JP2007224412A - 金属粉末、及びそれを用いた圧粉体並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充填性が高く、圧粉体の高密度化を実現することができる金属粉末、及びそれを用いた圧粉体並びにその製造方法を提供すること。
【解決手段】圧縮成形することによって圧粉体を得るための原料となる金属粉末１は、充填した際に、隣り合う金属粉末１同士が面接触しうる複数の接触可能面１１を有している。金属粉末１を圧縮成形してなる圧粉体の製造方法は、金属粉末１を所定の金型内へ投入する投入工程と、金属粉末１を金型内に充填する充填工程と、金属粉末１を圧縮成形して、圧粉体を得る成形工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮成形することによって圧粉体を得るための原料となる金属粉末、及びそれを用いた圧粉体並びにその製造方法に関する。

金属粉末（以下、適宜、単に粉末という）を圧縮成形してなる圧粉体は、例えばギア部品のスプロケット、ポンプ部品のロータ、ベーン等の材料として用いられる。このような圧粉体は、機械的強度等の性能向上を図るために、密度をできるだけ高くすることが行われている。

従来から、圧粉体の密度を高める方法として、特許文献１〜８等が開示されている。
例えば、材料面からのアプローチ方法としては、粉末の形状を異形状にして、粉末の圧縮性を高める方法がある。しかしながら、粉末の圧縮性向上には限界があるため、圧粉体の高密度化を充分に図ることができないおそれがある。

また、粒度の異なるものを混合した粉末を用いて、粉末の充填性を高める方法がある。しかしながら、この場合には、充填した粉末間に形成される隙間を充分に低減することができないおそれがある。また、球状の粉末を用いる方法もあるが、この場合には、粉末の圧縮性が低下するおそれがある。そのため、いずれの方法においても、圧粉体の高密度化を充分に図ることができないおそれがある。

また、成形面からのアプローチ方法としては、高圧力を付与する成形方法がある。しかしながら、この場合には、成形後の圧粉体の品質が低下するおそれがある。また、潤滑剤を用いた成形方法もあるが、成形後の圧粉体内部に潤滑剤が残ってしまうという問題があり、圧粉体の高密度化を充分に図ることができないおそれがある。
すなわち、従来の方法では、圧粉体の高密度化を充分に図ることができない、あるいはさらなる高密度化を実現することが困難であった。

また、上記圧粉体としては、表面を絶縁皮膜で被覆した金属粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心がある。このような圧粉磁心は、磁気特性が重視される材料に適用され、例えば電源部品であるノイズフィルタ、リアクトル等の材料として用いられる。近年、圧粉磁心は、これらの用途に加え、その形状の自由度を活かして、モータ用コア、ソレノイドコア等への適用が提案されている。

圧粉磁心の大きな特性として、磁束密度と鉄損が挙げられる。圧粉磁心をモータ用コア等に適用した場合、磁束密度が高いほど高出力が得られ、鉄損が低いほど高効率なモータとなる。磁束密度を高めるためには、圧粉磁心の密度を高めることが重要である。一方、鉄損を低くするためには、交流磁界における渦電流損失を低減すること、さらに成形時における粉末の変形（歪み）によって生じるヒステリシス損失を低減することが重要である。

従来から、渦電流損失を低減する目的で、粉末の表面を絶縁皮膜で被覆し、粉末間の電気的な絶縁性（以下、単に絶縁性という）を確保することが行われている。一方で、高い磁束密度を得ようとすれば、高圧での成形、絶縁皮膜の薄膜化が必要となる。しかしながら、高圧で成形することにより、粉末の変形や摩擦による絶縁皮膜の破損が生じ、絶縁皮膜の薄膜化により、粉末間の絶縁性が著しく低下するおそれがある。そして、渦電流損失やヒステリシス損失の増大を招くという問題が生じる。

そこで、近年、圧粉磁心の高磁束密度と低鉄損とを両立させるための圧粉磁心用の粉末、及びそれを用いた圧粉磁心並びにその製造方法が特許文献９〜１６等に開示されている。しかしながら、上記の文献においても、やはり磁束密度または鉄損のどちらか一方が不充分となる。すなわち、従来の方法では、圧粉磁心の高磁束密度と低鉄損とを両立させることは困難であった。

特開平６−２００７号公報 特開平１０−１４０２０７号公報 特開平１０−２１９３０２号公報 特開平１１−１００６０２号公報 特開２００１−２５４１０２号公報 特開２００２−３１７２０４号公報 特開２００３−１７１７４１号公報 特開２００４−３４２９３７号公報 特開２０００−１６９９０１号公報 特開２００１−１５５９１４号公報 特開２００３−３０３７１１号公報 特開２００３−３３２１１６号公報 特開２００４−１４６１４号公報 特開２００４−２２１５４９号公報 特開２００５−１１３２５８号公報 特開２００５−２１３６３９号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、充填性が高く、圧粉体の高密度化を実現することができる金属粉末、及びそれを用いた圧粉体並びにその製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、圧縮成形することによって圧粉体を得るための原料となる金属粉末であって、
上記金属粉末は、充填した際に、隣り合う該金属粉末同士が面接触しうる複数の接触可能面を有していることを特徴とする金属粉末にある（請求項１）。

本発明の金属粉末は、上記のごとく、充填した際に、隣り合う該金属粉末同士が面接触しうる複数の接触可能面を有している。すなわち、上記金属粉末は、充填した際に、隣り合う該金属粉末と複数の接触可能面において確実に面接触することができる。これにより、充填時に上記金属粉末間に形成される隙間を低減することができ、該金属粉末の充填性を高めることができる。

そして、この充填性の高い上記金属粉末を密に充填し、該金属粉末間の隙間を低減した状態で圧縮成形することによって得られる圧粉体は、成形後に存在する空隙が少なく、高密度を有するものとなる。
また、上記金属粉末は充填性が高いため、圧縮成形する際に、該金属粉末間の隙間を埋めるための高い圧力を付与する必要がない。これにより、従来よりも低圧で圧縮成形を行い、高密度の圧粉体を得ることができる。

このように、本発明によれば、充填性が高く、圧粉体の高密度化を実現することができる金属粉末を提供することができる。

第２の発明は、上記第１の発明の金属粉末を圧縮成形してなる圧粉体を製造する方法であって、
上記金属粉末を所定の金型内へ投入する投入工程と、
上記金属粉末を上記金型内に充填する充填工程と、
上記金属粉末を圧縮成形して、上記圧粉体を得る成形工程とを有することを特徴とする圧粉体の製造方法にある（請求項９）。

本発明の圧粉体の製造方法は、上記第１の発明の金属粉末、すなわち充填性の高い金属粉末を用いる。そのため、上記製造方法によって、上記金型内に上記金属粉末を密に充填し、圧縮成形して得られる圧粉体は、高密度を有するものとなる。
また、上記金属粉末は充填性が高いため、上記成形工程において、上記金属粉末間の隙間を埋めるための高い圧力を付与する必要がない。これにより、従来よりも低圧で圧縮成形を行い、高密度の圧粉体を得ることができる。
このように、本発明の製造方法によれば、高密度の圧粉体を得ることができる。

第３の発明は、上記第２の発明の圧粉体の製造方法により製造してなることを特徴とする圧粉体にある（請求項１２）。

本発明の圧粉体は、上記第２の発明の圧粉体の製造方法により製造したものである。そのため、上記圧粉体は、高密度を有するものとなる。

上記第１の発明においては、上記接触可能面の合計面積は、上記金属粉末の全表面積の７０％以上であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記金属粉末は、充填した際に、隣り合う該金属粉末と面接触する面積を充分に確保することができる。そのため、上記金属粉末間の隙間を確実に低減することができ、充填性を充分に高めることができる。

また、上記金属粉末の形状は、略立方体、略直方体、略三角錐、又は略四角錐のいずれかであり、上記金属粉末の上記各接触可能面の形状は、略正方形、略長方形、又は略三角形のいずれかであることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記金属粉末は、充填した際に、隣り合う該金属粉末と面接触する面積を大きくすることができる。そのため、上記金属粉末間の隙間を大幅に低減し、充填性をより一層向上させることができる。

なお、上記各接触可能面の形状は、上記金属粉末が略立方体の場合には、全ての面が略正方形である。また、略直方体の場合には、略正方形又は略長方形である。また、略三角錐の場合には、全ての面が略三角形である。また、略四角錐の場合には、１つの面が略正方形又は略長方形であり、残りの４つの面が略三角形である。

また、上記金属粉末は、一辺の長さが１０〜５００μｍであることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記金属粉末は、充填した際に、隣り合う該金属粉末と効率よく面接触することができる。そのため、上記金属粉末間の隙間を低減して、充填性を高める効果を有効に発揮することができる。

また、上記金属粉末のタップ密度をＡ、上記金属粉末の密度をＢとした場合に、（Ａ／Ｂ）×１００（％）により表されるタップ充填率が６０％以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記金属粉末は、高い充填性を有するものとなる。これにより、上記金属粉末を用いて得られる圧粉体の高密度化を充分かつ確実に図ることができる。
なお、上記金属粉末のタップ密度の測定方法は、任意の重量ａの上記金属粉末をメスシリンダに投入しながら、該メスシリンダを１０ｍｍの高さから自由落下させる動作と引き上げる動作を繰り返して行い、上記メスシリンダの底部に振動を加える。上記金属粉末の投入完了後、さらに上記メスシリンダの底部に２０回の振動を加える。そして、充填された上記金属粉末の体積ｂを測定し、ａ／ｂの値をタップ密度Ａとする。また、タップ密度の測定には、タップデンサー（セイシン企業社製：ＫＹＴ−２０００）等を用いることができる。

また、上記金属粉末は、表面に微小な凹凸を有しており、該凹凸の凹部の深さは、該金属粉末の最外径の１０％以下であることが好ましい（請求項６）。
この場合には、圧縮成形時の上記金属粉末同士の機械的結合を向上させることができる。そのため、上記金属粉末を用いて得られる圧粉体の強度を高めることができる。
なお、上記凹凸の凹部の深さが上記金属粉末の最外径の１０％を超える場合には、充填時の該金属粉末間の隙間が増大し、充填性が低下するおそれがある。

また、上記凹部の深さは、１〜５０μｍであることが好ましい（請求項７）。
この場合には、圧縮成形時の上記金属粉末同士の機械的結合をより強固なものとすることができる。

また、上記金属粉末は、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｎｉ系の金属のいずれかであることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記金属粉末を用いて得られる圧粉体は、磁気特性を有するものとなる。また、上記圧粉体は、高密度を有するものとなるため、磁気特性の一つである磁束密度も高くなる。それ故、磁気特性に優れた上記圧粉体を、圧粉磁心としてモータ用コア、ソレノイドコア等に適用することにより、その性能を向上させることができる。なお、この場合には、表面に絶縁皮膜を形成した金属粉末を用いることにより、上記性能をさらに高めることができる。

すなわち、上記金属粉末は、表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記金属粉末としての圧粉磁心用粉末を圧縮成形することにより、高密度の圧粉磁心を得ることができる。そして、このような高密度の圧粉磁心は、高磁束密度を有するものとなる。

さらに、本発明では、従来よりも低圧で圧縮成形することができるため、圧縮成形時に付与する圧力によって生じる上記金属粉末の変形（歪み）を低減することができ、成形後の圧粉磁心のヒステリシス損失を低減することができる。また、これと同時に、上記金属粉末の表面に被覆された上記絶縁皮膜の変形・破損も低減することができ、上記金属粉末間の絶縁性を充分に確保することができる。そして、この絶縁皮膜の存在によって、成形後の圧粉磁心の渦電流損失を低減することができる。これにより、鉄損の低い圧粉磁心を得ることができる。
このように、高磁束密度と低鉄損とを両立させた圧粉磁心を得ることができる。

また、上記金属粉末が圧粉磁心用粉末である場合の好ましい条件を以下に示す。
上記金属粉末は、最外径が５００μｍ以下であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、圧縮成形時の上記金属粉末の充填性を高める効果を充分かつ確実に得ることができる。

また、上記絶縁皮膜の厚さは、１０〜１０００ｎｍであることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、圧縮成形時の上記金属粉末間の絶縁性を充分に確保することができる。

また、上記絶縁皮膜は、セラミック皮膜、樹脂皮膜、又はセラミックと樹脂の混合皮膜であることが好ましい（請求項１２）。
この場合には、圧縮成形時の上記金属粉末間の絶縁性をより充分に確保することができる。

また、上記セラミック皮膜は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、窒化硼素、窒化珪素のうちの少なくとも１種以上を含むことが好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記絶縁皮膜は、高い体積固有抵抗を有するものとなる。そのため、上記金属粉末間の絶縁性を向上させることができる。

また、上記樹脂皮膜は、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、シリコーンレジン、シランカップリング剤のうちの少なくとも１種以上を含むことが好ましい（請求項１４）。
この場合には、上記絶縁皮膜は、高い電気絶縁性を有するものとなる。そのため、上記金属粉末間の絶縁性を向上させることができる。

上記第２の発明においては、上記充填工程では、上記金型に振動を与えて、上記金属粉末を充填することが好ましい（請求項１６）。
この場合には、上記金属粉末を充分に密な状態で充填することができる。これにより、得られる上記圧粉体の密度を高めることができる。

また、上記充填工程では、超音波発生装置を用いて上記金型に振動を与えることが好ましい（請求項１７）。
この場合には、上記金属粉末をより一層密な状態で充填することができる。これにより、得られる上記圧粉体の密度をさらに向上させることができる。

また、上記金属粉末としては、表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末を用いることもできる。
この場合には、上記金属粉末としての圧粉磁心用粉末を圧縮成形することにより、高密度の圧粉磁心を得ることができる。そして、このよう高密度の圧粉磁心は、高磁束密度を有するものとなる。

さらに、本発明の製造方法では、従来よりも低圧で圧縮成形することができるため、上記金属粉末の変形（歪み）及び上記絶縁皮膜の変形・破損を低減することができる。そして、成形後の圧粉磁心のヒステリシス損失及び渦電流損失を低減することができる。これにより、鉄損の低い圧粉磁心を得ることができる。
このように、高磁束密度と低鉄損とを両立させた圧粉磁心を得ることができる。

また、上記金属粉末は、表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末であって、上記成形工程前の表面積をＳ１、上記成形工程後の表面積をＳ２とした場合に、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１の値が０．２以下であることが好ましい（請求項１７）。
この場合には、上記金属粉末の変形（歪み）及び上記絶縁皮膜の変形・破損を充分に低減することができる。これにより、得られる圧粉磁心の鉄損をさらに低くすることができる。

上記第３の発明においては、上記圧粉体は、相対密度が９５％以上であることが好ましい（請求項２０）。
この場合には、上記圧粉体は、空隙が少なく、充分に高い密度を有するものとなる。

また、上記圧粉体は、上記金属粉末の表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心とすることもできる。
この場合には、上記圧粉体は、高磁束密度と低鉄損とを両立させたものとなる。

また、上記圧粉体が圧粉磁心である場合の好ましい条件を以下に示す。
上記圧粉体は、密度が７．４Ｍｇ／ｍ³以上であることが好ましい（請求項２１）。
この場合には、上記圧粉体は、充分に高い密度を有するものとなる。これにより、上記圧粉体の磁束密度も充分に高いものとなる。

また、上記圧粉体は、飽和磁束密度が１．６Ｔ以上であることが好ましい（請求項２２）。
この場合には、上記圧粉体は、充分に高い磁束密度を有するものとなる。

なお、上記圧粉体は、高密度焼結部品としてギア用部品（スプロケット等）、ポンプ用部品（ロータ、ベーン等）等に用いることができる。
また、上記圧粉体が圧粉磁心である場合には、モータ用コア、ソレノイドコア、リアクトル等に用いることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる金属粉末について説明する。
本例の金属粉末１は、図１に示すごとく、圧縮成形することによって圧粉体を得るための原料となる金属粉末である。そして、金属粉末１は、充填した際に、隣り合う金属粉末１同士が面接触しうる複数の接触可能面１１を有している。
以下、これを詳説する。

本例の金属粉末１は、純鉄（Ｆｅ）であり、図１に示すごとく、一辺の長さが１００μｍの略立方体の形状を呈している。金属粉末１の最外径は１７０μｍである。また、金属粉末１は、充填した際に、隣り合う金属粉末１同士が面接触しうる６つの接触可能面１１を有している。接触可能面１１は、略正方形の形状を呈している。なお、図１では、図を簡略化するために最も理想的な立方体の金属粉末１を示したが、実際はこのように正確な立方体ではなく、角部が丸みを帯びた形状である場合が多い。

また、図２に示すごとく、金属粉末１の表面１０には、微小な凹凸が設けられている。なお、同図では、図を簡略化するために最も理想的な角部が直角の凹凸形状を示したが、実際は図３に示すごとく、角部が丸みを帯びた形状である場合が多い。
また、金属粉末１の表面１０について、３次元形状測定顕微鏡（キーエンス社製：ＶＫ−８５００）を用いて調べたところ、上記凹凸の凹部１０１の深さＤは、約５μｍであった。
また、本例の金属粉末１の場合、６つの接触可能面１１の合計面積は、金属粉末１の全表面積（表面１０の全面積）の９０％である。すなわち、充填した際に、金属粉末１の表面１０の多くの部分が、隣り合う金属粉末１と面接触することができる（図４参照）。

また、金属粉末１のタップ密度をＡ、金属粉末１の密度をＢとした場合に、（Ａ／Ｂ）×１００（％）により表されるタップ充填率が９０％であった（Ａ＝７．０６Ｍｇ／ｍ³、Ｂ＝７．８５Ｍｇ／ｍ³）。
本例の金属粉末１のタップ密度は、タップデンサー（セイシン企業社製：ＫＹＴ−２０００）を用いて測定を行った。具体的には、重量３００ｇ（＝ａ）の金属粉末１を１００ｍｌのメスシリンダに投入しながら、メスシリンダを１０ｍｍの高さから自由落下させる動作と引き上げる動作を繰り返して行い、メスシリンダの底部に振動を加える。金属粉末１の投入完了後、さらにメスシリンダの底部に２０回の振動を加え、充填された金属粉末１の体積ｂを測定する。本例では、４２．５ｍｌ（＝ｂ）であった。そして、タップ密度Ａ（＝ａ／ｂ）の値を求めた。

次に、金属粉末１の製造方法について簡単に説明する。本例の金属粉末１の製造方法としては、鋳込成形法を用いた。
まず、金属粉末１を構成する材料となる純鉄を溶解して、溶湯を準備する。次に、この溶湯を１辺の長さが１００μｍの略立方体形状の凹部を有する鋳型に流し込む。なお、鋳型の内表面には、微小の凹凸が設けられており、その内表面の凹部の深さは５μｍである。そして、鋳型内で溶湯を冷却し、凝固させる。最後に、鋳型から金属粉末１を取り出す。
以上により、一辺の長さが１００μｍの略立方体形状の金属粉末１を得る。

なお、本例の金属粉末１の製造方法において、上記鋳型の材質は、窒化珪素、アルミナ、マグネシア等のセラミック、鉄等の金属を用いることができる。また、金属粉末１を鋳型から取り出す際の容易性を考えると、熱膨張率の小さいセラミックを用いることが好ましい。また、溶湯を鋳型に流し込む際の熱衝撃を考えると、セラミックの中でも窒化珪素を用いることが望ましい。

また、金属粉末１の製造方法は、本例の鋳型成形法の他に、押し出し成形法、引き抜き成形法等を用いることもできる。例えば、断面が１００μｍ四方の角線材を押し出し又は引き抜き成形によって成形し、それを１００μｍピッチで切断することにより、本例の金属粉末１と同様のものを得ることができる。

次に、上記の金属粉末１を用いた圧粉体２（図５参照）の製造方法について説明する。
本例の圧粉体２の製造方法は、金属粉末１を所定の金型内へ投入する投入工程と、金属粉末１を金型内に充填する充填工程と、金属粉末１を圧縮成形して、圧粉体２を得る成形工程とを有する。
以下、これを詳説する。

まず、投入工程では、成形する圧粉体２の形状を有する金型内に金属粉末１を投入する。
次に、充填工程では、超音波発生装置を用いて、金型に振動を与え、金属粉末１を密に充填する。このとき、図４に示すごとく、金属粉末１をできるだけ整列させ、接触可能面１１同士を面接触させる。そして、金属粉末１間の隙間ができるだけ少なくなるように充填する。充填後における金型内の金属粉末１の充填密度は、４．６Ｍｇ／ｍ³であった。なお、図４は、金型内に充填した金属粉末１の一部分を取り出して表したものである。同図は、理想的な充填状態を示してあるが、実際には接触可能面１１同士が接触していない部分も生じうる。
次に、成形工程では、充填後の金属粉末１に対して８００ＭＰａの圧力を付与し、圧縮成形する。
以上により、図５の圧粉体２を得る。

次に、上記の製造方法により製造した圧粉体２について説明する。
本例の圧粉体２は、図５に示すごとく、円筒状（リング状）を呈している。圧粉体２の密度は７．８Ｍｇ／ｍ³、相対密度は９９．４％であった。
なお、圧粉体２は、金型の形状を変更することにより、用途に応じた様々な形状に成形することができる。

次に、本例の金属粉末１の作用効果について説明する。
本例の金属粉末１は、複数の接触可能面１１を有している。そのため、金属粉末１は、充填した際に、隣り合う金属粉末１と複数の接触可能面１１において確実に面接触することができる。これにより、充填した金属粉末１間に形成される隙間を低減することができ、金属粉末１の充填性を高めることができる。

そして、この充填性の高い金属粉末１を密に充填し、金属粉末１間の隙間を低減した状態で圧縮成形することにより、得られる圧粉体２は、成形後に存在する空隙が少なく、高密度を有するものとなる。
また、金属粉末１は充填性が高いため、圧縮成形する際に、金属粉末１間の隙間を埋めるための高い圧力を付与する必要がない。これにより、従来よりも低圧で圧縮成形して、高密度の圧粉体２を得ることができる。

また、本例では、接触可能面１１の合計面積は、金属粉末１の全表面積の９０％である。そのため、金属粉末１は、充填した際に、隣り合う金属粉末１と面接触する面積を充分に確保することができる。これにより、金属粉末１間の隙間を確実に低減することができ、充填性を充分に高めることができる。

また、金属粉末１の形状は、一辺の長さが１００μｍの略立方体であり、略正方形の接触可能面１１を有する。そのため、金属粉末１は、充填した際に、隣り合う金属粉末１と効率よく面接触することができると共に、面接触する面積を大きくすることができる。これにより、金属粉末１間の隙間を大幅に低減し、充填性をより一層向上させることができる。

また、金属粉末１は、上述した方法により測定したタップ充填率が９０％である。そのため、金属粉末１は、高い充填性を有するものとなる。これにより、金属粉末１を用いて得られる圧粉体２の高密度化を、充分かつ確実に図ることができる。

また、金属粉末１は、表面１０に微小な凹凸を有しており、該凹凸の凹部１０１の深さＤは、金属粉末１の最外径の１０％以下であり、５μｍである。そのため、圧縮成形時の金属粉末１同士の機械的結合を向上させることができる。これにより、金属粉末１を用いて得られる圧粉体２の強度を高めることができる。

また、本例の製造方法において、充填工程では、超音波発生装置を用いて金型に振動を与え、金属粉末１を充填する。そのため、金属粉末１をより一層密な状態で充填することができる。これにより、得られる圧粉体２の密度をさらに向上させることができる。

このように、本例によれば、充填性が高く、圧粉体の高密度化を実現することができる金属粉末、及びそれを用いた圧粉体並びにその製造方法を提供することができる。

なお、本例の金属粉末１としては、純鉄（Ｆｅ）を用いたが、これ以外にもＦｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、その他様々な種類の金属を用いることができる。

また、金属粉末１の形状としては、略立方体を採用したが、これ以外の様々な形状を用いることができる。例えば、略直方体（図６）、略三角錐（図７）、略四角錐（図８）等とすることもできる。
このとき、接触可能面１１の形状は、略直方体の場合には、略正方形又は略長方形である。また、略三角錐の場合には、全ての面が略三角形である。また、略四角錐の場合には、１つの面が略正方形又は略長方形であり、残りの４つの面が略三角形である。
また、上記の形状を採用した場合であっても、接触可能面１１の合計面積が金属粉末１の全表面積の７０％以上であることが好ましい。また、タップ充填率は、６０％以上であることが好ましい。また、７０％以上であればより好ましい。

（実施例２）
本例は、実施例１の金属粉末１を用いて得られる圧粉体２の適用例を示したものである。
圧粉体２は、高密度焼結部品として、ギア部品のスプロケット（図９）やポンプ部品のロータ（図１０）、ベーン等に用いることができる。
また、圧粉体２は、用途に応じた様々な形状に成形することができ、様々な材料に適用することができる。

（実施例３）
本例は、金属粉末として、表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末を用いた例である。
本例の圧粉磁心用粉末３は、図１１に示すごとく、圧縮成形することによって圧粉磁心を得るための原料となる金属粉末である。圧粉磁心用粉末３は、充填した際に、隣り合う圧粉磁心用粉末３が面接触しうる複数の接触可能面１１を有しており、かつ、表面１０を絶縁皮膜１２で被覆してある。
以下、これを詳説する。

本例の圧粉磁心用粉末３は、純鉄（Ｆｅ）であり、図１１に示すごとく、一辺の長さが１００μｍの略立方体の形状を呈している。圧粉磁心用粉末３の最外径は１７０μｍである。また、圧粉磁心用粉末３は、充填した際に、隣り合う圧粉磁心用粉末３同士が面接触しうる６つの接触可能面１１を有している。接触可能面１１は、略正方形の形状を呈している。なお、図１１では、図を簡略化するために最も理想的な立方体の圧粉磁心用粉末３を示したが、実際はこのように正確な立方体ではなく、角部が丸みを帯びた形状であることが多い。

また、図１２に示すごとく、圧粉磁心用粉末３の表面１０には、微小な凹凸が設けられている。なお、同図では、図を簡略化するために最も理想的な角部が直角の凹凸形状を示したが、実際は図１３に示すごとく、角部が丸みを帯びた形状である場合が多い。
また、圧粉磁心用粉末３の表面１０について、実施例１と同様の方法で調べたところ、上記凹凸の凹部１０１の深さｄは、約５μｍであった。
また、図１１〜図１３に示すごとく、圧粉磁心用粉末３の表面１０全体は、平均厚み５０ｎｍのシリコーン樹脂よりなる絶縁皮膜１２で被覆されている。

また、本例の圧粉磁心用粉末３の場合、６つの接触可能面１１の合計面積は、圧粉磁心用粉末３の全表面積（表面１０の全面積）の９０％である。すなわち、充填した際に、圧粉磁心用粉末３の表面１０の多くの部分が、隣り合う圧粉磁心用粉末３と面接触することができる（図１４参照）。

また、圧粉磁心用粉末３のタップ密度をＡ、圧粉磁心用粉末３の密度をＢとした場合に、（Ａ／Ｂ）×１００（％）により表されるタップ充填率が９０％であった（Ａ＝７．０２Ｍｇ／ｍ³、Ｂ＝７．８０Ｍｇ／ｍ³）。なお、圧粉磁心用粉末３のタップ密度Ａは、実施例１と同様の方法で求めた。

次に、圧粉磁心用粉末３の製造方法について簡単に説明する。本例の製造方法としては、実施例１と同様に、鋳込み成形法を用いた。
まず、圧粉磁心用粉末３を構成する材料となる純鉄を溶解して、溶湯を準備する。次に、この溶湯を１辺の長さが１００μｍの略立方体形状の凹部を有する鋳型に流し込む。なお、鋳型の内表面には、微小な凹凸が設けられており、その内表面の凹部の深さは１０μｍである。そして、鋳型内において溶湯を冷却し、凝固させる。最後に、鋳型から圧粉磁心用粉末３を取り出す。これにより、一辺の長さが１００μｍの略立方体形状の圧粉磁心用粉末３を得る。

そして、得られた圧粉磁心用粉末３に対して、シリコーン樹脂溶液をスプレー塗布する方法、またはシリコーン樹脂溶液に圧粉磁心用粉末３を浸漬して引き上げる方法等により、表面１０全体に平均厚み５０ｎｍのシリコーン樹脂よりなる絶縁皮膜１２を形成する。
以上により、図１１の圧粉磁心用粉末３を得る。

なお、本例の製造方法において、上記鋳型の材質は、窒化珪素、アルミナ、マグネシア等のセラミック、鉄等の金属を用いることができる。また、圧粉磁心用粉末３を鋳型から取り出す際の容易性を考えると、熱膨張率の小さいセラミックを用いることが好ましい。また、溶湯を鋳型に流し込む際の熱衝撃を考えると、セラミックの中でも窒化珪素を用いることが望ましい。

また、圧粉磁心用粉末３の製造方法は、本例の鋳込み成形法の他に、押し出し成形法、引き抜き成形法等を用いることもできる。例えば、断面が１００μｍ四方の角線材を押し出し又は引き抜き成形によって成形し、それを１００μｍピッチで切断することにより、本例の圧粉磁心用粉末３と同様のものを得ることができる。

また、絶縁皮膜１２の被覆方法としては、絶縁皮膜１２が樹脂皮膜の場合、圧粉磁心用粉末３と樹脂粉末とを混合し、圧粉磁心用粉末３の表面１０に樹脂粉末を付着させる方法、溶液状態の樹脂を圧粉磁心用粉末３にスプレーする方法等を用いることができる。
また、絶縁皮膜１２がセラミック皮膜の場合、アルコキシド、ゾルゲル等の化学反応で圧粉磁心用粉末３の表面１０に被覆する方法、セラミック微粉末を圧粉磁心用粉末３にスプレーする方法、その他ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等を用いることができる。
また、絶縁皮膜１２がセラミックと樹脂の混合皮膜の場合、溶液状態の樹脂中にセラミック粉末を分散させ、この混合溶液を圧粉磁心用粉末３にスプレーする方法等を用いることができる。

次に、上記の圧粉磁心用粉末３を用いた圧粉磁心４（図１５参照）の製造方法について説明する。
本例の圧粉磁心４の製造方法は、圧粉磁心用粉末３を所定の金型内へ投入する投入工程と、圧粉磁心用粉末３を金型内に充填する充填工程と、圧粉磁心用粉末３を圧縮成形して、圧粉磁心４を得る成形工程とを有する。
以下、これを詳説する。

まず、投入工程では、成形する圧粉磁心４の形状を有する金型内に、圧粉磁心用粉末３を投入する。
次に、充填工程では、超音波発生装置を用いて、金型に振動を与え、圧粉磁心用粉末３を密に充填する。このとき、図１４に示すごとく、圧粉磁心用粉末３を整列させ、接触可能面１１同士を面接触させる。そして、圧粉磁心用粉末３間の隙間ができるだけ少なくなるように充填する。充填後における金型内の圧粉磁心用粉末３の充填密度は、５．５Ｍｇ／ｍ³であった。なお、図１４は、金型内に充填した圧粉磁心用粉末３の一部分を取り出して表したものである。同図は、理想的な充填状態を示してあるが、実際には接触可能面１１同士が接触していない部分も生じうる。
次に、成形工程では、充填後の圧粉磁心用粉末３に対して８００ＭＰａの圧力を付与し、圧縮成形を行う。
以上により、図１５の圧粉磁心４を得る。

なお、本例の製造方法において、圧縮成形時に付与する圧力によって生じる圧粉磁心用粉末３の変形（歪み）を評価するために、圧粉磁心用粉末３の成形前後における表面積を測定した。成形前の表面積Ｓ１は７５５ｍ²／ｍ³、成形後の表面積Ｓ２は６５０ｍ²／ｍ³であり、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１により表される成形前後における表面積の変化率は０．１４であった。

次に、上記の製造方法により製造した圧粉磁心４について説明する。
本例の圧粉磁心４は、図１５に示すごとく、円筒状（リング状）を呈しており、モータ用ステータコアとして用いられるものである。圧粉磁心４の密度は７．７０Ｍｇ／ｍ³、相対密度は９８．７％であった。また、ＢＨアナライザーにより測定した飽和磁束密度は１．８２Ｔであり、４００Ｈｚの交流磁界での鉄損は４０Ｗ／ｋｇであった。
なお、圧粉磁心４は、金型の形状を変更することにより、用途に応じた様々な形状に成形することができる。

次に、本例の圧粉磁心用粉末３の作用効果について説明する。
本例の圧粉磁心用粉末３は、充填した際に、隣り合う圧粉磁心用粉末３が面接触しうる複数の接触可能面１１を有している。すなわち、圧粉磁心用粉末３は、充填した際に、隣り合う圧粉磁心用粉末３と複数の接触可能面１１において確実に面接触することができる。これにより、充填時に圧粉磁心用粉末３間に形成される隙間を低減することができ、圧粉磁心用粉末３の充填性を高めることができる。

そして、この充填性の高い圧粉磁心用粉末３を密に充填し、圧粉磁心用粉末３間の隙間を低減した状態で圧縮成形することによって得られる圧粉磁心４は、成形後に存在する空隙が少なく、高密度を有するものとなる。そして、このような高密度の圧粉磁心４は、高磁束密度を有するものとなる。
また、圧粉磁心用粉末３は充填性が高いため、圧縮成形する際に、圧粉磁心用粉末３間の隙間を埋めるための高い圧力を付与する必要がない。つまり、従来よりも低圧で圧縮成形して、高密度・高磁束密度の圧粉磁心４を得ることができる。

また、従来よりも低圧で圧縮成形することができるため、圧縮成形時に付与する圧力によって生じる圧粉磁心用粉末３の変形（歪み）を低減することができ、成形後の圧粉磁心４のヒステリシス損失を低減することができる。また、これと同時に、圧粉磁心用粉末３の表面１０に被覆された絶縁皮膜１２の変形・破損も低減することができ、圧粉磁心用粉末３間の絶縁性を充分に確保することができる。そして、この絶縁皮膜１２の存在によって、成形後の圧粉磁心４の渦電流損失を低減することができる。これにより、鉄損の低い圧粉磁心４を得ることができる。

また、本例では、接触可能面１１の合計面積は、圧粉磁心用粉末３の全表面積の９０％である。そのため、圧粉磁心用粉末３は、充填した際に、隣り合う圧粉磁心用粉末３と面接触する面積を充分に確保することができる。これにより、圧粉磁心用粉末３間の隙間を確実に低減することができ、充填性を充分に高めることができる。

また、圧粉磁心用粉末３の形状は、一辺の長さが１００μｍの略立方体であり、略正方形の接触可能面１１を有する。そのため、圧粉磁心用粉末３は、充填した際に、隣り合う圧粉磁心用粉末３と効率よく面接触することができると共に、面接触する面積を大きくすることができる。これにより、圧粉磁心用粉末３間の隙間を大幅に低減し、充填性をより一層向上させることができる。

また、圧粉磁心用粉末３は、上述した方法により測定したタップ充填率が９０％である。そのため、圧粉磁心用粉末３は、高い充填性を有するものとなる。これにより、圧粉磁心用粉末３を用いて得られる圧粉磁心４の高磁束密度化・低鉄損化を、充分かつ確実に図ることができる。

また、圧粉磁心用粉末３は、表面１０に微小な凹凸を有しており、該凹凸の凹部１０１の深さｄは、圧粉磁心用粉末３の最外径の１０％以下であり、５μｍである。そのため、圧縮成形時の圧粉磁心用粉末３同士の機械的結合を向上させることができる。これにより、圧粉磁心用粉末３を用いて得られる圧粉磁心４の強度を向上させることができる。

また、絶縁皮膜１２は、シリコーン樹脂よりなる厚さ５０ｎｍの樹脂皮膜である。そのため、絶縁皮膜１２は、高い電気絶縁性を有するものとなる。これにより、圧粉磁心用粉末３間の絶縁性を向上させることができる。

また、本例の圧粉磁心４の製造方法において、充填工程では、超音波発生装置を用いて金型に振動を与え、圧粉磁心用粉末３を充填する。そのため、圧粉磁心用粉末３をより一層密な状態で充填することができる。これにより、得られる圧粉磁心４の密度・磁束密度をさらに向上させることができる。

また、圧粉磁心用粉末３は、成形工程前の表面積をＳ１、成形工程後の表面積をＳ２とした場合に、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１の値が０．１４である。そのため、圧粉磁心用粉末３の変形（歪み）及び絶縁皮膜１２の変形・破損を充分に低減することができる。これにより、圧粉磁心４の鉄損をさらに低くすることができる。

また、本例の圧粉磁心４の製造方法により製造された圧粉磁心４は、相対密度が９８．７％である。そのため、圧粉磁心４は、空隙が少なく、高密度を有するものとなる。
また、圧粉磁心４は、密度が７．７０Ｍｇ／ｍ³であり、飽和磁束密度が１．８２Ｔである。そのため、圧粉磁心４は、充分に高い密度を有すると共に、高い磁束密度を有するものとなる。

このように、本例によれば、充填性が高く、高磁束密度と低鉄損とを両立させた圧粉磁心を得ることができる圧粉磁心用粉末３を提供することができる。そして、この圧粉磁心用粉末３を用いて得られる圧粉磁心４は、高磁束密度と低鉄損とを両立させたものとなる。

なお、本例では、圧粉磁心用粉末３を構成する材料としては、本例の純鉄（Ｆｅ）を用いたが、これ以外にもＦｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｎｉ系等の金属を用いることができる。
また、絶縁皮膜１２としては、本例のシリコーン樹脂よりなる樹脂皮膜以外にセラミック皮膜やセラミックと樹脂の混合皮膜等を用いることができる。

上記樹脂皮膜としては、本例のシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、シリコーンレジン、シランカップリング剤等を１又は複数種類含んだものを用いることができる。
また、上記セラミック皮膜としては、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、窒化硼素、窒化珪素等を１又は複数種類含んだものを用いることができる。

また、本例の圧粉磁心用粉末３の形状としては、略立方体を採用したが、これ以外の様々な形状を用いることができる。例えば、略直方体（図６参照）、略三角錐（図７参照）、略四角錐（図８参照）等とすることもできる。
このとき、接触可能面１１の形状は、略直方体の場合には、略正方形又は略長方形である。また、略三角錐の場合には、全ての面が略三角形である。また、略四角錐の場合には、１つの面が略正方形又は略長方形であり、残りの４つの面が略三角形である。
また、上記の形状を採用した場合であっても、接触可能面１１の合計面積が圧粉磁心用粉末３の全表面積の７０％以上であることが好ましい。また、タップ充填率は、６０％以上であることが好ましい。また、７０％以上であればより好ましい。

また、本例の圧粉磁心４は、モータ用ステータコアの形状に成形したが、圧粉磁心用粉末３を圧縮成形する金型の形状を変更することにより、用途に応じた様々な形状に成形することができる。圧粉磁心４は、上記以外にも、モータ用ロータコア、ノイズフィルタ、リアクトル等に適用することができる。

実施例１における、金属粉末を示す説明図。 実施例１における、金属粉末の表面を示す断面拡大図。 実施例１における、金属粉末の表面を示す断面拡大図。 実施例１における、金属粉末の充填状態を示す説明図。 実施例１における、圧粉体を示す説明図。 実施例１における、その他の形状の金属粉末を示す説明図。 実施例１における、その他の形状の金属粉末を示す説明図。 実施例１における、その他の形状の金属粉末を示す説明図。 実施例２における、ギア部品（スプロケット）を示す説明図。 実施例２における、ポンプ部品（ロータ）を示す説明図。 実施例３における、圧粉磁心用粉末を示す説明図。 実施例３における、圧粉磁心用粉末の表面を示す断面拡大図。 実施例３における、圧粉磁心用粉末の表面を示す断面拡大図。 実施例３における、圧粉磁心用粉末の充填状態を示す説明図。 実施例３における、圧粉磁心を示す説明図。

符号の説明

１ 金属粉末
１０ 表面
１０１ 凹部
１１ 接触可能面
１２ 絶縁皮膜
２ 圧粉体
３ 圧粉磁心用粉末
４ 圧粉磁心

Claims (22)

1. 圧縮成形することによって圧粉体を得るための原料となる金属粉末であって、
   上記金属粉末は、充填した際に、隣り合う該金属粉末同士が面接触しうる複数の接触可能面を有していることを特徴とする金属粉末。
2. 請求項１において、上記接触可能面の合計面積は、上記金属粉末の全表面積の７０％以上であることを特徴とする金属粉末。
3. 請求項１又は２において、上記金属粉末の形状は、略立方体、略直方体、略三角錐、又は略四角錐のいずれかであり、上記金属粉末の上記各接触可能面の形状は、略正方形、略長方形、又は略三角形のいずれかであることを特徴とする金属粉末。
4. 請求項３において、上記金属粉末は、一辺の長さが１０〜５００μｍであることを特徴とする金属粉末。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記金属粉末のタップ密度をＡ、上記金属粉末の密度をＢとした場合に、（Ａ／Ｂ）×１００（％）により表されるタップ充填率が６０％以上であることを特徴とする金属粉末。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、上記金属粉末は、表面に微小な凹凸を有しており、該凹凸の凹部の深さは、該金属粉末の最外径の１０％以下であることを特徴とする金属粉末。
7. 請求項６において、上記凹部の深さは、１〜５０μｍであることを特徴とする金属粉末。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、上記金属粉末は、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｎｉ系の金属のいずれかであることを特徴とする金属粉末。
9. 請求項１〜８のいずれか１項において、上記金属粉末は、表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末であることを特徴とする金属粉末。
10. 請求項９において、上記金属粉末は、最外径が５００μｍ以下であることを特徴とする金属粉末。
11. 請求項９又は１０において、上記絶縁皮膜の厚さは、１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする金属粉末。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項において、上記絶縁皮膜は、セラミック皮膜、樹脂皮膜、又はセラミックと樹脂の混合皮膜であることを特徴とする金属粉末。
13. 請求項１２において、上記セラミック皮膜は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、窒化硼素、窒化珪素のうちの少なくとも１種以上を含むことを特徴とする金属粉末。
14. 請求項１２において、上記樹脂皮膜は、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、シリコーンレジン、シランカップリング剤のうちの少なくとも１種以上を含むことを特徴とする金属粉末。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の金属粉末を圧縮成形してなる圧粉体を製造する方法であって、
    上記金属粉末を所定の金型内へ投入する投入工程と、
    上記金属粉末を上記金型内に充填する充填工程と、
    上記金属粉末を圧縮成形して、上記圧粉体を得る成形工程とを有することを特徴とする圧粉体の製造方法。
16. 請求項１５において、上記充填工程では、上記金型に振動を与えて、上記金属粉末を充填することを特徴とする圧粉体の製造方法。
17. 請求項１６において、上記充填工程では、超音波発生装置を用いて上記金型に振動を与えることを特徴とする圧粉体の製造方法。
18. 請求項１５〜１７のいずれか１項において、上記金属粉末は、表面を絶縁皮膜で被覆してある圧粉磁心用粉末であって、上記金属粉末における上記成形工程前の表面積をＳ１、上記成形工程後の表面積をＳ２とした場合に、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１の値が０．２以下であることを特徴とする圧粉体の製造方法。
19. 請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の圧粉体の製造方法により製造してなることを特徴とする圧粉体。
20. 請求項１９において、上記圧粉体は、相対密度が９５％以上であることを特徴とする圧粉体。
21. 請求項１９又は２０において、上記圧粉体は、表面を絶縁皮膜で被覆してある上記金属粉末である圧粉磁心用粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心であって、密度が７．４Ｍｇ／ｍ³以上であることを特徴とする圧粉体。
22. 請求項２１において、上記圧粉体は、飽和磁束密度が１．６Ｔ以上であることを特徴とする圧粉体。

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