１〜０．６ＭＰａの範囲で行うことが好ましい。
【００１６】
噴射加工によるバリの除去においては、メディアが被加工品の表面に埋め込まれた状態で残留して、被加工品の表面の特性劣化等を誘因する場合が生じ得る。例えば圧粉磁心用成形体の場合において、成形体表面に種子殻や樹脂等が残留すると、後の熱処理工程で炭素が圧粉磁心に拡散すると、磁気特性の劣化が生じることが懸念される。しかしながら、上記した噴射圧力の範囲内では、メディアの残留は生じず、バリ除去のみが行えるためメディアとして炭素を含有する種子殻や樹脂等を用いても問題は生じない。
【００１７】
さらに、以上のバリ除去においては、メディアの形状が重要な要因になることも分かった。すなわち、メディアの形状が球状のものは、メディアが成形体表面に衝突した際に点接触となり、衝突時の面圧が高くなって応力が集中しやすくなるために、成形体表面に発生する残留応力が大きくなるので好ましくない。よって、メディアの形状としては、球以外の不規則形状、多角形状もしくは円筒状のものを用いることが好ましい。
【実施例】
【００１８】
［実施例１］
この実施例では、鉄粉の表面にリン酸塩の絶縁層を形成した絶縁被膜形成鉄粉（ヘガネス社製のＳｏｍａｌｏｙ ５００）を用い、０．３質量％の熱可塑性ポリイミド樹脂を０．５質量％添加し混合した原料粉末を用意した。そして、この原料粉末を用い、ステアリン酸亜鉛粉を金型の型孔壁面に塗布し、成形圧力１０００ＭＰａで圧粉成形して、成形体密度が７．４１Ｍｇ／ｍ３の図１に示すモータコア形状の成形体を作製した。なお、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。このモータコア形状の成形体は、中心の円筒状の内輪部１から複数のリブ２が放射状に延びており、これらリブ２の先端に外輪部３を形成したものである。各外輪部３は各リブ２の先端に連結されて、内輪部１と略同心でかつ弧状をなしている。各部の寸法は、内輪部１の内径がφ１６ｍｍ、外径がφ２５．６ｍｍ、全体の外径がφ８０ｍｍである。
【００１９】
得られたモータコア形状の成形体は、図２に示されるように、外輪部３の外周囲側エッジ部３１および内周囲側エッジ部３２と径方向の端面側エッジ部３３や、リブ２の両端エッジ部２１に過大な型バリの発生が認められた。次に、以上のモータコア形状の成形体を、噴射加工装置を用いて、表１に示した種類、粒径、硬さのメディアを用いて、気体（空気）の噴射角度を４５°に設定し、噴射圧力を変えて噴射加工を行い、噴射加工後の各エッジ部の状態を観察した。その結果を表１に併記した。なお、表１の「バリの有無」欄の評価は、バリが除去されているものを「○」、バリが僅かに残留しているものの実用上問題ない程度のものを「△」、バリが残留しているものを「×」と評価した。また「エッジの欠け」欄の評価は、エッジ部に欠けが認められないものを「○」、エッジ部の一部に欠けが認められるものの、実用上問題ない程度のものを「△」、エッジ部に欠けが認められ、実用上問題となる程度のものを「×」と評価した。
【００２０】
【表１】
2008270285.tif 000002
【００２１】
表１において、試料番号１（ナイロン）および試料番号１５（ガラスビーズ）の結果より、メディアの大きさが１０μｍに満たない場合は、成形体エッジ部のバリ除去が不完全となることがわかる。また、試料番号１４（ナイロン）、試料番号２５（ガラスビーズ）、試料番号２７（胡桃殻）および試料番号２９（鋼）の結果より、メディアの大きさが２００μｍを超えるものは、バリの除去を行うことができるが、成形体のエッジ部に過大な欠けが生じてしまうことがわかる。一方、メディアの大きさが１０〜２００μｍである試料番号０２〜１３（ナイロン）、試料番号１６〜２４（ガラスビーズ）、試料番号２６（胡桃殻）、試料番号２８（鋼）、試料番号３０〜３２（銅合金）においては、成形体エッジ部の欠けが実用上問題ない程度で、バリ除去を行うことができることがわかる。以上より、メディアの種類に関わりなく、大きさが１０〜２００μｍのメディアを用いて噴射加工を行うことにより、成形体エッジの欠けを問題ない程度に抑制しつつ、成形体エッジ部の型バリが除去できることが確認された。
【００２２】
表１の試料番号１７〜２１（ガラスビーズ）および試料番号２８，２９（鋼）の結果より、硬さがＨｖ６００程度のメディアを用いた場合、噴射圧力が０．１〜０．３ＭＰａの範囲であると、成形体のエッジ部に欠けを生じさせることなく、成形体エッジ部の型バリが除去できることがわかる。また、試料番号０６〜１３（ナイロン）および試料番号３０〜３２（銅合金）の結果より、メディアの硬さがＨｖ２００以下のものは、噴射圧力を０．６ＭＰａまで増加させても成形体のエッジ部に欠けを生じさせることなく、成形体エッジ部の型バリが除去できることがわかる。以上より、前記メディアの硬さがＨｖ６００以下の場合は、メディアの噴射圧力を０．１〜０．２ＭＰａとすることが好ましく、メディアの硬さがＨｖ２００以下の場合は、メディアの噴射圧力を０．１〜０．６ＭＰａとすることが好ましいことが確認された。
【００２３】
［実施例２］
この実施例では、上記第１実施例の試料番号０８の試料の成形体について、表２に示す噴射加工を行った後、４５０℃に加熱して３０分保持して加熱処理を行って圧粉磁心を作製した。同時に、比較のため、第１実施例と同様にしてモータコア形状の成形体を作製し、この成形体を同様に４５０℃に加熱して３０分保持して加熱処理を施した後、表２に示すように、同じ条件で噴射加工を行って型バリの除去を行って試料番号３３の圧粉磁心を作製した。これらの試料に対してエッジの状態を確認するとともに、励磁磁束密度１Ｔ、周波数４００Ｈｚの条件でヒステリシス損、渦電流損および鉄損を測定した。これらの結果を表３に示す。
【００２４】
【表２】
2008270285.tif 000003
【００２５】
【表３】
2008270285.tif 000004
【００２６】
以上の第２実施例は、噴射加工を加熱処理の前に行う場合（試料番号０８）と加熱処理の後に行う場合（試料番号３３）を比較した例であり、表２および表３より、加熱処理した熱処理体（圧粉磁心）は加熱処理前の成形体よりも強度が高いため、成形体に対してバリ除去が完全に行える噴射加工条件であっても、熱処理体に対しては不充分で、実用上問題ない程度ではあるが型バリが残留することがわかった。また、加熱処理前の成形体に対して噴射加工を行った場合と、熱処理体に対して噴射加工を行った場合では、渦電流損はほぼ同等であるが、熱処理体の場合の方がヒステリシス損が大きくなり、その結果鉄損が大きくなることがわかった。これは、加熱処理前の成形体の場合だと、噴射加工による成形体表面の残留応力が、その後の加熱処理工程において緩和ないしは減衰されるためであると考えられる。したがって、鉄損の低い、特にヒステリシス損が低い圧粉磁心とするためには、噴射加工工程を加熱処理工程する前の成形体に行うことが有効であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の圧粉磁心の製造方法は、圧粉磁心の圧粉成形において発生する型バリを、圧粉磁心を損なうことなく除去する方法を提供するもので、加熱処理工程の後に機械加工を行わない、ネットシェイプの圧粉磁心に好適な製造方法であり、変圧器、リアクトル、サイリスタバルブ、ノイズフィルタ、チョークコイル等に好適なほか、より高い磁束密度が必要なモーター用鉄心やディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンの電子制御式燃料噴射装置に組み込まれる電磁弁用のソレノイドコア（固定鉄心）等の製造に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例で作製したモータコア形状の成形体を示し、図１（ａ）は成形体の上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図２】実施例で作製したモータコア形状の成形体を示す立体図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…内輪部、
２…リブ部（２１は両端エッジ部）、
３…外輪部（３１は外径側エッジ部、３２は内径側エッジ部、３３は周方向エッジ部）
【図１】
2008270285.tif 000005
【図２】
2008270285.tif 000006