KR102016189B1

KR102016189B1 - 압분 성형체의 성형 방법

Info

Publication number: KR102016189B1
Application number: KR1020147012804A
Authority: KR
Inventors: 가즈시 구사와케; 아츠시 사토; 마사토 우오즈미; 고지 야마구치
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤; 스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2019-08-29
Also published as: JP5906054B2; CN103999175B; JP2013089688A; US9431171B2; WO2013054769A1; KR20140089377A; CN103999175A; US20140232034A1; DE112012004311T5

Abstract

본 발명은, 압분 성형체를 균일한 품질로 생산성 좋게 성형 가능한 압분 성형체의 성형 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 다음 각 공정을 구비한다. 원료 분말(3)을 준비한다(준비 공정). 제1 펀치(하펀치(12))의 외주면(12s)과 다이(10)의 내주면(10s) 사이에 금형용 윤활제를 존재시키고, 이 상태로 이들 하펀치(12)와 다이(10)를 상대적으로 이동시켜, 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 도포한다(도포 공정). 캐비티에 원료 분말(3)을 충전하고, 그 원료 분말(3)을 가압하여 압분 성형체(100)를 성형한다(성형 공정). 여기서, 도포 공정에서는, 하펀치(12)에 형성된 공급구(12i)로부터 금형용 윤활제를 토출하고 하펀치(12)에 형성된 배출구(12o)로부터 그 토출된 금형용 윤활제를 회수하면서, 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 도포한다.

Description

압분 성형체의 성형 방법{MOLDING METHOD FOR MOLDED POWDER COMPACT}

본 발명은, 원료 분말을 가압하여 압분 성형체를 성형하는 압분 성형체의 성형 방법에 관한 것이다. 특히, 리액터나 모터 등의 자심의 소재가 되는 압분 성형체를 성형하는 압분 성형체의 성형 방법에 관한 것이다.

철이나 그 합금, 페라이트와 같은 산화물 등의 연자성 재료로 이루어진 자심과, 이 자심에 배치되는 코일을 구비하는 자기 부품이 여러가지 분야에서 이용되고 있다. 구체적으로는, 예컨대, 하이브리드 자동차나 전기 자동차와 같은 차량에 적재되는 차재 부품, 여러가지 전기 기기의 전원 회로 부품 등에 이용되는 모터, 트랜스, 리액터, 쵸크 코일 등을 들 수 있다. 상기 자심에는, 복수의 얇은 전자 강판을 적층시킨 적층체, 상기 연자성 재료로 이루어진 분말(이하, 연자성 분말이라고 함)을 금형에 충전하여 성형한 후, 얻어진 압분 성형체에 왜곡 제거를 위한 열처리를 한 압분 자심이 있다.

상기 자기 부품을 교류 자장에서 사용하는 경우, 자심에는 철손(대개 히스테리시스손과 와전류손의 합)이라 불리는 에너지 손실이 생긴다. 와전류손은 작동 주파수의 2승에 비례하기 때문에, 상기 자기 부품이 수 kHz 이상과 같은 고주파수에서 사용되는 경우 철손이 현저해진다. 이와 같이 작동 주파수가 높은 경우에는, 철이나 철합금 등의 연자성 금속 입자의 외주에 절연층을 구비하는 피복 입자(예컨대, 특허문헌 1)로 이루어진 것을 이용하면, 와전류손을 효과적으로 저감할 수 있고, 결과적으로 철손을 저감할 수 있다.

상기 압분 성형체를 제조함에 있어서, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 금형에 스프레이나 솔에 의해 윤활제를 도포하여, 금형과 압분 성형체의 마찰을 저감하여 압분 성형성을 높이는 것이 이루어지고 있다. 상기 피복 입자로 이루어진 연자성 분말을 이용하여 압분 성형체를 성형하는 경우, 이와 같이 윤활제를 이용함으로써, 피복 입자와 금형의 슬라이딩 접촉이나 입자끼리의 슬라이딩 접촉에 의한 절연층의 손상을 억제하여 절연성이 우수한 압분 성형체를 얻을 수 있다. 이 절연성이 우수한 압분 성형체를 이용함으로써, 압분 자심의 와전류손, 나아가서는 철손의 저감을 도모할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2006-202956호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평성09-272901호 공보

그러나, 종래의 성형 방법에서는, 전술한 압분 자심에 한정되지 않고, 원료 분말을 가압하여 성형하는 압분 성형체를 균일한 품질로 생산성 좋게 제작하는 것이 어려웠다.

상기 스프레이나 브러시로는 성형용 금형에 있어서 압분 성형체가 슬라이딩 접촉할 수 있는 면에 균일하게 윤활제를 도포하는 것이 어렵고, 도포 면적이 커질수록 균일한 도포가 어려워진다. 더구나, 연속적으로 복수의 압분 성형체를 제작함에 있어서, 각 압분 성형체를 제작하기 위한 윤활제의 도포 상태에도 변동이 생기기 쉽다.

따라서, 본 발명의 목적은, 압분 성형체를 균일한 품질로 생산성 좋게 성형 가능한 압분 성형체의 성형 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 성형용 금형에 있어서 성형체와 슬라이딩 접촉할 수 있는 면(이하, 슬라이딩 접촉면이라고 함)에 균일하게 얇게 윤활제를 도포하는 방법으로서, 스프레이 등의 독립된 도포 수단을 이용하지 않고, 성형용 금형에 금형용 윤활제의 공급구를 형성하여, 성형용 금형 자신을 윤활제의 도포 수단으로서 이용하는 것을 검토했다. 그 결과, 한쌍의 펀치와, 하나의 다이를 구비하는 성형용 금형을 이용하는 경우, 적어도 한쪽 펀치와 다이의 상대적 이동을 이용하면, 캐비티를 구성하는 다이의 내주면에 균일하게 윤활제를 도포할 수 있다는 지견을 얻었다.

또한, 본 발명자들은, 급분(給粉)→성형을 연속적으로 반복함으로써 압분 성형체를 생산성 좋게 연속적으로 성형하는 것을 상정하여, 상기 펀치와 다이의 상대적 이동을 이용한 윤활제의 도포를 검토했다. 그 결과, 원료 분말을 이용하여 연속적인 성형을 행하면, 다이와 펀치의 간극을 통과한 미립의 원료 분말의 축적에 의해, 금형용 윤활제의 공급구가 막힐 우려가 있고, 그렇게 되면 윤활제의 안정 공급 및 도포가 저해될 우려가 있는 것을 알 수 있었다.

상기 지견에 기초하여, 본 발명자들은 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법을 완성시켰다. 이하에, 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법을 규정한다.

본 발명의 압분 성형체의 성형 방법은, 상대적으로 이동 가능한 제1 펀치와 다이로 만들어지는 캐비티에 원료 분말을 충전하고, 상기 제1 펀치와 제2 펀치에 의해 상기 캐비티 내의 원료 분말을 가압하여, 압분 성형체를 성형하는 방법에 관한 것이다. 이 본 발명의 성형 방법은, 이하의 준비 공정과, 도포 공정과, 성형 공정을 구비한다.

[준비 공정] : 원료 분말을 준비하는 공정.

[도포 공정] : 상기 제1 펀치의 외주면과 상기 다이의 내주면 사이에 금형용 윤활제를 존재시키고, 이 상태로 이들 제1 펀치와 다이를 상대적으로 이동시켜, 상기 다이의 내주면에 상기 금형용 윤활제를 도포하는 공정.

[성형 공정] : 상기 제1 펀치와 상기 금형용 윤활제가 도포된 상기 다이로 둘러싸인 캐비티에 상기 원료 분말을 충전하고, 상기 제1 펀치와 상기 제2 펀치에 의해 그 원료 분말을 가압하여 압분 성형체를 성형하는 공정.

여기서, 도포 공정에서는, 상기 다이 또는 제1 펀치에 형성된 공급구로부터 상기 금형용 윤활제를 토출하고 상기 다이 또는 제1 펀치에 형성된 배출구로부터 상기 토출된 금형용 윤활제를 회수하면서, 상기 다이의 내주면에 상기 금형용 윤활제를 도포한다. 또, 금형용 윤활제의 토출은 연속적으로 행해도 좋고 단속적으로 행해도 좋다.

상기 본 발명의 성형 방법은, 모든 압분 성형체의 성형에 이용할 수 있지만, 특히 리액터나 모터 등의 자심의 소재가 되는 압분 자심(압분 성형체)의 제작에 적합하다. 예컨대, 본 발명의 성형 방법에서의 준비 공정에서 준비하는 원료 분말을, 절연층을 구비하는 연자성 금속 입자의 집합체인 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말로 하면, 자기 특성이 우수한 압분 자심(압분 성형체)을 성형할 수 있다.

본 발명의 성형 방법에서는, 제1 펀치 및 다이라는 성형용 금형의 구성 요소를 도포 수단으로 하고, 양자의 상대 이동을 이용하여 도포 작업을 행하기 때문에, 스프레이 등의 도포 수단을 별도로 준비하여 성형용 금형의 근방에 배치할 필요가 없다. 또한, 이 구성은, 성형을 위한 동작과 도포를 위한 동작이 실질적으로 중복되기 때문에 성형시의 작업 효율이 좋고, 압분 성형체의 제조성이 우수하다.

또한, 본 발명의 성형 방법에서는, 제1 펀치의 외주면과 다이의 내주면 사이에 공급구로부터 금형용 윤활제를 공급하면서, 잉여의 금형용 윤활제를 배출구로부터 배출하는 구성(이하, 순환 공급이라고 부르는 경우가 있음)이기 때문에, 금형용 윤활제의 잉여 공급 및 도포를 방지할 수 있다. 더구나, 순환 공급을 행함으로써 다이와 펀치의 간극을 통과한 미립의 원료 분말을 잉여의 금형용 윤활제의 배출과 함께 회수할 수 있어, 그 분말이 금형 내에 축적되거나 공급구를 막는 것을 방지할 수 있다. 이러한 점 때문에, 연속적으로 성형하는 압분 성형체의 수가 많아지더라도, 균일한 품질의 압분 성형체를 생산성 좋게 성형할 수 있다. 특히, 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말을 이용하여 압분 자심을 제작하는 경우, 잉여의 금형용 윤활제에 기인하는 연자성 분말의 절연층의 손상이 생기기 어려워, 철손이 작은 압분 성형체를 생산성 좋게 성형할 수 있다.

여기서, 상기 순환 공급을 달성하기 위한 성형용 금형에서의 공급구와 배출구의 배치는, 다음 (1)∼(3) 중 어느 것으로 할 수 있다. 즉, (1) 공급구와 배출구를 모두 제1 펀치의 외주면에 형성한다, (2) 공급구와 배출구를 모두 다이의 내주면에 형성한다, (3) 공급구와 배출구 중 어느 하나를 다이의 내주면에, 다른 하나를 제1 펀치의 외주면에 형성한다, 중의 어느 것이다. 이러한 구성 중 (2), (3)의 구성(다이의 내주면에 공급구와 배출구의 적어도 하나가 형성되는 구성)의 경우, 제1 펀치의 외주면에, 금형용 윤활제를 일단 저장하는 저장홈을 형성하는 것이 바람직하다. 이 저장홈의 폭, 길이, 깊이는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 순환 공급을 원활하게 하기 위해서, 공급구에 연결되는 홈이며, 공급구로부터 토출되는 금형용 윤활제를 분산시키는 분산홈을 형성해도 좋고, 배출구에 연결되는 홈이며, 잉여의 금형용 윤활제를 모아 배출구로 유도하는 수집홈을 형성해도 좋다. 공급구와 배출구를 모두 다이 또는 제1 펀치 중 어느 것에 형성하는 경우, 분산홈과 수집홈을 연결하는 것, 즉, 공급구로부터 배출구를 향하여 신장하는 1개의 순환홈으로 하는 것이 바람직하다. 분산홈, 수집홈, 순환홈의 폭, 길이, 깊이는 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 성형 방법의 일형태로서, 도포 공정에 있어서, 다이의 내주면의 전체 둘레에 걸쳐 금형용 윤활제를 도포하는 형태를 들 수 있다.

상기 구성에 의하면, 금형으로부터 압분 성형체를 빼내기 쉽게 할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의하면, 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말을 이용하여 압분 자심(압분 성형체)을 제작하는 경우, 압분 성형체의 외주면 중, 다이의 슬라이딩 접촉면에 대응하는 면의 절연층이 손상하는 것을 효과적으로 회피할 수 있다. 그 결과, 철손이 작은 압분 성형체를 제작할 수 있다.

다이의 내주면의 전체 둘레에 걸쳐 금형용 윤활제를 도포하는 경우, 예컨대, 후술하는 실시형태 1의 도 1, 2에 나타낸 바와 같이, 금형용 윤활제의 공급구(12i)와 배출구(12o)를 제1 펀치(하펀치(12))의 수평 방향으로도 수직 방향으로도 상이한 위치에 배치하여, 또한 공급구(12i)와 배출구(12o)를 순환홈(12g)으로 연결하는 구성으로 하는 것을 들 수 있다. 그 경우, 순환홈(12g)은, 하펀치(12)의 외주의 일주를 초과하는 길이를 갖도록 하면 된다.

본 발명의 성형 방법의 일형태로서, 다이의 내주면의 일부분에 금형용 윤활제를 도포하는 형태를 들 수 있다.

다이의 내주면의 일부분에 금형용 윤활제를 도포하는 경우, 다이의 내주면을 둘레 방향으로 분단하도록 금형용 윤활제를 도포하는, 즉, 가압 방향과 대략 평행해지도록 금형용 윤활제를 도포하는 것을 들 수 있다. 특히, 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말을 이용하여 압분 자심(압분 성형체)을 제작하는 경우, 다이의 내주면을 둘레 방향으로 분단하도록 금형용 윤활제를 도포하면, 압분 성형체의 외주면에 있어서 가압 방향과 대략 평행하게 신장하는 건전한 절연층을 구비하는 영역을 형성할 수 있다. 이러한 압분 성형체를 자심으로 하여 여자함에 있어서 상기 가압 방향과 자속 방향이 동일한 경우, 그 압분 성형체의 외주면 중, 자속 방향을 축방향으로 하여 둘레 방향으로 흐르는 와전류를 분단할 수 있고, 그 결과로서 압분 성형체의 철손을 작게 할 수 있다.

다이의 내주면을 둘레 방향으로 분단하도록 다이의 내주면에 금형용 윤활제를 도포하는 경우, 예컨대, 실시형태 2의 도 3의 (A)∼(C)에 나타낸 바와 같이, 공급구(12i)와 배출구(12o)를, 하펀치(12A∼12C)의 둘레 방향 혹은 축방향으로 틀어진 위치에 배치하여, 순환홈(12g)으로 연결하는 것을 들 수 있다.

본 발명의 성형 방법의 일형태로서, 준비 공정에 있어서, 고체 윤활제로 이루어진 원료용 윤활제를 혼합한 원료 분말을 준비하는 형태로 할 수 있다.

성형용 금형에 금형용 윤활제를 도포하고, 원료 분말에 원료용 윤활제를 혼합하여 원료 분말 자신에게 윤활성을 부여함으로써 압분 성형체를 성형할 때, 원료 분말을 구성하는 입자와 성형용 금형의 사이, 및 그 입자끼리의 사이의 마찰을 작게 할 수 있다. 특히, 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말을 이용하여 압분 자심(압분 성형체)을 제작하는 경우, 입자끼리의 마찰을 작게 함으로써, 압분 성형체의 슬라이딩 접촉면뿐만 아니라, 압분 성형체의 내부에서의 절연층의 손상을 효과적으로 억제할 수 있어, 철손이 작은 압분 자심을 얻을 수 있다.

본 발명의 성형 방법의 일형태로서, 다이의 내주면에 도포하는 금형용 윤활제는, 인화성을 갖지 않는 액매에 고체 윤활제로 이루어진 입자를 분산시킨 분산제인 형태로 할 수 있다.

금형용 윤활제로서 상기 분산제를 이용함으로써, 고체 윤활제만을 이용하는 경우나 액체 윤활제를 이용하는 경우와 비교하여, 다이의 내주면에 윤활제를 균일하게 도포하기 쉬울 뿐만 아니라, 이 균일한 도포 상태를 유지하기 쉽다. 예컨대, 금형용 윤활제에 고체 윤활제의 분말만을 이용하는 경우, 윤활제의 공급구나 배출구가 막히거나 상기 분산제보다 유동성이 떨어짐으로써, 다이의 내주면에 부착시키기 어렵거나, 도포하더라도 중력에 의해 낙하하거나 할 우려가 있다. 한편, 금형용 윤활제에 액체 윤활제를 이용하는 경우, 예컨대, 그리스와 같이 점도가 높은 액체 윤활제에서는, 전술한 고체 윤활제만을 이용하는 경우와 마찬가지로, 공급구나 배출구가 막히거나 유동성이 떨어짐으로써 윤활제의 과부족(도포 불균일)을 초래하거나 할 우려가 있다. 상기 분산제를 이용하는 본 발명의 성형 방법에서는, 액매가 고체 윤활제로 이루어진 입자의 유동성을 높이는 조제(助劑)가 되어, 전술한 바와 같이 도포 작업의 용이성, 다이의 내주면에 대한 금형용 윤활제의 존재 상태의 균일성을 높일 수 있다. 특히, 본 발명의 성형 방법에서는, 액매를 인화성을 갖지 않는 것으로 함으로써, 작업자의 안전성을 높일 수 있다.

본 발명의 일형태로서, 상기 금형용 윤활제 중의 고체 윤활제가 에틸렌비스스테아린산아미드를 포함하는 형태를 들 수 있다.

에틸렌비스스테아린산아미드는 윤활성이 우수하다. 특히, 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말을 이용하는 경우, 우수한 윤활성에 의해 그 분말을 구성하는 각 입자의 절연층의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 에틸렌비스스테아린산아미드는 금속 원소를 포함하지 않기 때문에, 상기 형태에 의해 얻어진 압분 성형체에 열처리를 하는 경우, 열처리시에 금속 원소를 포함하는 산화물이 형성되지 않아, 그 산화물의 생성에 의해 열처리로를 오염시키기 어렵다.

본 발명의 압분 성형체의 성형 방법에 의하면, 균일한 품질의 압분 성형체를 생산성 좋게 연속적으로 성형할 수 있다.

도 1의 (A)∼(F)는, 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법의 순서를 설명하는 공정 설명도이다.
도 2의 (A)는 실시형태 1에 나타내는 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법에 이용하는 성형용 금형의 하펀치 및 다이의 일부를 확대하여 나타내는 부분 단면도, (B)는 (A)의 B-B 단면도이다.
도 3의 (A)∼(C)는 각각, 실시형태 2에 나타내는 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법에 이용하는 성형용 금형의 하펀치의 부분 확대도이다.

<실시형태 1>

이하, 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법에 의해 압분 자심을 성형하는 예를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 그 설명을 함에 있어서, 우선 처음에 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법에 이용하는 성형용 금형을, 이어서 금형용 윤활제와 원료 분말을 설명하고, 마지막으로 성형 방법을 설명한다. 또, 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법은, 압분 자심의 성형에 한정되지 않고, 자성을 갖지 않는 압분 성형체의 성형에 이용할 수도 있다.

[성형용 금형]

이용하는 성형용 금형으로는, 예컨대, 도 1, 2에 나타낸 바와 같이 직사각형의 관통 구멍(10h)을 구비하는 통형상의 다이(10)와, 관통 구멍(10h)에 삽입 이탈되는 한쌍의 각기둥형(도 2의 (B)의 횡단면도를 참조)의 상펀치(11)ㆍ하펀치(12)를 구비하는 성형용 금형(1)을 이용할 수 있다. 또, 상하펀치(11, 12)는 각기둥형에 한정되지 않고 기둥형이면 된다. 즉, 관통 구멍(10h)의 형상 및 펀치(11, 12)의 횡단면 형상은 직사각형으로 한정되지 않으며, 예컨대, 원형을 포함하는 타원형, 직사각형 이외의 다각형, 직선과 원호를 조합한 부채꼴 등의 이형상(異形狀) 중 어느 것이라도 상관없다.

이 도 1에 나타내는 성형용 금형(1)에서는, 하펀치(12)가 도시하지 않은 본체 장치에 고정되고, 다이(10) 및 상펀치(11)가 도시하지 않은 이동 기구에 의해 각각 상하 방향으로 이동 가능한 구성으로 했다. 물론, 다이(10)가 고정되고 양 펀치(11, 12)가 이동 가능한 구성으로 해도 좋고, 다이(10) 및 양 펀치(11, 12)가 모두 이동 가능한 구성으로 해도 좋다. 성형용 금형(1)의 구성 재료에는, 종래 금속 재료의 압분 성형체의 성형에 이용되고 있는 적절한 고강도 재료(고속도강 등)를 들 수 있다.

(순환 공급 기구)

본 실시형태의 성형용 금형(1)은, 하펀치(12)의 외주면(12s)과 다이(10)의 내주면(10s)의 간극에 금형용 윤활제를 토출하고, 그 토출된 금형용 윤활제의 잉여분을 회수하면서, 다이(10)의 내주면(10s)의 전체 둘레에 걸쳐 금형용 윤활제를 도포하는 금형용 윤활제의 순환 공급 기구(20)를 구비한다. 본 실시형태에서의 순환 공급 기구(20)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 하펀치(12)에 설치되어 있고, 공급구(12i)ㆍ공급 유로(120i)ㆍ배출구(12o)ㆍ배출 유로(120o)ㆍ순환홈(12g)을 구비하고 있다.

공급구(12i)는, 각기둥형으로 형성된 하펀치(12)의 외주면(12s)을 구성하는 4개의 면 중, 도 2의 (A)의 지면 깊이측의 면(도 2의 (B)의 지면 상측의 면)에 개구된다. 공급구(12i)는, 이 공급구(12i)에 연락하는 공급 유로(120i)로부터 금형용 윤활제의 공급을 받아, 하펀치(12)의 외주면(12s)에 그 윤활제를 토출하는 구멍이다.

공급구(12i)에 연락하는 공급 유로(120i)는, 하펀치(12)의 후단측으로부터 선단측을 향하여 하펀치(12)의 축방향(도 2의 (A)에서는 상하 방향, 도 2의 (B)에서는 깊이 방향)을 따라서 신장하고, 도중에 하펀치(12)의 외주면(12s)(도 2의 (A)에서는 깊이측의 면, 도 2의 (B)에서는 상측의 면)을 향하여 굴곡된 관로이다. 이와 같이, 공급 유로(120i)의 대부분을 하펀치(12)의 중심측에 형성함으로써, 공급 유로(120i)에 의한 하펀치(12)의 강도 저하를 억제할 수 있다. 또, 이 공급 유로(120i)의 하단측에는, 금형용 윤활제를 저장하는 탱크와, 탱크 내의 금형용 윤활제를 공급 유로(120i)로 송출하는 펌프가 설치되어 있다(모두 도시하지 않음).

한편, 잉여의 금형용 윤활제를 회수하는 배출구(12o)는, 하펀치(12)의 4개의 면 중, 도 2의 (A)의 지면에 가까운 쪽의 면(도 2의 (B)에서는 지면 하측의 면)에 개구되어 있다. 또한, 하펀치(12)의 축방향에서의 배출구(12o)의 개구 위치는, 상기 공급구(12i)보다 하펀치(12)의 선단측(상면(12u)측)으로 되어 있다. 즉, 배출구(12o)와 공급구(12i)는, 하펀치(12)의 둘레 방향으로도 축방향으로도 틀어져 배치되어 있다.

상기 배출구(12o)에는 배출 유로(120o)가 연락하고 있다. 이 배출 유로(120o)도 공급 유로(120i)와 마찬가지로, 하펀치(12)의 후단측으로부터 선단측을 향하여 하펀치(12)의 축방향(도 2의 (A)에서는 상하 방향, 도 2의 (B)에서는 깊이 방향)을 따라서 신장하고, 도중에 하펀치(12)의 외주면(12s)(도 2의 (A)에서는 가까운 쪽의 면, 도 2의 (B)에서는 하측의 면)을 향하여 굴곡된 관로이다. 굴곡된 배출 유로(120o)의 선단부는 배출구(12o)에 연결되어 있다.

상기 배출 유로(120o)의 하단측에는, 회수한 금형용 윤활제를 저장하는 회수용 탱크가 설치되어 있다(도시하지 않음). 탱크에 회수한 금형용 윤활제는 적절한 처리를 하여 재이용하는 것이 좋다. 그 밖에, 배출 유로(120o)를 공급용 탱크에 직결해도 상관없다. 단, 그 경우에는, 탱크 내에 교반 기구 등을 설치하여, 공급하는 금형용 윤활제의 품질을 균질화하는 것이 바람직하다. 전술한 금형용 윤활제를 재이용하는 구성에서는, 회수한 금형용 윤활제에 포함되는 미립의 원료 분말을 분리하여, 그 원료 분말이 순환계에 재침입하는 것을 방지해 둔다. 분리에는 자석을 사용해도 좋고, 필터를 이용해도 좋다.

상기 공급구(12i)와 배출구(12o)의 개구 형상은 특별히 한정되지 않지만, 원형으로 하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 금형용 윤활제를 원활하게 급배할 수 있다. 마찬가지로, 공급 유로(120i)와 배출 유로(120o)의 단면 형상도 특별히 한정되지 않지만, 원형으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 공급구(12i)와 배출구(12o)의 구경(공급 유로(120i)와 배출 유로(120o)의 관직경)은, 후술하는 금형용 윤활제의 재질이나 형태에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 단, 양자의 상대적인 구경에는 바람직한 관계가 있다. 구체적으로는, 배출구(12o)의 구경은 공급구(12i)의 구경의 1∼2배로 하는 것이 바람직하다. 배출구(12o)를 약간 크게 함으로써, 순환 공급하는 금형용 윤활제의 회수를 원활하게 할 수 있다.

다음으로, 순환홈(12g)에 관해 설명한다. 순환홈(12g)은, 하펀치(12)의 외주면(12s)을 약 1 바퀴 반 주회하는 나선형의 홈이며, 공급구(12i)와 배출구(12o)를 연결하도록 형성된다. 이 순환홈(12g)을 형성함으로써, 공급구(12i)로부터 토출된 금형용 윤활제의 잉여분을 배출구(12o)로 원활하게 유도할 수 있다.

순환홈(12g)의 단면 형상은 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 그 단면 형상은, 원형, 직사각형, 사다리꼴 등으로 할 수 있다. 여기서, 전술한 바와 같이 공급구(12i)의 구경보다 배출구(12o)의 구경을 크게 하는 경우, 순환홈(12g)의 폭도 공급구(12i)와 배출구(12o)의 구경에 맞춰 변화시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 공급구(12i)로부터 배출구(12o)로 갈수록 서서히 순환홈(12g)의 폭을 크게 하는 것이 좋다.

이상 설명한 순환 공급 기구(20) 외에, 본 실시형태의 성형용 금형(1)에서는, 하펀치(12)의 외주면(12s)에서의 공급구(12i)보다 후단측의 영역에 시일홈(26)이 형성되어 있다. 시일홈(26)은, 하펀치(12)의 외주면(12s)을 주회하는 고리형 홈이며, 공급구(12i)로부터 토출된 금형용 윤활제가 시일홈(26)보다 후단측의 위치에 누출되는 것을 억제한다. 이 시일홈(26)에는, 시일성이 높은 스폰지 등의 다공질체를 배치하면, 그 누출을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 게다가, 다공질체에 흡수된 그 윤활제에 의해 다이(10)의 이동을 원활하게 할 수 있다. 이 시일홈(26)의 단면 형상, 정면에서 본 형상, 크기(용적), 하펀치의 둘레 방향에서의 형성 영역은, 적절하게 선택할 수 있다.

또, 금형용 윤활제의 공급량 등에 따라서는, 금형용 윤활제가 하펀치(12)의 후단측에 누설될 우려가 적은 경우가 있고, 그 경우는 시일홈(26)을 생략하더라도 상관없다. 또한, 시일홈(26)에 상기 다공질체를 배치하지 않고, 누출된 금형용 윤활제를 그대로 저장하는 구성으로 해도 좋다.

(성형용 금형의 각 부재의 치수 관계)

하펀치(12)의 외주면(12s)과 다이(10)의 내주면(10s) 사이에, 다이(10)가 이동 가능한 정도의 클리어런스가 형성되도록, 하펀치(12) 및 다이(10)의 크기를 설정한다(도 2에서는 클리어런스를 과장하여 나타내고 있음).

여기서, 본 실시형태에서는, 다이(10)의 관통 구멍(10h)의 치수를 관통 구멍(10h)의 축방향을 따라서 동일하게 하고, 또한, 상기 클리어런스의 크기가 부분적으로 상이하도록 하펀치(12)의 외형을 이형상으로 하고 있다. 구체적으로는, 순환홈(12g)보다 선단측(상면(12u)측)의 영역의 외형 크기를, 순환홈(12g)보다 후단측의 영역의 외형 크기보다 작게 하고 있다. 즉, 순환홈(12g)보다 선단측의 클리어런스를 후단측의 클리어런스보다 크게 하고 있다. 그렇게 함으로써, 하펀치(12)와 다이(10)의 상대적인 이동에 의해, 순환홈(12g) 내의 토출된 금형용 윤활제를 다이(10)의 내주면(10s)에 균일하게 도포할 수 있고, 순환홈(12g)보다 후단측에 금형용 윤활제가 누출되기 어렵다.

[금형용 윤활제]

다음으로, 상기 성형용 금형에 도포하는 금형용 윤활제를 설명한다. 금형용 윤활제로는, 액체 윤활제로 해도 좋고, 고체 윤활제로 해도 좋고, 액매(윤활제로서 기능하는 것이어도 좋고, 실질적으로 윤활제로서 기능하지 않는 것이어도 좋음)에 고체 윤활제를 분산시킨 것이어도 좋다. 특히, 인화성을 갖지 않는 액매에 고체 윤활제로 이루어진 입자를 분산시킨 분산제를 금형용 윤활제에 이용하는 것이 바람직하다.

(고체 윤활제)

고체 윤활제는 여러가지 재질의 것을 이용할 수 있다. 예컨대, 금속 원소를 포함하는 것, 대표적으로는, 스테아린산리튬, 스테아린산아연 등의 금속 비누, 금속 원소를 포함하지 않는 것, 대표적으로는, 스테아린산, 라우린산아미드, 스테아린산아미드, 팔미트산아미드 등의 지방산 아미드, 에틸렌비스스테아린산아미드 등의 고급 지방산 아미드 등을 들 수 있다. 상기 열거한 재질에서 선택되는 1종 이상의 고체 윤활제를 이용할 수 있다. 1종만으로도, 복수의 상이한 재질의 고체 윤활제를 조합하여 이용해도 좋다. 특히, 에틸렌비스스테아린산아미드는, 우수한 윤활성을 나타내며, 성형용 금형과의 마찰에 의한 피복 연자성 분말의 절연층의 손상을 억제할 수 있다. 후술하는 바와 같이 금형용 윤활제를 도포한 후, 적절하게 가열하여 액매를 증발 제거하는 경우에, 고체 윤활제는 그 열에 의해 변질되기 어려운 것을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 고체 윤활제의 입자의 크기는, 다이(10)와 하펀치(12)의 클리어런스보다 작은 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 다이(10)의 내주면(10s)에 도포된 금형용 윤활제가 후술하는 다이(10)의 이동에 의해 탈락하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어, 고체 윤활제가 도포된 상태를 양호하게 유지할 수 있다. 상기 고체 윤활제를 구성하는 입자의 구체적인 최대 입경은, 20 ㎛ 이하가 바람직하고, 10 ㎛ 이하가 더 바람직하다. 특히 5 ㎛ 이하와 같은 미세한 입자로 하면, 도포 두께를 더욱 얇게 할 수 있을 뿐만 아니라, 금형용 윤활제의 유동성을 높일 수 있어, 보다 균일하게 도포하기 쉽다고 기대된다.

(액매)

액매는, 주로 상기 금형용 윤활제에서의 고체 윤활제의 분말의 유동성을 높이기 위한 매체로서 이용된다. 특히, 본 발명의 성형 방법에서는, 액매는, 작업자의 안전성을 높이기 위해 인화성을 갖지 않는 것으로 하는 것이 바람직하다. 인화성을 갖지 않는 액매로서, 대표적으로는, 인화점을 갖지 않는 액체, 단적으로 말하면 위험물 이외의 액체를 들 수 있다. 인화성을 갖지 않는 액매라면, 무기물이어도 좋고 유기물이어도 좋다.

상기 무기물에는 물을 들 수 있다. 물은, 준비가 간단하고, 안전하며, 환경 부하가 작다는 이점을 갖는다. 이 물과 같이, 윤활제로서 실질적으로 기능하지 않는 액매를 이용하는 경우, 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 도포한 후 제거하는 것이 요구된다. 예컨대, 하펀치(12)를 가열해도 좋지만, 액매가 부착되어 있는 다이(10)를 가열하면, 단시간에 용이하게 액매의 제거가 가능하여 작업성이 우수하다. 이 가열 온도는, 50℃ 이상이 바람직하고, 그 온도가 높을수록 증발에 요하는 시간을 단축할 수 있어 작업성이 우수하기 때문에, 60℃ 이상이 보다 바람직하다. 한편, 100℃ 미만으로 함으로써 가열에 따르는 에너지를 저감할 수 있다. 이 가열 온도는, 65℃∼75℃ 정도가 보다 바람직하다. 다이(10) 등의 성형용 금형(1)을 가열하기 위해서는, 다이(10) 등에 카트리지 히터와 같은 가열 수단을 내장하거나, 다이(10) 등에 온풍을 불어 넣거나 하는 것을 들 수 있다.

압분 성형체의 성형을 연속하여 행하는 경우, 연속 성형에 의해 생긴 가공열에 의해 성형용 금형(1)이 어느 정도 데워진 상태가 될 수 있다. 예컨대, 가공열 등에 의해 금형 온도가 50℃ 이상이 되어 있는 경우, 액매를 제거하기 위해 가열 수단에 의한 가열을 성형마다 행하지 않아도 좋다. 즉, 가공열만을 이용하여 액매의 증발ㆍ제거를 행해도 좋다. 가공열을 이용함으로써, 별도로 증발ㆍ제거를 위한 가열 수단이나 에너지를 불필요, 혹은 저감할 수 있다. 성형용 금형의 온도를 적절하게 측정하고, 측정 온도에 따라서, 가열 수단에 의한 가열의 필요 여부를 설정할 수 있다.

한편, 상기 유기물에는, 휘발성이 높은 것(시판하는 용제, 예컨대 1-브로모프로판 별명 n-프로필브로마이드(99 질량%)를 포함하는 용제 등)을 이용하면, 전술한 바와 같이 성형용 금형(1)(다이(10))을 가열하지 않거나, 또는 가열 온도를 낮게 하더라도 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 상기 유기물로서, 윤활유 등의 윤활성이 우수한 것을 이용할 수 있다. 윤활성이 우수한 액매를 이용하는 경우, 상기 가열에 의한 액매 제거 공정을 생략할 수 있다. 또한, 본 발명의 성형 방법에서는, 금형용 윤활제가 고체 윤활제를 함유하기 때문에, 액매에 액체 윤활제를 이용한 경우라도 드립핑 등이 생기기 어렵다고 기대된다.

액매에 고체 윤활제를 분산시킨 분산제를 이용하는 경우, 액매나 고체 윤활제의 재질에 따라서도 달라지지만, 분산제의 농도(고체 윤활제의 질량/분산제의 질량)는 대략 10∼50 질량%로 하는 것이 좋다. 또한, 다이(10)의 내주면(10s)에 대한 금형용 윤활제의 도포량(고체 윤활제의 질량(윤활성의 액매라면 분산제의 총질량)/내주면(10s)의 면적)도, 액매나 고체 윤활제로 무엇을 이용하는지에 따라 달라지지만, 대략 0.001∼0.1 g/㎠로 하면 윤활제로서 충분히 기능한다.

[원료 분말]

다음으로, 본 발명의 성형 방법에 이용하는 원료 분말을 설명한다. 본 발명의 성형 방법에서는, 원료 분말로서, 절연층을 구비하는 연자성 금속 입자의 집합체인 피복 연자성 분말을 포함하는 원료 분말을 준비한다. 이 원료 분말 자신에도 윤활성을 부여해도 좋다. 구체적으로 원료 분말에 윤활성을 부여하는 방법으로서, 절연층에 윤활성을 갖는 재료를 사용하는 형태(피복 내부 윤활)나, 피복 연자성 분말에 특정량의 고체 윤활제(원료용 윤활제)를 함유하는 혼합 분말을 이용하는 형태(혼합 내부 윤활), 이들 피복 내부 윤활과 혼합 내부 윤활을 복합한 형태(복합 내부 윤활)를 들 수 있다.

(연자성 금속 입자)

연자성 금속 입자의 재질은, 철을 50 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 예컨대, 순철(Fe), 기타 Fe-Si계 합금, Fe-Al계 합금, Fe-N계 합금, Fe-Ni계 합금, Fe-C계 합금, Fe-B계 합금, Fe-Co계 합금, Fe-P계 합금, Fe-Ni-Co계 합금 및 Fe-Al-Si계 합금에서 선택되는 1종의 철합금을 들 수 있다. 특히, 투자율 및 자속 밀도의 점에서, 99 질량% 이상이 Fe인 순철이 바람직하다.

연자성 금속 입자는, 그 평균 입경 d가 1 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입경 d가 1 ㎛ 이상이면, 유동성이 우수할 뿐만 아니라, 본 발명의 성형 방법에 의해 얻어진 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우 히스테리시스손의 증가를 억제할 수 있고, 70 ㎛ 이하이면, 얻어진 압분 성형체에 의해 자심을 제작하여, 이 자심을 1 kHz 이상과 같은 고주파수에서 사용한 경우에도 와전류손을 효과적으로 저감할 수 있다. 특히, 평균 입경 d가 50 ㎛ 이상이면, 히스테리시스손의 저감 효과를 얻기 쉬울 뿐만 아니라, 분말을 취급하기 쉽다. 상기 평균 입경 d는, 입경의 히스토그램 중, 입경이 작은 입자로부터의 질량의 합이 총질량의 50%에 도달하는 입자의 입경, 즉 50% 입경(질량)을 말한다.

(절연층)

연자성 금속 입자는 그 표면에 절연층을 가짐으로써, 본 발명의 성형 방법에 의해 얻어진 압분 성형체는 절연성이 우수하다. 또한, 이 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우, 상기 절연층에 의해 각 연자성 금속 입자끼리 절연할 수 있고, 그 입자끼리의 접촉을 방지함으로써, 와전류손을 저감할 수 있다.

절연층의 두께는, 10 nm 이상 1 ㎛ 이하를 들 수 있다. 10 nm 이상이면, 연자성 금속 입자 사이의 절연을 확보할 수 있고, 1 ㎛ 이하이면, 절연층의 존재에 의해, 압분 성형체에서의 연자성 재료의 함유 비율의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 이 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우, 자속 밀도의 현저한 저하를 억제할 수 있다. 절연층의 두께는, 조성 분석(투과형 전자 현미경 및 에너지 분산형 X선 분광법을 이용한 분석 장치 : TEM-EDX)에 의해 얻어지는 막조성과, 유도 결합 플라즈마 질량 분석 장치(ICP-MS)에 의해 얻어지는 원소량을 감안하여 상당 두께를 도출하고, 또한 TEM 사진에 의해 직접 절연층을 관찰하여, 앞서 도출된 상당 두께의 오더가 적정한 값인 것을 확인하여 결정되는 평균적인 두께로 한다.

윤활성을 갖지 않는 절연층의 재료로서, 예컨대, Fe, Al, Ca, Mn, Zn, Mg, V, Cr, Y, Ba, Sr 및 희토류 원소(Y를 제외) 등에서 선택된 1종 이상의 금속 원소의 산화물, 질화물, 탄화물 등의 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물을 들 수 있다. 또한, 절연 재료에는, 상기 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 이외의 금속 화합물, 예컨대 인화합물, 규소 화합물, 지르코늄 화합물 및 알루미늄 화합물에서 선택된 1종 이상의 화합물을 들 수 있다. 그 밖의 절연 재료에는, 금속염 화합물, 예컨대, 인산 금속염 화합물(대표적으로는, 인산철이나 인산망간, 인산아연, 인산칼슘 등), 붕산 금속염 화합물, 규산 금속염 화합물, 티타늄산 금속염 화합물 등을 들 수 있다. 인산 금속염 화합물은 변형성이 우수하기 때문에, 인산 금속염 화합물에 의한 절연층을 구비하면, 압분 성형체의 성형시, 그 절연층은, 연자성 금속 입자의 변형에 따라 용이하게 변형되어 손상되기 어려워, 절연층이 건전한 상태로 존재하는 압분 성형체를 얻기 쉽다. 또한, 인산 금속염 화합물에 의한 절연층은, 철계의 연자성 금속 입자에 대한 밀착성이 높아, 그 입자의 표면으로부터 탈락하기 어렵다. 절연층의 형성에는, 예컨대, 인산염 화성 처리를 이용할 수 있다. 그 밖에, 절연층의 형성에는, 용제의 분사나 전구체를 이용한 졸겔 처리를 이용할 수 있다.

윤활성을 갖는 절연층의 재료로서, 예컨대, 열가소성 수지나 비열가소성 수지와 같은 수지나 고급 지방산염을 들 수 있다. 특히, 실리콘 수지나 스테아린산염은, 가압 성형시에 원료 분말(피복 연자성 분말)의 윤활성을 높여, 피복 연자성 분말의 분산성이나 성형용 금형으로부터의 이형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘 수지와 같은 실리콘계 유기 화합물은 내열성이 우수하기 때문에, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 했을 때에도 분해되기 어렵다. 실리콘계 유기 화합물 등에 의한 절연층의 형성에는, 유기 용제를 이용한 습식 피복 처리나, 믹서에 의한 직접 피복 처리 등을 이용할 수 있다.

특히, 실리콘 수지로 이루어진 절연층을 구비하는 형태로 하는 경우, 수화수를 함유하는 절연 재료로 구성된 내측막을 연자성 금속 입자의 표면에 형성하고, 이 내측막을 수분자의 발생원으로 하여, 가수분해ㆍ축중합 반응에 의해 실리콘 수지를 형성하는 재료를 이용하여 실리콘 수지막을 상기 내측막 상에 형성해도 좋다. 이 경우, 매우 단시간에 가수분해ㆍ축중합 반응을 행할 수 있어 실리콘 수지막을 효율적으로 형성할 수 있고, 상기 내측막과 실리콘 수지막의 다층 구조의 절연층을 생산성 좋게 형성할 수 있다. 또한, 가수분해ㆍ축중합 반응에 의해 형성된 실리콘 수지막은, 전술한 바와 같이 변형성이 우수하기 때문에, 성형시에 파손이나 균열이 생기기 어렵고, 내측막으로부터 박리되기 어렵다. 또한, 이 실리콘 수지막은 내열성이 우수하기 때문에, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 했을 때 열분해 등의 손상을 받기 어렵다. 따라서, 이 다층 구조의 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말은, 절연성, 내열성, 변형성, 밀착성이 우수하다.

수화수를 함유하는 내측막은, 예컨대, 전술한 인산 금속염 화합물 등에 있어서 수화수를 포함하는 것을 재료에 이용함으로써 형성할 수 있다. 가수분해ㆍ축중합 반응에 의해 실리콘 수지를 형성하는 수지 재료는, 예컨대, Sim(OR)n(m, n : 자연수, OR : 가수분해기)로 표시되는 화합물을 들 수 있다. 가수분해기는, 예컨대, 알콕시기나 아세톡시기, 할로겐기, 이소시아네이트기, 히드록실기 등을 들 수 있다. 보다 구체적인 재료는, 분자 말단이 알콕시실릴기(≡Si-OR)로 봉쇄된 알콕시 올리고머를 바람직하게 이용할 수 있다. 알콕시기는, 예컨대, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, sec-부톡시, tert-부톡시를 들 수 있다. 특히, 메톡시는 가수분해후의 반응 생성물의 제거가 용이하다. 이들 수지 재료는, 1종이어도 좋고, 복수종을 조합하여 이용해도 좋다. 가수분해ㆍ축중합 반응에 의해 실리콘 수지가 되는 수지 재료로서, 예컨대, GE 도시바실리콘 주식회사 제조의 TSR116이나 XC96-B0446 등 시판품을 이용할 수 있다.

상기 내측막과 상기 실리콘 수지막의 이중 구조의 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말은, 예컨대, 연자성 금속 분말을 준비하여, 그 분말을 구성하는 입자의 표면에 전술한 인산염 화성 처리나 졸겔 처리 등에 의해 내측막을 형성한 후, 이 피복 입자와 가수분해ㆍ축중합 반응에 의해 실리콘 수지가 되는 수지 재료를 가열 분위기(80℃∼150℃, 바람직하게는 100℃ 이상)에서 혼합함으로써 제조할 수 있다. 상기 가열 분위기에서의 혼합에 의해, 내측막의 구성 재료에 포함되는 수화수가 이탈하여, 상기 수지 재료의 가수분해를 촉진하여 실리콘 수지를 형성할 수 있다. 이 혼합시, 포름산, 말레산, 푸마르산, 아세트산 등의 유기산이나, 염산, 인산, 질산, 붕산, 황산 등의 무기산 등을 촉매에 이용할 수 있다.

(원료용 윤활제)

원료 분말에 원료용 윤활제를 포함시키는 혼합 내부 윤활(혹은 복합 내부 윤활)의 경우, 사용하는 원료용 윤활제는, 고체 윤활제의 입자로 이루어진 분말로 하는 것이 바람직하다. 액체 윤활제가 아니라 분말로 함으로써, 피복 연자성 분말과 혼합하기 쉬울 뿐만 아니라, 혼합 분말을 취급하기 쉽다. 원료용 윤활제도 여러가지 재질의 것을 이용할 수 있고, 전술한 금형용 윤활제에서 열거한 각종 금속 비누, 각종 지방산 아미드, 각종 고급 지방산 아미드 등을 이용할 수 있다. 기타, 육방정계의 결정 구조를 갖는 무기 윤활제, 예컨대, 질화붕소, 황화몰리브덴, 황화텅스텐 및 그래파이트 등에서 선택되는 무기물을 들 수 있다. 이 무기물과 전술한 금속 비누 등을 조합하여 이용해도 좋다. 원료용 윤활제의 재질과 금형용 윤활제의 재질은 동일해도 좋고 상이해도 좋다.

원료용 윤활제는, 피복 연자성 분말에 균일하게 혼합하기 쉽고, 압분 성형체의 성형시에 연자성 금속 입자 사이에서 충분히 변형 가능하며, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 했을 때, 이 가열에 의해 제거하기 쉬운 것을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 성형 방법에서는, 전술한 바와 같이, 피복 내부 윤활, 혼합 내부 윤활 및 복합 내부 윤활을 이용할 수 있다. 피복 내부 윤활에서는, 원료 분말 중에서의 피복 연자성 분말의 함유 비율을 높일 수 있어, 얻어진 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우, 그 자심의 자기 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 혼합 내부 윤활에서는, 원료 분말에 구비되는 절연층의 손상을 효과적으로 억제할 수 있다. 이 피복 연자성 분말에 대한 원료용 윤활제의 함유 비율은 0.4 질량%∼0.8 질량%로 한다(복수의 재질의 경우는 합계량). 원료용 윤활제의 함유량을 상기 특정한 범위로 함으로써, 후술하는 시험예에 나타낸 바와 같이, 원료 분말이 윤활성을 갖지 않고 금형에만 윤활제를 도포하는 경우나, 원료 분말에 윤활제를 혼합하고 금형에 윤활제를 도포하지 않는 경우 등과 비교하여, 윤활성이 우수하여, 원료 분말에 구비하는 절연층의 손상을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 얻어진 압분 성형체도 건전한 상태의 절연층이 많이 존재하고 있어, 이 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우, 이 자심은 절연성이 우수하다. 또한, 복합 내부 윤활을 행함으로써, 원료용 윤활제의 사용량을 저감하더라도, 원료 분말에 구비하는 절연층의 손상을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 성형 방법에 의해 얻어진 압분 성형체를 이용함으로써, 철손이 작은 압분 자심을 얻을 수 있다.

[성형 순서]

다음으로, 도 1을 참조하여 본 발명의 성형 방법의 성형 순서를 설명한다. 성형 순서는, 원료 분말을 준비하는 준비 공정과, 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 순환 공급하여 도포하는 도포 공정과, 원료 분말을 가압하여 압분 성형체를 성형하는 성형 공정을 구비한다.

(준비 공정)

우선, 성형에 이용하는 원료 분말을 준비한다. 구체적으로는, 연자성 분말을 준비하고, 그 분말을 구성하는 입자의 표면에, 예컨대 윤활성을 갖는 절연 재료에 의해 절연층을 형성하여, 절연층을 구비하는 피복 입자의 집합체인 피복 연자성 분말을 준비한다. 여기서, 혼합 내부 윤활로 하는 경우라면, 원하는 조성으로 이루어진 고체 윤활제(원료용 윤활제)의 분말을 준비하고, 이 원료용 윤활제를 상기 피복 연자성 분말과 혼합하여 원료 분말로 한다. 이 혼합에는, V형 혼합기, 진동 볼밀, 유성 볼밀 등의 혼합 수단을 이용할 수 있다.

또한, 금형용 윤활제를 준비한다. 구체적으로는, 고체 윤활제의 분말(바람직하게는 최대 직경 : 20 ㎛ 이하) 및 인화성을 갖지 않는 액매를 준비한다. 그리고, 액매에 이 고체 윤활제의 분말을 분산시킨 분산제를 제작해 둔다. 분산성을 높이기 위해서 적절한 조제를 이용할 수 있다.

(도포 공정)

우선, 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 다이(10), 상펀치(11) 및 하펀치(12)를 서로 격리한 상태로, 제작한 분산제를 충전한 탱크를 하펀치(12)의 공급 유로(120i)(도 2의 (A) 참조)에 접속하여, 하펀치(12)의 공급구(12i)로부터 금형용 윤활제를 토출할 수 있는 상태로 한다.

다음으로, 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 다이(10)를 지면 하측으로 이동시켜, 다이(10)의 일면과 하펀치(12)의 상면(12u)을 거의 동일면으로 한다. 최종적으로, 다이(10)의 내주면(10s)의 실질적으로 전역(全域)은, 하펀치(12)의 외주면(12s)과 대향하도록 배치되고, 다이(10)의 내주면(10s)과 하펀치(12)의 외주면(12s) 사이에는, 하펀치(12)의 외형에 따른 여러가지 크기의 클리어런스가 형성된다.

이어서, 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이, 다이(10)를 상측으로 이동시켜, 하펀치(12)의 상면(12u)과 다이(10)의 내주면(10s)으로 둘러싸인 캐비티를 형성한다. 이 상측으로 다이(10)를 이동시키는 동안에, 공급구(12i)로부터 금형용 윤활제를 토출하고, 그 토출된 금형용 윤활제의 잉여분을 배출구(12o)로부터 배출하는 금형용 윤활제의 순환 공급을 행한다. 보다 구체적으로는, 공급구(12i)로부터 토출된 금형용 윤활제는, 순환홈(12g)의 내주면과 다이(10)의 내주면(10s)으로 둘러싸인 공간을 따라서 배출구(12o)를 향하여 송출된다. 그 때, 다이(10)와 하펀치(12)가 상대적으로 이동하고 있기 때문에, 순환홈(12g) 내의 금형용 윤활제가 다이(10)의 내주면(10s)에 도포된다. 게다가, 순환홈(12g)에 송출된 잉여의 금형용 윤활제는 배출구(12o)로부터 회수되기 때문에, 필요 이상으로 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제가 도포되지는 않는다.

이 도 1의 (C)의 시점에서 상기 캐비티를 구성하는 다이(10)의 내주면(10s)의 전체 둘레에 걸쳐 금형용 윤활제가 균일하게 도포된다. 또한, 이 금형용 윤활제는, 캐비티의 깊이 방향으로 균일하게 도포되어, 균일한 두께의 윤활제층(2)이 형성되어 있다. 또, 도 1, 도 2에서는 이해하기 쉽도록 윤활제층(2)의 고체 윤활제의 입자를 과장하여 나타낸다.

여기서, 금형용 윤활제의 액매가 물 등의 비교적 증발에 시간을 요하는 것인 경우, 금형을 적절하게 가열하여(바람직하게는 50℃ 이상 100℃ 미만) 액매를 증발 제거할 수 있다. 액매가 휘발성이 높은 것인 경우, 상기 가열을 행하지 않아도 좋고, 가열 온도를 낮게 해도 좋다. 캐비티 내의 증기를 보다 확실하게 외부에 방출할 수 있도록 실온(대표적으로는 20℃ 정도)의 건조 공기를 캐비티 내에 공급해도 좋다.

(성형 공정)

도 1의 (D)에 나타낸 바와 같이 윤활제층(2)을 구비하는 캐비티 내에, 도시하지 않은 급분 장치를 이용하여 준비한 원료 분말(3)을 급분한다. 그리고, 도 1의 (E)에 나타낸 바와 같이 상펀치(11)를 하측으로 이동시켜 다이(10)의 관통 구멍(10h)에 압입하고, 양 펀치(11, 12)에 의해 원료 분말(3)을 가압한다. 이 때, 윤활제층(2)(금형용 윤활제를 구성하는 고체 윤활제의 입자)에 의해, 원료 분말(3)과 다이(10)의 내주면(10s)의 마찰을 저감할 수 있다. 여기서, 원료 분말(3) 내에 원료용 윤활제를 포함시키거나, 혹은 절연층에 윤활성을 부여해 놓으면, 원료 분말과 양 펀치(11, 12) 및 원료 분말(3) 내의 피복 입자끼리의 마찰을 저감하여, 원료 분말(3)을 양호하게 압축할 수 있다.

성형 압력은, 390 MPa 이상 1500 MPa 이하로 하는 것을 들 수 있다. 390 MPa 이상으로 함으로써 원료 분말(3)(피복 입자)을 충분히 압축할 수 있어, 압분 성형체의 상대 밀도를 높일 수 있고, 1500 MPa 이하로 함으로써 원료 분말(3) 내의 피복 입자끼리의 접촉에 의한 절연층의 손상을 억제할 수 있다. 700 MPa 이상 1300 MPa 이하가 보다 바람직한 압력이다.

정해진 가압을 행하면, 도 1의 (F)에 나타낸 바와 같이, 상펀치(11)를 상측으로, 다이(10)를 하측으로 이동시켜, 압분 성형체(100)를 꺼낸다. 이 때, 다이(10)의 내주면(10s)에 도포된 금형용 윤활제에 의해, 압분 성형체(100)와 다이(10)의 내주면(10s)의 마찰이 저감되기 때문에, 압분 성형체(100)를 용이하게 꺼낼 수 있다. 상기 공정에 의해 압분 성형체(100)를 얻을 수 있다. 또, 상펀치(11)의 이동과 다이(10)의 이동은 어느 것이 먼저이어도 좋고, 동시이어도 좋다.

도 1의 (F)의 상태로부터 압분 성형체(100)를 꺼내면, 다이(10)와 펀치(11, 12)의 배치는 도 1의 (B)에 나타내는 상태와 동일해진다. 그 때문에, 연속적으로 성형을 행하는 경우, 도 1의 (C)∼(F)를 반복하여 행하면 된다.

상기 공정에 의해 얻어진 압분 성형체에 의해 자심을 제작하는 경우, 압분 성형체에 열처리를 하여 성형시에 도입된 왜곡을 제거하면, 히스테리시스손의 저감을 도모할 수 있다. 이 열처리의 온도는, 높을수록 히스테리시스손을 저감할 수 있지만, 지나치게 높으면 절연층의 구성 재료가 열분해되는 경우가 있기 때문에, 그 구성 재료의 열분해 온도 미만의 범위에서 선택한다. 대표적으로는, 상기 가열 온도는 400℃∼700℃ 정도, 유지 시간은 30분 이상 60분 이하를 들 수 있다. 절연층이 인산철이나 인산아연 등의 비정질 인산염으로 이루어진 경우, 상기 가열 온도는 500℃ 정도까지가 바람직하고, 금속 산화물이나 실리콘 수지 등의 내열성이 우수한 절연 재료로 이루어진 경우, 550℃ 이상, 더욱 600℃ 이상, 특히 650℃ 이상으로 가열 온도를 높일 수 있다. 가열 온도 및 유지 시간은, 절연층의 구성 재료에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.

[효과]

상기 구성을 구비하는 본 발명의 성형 방법을 이용함으로써, 압분 성형체(100)와 성형용 금형(1)(다이(10)의 내주면(10s))의 마찰을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 압분 성형체(1)의 외주면에 있어서 압분 성형체(1)를 구성하는 입자에 구비되는 절연층이 상기 마찰에 의해 손상되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 저손실의 압분 성형체를 얻을 수 있고, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 하여 압분 자심을 제작한 경우, 얻어진 압분 자심은, 와전류손이 효과적으로 저감되어 있고, 철손이 작다. 즉, 본 발명의 성형 방법에 의하면, 철손이 작은 압분 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 성형 방법에서는, 금형용 윤활제를 순환 공급에 의해 다이(10)의 내주면(10s)에 도포하고 있기 때문에, 성형용 금형(1)의 캐비티 내에 불필요한 금형용 윤활제가 잔존하기 어렵다. 더구나, 금형용 윤활제와 같이 불필요한 원료 분말을 회수할 수 있기 때문에, 그 원료 분말이 금형(1) 내에 축적되거나, 공급구(12i)를 막지도 않는다. 그 때문에, 복수의 압분 성형체를 연속적으로 제작하더라도, 압분 성형체가 건전한 성형을 다수회에 걸쳐 유지할 수 있다.

<실시형태 2>

실시형태 2에서는, 다이의 내주면의 일부분에 금형용 윤활제를 도포하는 본 발명의 성형 방법(부분 외부 윤활)을 설명한다. 그 설명에 앞서서, 사용하는 성형용 금형의 형태를 도 3의 (A)∼(C)를 이용하여 설명한다. 또, 도 3에 예시하는 구성은 모두 하펀치에 공급구와 배출구를 형성하는 구성이므로, 도 3에서는 하펀치만을 도시한다.

도 3의 (A)에 나타내는 하펀치(12A)에서는, 공급구(12i)와 배출구(12o)가 모두 지면에 가까운 쪽의 면에 형성되고, 공급구(12i)와 배출구(12o)가 하펀치(12A)의 둘레 방향 및 축방향 중 어느 방향으로도 틀어져 있다. 그 때문에, 공급구(12i)와 배출구(12o)를 연결하는 순환홈(12g)은, 공급구(12i)로부터 비스듬하게 상측을 향하여 신장하여, 배출구(12o)에 연락하고 있다.

도 3의 (B)에 나타내는 하펀치(12B)에서는, 공급구(12i)와 배출구(12o)가 하펀치(12B)의 축방향으로 동일한 위치이지만 둘레 방향으로 틀어진 위치(동일 원둘레 상의 상이한 위치)에 형성되어 있다. 그 때문에, 공급구(12i)와 배출구(12o)를 연결하는 순환홈(12g)은, 하펀치(12B)의 둘레 방향으로 신장하고 있다.

도 3의 (C)에 나타내는 하펀치(12C)에서는, 공급구(12i)와 배출구(12o)가 하펀치(12C)의 둘레 방향으로 동일한 위치이지만 축방향으로 틀어진 위치(동일 축선 상의 상이한 위치)에 형성되어 있다. 그 때문에, 공급구(12i)와 배출구(12o)를 연결하는 순환홈(12g)은, 하펀치(12C)의 축방향으로 신장하고 있다.

도 3의 (A)∼(C) 중 어느 하펀치(12A∼12C)를 이용하더라도, 도 1에 나타내는 다이(10)의 내주면(10s)을 둘레 방향으로 분단하도록 그 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 도포할 수 있다. 이와 같이 다이(10)의 내주면(10s)을 둘레 방향으로 분단하여 캐비티의 깊이 방향으로 균일하게 금형용 윤활제를 도포함으로써, 얻어지는 압분 성형체의 외주면에 있어서, 압분 성형체의 가압 방향으로 대략 평행하게 신장하는 절연층이 건전한 영역을 형성할 수 있다. 이러한 압분 성형체를 자심으로 하고, 상기 가압 방향을 자속 방향으로 하여 여자한 경우, 자속 방향을 축방향으로 하는 원둘레 방향으로 흐르는 와전류를 차단할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 구성이라면, 금형용 윤활제를 절약할 수 있다. 더구나, 상기 구성이라면, 하펀치의 구조를 간략화할 수 있다는 효과도 있다.

<변형 실시형태 1>

전술한 실시형태에서는, 관통 구멍을 갖지 않는 중실의 압분 성형체를 성형하는 구성을 설명했다. 기타, 본 발명의 성형 방법은, 관통 구멍을 갖는 압분 성형체(대표적으로는 링형체)의 성형에도 적용할 수 있다. 이 경우, 다이와, 하펀치와, 상펀치와, 하펀치에 대하여 상대적으로 이동 가능하게 배치되는 코어 로드를 구비하는 성형용 금형을 이용한다. 이 형태에서는, 다이의 내주면과 코어 로드의 외주면의 쌍방이 성형체와의 슬라이딩 접촉면이 될 수 있다. 따라서, 다이의 내주면과 코어 로드의 외주면의 쌍방에 금형용 윤활제를 도포할 수 있도록, 하펀치에 공급구나 배출구, 순환홈을 형성한다. 예컨대, 하펀치를, 코어 로드가 삽입 관통되는 관통 구멍을 갖는 통형상체로 하는 경우, 이 하펀치의 외주면 및 내주면에, 전술한 실시형태와 마찬가지로 그 둘레 방향의 일부에 공급구나 배출구, 순환홈을 형성하면 된다.

<변형 실시형태 2>

전술한 실시형태에서는, 캐비티를 형성한 후, 원료 분말(3)을 공급하는 구성을 설명했다. 이 구성 대신에, 예컨대, 도 1의 (B)에 나타내는 상태에서, 하펀치(12)의 상면(12u)을 덮도록 급분 장치를 배치하고, 다이(10)의 이동에 의해 급분 장치도 상측으로 이동하는 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 다이(10)의 상측으로의 이동에 따라서, 하펀치(12)의 상면(12u)과 다이(10)의 내주면(10s)으로 둘러싸인 공간이 만들어져 가고, 이 공간에 순차적으로 급분 장치로부터의 원료 분말(3)이 공급된다. 또한, 다이(10)의 상측으로의 이동에 의해, 다이(10)의 내주면(10s)에는 금형용 윤활제가 도포되어 간다. 즉, 이 구성에서는, 다이(10)의 이동에 의해, 금형용 윤활제의 도포와, 그 윤활제가 도포된 공간에 대한 원료 분말(3)의 공급을 동시에 행할 수 있다. 도 1의 (D)에 나타낸 바와 같이, 하펀치(12)의 상면(12u)과 다이(10)의 내주면(10s)이 만드는 공간이 정해진 크기가 되면, 상펀치(11)로 압박할 수 있도록 급분 장치를 이동시키면 된다.

<시험예 1>

여러가지 분말 및 성형 방법을 이용하여 압분 성형체를 제작하고, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 하여 압분 자심을 제작하여, 얻어진 압분 자심을 구비하는 자기 부품의 손실을 조사했다.

(시료 No.1 : 혼합 내부 윤활 + 전면 외부 윤활)

시료 No.1은, 절연층을 구비하는 피복 연자성 금속 분말에 고체 윤활제로 이루어진 분말을 혼합한 혼합 분말을 이용하고, 도 1에 나타내는 성형용 금형(1)(하펀치(12)에 순환 공급 기구(20)를 구비하는 것)을 이용하여, 다이(10)의 내주면(10s)의 전체 둘레에 걸쳐 금형용 윤활제를 도포한 후, 성형을 행하여 압분 성형체(100)를 제작했다.

이 시험에서는, 연자성 금속 분말로서, 물 아토마이즈법에 의해 제조된 순철분(평균 입경 d : 50 ㎛)을 준비했다. 이어서, 상기 순철분에 화성 처리를 하여, 인산 금속염 화합물로 이루어진 내측막(두께 : 20 nm 이하 정도)을 형성함으로써, 단층 구조의 절연층을 갖는 피복 연자성 분말을 제작했다. 이 절연층을 구비하는 피복 입자로 이루어진 피복 연자성 분말에, 원료용 윤활제로서, 스테아린산아연의 분말을 혼합했다. 원료용 윤활제는, 피복 연자성 분말과 원료용 윤활제의 분말의 혼합 분말을 100 질량%로 할 때, 0.6 질량%가 되도록 혼합량을 조정했다.

고체 윤활제로서, 최대 입경 : 18.5 ㎛, 평균 입경 : 4.2 ㎛의 에틸렌비스스테아린산아미드(EBS)의 분말을 준비하고, 이 분말을 액매(본 예에서는 물)에 분산시켜 제작한 분산제를 금형용 윤활제에 이용했다. 이 고체 윤활제의 분말은, 분산제를 100 질량%로 할 때, 45 질량%가 되도록 혼합량을 조정했다. 금형용 윤활제의 도포량은 0.0018 g/㎠으로 했다.

그리고, 시료 No.1에서는, 압분 성형체를 성형함에 있어서, 전술한 바와 같이 하펀치(12)와 다이(10)의 상대 이동에 의해, 다이(10)의 내주면(10s)의 전체 둘레에 금형용 윤활제를 도포한 후(여기서는, 금형용 윤활제의 공급량 : 2.5 mL/min), 금형을 60℃로 가열하여 액매를 충분히 증발ㆍ제거하고 나서, 상기 혼합 분말을 캐비티에 충전하고 성형 압력 : 730 MPa로 가압하여, 직방체형의 압분 성형체(100)를 얻었다. 이 성형용 금형(1)에 대한 금형용 윤활제의 도포와 가압 성형으로 이루어진 일련의 성형을 연속적으로 1001회(샷) 반복했다.

(시료 No.2 : 피복 내부 윤활 + 전면 외부 윤활)

시료 No.2는, 시료 No.1과 동일한 순철분에 다층 구조의 절연층을 형성한 피복 연자성 분말을 준비했다. 절연층은, 순철분에 화성 처리를 하고, 수화수를 함유하는 인산 금속염 화합물로 이루어진 내측막(두께 : 20 nm 이하 정도)을 형성하고, 이 내측막을 구비하는 입자와 시판하는 수지 재료(모멘티부ㆍ퍼포먼스ㆍ마테리알즈 제조 실리콘 XC96-B0446(가수분해ㆍ축중합 반응에 의해 실리콘 수지가 되는 것)를 가열 분위기에서 혼합하고(80℃∼150℃), 인산 금속염 화합물로 이루어진 내측막과, 실리콘 수지로 이루어진 외측층(두께 : 1 ㎛ 이하 정도)의 다층 구조의 절연층을 형성했다. 그리고, 시료 No.1과 동일한 조건으로 다이(10)의 내주면(10s)의 전면에 금형용 윤활제를 도포한 후, 시료 No.1과 동일한 조건으로, 동일한 크기ㆍ형상의 압분 성형체(100)를 제작했다. 이 시료 No.2도 1001회(샷) 행했다.

(각 시료에 대한 시험)

각 시료에 관해서, 100 샷마다 얻어진 압분 성형체를 이용하여 철손을 측정하기 위한 측정 부재(자기 부품에 상당)를 제작했다. 측정 부재는 다음과 같이 하여 제작했다. 우선, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 하여, 압분 성형체에 포함되는 순철분에 도입된 가압 왜곡을 제거한 열처리재를 얻었다. 열처리의 조건은, 시료 No.1에 관해서는 질소 분위기하에서 400℃×30분, 시료 No.2에 관해서는 질소 분위기하에서 550℃×30분이었다. 그리고, 그 열처리재를 고리형으로 조합하여 시험용 자심을 제작하고, 이 시험용 자심에 권선으로 구성한 코일(모든 시료가 동일한 사양)을 배치함으로써 측정 부재를 제작했다.

각 측정 부재에 대하여, 성형 과정에서의 가압 방향을 자속 방향으로 하고, AC-BH 커브 트레이서를 이용하여, 여기 자속 밀도 Bm : 1 kG(=0.1 T), 측정 주파수 : 5 kHz에서의 히스테리시스손 Wh1/5k(W/kg), 와전류손 We1/5k(W/kg)을 측정하고, 히스테리시스손 + 와전류손에 의해 철손 W1/5k(W/kg)를 산출했다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다.

표 1, 2에 나타낸 바와 같이, 시료 No.1 및 2는, 1000 샷을 넘는 연속적인 가압 성형을 행하더라도, 얻어지는 압분 성형체의 철손이 극단적으로 증가하지 않았다. 이것은, 하펀치(12)와 다이(10)의 상대 이동에 의해, 금형용 윤활제를 다이(10)의 내주면(10s)의 전체 둘레에 걸쳐 도포함에 있어서, 하펀치(12)의 공급구(12i)로부터 금형용 윤활제를 순차적으로 공급하면서, 그 금형용 윤활제를 하펀치(12)의 배출구(12o)로부터 회수하는 순환 공급을 행하고 있기 때문이라고 생각된다. 즉, 순환 공급을 행함으로써, 금형용 윤활제의 잉여 공급 및 도포를 방지할 수 있고, 다이(10)와 하펀치(12)의 간극을 통과한 미립의 원료 분말이 금형 내에 축적되거나, 공급구를 막는 것을 방지할 수 있기 때문에, 다이(10)의 내주면(10s)에 대한 균일한 금형용 윤활제의 도포를 다수회에 걸쳐서 유지할 수 있기 때문이라고 생각된다.

<시험예 2>

시험예 1에서는, 다이(10)의 내주면(10s)의 전체 둘레에 걸쳐 금형용 윤활제를 도포한 후, 성형을 행하여 압분 성형체(100)를 제작했다. 이에 비해, 이 시험예 2에서는, 다이(10)의 내주면(10s)의 일부에만 금형용 윤활제를 도포하여 압분 성형체를 제작하고, 얻어진 압분 성형체에 열처리를 하여 압분 자심을 제작하여, 얻어진 압분 자심을 구비하는 자기 부품의 손실을 조사했다.

(혼합 내부 윤활 + 부분 외부 윤활)

도 3의 (B)의 하펀치(12B)를 이용하여, 다이(10)의 내주면(10s)의 일부에만 금형용 윤활제의 도포를 도포한 것 외에, 시험예 1의 시료 No.1과 동일한 성형 조건, 열처리 조건으로 압분 자심을 제작하고, 시료 No.1과 동일한 조건으로 철손 W1/5k(W/kg), 히스테리시스손 Wh1/5k(W/kg), 와전류손 We1/5k(W/kg)을 구했다. 또한, 비교로서, 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 도포하지 않고 제작한 압분 자심의 철손, 히스테리시스손, 와전류손을 구했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 또, 샷수는 『1』이다.

(피복 내부 윤활 + 부분 외부 윤활)

도 3의 (B)의 하펀치(12B)를 이용하여, 다이(10)의 내주면(10s)의 일부에만 금형용 윤활제의 도포를 도포한 것 외에, 시험예 1의 시료 No.2와 동일한 성형 조건, 열처리 조건으로 압분 자심을 제작하고, 시료 No.2와 동일한 조건으로 철손 W1/5k(W/kg), 히스테리시스손 Wh1/5k(W/kg), 와전류손 We1/5k(W/kg)을 구했다. 또한, 비교로서, 다이(10)의 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 도포하지 않고 제작한 압분 자심의 철손, 히스테리시스손, 와전류손을 구했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 또, 샷수는 『1』이다.

표 3, 4의 결과에서, 예컨대 다이(10)의 내주면(10s)의 일부라 하더라도 금형용 윤활제를 도포함으로써, 내주면(10s)에 금형용 윤활제를 전혀 도포하지 않는 것보다는 각별하게 철손을 저감할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 표 3, 4의 결과와, 표 1, 2의 1샷째의 결과를 비교하면, 부분 외부 윤활에 의해 전면 외부 윤활에 필적하는 자기 특성을 갖춘 압분 자심을 제작할 수 있다는 것을 알았다. 여기서, 시험예 2의 측정 결과는, 시험예 1과 마찬가지로 금형용 윤활제의 순환 공급을 행하는 구성에 의해 얻어진 것이다. 그 때문에, 시험예 2에서 샷수를 거듭해 가더라도, 1샷째에 필적하는 자기 특성을 유지한 압분 자심을 얻을 수 있다고 생각된다.

또, 본 발명은, 전술한 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하다. 예컨대, 연자성 금속 입자의 재질ㆍ입경, 절연층의 재질ㆍ두께, 금형용 윤활제 중의 고체 윤활제의 재질ㆍ크기ㆍ도포 영역, 액매의 재질, 액매에 대한 고체 윤활제의 비율, 원료용 윤활제의 재질ㆍ함유량, 펀치 및 다이로 만들어지는 캐비티의 형상, 펀치의 형상 등을 적절하게 변경할 수 있다. 기타, 압분 자심이 아닌 단순한 압분 성형체를 성형하는 것에도, 본 발명의 압분 성형체의 성형 방법을 이용할 수 있다.

본 발명의 압분 성형체의 성형 방법은, 압분 자심, 특히 고주파 특성이 우수한 압분 자심의 소재에 적합한 압분 성형체의 제조에 바람직하게 이용할 수 있다.

1 : 성형용 금형 10 : 다이
10h : 관통 구멍 10s : 다이의 내주면
11 : 상펀치 12, 12A, 12B, 12C : 하펀치
12s : 하펀치의 외주면 12u : 하펀치의 상면
20 : 순환 공급 기구 12i : 공급구
120i : 공급 유로 12o : 배출구
120o : 배출 유로 12g : 순환홈
26 : 시일홈 2 : 윤활제층
3 : 원료 분말 100 : 압분 성형체

Claims

상대적으로 이동 가능한 기둥형의 제1 펀치와 통형상의 다이로 만들어지는 캐비티에 원료 분말을 충전하고, 상기 제1 펀치와 기둥형의 제2 펀치에 의해 상기 캐비티 내의 원료 분말을 가압하여, 압분(壓粉) 성형체를 성형하는 압분 성형체의 성형 방법으로서,
상기 원료 분말을 준비하는 준비 공정과,
상기 제1 펀치의 외주면과 상기 다이의 내주면(內周面) 사이에 금형용 윤활제를 존재시키고, 이 상태로 이들 제1 펀치와 다이를 상대적으로 이동시켜, 상기 다이의 내주면에 상기 금형용 윤활제를 도포하는 도포 공정과,
상기 제1 펀치와 상기 금형용 윤활제가 도포된 상기 다이로 둘러싸인 캐비티에 상기 원료 분말을 충전하고, 상기 제1 펀치와 상기 제2 펀치에 의해 상기 원료 분말을 가압하여 압분 성형체를 성형하는 성형 공정을 포함하고,
상기 도포 공정에서는,
상기 다이 또는 상기 제1 펀치에 형성된 공급구로부터 상기 금형용 윤활제를 토출하고, 상기 토출된 금형용 윤활제를 상기 제1 펀치의 외주면에 형성된 홈을 통과시켜 상기 다이의 내주면에 상기 금형용 윤활제를 도포하면서, 상기 다이 또는 상기 제1 펀치에 상기 공급구와는 별도로 형성된 배출구로부터 상기 토출된 금형용 윤활제를 회수하는 압분 성형체의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 도포 공정에 이용하는 상기 제1 펀치는 상기 외주면에 상기 공급구와 상기 배출구를 구비하고,
상기 홈은 상기 공급구와 상기 배출구를 연결하도록 형성된 것인 압분 성형체의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도포 공정에 있어서, 상기 다이의 내주면의 전체 둘레에 걸쳐 상기 금형용 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도포 공정에 있어서, 상기 다이의 내주면의 일부분에 상기 금형용 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 준비 공정에 있어서, 고체 윤활제로 이루어진 원료용 윤활제를 혼합한 원료 분말을 준비하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금형용 윤활제는, 인화성을 갖지 않는 액매(液媒)에 고체 윤활제로 이루어진 입자를 분산시킨 분산제인 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 성형 방법.
제6항에 있어서, 상기 금형용 윤활제 중의 고체 윤활제는, 에틸렌비스스테아린산아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원료 분말은, 절연층을 구비하는 연자성(軟磁性) 금속 입자의 집합체인 피복 연자성 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 성형 방법.