DE112012003084T5

DE112012003084T5 - Magnet-Pulverkern, Verfahren zum Herstellen desselben und Spulenbauteil

Info

Publication number: DE112012003084T5
Application number: DE112012003084.2T
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Ueno; Yoshiyuki Shimada
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-08-28
Also published as: CN103229259B; US20130271256A1; WO2013015095A1; CN103229259A; JP2013026499A; JP5997424B2

Abstract

Ein Verfahren umfasst einen Schritt des Verdichtens eines isolationsbeschichteten reinen Eisenpulvers oder eines Legierungspulvers auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, unter Verwendung einer Form, um einen Pulverkern herzustellen, einen Schritt des Wärmebehandelns des hergestellten Pulverkerns und einen Schritt des zerspanenden Nachbearbeitens wenigstens eines Abschnittes des wärmebehandelten Pulverkerns unter Verwendung eines Schleifrades. Bei dem zerspanenden Nachbearbeitungsschritt wird das Schleifen derart ausgeführt, dass der Pulverkern und das Schleifrad gedreht werden, wodurch isotrope Zerspanungsspuren auf einer zerspanend bearbeiteten Oberfläche des Pulverkerns ausgebildet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Pulverkerne, ein Verfahren zum Herstellen derselben und auf Spulenbauteile. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Pulverkern, den man dadurch erhält, dass ein reines Eisenpulver, das mit einem Isolator beschichtet ist, oder ein Legierungspulver auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, mit Hilfe einer Form verdichtet wird, worauf eine zerspanende Nachbearbeitung folgt, ein Verfahren zum Herstellen desselben und ein Spulenbauteil.
Hintergrund der Erfindung
In den vergangenen Jahren wurden unterschiedliche Pulverkerne, die durch Verdichten von reinem Eisenpulver oder eines Legierungspulvers auf Eisenbasis (im folgenden beide mit ”Metallpulver” bezeichnet), das hauptsächlich Eisen enthält, für die Verwendung als Kerne bei elektromagnetischen Motoren, Kraftstoffeinspritzventilen für Dieselmaschinen, Zündspulen für Benzinmaschinen, Hochspannungsreaktoren für elektrifizierte Fahrzeuge, oder Drosselspulen vorgeschlagen, da die Pulverkerne exzellentere Hochfrequenzeigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Stahlblechen und eine relativ höhere Flussdichte im Vergleich zu Ferritkernen haben.
PTL 1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen eines Pulverkerns auf eine Art und Weise, mit der man einen Presskörper erhält, indem ein Partikelgemisch verdichtet wird, das erste Partikel, die erste Metallpartikel, die hauptsächlich aus Fe bestehen und auf denen erste isolierende Filmbeschichtungen ausgebildet sind und die eine Sättigungsflussdichte von wenigstens 1,5 T haben, und zweite Partikel umfasst, die zweite Metallpartikel, die ein Element wie etwa Al oder Ni enthalten und auf denen zweite isolierende Filmbeschichtungen ausgebildet sind, und der Presskörper bei einer Temperatur bei einer Temperatur von 500°C bis 900°C wärmebehandelt wird.
Bei dem Herstellungsverfahren, das in PTL 1 offenbart ist, wird eine gewünschten Form an dem Pulverkern durch Formverdichten ausgebildet. Für den Fall, dass eine komplizierte Form oder eine hohe Abmessungsgenauigkeit erforderlich ist, bereitet es Schwierigkeiten, eine gewünschte Form nur durch Verdichten auszubilden, weshalb eine zerspanende Nachbearbeitung notwendig ist.
Daher wurde vorgeschlagen, dass ein Pulverkern, der durch Verdichten ausgebildet wurde, derart durch Zerspanen nachbearbeitet wird, dass die gewünschte Form oder die gewünschte Genauigkeit an dem Pulverkern erzeugt wird.
PTL 2 beschreibt ein Verfahren zum zerspanenden Bearbeiten eines Pulverkerns, der aus einem weichen Magnetmaterial besteht. Die Literatur erläutert, dass der Pulverkern mit einem Werkzeug geschnitten wird, wobei der Krümmungsradius der Schneidklinge weniger als 1 μm in einem Querschnitt senkrecht zu der Spanfläche beträgt und der Spanwinkel α die Beziehung –10° ≤ α ≤ 0° erfüllt.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung No. 2005-303006 .
PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung No. 2005-238357 .

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Gemäß dem Zerspanungsverfahren, das in PTL 2 beschrieben ist, kann eine komplizierte Form an dem Pulverkern durch zerspanendes Nachbearbeiten des Pulverkerns nach dem Verdichten ausgebildet werden. Die zerspanende Nachbearbeitung ist Schneiden mit Hilfe einer Klinge (Schneidwerkzeug), wobei das Problem besteht, dass die Werkzeugstandzeit kurz ist, da die Abnutzung einer Schneidkante schnell erfolgt. Unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung des Absplitterns, sind die Materialen, die für das Schneiden verwendet werden, auf Materialien mit einer hohen Dichte von mehr als 7,5 g/cm³ in einigen Fällen beschränkt.
Somit ist im Hinblick auf den Anstieg der Fertigungskosten infolge des häufigen Wechsels der Schneidkanten und der Einsetzbarkeit bei Produkten mit einer Dichte von weniger als 7,5 g/cm³ die Anwendung auf massengefertigte Produkte schwierig, wobei ein Problem der vielseitigen Verwendbarkeit besteht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der zuvor erwähnten Umstände gemacht und beabsichtigt, einen Pulverkern, der in der Lage ist, die Massenproduktionskosten zu senken, ein Verfahren zum Herstellen desselben und ein Spulenbauteil anzugeben.
Lösung des Problems

(1) Ein Verfahren zum Herstellen (im folgenden einfach als ”Herstellungsverfahren” bezeichnet) eines Pulverkerns gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren einen Schritt des Verdichtens eines isolationsbeschichteten reinen Eisenpulvers oder eines Legierungspulvers auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, mit Hilfe einer Form, um den Pulverkern zu erhalten, einen Schritt des Wärmebehandelns des Pulverkerns und einen Schritt einer zerspanenden Nachbearbeitung wenigstens eines Teils des wärmebehandelten Pulverkerns mit Hilfe eines Schleifrades umfasst. Bei der zerspanenden Nachbearbeitung wird das Schleifen derart ausgeführt, dass der Pulverkern und das Schleifrad gedreht werden, wodurch isotrope Zerspanungsspuren auf einer zerspanend bearbeiteten Oberfläche des Pulverkerns ausgebildet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Pulverkern durch Schleifen mit Hilfe eines Schleifrades anstelle von Schneiden mit einer herkömmlichen Klinge zerspanend nachbearbeitet; somit können die Standzeit der Werkzeuge verbessert und auf diese Weise die Massenproduktionskosten für Pulverkerne deutlich verringert werden. Da das Schleifen derart ausgeführt wird, dass sowohl der Pulverkern, der das Werkstück ist, als auch das Schleifrad gedreht werden, können isotrope Zerspanungsspuren (Werkzeugspuren), wie etwa achsensymmetrische, konzentrische oder radiale Markierungen auf der zerspanend bearbeiteten Oberfläche (geschliffenen Fläche) durch Schleifen zurückbleiben. Das heißt, im Gegensatz zu unidirektionalen Zerspanungsspuren (anisotrope Zerspanungsspuren), die durch herkömmliches Oberflächenschleifen ausgebildet werden, bei dem eine gekrümmte Oberfläche eines sich drehenden Schleifsteines gegen ein Werkstück gedrückt wird, können die isotropen Zerspanungsspuren ausgebildet werden; somit wird keine magnetische Anisotropie an der zerspanten Oberfläche des Pulverkerns hervorgerufen. Infolgedessen können die magnetischen Eigenschaften des Produktes verbessert werden.
(2) Bei dem Herstellungsverfahren, das bei Punkt (1) beschrieben ist, kann die Form eine erste Form und eine zweite Form umfassen, die einander zugewandt sind, wobei die erste Form und/oder die zweite Form eine abgestufte Gestalt, die einen konvexen Abschnitt und/oder einen konkaven Abschnitt hat, oder eine Gestalt aufweisen können, bei dem eine Vielzahl abgestufter Abschnitte voneinander getrennt sind, wobei der Kern, den man durch Verdichten erhält, eine Dichte von 7,0 g/cm³ bis 7,6 g/cm³ haben kann. In diesem Fall hat der Pulverkern eine geringere Dichte als herkömmliche Pulverkerne (eine Dichte von etwa 7,7 g/cm³), wodurch die Massenproduzierbarkeit während des Verdichtens erhöht werden kann. Da der Pulverkern eine geringe Dichte von 7,0 g/cm³ bis 7,6 g/cm³ hat, hat der Pulverkern eine geringe Festigkeit, weshalb ein Problem darin besteht, dass es im allgemeinen schwierig ist, den Pulverkern zerspanend zu bearbeiten. Wird der Pulverkern mit herkömmlicher Technik geschliffen, wird die zerspanend bearbeitete Oberfläche gezerrt oder reißt ein Randabschnitt aus; somit kann eine zufriedenstellende Qualität nicht erzielt werden. Pulverkerne geringer Dichte haben eine große Zahl von Mikroporen, die in diesen zurückbleiben und bewirken somit fortwährend einen intermittierenden Schneidzustand der Schneidwerkzeuge, was zu einer deutlichen Verkürzung der Werkzeugstandzeit führt. Dies verursacht einen Kostenanstieg und ist somit nicht praktikabel. Da jedoch bei der vorliegenden Erfindung das Schleifen derart ausgeführt wird, dass der Pulverkern und das Schleifrad beide gedreht werden, wird die zerspanend bearbeitete Oberfläche nicht gezerrt, reißt nicht aus und wird nicht beschädigt, wodurch man ein qualitativ hochwertiges Produkt erzeugen kann. Weiterhin kann die Standzeit der Werkzeuge verlängert und können somit die Massenproduktionskosten für Pulverkerne deutlich verringert werden. Somit ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Pulverkern wirkungsvoll, der eine geringe Dichte von 7,0 g/cm³ bis 7,5 g/cm³ und eine abgestufte Form hat und wegen einer derart komplizierten Form zerspanend nachbearbeitet werden muss.
(3) Bei dem Herstellungsverfahren, das bei Punkt (1) oder (2) beschrieben ist, kann die Drehzahl des Pulverkerns in einem Bereich von 150 U/min bis 1.500 U/min liegen, wobei das Schleifrad mit einer Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens 720 m/min und nicht mehr als der maximalen zulässigen Umfangsgeschwindigkeit desselben gedreht werden kann.
(4) Bei dem Herstellungsverfahren, das bei den Punkten (1) bis (3) beschrieben ist, kann das Schleifrad Schleifkörner enthalten, die einen mittleren Durchmesser von 25 μm bis 88 μm haben und aus Diamant oder kubischem Bornitrid bestehen.
(5) Bei dem Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (4) beschrieben ist, kann das Schleifrad eine Schleifoberfläche haben, die zu der Zerspanung beiträgt und wenigstens einen rillenförmigen Abschnitt hat, der sich zu dem Außenrand des Schleifrades erstreckt, wobei die Breite des rillenförmigen Abschnittes 0,05% bis 1,00% des effektiven äußersten Umfangs des Schleifrades beträgt. In diesem Fall kann Schleifstaub, der während des Schleifens erzeugt wird, auf einfache Art und Weise durch Ausbilden des rillenförmigen Abschnittes nach außen abgeführt werden, wobei verhindert werden kann, dass die zerspanend bearbeitete Oberfläche des Pulverkerns durch den Schleifstaub absplittert oder beschädigt wird. Eine Verringerung der Schleifwirkung infolge der Belastung einer Schleiffläche eines Schleifsteins kann verhindert werden.
(6) Das Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (5) beschrieben ist, kann weiterhin einen Schritt des Abrichtens des Schleifrades umfassen. Ein Hauptbestandteil eines Abrichtmittels, das zum Abrichten verwendet wird, kann wenigstens ein Element sein, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus weißem Aluminiumoxid, grünem Siliziumkarbid, Diamant und kubischem Bornitrid besteht. Das Abrichtmittel kann einen mittleren Durchmesser von 18 μm bis 105 μm haben.
(7) bei dem Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (6) beschrieben ist, kann bei der zerspanenden Nachbearbeitung eine wasserlösliche Schleiflösung verwendet werden, die 0,3 bis 1,5 Massen-% Diethanolamin und/oder Triethanolamin enthält. in diesem Fall kann eine Rostschutzwirkung an dem Pulverkern beispielsweise ohne einen speziellen Rostschutz, wie etwa Ölen, nachdem der Pulverkern, der auf Eisen basiert, zerspanend bearbeitet wurde, hervorgerufen werden. Dies ermöglicht eine Vereinfachung von Schritten.
(8) Bei dem Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (7) beschrieben ist, kann das reine Eisenpulver oder das Legierungspulver auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, einen mittleren Durchmesser von 60 μm bis 250 μm haben.
(9) Bei dem Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (8) beschrieben ist, kann das reine Eisenpulver oder das eisenbasierte Legierungspulver, das hauptsächlich Eisen enthält, mit einem Pressdruck von 6 t/cm² bis 13 t/cm² verdichtet werden.
(10) Bei dem Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (9) beschrieben ist, kann bei der Wärmebehandlung der Pulverkern mit einer Temperatur von 300°C bis 600°C für wenigstens zehn Minuten in Luft, einer Stickstoffatmosphäre oder einem Strom eines Gemisches daraus wärmebehandelt werden.
(11) Das Herstellungsverfahren, das in den Punkten (1) bis (10) beschrieben ist, kann weiterhin einen Schritt des Entfernens von Graten umfassen, die sich auf der Oberfläche des Pulverkerns während des Verdichtens oder der zerspanenden Nachbearbeitung bilden. Die Grate können mit Hilfe einer Bürste entfernt werden, die aus einem Kunstharz besteht, das mit harten Schleifkörnern kombiniert ist, die aus weißem Aluminiumoxid oder grünem Siliziumkarbid bestehen.
(12) Das Herstellungsverfahren, das in Punkt (11) beschrieben ist, kann weiterhin einen Schritt des Ausführens einer Entmagnetisierung unmittelbar nach dem Entfernen der Grate umfassen, so dass die Remanenz 5 mT oder weniger beträgt.
(13) Das Herstellungsverfahren, das bei Punkt (12) beschrieben ist, kann weiterhin einen Schritt des Waschens des Pulverkerns mit einer Waschflüssigkeit umfassen, die eine wasserlösliche Schleiflösung beinhaltet, die während der zerspanenden Nachbearbeitung mit einem Ausgabedruck von 0,05 MPa bis 0,40 MPa anschließend zum Entmagnetisieren verwendet wird.
(14) Ein Pulverkern gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverkern durch Verdichten eines isolationsbeschichteten reinen Eisenpulvers oder eines Legierungspulvers auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, unter Verwendung einer Form ausgebildet ist. Der Pulverkern hat eine zerspanend bearbeitete Oberfläche, die isotrope Zerspanungsspuren hat, die auf wenigstens einem Abschnitt desselben durch ein Schleifrad ausgebildet werden, weist eine abgestufte Gestalt auf, die einen konvexen Abschnitt oder einen konkaven Abschnitt oder eine Form hat, bei der mehrere abgestufte Abschnitte voneinander getrennt sind, und hat eine Dichte von 7,0 g/cm³ bis 7,6 g/cm³.
Bei dem Pulverkern gemäß der vorliegenden Erfindung hat die zerspanend bearbeitete Oberfläche (geschliffene Oberfläche) isotrope Zerspanungsspuren (Werkzeugspuren), wie etwa asymmetrische, konzentrische oder radiale Spuren, weshalb keine magnetische Anisotropie in der zerspanend bearbeiteten Oberfläche des Pulverkerns hervorgerufen ist.
Infolgedessen können die magnetischen Eigenschaften der Produkte verbessert werden.
(15) Bei dem Pulverkern, der in Punkt (14) beschrieben ist, kann die Abmessungsgenauigkeit der Ebenheit und der Parallelität der zerspanend bearbeiteten Oberfläche 50 μm oder weniger in Bezug auf einen Zerspanungsfehler betragen.
(16) Der Pulverkern, der in Punkt (14) oder (15) beschrieben ist, kann wenigstens einen Abschnitt umfassen, der mit einer rostbeständigen Schicht beschichtet ist, die Diethanolamin und/oder Triethanolamin enthält, das ein Bestandteil einer wasserlöslichen Schleiflösung ist, die während der zerspanenden Bearbeitung wegen eines Schleifrades verwendet wird.
(17) Ein Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenbauteil durch Wickeln eines Kupferdrahtes um einen Pulverkern ausgebildet wird, der mit einem Herstellungsverfahren gefertigt wird, das in den Punkten (1) bis (13) beschrieben ist.

Vorteilhafter Effekt der Erfindung
In Übereinstimmung mit einem Pulverkern, einem Verfahren zum Herstellen desselben und einem Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung können die Massenproduktionskosten verringert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2(a) ist eine Perspektivansicht, die einen Pulverkern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2(b) ist eine Schnittansicht, die einen Pulverkern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer abgestuften Form darstellt.
4 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer trennbaren Form zeigt.
5(a) ist eine Schnittansicht, die einen Schleifstein darstellt, der bei einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5(b) ist eine Unteransicht, die einen Schleifstein darstellt, der bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
6 ist eine Aufsicht, die einen Schleifstein zeigt, der in 5(a) und 5(b) dargestellt ist.
7(a) ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Position eines Pulverkerns und der Position eines Schleifsteins zeigt.
7(b) ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Position eines Pulverkerns und der Position eines Schleifsteins zeigt.
8 ist eine Darstellung eines Versuchsgerätes, das verwendet wird, um die magnetische Anziehungskraft zu messen.
9 ist eine Darstellung eines Ankers, der bei einem Versuch Verwendung findet.
10 ist ein Graph, der Versuchsergebnisse darstellt.
11 ist eine Darstellung, die eine zerspanend bearbeitete Oberfläche eines Pulverkerns gemäß Beispiel 1 zeigt.
12 ist eine Darstellung, die eine zerspanend bearbeitete Oberfläche eines Pulverkerns gemäß Beispiel 2 zeigt.
13 ist eine Darstellung, die eine zerspanend bearbeitete Oberfläche eines Pulverkerns gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen eines Pulverkerns, ein Verfahren zum Herstellen desselben und ein Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Verfahren zum Herstellen eines Pulverkerns gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand des Flussdiagramms erläutert.
[Verdichten]
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Schritt 1 ein Metallpulver eines Rohmaterials unter Verwendung einer Form verdichtet. Bei diesem Schritt kann unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung des Verdichtungsgrades eine geeignete Menge eines Schmiermittels zugesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Metallpulver des Rohmaterials nicht speziell eingeschränkt, wobei ein Pulver, das normalerweise für die Herstellung von Pulverkernen verwendet wird, in geeigneter Weise benutzt werden kann. Es kann beispielsweise ein reines Eisenpulver oder ein Legierungspulver auf Eisenbasis, das Eisen als Basismaterial und zugesetztes Nickel oder Kobalt enthält, verwendet werden. Insbesondere können Fe, Fe-Si, Fe-Co, Fe-Ni, Fe-Ni-Co, Fe-Si-B oder dergleichen verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Partikelgröße des Metallpulvers nicht speziell eingeschränkt, wobei Partikel, die einen mittleren Durchmesser oder eine D50-Partikelgröße (in dem Histogramm der Partikelgröße, die mit einem Siebverfahren ermittelt wird, die Größe der Partikel, bei denen die Summe der Massen der kleineren Partikel 50% der Gesamtmasse beträgt) von 60 μm bis 250 μm haben, verwendet werden können. Partikel, die kleiner als 60 μm sind, haben eine geringe Pulverfluidität und somit ein Problem eines geringen Verdichtungsgrades. Im Gegensatz dazu haben Partikel, die größer als 250 μm sind, ein Problem, dass der Verlust von Wirbelströmen, die in diesen Partikeln erzeugt werden, übermäßig groß ist, und somit das Problem besteht, dass die elektromagnetische Transduktionseffizienz signifikant gering ist.
Die Metallpartikel sind mit Isolierfilmen (Isolator) beschichtet. Die Isolierfilme dienen als Isolierschichten zwischen den Metallpartikeln. Der spezifische elektrische Widerstand ρ des Pulverkerns kann durch Beschichten der Metallpartikel mit den Isolierfilmen erhöht werden. Dies beeinflusst die Wirbelströme, die zwischen den Metallpartikeln fließen und gestattet eine Verringerung des Eisenverlustes infolge der Wirbelströme.
Die Isolierfilme können durch Beschichten der Metallpartikel beispielsweise mit einem Phosphat ausgebildet sein und enthalten vorzugsweise ein Oxid. Enthalten die Isolierfilme das Oxid, kann das folgende Material verwendet werden, um die Isolierfilme auszubilden: Eisenphosphat, das Phosphor und Eisen umfasst, Manganphosphat, Zinkphosphat, Kalziumphosphat, Aluminiumphosphat, oder ein Oxidisolator, wie etwa Siliziumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid. Die Isolierfolien können einen einlagigen oder einen mehrlagigen Aufbau haben.
Die Dicke jedes Isolierfilmes ist nicht speziell festgelegt und beträgt normalerweise etwa 10 nm bis 100 nm. Wenn die Dicke geringer als 10 nm ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, das der Isolierfilm bricht und die Metallpartikel mit hoher Frequenz direkt miteinander in Kontakt gebracht werden. Beträgt die Dicke mehr als 100 nm, hat dies eine Verringerung der magnetischen Permeabilität zur Folge.
Das Metallpulver, das mit dem Isolator beschichtet ist, wird einer Form zugeführt und mit einem Pressdruck von beispielsweise 6 t/cm² bis 13 t/cm² verdichtet. Ist der Pressdruck geringer als 6 t/cm², ist die Verdichtungsdichte der Pulverkerns extrem gering, und somit besteht das Problem, dass eine gewünschte Festigkeit nicht erreicht werden kann. Wenn im Gegensatz dazu der Pressdruck mehr als 13 t/cm² beträgt, ist die Kraft, die auf eine Presse oder die Form ausgeübt wird groß, und somit besteht ein Problem hinsichtlich des Anstiegs der Herstellungskosten. Bei diesem Schritt müssen die Form oder das Pulver nicht erwärmt werden (Kaltpressen) und können auf 50°C bis 150°C (Heißpressen) im Hinblick auf die Erhöhung der Schmierfähigkeit eines Schmiermittels erwärmt werden, das in geeigneter Weise zugesetzt wird.
Der Pulverkern 1, den man durch Verdichten erhält, muss nicht eine einfache Form, wie etwa ein einfacher rechteckiger parallelflacher oder kurzer Zylinder sein, sondern hat eine komplizierte Form und ist ein kurzer Zylinder, der ein zentriertes Durchgangsloch 2 und eine ringförmige Ausnehmung 3 hat, die in einer seiner Oberflächen ausgebildet ist, wie es in 2(a) und 2(b) gezeigt ist. Der Pulverkern 1 wird mit zwei Formen (einer ersten Form und einer zweiten Form) ausgebildet, die einander zugewandt sind. Wie es in 3 gezeigt ist, hat wenigstens eine der Formen eine abgestufte Gestalt, die einen Vorsprung aufweist, der der Ausnehmung 3 entspricht, wie es in 3 gezeigt ist, oder besteht aus einer Vielzahl (drei) separaten Teilen, die der Ausnehmung 3 entsprechen, wie es in 4 gezeigt ist. Insbesondere besteht die stufenförmige Form, die in 3 gezeigt ist, aus einem oberen Stempel 30 (erste Form) 30 und einem unteren Stempel 31 (zweite Form). Der obere Stempel 30 und der untere Stempel 31 sind beide achsensymmetrisch und einstückig. Die untere Form 31 umfasst einen konvexen Abschnitt 32, der der Ausnehmung 3 des Pulverkerns 1 entspricht. Der getrennte Typ der Form, die in 4 gezeigt ist, besteht aus einem oberen Stempel (erste Form) 40 und einem unteren Stempel (zweite Form) 41. Der obere Stempel 40 ist asymmetrisch und einstückig. Der untere Stempel 41 besteht aus drei separaten Formen 41a, 41b und 41c, die achsensymmetrisch sind. Die drei separaten Formen 41a, 41b und 41c sind achsensymmetrisch. Die separate Form 41b des unteren Stempels 41 umfasst einen konvexen Abschnitt 42, der der Ausnehmung 3 des Pulverkerns 3 entspricht. Bei dem separaten Typ der Form, die in 4 gezeigt ist, kann die Anzahl separater Teile beispielsweise zwei, ähnlich einer Art sein, bei der die separate Form 41a und die separate Form 41b zu einer Form kombiniert werden.
Die Größe des Pulverkerns 1, der in 2(a) gezeigt ist, variiert in Abhängigkeit der Verwendung. Der Pulverkern 1 hat beispielsweise einen Durchmesser von 20 mm und eine Höhe von 12 mm.
Die Dichte (Gründichte) des Pulverkerns 1 ist geringer als jene herkömmlicher Produkte. Die Dichte desselben beträgt normalerweise 7,0 g/cm³ bis 7,6 g/cm³, vorzugsweise 7,2 g/cm³ bis 7,5 g/cm³ und insbesondere 7,25 g/cm³ bis 7,45 g/cm³. Der Pressdruck oder dergleichen ist derart eingestellt, dass die Dichte innerhalb des oben erwähnten Bereiches liegt. Wenn die Gründichte zwischen 7,0 g/cm³ und 7,6 g/cm³ liegt, kann die Massenproduzierbarkeit des Pulverkerns im Zusammenhang mit der Anwendung des Schleifens als zerspanende Nachbearbeitung deutlich erhöht werden, wobei ein hoher Durchsatz von beispielsweise wenigstens 300 Stück/h, wenigstens 600 Stück/h oder wenigstens 900 Stück/h erzielt werden kann.
[Wärmebehandlung]
Der Pulverkern 1, der durch Verdichten in Schritt S1 ausgebildet wird, wird anschließend in Schritt S2 wärmebehandelt. Bei der Wärmebehandlung wird die Restspannung, die während des Entfettens des Schmiermittels, das für die Verdichtung verwendet wird, oder während des Verdichtens hervorgerufen wird, beseitigt, wobei die Wirkung einer erhöhten Materialfestigkeit erwartet werden kann. Der Wärmebehandlung wird derart ausgeführt, dass der Pulverkern 1 bei einer Temperatur von 300°C bis 600°C für wenigstens zehn Minuten in Luft oder einer Stickstoffatmosphäre kalziniert wird. Ist die Kalziniertemperatur geringer als 300°C, kann das Schmiermittel, das mit dem Metallpulver vor dem Verdichten gemischt wurde, möglicherweise in dem Pulverkern zurückbleiben, wodurch sich die Festigkeit des Pulverkerns möglicherweise verringern kann. Ist im Gegensatz dazu die Kalziniertemperatur höher als 600°C, werden die Isolierfilme, die das Metallpulver bedecken, thermisch zerlegt, wodurch möglicherweise ein dielektrischer Zusammenbruch verursacht werden kann. Die Kalziniertemperatur liegt vorzugsweise zwischen 400°C und 550°C. Die Kalziniertemperatur beträgt vorzugsweise 20 bis 60 Minuten.
[Zerspanende Nachbearbeitung]
Der Pulverkern 1, der in Schritt S2 wärmebehandelt wurde, wird anschließend in Schritt S3 zerspanend nachbearbeitet. Bei dieser Ausführungsform wird die zerspanende Nachbearbeitung mit Hilfe eines Schleifrades 10 ausgeführt, das in 5(a) bis 6 dargestellt ist. Das Schleifrad 10 ist schalenförmig, hat eine Ausnehmung 11, die in dessen Oberfläche ausgebildet ist, und umfasst einen Schleifsteinabschnitt 13, der sich am Rand 12 der Oberfläche befindet, die die Ausnehmung 11 hat. Der Schleifsteinabschnitt 13 umfasst Schleifkörner und ein Bindemittel, das die Schleifkörner bindet. Die verwendeten Schleifkörner sind vorzugsweise beispielsweise Diamantpartikel oder Partikel kubischen Bornitrids (cBN) angesichts der Festigkeit und der Tatsache, dass die Morphologie von Schleifsteinen nicht zerstört werden soll. Die verwendeten Schleifkörner können jene sein, die durch Hinzufügen feiner Diamantpartikel, feiner cBN-Partikel, einer geringen Menge von WA (weißes Aluminiumoxid) und/oder einer geringen Menge von GC (grünes Siliziumkarbid) zu den Diamantpartikeln oder den Partikeln kubischen Bornitrids (cBN) in der Hoffnung ausgebildet sind, die Verfestigungswirkung des Bindemittels zu erzielen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Größe der Schleifkörner, die in dem Schleifsteinabschnitt 13 enthalten sind, nicht speziell festgelegt, wobei die Schleifkörner vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 25 μm bis 88 μm, im besonderen 30 μm bis 62 μm und bestenfalls 44 μm bis 53 μm haben. Die Schleifkörnung der Schleifsteine kann als die Größe der Schleifkörner definiert sein. Die Schleifkörnung #170–200 entspricht einem mittleren Durchmesser von 88 μm, die Schleifkörnung #200–230 entspricht einem mittleren Durchmesser von 74 μm, die Schleifkörnung #230–270 entspricht einem mittleren Durchmesser von 62 μm, die Schleifkörnung #270–325 entspricht einem mittleren Durchmesser von 53 μm, die Schleifkörnung #325–400 entspricht einem mittleren Durchmesser von 44 μm, die Schleifkörnung #500 entspricht einem mittleren Durchmesser von 30 μm bis 36 μm und die Schleifkörnung #600 entspricht einem mittleren Durchmesser von 25 bis 35 μm. Somit entspricht ein mittlerer Durchmesser von 25 μm bis 62 μm der Schleifkörnung #270–600.
Ist der mittlere Durchmesser geringer als 25 μm, setzt sich der Schleifstein mit Wahrscheinlichkeit zu und muss daher häufig abgerichtet werden (Abrichten). Dies ist bei der Massenproduktion nicht praktikabel, da die Zeit, die für die zerspanende Bearbeitung notwendig ist, sichergestellt werden muss, indem die Zeit für das Abrichten oder die Zuführrate verringert werden. Ist im Gegensatz dazu der mittlere Durchmesser größer als 88 μm, besteht ein Problem darin, dass die Rauhigkeit einer zerspanend bearbeiteten Oberfläche groß ist und somit eine gute Qualität nicht erreicht werden kann.
Wie es in 6 gezeigt ist, hat eine Schleiffläche 13a des Schleifsteinabschnittes 13 Rillenabschnitte 14, die sich zu dem Außenrand des Schleifsteinabschnittes 13 erstrecken, der ringförmig ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Rillenabschnitte 14 vier, wobei die Rillenabschnitte 14 in gleichen Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Ausbildung der Rillenabschnitte 14 gestattet es, dass der Schleifstaub, der während des Schleifens erzeugt wird, auf einfache Art und Weise nach außen abgeführt werden kann; somit kann verhindert werden, dass eine zerspanend bearbeitete Oberfläche des Pulverkerns infolge des Schleifstaubes ausbricht oder beschädigt wird. Weiterhin kann eine Verringerung der Schleifwirkung der Schleifoberfläche 13a des Schleifsteinabschnittes 13 infolge des Zusetzens verhindert werden. Die Breite der Rillenabschnitte 14 kann unter Berücksichtigung der Schleifwirkung oder der Abführwirkung des Schleifstaubes gewählt werden und kann beispielsweise in einem Bereich von 0,05% bis 1,00% des effektiven äußersten Umfangs der Schleifsteinabschnittes 13 des Schleifrades 10 gewählt werden. In einem Fall, bei dem die Rillenabschnitte, die eine Breite von 3 mm haben, in dem Schleifrad ausgebildet sind, das einen Durchmesser φ von 305 mm hat, haben die Rillenabschnitte etwa 0,3% des effektiven äußersten Umfangs des Schleifsteinabschnittes 13.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Schleifen mit Hilfe des Schleifrades als zerspanende Nachbearbeitung des Pulverkerns anstelle des Schleifens mit einer Schneide angewendet. Um zu verhindern, dass magnetische Eigenschaften infolge der magnetischen Anisotropie, die bei einer zerspanend bearbeiteten Oberfläche hervorgerufen wird, verringert werden, wird das Schleifen derart ausgeführt, dass sowohl der Pulverkern, der ein Werkstück ist, als auch das Schleifrad gedreht werden.
7(a) und 7(b) sind Darstellungen, die die Beziehung zwischen der Position des Pulverkernes und der Position des Schleifrades während des Schleifens zeigen. Wenn der Pulverkern eine kurze zylindrische Form und das Schleifrad eine scheibenförmig Gestalt hat, gibt es unterschiedliche mögliche Modelle für die Beziehung zwischen beiden, abhängig davon, wo die zerspanend bearbeitete Oberfläche des Pulverkerns und eine Schleiffläche des Schleifrades angeordnet sind. Beispiele der Modelle umfassen den Fall, bei dem eine flache Oberfläche des Pulverkerns mit einer flachen Oberfläche des Schleifrades geschliffen wird, den Fall, bei dem eine Formstirnfläche oberflächlich geschliffen wird (7(a)) und den Fall, bei dem eine flache Oberfläche des Pulverkerns mit einer gekrümmten Oberfläche des Schleifrades (7(b)) geschliffen wird. In jedem Fall wird das Schleifen derart ausgeführt, dass sowohl der Pulverkern als auch das Schleifrad gedreht werden. Unter Bezugnahme auf 7(a) sind die Drehachse des Pulverkerns und die des Schleifrades parallel zueinander. Unter Bezugnahme auf 7(b) sind die Achse des Pulverkerns und jene des Schleifrades senkrecht zueinander. In dem Fall, der in 7(a) gezeigt ist, wird das sich drehende Schleifrad derart nach unten bewegt, dass es eine flache Oberfläche des geschliffenen Pulverkerns berührt und dessen flache Oberfläche geschliffen wird. In 7(a) und 7(b) ist eine Drehrichtung, die mit einem Pfeil dargestellt ist, lediglich beispielhaft. Beispielsweise können in dem Fall, der in 7(a) gezeigt ist, die Drehachse des Pulverkerns und jene des Schleifrades einander entgegengesetzt sein.
Da das Schleifen derart ausgeführt wird, dass sowohl der Pulverkern, der ein Werkstück ist, als auch das Schleifrad gedreht werden, können isotrope Zerspanungsspuren (Werkzeugspuren), wie etwa achsensymmetrische, konzentrische oder radiale Spuren auf der zerspanend bearbeiteten (geschliffenen) Oberfläche zurückbleiben. Das heißt, im Gegensatz zu unidirektionalen Zerspanungsspuren (anisotrope Zerspanungsspuren), die durch herkömmliches Oberflächenschleifen ausgebildet werden, bei dem eine gekrümmte Oberfläche eines sich drehenden Schleifsteines gegen ein Werkstück gedrückt wird, können die isotropen Zerspanungsspuren ausgebildet werden; somit wird keine magnetische Anisotropie in der zerspanend bearbeiteten Oberfläche des Pulverkerns hervorgerufen. Infolgedessen können magnetische Eigenschaften der Produkte verbessert werden.
Wenn der Durchmesser des Schleifrades ausreichend größer ist als jene des Pulverkerns, werden im wesentlichen lineare Zerspanungsspuren isotrop in die zerspanend bearbeitete Oberfläche des Pulverkerns eingraviert (siehe 12 unten). Ist der Durchmesser des Schleifrades nicht sehr viel größer als der Pulverkern, werden bogenförmige Zerspanungsspuren isotrop in die zerspanend bearbeitete Oberfläche des Pulverkerns eingraviert (siehe 11 unten). Solange Zerspanungsspuren isotrop eingraviert werden, sind beliebige dieser Fälle zulässig.
Die Drehzahl des Pulverkerns 1 ist nicht speziell festgelegt und kann in einem Bereich von etwa 150 U/min bis 1.500 U/min liegen. Ist die Drehzahl geringer als 150 U/min, nimmt die Belastung bei der Zerspanungsbearbeitung zu und bricht die zerspanend bearbeitete Oberfläche aus oder wird verzogen. Ist im Gegensatz dazu die Drehzahl hoch, verringert sich die Belastung bei der Zerspanungsbearbeitung, wobei der Vorteil besteht, dass die Standzeit des Schleifrades zunimmt und die Eigenschaften der zerspanend bearbeiteten Oberfläche verbessert werden. Ist die Drehzahl größer als 1.500 U/min, tritt eine Vibration oder Klappern auf, wodurch die Genauigkeit der Zerspanungsbearbeitung möglicherweise verringert werden kann.
Die Drehzahl der Schleiffläche des Schleifrades 10 variiert in Abhängigkeit ihres Durchmessers, und somit ist eine Definition nach Umfangsgeschwindigkeit korrekter. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Umfangsgeschwindigkeit des Schleifrades 10 nicht speziell festgelegt und kann etwa 720 m/min bis zur maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeit desselben betragen. Ist die Umfangsgeschwindigkeit geringer als 720 m/min, wird die Schleifeffizienz verringert, wobei das Problem besteht, dass die Zerspanungsbearbeitung lange dauert.
Im allgemeinen kann die geometrische Genauigkeit, die die Größe, die Ebenheit, die Parallelität, die Kreisförmigkeit, die Zylindrizität und die Oberflächenrauhigkeit der zerspanend bearbeiteten Oberfläche in Bezug auf eine Bezugsebene beinhaltet, als Abmessungsgenauigkeit einer zerspanend bearbeiteten Oberfläche bezeichnet werden. Bei dieser Ausführungsform sind Ebenheit und Parallelität der zerspanend bearbeiteten Oberfläche vorzugsweise höchstens 50 μm, insbesondere höchstens 25 μm und bestenfalls höchstens 3 μm.
Beim Schleifen wird der Schleiffläche eine Schleiflösung zugeführt. Die Schleiflösung basiert auf Öl oder einer Emulsion. Bei dieser Ausführungsform ist die verwendete Schleiflösung wasserlöslich und umfasst einen Rostschutzbestandteil. Die Verwendung der Schleiflösung gestattet eine Rostschutzwirkung, die an dem Pulverkern hervorgerufen wird, ohne dass ein spezieller Rostschutz, wie etwa Ölen nötig ist, nachdem der Pulverkern, der auf Eisen basiert, zerspanend bearbeitet wurde. Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Schritte.
Der verwendete Rostschutzbestandteil kann ein wasserlöslicher Bestandteil sein, der nicht toxisch ist und keine Nebenwirkungen hat und normalerweise verwendet wird. Es können beispielsweise Diethanolamin und Triethanolamin verwendet werden. Die Konzentration von Diethanolamin und/oder Triethanolamin, die in der Schleiflösung enthalten sind, beträgt normalerweise etwa 0,3 bis 1,5 Massen-%. Es können Diethanolamin und/oder Triethanolamin enthalten sein. Der Gehalt von Diethanolamin und Triethanolamin in einer im Handel verfügbaren, unverdünnten Lösung beträgt etwa 15 bis 50 Massen-%, und somit erhält man eine gewünschte Konzentration, indem man die unverdünnte Lösung um das 30- bis 50-Fache verdünnt.
Für den Fall, dass die Schleiflösung verwendet wird, die den Rostschutzbestandteil, wie etwa Diethanolamin oder Triethanolamin, enthält und wasserlöslich ist, und der Pulverkern mit einer Waschflüssigkeit, die die Schleiflösung enthält, bei einem Waschschritt gewaschen wird, der unten beschrieben ist, kann eine Rostschutzschicht, die den Rostschutzbestandteil enthält, auf wenigstens einem Teil des Pulverkerns ausgebildet werden. Die Rostschutzschicht ermöglicht es, dass eine Korrosionsfestigkeit des Pulverkerns erhöht wird.
Das Schleifrad, das zum Schleifen verwendet wird, muss periodisch abgerichtet werden, weil sich das Schleifrad zusetzt und sich die Schleifkörner im Laufe der Verwendung abnutzen oder lösen. Als Hauptbestandteil eines Abrichtmittels, das für derartiges Abrichten verwendet wird, wird im allgemeinen weißes Aluminium verwendet, das dieselbe Körnung wie jene der Schleifkörner hat, oder ein Grad rauher ist als die Schleifkörner. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können andere Materialien, wie etwa grünes Siliziumkarbid, Diamant und kubisches Bornitrid hier verwendet werden. Der Hauptbestandteil des Abrichtmittels kann eine einzige Substanz oder ein Gemisch wenigstens zweier Typen von Substanzen sein. Die Partikelgröße des Abrichtmittels muss nicht dieselbe sein, wie die Körnung der Schleifkörner, wobei jene verwendet werden kann, die ein Grad feiner oder ein Grad gröber ist als die Schleifkörner. Die Partikelgröße des Abrichtmittels kann beispielsweise zwischen 18 μm und 105 μm liegen. Ist die Partikelgröße geringer als 18 μm, kann keine ausreichende Abrichtwirkung erzielt werden. Wenn im Gegensatz dazu die Partikelgröße größer als 105 μm ist, kann eine Schleiffläche des Schleifsteines, der zu der Zerspanung beiträgt, möglicherweise aufgerauht werden.
Das Intervall für das Abrichten (Abrichtintervall) variiert in Abhängigkeit der Materialien für den Pulverkern und die Schleifkörner oder der Zeit, die erforderlich ist, um einen einzelnen Pulverkern zu schleifen. Ein geringfügiges Abrichten (vorübergehendes Abrichten) kann ausgeführt werden, nachdem etwa wenigstens 150 (beispielsweise 300 bis 500) Pulverkerne nach einem vorherigen Abrichten zerspanend bearbeitet wurden. Ein umfassendes Abrichten (reguläres Abrichten) kann ausgeführt werden, nachdem etwa wenigstens 900 (wie etwa 1.500) Pulverkerne nach einem vorherigen Abrichten zerspanend bearbeitet wurden.
Es kann ein einziges Schleifrad verwendet werden, um einen einzigen Pulverkern oder eine Vielzahl (beispielsweise zwei) Pulverkerne zu schleifen.
[Entgraten]
Der Pulverkern 1, der in Schritt S3 zerspanend nachbearbeitet wird, wird anschließend in Schritt S4 entgratet. Eine verdichtete Oberfläche des Pulverkerns hat Grate (Formengrate) entsprechend den Berührungsflächen der Formenbauteile, und eine geschliffene Oberfläche desselben hat Grate (Zerpsanungsgrate), die durch Verschieben des Schleifrades verursacht werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Grate mit Hilfe einer Bürste entfernt, die aus einem Kunstharz besteht, das mit harten Schleifkörnern kombiniert ist. Die verwendeten harten Schleifkörner können beispielsweise weiße Aluminiumoxidpartikel oder grüne Siliziumkarbidpartikel sein.
[Entmagnetisieren]
Der Pulverkern 1, der in Schritt S4 entgratet wurde, wird anschließend in Schritt S5 entmagnetisiert. Das Entmagnetisieren kann gemäß allgemein üblicher Praxis ausgeführt werden. Der Pulverkern kann entmagnetisiert werden, indem er beispielsweise einem Wechselstrommagnetfeld ausgesetzt wird. Der Pulverkern wird vorzugsweise derart entmagnetisiert, dass er eine Remanenz von höchstens 5 mT hat.
[Waschen]
Der Pulverkern 1, der in Schritt S5 entmagnetisiert wurde, wird anschließend in Schritt S6 gewaschen. Im allgemeinen kann das Waschen unter Verwendung sauberen Wassers ausgeführt werden. Im Fall der Verwendung der wasserlöslichen Schleiflösung, die den Rostschutzbestandteil umfasst, während der zerspanenden Nachbearbeitung (Schleifen) in Schritt S3, wird vorzugsweise die Waschflüssigkeit verwendet, die die wasserlösliche Schleiflösung beinhaltet. In diesem Fall bleibt der Rostschutzbestandteil auf der Oberfläche des Pulverkerns zurück, wodurch eine Rostschutzwirkung an dem Pulverkern beispielsweise ohne speziellen Rostschutz, wie etwa Ölen, hervorgerufen werden kann. Das Waschen kann derart ausgeführt werden, dass die Waschflüssigkeit mit einem Ausgabedruck von beispielsweise 0,05 MPa bis 0,40 MPa, vorzugsweise 0,1 MPa bis 0,40 MPa und bestenfalls 0,20 MPa bis 0,30 MPa an dem Pulverkern angewendet wird. Ist der Ausgabedruck geringer als 0,05 MPa, können Späne oder Entgratungsstaub, die durch die Zerspanung oder bei dem Entgratungsschritt erzeugt werden, nicht ausgewaschen werden. Wenn im Gegensatz dazu der Ausgabedruck mehr als 0,40 MPa beträgt, muss das Werkstück befestigt werden, wodurch die Schritte komplizierter werden. Normalerweise wird die Waschflüssigkeit mit einem Ausgabedruck von etwa 0,25 MPa auf den Pulverkern aufgebracht.
Der gewaschene Pulverkern wird beispielsweise bei Raumtemperatur für etwa 30 Minuten getrocknet.
[Beispiele und Vergleichsbeispiele]
Beispiele eines Pulverkerns gemäß der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
[BEISPIEL 1]
Reines Eisenpulver, das mit einem Phosphat isolationsbeschichtet wurde und einen mittleren Durchmesser von 95 μm hat, wurde in eine Form gefüllt und mit Hilfe eines Druckstempels mit einer konkaven abgestuften Form bei einem Pressdruck von 8 t/cm² verdichtet, wodurch ein Pulverkern mit einer Form ausgebildet wurde, die in 2(a) gezeigt ist. Der Pulverkern hatte eine Gründichte von 7,30 g/cm³.
Der erzeugte Pulverkern wurde für zehn Minuten in einer Luftatmosphäre bei 500°C wärmebehandelt.
Anschließend wurde eine Oberfläche (in 2(a), die Oberseite) des Pulverkerns, der eine Ausnehmung hatte, mit Hilfe eines Schleifrades mit einer Form, die in 3 gezeigt ist, unter den folgenden Bedingungen geschliffen.
Schleifbedingungen

Schleifkörner des Schleifrades: Diamant
Durchschnittliche Größe der Schleifkörner: 44 μm
Außendurchmesser des Schleifrades: φ 60 mm
Umfangsgeschwindigkeit des Schleifrades: 1.800 m/min
Schlitzbreite des Schleifsteins: 0,3% des effektiven äußersten Umfangs
Schleifkörner des Schleifsteinabrichtmittels: weißes Aluminiumoxid
Durchschnittliche Partikelgröße des Schleifsteinabrichtmittels: 44 μm
Drehzahl des Pulverkerns: 250 U/min
Schleifverfahren: Formstirnseiten-Oberflächenschleifen (siehe 7(a))
Schleifzeit: fünf Sekunden
Schleiflösung: wasserlösliche Schleiflösung, die 1,0 Massen-% Diethanolamin enthält

Bei Beispiel 1 wurden drei Pulverkerne bearbeitet. 11 zeigt eine Schleiffläche eines der Pulverkerne.
[BEISPIEL 2]
Reines Eisenpulver, das mit einem Phosphat isolationsbeschichtet wurde und einen mittleren Durchmesser von 85 μm hat, wurde in eine Form gefüllt und mit Hilfe eines Druckstempels mit einer konkaven mehrfach abgestuften Form bei einem Pressdruck von 12 t/cm² verdichtet, wodurch ein Pulverkern mit einer Form ausgebildet wurde, die in 2(a) gezeigt ist. Der Pulverkern hatte eine Gründichte von 7,45 g/cm³.
Der erzeugte Pulverkern wurde für 60 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre bei 420°C wärmebehandelt.
Anschließend wurde eine Oberfläche (in 2(a), die Oberseite) des Pulverkerns, der eine Ausnehmung hatte, mit Hilfe eines Schleifrades mit einer Form, die in 5(a) und 5(b) gezeigt ist, unter den folgenden Bedingungen geschliffen.
Schleifbedingungen

Außendurchmesser des Schleifrades: φ 305 mm
Schleifkörner des Schleifrades: cBN
Durchschnittliche Größe der Schleifkörner: 53 μm
Umfangsgeschwindigkeit des Schleifrades: 2.000 m/min
Schlitzbreite des Schleifsteins: 0,3% des effektiven äußersten Umfangs
Schleifkörner des Schleifsteinabrichtmittels: weißes Aluminiumoxid
Durchschnittliche Partikelgröße des Schleifsteinabrichtmittels: 53 μm
Drehzahl des Pulverkerns: 450 U/min
Schleifverfahren: Formstirnseiten-Oberflächenschleifen (siehe 7(a))
Schleifzeit: fünf Sekunden
Schleiflösung: wasserlösliche Schleiflösung, die 1,0 Massen-% Diethanolamin enthält

In Beispiel 2 wurden zwei Pulverkerne bearbeitet. 12 zeigt eine Schleiffläche eines der Pulverkerne.
[VERGLEICHSBEISPIEL 1]
Ein Pulverkern wurde im wesentlichen in derselben Art und Weise bearbeitet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass der Pulverkern nicht gedreht wurde. 13 zeigt eine Schleifoberfläche des Pulverkerns, der in Vergleichsbeispiel 1 bearbeitet wurde.
Für die Schleifoberfläche
Da bei dem Vergleichsbeispiel der Pulverkern in einem Zustand geschliffen wird, in dem der Pulverkern nicht gedreht wird, sondern feststeht, hat die Schleifoberfläche anisotrope Zerspanungsspuren, die sich im wesentlichen in einer Richtung erstrecken, wie es in 13 gezeigt ist. Bei Beispiel 1 oder 2 verlaufen die Zerspanungsspuren konzentrisch oder radial, wie es in 11 bzw. 12 gezeigt ist, d. h. es sind achsensymmetrische isotrope Zerspanungsspuren vorhanden. Bei Beispiel 1 ist der Durchmesser des Schleifrades nicht sehr viel kleiner als jeder Pulverkern, weshalb Zerspanungsspuren in die Schleifoberfläche des Pulverkerns isotrop eingraviert werden. Bei Beispiel 2 ist der Durchmesser des Schleifrades ausreichend geringer als jeder Pulverkern, weshalb im wesentlichen lineare Zerspanungsspuren isotrop in die Schleifoberfläche des Pulverkerns eingraviert werden.
Messung der magnetischen Anziehungskraft
Nachdem jeder gefertigte Pulverkern mit Hilfe der oben erwähnten Bürste entgratet (Schritt S4), entmagnetisiert (Schritt S5) und anschließend gewaschen wurde (Schritt S6), wurde dessen Schleifoberfläche hinsichtlich magnetischer Eigenschaften mit einer Vorrichtung geprüft, die in 8 gezeigt ist. Der gefertigte Pulverkern 1 wurde als Stator verwendet, eine Spule 25 (die Wicklungszahl der Spule betrug 36) in der Ausnehmung angeordnet und die Spule 25 mit einer Stromversorgung verbunden. Ein Schaft 21 eines Ankers 20, der in 9 gezeigt ist, wurde in ein Durchgangsloch des Pulverkerns 1 derart eingefügt, dass die Rückseite einer Platte 22 auf der Schleifoberfläche des Pulverkernes 1 ruhte. Die Platte 22 des Ankers 20 bestand aus Fe-Si (einem magnetischen Material), und der Schaft 21 desselben war aus Edelstahl (ein nicht magnetisches Material) gefertigt. Die Aufwärtsbewegung des Pulverkerns 1 war mit einer Anschlagplatte 28 beschränkt.
Eine Kraftmessdose 26 wurde unter einer Stirnfläche des Schaftes 21 des Ankers 20 derart angeordnet, dass sie von dessen Stirnfläche geringfügig beabstandet war. Eine Z-Achsen-Bühne 27, auf der die Kraftmessdose 26 ruhte, war nach oben und unten beweglich.
Ein Strom von 1 A wurde von der Stromquelle zugeführt. Die Zufuhr dieses Stromes magnetisierte den Pulverkern derart, dass eine magnetische Anziehungskraft auf dessen Schleifoberfläche erzeugt wurde. Die aus einem magnetischen Material bestehende Platte 22 des Ankers wurde durch die magnetische Anziehungskraft auf die Schleiffläche gezogen. In diesem Zustand wurde die Z-Achsen-Bühne 27 allmählich angehoben und die Kraft gemessen, die auf die Kraftmessdose 26 wirkte. Die maximal einwirkende Kraft, wenn die Platte 22 des Ankers 20 von der Schleiffläche des Pulverkerns getrennt wurde, wurde als Anziehungskraft definiert. Die Beziehung zwischen der Zeit seit dem Beginn des Anhebens der Kraftmessdose 26 und der magnetischen Anziehungskraft ist im wesentlichen so, wie sie in 10 gezeigt ist. Die Messung der magnetischen Anziehungskraft beginnt bei Punkt a, bei dem die Kraftmessdose 26 mit der Stirnfläche des Schaftes 21 des Ankers 20 in Anlage ist, wobei eine Messung derselben mit dem Anheben der Kraftmessdose 26 ansteigt, ihren Spitzenwert an Punkt b hat, an dem die Platte 22 des Ankers 20 von der Schleiffläche des Pulverkerns getrennt wird, und dann allmählich auf null abnimmt.

Dieser Versuch wurde dreimal für jeden Pulverkern durchgeführt und der Durchschnittswert ermittelt. Der Pulverkern wurde anhand des Durchschnittswertes bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

	Messung der Anziehungskraft (V)				Bewertung
	Rohdaten			Durchschn.
Beispiel 1 (Isotrope Zerspanung) (Schleifstein geringen Durchmessers)	3,385	3,225	3,985	3,5	gut
	3,145	3,425	2,946	3,2	gut
	2,906	3,983	4,501	3,8	gut
Beispiel 2 (Isotrope Zerspanung) (Schleifstein großen Durchmessers)	3,783	3,185	3,584	3,5	gut
	2,826	3,823	3,983	3,5	gut
Vergleichsbeispiel 1 (Anisotrope Zerspanung)	3,151	2,593	2,792	2,8	schlecht

Die Anziehungskraft, die in den Vorgaben verlangt ist, beträgt 3,0 V. Beispiel 1 und 2 erfüllen diese Vorgabe. Vergleichsbeispiel 1 kann diese Vorgabe jedoch nicht erfüllen. Sie zeigt, dass die magnetischen Eigenschaften einer geschliffenen Oberfläche durch ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden können, bei der das Schleifen derart ausgeführt wird, dass sowohl der Pulverkern als auch das Schleifrad gedreht werden.
Der Index ”3 V” für die Bewertung basiert auf der Tatsache, dass man als Ergebnis der Berechnung der Flussdichte und der magnetischen Durchlässigkeit, die man durch Bewerten ringförmiger Prüfstücke erhält, die unter denselben Bedingungen wie jene gefertigt wurden, die in Beispiel 1 beschrieben wurden, vorzugsweise einen Wert von wenigstens 3 V erhält.
[BEISPIEL 3]
Ein Pulverkern, den man in Beispiel 1 erhält, wurde mit Hilfe der oben erwähnten Bürste entgratet (Schritt S4), entmagnetisiert (Schritt S5) und anschließend mit einer Waschflüssigkeit gewaschen, die eine Schleiflösung enthielt, die während des Schleifens (Schritt S6) verwendet wurde.
Der gefertigte Pulverkern wies beispielsweise ohne einen speziellen Rostschutz, wie etwa Ölen, keinen Rost auf, nachdem der Pulverkern für ein Jahr einer Luftatmosphäre ausgesetzt worden war, da ein Rostschutzbestandteil, der in der Waschflüssigkeit enthalten war, auf der Oberfläche des Pulverkerns zurückblieb.
[VERGLEICHSBEISPIEL 2]
Ein Pulverkern, den man in Beispiel 1 erhält, wurde mit Hilfe der oben erwähnten Bürste (Schritt S4) entgratet, entmagnetisiert (Schritt S5) und anschließend mit herkömmlichem sauberem Wasser gewaschen, das keine Schleiflösung enthielt, die während des Schleifens verwendet wird (Schritt S6).
Der gefertigte Schleifkern wies, wie es durch visuelle Untersuchung ausreichend bestätigt wurde, Rost auf, nachdem der Pulverkern für zwei Tage in einer Luftatmosphäre belassen worden war, da ein Rostschutzbestandteil, der an der Oberfläche des Pulverkerns haftete, mit dem Wasser ausgewaschen wurde.
[BEISPIEL 4]
Reines Eisenpulver, das mit einem Phosphat isolationsbeschichtet wurde und einen mittleren Durchmesser von 250 μm hatte, wurde in eine Form gefüllt und mit Hilfe eines Druckstempels mit einem konkaven mehrfach abgestuften Druckstempel bei einem Pressdruck von 8 t/cm² verdichtet, wodurch ein Pulverkern mit einer Form ausgebildet wurde, die in 2(a) gezeigt ist. Der Pulverkern hatte eine Gründichte von 7,50 g/cm³.
Der erzeugte Pulverkern wurde für 120 Minuten in einer Luftatmosphäre bei 300°C wärmebehandelt.
Anschließend wurde eine Oberfläche (in 2(a), die Oberseite) des Pulverkerns, der eine Ausnehmung hatte, mit Hilfe eines Schleifrades mit einer Form, die in 5(a) und 5(b) gezeigt ist, unter den folgenden Bedingungen geschliffen.
Schleifbedingungen

Außendurchmesser des Schleifrades: φ 305 mm
Schleifkörner des Schleifrades: cBN
Durchschnittliche Größe der Schleifkörner: 88 μm
Umfangsgeschwindigkeit des Schleifrades: 1.500 m/min
Schleifkörner des Schleifsteinabrichtmittels: grünes Siliziumkarbid
Durchschnittliche Partikelgröße des Schleifsteinabrichtmittels: 105 μm
Drehzahl des Pulverkerns: 600 U/min
Schleifverfahren: Formstirnseiten-Oberflächenschleifen (siehe 7(a))
Schleifzeit: fünf Sekunden
Schleiflösung: wasserlösliche Schleiflösung, die 0,3 Massen-% Diethanolamin enthält

Bei Beispiel 4 wurden zwei Pulverkerne bearbeitet. 12 zeigt eine Schleiffläche eines der Pulverkerne.
Nachdem sie für ein Jahr in einer Atmosphäre grünen Siliziumkarbids belassen wurde, wiesen die Pulverkerne keinen Rost auf.
[BEISPIEL 5]
Reines Eisenpulver, das mit einem Phosphat isolationsbeschichtet wurde und einen mittleren Durchmesser von 100 μm hat, wurde in eine Form gefüllt und mit Hilfe eines Druckstempels mit einer konkaven dreifach abgestuften Form bei einem Pressdruck von 8 t/cm² bis 9 t/cm² bei einem Durchsatz von 600 Stück pro Stunde verdichtet, wodurch 10.000 Pulverkerne mit einer Form ausgebildet wurden, die in 2(a) gezeigt ist. Die Pulverkerne hatten eine Gründichte von 7,35 g/cm³ bis 7,45 g/cm³.
Jeder erzeugte Pulverkern wurde für 30 Minuten in einer Luftatmosphäre bei 450°C wärmebehandelt.
Anschließend wurde eine Oberfläche (in 2(a), die Oberseite) des Pulverkerns, der eine Ausnehmung hatte, mit Hilfe eines Schleifrades mit einer Form, die in 5(a) und 5(b) gezeigt ist, unter den folgenden Bedingungen geschliffen.
Schleifbedingungen

Außendurchmesser des Schleifrades: φ 305 mm
Schleifkörner des Schleifrades: cBN
Durchschnittliche Größe der Schleifkörner: 53 μm
Umfangsgeschwindigkeit des Schleifrades: 2.000 m/min
Schleifkörner des Schleifsteinabrichtmittels: weißes Aluminiumoxid
Durchschnittliche Partikelgröße des Schleifsteinabrichtmittels: 62 μm
Schlitzbreite des Schleifsteins: 0,5% des effektiven äußersten Umfangs
Drehzahl des Pulverkerns: 550 U/min
Schleifverfahren: Formstirnseiten-Oberflächenschleifen (siehe 7(a))
Schleifzeit: zwei Sekunden
Schleiflösung: wasserlösliche Schleiflösung, die 1 Massen-% Diethanolamin enthält

12 zeigt eine Schleifoberfläche des gefertigten Pulverkerns.
Die gefertigten Pulverkerne wurden hinsichtlich der Zerspanungsgenauigkeit gemessen. Der durchschnittliche Fehler der Längengenauigkeit betrug 1,0 μm, und die Abmessungsabweichung war 5,0 μm. Die Ebenheit betrug 1,1 μm und die Abmessungsabweichung war 0,3 μm.
Anschließend wurden die Pulverkerne mit Hilfe einer Bürste entgratet, die aus einem Kunstharz, wie etwa Nylon, besteht, das mit harten Schleifkörnern kombiniert ist, die aus grünem Siliziumkarbid bestehen (Schritt S4), entmagnetisiert, indem sie einem Wechselstrommagnetfeld ausgesetzt wurden (Schritt S5), und dann mit einer Waschflüssigkeit, die eine Schleiflösung enthält, die während des Schleifens verwendet wird, bei einem Ausgabedruck von 0,05 MPa gewaschen (Schritt S6).
Die erzeugten Pulverkerne hatten eine Remanenz von höchstens 5 mT und wiesen beispielsweise ohne eines speziellen Rostschutzes, wie etwa Ölen, keinen Rost auf, nachdem die Kerne für ein Jahr in einer Luftatmosphäre belassen worden waren, da ein Rostschutzbestandteil, der in der Waschflüssigkeit enthalten war, auf der Oberfläche jedes Pulverkerns zurückblieb.
Weiterhin wurden 30 der Pulverkerne hinsichtlich der magnetischen Anziehungskraft zufallsartig gemessen, was zu 3,1 V bis 4,0 V führte und somit die Eigenschaften erfüllt.
[BEISPIELE 6 BIS 12]
Pulverkerne wurden unter den Bedingungen bearbeitet, wie sie in den folgenden Tabellen 2 und 3 gezeigt sind, und anschließend auf magnetische Anziehungskraft und eine Rostschutzwirkung geprüft, nachdem sie für ein Jahr in einer Luftatmosphäre belassen worden waren. [Tabelle 2]
[Tabelle 3]
Ein Pulverkern, den man mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhält, kann zu einem Spulenbauteil durch Wickeln beispielsweise eines Kupferdrahtes um den Pulverkern ausgebildet werden. In diesem Fall kann ein isolierender Isolator zum Wickeln verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Pulverkern
2: Durchgangsloch
3: Ausnehmung
10: Schleifrad
11: Ausnehmung
12: Umfang
13: Schleifsteinabschnitt
13a: Schleifoberfläche
14: Rillenabschnitte

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Pulverkerns, umfassend: einen Schritt des Verdichtens eines isolationsbeschichteten reinen Eisenpulvers oder eines Legierungspulvers auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, unter Verwendung einer Form, um den Pulverkern zu erhalten; einen Schritt des Wärmebehandelns des erzeugten Pulverkerns und einen Schritt des zerspanenden Nachbearbeitens wenigstens eines Abschnittes des wärmebehandelten Pulverkerns mit Hilfe eines Schleifrades, wobei der Schritt des zerspanenden Nachbearbeitens ein Schritt des Ausführens des Schleifens derart ist, dass der Pulverkern und das Schleifrad gedreht werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Form eine erste Form und eine zweite Form umfasst, die einander zugewandt sind, wobei wenigstens eine der ersten Form und der zweiten Form eine abgestufte Gestalt aufweist, die einen konvexen Abschnitt und/oder einen konkaven Abschnitt oder eine Form hat, bei der eine Vielzahl abgestufter Abschnitte voneinander getrennt sind, und der durch Verdichten erzeugte Pulverkern eine Dichte von 7,0 g/cm³ bis 7,6 g/cm³ hat.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Drehzahl des Pulverkerns zwischen 150 U/min und 1.500 U/min liegt und das Schleifrad mit einer Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens 720 m/min und nicht mehr als seiner maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Schleifrad Schleifkörner enthält, die einen mittleren Durchmesser von 25 μm bis 88 μm haben und aus Diamant oder kubischem Bornitrid bestehen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Schleifrad eine Schleiffläche hat, die zu der zerspanenden Bearbeitung beiträgt und wenigstens einen Rillenabschnitt aufweist, der sich zu dem Außenrand des Schleifrades erstreckt, und die Breite des Rillenabschnittes im Bereich von 0,05% bis 1,00% des effektiven äußersten Umfangs des Schleifrades liegt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend einen Schritt des Abrichtens des Schleifrades, wobei ein Hauptbestandteil eines Abrichtmittels, das für das Abrichten verwendet wird, wenigstens ein Mittel ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus weißem Aluminiumoxid, grünem Siliziumkarbid, Diamant und kubischem Bornitrid besteht, und das Abrichtmittel einen mittleren Durchmesser von 18 μm bis 105 μm hat.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem bei dem zerspanenden Nachbearbeitungsschritt eine wasserlösliche Schleiflösung, die 0,3 bis 1,5 Massen-% Diethanolamid und/oder Triethenanolamid enthält, verwendet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das reine Eisenpulver oder das Legierungspulver auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, einen mittleren Durchmesser von 60 μm bis 250 μm hat.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das reine Eisenpulver oder das Legierungspulver auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, bei einem Pressdruck von 6 t/cm² bis 13 t/cm² verdichtet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem bei dem Wärmebehandlungsschritt der Pulverkern bei einer Temperatur von 300°C bis 600°C für wenigstens zehn Minuten in Luft, einer Stickstoffatmosphäre oder einem Strom eines Gemisches derselben wärmebehandelt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin umfassend einen Schritt des Entfernens von Graten, die auf der Oberfläche des Pulverkerns während des Verdichtens oder der zerspanenden Nachbearbeitung ausgebildet werden, wobei die Grate mit Hilfe einer Bürste entfernt werden, die aus einem Kunstharz ausgebildet ist, das mit harten Schleifkörnern kombiniert ist, die aus weißem Aluminium oder grünem Siliziumkarbid bestehen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiterhin umfassend einen Schritt des Ausführens einer Entmagnetisierung nach dem Entfernen der Grate, so dass die Remanenz höchstens 5 mT beträgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend einen Schritt des Waschens des Pulverkerns mit einer Waschflüssigkeit, die die wasserlösliche Schleiflösung enthält, die während der zerspanenden Nachbearbeitung verwendet wird, bei einem Ausgabedruck von 0,05 MPa bis 0,40 MPa nach dem Entmagnetisieren.
Pulverkern, der durch Verdichten eines isolationsbeschichteten reinen Eisenpulvers oder eines Legierungspulvers auf Eisenbasis, das hauptsächlich Eisen enthält, mit Hilfe einer Form ausgebildet wird und eine zerspanend bearbeitete Oberfläche hat, die isotrope Zerspanungsspuren aufweist, die auf wenigstens einem Abschnitt derselben durch ein Schleifrad ausgebildet sind, wobei der Pulverkern eine abgestufte Form, die über einen konvexen Abschnitt oder einen konkaven Abschnitt verfügt, oder eine Form hat, bei der eine Vielzahl von abgestuften Abschnitten voneinander getrennt sind, wobei der Pulverkern eine Dichte von 7,0 g/cm³ bis 7,6 g/cm³ hat.
Pulverkern nach Anspruch 14, bei dem die Abmessungsgenauigkeit der Ebenheit und der Parallelität der zerspanend bearbeiteten Oberfläche höchstens 59 μm in Bezug auf den Zerspanungsfehler ist.
Pulverkern nach Anspruch 14 oder 15, umfassend wenigstens einen Abschnitt, der mit einer Rostschutzschicht überzogen ist, die Diethanolamin und/oder Triethanolamin umfasst, die ein Bestandteil einer wasserlöslichen Schleiflösung sind, die während des Schleifens infolge eines Schleifrades verwendet werden.
Spulenbauteil, das durch Wickeln eines Kupferdrahtes um einen Pulverkern ausgebildet wird, der mit einem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gefertigt wird.