JP6338950B2 - 圧粉磁心の製造方法、圧粉磁心、及びコイル部品 - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する
本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、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。
〔圧粉磁心の製造方法〕
実施形態1に係る圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粉末を金型を用いて加圧成形して、バリが生じた圧粉成形体を得る成形工程と、圧粉成形体にバリ取り加工を施すバリ取り工程とを備える。バリ取り加工は、バリ取りブラシを用い、バリ取りブラシの毛材の端面をバリに押し当てることで、バリを除去する。圧粉磁心の製造方法の主たる特徴とするところは、バリ取りブラシの毛材に特定の材質の毛材を用いる点にある。この特定の材質の毛材を用いてバリ取り加工すれば、詳しくは後述するが、圧粉成形体に生じたバリを効率良く除去できる。以下、図1〜7を適宜参照して各工程を詳細に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
金型を用いた加圧成形の一例を図1に示す。金型100は、型孔を有するダイ110と、型孔内に挿通配置される下パンチ120と、下パンチ120に対向配置され、下パンチ120と共に軟磁性粉末200を押圧する上パンチ121とを備える。加圧成形は、ダイ110の型孔と下パンチ120とで形成された成形空間に軟磁性粉末200を充填した後(図1の上図参照)、上パンチ121を下降させ、下パンチ120と上パンチ121とで軟磁性粉末200を押圧して行う(図1の下図参照)。これにより圧粉成形体30(図2参照)が得られる。
軟磁性粉末200は、軟磁性粒子を複数有する粉末である。軟磁性粒子の材料は、例えば、純鉄(純度99質量%以上)や、Fe−Si−Al系合金、Fe−Si系合金、Fe−Al系合金、Fe−Ni系合金などの鉄合金が挙げられる。軟磁性粉末200の平均粒径は、例えば、1μm以上500μm以下、更に50μm以上300μm以下が挙げられる。軟磁性粉末の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が50%となる粒径(D50)のことである。軟磁性粒子は、その表面に形成される絶縁被膜を備えていてもよい。絶縁被膜の材料は、例えば、リン酸塩、シリコーン樹脂などの絶縁性樹脂、シリカなどの酸化物が挙げられる。絶縁被膜の厚さは、例えば、10nm以上1μm以下が挙げられる。軟磁性粒子の表面に絶縁被膜を有することで、圧粉磁心の渦電流損を低減でき、圧粉磁心の磁気特性を向上できる。
成形条件は、圧粉成形体30(図2参照)が得られれば、特に問わない。例えば、成形圧力は500MPa以上1500MPa以下が挙げられる。成形圧力を500MPa以上の高い成形圧力とすれば、高密度の圧粉成形体30を得られ、圧粉磁心の磁気特性を向上できる。成形圧力を1500MPa以下とすれば、軟磁性粒子の表面に形成された絶縁被膜の損傷を抑制できる。
図1に例示した金型100を用いて加圧成形して得られた圧粉成形体の一例を図2に示す。金型100から取り出した圧粉成形体30には、その端面301の周縁部に端面301から垂直方向(パンチの押圧方向)に突出するバリ31が生じることがある。圧粉成形体の形状は、棒状、柱状、ブロック状、板状、環状など所望の形状とする。
バリ31は、高い成形圧力で加圧成形することで形成され、成形圧力が高いほど、大きくなる傾向がある。バリ31の大きさは、成形圧力の大きさにもよるが、例えば、バリの根元厚さwは0.01mm以上0.30mm以下程度、バリの高さtは0.005mm以上0.30mm以下程度である(図2中、破線丸囲み部分の拡大断面図参照)。
バリ取り工程は、圧粉成形体にバリ取り加工を施す。バリ取り加工は、セラミックスの砥粒(図示略)が混入された樹脂の砥粒入り樹脂繊維を複数束ねた毛材を有するバリ取りブラシを用い、毛材の端面をバリに押し当てることでバリを除去する。まず、使用するバリ取りブラシの構成を説明し、その後、そのバリ取りブラシを用いて加工する加工条件を説明する。
バリ取り加工に用いるバリ取りブラシの一例を図3に示す。バリ取りブラシ1は、砥粒入り樹脂繊維11を複数束ねた毛材10を有する(図3の左上図参照)。この例では、毛材10の一方の端部がホルダ15に埋め込まれて固定され、砥粒入り樹脂繊維11が結束されている。図3に例示するバリ取りブラシ1は、複数の毛材10を有し、毛材10が円筒形に配置されている(図3では、毛材10の束数が36)。
毛材10(砥粒入り樹脂繊維11)は、バリに押し当てられると砥粒入り樹脂繊維11の樹脂が摩耗して砥粒を樹脂表面に露出させ、この露出した砥粒でバリ31を除去する。毛材10を砥粒入り樹脂繊維11で構成することで、バリ31を効率よく除去しつつ、角部が所望のサイズ及び形状に面取りされた圧粉磁心を製造できる。これは、砥粒入り樹脂繊維11が柔軟性と剛性とをバランス良く兼ね備えているためである。即ち、樹脂が有するしなやかさにより、砥粒入り樹脂繊維11をバリに十分に接触させられる。そして、上述のように樹脂が摩耗してセラミックスの砥粒が露出すると、この砥粒の有する硬さによりバリ31を効率よく擦り取ることができる。
図3に例示するバリ取りブラシ1は、毛材10を収納するスリーブ20を有する(図3の右上図参照)。スリーブ20は、円筒状であり、開口した一端側からホルダ15に固定された毛材10が挿入される。ホルダ15は、スリーブ20内に収納され、例えばネジなどの固定具で固定される。ホルダ15とスリーブ20には、スリーブ20の開口端から突出する毛材10の毛丈(砥粒入り樹脂繊維11の突出量)eを調整する毛丈調整機構を有することが好ましい。毛丈調整機構としては、例えばスライド構造やネジ構造などを採用できる。スライド構造の場合は、ホルダ15をスリーブ20内にスライド自在に収納し、ホルダ15をスリーブ20に対して軸方向に移動させることで、毛材10の毛丈eを調整できる。ネジ構造の場合は、ホルダ15の外周面に雄ネジを形成し、スリーブ20の内周面にこの雄ネジに対応する雌ネジを形成して、ホルダ15をスリーブ20に対して回転させることで、毛材10の毛丈eを調整できる。毛材10の毛丈eは、例えば5mm以上20mm以下が挙げられ、更に10mm以上15mm以下が挙げられる。毛材10の毛丈eが長いほど柔軟性が増し、毛材10の毛丈eが短いほどコシが強く研削力が高くなる。毛材10の毛丈eを5mm以上とすれば、毛材10に柔軟性を付与して、加工対象の圧粉成形体が損傷することを抑制できる。毛材10の毛丈eを20mm以下とすれば、毛材10のコシを維持して研削力を確保できる。
バリ取り加工は、図3に例示したようなバリ取りブラシ1を用い、毛材10の端面をバリ31に押し当てることで、バリ31を除去する。図3に例示したバリ取りブラシ1を用いたバリ取り加工の一例を図4、図5に示す。図4では、説明の便宜上、バリ取りブラシ1と圧粉成形体30とを離隔して示している。図5では、図4におけるバリ取りブラシ1と圧粉成形体30とを接触させた状態を部分的に拡大して示している。図4、5中、実線及び破線の太矢印は回転方向を示し、丸付き数字は回転方向の順番を示す。
バリ取りブラシ1の切込量cは、例えば、1mm以上5mm以下が好ましい。切込量とは、毛材10の端面が圧粉成形体30の端面301に接触してから端面301からの深さ方向へブラシの移動量のことである。換言すれば、図6に示すように、毛材10の一部の端面を圧粉成形体30の端面301に接触させたとき、圧粉成形体30の端面301から、端面301に接触していない毛材10の残部の端面までの距離のことである。切込量cが大きいほど、毛材10の端面がバリ31に押し付けられることから研削力が高くなるが、大きすぎると、バリ取り加工後の圧粉成形体30(圧粉磁心)の角部に形成される面取り部の面取り長さが必要以上に大きくなる。切込量cを1mm以上とすれば、バリ31を効果的に除去することができる。切込量cを5mm以下とすれば、角部に形成される面取り部の面取り長さ(後述)を所望の長さにすると共に、面取り部の形状を所望の形状にできる。つまり、バリ取り加工後の圧粉成形体30(圧粉磁心)の角部を所望のサイズのR形状やC形状に仕上げられる。切込量cは、2mm超4mm以下が特に好ましい。
バリ取り加工によって、圧粉成形体30の角部に、面取り長さが0.25mm以上の面取り部を形成することが好ましい。角部における面取り部の面取り長さを0.25mm以上にすれば、角部が欠け難い圧粉磁心を製造できる。面取り部の面取り長さについて、図7を用いて説明する。図7は、バリ取り加工後の圧粉成形体30’を示す図である。圧粉成形体30’の角部302には、面取り部32が形成されている(図7中、破線丸囲み部分の拡大断面図参照)。面取り部32の面取り長さとは、面取り部32を斜辺とする直角三角形の2辺の各辺の長さa,bのことであり、面取り長さが0.25mm以上とは、両辺の長さa,bがそれぞれ0.25mm以上であることをいう。面取り部32の形状は、R面取りのようなR形状(曲面状)でもよいし、C面取りのようなC形状(平面状)でもよい。面取り長さの上限値は特に問わないが、大きすぎると、コイルと組み合わせた際の磁路の有効断面積が少なくなる。面取り長さは、1mm以下とすることが好ましい。面取り長さを0.25mm以上1mm以下とするには、例えば、上述した切込量(1mm以上5mm以下)とすることが挙げられる。面取り長さは、0.3mm超にでき、更には0.35mm以上にできる。面取り長さは、0.8mm以下にでき、更には0.70mm以下にできる。なお、面取り部32の面取り長さa,bは、切込量などの加工条件によって異なることがある。
加工環境は、ドライ加工でもウェット加工でも特に問わない。ドライ加工であれば、毛材10をクーラント液等を介することなく圧粉成形体30に接触させられるため研削力が高いものの、加工に伴う毛材10の温度上昇の抑制が困難で、毛材10が摩耗し易いため連続した長時間の加工が困難である。一方、クーラント液を十分に供給しながらバリ取り加工を行うウェット加工であれば、バリ取り加工中、クーラント液によって毛材10(図4参照)を冷却できるので、連続した長時間の加工であっても、加工に伴う毛材10の温度上昇を抑制でき、毛材10の摩耗を抑制できる。加えて、除去したバリや摩耗した砥粒入り樹脂繊維の洗浄効果も期待できる。但し、ウェット加工の場合は、毛材10の端面とバリ31との接触箇所に入り込んだクーラント液が潤滑剤として働き、研削力が落ちることで、バリ取り能力が低下するおそれがある。そこで、ドライ加工とウェット加工との中間のセミドライ加工を採用するとよい。具体的には、クーラント液をミスト状にして毛材10に吹き付けることで、毛材10の冷却を行いながら、クーラント液による潤滑効果を抑制する。或いは、圧粉成形体30の端面301の毛材10が接触していない箇所にクーラント液をかけることで、毛材10の冷却を行いながら、クーラント液をブラシ1の回転によって飛散させて、クーラント液による潤滑効果を抑制する。上記セミドライ加工であれば、毛材10を冷却できながら、クーラント液による研削力の低下も抑制できるので、毛材10の寿命を向上しつつ研削力の低下を抑制でき、長時間にわたってバリ取り能力が低下することなく加工を行える。
実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、更に、圧粉成形体に熱処理を施す熱処理工程を備えてもよい。この熱処理は、加圧成形によって圧粉成形体中の軟磁性粒子に導入された歪みを除去する。軟磁性粒子に導入された歪みを除去すれば、圧粉磁心のヒステリシス損を低減でき、圧粉磁心の磁気特性を向上できる。熱処理温度は、例えば300℃以上700℃以下が挙げられる。熱処理温度を300℃以上とすれば、軟磁性粒子に導入された歪みを効果的に除去でき、700℃以下とすれば、軟磁性粒子の表面に形成された絶縁被膜の損傷を抑制できる。好ましい熱処理温度は400℃以上である。熱処理雰囲気は、大気中でもよいが、窒素ガス雰囲気やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気とすると、軟磁性粒子の酸化を抑制できる。熱処理工程は、成形工程後、バリ取り工程前に実施してもよいし、バリ取り工程後に実施してもよい。
上述した圧粉磁心の製造方法によれば、柔軟性と剛性とをバランスよく兼ね備える砥粒入り樹脂繊維のバリ取りブラシを用いることで、圧粉成形体を損傷させることなく圧粉成形体の端面に生じたバリを効率よく除去できる。また、バリ取り加工を大きな切込量で行えば、バリの効率的な除去と同時に所望のサイズ及び形状(R形状やC形状)の面取り部の形成も可能である。
実施形態1に係る圧粉磁心は、上述した圧粉磁心の製造方法によって得られたものである。圧粉磁心の形状は、バリ取り加工後の圧粉成形体の形状と実質的に同一であり、棒状、柱状、ブロック状、板状、環状など種々の形状が挙げられる。
実施形態1に係るコイル部品は、巻線を巻回してなるコイルと、コイルが配置される磁心とを備え、磁心の少なくとも一部が上述した圧粉磁心である。巻線は、代表的には、導体の表面に絶縁被覆を有する被覆線が挙げられる。導体としては、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なる丸線や平角線が挙げられる。絶縁被覆の構成材料は、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリエステル樹脂などの絶縁性樹脂が挙げられる。コイル部品の磁心は、磁心の全部が上記圧粉磁心で構成されていてもよく、その場合、1つの上記圧粉磁心で構成されていてもよいし、複数の上記圧粉磁心を組み合わせて構成してもよい。また、コイル部品の磁心は、磁心の一部のみが上記圧粉磁心で構成されていてもよく、その場合、電磁鋼鈑を積層した積層鋼鈑や、樹脂中に軟磁性粉末が分散された磁粉分散樹脂成形体などの別の材料と組み合わせて構成してもよい。コイル部品の具体例としては、例えば、チョークコイル、リアクトル、トランス、モータ、アンテナ、燃料インジェクタ、イグニッションコイルなどが挙げられる。
〔圧粉磁心の製造方法〕
実施形態2に係る圧粉磁心の製造方法は、実施形態1と同様、成形工程とバリ取り工程とを備える。実施形態2の圧粉磁心の製造方法は、バリ取り工程で、圧粉成形体を公転させることに加えて自転させる点が実施形態1と相違する。以下、主として図8を参照し、実施形態1との相違点を中心に説明する。
バリ取り加工は、上述した実施形態1と同様、図3で説明したバリ取りブラシ1を用いて行う。バリ取り加工は、圧粉成形体30を公転させると共に自転させて行う。圧粉成形体30を自転させるには、設置台91を自転させることで行える。設置台91の自転は、設置台91を回転させるモータなどの駆動源(図示略)を備える公転台92を用いて、その駆動源により行うことが挙げられる。圧粉成形体30は、設置台91に載置されて、設置台91が回転することで自転し、公転台92が回転するにより設置台91が公転することで公転する。なお、図8では、説明の便宜上、回転方向を示す太矢印は、複数の設置台91のうち一つの設置台91にのみ付して、他の設置台91では省略しているが、他の設置台91も同様の方向に自転している。
上述した圧粉磁心の製造方法によれば、圧粉成形体の周縁部にサイズの大きい面取りを施すことができる。また、圧粉成形体を公転させると共に自転させることで圧粉成形体の周縁部に対して種々の方向からバリ取りブラシの毛材を接触させ易い。そのため、圧粉成形体の角部に偏りのない均質なバリ取り加工を施し易い。その上、バリ取りブラシが均等に摩耗させられて局所的な減りが生じ難い。
圧粉成形体にバリ取り加工を施して圧粉磁心を作製し、圧粉磁心の角部の評価を行った。
試料No.1−1〜1−3の圧粉磁心の作製(バリ取り加工)は、表3に示す切込量c(mm)で、表3に示す回転数にバリ取りブラシを自転させて行った。このバリ取り加工に当たって試料No.1−1〜1−3では、図4及び5を参照して説明した設置台91と公転台92とを備える回転盤90を用いた。ここでは、設置台91及び公転台92の両方とも回転させることで、圧粉成形体を公転させると共に自転させた。設置台91と公転台92の回転方向は、同方向とし、バリ取りブラシの回転方向に対しては逆方向とした。設置台91の自転回数(回)と公転台92の回転数(rpm)を表3に示す。設置台91の自転回数(回)とは、公転台92の1周当たりの回転数をいう。バリ取り加工時間は、16secとした。加工環境は、クーラント液を使用しないドライ加工(乾式)である。
試料No.1−1〜1−3の圧粉磁心に対し、端面の周縁部(角部)を観察してバリの有無及び面取り部の形成の有無を確認し、角部における面取り部の面取り長さを測定した。面取り長さの測定は、輪郭形状測定機(株式会社東京精密製コンターレコード)を用いて行い、図7を用いて説明したように、面取り部を斜辺とする直角三角形の2辺の各辺の長さa,bを求めた。その結果を表3に示す。いずれの試料も、長さaとbとが略同等であったため、表3には、各辺の長さa,bのうち、長さbの値を示している。
試験例1と同様にして、圧粉成形体にバリ取り加工を施して圧粉磁心を作製し、圧粉磁心の角部の評価を行う。
試料No.2−1〜2−3の圧粉磁心の作製(バリ取り加工)は、試験例1と同様、設置台91及び公転台92の両方とも回転させて圧粉成形体を公転させると共に自転させ、表5に示す切込量c(mm)で、表5に示す回転数にバリ取りブラシを自転させて行う。設置台91と公転台92の回転方向は、同方向とし、バリ取りブラシの回転方向に対しては逆方向とする。設置台91の自転回数(回)と公転台92の回転数(rpm)を表5に示す。バリ取り加工時間は、16secとする。加工環境は、クーラント液を使用しないドライ加工(乾式)である。
試料No.2−4の圧粉磁心の作製(バリ取り加工)は、表5に示す切込量c(mm)で、表5に示す回転数にバリ取りブラシを自転させて行う。試料No.2−4では、回転盤90を用いない。即ち、設置台91及び公転台92の両方とも回転させず、圧粉成形体を公転も自転もさせない。公転数と自転回数の欄の「−」は、それぞれ回転させていないことを示す。バリ取り加工時間は、16secとする。加工環境は、ドライ加工(乾式)である。
試料No.2−1〜2−4の圧粉磁心に対し、試験例1と同様にして端面の周縁部(角部)を観察してバリの有無及び面取り部の形成の有無を確認し、角部における面取り部の面取り長さを測定する。その結果を表5に示す。いずれの試料も、長さaとbとが略同等であるため、表5には、各辺の長さa,bのうち、長さbの値を示している。
10 毛材 11 砥粒入り樹脂繊維
15 ホルダ
20 スリーブ 21 軸部
30、30’ 圧粉成形体
301 端面 302 角部
31 バリ 32 面取り部
90 回転盤
91 設置台 92 公転台
100 金型
110 ダイ 120 下パンチ 121 上パンチ
200 軟磁性粉末
Claims (8)
- 軟磁性粉末を金型を用いて加圧成形して、バリが生じた圧粉成形体を得る成形工程と、
前記圧粉成形体にバリ取り加工を施すバリ取り工程とを備え、
前記バリ取り加工は、セラミックスの砥粒が混入された樹脂の砥粒入り樹脂繊維を複数束ねた複数の毛材を円筒形に配置したバリ取りブラシを用い、前記バリ取りブラシを自転させると共に前記圧粉成形体を公転かつ自転させて、前記毛材の端面を前記バリに押し当てることで、前記バリを除去し、
前記圧粉成形体の公転方向と自転方向とは、互いに同一方向で、かつ前記バリ取りブラシの自転方向と逆方向とし、
前記圧粉成形体の自転回数は、1回以上5回以下である圧粉磁心の製造方法。 - 前記セラミックスは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸化アルミニウムから選択される少なくとも1種である請求項1に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記バリ取り工程は、前記バリ取り加工の途中で前記バリ取りブラシの自転方向を少なくとも一回反転させる請求項1又は請求項2に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記バリ取り加工は、前記圧粉成形体の前記バリが生じた端面からの前記バリ取りブラシの切込量を1mm以上5mm以下として行う請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記バリ取り加工は、前記圧粉成形体の角部に、面取り長さ0.25mm以上の面取り部を形成する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記毛材の毛丈が5mm以上20mm以下である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の圧粉磁心の製造方法によって得られた圧粉磁心。
- 巻線を巻回してなるコイルと、前記コイルが配置される磁心とを備えるコイル部品であって、
前記磁心の少なくとも一部は、請求項7に記載の圧粉磁心であるコイル部品。
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