JP2011157591A - Method for producing powder for dust core and apparatus for producing powder for dust core - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧粉磁心用粉末を製造するための圧粉磁心用粉末製造方法及び圧粉磁心用粉末製造装置に関する。 The present invention relates to a dust core powder manufacturing method and a dust core powder manufacturing apparatus for manufacturing a dust core powder.
圧粉磁心は、軟磁性金属粉末からなる圧粉磁心用粉末をプレス成形したものである。圧粉磁心は、電磁鋼板を積層してなるコア材と比べて、周波数に応じて生じる高周波損失(以下「鉄損」という。)が少ない磁気特性を有していること、形状バリエーションに臨機且つ安価に対応できること、材料費が廉価であること等、多くの利点を有する。このような圧粉磁心は、例えば車両の駆動用モータのステータコアやロータコア、電力変換回路を構成するリアクトルコアなどに適用されている。 The dust core is obtained by press-molding a dust core powder made of soft magnetic metal powder. Compared to the core material made by laminating electromagnetic steel sheets, the dust core has magnetic properties with less high frequency loss (hereinafter referred to as “iron loss”) depending on the frequency, and is suitable for shape variations. It has many advantages such as being able to cope with low cost and low material cost. Such a powder magnetic core is applied to, for example, a stator core and a rotor core of a vehicle drive motor, a reactor core constituting a power conversion circuit, and the like.
例えば、圧粉磁心用粉末101は、図13に示すように、二酸化珪素粉末103を鉄粉102の表面から浸透拡散させ、珪素元素が濃化した珪素浸透層104を鉄粉102の表層に形成する浸珪処理が施されている。浸珪処理は、鉄粉102と二酸化珪素粉末103を攪拌混合して鉄粉102の表面に二酸化珪素粉末103を付着させ、鉄粉102と二酸化珪素粉末103の混合粉を炉に入れる。そして、混合粉を1000℃に加熱する。すると、二酸化珪素粉末103から珪素元素が脱離して鉄粉201の表層に浸透拡散し、珪素浸透層104が形成される。
For example, as shown in FIG. 13, the
鉄粉102の中心部まで珪素元素を浸透させると、圧粉磁心用粉末101の硬度が高くなる。この場合、圧粉磁心用粉末101を加圧して圧粉成形したときに、圧粉磁心用粉末101が変形せず、圧粉磁心用粉末101の間に形成される隙間が大きくなるため、磁心密度が低くなる。磁心密度が低いと、磁束密度が低くなる問題がある。そのため、珪素浸透層104は、鉄粉102の表面から鉄粉102の中心部側への距離X2を、鉄粉102の直径Dの0.15倍未満とすることが、好ましいとされている。但し、珪素浸透層104が薄かったり、珪素浸透層104における珪素元素濃度が低いと、鉄粉102の接触部分を十分絶縁することができず、鉄損(主にヒステリシス損失と渦電流損失)が高くなる。よって、圧粉磁心用粉末101に形成する珪素浸透層104の距離X2や濃度は、圧粉磁心の比抵抗を管理する上で、とても重要である(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
When the silicon element is infiltrated to the center of the
しかしながら、従来の圧粉磁心用粉末製造方法は、図14に示すように、製造された圧粉磁心用粉末101をランダムに10個取り出して、珪素浸透層104が鉄粉102の表面から鉄粉102の中心部へ向かって形成される距離(表面からの距離)X2と珪素浸透層における珪素元素の濃度(Si濃度)を測定したところ、表面からの距離X2とSi濃度が、粉末間でおおきくばらついていた。具体的には、取り出された粉末の中には、浸珪反応が乏しい粉末(浸珪反応量が低い粉末)が含まれていた(図14中の細い実線で記載するグラフ参照)。また、浸珪反応が豊富な粉末(浸珪反応量が高い粉末)であっても(図14中の太い実線で記載するグラフ参照)、鉄粉102の表面におけるSi濃度が、約2.0%〜約5.0%と幅広く分散している上に、珪素浸透層104の鉄粉102の表面からの距離(厚さ)X2が約4μm〜約20μmに分散している。更に、浸珪反応が豊富な粉末は、珪素浸透層104の鉄粉102の表面から鉄粉102の中心部へ向かってSi濃度が低下する割合がおおきくばらついている。よって、従来の圧粉磁心用粉末製造方法では、各鉄粉102に均一な浸珪反応をさせることができず、各圧粉磁心用粉末101に形成される珪素浸透層104の均一化を図ることができなかった。そのため、圧粉成形時に、圧粉磁心用粉末101に形成される珪素浸透層104の厚さ(表面からの距離)X2の薄い部分やSi濃度の低い部分同士が接触すると、当該接触部分の絶縁性が低いため、圧粉磁心に発生する渦電流が大きくなり、ひいては、比抵抗が低くなる問題がある。また、珪素浸透層104の厚さ(表面からの距離)X2が大きい圧粉磁心用粉末101は、硬く、磁心密度や磁束密度を低下させる原因となる。
However, in the conventional powder magnetic core powder manufacturing method, as shown in FIG. 14, ten manufactured powder
従来の圧粉磁心用粉末製造方法によって、珪素浸透層104の厚さ(表面からの距離)X2やSi濃度が圧粉磁心用粉末101間でばらつく理由は、鉄粉102と二酸化珪素粉末103の混合粉を投入した炉を回転させずに混合粉を加熱していたため、浸珪処理を行う間、鉄粉102と二酸化珪素粉末103の配置が変わらず、周囲に二酸化珪素粉末103がたくさんある鉄粉102では、珪素元素が表層にたくさん浸透拡散して、珪素浸透層104の厚さやSi濃度が大きくなるのに対して、周囲に二酸化珪素粉末103が少ない鉄粉102では、珪素元素が表層に浸透拡散する量が少なく、珪素浸透層104の厚さやSi濃度が小さくなるからと考えられる。
The reason why the thickness (distance from the surface) X2 and the Si concentration of the silicon-penetrating
そこで、発明者らは、図15及び図17に示すように、平均粒径200μmの鉄粉102と平均粒径50nmの二酸化珪素粉末103を攪拌混合した混合粉を炉105に投入した後、炉105を加熱し、その後、炉105の内部温度を1000℃に温度調整しながら、炉105を回転させて混合粉を1時間連続して攪拌することにより、圧粉磁心用粉末を製造することを試みた。これにより、発明者らは、浸珪処理時に二酸化珪素粉末103が配置を変えながら鉄粉102の周りに均一に付着し、各鉄粉102に均一な浸珪反応を発生させることができると考えた。
Therefore, the inventors put a mixed powder obtained by stirring and mixing
ところが、上記圧粉磁心用粉末製造方法を実施して炉105から生成物を取り出したところ、図16に示すように、鉄粉102と二酸化珪素粉末103が団子状に固まって二次粒子110になってしまっていた。二次粒子110は、二酸化珪素粉末103(ドット部分参照)が焼結して複数の鉄粉102を結合させており、直径が600μm〜700μmにも及んでいた。二次粒子110ができる理由は、次のように考えられる。
However, when the above powder magnetic core powder manufacturing method was carried out and the product was taken out from the
焼結は、融点の3分の2程度の温度で始まることが知られている。二酸化珪素の融点は、1600℃±75℃である。一方、浸珪処理時の混合粉の加熱温度は約1000℃である。よって、混合粉の加熱温度1000℃は、二酸化珪素の融点のちょうど3分の2程度の温度に相当する。混合粉を1000℃に加熱することにより、鉄粉102の表面に付着した二酸化珪素粉末103から珪素元素が脱離して鉄粉102に拡散浸透するが、加熱時間が長くなると、二酸化珪素粉末103間で物質が移動し、焼結が発生する。焼結は、鉄粉102の表面に拡散接合した二酸化珪素粉末103にも発生するため、焼結した二酸化珪素粉末103を介して鉄粉102同士が結合される。特に、上記圧粉磁心用粉末製造方法は、図15及び図17に示すように、混合粉を1000℃に加熱した状態で、炉105を1時間連続回転させ、鉄粉102と二酸化珪素粉末103の混合粉を高所から低所に繰り返し落下させて攪拌を行う。この場合、低所にある二酸化珪素粉末103は、上方から落ちてきた混合粉の重みで圧縮され、焼結が促進される。このように、単に、浸珪処理時に混合粉を1000℃に加熱しながら攪拌しただけでは、二酸化珪素粉末103が加圧焼結されて二次粒子110を生成してしまっていた。この結果、圧粉磁心用粉末の品質及び生産性が悪くなってしまった。
It is known that sintering begins at a temperature of about two-thirds of the melting point. The melting point of silicon dioxide is 1600 ° C. ± 75 ° C. On the other hand, the heating temperature of the mixed powder during the siliconizing treatment is about 1000 ° C. Accordingly, the heating temperature of the mixed powder of 1000 ° C. corresponds to a temperature that is about two thirds of the melting point of silicon dioxide. By heating the mixed powder to 1000 ° C., silicon element is detached from the
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、浸珪処理時に二次粒子が生成されることを防ぎ、圧粉磁心用粉末の品質と生産性を向上させることができる圧粉磁心用粉末製造方法及び圧粉磁心用粉末製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and prevents the generation of secondary particles during the siliconization treatment, and improves the quality and productivity of the powder for powder magnetic core. It aims at providing the powder manufacturing method for powder magnetic cores, and the powder manufacturing apparatus for powder magnetic cores.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る圧粉磁心用粉末製造方法は、圧粉磁心用粉末を製造する圧粉磁心用粉末製造方法において、軟磁性金属粉末と二酸化珪素を含む浸珪用粉末の混合粉を、攪拌せずに、前記浸珪用粉末から珪素元素が脱離して前記軟磁性金属粉末に拡散浸透するために必要な加熱時均熱温度に加熱する加熱処理工程と、前記加熱された混合粉を前記浸珪用粉末が焼結しない冷却時均熱温度に冷却した状態で、前記混合粉を攪拌する冷却時均熱温度時の攪拌工程と、を有し、前記加熱処理工程と前記冷却時均熱温度時の攪拌工程とを繰り返し行うことにより、前記軟磁性金属粉末の表層に前記珪素元素が拡散浸透した珪素浸透層を形成する。
尚、前記浸珪用粉末が二酸化珪素粉末である場合には、前記加熱時均熱温度が1000℃であって、前記冷却時均熱温度が700℃であることが好ましい。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a powder magnetic core according to one aspect of the present invention includes a soft magnetic metal powder and silicon dioxide in a powder magnetic core manufacturing method for manufacturing a powder magnetic core powder. Heat treatment step of heating the mixed powder of the siliconizing powder to a soaking temperature necessary for heating so that silicon element is detached from the siliconizing powder and diffused and penetrates into the soft magnetic metal powder without stirring. And in the state of cooling the heated mixed powder to a cooling soaking temperature at which the powder for siliconization does not sinter, a stirring step at the cooling soaking temperature for stirring the mixed powder, By repeating the heat treatment step and the stirring step at the soaking temperature during cooling, a silicon permeation layer in which the silicon element is diffused and permeated into the surface layer of the soft magnetic metal powder is formed.
When the siliconizing powder is silicon dioxide powder, it is preferable that the soaking temperature during heating is 1000 ° C. and the soaking temperature during cooling is 700 ° C.
上記態様の圧粉磁心用粉末製造方法は、前記加熱処理工程における加熱時間を累計した累計時間が、前記珪素浸透層の前記軟磁性金属粉末の表面からの距離が、前記軟磁性金属粉末の直径の0.15倍未満となるように、前記混合粉を加熱するための処理時間と等しいことが好ましい。 In the method for producing a powder for a powder magnetic core according to the above aspect, the cumulative time obtained by accumulating the heating time in the heat treatment step is the distance from the surface of the soft magnetic metal powder of the silicon-penetrating layer is the diameter of the soft magnetic metal powder. It is preferable that it is equal to the processing time for heating the mixed powder so as to be less than 0.15 times.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る圧粉磁心用粉末製造装置は、圧粉磁心用粉末を製造する圧粉磁心用粉末製造装置において、軟磁性金属粉末と二酸化珪素を含む浸珪用粉末の混合粉が投入されるものであって、軸線を中心に回転可能に保持されており、内壁に攪拌部材が立設された回転炉と、前記回転炉に駆動力を付与するモータと、前記回転炉を加熱するヒータと、前記ヒータのヒーティング動作と前記モータの駆動を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記浸珪用粉末から珪素元素が脱離して前記軟磁性金属粉末に拡散浸透するために必要な加熱時均熱温度に前記回転炉を加熱する場合、前記モータを停止させて、前記回転炉を静止させる一方、前記加熱された混合粉を前記浸珪用粉末が焼結しない冷却時均熱温度に冷却する場合、前記モータを駆動させて、前記回転炉を回転させる動作を、繰り返し行わせるものである。 In order to solve the above problems, a powder magnetic core manufacturing apparatus according to one aspect of the present invention includes a soft magnetic metal powder and silicon dioxide in a powder magnetic core manufacturing apparatus for manufacturing a powder magnetic core powder. A mixed powder of powder for siliconization is charged, and is held rotatably about an axis, and a driving force is applied to the rotary furnace in which a stirring member is erected on the inner wall. A motor, a heater for heating the rotary furnace, and a controller for controlling the heating operation of the heater and the driving of the motor, the controller desorbing silicon element from the siliconization powder and When heating the rotary furnace to a soaking temperature required for diffusion and penetration into the soft magnetic metal powder, the motor is stopped and the rotary furnace is stopped, while the heated mixed powder is immersed in the immersion powder. The silicon powder does not sinter When cooling to the cooling time of soaking temperature, the drives the motor, the operation of rotating the rotary furnace, but for repeated.
上記態様の圧粉磁心用粉末製造装置は、前記回転炉の内部温度を測定する温度センサを有し、前記コントローラは、前記温度センサの温度測定データに基づいて、前記回転炉の内部温度が前記加熱時均熱温度に安定するように、前記ヒータのヒーティング動作をフィードバック制御することが好ましい。 The powder manufacturing apparatus for a powder magnetic core according to the above aspect includes a temperature sensor that measures an internal temperature of the rotary furnace, and the controller determines whether the internal temperature of the rotary furnace is based on temperature measurement data of the temperature sensor. It is preferable to feedback control the heating operation of the heater so as to stabilize the soaking temperature during heating.
上記態様の圧粉磁心用粉末製造方法及び圧粉磁心用粉末製造装置は、軟磁性金属粉末と二酸化珪素を含む浸珪用粉末の混合粉を、浸珪用粉末から珪素元素が脱離して軟磁性金属粉末に拡散浸透するために必要な加熱時均熱温度(例えば、浸珪用粉末が二酸化珪素粉末である場合には、加熱時均熱温度は1000℃であることが好ましい。)に加熱する場合には、回転炉を静止させて混合粉を攪拌しない。そのため、この加熱処理時には、浸珪用粉末が焼結せず、浸珪用粉末から珪素元素が脱離して軟磁性金属粉末の表面から拡散浸透する処理のみが進行する。その後、加熱された混合粉を浸珪用粉末が焼結しない冷却時均熱温度(例えば、浸珪用粉末が二酸化珪素粉末である場合には、冷却時均熱温度は700℃であることが好ましい。)に冷却し、その冷却した状態で、回転炉を回転させて、混合粉を攪拌する。このように混合粉を冷却時均熱温度に冷却してから混合粉を加熱するため、浸珪用粉末が攪拌時に加圧されて焼結することがない。そして、この冷却処理
後に、再び加熱処理を行う。冷却処理時の混合粉の攪拌により、軟磁性金属粉末の表面に浸珪用粉末が均等に付着するため、加熱処理時には、各軟磁性金属粉末に珪素元素が均一に拡散浸透し、軟磁性金属粉末の表層に形成される珪素浸透層の軟磁性粉末の表面からの距離や珪素濃度が均一になる。よって、上記態様の圧粉磁心用粉末製造方法及び圧粉磁心用粉末製造装置によれば、浸珪処理時に二次粒子が生成されないので、圧粉磁心用粉末の品質と生産性を向上させることができる。
The powder magnetic core powder manufacturing method and the powder magnetic core powder manufacturing apparatus according to the above aspect are a mixture of a soft magnetic metal powder and silicon dioxide powder containing silicon dioxide. Heating to a soaking temperature required for diffusion and penetration into the magnetic metal powder (for example, when the siliconizing powder is a silicon dioxide powder, the soaking temperature is preferably 1000 ° C.). When doing so, the rotary furnace is stationary and the mixed powder is not stirred. Therefore, at the time of this heat treatment, the siliconizing powder is not sintered, and only the process of diffusing and penetrating from the surface of the soft magnetic metal powder by desorption of silicon element from the siliconizing powder proceeds. Thereafter, a soaking temperature at which the siliconized powder does not sinter the heated mixed powder (for example, when the siliconized powder is a silicon dioxide powder, the soaking temperature at cooling may be 700 ° C. The mixed powder is agitated by rotating the rotary furnace in the cooled state. In this way, since the mixed powder is cooled to the soaking temperature during cooling and then the mixed powder is heated, the powder for siliconization is not pressurized and sintered during stirring. Then, after the cooling process, the heating process is performed again. By stirring the mixed powder during the cooling treatment, the silicon powder is uniformly attached to the surface of the soft magnetic metal powder. During the heat treatment, the silicon element is uniformly diffused and penetrated into each soft magnetic metal powder. The distance from the surface of the soft magnetic powder and the silicon concentration of the silicon permeation layer formed on the surface layer of the powder become uniform. Therefore, according to the powder magnetic core powder manufacturing method and the powder magnetic core powder manufacturing apparatus of the above aspect, secondary particles are not generated during the siliconization treatment, so that the quality and productivity of the powder for the powder magnetic core can be improved. Can do.
上記態様の圧粉磁心用粉末製造方法は、加熱処理工程における加熱時間を累計した累計時間が、珪素浸透層の軟磁性金属粉末の表面からの距離が、軟磁性金属粉末の直径の0.15倍未満となるように、混合粉を加熱するための処理時間と等しいので、圧粉磁心の磁心密度や磁束密度を低下させないように、圧粉磁心用粉末の硬さを調整することができる。 In the method for producing a powder for a powder magnetic core according to the above aspect, the cumulative time obtained by accumulating the heating time in the heat treatment step is 0.15 of the diameter of the soft magnetic metal powder. Since it is equal to the processing time for heating the mixed powder so as to be less than twice, the hardness of the powder for powder magnetic core can be adjusted so as not to lower the magnetic core density and magnetic flux density of the powder magnetic core.
上記態様の圧粉磁心用粉末製造装置は、回転炉の内部温度を測定する温度センサを有し、コントローラは、温度センサの温度測定データに基づいて、回転炉の内部温度が加熱時均熱温度に安定するように、ヒータのヒーティング動作をフィードバック制御するので、加熱処理と冷却処理を繰り返す場合であっても、各加熱処理における加熱時均熱温度を一定に制御し、二次粒子の発生を防止することができる。 The powder manufacturing apparatus for a powder magnetic core according to the above aspect includes a temperature sensor that measures the internal temperature of the rotary furnace, and the controller uses the temperature measurement data of the temperature sensor to determine whether the internal temperature of the rotary furnace is a soaking temperature during heating. As the heating operation of the heater is feedback controlled so that it is stable, the soaking temperature during heating in each heating process is controlled to a constant level even when heating and cooling processes are repeated. Can be prevented.
次に、本発明に係る圧粉磁心用粉末製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。 Next, one embodiment of a powder magnetic core powder manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<圧粉磁心用粉末の概略構成>
図8は、圧粉磁心用粉末28の断面を示すイメージ図である。
圧粉磁心用粉末28は、鉄粉24(軟磁性金属粉末の一例)の絶縁を確保するために、炭素−鉄金属粉末21と二酸化珪素粉末22(浸珪用粉末の一例)との酸化還元反応により鉄粉24の表層に珪素浸透層25が形成されている。そして、圧粉磁心用粉末28は、鉄粉24の表面を覆うように、シリコーン被膜層27が形成され、さらに絶縁性が高められている。
<Schematic configuration of powder for powder magnetic core>
FIG. 8 is an image diagram showing a cross section of the
The
<圧粉磁心用粉末製造装置の概略構成>
図1は、本発明の実施形態に係り、圧粉磁心用粉末製造装置1の概略構成図である。
圧粉磁心用粉末製造装置1は、圧粉磁心用粉末28を製造する工程のうち、鉄粉24の表層に珪素浸透層25を形成する浸珪処理工程に用いられる。
<Schematic configuration of powder manufacturing apparatus for dust core>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a powder magnetic
The powder magnetic
圧粉磁心用粉末製造装置1は、中空円筒形状の回転炉2を備える。回転炉2は、熱伝導率が高く、化学反応しにくい材質(例えば、SUS310S)により、構成されている。回転炉2は、両端面に回転軸3,4が固定され、その回転軸3,4を介して支柱5,6に回転自在に保持されている。回転軸3には、モータ7が連結され、回転軸3を介して回転炉2に回転力を付与するようになっている。モータ7は、コントローラ8に接続され、回転炉2を回転させる回転動作(回転量や回転速度や回転時間等)と回転炉2の回転を停止させる回転停止動作を制御される。
The
回転炉2には、開閉扉9が開閉可能に設けられている。回転炉2は、開閉扉9を介して粉体の供給と取り出しが行われる。回転炉2の内壁には、直線状の板材からなる複数(ここでは3枚)の攪拌板10が固設されている。攪拌板10は、回転炉2の軸線に対して平行であって、回転炉2の縦断面周方向に均等配置され、回転炉2の中心部へ向かって立設されている。これにより、回転炉2は、モータ7によって回転された場合に、内部に供給された粉体を攪拌板10によって次々とすくい上げては落下させ、攪拌することができる。
The
回転軸4の内部には、2本の流路が回転軸4の軸線に沿って形成されている。回転軸4の一方の流路には、浸珪処理時の雰囲気を生成するための処理ガスを供給する供給管11が接続され、他方の流路には、回転炉2からガスを排気するための排気管16が接続されている。供給管11には、ガス供給源12から供給される処理ガスの供給量を制御するための供給弁13が配設されている。排気管16には、回転炉2からガスを排気する排気量を制御する排気弁17が配設されている。供給弁13と排気弁17は、コントローラ8に接続され、弁開度を制御される。
Inside the
図2は、回転炉2の縦断面図である。
回転炉2の外周面には、ヒータ14が取り付けられ、回転炉2内の粉体を加熱できるようになっている。ヒータ14は、第1ヒータ部材14Aと第2ヒータ部材14Bを備える。ヒータ14は、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bが分割されることにより回転炉2から取り外され、回転炉2内の粉体を外気冷却できるようになっている。回転炉2の内壁には、回転炉2内の温度を測定するための温度センサ15が取り付けられている。第1及び第2ヒータ部材14A,14Bと温度センサ15は、コントローラ8に接続されている。コントローラ8は、温度センサ15が測定する測定温度データに基づいて回転炉2内を所定温度にフィードバック制御するように、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bのヒーティング動作を制御する。また、コントローラ8は、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bの連結動作と分割動作を制御し、混合粉23の加熱と冷却を制御する。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the
A
<圧粉磁心用粉末の製造方法>
次に、圧粉磁心用粉末製造方法について説明する。図3は、浸珪処理を説明する図であって、混合粉投入工程を示す。図4は、浸珪処理を説明する図であって、加熱処理工程を示す。図5は、浸珪反応のイメージ図である。図6は、浸珪処理を説明する図であって、ヒータ取り外し工程を示す。図7は、浸珪処理を説明する図であって、冷却時均熱温度時の攪拌工程を示す。図8は、圧粉磁心用粉末28の断面を示すイメージ図である。図9は、圧粉磁心用粉末製造方法における浸珪反応を説明するための図である。
先ず、炭素−鉄金属粉末21に二酸化珪素粉末22を加えて混合攪拌し、二酸化珪素粉末22を炭素−鉄金属粉末21の外周面に付着させる。そして、図3に示すように、回転炉2の開閉扉9を開けて、炭素−鉄金属粉末21と二酸化珪素粉末22の混合粉23を回転炉2内へ投入し、開閉扉9を密閉する。
<Method for producing powder for powder magnetic core>
Next, a method for producing a powder for a dust core will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the siliconizing treatment and shows a mixed powder charging step. FIG. 4 is a diagram for explaining the siliconization treatment and shows a heat treatment step. FIG. 5 is an image diagram of the silicon immersion reaction. FIG. 6 is a diagram for explaining the siliconizing process and shows a heater removing step. FIG. 7 is a view for explaining the siliconization treatment and shows a stirring step at the time of cooling soaking temperature. FIG. 8 is an image diagram showing a cross section of the
First, the
そして、混合粉23に浸珪処理を行う。図9に示すように、本実施形態の浸珪処理は、回転炉2の内部温度を加熱時均熱温度と冷却時均熱温度に調整し、回転炉2の内部温度が冷却時均熱温度である場合のみ、回転炉2を回転させて混合粉23を攪拌混合する。
Then, a siliconization process is performed on the
より具体的には、コントローラ8は、供給弁13と排気弁17を開き、ガス供給源12から回転炉2へ、炭素−鉄金属粉末21と二酸化珪素粉末22の酸化還元反応を促すための処理ガス(ここでは、アルゴン(Ar)と水素(H2)の混合ガス)を供給する。そして、コントローラ8は、図4に示すように、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bを回転炉2の外周面に装着させ、回転炉2を回転させない静止状態で、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bにより回転炉2を介して混合粉23を加熱する。コントローラ8は、温度センサ15により、回転炉2の内部温度を常時測定している。コントローラ8は、温度センサ15の温度測定データにより、回転炉2の内部温度が加熱時均熱温度に達したことを検出すると、回転炉2を回転させずに静止させた状態で、加熱時均熱温度を維持するように第1及び第2ヒータ部材14A,14Bのヒーティング動作を制御する。ここで、加熱時均熱温度とは、二酸化珪素粉末22から珪素元素を離脱させて鉄粉24に拡散浸透させるために必要な温度をいう。
More specifically, the controller 8 opens the
この加熱処理により、図5に示すように、二酸化珪素粉末22と炭素−鉄金属粉末21が酸化還元反応を発生し、二酸化珪素粉末22から珪素元素が脱離すると共に、一酸化炭素(CO)ガスが生成される。脱離した珪素元素は、鉄粉24の表面から浸透して鉄粉24の内部に拡散し、鉄粉24の表層に珪素浸透層25を形成する。加熱時間が経過するにつれて、珪素元素が鉄粉24の表層に濃化していく。一方、生成されたCOガスは、排気管16を介して回転炉2の外部へ排出され、回転炉2内の圧力が一定に維持される。このような浸珪処理は、珪素元素が二酸化珪素粉末22から脱離する反応生成速度が、鉄粉24の表層に浸透拡散する拡散速度よりも速い脱離拡散雰囲気下で行われる。
By this heat treatment, as shown in FIG. 5, the
混合粉23を加熱時均熱温度に加熱する間、回転炉2が回転されないため、加熱された二酸化珪素粉末22が混合粉23の攪拌によって圧縮されない。しかも、混合粉23を加熱時均熱温度で加熱する加熱時間t1は、二酸化珪素粉末22間の物質の移動を制限して焼結を防ぐために、珪素浸透層25を鉄粉24の表面から所定の距離(鉄粉24の直径Dの0.15倍の距離)で形成するために必要な処理時間の一部に設定されている。よって、上記加熱処理時には、回転炉2では、炭素−鉄金属粉末21の表面に付着した二酸化珪素粉末22から珪素元素が脱離して拡散浸透することのみが進行し、二酸化珪素粉末22が焼結しない。
Since the
図9に示すように、所定の加熱時間t1だけ、回転炉2の内部温度を加熱時均熱温度に維持したら、コントローラ8は、図6に示すように、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bを分割して、回転炉2からヒータ14を取り外す。すると、回転炉2は、外気にさらされ、内部温度が低下する。このときも、回転炉2は、回転されていない。そのため、混合粉23が攪拌されず、二酸化珪素粉末22が焼結しない。
As shown in FIG. 9, when the internal temperature of the
図9に示すように、コントローラ8は、温度センサ15の温度測定データにより回転炉2の内部温度が冷却時均熱温度に達したことを検出すると、モータ7を駆動して、図7に示すように、回転炉2を回転させ始める。ここで、冷却時均熱温度とは、二酸化珪素粉末22が焼結しない温度をいう。例えば、冷却時均熱温度は、二酸化珪素粉末22の融点の半分の温度に設定することが望ましい。回転炉2の回転により、混合粉23は、攪拌板10によって回転炉2の底部から所定の高さまですくい上げられた後、斜め下向きになった攪拌板10から回転炉2の底部へ滑り落とされることを繰り返し、攪拌される。この場合、底部にある混合粉23は、上方から落下してくる混合粉の重みによって加圧されるが、混合粉23が冷却時均熱温度まで冷却されているため、二酸化珪素粉末22が加圧焼結せず、粉末状態を維持する。また、鉄粉24が二酸化珪素粉末22を介して結合されることもない。すなわち、混合粉23の攪拌時に二次粒子が生成されない。この冷却処理は、回転炉2の回転に伴う攪拌によって、二酸化珪素粉末22を鉄粉24の表面に均一に付着させるために必要な所定の冷却時間t2だけ行われる。
As shown in FIG. 9, when the controller 8 detects that the internal temperature of the
図9に示すように、所定の冷却時間t2だけ、回転炉2の内部温度を冷却時均熱温度に維持しつつ回転炉2を回転させたら、コントローラ8は、図4に示すように、モータ7の駆動を停止し、回転炉2を静止させる。そして、コントローラ8は、第1及び第2ヒータ部材14A,14Bを回転炉2の外周面に再装着して、回転炉2を静止させた状態で第1及び第2ヒータ部材14A,14Bに回転炉2と混合粉23を加熱させ、上記加熱処理を再度行う。この加熱処理時には、冷却処理時の攪拌によって、二酸化珪素粉末22が各鉄粉24の表面に均一に付着しているため、各鉄粉24の表面では浸珪反応が均一に進行する。
As shown in FIG. 9, when the
コントローラ8は、上記加熱処理と冷却処理を繰り返し行うことにより、鉄粉24の表層に珪素浸透層25を形成する。この場合、図9に示すように、加熱時間t1を累計した累計時間は、珪素浸透層25の鉄粉24の表面からの距離X1が、鉄粉24の直径Dの0.15倍未満となるように(図8参照)、混合粉23を加熱するための処理時間に、等しくなることが望ましい。このように、浸珪処理における加熱処理を、浸珪処理に必要な処理時間により管理することにより、圧粉磁心用粉末28を圧粉成形した圧粉磁心の磁心密度や磁束密度を低下させないように、圧粉磁心用粉末28の硬さを調整することができるからである。コントローラ8は、加熱処理と冷却処理を終了すると、回転炉2を静止させた状態で、供給弁13と排気弁17を弁閉する。作業者は、回転炉2の内部温度が常温に低下したことを確認してから開閉扉9を開き、浸珪処理を施された粉体26(図5参照)を回転炉2から取り出す。
The controller 8 forms the
浸珪処理を施された粉体26は、浸珪処理時に加熱処理を繰り返す度に、鉄粉24の表面から鉄粉24の中心部へ向かって形成される珪素浸透層25の距離X1が増加されると共に、珪素浸透層25の珪素元素濃度(Si濃度)が高くされている。そして、冷却処理時の攪拌によって二酸化珪素粉末22を鉄粉24の表面に均一に付着させたことにより、各粉体26では、珪素浸透層25の鉄粉24の表面からの距離X1の増加と、珪素浸透層25の濃化が均一に進行している。
The
そして、各加熱処理においては、コントローラ8が、温度センサ15の温度測定データに基づいて、回転炉2の内部温度が加熱時均熱温度に安定するように、ヒータ14のヒーティング動作をフィードバック制御する。そのため、コントローラ8が加熱処理と冷却処理を繰り返す場合であっても、各加熱処理における加熱時均熱温度を一定に制御し、二次粒子の発生を防止することができる。
In each heating process, the controller 8 feedback-controls the heating operation of the
上記のように浸珪処理を施された粉体26は、被膜処理が施される。被膜処理では、エタノールにシリコーン樹脂を溶解させた液に粉体26を投入し、攪拌する。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、シリコーン樹脂を粉体26の表面に固着させる。これにより、珪素浸透層25がシリコーン被膜層27で覆われた圧粉磁心用粉末28が生成される。
The
<圧粉磁心の製造方法>
次に、上記のように製造された圧粉磁心用粉末28を圧粉成形して圧粉磁心を製造する方法について説明する。
圧粉磁心用粉末28を、モータのコアなどの所定形状のキャビティを具備するパンチダイスに充填し、圧粉磁心用粉末28に所定圧と所定熱を加えて加圧成形する。加圧成形体は、キャビティから取り出され、内部に生じた加工歪みを除去するために、高温焼鈍処理が施される。これにより、所定形状の圧粉磁心が製造される。このように製造された圧粉磁心は、鉄粉24の直径Dに対して0.15倍以下の範囲で鉄粉24の表層に珪素浸透層25を形成する圧粉磁心用粉末28を用いているので、加圧成形時に圧粉磁心用粉末28を適度に変形させ、磁心密度や磁束密度が高い。また、圧粉磁心は、珪素浸透層25の鉄粉24の表面からの距離X1や珪素浸透層25におけるSi濃度の分布が粉末間で均一化された圧粉磁心用粉末28を用いているので、圧粉磁心用粉末28の接触面での絶縁性が確保され、渦電流を低減され、比抵抗が高くなる。
<Method of manufacturing a dust core>
Next, a method for producing a dust core by compacting the
The
図10は、比較例と実施例における浸珪処理の条件を示す図である。
実施例では、次の条件で浸珪処理を行った。平均粒径が150〜212μmの1.5重量%の炭素鋼粉末(鉄粉)を95〜97重量%、平均粒径が50nmで比重が2.2の二酸化珪素粉末を3〜5重量%の割合で攪拌混合した混合粉を回転炉2に投入した後、アルゴン(Ar)とAr供給量に対して30%の水素(H2)の混合ガスを回転炉2に供給し、回転炉2を静止させた状態で加熱する。回転炉2を静止させた状態で、回転炉2の内部温度を加熱時均熱温度の1000℃に15分間維持した後、回転炉2の内部温度が冷却時均熱温度の700℃に到達するまで回転炉2を冷却する。そして、回転炉2の内部温度を700℃に維持した状態で、回転炉2を1分間回転させ、混合粉を攪拌する。このとき、回転炉2は、回転速度25rpmで回転される。その後、回転炉2の回転を停止させ、回転炉2を1000℃に加熱する。上記加熱処理と冷却攪拌処理を4回ずつ繰り返して、加熱処理を行う加熱時間の累計時間が処理時間の1時間に達したら、回転炉2の加熱と回転を停止させ、浸珪処理を終了する。
FIG. 10 is a diagram showing conditions for the siliconizing treatment in the comparative example and the example.
In the examples, the siliconizing treatment was performed under the following conditions. 95 to 97% by weight of 1.5% by weight carbon steel powder (iron powder) having an average particle size of 150 to 212 μm, and 3 to 5% by weight of silicon dioxide powder having an average particle size of 50 nm and a specific gravity of 2.2 After the mixed powder stirred and mixed at a ratio is put into the
一方、比較例では、次の条件で浸珪処理を行った。平均粒径が150〜212μmの1.5重量%の炭素鋼粉末(鉄粉)を95〜97重量%、平均粒径が50nmで比重が2.2の二酸化珪素粉末を3〜5重量%の割合で攪拌混合した混合粉を回転炉2に投入した後、アルゴン(Ar)とAr供給量に対して30%の水素(H2)の混合ガスを回転炉
2に供給し、回転炉2を静止させた状態で加熱する。回転炉2の内部温度が処理温度の1000℃まで上昇したら、回転炉2を回転させる。回転炉2は、内部温度を1000℃に維持した状態で、処理時間の1時間連続回転される。その後、回転炉2の加熱と回転を停止させ、浸珪処理を終了する。
On the other hand, in the comparative example, the siliconizing treatment was performed under the following conditions. 95 to 97% by weight of 1.5% by weight carbon steel powder (iron powder) having an average particle size of 150 to 212 μm, and 3 to 5% by weight of silicon dioxide powder having an average particle size of 50 nm and a specific gravity of 2.2 After the mixed powder stirred and mixed at a ratio is put into the
<実施例と比較例の歩留まりについて>
発明者は、実施例と比較例の歩留まりについて調べた。ここで、歩留まりは、0%に近い程、二酸化珪素粉末が焼結することにより生成される二次粒子の発生割合が高く、100%に近いほど二次粒子の発生割合が低い(粉末状である)ものとする。
比較例の歩留まりは約5%であった。つまり、比較例は、回転炉2に供給した混合粉の殆どが二次粒子化してしまった。
一方、実施例の歩留まりは約90%であった。つまり、実施例は、回転炉2に供給した混合粉が殆ど二次粒子化せず、各鉄粉の表面に珪素浸透層を形成して細かい粉状の圧粉磁心用粉末を製造することができた。
<About the yield of an Example and a comparative example>
The inventor examined the yield of the example and the comparative example. Here, as the yield is closer to 0%, the generation rate of secondary particles generated by sintering the silicon dioxide powder is higher, and as the yield is closer to 100%, the generation rate of secondary particles is lower (in powder form). )
The yield of the comparative example was about 5%. That is, in the comparative example, most of the mixed powder supplied to the
On the other hand, the yield of the example was about 90%. In other words, in the example, the mixed powder supplied to the
上記実験結果より、浸珪処理時においては、回転炉2の内部温度を、二酸化珪素粉末が焼結しない冷却時均熱温度(700℃)まで低下させてから、回転炉2を回転させれば、二次粒子を発生させることなく混合粉を攪拌でき、圧粉磁心用粉末の生産性が向上することが実証された。
From the above experimental results, during the silicidation treatment, if the internal temperature of the
<珪素浸透層の均一化について>
発明者らは、実施例からランダムに10個の粉末を取り出して切断し、電子顕微鏡で切断面を観察した。そして、鉄粉の表面から鉄粉の中心部へ向かって形成される珪素浸透層の距離を、圧粉磁心用粉末別に測定した。その測定結果を、図12に示す。
<Regarding the uniformization of the silicon-permeable layer>
The inventors took out 10 powders at random from the examples, cut them, and observed the cut surfaces with an electron microscope. And the distance of the silicon osmosis | permeation layer formed toward the center part of iron powder from the surface of iron powder was measured according to the powder for powder magnetic cores. The measurement results are shown in FIG.
図12に示すように、ランダムに取り出した粉末の全てが、鉄粉と二酸化珪素粉末が酸化還元反応を発生している。各粉末は、鉄粉の表面におけるSi濃度が4.0%以上6.0%以下の範囲で収束していた。そして、各粉末は、鉄粉の表面から鉄粉の中心部へ向かってSi濃度が減少する割合がほぼ同じであった。更に、各粉末は、珪素浸透層の鉄粉の表面からの距離(珪素浸透層の厚さ)が約20μmであり、粉末間で珪素浸透層の鉄粉の表面からの距離が均一化されていた。 As shown in FIG. 12, iron powder and silicon dioxide powder generate oxidation-reduction reactions in all of the randomly extracted powders. Each powder was converged in a range where the Si concentration on the surface of the iron powder was 4.0% or more and 6.0% or less. Each powder had substantially the same rate of decrease in Si concentration from the surface of the iron powder toward the center of the iron powder. Furthermore, each powder has a distance from the surface of the iron powder of the silicon-permeable layer (thickness of the silicon-permeable layer) of about 20 μm, and the distance from the surface of the iron powder of the silicon-permeable layer is made uniform between the powders. It was.
よって、浸珪処理時に、回転炉2を静止させた状態で回転炉2を1000℃に加熱することにより、浸珪処理を進行させた後、回転炉2を700℃に冷却させ、その後に、回転炉2を回転させて混合粉を攪拌混合させる動作を繰り返すことにより、各鉄粉の表層に形成される珪素浸透層が均一な圧粉磁心用粉末を製造でき、圧粉磁心用粉末の品質が向上することが実証された。
Therefore, at the time of the silicidation process, the
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。
(1)例えば、上記実施形態では、回転炉2内を、Arと、Arの供給量に対して30%の水素を混合した混合ガスを充填した雰囲気としたが、回転炉2内を真空状態にした雰囲気としても良い。また、減圧雰囲気下、あるいは生成したガス分圧が低い、具体的には低一酸化炭素(CO)雰囲気下、或いは、低窒素(N2)雰囲気下で浸珪処理を行っても良い。また、処理ガスは、軟磁性金属粉末と浸珪用粉末との酸化還元反応を促進するものであれば、炭素ガス等の別のガスであっても良い。
(2)例えば、上記実施形態では、回転炉2の内壁に固設される攪拌板10を回転炉2の軸心と平行な直線状に設けたが、回転炉2の内壁に固定される攪拌板を螺旋状に設けても良い。この場合、回転炉2に供給した混合粉が螺旋状の攪拌板に載せられて、回転炉2の回転に従って少しずつ落下するため、回転炉2の底部にある混合粉が上方から落ちてきた混合粉の重みで圧縮されにくくなる。この結果、より確実に混合粉の二次粒子化を防ぎ、圧粉磁心用粉末の歩留まりを向上させることができる。
(3)例えば、上記実施形態では、回転炉2から第1及び第2ヒータ部材14A,14Bを取り外して回転炉2を外気冷却したが、ヒータ14を回転炉2に常時装着するものにして、回転炉2に冷却水路を設けても良い。この場合、冷却時均熱温度の管理をより簡単で精度良く行えるようになる。
(4)例えば、上記実施形態では、軟磁性金属粉末の一例として鉄粉24を上げたが、Fe−Si合金、Fe−Al合金、Fe−Si−Al合金、チタン、アルミニウムなどを軟磁性金属粉末としても良い。
(5)例えば、上記実施形態では、二酸化珪素粉末22を浸珪用粉末の一例に挙げたが、二酸化珪素を少なくとも含む粉末と、金属炭化物又は炭素同素体の何れか一方又は双方を含む粉体とを混合した混合粉末や、二酸化珪素を含む粉末と炭化珪素の粉末とを混合した混合粉末を浸珪用粉末としても良い。或いは、軟磁性粉末として、少なくとも酸素元素を含む鉄系粉末を用い、浸珪用粉末として、少なくとも炭素元素を含む粉末を用いても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various applications are possible.
(1) For example, in the above embodiment, the inside of the
(2) For example, in the above embodiment, the stirring
(3) For example, in the above embodiment, the first and
(4) For example, in the above embodiment, the
(5) For example, in the said embodiment, although the
1 圧粉磁心用粉末製造装置
2 回転炉
7 モータ
8 コントローラ
10 攪拌板
14 ヒータ
15 温度センサ
21 鉄粉(軟磁性金属粉末の一例)
22 二酸化珪素粉末(浸珪用粉末の一例)
23 混合粉
25 珪素浸透層
28 圧粉磁心用粉末
DESCRIPTION OF
22 Silicon dioxide powder (an example of siliconized powder)
23
Claims (5)
軟磁性金属粉末と二酸化珪素を含む浸珪用粉末の混合粉を、攪拌せずに、前記浸珪用粉末から珪素元素が脱離して前記軟磁性金属粉末に拡散浸透するために必要な加熱時均熱温度に加熱する加熱処理工程と、
前記加熱された混合粉を前記浸珪用粉末が焼結しない冷却時均熱温度に冷却した状態で、前記混合粉を攪拌する冷却時均熱温度時の攪拌工程と、を有し、
前記加熱処理工程と前記冷却時均熱温度時の攪拌工程とを繰り返し行うことにより、前記軟磁性金属粉末の表層に前記珪素元素が拡散浸透した珪素浸透層を形成する
ことを特徴とする圧粉磁心用粉末製造方法。 In the method for producing a powder for a powder magnetic core for producing a powder for a powder magnetic core,
During the heating necessary for diffusing and infiltrating the soft magnetic metal powder by detaching the silicon element from the silicon powder without stirring the mixed powder of the silicon powder containing the soft magnetic metal powder and silicon dioxide. A heat treatment step of heating to a soaking temperature;
In the state where the heated powder mixture is cooled to a cooling soaking temperature at which the siliconization powder does not sinter, the stirring step is performed at the cooling soaking temperature for stirring the mixed powder.
By forming the silicon-penetrated layer in which the silicon element is diffused and permeated into the surface layer of the soft magnetic metal powder by repeatedly performing the heat treatment step and the stirring step at the soaking temperature at the time of cooling, the green compact is characterized in that Magnetic core powder manufacturing method.
前記加熱処理工程における加熱時間を累計した累計時間が、前記珪素浸透層の前記軟磁性金属粉末の表面からの距離が、前記軟磁性金属粉末の直径の0.15倍未満となるように、前記混合粉を加熱するための処理時間と等しい
ことを特徴とする圧粉磁心用粉末製造方法。 In the method for producing a powder for a powder magnetic core according to claim 1,
The cumulative time obtained by accumulating the heating time in the heat treatment step is such that the distance of the silicon-penetrating layer from the surface of the soft magnetic metal powder is less than 0.15 times the diameter of the soft magnetic metal powder. A method for producing a powder for a powder magnetic core, characterized by being equal to a processing time for heating the mixed powder.
前記浸珪用粉末が二酸化珪素粉末であり、
前記加熱時均熱温度が1000℃であって、
前記冷却時均熱温度が700℃である
ことを特徴とする圧粉磁心用粉末製造方法。 In the method for producing a powder for a powder magnetic core according to claim 1 or 2,
The siliconizing powder is silicon dioxide powder,
The soaking temperature during heating is 1000 ° C.,
The method for producing a powder for a powder magnetic core, wherein the soaking temperature during cooling is 700 ° C.
軟磁性金属粉末と二酸化珪素を含む浸珪用粉末の混合粉が投入されるものであって、軸線を中心に回転可能に保持されており、内壁に攪拌部材が立設された回転炉と、
前記回転炉に駆動力を付与するモータと、
前記回転炉を加熱するヒータと、
前記ヒータのヒーティング動作と前記モータの駆動を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、前記浸珪用粉末から珪素元素が脱離して前記軟磁性金属粉末に拡散浸透するために必要な加熱時均熱温度に前記回転炉を加熱する場合、前記モータを停止させて、前記回転炉を静止させる一方、前記加熱された混合粉を前記浸珪用粉末が焼結しない冷却時均熱温度に冷却する場合、前記モータを駆動させて、前記回転炉を回転させる動作を、繰り返し行わせるものである
ことを特徴とする圧粉磁心用粉末製造装置。 In the powder manufacturing apparatus for the powder magnetic core for manufacturing the powder for the powder magnetic core,
A rotary furnace in which a mixed powder of siliconizing powder containing soft magnetic metal powder and silicon dioxide is charged, is held rotatably about an axis, and a stirring member is erected on an inner wall;
A motor for applying a driving force to the rotary furnace;
A heater for heating the rotary furnace;
A controller for controlling the heating operation of the heater and the driving of the motor;
When the controller heats the rotary furnace to a soaking temperature required for heating so that silicon element is desorbed from the siliconization powder and diffused and penetrates into the soft magnetic metal powder, the motor is stopped, While cooling the rotary furnace, when cooling the heated mixed powder to a cooling soaking temperature at which the siliconization powder does not sinter, the motor is driven to rotate the rotary furnace, A powder manufacturing apparatus for a powder magnetic core, characterized by being repeatedly performed.
前記回転炉の内部温度を測定する温度センサを有し、
前記コントローラは、前記温度センサの温度測定データに基づいて、前記回転炉の内部温度が前記加熱時均熱温度に安定するように、前記ヒータのヒーティング動作をフィードバック制御する
ことを特徴とする圧粉磁心用粉末製造装置。 In the powder magnetic core manufacturing apparatus according to claim 4,
A temperature sensor for measuring the internal temperature of the rotary furnace,
The controller performs feedback control on the heating operation of the heater based on temperature measurement data of the temperature sensor so that the internal temperature of the rotary furnace is stabilized at the soaking temperature during heating. Powder manufacturing equipment for powder magnetic cores.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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