JPWO2012081737A1 - 圧粉成形体及びその製造方法、リアクトル用コア - Google Patents
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Abstract
Description
昨今、磁気部品の作動周波数がますます高くなってきていることから、特に渦電流損を更に低減することが望まれている。
(1) 上記基準面において基準領域以外から選択した領域を同面領域、この同面領域における表面性状値をR2とするとき、
上記表面性状値R1に対する表面性状値R2の比:R2/R1が2以上を満たす同面領域が上記基準面に存在する。
(2) 上記基準面とは別の一面から選択した領域を別面領域、この別面領域における表面性状値をR3とするとき、
上記表面性状値R1に対する表面性状値R3の比:R3/R1が2以上を満たす別面領域を有する面であって、上記基準面に隣接する面が三つ以上存在する。
但し、上記表面性状値は、算術平均粗さRa、最大高さRz、及び粗さ曲線の最大谷深さRvから選択されるいずれか一つとする。
充填工程:圧粉成形体の外周面の一部を形成する貫通孔が設けられたダイと、上記貫通孔がつくる空間内に位置するように挿通配置されて、上記圧粉成形体の外周面の他部を形成するコアロッドと、上記貫通孔の一方の開口部を塞ぐように配置された第一パンチとでつくられる成形空間に上記被覆軟磁性粉末を充填する工程。
加圧工程:上記成形空間内の被覆軟磁性粉末を上記第一パンチと、この第一パンチと対向配置された第二パンチとで加圧する工程。
取出工程:加圧後、上記コアロッドを、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、上記ダイを当該圧粉成形体に対して相対的に移動させて、当該圧粉成形体を上記成形空間から抜き出す工程。
本発明圧粉成形体は、軟磁性材料からなる軟磁性粒子の表面が絶縁層で覆われた被覆粒子から構成される被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる成形体であり、上記軟磁性粒子と、軟磁性粒子間に介在される絶縁物とを主要構成材料とする。絶縁物は、代表的には、上記絶縁層から構成される。その他、絶縁物は、成形後に施す熱処理によって生成されたものを含有することを許容する。軟磁性材料及び絶縁層の材質、大きさなどは後述する。
次に、本発明圧粉成形体の製造方法を説明する。まず、この製造方法に利用する成形用金型を説明する。
本発明の製造方法は、代表的には、貫通孔が設けられた筒状のダイと、ダイの貫通孔の各開口部からそれぞれ挿入されて、貫通孔内で対向配置される一対の柱状の第一パンチ・第二パンチとを具える成形用金型を用いる。特に、本発明の製造方法では、ダイの貫通孔の内部空間に挿通配置される棒状のコアロッドを少なくとも一つ具える成形用金型を用いる。そして、本発明の製造方法では、一方のパンチの一面(他方のパンチとの対向面)とダイの内周面の一部とコアロッドの外周面の一部とで有底筒状の成形空間を形成する。この成形空間内に充填した原料粉末を両パンチで加圧・圧縮して、圧粉成形体(圧縮物)を製造する。両パンチの各対向面は、圧粉成形体の各端面を形成し、ダイの内周面の一部及びコアロッドの外周面の一部が圧粉成形体の外周面を形成する。即ち、本発明の製造方法では、一つの圧粉成形体の外周面を複数の金型部材:ダイ及びコアロッドで形成する。
ダイに設ける貫通孔の内周形状、及びコアロッドの外周形状は種々の形態をとり得る。所望の外周面を具える圧粉成形体が形成できるように、ダイの貫通孔にコアロッドを挿通配置させてつくられる形状を適宜選択するとよい。
上パンチ11及び下パンチ12は、コアロッド13Aが挿通可能な貫通孔を有する筒状体であり、下パンチ12の貫通孔にコアロッド13Aが相対的に移動可能に挿入されている。上パンチ11の貫通孔は、コアロッド13Aが挿入されて上パンチ11の移動時のガイドとして機能すると共に、加圧・圧縮時にコアロッド13Aの保持部として機能する。上パンチ11において下パンチ12と対向する面(押圧面11d)及び下パンチ12において上パンチ11と対向する面(押圧面12u)はいずれも、ダイ10Aとコアロッド13Aとがつくる空間21A,22Aに適合した形状(ここでは二つの矩形状面を有する形態)となっている。なお、ここでは、上パンチ11及び下パンチ12はいずれも、一体成形物としているが、上パンチ及び下パンチの少なくとも一方を複数の部材からなる構成とし、各部材がそれぞれ独立して移動可能な構成とすることができる。
一対のパンチの少なくとも一方とダイとは、相対的に移動可能である。図2に示す成形用金型100では、下パンチ12が図示しない本体装置に固定されて移動不可能であり、ダイ10A及び上パンチ11が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である。その他、ダイ10Aが固定されて両パンチ11,12が移動可能な構成、ダイ10及び両パンチ11,12のいずれもが移動可能な構成とすることができる。一方のパンチ(ここでは下パンチ12)を固定することで、移動機構が複雑にならず、移動操作を制御し易い。
本発明の製造方法では、成形用金型(特に、ダイの内周面やコアロッドの外周面)に潤滑剤を塗布することができる。潤滑剤は、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどの固体潤滑剤、固体潤滑剤を水などの液媒に分散させた分散液、液状潤滑剤などが挙げられる。
[被覆軟磁性粉末]
本発明の製造方法では、原料粉末として、軟磁性材料からなる軟磁性粒子と、軟磁性粒子の表面に設けられた絶縁層とを具える被覆軟磁性粉末を用いる。本発明の製造方法により製造された圧粉成形体を構成する軟磁性粒子の組成は、上記原料粉末の組成を実質的に維持する。
軟磁性材料は、金属、特に、鉄を50質量%以上含有するものが好ましい。例えば、純鉄(Fe)、その他、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,及びFe-Al-Si系合金から選択される1種の鉄合金が挙げられる。特に、99質量%以上がFeである純鉄からなる圧粉成形体は、透磁率及び磁束密度が高い磁心が得られ、鉄合金からなる圧粉成形体は、渦電流損を低減し易く、より低損失な磁心が得られる。
絶縁層には、絶縁性に優れる適宜な絶縁材料が利用できる。例えば、絶縁材料には、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種以上の金属元素の酸化物、窒化物、炭化物など、つまり上記金属元素を含む金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などが挙げられる。或いは、絶縁材料には、上記金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物以外の化合物、例えば、燐化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物及びアルミニウム化合物から選択された1種以上の化合物が挙げられる。その他の絶縁材料には、金属塩化合物、例えば、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が挙げられる。燐酸金属塩化合物は変形性に優れることから、燐酸金属塩化合物による絶縁層を具えると、圧粉成形体の成形時、当該絶縁層は、軟磁性金属粒子の変形に追従して容易に変形して損傷し難く、絶縁層が健全な状態で存在する圧粉成形体を得易い。また、燐酸金属塩化合物による絶縁層は、鉄系材料からなる軟磁性粒子に対する密着性が高く、当該粒子の表面から脱落し難い。
(充填工程)
図2(A)に示すように、上パンチ11をダイ10Aの上方の所定の待機位置に移動する。また、ダイ10A及びコアロッド13Aを上方に移動して、所定の位置に配置する。ここでは、コアロッド13Aの端面(上面13u)がダイ10Aの上面10uと面一になるように、かつダイ10Aの貫通孔10hAの内部空間にコアロッド13Aを挿入するように、コアロッド13Aを移動機構14により移動する。こうすることで、ダイ10Aの貫通孔10hAの一方の開口部が下パンチ12の押圧面12uで塞がれた状態となり、下パンチ12の押圧面12uとダイ10Aの貫通孔10hAとコアロッド13Aとで二つの有底筒状の成形空間31,32を形成することができる。
図2(C)に示すように、上パンチ11を下方に移動してダイ10Aの貫通孔10hAに挿入して、両パンチ11,12により、原料粉末Pを加圧・圧縮する。上パンチ11の移動に伴い、コアロッド13Aの上方は、上パンチ11の貫通孔に自動的に挿入されて保持される。
所定の加圧を行った後、図2(D)に示すように、二つの圧粉成形体41,42に対して、コアロッド13Aを相対的に動かさない状態で、ダイ10Aを相対的に移動させる。ここでは、コアロッド13A及び圧粉成形体41,42を移動せず、ダイ10Aのみを下方に移動する。このとき、圧粉成形体41,42の外周面のうち、ダイ10Aとの接触領域は、ダイ10Aによる押付力の反力によりダイ10Aの貫通孔10hAに摺接する。一方、ダイ10Aの貫通孔10hAから露出された二つの圧粉成形体41,42は、ダイ10Aによる拘束状態が解放されて、コアロッド13Aに対して無荷重の状態で接することになる。
本発明の製造方法は、成形空間から圧粉成形体(圧縮物)を抜き出すとき、圧粉成形体の外周面の一部が成形空間を構成する金型部材(上記形態ではコアロッド)と実質的に摺接していない。そのため、上記金型部材に接触する粉末は、塑性変形し難く、塑性変形により絶縁層を損傷し難い、或いは全く損傷しない。従って、本発明の製造方法は、圧粉成形体の外周面の一部に健全な絶縁領域を有する圧粉成形体(例えば、上述の圧粉成形体1A,1B,1Cなど)を製造することができる。そして、この圧粉成形体により磁心を作製した場合、得られた磁心は、上記絶縁領域により、渦電流を分断でき、渦電流損を低減できる。そのため、本発明の製造方法は、低損失な磁心が得られる圧粉成形体を提供することができる。
本発明圧粉成形体は、コイルが配置されるリアクトル用コアといった磁心に好適に利用することができる。例えば、一対のコイル素子を具え、各コイル素子の軸が平行するように横並びされたコイルと、各コイル素子がそれぞれ配置される一対の柱状の内側コア部(ミドルコア部)と、コイル素子が配置されず、内側コア部に連結されて閉磁路を構成する外側コア部(サイドコア部)とを具える磁性コアとを具えるリアクトルにおいて、本発明圧粉成形体は、当該磁性コアに好適に利用することができる。特に、内側コア部を複数の分割コア片を組み合せた構成とする場合、分割コア片の少なくとも一つ、好ましくは全てを本発明圧粉成形体により構成することができる。このとき、分割コア片において上述の粗い領域102を有する一面や粗い面103、代表的には、上述のコアロッドが形成した領域を含む面、又はコアロッドが形成した面を、上記リアクトルのコイルを励磁したときに磁束方向に平行するように配置することが好ましい。即ち、絶縁領域として機能する上述の粗い領域102や粗い面103をコイルの内周面に対向するように配置する。こうすることで、この内側コア部を具えるリアクトルは、コイルを励磁したとき、上記絶縁領域により、内側コア部に生じ得る渦電流を分断して、渦電流損を低減できる。なお、外側コア部を、複数の分割コア片を組み合せた構成とする場合にも、当該分割コア片の少なくとも一つに本発明圧粉成形体を利用することができる。
圧粉成形体を作製し、得られた圧粉成形体を用いて圧粉磁心を作製し、この圧粉磁心を具える磁気部品の損失を調べた。
試料No.1は、図2に示す成形用金型100(ダイ10Aを有するもの)を用いて、上述した本発明の製造方法により複数の圧粉成形体(30mm×40mm×厚さ15mmの直方体状)を作製した。成形圧力:700MPaとした。コアロッドが形成する領域の幅は、20mmとした。
試料No.100は、試料No.1と同様の被覆軟磁性粉末を用い、30mm×40mmの長方形状の貫通孔を一つ有するダイと、30mm×40mmの長方形状の端面(押圧面)を有する上パンチ及び下パンチとを用いて、試料No.1と同じ大きさの圧粉成形体(30mm×40mm×厚さ15mmの直方体状)を複数作製した。成形圧力は、試験例No.1と同様とした。試料No.100の圧粉成形体は、その外周面の全周(30mm×15mmの2面、40mm×15mmの2面の合計4面)が上記ダイの貫通孔の内周面により形成される。
101 平滑な領域 102 粗い領域 103,105 粗い面 104 平滑な面
100 成形用金型
10A,10B,10C,10D,10E ダイ 10hA,10hB,10hC,10hD,10hE 貫通孔 10u 上面
11 上パンチ 11d 押圧面
12 下パンチ 12u 押圧面
13A,13B,13C,13D,13E コアロッド 13u 上面
14 移動機構
21A,22A,21B,22B,23B,24B,21C,22C,23C,24C,25C,26C,21E 空間
31,32 成形空間 41,42 圧粉成形体 P 原料粉末
Claims (9)
- 絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を加圧成形した圧粉成形体であって、
前記圧粉成形体を構成する一面を基準面、この基準面から選択した領域を基準領域、この基準領域における表面性状値をR1とするとき、以下の(1)又は(2)を満たすことを特徴とする圧粉成形体。
(1) 前記基準面において基準領域以外から選択した領域を同面領域、この同面領域における表面性状値をR2とするとき、
前記表面性状値R1に対する表面性状値R2の比:R2/R1が2以上を満たす同面領域が前記基準面に存在する。
(2) 前記基準面とは別の一面から選択した領域を別面領域、この別面領域における表面性状値をR3とするとき、
前記表面性状値R1に対する表面性状値R3の比:R3/R1が2以上を満たす別面領域を有する面であって、前記基準面に隣接する面が三つ以上存在する。
但し、前記表面性状値は、算術平均粗さRa、最大高さRz、及び粗さ曲線の最大谷深さRvから選択されるいずれか一つとする。 - 更に、前記基準領域、前記同面領域又は前記別面領域における線形負荷曲線の突出山部高さRpkをそれぞれ、Rpk1、Rpk2、Rpk3とするとき、
前記突出山部高さRpk1に対する突出山部高さRpk2の比:Rpk2/Rpk1が5以下、又は、前記突出山部高さRpk1に対する突出山部高さRpk3の比:Rpk3/Rpk1が5以下を満たすことを特徴とする請求項1に記載の圧粉成形体。 - 絶縁層を具える被覆軟磁性粉末を成形空間に充填した後、この被覆軟磁性粉末を加圧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、
前記成形空間のうち、圧粉成形体の外周面を形成する箇所を複数の金型部材により構成し、
加圧後、前記金型部材のうち一部の金型部材を、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、他部の金型部材を当該圧粉成形体に対して相対的に移動させることで、当該圧粉成形体を前記成形空間から抜き出すことを特徴とする圧粉成形体の製造方法。 - 圧粉成形体の外周面の一部を形成する貫通孔が設けられたダイと、前記貫通孔がつくる空間内に位置するように挿通配置されて、前記圧粉成形体の外周面の他部を形成するコアロッドと、前記貫通孔の一方の開口部を塞ぐように配置された第一パンチとでつくられる成形空間に前記被覆軟磁性粉末を充填する充填工程と、
前記成形空間内の被覆軟磁性粉末を前記第一パンチと、この第一パンチと対向配置された第二パンチとで加圧する加圧工程と、
加圧後、前記コアロッドを、成形した圧粉成形体に対して相対的に動かさない状態で、前記ダイを当該圧粉成形体に対して相対的に移動させて、当該圧粉成形体を前記成形空間から抜き出す取出工程とを具えることを特徴とする請求項3に記載の圧粉成形体の製造方法。 - 前記加圧工程では、前記第一パンチを固定した状態で、前記第二パンチを移動することで前記被覆軟磁性粉末を加圧すると共に、前記第二パンチの移動に伴って前記ダイ及び前記コアロッドを移動す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。
- 前記複数の金型部材により複数の圧粉成形体を成形可能な複数の成形空間を構成し、複数の圧粉成形体を同時に製造することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の圧粉成形体の製造方法。
- 請求項3〜6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ことを特徴とする圧粉成形体。
- 請求項1,2,7のいずれか1項に記載の圧粉成形体を具えることを特徴とするリアクトル用コア。
- 請求項1又は2に記載の圧粉成形体を具えるリアクトル用コアであり、このリアクトル用コアは、コイルと組み合せてリアクトルを構成してコイルを励磁したとき、磁束方向に平行に配置される磁束平行面を有しており、
前記磁束平行面の一部に前記同面領域、又は前記別面領域を有することを特徴とするリアクトル用コア。
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