WO2006033295A1 - 圧粉成形体の製造方法および圧粉成形体 - Google Patents

圧粉成形体の製造方法および圧粉成形体 Download PDF

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Kazuhiro Hirose
Haruhisa Toyoda
Atsushi Sato
Takao Nishioka
Yasuhiro Endo
Ryoji Mizutani
Kazutaka Tatematsu
Kenji Harada
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention generally relates to a method for manufacturing a green compact and a green compact, and more specifically, a method for manufacturing a green compact manufactured using soft magnetic powder and a green compact. It relates to powdered bodies.
  • Patent Document 1 a method for manufacturing an annular power generating coil by combining a plurality of power generating coil components in the circumferential direction is disclosed, and this manufacturing method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-235186.
  • a plurality of power generating coil elements having concave and convex portions formed on a coupling portion are coupled to each other by fitting the concave and convex portions to each other.
  • the obtained power generating coil is placed inside the heated casing and the housing, and then the housing is cooled. As the housing shrinks as it cools, the generator coil is shrink-fitted onto the inner periphery of the housing.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-235186
  • an object of the present invention is to solve the above-described problem, and a method for producing a compacted body that has high strength and can be produced even when it has a complicated shape. And providing a green compact.
  • a method for producing a green compact according to the present invention includes a step of pressing a first soft magnetic powder having an average particle size Da at a pressure Pa to form a green body part, and an average particle And a step of press-molding a second soft magnetic powder having a diameter Db and a molded body part under pressure Pb to form a molded body.
  • the average particle diameters Da and Db of the first and second soft magnetic powders satisfy the relationship of DaZDb ⁇ 2.
  • the pressures Pa and Pb during pressure forming satisfy the relationship PaZPb ⁇ lZ2.
  • a molded body part is formed by pressure molding (hereinafter also referred to as pre-molding) of the first soft magnetic powder,
  • the molded part and the second soft magnetic powder are pressed (hereinafter also referred to as final molding) to form the second soft magnetic powder, and the molded part and the second soft magnetic powder are formed. Bonded to obtain a compact. For this reason, even when the molded body has a complicated shape, the molded body can have a uniform density, and the shape can be easily obtained.
  • the molded part has a certain gap between the particles of the first soft magnetic powder. Formed in a state. For this reason, the second soft magnetic powder particles can be caused to enter the gap by performing final molding at a relatively large pressure Pb that satisfies the above-described relationship.
  • the second soft magnetic powder is relatively small to satisfy the relationship of DaZDb ⁇ 2. Since it has a mean particle diameter Db, the second soft magnetic powder particles can easily enter between the first soft magnetic powder particles during final molding. For this reason, it is possible to form a molded body in a state where the first soft magnetic powder and the second soft magnetic powder are intricately mixed with each other at the boundary position between the two and obtain excellent strength. Can do.
  • the step of forming the molded body part includes a step of forming the molded body part by press-molding the first soft magnetic powder at a pressure Pa of 400 MPa or less.
  • the preliminary molding can be performed in a state where a larger gap is provided between the particles of the first soft magnetic powder. Thereby, the strength of the molded body obtained by final molding can be further improved.
  • the step of forming the molded body part includes a step of forming the molded body part such that a joint surface with the second soft magnetic powder has a concave-convex shape.
  • the contact area between the green compact part and the second soft magnetic powder can be increased during final molding.
  • the first soft magnetic powder and the second soft magnetic powder can be mixed in a more complicated manner, and the strength of the molded body can be further improved.
  • the first and second soft magnetic powders each include a plurality of metal magnetic particles and an insulating coating that surrounds the surface of each of the plurality of metal magnetic particles.
  • the surfaces of the first and second soft magnetic powders are covered with an insulating film, so that when they are compacted, the particles are interspersed. A metal bond cannot be obtained. Therefore, the present invention in which the strength of the molded body is improved by the physical mixing effect of the first soft magnetic powder and the second soft magnetic powder can be used more effectively.
  • the method for producing a green compact further includes a step of heat-treating the green body at a temperature of 200 ° C or higher and 500 ° C or lower after the step of forming the green body.
  • the interface between insulating coatings joined together by pressure molding is eliminated by heat-treating the green compact at a temperature of 200 ° C or higher.
  • the strength of the feature can be further improved.
  • the temperature during the heat treatment to 500 ° C. or less, it is possible to suppress the dielectric breakdown of the insulating film due to heat. Thereby, the insulating coating can sufficiently function as an insulating layer between the metal magnetic particles.
  • the green compact according to the present invention is a green compact manufactured using any one of the manufacturing methods described above.
  • the green compact is a particle in which the particles constituting the second soft magnetic powder constitute the first soft magnetic powder at the boundary position between the first soft magnetic powder and the second soft magnetic powder. I swallow it in between.
  • the compacted compact has a structure in which the respective particles are held together at the boundary position between the first and second soft magnetic powders. Excellent bonding strength can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a first step of a method for manufacturing a green compact in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a molded part obtained in the step shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a second step of the method for manufacturing a green compact in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a third step of the method for manufacturing a green compact in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a range surrounded by a two-dot chain line V in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a molded product obtained in the step shown in FIG. 4.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process of a method for manufacturing a green compact in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the method for manufacturing a green compact in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a bending test piece produced in an example.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the pressure applied during preforming and the bending strength in Examples. Explanation of symbols
  • FIG. 1 to FIG. 6 are schematic views showing the steps of the method for manufacturing a green compact in Embodiment 1 of the present invention.
  • the state of the soft magnetic powder placed in each process is schematically shown.
  • a process of manufacturing a dust core using the manufacturing method in the present embodiment will be described.
  • a soft magnetic powder 21 which is an aggregate of a plurality of soft magnetic particles (hereinafter also simply referred to as particles) is prepared.
  • Soft magnetic particles are composed of metal magnetic particles and an insulating film surrounding the surface of the metal magnetic particles.
  • the soft magnetic powder 21 has an average particle size Da.
  • the soft magnetic powder 21 having such an average particle diameter can be obtained, for example, by classification using a sieve having an appropriate mesh roughness.
  • the average particle size referred to here is the particle size of particles whose sum of masses with smaller particle sizes reaches 50% of the total mass in the histogram of particle sizes measured by laser scattering diffraction, that is, 50 % Particle size D
  • Metal magnetic particles include, for example, iron (Fe), iron (Fe) silicon (Si) alloy, iron (Fe) -nitrogen (N) alloy, iron (Fe) nickel (Ni) alloy, Iron (Fe) —carbon (C) alloy, iron (Fe) boron (B) alloy, iron (Fe) cobalt (Co) alloy, iron (Fe) phosphorus (P) alloy, iron (Fe) nickel (Ni) Cobalt (Co) alloys and iron (Fe) aluminum (A1) -silicon (Si) alloys are formed.
  • the metal magnetic particles may be a single metal or an alloy.
  • the insulating coating is formed by subjecting metal magnetic particles to a phosphoric acid treatment. Further preferably, the insulating coating contains an oxide. Insulating films containing this oxide include iron phosphate containing phosphorus and iron, manganese phosphate, zinc phosphate, calcium phosphate, silicon oxide, titanium oxide, titanium oxide, aluminum oxide An oxide insulator such as zirconium can be used. The insulating coating may cover the metal magnetic particles in one layer. Or it may be covered in multiple layers.
  • the insulating coating functions as an insulating layer between the metal magnetic particles.
  • the electrical resistivity p of the obtained dust core can be increased.
  • the flow of eddy currents between the metal magnetic particles can be suppressed, and the iron loss of the dust core caused by the generation of eddy currents can be reduced.
  • the prepared soft magnetic powder 21 is filled in the die 10 of the mold apparatus, and press-molded at a pressure Pa (preliminary molding step).
  • the pressure Pa is preferably 400 MPa or less.
  • the atmosphere for pressure molding is preferably an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. In this case, the soft magnetic powder 21 can be suppressed from being oxidized by oxygen in the atmosphere.
  • a molded body part 22 is produced by the above-described preforming process. Note that the shape of the molded body part 22 is appropriately changed in consideration of the shape of the molded body finally obtained in a later process.
  • the newly prepared soft magnetic powder 31 is placed on the die 10 of the mold apparatus together with the molded body part 22 produced by the previous preforming step.
  • the soft magnetic powder 31 has the same configuration as the soft magnetic powder 21 used in the preforming process, but has an average particle diameter Db. Similar to the soft magnetic powder 21, classification can be performed to obtain the soft magnetic powder 31 having the average particle diameter Db.
  • the average particle size referred to here is also the above-mentioned 50% particle size D.
  • the average particle diameter Da of the soft magnetic powder 21 and the average particle diameter Db of the soft magnetic powder 31 satisfy a relationship of DaZDb ⁇ 2.
  • the molded body part 22 and the soft magnetic powder 31 arranged on the die 10 are pressure-molded with a pressure Pb (final molding step).
  • the pressurization pressure Pa at the pre-molding and the pressurization pressure Pb at the final molding satisfy the relationship PaZPb ⁇ lZ2.
  • the pressure molding atmosphere is an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere.
  • FIG. 5 the state of the soft magnetic powder placed in the process shown in FIG. 4 is schematically represented by an expression different from FIG. Referring to Fig. 4 and Fig. 5, pressurization pressure Pa during preforming is controlled to a value satisfying the relationship of PaZPb ⁇ lZ2 with respect to pressurization pressure Pb during final molding.
  • Body part 22 is a state in which a gap 23 is provided between particles of soft magnetic powder 21. Molded in a state. For this reason, the soft magnetic powder 31 receives the pressure Pb at the time of final molding, so that the particles of the soft magnetic powder 31 enter the gap 23 one after another.
  • the soft magnetic powder 31 having a relatively small average particle diameter Db is relatively large. It can easily enter the gap 23 formed between the particles of the soft magnetic powder 21 having the diameter Da.
  • the particles of the soft magnetic powder 21 are further reduced in distance from each other than at the time of preforming by performing the final molding. .
  • a state in which the particles of the soft magnetic powders 21 and 31 are intricately mixed with each other is obtained at the joining position of the molded body part 22 and the soft magnetic powder 31.
  • molded body 41 is manufactured by the above-described final molding process. Thereafter, the obtained molded body 41 may be heat-treated at a temperature of 200 ° C. or more and 500 ° C. or less. By this heat treatment, the insulating film constituting the molded body 41 can be softened, and the interface extending between adjacent insulating films can be eliminated. Thereby, the strength of the molded body 41 can be improved. In addition, the distortion generated inside the compact 41 by pressure molding can be reduced, and the hysteresis loss of the dust core obtained in the subsequent process can be reduced. By reducing the temperature during heat treatment to 500 ° C or less, it is possible to prevent the insulating film from being deteriorated by heat. Thereby, the state in which the metal magnetic particles are covered with the insulating layer can be maintained, and the eddy current loss of the dust core obtained in the subsequent process can be reduced.
  • the compact 41 is completed by subjecting the formed body 41 to appropriate processing such as extrusion and cutting.
  • a soft magnetic powder 21 as a first soft magnetic powder having an average particle diameter Da is press-molded at a pressure Pa.
  • Forming the molded body part 2 2, the soft magnetic powder 31 as the second soft magnetic powder having the average particle diameter Db, and the molded body part 22 are pressure-molded at the pressure Pb to form the molded body 41.
  • a step of performing The average particle diameters Da and Db of the soft magnetic powders 21 and 31 satisfy the relationship of DaZDb ⁇ 2.
  • the pressures Pa and Pb during pressure forming satisfy the relationship PaZPb ⁇ lZ2.
  • the preliminary molding step and the final molding are performed.
  • a molded body 41 having a final shape is produced by a two-stage molding process. For this reason, even if the molded body 41 has a complicated shape, the shape can be easily obtained. Further, since the molded body 41 is produced by pressure molding the molded body part 22 and the soft magnetic powder 31 at the time of final molding, it is not necessary to use an adhesive or the like. Therefore, it is possible to obtain a dust core having excellent magnetic characteristics in which a nonmagnetic layer such as an adhesive is not present inside the molded body 41.
  • the contact between the molded body part 22 and the soft magnetic powder 31 is controlled.
  • the joint position it is possible to obtain a state in which the particles of the soft magnetic powders 21 and 31 are mixed with each other. As a result, the two can be firmly bonded to each other, and excellent bonding strength can be realized.
  • a powder magnetic core for example, a powder magnetic core, a choke coil, a switching power supply element, a magnetic head, various motor components, an automobile solenoid, various magnetic sensors, and Various electromagnetic valves and the like can be manufactured.
  • the present invention is not limited to these magnetic components, and for example, it is possible to fabricate a mechanical structural component by press-forming iron powder or the like not provided with an insulating coating.
  • the steps described with reference to FIG. 3 in the first embodiment are shown.
  • the manufacturing method of the green compact in the present embodiment basically includes the same steps.
  • the description of the overlapping steps will not be repeated.
  • recess 25 is formed on top surface 22a of molded product part 22 during the preforming step.
  • the soft magnetic powder 31 is filled on the top surface 22a where the concave portion 25 is formed, and the final molding step is performed at a predetermined pressure.
  • the molded body 41 can be produced in a state where the soft magnetic powders 21 and 31 are further combined. Thereby, the strength of the molded body 41 can be further improved.
  • FIG. 8 shows a modification of the method for manufacturing a green compact in Embodiment 2 of the present invention. It is shown. Referring to FIG. 8, in the present modification, the entire top surface 22a of the molded body part 22 is formed in an uneven shape in the preforming step. Even in such a case, the same effect as described above can be obtained.
  • FIG. 9 shows a bending test piece produced in the example.
  • the molded body 41 was processed into a bending test piece 71 having a size of 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 50 mm so that the position joined in the final molding process is the center.
  • phosphate-coated iron powder “Somaloy550” was integrally molded under a pressure of 12 ton Zcm 2 , and a bending test piece having the same size was obtained.
  • the iron powder (average particle size: 138 ⁇ m) of sample D was integrally molded at a pressure of 12 ton Zcm 2 , and a bending test piece having the same size was produced from the obtained molded body.
  • All fabricated folding specimens are The heat treatment performed at 450 ° C was performed. These bending specimens were supported by a span of 40 mm, and a load was applied to the center position of the bending specimen in that state. The bending strength of the bending specimen was determined by measuring the stress value (breaking stress value) when the bending specimen was broken.
  • FIG. 10 shows the relationship between the pressurizing pressure and the bending strength at the time of preforming.
  • the bending strength was set to 0 in the figure for those that could not be joined at the time of final molding.
  • the present invention mainly relates to the manufacture of magnetic parts such as dust cores, choke coils, switching power supply elements, magnetic heads, various motor parts, automotive solenoids, various magnetic sensors and various electromagnetic valves, and mechanical structures. Used for manufacturing parts.

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Abstract

 圧粉成形体の製造方法は、平均粒径Daを有する軟磁性粉末(21)を、圧力Paで加圧成形して成形体部品(22)を形成する工程と、平均粒径Dbを有する軟磁性粉末(31)と成形体部品(22)とを、圧力Pbで加圧成形して成形体を形成する工程とを備える。軟磁性粉末(21,31)の平均粒径DaおよびDbは、Da/Db≧2の関係を満たす。加圧成形時の圧力PaおよびPbは、Pa/Pb≦1/2の関係を満たす。このような構成により、高い強度を有するとともに、複雑な形状を備える場合であっても作製が可能な圧粉成形体の製造方法および圧粉成形体を提供することができる。

Description

明 細 書
圧粉成形体の製造方法および圧粉成形体
技術分野
[0001] この発明は、一般的には、圧粉成形体の製造方法および圧粉成形体に関し、より 特定的には、軟磁性粉末を用いて作製される圧粉成形体の製造方法および圧粉成 形体に関する。
背景技術
[0002] 従来、複数の発電コイル部品を周方向に組み合わせて円環状の発電コイルを製造 する方法が知られており、この製造方法に関して、特開 2003— 235186号公報に開 示がされている (特許文献 1)。
[0003] 特許文献 1に開示された磁石発電機の製造方法によれば、結合部に凹凸部が形 成された複数の発電コイル要素を、凹凸部を互いに嵌め合わせることによって互い に結合する。得られた発電コイルを加熱されたノ、ウジングの内部に配置し、その後ハ ウジングを冷却する。冷却にともなってハウジングが収縮するため、発電コイルはハウ ジングの内周面に焼き嵌めされる。
[0004] また別に、機械構造品や上述の発電コイルなどに挙げられる電気電子部品を、金 型内に充填した軟磁性粉末を加圧成形し、これにより得られた圧粉成形体から作製 することが行なわれて 、る。
特許文献 1:特開 2003— 235186号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかし、特許文献 1に開示された製造方法では、電磁鋼板材などの磁性材から形 成される発電コイル要素の形状には、寸法精度のばらつきが存在するため、複数の 発電コイル要素をハウジングの内周面に焼き嵌めした場合、発電コイル要素間の結 合部分にギャップが発生したり、過度の応力が発生したりする。これらの発生は、発 電コイルの磁気的特性を劣化させる原因となる。
[0006] また、発電コイルのような複雑な形状を加圧成形により一体的に得ようとすると、金 型内の位置によっては十分な成形圧力が伝わらないという問題が生じる。この場合、 得られる圧粉成形体の密度が不均一となり、所望の磁気的特性を実現することがで きない。
[0007] また、それぞれが完成品を分割した形状を有する複数の圧粉成形体部品を成形し ておき、その後、これらを焼き嵌めゃネジ止めによって互いに結合する方法も考えら れるが、この場合も、特許文献 1に開示された製造方法の場合と同様の問題が生じる
[0008] 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、高い強度を有するとと もに、複雑な形状を備える場合であっても作製が可能な圧粉成形体の製造方法およ び圧粉成形体を提供することである。
課題を解決するための手段
[0009] この発明に従った圧粉成形体の製造方法は、平均粒径 Daを有する第 1の軟磁性 粉末を、圧力 Paで加圧成形して成形体部品を形成する工程と、平均粒径 Dbを有す る第 2の軟磁性粉末と成形体部品とを、圧力 Pbで加圧成形して成形体を形成するェ 程とを備える。第 1および第 2の軟磁性粉末の平均粒径 Daおよび Dbは、 DaZDb≥ 2の関係を満たす。加圧成形時の圧力 Paおよび Pbは、 PaZPb≤lZ2の関係を満 たす。
[0010] このように構成された圧粉成形体の製造方法によれば、第 1の軟磁性粉末の加圧 成形 (以下、予備成形とも呼ぶ)により成形体部品を形成しておき、その後、その成形 体部品と第 2の軟磁性粉末とを加圧成形して (以下、最終成形とも呼ぶ)、第 2の軟磁 性粉末を成形するとともに、成形体部品と第 2の軟磁性粉末とを接合して成形体を得 ている。このため、成形体が複雑な形状を有する場合であっても、成形体を均一な密 度とし、容易にその形状を得ることができる。
[0011] この際、予備成形は、 PaZPb≤ 1Z2の関係を満たす相対的に小さい圧力 Paで行 なわれるため、成形体部品は、第 1の軟磁性粉末の粒子間にある程度の隙間を設け た状態で形成される。このため、上記の関係を満たす相対的に大きい圧力 Pbで最終 成形を行なうことによって、第 2の軟磁性粉末の粒子をその隙間に入り込ませることが できる。また加えて、第 2の軟磁性粉末は、 DaZDb≥2の関係を満たす相対的に小 さい平均粒径 Dbを有するため、最終成形時に、第 2の軟磁性粉末の粒子を第 1の軟 磁性粉末の粒子間に容易に入り込ませることできる。このため、第 1の軟磁性粉末と 第 2の軟磁性粉末とを両者の境界位置にぉ 、て複雑に嚙み合わせた状態で、成形 体を形成することができ、優れた強度を得ることができる。
[0012] また好ましくは、成形体部品を形成する工程は、第 1の軟磁性粉末を、 400MPa以 下の圧力 Paで加圧成形して成形体部品を形成する工程を含む。このように構成され た圧粉成形体の製造方法によれば、第 1の軟磁性粉末の粒子間により大きな隙間を 設けた状態で、予備成形を行なうことができる。これにより、最終成形によって得られ る成形体の強度をさらに向上させることができる。
[0013] また好ましくは、成形体部品を形成する工程は、第 2の軟磁性粉末との接合面が凹 凸形状となるように、成形体部品を形成する工程を含む。このように構成された圧粉 成形体の製造方法によれば、最終成形時において、成形体部品と第 2の軟磁性粉 末との接触面積を大きくすることができる。これにより、第 1の軟磁性粉末と第 2の軟磁 性粉末とを、さらに複雑に嚙み合わせ、成形体の強度をより一層、向上させることが できる。
[0014] また、第 1および第 2の軟磁性粉末は、複数の金属磁性粒子と、複数の金属磁性粒 子の各々の表面を取り囲む絶縁被膜とをそれぞれ含む。このように構成された圧粉 成形体の製造方法では、第 1および第 2の軟磁性粉末は、その表面が絶縁被膜によ つて覆われているため、加圧成形された場合に粒子間の金属結合が得られない。こ のため、第 1の軟磁性粉末と第 2の軟磁性粉末との物理的な嚙み合わせ効果によつ て成形体の強度を向上させる本発明を、より有効に利用することができる。
[0015] また好ましくは、圧粉成形体の製造方法は、成形体を形成する工程の後、成形体 を 200°C以上 500°C以下の温度で熱処理をする工程をさらに備える。このように構成 された圧粉成形体の製造方法によれば、 200°C以上の温度で成形体を熱処理する ことによって、加圧成形により互いに接合された絶縁被膜同士の界面が解消され、成 形体の強度をさらに向上させることができる。また、熱処理時の温度を 500°C以下に すること〖こよって、熱により絶縁被膜が絶縁破壊されることを抑制できる。これにより、 絶縁被膜を金属磁性粒子間の絶縁層として十分に機能させることができる。 [0016] この発明に従った圧粉成形体は、上述のいずれかに記載の製造方法を用いて作 製された圧粉成形体である。圧粉成形体は、第 1の軟磁性粉末と第 2の軟磁性粉末 との境界位置にぉ 、て、第 2の軟磁性粉末を構成する粒子が第 1の軟磁性粉末を構 成する粒子間に嚙み込んでいる。このように構成された圧粉成形体によれば、圧粉 成形体は、第 1および第 2の軟磁性粉末の境界位置においてそれぞれの粒子同士 の嚙み合わせ構造を備えているため、その位置で優れた接合強度を得ることができ る。
発明の効果
[0017] 以上説明したように、この発明に従えば、高い強度を有するとともに、複雑な形状を 備える場合であっても作製が可能な圧粉成形体の製造方法および圧粉成形体を提 供することができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]この発明の実施の形態 1における圧粉成形体の製造方法の第 1工程を示す模 式図である。
[図 2]図 1に示す工程で得られる成形体部品を示す模式図である。
[図 3]この発明の実施の形態 1における圧粉成形体の製造方法の第 2工程を示す模 式図である。
[図 4]この発明の実施の形態 1における圧粉成形体の製造方法の第 3工程を示す模 式図である。
[図 5]図 4中の 2点鎖線 Vで囲まれた範囲を示す模式図である。
[図 6]図 4に示す工程で得られる成形体を示す模式図である。
[図 7]この発明の実施の形態 2における圧粉成形体の製造方法の工程を示す断面図 である。
[図 8]この発明の実施の形態 2における圧粉成形体の製造方法の変形例を示す断面 図である。
[図 9]実施例において作製した抗折試験片を示す斜視図である。
[図 10]実施例において、予備成形時の加圧圧力と抗折強度との関係を示すグラフで ある。 符号の説明
[0019] 21, 31 軟磁性粉末、 22 成形体部品、 41 成形体。
発明を実施するための最良の形態
[0020] 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。
(実施の形態 1)
図 1から図 6は、この発明の実施の形態 1における圧粉成形体の製造方法の工程を 示す模式図である。図中では、各工程において置かれる軟磁性粉末の状態が模式 的に表されている。以下、本実施の形態における製造方法を用いて圧粉磁心を作製 する工程について説明を行なう。
[0021] 図 1を参照して、まず、複数の軟磁性粒子 (以下、単に粒子とも呼ぶ)の集合体であ る軟磁性粉末 21を準備する。軟磁性粒子は、金属磁性粒子と、その金属磁性粒子 の表面を取り囲む絶縁被膜とから構成されている。軟磁性粉末 21は、平均粒径 Da を有する。このような平均粒径を有する軟磁性粉末 21は、たとえば、適当なメッシュ 粗さの篩い(ふるい)を用いた分級により得ることができる。なお、ここで言う平均粒径 とは、レーザー散乱回折法によって測定された粒径のヒストグラム中、粒径の小さい ほう力 の質量の和が総質量の 50%に達する粒子の粒径、つまり 50%粒径 Dをいう
[0022] 金属磁性粒子は、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(A1)—シ リコン (Si)系合金などカゝら形成されている。金属磁性粒子は、金属単体でも合金でも よい。
[0023] 絶縁被膜は、金属磁性粒子をリン酸処理することによって形成されて!ヽる。また好 ましくは、絶縁被膜は、酸化物を含有する。この酸ィ匕物を含有する絶縁被膜としては 、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、酸ィ匕 シリコン、酸化チタン、酸ィ匕アルミニウムまたは酸ィ匕ジルコニウムなどの酸ィ匕物絶縁体 を使用することができる。また、絶縁被膜は、金属磁性粒子を一層に覆っていても良 いし、多層に覆っていても良い。
[0024] 絶縁被膜は、金属磁性粒子間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子を絶縁被膜 で覆うことによって、得られる圧粉磁心の電気抵抗率 pを大きくすることができる。こ れにより、金属磁性粒子間に渦電流が流れるのを抑制し、渦電流の発生に起因する 圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。
[0025] 次に、金型装置のダイ 10に準備した軟磁性粉末 21を充填し、圧力 Paで加圧成形 する(予備成形工程)。この際、圧力 Paは、 400MPa以下であることが好ましい。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く 、この場合、大気中の酸素によって軟磁性粉末 21が酸化されるのを抑制できる。図 2 を参照して、上述の予備成形工程により、成形体部品 22を作製する。なお、成形体 部品 22の形状は、後の工程で最終的に得られる成形体の形状を考慮して、適宜変 更される。
[0026] 図 3を参照して、次に、金型装置のダイ 10に、新たに準備した軟磁性粉末 31を、前 の予備成形工程により作製された成形体部品 22とともに配置する。軟磁性粉末 31 は、予備成形工程で用いた軟磁性粉末 21と同様の構成を備えるが、平均粒径 Dbを 有する。なお、軟磁性粉末 21と同様、分級の実施により、平均粒径 Dbを有する軟磁 性粉末 31を得ることができる。また、ここで言う平均粒径についても、上述の 50%粒 径 Dを 、うものとする。軟磁性粉末 21の平均粒径 Daと軟磁性粉末 31の平均粒径 Db とは、 DaZDb≥2の関係を満たす。
[0027] 図 4を参照して、次に、ダイ 10に配置した成形体部品 22と軟磁性粉末 31とを、圧 力 Pbで加圧成形する (最終成形工程)。予備成形時の加圧圧力 Paと最終成形時の 加圧圧力 Pbとは、 PaZPb≤lZ2の関係を満たす。なお、本成形工程においても、 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 ヽ
[0028] 図 5中では、図 4に示す工程において置かれる軟磁性粉末の状態を、図 4とは別の 表現で模式的に表わしている。図 4および図 5を参照して、予備成形時の加圧圧力 P aは、最終成形時の加圧圧力 Pbに対して、 PaZPb≤lZ2の関係を満たす値に制 御されているため、成形体部品 22は、軟磁性粉末 21の粒子間に隙間 23を設けた状 態で成形される。このため、最終成形時に軟磁性粉末 31が加圧圧力 Pbを受けること によって、軟磁性粉末 31の粒子が隙間 23に次々と入り込んでいく。この際、軟磁性 粉末 21および 31の平均粒径 Daおよび Dbは、 DaZDb≥2の関係を満たすため、相 対的に小さい平均粒径 Dbを有する軟磁性粉末 31は、相対的に大きい平均粒径 Da を有する軟磁性粉末 21の粒子間に形成された隙間 23に容易に入り込むことができ る。
[0029] また、圧力 Pbは、予備成形時の圧力 Paに対して上述の関係を満たすため、最終 成形の実施により、軟磁性粉末 21の粒子は、予備成形時よりもさらに互いの距離を 縮める。これにより、軟磁性粉末 21および 31の粒子が互いに複雑に嚙み合った状 態が、成形体部品 22と軟磁性粉末 31との接合位置にお!/、て得られる。
[0030] 図 6を参照して、上述の最終成形工程により、成形体 41を作製する。その後、得ら れた成形体 41に、 200°C以上 500°C以下の温度で熱処理を実施しても良い。この 熱処理によって、成形体 41を構成する絶縁被膜を軟化させ、隣り合う絶縁被膜間に 延びる界面を解消することができる。これにより、成形体 41の強度を向上させることが できる。また、加圧成形により成形体 41の内部に生じた歪みを低減させ、続く工程で 得られる圧粉磁心のヒステリシス損を小さくできる。熱処理時の温度を 500°C以下に することによって、熱によって絶縁被膜が劣化することを防止できる。これにより、金属 磁性粒子が絶縁層によって覆われた状態を保持し、続く工程で得られる圧粉磁心の 渦電流損を小さくできる。
[0031] 最後に、成形体 41に、押出し加工や切削加工など適当な加工を施すことによって 、圧粉磁心を完成させる。
[0032] この発明の実施の形態 1における圧粉成形体の製造方法は、平均粒径 Daを有す る第 1の軟磁性粉末としての軟磁性粉末 21を、圧力 Paで加圧成形して成形体部品 2 2を形成する工程と、平均粒径 Dbを有する第 2の軟磁性粉末としての軟磁性粉末 31 と成形体部品 22とを、圧力 Pbで加圧成形して成形体 41を形成する工程とを備える。 軟磁性粉末 21および 31の平均粒径 Daおよび Dbは、 DaZDb≥ 2の関係を満たす 。加圧成形時の圧力 Paおよび Pbは、 PaZPb≤lZ2の関係を満たす。
[0033] このように構成された圧粉成形体の製造方法によれば、予備成形工程と最終成形 工程との 2段階の成形工程により、最終的な形状を有する成形体 41を作製している 。このため、成形体 41が複雑な形状を有する場合であっても、容易にその形状を得 ることができる。また、最終成形時、成形体部品 22と軟磁性粉末 31とを加圧成形す ることによって成形体 41を作製しているため、接着剤などを用いる必要がない。この ため、成形体 41の内部に接着剤などの非磁性層が介在することがなぐ優れた磁気 的特性を有する圧粉磁心を得ることができる。
[0034] また、軟磁性粉末 21および 31の平均粒径や、予備成形時および最終成形時の加 圧圧力を適当な関係に制御することによって、成形体部品 22と軟磁性粉末 31との接 合位置において、軟磁性粉末 21および 31の粒子が互いに嚙み合った状態を得るこ とができる。これにより、両者の間を強固に接合し、優れた接合強度を実現することが できる。
[0035] なお、本実施の形態における圧粉成形体の製造方法を利用して、たとえば、圧粉 磁心、チョークコイル、スイッチング電源素子、磁気ヘッド、各種モータ部品、自動車 用ソレノイド、各種磁気センサおよび各種電磁弁などを作製することができる。また、 これらの磁性部品に限定されず、たとえば、絶縁被膜を設けない鉄粉などを加圧成 形して機械構造部品を作製することも可能である。
[0036] (実施の形態 2)
図 7中では、実施の形態 1において図 3を用いて説明した工程が示されている。本 実施の形態における圧粉成形体の製造方法は、実施の形態 1における製造方法と 比較して、基本的には同様の工程を備える。以下、重複する工程については説明を 繰り返さない。
[0037] 図 7を参照して、本実施の形態では、予備成形工程にぉ ヽて、成形体部品 22の頂 面 22aに凹部 25を形成する。次に、その凹部 25が形成された頂面 22a上に軟磁性 粉末 31を充填し、所定の圧力で最終成形工程を実施する。この場合、軟磁性粉末 3 1と成形体部品 22との接触面積が増大するため、軟磁性粉末 21および 31をより嚙 み合わせた状態で成形体 41を作製することができる。これにより、成形体 41の強度 をさらに向上させることができる。
[0038] 図 8中には、この発明の実施の形態 2における圧粉成形体の製造方法の変形例が 示されている。図 8を参照して、本変形例では、予備成形工程において、成形体部品 22の頂面 22aの全体を凹凸形状に形成する。このような場合であっても、上述と同様 の効果を得ることができる。
実施例
[0039] 以下に説明する実施例によって、本発明による圧粉成形体の製造方法の評価を行 なった。
[0040] 軟磁性粉末 21として、へガネスジャパン社製のリン酸塩被膜鉄粉 (商品名 rSomaloy 550」:平均粒径 Da = 265 m)を準備した。また、へガネスジャパン社製のリン酸塩 被膜鉄粉 (商品名「Somaloy500」:平均粒径 110 μ m)を篩 、を用いて分級し、平均 粒径の異なるサンプル Aから Cのリン酸塩被膜鉄粉を軟磁性粉末 31として準備した。 この際、分級には、 200メッシュ、 147メッシュ、 80メッシュのメッシュ粗さを有する篩い を用いた。サンプル A力も Cのリン酸塩被膜鉄粉の平均粒径 Dbを、マイクロトラック( 日機装株式会社製)を用いて、レーザー散乱回折法により測定した。測定により得ら れた各サンプルの平均粒径 Dbと、 DaZDbの値とを表 1に示した。
[0041] [表 1]
Figure imgf000011_0001
[0042] 次に、直径 20mmの円柱状の加圧空間を有する金型装置を用い、以下に説明す る手順に従って予備成形工程および最終成形工程を実施した。まず、金型装置のダ ィの内壁に適当な金型潤滑剤を付着させ、加圧空間内に、軟磁性粉末 21としてのリ ン酸塩被膜鉄粉「Somaloy550」を充填した。その後、 ltonZcm2から 12tonZcm2 までの範囲で加圧圧力 Paを変化させて加圧成形を実施し、異なる加圧圧力で成形 された複数の成形体部品 22を作製した (予備成形工程)。
[0043] 次に、得られた成形体部品 22の上から、軟磁性粉末 31としてのサンプル Aから C のリン酸塩被膜鉄粉「Somaloy500」を充填した。その後、加圧圧力 Pbを 12tonZcm 2として加圧成形を実施し、成形体 41を作製した (最終成形工程)。この際、成形体部 品 22とサンプル Aから Cのリン酸塩被膜鉄粉との組み合わせによっては、両者の接 合が得られな!/ヽ場合が生じた。
[0044] また、へガネスジャパン社製の鉄粉(商品名「ABC100. 30」:平均粒径 Da= 110
mZ絶縁被膜なし)を準備した。この粉末についても篩いを用いて分級し、平均粒 径の異なる軟磁性粉末 21としてのサンプル Dの鉄粉と、軟磁性粉末 31としてのサン プル Eの鉄粉とを準備した。この際、サンプル Dの鉄粉の分級には、 115メッシュ(12 4 /z m)のメッシュ粗さを有する篩いを用い、サンプル Eの鉄粉の分級には、 200メッ シュ(74 μ m)のメッシュ粗さを有する篩 、を用いた。このサンプル Dの鉄粉の平均粒 径 Daおよびサンプル Eの鉄粉の平均粒径 Dbを、マイクロトラック(日機装株式会社 製)を用いて、レーザー散乱回折法により測定した。測定により得られたサンプル Dの 平均粒径 Daと、サンプル Eの平均粒径を Dbとを、 DaZDbの値とともに表 2に示した
[0045] [表 2]
Figure imgf000012_0001
[0046] 次に、軟磁性粉末 21として準備したサンプル Dの鉄粉 (平均粒径 Da = 138 μ m) を用いて、上述の予備成形工程を実施し、異なる加圧圧力で成形された複数の成形 体部品 22を作製した。さらに、軟磁性粉末 31として準備したサンプル Eの鉄粉 (平均 粒径 ϋ!) = 58 /ζ ΐη)を用いて、上述の最終成形工程を実施し、成形体 41を作製した
[0047] 図 9中には、実施例において作製した抗折試験片が示されている。図 9を参照して 、最終成形工程により接合された位置が中心となるように、成形体 41を 10mm X 10 mm X 50mmの大きさを有する抗折試験片 71に加工した。また、比較のため、リン酸 塩被膜鉄粉「Somaloy550」を 12tonZcm2の加圧圧力で一体成形し、得られた成形 体力も同様の大きさを有する抗折試験片を作製した。また同様に、サンプル Dの鉄粉 (平均粒径 138 μ m)を 12tonZcm2の加圧圧力で一体成形し、得られた成形体から 同様の大きさを有する抗折試験片を作製した。作製した抗折試験片には全て、温度 450°Cで実施する熱処理を施した。これらの抗折試験片を 40mmのスパンで支持し 、その状態で抗折試験片の中心位置に荷重を加えた。抗折試験片が破断した時の 応力値 (破断応力値)を測定することで、抗折試験片の抗折強度を求めた。
[0048] 図 10中には、予備成形時の加圧圧力と抗折強度との関係が示されている。なお、 最終成形時に接合が得られなカゝつたものについては、図中で抗折強度を 0とした。
[0049] 図 10を参照して分力ゝるように、 Pa/Pb≤ 1Z2の関係を満たす場合、つまり、予備 成形時の加圧圧力 Paが 6tonZcm2以下の場合で、かつ、 DaZDbが 2以上である 場合に、高い抗折強度を得ることができた。特に、予備成形時の加圧圧力 Paが 4ton Zcm2 ( 400MPa)以下の場合には、一体成形により作製された抗折試験片と比 較して、 8割以上の強度が発現されており、より優れた接合強度を得ることができた。
[0050] 今回開示された実施の形態および実施例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。
産業上の利用可能性
[0051] この発明は、主に、圧粉磁心、チョークコイル、スイッチング電源素子、磁気ヘッド、 各種モータ部品、自動車用ソレノイド、各種磁気センサおよび各種電磁弁などの磁 性部品の製造や、機械構造部品の製造に利用される。

Claims

請求の範囲
[1] 平均粒径 Daを有する第 1の軟磁性粉末 (21)を、圧力 Paで加圧成形して成形体部 品(22)を形成する工程と、
平均粒径 Dbを有する第 2の軟磁性粉末 (31)と前記成形体部品(22)とを、圧力 Pb で加圧成形して成形体 (41)を形成する工程とを備え、
前記第 1および第 2の軟磁性粉末(21, 31)の平均粒径 Daおよび Dbは、 DaZDb
≥2の関係を満たし、加圧成形時の前記圧力 Paおよび Pbは、 PaZPb≤lZ2の関 係を満たす、圧粉成形体の製造方法。
[2] 前記成形体部品(22)を形成する工程は、前記第 1の軟磁性粉末 (21)を、 400M
Pa以下の圧力 Paで加圧成形して成形体部品(22)を形成する工程を含む、請求項
1に記載の圧粉成形体の製造方法。
[3] 前記成形体部品(22)を形成する工程は、前記第 2の軟磁性粉末 (31)との接合面
(22a)が凹凸形状となるように、前記成形体部品(22)を形成する工程を含む、請求 項 1に記載の圧粉成形体の製造方法。
[4] 前記第 1および第 2の軟磁性粉末 (21, 31)は、複数の金属磁性粒子と、前記複数 の金属磁性粒子の各々の表面を取り囲む絶縁被膜とをそれぞれ含む、請求項 1〖こ 記載の圧粉成形体の製造方法。
[5] 前記成形体 (41)を形成する工程の後、前記成形体 (41)を 200°C以上 500°C以 下の温度で熱処理をする工程をさらに備える、請求項 4に記載の圧粉成形体の製造 方法。
[6] 請求項 1に記載の製造方法を用いて作製された圧粉成形体であって、
前記第 1の軟磁性粉末 (21)と前記第 2の軟磁性粉末 (31)との境界位置において 、前記第 2の軟磁性粉末 (31)を構成する粒子が前記第 1の軟磁性粉末 (21)を構成 する粒子間に嚙み込んでいる、圧粉成形体。
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