JP6346521B2 - 圧粉磁心、及びコイル部品 - Google Patents
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Description
(a)圧粉磁心の両端面を観察し、筋状の摺接痕の長手方向を圧粉磁心の上下方向、上下方向に直交する方向を圧粉磁心の左右方向とする。
(b)圧粉磁心の横断面の中心領域における軟磁性粒子の形状を観察し、扁平粒子の長軸方向を圧粉磁心の左右方向、左右方向と直交する方向を圧粉磁心の上下方向とする。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する
(a)圧粉磁心の両端面を観察し、筋状の摺接痕の長手方向を圧粉磁心の上下方向、上下方向に直交する方向を圧粉磁心の左右方向とする。
(b)圧粉磁心の横断面の中心領域における軟磁性粒子の形状を観察し、扁平粒子の長軸方向を圧粉磁心の左右方向、左右方向と直交する方向を圧粉磁心の上下方向とする。
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〕
図1を参照して、実施形態1に係る圧粉磁心100を説明する。圧粉磁心100は、図1上図に示すように、軟磁性粒子を含む軟磁性粉末を加圧成形してなる円柱状である。この圧粉磁心100の主たる特徴とするところは、軟磁性粉末が特定の方向に圧縮された扁平粒子110を含む点と、全体密度が高くかつ密度のばらつきが小さい点とにある。以下、詳細に説明する。図1上図は、圧粉磁心100の全体斜視図を示しているが、説明の便宜上、圧粉磁心100の一部を切り欠いて示している。図1中図は、上図の圧粉磁心100を(B)―(B)線に沿って切断した横断面を示し、図1下図は、圧粉磁心100の縦断面を示す。
扁平粒子110は、圧縮されて圧縮方向と直交する方向に伸展した軟磁性粒子である。扁平粒子110の長軸方向は、図1中図に示すように、圧粉磁心100の横断面では概ね圧粉磁心100の径方向に沿っており、図1下図に示すように、圧粉磁心100の縦断面では概ね圧粉磁心100の軸方向に沿っている。即ち、この円柱状の圧粉磁心100は、圧粉磁心100の径方向に沿って加圧成形されて製造されたものである。縦断面は、図1下図に示すように、圧粉磁心100の中心領域cを含んで圧粉磁心100を上下方向に沿って切断した断面とする。圧粉磁心100の中心領域cとは、圧粉磁心100の中心から圧粉磁心100の直径の20%以内に囲まれる領域を言う。軟磁性粒子の形状の観察には、SEMを用いることができる。
圧粉磁心100は、図1上図に示すように、円筒面に軸方向に沿って形成される4つ以上の偶数の押圧痕120を有する。押圧痕120は、圧粉磁心100の製造過程においてダイとパンチとの間やダイ同士の間に形成される段差やバリ、或いはそのバリを除去した痕である。この押圧痕120の数は、例えば、圧粉磁心100を後述する金型1A(図2など)で製造した場合に6つであり、金型1B(図9など)で製造した場合に4つである。金型1Aのクリアランスは、外形形成面11rの周方向縁部と加圧面21d、22uのそれぞれの周方向両縁部との間の4箇所と、上ダイ11Uと下ダイ11Lとの間の2箇所との合計6箇所に存在するからである。一方、金型1Bのクリアランスは、外形形成面11rの周方向縁部と加圧面21d、22uのそれぞれの周方向両縁部との間の4箇所に存在するからである。即ち、金型1Aを用いて製造された圧粉磁心100の場合、図1上図に示すように、その円筒面のうち、上側及び下側にそれぞれ2つの押圧痕120が形成され、左側及び右側にそれぞれ1つの押圧痕120が形成される。円筒面の上側及び下側のそれぞれで隣接する押圧痕120同士の間の面が上下パンチ21,22の加圧面で形成された押圧面であり、左側及び右側の面がダイ10の外形形成面11rで形成された摺接面である。一方、金型1Bを用いて製造された圧粉磁心の場合、その円筒面のうち、上側及び下側にそれぞれ2つの押圧痕が形成され、左側及び右側には押圧痕が形成されない。
圧粉磁心100は、全体密度が高く、かつ密度のばらつきが小さい。高密度とは、軟磁性粒子の材料にもよるが、例えば純鉄の場合、圧粉磁心100の全体密度が7.4g/cm3以上を言う。全体密度が高いことで、磁気特性に優れるコイル部品を構築できる。圧粉磁心100の密度は、7.5g/cm3以上が好ましく、特に7.6g/cm3以上が好ましい。密度のばらつきが小さいとは、圧粉磁心100における中央の分割片Mと左右の分割片L,Rの密度の差が小さいことを言う。具体的には、中央の分割片Mと左右の分割片L,Rの密度の差が、0.2g/cm3以下を言う。中央の分割片Mと左右の分割片L,Rの密度の差が小さいことで、磁気特性の局所的なばらつきが生じ難い。また、中央の分割片Mの密度は、左右の分割片L,Rの密度に比べて高い。中央の分割片Mの外周面が上下パンチ21,22で直接押圧される領域だからである。更に、圧粉磁心100は、圧粉磁心100を上下方向に均等に分割して上下の分割片U,Dとするとき、上下の分割片U,Dの密度の差が小さいことが好ましい。この上下の分割片U,Dの密度の差が小さいとは、その差が0.2g/cm3以下を言う。
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系合金などの鉄合金が挙げられる。特に、透磁率及び磁束密度の点からみれば、99質量%以上がFeである純鉄が好ましい。
軟磁性粉末の平均粒径は、例えば、1μm以上500μm以下、更に50μm以上300μm以下が挙げられる。この平均粒径は、円相当径の平均値であり、次のようにして求めたものである。まず、圧粉磁心の任意の断面をSEMにて、倍率を150倍以上1000倍以下として撮影する。得られた観察像から、視野数を5視野以上、観察粒子数30個以上となるように観察視野をとり、各観察視野を画像解析装置にて解析する。そして、各軟磁性粒子の円相当径を算出し、算出結果を平均する。円相当径は、各軟磁性粒子の輪郭で囲まれる面積と同一面積を有する円の直径とする。
〈絶縁層〉
圧粉磁心100は、軟磁性粒子同士の間に介在されて軟磁性粒子間の絶縁を確保する絶縁層を備えることが好ましい。絶縁層を備えることで、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。絶縁層は、通常、軟磁性粒子の外周面を覆うように形成される。絶縁層の構成材料は、種々の絶縁材料を用いることができる。例えば、金属元素を含む化合物や非金属元素を含む化合物が挙げられる。前者は、Fe,Al,Ca,Mn,Zn,Mg,V,Cr,Y,Ba,Sr,及び希土類元素(Yを除く)などから選択された1種以上の金属元素と、酸素、窒素、及び炭素から選択された1種以上の化合物(例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物)、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物などが挙げられる。後者は、燐化合物、珪素化合物などが挙げられる。その他、燐酸金属塩化合物(代表的には、燐酸鉄や燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸カルシウムなど)、硼酸金属塩化合物、珪酸金属塩化合物、チタン酸金属塩化合物などの金属塩化合物が挙げられる。その他の絶縁層の構成材料として、例えば、種々の樹脂や、高級脂肪酸塩などが挙げられる。具体的な樹脂は、ポリアミド系樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
圧粉磁心100の端面にフランジ部(図示略)を備えることもできる。フランジ部は、圧粉成形体を軸方向に見た場合、円筒部の断面積よりも断面積が大きい。フランジ部の形状は、例えば、円形や、四角形などの多角形などが挙げられる。
圧粉磁心100は、円柱状の軸方向に加圧成形して得られる圧粉磁心に比較して、磁気特性に優れる。例えば、圧粉磁心100から、圧粉磁心100の上下方向を軸とする上下軸リング片と、圧粉磁心100と同軸状の同軸リング片とを切り出す。上下軸リング片は、同軸リング片に比較して、3500A/m以上8000A/m以下の磁界を印加したときの磁束密度が5%以上高い。また、上下軸リング片は、同軸リング片に比較して、励起磁束密度Bm:0.1T〜10T、測定周波数:1kHz〜10kHzにおける鉄損が5%以上低い。上下軸リング片は、円柱状の圧粉磁心からその上下方向が軸となるように切り出しており、リングの軸と交差する方向に扁平粒子の長軸が沿っている。一方、同軸リング片は、円柱状の圧粉磁心からその軸方向が軸となるように切り出しており、リングの軸方向に扁平粒子の長軸が沿っている。そのため、上下軸リング片は、円柱状の上下方向に加圧成形して得られる圧粉磁心と見做せ、同軸リング片は、円柱状の軸方向に加圧成形して得られる圧粉磁心と見做せるからである。
実施形態1の圧粉磁心100は、その縦断面において、扁平粒子110の長軸が圧粉磁心100の軸方向に沿っていることで、扁平粒子110の長軸が圧粉磁心100の径方向に沿う場合に比較して、圧粉磁心100の軸方向に沿った粒界が少ない。そのため、圧粉磁心100は、磁気的ギャップが少なく磁気特性に優れる。その上、圧粉磁心100は全体密度が高く、かつその中央と左右とで密度のばらつきが小さいため、磁気特性に優れる上に磁気特性のばらつきを抑制できる。
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。
図1を参照して説明した圧粉磁心100は、例えば、以下の充填工程と成形工程とを備える圧粉磁心の製造方法(I)で製造できる。充填工程は、圧粉磁心の円筒面の一部を形成し、互いに対向する一対の円弧状の外形形成面を有するダイと、圧粉磁心の円筒面の残部を形成し、互いに幅が同じであると共に対向する円弧状の加圧面を有する下パンチ及び上パンチとを備える金型のキャビティ内に原料粉末を充填する。成形工程は、キャビティ内の原料粉末を加圧成形して上記圧粉成形体を作製する。以下、まず、図2を参照して金型1Aを説明し、続けて図3〜図7を参照して、具体的に金型1A用いて圧粉磁心100を製造する工程を説明する。
金型1Aは、代表的には、貫通孔が設けられたダイ10と、ダイ10の貫通孔内をスライドされる下パンチ22及び上パンチ21とを備える。この下パンチ22と上パンチ21は、貫通孔内で対向して配置される。この金型1Aでは、ダイ10(後述の内ダイ11)の内周面と下パンチ22の一面(上パンチ21との対向する対向面)とで有底のキャビティ(給粉空間)を形成する。この給粉空間内に後述する原料粉末Pを充填し、原料粉末Pを両パンチ21、22で加圧・圧縮して円柱状の圧粉成形体100(図1)を作製し、ダイ10から圧粉成形体100を抜き出すことで圧粉成形体100が得られる。ここでは、ダイ10は、枠状の外ダイ12と、外ダイ12内を上下方向にスライドすると共に、上パンチ21及び下パンチ22の各々が挿通される内ダイ11とを備える。
外ダイ12は、圧粉成形体100の両端面を形成する。外ダイ12は、内側に内ダイ11と上下パンチ21,22を挿通可能な貫通孔が設けられ、内ダイ11の外周に接して囲む矩形枠状体で構成されている。外ダイ12はその内側に内ダイ11を収納することで、原料粉末Pの成形時の圧力により内ダイ11が外側に広がる、即ち、上ダイ11Uと下ダイ11Lの対向面同士を突き合わせた境界部分(突き合わせ面)が開くことを防止する。外ダイ12は、図示しない本体装置に固定されていて上下方向に移動しないように構成している。勿論、外ダイ12も移動可能な構成としてもよい。
内ダイ11は、下パンチ22と共に原料粉末Pのキャビティを構成すると共に、圧粉成形体100(図1)の円筒面の一部を形成する。内ダイ11は、互いに対向する左右一対の円弧状の外形形成面11rを有する。ここでは、内ダイ11は、この外形形成面11rを上下に分割する上ダイ11Uと下ダイ11Lとを備え、合計4つの部材の組み合わせにより構成される。
上・下パンチ21、22は、原料粉末Pを加圧して圧粉成形体100の円筒面の残部を形成する。上下パンチ21,22は、上下ダイ11U,11Lの貫通孔に挿通される角柱状体である。上・下パンチ21,22の互いに上下対向する加圧面21d、22uの形状は、円弧状である。加圧面21d、22uの曲げ半径は、周方向全長に亘って同一で、かつ互いに同じであると共に、外形形成面11r(上・下ダイ側形成面11Ur、11Lr)の曲げ半径と同じである。加圧面21d、22uの曲げ半径を、外形形成面11rの曲げ半径と同じとすることで、略正円柱の圧粉成形体100を製造できる。加圧面21d、22uの幅は、互いに同じ長さである。加圧面21d、22uの幅とは、左右方向に沿った長さ、即ち加圧面21d、22uの周方向一縁部から他縁部までの直線距離を言う。加圧面21d、22uの幅が同じで、加圧面21d、22uが圧粉成形体100の円筒面の一部を形成することで、加圧面21d、22uが圧粉成形体100の円筒面の全面を成形する場合や加圧面21d、22uの幅を異ならせる場合に比較して、上下パンチ21,22で原料粉末Pに付加される圧力分布を均等にし易く原料粉末Pに十分に圧力を付加し易い。そのため、密度が均一でかつ高密度な圧粉成形体100を作製し易い。密度のばらつき及び高密度の定義は後述する。上パンチ21及び下パンチ22は、図示しない移動機構によりそれぞれ上下方向に移動可能な構成としている。
上述の金型1Aを用いて、圧粉成形体100を製造する。具体的には、準備工程→充填工程→位置合わせ工程→成形工程→抜出工程、の順に各工程を経て製造する。
圧粉成形体100の原料粉末Pを準備する。原料粉末Pは、軟磁性粒子を複数有する軟磁性粉末を含む。軟磁性粒子の材料は、上述したように純鉄や鉄合金が挙げられる。軟磁性粉末の平均粒径は、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。この絶縁被膜が上述の絶縁性樹脂などからなる絶縁層を形成する。絶縁被膜の厚さは、例えば、10nm以上1μm以下が挙げられる。原料粉末Pは、加圧成形した圧粉成形体を保形する成形用樹脂を有していてもよい。成形用樹脂の種類は、例えば、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、及びパラフィンや脂肪酸アミド、脂肪酸エステルなどのワックス類などが挙げられる。成形用樹脂の含有量は、軟磁性粉末に対して、例えば0.005質量%以上3.0質量%以下が挙げられる。成形用樹脂の含有量は、0.01質量%以上1.0質量%以下がより好ましい。
充填工程は、原料粉末Pを下パンチ22とダイ10とで作られる給粉空間に充填する。まず、下パンチ22の加圧面22uと、下ダイ11Lの内周面とで所定の給粉空間を形成する。このとき、上パンチ21及び上ダイ11Uは、ダイ10の上方の所定の待機位置に移動する。そして、原料粉末Pを、図3の左図に示すように、給粉空間内に給粉装置(図示略)により充填する。
位置合わせ工程は、原料粉末Pを加圧成形するに当たり、内ダイ11や上下パンチ21,22を所定の位置に位置合わせする。まず、図3の左から2番目の図に示すように、上ダイ11Uの下面(下ダイ11Lとの突き合せ面)と下ダイ11Lの上面(上ダイ11Uとの突き合せ面)とが突き合わさるように、上ダイ11Uを下方に移動させる。
成形工程は、給粉空間内の原料粉末Pを加圧・圧縮して圧粉成形体100を作製する。図3の左から5番目の図に示すように、上パンチ21を下方に移動し、下パンチ22を上方へ移動させて、原料粉末Pを両パンチ21,22で加圧・圧縮する。上述したように、加圧前に、原料粉末Pにおける下パンチ22の加圧面から下ダイ11Lの上記突き合せ面までの長さと、上パンチ21の加圧面から上ダイ12Uの上記突き合せ面までの長さとが均一になるように下パンチ22及び上パンチ22の位置を調整することで、原料粉末Pを上下から均等に圧縮できる。
抜き出し工程は、加圧成形後、圧粉成形体100を金型1A内から抜き出す。所定の加圧を行った後、外ダイ12に対して、内ダイ11(上ダイ11U及び下ダイ11L)及び上下パンチ21,22を相対的に移動させる。ここでは、図3の左から6番目の図に示すように、外ダイ12を移動せず、内ダイ11と上下パンチ21,22とで圧粉成形体100を保持した状態のまま内ダイ11、及び上下パンチ21,22を上方に移動させる。なお、上ダイ11U及び上パンチ21を下ダイ11L及び下パンチ22より先に上方へ移動させてもよい。これらの移動は、圧粉成形体100を金型1Aから抜き出し易くするように、下ダイ11Lの上記突き合せ面が外ダイ12の上面と面一、或いは上面よりも上方に位置するまで行う。続いて、図3の右端の図に示すように、上ダイ11Uと、上パンチ21及び下パンチ22とを更に上方へ移動させて、圧粉成形体100の少なくとも一部を内ダイ11から露出させる。その後、上パンチ21を更に上方へ移動させれば、例えば、ロボットハンドやマニュピレータなどにより、圧粉成形体100を取り出すことができる。
(バリ取り工程)
圧粉磁心の製造方法(I)は、更に、圧粉成形体100の表面に生じたバリを除去するバリ取り工程を備えることができる。上述したように、実施形態1に係る圧粉磁心では、バリは、内ダイ11と各パンチ21,22との間の4箇所と、上ダイ11Uと下ダイ111Lとの間の2箇所との計6箇所に形成される。この6箇所全てのバリを除去してもよいが、上述のようにバリ40が仮想円30の外側に突出しないように形成した場合(図7)には、上ダイ11Uと下ダイ11Lとの突き合せ面同士の間に形成される2箇所のバリ(図示略)を除去すればよい。少なくともこの2箇所のバリを除去することで、この圧粉成形体100を圧粉磁心としてコイル部品に使用した際に、バリによってコイルの巻線の絶縁被覆を傷付けたり、バリが欠落することによってコイル部品が動作不良を起こしたりすることを防止できる。バリの除去は、ブラシ、砥石、刃具、バフ、レーザなどを用いて行うことができる。
圧粉磁心の製造方法(I)は、更に、圧粉成形体100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100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670℃以下、より好ましくは500℃以上650℃以下である。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。
圧粉磁心の製造方法(I)によれば、以下の効果を奏する。
(1)ダイ10を上下方向に分割する上下ダイ11U、11Lを備えることで、成形後に圧粉成形体100を脱型する際、上下ダイ11U,11Lを上下に分離することができる。そのため、圧粉成形体100の脱型時に内ダイ11の内周面との摩擦力を低減できて、圧粉成形体100を金型1Aから抜き出す際の抵抗を低減できるので、脱型し易く生産性よく圧粉成形体100を製造できる。
上述の圧粉磁心100は、図8に示すように、加圧面22uの周方向の中央部分における曲げ半径と、その周方向の両側(両縁部側)における曲げ半径とを異ならせた金型1Aを用いる製造方法(II)により製造できる。具体的には、加圧面21d、22uの上記中央部分の曲げ半径を、上記両縁部側に比べて小さくする。加圧面21d、22uの上記両縁部側の曲げ半径は、加圧面21d、22uの上記中央部分が仮想円に接するように上下パンチ21,22を位置させた際に、内ダイ11の外形形成面11rの周方向縁部と加圧面21d、22uの周方向縁部との段差fが仮想円の直径φに対して0.5%以下となる程度とする。そうすれば、加圧面21d、22uの曲げ半径がその周方向に亘って同一である場合と段差fを同じ長さとすると、圧粉成形体100の横断面積を広くすることができる。その他、加圧面21d、22uの曲げ半径を外形形成面11rの曲げ半径と異ならせたり、上パンチ21の加圧面21dと下パンチ22の加圧面22uとで、曲げ半径を異ならせたりすることができる。
[圧粉磁心]
実施形態2に係る圧粉磁心は、実施形態1の圧粉磁心と同様、円柱状である。実施形態2に係る圧粉磁心は、円筒面に形成された押圧痕の数が上下の4つで、左右には押圧痕がない点が実施形態1の圧粉磁心と相違し、それ以外の構成は実施形態1の圧粉磁心と同様である。即ち、実施形態2に係る圧粉磁心は、実施形態1の圧粉磁心と同様、軟磁性粉末が特定の方向に圧縮された扁平粒子を含み、全体密度が高く、かつ密度のばらつきが小さい。
この圧粉磁心は、図9、10に示すように、分割ダイの分割形態が製造方法(I)
で説明したダイ10(図2など参照)と異なるダイ10を備える金型1Bを用いることで製造することができる。この圧粉磁心の製造方法は、ダイ10の分割形態と、製造工程においてダイ10の分割形態に関わる点を除き、上記製造方法(I)と同様である。そのため、以下の説明では、上記製造方法(I)と相違する点を説明する。図9、10では、ダイ10、上パンチ21、及び下パンチ22を圧粉成形体100の軸方向と直交する断面で示す。
ダイ10は、圧粉成形体100の円筒面の一部を形成し、互いに対向する左右一対の円弧状の外形形成面11rを有する。ダイ10は、外形形成面11rの互いの対向方向に近接離反する左ダイ13L及び右ダイ13Rを有する。この左ダイ13L及び右ダイ13Rは、上下には移動しないものの、図示しない移動機構によりそれぞれ左右に移動可能に構成され、詳しくは後述するが、原料粉末Pの充填時には近接し、圧粉成形体100の脱型時には左右ダイ13L,13Rが離反する。
上述の金型1Bを用いて圧粉成形体100を製造するには、「実施形態1」で述べた製造工程と同様の準備工程、充填工程、及び成形工程の各工程をその順に経た後、「実施形態1」で述べた製造工程と異なる抜出工程を経ることが挙げられる。具体的には、成形工程後、図10の左から4番目の図に示すように、圧粉成形体100を上下パンチ21,22で保持した状態のまま、左右ダイ13L,13Rを左右に開く。続いて、図10右図に示すように、圧粉成形体100を上下パンチ21,22で保持した状態のまま、圧粉成形体100が左右ダイ10L、10Rから露出するまで上下パンチ21,22を上方へ移動させる。そして、「実施形態1」で述べた製造工程と同様、上パンチ21を更に上方へ移動させれば、例えば、ロボットハンドやマニュピレータなどにより、圧粉成形体100を取り出すことができる。
この圧粉磁心の製造方法によれば、ダイ10が外形形成面11rの互いの対向方向に分割する左右ダイ13L,13Rを備えることで、加圧成形時に、「実施形態1」で述べたような上下ダイ11U,11L同士の間で形成される左右のバリが生じない。そのため、「実施形態1」で述べた製造工程に比較して成形後の後工程を一層簡略化できる。
変形例1として、フランジ部を備える圧粉磁心は、例えば、金型1Aの内ダイ11と外ダイ12の軸方向端部同士の間にフランジ部の輪郭形状に対応した空間を設け、その空間の内周面に沿った形状でその空間と略同サイズのパンチを挿通させて加圧成形することで行える。
軟磁性粉末を含む原料粉末を加圧成形して、図11に示すブロック状の試験片作製用成形体90を作製し、その試験片作製用成形体90からリング状試験片91,92を削り出して、リング状試験片91,92の磁気特性を評価した。
リング状の試験片91,92に、一次側:300巻き、二次側:20巻きの巻線を施し、B−H初磁化曲線をH=0(Oe)〜250(Oe)の範囲で測定し、最大透磁率μm、微分最大透磁率μmaxを求めた。また、リング状の試験片91,92の保磁力Hc(A/m)、残留磁束密度Br(T)、磁束密度B50(T)、磁束密度B100(T)、磁束密度B250(T)を測定した。磁束密度B50、B100,B250はそれぞれ、3988.5A/m(50Oe)、7977A/m(100Oe)、19894A/m(250Oe)の磁界を印加したときの値である。測定には、DC−BHカーブトレーサ(メトロン技研株式会社製)を用いた。これらの結果を表1に示す。
円弧状の加圧面を有するパンチで原料粉末を加圧成形した際、加圧面の周方向の中央部と端部との圧縮比の比率を算出するシミュレーションを行った。そのシミュレーションを図12を参照して説明する。図12では、ダイの外形形成面の周方向に沿った仮想円30上に加圧面22uが重なった状態を示している。説明の便宜上、ダイやパンチは省略している。
図2に示す金型1Aを用いて、原料粉末を加圧成形して円柱状の圧粉成形体を作製した。原料粉末は、上述の試験例1と同様の粉末を用いた。この圧粉成形体の密度をアルキメデス法で測定したところ、7.60g/cm3であった。また、この圧粉成形体を左右方向に3等分して中央の分割片と左右の分割片の密度をアルキメデス法で測定した。中央の分割片の密度は7.66g/cm3であり、左の分割片の密度は7.55g/cm3であり、右の分割片の密度は7.53g/cm3であった。即ち、中央の分割片と左右の分割片との密度の差が0.2g/cm3以下であった。この結果から、図2に示すように、上下パンチの幅が同じで、かつ加圧面が圧粉成形体の円筒面の一部を形成することで、密度が均一でかつ高密度な圧粉成形体を製造できることが分かる。これは、幅方向で原料粉末に付加される圧力分布にばらつきが生じ難い上に、原料粉末全体に十分に圧力を付加し易いからだと考えられる。この圧粉成形体は、密度が均一でかつ高密度なことから、磁気特性に優れるコイル部品を構築できる。
10 ダイ
11 内ダイ 11r 外形形成面
11U 上ダイ 11Uf 平行面 11Ur 上ダイ側形成面
11L 下ダイ 11Lf 平行面 11Lr 下ダイ側形成面
12 外ダイ
13L 左ダイ 13R 右ダイ 13f 平行面
21 上パンチ 21d 加圧面
22 下パンチ 22u 加圧面
30 仮想円 31 仮想半円
40 バリ
90 試験片作製用成形体
91、92 リング状試験片
100 圧粉成形体(圧粉磁心)
c 中心領域
M 中央の分割片 L 左の分割片 R 右の分割片
U 上の分割片 D 下の分割片
110 扁平粒子
120 押圧痕
P 原料粉末
Claims (7)
- 軟磁性粒子を含む軟磁性粉末を加圧成形してなる円柱状の圧粉磁心であって、
前記軟磁性粉末は、前記圧粉磁心の径方向に圧縮された扁平粒子を含み、
前記圧粉磁心全体の密度が7.4g/cm3以上であり、
前記加圧成形時に、前記圧粉磁心の円筒面に軸方向に沿って形成される4つ以上の偶数の押圧痕を有し、
圧粉磁心の上下方向及び左右方向を以下の(a)又は(b)とし、前記圧粉磁心を左右方向に3等分した各分割片、又は上下方向で互いに対向する前記押圧痕同士を含む縦断面で前記圧粉磁心を分割した各分割片を、中央及び左右の分割片とするとき、前記中央の分割片の密度が前記左右の分割片の密度に比べて高く、かつ前記中央の分割片と前記左右の分割片との密度の差が0.2g/cm3以下である圧粉磁心。
(a)圧粉磁心の両端面を観察し、筋状の摺接痕の長手方向を圧粉磁心の上下方向、上下方向に直交する方向を圧粉磁心の左右方向とする。
(b)圧粉磁心の横断面の中心領域における軟磁性粒子の形状を観察し、扁平粒子の長軸方向を圧粉磁心の左右方向、左右方向と直交する方向を圧粉磁心の上下方向とする。 - 前記圧粉磁心を前記上下方向に均等に分割して上下の分割片とするとき、前記上下の分割片の密度の差が0.2g/cm3以下である請求項1に記載の圧粉磁心。
- 前記圧粉磁心の縦断面における前記扁平粒子のアスペクト比の平均値が、1.2以上である請求項1又は請求項2に記載の圧粉磁心。
[定義]
前記アスペクト比の平均値とは、前記圧粉磁心の縦断面において、前記圧粉磁心の軸方向に沿った各粒子の最大長さをLp、軸方向に直交する方向に沿った最大長さLoとし、前記Loに対する前記Lpの比Lp/Loの平均値をいう。前記扁平粒子の最大長さLp及び最大長さLoの測定は、圧粉磁心の縦断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、その観察像を画像解析することで行える。測定条件は、視野数:5視野以上、倍率:150倍以上1000倍以下、一視野あたりの測定粒子数:6個以上、合計粒子数:30個以上が挙げられる。 - 前記軟磁性粒子が純鉄である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の圧粉磁心。
- 前記圧粉磁心から、前記圧粉磁心と同軸状の同軸リング片と、前記圧粉磁心の上下方向を軸とする上下軸リング片とを切り出した際、
前記上下軸リング片は、前記同軸リング片に比較して、3500A/m以上8000A/m以下の磁界を印加した時の磁束密度が5%以上高い請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の圧粉磁心。 - 前記圧粉磁心から、前記圧粉磁心と同軸状の同軸リング片と、前記圧粉磁心の上下方向を軸とする上下軸リング片とを切り出した際、
前記上下軸リング片は、前記同軸リング片に比較して、励起磁束密度Bm:0.1T〜10T、測定周波数:1kHz〜10kHzにおける鉄損が5%以上低い請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の圧粉磁心。 - 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1〜請求項6のいずれか1項に記載の圧粉磁心であるコイル部品。
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