JP2006005093A

JP2006005093A - 圧粉成形磁性体の加工方法

Info

Publication number: JP2006005093A
Application number: JP2004178643A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Hashimoto; 敏彦橋本; Shunji Higuchi; 駿二樋口; Ryuji Shiga; 竜治志賀
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】むしれを抑制するとともに、工具寿命の向上を実現する圧粉成形磁性体の加工方法を提供する。
【解決手段】圧粉成形磁性体１を油容器５２中の油６０に浸漬させ、その油容器５２を減圧容器５１内に配置し、ポンプ５３で減圧容器５１内を減圧させて圧粉成形磁性体１に油を染み込ませた後に切削加工をする。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧粉成形磁性体の加工方法に関するものである。

近年、プランジャーソレノイド、電磁弁、モーターなどに用いられる磁性部品において、広域な周波数で優れた磁気的特性を示す圧粉磁心が電磁鋼板材に変わって利用されつつある。このような圧粉磁心およびその製造方法は、たとえば、特開２００２−２４６２１９号公報（特許文献１）に開示されている。この公報に開示された圧粉磁心は、リン酸被膜処理されたアトマイズ鉄粉に結合樹脂としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）が混合され、得られた混合粉末が加圧成形されることによって作製されている。また、磁性部品のほかに、機械構造物や機械部品などが、金属粉末を加圧成形した圧粉成形体から作製される場合がある。
特開２００２−２４６２１９号公報

このように作製された圧粉磁心には、旋削等の除去加工が施されて、プランジャーソレノイド、電磁弁、モーターコアなどの製品の最終形状に仕上げられる。しかし、圧粉磁心は、リン酸被膜処理されたアトマイズ鉄粉などの粒子が、粒子が有する凹凸の噛み合わせによって接合されたり、ＰＰＳ樹脂などの有機物によって接合されたりして形成されている。このため、圧粉磁心などの圧粉成形磁性体は、複数の粒子が比較的小さい結合力で集合し構成された複合体であると言える。

よって、金属などを加工する通常の加工方法を用いて圧粉成形磁性体を加工しようとすると、圧粉成形磁性体を構成する粒子が加工面から脱落してむしれが生じるという問題がある。

また、上記公報に開示された圧粉磁心が、鉄粉やリン酸被膜、ＰＰＳ樹脂から構成されているように、圧粉成形磁性体が２種以上の材料から構成されている場合がある。さらに、粒子が加圧成形されて得られる圧粉成形磁性体の内部には、粒子間に延在する粒界が多数存在する。このため、個々の材料が持つ被削性の違いや、粒子と粒界との差によって、一定の加工精度が維持できないといった問題や、工具寿命が短くなるという問題が発生する。

そこで本発明の目的は、上記の課題を解決することであり、むしれを抑制するとともに、工具寿命の向上を実現する圧粉成形磁性体の加工方法を提供することである。

本発明の圧粉成形磁性体の加工方法は、圧粉成形磁性体を大気圧よりも減圧した状態で油に浸漬した後に切削加工をすることを特徴とするものである。

上記の圧粉成形磁性体の加工方法において好ましくは、圧粉成形磁性体を大気圧よりも減圧した状態で油に浸漬する工程は、油を入れた容器を減圧容器内に配置し、油内に圧粉成形磁性体を浸漬させた状態で減圧容器内を減圧する工程を含む。

上記の圧粉成形磁性体の加工方法において好ましくは、油に浸漬する前の圧粉成形磁性体の密度が６．８ｇ／ｃｍ³以上７．７ｇ／ｃｍ³以下である。

上記の圧粉成形磁性体の加工方法において好ましくは、圧粉成形磁性体を浸漬させる油の粘度は５ｍｍ²／ｓ以上１０ｍｍ²／ｓ以下である。

本発明の圧粉成形磁性体の加工方法によれば、圧粉成形磁性体が大気圧よりも減圧した状態で油に浸漬されるため、圧粉成形磁性体の内部に十分に油を染み込ませることができる。この状態で、切削加工が行われると、切削工具による加工点に、染み込んだ油が存在することとなる。この油はその機械加工時において潤滑およびクーラントの役割をなすため、切削加工をスムーズに行うことが可能となり、これによりむしれを抑制することができるとともに工具寿命を向上させることができる。

また油を入れた容器を減圧容器内に配置し、油内に圧粉成形磁性体を浸漬させた状態で減圧容器内を減圧することにより、圧粉成形磁性体内のガスの圧力に対して減圧容器内の圧力が低くなる。このため、圧粉成形磁性体内のガスが、ガス圧力の低い圧粉成形磁性体の外部へ引き抜かれ、ガスの引き抜かれた圧粉成形磁性体の内部へ油が染み込む。これにより、圧粉成形磁性体の内部へ十分に油を染み込ませることが可能となる。

また油に浸漬する前の圧粉成形磁性体の密度が６．８ｇ／ｃｍ³以上で減圧による油を染み込ませる効果が大きくなる。また、７．７ｇ／ｃｍ³以下で減圧により油を圧粉成形磁性体の内部に染み込ませることが十分にできる。

また圧粉成形磁性体を浸漬させる油の粘度が４０℃で５ｍｍ²／ｓ以上で圧粉成形磁性体に入った油が真空容器外へ取り出した際に抜け出し難くなり圧粉成形磁性体中に保持される。一方、油に浸漬時の温度条件で油の粘度が１０ｍｍ²／ｓ以下で減圧下にて圧粉成形磁性体からガスが出て行き易くなるとともに圧粉成形磁性体へ油が入り易くなる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態における加工方法によって加工される圧粉成形磁性体の表面を示した模式図である。図１を参照して、圧粉成形磁性体は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を取り囲む絶縁被膜２０とから構成された複数の複合磁性粒子３０を備える。複数の複合磁性粒子３０の間には、有機物４０と隙間とが介在している。複数の複合磁性粒子３０の各々は、有機物４０によって接合されていたり、複合磁性粒子３０が有する凹凸の噛み合わせによって接合されている。

金属磁性粒子１０は、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる。金属磁性粒子１０は、金属単体でも合金でもよい。

絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０をリン酸処理することによって形成されている。また好ましくは、絶縁被膜２０は、酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜２０としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用することができる。絶縁被膜２０は、図中に示すように１層に形成されていても良いし、多層に形成されていても良い。

絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子１０を絶縁被膜２０で覆うことによって、圧粉成形体の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子１０間に渦電流が流れるのを抑制して、渦電流に起因する鉄損を低減させることができる。

有機物４０としては、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドまたはポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂や、全芳香族ポリエステルまたは全芳香族ポリイミドなどの非熱可塑性樹脂や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウムおよびオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸を用いることができる。また、これらを互いに混合して用いることもできる。

有機物４０は、複数の複合磁性粒子３０の間を強固に接合して、圧粉成形磁性体の強度を向上させる。また、有機物４０は、圧粉成形磁性体を得るための加圧成形時に潤滑剤として機能し、複合磁性粒子３０同士が擦れ合って絶縁被膜２０が破壊されることを防止する。

次に、本実施の形態における圧粉成形磁性体の加工方法について説明する。

図２は、本発明の一実施の形態における圧粉成形磁性体の加工方法を説明するためのフローチャートである。図３〜図６は、図２中に示す製造方法の各工程を説明するための図である。

図２を参照して、準備された原料粉末が混合され（ステップＳ１）、その後に成形される（ステップＳ２）。この成形は、図１中に示す絶縁被膜２０を有する金属磁性粒子１０と有機物４０とを混合した混合粉末を金型に入れ、たとえば７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で加圧成形して圧縮することにより行われる。これにより、図３に示すような例えば円筒状または円盤状の圧粉成形磁性体１が形成される。

この後、圧粉成形磁性体１に図２に示す熱処理が施される（ステップＳ３）。この際、金属磁性粒子１０の表面に形成された絶縁被膜２０の熱分解温度未満で熱処理が行なわれる。この熱処理によって、絶縁被膜２０を劣化させることなく、圧粉成形磁性体１の内部に存在する内部応力や歪みを緩和することができる。これにより、圧粉成形磁性体１の磁気的特性を向上させることができる。

この後、圧粉成形磁性体１は、大気圧よりも減圧された状態で油に浸漬される（ステップＳ４）。このステップは、たとえば図４を参照して、ポンプ５３（たとえばロータリーポンプ）が接続された減圧容器５１内に、油６０を満たした油容器５２を配置し、その油６０内に圧粉成形磁性体１を浸漬させた状態で、ポンプ５３により減圧容器５１内を減圧することにより行われる。

減圧時の減圧容器５１内の温度はたとえば６０℃±１０℃であり、減圧時の減圧容器５１内の圧力はロータリーポンプで引ける程度の圧力（たとえば１３０Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下）であり、その１３０Ｐａ以下の減圧下での浸漬時間はたとえば２０分であることが好ましい。また、油６０の種類としては、たとえばラスファイターＪ３６（登録商標）を用いることが好ましい。

圧粉成形磁性体１が油６０に浸漬された状態で減圧容器５１内を減圧すると、圧粉成形磁性体１内のガスの圧力に対して減圧容器５１内の圧力が低くなる。このため、圧粉成形磁性体１内のガスが、ガス圧力の低い圧粉成形磁性体１の外部へ引き抜かれ、ガスの引き抜かれた圧粉成形磁性体１の内部へ油６０が染み込む。これにより、圧粉成形磁性体１の内部へ十分に油を染み込ませることが可能となる。

上記の減圧処理が完了した後、減圧容器５１内が大気圧に戻される。この際、減圧容器５１内に急激に空気を入れると油が飛ぶため、減圧容器５１の内部を確認しながらゆっくりと減圧容器５１内に空気を入れる必要がある。

この後、圧粉成形磁性体１に図２に示す切削加工が施される（ステップＳ５）。図５を参照して、この切削加工は圧粉成形磁性体１を切削工具７０の刃先で削り取ることにより行われる。この切削加工においては、潤滑およびクーラントとして作用させるために油を外部から加工部位に供給することが一般的に行われている。しかし、この外部から供給された油は加工点１００に到達しがたく、潤滑およびクーラントとしての作用を十分に発揮できず、このことが切削加工においてむしれを生じさせる要因および工具寿命の短命化の要因の１つとなっている。

本実施の形態では、圧粉成形磁性体１の内部に十分に油が染み込んでいるため、この加工点１００にも内部に染み込んだ油が存在する。このため、内部に染み込んだ油が潤滑およびクーラントとして作用するため、上記のむしれの発生を抑制でき、かつ工具寿命を向上させることができる。

この切削加工により、たとえば図６に示すように円筒状または円盤状の圧粉成形磁性体１の端面に凹部１ａが形成される。

以上に説明した工程により、圧粉成形磁性体１の加工物が完成する。

本実施の形態によれば、圧粉成形磁性体１が油６０に浸漬された状態で減圧容器５１内を減圧するため、圧粉成形磁性体１内のガスの圧力に対して減圧容器５１内の圧力を低くすることができる。このため、圧粉成形磁性体１内のガスが、ガス圧力の低い圧粉成形磁性体１の外部へ引き抜かれ、ガスの引き抜かれた圧粉成形磁性体１の内部へ油６０が染み込む。これにより、圧粉成形磁性体１の内部へ十分に油を染み込ませることが可能となる。圧粉成形磁性体１の内部に十分に油が染み込んでいるため、切削加工における加工点１００にも内部に染み込んだ油が存在する。よって、内部に染み込んだ油が潤滑およびクーラントとして作用するため、むしれの発生を抑制でき、かつ工具寿命を向上させることができる。

なお、本実施の形態の加工方法により得られた圧粉成形磁性体の加工物をソレノイド、電磁バルブ、モーターコアなどの製品とした場合、表面性状に優れているため、ばらつきが小さい安定した回転力や吸引力を得ることができる。また、破壊起点となる欠陥が少ないため、製品の強度を向上させることができる。さらに、むしれ等が発生する際に生じる加工歪みが少ないため、優れた磁気的特性を示す製品を実現することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

まず、加工対象となる圧粉成形磁性体を準備するために、金属磁性粒子１０としてのアトマイズ純鉄粉に絶縁被膜２０としてのリン酸鉄化合物被膜を形成し、複合磁性粒子３０を得た。その複合磁性粒子３０に、有機物４０としてのステアリン酸亜鉛およびポリエチレンをそれぞれ０．０５質量％および０．１質量％の割合で添加し、得られた混合粉末を圧力９８０ＭＰａ（＝１０ｔｏｎ／ｃｍ^２）の圧力で加圧成形することによって、密度７．６５ｇ／ｃｍ^３の圧粉成形体を形成した。その後、窒素雰囲気中において、圧粉成形磁性体を４００℃から４７０℃ほどの温度条件下で１時間、熱処理した。

この後、本発明例の圧粉成形磁性体については減圧下で油浸漬を行った後に切削加工を行ない、比較例の圧粉成形磁性体については直接、切削加工を行なった。

本発明例における減圧下での油浸漬の条件としては、減圧時の減圧容器内の温度を６０℃±１０℃、減圧時の減圧容器内の圧力を真空度１３０Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下、その減圧下での浸漬時間を２０分とし、浸漬に用いる油をラスファイターＪ３６（登録商標）とした。

本発明例および比較例の各切削加工の条件としては、切削速度を１５０ｍ／ｍｉｎ、送りを０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込みを０．４８ｍｍとした。

この切削加工において比較例では３５０個加工した時点で工具の刃先にチッピングが発生したのに対し、本発明例では４８０個加工した時点においても工具の刃先は摩耗してはいるがチッピングを生じていなかった。このことから、本発明例では比較例よりも工具寿命が向上したことがわかる。

また本発明例の圧粉成形磁性体では加工面にむしれが発生していなかったのに対して、比較例の圧粉成形磁性体では加工面にむしれが発生していた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、切削加工により圧粉成形磁性体を加工する方法に特に有利に適用され得る。

本発明の実施の形態における加工方法によって加工される圧粉成形磁性体の表面を示した模式図である。本発明の一実施の形態における圧粉成形磁性体の加工方法を説明するためのフローチャートである。図２中に示す製造方法の成形工程によって得られた圧粉成形磁性体の構成を示す概略斜視図である。図２中に示す製造方法の減圧下での油浸漬の工程を説明するための図であり、減圧容器内の様子を示す断面図である。図２中に示す製造方法の切削加工の工程を説明するための図であり、圧粉成形磁性体が切削工具により切削されている様子を示す断面図である。図２中に示す製造方法の切削加工の工程によって得られた圧粉成形磁性体の構成を示す概略斜視図である。

符号の説明

１圧粉成形磁性体、１ａ凹部、１０金属磁性粒子、２０絶縁被膜、３０複合磁性粒子、４０有機物、５１減圧容器、５２油容器、５３ポンプ、６０油、７０切削工具、１００加工点。

Claims

圧粉成形磁性体を大気圧よりも減圧した状態で油に浸漬した後に切削加工をすることを特徴とする、圧粉成形磁性体の加工方法。
前記圧粉成形磁性体を大気圧よりも減圧した状態で油に浸漬する工程は、油を入れた容器を減圧容器内に配置し、前記油内に前記圧粉成形磁性体を浸漬させた状態で前記減圧容器内を減圧する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の圧粉成形磁性体の加工方法。
油に浸漬する前の前記圧粉成形磁性体の密度は６．８ｇ／ｃｍ³以上７．７ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧粉成形磁性体の加工方法。
前記圧粉成形磁性体を浸漬させる油の粘度は５ｍｍ²／ｓ以上１０ｍｍ²／ｓ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の圧粉成形磁性体の加工方法。