KR20130004608A - 압분 성형체 및 그 제조 방법, 리액터용 코어 - Google Patents

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스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 저손실의 자심을 구성할 수 있는 압분 성형체, 이 압분 성형체의 제조 방법, 및 이 압분 성형체를 이용한 리액터용 코어를 제공한다. 압분 성형체(41, 42)의 외주면의 일부를 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)의 내주면에서 형성하고, 타부를 관통 구멍(10hA)에 삽통 배치한 코어 로드(13A)의 외주면에서 형성한다. 성형 공간(31, 32)에 원료 분말(P: 피복 연자성 분말)을 충전하고, 하펀치(12)(제1 펀치)와 상펀치(11)(제2 펀치)로 가압한 후, 코어 로드(13A)를 압분 성형체(41, 42)에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 다이(10A)를 압분 성형체(41, 42)에 대하여 상대적으로 이동시켜, 압분 성형체(41, 42)를 성형 공간(31, 32)으로부터 빼낸다. 압분 성형체(41, 42)의 외주면에 있어서 코어 로드(13A)가 형성한 영역은, 코어 로드(13A)와 미끄럼 접촉하지 않기 때문에 건전한 절연층이 유지되므로, 압분 성형체(41, 42)를 이용한 자심은, 와전류 손을 저감할 수 있다.

Description

압분 성형체 및 그 제조 방법, 리액터용 코어{GREEN COMPACT, MANUFACTURING METHOD FOR SAME, AND REACTOR CORE}
본 발명은 리액터 등의 자심의 소재에 이용되는 압분 성형체, 및 그 제조 방법, 이 압분 성형체를 이용한 리액터용 코어에 관한 것이다. 특히, 저손실의 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
철이나 그 합금 등의 연자성 재료로 이루어지는 자심과, 이 자심에 배치되는 코일을 구비하는 자기 부품이 여러 분야에서 이용되고 있다. 상기 자심으로서, 압분 성형체를 소재로 한 압분 자심이 있다(특허문헌 1 참조). 압분 성형체는, 대표적으로는, 관통 구멍을 갖는 다이와, 다이의 관통 구멍의 한쪽의 개구부를 막도록 배치되는 하펀치로 만들어지는 성형 공간에 원료 분말을 충전한 후, 하펀치와 상펀치로 그 원료 분말을 가압·압축하고, 압축물을 다이로부터 빼냄으로써 제조된다. 통상, 상기 압축물에 열처리를 실시한 열처리재를 자심에 이용한다.
상기 자기 부품을 교류 자장에서 사용하는 경우, 자심에는, 철손(대략, 히스테리시스 손과 와전류 손의 합)을 저감하는 것이 요구된다. 특히, 예컨대 수 ㎑ 이상의 고주파수에서 이용되는 자심에서는, 와전류 손이 커지기 때문에, 와전류 손의 저감이 요구된다. 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 원료 분말에, 예컨대 철 입자 등의 연자성 재료로 이루어지는 금속 입자의 외주에 절연 피막(절연층)을 구비하는 피복 입자로 이루어지는 피복 연자성 분말을 이용하면, 금속 입자 사이가 절연되어 압분 성형체의 전기 저항을 높일 수 있다. 따라서, 이 압분 성형체를 자심에 이용함으로써, 와전류 손을 효과적으로 저감할 수 있어, 저손실의 자심을 얻을 수 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-248274호 공보
압분 자심의 손실을 더욱 저감하는 것이 요구되고 있다.
최근, 자기 부품의 작동 주파수가 더욱더 높아지고 있기 때문에, 특히 와전류 손을 더욱 저감하는 것이 요구되고 있다.
전술한 바와 같이 피복 연자성 분말을 이용함으로써, 와전류 손을 어느 정도 저감할 수 있다. 그러나, 압분 성형체(압축물)를 다이로부터 빼낼 때, 압분 성형체에 있어서 다이와의 접촉 영역에 존재하는 금속 입자는, 다이가 압분 성형체를 압박하는 힘의 반력에 의해 다이에 맞비벼짐으로써 소성 변형되기 쉽고, 이 변형에 충분히 추종할 수 없어 절연층이 손상될 우려가 있다. 절연층의 손상에 의해 노출된 금속 입자의 일부가 다이와의 미끄럼 이동에 의해 박편형으로 변형되고, 이 변형에 의해 상기 금속 입자끼리가 접촉하여 전기적으로 도통하면, 이 도통 부분에 와전류가 흐름으로써 와전류 손의 증대를 초래한다. 절연층의 손상을 방지하기 위해, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 다이나 하펀치에 윤활제를 도포하거나, 윤활제로서 기능하는 유기물을 원료 분말에 첨가시키거나 하는 것이 고려된다. 상기 윤활제를 충분히 다량으로 함으로써, 상기 손상을 충분히 방지할 수 있다고 기대된다. 그러나, 윤활제의 다량 사용은, 압분 성형체 내의 자성 성분의 비율의 저하를 초래한다.
한편, 압분 성형체의 표면을 농염산 등으로 표면 처리하여, 상기 도통 부분을 제거하는 것이 고려된다. 그러나, 이 경우, 별도로 표면 처리 공정이 필요하여, 압분 성형체의 생산성의 저하를 초래한다.
그래서, 본 발명의 목적의 하나는, 저손실의 자심을 구축할 수 있는 압분 성형체 및 리액터용 코어를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 저손실의 자심을 제조 가능한 압분 성형체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 압분 성형체(압축물)를 다이로부터 빼낼 때, 그 압분 성형체의 일부가 다이에 접촉하지 않는 상태로 하면, 이 일부는 다이와 미끄럼 접촉하지 않기 때문에 절연층의 손상을 방지할 수 있어, 건전한 절연층을 갖는 영역(이하, 건전 영역이라고 함)을 구비하는 압분 성형체를 얻을 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 또한, 얻어진 압분 성형체를 구성하는 외표면의 표면 성상을 조사한 바, 다이에 의해 형성되어 있지 않은 건전 영역과 다이가 형성한 영역은, 거칠기가 다르며, 상기 건전 영역은, 상기 다이가 형성한 영역에 비교하여 큰 요철을 갖고 있었다. 그 이유는, 다이가 형성한 영역은, 다이로부터 취출할 때에 다이에 미끄럼 접촉함으로써 전술한 피복 연자성 분말을 구성하는 피복 입자(연자성 입자)가 소성 변형되어 비교적 평활하게 되고, 건전 영역은, 그 연자성 입자가 과도하게 소성 변형되지 않고 잔존하기 때문에, 이 연자성 입자의 크기에 따른 요철을 갖기 때문이라고 고려된다.
또한, 본 발명자들은, 압분 성형체의 외표면의 일부, 특히 둘레 방향으로 연속하는 외주면의 일부에, 둘레 방향으로 분단하도록 상기 건전 영역을 갖는 경우, 와전류 손을 저감할 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 그 이유는, 상기 건전 영역은, 건전한 절연층에 의해 연자성 입자끼리가 절연된 절연 영역이기 때문에, 압분 성형체의 외주면에 생기는 와전류를 분단할 수 있기 때문이라고 고려된다.
상기 지견에 기초하여, 저손실의 자심을 구축할 수 있는 압분 성형체로서, 그 압분 성형체를 구성하는 외표면에 표면 성상이 다른 영역을 갖는 것을 제안한다. 또한, 상기 지견에 기초하여, 압분 성형체의 제조에 있어서, 성형 공간 및 압분 성형체 빼내는 방법을 특정 구성으로 하는 것을 제안한다.
본 발명의 압분 성형체는, 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말을 가압 성형한 것이며, 그 압분 성형체를 구성하는 일면을 기준면, 이 기준면으로부터 선택한 영역을 기준 영역, 이 기준 영역에 있어서의 표면 성상값을 R1이라고 할 때, 이하의 (1) 또는 (2)를 만족한다.
(1) 상기 기준면에 있어서 기준 영역 이외에서 선택한 영역을 동면(同面) 영역, 이 동면 영역에 있어서의 표면 성상값을 R2라고 할 때,
상기 표면 성상값 R1에 대한 표면 성상값 R2의 비:R2/R1가 2 이상임을 만족하는 동면 영역이 상기 기준면에 존재한다.
(2) 상기 기준면과는 별도의 일면에서 선택한 영역을 별면(別面) 영역, 이 별면 영역에 있어서의 표면 성상값을 R3이라고 할 때,
상기 표면 성상값 R1에 대한 표면 성상값 R3의 비:R3/R1가 2 이상임을 만족하는 별면 영역을 갖는 면으로서, 상기 기준면에 인접하는 면이 3개 이상 존재한다.
단, 상기 표면 성상값은, 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rz), 및 거칠기 곡선의 최대 골 깊이(Rv)에서 선택되는 어느 하나로 한다.
상기 본 발명 압분 성형체는, 예컨대 이하의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 본 발명의 압분 성형체의 제조 방법은, 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말을 성형 공간에 충전한 후, 이 피복 연자성 분말을 가압하여 압분 성형체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 제조 방법은, 상기 성형 공간 중, 압분 성형체의 외주면을 형성하는 부위를 복수의 금형 부재에 의해 구성하는 것을 특징의 하나로 한다. 또한, 이 제조 방법은, 가압 후, 상기 금형 부재 중 일부의 금형 부재를, 성형한 압분 성형체에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 타부(他部)의 금형 부재를 그 압분 성형체에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 그 압분 성형체를 상기 성형 공간으로부터 빼내는 것을 특징의 하나로 한다.
본 발명 압분 성형체는, 그 외표면에, 상대적으로 거친 영역[상기 (1)을 만족하는 경우에는 동면 영역, 상기 (2)를 만족하는 경우에는 별면 영역을 갖는 일면 전체 영역]과, 상대적으로 거칠기가 작은 영역[상기 (1)을 만족하는 경우에는 기준면의 일부, 상기 (2)를 만족하는 경우에는 기준면]이 인접하여 존재한다. 이 상대적으로 거친 영역은, 절연층이 건전한 상태인 건전 영역=절연 영역, 상대적으로 거칠기가 작은 영역은, 피복 연자성 분말을 구성하는 피복 입자(연자성 입자)가 변형되어 요철이 작아진 평활한 영역이라고 할 수 있다. 상기 건전 영역을 구비하는 본 발명 압분 성형체는, 자심에 이용한 경우, 상기 평활한 영역이, 연자성 입자끼리가 도통한 영역이어도, 이 건전 영역에 의해 와전류를 분단할 수 있어, 와전류 손을 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명 압분 성형체는, 저손실의 자심을 구축할 수 있다.
본 발명의 제조 방법은, 특히 주상체(柱狀體)라고 하는 관통 구멍을 갖고 있지 않은 중실의 압분 성형체, 즉 윤곽선이 1개의 연속선이 되는 외형을 갖는 압분 성형체를 제조하는 데 있어서, 압분 성형체의 외주면(둘레 방향으로 연속하는 적어도 하나의 면)을 형성하는 금형 부재를 종래와 같이 하나의 다이로 하는 것이 아니라, 복수로 한다. 이 구성에 의해, 압분 성형체(압축물)를 성형 공간으로부터 빼내는 데 있어서, 일부의 금형 부재를 압분 성형체에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 상태로 할 수 있다. 또한, 압분 성형체와 이 일부의 금형 부재를 완전히 분리할 때, 압분 성형체의 외주면의 타부는, 타부의 금형 부재에 의한 구속이 해방된 상태이기 때문에, 압분 성형체의 외주면의 일부와 상기 일부의 금형 부재를 미끄럼 접촉시키는 일없이, 양자를 분리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조 방법에 따라 얻어진 압분 성형체는, 둘레 방향으로 연속하는 적어도 하나의 면으로 구성되는 외주면 중, 일부의 금형 부재에 의해 형성된 영역의 절연층은, 그 금형 부재와의 미끄럼 접촉에 의한 손상이 실질적으로 없어, 건전한 상태이다. 즉, 이 압분 성형체는, 그 둘레 방향의 적어도 일부에 건전한 절연층을 갖는 영역(건전 영역=절연 영역)을 구비한다. 이 건전 영역은, 타부의 금형 부재에 의해 형성된 영역보다 표면이 거칠고, 타부의 금형 부재에 의해 형성된 영역은, 전술한 바와 같이 연자성 입자가 변형되어 비교적 평활하다. 이러한 압분 성형체에 의해 자심을 구성한 경우, 압분 성형체의 외주면에 있어서 그 둘레 방향의 타부에 절연층이 손상된 도통 부분이 존재하였다고 해도, 상기 절연 영역에 의해 와전류를 분단할 수 있어, 와전류 손을 저감할 수 있기 때문에, 저손실의 자심을 구축할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 제조 방법은, 저손실의 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체를 제조할 수 있다.
본 발명 압분 성형체의 일 형태로서, 상기 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 것을 들 수 있다. 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 본 발명 압분 성형체의 대표적인 형태는, 그 외주면의 일부에 건전한 절연층이 존재하는 절연 영역을 갖고, 타부에 절연층으로부터 노출된 연자성 입자끼리가 전기적으로 도통한 영역을 갖는 형태를 들 수 있다. 본 발명의 제조 방법에서는, 저손실의 자심을 얻을 수 있으므로, 압분 성형체의 외표면의 일부에 도통 부분이 존재하는 것을 허용한다. 따라서, 본 발명의 제조 방법은, 도통 부분을 제거하기 위한 처리 공정이 불필요하여, 저손실의 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
상기 복수의 금형 부재 중, 압분 성형체(압축물)를 성형 공간으로부터 빼낼 때에 압분 성형체에 상대적으로 이동시키는 금형 부재로서는, 대표적으로는, 원료 분말이 충전되는 관통 구멍을 갖는 다이를 들 수 있다. 이 금형 부재는, 하나 또는 복수의 분할편에 의해 구성할 수 있다. 즉, 다이는, 복수의 분할편에 의해 구성할 수 있다. 한편, 상대적으로 움직이지 않는 금형 부재로서는, 상기 다이의 관통 구멍에 삽통 배치하는 봉형의 코어 로드를 들 수 있다. 이 코어 로드도, 하나 또는 복수로 할 수 있다. 상기 복수의 금형 부재로서, 다이 및 코어 로드를 각각 하나씩 구비하는 형태로 하면, 이동 기구를 간단하게 구성할 수 있어, 조작성이 우수하다. 또한, 상대적으로 움직이지 않는다는 것은, 압분 성형체(압축물)와 미끄럼 접촉하여 절연층을 손상시키는 것 같은 이동을 시키지 않는 것을 의미하며, 상기 손상이 생기지 않는 범위에서의 이동은 허용한다.
본 발명 압분 성형체의 일 형태로서, 또한, 상기 기준 영역, 상기 동면 영역 또는 상기 별면 영역에 있어서 선형 부하 곡선의 돌출 산부 높이 Rpk를 각각 Rpk1, Rpk2, Rpk3이라고 할 때, 상기 돌출 산부 높이 Rpk1에 대한 돌출 산부 높이 Rpk2의 비:Rpk2/Rpk1가 5 이하, 또는 상기 돌출 산부 높이 Rpk1에 대한 돌출 산부 높이 Rpk3의 비:Rpk3/Rpk1가 5 이하임을 만족하는 형태를 들 수 있다.
본 발명자들이 조사한 바, 선형 부하 곡선의 돌출 산부 높이 Rpk에 있어서 상기 비가 특정 범위를 만족하는 면이나 영역을 구비하는 압분 성형체는, 성형 후에 도통 부분을 제거하기 위한 후처리를 행하지 않고서, 전술한 절연 영역이 존재하여 저손실인 자심을 얻을 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 따라서, 상기 형태는, 저손실의 자심의 생산성의 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 제조 방법의 일 형태로서, 이하의 충전 공정, 가압 공정, 취출 공정을 구비하는 형태를 들 수 있다.
충전 공정: 압분 성형체의 외주면의 일부를 형성하는 관통 구멍이 마련된 다이와, 상기 관통 구멍이 만드는 공간 내에 위치하도록 삽통 배치되어, 상기 압분 성형체의 외주면의 타부를 형성하는 코어 로드와, 상기 관통 구멍의 한쪽의 개구부를 막도록 배치된 제1 펀치로 만들어지는 성형 공간에 상기 피복 연자성 분말을 충전하는 공정.
가압 공정: 상기 성형 공간 내의 피복 연자성 분말을 상기 제1 펀치와, 이 제1 펀치와 대향 배치된 제2 펀치로 가압하는 공정.
취출 공정: 가압 후, 상기 코어 로드를, 성형한 압분 성형체에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 상기 다이를 그 압분 성형체에 대하여 상대적으로 이동시켜, 그 압분 성형체를 상기 성형 공간으로부터 빼내는 공정.
상기 형태에서는, 다이로부터 압분 성형체(압축물)를 빼낼 때에, 그 압분 성형체에 대하여 코어 로드를 상대적으로 움직이지 않는 상태로 할 수 있다. 그리고, 빼낸 압분 성형체의 외주면 중, 상기 코어 로드가 접촉하고 있던 부위의 절연층은 건전한 상태가 유지된다. 따라서, 상기 형태에 의해 얻어진 압분 성형체를 자심에 이용한 경우, 상기 건전한 절연층이 존재하는 건전 영역=절연 영역에 의해 와전류를 분단 가능하며, 상기 형태는, 저손실의 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체를 제조할 수 있다.
상기 다이 및 코어 로드를 구비하는 형태로서, 상기 가압 공정에 있어서, 상기 제1 펀치를 고정한 상태로, 상기 제2 펀치를 이동시킴으로써 상기 피복 연자성 분말을 가압하며, 상기 제2 펀치의 이동에 따라 상기 코어 로드 및 상기 다이를 이동시키는 형태를 들 수 있다.
제1 펀치를 고정 펀치로 하고, 제2 펀치만을 제1 펀치측으로 이동시킴으로써, 원료 분말(피복 연자성 분말)을 가압·압축 가능하다. 그러나, 이 경우, 제2 펀치의 근방에 존재하는 원료 분말은, 이동량이 많아, 이 이동시, 그 원료 분말을 구성하는 연자성 입자끼리가 미끄럼 접촉하여 절연층을 손상시킬 우려가 있다. 또한, 제2 펀치의 근방에 존재하는 원료 분말이 제1 펀치의 근방에 존재하는 원료 분말보다 가압되기 쉬워져, 성형 공간 내에 충전된 원료 분말을 균일적으로 가압하기 어렵다. 제2 펀치의 이동에 따라 다이 및 코어 로드도 이동하는 상기 형태는, 제2 펀치의 근방에 존재하는 원료 분말의 이동량을 저감하여, 그 이동에 의한 절연층의 손상을 억제할 수 있는데다가, 성형 공간 내의 원료 분말을 균일적으로 가압하기 쉽다. 또한, 상기 형태는, 제1 펀치를 고정 펀치로 함으로써, 이동 기구를 간단하게 구성할 수 있어, 조작성이 우수하다.
본 발명의 제조 방법의 일 형태로서, 상기 복수의 금형 부재에 의해 복수의 압분 성형체를 성형 가능한 복수의 성형 공간을 구성하여, 복수의 압분 성형체를 동시에 제조하는 형태를 들 수 있다.
종래의 압분 성형체의 제조 방법에서는, 하나의 다이와 하나의 하펀치로 하나의 압분 성형체를 제조하고 있다. 본 발명의 제조 방법도, 하나의 압분 성형체만을 제조 가능하지만, 어떤 금형 부재(예컨대, 다이)에 대한 다른 금형 부재(예컨대, 코어 로드)의 배치 위치를 조정함으로써, 상기 형태와 같이 복수의 압분 성형체를 한번에 제조할 수 있다. 예컨대, 전술한 다이 및 코어 로드를 구비하는 형태에서는, 다이의 관통 구멍의 내부 공간의 중앙부에 코어 로드를 삽통 배치하고, 다이의 관통 구멍의 내주면과 코어 로드의 외주면에서 복수의 중공 공간이 마련되도록 관통 구멍의 내주 형상 및 코어 로드의 외주 형상을 구성함으로써, 복수의 압분 성형체를 동시에 성형 가능하다. 상기 형태는, 복수의 압분 성형체를 한번에 제조 가능하기 때문에, 압분 성형체의 제조성이 우수하다. 특히, 복수의 분할 코어편을 조합하여 자심을 구성하는 경우, 상기 형태에 의해 얻어진 복수의 압분 성형체를 각각 분할 코어편에 이용할 수 있기 때문에, 상기 형태는, 자심의 제조성도 우수하다.
본 발명의 리액터용 코어로서, 본 발명 압분 성형체를 구비하는 것을 제안한다.
본 발명 압분 성형체를 리액터용 코어에 이용한 경우, 이 코어를 구비하는 리액터는, 와전류 손이 작아, 저손실이다. 리액터용 코어의 일부, 또는 전부에 본 발명 압분 성형체를 이용할 수 있다. 리액터에 구비하는 자심 중, 적어도 코일이 배치되는 부위를 본 발명 압분 성형체로 구성하면, 와전류 손을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명 리액터용 코어의 일 형태로서, 코일과 조합하여 리액터를 구성하여 코일을 여자하였을 때, 자속 방향으로 평행하게 배치되는 자속 평행면을 가지고 있으며, 상기 자속 평행면의 일부에 상기 동면 영역, 또는 상기 별면 영역을 갖는 형태를 들 수 있다. 혹은, 다이로부터 압분 성형체를 빼낼 때에, 상기 자속 평행면의 일부가 압분 성형체에 대하여 상대적으로 움직이지 않고 있던 일부의 금형 부재에 의해 형성된 형태를 들 수 있다.
상대적으로 거친 동면 영역이나 별면 영역은, 전술한 바와 같이 건전 영역=절연 영역이다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 따라 얻어진 압분 성형체의 외주면에 있어서, 다이로부터 압분 성형체를 빼낼 때에, 상대적으로 움직이지 않고 있던 일부의 금형 부재에 의해 형성된 영역도 건전한 절연층이 존재하는 건전 영역=절연 영역이 된다. 상기 형태는, 자속 평행면의 일부에 상기 절연 영역을 구비하기 때문에, 리액터를 구성하여 코일을 여자하였을 때, 이 절연 영역에 의해 와전류를 분단할 수 있어, 와전류 손을 저감할 수 있다.
본 발명 리액터용 코어는, 저손실이다. 본 발명 압분 성형체는, 저손실의 자심을 구축할 수 있다. 본 발명 압분 성형체의 제조 방법은, 상기 압분 성형체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명 압분 성형체의 일례를 나타내는 개략 사시도이며, (A)는 일면의 일부에 거친 영역을 구비하는 예, (B)는 일면의 일부에 거친 영역을 구비하는 면을 복수 구비하는 예, (C)는 일면 전체면이 조면(粗面)인 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명 압분 성형체의 제조 방법의 절차의 일례를 설명하는 공정 설명도이다.
도 3은 본 발명 압분 성형체의 제조 방법에 이용하는 다이 및 코어 로드의 평면도이다.
도 4의 (A)는 시험예로 제작한 No.1의 압분 성형체에 있어서, 다이가 형성한 영역에 대한 단면 곡선의 그래프, (B)는 거칠기 곡선의 그래프이다.
도 5의 (A)는 시험예로 제작한 No.1의 압분 성형체에 있어서, 코어 로드가 형성한 영역에 대한 단면 곡선의 그래프, (B)는 거칠기 곡선의 그래프이다.
도 6의 (A)는 시험예로 제작한 No.1의 압분 성형체에 있어서, 펀치가 형성한 영역에 대한 단면 곡선의 그래프, (B)는 거칠기 곡선의 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 우선, 도 1을 참조하여, 본 발명 압분 성형체를 설명한다.
《압분 성형체》
본 발명 압분 성형체는, 연자성 재료로 이루어지는 연자성 입자의 표면이 절연층으로 덮인 피복 입자로 구성되는 피복 연자성 분말을 가압 성형하여 이루어지는 성형체이며, 상기 연자성 입자와, 연자성 입자 사이에 개재되는 절연물을 주요 구성 재료로 한다. 절연물은, 대표적으로는, 상기 절연층으로 구성된다. 그 외, 절연물은, 성형 후에 실시하는 열처리에 의해 생성된 것을 함유하는 것을 허용한다. 연자성 재료 및 절연층의 재질, 크기 등은 후술한다.
본 발명 압분 성형체의 대표적인 형상은, 도 1에 나타내는 직육면체를 들 수 있다. 그 외, n=3 또는 n=5 이상의 다각 기둥, 원 기둥, 타원 기둥 등의 여러 주상체를 들 수 있다. n≥3의 다각 기둥의 경우, 적어도 하나의 각부(角部)가 둥글게 된 형태를 포함한다. 그리고, 본 발명 압분 성형체는, 표면 성상이 부분적으로 다른 것을 최대의 특징으로 한다. 구체적으로는, 본 발명 압분 성형체를 구성하는 외표면 중, 둘레 방향으로 연속하는 적어도 하나의 면으로 구성되는 외주면의 일부가 상대적으로 거친 영역(요철이 큰 영역)이며, 둘레 방향을 분단하도록 상기 거친 영역이 존재한다.
상기 외주면의 일부란, 외주면이 둘레 방향으로 연속하는 n개(도 1에서는 4개)의 면으로 구성되는 경우, [1] 일면의 일부만[예컨대, 도 1의 (A)에 나타내는 형태], [2] 인접하는 2면 중 일면의 일부 및 타면의 일부[예컨대, 도 1의 (B)에 나타내는 형태], [3] 1개 이상 n-1개 이하의 면 전체[예컨대, 도 1의 (C)에 나타내는 형태], [4] 1개 이상 n-1개 이하의 면 전체와 일면의 일부, [5] 1개 이상 n-2개 이하의 면 전체와 일면의 일부 및 타면의 일부[예컨대, 후술하는 도 3의 (C-1), 도 3의 (D-1)에 나타내는 형태]를 들 수 있다. 원 기둥이나 타원 기둥 등과 같이 외주면이 이음매가 없는 하나의 면으로 구성되는 경우는, 그 외주면의 일부를 말한다.
도 1의 (A)에 나타내는 직육면체형의 압분 성형체(1A)는, 일면[도 1의 (A)에서는 좌측면]의 일부에 상대적으로 거친 영역(102)을 갖고, 그 일면의 타부가 상대적으로 평활한 영역(101)이다. 여기서는, 평활한 영역(101) 및 거친 영역(102) 중 어느 것도 직사각형이며, 거친 영역(102)은, 2개의 평활한 영역(101) 사이에 끼워져 있다. 평활한 영역(101) 및 거친 영역(102)에 대해서 각각, 표면 성상값[여기서는, 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rz), 및 거칠기 곡선의 최대 골 깊이(Rv)에서 선택되는 어느 하나]을 측정하여, 평활한 영역(101)(기준 영역)의 표면 성상값을 R1, 거친 영역(102)의 표면 성상값을 R2라고 할 때, 표면 성상값 R1에 대한 표면 성상값 R2의 비:R2/R1가 2 이상임을 만족한다. 즉, 압분 성형체(1A)는, 산술 평균 거칠기(Ra)에 대한 비:Ra2/Ra1, 최대 높이(Rz)에 대한 비:Rz2/Rz1, 거칠기 곡선의 최대 골 깊이(Rv)에 대한 비:Rv2/Rv1 중 적어도 하나의 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족한다. 그리고, 이 표면 성상값의 비:R2/R1가 2 이상임을 만족하는 거친 영역(102)은, 정상인 절연층이 존재하는 건전 영역=절연 영역이며, 평활한 영역(101)은, 연자성 입자가 변형되거나, 변형된 연자성 입자끼리가 접촉하고 있거나 하는 영역이다.
압분 성형체(1A)는, 전술한 바와 같이 그 외표면을 구성하는 일면에, 평활한 영역(101) 및 거친 영역(102) 모두를 갖는다. 이 때문에, 압분 성형체(1A)는, 리액터 등의 자심에 이용한 경우, 거친 영역(102)에 의해 와전류를 분단할 수 있기 때문에, 저손실의 리액터 등의 자기 부품의 구축에 기여할 수 있다.
압분 성형체(1A)의 대표적인 형태로서, 외표면에 있어서, 평활한 영역(101) 및 거친 영역(102) 양자 모두를 갖는 일면(기준면) 이외의 5면 중, 그 일면에 대향하는 타면과, 이 타면의 둘레 방향으로 연속하는 2면의 합계 3면(둘레 방향으로 연속하는 3면)은, 그 전체 영역이 상대적으로 평활하며, 나머지 서로 대향하는 2면은, 그 전체 영역이 상대적으로 거친 형태를 들 수 있다. 상기 둘레 방향으로 연속하는 3면은, 전술한 표면 성상값:Ra, Rz, Rv 중 적어도 하나를 취하였을 때, 얻어진 표면 성상값은, 평활한 영역(101)의 표면 성상값(R1)과 실질적으로 같다. 즉, 이들 연속하는 3면의 각 면은, 평활한 면(104)에 의해 구성되어 있다. 상기 나머지의 서로 대향하는 2면은, 전술한 표면 성상값:Ra, Rz, Rv 중 적어도 하나를 취하여, 얻어진 표면 성상값 R(2)에 대해서, 표면 성상값의 비:R(2)/R1를 취하였을 때, 2 이상임을 만족한다. 즉, 압분 성형체(1A)는, 전술한 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족하는 거친 영역(102)(동면 영역)을 갖는 면(기준면)을 하나 갖고, 전술한 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족하는 조면(105)을 2개 갖는다. 이들 대향하는 2개의 조면(105)도, 거친 영역(102)과 마찬가지로 정상인 절연층이 존재하는 건전 영역=절연 영역이다. 단, 조면(105)의 표면 성상값 R(2)의 절대값은, 거친 영역(102)의 표면 성상값(R2)의 절대값과 반드시 일치하지는 않는다.
이러한 압분 성형체(1A)는, 예컨대 도 2에 나타내는 다이(10A) 및 코어 로드(13A)를 구비하는 성형용 금형(100)을 이용함으로써 제조할 수 있다. 제조 방법은 후술한다.
거친 영역(102)을 갖는 일면에 있어서 그 거친 영역(102)의 크기는, 적절하게 선택할 수 있다. 단, 압분 성형체(1A)의 외주면[여기서는, 거친 영역(102)을 갖는 일면, 및 3개의 평활한 면(104)에 의해 구성되는 면]을 둘레 방향으로 분단하도록 거친 영역(102)이 존재하는 것으로 한다. 구체적으로는, 거친 영역(102)은, 대향하는 2개의 조면(105) 사이에 걸쳐 존재한다. 거친 영역(102)에 있어서 둘레 방향을 따른 크기(이하, 폭이라고 부름)는, 압분 성형체의 크기에도 따르지만, 예컨대, 폭: 5 ㎜, 또한 폭: 2 ㎜ 정도로 할 수 있다. 전술한 표면 성상값의 비나 표면 성상값의 절대값은, 압분 성형체(1A)를 구성하는 피복 연자성 분말의 크기나 성형 조건에 따라 변화시킬 수 있다. 전술한 표면 성상값의 비가 2 이상이면, 후술하는 시험예에 나타내는 바와 같이 저손실의 자심을 얻을 수 있다.
다른 형태로서, 예컨대 도 1의 (B)에 나타내는 직육면체형의 압분 성형체(1B)를 들 수 있다. 압분 성형체(1B)는, 인접하는 2면[도 1의 (B)에서는 좌측면 및 우측면]의 각 면의 일부에 각각, 상대적으로 거친 영역(102)을 갖고, 각 면의 타부에 상대적으로 평활한 영역(101)(기준 영역)을 갖는다. 여기서는, 평활한 영역(101) 및 거친 영역(102) 모두 직사각 형상이며, 각 면에 구비하는 평활한 영역(101)과 거친 영역(102)이 인접하고 있다. 거친 영역(102)은 모두, 전술한 표면 성상값:Ra, Rz, Rv에 있어서 비:R2/R1가 2 이상임을 만족하는 건전 영역=절연 영역이다. 즉, 이 압분 성형체(1B)는, 표면 성상값의 비:R2/R1가 2 이상임을 만족하는 거친 영역(102)(동면 영역)을 갖는 면(기준면)을 복수 갖는 점이 압분 성형체(1A)와 다르다. 이 차이점 이외의 구성 및 효과 등은 압분 성형체(1A)와 동일하며, 압분 성형체(1A)와의 공통점에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 압분 성형체(1B)의 외표면은, 전술한 거친 영역(102)을 갖는 면(기준면)을 2개, 표면 성상값(R1)과 실질적으로 같은 값을 취하는 평활한 면을 2개, 전술한 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족하는 조면(105)을 2개 갖는다.
이러한 압분 성형체(1B)는, 예컨대, 도 3의 (B-1)에 나타내는 다이(10B) 및 코어 로드(13B)를 구비하는 성형용 금형(도 2 참조)을 이용함으로써 제조할 수 있다. 제조 방법은 후술한다.
다른 형태로서, 예컨대 도 1의 (C)에 나타내는 직육면체형의 압분 성형체(1C)를 들 수 있다. 압분 성형체(1C)는, 직사각 형상의 일면[도 1의 (C)에서는 좌측면]의 전체 영역이 상대적으로 조면(103)이며, 이 일면:조면(103)에 대향하는 타면과, 이 타면의 둘레 방향으로 연속하는 2면의 합계 3면(둘레 방향으로 연속하는 3면)은 각각, 그 전체 영역이 상대적으로 평활한 면(104)에 의해 구성되고, 나머지 서로 대향하는 2면은 조면(105)에 의해 구성된다. 조면(103) 및 평활한 면(104)은, 전술한 표면 성상값:Ra, Rz, Rv 중 적어도 하나를 취하였을 때, 평활한 면(104)(기준면)의 표면 성상값을 R1, 조면(103)의 표면 성상값[조면(103)에서 선택한 영역(별면 영역)의 표면 성상값]을 R3이라고 할 때, 표면 성상값(R1)에 대한 표면 성상값(R3)의 비:R3/R1가 2 이상임을 만족한다. 또한, 조면(105)[조면(105)에서 선택한 영역(별면 영역)]은, 전술한 바와 같이 표면 성상값의 비:R(2)/R1를 취하였을 때, 2 이상임을 만족한다. 즉, 이 압분 성형체(1C)는, 하나의 평활한 면(104)(기준면)에 인접하는 조면(전술한 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족하는 별면 영역을 갖는 면)을 3개 갖는 점이 압분 성형체(1A)와 다르다. 이 차이점 이외의 구성 및 효과 등은 압분 성형체(1A)와 동일하며, 압분 성형체(1A)와의 공통점에 대해서는 설명을 생략한다.
이러한 압분 성형체(1C)는, 예컨대 도 3의 (E-1)에 나타내는 다이(10E) 및 코어 로드(13E)를 구비하는 성형용 금형(도 2 참조)을 이용함으로써 제조할 수 있다. 제조 방법은 후술한다.
《압분 성형체의 제조 방법》
다음에, 본 발명 압분 성형체의 제조 방법을 설명한다. 우선, 이 제조 방법에 이용하는 성형용 금형을 설명한다.
[성형용 금형]
본 발명의 제조 방법은, 대표적으로는, 관통 구멍이 마련된 통형의 다이와, 다이의 관통 구멍의 각 개구부로부터 각각 삽입되어, 관통 구멍 내에서 대향 배치되는 한 쌍의 기둥형의 제1 펀치·제2 펀치를 구비하는 성형용 금형을 이용한다. 특히, 본 발명의 제조 방법에서는, 다이의 관통 구멍의 내부 공간에 삽통 배치되는 봉형의 코어 로드를 적어도 하나 구비하는 성형용 금형을 이용한다. 그리고, 본 발명의 제조 방법에서는, 한쪽의 펀치의 일면(다른쪽의 펀치와의 대향면)과 다이의 내주면의 일부와 코어 로드의 외주면의 일부로 바닥이 있는 통형의 성형 공간을 형성한다. 이 성형 공간 내에 충전한 원료 분말을 양 펀치로 가압·압축하여, 압분 성형체(압축물)를 제조한다. 양 펀치의 각 대향면은, 압분 성형체의 각 단부면을 형성하고, 다이의 내주면의 일부 및 코어 로드의 외주면의 일부가 압분 성형체의 외주면을 형성한다. 즉, 본 발명의 제조 방법에서는, 하나의 압분 성형체의 외주면을 복수의 금형 부재:다이 및 코어 로드로 형성한다.
보다 구체적인 성형용 금형(100)은, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이 관통 구멍(10hA)을 구비하는 통형상의 다이(10A)와, 관통 구멍(10hA)에 삽입되고 관통 구멍(10hA)으로부터 배출되는 한 쌍의 기둥형의 상펀치(11)·하펀치(12)와, 관통 구멍(10hA)의 내부 공간에 삽통 배치되는 봉형의 코어 로드(13A)를 구비하는 것을 들 수 있다. 또한, 도 2에서는, 다이(10A), 하펀치(12), 코어 로드(13A)는 종단면을 나타낸다.
(다이 및 코어 로드)
다이에 마련하는 관통 구멍의 내주 형상, 및 코어 로드의 외주 형상은 여러 형태를 취할 수 있다. 원하는 외주면을 구비하는 압분 성형체를 형성할 수 있도록, 다이의 관통 구멍에 코어 로드를 삽통 배치시켜 만들어지는 형상을 적절하게 선택하면 좋다.
예컨대, 도 3의 (A-1), (A-2)에 도시한 다이(10A)와 같이, 관통 구멍(10hA)을, 복수의 직사각형을 연결한 윤곽 형상[다각 형상(여기서는 H자형)]으로 하고, 코어 로드(13A)를 횡단면 형상이 직사각 형상(여기서는 정사각 형상)인 각주상체로 하며, 관통 구멍(10hA)에 코어 로드(13A)를 삽통 배치하였을 때, 2개의 직사각 형상의 공간(21A, 22A)을 형성하는 형태를 들 수 있다. 이 형태에서는, 각 공간(21A, 22A) 및 하펀치(12)(도 2)로 2개의 성형 공간(31, 32)[도 2의 (A)]을 형성할 수 있고, 직육면체형의 압분 성형체를 한번에 2개 성형할 수 있다. 얻어진 각 압분 성형체(41, 42)[도 2의 (E)]의 외주면을 만드는 4면 중, 일부가 코어 로드(13A)의 외주면에 의해 형성되고, 타부가 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)의 내주면에 의해 형성된다.
여기서는, 압분 성형체(41, 42)의 외주면을 만드는 4면 중, 일면의 일부가 코어 로드(13A)의 외주면에 의해 형성되는 형태[도 1의 (A)에 나타내는 압분 성형체(1A) 참조]를 나타내지만, 코어 로드(13A)가 형성하는 영역의 크기는, 적절하게 선택할 수 있다. 코어 로드가 이 예와 같이 각기둥형인 경우, 코어 로드의 일면의 폭을 적절하게 변경할 수 있다. 예컨대, 각 압분 성형체의 외주면을 만드는 일면 전부를 코어 로드가 형성하도록 다이의 관통 구멍 및 코어 로드를 구성하여도 좋다. 이 경우, 도 1의 (C)에 나타내는 압분 성형체(1C)를 얻을 수 있다. 혹은, 각 압분 성형체의 외주면을 만드는 인접하는 2면 중, 일면의 일부 또는 전부와 타면의 일부 또는 전부를 코어 로드가 형성하도록 다이의 관통 구멍 및 코어 로드를 구성하여도 좋다. 이 경우, 코어 로드는, 그 횡단면 형상이 L자형인 부재로 하면 좋다. 또한, 이 경우, 도 1의 (B)에 나타내는 압분 성형체(1B)를 얻을 수 있다.
혹은, 도 3의 (D-1), 도 3의 (D-2)에 나타내는 다이(10D) 및 코어 로드(13D)와 같이 각 압분 성형체의 외주면을 만드는 일면의 전부 및 이 일면에 인접하는 2면 중의 일부를 코어 로드(13D)가 형성하는 구성으로 하여도 좋다. 다이(10D)는, 다각 형상(여기서는 십자형)의 관통 구멍(10hD)을 갖고, 코어 로드(13D)는 단부면 혹은 횡단면이 H자형인 각주상체이다. 상기 일면의 전부 및 인접하는 2면 전부를 코어 로드가 형성하도록 다이의 관통 구멍 및 코어 로드를 구성하여도 좋다.
코어 로드가 형성하는 영역은, 얻어진 압분 성형체를 자심에 이용한 경우에 와전류를 분단 가능한 크기이면 충분하다. 압분 성형체의 크기에도 따르지만, 코어 로드가 형성하는 영역은, 예컨대 폭: 5 ㎜, 또한 2 ㎜ 정도라고 하는 가는 띠형의 영역이라도 좋다. 코어 로드가 형성하는 영역이 클수록, 압분 성형체에 있어서 건전한 절연층이 유지된 절연 영역이 커져, 이 압분 성형체를 자심에 이용한 경우, 와전류의 분단을 보다 확실하게 행할 수 있다. 또한, 코어 로드가 굵어지기 때문에, 코어 로드 자체의 강도를 높이기 쉽다. 코어 로드가 형성하는 영역이 원하는 크기가 되도록 코어 로드의 형상이나 굵기 등을 선택하면 좋다.
혹은, 예컨대 도 3의 (B-1), (B-2)에 도시한 다이(10B)와 같이, 관통 구멍(10hB)을, 복수의 직사각형을 연결한 윤곽 형상(다각 형상)으로 하고, 코어 로드(13B)를 횡단면 형상이 십자형인 각주상체로 하며, 관통 구멍(10hB)에 코어 로드(13B)를 삽통 배치하였을 때, 4개의 직사각 형상의 공간(21B∼24B)을 형성하는 형태를 들 수 있다. 이 형태에서는, 각 공간(21B∼24B) 및 하펀치로 4개의 성형 공간을 형성할 수 있고, 직육면체형의 압분 성형체를 한번에 4개 성형할 수 있다. 여기서는, 얻어진 각 압분 성형체는, 그 외주면을 만드는 4면 중, 하나의 각부를 만드는 인접하는 2면의 일부(L자형의 영역)가 코어 로드(13B)의 외주면에 의해 형성되고, 타부가 관통 구멍(10hB)의 내주면에 의해 형성된다[도 1의 (B)에 나타내는 압분 성형체(1B) 참조]. 이 형태도, 예컨대 상기 인접하는 2면의 전체면, 혹은 인접하는 2면 중, 일면의 전체면 및 타면의 일부를 코어 로드가 형성하도록 다이의 관통 구멍 및 코어 로드를 구성하여도 좋다.
혹은, 예컨대 도 3의 (C-1), (C-2)에 도시한 다이(10C)와 같이, 관통 구멍(10hC)을, 직선과 곡선의 조합으로 구성되는 이형(異形)의 윤곽 형상(여기서는 톱니바퀴형)으로 하고, 코어 로드(13C)를 톱니바퀴형의 주상체로 하며, 관통 구멍(10hC)에 코어 로드(13C)를 삽통 배치하였을 때, 6개의 직사각 형상의 공간(21C∼26C)을 형성하는 형태를 들 수 있다. 이 형태에서는, 각 공간(21C∼26C) 및 하펀치로 6개의 성형 공간을 형성할 수 있고, 직육면체형의 압분 성형체를 한번에 6개 성형할 수 있다. 여기서는, 얻어진 각 압분 성형체의 외주면을 만드는 4면 중, 일면과, 이 일면에 인접하는 2면의 일부로 이루어지는 [형의 영역이 코어 로드(13C)의 외주면에 의해 형성되고, 타부가 관통 구멍(10hC)의 내주면에 의해 형성된다. 이 형태도, 예컨대 상기 3면의 전체면, 혹은 상기 일면 및 상기 인접하는 2면 중 일면의 전부 및 타면의 일부를 코어 로드가 형성하도록 다이의 관통 구멍 및 코어 로드를 구성하여도 좋다.
혹은, 예컨대 도 3의 (E-1), (E-2)에 도시한 다이(10E)와 같이, 관통 구멍(10hE) 및 코어 로드(13E)의 횡단면 형상을 모두 직사각 형상으로 하고, 관통 구멍(10hE)에 코어 로드(13E)를 삽통 배치하였을 때, 하나의 직사각 형상의 공간(21E)을 형성하는 형태를 들 수 있다. 여기서는, 얻어진 압분 성형체는, 그 외주면을 만드는 4면 중 일면 전부가 코어 로드(13E)의 외주면에 의해 형성되고, 타부(4면 중 나머지 3면)가 관통 구멍(10hE)의 내주면에 의해 형성되는 형태[도 1의 (C)에 나타내는 압분 성형체(1C) 참조]로 하고 있다. 이 형태도, 예컨대 상기 일면의 일부만, 상기 일면의 일부 또는 전부와 이 일면에 인접하는 별도의 면의 일부 또는 전부, 상기 일면의 전부와 이 일면에 인접하는 2면의 일부 또는 전부를 코어 로드가 형성하도록, 코어 로드를 직육면체형, L자형, [형 등으로 적절하게 변경할 수 있다. 다이의 내주 형상도 적절하게 변경하면 좋다.
전술한 바와 같이 다이 및 코어 로드를 조합함으로써, 하나의 다이로, 하나 또는 복수의 공간을 형성하여, 하나 또는 복수의 압분 성형체를 제조 가능하다. 하나의 다이에 마련되는 공간수를 많게 함으로써, 보다 많은 압분 성형체를 한번에 성형 가능하기 때문에, 압분 성형체의 생산성의 향상에 기여할 수 있다. 여기서, 각 성형 공간에 충전된 원료 분말을 가압·압축하면, 압축물이 코어 로드를 압박하는 힘이 생긴다. 하나의 다이에 마련되는 공간수를 도 3의 (A-1)에 나타내는 바와 같이 2개로 하고, 다이의 중심과 코어 로드의 중심을 맞추어, 다이의 중심선을 중심으로 한 선대칭의 형상이 되도록 각 공간을 마련한 경우, 전술한 압축물이 코어 로드를 압박하는 힘이 균형을 이룬다. 그 때문에, 코어 로드는, 다이를 실질적으로 압박하는 일이 없어, 다이와 코어 로드의 마찰을 저감할 수 있고, 과잉의 미끄럼 접촉에 의해 다이나 코어 로드가 타는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 3에서는, 각 관통 구멍(10hA∼10hE)을 각진 형상으로 하고 있지만, 각부를 적절하게 둥글게 한 형상으로 할 수 있다. 각부를 둥글게 함으로써, 압분 성형체를 빼내기 쉬워져, 성형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 3에서는, 관통 구멍 및 코어 로드의 쌍방의 윤곽선이 직선으로 이루어지는 형태로 하고 있지만, 곡선으로 이루어지는 형태, 곡선과 직선의 조합으로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 예컨대, 원기둥형이나 타원 기둥형 등의 비각기둥형의 압분 성형체를 성형하도록 관통 구멍 및 코어 로드의 형상을 변경할 수 있다.
(상펀치 및 하펀치)
상펀치(11) 및 하펀치(12)는, 코어 로드(13A)를 삽입 가능한 관통 구멍을 갖는 통형체이며, 하펀치(12)의 관통 구멍에 코어 로드(13A)가 상대적으로 이동 가능하게 삽입되어 있다. 상펀치(11)의 관통 구멍은, 코어 로드(13A)가 삽입되어 상펀치(11)의 이동 시의 가이드로서 기능하며, 가압·압축 시에 코어 로드(13A)의 유지부로서 기능한다. 상펀치(11)에 있어서 하펀치(12)와 대향하는 면[압박면(11d)] 및 하펀치(12)에 있어서 상펀치(11)와 대향하는 면[압박면(12u)]은 모두, 다이(10A)와 코어 로드(13A)가 만드는 공간(21A, 22A)에 적합한 형상(여기서는 2개의 직사각 형상면을 갖는 형태)으로 되어 있다. 또한, 여기서는, 상펀치(11) 및 하펀치(12)는 모두, 일체 성형물로 하고 있지만, 상펀치 및 하펀치 중 적어도 한쪽을 복수의 부재로 이루어지는 구성으로 하고, 각 부재가 각각 독립적으로 이동 가능한 구성으로 할 수 있다.
성형용 금형(100)의 구성 재료에는, 종래, 압분 성형체(주로 금속 분말로 구성되는 것)의 성형에 이용되고 있는 적절한 고강도 재료(고속도강 등)를 들 수 있다.
(이동 기구)
한 쌍의 펀치 중 적어도 한쪽과 다이는, 상대적으로 이동 가능하다. 도 2에 나타내는 성형용 금형(100)에서는, 하펀치(12)가 도시하지 않는 본체 장치에 고정되어 이동 불가능하며, 다이(10A) 및 상펀치(11)가 도시하지 않는 이동 기구에 의해 각각 상하 방향으로 이동 가능한 구성이다. 그 외, 다이(10A)가 고정되어 양 펀치(11, 12)가 이동 가능한 구성, 다이(10) 및 양 펀치(11, 12) 모두가 이동 가능한 구성으로 할 수 있다. 한쪽의 펀치[여기서는 하펀치(12)]를 고정함으로써, 이동 기구가 복잡해지지 않아, 이동 조작을 제어하기 쉽다.
하펀치와 코어 로드는, 상대적으로 이동 가능하게 구성하면, 후술하는 바와 같이 한번에 복수의 압분 성형체를 제조하는 경우, 복수의 압분 성형체의 채취를 한번에 행할 수 있다. 여기서는, 코어 로드(13A)는, 유압식 또는 공기압식의 이동 기구(14)에 의해 상하 방향으로 이동 가능한 구성이다.
또한, 하펀치와 코어 로드를 이동 불가능한 구성, 예컨대 하펀치와 코어 로드를 일체로 성형할 수도 있다. 이 형태에 있어서 복수의 압분 성형체를 한번에 제조하는 경우는, 압분 성형체를 하나씩 채취하면 좋다.
혹은, 압분 성형체의 외주면을 형성하는 금형 부재를 상펀치에 배치시킨 형태로 할 수도 있다. 예컨대, 코어 로드(13A)에 대응하는 돌기가 상펀치에 일체로 성형된 돌기를 갖는 상펀치를 이용하거나, 코어 로드(13A)에 대응하는 가동(可動) 로드를 상펀치에도 구비하거나 하는 구성을 들 수 있다. 이 형태에서는, 분말 충전 시, 코어 로드(13A)를 배치시켜 원하는 공간을 형성하고, 상펀치의 이동에 따라 상기 돌기나 가동 로드를 코어 로드(13A)에 접촉시켜, 가압·압축 시, 그 돌기나 가동 로드에 의해 코어 로드(13A)를 눌러, 코어 로드(13A) 대신에 그 돌기나 가동 로드에 의해, 압분 성형체의 외주면의 일부를 형성한다. 가압·압축 후, 후술하는 바와 같이, 다이(10A)를 이동시켜 압분 성형체의 구속을 해방하고 나서, 상펀치 및 상기 돌기나 가동 로드를 압분 성형체로부터 분리하면 좋다.
(기타)
본 발명의 제조 방법에서는, 성형용 금형(특히, 다이의 내주면이나 코어 로드의 외주면)에 윤활제를 도포할 수 있다. 윤활제는, 스테아린산리튬 등의 금속 비누, 스테아린산아미드 등의 지방산 아미드, 에틸렌비스스테아린산아미드 등의 고급 지방산 아미드 등의 고체 윤활제, 고체 윤활제를 물 등의 액체 배지에 분산시킨 분산액, 액형 윤활제 등을 들 수 있다.
다음에, 본 발명 압분 성형체의 제조 방법에 이용하는 원료 분말을 설명한다.
[피복 연자성 분말]
본 발명의 제조 방법에서는, 원료 분말로서, 연자성 재료로 이루어지는 연자성 입자와, 연자성 입자의 표면에 마련된 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말을 이용한다. 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 압분 성형체를 구성하는 연자성 입자의 조성은, 상기 원료 분말의 조성을 실질적으로 유지한다.
(연자성 입자)
연자성 재료는, 금속, 특히 철을 50 질량％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 예컨대, 순철(Fe), 그 외, 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, 99 질량％ 이상이 Fe인 순철로 이루어지는 압분 성형체는, 투자율 및 자속 밀도가 높은 자심을 얻을 수 있으며, 철합금으로 이루어지는 압분 성형체는, 와전류 손을 저감하기 쉬워, 보다 저손실의 자심을 얻을 수 있다.
연자성 입자는, 그 평균 입경이 1 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입경이 1 ㎛ 이상이기 때문에, 유동성이 우수하다. 성형 후에 얻어지는 압분 성형체를 구성하는 연자성 입자의 크기는, 원료 분말의 크기에 의존한다. 따라서, 평균 입경이 1 ㎛ 이상인 원료 분말을 이용하여 본 발명의 제조 방법에 따라 제조한 압분 성형체는, 자심에 이용한 경우, 히스테리시스 손의 증가를 억제할 수 있고, 70 ㎛ 이하의 원료 분말을 이용하여 제조한 압분 성형체는, 1 ㎑ 이상이라고 하는 고주파수에서 사용하는 자심에 이용한 경우에도, 와전류 손을 효과적으로 저감할 수 있다. 특히, 평균 입경이 50 ㎛ 이상이면, 히스테리시스 손의 저감 효과를 얻기 쉬운데다가, 분말을 취급하기 쉽다. 원료 분말의 평균 입경은, 입경의 히스토그램 중, 입경이 작은 입자로부터의 질량의 합이 총질량의 50％에 달하는 입자의 입경, 즉 50％ 입경(질량)을 말한다.
(절연층)
절연층에는, 절연성이 우수한 적절한 절연 재료를 이용할 수 있다. 예컨대, 절연 재료에는, Fe, Al, Ca, Mn, Zn, Mg, V, Cr, Y, Ba, Sr 및 희토류 원소(Y를 제외함) 등에서 선택된 1종 이상의 금속 원소의 산화물, 질화물, 탄화물 등, 즉 상기 금속 원소를 포함하는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 등을 들 수 있다. 혹은, 절연 재료에는, 상기 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 이외의 화합물, 예컨대 인 화합물, 규소 화합물, 지르코늄 화합물 및 알루미늄 화합물에서 선택된 1종 이상의 화합물을 들 수 있다. 그 외의 절연 재료에는, 금속염 화합물, 예컨대 인산 금속염 화합물(대표적으로는, 인산철이나 인산망간, 인산아연, 인산칼슘 등), 붕산 금속염 화합물, 규산 금속염 화합물, 티탄산 금속염 화합물 등을 들 수 있다. 인산 금속염 화합물은 변형성이 우수하기 때문에, 인산 금속염 화합물에 의한 절연층을 구비하면, 압분 성형체의 성형 시, 그 절연층은, 연자성 금속 입자의 변형에 추종하여 용이하게 변형되어 손상되기 어려워, 절연층이 건전한 상태로 존재하는 압분 성형체를 얻기 쉽다. 또한, 인산 금속염 화합물에 의한 절연층은, 철계 재료로 이루어지는 연자성 입자에 대한 밀착성이 높아, 그 입자의 표면으로부터 탈락하기 어렵다.
상기 이외의 절연 재료로서, 예컨대 열가소성 수지나 비열가소성 수지 등의 수지나 고급 지방산염을 들 수 있다. 특히, 실리콘 수지 등의 실리콘계 유기 화합물은 내열성이 우수하기 때문에, 얻어진 압분 성형체(압축물)에 열처리를 실시하였을 때에도 분해하기 어렵다.
절연층의 형성에는, 예컨대 인산염화성 처리 등의 화성 처리를 이용할 수 있다. 그 외, 절연층의 형성에는, 용제의 분무나 전구체를 이용한 졸겔 처리를 이용할 수 있다. 실리콘계 유기 화합물에 의해 절연층을 형성하는 경우, 유기 용제를 이용한 습식 피복 처리나, 믹서에 의한 직접 피복 처리 등을 이용할 수 있다.
연자성 입자에 구비하는 절연층의 두께는, 10 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하를 들 수 있다. 10 ㎚ 이상이면, 연자성 입자 사이의 절연을 확보할 수 있고, 1 ㎛ 이하이면, 절연층의 존재에 의해, 압분 성형체 내의 자성 성분의 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 막 조성과, 유도 결합 플라즈마 질량 분석 장치(ICP-MS)에 의해 얻어지는 원소량을 감안하여 상당 두께를 도출하고, 또한 TEM 사진에 의해 직접 절연층을 관찰하여, 먼저 도출된 상당 두께의 오더가 적정한 값인 것을 확인하여 결정되는 평균적인 두께로 한다.
또한, 상기 원료 분말에 윤활제를 첨가할 수 있다. 이 윤활제는, 고체 윤활제, 그 외, 질화붕소나 그래파이트 등의 무기물을 들 수 있다.
다음에, 도 2를 참조하여 본 발명의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 여기서는, 도 3의 (A-1), (A-2)에 나타내는 다이(10A) 및 각기둥형의 코어 로드(13A)를 구비하는 성형용 금형(100)을 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
[성형 순서]
(충전 공정)
도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 상펀치(11)를 다이(10A)의 상방의 소정 대기 위치로 이동시킨다. 또한, 다이(10A) 및 코어 로드(13A)를 상방으로 이동시켜, 소정 위치에 배치한다. 여기서는, 코어 로드(13A)의 단부면[상면(13u)]이 다이(10A)의 상면(10u)과 동일면이 되도록, 또한 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)의 내부 공간에 코어 로드(13A)를 삽입하도록, 코어 로드(13A)를 이동 기구(14)에 의해 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)의 한쪽의 개구부가 하펀치(12)의 압박면(12u)으로 막힌 상태가 되며, 하펀치(12)의 압박면(12u)과 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)과 코어 로드(13A)로 2개의 바닥이 있는 통형의 성형 공간(31, 32)을 형성할 수 있다.
원료 분말로서, 피복 연자성 분말을 준비한다. 그리고, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이 형성한 2개의 성형 공간(31, 32) 내에 도시하지 않는 분말 공급 장치에 의해, 준비한 원료 분말(P)을 공급한다.
(가압 공정)
도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 상펀치(11)를 하방으로 이동시켜 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)에 삽입하여, 양 펀치(11, 12)에 의해 원료 분말(P)을 가압·압축한다. 상펀치(11)의 이동에 따라, 코어 로드(13A)의 상방은, 상펀치(11)의 관통 구멍에 자동적으로 삽입되어 유지된다.
성형 압력은, 390 ㎫ 이상 1500 ㎫ 이하를 들 수 있다. 390 ㎫ 이상으로 함으로써, 원료 분말(P)을 충분히 압축할 수 있어, 압분 성형체의 상대 밀도를 높일 수 있고, 1500 ㎫ 이하로 함으로써, 원료 분말(P)을 구성하는 피복 연자성 입자끼리의 접촉에 의한 절연층의 손상을 억제할 수 있다. 성형 압력은 500 ㎫ 이상 1300 ㎫ 이하가 보다 바람직하다.
고정 상태의 하펀치(12)를 향하여 상펀치(11)만을 이동시켜 원료 분말(P)을 가압·압축하여도 좋지만, 여기서는, 상펀치(11)와 함께, 다이(10A) 및 코어 로드(13A)를 이동시킨다. 구체적으로는, 상펀치(11)가 원료 분말(P)에 접하고 나서, 다이(10A)·코어 로드(13A)를 상펀치(11)와 마찬가지로 하방으로 이동시킨다. 코어 로드(13A)는, 여기서는 이동 기구(14)의 압력을 작게 함으로써 하방으로 이동하도록 구성되어 있다.
상펀치(11)와 함께, 다이(10A) 및 코어 로드(13A)도 이동하는 형태로 함으로써, 성형 공간(31, 32) 내의 원료 분말(P) 중, 상펀치(11)에 접하는 분말 및 상펀치(11)의 근방에 존재하는 분말이 하펀치(12)측으로 이동하는 양을 저감할 수 있어, 과도한 이동에 따른 절연층의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 이 형태는, 양 펀치(11, 12)가 성형 공간(31, 32) 내의 원료 분말(P)에 가하는 압력을 균일적으로 할 수 있다. 다이(10A)·코어 로드(13A)·상펀치(11)의 이동 속도는, 적절하게 선택할 수 있다.
(취출 공정)
소정의 가압을 행한 후, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 2개의 압분 성형체(41, 42)에 대하여, 코어 로드(13A)를 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 다이(10A)를 상대적으로 이동시킨다. 여기서는, 코어 로드(13A) 및 압분 성형체(41, 42)를 이동시키지 않고, 다이(10A)만을 하방으로 이동시킨다. 이때, 압분 성형체(41, 42)의 외주면 중, 다이(10A)와의 접촉 영역은, 다이(10A)에 의한 압박력의 반력에 의해 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)에 미끄럼 접촉한다. 한편, 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)으로부터 노출된 2개의 압분 성형체(41, 42)는, 다이(10A)에 의한 구속 상태가 해방되어, 코어 로드(13A)에 대하여 무하중의 상태로 접하게 된다.
다이(10A)의 상면(10u)과 하펀치(12)의 압박면(12u)이 동일면이 되거나, 혹은 하펀치(12)의 압박면(12u)이 다이(10A)의 상면(10u)보다 상방에 위치할 때까지 다이(10A)를 이동시킨다. 2개의 압분 성형체(41, 42)가 다이(10A)로부터 완전히 노출되면, 도 2의 (E)에 나타내는 바와 같이 상펀치(11)를 상방으로 이동시킨다. 여기서는, 상펀치(11)의 압박면(11d)과 하펀치(12)의 압박면(12u)으로 압분 성형체(41, 42)를 협지한 상태로 다이(10A)를 이동시키고, 상펀치(11)를 후속 공정으로 이동시키는 형태로 하였지만, 다이(10A)의 이동과 동시에 상펀치(11)를 상방으로 이동시키거나, 상펀치(11)를 다이(10A)보다 먼저 이동시켜도 좋다.
상펀치(11)를 이동시킴으로써, 압분 성형체(41, 42)는, 채취 가능하기 때문에, 예컨대 매니퓰레이터 등에 의해, 압분 성형체(41, 42)의 각각을 별개로 채취할 수 있다. 여기서는, 코어 로드(13A)의 상면(13u)이 다이(10A)의 상면(10u)과 동일면이 되는 위치까지 코어 로드(13A)를 하방으로 이동시켜, 압분 성형체(41, 42)를 동시에 채취 가능한 형태로 하고 있다. 코어 로드(13A)를 하방으로 이동시킬 때, 전술한 바와 같이 코어 로드(13A)와 압분 성형체(41, 42)는 무하중으로 접촉하고 있기 때문에, 압분 성형체(41, 42)와 코어 로드(13A)는, 실질적으로 미끄럼 접촉하지 않는다. 따라서, 압분 성형체(41, 42)에 있어서 코어 로드(13A)가 형성한 영역은, 코어 로드(13A)의 이동에 의해 절연층을 손상시키는 일이 실질적으로 없다.
연속적으로 성형을 행하는 경우, 압분 성형체(41, 42)를 채취하여 성형용 금형(1)으로부터 제거하면, 다음 압분 성형체를 형성하는 데 있어서, 전술한 바와 같이 성형 공간의 형성→성형 공간에의 원료 분말의 충전→가압→빼내기를 반복하여 행하면 좋다.
얻어진 압분 성형체(41, 42)는, 예컨대 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)이 형성한 영역, 및 코어 로드(13A)가 형성한 영역의 각각에 대해서, 임의의 측정 위치를 선택하여, 전술한 표면 성상값:Ra, Rz, Rv 중 적어도 하나를 취하고, 그 표면 성상값을 각각 R10A, R13A라고 할 때, 표면 성상값의 비:R13A/R10A는 2 이상임을 만족한다. 또한, 압분 성형체(41, 42)에 대해서, 상펀치(11)의 압박면(11d) 또는 하펀치(12)의 압박면(12u)이 형성한 영역으로부터 임의의 측정 위치를 선택하여 표면 성상값(R10A)과 동종의 표면 성상값을 취하고, 그 표면 성상값을 R11또는12라고 할 때, 표면 성상값의 비:R11또는12/R10A는 2 이상임을 만족한다. 또한, 압분 성형체(41, 42)에 대해서, 다이(10A)의 관통 구멍(10hA)이 형성한 영역, 및 코어 로드(13A)가 형성한 영역의 각각에 대해서, 임의의 측정 위치를 선택하여, 선형 부하 곡선의 돌출 산부 높이를 취하고, 그 값을 각각 Rpk10A, Rpk13A라고 할 때, 돌출 산부 높이의 비:Rpk13A/Rpk10A는 5 이하임을 만족한다.
[효과]
본 발명의 제조 방법은, 성형 공간으로부터 압분 성형체(압축물)를 빼낼 때, 압분 성형체의 외주면의 일부가 성형 공간을 구성하는 금형 부재(상기 형태에서는 코어 로드)와 실질적으로 미끄럼 접촉하지 않는다. 이 때문에, 상기 금형 부재에 접촉하는 분말은, 소성 변형되기 어려워, 소성 변형에 의해 절연층을 손상시키기 어렵거나, 혹은 전혀 손상시키지 않는다. 따라서, 본 발명의 제조 방법은, 압분 성형체의 외주면의 일부에 건전한 절연 영역을 갖는 압분 성형체[예컨대, 전술한 압분 성형체(1A, 1B, 1C) 등]를 제조할 수 있다. 그리고, 이 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우, 얻어진 자심은, 상기 절연 영역에 의해, 와전류를 분단할 수 있어, 와전류 손을 저감할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 제조 방법은, 저손실의 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 따라 얻어진 압분 성형체(본 발명 압분 성형체)에 의해 자심을 제작하는 경우, 압분 성형체(압축물)에 열처리를 실시하여, 성형 시에 도입된 왜곡을 제거하면, 자심의 히스테리시스 손을 저감할 수 있어, 보다 저손실의 자심을 얻을 수 있다. 이 열처리의 온도는, 높을수록 히스테리시스 손을 저감시킬 수 있지만, 너무 높으면 절연층의 구성 재료가 열 분해되는 경우가 있기 때문에, 그 구성 재료의 열 분해 온도 미만의 범위에서 선택하면 좋다. 대표적으로는, 상기 가열 온도: 300℃∼700℃ 정도, 유지 시간: 30분 이상 60분 이하를 들 수 있다. 절연층이 인산철이나 인산아연 등의 비정질 인산염으로 이루어지는 경우, 상기 가열 온도는 500℃ 정도까지가 바람직하고, 금속 산화물이나 실리콘 수지 등의 내열성이 우수한 절연 재료로 이루어지는 경우, 상기 가열 온도는 550℃ 이상, 또한 600℃ 이상, 특히 650℃ 이상으로 높여진다. 가열 온도 및 유지 시간은, 절연층의 구성 재료에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 이 열처리의 전후에서 전술한 표면 성상은 크게 변화하지 않고, 열처리 후의 표면 성상은, 열처리 전의 표면 성상을 실질적으로 유지한다.
《압분 성형체의 용도》
본 발명 압분 성형체는, 코일이 배치되는 리액터용 코어 등의 자심에 적합하게 이용할 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 코일 소자를 구비하고, 각 코일 소자의 축이 평행하도록 가로로 배열된 코일과, 각 코일 소자가 각각 배치되는 한 쌍의 기둥형의 내측 코어부(미들 코어부)와, 코일 소자가 배치되지 않고, 내측 코어부에 연결되어 폐자로를 구성하는 외측 코어부(사이드 코어부)를 구비하는 자성 코어를 구비하는 리액터에 있어서, 본 발명 압분 성형체는, 그 자성 코어에 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 내측 코어부를 복수의 분할 코어편을 조합한 구성으로 하는 경우, 분할 코어편 중 적어도 하나, 바람직하게는 전부를 본 발명 압분 성형체에 의해 구성할 수 있다. 이때, 분할 코어편에 있어서 전술한 거친 영역(102)을 갖는 일면이나 조면(103), 대표적으로는, 전술한 코어 로드가 형성한 영역을 포함하는 면, 또는 코어 로드가 형성한 면을, 상기 리액터의 코일을 여자하였을 때에 자속 방향에 평행하도록 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 절연 영역으로서 기능하는 전술한 거친 영역(102)이나 조면(103)을 코일의 내주면에 대향하도록 배치한다. 이렇게 함으로써, 이 내측 코어부를 구비하는 리액터는, 코일을 여자하였을 때, 상기 절연 영역에 의해, 내측 코어부에 생길 수 있는 와전류를 분단하여, 와전류 손을 저감할 수 있다. 또한, 외측 코어부를, 복수의 분할 코어편을 조합한 구성으로 하는 경우에도, 그 분할 코어편 중 적어도 하나에 본 발명 압분 성형체를 이용할 수 있다.
《시험예》
압분 성형체를 제작하고, 얻어진 압분 성형체를 이용하여 압분 자심을 제작하며, 이 압분 자심을 구비하는 자기 부품의 손실을 조사하였다.
[시료 No.1]
시료 No.1은, 도 2에 나타내는 성형용 금형(100)[다이(10A)를 갖는 것]을 이용하여, 전술한 본 발명의 제조 방법에 따라 복수의 압분 성형체(30 ㎜×40 ㎜×두께 15 ㎜의 직육면체형)를 제작하였다. 성형 압력: 700 ㎫로 하였다. 코어 로드가 형성하는 영역의 폭은, 20 ㎜로 하였다.
이 시험에서는, 피복 연자성 분말로서, 물분사법에 의해 제조된 순철분(평균 입경: 50 ㎛)에, 화성 처리에 의해 인산 금속염 화합물로 이루어지는 절연층(두께: 20 ㎚ 이하 정도)을 형성한 것을 준비하였다.
[시료 No.100]
시료 No.100은, 시료 No.1과 동일한 피복 연자성 분말을 이용하여, 30 ㎜×40 ㎜의 직사각 형상의 관통 구멍을 하나 갖는 다이와, 30 ㎜×40 ㎜의 직사각 형상의 단부면(압박면)을 갖는 상펀치 및 하펀치를 이용하여, 시료 No.1과 동일한 크기의 압분 성형체(30 ㎜×40 ㎜×두께 15 ㎜의 직육면체형)를 복수 제작하였다. 성형 압력은 시험예 No.1과 동일하게 하였다. 시료 No.100의 압분 성형체는, 그 외주면의 전체 둘레(30 ㎜×15 ㎜의 2면, 40 ㎜×15 ㎜의 2면의 합계 4면)가 상기 다이의 관통 구멍의 내주면에 의해 형성된다.
각 시료의 압분 성형체(압축물)에 열처리(400℃×30분, 질소 분위기)를 실시하여, 열처리재를 얻었다. 얻어진 각 시료의 복수의 열처리재를 환형으로 조합하여 시험용 자심을 제작하고, 각 시험용 자심에 각각, 권선으로 구성한 코일(어떤 시료도 동일 사양의 것)을 배치하여 측정 부재(자기 부품에 상당)를 제작하였다. 시료 No.1에서는, 코어 로드(13A)에 의해 형성한 영역을 갖는 면이, 자속 방향과 평행이 되도록 측정 부재를 제작하였다. 각 측정 부재에 대하여, AC-BH 커브 트레이서를 이용하여, 여기 자속 밀도(Bm):1 kG(=0.1 T), 측정 주파수:5 ㎑에서의 와전류 손 We(W)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
시료 No. 압분 성형체의 외주면의 형성 부재 와전류 손 We (W)
1 다이 및 코어 로드 1.9
100 다이만 21.1
표 1에 나타내는 바와 같이, 압분 성형체의 외주면을 복수의 금형 부재로 형성하고, 압분 성형체를 성형 공간으로부터 빼낼 때에 일부의 금형 부재(여기서는 코어 로드)를 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 타부의 금형 부재(여기서는 다이)를 상대적으로 이동시키는 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 본 발명 압분 성형체:시료 No.1를 이용함으로써, 와전류 손이 작은 자심을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법은, 저손실의 자심을 얻을 수 있는 압분 성형체를 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 각 시료의 압분 성형체에 있어서, 시료 No.1에서는 다이(10A) 및 코어 로드(13A)가 형성한 면, 시료 No.100에서는 다이가 형성한 면을 각각 광학 현미경(1000배)으로 관찰하였다. 그 결과, 어떤 시료도 다이가 형성한 면은, 연자성 입자가 소성 변형에 의해 당겨져 늘어나 접촉하여, 같은 금속면으로 보였다. 이에 대하여, 시료 No.1에 있어서 코어 로드(13A)가 형성한 면은, 원료 분말을 구성하고 있었다고 고려되는 피복 연자성 입자의 입계를 충분히 확인할 수 있었다. 즉, 절연층이 건전한 상태로 존재하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 각 시료의 압분 성형체에 있어서 상펀치 및 하펀치가 형성한 각 단부면은, 양 펀치와 실질적으로 미끄럼 접촉하지 않기 때문에, 코어 로드(13A)가 형성한 면과 마찬가지로 상기 입계를 충분히 확인할 수 있었다.
시료 No.1의 압분 성형체의 외표면에 있어서, 다이가 형성한 영역, 코어 로드가 형성한 영역, 및 상펀치 또는 하펀치가 형성한 영역에 대해서, 표면 성상을 측정하였다. 여기서는, 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rz), 및 거칠기 곡선의 최대 골 깊이(Rv), 선형 부하 곡선의 돌출 산부 높이(Rpk)를 조사하였다. 측정은, 시판중인 거칠기 측정 장치를 이용하여, JIS B 0601(2001)/ISO 4287(1997), JIS B 0651(2001)/ISO 3274(1996), JIS B 0633(2001)/ISO 4288(1996), JIS B 0671-2(2002)/ISO 3565-2(1996)에 준하여 행하였다. 측정은, 각 영역으로부터 임의로 선택한 측정 위치에 있어서 소정의 측정 길이에 대해서 행할 수 있다. 여기서는, 다이가 형성한 영역 및 코어 로드가 형성한 영역에 대해서는, 둘레 방향의 동일 위치로부터 측정 위치를 선택하였다. 측정 길이는 4.0 ㎜로 하였다.
각 영역에어서의 단면 곡선 및 거칠기 곡선을 도 4∼도 6에 나타낸다. 도 4는 다이가 형성한 영역, 도 5는 코어 로드가 형성한 영역, 도 6은 상펀치 또는 하펀치가 형성한 영역에 있어서 단면 곡선 및 거칠기 곡선을 나타낸다. 또한, 도 4∼도 6은 측정 길이: 0 ㎜∼3.0 ㎜의 범위를 나타낸다. 또한, 각 영역에서의 Ra, Rz, Rv, Rpk를 표 2에 나타낸다. 또한, 다이가 형성한 영역의 표면 성상값 R1에 대한 코어 로드가 형성한 영역의 표면 성상값 R2의 비:R2/R1, 다이가 형성한 영역의 표면 성상값 R1에 대한 상펀치 또는 하펀치가 형성한 영역의 표면 성상값 R(2)의 비:R(2)/R1를 표 2에 나타낸다.
표면 성상 다이 R1
(㎛)		 코어 로드 R2
(㎛)		 펀치 R(2)
(㎛)		 비
R2/R1		 비
R(2)/R1
Ra 0.116 0.293 0.500 2.5 4.3
Rz 1.018 3.659 7.123 3.6 7.0
Rv 0.746 2.792 4.980 3.7 6.7
Rpk 0.067 0.240 0.741 3.6 11.1
도 4∼도 6 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 코어 로드가 형성한 영역은, 다이가 형성한 영역보다 표면 성상값이 크고 거친 것, 즉 상대적으로 거친 영역인 것을 알 수 있다. 또한, 전술한 표면 성상값의 비를 취하였을 때, 코어 로드가 형성한 영역은, Ra, Rz, Rv 중 적어도 하나의 비(여기서는 3가지의 비 전부)가 2 이상임을 만족하는 것을 알 수 있다. 이것과, 전술한 현미경 관찰 결과로부터, 표면 성상값:Ra, Rz, Rv에서의 비가 2 이상임을 만족하는 영역(면이어도 좋음)은, 절연층이 건전한 상태로 존재하는 영역이라고 할 수 있다. 또한, 이것과, 표 1의 결과로부터, 이러한 영역을 갖는 압분 성형체는, 저손실의 자심을 구축할 수 있다고 할 수 있다.
또한, 코어 로드가 형성한 영역은, 선형 부하 곡선의 돌출 산부 높이:Rpk2가 비교적 작고, 다이가 형성한 영역에서의 돌출 산부 높이:Rpk1에 대한 비:Rpk2/Rpk1가 5 이하인 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 돌출 산부 높이(Rpk)에서의 비가 5 이하임을 만족하는 영역(면이어도 좋음)을 구비하는 압분 성형체는, 전술한 바와 같이 코어 로드를 이용하여 제조된 것을 나타내는 근거의 하나라고 할 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 코어 로드를 이용하여 제조된 압분 성형체는, 별도의 후처리를 실시하는 일 없이, 전술한 절연 영역을 가질 수 있다고 할 수 있다.
또한, 도 4∼도 6 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 상펀치 또는 하펀치가 형성한 영역은, 다이가 형성한 영역보다 표면 성상값이 크고 거친 것, 즉 상대적으로 거친 영역인 것, 또한 전술한 표면 성상값의 비를 취하였을 때, Ra, Rz, Rv 중 적어도 하나의 비(여기서는 3가지의 비 전부)가 2 이상임을 만족하는 것을 알 수 있다. 이것과, 전술한 현미경 관찰 결과로부터, 표면 성상값:Ra, Rz, Rv에서의 비가 2 이상임을 만족하는 영역과 평활한 영역(기준 영역)이 동일면에 존재하는 압분 성형체나, 표면 성상값:Ra, Rz, Rv에서의 비가 2 이상임을 만족하는 면을 3개 이상 구비하는 압분 성형체는, 절연층이 건전한 상태로 존재하는 압분 성형체라고 할 수 있다.
상기 시험 결과로부터, 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말을 가압 성형한 압분 성형체로서, 임의의 일면으로부터 선택한 어떤 영역의 표면 성상값(Ra, Rz, Rv)에 대한 별도의 영역의 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족하는 일면을 구비하는 것이나, 임의의 면에서 선택한 영역의 표면 성상값(Ra, Rz, Rv)에 대한 별도의 면에서 선택한 영역의 표면 성상값의 비가 2 이상임을 만족하는 면을 3개 이상 구비하는 것은, 저손실의 자심을 구축할 수 있다고 할 수 있다. 또한, 상기 시험 결과로부터, 절연층을 갖는 피복 연자성 분말을 이용하여 압분 성형체를 제조하는 데 있어서, 성형 공간을 복수의 금형 부재에 의해 구성하고, 일부의 금형 부재를 상대적으로 움직이지 않는 상태로 성형 공간으로부터 압분 성형체를 빼냄으로써, 압분 성형체의 외주면의 일부에 건전한 절연층을 유지할 수 있어, 이 압분 성형체에 의해 저손실의 자심을 얻을 수 있다고 할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하다. 예컨대, 연자성 입자의 재질·입경, 절연층의 재질·두께, 다이의 내주 형상·코어 로드의 외주 형상·다이 및 코어 로드로 만들어지는 성형 공간의 형상 등을 적절하게 변경할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명 압분 성형체는, 각종 자심(리액터, 변압기, 모터, 초크 코일 등의 자심)의 소재, 특히 고주파 특성이 우수한 자심의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 압분 성형체의 제조 방법은, 상기 압분 성형체의 제조에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명 리액터용 코어는, 각종 리액터(차재 부품, 발전·변전 설비의 부품 등)의 자성 코어에 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 본 발명 리액터용 코어를 구비하는 리액터는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 연료 전지 자동차 등의 차량에 탑재되는 차재용 컨버터 등의 차재용 전력 변환 장치의 구성 부품에 적합하게 이용할 수 있다.
1A, 1B, 1C: 압분 성형체
101: 평활한 영역 102: 거친 영역
103, 105: 조면 104: 평활한 면
100: 성형용 금형
10A, 10B, 10C, 10D, 10E: 다이
10hA, 10hB, 10hC, 10hD, 10hE: 관통 구멍 10u: 상면
11: 상펀치 11d: 압박면
12: 하펀치 12u: 압박면
13A, 13B, 13C, 13D, 13E: 코어 로드 13u: 상면
14: 이동 기구
21A, 22A, 21B, 22B, 23B, 24B, 21C, 22C, 23C, 24C, 25C, 26C, 21E: 공간
31, 32: 성형 공간 41, 42: 압분 성형체
P: 원료 분말

Claims (9)

  1. 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말을 가압 성형한 압분 성형체로서,
    상기 압분 성형체를 구성하는 일면을 기준면, 이 기준면으로부터 선택한 영역을 기준 영역, 이 기준 영역에서의 표면 성상값을 R1이라고 할 때, 이하의 (1) 또는 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
    (1) 상기 기준면에 있어서 기준 영역 이외에서 선택한 영역을 동면(同面) 영역, 이 동면 영역에서의 표면 성상값을 R2라고 할 때,
    상기 표면 성상값 R1에 대한 표면 성상값 R2의 비:R2/R1가 2 이상임을 만족하는 동면 영역이 상기 기준면에 존재한다.
    (2) 상기 기준면과는 별도의 일면에서 선택한 영역을 별면(別面) 영역, 이 별면 영역에서의 표면 성상값을 R3이라고 할 때,
    상기 표면 성상값 R1에 대한 표면 성상값 R3의 비:R3/R1가 2 이상임을 만족하는 별면 영역을 갖는 면으로서, 상기 기준면에 인접하는 면이 3개 이상 존재한다.
    단, 상기 표면 성상값은, 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rz) 및 거칠기 곡선의 최대 골 깊이(Rv)에서 선택되는 어느 하나로 한다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준 영역, 상기 동면 영역, 또는 상기 별면 영역에서의 선형 부하 곡선의 돌출 산부 높이(Rpk)를 각각, Rpk1, Rpk2, Rpk3이라고 할 때,
    상기 돌출 산부 높이 Rpk1에 대한 돌출 산부 높이 Rpk2의 비:Rpk2/Rpk1가 5 이하, 또는 상기 돌출 산부 높이 Rpk1에 대한 돌출 산부 높이 Rpk3의 비:Rpk3/Rpk1가 5 이하임을 만족하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
  3. 절연층을 구비하는 피복 연자성 분말을 성형 공간에 충전한 후, 이 피복 연자성 분말을 가압하여 압분 성형체를 제조하는 압분 성형체의 제조 방법으로서,
    상기 성형 공간 중, 압분 성형체의 외주면을 형성하는 부위를 복수의 금형 부재에 의해 구성하고,
    가압 후, 상기 금형 부재 중 일부의 금형 부재를, 성형한 압분 성형체에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 타부(他部)의 금형 부재를 상기 압분 성형체에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 압분 성형체를 상기 성형 공간으로부터 빼내는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 압분 성형체의 외주면의 일부를 형성하는 관통 구멍이 마련된 다이와, 상기 관통 구멍이 만드는 공간 내에 위치하도록 삽통 배치되어, 상기 압분 성형체의 외주면의 타부를 형성하는 코어 로드와, 상기 관통 구멍의 한쪽의 개구부를 막도록 배치된 제1 펀치로 만들어지는 성형 공간에 상기 피복 연자성 분말을 충전하는 충전 공정과,
    상기 성형 공간 내의 피복 연자성 분말을 상기 제1 펀치와, 이 제1 펀치와 대향 배치된 제2 펀치로 가압하는 가압 공정과,
    가압 후, 상기 코어 로드를, 성형한 압분 성형체에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 상태로, 상기 다이를 그 압분 성형체에 대하여 상대적으로 이동시켜, 그 압분 성형체를 상기 성형 공간으로부터 빼내는 취출 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가압 공정에서는, 상기 제1 펀치를 고정한 상태로, 상기 제2 펀치를 이동시킴으로써 상기 피복 연자성 분말을 가압하며, 상기 제2 펀치의 이동에 따라 상기 다이 및 상기 코어 로드를 이동시키는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 제조 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 금형 부재에 의해 복수의 압분 성형체를 성형 가능한 복수의 성형 공간을 구성하고, 복수의 압분 성형체를 동시에 제조하는 것을 특징으로 하는 압분 성형체의 제조 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 압분 성형체의 제조 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
  8. 제1항, 제2항, 또는 제7항 중 어느 한 항에 기재된 압분 성형체를 구비하는 것을 특징으로 하는 리액터용 코어.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 압분 성형체를 구비하는 리액터용 코어로서, 이 리액터용 코어는, 코일과 조합하여 리액터를 구성하여 코일을 여자하였을 때, 자속 방향에 평행하게 배치되는 자속 평행면을 가지고 있고,
    상기 자속 평행면의 일부에 상기 동면 영역, 또는 상기 별면 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 리액터용 코어.
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