(57)【要約】      （修正有）【課題】径の大きい圧粉成形体でも、高い真円度で製造することができる環状圧粉成形体の製造方法を提供する。【解決手段】金属粉末とバインダーとを混合してなる混合粉末を圧縮して環状の圧粉体２を成形する成形工程と、該圧粉体２サイジングするサイジング工程と、サイジング工程後の圧粉体３を焼成する焼成工程とを有する環状圧粉成形体の製造方法であって、サイジング工程は、圧粉体２の中に、その内周面に対向する外周面を有する冶具４を挿入し、これら圧粉体２及び冶具４を加熱することにより、冶具４の外周面によって圧粉体２の内周面を倣わせながらサイジングする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末とバインダーとを混合してなる混合粉末を圧縮して環状の圧粉体を成形する成形工程と、該圧粉体をサイジングするサイジング工程と、サイジング工程後の圧粉体を焼成する焼成工程とを有する環状圧粉成形体の製造方法であって、
前記サイジング工程は、前記圧粉体の中に、その内周面に対向する外周面を有する冶具を挿入し、これら圧粉体及び冶具を加熱することにより、冶具の外周面によって圧粉体の内周面を倣わせながらサイジングすることを特徴とする環状圧粉成形体の製造方法。
【請求項２】
前記サイジング工程において、前記冶具の外径寸法の熱膨張寸法は、前記圧粉体の内径寸法の熱膨張寸法に対して、−５０μｍ以上１００μｍ以下の差で大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の環状圧粉成形体の製造方法。
【請求項３】
前記冶具の熱膨張係数の方が前記圧粉体の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の環状圧粉成形体の製造方法。
【請求項４】
前記サイジング工程における加熱温度は、バインダーの硬化温度以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の環状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、金属粉末とバインダーとを混合してなる混合粉末によって環状の圧粉成形体を製造する方法に係り、モータのステータコア等の製造に用いて好適な環状圧粉成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータのステータは、ロータの回りを囲む環状に形成されるもので、ロータとの間にわずかな隙間をあけて配置される。この種のモータのうち、特にハイブリッド自動車に使用される走行用モータとしては、高出力、高効率のものが求められており、それに伴って作動周波数が高くなってきていることから、ステータコアの材料としても、電磁鋼板に代えて軟磁性材料による圧粉成形体を用いることが渦電流損の低減のために有効とされている。
【０００３】
特許文献１には、このような軟磁性材料からなる粉末によってステータコアを製造する方法が開示されており、絶縁被覆された軟磁性粉末とバインダーとしての有機物とを混合した粉末を金型に充填して加圧成形し、その後、内部応力緩和のために熱処理して焼鈍するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−３１２１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モータの高出力化、大型化に伴い、ステータとロータとの間のエアギャップの管理が厳しくなってきている。特にハイブリッド自動車の走行用モータのように大型のものであると、例えば、約２８０ｍｍの直径で０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のエアギャップとされる。このため、ステータコアには、このわずかなエアギャップを維持できるだけの高い真円度が要求される。そのような場合に、粉末成形による圧粉成形体では、完全に均一な粉末充填ができないため、局部的な密度ばらつきが生じてスプリングバック現象等も不均一になるため、一般的には寸法精度に限界がある。成形体の直径が大きくなるほど、原料粉末の均一充填が難しくなり、精度の低下が顕著になってくる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、径の大きい圧粉成形体でも、高い真円度で製造することができる環状圧粉成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る環状圧粉成形体の製造方法は、金属粉末とバインダーとを混合してなる混合粉末を圧縮して環状の圧粉体を成形する成形工程と、該圧粉体をサイジングするサイジング工程と、サイジング工程後の圧粉体を焼成する焼成工程とを有する環状圧粉成形体の製造方法であって、前記サイジング工程は、前記圧粉体の中に、その内周面に対向する外周面を有する冶具を挿入し、これら圧粉体及び冶具を加熱することにより、冶具の外周面によって圧粉体の内周面を倣わせながらサイジングすることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、圧粉体を成形して焼成する前に、圧粉体に冶具を挿入して加熱し、冶具の外周面に倣わせながら圧粉体の内周面をサイジングするものである。焼成工程の後であるとバインダーが硬化しているため、無理にサイジングすると破損が生じ易いが、焼成工程の前、つまりバインダーを硬化させる前の状態でサイジングするのである。バインダーの硬化前の状態であるから、加熱によってバインダーが軟化して粉末がわずかながら流動することができる。したがって、圧粉体内の粉末は、前工程の成形によって生じた圧粉体内部の歪みを緩和する方向に流動し、そのとき、内周面に冶具の外周面が対向しているので、内周面が冶具の外周面に倣うようにサイジングされるのである。この場合、熱膨張を利用したサイジングであり、わずかな熱膨張とすることによって過度の変形を抑制することができる。
なお、このサイジング工程によって圧粉体の内部歪みが除去された状態となるので、その後の焼成工程を経た後は、歪みによる変形が生じることがなく、サイジング工程で得られた真円度をほぼ維持することができる。
【０００８】
また、本発明に係る製造方法においては、前記サイジング工程において、前記冶具の外径寸法の熱膨張寸法は、前記圧粉体の内径寸法の熱膨張寸法に対して、−５０μｍ以上１００μｍ以下の差で大きくなるように設定されていることを特徴とする。
冶具と圧粉体との熱膨張寸法差をこの範囲に設定したのは、１００μｍを超えてしまうと圧粉体が破壊することになり、−５０μｍより小さいとサイジング効果が有効に発揮されないためである。
【０００９】
また、本発明に係る製造方法において、前記冶具の熱膨張係数の方が前記圧粉体の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。この熱膨張係数は、室温からサイジング温度までの範囲における熱膨張係数とし、内側の冶具の方が大きい熱膨張係数とすることにより、圧粉体の内周面のサイジング効果を確実にすることができる。
また、前記サイジング工程における加熱温度は、バインダーの硬化温度以下であることを特徴とする。サイジング工程時に圧粉体のバインダーが硬化しないようにするためである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る環状圧粉成形体の製造方法によれば、サイジング工程時の熱によってバインダーが軟化して、成形時の歪みを緩和する方向に流動するとともに、熱膨張により冶具の外周面が圧粉体の内周面に接近して、この外周綿に内周面が倣うようにサイジングされ、もって真円度を向上させることができ、大型のモータのステータコアとしても高い真円度のものを提供することができ、モータの高出力、高効率化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る環状圧粉成形体の製造方法の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は環状圧粉成形体としてのモータのステータコアを製造する方法を工程順に示している。この環状圧粉成形体１の材料としては、金属粉末とバインダーとを混合してなる混合粉末が使用される。金属粉末としては、この実施形態では複合軟磁性粉末が使用される。
【００１２】
この複合軟磁性粉末は、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に形成されたＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末であり、粒径が例えば２００ｎｍ以下のものが好適である。（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜とは、酸化処理鉄粉末表面の酸化鉄（Ｆｅ−Ｏ）とＭｇが反応を伴って当該鉄粉末表面に堆積した被膜をいう。その膜厚は、圧粉成形した複合軟磁性材の高磁束密度と高比抵抗を得るために、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。
また、バインダーとしてはシリコーン樹脂が使用され、その添加量としては０．０５ｗｔ％〜２ｗｔ％とされる。シリコーン樹脂の他に低融点ガラスが適用可能である。
【００１３】
そして、この複合軟磁性粉末とバインダーとを混合し、その混合粉末により圧粉体２を成形する成形工程、その圧粉体２をサイジングするサイジング工程、サイジング後の圧粉体（これをサイジング体３と称す）を焼成する焼成工程とを順に経由することにより、環状圧粉成形体１が製造される。以下、この工程順に沿って説明する。
【００１４】
成形工程
上記の複合軟磁性粉末とバインダーとを混合して得た混合粉末を金型（図示略）のキャビティ内に充填して圧縮成形することにより、（ａ）に示すように環状の圧粉体２を成形する。
【００１５】
サイジング工程
次いで、その圧粉体２の内周面をサイジングする。この場合、サイジングのための冶具４として、図１の（ｂ）の部分に示す形状のものが使用される。この冶具４は、円板上の台座５の上に、円柱状の突起部６を一体に形成してなるものであり、（ｃ）に示すように、その突起部６を圧粉体２に挿入した状態で台座５の上に載置することにより、圧粉体２を支持する構成である。この場合、突起部６の外周面と圧粉体２の内周面との間にわずかにクリアランスＣが設けられる。例えば、圧粉体２の内径Ｄ１が２８０ｍｍの場合に、冶具４の突起部６の外径Ｄ２はそれよりわずかに大きく、そのクリアランスＣが５０μｍ〜１００μｍとされる。
【００１６】
このサイジング工程は、（ｃ）に示すように、冶具４の台座５の上に、突起部６を挿入した状態に圧粉体２を載置し、その状態で（ｄ）に示すように熱処理炉７の中でバインダーの軟化温度以上の例えば１５０℃〜２００℃の温度に加熱処理するものである。この温度上昇によってバインダーが軟化し、このバインダーによって結合している複合軟磁性粉末相互が流動し易くなる。この圧粉体２は、成形工程によって圧縮成形されたものであるので、そのときの歪みが内部に残留しており、加熱でバインダーが軟化したことから、複合軟磁性粉末が歪みを緩和する方向に流動することになる。
【００１７】
また、この加熱により圧粉体２及び冶具４ともに熱膨張し、そのときに図２に模式化して示したように、外側の圧粉体２の熱膨張寸法Ｌ１より内側の冶具４の熱膨張寸法Ｌ２の方が大きく、その熱膨張時に、冶具４の突起部６の外周面と圧粉体２の内周面とが接近してほぼ接触状態となる。圧粉体２は前述したように加熱によってバインダーが軟化していることから流動し易い状態になっており、冶具４のわずかな接触によって、圧粉体２の内周面付近の複合軟磁性粉末が冶具４の突起部６の外周面に倣うように流動する。
圧粉体２の内径Ｄ１が２８０ｍｍの場合、冶具４の突起部６の外径寸法の熱膨張寸法Ｌ２は、圧粉体２の内径寸法の熱膨張寸法Ｌ１に対して、両者の熱膨張寸法差（Ｌ２−Ｌ１）＝−５０μｍ〜１００μｍ、好ましくは−２０μｍ〜５０μｍとされる。そして、そのような熱膨張寸法差となる材料の熱膨張係数の差としては、−０．６×１０−６／℃〜１．５×１０−６／℃となる。
【００１８】
これら加熱による圧粉体２自身の歪み緩和作用と、内側に設けた冶具４の熱膨張時の接触による倣い作用との両方の作用が相俟って、圧粉体２の内周面がサイジングされ、その真円度が向上させられるものである。したがって、このような作用を生じさせる冶具４の材料としては、その加熱温度（１５０℃〜２００℃）において、複合軟磁性粉末よりも大きく熱膨張するものが選定され、例えばＳ１０Ｃ等の炭素鋼によって形成されている。１５０℃〜２００℃の温度に保持する時間は例えば１０分〜６０分とされ、３０分程度が好ましい。
【００１９】
焼成工程
サイジング工程を経た後、サイジング体３を窒素雰囲気とした焼成炉８の中で６００〜６５０℃に加熱して焼成する。この焼成工程により、複合軟磁性粉末の間に介在しているバインダーが分解しつつ硬化して、複合軟磁性粉末と一体化した圧粉成形体１が形成される。この６００〜６５０℃で熱処理されると、バインダーとしてのシリコーン樹脂が分解することにより、有機分の大部分が揮発し、その残りがＳｉＯ２からなる網目状の骨格となって複合軟磁性粉末の間に介在することになる。
焼成雰囲気を窒素雰囲気としたのは、この焼成工程はバインダーを結晶化させるのが目的であり、圧粉体（サイジング体３）を酸化させないようにするためである。
【００２０】
このようにして製造された圧粉成形体１は、途中に設けられたサイジング工程を経たことにより、高い真円度の圧粉成形体１となるものである。
その真円度について、サイジング工程を経て製造した実施例品と、サイジング工程を経ないで製造した比較例品とを製作して測定した。
この場合、ベースとなる複合軟磁性粉末としては、純鉄粉にＭｇＯの絶縁被覆を施したものを使用した。バインダーとしてはシリコーン樹脂を０．７ｗｔ％添加した。キャビティ面に潤滑剤を塗布した金型によって成形し、外径３００ｍｍ、内径２８０ｍｍ、高さ１９ｍｍのリング状圧粉体を得た。この圧粉体に、Ｓ１０Ｃの炭素鋼によって形成した冶具を挿入したところ、そのクリアランスは１００μｍであった。これを１５０℃のサイジング温度に３０分間加熱した後に窒素雰囲気で焼成したものを実施例品、サイジング工程を経ず、そのまま窒素雰囲気で焼成したものを比較例Ａとした。焼成温度はいずれも６００℃とした。
また、バインダーの効果を確認するために、バインダーを添加しないで実施例品と同様の工程を経て製作したものを比較例Ｂとした。
その結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2009228012.tif 000003
【００２２】
この表１の結果から明らかなように、サイジング工程を経て製造した実施例品の場合は、真円度が平均で４０２μｍ、サイジング工程を経ないで製造した比較例Ａの平均８０８μｍに比べて倍の精度に向上している。また、バインダーとしてシリコーン樹脂を使用しないものを同じようにサイジングしたとしても、真円度は平均で７９８μｍ程度でしかなく、バインダーによる真円度の改善効果も大きいことがわかる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、バインダーとして有機物を用いたが、低融点ガラス等の無機物を用いてもよく、そのバインダーを軟化させる温度でサイジングすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る環状圧粉成形体の製造方法の一実施形態を説明するためにモデル化して示した工程図である。
【図２】図１におけるサイジング工程時の圧粉体と冶具の挙動を説明した拡大図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  環状圧粉成形体
２  圧粉体
３  サイジング体（サイジング後の圧粉体）
４  冶具
５  台座
６  突起部
７  熱処理炉
８  焼成炉
【図１】
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【図２】
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