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課題

量産コストを低減させることができる圧粉磁心の製造方法を提供する。

解決手段

絶縁被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末金型を用いて加圧成形して圧粉磁心を得る工程S1、得られた圧粉磁心に熱処理を施す工程S2、及び熱処理された圧粉磁心の少なくとも一部に研削砥石を用いた後加工を施す工程S3を含んでいる。前記後加工を施す工程において、圧粉磁心及び研削砥石を自転させつつ研削加工を施すことで圧粉磁心の加工面に生じる加工跡等方性にする。

概要

背景

近年、電磁モーターディーゼルエンジン用の燃料噴射弁ガソリンエンジン用のイグニッションコイルおよび電動化対応自動車昇電圧リアクトルチョークコイルなどの磁心として、従来の電磁鋼板と比較して高周波特性に優れ、フェライトコアと比較して高い磁束密度を有することから純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末(以下、両者を「金属粉末」ともいう)を加圧成形した圧粉磁心が種々提案されている。

例えば、特許文献1には、Feを主成分とする第1金属粒子の表面に第1絶縁被膜が形成されており、飽和磁束密度が1.5T以上の第1粒子と、同じくFeを主成分とし、AlやNiなどの元素を含む第2金属粒子の表面に第2絶縁被膜が形成された第2粒子とを混合した混合粒子を加圧成形し、得られた成形体を500℃以上900℃以下で熱処理する、圧粉磁心の製造方法が開示されている。

特許文献1記載の製造方法では、金型を用いた加圧成形によって圧粉磁心に所望の形状を付与しているが、複雑な形状や高精度な寸法精度が要求される場合、加圧成形だけでは所望の形状に作り込むことが困難であるので、後加工が必要となる。

そこで、加圧成形された圧粉磁心に対して後加工を施すことで圧粉磁心に所望の形状や精度を付与することが提案されている。

特許文献2には、軟磁性材料を用いて作製された圧粉成形体加工方法が開示されており、すくい面に直交する断面において刃先稜線曲率半径が1μm以下であり、かつ、すくい角αが−10°≦α≦0°の関係を満たす工具を用いて圧粉成形体を切削することが記載されている。

概要

量産コストを低減させることができる圧粉磁心の製造方法を提供する。絶縁被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末を金型を用いて加圧成形して圧粉磁心を得る工程S1、得られた圧粉磁心に熱処理を施す工程S2、及び熱処理された圧粉磁心の少なくとも一部に研削砥石を用いた後加工を施す工程S3を含んでいる。前記後加工を施す工程において、圧粉磁心及び研削砥石を自転させつつ研削加工を施すことで圧粉磁心の加工面に生じる加工跡等方性にする。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、量産コストを低減させることができる圧粉磁心及びその製造方法、並びにコイル部品提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

絶縁被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末金型を用いて加圧成形して圧粉磁心を得る工程、得られた圧粉磁心に熱処理を施す工程、及び熱処理された圧粉磁心の少なくとも一部に研削砥石を用いた後加工を施す工程を含んでおり、前記後加工を施す工程において、圧粉磁心及び研削砥石を自転させつつ研削加工を施すことで圧粉磁心の加工面に生じる加工跡等方性にすることを特徴とする、圧粉磁心の製造方法。

請求項2

前記金型が、対向する第1金型及び第2金型からなっており、この第1金型及び第2金型の少なくとも一方が凸部及び/又は凹部を有する段付き形状あるいは段差部分で複数に分割された形状を呈しており、且つ、加圧成形により得られる圧粉磁心の密度が7.0〜7.6g/cm3の範囲内である請求項1に記載の製造方法。

請求項3

前記圧粉磁心の自転速度が150〜1500rpmの範囲内であり、且つ、前記研削砥石を周速720m/min以上最高使用周速以下で自転させる請求項1又は2に記載の製造方法。

請求項4

前記研削砥石を構成する砥粒が、メジアン径が25〜88μmの範囲内のダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素である請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。

請求項5

前記研削砥石の加工に寄与する研削面に、当該研削砥石の外周縁に至る少なくとも1本の溝部が形成されており、当該溝部の幅が、研削砥石の有効最外周円周に対して0.05〜1.00%の範囲内である請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。

請求項6

前記研削砥石の目立てを行う工程を更に含んでおり、目立てに用いるドレッサーの主成分がアルミナ炭化ケイ素、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素からなる群より選ばれた少なくとも1つであり、且つ、当該ドレッサーのメジアン径が18〜105μmの範囲内である請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。

請求項7

前記後加工を施す工程において、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンの少なくとも一方を0.3〜1.5質量%含む水溶性研削液を用いる請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。

請求項8

前記純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末のメジアン径が、60〜250μmの範囲内である請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。

請求項9

前記純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末が、面圧6〜13ton/cm2の範囲内の圧力で加圧成形される請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法。

請求項10

前記熱処理を施す工程において、圧粉磁心が大気中若しくは窒素雰囲気中又はその混合気流中で300℃以上600℃以下で少なくとも10分間熱処理される請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法。

請求項11

前記加圧成形時及び後加工時に圧粉磁心表面に形成されるバリを除去する工程を更に含んでおり、アルミナ又は炭化ケイ素からなる硬質砥粒混練させた合成樹脂で作製されたブラシを用いてバリの除去を行う請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。

請求項12

バリを除去した後に、残留磁気が5mT以下になるように脱磁処理を行う工程を更に含む請求項11に記載の製造方法。

請求項13

脱磁処理後に、後加工時に用いた水溶性の研削液を少なくとも含有する洗浄液を用いて、0.05〜0.40MPaの範囲の吐出圧力で圧粉磁心を洗浄する工程を更に含む請求項12に記載の製造方法。

請求項14

絶縁被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末を金型を用いて加圧成形してなる圧粉磁心であって、少なくとも一部に研削砥石による加工跡が等方性である加工面を有しており、凸部又は凹部を有する段付き形状又は段差部分で複数に分割された形状を呈しており、且つ、密度が7.0〜7.6g/cm3の範囲内であることを特徴とする、圧粉磁心。

請求項15

前記加工面の平面度及び平行度の寸法精度が、加工誤差50μm以下である請求項14に記載の圧粉磁心。

請求項16

少なくとも一部が、研削砥石による加工時に用いられた水溶性研削液の成分であるジエタノールアミン及びトリエタノールアミンの少なくとも一方からなる防錆層被覆されている請求項14又は15に記載の圧粉磁心。

請求項17

請求項1〜13のいずれかに記載の製造方法で製造された圧粉磁心に銅線からなる巻線を施して作製されたことを特徴とするコイル部品

技術分野

0001

本発明は圧粉磁心及びその製造方法、並びにコイル部品に関する。さらに詳しくは、絶縁物被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末金型を用いて加圧成形した後に後加工を施してなる圧粉磁心及びその製造方法、並びにコイル部品に関する。

背景技術

0002

近年、電磁モーターディーゼルエンジン用の燃料噴射弁ガソリンエンジン用のイグニッションコイルおよび電動化対応自動車昇電圧リアクトルチョークコイルなどの磁心として、従来の電磁鋼板と比較して高周波特性に優れ、フェライトコアと比較して高い磁束密度を有することから純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末(以下、両者を「金属粉末」ともいう)を加圧成形した圧粉磁心が種々提案されている。

0003

例えば、特許文献1には、Feを主成分とする第1金属粒子の表面に第1絶縁被膜が形成されており、飽和磁束密度が1.5T以上の第1粒子と、同じくFeを主成分とし、AlやNiなどの元素を含む第2金属粒子の表面に第2絶縁被膜が形成された第2粒子とを混合した混合粒子を加圧成形し、得られた成形体を500℃以上900℃以下で熱処理する、圧粉磁心の製造方法が開示されている。

0004

特許文献1記載の製造方法では、金型を用いた加圧成形によって圧粉磁心に所望の形状を付与しているが、複雑な形状や高精度な寸法精度が要求される場合、加圧成形だけでは所望の形状に作り込むことが困難であるので、後加工が必要となる。

0005

そこで、加圧成形された圧粉磁心に対して後加工を施すことで圧粉磁心に所望の形状や精度を付与することが提案されている。

0006

特許文献2には、軟磁性材料を用いて作製された圧粉成形体加工方法が開示されており、すくい面に直交する断面において刃先稜線曲率半径が1μm以下であり、かつ、すくい角αが−10°≦α≦0°の関係を満たす工具を用いて圧粉成形体を切削することが記載されている。

先行技術

0007

特開2005−303006号公報
特開2005−238357号公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献2記載の加工方法によれば、加圧成形後の圧粉磁心に後加工を施すことで圧粉磁心に対し複雑な形状を付与することができるが、刃物バイト)を用いた切削による後加工であるため刃の消耗が激しく工具寿命が短いという問題がある。また、切削加工を行うためにはチッピングの抑制の観点から7.5g/cm3を超える高密度素材に限定されることがある。従って、頻繁な刃先交換による製品コストの増大や、密度7.5g/cm3を下回る製品への適用性の観点から、全ての量産への適用が難しく汎用性に課題がある。

0009

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、量産コストを低減させることができる圧粉磁心及びその製造方法、並びにコイル部品提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0010

(1)本発明の圧粉磁心の製造方法(以下、単に「製造方法」ともいう)は、絶縁被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末を金型を用いて加圧成形して圧粉磁心を得る工程、
得られた圧粉磁心に熱処理を施す工程、及び
熱処理された圧粉磁心の少なくとも一部に研削砥石を用いた後加工を施す工程
を含んでおり、
前記後加工を施す工程において、圧粉磁心及び研削砥石を自転させつつ研削加工を施すことで圧粉磁心の加工面に生じる加工跡等方性にすることを特徴としている。

0011

本発明の製造方法では、従来の刃物を用いた切削加工に代えて研削砥石を用いた研削加工による後加工を圧粉磁心に施しているので、工具寿命を長くすることができ、圧粉磁心の量産コストを大幅に低減させることができる。また、研削加工を施すに際し、ワークである圧粉磁心と研削砥石の両方を自転させつつ研削加工を行うことで、加工面(研削面)に対し軸対称、同心円状、放射状など等方性の加工跡(ツールマーク)を残すことができる。すなわち、回転する砥石の周面をワークに押し当てる従来の平研加工により生じる一方向の加工跡(異方性の加工跡)とは異なり、等方性の加工跡とすることができるので、圧粉磁心の加工面に磁気異方性が生じることがない。その結果、製品の磁気特性を向上させることができる。

0012

(2)前記(1)の製造方法において、前記金型が、対向する第1金型及び第2金型からなっており、この第1金型及び第2金型の少なくとも一方が凸部及び/又は凹部を有する段付き形状あるいは段差部分で複数に分割された形状を呈しており、且つ、加圧成形により得られる圧粉磁心の密度が7.0〜7.6g/cm3の範囲内であってもよい。この場合、従来の圧粉磁心(密度=7.7cm3程度)に比べて低密度であるので、成形時の量産性を高めることができる。7.0〜7.6g/cm3という低密度の圧粉磁心の場合、強度が低いため、一般的に加工が難しいという問題があり、従来技術のような切削加工を施すと、加工面にムシレが生じたり、エッジ部において欠けが生じたりし、品質的に十分なものが得られない。また、低密度の圧粉磁心は、微少空孔が多数残存しているため、切削工具に対して常に断続切削状態となり、工具寿命が著しく低下する。したがって、高コスト化を招くため実用的ではない。これに対し、本発明のように、圧粉磁心と研削砥石の両方を自転させつつ研削加工を行う場合、加工面のムシレや欠けなどの欠陥が生じることがなく高品質の製品を得ることができる。また、工具寿命を長くすることができ、圧粉磁心の量産コストを大幅に低減させることができる。したがって、本発明の製造方法は、7.0〜7.5g/cm3という低密度の圧粉磁心であって、複雑な形状であるため後加工が必要である段付き形状の圧粉磁心に対し特に効果的である。

0013

(3)前記(1)又は(2)の製造方法において、前記圧粉磁心の自転速度が150〜1500rpmの範囲内であり、且つ、前記研削砥石を周速720m/min以上最高使用周速以下で自転させてもよい。

0014

(4)前記(1)〜(3)の製造方法において、前記研削砥石を構成する砥粒が、メジアン径が25〜88μmの範囲内のダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素であってもよい。

0015

(5)前記(1)〜(4)の製造方法において、前記研削砥石の加工に寄与する研削面に、当該研削砥石の外周縁に至る少なくとも1本の溝部が形成されており、当該溝部の幅が、研削砥石の有効最外周円周に対して0.05〜1.00%の範囲内であってもよい。この場合、溝部を形成することで、研削加工中に生じた研削屑を容易に外部に排出することができ、当該研削屑に起因して圧粉磁心の加工面に欠けや傷が発生するのを防止することができる。また、砥石の研削面に目詰まりが生じて研削機能が低下するのを防止することができる。

0016

(6)前記(1)〜(5)の製造方法において、前記研削砥石の目立てを行う工程を更に含んでおり、目立てに用いるドレッサーの主成分がアルミナ炭化ケイ素、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素からなる群より選ばれた少なくとも1つであり、且つ、当該ドレッサーのメジアン径が18〜105μmの範囲内であってもよい。

0017

(7)前記(1)〜(6)の製造方法において、前記後加工を施す工程において、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンの少なくとも一方を0.3〜1.5質量%含む水溶性研削液を用いてもよい。この場合、鉄系の圧粉磁心を加工した後も、例えば油漬けなどの特別な防錆処理を施さなくとも圧粉磁心に防錆効果を付与することができる。これにより、工程の簡素化を図ることができる。

0018

(8)前記(1)〜(7)の製造方法において、前記純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末のメジアン径が、60〜250μmの範囲内であってもよい。

0019

(9)前記(1)〜(8)の製造方法において、前記純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末が、面圧6〜13ton/cm2の範囲内の圧力で加圧成形されてもよい。

0020

(10)前記(1)〜(9)の製造方法において、前記熱処理を施す工程において、圧粉磁心が大気中若しくは窒素雰囲気中又はその混合気流中で300℃以上600℃以下で少なくとも10分間熱処理されてもよい。

0021

(11)前記(1)〜(10)の製造方法において、前記加圧成形時及び後加工時に圧粉磁心表面に形成されるバリを除去する工程を更に含んでおり、アルミナ又は炭化ケイ素からなる硬質砥粒混練させた合成樹脂で作製されたブラシを用いてバリの除去を行ってもよい。

0022

(12)前記(11)の製造方法において、バリを除去した後に、残留磁気が5mT以下になるように脱磁処理を行う工程を更に含んでもよい。

0023

(13)前記(12)の製造方法において、脱磁処理後に、後加工時に用いた水溶性の研削液を少なくとも含有する洗浄液を用いて、0.05〜0.40MPaの範囲の吐出圧力で圧粉磁心を洗浄する工程を更に含んでもよい。

0024

(14)本発明の圧粉磁心は、絶縁被覆処理された純鉄粉又は鉄を主成分とする鉄系合金粉末を金型を用いて加圧成形してなる圧粉磁心であって、少なくとも一部に研削砥石による加工跡が等方性である加工面を有しており、凸部又は凹部を有する段付き形状又は段差部分で複数に分割された形状を呈しており、且つ、密度が7.0〜7.6g/cm3の範囲内であることを特徴としている。

0025

本発明の圧粉磁心では、加工面(研削面)の加工跡(ツールマーク)が軸対称、同心円状、放射状など等方性であるので、圧粉磁心の加工面に磁気異方性が生じることがない。その結果、製品の磁気特性を向上させることができる。

0026

(15)前記(14)の圧粉磁心において、前記加工面の平面度及び平行度の寸法精度が、加工誤差50μm以下であってもよい。

0027

(16)前記(14)又は(15)の圧粉磁心において、少なくとも一部が、研削砥石による加工時に用いられた水溶性研削液の成分であるジエタノールアミン及びトリエタノールアミンの少なくとも一方からなる防錆層被覆されていてもよい。

0028

(17)本発明のコイル部品は、前記(1)〜(13)の製造方法で製造された圧粉磁心に銅線からなる巻線を施して作製されたことを特徴としている。

発明の効果

0029

本発明の圧粉磁心及びその製造方法、並びにコイル部品によれば、量産コストを低減させることができる。

図面の簡単な説明

0030

本発明の製造方法の一実施の形態のフローチャートである。
本発明の圧粉磁心の一実施の形態の説明図であり、(a)は斜視説明図、(b)は断面説明図である。
段付き金型の一例の断面説明図である。
分割金型の一例の断面説明図である。
本発明の製造方法において用いられる砥石の説明図であり、(a)は断面説明図、(b)は底面説明図である。
図5に示される砥石の平面説明図である。
砥石と圧粉磁心との位置関係を説明する図である。
磁気吸引力の測定に用いた実験装置の説明図である。
実験に用いたアーマチャーの説明図である。
実験結果を示すグラフである。
実施例1に係る圧粉磁心の加工面を示す説明図である。
実施例2に係る圧粉磁心の加工面を示す説明図である。
比較例1に係る圧粉磁心の加工面を示す説明図である。

実施例

0031

次に、添付図面を参照しつつ、本発明の圧粉磁心及びその製造方法、並びにコイル部品実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る製造方法のフローチャートである。以下、このフローチャートに従い本発明の圧粉磁心を製造する方法を説明する。

0032

〔成形〕
本発明の製造方法では、まず、ステップS1において原料の金属粉末が金型を用いて成形される。このとき、成形性を向上させる観点から、適量の潤滑剤を混合しても良い。

0033

原料の金属粉末は、本発明において特に限定されるものではなく、圧粉磁心を製造するために従来から用いられているものを適宜用いることができ、例えば純鉄粉や、鉄を基材として、これにニッケルコバルトなどを加えた鉄系合金粉末を用いることができる。具体的には、Fe、Fe−Si、Fe−Co、Fe−Ni、Fe−Ni−Co、Fe−Si−Bなどを用いることができる。

0034

金属粉末の粒径も、本発明において特に限定されるものではないが、例えばメジアン径ないしはD50粒径(ふるい法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さい方からの質量の和が総質量の50%に達する粒子の粒径)が、60〜250μmの範囲内のものを用いることができる。60μmよりも小さい粒子は、粉末流動性が悪いため成形性が良くない課題があり、一方、250μmよりも大きい粒子は、粒内で発生する渦電流損失が過大となり電磁変換効率が大きく低下する課題がある。

0035

金属粒子は、絶縁膜(絶縁物)により被覆される。絶縁膜は金属粒子間絶縁層として機能し、金属粒子を絶縁膜で覆うことによって、圧粉磁心の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、金属粒子間に渦電流が流れるのを抑制して、当該渦電流に起因する鉄損を低減させることができる。

0036

絶縁膜は、例えば金属粒子をリン酸塩被覆処理することにより形成することができるが、酸化物を含有していることが好ましい。この酸化物を含有する絶縁膜としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄のほか、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又は酸化マグネシウムなどの酸化物絶縁体を用いることができる。絶縁膜は、1層であってもよいし、多層であってもよい。
絶縁膜1層の厚さは、特に限定されないが、通常、10〜100nm程度である。10nmよりも薄いと絶縁膜が破れ易く、金属粒子同士が直接接触する頻度が高くなり、100nmよりも厚いと透磁率の低下を引き起こす。

0037

絶縁物で被覆処理された金属粉末は、金型内に給粉され、例えば面圧6〜13ton/cm2の範囲内の圧力で成形される。この面圧が6ton/cm2よりも小さいと、圧粉磁心の成形密度が小さくなりすぎ、所望の強度を得ることができず、一方、13ton/cm2よりも大きいと、プレス装置や金型への負荷が高くなり製造コストが増大する課題がある。このとき、金型や粉末は加熱しなくても良いが(冷間成形)、適量混合した潤滑剤の潤滑性を向上させる観点から金型や粉末を50℃〜150℃に加熱しても良い(温間成形)。

0038

成形により得られる圧粉磁心1は、図2に示されるように、単なる直方体や短円柱のような単純な形状ではなく、中央に貫通孔2を有する短円柱体であって、一方の面に環状の凹所3が形成された複雑な形状を呈している。かかる圧粉磁心1は、対向する一対の金型(第1金型及び第2金型)により作製され、少なくとも一方の金型は、図3に示されるように前記凹所3に対応する凸部を備えた段付きの形状を呈しているか、又は図4に示されるように前記凹所3に対応して複数に(3つに)分割されている。より詳細には、図3に示される段付き形状の金型は、上パンチ(第1金型)30と下パンチ(第2金型)31とで構成されており、上パンチ30及び下パンチ31はともに軸対象で一体のものである。また、下パンチ31は圧粉磁心1の凹所3に対応する凸部32を備えている。また、図4に示される分割タイプの金型は、上パンチ(第1金型)40と下パンチ(第2金型)41とで構成されており、上パンチ40は軸対象で一体のものであり、下パンチ41は、いずれも軸対象の3つの分割金型41a、41b、41cからなっている。3つの分割金型41a、41b、41cはそれぞれ軸対象である。下パンチ41のうち分割金型41bは、圧粉磁心1の凹所3に対応する凸部42を備えている。なお、分割タイプの金型の場合、例えば、前記分割金型41a及び分割金型41bを一体のものとする態様のように、分割の数を2とすることもできる。
図2に示される圧粉磁心1の寸法は、用途により異なるが、例えば直径が20mm、高さが12mmの形状を有している。

0039

圧粉磁心1の密度(成形密度)は、成形工程の量産性を高めるために従来のものに比べて低密度であり、通常、7.0〜7.6g/cm3、好ましくは7.2〜7.5g/cm3、更に好ましくは7.25〜7.45g/cm3の範囲内になるように前記面圧などが調整される。成形密度が7.0〜7.6g/cm3の範囲内であると、後加工として研削加工を採用することと相俟って、圧粉磁心の量産性を大幅に向上させることができ、例えば、300個/hr以上、又は600個/hr以上、更には900個/hr以上の高スループットとすることができる。

0040

〔熱処理〕
ステップS1において加圧成形された圧粉磁心1は、続くステップS2において熱処理が施される。この熱処理は、成形に用いた潤滑剤の脱バインダー処理や成形時の残留応力解放すると共に、材料強度が向上する効果も期待でき、圧粉磁心1を大気中又は窒素雰囲気中で300℃以上600℃以下で少なくとも10分間焼成することで行われる。焼成温度が300℃よりも低いと、加圧成形に際し金属粉末中に混入させていた潤滑剤が圧粉磁心内に残り、圧粉磁心の強度が低下する恐れがある。一方、焼成温度が600°を超えると、金属粉末を被覆していた絶縁膜が熱分解し、絶縁破壊されるおそれがある。焼成温度としては、400〜550°の範囲内であるのが好ましく、又、焼成時間としては20〜60分程度が好ましい。

0041

〔後加工〕
ステップS2において熱処理された圧粉磁心1は、続くステップS3において後加工される。本実施の形態における後加工は、図5〜6に示される研削砥石10を用いて行われる。研削砥石10は、片方の面に凹所11が形成されたカップ形状であり、凹所11が形成された側の面の周縁部12に砥石部13が設けられている。この砥石部13は、砥粒と、この砥粒を結合させるボンド剤とからなっている。砥粒としては、高強度で砥石の形状崩れが生じにくいという観点から、例えばダイヤモンド粒や立方晶窒化ホウ素(cBN)粒を用いることが好ましいが、ダイヤモンド粒や立方晶窒化ホウ素(cBN)粒に加えてボンド剤の強度補強の効果を期待して微粒のダイヤモンドや微粒のcBN、及び微量のWA(アルミナ)やGC(炭化ケイ素)が添加されたものを用いることもできる。

0042

砥石部13を構成する砥粒の大きさは、本発明において特に限定されるものではないが、メジアン径が25〜88μmの範囲内であることが好ましく、更には30〜62μmの範囲であることが好ましく、44〜53μmがより好ましい。砥石の番手は砥粒の粒径で規定することができ、番手♯170〜200のメジアン径は88μmであり、番手♯200〜230のメジアン径は74μmであり、番手♯230〜270のメジアン径は62μmであり、番手♯270〜325のメジアン径は53μmであり、番手♯325〜400のメジアン径は44μmであり、番手♯500のメジアン径は30〜36μmであり、番手♯600のメジアン径は25〜35μmである。したがって、メジアン径25〜62μmは、番手♯270〜600に対応している。
かかるメジアン径が25μmよりも小さいと、砥石の目詰まりが生じやすく頻繁に目立て(ドレス)が必要であり、ドレスに時間を要すか加工送り速度を下げて加工に時間を要す必要が生じる為に量産においては現実的ではなく、一方、88μmよりも大きいと加工面の面粗さが粗く良好な品質を得ることができないという課題がある。

0043

砥石部13の研削面13aには、図6に示されるように、当該環状の砥石部13の外周縁に至る溝部14が形成されている。本実施の形態では、4本の溝部14が周方向等間隔に形成されている。このような溝部14を形成することで、研削加工中に生じた研削屑を容易に外部に排出することができ、当該研削屑に起因して圧粉磁心の加工面に欠けや傷が発生するのを防止することができる。また、砥石部13の研削面13aに目詰まりが生じて研削機能が低下するのを防止することができる。溝部13の幅は、研削機能や、前述した研削屑の排出機能などを考慮して選定することができるが、例えば研削砥石10の砥石部13の有効最外周円周に対して、0.05〜1.00%の範囲内とすることができる。例えば、Φ305mmの研削砥石に対して3mm幅の溝部を形成する場合、当該溝部の砥石部13の有効最外周円周に対する比は約0.3%となる。

0044

本発明では、刃物を用いた切削加工に代えて研削砥石を用いた研削加工を、加圧成形された圧粉磁心の後加工として採用するに際し、研削面に磁気異方性が生じて磁気特性が低下するのを防ぐために、ワークである圧粉磁心と研削砥石の両方を自転させながら研削加工を行っている。

0045

図7は、かかる研削加工における圧粉磁心と研削砥石の位置関係を示す説明図である。短円柱形状の圧粉磁心と円盤形状の研削砥石の場合、圧粉磁心の被研削面及び研削砥石の研削面をどこに設定するのかに応じて、両者の関係には種々の態様が考えられる。この態様の例としては、圧粉磁心の平坦面を研削砥石の平坦面で研削する、型端面平研(図7の(a))、及び圧粉磁心の平坦面と研削砥石の周面で研削する場合(図7の(b))を挙げることができ、いずれの場合においても、圧粉磁心と研削砥石の両方が自転を行いつつ研削加工が行われる。図7の(a)では、圧粉磁心と研削砥石の回転軸は互いに平行であるが、図7の(b)では、圧粉磁心と研削砥石の回転軸は互いに直交している。図7の(a)の場合は、自転する研削砥石が下降することで圧粉磁心の平坦面と接触して当該平坦面の研削加工が行われる。なお、図7において矢印で示される回転方向は、例示であり、例えば図7の(a)の場合において、圧粉磁心と研削砥石の回転方向は互いに逆方向であってもよい。

0046

圧粉磁心と研削砥石の両方を自転させつつ研削加工を行うことで、加工面(研削面)に対し軸対称、同心円状、放射状など等方性の加工跡(ツールマーク)を残すことができる。すなわち、回転する砥石の周面をワークに押し当てる従来の平研加工により生じる一方向の加工跡(異方性の加工跡)とは異なり、等方性の加工跡とすることができるので、圧粉磁心の加工面に磁気異方性が生じることがない。その結果、製品の磁気特性を向上させることができる。

0047

研削砥石の径が圧粉磁心に対して十分に大きいと、ほぼ直線状の加工跡が等方的に当該圧粉磁心の被研削面に刻まれ(後出する図12参照)、研削砥石の径が圧粉磁心に対して余り大きくないと、円弧状の加工跡が等方的に刻まれる(後出する図11参照)が、等方性の加工跡が刻まれる限り、いずれの場合であってもよい。

0048

圧粉磁心1の自転速度は、本発明において特に限定されるものではないが、概ね150〜1500rpmの範囲内とすることできる。自転速度が150rpmよりも遅くなると加工負荷が増大して研削面に欠けやムシレが発生し、一方、自転速度が速くなると研削の負荷が小さくなり研削砥石の寿命が長くなるとともに研削面の性状が向上するという利点があるが、1500rpmよりも速くなると、振動びびりが生じて、加工精度が低下するおそれがある。

0049

また、研削砥石10は、同じ自転速度であっても、その直径により研削面の速度が異なるので、周速で規定する方がより正確である。研削砥石10の周速も、本発明において特に限定されるものではないが、概ね周速720m/min以上最高使用周速以下とすることができる。周速720m/minよりも遅いと、研削能率が低下して加工時間が長くなる課題がある。

0050

加工面の寸法精度として、一般的に基準面に対する加工面の寸法、平面度、平行度、真円度円筒度、面粗さなどの幾何精度を挙げることができるが、本実施の形態の場合、加工面の平面度及び平行度を50μm以下とすることが好ましく、25μm以下とすることがより好ましく、3μm以下とすることが更に好ましい。

0051

研削加工に際しては、研削面に研削液が供給される。研削液としては、油性のものやエマルジョンタイプのものもあるが、本実施の形態では、防錆成分を含んだ水溶性の研削液を用いている。かかる研削液を用いると、鉄系の圧粉磁心を加工した後も、例えば油漬けなどの特別な防錆処理を施さなくとも圧粉磁心に防錆効果を付与することができる。これにより、工程の簡素化を図ることができる。

0052

防錆成分としては、毒性を有するなどの副作用がない限り、通常用いられている水溶性のものを適宜採用することができるが、例えば、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンを用いることができる。研削液中に含まれるジエタノールアミン及び/又はトリエタノールアミンの濃度は、通常、0.3〜1.5質量%程度である。ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンは、いずれか一方だけ用いてもよいし、両者を混ぜて用いてもよい。市販されているジエタノールアミン及びトリエタノールアミンの含有量原液で15〜50質量%程度であるので、この原液を30〜50倍希釈して用いると所望の濃度になる。

0053

研削液としてジエタノールアミンやトリエタノールアミンのような防錆成分を含む水溶性の研削液を用い、且つ、後述する洗浄工程において、かかる研削液を含む洗浄液を用いて圧粉磁心の洗浄を行うと、当該圧粉磁心の少なくとも一部に前記防錆成分からなる防錆層を形成することができる。この防錆層により圧粉磁心の耐腐食性を向上させることができる。

0054

研削加工に用いる研削砥石は、使用を継続するにつれて徐々に砥粒の磨滅や脱落および目詰まりが発生するため、定期的に目立てを行う必要がある。この目立てに用いるドレッサーの主成分として、砥粒の番手と同じか1番手粗い番手のアルミナを用いるのが一般的であるが、本発明では、これに限定されることなく、他の材質として、炭化ケイ素、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素などを用いることができる。ドレッサーの主成分は、1種であってもよいし、2種以上の混合物であってもよい。また、ドレッサーの粒径は、砥粒の番手と同じである必要はなく、砥粒よりも1段階細かいものや、逆に砥粒よりも1段階荒いものを用いることもできる。したがって、ドレッサーの粒径としては、例えば18〜105μmの範囲内とすることができる。この粒径が18μmよりも小さいとドレス性能が十分に得られず、一方、105μmよりも大きいと砥石の加工に寄与する砥面を荒らす恐れがある。

0055

また、目立ての間隔(ドレスインターバル)は、圧粉磁心及び研削砥粒の材質や、圧粉磁心1個あたりの研削時間などにより異なるが、小ドレス(暫定的な目立て)としては、概ね、前回目立てを行ったのちに圧粉磁心を150個以上(例えば、300〜500個)後加工したのちに行うことができる。また、大ドレス(本格的な目立て)としては、概ね、前回目立てを行ったのちに圧粉磁心を900個以上(例えば、1500個)後加工したのちに行うことができる。

0056

研削加工は、1つの研削砥石を用いて1つの圧粉磁心の加工を行ってもよいし、1つの研削砥石を用いて同時に複数(例えば、2個)の圧粉磁心の加工を行ってもよい。

0057

バリ取り
ステップS3において後加工が施された圧粉磁心1は、続くステップS4においてバリ取りが行われる。圧粉磁心の成形面には、金型要素つなぎ目に対応するバリ(型バリ
)が発生し、また、研削加工による研削面には研削砥石との摺動に起因するバリ(加工バリ)が発生する。本実施の形態では、かかるバリを、硬質砥粒を混練させた合成樹脂で作製されたブラシを用いて除去する。硬質砥粒としては、例えばアルミナ粒や炭化ケイ素粒を用いることができる。

0058

〔脱磁処理〕
ステップS4においてバリ取りが行われた圧粉磁心1は、続くステップS5において脱磁処理が行われる。この脱磁処理は、常法に従い行うことができ、例えば交流磁界を与えて脱磁することができる。脱磁処理は、圧粉磁心の残留磁気が5mT以下になるように行うことが好ましい。

0059

〔洗浄〕
ステップS5において脱磁処理が行われた圧粉磁心1は、続くステップS6において洗浄処理が行われる。洗浄は、一般的に浄水を用いて行うことができるが、前記ステップS3の後加工(研削加工)において防錆成分を含む水溶性の研削液を用いる場合、この水溶性の研削液を少なくとも含有する洗浄液を用いることが好ましい。この場合、防錆成分が圧粉磁心の表面に残留するので、例えば油漬けなどの特別な防錆処理を施さなくとも圧粉磁心に防錆効果を付与することができる。洗浄は、例えば0.05〜0.40MPa、好ましくは0.1〜0.40MPa、さらに好ましくは0.20〜0.30MPaの範囲の吐出圧力で洗浄液を圧粉磁心に吹き付けることにより行うことができる。吐出圧力が0.05MPaよりも低いと加工やバリ取り工程で発生した切りくずやバリ取りくずを洗い流すことができず、一方、0.40MPaよりも高いとワークの固定が必要なため工程が煩雑となる。通常は、0.25MPa程度の吐出圧力で洗浄液が圧粉磁心に吹き付けられる。
洗浄後の圧粉磁心は、例えば室温にて30分程度の間乾燥処理が施される。

0060

[実施例及び比較例]
次に本発明の圧粉磁心の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。

0061

<実施例1>
リン酸塩で絶縁被覆処理されたメジアン径が95μmの純鉄粉を金型に入れ、凹形状の段付き金型形状プレスパンチを用いて面圧8ton/cm2で加圧成形をし、図2に示される形状の圧粉磁心を作製した。圧粉磁心の成形密度は、7.30g/cm3であった。

0062

得られた圧粉磁心を大気雰囲気中で500℃で10分間熱処理を行った。
ついで、圧粉磁心の凹所が形成された側の面(図2の(a)において上側の面)に対して、図3に示される形状の研削砥石を用い、以下の条件で研削加工を行った。

0063

研削条件
研削砥石の砥粒:ダイヤモンド
研削砥粒の平均粒径: 44μm
研削砥石の外径: Φ60mm
研削砥石の周速: 1800m/min
砥石のスリット幅: 有効最外周円周の0.3%
砥石ドレッサーの砥粒:アルミナ
砥石ドレッサーの平均粒径: 44μm
圧粉磁心の自転速度: 250rpm
研削方法: 型端面平研(図7の(a)参照)
研削時間: 5秒間
研削液:1.0質量%のジエタノールアミンを含む水溶性研削液
実施例1では、3つの圧粉磁心を作製した。そのうちの1つの圧粉磁心の研削加工面の説明図を図11に示す。

0064

<実施例2>
リン酸塩で絶縁被覆処理されたメジアン径が85μmの純鉄粉を金型に入れ、凹形状に多段に分割されたプレスパンチを用いて面圧12ton/cm2で加圧成形をし、図2に示される形状の圧粉磁心を作製した。圧粉磁心の成形密度は、7.45g/cm3であった。

0065

得られた圧粉磁心を窒素雰囲気中で420℃で60分間熱処理を行った。
ついで、圧粉磁心の凹所が形成された側の面(図2の(a)において上側の面)に対して、図5に示される形状の研削砥石を用い、以下の条件で研削加工を行った。

0066

研削条件
研削砥石の外径: Φ305mm
研削砥石の砥粒: cBN
研削砥粒の平均粒径: 53μm
研削砥石の周速: 2000m/min
砥石のスリット幅: 有効最外周円周の0.3%
砥石ドレッサーの砥粒:アルミナ
砥石ドレッサーの平均粒径: 53μm
圧粉磁心の自転速度: 450rpm
研削方法: 型端面平研(図7の(a)参照)
研削時間: 5秒間
研削液:1.0質量%のジエタノールアミンを含む水溶性研削液
実施例2では、2つの圧粉磁心を作製した。そのうちの1つの圧粉磁心の研削加工面の説明図を図12に示す。

0067

<比較例1>
圧粉磁心を自転させなかった以外は実施例1と同様にして圧粉磁心を作製した。比較例1で作製した圧粉磁心の研削加工面の説明図を図13に示す。

0068

研削加工面について
図13に示される比較例1では、圧粉磁心が自転をせずに固定された状態で研削加工が行われているので、研削面には、ほぼ一方向に伸びる異方性の加工跡が生じている。これに対し、図11に示される実施例1及び図12に示される実施例2では、加工跡が同心円状又は放射状に伸びており、軸対象の等方性の加工跡が生じている。実施例1では、研削砥石の径が圧粉磁心に対して余り大きくないので、円弧状の加工跡が等方的に当該圧粉磁心の被研削面に刻まれており、実施例2では、研削砥石の径が圧粉磁心に対して十分に大きいので、ほぼ直線状の加工跡が等方的に当該圧粉磁心の被研削面に刻まれている。

0069

磁気吸引力の測定
得られた圧粉磁心について、前述したブラシを用いたバリ取り処理(ステップS4)、脱磁処理(ステップS5)及び洗浄処理(ステップS6)を施した後に、図8に示される装置を用いて、研削加工面の磁気特性の評価を行った。得られた圧粉磁心1をステータとして用い、その凹所内にコイル25(コイルターン数=36ターン)を配設し、当該コイル25を電源24に接続した。圧粉磁心1の貫通孔内に、図9に示されるアーマチャー20を、その心棒21側から挿入し、円盤22の裏面を圧粉磁心1の研削加工面に当接させた。アーマチャー20の円盤22の材質はFe−Si(磁性材)であり、その心棒21の材質はステンレス非磁性材)である。圧粉磁心1は、押さえ板28によって上方への移動が規制されている。

0070

アーマチャー20の心棒21の先端面のわずか下方にロードセル26を、当該先端面から離間して配置した。ロードセル26を配置したZ軸ステージ27は昇降自在である。

0071

電源から1Aの直流通電した。通電により圧粉磁心が磁化することにより研削加工面に磁気吸引力が発生し、この磁気吸引力により磁性材であるアーマチャー20の円盤22が研削加工面に吸着された。この状態で、Z軸ステージ27を徐々に上昇させ、ロードセル26にかかる力を測定した。そして、アーマチャー20の円盤22が圧粉磁心の研削加工面から外れるときの力の最大値吸引力とした。ロードセル26を上昇させ始めてからの時間と磁気吸引力との関係は、概略、図10に示されるようになる。ロードセル26がアーマチャー20の心棒21の先端面に当たるa点から磁気吸引力の測定が開始され、その測定値はロードセル26の上昇とともに大きくなり、アーマチャー20の円盤22が圧粉磁心の研削加工面から外れるb点でピークを迎え、その後、徐々に小さくなり、やがてゼロになる。

0072

実験は各圧粉磁心について3回行い、その平均値を求め、この平均値で評価をした。結果を表1に示す。

0073

0074

スペック上要求される吸引力は3.0Vであり、実施例1及び実施例2は、この要求を満たしたが、比較例1ではこの要求を満たすことができなかった。このことから、圧粉磁心と研削砥石の両方を自転させながら研削加工を行う本発明の製造方法により、研削加工面の磁気特性を向上させ得ることが分かる。
なお、前記「3V」という評価のための指標は、前記実施例1と同じ条件で作製したトロイダルテストピースを評価して得られた、磁束密度・透磁率より計算した結果、3V以上の数値が出ることが望ましいとされた、ことに基づいている。

0075

<実施例3>
実施例1で得られた圧粉磁心について、前述したブラシを用いたバリ取り処理(ステップS4)及び脱磁処理(ステップS5)、並びに研削加工時に用いた研削液を少なくとも含有する洗浄液を用いた洗浄処理(ステップS6)を施した。
得られた圧粉磁心は、洗浄液に含まれる防錆成分が圧粉磁心の表面に残留するので、例えば油漬けなどの特別な防錆処理を施さなくとも大気中で1年間放置しても錆が生じなかった。

0076

<比較例2>
実施例1で得られた圧粉磁心について、前述したブラシを用いたバリ取り処理(ステップS4)及び脱磁処理(ステップS5)、並びに研削加工時に用いた研削液を含有しない一般的な浄水を用いた洗浄処理(ステップS6)を施した。
得られた圧粉磁心は、研削時に圧粉磁心の表面に付着した防錆成分が浄水により流されてしまい、大気中で放置すると2日後には、目視で十分に認識できる錆が生じた。

0077

<実施例4>
リン酸塩で絶縁被覆処理されたメジアン径が250μmの純鉄粉を金型に入れ、凹形状に多段に分割されたプレスパンチを用いて面圧8ton/cm2で加圧成形をし、図2に示される形状の圧粉磁心を作製した。圧粉磁心の成形密度は、7.50g/cm3であった。

0078

得られた圧粉磁心を大気雰囲気中で300℃で120分間熱処理を行った。
ついで、圧粉磁心の凹所が形成された側の面(図2の(a)において上側の面)に対して、図5に示される形状の研削砥石を用い、以下の条件で研削加工を行った。
研削条件
研削砥石の外径: Φ305mm
研削砥石の砥粒: cBN
研削砥粒の平均粒径: 88μm
研削砥石の周速: 1500M/min
砥石ドレッサーの砥粒:炭化ケイ素
砥石ドレッサーの平均粒径: 105μm
圧粉磁心の自転速度: 600rpm
研削方法: 型端面平研(図7の(a)参照)
研削時間: 5秒間
研削液:0.3質量%のジエタノールアミンを含む水溶性研削液
実施例4では、2つの圧粉磁心を作製した。そのうちの1つの圧粉磁心の研削加工面の説明図を図12に示す。
得られた圧粉磁心の磁気吸引力を測定した結果、3.4Vで特性を満足した。また、大気中で1年間放置しても錆は発生しなかった。

0079

<実施例5>
リン酸塩で絶縁被覆処理されたメジアン径が100μmの純鉄粉を金型に入れ、凹形状に3段に分割されたプレスパンチを用いて、面圧8〜9ton/cm2で1時間あたり600個のスループットで10,000個の加圧成形をし、図2に示される形状の圧粉磁心を作製した。圧粉磁心の成形密度は、7.35〜7.45g/cm3であった。

0080

得られた圧粉磁心を大気雰囲気中で450℃で30分間熱処理を行った。
ついで、圧粉磁心の凹所が形成された側の面(図2の(a)において上側の面)に対して、図5に示される形状の研削砥石を用い、以下の条件で研削加工を行った。
研削条件
研削砥石の外径: Φ305mm
研削砥石の砥粒: cBN
研削砥粒の平均粒径: 53μm
研削砥石の周速: 2000m/min
砥石ドレッサーの砥粒:アルミナ
砥石ドレッサーの平均粒径 62μm
砥石のスリット幅: 有効最外周円周の0.5%
圧粉磁心の自転速度: 550rpm
研削方法: 型端面平研(図7の(a)参照)
研削時間: 2秒間
研削液:1質量%のジエタノールアミンを含む水溶性研削液
作製した圧粉磁心の研削加工面の説明図を図12に示す。
得られた圧粉磁心の加工精度を測定した。全長精度の平均誤差量は1.0μm,寸法バラツキは5.0μmであった。平面度は1.1μm,寸法バラツキは0.3μmであった。

0081

続いて、これらの圧粉磁心に対して炭化ケイ素の硬質砥粒をナイロン製の合成樹脂に混練したブラシを用いたバリ取り処理(ステップS4)及び交流磁界を印加して脱磁処理(ステップS5)、並びに研削加工時に用いた研削液を少なくとも含有する洗浄液を用いて吐出圧力0.05MPaで洗浄処理(ステップS6)を施した。
得られた圧粉磁心は、残留磁化が5mT以下であり、洗浄液に含まれる防錆成分が圧粉磁心の表面に残留するので、例えば油漬けなどの特別な防錆処理を施さなくとも大気中で1年間放置しても錆が生じなかった。
また、抜き取りで30個の磁気吸引力を測定した結果、3.1V〜4.0Vと特性を満足した。

0082

<実施例6〜12>
以下の表2〜3に示す条件で圧粉磁心を作製し、磁気吸引力と大気中1年間放置後の防錆効果を検証した。

0083

0084

0085

本発明の製造方法により得られる圧粉磁心は、例えば銅線からなる巻線を施すことでコイル部品とすることができる。この場合に、絶縁性インシュレーターを介して巻線を施すようにしてもよい。

0086

1圧粉磁心
2貫通孔
3凹所
10研削砥石
11 凹所
12周縁部
13砥石部
13a研削面
14 溝部

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