JP2023125565A - Green compact, powder magnetic core, and manufacturing methods therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧粉成形体、圧粉磁心、圧粉成形体及び圧粉磁心の製造方法に関する。 The present invention relates to a powder compact, a powder magnetic core, and a method for producing the powder compact and the powder magnetic core.
圧粉磁心は、リアクトルなどのコイル部品のコアとして用いられる。例えば、リアクトルは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車の駆動システム等をはじめ、OA機器、太陽光発電システム、無停電電源といった各種の分野で使用されている。 Powder magnetic cores are used as cores of coil components such as reactors. For example, a reactor is an electromagnetic component that converts electrical energy into magnetic energy, stores and releases it, and is used in drive systems for hybrid cars, electric cars, and fuel cell cars, as well as office automation equipment, solar power generation systems, and uninterruptible power supplies. It is used in various fields such as
圧粉磁心は、軟磁性粉末又は表面に絶縁層を付着させた軟磁性粉末をプレス成形して圧粉成形体を作製し、この圧粉成形体を焼鈍したものである。一般的に、プレス成形時の押圧力は10~20ton/cm2という高い圧力がかけられる。 The powder magnetic core is obtained by press-molding soft magnetic powder or soft magnetic powder with an insulating layer attached to the surface to produce a powder compact, and then annealing the powder compact. Generally, a high pressure of 10 to 20 tons/cm 2 is applied during press molding.
図7は、従来の圧粉成形体のプレス方向を示す図である。図7に示すように、圧粉成形体100としては、3つの脚部と3つの脚部を繋ぐヨーク部から成るE字型形状のものが使用されることがある。即ち、3つの脚部は延び方向が平行になるように横並びに配置され、ヨーク部は各脚部の端部と接続し、圧粉成形体は概略E字型形状となっている。このような圧粉成形体は、脚部の延び方向と直交し、かつ、脚部の横並び方向と直交する方向、即ち、E字型に見える面(E字面)がプレス面となり、このE字面の高さは同一平面に形成されている。つまり、3本の脚部は、脚部の延び方向と直交し、かつ、脚部の横並び方向と直交する方向の高さ(以下、「高さ方向」とも称する。)が同一である。 FIG. 7 is a diagram showing the pressing direction of a conventional powder compact. As shown in FIG. 7, the compacted powder compact 100 may have an E-shape consisting of three legs and a yoke connecting the three legs. That is, the three legs are arranged side by side so that their extending directions are parallel, the yoke connects to the end of each leg, and the compact is approximately E-shaped. In such a powder compact, the pressing surface is a direction perpendicular to the extending direction of the legs and perpendicular to the horizontal direction of the legs, that is, a surface that looks like an E shape (E-shaped surface), and this E-shaped surface are formed on the same plane. In other words, the three legs have the same height in a direction perpendicular to the extending direction of the legs and perpendicular to the horizontal direction of the legs (hereinafter also referred to as "height direction").
圧粉成形体の脚部にはコイルが巻回される。3本の脚部の高さ方向の長さが同一であると、コイルは、圧粉成形体の外側に線幅分突出し、コイル部品の大型化を招く。そこで、コイルが圧粉成形体の外側に突出しないようにコイルが巻回される脚部の高さ方向の長さを短くする形状が求められる。例えば、3つの脚部のうち、真ん中に位置する中脚にコイルが巻回される場合、中脚の高さ方向の長さを中脚の両端にある外脚よりも短くする。 A coil is wound around the leg of the powder compact. If the lengths of the three legs are the same in the height direction, the coil will protrude to the outside of the powder compact by the line width, leading to an increase in the size of the coil component. Therefore, a shape is required in which the length in the height direction of the leg portion around which the coil is wound is shortened so that the coil does not protrude outside the powder compact. For example, when the coil is wound around the middle leg located in the middle of the three legs, the length of the middle leg in the height direction is made shorter than the outer legs located at both ends of the middle leg.
中脚の高さ方向の長さが短い場合、従来のように、E字面に直交する方向でプレスすると、中脚と外脚のプレス面は同一平面上にないため、中脚はプレス機によって押圧し難い。そのため、中脚、外脚、ヨーク部それぞれにかかる押圧力が異なる。その結果、中脚、外脚、ヨーク部に含まれる軟磁性粉末の密度差が発生し、密度差が大きい部分が破損する虞がある。 If the length of the middle leg in the height direction is short, if you press in a direction perpendicular to the E-shaped plane as in the conventional method, the pressing surfaces of the middle leg and outer leg are not on the same plane, so the middle leg will be pressed by the press machine. Difficult to press. Therefore, the pressing forces applied to the middle leg, outer leg, and yoke portion are different. As a result, a density difference occurs between the soft magnetic powder contained in the middle leg, the outer leg, and the yoke portion, and there is a risk that the portion where the density difference is large may be damaged.
コアが圧粉磁心ではなくフェライトコアの場合は、プレス工程における押圧の目的は、所望の形状にさせるのみである。そして、焼鈍によって粉末間が焼結作用により強固に結合されるので、コアとして十分な強度を得ることができる。そのため、押圧力も1~3ton/cm2と少ない圧力で押圧するので密度差が少ない。よって、フェライトコアの場合、脚部の延び方向と直交し、かつ、脚部の横並び方向と直交する方向の高さが異なる複雑な形状にすることが容易である。 If the core is not a dust core but a ferrite core, the purpose of pressing in the pressing step is only to form the desired shape. Then, since the powders are firmly bonded by the sintering action by annealing, sufficient strength can be obtained as a core. Therefore, since the pressing force is as low as 1 to 3 ton/cm 2 , there is little difference in density. Therefore, in the case of a ferrite core, it is easy to make it into a complicated shape in which the heights in the direction perpendicular to the extending direction of the leg parts and the direction perpendicular to the horizontal arrangement direction of the leg parts are different.
一方、圧粉磁心の場合、プレス工程における押圧の目的は、所望の形状にさせることに加えて、粉末間を近接させ、分子間力によって圧粉成形体を保持させる目的も兼ねているため、10~20ton/cm2という高い圧力によって圧粉成形体を圧縮する。そのため、圧粉磁心の場合、密度差が顕著に現れる。よって、脚部の延び方向と直交し、かつ、脚部の横並び方向と直交する方向の高さが異なる複雑な形状の圧粉成形体又は圧粉磁心を作製することは困難だった。 On the other hand, in the case of powder magnetic cores, the purpose of pressing in the pressing process is not only to form the desired shape, but also to bring the powders closer together and to hold the powder compact by intermolecular forces. The compact is compressed under a high pressure of 10 to 20 tons/cm 2 . Therefore, in the case of powder magnetic cores, density differences appear significantly. Therefore, it has been difficult to produce a compacted powder body or powder magnetic core having a complicated shape in which the heights in the direction perpendicular to the extending direction of the legs and the direction perpendicular to the horizontal arrangement direction of the legs are different.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、複雑な形状であっても密度差が抑制された圧粉成形体、圧粉磁心、圧粉成形体及び圧粉磁心の製造方法を提供することにある。 The present invention was proposed in order to solve the above problems, and its purpose is to provide a powder compact, a powder magnetic core, a powder compact, and a compact with suppressed density differences even in complex shapes. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a powder magnetic core.
上記目的を達成するため、本発明の圧粉成形体は、延び方向が平行になるよう横並びに配置された複数の脚部と、前記複数の脚部を連結するヨーク部と、前記脚部の延び方向と直交し、かつ、前記脚部の横並び方向と直交する前記脚部の端面に設けられた凹み部と、を備え、前記脚部の延び先端面と、前記脚部と連絡する前記ヨーク部の内周面と、前記内周面と反対側の端面である前記ヨーク部の背面とが、パンチで押圧されるプレス面であり、前記ヨーク部の厚みも含めた各脚部の延び方向の長さのばらつきが、0.57%以下であること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, the powder compact of the present invention includes a plurality of legs arranged side by side so that their extending directions are parallel to each other, a yoke section connecting the plurality of legs, and a yoke section for connecting the plurality of legs, and a yoke section for connecting the plurality of legs. a recess provided in an end surface of the leg that is perpendicular to an extending direction and perpendicular to a lateral arrangement direction of the leg, the yoke communicating with the extending end surface of the leg and the leg; The inner circumferential surface of the yoke section and the back surface of the yoke section, which is the end surface opposite to the inner circumferential surface, are press surfaces that are pressed by a punch, and the extension direction of each leg section including the thickness of the yoke section. The length variation is 0.57% or less.
上記圧粉成形体を焼鈍して成る圧粉磁心も本発明の一態様である。 A powder magnetic core formed by annealing the above powder compact is also an embodiment of the present invention.
また、本発明の圧粉成形体の製造方法は、軟磁性粉末を上パンチ及び下パンチによって加圧成形し、成形体を作製するプレス工程を含み、前記成形体は、延び方向が平行になるよう横並びに配置された複数の脚部と、前記複数の脚部を連結するヨーク部と、前記脚部の延び方向と直交し、かつ、前記脚部の横並び方向と直交する端面に設けられた凹み部と、を備え、前記プレス工程においては、前記脚部の延び方向がプレス方向であり、前記下パンチは、前記脚部の延び先端面をプレスする延び先端面パンチと、前記脚部と接続する前記ヨーク部の内周面をプレスする内周面パンチと、を有し、前記脚部の延び方向における前記ヨーク部を含めた各脚部の長さのばらつきが、0.57%以下であること、を特徴とする。 Further, the method for producing a compacted compact of the present invention includes a pressing step of press-molding soft magnetic powder with an upper punch and a lower punch to produce a compact, wherein the extending direction of the compact is parallel. a plurality of legs arranged side by side, a yoke part connecting the plurality of legs, and a yoke part provided on an end surface perpendicular to the extending direction of the legs and perpendicular to the direction in which the legs are arranged side by side. a recessed portion, in the pressing step, the extending direction of the leg is the pressing direction, and the lower punch includes an extended end surface punch that presses the extended end surface of the leg; an inner circumferential surface punch that presses the inner circumferential surface of the connecting yoke portion, and the variation in length of each leg including the yoke portion in the extending direction of the leg portion is 0.57% or less. It is characterized by:
また、上記製造方法によって作製された圧粉成形体を熱処理する焼鈍工程を備えること、を特徴する圧粉磁心の製造方法も本発明の一態様である。 Another aspect of the present invention is a method for producing a powder magnetic core, which includes an annealing step of heat-treating the powder compact produced by the above production method.
本発明によれば、複雑な形状の圧粉成形体又は圧粉磁心であっても密度差を抑制できる。 According to the present invention, density differences can be suppressed even in the case of complex-shaped powder compacts or powder magnetic cores.
(実施形態)
実施形態に係る圧粉成形体又は圧粉磁心について図面を参照しつつ説明する。各図面においては、理解容易のため、厚み、寸法、位置関係、比率又は形状等を強調して示している場合があり、本発明は、それら強調に限定されるものではない。
(Embodiment)
A powder compact or a powder magnetic core according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In each drawing, thickness, dimensions, positional relationships, proportions, shapes, etc. may be emphasized for ease of understanding, but the present invention is not limited to such emphasis.
図1は、圧粉成形体1の斜視図である。なお、図1において、X方向が脚部2の延び方向であり、Y方向が脚部2の横並び方向であり、Z方向がX方向及びY方向と直交する方向である。X方向は、軟磁性粉末を加圧成形する際のプレス方向と称する場合もあり、Z方向は高さ方向と称する場合もある。
FIG. 1 is a perspective view of the powder compact 1. FIG. In addition, in FIG. 1, the X direction is the direction in which the
圧粉磁心は、OA機器、太陽光発電システム、自動車などに搭載されるリアクトルなどのコイル部品のコアとして用いられる磁性体である。圧粉磁心は、圧粉成形体1を焼鈍して成る。圧粉成形体1は軟磁性粉末を含む。軟磁性粉末には、必要に応じて表面に絶縁層を形成させる。軟磁性粉末を金型に充填し、プレス成形することで圧粉成形体1は作製される。プレス成形を経ることで、所望の形状の圧粉成形体1に成る。最後に、この圧粉成形体1を焼鈍することで圧粉磁心は作製される。 A powder magnetic core is a magnetic material used as the core of coil components such as reactors installed in office automation equipment, solar power generation systems, automobiles, and the like. The powder magnetic core is formed by annealing the powder compact 1. The compacted compact 1 contains soft magnetic powder. If necessary, an insulating layer is formed on the surface of the soft magnetic powder. The compacted powder body 1 is produced by filling a mold with soft magnetic powder and press-molding it. Through press molding, a powder compact 1 having a desired shape is obtained. Finally, a powder magnetic core is produced by annealing this powder compact 1.
軟磁性粉末は鉄を主成分とする。軟磁性粉末としては、純鉄粉、鉄を主成分とするパーマロイ(Fe-Ni合金)、Si含有鉄合金(Fe-Si合金)、センダスト合金(Fe-Si-Al合金)、又はこれら2種以上の粉末の混合粉などが使用できる。また、軟磁性粉末として、アモルファス合金、ナノ結晶合金粉末を使用してもよい。 Soft magnetic powder has iron as its main component. As the soft magnetic powder, pure iron powder, permalloy whose main component is iron (Fe-Ni alloy), Si-containing iron alloy (Fe-Si alloy), sendust alloy (Fe-Si-Al alloy), or two of these are used. A mixed powder of the above powders can be used. Further, as the soft magnetic powder, an amorphous alloy powder or a nanocrystalline alloy powder may be used.
Fe-Si-Al合金粉末は、例えば、Feに対して、7wt%から11wt%程度のSiと、4wt%から8wt%程度のAlとを含有させている。Fe-Si-Al合金粉末には、例えば、Feに対して1wt%から3wt%程度のNiが含まれていてもよい。さらに、Fe-Si-Al合金粉末にはCo、Cr又はMnが含まれていてもよい。 The Fe--Si--Al alloy powder contains, for example, approximately 7 wt% to 11 wt% of Si and approximately 4 wt% to 8 wt% of Al relative to Fe. The Fe--Si--Al alloy powder may contain, for example, about 1 wt% to 3 wt% Ni with respect to Fe. Furthermore, the Fe--Si--Al alloy powder may contain Co, Cr, or Mn.
Si含有鉄合金には、Co、Al、Cr又はMnが含まれていてもよい。パーマロイ(Fe-Ni合金)を用いる場合、Feに対するNiの比率は50:50や25:75が好ましいが、他の比率であってもよい。例えば、Fe-80Ni、Fe-36Ni、Fe-78Ni、Fe-47Niでもよい。FeとNiの他にSi、Cr、Mo、Cu、Nb、Ta等を含んでいてもよい。Fe-Si合金粉末は、例えば、Fe-3.5%Si合金粉末、Fe-6.5%Si合金粉末が挙げられるが、Feに対するSiの比率は、3.5%や6.5%以外であってもよい。純鉄粉は、Feを99%以上含むものである。 The Si-containing iron alloy may contain Co, Al, Cr, or Mn. When permalloy (Fe--Ni alloy) is used, the ratio of Ni to Fe is preferably 50:50 or 25:75, but other ratios may be used. For example, it may be Fe-80Ni, Fe-36Ni, Fe-78Ni, or Fe-47Ni. In addition to Fe and Ni, it may also contain Si, Cr, Mo, Cu, Nb, Ta, etc. Examples of Fe-Si alloy powder include Fe-3.5%Si alloy powder and Fe-6.5%Si alloy powder, but the ratio of Si to Fe is other than 3.5% or 6.5%. It may be. Pure iron powder contains 99% or more of Fe.
本実施形態の圧粉成形体1は、3つの脚部2とこの3つの脚部2を連結するヨーク部3から成り、Z方向から見ると、概略E字型形状となっている。脚部2は、ヨーク部3から延びている。3つの脚部2は、延び方向が平行になるように、横並びに配置される。脚部2は、真ん中に配置される中脚21と、中脚21の両隣に配置される一対の外脚22a、22bを有する。ヨーク部3は、プレス方向(X方向)と直交する端面で脚部2と接続する内周面31と、内周面31と反対側の端面である背面32を有する。
The powder compact 1 of this embodiment consists of three
脚部2は、延び先端面23を有する。延び先端面23は、脚部2の延び方向と直交し、ヨーク部3と接続する面とは反対側の面である。圧粉成形体1を焼鈍した圧粉磁心を2つ用意し、互いに延び先端面23で接合することで、閉じた環形状のコアと成る。
The
ヨーク部3の厚みも含めた各脚部2の延び方向の長さのばらつきは、0.57%以下である。ばらつきを0.57%以下にすることで、脚部2とヨーク部3の密度差を低減できる。より密度差を低減するため、0.44%以下にすることが好ましい。なお、ここでいうヨーク部3の厚みも含めた各脚部2の延び方向の長さのばらつきとは、脚部2の延び方向の長さに、ヨーク部3の内周面31から背面32までヨーク部3の厚みを加えた長さを指す。この長さのばらつきは、下記式(1)から求める。
The variation in the length of each
(数式1)
長さのばらつき=(1-(最も短い脚部の長さ)/(最も長い脚部の長さ))×100・・(1)
(Formula 1)
Length variation = (1 - (shortest leg length) / (longest leg length)) x 100... (1)
中脚21、外脚22a、22b及びヨーク部3の高さ方向(脚部2の延び方向と直交し、かつ、脚部2の横並び方向と直交する方向)の端面は同一平面になく、何れかの部材の上に凹み部4が形成されている。本実施形態では、中脚21の上面に凹み部4が形成されている。この凹み部4は、中脚21の上面全域に形成されている。換言すれば、中脚21の延び先端面23に向かう延び方向に対してアンダーカットにならない形状である。即ち、中脚21は、外脚22a、22bよりも高さ方向の長さが短い。具体的には、外脚22a、22bの高さ方向の長さはヨーク部3の高さ方向の長さと略同一であるが、中脚21の高さ方向の長さはヨーク部3の高さ方向の長さより短い。中脚21は、高さ方向のヨーク部3の一方端部には接しているが他方端部には接していない。なお、脚部2の並び方向(Y方向)の長さは、中脚21の方が外脚22a、22bよりも長い。
The end faces of the
中脚21及び外脚22a、22bの延び先端面23と、ヨーク部3の内周面31及び背面32は、プレス面である。一方、中脚21及び外脚22a、22bのプレス方向と平行となる側面と、ヨーク部31のプレス方向と平行となる側面が摺動面となる。プレス面は、後述する上パンチ7又は下パンチ8で押圧された面であり、摺動面は、プレス成形の際に、上パンチ7又は下パンチ8が摺動した痕が残る面である。
The extending end surfaces 23 of the
(製造方法)
次に、本実施形態に係る圧粉成形体1又は圧粉磁心の製造方法について説明する。圧粉成形体1の製造方法は、プレス工程を含む。圧粉磁心の製造方法は、プレス工程によって作製された圧粉成形体1を熱処理する焼鈍工程を含む。プレス工程は、軟磁性粉末を金型5に充填し、軟磁性粉末を押圧して圧粉成形体1を作製する工程である。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the powder compact 1 or the powder magnetic core according to the present embodiment will be described. The method for manufacturing the powder compact 1 includes a pressing step. The method for manufacturing a powder magnetic core includes an annealing step of heat-treating the powder compact 1 produced by the pressing step. The pressing process is a process of filling the
ここで、金型5の構造について図面を参照しつつ説明する。図2は、金型5の主要構成を示す斜視図である。なお、説明の都合上、ダイ6は透明化してある。金型5は、ダイ6、上パンチ7及び下パンチ8を有する。ダイ6の中に挿入された上パンチ7及び下パンチ8が、互いに軟磁性粉末を押し合うことで軟磁性粉末を押し固め、軟磁性粉末が圧粉成形体1として成形される。上パンチ7及び下パンチ8は、脚部2の延び方向(X方向)に沿って可動する。
Here, the structure of the
ダイ6は、円柱状の部材であり、円の中心部分にはヨーク部3の背面32と概略同形同大の開口が設けられている。開口は、プレス方向と直交する一方端面から他方端面まで延びており、貫通した孔となっている。この開口から軟磁性粉末をダイ6の内部に充填し、上パンチ7及び下パンチ8によって軟磁性粉末をプレスして、圧粉成形体1が成形される。
The
図3は、上パンチ7の斜視図である。上パンチ7は、ヨーク部3の背面32をプレスする部材である。即ち、上パンチ7は、背面32をプレスするプレス面71を有する。プレス面71は、平坦面である。プレス面71は、ヨーク部3の背面32と概略同形同大である。
FIG. 3 is a perspective view of the
図4は、下パンチ8の斜視図である。図5は、下パンチ8の分解斜視図である。下パンチ8は、脚部2の延び先端面23及びヨーク部3の内周面31をプレスする部材である。下パンチ8は、延び先端面23をプレスする延び先端面パンチ81と、内周面31をプレスする内周面パンチ82に分割される。
FIG. 4 is a perspective view of the
延び先端面パンチ81は、中脚21の延び先端面23をプレスする押圧部材811と、外脚22a、22bの延び先端面23をプレスする一対の押圧部材812とを有する。押圧部材811は、長板形状を有し、中脚21の延び先端面23をプレスするプレス面811aを有する。プレス面811aは、中脚21の延び先端面23と概略同形同大であり、平坦面である。
The extending
一対の押圧部材812は、押圧部材811を挟んで対向に配置される。押圧部材812は、長板形状を有し、外脚22a、22bの延び先端面23をプレスするプレス面812aを有する。プレス面812aは、外脚22a、22bの延び先端面23と概略同形同大であり、平坦面である。押圧部材811のプレス面811aと押圧部材812のプレス面812aは、同一平面上に配置される。なお、プレス方向と直交し、かつ、押圧部材の並び方向と直交する方向の長さは、押圧部材811の方が押圧部材812よりも短い。
The pair of pressing
延び先端面パンチ81は、根元部813を更に有する。根元部813は、円形の板状の部材である。根元部813は、プレス面811a、812aとは反対側の押圧部材811、812の端部と接続している。即ち、押圧部材811、812は、根元部813によって一体化されている。つまり、押圧部材811、812は、個別に動かず、一体可動となっている。根元部813は、内周面パンチ82が挿入される概略U字型の開口814が設けられている。
The elongated
内周面パンチ82は、プレス方向から見ると、概略U字型の部材である。即ち、内周面パンチ82は、対向に配置される一対の直線部と、一対の直線部を繋ぐ連結部から成る。内周面パンチ82は、ヨーク部3の内周面31をプレスするプレス面82aを有する。プレス面82aは、概略U字型形状の平坦面である。
The inner
内周面パンチ82は、根元部813の開口814から延び先端面パンチ81に挿入される。内周面パンチ82は、プレス面811a及びプレス面812aよりもプレス面82aが突出するように挿入される。この突出長さが脚部2の延び方向の長さになる。また、プレス面パンチ82の連結部は、一対の押圧部材812の間に配置される。この連結部によって、中脚21の上面に凹み部4が形成される。内周面パンチ82は、延び先端面パンチ81とは独立して摺動する。
The inner
このような金型5においてプレス工程を行う。まず下パンチ8(延び先端面パンチ81及び内周面パンチ82)をダイ6の一方端面の開口から挿入し、他方端面の開口から軟磁性粉末をダイ6内に充填し、当該開口から上パンチ7を挿入する。そして、上パンチ7及び下パンチ8(延び先端面パンチ81及び内周面パンチ82)によって加圧する。この時の成形圧力は、10~20ton/cm2である。このようにして圧粉成形体1が作製される。脚部2とヨーク部3の内周面31の境界部分が金型の分割面となる。
A pressing process is performed in such a
焼鈍工程は、プレス工程を経て作製された圧粉成形体1を熱処理する工程である。焼鈍工程では、窒素ガス中、窒素と水素の混合ガス、酸素濃度が0.01%等の低酸素雰囲気等の非酸化雰囲気中又は大気中において、600℃以上900℃以下の温度で熱処理を行う。この焼鈍工程を経ることで圧粉磁心が作製される。焼鈍工程を経ることで、圧粉成形体1に含まれる歪み及び残留応力を除去する。また、軟磁性粉末の表面に絶縁樹脂による絶縁層を形成させる場合や軟磁性粉末間を決着させる樹脂から成るバインダを添加している場合、焼鈍工程を経ることで、絶縁樹脂やバインダに含まれる有機成分が熱分解される。即ち、焼鈍工程を経る前に絶縁樹脂やバインダに含まれていた有機溶媒は、焼鈍工程後には含まれていない状態になる。 The annealing process is a process of heat-treating the powder compact 1 produced through the pressing process. In the annealing process, heat treatment is performed at a temperature of 600°C or more and 900°C or less in nitrogen gas, a mixed gas of nitrogen and hydrogen, a non-oxidizing atmosphere such as a low oxygen atmosphere with an oxygen concentration of 0.01%, or in the air. . A powder magnetic core is produced through this annealing process. Through the annealing process, distortion and residual stress contained in the powder compact 1 are removed. In addition, when an insulating layer made of insulating resin is formed on the surface of soft magnetic powder, or when a binder made of resin that binds the soft magnetic powder is added, the annealing process allows the insulating resin and binder to contain Organic components are thermally decomposed. That is, the organic solvent contained in the insulating resin or binder before the annealing process is no longer contained after the annealing process.
なお、焼鈍工程の後、脚部2の延び先端面23を研磨する研磨工程を経てもよい。研磨工程は、やすりなどで作業者が手作業で研磨してもよいし、研磨機を用いて研磨してもよい。研磨工程を経ることで各脚部2の延び方向の長さを同一になる。なお、上述した各脚部2の延び方向の長さのばらつきを0.57%以下にするというのは、研磨工程を経る前の段階のものである。
Note that, after the annealing process, a polishing process may be performed in which the extending
また、プレス工程を行う前に、軟磁性粉末を熱処理する粉末熱処理工程や軟磁性粉末の表面に絶縁層を形成させる絶縁層形成工程を経てもよい。 Further, before performing the pressing step, a powder heat treatment step of heat-treating the soft magnetic powder or an insulating layer forming step of forming an insulating layer on the surface of the soft magnetic powder may be performed.
粉末熱処理工程では、窒素ガス中、窒素と水素の混合ガス、酸素濃度が0.01%等の低酸素雰囲気等の非酸化雰囲気中又は大気中において1~6時間加熱する。熱処理温度としては、450℃以上900℃以下である。 In the powder heat treatment step, the powder is heated for 1 to 6 hours in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen gas, a mixed gas of nitrogen and hydrogen, or a low oxygen atmosphere with an oxygen concentration of 0.01%, or in the air. The heat treatment temperature is 450°C or higher and 900°C or lower.
絶縁層形成工程は、軟磁性粉末に絶縁樹脂を添加・混合し、乾燥させることで軟磁性粉末の表面に絶縁層を形成させる。軟磁性粉末の各粒子を被覆する絶縁層は、粒子全表面を覆うように付着していてもよいし、粒子の一部の表面を覆うように付着していてもよいし、これらの両方の態様が混在していてもよい。また、この絶縁層は、軟磁性粉末の各粒子に付着していてもよいし、粒子の凝集体の表面に付着していてもよいし、これらの両方の態様が混在していてもよい。粒子や凝集体の一部表面を覆うとき、絶縁層は、点状に分散して付着していてもよいし、塊状に分散して付着していてもよいし、これらの態様が混在していてもよい。 In the insulating layer forming step, an insulating resin is added and mixed with the soft magnetic powder, and the mixture is dried to form an insulating layer on the surface of the soft magnetic powder. The insulating layer that covers each particle of the soft magnetic powder may be attached so as to cover the entire surface of the particle, or may be attached so as to cover a part of the surface of the particle, or it may be attached so as to cover the surface of a part of the particle, or it may be attached so as to cover the surface of a part of the particle. Aspects may be mixed. Further, this insulating layer may be attached to each particle of the soft magnetic powder, or may be attached to the surface of an aggregate of particles, or both of these embodiments may be mixed. When covering a part of the surface of particles or aggregates, the insulating layer may be dispersed and attached in dots, dispersed and attached in lumps, or a mixture of these modes. You can.
絶縁樹脂としては、シランカップリング剤、シリコーンオリゴマー若しくはシリコーンレジン、又はこれら2種以上の混合物が含まれる。複数種の絶縁樹脂を用いる場合、その複数種の絶縁樹脂により成る絶縁層は、種類ごとに各層に分かれていてもよいし、各種類が混合された単層であってもよい。 The insulating resin includes a silane coupling agent, a silicone oligomer, a silicone resin, or a mixture of two or more thereof. When using multiple types of insulating resins, the insulating layer made of the multiple types of insulating resins may be divided into layers for each type, or may be a single layer in which each type is mixed.
また、プレス工程を経る前に潤滑剤を添加してもよい。潤滑剤の添加は、金型5に充填する前に軟磁性粉末に添加・混合してもよいし、ダイ6の開口からダイ6の内周面に塗布してもよい。潤滑剤は、軟磁性粉末の表面又は軟磁性粉末を被覆した絶縁層の表面を被覆する。潤滑剤としては、これに限定されないが、例えば、ステアリン酸及びその金属塩並びにエチレンビスステアルアミド、エチレンビスステアロアマイド、エチレンビスステアレートアミドなどが挙げられる。潤滑剤の添加量は、軟磁性粉末に対して、0.2wt%~0.8wt%程度であることが好ましい。この範囲にすることで、軟磁性粉末間の滑りを向上させることができる。
Furthermore, a lubricant may be added before the pressing process. The lubricant may be added to and mixed with the soft magnetic powder before being filled into the
(効果)
以上のとおり、本実施形態の圧粉成形体1は、脚部2の延び方向と直交し、かつ、脚部の横並び方向と直交する各部材21、22a、22b、23の端面は同一平面になく、中脚21の上に凹み部4が形成されている。そのため、E字型に見える向きをプレス方向とすると、中脚21を押圧し難く、密度差により圧粉成形体1にクラックが生じる虞がある。
(effect)
As described above, in the powder compact 1 of the present embodiment, the end surfaces of the
そこで、本実施形態では、プレス方向を脚部2の延び方向にして、上パンチ7でヨーク部3の背面32を押圧し、延び先端面パンチ81で中脚21及び外脚22a、22bの延び先端面23を押圧し、内周面パンチ82でヨーク部3の内周面31を押圧した。そして、複数設けた脚部21の長さのばらつきが0.57%以下になるようにした。これにより、各脚部2及びヨーク部3の密度差を抑制でき、凹み部4が形成された複雑形状の圧粉成形体1であってもクラックの発生を防止することができる。また、この圧粉成形体1を焼鈍して成る圧粉磁心も密度差が抑制できるので、圧粉成形体1同様、複雑な形状の圧粉磁心であっても、クラックの発生を防止することができる。
Therefore, in this embodiment, the pressing direction is set in the extending direction of the
また、圧粉磁心を環形状のコアとして用いる場合、2つの圧粉磁心の延び先端面23を接合することで環形状を形成する。延び先端面23は摺動面になると、パンチが摺動した際に延び先端面23が削れ、予期しないギャップが生じ、また、絶縁層を破損して絶縁破壊を起こすなど磁気特性が低下する虞がある。しかし、本実施形態では、接合面となる延び先端面23はプレス面となるため、磁気特性の低下を防止できる。
Further, when the powder magnetic core is used as an annular core, the annular shape is formed by joining the extending end surfaces 23 of two powder magnetic cores. If the
延び先端面パンチ81は、中脚21及び外脚22a、22bの延び先端面23をプレスする複数の押圧部材811、812を有し、押圧部材811、812は、根元部813と接続し、一体に構成されている。そのため、中脚21及び外脚22a、22bにかかる押圧力を均一にすることができ、各押圧部材811、812が個別に可動して押圧する場合に比べて、脚部2の長さばらつきを抑制でき、より密度差のない圧粉成形体1又は圧粉磁心を作製することができる。
The extending
また、焼鈍工程を経た後、延び先端面23を研磨する研磨工程を含めてもよい。上述のとおり、2つの圧粉磁心を延び先端面23を接合することで、環形状のコアを形成する。脚部2の長さが異なると、長さが短い脚部2の間にわずかに隙間が生じてしまい、磁気特性が低下する虞がある。そのため、延び先端面23を研磨して各脚部2の長さを同一にすることで、磁気特性の低下を防止することができる。
Further, after the annealing process, a polishing process of polishing the
(実施例)
次に、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。実施例1~5及び比較例1~5の圧粉成形体を以下のとおり作製した。なお、実施例1~5及び比較例1~5は、脚部2の延び方向の長さのばらつきが異なるのみで、作製方法は同一である。
(Example)
Next, the present invention will be explained in more detail based on examples. Note that the present invention is not limited to the following examples. The powder compacts of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 were produced as follows. Note that Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 differ only in the variation in the length of the
まず、軟磁性粉末としてFe-Si合金を用意した。この軟磁性粉末に対し、絶縁樹脂としてシリコーンレジンを2.2wt%添加・混合し、大気雰囲気で2時間乾燥させた。 First, an Fe--Si alloy was prepared as a soft magnetic powder. To this soft magnetic powder, 2.2 wt % of silicone resin was added and mixed as an insulating resin, and the mixture was dried in an air atmosphere for 2 hours.
凝集を解消する目的で軟磁性粉末を目開き500μmの篩に通し、潤滑剤(ステアリン酸系)を0.5wt%添加した。潤滑剤を添加した軟磁性粉末を金型5に充填し、上パンチ7及び下パンチ8(延び先端パンチ81及び内周面パンチ82)によって、10ton/cm2でプレス形成し、図1に示す概略E字型形状の圧粉成形体を作製した。このようにして下記表1に示すように、延び方向の長さのばらつきが異なる圧粉成形体を作製した。
In order to eliminate agglomeration, the soft magnetic powder was passed through a 500 μm sieve, and 0.5 wt % of a lubricant (stearic acid type) was added. A
作製された圧粉成形体の中脚及び外脚の延び方向の長さを測定し、長さのばらつきを上記式(1)により算出した。下記表1に示す第1外脚が外脚22aを指し、第2外脚が外脚22bを指す(図1参照)。また、中脚、外脚及びヨーク部の密度を測定した。密度は見掛け比重/体積であり、中脚、外脚、ヨーク部を切り出したサンプルをアルキメデス法により測定した。具体的には、下記のように測定した。
The lengths in the extending direction of the middle legs and outer legs of the produced powder compact were measured, and the variation in length was calculated using the above formula (1). The first outer leg shown in Table 1 below refers to the
(1)サンプルを110℃の恒温槽の中で乾燥させ、乾燥後室温まで冷却したときの質量(乾燥重量)を測定する。
(2)乾燥重量を測定後、サンプルを水中に沈め飽水させ、針金で水中に吊るしたままの状態の質量(水中重量)を測定する(針金などの治具の質量は除く)。
(3)下記式(2)にて計算した見掛け比重を計算する。
(数式2)
見掛け比重=乾燥重量/(乾燥重量-水中重量)・・・(2)
(4)見掛け比重とサンプルの体積から密度を計算する。
(1) Dry the sample in a constant temperature bath at 110°C, and measure the mass (dry weight) when cooled to room temperature after drying.
(2) After measuring the dry weight, submerge the sample in water to saturate it, and measure the mass (weight in water) while suspended in water with a wire (excluding the mass of jigs such as wire).
(3) Calculate the apparent specific gravity calculated using the following formula (2).
(Formula 2)
Apparent specific gravity = dry weight / (dry weight - weight in water)... (2)
(4) Calculate the density from the apparent specific gravity and the volume of the sample.
さらに、測定された各部の密度のうち、最も低い密度値と最も高い密度値に基づいて下記式(3)によって密度差を算出した。なお、表1の外脚の密度は、2本の外脚の平均値である。 Furthermore, the density difference was calculated using the following formula (3) based on the lowest density value and the highest density value among the measured densities of each part. Note that the density of the outer legs in Table 1 is the average value of two outer legs.
(数式3)
密度差=(1-(最も低い密度値)/(最も高い密度値))×100・・・(3)
(Formula 3)
Density difference = (1 - (lowest density value) / (highest density value)) x 100... (3)
測定結果及び算出結果を表1に示す。また、図6は、脚部の長さばらつきと密度差の関係を示すグラフである。
表1や図6に示すように、長さばらつきが大きくなるほど密度差が大きくなることが確認された。また、長さばらつきが0.61%となる比較例1は、外脚とヨーク部の密度差が大きくなり、外脚とヨーク部の接続部分にクラックが入り、最終的には破断した。一方で、長さばらつきが0.57%となる実施例1は、比較例1よりも密度差が0.5%以上小さくなり、外脚とヨーク部の接続部分にクラックは見受けられなかった。そのため、長さばらつきの上限値としては0.57%であることが確認された。 As shown in Table 1 and FIG. 6, it was confirmed that the greater the length variation, the greater the density difference. Further, in Comparative Example 1 in which the length variation was 0.61%, the difference in density between the outer leg and the yoke portion was large, and the connecting portion between the outer leg and the yoke portion was cracked and eventually broke. On the other hand, in Example 1 in which the length variation was 0.57%, the density difference was 0.5% or more smaller than in Comparative Example 1, and no cracks were observed at the connection portion between the outer leg and the yoke portion. Therefore, it was confirmed that the upper limit of length variation is 0.57%.
また、実施例1~3を見ると、外脚の密度は何れも6.2(g/cm3)を超えている。そのため、実施例1~3の密度差は、実施例4の密度差よりも0.5%以上小さくなり、長さばらつきが0.44%以下にすると、より密度差を低減できることが確認された。 Moreover, looking at Examples 1 to 3, the density of the outer legs is all over 6.2 (g/cm 3 ). Therefore, the density difference between Examples 1 to 3 was 0.5% or more smaller than the density difference in Example 4, and it was confirmed that the density difference could be further reduced by reducing the length variation to 0.44% or less. .
(他の実施形態)
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
(Other embodiments)
Although embodiments according to the present invention have been described in this specification, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiments described above can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the scope of the invention. The embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
上記実施形態では、中脚21の上部に凹み部4が設けられていたが、これに限定されず、脚部2の延び方向と直交し、かつ、複数設けられた脚部2の並び方向と直交する方向の端面に凹み部4が設けられていればよい。例えば、高さ方向の長さは、中脚21の方が長く、外脚22a、22bの方が短く、外脚22a、22bの各上部に凹み部4が形成されていてもよい。
In the above embodiment, the recessed
また、複数の脚部2の全ての上部に凹み部4が設けられていてもよい。即ち、高さ方向の長さは、ヨーク部3が最も高く、何れの脚部2もヨーク部より低くてもよい。
Furthermore, the recessed
上記実施形態では、圧粉成形体1及び圧粉磁心はE字型形状であったが、複数の脚部2を備えていればよく、U字型形状であってもよい。
In the above embodiment, the powder compact 1 and the powder magnetic core have an E-shape, but it is sufficient that they have a plurality of
1 圧粉成形体
2 脚部
21 中脚
22a、22b 外脚
23 延び先端面
3 ヨーク部
31 内周面
32 背面
4 凹み部
5 金型
6 ダイ
7 上パンチ
71 プレス面
8 下パンチ
81 延び先端面パンチ
811 押圧部材
811a プレス面
812 押圧部材
812a プレス面
813 根元部
814 開口
82 内周面パンチ
82a プレス面
100 圧粉成形体
1
Claims (7)
前記複数の脚部を連結するヨーク部と、
前記脚部の延び方向と直交し、かつ、前記脚部の横並び方向と直交する前記脚部の端面に設けられた凹み部と、
を備え、
前記脚部の延び先端面と、前記脚部と連結する前記ヨーク部の内周面と、前記内周面と反対側の端面である前記ヨーク部の背面とが、パンチで押圧されるプレス面であり、
前記ヨーク部の厚みも含めた各脚部の延び方向の長さのばらつきが、0.57%以下であること、
を特徴とする圧粉成形体。 A plurality of legs arranged side by side so that their extension directions are parallel;
a yoke portion that connects the plurality of leg portions;
a recess provided in an end surface of the leg that is perpendicular to the extending direction of the leg and perpendicular to the horizontal direction of the leg;
Equipped with
A press surface that is pressed by a punch, such as an extending end surface of the leg, an inner circumferential surface of the yoke that connects to the leg, and a back surface of the yoke that is an end surface opposite to the inner circumferential surface. and
The variation in the length of each leg in the extending direction, including the thickness of the yoke, is 0.57% or less;
A compacted powder body characterized by:
を特徴する請求項1に記載の圧粉成形体。 The variation in length is 0.44% or less;
The powder compact according to claim 1, characterized by:
を特徴とする圧粉磁心。 The powder compact according to claim 1 or 2 is annealed;
A powder magnetic core featuring:
前記成形体は、
延び方向が平行になるよう横並びに配置された複数の脚部と、
前記複数の脚部を連結するヨーク部と、
前記脚部の延び方向と直交し、かつ、前記脚部の横並び方向と直交する端面に設けられた凹み部と、
を備え、
前記プレス工程においては、前記脚部の延び方向がプレス方向であり、
前記下パンチは、
前記脚部の延び先端面をプレスする延び先端面パンチと、
前記脚部と接続する前記ヨーク部の内周面をプレスする内周面パンチと、
を有し、
前記脚部の延び方向における前記ヨーク部を含めた各脚部の長さのばらつきが、0.57%以下であること、
を特徴とする圧粉成形体の製造方法。 Includes a pressing process in which soft magnetic powder is pressure-molded using an upper punch and a lower punch to produce a compact,
The molded body is
A plurality of legs arranged side by side so that their extension directions are parallel;
a yoke portion that connects the plurality of leg portions;
a recess provided in an end surface that is perpendicular to the extending direction of the leg and perpendicular to the horizontal direction of the leg;
Equipped with
In the pressing step, the extending direction of the leg portion is the pressing direction,
The lower punch is
an extended end face punch for pressing the extended end face of the leg;
an inner circumferential surface punch that presses an inner circumferential surface of the yoke portion connected to the leg portion;
has
The variation in length of each leg including the yoke in the extending direction of the leg is 0.57% or less;
A method for producing a compacted powder body characterized by:
前記複数の押圧部材は一体化していること、
を特徴とする請求項4に記載の圧粉成形体の製造方法。 The extending end face punch has a plurality of pressing members that press the extending end face of each leg,
the plurality of pressing members are integrated;
The method for producing a compacted powder body according to claim 4.
を特徴とする圧粉磁心の製造方法。 Including an annealing step of heat-treating the powder compact produced by the manufacturing method of claim 4 or 5;
A method for producing a dust core characterized by:
を特徴する請求項6に記載の圧粉磁心の製造方法。
After the annealing step, further comprising a polishing step of polishing the extending end surface of the leg portion;
The method for manufacturing a powder magnetic core according to claim 6, characterized in that:
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