JP2005020987A - 電磁部材の製造方法および電磁部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 導線の絶縁被覆を損傷することなくコアに導線を巻きつけたコイルを容易に形成できる電磁部材の製造方法および電磁部材を提供する。
【解決手段】 絶縁被覆を有する導線を巻回したコイルを準備する。次に、このコイルを筒状体に樹脂モールドして樹脂モールド体を形成する。この樹脂モールド体を金型内に配置し、樹脂モールド体の上下および内周に磁性粉末を充填して加圧することで、磁性粉末からなるコアと樹脂モールド体とを一体化したプレス体を得る。そして、プレス体における樹脂モールド体の樹脂を除去する。予め樹脂モールドされたコイルを磁性粉末と共に金型内で加圧成形することにより、モールド樹脂が導線の絶縁被覆と磁性粉末との直接接触を防ぎ、絶縁被覆が損傷することを防止する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電磁部材の製造方法および電磁部材に関するものである。特に、コアに絶縁被覆導線を巻き付けた電磁部材を得るのに際し、導線の絶縁被覆の損傷を抑制できる電磁部材の製造方法に関するものである。

近年、電気自動車や、バッテリとエンジンとを併用したハイブリッドカーの開発が進んでいる。このような自動車は、車両の駆動にモータを用いている。通常、そのモータは、回転するロータと、固定されたステータとで構成される。そして、ロータまたはステータにはコアに巻き付けられたコイルが用いられている。

一般に、コアには電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、その打ち抜き板を積層したものが用いられている。代表的には、複数のティースを有し、各ティース間にスロットを有するコアが用いられる。また、導線には金属線表面に絶縁被覆を形成したものが用いられている。この導線は、コアのティースの外周、つまりスロット内に巻回される。

その他、軟磁性材料粉末内にコイル巻き線を配置し、型により成形する技術も提案されている（例えば特許文献１）。

特開昭56-58764号公報

しかし、上記のモータコイルに関する技術では、コイルを構成する導線の絶縁被覆を損傷することがあるという問題があった。

電磁鋼板を積層したコアを用いる場合、電磁鋼板の打ち抜き板を用いる必要上、打ち抜き板にバリが生じ、そのバリにより導線の絶縁被覆が損傷されることがある。特に、電磁鋼板材の特性上、コアの断面を円形ではなく矩形にしており、その角部で導線が圧接されて絶縁被覆が傷付きやすい。その上、コアの断面が矩形のため、導線の長さが長くなると言う問題もあった。

また、コアを作製してから導線を巻き付けているため、コアに十分に導線を密着させギャップをなくして巻きつけることが難しく、コアのスロット断面積に対する金属線の断面積比率（占積率）を向上させることができない。特に、断面が円形の銅線を用いている場合、占積率の向上は難しく、従来の占積率の上限は60％程度とされている。

一方、特許文献１に記載の技術でも、軟磁性体粉末中に直接コイルが埋め込まれた状態で成形されるため、成形時の圧縮や金型からの抜き出し時に軟磁性体粉末とコイルとの間で摩擦が生じ、導線の絶縁被覆が損傷することがある。加えて、この構成では軟磁性体粉末中にコイルが埋設されているため、コイルで生成される磁力線がコア内で閉ループを形成するため、磁気回路として損失が大きい。

従って、本発明の主目的は、高い占積率の電磁部材を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、導線の絶縁被覆を損傷することなくコアに導線を巻きつけたコイルを容易に形成できる電磁部材の製造方法を提供することにある。

本発明は、金型内で磁性粉末とコイルを加圧成形する際、予め樹脂モールドしたコイルを用いることで上記の目的を達成する。

すなわち、本発明電磁部材の製造方法は、次の工程を有することを特徴とする。
絶縁被覆を有する導線を巻回したコイルを準備する工程。
このコイルを筒状体に樹脂モールドして樹脂モールド体を形成する工程。
この樹脂モールド体を金型内に配置し、樹脂モールド体の上下および内周に磁性粉末を充填して加圧することで、磁性粉末からなるコアと樹脂モールド体とを一体化したプレス体を得る工程。
プレス体における樹脂モールド体の樹脂を除去する工程。

このように、予め樹脂モールドされたコイルを磁性粉末と共に金型内で加圧成形することにより、モールド樹脂が導線の絶縁被覆と磁性粉末との直接接触を防ぎ、絶縁被覆が損傷することを防止できる。

また、樹脂モールド体と磁性粉末とを金型内で一体化してプレス体を成形するため、コアの断面形状を自由な形状、特に円形にすることも簡単であり、導線の絶縁被覆が損傷し難いコア形状を容易に実現できる。

さらに、コアを予め成形してから、その外周に導線を巻き付けるという煩雑な工程を経る必要もない。

一方、本発明電磁部材は、磁性粉末を加圧した圧粉磁心と、磁性粉末と共に加圧して圧分磁心に巻き付けられた状態に配される絶縁被覆導線とを有する電磁部材であって、この電磁部材の占積率が70％以上であることを特徴とする。

磁性粉末と共にコイル状の絶縁被覆導線を加圧することで、磁性粉末を圧粉磁心に成形し、かつ磁心と絶縁被覆導線のギャップ及び絶縁被覆導線同士のギャップを極小化でき、占積率を高めることができる。特に、従来60％程度であった占積率を70％以上にすることが可能である。

以下、本発明をより詳しく説明する。
〔コイル〕
＜導線＞
ここで用いる導線は、断面が円形、楕円形、角型、平角型など種々のものが利用できる。通常、導線は金属線上に絶縁被覆を施した構成である。金属線の材質としては、銅、アルミニウム、銀入り銅、ニッケルめっき銅などが好適である。絶縁被覆には、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、エステルイミド、アミドイミド、エポキシ樹脂などが利用される。さらに、導線は絶縁被覆に加えて融着層を有するものが好適である。融着層を具える導線をらせん状に巻回して加熱することで、各ターン間を一体化することができ、コイルの保形性を高めることができる。融着層の材質には、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂などが好適である。融着層を溶融するための加熱は、コイルを形成後、樹脂モールドする前に行えば良い。その他、各ターン間のばらけを防止するには、コイルを容易に剥離できるテープで複数のターンを仮止めすること等が挙げられる。

＜コイル形態＞
上記のような導線を用いて、らせん状のコイルを形成する。ここで言うらせん状には、軸方向から見た場合の形状が円形のものに限らず、楕円形や矩形のものも含まれる。また、導線の巻き方も整列巻き・乱巻きのいずれでも良い。例えば、平角型の導線を用いた場合、図22(A)、(B)に示すように、エッジワイズ巻きコイル、フラットワイズ巻きコイルのいずれも利用できる。エッジワイズ巻きコイルの場合、導線21の端末はコイルの上下端に引き出される。フラットワイズ巻きコイルの場合、平角導線を折り返して二重にしておき、折り返し端を内周側として導線を巻回することで導線21の両端末をコイルの外周に引き出すことができる。さらに、図22(C)に示すように、丸線による乱巻きコイルも利用できる。乱巻きコイルは導線21の巻回が容易で、端末をコイルの任意の位置から引き出すことができる。

〔樹脂モールド体〕
＜モールド樹脂＞
らせん状に形成したコイルは、その形態を保持するため、樹脂モールドされる。モールドに用いる樹脂としては、次の特性を有する樹脂が好適である。
(A)融点が低く、容易に溶解できる。
(B)溶融時の粘度が低く、コイルのターン間にも容易に回り込む。
(C)摩擦係数が小さく、プレス体を金型から容易に抜き出すことができる。
(D)プレス体成形時にコイルの絶縁被覆が磁性粉末との接触により損傷することを防止できる。
(E)プレス体成形後に容易に除去できる。

モールド樹脂の融点は、100℃以下が好適である。

樹脂の除去容易性については、プレス体成形後の樹脂温度において単にへらで掻き出せる程度の柔軟性を有するとか、ドライヤーの加熱で樹脂を溶融して除去できると言った条件を満たすことが好適である。

このモールド樹脂には、25℃において、JIS K 2235-5.4に規定される針入度が１以上の軟質樹脂と、針入度が１未満の硬質樹脂のいずれも利用できる。

軟質樹脂としては、炭化水素系ワックス、脂肪酸・高級アルコール系ワックス、アミド系ワックス、エステル系ワックスや金属せっけんなどが考えられる。軟質樹脂の具体例には、高級脂肪酸と高級1価アルコールとからなる固形エステル、鯨ロウ（パルミチン酸ヘキサデシル）、蜜ロウ（セロチン酸、パルミチン酸エステル類などの混合物）、シナロウ、石ロウ（パラフィン）、木ロウなどがあるが挙げられる。軟質樹脂の場合、プレス体を金型から抜き出すことが比較的容易にできる。但し、この抜き出しを一層容易にするため、樹脂モールド体の外周、つまり樹脂モールド体と金型との間にも磁性粉末を充填することが好ましい。樹脂モールド体の外周にも磁性粉末を充填することで、プレス体抜き出し時の摩擦力が摩擦面全体で均一化することができる。

硬質樹脂の場合、プレス体のサイズや磁性粉末の組成などにもよるが、プレス体を金型から抜き出す際に、コアにクラックが生じる場合がある。その場合、プレス体を得る工程において、樹脂モールド体の外周にも磁性粉末を充填することが望ましい。樹脂モールド体の外周にも磁性粉末を充填することで、金型からプレス体を抜き出す際にコアにクラックが生じることを抑制する。モールド体の外周に配される磁性粉末の厚さは、コアのクラックが抑制でき、かつ後工程で容易に突き破って除去できる程度とする。例えば、0.05〜1.0mm程度が好ましい。

さらに、モールドに用いる樹脂は、導線を構成する絶縁被覆と異なる材質とすることが好適である。それにより、後工程において、モールド樹脂をコイルから容易に除去することができる。

＜樹脂モールド体の構成＞
樹脂モールド体の形状は、コイル全体をモールド樹脂で埋め込むことができる筒状体とする。つまり、コイルの内周孔はモールド樹脂で充填するのではなく、この内周孔を残してモールドを行い、中空の筒状体に成形する。筒状体の断面形状は円形が好適であるが、矩形など非円形でも良い。

樹脂モールドする際、コイル内周側のモールド樹脂の厚みは薄くし、コイル外周側のモールド樹脂の厚みは厚くすることが好適である。コイル内周側のモールド樹脂の厚みを薄くすることで、後に樹脂モールド体の内周にコアを形成した際、コアとコイルとのクリアランスを実質的に無視できる程度とすることができる。樹脂モールド体の外径は、後工程でプレス体を成形する際の金型内径と実質的に同一若しくは樹脂モールド体の外周の磁性粉末の厚みを極力小さくすることが望ましい。この構成により、プレス体成形時にコイルの形状が乱れない。

また、樹脂モールド体は、その内周側の軸方向距離を外周側の軸方向距離よりも小さくすることが好ましい。加圧された際の収縮率は「モールド樹脂＞磁性粉末または導線」となっている場合がある。さらに、後述するように、プレス体を成形する際、突起部を有する上下パンチを用い、樹脂モールド体の内周に充填された磁性粉末を十分に加圧する場合がある。その場合、樹脂モールド体の内周部では軸方向に一層大きな加圧力が付加される。その場合でも、樹脂モールド体を、その両端面が平面の中空円筒状とすれば、コイルが配置されて樹脂量が相対的に少ない内周側は圧縮程度が少なく、コイルが存在せず相対的に樹脂量の多い外周側は圧縮程度が大きくなる。その結果、プレス体形成後の樹脂モールド体の形状は、外周側の軸方向距離が内周側の軸方向距離よりも小さく、相対的にコイルが軸方向に突出した形状となる。このような形状の樹脂モールド体を包含するプレス体は、コイルを構成する導線の端末を引き出し難いと言う問題を生じる。そこで、コイルが存在せず圧縮率が大きい樹脂モールド体の外周側を予め内周側よりも軸方向に突出させておくことで、プレス体成形後に、両端面がほぼ平面の樹脂モールド体となるようにし、導線端末の引き出し容易性を改善できる。

さらに、樹脂モールド体を形成する工程において、コイルを構成する導線の両端末を、コイルのターンよりも外周側に配置しておくことが好ましい。導線の両端末は、樹脂モールド体を成形した際、その内部に埋め込まれることになる。一方、例えば本発明方法で得られた電磁部材をモータコイルとして用いる場合、この端末は他のコイルの導線や電源側に結線するため引き出しておく必要がある。予め導線の両端末を、コイルのターンよりも外周側に配置しておけば、プレス体成形後にモールド樹脂を除去すれば、導線の端末が既に引き出された状態となっており、電源側などへの結線作業も容易に行うことができる。

＜モールド方法＞
この樹脂モールドは、コイル内周孔にはめ込まれる中子を有する金型にコイルを装填して樹脂を注入する成形方法が好ましい。この成形方法によれば、単に金型内に溶融樹脂を流し込んで硬化させるだけでよく、特別の製造設備を要することがない。

〔プレス体の成形〕
＜磁性粉末＞
磁性粉末は、磁性体の粉末であればすべて本発明に適用可能である。中でも、軟磁性体が好ましい。一般に、軟磁性体は、外部磁界によって磁化された後、外部磁場を取り去ると磁化を失って元の状態に戻る強磁性体のことである。通常、透磁率Bの大きな材料、言い換えれば抗磁力Hcの小さな材料が軟磁性体といえる。より具体的には、純鉄、鋼（Fe-N系、Fe-C系、Fe-P系）、Fe-Si系合金（ケイ素鉄）、Fe-Ni系合金（パーマロイ）、Fe-Mo-Ni系合金（スーパーマロイ）、Fe-Co系合金（パーメンジュール）、Fe-Al系合金（センダスト）、MnZnフェライトなどが挙げられる。特に、軟磁性体の粉末に絶縁薄膜をコーティングした磁性粉末が好ましい。このようなコーティングを持つ粉末を用いることで、得られた電磁部材の高周波域における鉄損を抑制し、磁束密度等の磁気特性を改善することができる。この絶縁薄膜は、酸化物を含む材料が好適である。より具体的には、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。

また、磁性粉末には潤滑剤を適量添加しても良い。潤滑剤の添加により、金型から一層容易にプレス体を抜き出すことができる。潤滑剤には、例えば、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸などが利用できる。潤滑剤の添加量は、磁性粉末との混合材料に対して0.15質量％以下が好適である。

さらに、磁性粉末にはバインダを適量添加しても良い。バインダを添加することで、プレス体の強度、特に高温下における曲げ強度を向上させることができる。このバインダには、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂もしくは非熱可塑性樹脂などが利用できる。

＜プレス体の成形方法＞
プレス体の成形は、金型内に上記樹脂モールド体と磁性粉末とを配置して、加圧することで行なう。例えば、円筒状の金型と、金型内孔にて上下動する上パンチと下パンチを用いることが好適である。金型の断面形状は円形に限らない。

プレス体の成形は、公知技術である温間成形法や金型潤滑法を用いることにより、プレス体の高密度化・占積率の向上が実現し、磁気特性の改善につながる。温間成形時の粉末温度は、100〜180℃が好ましい。プレス条件はモールド樹脂の材質や磁性粉末の材質・粒径、プレス対象のサイズ・形状などにもよるが、プレス体を形成する際の加圧力は、7.0〜15.0ton／cm²が好ましい。

プレス体を得る工程において、樹脂モールド体の上下端面側から加圧する上下パンチの少なくとも一方は、その内周側が外周側よりも加圧方向に突出した突起部を有することが好ましい。プレス体成形時、樹脂モールド体の中空孔内に磁性粉末が充填されるが、平面状の上下パンチでは、この箇所の磁性粉末に十分な圧力をかけることが難しい。例えば、樹脂モールド体の内周側に突出した突起部を有する上下パンチを用いれば、樹脂モールド体の中空孔内に充填された磁性粉末も十分に加圧することができ、高い粉末充填密度を実現することができる。突起部の形状は、樹脂モールド体の内周側に突出できれば特に限定されない。円錐台状、円柱状、角錐台状、角柱状など種々の形状が利用できる。

同様の理由により、樹脂モールド体の上下端面側から加圧する上下パンチの少なくとも一方は、内周側の内周部と、内周部の外周に配されて内周部とは独立して動作する外周部とから構成することが好ましい。その場合、内周部と外周部とを同時に加圧する第１加圧と、その後に内周部のみ加圧する第２加圧とを行なう。このような多段加圧を行なうことでも充填密度の高いコアを成形することができる。

第１・第２加圧を行なう場合、第１加圧の段階から内周部を外周部の表面より加圧方向へ突出させておき、内周部が突起部の機能を有するようにしても良い。この構成により、一層充填密度の高いコアを成形することができる。

さらに、第１・第２加圧を行なう場合、第１加圧は、上パンチにおける内周部と外周部との表面を面一とし、下パンチの内周部を外周部よりも後退させた状態で行い、第２加圧は、上パンチの内周部を外周部表面よりも突出させ、下パンチにおける内周部と外周部との表面が面一となるように行なってもよい。この構成によれば、コイル内周側における磁性粉末の充填高さを高くでき、パンチの加圧距離を稼ぐことができるため、特に充填密度の向上効果に優れる。

上記の方法により、突起部を有するパンチで得られるプレス体または多段加圧を行なって得られるプレス体は、コアにおける上下端面の少なくとも一方の内周側がくぼみ、外周側が環状に突出した形状となる。この内外周の凹凸は、ステータまたはロータを組み立てる場合にはめ込みに利用することができ、ステータまたはロータの組立容易性向上に寄与する。

〔モールド樹脂の除去〕
プレス体成形後、モールド樹脂を除去する。この除去により、コイルの導線端末を引き出すことができる。モールド樹脂の除去作業は、単にへらで掻き出したり、ドライヤーによる加熱で溶融して除去するといった簡易な手段が好適である。

〔電磁部材〕
＜構成＞
本発明電磁部材は、圧粉磁心と、圧粉磁心に巻き付けられた状態に配されるコイルとを有する。圧分磁心は、例えば上述の製造方法により粉末を加圧して形成される磁心である。代表的な圧粉磁心の形態としては、棒状やパイプ状の胴部と、胴部の両端部に設けられたつば部とを有するものが挙げられる。

＜占積率＞
本発明電磁部材は、70％以上の占積率を有する。本発明において、「占積率」とは原則として、スロット内に巻回された導線における金属線の断面積／圧粉磁心のスロット断面積とする。スロット断面積とは、胴部の両端に外径が等しいつば部を有する磁心の場合、磁心の縦断面において、胴部、つば部および両端のつば部同士を結ぶ直線で囲まれる範囲とする。また、モータコイルの磁心の場合、通常、磁心の断面は、胴部と、胴部の両側に一体化された円弧状のつば部とを有する。その場合、スロット断面積は、周方向に連続する側の円弧状のつば部に対する径方向の延長線と、両円弧状のつば部および胴部とで囲まれる範囲とする。なお、スロットの外側にはみ出して導線が巻き付けられた電磁部材の場合でも、スロットよりはみ出した膨出部分については占積率として考慮せず、スロット内の金属線の断面積とスロット断面積の比率とする。より好ましい占積率の値は75％以上、さらに好ましい占積率の値は80％以上である。

＜具体的適用分野＞
この電磁部材は、電磁石としての作用を利用する種々の分野に利用可能である。例えば、モータコイル、ソレノイド、電磁弁、電磁スイッチなどに利用することができる。

以上説明したように、本発明電磁部材の製造方法によれば、次の効果を奏することができる。

(1)予め樹脂モールドされたコイルを磁性粉末と共に金型内で加圧成形することにより、プレス体成形時、モールド樹脂が導線の絶縁被覆と磁性粉末と直接接触することを防ぎ、絶縁被覆の損傷が防止できる。

(2)樹脂モールド体と磁性粉末とを金型内で一体化してプレス体を成形するため、コアの断面形状を円形にすることが簡単であり、導線の絶縁被覆が損傷し難いコア形状を容易に実現できる。

(3)コアを予め成形してから、その外周に導線を巻き付けるという煩雑な工程を経る必要がない。

(4)プレス体を形成する際、加圧方向に突出する突起部を持った上下パンチを用いることで、樹脂モールド体の中空孔内の磁性粉末も十分に加圧し、充填密度の高いコアを得ることができる。

(5)プレス体を形成する際、内周側と外周側とで独立してプレスできる上下パンチを用いることで、樹脂モールド体の中空孔内の磁性粉末も十分に加圧し、充填密度の高いコアを得ることができる。

(6)プレス体を形成する際、樹脂モールド体の外周にも磁性粉末を充填することで、樹脂モールド体に硬質樹脂を用いた場合でもコアを損傷することなくプレス体を金型から抜き出すことができる。

(7)樹脂モールド体の内周側の高さを外周側の高さよりも小さくしておくことで、プレス体成形後に樹脂モールド体の高さを均一化でき、コイルを構成する導線の端末を容易に引き出すことができる。

(8)樹脂モールド体を形成する際、導線の端末をコイルの外周よりも外側に配置しておくことで、プレス体成形後に樹脂を除去すれば、直ちに導線の端末を引き出すことができる。

本発明電磁部材によれば、磁性粉末と共にコイルを加圧して成形することで、スロット中のギャップを極小化し、高占積率を実現して高出力の電磁石を構成することができる。そのため、モータの小型高出力化などを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
＜モータコイルの構成＞
ここでは、図１に示すモータコイルを得る製造方法を例として本発明方法を説明する。このモータコイルは、コア10の外周に導線21がらせん状に巻回されたコイル20を有する。コア10は、両端部に円盤状のフランジ部11を有し、両フランジ部11を円柱状の胴部12で連結した構成である。導線21は、このコアの胴部12の外周に巻き付けられ、両端末がコアの外周側に引き出し可能なようにされている。また、この導線21は、金属線22上に絶縁被覆23が形成されている。

このようなモータコイルは次のようにして作製する。

＜コイルの準備＞
まず、コイルを用意する。ここでは銅線上にポリウレタンの絶縁被覆を設けた断面が円形の導線をらせん状に整列巻きしたコイルを用いる。導線の外径は1〜2mm程度である。コイルの外径は26mm、内径は16mm、高さは10mmである。

＜樹脂モールド体の形成＞
次に、コイルを樹脂モールドする。ここでは、上部が開口した有底容器状で、中心部に棒状の中子31を有する円筒型の金型30を用いる（図２参照）。用意したコイル20を中子31の外周にはめ込む。中子31の外径はコイル20の内径よりも若干小さい程度であり、コイル20は中子31に近接し、内周壁からは離れた状態に配置されている。

続いて金型内に溶融した樹脂40を注入する。この際、金型30は蓋部を持たず、溶融樹脂の湯面は自然な表面状態のままである。樹脂40には、日本精蝋株式会社製パラフィンワックス125を用いた。この樹脂の25℃におけるJIS K 2235-5.4に規定される針入度は1以上である。

溶融樹脂の硬化後、樹脂モールド体50を金型から抜き出す。これにより、図３に示すように、コイル20が中空円筒状の樹脂40内に埋め込まれた樹脂モールド体50を得ることができる。

＜プレス体の成形＞
次に、プレス体を成形する。プレス体の成形には、図４〜図６に示すように、円柱状の充填部を有する金型60と、この充填部を上下から加圧する上下パンチ61、62とを用いる。ここでは、上下パンチ61、62として、その中央部に突起部61A、62Aを有するものを用いた。この突起部61A、62A（図４、５）は円錐台状である。

まず、金型60内に下パンチ62を位置させ、磁性粉末70を充填し、その磁性粉末70上に樹脂モールド体50を配置する。樹脂モールド体50の外径は金型60の内径と実質的に同一であるため、樹脂モールド体50（コイル）は金型60と同軸状に配置されることになる。さらに、図５に示すように、樹脂モールド体50の中空孔内および上部にも磁性粉末70を充填する。ここでは磁性粉末70として、スウェーデン：ホガナス社製：somaloy500を用いた。somaloy500は、軟磁性体の粉末にリン酸塩の絶縁被膜を有する磁性粉末である。

磁性粉末70が充填されると、上パンチ61を下降させて下パンチ62との間で金型内の加圧対象を常温で圧縮する（図６参照）。加圧力は9ton／cm²とした。得られたコアの密度は7.5g／cm³であった。突起部61A、62Aを有する上下パンチ61、62を用いることで、樹脂モールド体50の中空孔内に充填された磁性粉末70にも十分な加圧力を作用させることができ、全体に均質で高い充填密度のコア10を形成することができる。

加圧完了後、上パンチ61を引き上げ、下パンチ62を押し上げることでプレス体80を金型60から抜き出す。得られたプレス体80は、図７に示すように、上下端面の中央部に上下パンチの突起部61A、62Aに対応する凹部を有する円柱状のもので、磁性粉末が圧縮成形されたコア10と樹脂モールド体50とが一体化されている。

＜モールド樹脂の除去＞
得られたプレス体80からモールド樹脂40を除去する。ここでは、へらでモールド樹脂40を掻き出すことにより除去を行った。この樹脂40の除去により、図１に示した構成となってコイル20が露出される。露出されたコイル20の端末を引き出せばモータコイルが得られる。

＜絶縁被覆の損傷の有無＞
得られたモータコイルの導線について絶縁被覆の外観検査を行った。その結果、全く損傷は見られず、プレス体成形時にコイルが直接磁性粉末と接触することをモールド樹脂が抑制し、絶縁被覆の損傷を回避できることが確認できた。

（第２実施形態）
第１実施形態では、導線が端末まで巻回されたコイルを用いた。第２実施形態では、端末を巻回しない状態で樹脂モールド体を形成し、より容易に端末を引き出すことができる本発明方法を図８、図９に基づいて説明する。図８は第２実施形態におけるプレス体の断面図、図９は得られたコイルの断面図である。用いるコイル20の構成を除いて樹脂モールド体50やプレス体80の形成方法、モールド樹脂40の除去方法は第１実施形態と同様であり、以下の説明は第１実施形態との相違点を中心に行う。

この方法では、導線の端末をらせん状に巻回せず、らせん状に巻回されたターンよりも外周側に引き出したコイル20を用意する。このコイルを第１実施形態と同様に樹脂モールドする。その際、導線の端末21Aは、樹脂モールド金型の内径内に収まるように屈曲させておく。さらに第１実施形態と同様にプレス体80を作製する。得られたプレス体80は、コア10と樹脂モールド体が一体化された円柱状で、樹脂モールド体の内部で導線端末21Aが引き出されて屈曲した状態となっている。このプレス体80からモールド樹脂40を除去し、屈曲された導線端末21Aを引き伸ばすと、図９に示すように、モータコイルを得ることができる。

本実施形態によれば、予め導線端末を巻回しないコイルを用いることで、プレス体から樹脂を除去すれば直ちに導線端末が取り出せる状態となっており、より一層製造性に優れる。

（第３実施形態）
次に、内周側と外周側とで段差のある樹脂モールド体を用いた実施形態を説明する。この実施形態は、成形体から樹脂の除去が行いやすく、導線の端末の引き出しも容易に行える本発明方法である。

本例では、図10に示すように、中心側の軸方向距離が外周側の軸方向距離に比べて小さい樹脂モールド体80Aを用いる。ここでは、樹脂モールド体80Aの内周からコイル20の導線幅よりも若干広い範囲の幅にわたって軸方向の長さが小さい樹脂モールド体80Aとした。つまり、樹脂モールド体80Aの端面は、内周側が低く、外周側が高い段差状に形成される。この段差は2.0mmとした。この段差寸法は、コイル高さに相当する樹脂を加圧成形したときに、収縮しすぎる寸法分の補正を行なうためのものであり、コイル形状にそれぞれ最適の段差寸法が設定される。

このような樹脂モールド体80Aは、図２における樹脂モールド用金型の中子の形状を変更することで容易に得られる。例えば、単に丸棒状であった図２の中子31を、丸棒の両端部に円盤状のフランジ部を有するダンベル型の中子に変更する。この中子のフランジ部は、一方が金型の底部に固定され、他方が丸棒の自由端側に着脱自在に装着される。コイルを金型内に配置する際、他方のフランジ部を取り外して丸棒の外周にコイルをはめ込み、その後、他方のフランジ部を丸棒の自由端に取り付ける。その状態で、樹脂を他方のフランジ部の上面まで金型内に注入する。樹脂の硬化後、自由端側のフランジ部を取り外し、金型の充填物を抜き出せば図10に示す樹脂モールド体80Aが得られる。

モールド樹脂・磁性粉末・導線の加圧時の収縮率が各々ほぼ等しければ、プレス体成形時に全て同様に収縮する。しかし、この収縮率が「モールド樹脂＞磁性粉末または導線」となっていた場合、収縮率の相違に基づいてプレス体形成前後で樹脂モールド体が変形する。つまり、磁性粉末や導線よりも収縮率の大きい樹脂を用いた場合、両端面が平面の中空円筒状樹脂モールド体を用いても、プレス体成形時、コイルが存在せず相対的に樹脂量の多い外周側はコイルが配置されて樹脂量が相対的に少ない内周側に比べて大きく圧縮される。その結果、図11に示すように、プレス体形成後の樹脂モールド体50の形状は、外周側の軸方向距離が内周側の軸方向距離よりも小さく、相対的にコイル20が軸方向に突出した形状となる。このような形状の樹脂モールド体50を包含するプレス体80は、両端部のコイル20のターンがコア10内にめり込んだ状態となり、樹脂40の除去が行い難い上、コイル20の端末を引き出し難いことがある。この問題は、第１実施形態のように導線を端末まで巻回したコイルを用いた場合に一層顕著になる。

そこで、樹脂と磁性粉末（導線）との収縮率差を考慮して樹脂モールド体の外周側を予め高く形成しておくことで、プレス体成形後に樹脂モールド体の高さが内周側から外周側にわたってほぼ均一となるようにできる。その結果、プレス体から樹脂を除去することや導線の端末引き出しを容易に行うことができる。

なお、用いる樹脂や磁性粉末あるいはプレス体の成形方法は第１実施形態と同様なので説明を省略する。

（第４実施形態）
次に、第１実施形態に対し、上下パンチの構成に変更を加えた実施形態を図12に基づいて説明する。

同図に示すように、この上パンチ61と下パンチ62は、内周側の内周部61B、62Bと、内周部61B、62Bの外周に配置される環状の外周部61C、62Cとから構成される。内周部61B、62Bと外周部61C、62Cとを組み合わせた断面形状は第１実施形態で用いた上下パンチと同様であり、内周部表面が外周部表面に対して円錐台状に突出される。

このような上下パンチ61、62を用いてプレス体を成形する際、まず内周部61B、62Bと外周部61C、62Cとで同時に加圧を行う（第１加圧）。続いて、内周部61B、62Bのみをさらに加圧する（第２加圧）。このように２段階に加圧を行うことで、樹脂モールド体50の中空孔内の磁性粉末70も十分に加圧することができ、均質で充填密度の高いコアを得ることができる。

樹脂モールド体やプレス体の形成方法は第１実施形態と同様なので説明を省略する。

（第５実施形態）
次に、第1実施形態よりも硬質のモールド樹脂を用いた実施形態を説明する。本例では、樹脂モールド体を形成する樹脂40として、GE東芝シリコーン株式会社製TSE3826を用いる。この製品は、空気中の水分と反応して常温でゴム状弾性体に硬化し、金属・プラスチックと容易に接着する。この樹脂の25℃におけるJIS K 2235-5.4に規定される針入度は1未満である。

ここでは、図13に示すように、外径29mmの樹脂モールド体50を内径30mmの金型60内に同軸状に装填して、樹脂モールド体50の外周にも磁性粉末70が回り込むようにした。そして、第1実施形態と同様の条件でプレスし、プレス体を作製する。得られたプレス体は全周が磁性粉末70の圧粉体で覆われた円柱状である。ただし、プレス体における樹脂モールド体の外周個所は圧粉体の厚さが非常に薄く、容易に突き破って除去でき、さらに内部の樹脂も除去することができる。本例では、プレス体作製時に金型と摩擦するものが磁性粉末のみとなり、容易に加圧とプレス体の抜き出しが行える。プレス体を抜き出す際、コアにクラックが生じることもなかった。

なお、比較のためプレス体成形時の金型内径をほぼ29mmとし、樹脂モールド体の外周に磁性粉末が回り込まない条件でも同様のプレス体製作を行ってみた。その結果、金型からプレス体を抜き出す際、プレス体のコアにおけるフランジ部と胴部の境界付近にクラックが生じるものもあった。

（第６実施形態）
次に、第４実施形態とは異なる多段加圧を行なう実施の形態を説明する。図14(A)は、本例における第１加圧の状態を示す説明図、同(B)は第２加圧の状態を示す説明図である。ここでも、樹脂モールド体の成形方法や、プレス体成形後に樹脂を除去する点は上述の各実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

本例では、上パンチ61が、円筒状の内周部61Bと、内周部の外周に配される環状の外周部61Cとで構成される。内周部61Bと外周部61Cとは独立して加圧できる。一方、下パンチ62の表面は、金型内を縦断面で見た場合に、上パンチ側に突出する円筒面で構成されている。この下パンチ62の円筒面が形状転写されることにより、得られたプレス体の一方の端面も円筒面で構成され、プレス体をステータのモータコイルとして用いた場合、前記プレス体の円筒面がロータに対向する面となる。

このような上下パンチ61,62を用い、まず図14(A)に示すように、上パンチ61の内周部61Bと外周部61Cとを面一として、第１加圧を行なう。続いて、同図(B)に示すように、内周部61Bのみをさらに加圧する第２加圧を行なう。この２段加圧により、樹脂モールド体の中空孔内に配される磁性粉末も十分に加圧することができ、充填密度の高いコアを得ることができる。そして、得られたプレス体のコアは、上端面側の中央に凹部が形成され、外周側に環状の凸部が形成される。

同様の形状のプレス体を得る方法として、図15に示す方法も好適である。この例では、さらに下パンチ62も内周部62Bと外周部62Cとから構成され、各々独立して加圧できるように構成している。

この場合、上パンチ61の動作は第１・第２加圧において図14に示す方法と同様であるが、下パンチ62の動作が異なる。つまり、第１加圧は、下パンチ62の内周部62Bを外周部62Cよりも後退させた状態で行い、第２加圧は、下パンチ62における内周部62Bと外周部62Cとの表面が面一となるように行なう。

このプレス方法によれば、第１加圧時に下パンチ側の内周部における磁性粉末の充填高さを高くすることができる。加えて、第２加圧で下パンチの内周部62Bをさらに加圧するため、樹脂モールド体の中空孔内に配される磁性粉末に対する加圧距離を十分に稼ぐことができ、充填密度の高いコアを成形することができる。

得られたプレス体からは樹脂の除去を行ない、例えば図16に示すように、モータのステータ100として利用される。ここでは、インナーロータタイプのモータの部分横断面図を示している。ステータ100は磁性材からなるリング部材110の内周に多数のモータコイル120を一体化することで形成される。すなわち、各モータコイル120は、その軸方向がステータ100の中心（ロータの中心＝モータ回転軸）方向に向くようにリング部材110に固定される。

このとき、コア10の一方の端面に設けられた凹凸をリング部材110の内周面にはめ込むことで、コア10とリング部材110の結合を容易かつ確実にする。また、コア10の他方の端面は円筒面で構成されており、ステータ100の内周に配されるロータ130（破線表示）に対向する面となる。この円筒面の円弧とロータ130の外周円弧とは同心円状に配されており、ステータ100とロータ130との距離を均一に保持することができる。

なお、図16では、説明の便利上、２つしかモータコイル120を示していないが、実際には、リング部材の内周に均等な間隔で多数のモータコイル120が配列される。

その他、図17に示すように、アウターロータタイプのモータにも本発明によるモータコイルを利用できる。このモータでは、内周側がステータ100で外周側がロータ130となる。このステータ100の軸体100Aには複数のモータコイル120が放射状に固定されている。各モータコイル120がコア10と、コア10に巻き付けられたコイル20とから構成されることは図16のモータと同様である。

（第７実施形態）
第１実施形態と類似の方法により、インナーロータ型モータのステータを作製した。そのステータの部分断面図を図18に示す。

このステータの一部を構成するモータコイルは、磁性粉末を圧縮して形成したコア10と、この磁性粉末と共に圧縮される導線21とから構成される。コア10は断面が矩形の胴部12と、胴部12の一端、つまりモータの回転軸から見て胴部の外周側に形成される円弧状の外周つば部11Aと、胴部11の他端、つまり胴部の内周側に形成される円弧状の内周つば部11Bとから構成される。この胴部11と内周つば部11Bとで一つのティースを構成し、胴部12、外周つば部11A、内周つば部11B、外周つば部11Aの径方向延長線とで囲まれる範囲が導線の収納されるスロットとなる。このようなモータコイルを複数周方向に配列して一体化することでステータが構成される。

上記の胴部12には、エッジワイズ巻きに導線21が巻き付けられている。この導線21は、断面がほぼ矩形の金属線（銅線）表面に絶縁被覆を有する。ここでは、全て一定の厚みで幅が異なる導線21を用いた。ただし、モータの回転軸に対して、内周側ほど厚みが大きいが幅が小さく、外周側ほど厚みが小さいが幅が大きい導線を用いてもよい。この構成により、径方向のどの箇所も１ターンで構成されて周方向（スロットの深さ方向）には積層されないように導線が配され、かつ断面積は実質的に一定で電気抵抗も一定に規定されるコイルを形成することができる。

このような電磁部材が、コイルの準備、樹脂モールド体の形成、プレス体の成形、モールド樹脂の除去を経て得られる点は第１実施形態と同様なので、その詳細説明は省略する。

そして、このステータについて、一つのスロットにおける占積率を計算してみた。ここでの各条件は次の通りである。
外周側スロット深さd1：15.0mm
内周側スロット深さd2：7.0mm
スロット内の径方向長さL：29.5mm
外周つば部の中心角：30°
金属線厚さと枚数：1.5mm×17枚
金属線に設けた絶縁被覆厚さ：0.12mm
樹脂モールド体形成時のワックスの厚さ：0.2mm

その結果、上記モータコイルの占積率は76％であり、モータの径方向でスロットの深さが異なるモータコイルでも75％以上の占積率を確保できることがわかった。特に、複数のモータコイルを組み合わせてステータを形成するモータにおいても75％以上の占積率を確保できることが確認できた。また、積層鋼板で構成されて、同一形状、寸法を有するコアに直径0.96mmの導線（導体径0.9mm）を巻き付けた比較例での占積率も求めてみた。その結果、比較例の占積率は約60％にすぎなかった。

（第８実施形態）
次に、第１実施形態と類似の方法により、単一の電磁部材を作製した。その断面図を図19に示す。この電磁部材は、コア10と、コア10に巻き付けられた導線21から構成される。コア10は、丸棒状の胴部12と、胴部12の両端部一体化された円盤状のつば部11とから構成される。本例では、各つば部11は同一径であり、その結果、胴部12および両つば部11で囲まれるスロットは、胴部軸方向において深さが同じ形状に構成されている。このコアの胴部12に導線21がエッジワイズ巻きに巻き付けられている。この導線21は、断面がほぼ矩形の金属線（銅線）表面に絶縁被覆を有する。ここでは、全て一定の厚みで幅が異なる導線21を用いた。

このような電磁部材も、第１実施形態と同様に、コイルの準備、樹脂モールド体の形成、プレス体の成形、モールド樹脂の除去を経て得られる。

そして、このステータについて、一つのスロットにおける占積率を計算してみた。ここでの各条件は次の通りである。
スロット深さd：15.0mm
スロット内の径方向長さL：29.5mm
金属線厚さと枚数：1.5mm×17枚
金属線に設けた絶縁被覆厚さ：0.12mm
樹脂モールド体形成時のワックスの厚さ：0.2mm

その結果、上記電磁部材の占積率は85％であり、コアの軸方向で深さが同一のスロットを有する電磁部材で75％以上の占積率を確保できることがわかった。また、積層鋼板で構成されて、同一形状、寸法を有するコアに直径0.96mmの導線（導体径0.9mm）を巻き付けた比較例での占積率も求めてみた。その結果、比較例の占積率は約65％にすぎなかった。

（第９実施形態）
次に、本発明電磁部材を用いてソレノイドを形成した例を図20に基づいて説明する。この電磁部材も、圧分磁心（コア10）と、その外周に導線21を巻き付けたコイルとから構成される。この電磁部材の製造方法も第１実施形態に準じて行なう。ここでは、圧粉磁心として、パイプ状の胴部12と、胴部の両端部に形成された円環状のつば部11とを有するものを用いた。導線21は、両つば部11の間において、胴部12の外周にエッジワイズ巻きされた断面がほぼ矩形のものを用いている。パイプ状の胴部12は、プレス体を形成する際、中子を用いて磁性粉末が中空に配されるようにすればよい。そして、この電磁部材では、圧分磁心の内部に磁石140を挿入している。

この構成において、導線21に通電すれば、コイルの軸方向に磁場を発生し、磁石140を軸方向に動作させることができる。従って、ソレノイドとして用いることが可能である。もちろん、この磁石140の軸方向への動作をスイッチの開閉やソレノイドバルブ（電磁弁）の開閉に利用することができる。

（第10実施形態）
次に、本発明電磁部材を用いて第９実施形態とは別のソレノイドを形成した例を図21に基づいて説明する。この電磁部材も、圧分磁心（コア10）と、その外周に導線21を巻き付けたコイルとから構成される。この電磁部材の製造方法も第１実施形態に準じて行なう。ここでは、圧粉磁心として、棒状の胴部12と、胴部12の両端部に形成された円盤状のつば部11とを有するものを用いている。導線21は、両つば部の間において、胴部12の外周にエッジワイズ巻きされた断面がほぼ矩形のものを用いた。そして、圧分磁心の一端側に磁石150を対向配置している。

この構成において、導線21に通電すれば、コイルの軸方向に磁場を発生し、磁心（コア10）と磁石150との間に吸着力または反発力を作用させることができる。従って、この吸着力か反発力を利用して、スイッチの開閉やソレノイドバルブ（電磁弁）の開閉に利用することができる。

本発明製造方法は、圧粉磁心とコイルとからなる電磁部材の製造分野において利用することができる。また、本発明電磁部品は、モータコイル、ソレノイド、電磁弁、電磁スイッチなど、電磁石の作用を応用する種々の分野にて利用することができる。

本発明方法で得られるモータコイルの縦断面図である。 樹脂モールド体の作製過程を示す説明図である。 樹脂モールド体の縦断面図である。 プレス体成形工程において、金型内に樹脂モールド体を配置した状態を示す概略説明図である。 プレス体成形工程において、樹脂モールド体の中空孔及び上部にも磁性粉末を充填した状態を示す概略説明図である。 プレス体成形工程において、プレス時の加圧状態を示す概略説明図である。 プレス体の縦断面図である。 導線端末をコイルの外周側に引き出した状態のプレス体の縦断面図である。 図８のプレス体から樹脂を除去し、導線端末を伸ばした状態の説明図である。 内周側と外周側とで段差のある樹脂モールド体の縦断面図である。 コイルがコア側にめり込んだ状態のプレス体の縦断面図である。 2段プレスを行う本発明実施形態の概略説明図である。 樹脂モールド体と金型との間にも磁性粉末を充填する本発明実施形態の概略説明図である。 上パンチのみ２段加圧を行なう第６実施形態において、(A)は第１加圧の状態を示す説明図、(B)は第２加圧の状態を示す説明図である。 上下パンチで２段加圧を行なう第６実施形態において、(A)は第１加圧の状態を示す説明図、同(B)は第２加圧の状態を示す説明図である。 プレス体から得られたモータコイルでインナーロータ型モータのステータを構成した状態を示すモータの部分横断面図である。 プレス体から得られたモータコイルでアウターロータ型モータのステータを構成した状態を示すモータの部分横断面図である。 第７実施形態における本発明電磁部材の模式断面図である。 第８実施形態における本発明電磁部材の模式断面図である。 第９実施形態における本発明電磁部材の模式断面図である。 第10実施形態における本発明電磁部材の模式断面図である。 (A)はエッジワイズ巻きコイルの斜視図、(B)はフラットワイズ巻きコイルの斜視図、(C)は乱巻きコイルの斜視図である。

符号の説明

10 コア 11 フランジ部 12 胴部 20 コイル 21A 端末 21 導線
22 金属線 23 絶縁被覆 30 金型 31 中子 40 樹脂
50 樹脂モールド体 60 金型 61 上パンチ 61A 突起部 61B 内周部
61C 外周部 62 下パンチ 62A 突起部 62B 内周部 62C 外周部
70 磁性粉末 80 プレス体 80A 樹脂モールド体 100 ステータ
100A 軸体 110 リング部材 120 モータコイル 130 ロータ
140、150 磁石

Claims (8)

1. 絶縁被覆を有する導線を巻回したコイルを準備する工程と、
   このコイルを筒状体に樹脂モールドして樹脂モールド体を形成する工程と、
   この樹脂モールド体を金型内に配置し、樹脂モールド体の上下および内周に磁性粉末を充填して加圧することで、磁性粉末からなるコアと樹脂モールド体とを一体化したプレス体を得る工程と、
   プレス体における樹脂モールド体の樹脂を除去する工程とを具えることを特徴とする電磁部材の製造方法。
2. プレス体を得る工程において、金型内の充填物を上下端面側から上下パンチで加圧し、
   前記上パンチおよび下パンチの少なくとも一方は、その内周側が外周側よりも加圧方向に突出した突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁部材の製造方法。
3. プレス体を得る工程において、金型内の充填物を上下端面側から上下パンチで加圧し、
   前記上パンチおよび下パンチの少なくとも一方は、内周側の内周部と、内周部の外周に配されて内周部とは独立して動作する外周部とから構成され、
   内周部と外周部とを同時に加圧する第１加圧と、
   その後に内周部のみ加圧する第２加圧とを有することを特徴とする請求項１に記載の電磁部材の製造方法。
4. 第１加圧は、上パンチにおける内周部と外周部との表面を面一とし、下パンチの内周部を外周部よりも後退させた状態で行い、
   第２加圧は、上パンチの内周部を外周部表面よりも突出させ、下パンチにおける内周部と外周部との表面が面一となるように行なうことを特徴とする請求項３に記載の電磁部材の製造方法。
5. プレス体を得る工程において、さらに樹脂モールド体の外周にも磁性粉末を充填することを特徴とする請求項１に記載の電磁部材の製造方法。
6. 樹脂モールド体を形成する工程において、樹脂モールド体の内周側の軸方向距離を外周側の軸方向距離よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の電磁部材の製造方法。
7. 樹脂モールド体を形成する工程において、コイルを構成する導線の両端末を、コイルのターンよりも外周側に配置して樹脂モールドすることを特徴とする請求項１に記載の電磁部材の製造方法。
8. 磁性粉末を加圧した圧粉磁心と、磁性粉末と共に加圧して圧分磁心に巻き付けられた状態に配される絶縁被覆導線とを有する電磁部材であって、
   この電磁部材の占積率が70％以上であることを特徴とする電磁部材。

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