JPWO2005107039A1 - 圧粉磁心およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

ステータコア（１０）は、第１および第２の環状圧粉磁心部品（５）を備えている。第１および第２の環状圧粉磁心部品（５）の各々は、弧状に延在するヨーク部（４）と、ヨーク部（４）の半径方向に突出するティース部（２）とを一体的に有する複数の弧状圧粉磁心部品（７）を有している。複数の弧状圧粉磁心部品（７）の各々は、ヨーク部（４）の周方向に沿って配置されて接合されており、第１および第２の環状圧粉磁心部品（５）は、互いに高さ方向に積層されて接合されている。これにより、プレス機の大型化を抑止することができ、良好な磁気特性が得られ、取り扱いが容易になる。

Description

この発明は、一般的には、圧粉磁心およびその製造方法に関し、より特定的には、電動機のステータコアなどとして用いられる圧粉磁心およびその製造方法に関する。

従来、電動機のステータコアなどとして用いられる磁心は、電磁鋼板材を型打ち抜きし、その後に複数枚の電磁鋼板材を積層し、その積層したものにコイルを巻き付けることによって作製されている。

また従来、電動機のステータコアなどとして用いられる磁心を、磁性粉末を加圧成形して作成することが知られており、このような技術は、たとえば特開２００４−４０８７１号公報（特許文献１）に開示されている。

図２３は、特許文献１に開示されたステータコアを製造する方法を示す斜視図である。図２３を参照して、周方向に縦割り分割された形状のコアピース１０５が、磁性粉体と絶縁部材との複合材料を成形することにより形成される。コアピース１０５の電線巻回部にコイル（図示せず）が巻回される。コイルが巻回されたコアピース１０５を複数個、周方向に組合せて、隣り合うコアピース１０５の接合面１０５ａ同士を接合することによりステータコア１１０が形成される。
特開２００４−４０８７１号公報

しかし特許文献１では、高さ方向の寸法の大きいステータコアを製造しようとすると、コアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１が大きくなり、プレス機の大型化を招くという問題があった。図２４（ａ）は、特許文献１のコアピースの製造に用いられる金型のダイの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸＸＩＶＢ−ＸＸＩＶＢ線に沿う断面に対応した概略断面図である。図２４を参照して、通常、コアピース１０５は、軟磁性粉末を金型１５１に充填し、上下方向（高さ方向）からそれぞれ上パンチ１５２と下パンチ１５３とによって加圧することによって成形される。上パンチ１５２および下パンチ１５３のストローク（必要な可動範囲）は、成形体の高さ方向の寸法Ｈ１１の約５〜６倍（５〜６×Ｈ１１）である。このため、コアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１がたとえば１０ｍｍ程度であれば上パンチ１５２および下パンチ１５３のストロークは約６０ｍｍ程度であるが、たとえば高さ方向の寸法が５０ｍｍのステータコアを製造しようとすると、コアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１も５０ｍｍとなり、上パンチ１５２および下パンチ１５３のストロークは約３００ｍｍとなる。その結果、プレス機の大型化を招く。

また特許文献１では、高さ方向の大きいステータコアを製造しようとすると、コアピース１０５内の密度分布が不均一になり、磁気特性が低下するという問題があった。上述のように、高さ方向の寸法の大きいステータコアを製造しようとすると、コアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１が大きくなる。これにより、軟磁性粒子を加圧する際に上パンチと下パンチとの距離が大きくなり、軟磁性粒子が高さ方向において均一に加圧されなくなる。その結果、コアピース１０５内の高さ方向の密度分布が不均一になり、密度が低い部分の磁気特性が低下する。

また特許文献１では、製造時におけるコアピース１０５の取り扱いが難しいという問題があった。図２３を参照して、コアピース１０５の外周面１０８ｂは曲面になっているので、たとえば成形後の熱処理時などに横に倒した状態（外周面１０８ｂを下にした状態）でコアピース１０５を保持すると自重で外周面１０８ｂが変形するおそれがある。このため、製造時においてコアピース１０５を取り扱う際には、立てた状態（下面１０８ａを下にした状態）でコアピース１０５を保持する必要がある。しかし、コアピース１０５は、幅方向の寸法Ｗ１１（図２３）に対する高さ方向の寸法Ｈ１１の比が大きい形状を有しているので、立てた状態が不安定であり、倒れるおそれがある。このため、製造時における取り扱いが難しいという問題があった。特に、成形後の熱処理時に炉内においてコアピース１０５が倒れると、倒れたコアピースを除去するために炉を停止する必要があり、熱処理のタクトタイムの増加を招く。

また特許文献１では、図２３に示すようにコイルを巻回するための電線巻回部の高さとステータコア１１０の全体高さとが同じである。このため、図２５に示すように電線巻回部にコイル１０６を巻回すると、コイル１０６は巻回した高さＨ１２分だけステータコア１１０の表面から突き出し、いわゆるオーバーハングが生じる。これにより、オーバーハングが生じた分だけモータが大型化するという問題があった。

また特許文献１では、図２３に示すようにコイルを巻回するための電線巻回部のコーナー部が角張っている。このため、図２６に示すようにコアピース１０５の電線巻回部にコイル１０６を巻回すると、その巻回時に電線巻回部の角張った角部（領域Ｓ１）でコイル１０６の絶縁被膜が破損するという問題があった。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、高さ方向の寸法の大きい圧粉磁心を製造してもプレス機の大型化を抑止することができ、良好な磁気特性が得られ、製造時における部品取り扱いが容易である圧粉磁心およびその製造方法を提供することである。

またこの発明の他の目的は、コイルのオーバーハングを防止すること、またはコイルの絶縁被膜の破損を防止することである。

本発明の圧粉磁心は、第１および第２の環状圧粉磁心部品を備えている。第１および第２の環状圧粉磁心部品の各々は、弧状に延在するヨーク部と、ヨーク部の半径方向に突出するティース部とを一体的に有する複数の弧状圧粉磁心部品を有している。複数の弧状圧粉磁心部品の各々は、ヨーク部の周方向に沿って配置されて接合されており、第１および第２の環状圧粉磁心部品は、互いに高さ方向に積層されて接合されている。

本発明の圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粉末を加圧成形することによって、弧状に延在するヨーク部と、ヨーク部の半径方向に突出するティース部とを一体的に有する複数の弧状圧粉磁心部品を形成する工程と、複数の弧状圧粉磁心の各々をヨーク部の周方向に沿って配置して接合することによって、第１および第２の環状圧粉磁心部品の各々を作製する工程と、複数の弧状圧粉磁心の各々を高さ方向に重ね合わせて接合する工程とを備えている。

本発明の圧粉磁心およびその製造方法によれば、第１および第２の環状圧粉磁心部品によって圧粉磁心は高さ方向に分割されているので、第１および第２の環状圧粉磁心部品の各々を構成する弧状圧粉磁心部品の高さ方向の寸法は従来の圧粉磁心を構成する部品の高さ方向の寸法よりも小さくなる。これにより、高さ方向の寸法の大きい圧粉磁心を製造しても、圧粉磁心を構成する部品の高さ方向の寸法を小さく保つことができるので、プレス機の大型化を抑止することができる。

また、弧状圧粉磁心部品の高さ方向の寸法が従来よりも小さくなるので、弧状圧粉磁心部品をプレス成形する際に軟磁性粒子を高さ方向において均一に加圧することができる。その結果、弧状圧粉磁心部品内の高さ方向の密度分布が均一になり、高さ方向の寸法の大きい圧粉磁心を製造しても良好な磁気特性が得られる。

さらに、弧状圧粉磁心部品の高さ方向の寸法が従来よりも小さくなるので、弧状圧粉磁心部品の幅方向の寸法に対する高さ方向の寸法の比が従来よりも小さくなる。このため、製造時において弧状圧粉磁心部品を立てた状態で安定して保持することができ、取り扱いが容易である。

上記の圧粉磁心において好ましくは、複数の弧状圧粉磁心部品の各々の接合部には接合による境界面がある。境界面における複数の弧状圧粉磁心部品の各々の表面粗さＲｙは３μｍ以下である。

これにより、圧粉磁心の完成品を観察することにより、第１および第２の環状圧粉磁心部品が積層されて構成されていることを判別することができ、複数の弧状圧粉磁心部品の各々がヨーク部の周方向に沿って配置されていることを判別することができる。

上記の圧粉磁心において好ましくは、弧状圧粉磁心部品の境界面に樹脂を介在させて弧状圧粉磁心部品同士が固定されている。この樹脂は、室温自然乾燥タイプの接着剤でもよいし、加熱処理して接着力の発現する接着剤でもよいし、加熱することにより樹脂が軟化して両圧粉磁心部品の粒子間空孔に流れ込むことによって樹脂のアンカー効果により接着力が発現するものでもよい。

上記の圧粉磁心において好ましくは、ティース部の高さ方向の寸法はヨーク部の高さ方向の寸法よりも小さい。

これによりティース部にコイルを巻回した場合でも、コイルがヨーク部の表面よりも突出する、いわゆるオーバーハングを防止することができ、コイルを有する圧粉磁心の大型化を抑制することができる。

上記の圧粉磁心において好ましくは、ティース部のコーナー部はラウンド形状を有している。

これによりティース部にコイルを巻回した場合でも、コイルの絶縁被膜がティース部の角張ったコーナー部で破損することを防止することができる。

上記の圧粉磁心において好ましくは、第１および第２の環状圧粉磁心部品は、凹凸およびボルトの少なくとも１つで固定されており、その凹凸またはボルトの挿入部はヨーク部の内周側の端面と外周側の端面とのうちティース部が位置する側とは反対側の端面付近に位置している。

この圧粉磁心においてはティース部からヨーク部へ、またヨーク部からティース部へ伸びるように磁力線が生じるため、ティース部が位置する側のヨーク部の端面付近には磁力線が存在することになる。この磁力線の存在する領域に凹凸またはボルトの挿入部を配置すると磁気特性が劣化する恐れがある。このため、この凹凸またはボルトの挿入部を、ティース部が位置する側とは反対側の端面付近に配置することにより磁気特性の劣化を防止しつつ、第１および第２の環状圧粉磁心部品を固定することができる。

上記の圧粉磁心において好ましくは、第１および第２の環状圧粉磁心部品の間に挟み込まれた他の環状圧粉磁心部品がさらに備えられ、他の環状圧粉磁心部品は、第１および第２の環状圧粉磁心部品と同一の平面形状を有し、かつヨーク部とティース部との断面形状がストレートな形状を有している。

上記の他の圧粉磁心部品を第１および第２の環状圧粉磁心部品の間に挟み込むことにより、第１および第２の環状圧粉磁心部品の各々の高さ方向の寸法をさらに小さくすることができる。

上記の圧粉磁心の製造方法において好ましくは、複数の弧状圧粉磁心部品の各々の加圧成形に用いられる金型は、ティース部を加工する金型部分とヨーク部を加工する金型部分とに少なくとも分けられており、ティース部を加工する金型部分は金型のダイに対して固定されており、ヨーク部を加工する金型部分はダイに対して移動可能である。

このようにティース部を加工する金型部分を金型のダイに対して固定することにより、ティース部の角部をラウンド形状に加工する場合でも、ティース部を加工する金型部分の強度を確保しつつ、ティース部を所望の形状に加工することが可能となる。

以上説明したように、本発明の圧粉磁心およびその製造方法によれば、高さ方向の寸法の大きい圧粉磁心を製造してもプレス機の大型化を抑止することができ、良好な磁気特性が得られ、製造時における部品取り扱いが容易である圧粉磁心を得ることができる。

この発明の実施の形態において作製するステータコアが設けられた電動機の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。 環状圧粉磁心部品の構成を示す一部破断斜視図である。 弧状圧粉磁心部品の構成を示す斜視図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。 ティース部における図２のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。 ティース部における図２のＶ−Ｖ線に沿う他の概略断面図である。 図１中のステータコアの表面の組織を拡大して示した模式図である。 図２の領域Ｓおよび図１の領域Ｕにおける複数の弧状圧粉磁心部品の各々の接合部付近を拡大して示す概略断面図である。 この発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法の第１工程を示す説明図であって、金型のダイの平面図である。 図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 図９ＡのＩＸＣ−ＩＸＣ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 この発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法の第２工程を示す説明図であって、弧状圧粉磁心部品の平面図である。 図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線に沿う概略断面図である。 この発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法の第３工程を示す説明図であって、環状圧粉磁心部品の平面図である。 図１１ＡのＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿う概略断面図である。 この発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法の第４工程を示す説明図であって、２個の環状圧粉磁心部品が積層された状態での平面図である。 図１２ＡのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿う概略断面図である。 この発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法の第５工程を示す説明図であって、コイルが巻回された状態での平面図である。 図１３ＡのＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線に沿う概略断面図である。 ティース部形成部を上下方向に移動可能とした場合の図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿う断面に対応したティース部形成部の部分断面図である。 ティース部形成部を上下方向に移動可能とした場合の図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿う断面に対応した他のティース部形成部の部分断面図である。 図１５の金型を用いて形成されたティース部の断面形状を示す図である。 図１６Ａのティース部にコイルを巻いた場合の断面形状を示す図である。 ２個の環状圧粉磁心部品の間に他の環状圧粉磁心部品を挟む様子を説明するための図である。 凹凸またはボルト挿入部の配置位置を説明するための図である。 凹凸またはボルト挿入部の他の配置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態における他のステータコアの構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態における他の弧状圧粉磁心部品の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態におけるさらに他の弧状圧粉磁心部品の構成を示す斜視図である。 特許文献１に開示されたステータコアを製造する方法を示す斜視図である。 （ａ）特許文献１のコアピースの製造に用いられる金型のダイの平面図である。（ｂ）（ａ）のＸＸＩＶＢ−ＸＸＩＶＢ線に沿う断面に対応した概略断面図である。 オーバーハングが生じた様子を示す概略斜視図である。 ティース部のコーナー部が角張っていることにより生じる問題を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１ 電動機、２ ティース部、２ａ 突起部、３ 鍔部、４ ヨーク部、４ｂ 突出部、４ｃ 上面、４ｄ，４ｅ 端面、５ 環状圧粉磁心部品、５ａ 他の環状圧粉磁心部品、５ａ１，１０５ａ 接合面、６，１０６ コイル、６ａ 表面、７ 弧状圧粉磁心部品、９ 樹脂、１０，１１０ ステータコア、１１ ローターコア、１２ 永久磁石、１３ 回転軸、２０ 凹凸またはボルト挿入部、２１ 金属磁性粒子、２２ 絶縁被膜、２３ 軟磁性粒子、２４ 有機物、３１ 接合面、３２ 境界部、３３ 接着層、５１ ダイ、５２，１６２ｂ ティース部形成部、５２ａ 溝部、５３ａ ヨーク部形成用下パンチ部、５３ｂ 鍔部形成用下パンチ部、５４，１６４ 上パンチ、１０５ コアピース、１０８ａ 下面、１０８ｂ 外周面、１５１ 金型、１５２ 上パンチ、１５３ 下パンチ、１６２ａ 固定部、１６２ｂ ティース部形成部。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１はこの発明の実施の形態におけるステータコアを有する電動機の平面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。図３は環状圧粉磁心部品の構成を示す一部破断斜視図である。図４は弧状圧粉磁心部品の構成を示す斜視図である。図５は図２のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。

図１を参照して、電動機１は、リング状のステータコア１０と、ステータコア１０の内周側に配置された円柱状のローターコア１１とを備える。ローターコア１１は、中心部に回転軸１３を有する。ローターコア１１が回転軸１３を中心に回転することによって、電動機１から回転運動が出力される。ローターコア１１の周縁には、所定の角度ごとに永久磁石１２が埋め込まれている。ステータコア１０は、複数の軟磁性粒子が互いに接合されることによって形成されている。

図２を参照して、ステータコア１０は、第１および第２の環状圧粉磁心部品５、５を備えている。第１および第２の環状圧粉磁心部品５、５は、その高さ方向（矢印Ａ方向）に積層されて接合されている。第１および第２の環状圧粉磁心部品５、５は、互いに同じ平面形状を有している。

図３および図４を参照して、第１および第２の環状圧粉磁心部品５、５は、複数の弧状圧粉磁心部品７を有している。複数の弧状圧粉磁心部品７の各々は、ヨーク部４の周方向（矢印Ｂ方向）に沿って配置されて接合されている。つまり、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々は、その高さ方向（矢印Ａ方向）に積層されて接合されており、かつヨーク部４の周方向（矢印Ｂ方向）に沿って配置されて接合されている。

複数の弧状圧粉磁心部品７の各々は、周方向弧状に延在するヨーク部４と、ヨーク部４からヨーク部４の半径方向内周側に突出するティース部２と、複数のティース部２の各々の突出部先端において周方向に張り出した鍔部３とを有している。これらのヨーク部４とティース部２と鍔部３とは一体的に形成されている。

ヨーク部４とティース部２と鍔部３との各下面はフラットな面を構成している。弧状圧粉磁心部品７の高さ方向Ａの寸法Ｔ２は、ステータコア１０の高さ方向Ａの寸法Ｈ１の２分の１となっている。またティース部２の高さ方向Ａの寸法Ｔ１はヨーク部４の高さ方向Ａの寸法Ｔ２よりも小さい。このため、ティース部２の上面はヨーク部４および鍔部３の上面よりも高さ方向Ａにおいて低いレベル（つまり下面側）に位置している。なお、Ｗ１は弧状圧粉磁心部品７の幅方向の寸法を示している。

図１および図２を参照して、高さ方向に積層された２つの弧状圧粉磁心部品７におけるティース部２にはコイル６が巻回されている。このコイル６は、絶縁被膜によって覆われた螺旋状に延びる導線によって形成されている。導線は、ティース部２の表面から離れる方向に多層に巻かれている。導線は、たとえば銅から形成されており、その直径は、０．３ｍｍから３ｍｍ程度である。絶縁被膜は、たとえば一般的なエナメル（琺瑯）から形成されており、その厚みは３０μｍ程度である。コイル６はヨーク部４と鍔部３とに挟まれるように配置されており、これによってティース部２に対するコイル６の位置が固定されている。

図５を参照して、コイル６が巻回されたティース部２のコーナー部Ｃはラウンド形状を有しており、各コーナー部Ｃの曲率半径Ｒはティース部２の幅をＷ２としたとき、たとえば０．３ｍｍ以上０．５×Ｗ２以下であることがより好ましい。

なお、本実施の形態においては、ティース部が円の断面形状を有する場合について示したが、本発明のラウンド形状はこのような場合に限定されるものではなく、図６Ａに示すような楕円である場合や、図６Ｂに示すような四角形の頂点が丸く削られた形状である場合に、コイルの損傷を防止するという上記効果を得ることができる。

図７は、図１中のステータコアの表面の組織を拡大して示した模式図である。図７を参照して、ステータコア１０を構成する複数の軟磁性粒子２３は、金属磁性粒子２１と、金属磁性粒子２１の表面を取り囲む絶縁被膜２２とを備えている。複数の軟磁性粒子２３の間には、有機物２４が介在している。軟磁性粒子２３の各々は、有機物２４によって接合されていたり、軟磁性粒子２３が有する凹凸の噛み合わせによって接合されている。

金属磁性粒子２１は、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる。金属磁性粒子２１は、金属単体でも合金でもよい。

絶縁被膜２２は、たとえば、金属磁性粒子２１をリン酸処理することによって形成されている。また好ましくは、絶縁被膜２２は酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜２２としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用することができる。絶縁被膜２２は、図中に示すように１層に形成されていても良いし、多層に形成されていても良い。

絶縁被膜２２は、金属磁性粒子２１間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子２１を絶縁被膜２２で覆うことによって、ステータコア１０の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子２１間に渦電流が流れるのを抑制して、渦電流に起因する鉄損を低減させることができる。

有機物２４としては、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドまたはポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂や、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリイミドまたは高分子量ポリエチレンなどの非熱可塑性樹脂や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウムまたはオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸を用いることができる。また、これらを互いに混合して用いることもできる。なお、高分子量ポリエチレンとは、分子量が１０万以上のポリエチレンをいう。

有機物２４は、複数の軟磁性粒子２３の間を強固に接合して、ステータコア１０の強度を向上させる。また、有機物２４は、ステータコア１０を得るための加圧成形時に潤滑剤として機能する。これにより、軟磁性粒子２３同士が擦れ合って、絶縁被膜２２が破壊されることを防止する。

図８は図２の領域Ｓおよび図１の領域Ｕにおける複数の弧状圧粉磁心部品の各々の接合部付近を拡大して示す概略断面図である。図８を参照して、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々の接合部には、接合による境界部３２が存在している。

複数の弧状圧粉磁心部品７の各々は加圧成形によって形成されるので、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々の接合面３１における表面粗さは加圧成形に用いられる金型の表面粗さを反映する。具体的には、金型の表面粗さＲｙは通常０．３μｍ以下であるため、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々の接合面３１の表面粗さＲｙは３μｍ以下となる。なお、表面粗さＲｙとは、最大高さＲｙを意味している。ここで、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々の接合を強化するために、境界部３２にはたとえば図示した熱可塑性ポリアミドなどの接着層３３などが形成されていてもよく、また境界部３２には空間があってもよい。

次に、この実施の形態における圧粉磁心の製造方法について説明する。

図９〜図１３は、この発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す説明図である。

なお、図９Ａは金型のダイの平面図であり、図９Ｂは図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿う断面に対応した概略断面図であり、図９Ｃは図９ＡのＩＸＣ−ＩＸＣ線に沿う断面に対応した概略断面図である。

また図１０Ａは弧状圧粉磁心部品の平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線に沿う概略断面図である。また図１１Ａは環状圧粉磁心部品での平面図であり、図１１Ｂは図１１ＡのＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿う概略断面図である。また図１２Ａは２個の環状圧粉磁心部品が積層された状態での平面図であり、図１２Ｂは図１２ＡのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿う概略断面図である。また図１３Ａはコイルが巻回された状態での平面図であり、図１３Ｂは図１３ＡのＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線に沿う概略断面図である。

図９Ａ〜図９Ｃを参照して、まず、弧状圧粉磁心部品を作製するための金型が準備される。この金型は、図９Ｂに示すようにダイ５１と、ヨーク部形成用下パンチ５３ａと、鍔部形成用下パンチ５３ｂと、ティース部形成部５２と、上パンチ５４とを有している。ヨーク部形成用下パンチ５３ａ、鍔部形成用下パンチ５３ｂおよび上パンチ５４はダイ５１に対して上下方向に移動可能である。ティース部形成部５２はダイ５１の位置に対して固定されており移動しない。下パンチ５３ｂはティース部形成部５２と一体であってもかまわない。

また、上パンチ５４、ヨーク部形成用下パンチ５３ａおよび鍔部形成用下パンチ５３ｂのストローク（必要な可動範囲）は、弧状圧粉磁心部品７の高さ方向の寸法Ｔ２の約５〜６倍（５〜６×Ｔ２）であり、従来よりも小さくなっている。

またティース部形成部５２は、図９Ｃに示すように溝部５２ａを有しており、溝部５２ａの下端コーナー部がラウンド形状となっている。溝部５２ａの底部の断面形状をたとえば半円形状部とした場合、コーナー部の曲率半径Ｒは溝部５２ａの幅をＷ２としたとき、たとえば０．３ｍｍ以上０．５×Ｗ２以下であることがより好ましい。

この金型内に、図７で説明した軟磁性粒子２３と有機物２４とを混合した軟磁性粉末（図示せず）が充填され、たとえば７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で加圧成形が行われる。また加圧成形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって軟磁性粉末が酸化されるのを抑制できる。

この加圧成形においては、ヨーク部はヨーク部形成用下パンチ５３ａと上パンチ５４とにより上下方向から加圧され、鍔部は鍔部形成用下パンチ５３ｂと上パンチ５４とにより上下方向から加圧される。またティース部はティース部形成部５２と上パンチ５４との間で上パンチ５４により上方向から加圧される。

図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、上記の加圧成形により軟磁性粉末が圧縮され、弧状に延在するヨーク部４と、ヨーク部４の半径方向内周側に突出するティース部２と、ティース部２の突出部先端において周方向に張り出した鍔部３とを有する弧状圧粉磁心部品７が形成される。これらのヨーク部４とティース部２と鍔部３とは一体的に形成されている。またティース部２のコーナー部はラウンド形状となるように形成される。

次に、弧状圧粉磁心部品７に絶縁被膜２２の熱分解温度未満の温度で熱処理が行なわれる。絶縁被膜２２がたとえばリン酸被膜である場合、熱処理は、４００℃以上５００℃未満の温度で１時間以上行なう。このような高温下で熱処理を行なうことによって、成形体の内部に存在する歪および転位を取り除き、弧状圧粉磁心部品７の磁気的特性を大幅に向上させることができる。また、熱処理によって絶縁被膜２２が劣化することがない。

図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、上記で得られた弧状圧粉磁心部品７が複数準備され、ヨーク部４の各々で環状を形成するようにヨーク部４の周方向（矢印Ｂ方向）に沿って複数の弧状圧粉磁心部品７の各々を配置する。そして、この状態で複数の弧状圧粉磁心部品７の各々を接合する。この接合は、たとえば焼きばめなどによる外周部からの締結、凹凸の嵌め合いによる固定、または樹脂を用いた接着などにより行なわれる。これにより、第１の環状圧粉磁心部品５が作製される。同様の方法により、第２の環状圧粉磁心部品５を作製する。なお、弧状圧粉磁心部品７同士の接合前に、弧状圧粉磁心部品７の接合面を研削して平坦部を出すこともできる。

図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して、上記で得られた第１および第２の環状圧粉磁心部品５が準備される。そして、それらを高さ方向（矢印Ａ方向）に重ね合わせて接合する。この接合は、たとえばボルトによる固定、凹凸の嵌め合いによる固定、樹脂を用いた接着などにより行なわれる。上記の接合によりステータコア１０が形成される。なお、環状圧粉磁心部品５同士の接合前に、環状圧粉磁心部品５の接合面を研削して平坦部を出すこともできる。また、環状圧粉磁心部品５同士を接合した後にローター部とのギャップ確保のために、鍔部３のローターと対向する部分を削ることもできる。

なお、上記においては、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々をヨーク部４の周方向に沿って配置して接合した後で、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々を高さ方向に重ね合わせて接合する場合について示した。しかし、本発明はこのような場合の他、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々を高さ方向に重ね合わせて接合した後で、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々をヨーク部４の周方向に沿って配置して接合してもよい。

図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して、ステータコア１０のティース部２にコイル６が巻回される。コイル６は、絶縁被膜によって覆われた導線を用いて、螺旋状に巻回される。以上に説明した工程により、図１中に示すコイル６が巻回されたステータコア１０が完成する。

この発明の実施の形態によれば、第１および第２の環状圧粉磁心部品５によってステータコア１０が高さ方向に分割されているので、ステータコア１０の構成部品である弧状圧粉磁心部品７の高さ方向の寸法Ｔ２は従来のコアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１よりも小さくなる。これにより、高さ方向の寸法の大きいコアピースを製造しても、コアピースを構成する部品の高さ方向の寸法を小さく保つことができるので、プレス機の大型化を抑止することができる。

また、弧状圧粉磁心部品７の高さ方向の寸法Ｔ２は従来のコアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１よりも小さくなるので、弧状圧粉磁心部品７をプレス成形する際に軟磁性粒子２３を高さ方向において均一に加圧することができる。その結果、弧状圧粉磁心部品７内の高さ方向の密度分布が均一になり、高さ方向の寸法の大きい圧粉磁心を製造しても良好な磁気特性が得られる。

さらに、弧状圧粉磁心部品７の高さ方向の寸法Ｔ２は従来のコアピース１０５の高さ方向の寸法Ｈ１１よりも小さくなるので、弧状圧粉磁心部品７の幅方向の寸法Ｗ１に対する高さ方向の寸法Ｔ２の比が小さくなる。このため、製造時において弧状圧粉磁心部品７を立てた状態で安定して保持することができるので、取り扱いが容易である。

また図２に示すようにティース部２の高さ方向の寸法Ｔ１はヨーク部４の高さ方向の寸法Ｔ２よりも小さいため、このティース部２にコイル６を巻回した場合でも、コイル６の表面６ａがヨーク部４の上面４ｃよりも突出する、いわゆるオーバーハングを防止することができ、コイル６を有するステータコア１０の大型化を抑制することができる。

また図５に示すようにティース部２のコーナー部Ｃはラウンド形状を有しているため、ティース部２にコイル６を巻回した場合でも、コイル６の絶縁被膜がティース部２の角張ったコーナー部で破損することを防止することができる。

また弧状圧粉磁心部品７の加圧成形に用いられる金型は、図９Ａ〜図９Ｃに示すようにティース部形成部５２とヨーク部形成用下パンチ５３ａとに少なくとも分かれており、ティース部形成部５２はダイ５１に対して固定されており、ヨーク部形成用下パンチ５３ａはダイ５１に対して移動可能である。これにより、ティース部２のコーナー部をラウンド形状に加工する場合でも、ティース部形成部５２の強度を確保しつつ、ティース部２を所望の形状に加工することが可能となる。以下、そのことを説明する。

図１４は、ティース部形成部を上下方向に移動可能とした場合の図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿う断面に対応したティース部形成部の部分断面図である。図１４を参照して、ティース部形成部１６２ｂを固定部１６２ａに対して移動させて、ティース部形成部１６２ｂと上パンチ１６４とにより上下方向から加圧してティース部を形成することも考えられる。しかし、この場合、ティース部のコーナー部をラウンド形状とするためにティース部形成部１６２ｂの端面形状をラウンド形状とすると、ティース部形成部１６２ｂの先端部分（領域Ｐ１で示す部分）が細くなり、加圧成形時の圧力によりこの先端部が破損する恐れがある。

この破損を防止するために、図１５に示すようにティース部形成部１６２ｂの加工面の両端（領域Ｐ２で示す部分）を平坦とすることも考えられる。しかし、この場合には、図１６Ａに示すようにティース部２には突起部２ａが生じるため、図１６Ｂに示すようにコイル６を巻回するとコイル６の絶縁被膜は突起部２ａの角張った部分（領域Ｐ３）で破損する恐れがある。

これに対して、図９Ａ〜９Ｃに示すようにティース部形成部５２をダイ５１に対して固定して移動しないようにすることで、ティース部形成部５２の強度を確保できるためティース部形成部の先端部分の破損（図１４で説明した破損）を防止でき、かつ図１６Ａおよび図１６Ｂで示す突起部２ａの生じない所望の形状のティース部２を形成することができる。

なお上記の実施の形態においては、２個の環状圧粉磁心部品５を積層してステータコア１０を構成した場合について説明したが、図１７に示すように２個の環状圧粉磁心部品５の間に１個または複数個の他の環状圧粉磁心部品５ａを挟んで積層することによりステータコア１０が構成されてもよい。

他の環状圧粉磁心部品５ａは、環状圧粉磁心部品５と同一の平面形状を有し、かつヨーク部とティース部とにおける断面がストレートな形状（つまり接合面５ａ１が平坦な形状）を有している。

ステータコア１０の高さ方向の寸法Ｈ１を非常に大きくすると、２個の環状圧粉磁心部品５の高さ方向の寸法Ｔ２も大きくなり、これらを加圧成形により形成する際にその高さ方向に密度分布が発生する恐れがある。そこで、２個の環状圧粉磁心部品５の間に他の環状圧粉磁心部品５ａを挟むことにより、２個の環状圧粉磁心部品５の高さ方向の寸法Ｔ２を大きくしなくとも、ステータコア１０の高さ方向の寸法Ｈ１を大きく調整することが可能となる。また、２個の環状圧粉磁心部品５の高さ方向の寸法Ｔ２を大きくしないでよいため、環状圧粉磁心部品５の高さ方向の密度分布をなるべく少なく抑えることができる。

また２個の環状圧粉磁心部品５を、凹凸の嵌め合いおよびボルトのいずれか一方または両方で固定する場合、その凹凸またはボルトの挿入部を２個の環状圧粉磁心部品５のそれぞれに設ける必要がある。この場合、図１８を参照して、凹凸２０またはボルトの挿入部２０は、ヨーク部４の内周側の端面４ｄと外周側の端面４ｅとのうちティース部２が位置する側（この実施の形態では内周側の端面４ｄ）とは反対側の端面（この実施の形態では外周側の端面４ｅ）付近に設けることが好ましい。

このステータコア１０においてはティース部２からヨーク部４へ、またヨーク部４からティース部２へ伸びるように磁力線が生じるため、ティース部２が位置する側のヨーク部４の端面付近（この実施の形態では内周側の端面４ｄ付近）には磁力線が存在することになる。この磁力線の存在する領域に凹凸２０またはボルトの挿入部２０を配置すると磁気特性が劣化する恐れがある。このため、この凹凸２０またはボルトの挿入部２０をティース部２が位置する側とは反対側の端面付近（この実施の形態では外周側の端面４ｅ付近）に配置することにより磁気特性の劣化を防止しつつ、２個の環状圧粉磁心部品５を固定することができる。

また凹凸２０またはボルトの挿入部２０は、ティース部２の付け根の一方端Ｑ１と他方端Ｑ２とのそれぞれからティース幅Ｌ１を半径として円弧を描いたときに、２つの円弧の外周側のヨーク部４の領域（ハッチングを入れた領域）４ａに配置されることがより好ましい。

これにより、磁力線の伸びる領域を避けて凹凸２０またはボルトの挿入部２０を配置することがより容易となる。

また、ヨーク部４の幅Ｌ２がティース部２の幅Ｌ１よりも小さい場合には、図１９に示すようにティース部２の位置する側（この実施の形態では内周側の端面４ｄ）とは反対側の端面（この実施の形態では外周側の端面４ｅ）に、ヨーク部４の突出部４ｂを設け、その突出部４ｂに凹凸２０またはボルトの挿入部２０を配置することが好ましい。

これにより、磁力線の伸びる領域を避けて凹凸２０またはボルトの挿入部２０を配置することがより容易となる。

また、上記製造工程において、複数の弧状圧粉磁心部品７の各々をセットアップ型に配置して、樹脂封止してもよい。複数の弧状圧粉磁心部品７の各々を樹脂封止すると、図２０に示すように樹脂９によってステータコア１０が覆われる。なお、図２０に示す構成のステータコア１０においては、鍔部３とローターコア１１との間隔を所望の大きさにするために、鍔部３の各々の内周面が樹脂９から露出していることが好ましい。

さらに弧状圧粉磁心部品は、図４に示すように１つのティース部およびヨーク部を有する構成の他、たとえば図２１または図２２に示す構成であってもよい。図２１の弧状圧粉磁心部品７は、図４の弧状圧粉磁心部品のヨーク部の２倍の長さで周方向（矢印Ｂ方向）に延在するヨーク部４と、ヨーク部４からヨーク部４の半径方向内周側に突出する２つのティース部２と、２つのティース部２の各々の突出部先端において周方向に張り出した２つの鍔部３とを有している。これらのヨーク部４とティース部２と鍔部３とは一体的に形成されている。また図２２の弧状圧粉磁心部品７は、図４の半円状に延在するヨーク部４と、ヨーク部４からヨーク部４の半径方向内周側に突出する６つのティース部２と、６つのティース部２の各々の突出部先端において周方向に張り出した６つの鍔部３とを有している。これらのヨーク部４とティース部２と鍔部３とは一体的に形成されている。さらに、ヨーク部およびティース部の数（形状）が互いに異なる複数の弧状圧粉磁心部品を組み合わせることで環状圧粉磁心部品が構成されてもよい。図２１および図２２に示す弧状圧粉磁心部品のように１つの弧状圧粉磁心部品７が複数のティース部およびヨーク部を有することにより、部品点数を減少することができる。

なお、上記においては図１に示すようにローターコア１１がステータコア１０の内周側に位置するインナーローターの構成について説明したが、本発明はローターコアがステータコアの外周側に位置するアウターローターの構成にも同様に適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

Claims (10)

1. 第１および第２の環状圧粉磁心部品（５）を備え、
   前記第１および前記第２の環状圧粉磁心部品（５）の各々は、弧状に延在するヨーク部（４）と、前記ヨーク部（４）の半径方向に突出するティース部（２）とを一体的に有する複数の弧状圧粉磁心部品（７）を有し、
   前記複数の弧状圧粉磁心部品（７）の各々は、前記ヨーク部（４）の周方向に沿って配置されて接合されており、
   前記第１および前記第２の環状圧粉磁心部品（５）は、互いに高さ方向に積層されて接合されていることを特徴とする、圧粉磁心（１０）。
2. 前記複数の弧状圧粉磁心部品（７）の各々の接合部（３２）には接合による境界面（３１）があることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の圧粉磁心（１０）。
3. 前記境界面（３１）における前記複数の弧状圧粉磁心部品（７）の各々の表面粗さＲｙは３μｍ以下であることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の圧粉磁心（１０）。
4. 前記境界面（３１）に樹脂（３３）を介在させて固定されたことを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の圧粉磁心（１０）。
5. 前記ティース部（２）の前記高さ方向の寸法は前記ヨーク部（４）の前記高さ方向の寸法よりも小さいことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の圧粉磁心（１０）。
6. 前記ティース部（２）のコーナー部（Ｃ）はラウンド形状を有していることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の圧粉磁心（１０）。
7. 前記第１および前記第２の環状圧粉磁心部品（５）は、凹凸およびボルトの少なくとも１つで固定されており、前記凹凸または前記ボルトの挿入部（２０）は前記ヨーク部（４）の内周側の端面（４ｄ）と外周側の端面（４ｅ）とのうち前記ティース部（２）が位置する側とは反対側の端面付近に位置していることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の圧粉磁心（１０）。
8. 前記第１および前記第２の環状圧粉磁心部品（５）の間に挟み込まれた他の環状圧粉磁心部品（５ａ）をさらに備え、
   前記他の環状圧粉磁心部品（５ａ）は、前記第１および前記第２の環状圧粉磁心部品（５）と同一の平面形状を有し、かつ前記ヨーク部（４）と前記ティース部（２）との断面形状がストレートな形状を有することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の圧粉磁心（１０）。
9. 軟磁性粉末を加圧成形することによって、弧状に延在するヨーク部（４）と、前記ヨーク部（４）の半径方向に突出するティース部（２）とを一体的に有する複数の弧状圧粉磁心部品（７）を形成する工程と、
   前記複数の弧状圧粉磁心（７）の各々を前記ヨーク部（４）の周方向に沿って配置して接合することによって、第１および第２の環状圧粉磁心部品（５）の各々を作製する工程と、
   前記複数の弧状圧粉磁心（７）の各々を高さ方向に重ね合わせて接合する工程とを備えた、圧粉磁心（１０）の製造方法。
10. 前記複数の弧状圧粉磁心部品（７）の各々の加圧成形に用いられる金型は、前記ティース部（２）を加工する金型部分（５２）と前記ヨーク部（４）を加工する金型部分（５３ａ）とに少なくとも分けられており、前記ティース部（２）を加工する金型部分（５２）は前記金型のダイ（５１）に対して固定されており、前記ヨーク部（４）を加工する金型部分（５３ａ）は前記ダイ（５１）に対して移動可能であることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の圧粉磁心（１０）の製造方法。

Images