KR20070112523A - 연자성 코어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연자성 코어의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 연자성 분말을 프레스기의 다이내에 충진하고 가압 성형하여 성형체인 연자성 코어를 제조하는 방법에 있어서, 상기 다이내에 충진되는 상기 연자성 분말에 연질피복재를 삽입하고 함께 가압 성형하여 상기 연질피복재가 결합된 상기 연자성 코어의 성형체를 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 연질피복재가 그 외표면측 및 내부에 결합된 연자성 코어 성형체가 제조되게 되므로, 그 이후의 취급과정 및 사용과정에서 외부 충격 등에 대해 파손되는 것이 방지되게 되어, 생산수율을 향상시킬 수 있음은 물론, 해당 연자성 코어를 이용하는 제품의 신뢰성도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

연자성, 분말, SMC, 가압, 성형, 다이, 피복, 연질, 알루미늄, 코어, 모터, 로터, 스테이터

Description

연자성 코어의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A SOFT MAGNETIC CORE}

도 1은 종래의 연자성 코어의 제조방법에 대한 플로우 챠트,

도 2는 종래의 연자성 코어의 가압 성형에 이용되는 프레스기의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 연자성 코어의 제조방법에 대한 플로우 챠트이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연자성 분말 110 : 다이

120 : 상펀치 130 : 하펀치

140 : 맨드렐

본 발명은 연자성 코어의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이내에 충진되는 연자성 분말의 외측이나 내부에 연질피복재를 위치시키고 함께 가압 성형하여 제조되는 연자성 코어 성형체의 외표면측 및 내부에 연질피복재가 일체로 결합되도록 하여, 이후 해당 연자성 코어를 취급하는 과정 및 사용하는 과정에서 외부 충격 등에 대해 쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있게 되는 연자성 코어의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연(軟)자성(soft magnetic property) 물질은 인덕터내의 코어(core), 모터(motor)와 같은 전기장치의 고정자(stator) 및 회전자(rotor), 액츄에이터, 센서 및 변압기 코어와 같은 다양한 용도에 이용되고 있다.

통상, 전기장치내의 회전자 및 고정자와 같은 연자성 코어는 기존에는 가공된 다수매의 강박판(steel laminates)을 여러 층으로 적층한 후, 서로 용접하여 일체화되도록 하는 것에 의해 제조되었었다.

그러나, 이와 같이 강박판을 적층하여 제조하는 경우에는 복잡한 형상의 제품 제조에 어려움이 많고, 스크랩(scrap)의 손실이 다량 발생되게 된다는 문제점이 있었다.

이에, 최근에는 연자성 분말들을 고압 성형하는 것에 의해 매우 용이하면서도 형상 측면에서 보다 높은 자유도(degree of freedom)를 갖는 코어를 제조하고 있다.

이때, 사용되는 연자성 분말이라 함은, 전기를 인가하면 자성을 띄는 분말로, 통상 철계(iron-based)의 연자성 입자들을 기초로 하며, 이러한 연자성 분말들을 이용하여 연자성 코어를 제조하는 것은 통상적인 분말야금학적 과정을 통해 실시되게 된다.

이하에서는 이러한 연자성 코어의 제조과정에 대해 도 1의 플로우 챠트(flow chart)를 참조로 상세히 설명하기로 한다.

가장 먼저, 분사법 또는 분쇄법 등을 통해 분말형태로 만든 후, 이어서 해당 분말에 대해 기계적인 가공 및 열처리 등을 실시하여 코어재료로서 적정하게 이용될 수 있는 연자성 분말을 제조하여 준비하게 된다(S100).

여기서, 연자성 분말의 형상은 둥근형상, 편평(偏平)형상, 다각형상 등 여러 형상을 갖을 수 있고, 그 크기는 양호한 성형밀도를 제공할 수 있는 크기여야 하며, 분급 과정을 통해 균일한 입경을 갖는 것으로 준비되게 된다.

이어서, 이렇게 준비된 연자성 분말들을 이용하여 연자성 코어를 제조하게 되는 바, 우선 준비된 연자성 분말에 혼합 세라믹을 첨가하여 절연 코팅을 실시하게 된다(S102).

여기서, 절연 코팅을 위해 첨가되는 혼합 세라믹은 물유리(sodium silicate)를 기본으로 하는 세라믹 혼합물을 말하며, 세라믹 코팅은 개개의 분말을 전기적으로 분리시킴으로써 코어재료의 와전류손실을 줄이게 된다.

이와 같이 절연 코팅됨에 따라 연자성 분말들은 통상적인 연자성 복합물질(SMC ; Soft Magnetic Composites)을 이루게 된다.

이어서, 이상과 같은 과정을 통해 준비된 연자성 분말들을 압축성형기인 프레스(press)기를 이용하여 가압 성형하게 되며, 즉 절연 코팅된 연자성 분말들을 프레스기의 다이(die)내의 성형공간내에 충진한 후에 펀치(punch)를 통해 소정 성형압력으로 가압하여 압축하는 것에 의해 소정형상을 갖는 연자성 코어 성형체가 형성되도록 하게 되며(S106), 이때 가압 성형 실시전에 먼저 코어의 성형성을 향상시키면서 성형 다이와 밀집된 성형체 사이의 마찰력 및 분말 입자 사이의 마찰을 감소시킴과 아울러, 성형 다이를 보호하기 위하여 결합제 및/또는 윤활제를 소량 첨가한(S104) 다음, 함께 압축하게 된다.

여기서, 가압 성형에 이용되는 프레스기는 구비되는 펀치의 개수 등에 따라 단축식(single axial) 또는 양축식(double axial)으로 구분되며, 일 예로서 도 2에 양축식을 나타낸다.

이를 참조하면, 내부에 연자성 분말(100)이 채워지는 다이(110)를 중심으로 상부측에는 상펀치(120), 하부측에는 하펀치(130)가 구비되고, 그 중심부를 관통하도록 맨드렐(140)이 구비되게 된다.

이어서, 성형된 연자성 코어에서 내부의 잔류응력 및 변형을 제거하고 첨가된 결합제를 경화시켜 연자성 코어의 강도를 향상시키면서 그 자기적인 특성도 향상시키기 위하여 열처리(소둔처리)를 실시하게 된다(S108).

그 후, 해당 연자성 코어의 특성이 습기 및 대기로부터 보호되도록 하기 위해 그 표면에 폴리에스테르 혹은 에폭시수지 등을 소정두께로 코팅 처리하여 최종적으로 연자성 코어의 제조가 완료되도록 하게 된다(S110).

그러나, 종래에 있어서는 가압 프로세스를 통해 성형체인 연자성 코어를 만든 후에, 해당 성형체를 취급하면서 열처리를 행하고, 또한 검사 등을 행함에 있어, 그 과정에서 해당 성형체가 쉽게 깨져 파손되게 되고, 또한 해당 연자성 코어를 실제 제품에 조립하여 사용하는 도중에도 쉽게 깨져 파손되게 되는 문제점이 발생되고 있는 실정이다.

즉, 가압 성형 완료된 상태에서 연자성 코아의 성형체는 단지 분말들이 가압에 따라 밀집되어 있는 상태이므로, 외부 충격 등에 의해 쉽게 깨질 수 있고, 또한 열처리까지 완료된 상태에서도 결합력이 보다 향상되어 있기는 하나 마찬가지로 충격이 가해지게 되면 쉽게 깨지게 되며, 나아가 해당 연자성 코어를 실제 제품에 적용하여 사용하는 도중에서도 견고한 내구성을 제공하지 못하고 쉽게 깨지게 됨으로써, 여러 다대한 문제점이 발생되고 있는 상황이다.

물론, 이러한 문제점은 단순히 연자성 코어의 제조에만 국한되지 않고, 모든 금속분말을 이용하는 성형체의 제조시에 공통적으로 발생되는 문제점이라 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 가압 성형시에 연자성분말들의 외측 및 내부에 연질피복재를 삽입하여 함께 가압 성형되도록 하는 것에 의해 그 외표면측 및 내부에 연질피복재가 결합된 연자성 코어의 성형체가 제조되도록 함으로써, 이후 결합되어 있는 연질피복재의 존재로 인해 해당 연자성 코어의 성형체가 쉽게 파손되는 것을 원활히 방지할 수 있게 되는 연자성 코어의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연자성 코어의 제조방법은, 연자성 분말을 프레스기의 다이내에 충진하고 가압 성형하여 성형체인 연자성 코어를 제조하는 방법에 있어서, 상기 다이내에 충진되는 상기 연자성 분말에 연질피복재를 삽입하고 함께 가압 성형하여 상기 연질피복재가 결합된 상기 연자성 코어의 성형체를 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의 해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 연자성 코어의 제조방법에 대한 플로우 챠트이다.

익히 주지된 바와 같이, 연자성 코아는, 먼저 코어재료로서 적정하게 사용될 수 있는 연자성 분말들을 준비한(S200) 다음, 해당 연자성 분말들에 혼합 세라믹을 첨가하여 전기적으로 절연되도록 개개의 분말을 세라믹 코팅한(S202) 후, 해당 연자성 분말들에 결합제 및/또는 윤활제를 소량 첨가한(S204) 다음, 이후 프레스기를 이용하여 가압 성형하는 것(S208)에 의해 연자성 코어의 성형체로 만들고, 해당 연자성 코어의 성형체를 열처리한(S210) 다음, 최종적으로 해당 성형체의 표면에 보호 코팅을 처리하여(S212), 제조 완료하게 된다.

본 발명에 따르면, 프레스기를 이용하여 가압 성형하기 이전에 프레스기의 성형 다이(110)내에 충진되는 연자성 분말들(100)의 외측 및/또는 내부에 연질피복재를 삽입한(S206) 다음, 함께 가압 성형되도록 하는 것(S208)에 의해, 결과적으로 그 외표면측 및/또는 내부에 연질피복재가 결합된 연자성 코어의 성형체가 얻어지도록 하게 됨으로써, 이후 해당 연자성 코어 성형체를 취급하는 과정 및 실제 제품에 적용하여 사용되는 과정에서 연질피복재의 존재로 인해 해당 연자성 코어 성형체가 외부 충격 등에 대해 쉽게 파손되는 것이 방지되도록 하게 된다.

즉, 바람직하게는, 다이(110)내에 충진되는 연자성 분말들(100)의 외측에 연질피복재를 삽입한(S206) 다음, 함께 가압 성형하여(S208), 외표면측에 연질피복재가 감싸도록 결합된 연자성 코어의 성형체를 얻게 된다면, 이후 해당 연자성 코어 성형체를 취급하는 과정이나 실제 제품에 적용하여 사용하는 과정에서 외부로부터 충격이 가해질 시, 가해지는 해당 충격을 외표면측의 연질피복재가 먼저 수용하여 완화시키게 됨으로써 그 내부의 연자성 코어의 성형체는 파손되지 않고 보호되도록 할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 연질피복재로는 바람직하게 시트(sheet)형태의 연질시트가 이용될 수 있으며, 이와 다르게 연질 금속분말들이 이용되어 가압 성형에 따라 성형체의 외표면측에 결합되어 존재하도록 할 수도 있다.

즉, 도 2의 다이(110) 내측면측에 먼저 연질시트들을 적정하게 삽입한 다음, 해당 연질시트 내측공간으로 연자성 분말들(100)을 채워서 충진한 다음, 이후 펀치들(120, 130)을 이용하여 가압 성형하는 것에 의해 외표면측에 연질시트들이 감싸도록 결합된 연자성 코어 성형체를 제조할 수 있게 된다.

이때, 연질시트는 다이(110) 내측면측 뿐만 아니라 펀치들(120, 130)에 대해 직접 접촉되게 되는 부분에도 구비되어, 이동되는 펀치들(120, 130)에 직접 접촉되어 가압되면서 변형될 수도 있음은 물론이다.

즉, 연질시트는 제조되는 성형체의 외표면측을 최대한 감쌀 수 있도록 구비되어야 하며, 이는 이후의 외부로부터의 충격수용성을 향상시키기 위함이다.

물론, 연질피복재는 제조되는 성형체의 외표면측 뿐만 아니라 그 내부에도 적절히 포함되도록 구비될 수도 있으며, 이와 같이 내부에 연질피복재가 구비된다면, 꼭 충격수용성 측면에서 뿐만 아니라 해당 연자성 코어의 자기적 특성 조정 측면에서도 유효할 수 있을 것이다.

그리고, 연질피복재가 필수적으로 갖어야 할 특성에는, 용이 변형성, 분말측에의 용이 결합성, 우수한 충격수용성 등이 있으므로, 바람직하게 연질피복재의 재료로는 알루미늄(Al)이 이용될 수 있다.

이로써, 본 발명에 따르면, 가압 성형되어 제조된 연자성 코어 성형체의 이후 취급과정 및 사용과정에서 쉽게 깨지게 되는 문제점이 극복될 수 있게 되는 것이며, 부수적으로는 연질피복재가 연자성 분말들(100)과 다이(110) 사이에 구비되게 됨에 따라 가압 성형시 연자성 분말들(100)과 다이(110)가 직접 접촉되어 다이나 연자성 분말이 상호 손상되게 되는 것도 방지되도록 할 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 연질피복재가 그 외표면측 및 내부에 결합된 연자성 코어 성형체가 제조되게 되므로, 그 이후의 취급과정 및 사용과정에서 외부 충격 등에 대해 파손되는 것이 방지되게 되어, 생산수율을 향상시킬 수 있음은 물론, 해당 연자성 코어를 이용하는 제품의 신뢰성도 향상시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (6)

1. 연자성 분말을 프레스기의 다이내에 충진하고 가압 성형하여 성형체인 연자성 코어를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 다이내에 충진되는 상기 연자성 분말에 연질피복재를 삽입하고 함께 가압 성형하여 상기 연질피복재가 결합된 상기 연자성 코어의 성형체를 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이내에 충진되는 상기 연자성 분말의 외측에 상기 연질피복재를 삽입하여, 상기 연자성 코어의 성형체의 외표면측에 상기 연질피복재가 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이내에 충진되는 상기 연자성 분말의 내부에 상기 연질피복재를 삽입하여, 상기 연자성 코어의 성형체의 내부에 상기 연질피복재가 결합되어 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연질피복재는,

   시트형태인 연질시트인 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연질피복재는,

   연질 금속분말들인 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연질피복재는,

   알루미늄 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연자성 코어의 제조방법.

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