KR20110122096A

KR20110122096A - 압분 자심용 분말의 제조 방법, 그 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 사용한 압분 자심, 및, 압분 자심용 분말 제조 장치

Info

Publication number: KR20110122096A
Application number: KR1020117013077A
Authority: KR
Inventors: 마사키 스기야마; 도시야 야마구치; 쇼우타 오히라
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-11-09
Also published as: BRPI1009273A2; KR101302882B1; WO2011108072A1; US20110284794A1; JP5187438B2; CN102292178B; CN102292178A; EP2543456A4; EP2543456A1; JPWO2011108072A1

Abstract

침규 처리시에 2 차 입자가 생성되는 것을 방지하여, 압분 자심용 분말의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 압분 자심용 분말 제조 방법, 그 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 사용한 압분 자심, 및, 압분 자심용 분말 제조 장치를 제공하기 위하여, 연자성 금속 분말 (21) 과 이산화규소를 함유하는 침규용 분말 (22) 의 혼합 분말 (23) 중, 연자성 금속 분말 (21) 만을 유도 가열함으로써, 연자성 금속 분말 (21) 의 표면으로부터 침규용 분말 (22) 에 열전달하여 침규용 분말 (22) 로부터 규소 원소를 탈리시키고, 연자성 금속 분말 (21) 의 표면에 규소 원소를 확산 침투시켜 규소 침투층을 형성한다.

Description

압분 자심용 분말의 제조 방법, 그 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 사용한 압분 자심, 및, 압분 자심용 분말 제조 장치{METHOD OF MANUFACTURING POWDER FOR DUST CORE, DUST CORE MADE OF THE POWDER FOR DUST CORE MANUFACTURED BY THE METHOD, AND APPARATUS FOR MANUFACTURING POWDER FOR DUST CORE}

본 발명은, 압분 자심용 분말을 제조하기 위한 압분 자심용 분말 제조 방법, 그 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 사용한 압분 자심, 및, 압분 자심용 분말 제조 장치에 관한 것이다.

압분 자심은 연자성 금속 분말로 이루어지는 압분 자심용 분말을 프레스 성형한 것이다. 압분 자심은 전자 (電磁) 강판을 적층하여 이루어지는 코어재와 비교하여, 주파수에 따라 발생하는 고주파 손실 (이하 「철손」이라고 한다) 이 적은 자기 특성을 갖고 있는 점, 형상 베리에이션에 각각 맞추어 또한 저렴하게 대응할 수 있는 점, 재료비가 저렴한 점 등, 많은 이점을 갖는다. 이와 같은 압분 자심은, 예를 들어 차량의 구동용 모터의 스테이터 코어나 로터 코어, 전력 변환 회로를 구성하는 리액터 코어 등에 적용되고 있다.

예를 들어, 압분 자심용 분말 (101) 은, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 이산화규소 분말 (103) 을 철 분말 (102) 의 표면으로부터 침투 확산시켜, 규소 원소가 농화된 규소 침투층 (104) 을 철 분말 (102) 의 표층에 형성하는 침규 처리가 실시되고 있다. 침규 처리는, 철 분말 (102) 과 이산화규소 분말 (103) 을 교반 혼합하여 철 분말 (102) 의 표면에 이산화규소 분말 (103) 을 부착시키고, 철 분말 (102) 과 이산화규소 분말 (103) 의 혼합 분말을 노(爐)에 넣는다. 그리고, 혼합 분말을 1000 ℃ 로 가열한다. 그러면, 이산화규소 분말 (103) 로부터 규소 원소가 탈리되어 철 분말 (102) 의 표층에 침투 확산해서, 규소 침투층 (104) 이 형성된다.

철 분말 (102) 의 중심부까지 규소 원소를 침투시키면, 압분 자심용 분말 (101) 의 경도가 높아진다. 이 경우, 압분 자심용 분말 (101) 을 가압하여 압분 성형하였을 때에, 압분 자심용 분말 (101) 이 변형되지 않고, 압분 자심용 분말 (101) 사이에 형성되는 간극이 커지기 때문에, 자심 밀도가 낮아진다. 자심 밀도가 낮으면 자속 밀도가 낮아지는 문제가 있다. 그 때문에, 규소 침투층 (104) 은, 철 분말 (102) 의 표면으로부터 철 분말 (102) 의 중심부측에 대한 거리 (X2) 를, 철 분말 (102) 직경 (D) 의 0.15 배 미만으로 하는 것이 바람직하다고 여겨지고 있다. 단, 규소 침투층 (104) 이 얇거나, 규소 침투층 (104) 에 있어서의 규소 원소 농도가 낮으면, 철 분말 (102) 의 접촉 부분을 충분히 절연시킬 수 없어, 철손 (주로 히스테리시스 손실과 와전류 손실) 이 높아진다. 따라서, 압분 자심용 분말 (101) 에 형성하는 규소 침투층 (104) 의 거리 (X2) 또는 농도는, 압분 자심의 비저항을 관리함에 있어서 매우 중요하다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).

일본 공개특허공보 2009-256750호 일본 공개특허공보 2009-123774호

그러나, 종래의 압분 자심용 분말 제조 방법은, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 제조된 압분 자심용 분말 (101) 을 랜덤으로 10 개 취출하고, 규소 침투층 (104) 이 철 분말 (102) 의 표면으로부터 철 분말 (102) 의 중심부를 향하여 형성되는 거리 (표면으로부터의 거리) (X2) 와 규소 침투층에 있어서의 규소 원소의 농도 (Si 농도) 를 측정한 결과, 표면으로부터의 거리 (X2) 와 Si 농도가, 분말간에 크게 불균일하였다. 구체적으로는, 취출된 분말 중에는 침규 반응이 부족한 분말 (침규 반응량이 낮은 분말) 이 함유되어 있었다 (도 20 중의 가는 실선으로 기재하는 그래프 참조). 또한, 침규 반응이 풍부한 분말 (침규 반응량이 높은 분말) 이어도 (도 20 중의 굵은 실선으로 기재하는 그래프 참조), 철 분말 (102) 의 표면에 있어서의 Si 농도가 약 2.0 ％ ∼ 약 5.0 ％ 로 폭넓게 분산되어 있는 데다가, 규소 침투층 (104) 의 철 분말 (102) 의 표면으로부터의 거리 (두께) (X2) 가 약 4 ㎛ ∼ 약 20 ㎛ 로 분산되어 있다. 또한, 침규 반응이 풍부한 분말은, 규소 침투층 (104) 의 철 분말 (102) 의 표면으로부터 철 분말 (102) 의 중심부를 향하여 Si 농도가 저하되는 비율이 크게 불균일하다. 따라서, 종래의 압분 자심용 분말 제조 방법에서는, 각 철 분말 (102) 에 균일한 침규 반응을 시킬 수 없어서, 각 압분 자심용 분말 (101) 에 형성되는 규소 침투층 (104) 의 균일화를 도모할 수 없었다. 그 때문에, 압분 성형시에, 압분 자심용 분말 (101) 에 형성되는 규소 침투층 (104) 의 두께 (표면으로부터의 거리) (X2) 가 얇은 부분이나 Si 농도가 낮은 부분끼리가 접촉하면, 당해 접촉 부분의 절연성이 낮기 때문에, 압분 자심에 발생하는 와전류가 커지고, 나아가서는 비저항이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 규소 침투층 (104) 의 두께 (표면으로부터의 거리) (X2) 가 큰 압분 자심용 분말 (101) 은, 딱딱하고, 자심 밀도나 자속 밀도를 저하시키는 원인이 된다.

종래의 압분 자심용 분말 제조 방법에 의해, 규소 침투층 (104) 의 두께 (표면으로부터의 거리) (X2) 또는 Si 농도가 압분 자심용 분말 (101) 간에 불균일한 이유는, 철 분말 (102) 과 이산화규소 분말 (103) 의 혼합 분말을 투입한 노를 회전시키지 않고 혼합 분말을 가열하였기 때문에, 침규 처리를 실시하는 동안, 철 분말 (102) 과 이산화규소 분말 (103) 의 배치가 변하지 않고, 주위에 이산화규소 분말 (103) 이 많이 있는 철 분말 (102) 에서는 규소 원소가 표층에 많이 침투 확산되어, 규소 침투층 (104) 의 두께나 Si 농도가 커지는 것에 반해, 주위에 이산화규소 분말 (103) 이 적은 철 분말 (102) 에서는 규소 원소가 표층에 침투 확산되는 양이 적어, 규소 침투층 (104) 의 두께나 Si 농도가 작아지기 때문이라고 생각된다.

그래서, 발명자들은, 도 21 및 도 23 에 나타내는 바와 같이, 평균 입경 200 ㎛ 인 철 분말 (102) 과 평균 입경 50 ㎚ 인 이산화규소 분말 (103) 을 교반 혼합한 혼합 분말을 노 (105) 에 투입한 후, 노 (105) 둘레에 설치한 히터 (106) 에 의해 노 (105) 를 가열하고, 그 후 노 (105) 의 내부 온도를 1000 ℃ 로 온도 조정하면서, 노 (105) 를 회전시켜 혼합 분말을 1 시간 연속하여 교반함으로써, 압분 자심용 분말을 제조하는 것을 시도하였다. 이로 인해, 발명자들은, 침규 처리시에 이산화규소 분말 (103) 이 배치를 바꾸면서 철 분말 (102) 둘레에 균일하게 부착되어, 각 철 분말 (102) 에 균일한 침규 반응을 발생시킬 수 있다고 생각하였다.

그런데, 상기 압분 자심용 분말 제조 방법을 실시하여 노 (105) 로부터 생성물을 취출한 결과, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 철 분말 (102) 과 이산화규소 분말 (103) 이 경단 형상으로 굳어져 2 차 입자 (110) 가 되어 버렸다. 2 차 입자 (110) 는, 이산화규소 분말 (103) (도트 부분 참조) 이 소결되어 복수의 철 분말 (102) 을 결합시키고 있고, 직경이 600 ㎛ ∼ 700 ㎛ 에까지 미치고 있었다. 2 차 입자 (110) 가 생성되는 이유는, 다음과 같이 생각된다.

소결은, 융점의 3 분의 2 정도의 온도에서 시작되는 것이 알려져 있다. 이산화규소의 융점은 1600 ℃ ± 75 ℃ 이다. 한편, 침규 처리시의 혼합 분말의 가열 온도는 약 1000 ℃ 이다. 따라서, 혼합 분말의 가열 온도 1000 ℃ 는, 이산화규소의 융점의 정확히 3 분의 2 정도의 온도에 상당한다. 혼합 분말을 1000 ℃ 로 가열함으로써, 철 분말 (102) 의 표면에 부착된 이산화규소 분말 (103) 로부터 규소 원소가 탈리되어 철 분말 (102) 에 확산 침투되는데, 가열 시간이 길어지면, 이산화규소 분말 (103) 간에 물질이 이동하여, 소결이 발생한다. 소결은, 철 분말 (102) 의 표면에 확산 접합된 이산화규소 분말 (103) 에도 발생하기 때문에, 소결된 이산화규소 분말 (103) 을 개재하여 철 분말 (102) 끼리가 결합된다. 특히, 상기 압분 자심용 분말 제조 방법은, 도 21 및 도 23 에 나타내는 바와 같이, 혼합 분말을 1000 ℃ 로 가열한 상태에서, 노 (105) 를 1 시간 연속 회전시켜, 철 분말 (102) 과 이산화규소 분말 (103) 의 혼합 분말을 높은 곳에서 낮은 곳으로 반복 낙하시켜 교반을 실시한다. 이 경우, 낮은 곳에 있는 이산화규소 분말 (103) 은, 상방으로부터 떨어져 내린 혼합 분말의 무게에 의해 압축되어, 소결이 촉진된다. 이와 같이, 단지 침규 처리시에 혼합 분말을 1000 ℃ 로 가열하면서 교반한 것만으로는, 이산화규소 분말 (103) 이 가압 소결되어 2 차 입자 (110) 를 생성시켜 버렸다. 이 결과, 압분 자심용 분말의 품질 및 생산성이 악화되어 버렸다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 침규 처리시에 2 차 입자가 생성되는 것을 방지하여, 압분 자심용 분말의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 압분 자심용 분말 제조 방법, 그 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 사용한 압분 자심, 및, 압분 자심용 분말 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 압분 자심용 분말의 제조 방법은, 압분 자심용 분말을 제조하는 압분 자심용 분말의 제조 방법에 있어서, 연자성 금속 분말과 이산화규소를 함유하는 침규용 분말의 혼합 분말 중, 상기 연자성 금속 분말만을 유도 가열하면서, 상기 혼합 분말을 교반 혼합함으로써, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 규소 침투층을 형성한다.

상기 양태의 압분 자심용 분말의 제조 방법은, 상기 혼합 분말이 투입되는 회전로가 절연체로 이루어지고, 상기 회전로의 외부에 코일이 배치되며, 상기 회전로를 상기 코일 내에서 회전시키면서 상기 코일에 통전함으로써, 상기 혼합 분말에 함유되는 상기 연자성 금속 분말만을 유도 가열하는 것이 바람직하다.

상기 양태의 압분 자심용 분말의 제조 방법은, 상기 코일이 중공 원통 형상을 이루고, 상기 코일의 중공부에 상기 회전로가 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 압분 자심은, 상기 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 가압하여 성형한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 압분 자심용 분말 제조 장치는, 압분 자심용 분말을 제조하는 압분 자심용 분말 제조 장치에 있어서, 연자성 금속 분말과 이산화규소를 함유하는 침규용 분말의 혼합 분말이 투입되는 것으로서, 축선을 중심으로 회전 가능하게 유지되어 있고, 내벽에 교반 부재가 세워 설치된 회전로와, 상기 회전로에 구동력을 부여하는 모터와, 적어도 상기 회전로의 바닥부를 덮도록 상기 회전로의 외부에 형성된 코일을 갖고, 상기 코일에 통전함으로써, 상기 연자성 금속 분말만을 유도 가열한 상태에서, 상기 모터를 구동하여 상기 회전로를 회전시켜, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 규소 침투층을 형성한다.

상기 양태의 압분 자심용 분말 제조 장치는, 상기 회전로가 절연체로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 양태의 압분 자심용 분말 제조 장치는, 상기 연자성 금속 분말의 표면 온도를 측정하는 것으로서, 상기 회전로의 내부에 설치된 온도 센서와, 상기 온도 센서의 온도 측정 데이터가 소정 처리 온도로 안정되도록, 상기 코일에 공급하는 전류의 주파수를 제어하는 컨트롤러를 갖는 것이 바람직하다.

상기 양태의 압분 자심용 분말의 제조 방법 및 압분 자심용 분말 제조 장치는, 연자성 금속 분말과 이산화규소를 함유하는 침규용 분말의 혼합 분말 중, 연자성 금속 분말만을 유도 가열함으로써, 침규용 분말로부터 탈리된 규소 원소가 연자성 금속 분말의 표면에 확산 침투하여 규소 침투층을 형성한다. 이 때, 연자성 금속 분말만이 가열되고, 침규용 분말이 가열되지 않기 때문에, 연자성 금속 분말을 유도 가열하면서 혼합 분말을 교반 혼합해도, 침규용 분말이 소결되지 않는다. 또한, 혼합 분말이 교반 혼합됨으로써, 연자성 금속 분말과 연자성 금속 분말의 배치가 끊임없이 교체되기 때문에, 각 연자성 금속 분말의 표면에 형성되는 규소 침투층이 균일화된다. 이와 같이, 상기 양태의 압분 자심용 분말의 제조 방법 및 압분 자심용 분말 제조 장치에 의하면, 침규 처리시에 2 차 입자가 생성되는 것을 방지하여, 압분 자심용 분말의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기 양태의 압분 자심용 분말의 제조 방법 및 압분 자심용 분말 제조 장치는, 회전로가 절연체로 구성되어 있기 때문에, 회전로를 회전시키면서 회전로의 외부에 형성된 코일에 전류를 공급해도, 회전로가 가열되지 않고, 연자성 금속 분말만이 가열된다. 이와 같은 압분 자심용 분말 제조 장치는, 침규용 분말이 회전로를 통해 가열되지 않아, 소결되지 않는다.

여기서, 코일이 원통 형상을 이루고, 코일의 중공부에 회전로가 배치되어 있는 경우에는, 코일 통전시에 회전로 내에 발생하는 자속 밀도가 회전로의 축 방향 및 원주 방향으로 균일해진다. 그 때문에, 회전로 내의 각 연자성 금속 분말은, 각각 자속과 교차되어 와전류를 발생시켜, 표면이 균일하게 발열된다. 그 결과, 이산화규소 분말이 각 연자성 금속 분말의 표면에 균일하게 확산 침투하게 되어, 각 연자성 금속 분말은, 표면에 규소 침투층이 균일하게 형성된다.

상기 양태의 압분 자심용 분말 제조 장치는, 회전로의 내부에 설치된 온도 센서에 의해 연자성 금속 분말의 표면 온도를 측정하고, 온도 센서의 온도 측정 데이터가 소정 처리 온도로 안정되도록, 코일에 공급하는 전류의 주파수를 제어하기 때문에, 연자성 금속 분말의 표면이 과잉으로 가열되어 침규용 분말을 소결시켜, 침규용 분말이 소결되는 것을 방지할 수 있다.

상기 양태의 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 가압하여 성형한 압분 자심은, 압분 자심용 분말이 연자성 금속 분말의 표면에 규소 침투층을 균일하게 형성하고 있기 때문에, 자심 밀도와 자속 밀도가 높고, 비저항을 높게 할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태와 관련되고, 압분 자심용 분말 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 회전로의 AA 단면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 회전로의 BB 단면도로서, 도면 중 화살표는 자속을 나타낸다.
도 4 는, 침규 처리를 설명하는 도면으로서, 혼합 분말 투입 공정을 나타낸다.
도 5 는, 침규 처리를 설명하는 도면으로서, 교반 공정을 나타낸다.
도 6 은, 철 분말과 이산화규소 분말의 관계를 나타내는 이미지 도면으로서, 유도 가열 전의 상태를 나타낸다.
도 7 은, 철 분말과 이산화규소 분말의 관계를 나타내는 이미지 도면으로서, 철 분말이 유도 가열된 상태를 나타낸다.
도 8 은, 철 분말과 이산화규소 분말의 관계를 나타내는 이미지 도면으로서, 이산화규소 분말이 철 분말의 표면으로부터 열전달되어 가열된 상태를 나타낸다.
도 9 는, 압분 자심용 분말 제조 방법에 있어서의 침규 반응을 설명하기 위한 도면으로서, 철 분말에 이산화규소 분말이 부착된 모습을 나타낸다.
도 10 은, 압분 자심용 분말 제조 방법에 있어서의 침규 반응을 설명하기 위한 도면으로서, 철 분말에 의해 이산화규소 분말이 가열된 모습을 나타낸다.
도 11 은, 압분 자심용 분말 제조 방법에 있어서의 침규 반응을 설명하기 위한 도면으로서, 철 분말에 이산화규소 분말이 확산 접합되는 모습을 나타낸다.
도 12 는, 압분 자심용 분말 제조 방법에 있어서의 침규 반응을 설명하기 위한 도면으로서, 별도의 이산화규소 분말이 철 분말에 부착되는 모습을 나타낸다.
도 13 은, 침규 처리가 실시된 철 분말의 단면을 나타내는 이미지 도면이다.
도 14 는, 압분 자심용 분말의 단면을 나타내는 이미지 도면이다.
도 15 는, 비교예와 실시예에 있어서의 침규 처리의 조건을 나타내는 도면이다.
도 16 은, 비교예와 실시예의 수율을 나타내는 도면이다.
도 17 은, 실시예의 압분 자심용 분말에 대하여, 철 분말의 표면으로부터 철 분말의 중심부를 향하여 형성되는 규소 침투층의 거리를, 압분 자심용 분말별로 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18 은, 본 발명의 제 2 실시형태와 관련되고, 압분 자심용 분말 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 19 는, 침규 처리의 이미지 도면이다.
도 20 은, 철 분말의 표면으로부터 철 분말의 중심부를 향하여 형성되는 규소 침투층의 거리를, 압분 자심용 분말별로 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21 은, 혼합 분말을 교반하면서 가열하는 처리의 이미지 도면이다.
도 22 는, 혼합 분말을 교반하면서 가열한 경우에 얻어지는 압분 자심용 분말의 현미경 사진을 도면화한 것이다.
도 23 은, 혼합 분말을 교반하면서 가열하는 장치의 개념도이다.

다음으로, 본 발명에 관련된 압분 자심용 분말의 제조 방법, 그 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 사용한 압분 자심, 및, 압분 자심용 분말 제조 장치의 일 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

<압분 자심용 분말의 개략 구성>

도 14 는, 압분 자심용 분말 (28) 의 단면을 나타내는 이미지 도면이다.

압분 자심용 분말 (28) 은, 철 분말 (24) (연자성 금속 분말의 일례) 의 절연을 확보하기 위하여, 탄소-철 금속 분말 (21) 과 이산화규소 분말 (22) (침규용 분말의 일례) 의 산화 환원 반응에 의해 철 분말 (24) 의 표층에 규소 침투층 (25) 이 형성되어 있다. 그리고, 압분 자심용 분말 (28) 은, 철 분말 (24) 의 표면을 덮도록 실리콘 피막층 (27) 이 형성되어, 더욱 절연성이 높아져 있다.

<압분 자심용 분말 제조 장치의 개략 구성>

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태와 관련되고, 압분 자심용 분말 제조 장치 (1) 의 개략 구성도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 회전로의 AA 단면도이다. 도 3 은, 도 2 에 나타내는 회전로의 BB 단면도로서, 도면 중 화살표는 자속을 나타낸다.

도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 압분 자심용 분말 제조 장치 (1) 는, 압분 자심용 분말 (28) 을 제조하는 공정 중, 철 분말 (24) 의 표층에 규소 침투층 (25) 을 형성하는 침규 처리 공정에 사용된다.

압분 자심용 분말 제조 장치 (1) 는 중공 원통 형상의 회전로 (2) 를 구비한다. 회전로 (2) 는 고주파 가열되지 않는 절연체 (예를 들어, 세라믹스 등) 에 의해 구성되어 있다. 코일 (14) 은 권선을 원통 형상으로 감은 중공 원통 형상을 이룬다. 회전로 (2) 는, 코일 (14) 의 중공부에 배치되고, 외주면 전체가 코일 (14) 로 덮여 있다. 코일 (14) 은 지주 (14a) 에 지지되어 있다. 회전로 (2) 는 코일 (14) 내에 자유롭게 회전할 수 있도록 유지되어 있다. 구체적으로는, 회전로 (2) 는 양 단면(端面)에 회전축 (3, 4) 이 고정되고, 그 회전축 (3, 4) 을 개재하여 지주 (5, 6) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 유지되어 있다. 회전축 (3) 에는 모터 (7) 가 연결되어, 회전축 (3) 을 개재하여 회전로 (2) 에 회전력을 부여하도록 되어 있다. 모터 (7) 는 컨트롤러 (8) 에 접속되어, 회전로 (2) 를 회전시키는 회전 동작 (회전량이나 회전 속도나 회전 시간 등) 과 회전로 (2) 의 회전을 정지시키는 회전 정지 동작이 제어된다.

회전로 (2) 에는 개폐문 (9) 이 개폐 가능하게 형성되어 있다. 회전로 (2) 는 개폐문 (9) 을 통해 분체의 공급과 취출이 이루어진다. 회전로 (2) 의 내벽에는, 회전로 (2) 의 회전에 따라, 분체를 퍼올려서는 낙하시키기 위한 교반판 (10) (교반 부재의 일례) 이, 복수 (여기서는 3 장) 고정 형성되어 있다. 교반판 (10) 은, 직선 형상의 판재로서, 회전로 (2) 와 동일하게, 고주파 가열되지 않는 절연체 (예를 들어 세라믹 등) 로 이루어진다. 교반판 (10) 은, 회전로 (2) 의 축선에 대하여 평행하고, 회전로 (2) 의 종단면 둘레 방향으로 균등 배치되며, 회전로 (2) 의 중심부를 향하여 회전로 (2) 의 내벽에 세워 형성되어 있다.

회전축 (4) 의 내부에는 2 개의 유로가 회전축 (4) 의 축선을 따라 형성되어 있다. 회전축 (4) 의 일방의 유로에는 침규 처리시의 분위기를 생성하기 위한 처리 가스를 공급하는 공급관 (11) 이 접속되고, 타방의 유로에는 회전로 (2) 로부터 가스를 배기하기 위한 배기관 (16) 이 접속되어 있다. 공급관 (11) 에는 가스 공급원 (12) 으로부터 공급되는 처리 가스의 공급량을 제어하기 위한 공급 밸브 (13) 가 형성되어 있다. 배기관 (16) 에는 회전로 (2) 로부터 가스를 배기하는 배기량을 제어하는 배기 밸브 (17) 가 형성되어 있다. 공급 밸브 (13) 와 배기 밸브 (17) 는 컨트롤러 (8) 에 접속되어, 밸브 개방도가 제어된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 회전로 (2) 의 내벽에는 분체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 (15) 가 장착되어 있다. 컨트롤러 (8) 는, 온도 센서 (15) 와 코일 (14) 에 접속되어, 온도 센서 (15) 의 온도 측정 데이터가 소정 처리 온도로 안정되도록, 코일 (14) 에 공급하는 전류의 주파수를 제어한다.

<압분 자심용 분말의 제조 방법>

다음으로, 압분 자심용 분말 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4 는, 침규 처리를 설명하는 도면으로서, 혼합 분말 투입 공정을 나타낸다. 도 5 는, 침규 처리를 설명하는 도면으로서, 교반 공정을 나타낸다. 도 6 ∼ 도 8 은, 탄소-철 금속 분말 (21) (철 분말의 일례) 과 이산화규소 분말 (22) 의 관계를 나타내는 이미지 도면이다. 도 9 ∼ 도 13 은, 압분 자심용 분말 제조 방법에 있어서의 침규 반응을 설명하기 위한 도면이다. 도 14 는, 압분 자심용 분말 (28) 의 단면을 나타내는 이미지 도면이다.

먼저, 탄소-철 금속 분말 (21) 에 이산화규소 분말 (22) 을 첨가하여 혼합 교반해서, 이산화규소 분말 (22) 을 탄소-철 금속 분말 (21) 의 외주면에 부착시킨다. 예를 들어, 평균 입경이 150 ∼ 212 ㎛ 인 1.5 중량％ 의 탄소강 분말 (철 분말) 을 95 ∼ 97 중량％, 평균 입경이 50 ㎚ 이며 비중이 2.2 인 이산화규소 분말을 3 ∼ 5 중량％ 의 비율로 교반 혼합함으로써, 혼합 분말 (23) 을 만든다. 그리고, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 회전로 (2) 의 개폐문 (9) 을 열어, 탄소-철 금속 분말 (21) 과 이산화규소 분말 (22) 의 혼합 분말 (23) 을 회전로 (2) 내에 투입하고, 개폐문 (9) 을 밀폐한다.

그리고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 코일 (14) 에 소정 주파수의 전류를 공급하여, 탄소-철 금속 분말 (21) 만을 유도 가열하면서, 혼합 분말 (23) 을 교반 혼합함으로써, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 철 분말 (24) 의 표면에 규소 침투층 (25) 을 형성한다.

보다 구체적으로는, 컨트롤러 (8) 는, 도 1 에 나타내는 공급 밸브 (13) 와 배기 밸브 (17) 를 열어, 가스 공급원 (12) 으로부터 회전로 (2) 에, 탄소-철 금속 분말 (21) 과 이산화규소 분말 (22) 의 산화 환원 반응을 촉진시키기 위한 처리 가스 (예를 들어, 아르곤 (Ar) 과 수소 (H₂) 의 혼합 가스) 를 공급한다. 그리고, 컨트롤러 (8) 는, 코일 (14) 에 소정 주파수의 전류를 공급한다.

혼합 분말 (23) 은 3 ∼ 5 중량％ 의 탄소-철 금속 분말 (21) 과 95 ∼ 97 중량％ 의 이산화규소 분말 (22) 을 교반 혼합한 것이며, 게다가 탄소-철 금속 분말 (21) 의 비중이 7.8 인 것에 반해, 이산화규소 분말 (22) 의 비중이 2.2 이기 때문에, 혼합 분말 (23) 의 대부분이 이산화규소 분말 (22) 이다. 그 때문에, 회전로 (2) 내에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 탄소-철 금속 분말 (21) 사이에 많은 이산화규소 분말 (22) 이 층 형상으로 개재되어, 탄소-철 금속 분말 (21) 끼리가 떨어져 있다. 이와 같은 상태에서 코일 (14) 에 통전하면, 도 3 의 일점쇄선 화살표로 나타내는 바와 같이, 회전로 (2) 내에 자속이 발생한다. 자속 밀도는, 코일 (14) 이 회전로 (2) 의 외주면 전체를 덮도록 고리형으로 형성되어 있기 때문에, 회전로 (2) 의 축 방향과 원주 방향으로 균일하다. 혼합 분말 (23) 의 각 탄소-철 금속 분말 (21) 은, 회전로 (2) 전체에 균일하게 발생하는 자속과 교차하여, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 전자 유도에 의해 와전류를 발생시키고, 표면 효과에 의해 표면이 발열된다. 한편, 도전성이 없는 이산화규소 분말 (22) 은, 코일 (14) 의 통전에 의해 발열되지 않는다. 그러나, 가열 시간이 경과함에 따라, 도 8 의 검정 동그라미로 나타내는 바와 같이, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 접하는 이산화규소 분말 (22) 이, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면으로부터 열전달되어 가열된다.

컨트롤러 (8) 는, 온도 센서 (15) 가 소정 온도 (예를 들어, 1000 ℃) 를 측정하면, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면 온도가 소정 처리 온도가 되었다고 판단하여, 모터 (7) 를 구동시킨다. 이로 인해, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 회전로 (2) 가 코일 (14) 내에서 소정 회전 속도로 회전한다. 회전로 (2) 내의 혼합 분말 (23) 은, 회전로 (2) 의 회전에 따라, 교반판 (10) 에 의해 회전로 (2) 의 바닥부로부터 소정 높이까지 차례차례 퍼올려져서는, 비스듬한 하방을 향한 교반판 (10) 으로부터 미끄러 떨어져 회전로 (2) 의 바닥부에 떨어진다. 이로 인해, 혼합 분말 (23) 은, 탄소-철 금속 분말 (21) 과 이산화규소 분말 (22) 의 배치가 상시 바뀌어, 교반 혼합된다.

상기 서술한 바와 같이, 도전성이 있는 탄소-철 금속 분말 (21) 은, 코일 (14) 에 소정 주파수의 전류를 흘림으로써 코일 (14) 에 균일하게 발생하는 자속 (자계) 에 의해 표면이 유도 가열되지만, 도전성이 없는 이산화규소 분말 (22) 은, 코일 (14) 에 자계가 발생해도 가열되지 않는다. 또한, 회전로 (2) 와 교반판 (10) 은, 고주파 가열되지 않는 절연체로 구성되어 있기 때문에, 코일 (14) 에 통전되어도 발열되지 않아, 이산화규소 분말 (22) 을 가열시키지 않는다. 그 때문에, 이산화규소 분말 (22) 은, 혼합 분말 (23) 의 교반 혼합시에, 소정 처리 온도 (예를 들어 1000 ℃) 까지 승온되지 않아, 소정 높이로부터 회전로 (2) 의 바닥부에 떨어져 압축되어도, 다른 이산화규소 분말 (22) 과 가압 소결되지 않는다.

한편, 도 9 에 나타내는 바와 같이 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 접하는 이산화규소 분말 (22) 은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면이 소정 처리 온도까지 가열되면, 탄소-철 금속 분말 (21) 로부터 열전달되어 가열된다 (도트 해칭 부분 참조). 그러면, 탄소-철 금속 분말 (21) 과 그 표면에 접하는 이산화규소 분말 (22) 사이에서 산화 환원 반응이 발생하여, 이산화규소 분말 (22) 로부터 규소 원소가 탈리됨과 함께, 일산화탄소 (CO) 가스가 생성된다. 탈리된 규소 원소는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면으로부터 침투하여 탄소-철 금속 분말 (21) 의 내부로 확산되어 나가고, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표층에 규소 침투층 (25) 을 형성한다.

이 이산화규소 분말 (22) 의 확산 침투 과정에 있어서, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 이산화규소 분말 (22) 은, 일부가 탄소-철 금속 분말 (21) 에 확산 침투한 확산부 (30b) 로 되고, 나머지 부분이 탄소-철 금속 분말 (21) 로부터 돌출되어 남아 있는 돌출부 (30a) 로 되는 확산 접합체 (30) 를 형성한다. 확산 접합체 (30) 는 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 화학적으로 접합되어 있기 때문에, 혼합 분말 (23) 을 교반 혼합하는 경우에 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면으로부터 박리되지 않고, 탄소-철 금속 분말 (21) 표면으로의 확산 침투를 안정적으로 진행시킨다.

여기서, 확산 접합체 (30) 는 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면으로부터 열전달되어, 소정 처리 온도까지 가열되고 있다. 그러나, 확산 접합체 (30) 의 둘레에 있는 이산화규소 분말 (22) 은, 회전로 (2) 의 회전에 의해 교반되어 탄소-철 금속 분말 (21) 에 대한 배치를 자유롭게 바꾸기 때문에, 확산 접합체 (30) 로부터 열전달되어 소정 처리 온도 (예를 들어 1000 ℃) 까지 가열되지 않는다. 따라서, 확산 접합체 (30) 둘레에 있는 이산화규소 분말 (22) 이, 회전로 (2) 의 회전에 의해 압축되어도, 확산 접합체 (30) 또는 다른 이산화규소 분말 (22) 에 대하여 가압 소결되지 않는다. 요컨대, 탄소-철 금속 분말 (21) 을 핵으로 하여 이산화규소 분말 (22) 이 소결되어, 2 차 입자화되지 않는다.

도 12 에 나타내는 바와 같이, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 접하고 있던 이산화규소 분말 (22) 이 확산 침투되면, 다른 이산화규소 분말 (22) 이 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 부착되고, 상기와 동일하게 하여, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면으로 확산 침투되어 나간다. 원통 형상의 코일 (14) 이 회전로 (2) 의 외주면 전체를 덮도록 배치되어, 회전로 (2) 내에 발생하는 자속 밀도가 회전로 (2) 의 축 방향 및 원주 방향으로 균일하기 때문에, 회전로 (2) 내의 탄소-철 금속 분말 (21) 은 각각 자속과 교차된다. 게다가, 탄소-철 금속 분말 (21) 은 구 형상을 이룬다. 그 때문에, 회전로 (2) 내의 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면은, 표피 효과에 의해 거의 균일하게 가열된다. 또한, 회전로 (2) 의 회전에 따른 교반 혼합에 의해, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에는 이산화규소 분말 (22) 이 균등하게 공급된다. 그 때문에, 혼합 분말 (23) 은, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 접한 이산화규소 분말 (22) 로부터 순차로 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면으로 확산 침투되어 나가, 각 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 있어서 침규 반응이 균일하게 진행된다. 요컨대, 각 탄소-철 금속 분말 (21) 은, 표면에 규소 침투층 (25) 이 균일하게 형성된다.

여기서, 침규 처리를 실시하는 동안, 컨트롤러 (8) 는, 온도 센서 (15) 가 소정 처리 온도를 유지하도록 코일 (14) 에 대한 통전량을 제어하고 있다. 코일 (14) 에 공급하는 전류의 주파수는, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면에 접하는 이산화규소 분말 (22) 만을 가열하도록, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면을 가열시킬 수 있는 주파수로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 코일 (14) 에 공급하는 전류의 주파수를 3 ㎑ 이상 300 ㎒ 이하의 범위 내로 한다. 따라서, 탄소-철 금속 분말 (21) 이 소정 처리 온도를 초과하여 과잉으로 가열되는 경우가 없기 때문에, 탄소-철 금속 분말 (21) 에 접해 있지 않은 이산화규소 분말 (22) 이 소정 처리 온도까지 가열되어 소결되어서, 2 차 입자화되는 것을 회피할 수 있다.

또한, 침규 처리시에 생성된 CO 가스는, 도 1 에 나타내는 배기관 (16) 을 통하여 회전로 (2) 의 외부로 배출되고, 처리 가스와 치환된다. 그 때문에, 회전로 (2) 내의 압력과 분위기는, 침규 처리 개시시부터 침규 처리 종료시까지 일정하게 유지된다. 이와 같은 침규 처리는, 규소 원소가 이산화규소 분말 (22) 로부터 탈리되는 반응 생성 속도가, 철 분말 (24) 의 표층에 침투 확산되는 확산 속도보다 빠른 탈리 확산 분위기하에서 이루어진다.

도 1 에 나타내는 컨트롤러 (8) 는, 회전로 (2) 를 소정 처리 시간 (또는 소정 회전수) 회전시키면, 코일 (14) 에 대한 통전과 모터 (7) 의 회전 구동을 정지시킨다. 이로 인해, 회전로 (2) 의 회전이 정지됨과 함께, 철 분말 (24) 이 가열되지 않게 된다. 회전로 (2) 가 상온까지 온도를 내리면, 개폐문 (9) 을 열고, 도 13 에 나타내는 침규 처리가 실시된 분체 (26) 를 취출한다. 침규 처리가 실시된 분체 (26) 는, 침규 처리 시간의 경과와 함께, 철 분말 (24) 의 표면으로부터 철 분말 (24) 의 중심부를 향하여 형성되는 규소 침투층 (25) 의 거리 (X1) 가 증가됨과 함께, 규소 침투층 (25) 의 규소 원소 농도 (Si 농도) 가 높게 되고 있다. 본 실시형태에서는, 철 분말 (24) 의 표면으로부터 철 분말 (24) 의 중심부를 향하여 형성되는 규소 침투층 (25) 의 거리 (X1) 는, 철 분말 (24) 의 직경 (D) 에 대하여 0.15 배 이하의 범위로 형성되어 있다.

침규 처리가 실시된 분체 (26) 는, 피막 처리가 실시되어, 도 14 에 나타내는 바와 같이 표면에 실리콘 피막층 (27) 이 형성된다. 피막 처리에서는, 에탄올에 실리콘 수지를 용해시킨 액에 침규 처리가 실시된 분체 (26) 를 투입하고, 교반한다. 소정 시간 교반하면, 추가로 에탄올을 증발시키면서 교반하여, 실리콘 수지를 침규 처리가 실시된 분체 (26) 의 표면에 고착시킨다. 이로 인해, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 규소 침투층 (25) 이 실리콘 피막층 (27) 으로 덮인 압분 자심용 분말 (28) 이 생성된다.

<압분 자심의 제조 방법>

다음으로, 상기와 같이 제조된 압분 자심용 분말 (28) 을 압분 성형하여 압분 자심을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

압분 자심용 분말 (28) 을, 모터의 코어 등의 소정 형상의 캐비티를 구비하는 펀치 다이스에 충전하고, 압분 자심용 분말 (28) 에 소정 압과 소정 열을 가하여 가압 성형한다. 가압 성형체는, 캐비티로부터 취출되어, 내부에 생긴 가공 변형을 제거하기 위하여, 고온 소둔 처리가 실시된다. 이로 인해, 소정 형상의 압분 자심이 제조된다. 이와 같이 제조된 압분 자심은, 철 분말 (24) 의 직경 (D) 에 대하여 0.15 배 이하의 범위로 철 분말 (24) 의 표층에 규소 침투층 (25) 을 형성하는 압분 자심용 분말 (28) 을 사용하고 있기 때문에, 가압 성형시에 압분 자심용 분말 (28) 을 적당히 변형시켜, 자심 밀도나 자속 밀도가 높다. 또한, 압분 자심은, 규소 침투층 (25) 의 철 분말 (24) 의 표면으로부터의 거리 (X1) 또는 규소 침투층 (25) 에 있어서의 Si 농도의 분포가 분말간에 균일화된 압분 자심용 분말 (28) 을 사용하고 있기 때문에, 압분 자심용 분말 (28) 의 접촉면에서의 절연성이 확보되어, 와전류가 저감되고, 비저항이 높아진다.

실시예

도 15 는, 비교예와 실시예에 있어서의 침규 처리의 조건을 나타내는 도면이다.

실시예에서는, 다음 조건에서 침규 처리를 실시하였다. 평균 입경이 150 ∼ 212 ㎛ 인 1.5 중량％ 의 탄소강 분말 (철 분말) 을 95 ∼ 97 중량％, 평균 입경이 50 ㎚ 이며 비중이 2.2 인 이산화규소 분말을 3 ∼ 5 중량％ 의 비율로 교반 혼합한 혼합 분말을, 세라믹스제의 회전로에 투입한 후, 아르곤 (Ar) 과 Ar 공급량에 대하여 30 ％ 의 수소 (H₂) 의 혼합 가스를 회전로에 공급함과 함께 배기를 개시한다. 그리고, 코일에 100 ㎒ 로 전류를 공급한다. 온도 센서에 의해, 철 분말이 처리 온도 1000 ℃ 로 가열된 것을 확인하면, 코일에 100 ㎒ 의 전류를 공급한 채로 회전로를 회전 속도 25 rpm 으로 회전시킨다. 그 상태에서 처리 시간인 1 시간이 경과하면, 코일에 대한 통전과 회전로의 회전을 정지시켜, 침규 처리를 종료한다.

한편, 비교예에서는, 다음 조건에서 침규 처리를 실시하였다. 평균 입경이 150 ∼ 212 ㎛ 인 1.5 중량％ 의 탄소강 분말 (철 분말) 을 95 ∼ 97 중량％, 평균 입경이 50 ㎚ 이며 비중이 2.2 인 이산화규소 분말을 3 ∼ 5 중량％ 의 비율로 교반 혼합한 혼합 분말을, SUS301 제의 회전로에 투입한 후, 아르곤 (Ar) 과 Ar 공급량에 대하여 30 ％ 의 수소 (H₂) 의 혼합 가스를 회전로에 공급하고, 회전로를 정지시킨 상태에서 히터로 가열한다. 온도 센서에 의해 회전로의 내부 온도가 처리 온도인 1000 ℃ 까지 상승하면, 회전로를 회전 속도 25 rpm 으로 회전시킨다. 회전로는, 내부 온도를 1000 ℃ 로 유지한 상태에서, 처리 시간인 1 시간 연속 회전된다. 그 후, 회전로의 가열과 회전을 정지시켜, 침규 처리를 종료한다.

<실시예와 비교예의 수율에 대하여>

발명자는 실시예와 비교예의 수율에 대하여 조사하였다. 그 결과를 도 16 에 나타낸다. 여기서, 수율은 0 ％ 에 가까울수록 이산화규소 분말이 소결됨으로써 생성되는 2 차 입자의 발생 비율이 높고, 100 ％ 에 가까울수록 2 차 입자의 발생 비율이 낮은 (분말상이다) 것으로 한다.

도 16 에 나타내는 바와 같이, 비교예의 수율은 약 5 ％ 였다. 요컨대, 비교예는, 회전로에 공급한 혼합 분말의 대부분이 2 차 입자화되어 버렸다.

한편, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 실시예의 수율은 약 90 ％ 였다. 요컨대, 실시예는, 회전로에 공급한 혼합 분말이 대부분 2 차 입자화되지 않고, 각 철 분말의 표면에 규소 침투층을 형성하여 미세한 분말상의 압분 자심용 분말을 제조할 수 있었다.

상기 실험 결과로부터, 침규 처리시에 있어서는, 히터에 의해 혼합 분말 전체를 가열하면서 혼합 분말을 교반 혼합하는 것보다, 코일에 의해 철 분말만을 유도 가열하면서 혼합 분말을 교반 혼합하는 편이, 2 차 입자를 발생시키지 않고 혼합 분말을 교반할 수 있어, 압분 자심용 분말의 생산성이 향상되는 것이 실증되었다.

<규소 침투층의 균일화에 대하여>

발명자들은, 실시예로부터 랜덤으로 10 개의 분말을 취출하여 절단하고, 전자 현미경으로 절단면을 관찰하였다. 그리고, 철 분말의 표면으로부터 철 분말의 중심부를 향하여 형성되는 규소 침투층의 거리를, 압분 자심용 분말별로 측정하였다. 그 측정 결과를 도 17 에 나타낸다.

도 17 에 나타내는 바와 같이, 랜덤으로 취출한 분말 모두가, 철 분말과 이산화규소 분말이 산화 환원 반응을 발생시키고 있다. 각 분말은, 철 분말의 표면에 있어서의 Si 농도가 4.0 ％ 이상 6.0 ％ 이하의 범위에서 수속되어 있었다. 그리고, 각 분말은, 철 분말의 표면으로부터 철 분말의 중심부를 향하여 Si 농도가 감소하는 비율이 거의 동일하였다. 또한, 각 분말은, 규소 침투층의 철 분말 표면으로부터의 거리 (규소 침투층의 두께) 가 약 20 ㎛ 로, 분말간에 규소 침투층의 철 분말 표면으로부터의 거리가 균일화되어 있었다.

따라서, 철 분말만을 유도 가열하면서 혼합 분말을 교반 혼합하고, 철 분말에 침규 처리를 실시하면, 각 철 분말의 표층에 형성되는 규소 침투층이 균일한 압분 자심용 분말을 제조할 수 있어, 압분 자심용 분말의 품질이 향상되는 것이 실증되었다.

(제 2 실시형태)

계속해서, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 18 은, 본 발명의 제 2 실시형태와 관련되고, 압분 자심용 분말 제조 장치 (51) 의 개략 구성도이다.

본 실시형태의 압분 자심용 분말 제조 장치 (51) 는, 코일 (52) 을 제외하고, 제 1 실시형태와 동일한 구성을 갖는다. 여기서는, 제 1 실시형태와 상이한 구성을 중심으로 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 도면에 제 1 실시형태와 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

압분 자심용 분말 제조 장치 (51) 는, 권선이 원통 형상으로 감긴 코일 (52) 이, 회전로 (2) 의 하부를 사방에서 둘러싸도록 배치되어 있다. 코일 (52) 은, 회전로 (2) 의 절반보다 아래 부분을 가열하도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 혼합 분말 (23) 은, 회전로 (2) 의 최하점 위치 (바로 아래) 로 이동한 교반판 (10) 이 회전로 (2) 의 회전에 수반하여 90 도 이동하기까지는, 교반판 (10) 에 실려 들어 올려지고, 그 후 교반판 (10) 이 최하점 위치로부터 90 도를 초과하여 이동해서, 방향을 바꾸면, 교반판 (10) 으로부터 회전로 (2) 의 바닥부를 향하여 미끄러 떨어뜨려지기 때문에, 회전로 (2) 의 절반보다 아래 부분을 가열할 수 있으면, 회전로 (2) 에 투입된 탄소-철 금속 분말 (21) 의 대부분을 유도 가열할 수 있기 때문이다.

이와 같은 압분 자심용 분말 제조 장치 (51) 는, 코일 (52) 에 통전하면, 회전로 (2) 의 하부에 있는 혼합 분말 (23) 의 탄소-철 금속 분말 (21) 이 유도 가열된다. 온도 센서 (15) 에 의해, 탄소-철 금속 분말 (21) 의 표면이 소정 처리 온도 (예를 들어 1000 ℃) 로 가열된 것을 검출하면, 회전로 (2) 가 회전되어 혼합 분말 (23) 이 교반 혼합된다. 이로 인해, 제 1 실시형태와 동일하게 하여, 철 분말 (24) 에 침규 처리가 실시되어, 철 분말 (24) 의 표면에 규소 침투층 (25) 이 형성된다.

본 실시형태의 압분 자심용 분말 제조 장치 (51) 는, 혼합 분말 (23) 이 많이 존재하는 회전로 (2) 의 하부에 집중적으로 자계를 발생시켜, 회전로 (2) 의 하부에 있는 혼합 분말 (23) 의 탄소-철 금속 분말 (21) 을 유도 가열한다. 압분 자심용 분말 제조 장치 (51) 는, 제 1 실시형태의 코일 (14) 과 비교하여, 자계를 발생시키는 영역이 작기 때문에, 제 1 실시형태의 압분 자심용 군말 (1) 보다 소전력으로 탄소-철 금속 분말 (21) (철 분말 (24)) 을 가열할 수 있다.

본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 응용을 할 수 있다.

(1) 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 회전로 (2) 내를, Ar 과, Ar 의 공급량에 대하여 30 ％ 의 수소를 혼합한 혼합 가스를 충전한 분위기로 하였지만, 회전로 (2) 내를 진공 상태로 한 분위기로 해도 된다. 또한, 감압 분위기하, 혹은 생성한 가스 분압이 낮은, 구체적으로는 저일산화탄소 (CO) 분위기하, 혹은 저질소 (N₂) 분위기하에서 침규 처리를 실시해도 된다. 또한, 처리 가스는, 연자성 금속 분말과 침규용 분말의 산화 환원 반응을 촉진시키는 것이면, 탄소 가스 등의 다른 가스여도 된다.

(2) 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 회전로 (2) 의 내벽에 고정 형성되는 교반판 (10) 을 회전로 (2) 의 축심과 평행한 직선 형상으로 형성하였지만, 회전로 (2) 의 내벽에 고정되는 교반판을 나선 형상으로 형성해도 된다. 이 경우, 회전로 (2) 에 공급한 혼합 분말이 나선 형상의 교반판에 실려, 회전로 (2) 의 회전에 따라 조금씩 낙하하기 때문에, 회전로 (2) 의 바닥부에 있는 혼합 분말이 상방으로부터 떨어져 내린 혼합 분말의 무게에 의해 압축되기 어려워진다. 이 결과, 보다 확실하게 혼합 분말의 2 차 입자화를 방지하여, 압분 자심용 분말의 수율을 향상시킬 수 있다.

(3) 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 연자성 금속 분말의 일례로서 탄소-철 금속 분말 (21) (철 분말 (24)) 을 예시하였지만, Fe-Si 합금, Fe-Al 합금, Fe-Si-Al 합금, 티탄, 알루미늄 등을 연자성 금속 분말로 해도 된다.

(4) 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 이산화규소 분말 (22) 을 침규용 분말의 일례로 들었지만, 이산화규소를 적어도 함유하는 분말과, 금속 탄화물 또는 탄소 동소체 중 어느 일방 또는 쌍방을 함유하는 분체를 혼합한 혼합 분말이나, 이산화규소를 함유하는 분말과 탄화규소의 분말을 혼합한 혼합 분말을 침규용 분말로 해도 된다. 혹은, 연자성 분말로서, 적어도 산소 원소를 함유하는 철계 분말을 사용하고, 침규용 분말로서, 적어도 탄소 원소를 함유하는 분말을 사용해도 된다.

1, 51 : 압분 자심용 분말 제조 장치
2 : 회전로
7 : 모터
8 : 컨트롤러
10 : 교반판
14, 52 : 코일
15 : 온도 센서
21 : 탄소-철 금속 분말 (연자성 금속 분말의 일례)
22 : 이산화규소 분말 (침규용 분말의 일례)
23 : 혼합 분말
24 : 철 분말 (연자성 금속 분말의 일례)
25 : 규소 침투층
28 : 압분 자심용 분말

Claims

압분 자심용 분말을 제조하는 압분 자심용 분말의 제조 방법에 있어서,
연자성 금속 분말과 이산화규소를 함유하는 침규용 분말의 혼합 분말 중, 상기 연자성 금속 분말만을 유도 가열하면서, 상기 혼합 분말을 교반 혼합함으로써, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 규소 침투층을 형성하는 것을 특징으로 하는 압분 자심용 분말의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 혼합 분말이 투입되는 회전로가 절연체로 이루어지고,
상기 회전로의 외부에 코일이 배치되며,
상기 회전로를 상기 코일 내에서 회전시키면서 상기 코일에 통전함으로써, 상기 혼합 분말에 함유되는 상기 연자성 금속 분말만을 유도 가열하는 것을 특징으로 하는 압분 자심용 분말의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 코일이 중공 원통 형상을 이루고,
상기 코일의 중공부에 상기 회전로가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압분 자심용 분말의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 압분 자심용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 압분 자심용 분말을 가압하여 성형한 것인 것을 특징으로 하는 압분 자심.
압분 자심용 분말을 제조하는 압분 자심용 분말 제조 장치에 있어서,
연자성 금속 분말과 이산화규소를 함유하는 침규용 분말의 혼합 분말이 투입되는 것으로서, 축선을 중심으로 회전 가능하게 유지되어 있고, 내벽에 교반 부재가 세워 설치된 회전로와,
상기 회전로에 구동력을 부여하는 모터와,
적어도 상기 회전로의 바닥부를 덮도록 상기 회전로의 외부에 형성된 코일을 갖고,
상기 코일에 통전함으로써, 상기 연자성 금속 분말만을 유도 가열한 상태에서, 상기 모터를 구동하여 상기 회전로를 회전시켜, 상기 연자성 금속 분말의 표면에 규소 침투층을 형성하는 것을 특징으로 하는 압분 자심용 분말 제조 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 회전로가 절연체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압분 자심용 분말 제조 장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 연자성 금속 분말의 표면 온도를 측정하는 것으로서, 상기 회전로의 내부에 설치된 온도 센서와,
상기 온도 센서의 온도 측정 데이터가 소정 처리 온도로 안정되도록, 상기 코일에 공급하는 전류의 주파수를 제어하는 컨트롤러를 갖는 것을 특징으로 하는 압분 자심용 분말 제조 장치.