粉末成形方法、圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心、及び、その圧粉磁心を用いたリアクトル
【課題】製品強度を向上させることができる粉末成形方法、圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心及びその圧粉磁心を用いたリアクトルを提供すること。
【解決手段】金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある粉末材料を圧縮成形する粉末成形方法であって、成形空間に供給された粉末材料を第１の加圧力で加圧し、成形体１０を得た後、第１の加圧力より小さい第２の加圧力Ｆ２で成形体１０を加圧しながら、成形体１０を成形空間から抜き出し、その後、成形空間から抜き出した成形体１０を第２の加圧力Ｆ２で加圧し続けて保持する。
【解決手段】金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある粉末材料を圧縮成形する粉末成形方法であって、成形空間に供給された粉末材料を第１の加圧力で加圧し、成形体１０を得た後、第１の加圧力より小さい第２の加圧力Ｆ２で成形体１０を加圧しながら、成形体１０を成形空間から抜き出し、その後、成形空間から抜き出した成形体１０を第２の加圧力Ｆ２で加圧し続けて保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形方法、圧粉磁心を製造する圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心、及び、その圧粉磁心を用いたリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、外型を挟んで上下に上型と下型を配置した成形機が知られている。成形機は、外型と下型との間に形成される成形空間に金属粉末を供給された後、上型を下降させて金属粉末を圧縮して成形体を成形し、その後、上型と下型とで成形体を挟み込んで成形体に圧力を加えた状態で、成形体を成形空間から抜き出し、さらにその後に、上型を上昇させて成形体を取り出せるようにする。金属粉末の圧縮成形時には、成形体に大きな内部応力が発生するため、成形体を成形空間から抜き出す場合に、上型と下型とで成形体を保持することにより、成形体に発生した内部応力を緩やかに開放し、クラック等が成形体に生じることを防止する（例えば特許文献１及び特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７７０９９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４５２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リアクトルのコア等に適用される圧粉磁心は、鉄損を小さくするために、珪素合金粉末や、珪素浸透層が表面に形成された軟磁性金属粉末を絶縁性のある樹脂でコーティングした圧粉磁心用粉末を圧縮成形する。この圧粉磁心用粉末を従来の粉末成形方法により圧縮成形した成形体は、普通の焼結部品に用いられる金属粉末を従来の粉末成形方法により圧縮成形した成形体と比較して強度が低く、例えば、当該成形体を熱処理した製品をインサート成形する場合に、樹脂成形型を締める力によって亀裂が入ることがあった。
【０００５】
その理由について、発明者らは、次のように考えている。
従来の粉末成形方法は、上型と下型とで加圧しながら成形材を成形空間から抜き出した後、成形体を上型と下型との間で０秒〜０．５秒保持し、その後、上型を上昇させて成形体への加圧を解除していた。
一般的な金属粉末は、形状が複雑であるため、上型と下型との間で圧縮されると、粉末同士が絡み合いやすく、その結果、圧縮成形後に上型と下型との間で０秒〜０．５秒成形体を保持するだけでも、強度が得られる。
【０００６】
それに対して、圧粉磁心用粉末は、鉄損を小さくするために、粉末成形時の粉末の変形でコーティング樹脂膜が破れにくいように、略球状にされている。また、圧粉磁心用粉末は、そもそも珪素合金粉末が硬い粉末であったり、浸珪処理時の加熱等によって、軟磁性金属粉末が硬くなっている。更に、圧粉磁心用粉末は、粉末間の絶縁性を確保して渦電流の発生を抑制するために、表面が絶縁性のある樹脂でコーティングされている。そのため、圧粉磁心用粉末は、圧縮成形時に一般的な金属粉末と同じ圧力を与えられても、粉末同士が絡み合いにくく、一般的な金属粉末の圧縮成形時に対して１．５倍〜３倍程度もの圧力を加えられて圧縮される必要があった。このような樹脂コーティングされた粉末を原料とする圧粉磁心製品の強度は、製品の粉末粒子間に形成される樹脂膜の強度に大きく依
存すると考えられる。
【０００７】
圧縮成形時には、外型が成形圧力を受けて成形面を変形させる。この状態では、成形体を成形空間から抜き出すのが困難であるため、成形圧力を減圧してから上型と下型の間で成形体を保持した状態で成形体を成形空間から抜き出す。ところが、上述したように、圧粉磁心用粉末を圧縮成形する場合の成形圧力が、一般的な金属粉末の圧縮成形時の成形圧力に対して１．５倍〜３倍程度に高く設定されるため、圧粉磁心用粉末を圧縮成形する場合に外型が弾性変形する変形量は、一般的な金属粉末を圧縮成形する場合と比較して大きくなる。そのため、圧粉磁心用粉末を圧縮成型する成形圧力を、成形体の焼き付きを防止するように減圧すると、外型の変形戻り量が一般的な金属粉末を成形する場合と比較して大きくなる。これにより、圧粉磁心用粉末の成形体には、一般的な金属粉末の成形体にかかることのない力が、成形体の抜き出し工程時に作用する。この力は、圧粉磁心用粉末の成形体を成形空間から抜き出す際に成形体を変形させ、粉末粒子間の樹脂膜は、このときいったん破壊され、粉末同士の絡み合いを弱める。この影響は、上型と下型とで０秒〜０．５秒成形体を保持し、その後、上型を成形体から離間させる従来の粉末成形方法をとったとしても、解消しない。この結果、従来の圧粉磁心の製造方法で製造された圧粉磁心（成形体）は、強度が低くなると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、製品強度を向上させることができる粉末成形方法、圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心及びその圧粉磁心を用いたリアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る粉末成形方法は、金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある粉末材料を圧縮成形する粉末成形方法であって、成形空間に供給された前記粉末材料を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、を有する。
上記構成の粉末成形方法は、前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されていることが好ましい。特に、前記金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上であることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法は、軟磁性金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある圧粉磁心用粉末を圧縮成形して、圧粉磁心を製造する圧粉磁心の製造方法であって、成形空間に供給された前記圧粉磁心用粉末を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、を有する。
上記構成の圧粉磁心の製造方法は、前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されていることが好ましい。特に、前記軟磁性金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上であることが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る圧粉磁心は、上記圧粉磁心の製造方法により製造されている。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るリアクトルは、上記圧粉磁心を適用している。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様の発明では、成形空間に供給された粉末材料（圧粉磁心用粉末）は、互いに絡み合っていない状態である。第１の加圧力で粉末材料（圧粉磁心用粉末）を加圧すると、粉末材料（圧粉磁心用粉末）が押し潰されて変形し、粉末同士が面接触する。これにより、所定形状の成形体が得られる。その後、第１の加圧力より小さい第２の加圧力で成形体を加圧しながら成形体を成形空間から抜き出す。成形空間から抜き出される成形体は、この抜き出される際に発生する成形体の変形により、粉末粒子間の樹脂膜が破壊される。樹脂膜が再度形成されるために、一定の時間が必要と考えられ、この樹脂膜の再生を確実に行わせることにより、粉末間の絡み合いが維持される。よって、上記態様の発明によれば、製品強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係り、成形機の概略構成図である。
【図２】圧粉磁心用粉末の断面を示すイメージ図である。
【図３】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、給粉工程を示す。
【図４】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、圧縮成形工程を示す。
【図５】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、減圧工程を示す。
【図６】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、抜き出し工程を示す。
【図７】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、成形体保持工程を示す。
【図８】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、成形体取り出し工程を示す。
【図９】圧縮成型前における成形空間内の拡大図であって、圧粉磁心用粉末のイメージ図である。
【図１０】圧縮成形後における成形体の拡大図であって、圧粉磁心用粉末のイメージ図である。
【図１１】リアクトルの外観斜視図である。
【図１２】コアの分解斜視図である。
【図１３】比較例１〜４と実施例１〜４における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
【図１４】一般的な金属粉末（Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末）を用いた製品における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る粉末成形方法、圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心、及び、その圧粉磁心を用いたリアクトルの一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
＜成形機の構成＞
図１は、成形機１の概略構成図である。
図１に示す成形機１は、図２に示す圧粉磁心用粉末２８を外型２と上型３と下型４との間で圧縮して成形体１０（図８参照）を得るものである。外型２には、図中上下方向に貫通する成形孔２ａが形成され、上型３と下型４は、成形孔２ａと同軸上に配置されている。下型４は、定位置に固定されている。外型２と上型３は、駆動手段５により駆動力を付与されて、下型４に対して図中上下方向へ移動するようになっている。駆動手段５は、成形孔２ａの下面開口部を下型４の成形面４ａに位置合わせするように外型２を上昇させ、また、下型４の成形面４ａを成形孔２ａから上方へ突出させるように外型２を下降させる。また、駆動手段５は、上型３を成形孔２ａ内に下降させて、成形孔２ａの内壁と成形面３ａ，４ａとにより形成される成形空間Ｓに充填された圧粉磁心用粉末２８（図２参照）を加圧する圧力を調整する。
【００１６】
＜圧粉磁心用粉末の構成＞
図２は、圧粉磁心用粉末２８の断面を示すイメージ図である。
図２に示すように、圧粉磁心用粉末２８は、表面がシリコーン被膜層２７でコーティングされている。
【００１７】
図２に示す鉄珪素合金粉末２４は、エタノールにシリコーン樹脂を溶解させた液に投入され、攪拌される。鉄珪素合金粉末２４を所定時間攪拌したら、更にエタノールを蒸発させながら攪拌し、シリコーン樹脂を鉄珪素合金粉末２４の表面に固着させる。これにより、表面が厚さ数ｎｍのシリコーン被膜層２７で覆われた圧粉磁心用粉末２８（図２参照）が製造される。尚、この鉄珪素合金粉末２４の表面を樹脂でコーティングするコーティング方法は、単なる一例であって、これ以外のコーティング方法を用いても良いことは言うまでもない。
このようにして製造された圧粉磁心用粉末２８は、形状、粒径、鉄珪素合金粉末２４の純度等が一定の基準に管理される。
【００１８】
＜圧粉磁心の製造方法（粉末成形方法）＞
図３〜図８は、圧粉磁心の製造工程を説明する図である。図９は、圧縮成型前における成形空間Ｓ内の拡大図であって、圧粉磁心用粉末２８のイメージ図である。図１０は、圧縮成形後における成形体１０の拡大図であって、圧粉磁心用粉末２８のイメージ図である。
Ａ．給粉工程
図３に示すように、成形機１は、成形孔２ａの内壁と上型３の成形面３ａと下型４の成形面４ａに、高級脂肪酸潤滑剤（例えば、水に分散したステアリン酸リチウムの１％溶液）が塗布される。成形機１は、下型４の成形面４ａに成形孔２ａの下面開口部を位置合わせするように、外型２を上昇させる。また、成形機１は、上型３を成形孔２ａの上面開口部より上方まで上昇させ、成形孔２ａの内壁と成形面４ａにより、上方に開放された成形空間Ｓを形成する。この状態で、成形空間Ｓに圧粉磁心用粉末２８を充填する。
【００１９】
図９に示すように、成形空間Ｓに充填された圧粉磁心用粉末２８は、球形状をなし、互いに点接触している。
【００２０】
Ｂ．圧縮成形工程
そして、図４に示すように、上型３が設定位置まで下降する。これにより、成形空間Ｓ内の圧粉磁心用粉末２８は、成形面３ａ，４ａと成形孔２ａの内壁との間で圧縮され、成形体１０が得られる。このとき、成形温度は、高級脂肪酸系潤滑剤と圧粉磁心用粉末２８との反応に適した温度に管理され、例えば、１００℃〜２００℃に管理される。上型３が圧粉磁心用粉末２８に与える第１の加圧力Ｆ１は、高級脂肪酸系潤滑剤や圧粉磁心用粉末の材料、外型２・上型３・下型４の材質、成形空間Ｓの内面形状等を検討して適宜定められる。本実施形態では、第１の加圧力Ｆ１は、圧粉磁心用粉末２８が、球形状で硬く、表面をシリコーン被膜層２７でコーティングされていることを考慮して、一般的な金属粉末を圧縮成形する場合の成形圧力に対して１．５倍〜３倍程度の範囲の設定圧力に設定される。例えば、一般的な金属粉末に作用させる成形圧力が４００Ｍｐａ以上７００ＭＰａ以下の範囲内で設定される場合、圧粉磁心用粉末に作用させる第１の加圧力Ｆ１は、一般的な金属粉末に作用させる成形圧力の１．５倍〜３倍程度である６００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下の範囲内で設定することが望ましい。
【００２１】
図１０に示すように成形空間Ｓの圧粉磁心用粉末２８は、第１の加圧力Ｆ１を受けて押し潰され、球形状から変形して互いに面接触する。このとき、圧粉磁心用粉末２８は、面接触する部分が圧着されて互いに絡み合い、塑性変形して成形体１０を構成する。
【００２２】
図４に示すように、外型２は、成形体１０を介して第１の加圧力Ｆ１が成形孔２ａの内壁に作用する。第１の加圧力Ｆ１が、一般的な金属を圧縮成形する通常の場合の１．５倍〜３倍程度となる高圧であるため、外型２は、成形孔２ａの内壁が外向きに弾性変形する量が、一般的な金属粉末を圧縮成形する場合と比較して大きくなる。
【００２３】
Ｃ．減圧工程
そして、図５に示すように、成形機１は、上型３が成形体１０を加圧する第１の加圧力Ｆ１を、第２の加圧力Ｆ２に減圧する。例えば、第２の加圧力Ｆ２は、成形体１０の抜き出し時に成形体１０が成形空間Ｓの内面に焼き付くことを防止しうる圧力に設定される。より具体的には、成形孔２ａの内壁が元の形状近くに戻るように、上型３が成形体１０に与える圧力を減圧する。本実施形態では、第２の加圧力Ｆ２は、圧縮成形時の成形圧力の１％以上２０％以下の範囲内の圧力に設定される。
【００２４】
上型３が成形体１０に与える圧力を減圧すると、成形体１０を介して第２の加圧力Ｆ２が作用する成形孔２ａの内壁が圧縮成形前の状態近くに戻る。成形孔２ａが元の形状に戻る力と、成形体１０の圧粉磁心用粉末２８が持つ弾性力により、圧粉磁心用粉末２８は、上型３を持ち上げるように弾性変形しようとする。しかし、この場合、上型３が成形体１０に第２の加圧力Ｆ２を付与している。そのため、圧粉磁心用粉末２８は、弾性変形量が制限され、図１０に示すように互いに面接触して絡み合った状態が維持される。
【００２５】
外型２は、図４に示すように、圧縮成形工程時における成形孔２ａの内壁の弾性変形量が、一般の金属粉末を圧縮成形する通常の場合と比較して大きいため、図５に示すように、減圧工程において第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２に減圧されると、成形孔２ａの弾性変形した内壁の戻り量が、一般の金属粉末を成形する場合と比較して大きくなる。そのため、成形空間Ｓの成形体１０には、一般の金属粉末の成形時には成形体にかかることのない力が作用する。しかし、圧粉磁心用粉末２８の成形体１０は、第２の加圧力Ｆ２が作用するように成形空間Ｓの内壁（成形孔２ａの内壁、上型３の成形面３ａ、下型４の成形面４ａ）に挟み込まれて保持されている。そのため、成形体１０は、図１０に示すように、圧粉磁心用粉末２８が互いに密着し続け、またシリコーン被膜層２７が鉄珪素合金粉末２４から剥がれることがなく、絡み合った状態を維持する。
【００２６】
Ｄ．抜き出し工程
そして、図６に示すように、下型４の成形面４ａを成形孔２ａの上面開口部から突き出すように、外型２を下降させる。成形孔２ａの内壁には、高級脂肪酸系潤滑剤が塗布されており、また、減圧工程において成形体１０に作用する圧力が減圧されているため、成形体１０は、外型２の下降に伴い、成形孔２ａの内壁に焼き付くことなく成形空間Ｓから抜き出される。
【００２７】
Ｅ．成形体保持工程
そして、図７に示すように、成形機１は、成形体１０を成形空間Ｓから抜き出した後も、上型３により成形体１０に第２の加圧力Ｆ２を作用させ続ける。成形体１０は、上型３と下型４の間で所定の保持時間保持される。例えば、平均粒径が１５０μｍ〜２１２μｍで、シリコーン被膜層２７の厚さが数ｎｍである圧粉磁心用粉末２８を適用した成形体１０は、上型３と下型４の間で２秒以上保持されることが好ましい。
【００２８】
上型３と下型４との間で保持される成形体１０は、成形空間Ｓから抜き出される際に変形する。この変形により、粉末粒子間のシリコーン被膜は、いったん破壊される部分が発生するが、保持する間に樹脂膜が再生するために、強度が保たれる。
【００２９】
Ｆ．成形体取り出し工程
そして、所定の保持時間が経過したら、図８に示すように、上型３を上昇させて成形体１０から引き離す。成形体１０は、成形体保持工程において、シリコーン被膜が再生されているため、上型３による第２の加圧力Ｆ２を解除しても、圧粉磁心用粉末２８同士の絡み合いが弱められず、製品強度が維持される。
【００３０】
Ｇ．復帰工程
そして、成形体１０を上型３と下型４の間から取り出したら、外型２を上昇させ、図３に示す位置に復帰させる。
【００３１】
Ｈ．後処理工程
成形機１から取り出された成形体１０は、内部に発生した歪みを解消したり硬度を高めるために、熱処理が施される。
【００３２】
＜リアクトルの構成＞
図１１は、リアクトル１１の外観斜視図である。
上記圧粉磁心用粉末の成形方法は、リアクトル１１に適用される。リアクトル１１は、コア１２と、ボビン１４と、ボビン１４の外周に形成されたコイル１３とを有する。コア１２は、樹脂部材１５で包囲され、樹脂部材１５に塗布した接着剤１６を介して冷却器１７に固定されている。このようなリアクトル１１は、コイル１３に通電した場合にコア１２に発生する熱が、樹脂部材１５を介して冷却器１７へ逃がされる。このリアクトル１１は、例えば、ハイブリッド車のモータ用変圧回路に配置される。
【００３３】
図１２は、コア１２の分解斜視図である。
コア１２は、２個の円弧コア１２ａと、４個の直方体コア１２ｂと、厚さ１．６ｍｍのセラミクス製ギャップ１２ｃとからなる。円弧コア１２ａは、上記圧粉磁心の製造方法を適用して製造された後、インサート成形により樹脂部材１５でモールドされる。円弧コア１２ａは、上記圧粉磁心の製造方法により製品強度が確保されているため、インサート成形時に樹脂成形型を型締めする力を受けても、亀裂が入らない。円弧コア１２ａと直方体コア１２ｂとギャップ１２ｃは、接着剤を介して接着されて一体化される。
【実施例】
【００３４】
＜実施例と比較例の成形条件＞
実施例と比較例は、シリコーン樹脂でコーティングされた圧粉磁心用粉末を適用して、次のように製造される。
鉄珪素合金粉末の表面をシリコーン樹脂でコーティングされた圧粉磁心用粉末を、成形機の成形空間に供給し、２０００ＭＰａの成形圧力を圧粉磁心用粉末に与え、圧粉磁心用粉末を圧縮成形する。その後、２０００ＭＰａの成形圧力を４０ＭＰａの成形体保持用圧力に減圧した後、成形体保持用圧力を付加しながら成形体を成形空間から抜き出す。成形体は、成形空間から抜き出された後、成形体保持用圧力を付加された状態で所定の保持時間保持される。所定の保持時間が経過すると、成形体は、成形機から取り出され、熱処理が施される。
【００３５】
上記成形体の製造手順において、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．１秒に設定したものを比較例１、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．３秒に設定したものを比較例２、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．５秒に設定したものを比較例３、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１秒に設定したものを比較例４とする。
また、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を２秒に設定したものを実施例１、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を３秒に設定したものを実施例２、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を４秒に設定したものを実施例３、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１０秒に設定したものを実施例４とする。
【００３６】
＜実施例における比強度と成形体保持時間との関係＞
図１３は、比較例１〜４と実施例１〜４における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
比強度は、比較例１〜４及び実施例１〜４に荷重をかけ、比較例１〜４及び実施例１〜４が折れたときの荷重を測定することにより、調べた。
【００３７】
比較例１の比強度は、１００であった。比較例２の非強度は、９９であった。比較例３の比強度は、１０１であった。比較例４の比強度は、１０３であった。
一方、実施例１，２の比強度は、１０８であった。実施例３の比強度は、１１０であった。実施例４の比強度は、１０９であった。
【００３８】
以上の実験結果より、実施例１〜４の比強度は、比較例１〜４の比強度に対して、７〜９％向上することが分かった。つまり、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を２秒以上に設定することにより、成形体の比強度が７％以上向上することが分かった。そして、保持時間を２秒を超えて設定しても、成形体の比強度は、保持時間を２秒に設定した場合と殆ど変わらないことが判明した。従って、成形体の保持時間は、少なくとも２秒に設定することが好ましい。
【００３９】
＜一般的な金属粉末を用いた成形体について＞
一般的な金属粉末を用いた成形体は、次のように製造される。
比較的形状が複雑なＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末（一般的な金属粉末の一例）を成形機の成形空間に供給し、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末に５００ＭＰａの成形圧力を与えて、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末を圧縮成形する。その後、成形圧力を保持用圧力２０ＭＰａに切り替えた後に、成形体を成形空間から抜き出す。成形体は、成形空間から抜き出された後、保持用圧力を付加された状態で所定の保持時間保持される。所定の保持時間が経過すると、成形体は、成形機から取り出され、熱処理が施される。
【００４０】
成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．１秒に設定したものを比較例１１、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．３秒に設定したものを比較例１２、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．５秒に設定したものを比較例１３、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１秒に設定したものを比較例１４、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を３秒に設定したものを比較例１５、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を５秒に設定したものを比較例１６、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１０秒に設定したものを比較例１７とする。
【００４１】
＜一般的な金属粉末を用いた成形体における比強度と成形体の保持時間との関係＞
図１４は、一般的な金属粉末（Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末）を用いた製品における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
比強度は、比較例１１〜１７に荷重をかけ、比較例１１〜１７が折れたときの荷重を測定することにより、調べた。
【００４２】
比較例１１の比強度は、１００であった。比較例１２の比強度は、１０１であった。比較例１３の比強度は、約１００であった。比較例１４の比強度は、９９であった。比較例１５の比強度は、１０１であった。比較例１６の比強度は、約９９であった。比較例１７の比強度は、１０１であった。
【００４３】
上記実験結果より、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末を用いた成形体は、成形空間から抜き出した成形体の保持時間にかかわらず、比強度が１００前後であった。これは、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末が、複雑な形状をしており、圧縮成形時に絡み合いやすく、熱処理時に粉末同士の焼結が進むため、成形体の保持時間と関係なく、製品強度が得られるからであると考えられる。
【００４４】
尚、発明者は、成形体におけるＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末の密度と引っ張り強度との関係を調べたところ、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末の密度が高くなるにつれて、引っ張り強度が上昇することを確認した。この結果より、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末では、圧縮成型時における成形体の保持時間よりも、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末の密度の方が製品強度と相関関係があることが分かった。
【００４５】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、下型４を固定し、上型３と外型２を下型４に対して上下方向へ移動させるようにしたが、例えば、外型２を固定して上型３と下型４を外型２に対して上下方向へ移動させるなど、成形体を抜き出す場合の金型の動作は適宜設定できる。
例えば、上記実施形態の粉末成形方法は、圧粉磁心の製造に用いたが、表面が樹脂でコーティングされた粉末を圧縮成形するものであれば、他の製品の製造に上記実施形態の粉末成形方法を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４６】
３ 上型
４ 下型
１０ 成形体
１１ リアクトル
２４ 鉄珪素合金粉末（軟磁性金属粉末の一例）
２７ シリコーン被膜層
２８ 圧粉磁心用粉末（粉末材料の一例）
Ｓ 成形空間
Ｆ１ 第１の加圧力
Ｆ２ 第２の加圧力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形方法、圧粉磁心を製造する圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心、及び、その圧粉磁心を用いたリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、外型を挟んで上下に上型と下型を配置した成形機が知られている。成形機は、外型と下型との間に形成される成形空間に金属粉末を供給された後、上型を下降させて金属粉末を圧縮して成形体を成形し、その後、上型と下型とで成形体を挟み込んで成形体に圧力を加えた状態で、成形体を成形空間から抜き出し、さらにその後に、上型を上昇させて成形体を取り出せるようにする。金属粉末の圧縮成形時には、成形体に大きな内部応力が発生するため、成形体を成形空間から抜き出す場合に、上型と下型とで成形体を保持することにより、成形体に発生した内部応力を緩やかに開放し、クラック等が成形体に生じることを防止する（例えば特許文献１及び特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７７０９９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４５２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リアクトルのコア等に適用される圧粉磁心は、鉄損を小さくするために、珪素合金粉末や、珪素浸透層が表面に形成された軟磁性金属粉末を絶縁性のある樹脂でコーティングした圧粉磁心用粉末を圧縮成形する。この圧粉磁心用粉末を従来の粉末成形方法により圧縮成形した成形体は、普通の焼結部品に用いられる金属粉末を従来の粉末成形方法により圧縮成形した成形体と比較して強度が低く、例えば、当該成形体を熱処理した製品をインサート成形する場合に、樹脂成形型を締める力によって亀裂が入ることがあった。
【０００５】
その理由について、発明者らは、次のように考えている。
従来の粉末成形方法は、上型と下型とで加圧しながら成形材を成形空間から抜き出した後、成形体を上型と下型との間で０秒〜０．５秒保持し、その後、上型を上昇させて成形体への加圧を解除していた。
一般的な金属粉末は、形状が複雑であるため、上型と下型との間で圧縮されると、粉末同士が絡み合いやすく、その結果、圧縮成形後に上型と下型との間で０秒〜０．５秒成形体を保持するだけでも、強度が得られる。
【０００６】
それに対して、圧粉磁心用粉末は、鉄損を小さくするために、粉末成形時の粉末の変形でコーティング樹脂膜が破れにくいように、略球状にされている。また、圧粉磁心用粉末は、そもそも珪素合金粉末が硬い粉末であったり、浸珪処理時の加熱等によって、軟磁性金属粉末が硬くなっている。更に、圧粉磁心用粉末は、粉末間の絶縁性を確保して渦電流の発生を抑制するために、表面が絶縁性のある樹脂でコーティングされている。そのため、圧粉磁心用粉末は、圧縮成形時に一般的な金属粉末と同じ圧力を与えられても、粉末同士が絡み合いにくく、一般的な金属粉末の圧縮成形時に対して１．５倍〜３倍程度もの圧力を加えられて圧縮される必要があった。このような樹脂コーティングされた粉末を原料とする圧粉磁心製品の強度は、製品の粉末粒子間に形成される樹脂膜の強度に大きく依
存すると考えられる。
【０００７】
圧縮成形時には、外型が成形圧力を受けて成形面を変形させる。この状態では、成形体を成形空間から抜き出すのが困難であるため、成形圧力を減圧してから上型と下型の間で成形体を保持した状態で成形体を成形空間から抜き出す。ところが、上述したように、圧粉磁心用粉末を圧縮成形する場合の成形圧力が、一般的な金属粉末の圧縮成形時の成形圧力に対して１．５倍〜３倍程度に高く設定されるため、圧粉磁心用粉末を圧縮成形する場合に外型が弾性変形する変形量は、一般的な金属粉末を圧縮成形する場合と比較して大きくなる。そのため、圧粉磁心用粉末を圧縮成型する成形圧力を、成形体の焼き付きを防止するように減圧すると、外型の変形戻り量が一般的な金属粉末を成形する場合と比較して大きくなる。これにより、圧粉磁心用粉末の成形体には、一般的な金属粉末の成形体にかかることのない力が、成形体の抜き出し工程時に作用する。この力は、圧粉磁心用粉末の成形体を成形空間から抜き出す際に成形体を変形させ、粉末粒子間の樹脂膜は、このときいったん破壊され、粉末同士の絡み合いを弱める。この影響は、上型と下型とで０秒〜０．５秒成形体を保持し、その後、上型を成形体から離間させる従来の粉末成形方法をとったとしても、解消しない。この結果、従来の圧粉磁心の製造方法で製造された圧粉磁心（成形体）は、強度が低くなると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、製品強度を向上させることができる粉末成形方法、圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心及びその圧粉磁心を用いたリアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る粉末成形方法は、金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある粉末材料を圧縮成形する粉末成形方法であって、成形空間に供給された前記粉末材料を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、を有する。
上記構成の粉末成形方法は、前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されていることが好ましい。特に、前記金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上であることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法は、軟磁性金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある圧粉磁心用粉末を圧縮成形して、圧粉磁心を製造する圧粉磁心の製造方法であって、成形空間に供給された前記圧粉磁心用粉末を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、を有する。
上記構成の圧粉磁心の製造方法は、前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されていることが好ましい。特に、前記軟磁性金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上であることが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る圧粉磁心は、上記圧粉磁心の製造方法により製造されている。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るリアクトルは、上記圧粉磁心を適用している。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様の発明では、成形空間に供給された粉末材料（圧粉磁心用粉末）は、互いに絡み合っていない状態である。第１の加圧力で粉末材料（圧粉磁心用粉末）を加圧すると、粉末材料（圧粉磁心用粉末）が押し潰されて変形し、粉末同士が面接触する。これにより、所定形状の成形体が得られる。その後、第１の加圧力より小さい第２の加圧力で成形体を加圧しながら成形体を成形空間から抜き出す。成形空間から抜き出される成形体は、この抜き出される際に発生する成形体の変形により、粉末粒子間の樹脂膜が破壊される。樹脂膜が再度形成されるために、一定の時間が必要と考えられ、この樹脂膜の再生を確実に行わせることにより、粉末間の絡み合いが維持される。よって、上記態様の発明によれば、製品強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係り、成形機の概略構成図である。
【図２】圧粉磁心用粉末の断面を示すイメージ図である。
【図３】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、給粉工程を示す。
【図４】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、圧縮成形工程を示す。
【図５】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、減圧工程を示す。
【図６】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、抜き出し工程を示す。
【図７】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、成形体保持工程を示す。
【図８】圧粉磁心の製造工程を説明する図であって、成形体取り出し工程を示す。
【図９】圧縮成型前における成形空間内の拡大図であって、圧粉磁心用粉末のイメージ図である。
【図１０】圧縮成形後における成形体の拡大図であって、圧粉磁心用粉末のイメージ図である。
【図１１】リアクトルの外観斜視図である。
【図１２】コアの分解斜視図である。
【図１３】比較例１〜４と実施例１〜４における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
【図１４】一般的な金属粉末（Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末）を用いた製品における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る粉末成形方法、圧粉磁心の製造方法、その圧粉磁心の製造方法により製造された圧粉磁心、及び、その圧粉磁心を用いたリアクトルの一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
＜成形機の構成＞
図１は、成形機１の概略構成図である。
図１に示す成形機１は、図２に示す圧粉磁心用粉末２８を外型２と上型３と下型４との間で圧縮して成形体１０（図８参照）を得るものである。外型２には、図中上下方向に貫通する成形孔２ａが形成され、上型３と下型４は、成形孔２ａと同軸上に配置されている。下型４は、定位置に固定されている。外型２と上型３は、駆動手段５により駆動力を付与されて、下型４に対して図中上下方向へ移動するようになっている。駆動手段５は、成形孔２ａの下面開口部を下型４の成形面４ａに位置合わせするように外型２を上昇させ、また、下型４の成形面４ａを成形孔２ａから上方へ突出させるように外型２を下降させる。また、駆動手段５は、上型３を成形孔２ａ内に下降させて、成形孔２ａの内壁と成形面３ａ，４ａとにより形成される成形空間Ｓに充填された圧粉磁心用粉末２８（図２参照）を加圧する圧力を調整する。
【００１６】
＜圧粉磁心用粉末の構成＞
図２は、圧粉磁心用粉末２８の断面を示すイメージ図である。
図２に示すように、圧粉磁心用粉末２８は、表面がシリコーン被膜層２７でコーティングされている。
【００１７】
図２に示す鉄珪素合金粉末２４は、エタノールにシリコーン樹脂を溶解させた液に投入され、攪拌される。鉄珪素合金粉末２４を所定時間攪拌したら、更にエタノールを蒸発させながら攪拌し、シリコーン樹脂を鉄珪素合金粉末２４の表面に固着させる。これにより、表面が厚さ数ｎｍのシリコーン被膜層２７で覆われた圧粉磁心用粉末２８（図２参照）が製造される。尚、この鉄珪素合金粉末２４の表面を樹脂でコーティングするコーティング方法は、単なる一例であって、これ以外のコーティング方法を用いても良いことは言うまでもない。
このようにして製造された圧粉磁心用粉末２８は、形状、粒径、鉄珪素合金粉末２４の純度等が一定の基準に管理される。
【００１８】
＜圧粉磁心の製造方法（粉末成形方法）＞
図３〜図８は、圧粉磁心の製造工程を説明する図である。図９は、圧縮成型前における成形空間Ｓ内の拡大図であって、圧粉磁心用粉末２８のイメージ図である。図１０は、圧縮成形後における成形体１０の拡大図であって、圧粉磁心用粉末２８のイメージ図である。
Ａ．給粉工程
図３に示すように、成形機１は、成形孔２ａの内壁と上型３の成形面３ａと下型４の成形面４ａに、高級脂肪酸潤滑剤（例えば、水に分散したステアリン酸リチウムの１％溶液）が塗布される。成形機１は、下型４の成形面４ａに成形孔２ａの下面開口部を位置合わせするように、外型２を上昇させる。また、成形機１は、上型３を成形孔２ａの上面開口部より上方まで上昇させ、成形孔２ａの内壁と成形面４ａにより、上方に開放された成形空間Ｓを形成する。この状態で、成形空間Ｓに圧粉磁心用粉末２８を充填する。
【００１９】
図９に示すように、成形空間Ｓに充填された圧粉磁心用粉末２８は、球形状をなし、互いに点接触している。
【００２０】
Ｂ．圧縮成形工程
そして、図４に示すように、上型３が設定位置まで下降する。これにより、成形空間Ｓ内の圧粉磁心用粉末２８は、成形面３ａ，４ａと成形孔２ａの内壁との間で圧縮され、成形体１０が得られる。このとき、成形温度は、高級脂肪酸系潤滑剤と圧粉磁心用粉末２８との反応に適した温度に管理され、例えば、１００℃〜２００℃に管理される。上型３が圧粉磁心用粉末２８に与える第１の加圧力Ｆ１は、高級脂肪酸系潤滑剤や圧粉磁心用粉末の材料、外型２・上型３・下型４の材質、成形空間Ｓの内面形状等を検討して適宜定められる。本実施形態では、第１の加圧力Ｆ１は、圧粉磁心用粉末２８が、球形状で硬く、表面をシリコーン被膜層２７でコーティングされていることを考慮して、一般的な金属粉末を圧縮成形する場合の成形圧力に対して１．５倍〜３倍程度の範囲の設定圧力に設定される。例えば、一般的な金属粉末に作用させる成形圧力が４００Ｍｐａ以上７００ＭＰａ以下の範囲内で設定される場合、圧粉磁心用粉末に作用させる第１の加圧力Ｆ１は、一般的な金属粉末に作用させる成形圧力の１．５倍〜３倍程度である６００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下の範囲内で設定することが望ましい。
【００２１】
図１０に示すように成形空間Ｓの圧粉磁心用粉末２８は、第１の加圧力Ｆ１を受けて押し潰され、球形状から変形して互いに面接触する。このとき、圧粉磁心用粉末２８は、面接触する部分が圧着されて互いに絡み合い、塑性変形して成形体１０を構成する。
【００２２】
図４に示すように、外型２は、成形体１０を介して第１の加圧力Ｆ１が成形孔２ａの内壁に作用する。第１の加圧力Ｆ１が、一般的な金属を圧縮成形する通常の場合の１．５倍〜３倍程度となる高圧であるため、外型２は、成形孔２ａの内壁が外向きに弾性変形する量が、一般的な金属粉末を圧縮成形する場合と比較して大きくなる。
【００２３】
Ｃ．減圧工程
そして、図５に示すように、成形機１は、上型３が成形体１０を加圧する第１の加圧力Ｆ１を、第２の加圧力Ｆ２に減圧する。例えば、第２の加圧力Ｆ２は、成形体１０の抜き出し時に成形体１０が成形空間Ｓの内面に焼き付くことを防止しうる圧力に設定される。より具体的には、成形孔２ａの内壁が元の形状近くに戻るように、上型３が成形体１０に与える圧力を減圧する。本実施形態では、第２の加圧力Ｆ２は、圧縮成形時の成形圧力の１％以上２０％以下の範囲内の圧力に設定される。
【００２４】
上型３が成形体１０に与える圧力を減圧すると、成形体１０を介して第２の加圧力Ｆ２が作用する成形孔２ａの内壁が圧縮成形前の状態近くに戻る。成形孔２ａが元の形状に戻る力と、成形体１０の圧粉磁心用粉末２８が持つ弾性力により、圧粉磁心用粉末２８は、上型３を持ち上げるように弾性変形しようとする。しかし、この場合、上型３が成形体１０に第２の加圧力Ｆ２を付与している。そのため、圧粉磁心用粉末２８は、弾性変形量が制限され、図１０に示すように互いに面接触して絡み合った状態が維持される。
【００２５】
外型２は、図４に示すように、圧縮成形工程時における成形孔２ａの内壁の弾性変形量が、一般の金属粉末を圧縮成形する通常の場合と比較して大きいため、図５に示すように、減圧工程において第１の加圧力Ｆ１が第２の加圧力Ｆ２に減圧されると、成形孔２ａの弾性変形した内壁の戻り量が、一般の金属粉末を成形する場合と比較して大きくなる。そのため、成形空間Ｓの成形体１０には、一般の金属粉末の成形時には成形体にかかることのない力が作用する。しかし、圧粉磁心用粉末２８の成形体１０は、第２の加圧力Ｆ２が作用するように成形空間Ｓの内壁（成形孔２ａの内壁、上型３の成形面３ａ、下型４の成形面４ａ）に挟み込まれて保持されている。そのため、成形体１０は、図１０に示すように、圧粉磁心用粉末２８が互いに密着し続け、またシリコーン被膜層２７が鉄珪素合金粉末２４から剥がれることがなく、絡み合った状態を維持する。
【００２６】
Ｄ．抜き出し工程
そして、図６に示すように、下型４の成形面４ａを成形孔２ａの上面開口部から突き出すように、外型２を下降させる。成形孔２ａの内壁には、高級脂肪酸系潤滑剤が塗布されており、また、減圧工程において成形体１０に作用する圧力が減圧されているため、成形体１０は、外型２の下降に伴い、成形孔２ａの内壁に焼き付くことなく成形空間Ｓから抜き出される。
【００２７】
Ｅ．成形体保持工程
そして、図７に示すように、成形機１は、成形体１０を成形空間Ｓから抜き出した後も、上型３により成形体１０に第２の加圧力Ｆ２を作用させ続ける。成形体１０は、上型３と下型４の間で所定の保持時間保持される。例えば、平均粒径が１５０μｍ〜２１２μｍで、シリコーン被膜層２７の厚さが数ｎｍである圧粉磁心用粉末２８を適用した成形体１０は、上型３と下型４の間で２秒以上保持されることが好ましい。
【００２８】
上型３と下型４との間で保持される成形体１０は、成形空間Ｓから抜き出される際に変形する。この変形により、粉末粒子間のシリコーン被膜は、いったん破壊される部分が発生するが、保持する間に樹脂膜が再生するために、強度が保たれる。
【００２９】
Ｆ．成形体取り出し工程
そして、所定の保持時間が経過したら、図８に示すように、上型３を上昇させて成形体１０から引き離す。成形体１０は、成形体保持工程において、シリコーン被膜が再生されているため、上型３による第２の加圧力Ｆ２を解除しても、圧粉磁心用粉末２８同士の絡み合いが弱められず、製品強度が維持される。
【００３０】
Ｇ．復帰工程
そして、成形体１０を上型３と下型４の間から取り出したら、外型２を上昇させ、図３に示す位置に復帰させる。
【００３１】
Ｈ．後処理工程
成形機１から取り出された成形体１０は、内部に発生した歪みを解消したり硬度を高めるために、熱処理が施される。
【００３２】
＜リアクトルの構成＞
図１１は、リアクトル１１の外観斜視図である。
上記圧粉磁心用粉末の成形方法は、リアクトル１１に適用される。リアクトル１１は、コア１２と、ボビン１４と、ボビン１４の外周に形成されたコイル１３とを有する。コア１２は、樹脂部材１５で包囲され、樹脂部材１５に塗布した接着剤１６を介して冷却器１７に固定されている。このようなリアクトル１１は、コイル１３に通電した場合にコア１２に発生する熱が、樹脂部材１５を介して冷却器１７へ逃がされる。このリアクトル１１は、例えば、ハイブリッド車のモータ用変圧回路に配置される。
【００３３】
図１２は、コア１２の分解斜視図である。
コア１２は、２個の円弧コア１２ａと、４個の直方体コア１２ｂと、厚さ１．６ｍｍのセラミクス製ギャップ１２ｃとからなる。円弧コア１２ａは、上記圧粉磁心の製造方法を適用して製造された後、インサート成形により樹脂部材１５でモールドされる。円弧コア１２ａは、上記圧粉磁心の製造方法により製品強度が確保されているため、インサート成形時に樹脂成形型を型締めする力を受けても、亀裂が入らない。円弧コア１２ａと直方体コア１２ｂとギャップ１２ｃは、接着剤を介して接着されて一体化される。
【実施例】
【００３４】
＜実施例と比較例の成形条件＞
実施例と比較例は、シリコーン樹脂でコーティングされた圧粉磁心用粉末を適用して、次のように製造される。
鉄珪素合金粉末の表面をシリコーン樹脂でコーティングされた圧粉磁心用粉末を、成形機の成形空間に供給し、２０００ＭＰａの成形圧力を圧粉磁心用粉末に与え、圧粉磁心用粉末を圧縮成形する。その後、２０００ＭＰａの成形圧力を４０ＭＰａの成形体保持用圧力に減圧した後、成形体保持用圧力を付加しながら成形体を成形空間から抜き出す。成形体は、成形空間から抜き出された後、成形体保持用圧力を付加された状態で所定の保持時間保持される。所定の保持時間が経過すると、成形体は、成形機から取り出され、熱処理が施される。
【００３５】
上記成形体の製造手順において、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．１秒に設定したものを比較例１、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．３秒に設定したものを比較例２、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．５秒に設定したものを比較例３、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１秒に設定したものを比較例４とする。
また、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を２秒に設定したものを実施例１、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を３秒に設定したものを実施例２、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を４秒に設定したものを実施例３、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１０秒に設定したものを実施例４とする。
【００３６】
＜実施例における比強度と成形体保持時間との関係＞
図１３は、比較例１〜４と実施例１〜４における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
比強度は、比較例１〜４及び実施例１〜４に荷重をかけ、比較例１〜４及び実施例１〜４が折れたときの荷重を測定することにより、調べた。
【００３７】
比較例１の比強度は、１００であった。比較例２の非強度は、９９であった。比較例３の比強度は、１０１であった。比較例４の比強度は、１０３であった。
一方、実施例１，２の比強度は、１０８であった。実施例３の比強度は、１１０であった。実施例４の比強度は、１０９であった。
【００３８】
以上の実験結果より、実施例１〜４の比強度は、比較例１〜４の比強度に対して、７〜９％向上することが分かった。つまり、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を２秒以上に設定することにより、成形体の比強度が７％以上向上することが分かった。そして、保持時間を２秒を超えて設定しても、成形体の比強度は、保持時間を２秒に設定した場合と殆ど変わらないことが判明した。従って、成形体の保持時間は、少なくとも２秒に設定することが好ましい。
【００３９】
＜一般的な金属粉末を用いた成形体について＞
一般的な金属粉末を用いた成形体は、次のように製造される。
比較的形状が複雑なＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末（一般的な金属粉末の一例）を成形機の成形空間に供給し、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末に５００ＭＰａの成形圧力を与えて、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末を圧縮成形する。その後、成形圧力を保持用圧力２０ＭＰａに切り替えた後に、成形体を成形空間から抜き出す。成形体は、成形空間から抜き出された後、保持用圧力を付加された状態で所定の保持時間保持される。所定の保持時間が経過すると、成形体は、成形機から取り出され、熱処理が施される。
【００４０】
成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．１秒に設定したものを比較例１１、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．３秒に設定したものを比較例１２、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を０．５秒に設定したものを比較例１３、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１秒に設定したものを比較例１４、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を３秒に設定したものを比較例１５、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を５秒に設定したものを比較例１６、成形空間から抜き出された成形体を保持する保持時間を１０秒に設定したものを比較例１７とする。
【００４１】
＜一般的な金属粉末を用いた成形体における比強度と成形体の保持時間との関係＞
図１４は、一般的な金属粉末（Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末）を用いた製品における比強度と成形体の保持時間との関係を示す図である。
比強度は、比較例１１〜１７に荷重をかけ、比較例１１〜１７が折れたときの荷重を測定することにより、調べた。
【００４２】
比較例１１の比強度は、１００であった。比較例１２の比強度は、１０１であった。比較例１３の比強度は、約１００であった。比較例１４の比強度は、９９であった。比較例１５の比強度は、１０１であった。比較例１６の比強度は、約９９であった。比較例１７の比強度は、１０１であった。
【００４３】
上記実験結果より、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末を用いた成形体は、成形空間から抜き出した成形体の保持時間にかかわらず、比強度が１００前後であった。これは、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末が、複雑な形状をしており、圧縮成形時に絡み合いやすく、熱処理時に粉末同士の焼結が進むため、成形体の保持時間と関係なく、製品強度が得られるからであると考えられる。
【００４４】
尚、発明者は、成形体におけるＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末の密度と引っ張り強度との関係を調べたところ、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末の密度が高くなるにつれて、引っ張り強度が上昇することを確認した。この結果より、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末では、圧縮成型時における成形体の保持時間よりも、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系金属粉末の密度の方が製品強度と相関関係があることが分かった。
【００４５】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、下型４を固定し、上型３と外型２を下型４に対して上下方向へ移動させるようにしたが、例えば、外型２を固定して上型３と下型４を外型２に対して上下方向へ移動させるなど、成形体を抜き出す場合の金型の動作は適宜設定できる。
例えば、上記実施形態の粉末成形方法は、圧粉磁心の製造に用いたが、表面が樹脂でコーティングされた粉末を圧縮成形するものであれば、他の製品の製造に上記実施形態の粉末成形方法を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４６】
３ 上型
４ 下型
１０ 成形体
１１ リアクトル
２４ 鉄珪素合金粉末（軟磁性金属粉末の一例）
２７ シリコーン被膜層
２８ 圧粉磁心用粉末（粉末材料の一例）
Ｓ 成形空間
Ｆ１ 第１の加圧力
Ｆ２ 第２の加圧力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある粉末材料を圧縮成形する粉末成形方法であって、
成形空間に供給された前記粉末材料を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、
前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、
前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、
を有することを特徴とする粉末成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載する粉末成形方法において、
前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されている
ことを特徴とする粉末成形方法。
【請求項３】
請求項２に記載する粉末成形方法において、
前記金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上である
ことを特徴とする粉末成形方法。
【請求項４】
軟磁性金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある圧粉磁心用粉末を圧縮成形して、圧粉磁心を製造する圧粉磁心の製造方法であって、
成形空間に供給された前記圧粉磁心用粉末を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、
前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、
前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、
を有することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載する圧粉磁心の製造方法において、
前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されている
ことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載する圧粉磁心の製造方法において、
前記軟磁性金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上である
ことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６の何れか１つに記載する圧粉磁心の製造方法で製造されていることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項８】
請求項７に記載する圧粉磁心を適用していることを特徴とするリアクトル。
【請求項１】
金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある粉末材料を圧縮成形する粉末成形方法であって、
成形空間に供給された前記粉末材料を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、
前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、
前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、
を有することを特徴とする粉末成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載する粉末成形方法において、
前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されている
ことを特徴とする粉末成形方法。
【請求項３】
請求項２に記載する粉末成形方法において、
前記金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上である
ことを特徴とする粉末成形方法。
【請求項４】
軟磁性金属粉末の表面を樹脂でコーティングしてある圧粉磁心用粉末を圧縮成形して、圧粉磁心を製造する圧粉磁心の製造方法であって、
成形空間に供給された前記圧粉磁心用粉末を第１の加圧力で加圧し、成形体を得る圧縮成形工程と、
前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で前記成形体を加圧しながら、前記成形体を前記成形空間から抜き出す抜き出し工程と、
前記成形空間から抜き出した前記成形体を前記第２の加圧力で加圧し続けて保持する成形体保持工程と、
を有することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載する圧粉磁心の製造方法において、
前記成形空間から抜き出した成形体を保持する保持時間が、いったん破壊した粉末粒子間の樹脂膜を再度形成させるのに必要な時間に設定されている
ことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載する圧粉磁心の製造方法において、
前記軟磁性金属粉末が鉄珪素合金粉末であり、前記樹脂がシリコーンである場合、前記保持時間が、２秒以上である
ことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６の何れか１つに記載する圧粉磁心の製造方法で製造されていることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項８】
請求項７に記載する圧粉磁心を適用していることを特徴とするリアクトル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４１４５５（Ｐ２０１１−２４１４５５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５８１６（Ｐ２０１０−１１５８１６）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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