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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-02
(45)【発行日】2024-09-10
(54)【発明の名称】成形部材及びアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
C23C 28/00 20060101AFI20240903BHJP
B22F 3/24 20060101ALI20240903BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240903BHJP
H01F 3/08 20060101ALI20240903BHJP
C22C 33/02 20060101ALI20240903BHJP
【ＦＩ】
C23C28/00 C
B22F3/24 102Z
C22C38/00 303S
H01F3/08
C22C33/02 A
C22C33/02 M
C22C38/00 304
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020117380
(22)【出願日】2020-07-07
(65)【公開番号】P2022014818
(43)【公開日】2022-01-20
【審査請求日】2023-06-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000004455
【氏名又は名称】株式会社レゾナック
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松本 駿
(72)【発明者】
【氏名】近藤 宏明
【審査官】菅原 愛
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－２３２０１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１６７９１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２３６０７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３３２５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０２０８７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２６０１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２７０２０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０４９２８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ ２８／００
Ｂ２２Ｆ ３／２４
Ｃ２２Ｃ ３８／００
Ｈ０１Ｆ ３／０８
Ｃ２２Ｃ ３３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性を有する本体部と、前記本体部上に形成され、平均厚さが２．０μｍ以上５．０μｍ以下である犠牲層と、
前記犠牲層上に形成され、前記犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層と、
を備え、
前記本体部は鉄元素を含み、
前記犠牲層はＺｎを含み、
前記耐食層はＣｒを含む成形部材。
【請求項2】
前記耐食層の平均厚さは０．２μｍ～１．０μｍである請求項１に記載の成形部材。
【請求項3】
前記本体部は、鉄元素及びケイ素元素を含む焼結体を備える請求項１又は請求項２に記載の成形部材。
【請求項4】
ヨーク又はアーマチャであり、成形部材がヨークである場合にアーマチャと対面する部分の少なくとも一部に前記犠牲層及び前記耐食層を備え、成形部材がアーマチャである場合にヨークと対面する部分の少なくとも一部に前記犠牲層及び前記耐食層を備える請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の成形部材。
【請求項5】
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の成形部材を備えるアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成形部材及びアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
焼結体を製造する方法として、原料の金属粉末を金型に充填して作製した成形体を熱処理し、金属粉末を焼結させる方法（粉末冶金）が知られている。粉末冶金は同じ形状の製品を大量に製造するのに適しており、種々な形状及び材質の焼結体を製造する方法として採用されている。例えば、特許文献１には鉄元素を含む軟磁性原料粉末及びＳｉ粉末を用い、所望の形状に圧粉成形し、得られた成形体を焼結することで焼結軟磁性部材を製造することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００５－０６０８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
粉末冶金により製造した焼結体を車載部品等に用いる場合、焼結体の表面に耐食性を付与するためにメッキ処理、化成皮膜、スプレー処理等の表面処理を行うことが一般的である。例えば、焼結体の表面に亜鉛等をメッキ処理して犠牲層を形成し、犠牲層上にクロメート処理等により耐食層を形成する。しかし、焼結体の表面に犠牲層及び耐食層を形成した場合、焼結体の表面が磁極面として機能する際にこれらの層が磁気ギャップとなるため、磁気特性の低下につながるという問題がある。
【0005】
本開示は上記事情に鑑み、磁気特性及び耐食性に優れる成形部材、及びこれを備えるアクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞ 磁性を有する本体部と、
前記本体部上に形成され、平均厚さが５．０μｍ以下である犠牲層と、
前記犠牲層上に形成され、前記犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層と、
を備える成形部材。
＜２＞ 前記犠牲層は、Ｚｎ、Ａｌ及びＭｇからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含む＜１＞に記載の成形部材。
＜３＞ 前記耐食層は、Ｃｒ、Ｍｏ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含む＜１＞又は＜２＞に記載の成形部材。
＜４＞ 前記犠牲層の平均厚さは２．０μｍ以上である＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜５＞ 前記耐食層の平均厚さは０．２μｍ～１．０μｍである＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜６＞ 前記本体部は、鉄元素及びケイ素元素を含む焼結体を備える＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜７＞ ヨーク又はアーマチャであり、
成形部材がヨークである場合にアーマチャと対面する部分の少なくとも一部に前記犠牲層及び前記耐食層を備え、成形部材がアーマチャである場合にヨークと対面する部分の少なくとも一部に前記犠牲層及び前記耐食層を備える＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜８＞ ＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の成形部材を備えるアクチュエータ。
＜１＞ 磁性を有する本体部と、
前記本体部上に形成され、平均厚さが５．０μｍ以下である犠牲層と、
前記犠牲層上に形成され、前記犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層と、
を備える成形部材。
＜２＞ 前記犠牲層は、Ｚｎ、Ａｌ及びＭｇからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含む＜１＞に記載の成形部材。
＜３＞ 前記耐食層は、Ｃｒ、Ｍｏ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含む＜１＞又は＜２＞に記載の成形部材。
＜４＞ 前記犠牲層の平均厚さは２．０μｍ以上である＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜５＞ 前記耐食層の平均厚さは０．２μｍ～１．０μｍである＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜６＞ 前記本体部は、鉄元素及びケイ素元素を含む焼結体を備える＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜７＞ ヨーク又はアーマチャであり、
成形部材がヨークである場合にアーマチャと対面する部分の少なくとも一部に前記犠牲層及び前記耐食層を備え、成形部材がアーマチャである場合にヨークと対面する部分の少なくとも一部に前記犠牲層及び前記耐食層を備える＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の成形部材。
＜８＞ ＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の成形部材を備えるアクチュエータ。
【0007】
本開示によれば、磁気特性及び耐食性に優れる成形部材、及びこれを備えるアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の成形部材の一例であるヨークの上面図である。
【図3】実施例１で製造したヨークの摺動面における、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた断面観察図である。
【図5】表面処理なし、実施例１及び比較例１における磁気特性の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
【0010】
本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
【0011】
〔成形部材〕
本開示の成形部材は、磁性を有する本体部と、前記本体部上に形成され、平均厚さが５．０μｍ以下である犠牲層と、前記犠牲層上に形成され、前記犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層と、を備える。
本開示の成形部材は、磁性を有する本体部と、前記本体部上に形成され、平均厚さが５．０μｍ以下である犠牲層と、前記犠牲層上に形成され、前記犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層と、を備える。
【0012】
車載部品等に使用される従来の成形部材では、磁性を有する本体部に耐食性を付与するためにメッキ処理、化成皮膜、スプレー処理等の表面処理を行うことが一般的である。例えば、本体部の表面に亜鉛等をメッキ処理して犠牲層を形成し、犠牲層上にクロム等を用いて耐食層を形成する場合、本体部を保護する点から犠牲層を１０μｍ程度と比較的厚く形成し、耐食層を０．１μｍ程度と比較的薄く形成していた。従来の成形部材では、本体部の表面が磁極面として機能する際に磁気特性が低くなるという問題がある。
【0013】
一方、本開示の成形部材は、磁気特性及び耐食性に優れる。この理由は例えば以下のように推測される。本体部上に形成された犠牲層の平均厚さが５．０μｍ以下であることにより、本体部の表面が磁極面として機能する際に犠牲層の磁気ギャップとしての影響が緩和されるため磁気特性の低下が抑制される。さらに、犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率が０．１以上であることにより、成形部材の耐食性に優れ、さらに、前述の比率が０．２以下であることにより、耐食層の磁気ギャップとしての影響が緩和されるため磁気特性の低下が抑制される。
【0014】
本開示の成形部材は、電子部品、機械部品、自動車部品等として用いられる磁性部材であり、好ましくはヨーク又はアーマチャである。成形部材がヨークである場合、アーマチャと対面する部分の少なくとも一部に犠牲層及び耐食層を備えることが好ましく、アーマチャと接触する部分に犠牲層及び耐食層を備えることがより好ましい。成形部材がアーマチャである場合、ヨークと対面する部分の少なくとも一部に犠牲層及び耐食層を備えることが好ましく、ヨークと接触する部分に犠牲層及び耐食層を備えることがより好ましい。
【0015】
（本体部）
本開示の成形部材は、磁性を有する本体部を備える。本体部は、鉄元素を含む成形体、鉄元素及びケイ素元素を含む成形体等が挙げられ、鉄元素を含む焼結体又は鉄元素及びケイ素原子を含む焼結体を備えることが好ましい。鉄元素及びケイ素原子を含む焼結体は、例えば、ケイ素元素及び鉄元素を含む粉末を金型内に充填し、加圧して成形体とし、この成形体を焼結することにより得られる。成形体を焼結するときの熱処理温度、熱処理時間等の条件は特に限定されず、成形体の大きさ、形状等、成形体を構成する粉末の種類などに応じて設定すればよい。
本開示の成形部材は、磁性を有する本体部を備える。本体部は、鉄元素を含む成形体、鉄元素及びケイ素元素を含む成形体等が挙げられ、鉄元素を含む焼結体又は鉄元素及びケイ素原子を含む焼結体を備えることが好ましい。鉄元素及びケイ素原子を含む焼結体は、例えば、ケイ素元素及び鉄元素を含む粉末を金型内に充填し、加圧して成形体とし、この成形体を焼結することにより得られる。成形体を焼結するときの熱処理温度、熱処理時間等の条件は特に限定されず、成形体の大きさ、形状等、成形体を構成する粉末の種類などに応じて設定すればよい。
【0016】
磁性を有する本体部は、鉄元素及びケイ素元素以外のその他の元素を含んでいてもよい。その他の元素としては、特に限定されず、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｗｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｄ等の金属元素、Ｐ、Ｏ等の非金属元素などが挙げられる。その他の元素は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。
【0017】
本体部の形状としては、特に限定されず、例えば、電子部品、機械部品、自動車部品等の形状が挙げられる。
【0018】
本体部が前述の焼結体である場合、焼結体は必要に応じて、焼結後の後処理が施されてもよい。後処理としては、研磨処理、切削処理、焼結体の表面にリン元素を含有する皮膜等を形成する皮膜形成処理などが挙げられる。
【0019】
（犠牲層）
本開示の成形部材は、本体部上に形成され、平均厚さが５．０μｍ以下である犠牲層を備える。犠牲層は、犠牲層が損傷し本体部の表面が露出した場合に、本体部よりも先に腐食して本体部の腐食を抑制する層である。
本開示の成形部材は、本体部上に形成され、平均厚さが５．０μｍ以下である犠牲層を備える。犠牲層は、犠牲層が損傷し本体部の表面が露出した場合に、本体部よりも先に腐食して本体部の腐食を抑制する層である。
【0020】
犠牲層の平均厚さは、本体部の表面を保護する点から、２．０μｍ以上であることが好ましく、成形部材の磁気特性及び本体部の表面保護のバランスの点から、２．５μｍ～４．５μｍであることが好ましく、３．０μｍ～４．５μｍであることがより好ましい。
【0021】
本開示において、平均厚さとは、断面観察によって、無作為に選ばれた５箇所の厚さの平均値を意味する。
【0022】
犠牲層は、Ｚｎ、Ａｌ及びＭｇからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むことが好ましく、本体部が鉄元素を含む場合に、Ｚｎを含むことがより好ましい。犠牲層は、１種の元素を含んでいてもよく、２種以上の元素を含んでいてもよい。
【0023】
本体部上に犠牲層を形成する方法は特に限定されず、犠牲層に含まれる金属に応じて適宜選択すればよい。例えば、Ｚｎを含む層を犠牲層として形成する場合、メッキ処理が挙げられる。
【0024】
（耐食層）
本開示の成形部材は、犠牲層上に形成され、犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層を備える。犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率は、耐食性と磁気特性とのバランスの点から、０．１５～０．２であることが好ましい。
本開示の成形部材は、犠牲層上に形成され、犠牲層の平均厚さに対する平均厚さの比率が０．１～０．２である耐食層を備える。犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率は、耐食性と磁気特性とのバランスの点から、０．１５～０．２であることが好ましい。
【0025】
耐食層の平均厚さは、耐食性と磁気特性とのバランスの点から、０．２μｍ～１．０μｍであることが好ましく、０．５μｍ～０．７５μｍであることがより好ましい。
【0026】
耐食層は、Ｃｒ、Ｍｏ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むことが好ましく、耐食性の点からＣｒを含むことがより好ましい。
【0027】
犠牲層上に耐食層を形成する方法は特に限定されず、耐食層に含まれる金属に応じて適宜選択すればよい。例えば、Ｃｒを含む層を耐食層として形成する場合、クロメート処理が挙げられる。
【0028】
本開示の成形部材では、犠牲層及び耐食層の合計の平均厚さは、２．２μｍ～６．０μｍであってもよく、３．５μｍ～５．０μｍであってもよい。
【0029】
【0030】
図１及び図２に示すように、ヨーク１０は、円筒状の本体部１と、犠牲層２と、耐食層３と、を備える。ヨーク１０は、鉛直方向上側から見て中央に第１の貫通孔４を有し、第１の貫通孔の周囲に溝５を有している。アーマチャと対面する円筒状の本体部１の鉛直方向上側の表面には、下側から順に犠牲層２及び耐食層３が形成されている。また、円筒状の本体部１の側面に犠牲層及び耐食層が形成されていてもよい。
【0031】
本開示のアクチュエータは、前述の本開示の成形部材を備える。例えば、本開示のアクチュエータは、ヨーク及びアーマチャを備え、さらに、ヨークのアーマチャと対面する部分の少なくとも一部に前述の犠牲層及び前述の耐食層を備える構成、及び、アーマチャのヨークと対面する部分の少なくとも一部に前述の犠牲層及び前述の耐食層を備える構成の少なくとも一方を満たすことが好ましい。
【実施例】
【0032】
以下、実施例に基づき上記実施形態をさらに詳細に説明する。なお、本開示は以下の実施例によって限定されるものではない。
【0033】
＜実施例１＞
下記に示す組成の粉末を金型に充填し、加圧して図１及び図２に示す形状の成形体を作製した。
（粉末の組成）
Ｆｅ・・・９３質量％～９７質量％
Ｓｉ・・・１質量％～３質量％
Ｐ・・・１質量％～３質量％
下記に示す組成の粉末を金型に充填し、加圧して図１及び図２に示す形状の成形体を作製した。
（粉末の組成）
Ｆｅ・・・９３質量％～９７質量％
Ｓｉ・・・１質量％～３質量％
Ｐ・・・１質量％～３質量％
【0034】
得られた成形体を、トンネル炉で熱処理（最高到達温度：１０００℃～１２００℃）を行い、焼結体を作製した。
【0035】
【0036】
実施例１にて犠牲層の平均厚さは、３．０μｍであり、耐食層の平均厚さは、０．５μｍであり、犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率が０．１７であった。
図３は、実施例１で製造したヨークの摺動面における、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた断面観察図であり、図４は、図３におけるＡ部の拡大図である。
図３は、実施例１で製造したヨークの摺動面における、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた断面観察図であり、図４は、図３におけるＡ部の拡大図である。
【0037】
＜比較例１＞
犠牲層の平均厚さを９．５μｍ、耐食層の平均厚さを０．１μｍに変更し、犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率を０．０１とした以外は実施例１と同様にしてヨークを製造した。
犠牲層の平均厚さを９．５μｍ、耐食層の平均厚さを０．１μｍに変更し、犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率を０．０１とした以外は実施例１と同様にしてヨークを製造した。
【0038】
＜比較例２＞
犠牲層の平均厚さを３．０μｍ、耐食層の平均厚さを０．１μｍに変更し、犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率を０．０３とした以外は実施例１と同様にしてヨークを製造した。
犠牲層の平均厚さを３．０μｍ、耐食層の平均厚さを０．１μｍに変更し、犠牲層の平均厚さに対する耐食層の平均厚さの比率を０．０３とした以外は実施例１と同様にしてヨークを製造した。
【0039】
（磁気特性の評価）
以下のようにして実施例１及び比較例１のヨークの磁気特性を評価した。
擬似ステップ応答による磁気特性の評価を行った。測定の手順を以下に示す。ヨークと対向する部材であるアーマチャの表面処理膜厚は１０μｍ一定とした。
－測定の手順－
１．ヨークに励磁用コイルと検出用コイルからなる計測コイルを挿入
２．アーマチャとヨークは径方向の位置決めを行い加圧密着させる。
３．励磁用コイルにステップ電流を印加し、検出用コイルに誘起された電圧を計測する。
４．計測された誘起電圧を積分して磁束密度に相当する値を算出する。
以下のようにして実施例１及び比較例１のヨークの磁気特性を評価した。
擬似ステップ応答による磁気特性の評価を行った。測定の手順を以下に示す。ヨークと対向する部材であるアーマチャの表面処理膜厚は１０μｍ一定とした。
－測定の手順－
１．ヨークに励磁用コイルと検出用コイルからなる計測コイルを挿入
２．アーマチャとヨークは径方向の位置決めを行い加圧密着させる。
３．励磁用コイルにステップ電流を印加し、検出用コイルに誘起された電圧を計測する。
４．計測された誘起電圧を積分して磁束密度に相当する値を算出する。
【0040】
表面処理なし、実施例１及び比較例１における磁気特性の評価結果を図５に示す。図５に示すように、実施例１は比較例１に対して４０ｍｓ時の磁束密度相当値に１３％の向上が見られた。実施例１について、表面処理を行わないサンプルとは約４％の差が見られた。
【0041】
（耐食性の評価）
以下のようにして実施例１及び比較例１のヨークの耐食性を評価した。
耐食性の評価では、恒温恒湿器（エスペック株式会社、ＰＬ－３Ｋ Ｐ）を用いた。恒温恒湿器を温度６０℃、湿度９５％に設定し、この雰囲気下において７２時間以上放置した。耐食性の評価は７２時間後の外観と試験前後の質量差により行う。試験前後の質量差の結果を表１に示す。
以下のようにして実施例１及び比較例１のヨークの耐食性を評価した。
耐食性の評価では、恒温恒湿器（エスペック株式会社、ＰＬ－３Ｋ Ｐ）を用いた。恒温恒湿器を温度６０℃、湿度９５％に設定し、この雰囲気下において７２時間以上放置した。耐食性の評価は７２時間後の外観と試験前後の質量差により行う。試験前後の質量差の結果を表１に示す。
【0042】
【表1】
【0043】
実施例１は、比較例１及び２に対し、外観が良好であり、さらに耐食性試験前後の質量差が少なく、耐食性が高かった。
【0044】
以上に示すように、実施例１にて製造されたヨークは、比較例１及び２にて製造されたヨークと比較して磁気特性及び耐食性に優れていた。
【符号の説明】
【0045】
１…本体部、２…犠牲層、３…耐食層、４…第１の貫通孔、５…溝、１０…ヨーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
