JP5732027B2 - 圧粉成形体、圧粉成形体の製造方法、熱処理体及びコイル部品 - Google Patents
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Description
本発明の圧粉成形体の製造方法は、代表的には、貫通孔を具える環状のダイと、一対の柱状の第一パンチ及び第二パンチとを具える成形用金型を用いて、圧粉成形体を製造する。詳しくは、ダイの内周面の一部と、一方のパンチの一面(他方のパンチとの対向面)とで有底筒状の給粉空間を形成し、この給粉空間に原料の粉末を充填し、充填した原料の粉末を両パンチによって加圧・圧縮して圧縮物を成形する。ダイから圧縮物を抜き出すことで、圧縮物=圧粉成形体が得られる。以上の点は、従来の圧粉成形体の製造方法と同様である。特に、本発明の圧粉成形体の製造方法では、ダイをその軸方向に複数に分割し、複数の分割ダイを組み合わせた組物(積層物)を用いる。また、組み合わせた分割ダイがつくる貫通孔の内周面の少なくとも一部に離型コーティングを施す。
ダイ11は、その貫通孔11hの軸方向(図1では上下方向)に複数に分割された分割ダイ(ここでは分割ダイ110,115)を組み合わせて、一体に形成される。各分割ダイ110,115はそれぞれ、貫通孔110h,115hを具える環状体である。これら分割ダイ110,115を組み合わせることで、複数の貫通孔110h,115hによって、連続する一つの貫通孔11hを形成する。ダイ11では、貫通孔11hの内周面のうち、複数の貫通孔110h,115hの内周面に亘って給粉空間を形成する。この給粉空間は、原料の粉末を圧縮するために上パンチ12と下パンチ13との間を狭めていくことで小さくなり、最終的に圧縮物を成形する成形空間を形成する。貫通孔11hの内周面の一部であって、成形空間を形成する領域は、圧縮物が接触する接触領域(ここでは、上側に配置する分割ダイ110の貫通孔110hの内周面における一部の領域)である。少なくともこの接触領域に、離型コーティング(図示せず)を施している。
成形用金型10に具える柱状の上パンチ12及び下パンチ13は、貫通孔11hの内周形状に応じた適宜な形状の柱状体を利用できる(ここではいずれも円柱状)。上パンチ12及び下パンチ13の構成材料には、従来、金属の粉末を用いた圧粉成形体の成形に利用されている適宜な材料、例えば、超硬合金や高速度鋼などの高強度な材料が利用できる。
本発明の圧粉成形体の製造方法は、金属からなる圧粉成形体の製造に好適に利用できる。従って、原料の粉末100(図2)は、金属粉末が挙げられる。具体的な金属は、例えば、純鉄(99質量%以上がFe)、鉄を主成分とする鉄合金が挙げられる。鉄合金の添加元素は、例えば、Ni,Cu,Cr,Mo,Mn,C,Si,Al,P,B,N及びCoから選択される1種以上が挙げられる。特に、磁心に利用する圧粉成形体を製造する場合、純鉄などの軟磁性金属粉末を好適に利用できる。また、磁心に利用する圧粉成形体を製造する場合、鉄合金は、Fe-Si系合金,Fe-Al系合金,Fe-N系合金,Fe-Ni系合金,Fe-C系合金,Fe-B系合金,Fe-Co系合金,Fe-P系合金,Fe-Ni-Co系合金,Fe-Al-Si系合金などが挙げられる。特に、機械部品などの一般構造用部品(焼結体)に利用する圧粉成形体を製造する場合、鉄合金は、ステンレス鋼、Fe-C系合金,Fe-Cu-Ni-Mo系合金,Fe-Ni-Mo-Mn系合金,Fe-P系合金,Fe-Cu系合金,Fe-Cu-C系合金,Fe-Cu-Mo系合金,Fe-Ni-Mo-Cu-C系合金,Fe-Ni-Cu系合金,Fe-Ni-Mo-C系合金,Fe-Ni-Cr系合金,Fe-Ni-Mo-Cr系合金,Fe-Cr系合金,Fe-Mo-Cr系合金,Fe-Cr-C系合金,Fe-Ni-C系合金,Fe-Mo-Mn-Cr-C系合金などが挙げられる。
次に、図2を参照して本発明の圧粉成形体の製造方法を説明する。
各分割ダイ110,115を用意する。特に、接触領域を有する分割ダイ110には、その貫通孔110hの内周面において少なくとも接触領域に、離型コーティングを形成する。これら分割ダイ110,115を積み重ねてダイ11を構築する。こうすることで、複数の分割ダイ110,115の貫通孔110h,115hが連通する細長い貫通孔11hを形成できる。
この貫通孔11hに下パンチ13を挿入し、下パンチ13の一端面(図2では上面)が貫通孔11hの所定の位置に配置されるように、下パンチ13を移動する。こうすることで、貫通孔11hの内周面の一部と下パンチ13の一端面とで、給粉空間を形成できる。特に、本発明では、複数の分割ダイ110,115の貫通孔110h,115hによって、図2(A)に示すように細長い給粉空間を形成できる。ここでは、給粉空間の径dと深さD100との比を1:9としている。なお、上パンチ12は、ダイ11の上方の所定の待機位置に移動する。そして、図示しない給粉装置によって、給粉空間に原料の粉末100を充填する。
図2(B)に示すように、上パンチ12を下方に移動して、ダイ11の貫通孔11hに挿入して、上パンチ12と下パンチ13により、粉末100を加圧・圧縮する。ここでは、上パンチ12を貫通孔11h(110h)に少しだけ挿入した状態で固定し、下パンチ13を上方に移動して圧縮する下押し形式を示す。両パンチ12,13の移動に伴い、給粉空間は小さくなり、最終的に圧縮物(圧粉成形体1)の高さH1に応じた深さD1を有する空間となる。分割ダイ110の貫通孔110hの内周面において、この深さD1を有する空間を形成する領域は、圧縮物(圧粉成形体1)との接触領域となる。
所定の加圧を行った後、ダイ11から圧縮物を取り出すことで、図2(C)に示す圧粉成形体1が得られる。ここでは、圧粉成形体1は、円柱状であり、直径d1と高さH1との比(=成形体比)が1:3.5である。
得られた圧縮物は、そのままでも利用できる(本発明の圧粉成形体の一形態)。又は、圧縮物には、熱処理を施して熱処理体とすることもできる(本発明の熱処理体)。特に、圧粉成形体1を磁心に利用する場合、熱処理を施すことで、成形時に導入された歪みを低減・除去して、磁心のヒステリシス損を低減でき、低損失な磁心を構築できる。この場合の熱処理の温度は、高いほどヒステリシス損を低減できるが、高過ぎると、粉末100が被覆粉末の場合、被覆が熱分解されることがある。そのため、この場合の熱処理の温度は、例えば、被覆の構成材料の熱分解温度未満の範囲とすることができる。具体的には、温度は300℃以上700℃以下程度、保持時間は5分以上60分以下程度が挙げられる。被覆が上述した燐酸鉄や燐酸亜鉛などの非晶質燐酸塩からなる場合、上記温度は500℃程度までが好ましい。被覆が金属酸化物やシリコーン樹脂などの耐熱性に優れる絶縁材料からなる場合、上記温度は550℃以上、更に600℃以上、特に650℃以上に高められる(但し、好ましくは700℃以下)。特に、圧粉成形体1を機械部品などの一般構造用部品に利用する場合、被覆を有しない裸粉末(金属粒子のみの粉末)を用い、焼結を目的とした熱処理を行う。この熱処理により、焼結現象を経て金属粒子間が強固に結合して、高強度化を期待できる。この場合の熱処理(焼結)の温度は、焼結に必要な温度を適宜選択することができ、例えば、1000℃以上、更に1100℃以上、特に1200℃以上が挙げられる。
上記熱処理体や圧粉成形体1は、上述のようにコイル部品の磁心やその素材に好適に利用できる。コイル部品は、巻線を巻回してなるコイルと、このコイルが配置される磁心とを具える。巻線は、導体の外周に絶縁層を具えるものが挙げられる。導体は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの導電性材料から構成される線材が挙げられる。絶縁層の構成材料は、エナメルや、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、シリコンゴムなどが挙げられる。公知の巻線を利用できる。磁心の形態は、代表的には、柱状体や環状体が挙げられる。複数の圧粉成形体1や上記熱処理体を組み合わせることで、種々の大きさの柱状の磁心や環状の磁心を構築できる。磁心の全てを圧粉成形体1や上記熱処理体で形成することもできるし、磁心の一部のみを圧粉成形体1や上記熱処理体で形成することもできる。後者の場合、別の磁心部材を組み合わせるとよい。ギャップ材やエアギャップを有する磁心とすることもできる。
上記焼結を施した熱処理体は、機械部品などの種々の一般構造用部品(焼結部品)に好適に利用できる。圧粉成形体1は、上記一般構造用部品の素材に好適に利用できる。
種々の方法で細長い圧粉成形体を連続して製造し、量産性を調べた。
種々の材質の金属粉末を用いて、種々の方法で細長い圧粉成形体を連続して製造し、量産性を調べた。
11 ダイ 12 上パンチ 13 下パンチ 110,115 分割ダイ
11h,110h,115h 貫通孔 111,116 インナーダイ 112,117 アウターダイ
113 嵌合凹部 118 嵌合凸部 113t,118t テーパ部
211 ダイ 211h 貫通孔 220 中央部分
Claims (14)
- 金属の粉末を成形用金型の給粉空間に充填し、この粉末を加圧・圧縮して圧粉成形体を製造する圧粉成形体の製造方法であって、
前記給粉空間を形成する環状のダイをその軸方向に複数に分割し、
複数の分割ダイのうち、貫通孔の内周面に前記粉末を圧縮してなる圧縮物が接触する接触領域を具える分割ダイには、少なくとも前記接触領域にPVD法による離型コーティングが施されたものを用いて、前記圧縮物の高さが前記圧縮物の端面の径の2倍超であるものを製造する圧粉成形体の製造方法。 - 前記複数の分割ダイを組み合わせた状態における貫通孔の最小径と、貫通孔の合計深さとの比が1:2超である請求項1に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記接触領域を有する分割ダイは、一つである請求項1又は2に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記接触領域を有する分割ダイの貫通孔の最小径と、この貫通孔の深さとの比が1:4以下である請求項3に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記複数の分割ダイを組み合わせたとき、前記接触領域を具える分割ダイを最も上側に配置する請求項3又は4に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記複数の分割ダイのうち、上側に配置する分割ダイの貫通孔の最小径は、その下側に隣接する分割ダイの貫通孔の最小径よりも、0mm超0.020mm以下の範囲で大きい請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記離型コーティングの材質は、DLC、TiN、TiC、CrN、及びTi-X-N(但しXは、C,Al,Cr,Mo,及びWから選択される少なくとも1種の元素)から選択される少なくとも1種である請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記金属は、純鉄、又はNi,Cu,Cr,Mo,Mn,C,Si,Al,P,B,N及びCoから選択される1種以上の添加元素を含有する鉄合金から構成される請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記粉末は、軟磁性材料からなる金属粒子の表面に絶縁被覆が施された被覆粉末である請求項1〜8のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 前記分割ダイは、前記給粉空間を形成するインナーダイと、前記インナーダイを保持するアウターダイとを具え、
前記アウターダイは、前記分割ダイ同士が相互に嵌合する嵌合部を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。 - 前記嵌合部の一部に、角部を面取りしたテーパ部を具える請求項10に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法により製造された圧粉成形体。
- 請求項12に記載の圧粉成形体に熱処理を施した熱処理体。
- 巻線を巻回してなるコイルと、このコイルが配置される磁心とを具え、
前記磁心の少なくとも一部が請求項12に記載の圧粉成形体、又は請求項13に記載の熱処理体であるコイル部品。
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