KR20140041612A - 압분 성형체, 리액터용 코어 및 자기 회로 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명의 압분 성형체(10)는, 절연 피막을 구비하는 피복 연자성 입자를 압축 성형하여 이루어지고, 대향 배치된 판형상부(111, 112)에 끼워진 뿔대부(113)를 주체로 하는 변형 뿔대체이며, 압분 성형체(10)의 종단면은, 사다리꼴형상면(113s)과, 사다리꼴형상면(113s)의 긴변에 연결되는 긴변측 직사각형상면(111s)과, 사다리꼴형상면(113s)의 짧은변에 연결되는 짧은변측 직사각형상면(112s)으로 구성되고, 성형용 금형과의 미끄럼 접촉면이 주로 뿔대부(113)의 외주면(113o)으로 구성되고, 외주면(113o)이 압축 성형물의 빼내기 방향에 대하여 경사지기 때문에, 압축 성형물과 상기 금형과의 마찰을 저감하여, 압분 성형체(10)는 절연 피막의 손상을 저감할 수 있고, 따라서 압분 성형체(10)는 후처리 시간의 단축에 의해 생산성이 우수한 데다 저손실이다.

Description

압분 성형체{COMPACT}

본 발명은 리액터 등의 자기 회로 부품에 구비되는 자심(磁心)의 소재에 이용되는 압분 성형체, 리액터용 코어, 이 압분 성형체를 구비하는 자기 회로 부품에 관한 것이다. 특히, 저손실이며, 생산성이 우수한 압분 성형체에 관한 것이다.

철이나 그 합금 등의 연자성 재료로 이루어지는 자심과, 이 자심에 배치되는 코일을 구비하는 자기 회로 부품이 다양한 분야에서 이용되고 있다. 상기 자심의 소재로서 압분 성형체가 있다. 압분 성형체는, 대표적으로는, 관통 구멍을 갖는 다이와, 다이의 관통 구멍의 한쪽의 개구부를 막도록 배치되는 하부 펀치에 의해 만들어지는 성형 공간에 연자성 재료로 이루어지는 원료 분말을 충전한 후, 상부 펀치와 하부 펀치로 상기 원료 분말을 압축 성형함으로써 제조된다. 다이에서 빼낸 압축 성형물에는, 통상, 변형 제거 등을 목적으로 한 열처리를 실시한다.

상기 자기 회로 부품을 교류 자장에서 사용하면, 자심에는 철손(대체로, 히스테리시스손과 와전류손의 합)이 생긴다. 특히, 수 kHz 이상과 같은 고주파수에서 이용되는 경우, 와전류손이 현저하게 되므로, 자심에는 와전류손의 저감이 요구된다. 와전류손을 저감하기 위해서, 원료 분말로서, 철 입자와 같은 연자성 재료로 이루어지는 금속 입자의 외주에 절연 피막을 구비하는 피복 분말을 이용하여, 전기 저항을 높이는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 압축 성형물과 다이의 내주면의 미끄럼 접촉 등에 의해서 절연 피막이 손상되어, 절연 피막으로부터 노출되고, 변형된 금속 입자끼리 접촉하여 도통 가능하게 된 부분(이하, 브릿지부라고 부름)을 제거하기 위해서, 압축 성형물에 산처리와 같은 후처리를 실시하고 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2006-229203호 공보

저손실이며 생산성이 우수한 압분 성형체의 개발이 요구되고 있다.

최근, 자기 회로 부품의 작동 주파수가 점점 높아지고 있으므로, 특히 와전류손이 작은 자심이 요구되고 있다. 압분 성형체의 원료에, 전술한 바와 같이 피복 분말을 이용하여, 특성의 회복을 위해 산처리 등의 후처리를 실시함으로써 와전류손의 저감을 도모할 수 있다. 그러나, 압축 성형물과 다이의 내주면의 마찰이 크면, 압축 성형물을 다이로부터 빼낼 때 등에, 다이의 내주면에 미끄럼 접촉한 압축 성형물의 표면뿐만 아니라 내부까지 절연 피막이 손상되어 브릿지부가 생성될 우려가 있다. 압축 성형물의 내부에 존재하는 브릿지부도 제거하기 위해서는, 상기 후처리를 충분히 행할 필요가 있다. 그 결과, 처리 시간이 길어져, 압분 성형체의 생산성 저하를 초래한다. 또한, 브릿지부가 많으면, 상기 후처리에 의해서 완전히 제거할 수 없는 경우도 있어, 저손실의 압분 성형체를 얻을 수 없을 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 목적의 하나는, 저손실이며 생산성이 우수한 압분 성형체를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 저손실이며 생산성이 우수한 리액터용 코어, 자기 회로 부품을 제공하는 것에 있다.

전술한 브릿지부의 생성을 억제하면, 특성의 회복을 위해 행하는 후처리 시간의 단축이나 제거량의 저감, 확실한 제거를 도모할 수 있다. 브릿지부의 저감에는, 절연 피막의 손상을 저감, 바람직하게는 방지하는 것이 효과적이다. 본 발명자들은, 다양하게 검토한 결과, 압분 성형체를 특정 형상으로 하면, 다이로부터 빼낸 압축 성형물에 실시하는 후처리의 시간이 짧더라도, 저손실의 압분 성형체를 얻을 수 있다는 지견을 얻었다. 그 이유는, 다이로부터 압축 성형물을 빼낼 때 등에, 절연 피막이 손상되기 어렵게 되었기 때문이라고 고려된다. 그래서, 본 발명은 특정 형상의 압분 성형체를 제안한다.

본 발명의 압분 성형체는, 절연 피막을 구비하는 피복 연자성 입자를 압축 성형하여 이루어지는 것으로, 이 압분 성형체의 적어도 일부의 단면으로서, 대향 배치된 긴변과 짧은변을 구비하는 사다리꼴형상면과, 상기 사다리꼴형상면의 긴변에 연결되는 긴변측 직사각형상면과, 상기 사다리꼴형상면의 짧은변에 연결되는 짧은변측 직사각형상면으로 구성되는 면을 갖는다. 그리고, 본 발명의 압분 성형체는, 상기 사다리꼴형상면의 면적이 상기 긴변측 직사각형상면 및 상기 짧은변측 직사각형상면의 합계 면적보다도 크다.

본 발명의 압분 성형체는, 직방체나 원주와 같이 외표면을 구성하는 임의의 평면에 평행한 단면을 취했을 때의 단면적이 한결같은 입체가 아니라, 단면적이 상이한 부분을 갖는 입체이다.

구체적으로는, 본 발명의 압분 성형체는, 전술한 바와 같이 단면이 사다리꼴 형상인 사다리꼴형상면이 차지하는 비율이 큰 부분, 대표적으로는 상기 사다리꼴형상면으로 구성되는 뿔대체와 같은 입체를 주체로 하는 부분을 갖는다. 상기 입체는, 그 외주면이, 주로 다이로부터 빼내기 방향에 대하여 교차하는 경사면(상기 사다리꼴형상면의 사변을 구성하는 면)이며, 직방체나 원주와 같은, 다이로부터 빼내기 방향에 평행한 외주면을 갖는 입체와 비교하여, 다이의 내주면과의 마찰을 저감할 수 있다. 따라서, 다이로부터 빼내어진 압축 성형물에 있어서, 적어도 상기 뿔대체 부분은, 절연 피막의 손상 영역이 적고, 예컨대 압축 성형물의 극히 표면만으로 할 수 있어, 브릿지부의 생성도 저감할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 압분 성형체는, 브릿지부를 제거하기 위한 후처리를 생략하거나 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 브릿지부의 생성이 저감됨으로써, 브릿지부의 제거량도 저감할 수 있으므로, 본 발명의 압분 성형체는 수율의 저하도 억제할 수 있다. 이상으로부터, 본 발명의 압분 성형체는 생산성이 우수하다. 또한, 후처리의 처리 시간이 짧더라도, 브릿지부를 충분히 제거할 수 있기 때문에, 본 발명의 압분 성형체를 이용함으로써, 저손실의 자심이나 리액터를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 압분 성형체는 저손실의 자심이나 리액터의 실현에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명의 압분 성형체는, 상기 사다리꼴형상면을 사이에 두도록 긴변측 직사각형상면 및 짧은변측 직사각형상면을 구비한다. 단면이 직사각형상면으로 되는 입체, 대표적으로는 직방체나 원주 등의 대향하는 한쌍의 면의 면적이 같은 기둥형상체를 압축 성형시의 가압 방향에 수직으로 배치되는 부위로, 대표적으로는 압축 성형시의 수압(受壓) 부위로 함으로써, 전술한 바와 같이 뿔대체를 주체로 하는 부분을 갖고 있더라도, 본 발명의 압분 성형체는, 치수 정밀도 좋게 또한 안정적으로 성형할 수 있다. 이 점에서도 본 발명의 압분 성형체는 생산성이 우수하다.

그 밖에, 본 발명의 압분 성형체는, 압축 성형물과 성형용 금형의 마찰 저감에 의해, 이 금형의 마모도 저감할 수 있어, 금형 수명의 연장을 도모할 수도 있다.

본 발명의 압분 성형체의 대표적인 형태는, 상기 사다리꼴형상면과 상기 긴변측 직사각형상면의 경계면을 제1면, 상기 사다리꼴형상면과 상기 짧은변측 직사각형상면의 경계면을 제2면으로 할 때, 상기 제1면에 평행한 면(긴변측 직사각형상면에서, 사다리꼴형상면의 긴변에 평행한 변을 구성하는 면), 상기 제2면에 평행한 면(짧은변측 직사각형상면에서, 사다리꼴형상면의 짧은변에 평행한 변을 구성하는 면)이 모두 외표면을 구성하고, 전술한 뿔대체를 주체로 하는 형태를 들 수 있다. 그 밖에, 상기 긴변측 직사각형상면에 연결되는 부분을 갖는 형태를 들 수 있다. 이 형태는, 상기 제2면에 평행한 면이 외표면으로 되고, 긴변측 직사각형상면과 상기 연결되는 부분의 경계면이 상기 제1면에 평행한 가상면으로 되고, 상기 연결되는 부분의 일부의 면이 외표면으로 되며, 전술한 뿔대체를 주체로 하는 형태이다.

본 발명의 압분 성형체의 한 형태로서, 상기 사다리꼴형상면과 상기 긴변측 직사각형상면의 경계면을 제1면, 상기 사다리꼴형상면과 상기 짧은변측 직사각형상면의 경계면을 제2면으로 할 때, 제1면 및 제2면 중의 적어도 한쪽의 면에 수직인 방향이 가압 방향으로 되도록 성형된 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 성형시에, 전술한 뿔대체를 구성하는 제1면이나 제2면이 가압 방향에 직교하게 배치되고, 상기 뿔대체를 구성하는 외주면(상기 사다리꼴형상면의 사변을 구성하는 면)이, 예컨대 다이의 내주면에 의해 성형되는 부위가 된다. 따라서, 상기 형태는, 전술한 바와 같이 다이의 내주면과의 마찰을 저감하여, 절연 피막의 손상을 저감할 수 있어, 저손실의 압분 성형체를 생산성 좋게 제조할 수 있다.

본 발명의 압분 성형체의 한 형태로서, 상기 제1면에 평행한 면 및 상기 제2면에 평행한 면 중 어느 것이나 가압 성형면인 형태를 들 수 있다.

가압 성형면은 주로 상부 펀치 또는 하부 펀치에 의해 성형된 면이며, 압분 성형체의 외표면을 구성하므로, 상기 형태는, 상기 제1면에 평행한 면 및 상기 제2면에 평행한 면의 쌍방이 압분 성형체의 외표면을 구성하는 형태라고 할 수 있다. 또한, 사다리꼴형상면은, 긴변측 직사각형상면 및 짧은변측 직사각형상면의 양 직사각형상면에 끼워지도록 존재하므로, 상기 형태는, 단면이 사다리꼴형상면으로 구성되는 부분(뿔대체 부분)이 가압 성형면에 끼워진 형태라고 할 수 있다. 그러면, 상기 형태는, 사다리꼴형상면으로 구성되는 부분(뿔대체 부분)의 외주면이 다이의 내주면에 의해 성형되는 부위로 되기 때문에, 전술한 바와 같이 절연 피막의 손상을 저감하여, 저손실의 압분 성형체를 생산성 좋게 제조할 수 있다.

본 발명의 압분 성형체의 한 형태로서, 상기 사다리꼴형상면을 갖는 부분이, 통 형상의 코일이 배치되는 부위에 이용되는 형태를 들 수 있다. 이 형태에서는, 상기 사다리꼴형상면의 사변을 구성하는 면이 상기 코일의 내주면에 대향하도록 배치하는 것이 바람직하다.

사다리꼴형상면의 사변을 구성하는 면은 대표적으로는 뿔대체의 외주면을 들 수 있다. 이 면은, 전술한 바와 같이 절연 피막의 손상이 저감되어, 건전한 절연 피막이 존재하고, 이 절연 피막에 의해서 연자성 입자끼리가 절연되어 있다. 혹은, 이 면에 전술한 후처리가 실시되고 있는 경우에는, 브릿지부가 제거되고, 절연 피막에 의해서 연자성 입자끼리가 절연되어 있다. 그 때문에, 이 면은 전기 저항(표면 저항)이 높다. 상기 형태는, 이러한 전기 절연성이 우수한 면을 코일의 내주면에 대향하도록 배치함으로써, 와전류손을 효과적으로 저감할 수 있다.

본 발명의 압분 성형체의 한 형태로서, 상기 사다리꼴형상면과 상기 긴변측 직사각형상면의 경계면을 제1면, 상기 사다리꼴형상면과 상기 짧은변측 직사각형상면의 경계면을 제2면으로 할 때, 제1면의 면적에 대한 제2면의 면적의 비가 80% 이상 99.8% 이하인 형태를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 압분 성형체의 일 형태로서, 상기 사다리꼴형상면의 사변과 상기 긴변측 직사각형상면의 짧은변의 연장선이 만드는 테이퍼각이, 0.1° 이상 6° 이하인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 상기 제1면과 상기 제2면의 면적의 비나 테이퍼각이 상기 특정 범위를 만족함으로써, 자로(磁路) 면적을 충분히 확보하면서 절연 피막의 손상을 저감할 수 있다. 따라서, 상기 형태는, 특히 통 형상의 코일이 배치되는 부위를, 직방체나 원주형과 같은 한결같은 단면적을 갖는 입체로 하는 경우와 비교하여, 손색없는 자기 특성을 갖고, 저손실이며 생산성도 우수하다. 면적의 비 및 테이퍼각 쌍방이 상기 특정 범위를 만족하는 형태로 할 수 있다. 긴변측 직사각형상면에 있어서 사다리꼴형상면의 긴변에 평행한 변이 상기 긴변과 동일한 길이이며, 짧은변측 직사각형상면에 있어서 사다리꼴형상면의 짧은변에 평행한 변이 상기 짧은변과 동일한 길이인 경우, 제1면의 면적과 제1면에 평행한 면의 면적이 실질적으로 같고, 제2면의 면적과 제2면에 평행한 면의 면적이 실질적으로 같다. 따라서, 제1면에 평행한 면 및 제2면에 평행한 면이 압분 성형체의 외표면을 구성하는 경우, 상기 제1면의 면적은 제1면에 평행한 면의 면적, 상기 제2면의 면적은 제2면에 평행한 면의 면적을 이용할 수 있다. 혹은, 상기 제1면의 면적은, 사다리꼴형상면과 긴변측 직사각형상면과의 경계에서 절단한 단면적, 상기 제2면의 면적은, 사다리꼴형상면과 짧은변측 직사각형상면과의 경계에서 절단한 단면적, 그 밖에, 뿔대체의 축 방향으로 투영한 투영 면적을 이용할 수 있다.

본 발명의 압분 성형체는 리액터의 자심의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 그래서, 본 발명의 리액터용 코어로서, 본 발명의 압분 성형체를 구비하는 형태를 제안한다. 혹은, 본 발명의 자기 회로 부품으로서, 본 발명의 압분 성형체를 구비하는 형태를 제안한다. 본 발명의 자기 회로 부품은, 자심과, 자심의 일부에 배치되는 통 형상의 코일을 구비한다. 상기 자심은, 상기 코일 내에 배치되는 내측 코어부와, 상기 코일로부터 노출되어, 상기 내측 코어부와 함께 폐자로(閉磁路)를 형성하는 노출 코어부를 구비한다. 그리고, 상기 내측 코어부는 전술한 본 발명의 압분 성형체를 구비한다. 본 발명의 자기 회로 부품은, 대표적으로는 리액터를 들 수 있다.

본 발명의 압분 성형체는, 전술한 바와 같이 저손실의 자심을 얻을 수 있으므로, 본 발명의 압분 성형체를 구비하는 본 발명의 리액터용 코어, 본 발명의 압분 성형체나 본 발명의 리액터용 코어를 구비하는 본 발명의 자기 회로 부품은, 저손실이다. 또한, 본 발명의 압분 성형체는 전술한 바와 같이 생산성이 우수하므로, 본 발명의 압분 성형체를 소재에 이용하는 본 발명의 리액터용 코어나 본 발명의 자기 회로 부품도 생산성이 우수하다.

상기 특유한 형상의 본 발명의 압분 성형체는, 예컨대 적절한 형상으로 성형한 압축 성형물에 절삭 가공과 같은 가공을 실시함으로써 제조할 수 있다. 그러나, 절삭 가공은 절연 피막을 파괴한다. 그래서, 본 발명의 압분 성형체의 제조에는, 특정 형상의 성형용 금형을 이용하는 이하의 제조 방법을 적합하게 이용할 수 있다. 이 제조 방법은, 다이에 형성된 관통 구멍과, 관통 구멍에 삽입한 제1 펀치에 의해 만들어지는 성형 공간에 절연 피막을 구비하는 피복 연자성 분말을 충전한 후, 상기 제1 펀치와 상기 관통 구멍에 삽입한 제2 펀치로 상기 분말을 압축 성형하여 압분 성형체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 다이는, 상기 관통 구멍의 축 방향을 따른 단면을 취했을 때, 상기 관통 구멍의 각 개구부 측에 형성된 직선부와, 이들 직선부에 끼워져, 상기 제2 펀치가 삽입되는 쪽으로부터 상기 제1 펀치가 삽입되는 쪽을 향해 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부를 구비한다. 그리고, 상기 성형 공간은 상기 테이퍼부를 포함하도록 형성한다.

상기 제조 방법은, 상기 테이퍼부를 구비하는 특정 형상의 다이를 이용하여, 상기 테이퍼부를 성형 공간의 일부로 하고, 이 테이퍼부에 의해서 압축 성형물의 외주면의 일부를 성형한다. 즉, 상기 제조 방법은, 테이퍼부에 의해서, 외주면의 일부가, 경사면으로 구성되는 부분을 갖는 압축 성형물을 성형할 수 있다. 이러한 압축 성형물은, 다이로부터 빼낼 때 등에, 전술한 바와 같이 다이의 내주면과의 마찰을 저감할 수 있기 때문에, 절연 피막의 손상을 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 얻어진 압축 성형물은, 절연 피막의 손상이 적은 부분을 갖기 때문에, 브릿지부의 제거와 같은 후처리를 생략할 수 있거나, 혹은 처리 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 상기 제조 방법은, 저손실의 압분 성형체(대표적으로는, 본 발명의 압분 성형체)를 생산성 좋게 제조할 수 있다.

본 발명의 압분 성형체, 본 발명의 리액터용 코어, 자기 회로 부품은 저손실이며 생산성이 우수하다.

도 1a는 실시형태 1의 압분 성형체의 개략 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 (B)-(B) 단면도이다.
도 1c는 이 압분 성형체를 코일 내에 배치한 상태를 설명하는 단면도이다.
도 2a는 실시형태 1의 압분 성형체의 제조 순서의 일례를 설명하는 공정 설명도이다.
도 2b는 실시형태 1의 압분 성형체의 제조 순서의 일례를 설명하는 공정 설명도이다.
도 3은 실시형태 2의 리액터의 개략 사시도이다.
도 4는 실시형태 2의 리액터에 구비되는 자심의 분해 사시도이다.
도 5는 환형의 압분 성형체의 제조에 이용하는 성형용 금형의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 6의 (A) 부분은 ER형 코어에 이용되는 압분 성형체의 정면도, (B) 부분은 이 압분 성형체의 배면도이다.
도 7은 ER형 코어에 이용되는 압분 성형체의 제조에 이용하는 성형용 금형의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 8의 (A) 부분은 T형 코어에 이용되는 압분 성형체의 정면도, (B) 부분은 이 압분 성형체의 배면도이다.
도 9a는 T형 코어에 이용되는 압분 성형체의 제조에 이용하는 성형용 금형의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 9b는 T형 코어에 이용되는 압분 성형체의 제조에 이용하는 성형용 금형의 일례를 설명하는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 우선, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2a, 도 2b를 참조하여, 본 발명의 압분 성형체를 설명한다. 도면에서, 동일 부호는 동일 명칭인 것을 나타낸다.

〔실시형태 1〕

압분 성형체(10)는, 자성 분말을 성형용 금형(대표적으로는, 다이·상부 펀치·하부 펀치를 구비하는 것)에 의해서 압축하여 성형되며, 자심의 소재에 이용되는 자성 재료이다. 압분 성형체(10)는, 직방체와 유사한 입체이지만, 직방체와 같이 임의의 외표면에 평행한 단면을 취했을 때의 단면적이 한결같지는 않고, 단면적이 상이한 부분을 갖는 다른 형상의 입체라는 점을 최대의 특징으로 한다. 이하, 보다 상세하게 설명한다.

(압분 성형체)

압분 성형체(10)는, 대향 배치된 판형상부(111, 112)와, 이들 판형상부(111, 112)에 끼워진 뿔대부(113)를 구비하며, 뿔대부(113)를 주체로 하는 변형 뿔대체이다. 압분 성형체(10)를, 한쪽의 판형상부(111)로부터 다른쪽의 판형상부(112)를 향하는 방향을 따른 평면[판형상부(111, 112)의 두께 방향에 평행한 평면]으로 절단했을 때, 그 단면(이하, 이 단면을 종단면이라고 부름)은, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 대향 배치된 2개의 직사각형상면(111s, 112s)과, 이들 직사각형상면(111s, 112s)에 끼워지는 사다리꼴형상면(113s)으로 구성된다. 양 직사각형상면(111s, 112s)과 사다리꼴형상면(113s)은 매끄럽게 연결되어 있고, 각 직사각형상면(111s, 112s)은, 사다리꼴형상면(113s)의 긴변에 연결되는 긴변측 직사각형상면(111s), 사다리꼴형상면(113s)의 짧은변에 연결되는 짧은변측 직사각형상면(112s)이다. 긴변측 직사각형상면(111s)에서의 대향하는 두 변의 길이는, 사다리꼴형상면(113s)의 긴변의 길이와 같다. 짧은변측 직사각형상면(112s)에서의 대향하는 두 변의 길이는, 사다리꼴형상면(113s)의 짧은변의 길이와 같다. 또한, 짧은변측 직사각형상면(112s)의 긴변[=사다리꼴형상면(113s)의 짧은변]의 길이는, 긴변측 직사각형상면(111s)의 긴변보다도 짧다. 그 때문에, 사다리꼴형상면(113s)은, 긴변측 직사각형상면(111s)으로부터 짧은변측 직사각형상면(112s)을 향해 끝이 좁아져 있다.

한편, 도면에서는 판형상부와 뿔대부와의 경계나 뿔대부의 경사를 알기 쉽도록 강조하여 나타내지만, 판형상부가 뿔대부와 비교하여 충분히 두께가 작고, 또한 후술하는 테이퍼각이 작은 경우, 압분 성형체는 실질적으로 직방체형으로 보인다. 또한, 도 1b, 도 1c, 도 2b, 후술하는 도 5∼도 8, 도 9a, 도 9b에서는, 알기 쉽게 판형상부와 뿔대부의 경계나 직선부와 테이퍼부의 경계를 1점쇄선으로 나타내지만, 가상선이다.

압분 성형체(10)는 주로 뿔대부(113)로 구성된다. 「주로」 혹은 후술하는 「주체로 한다」란, 종단면을 취했을 때, 뿔대부(113)를 구성하는 사다리꼴형상면(113s)의 면적(S3)이 판형상부(111, 112)를 구성하는 긴변측 직사각형상면(111s)의 면적(S1), 짧은변측 직사각형상면(112s)의 면적(S2)의 합계 면적: S1+S2보다도 크다는 것을 말한다(S3>S1+S2). 판형상부(111, 112)는, 후술하는 것과 같이 그 두께(도 1b 참조)에 있어서 상하 방향(종단면의 절단 방향)의 크기가 얇을수록 바람직하므로, 사다리꼴형상면(113s)의 면적(S3)은, 합계 면적: S1+S2보다도 충분히 큰 것(S3≫S1+S2)이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 사다리꼴형상면(113s)의 면적(S3)은, 합계 면적: S1+S2+S3에 대하여 50% 초과, 나아가 70% 이상 차지하는 것이 바람직하다.

뿔대부(113)는 판형상부(111, 112)의 평면 형상을 따른 뿔대체로서, 그 외주면(113o)[종단면에서의 사다리꼴형상면(113s)의 사변을 구성하는 면]은, 평면[종단면에서 사다리꼴형상면(113s)의 사변이 직선]이라도 곡면(동일 곡선)이라도 좋다(도 1a에서는, 평면). 뿔대부(113)는, 판형상부(111, 112)의 판 형상의 면[후술하는 가압 성형면(111f, 112f)]에 평행한 평면으로 절단했을 때, 그 단면(이하, 이 단면을 횡단면이라고 부름)의 면적이 절단 위치에 따라 다르다. 한쪽의 판형상부(111) 부근의 평면으로 절단했을 때의 단면적은, 다른쪽의 판형상부(112) 부근의 평면으로 절단했을 때의 단면적보다 크다.

뿔대부(113)의 외주면(113o)은 성형용 금형의 다이의 내주면에서 성형된다. 따라서, 뿔대부(113)의 경사 각도, 구체적으로는, 종단면을 취했을 때, 사다리꼴형상면(113s)의 사변(곡선인 경우에는, 근사선 또는 접선 또는 현)과, 긴변측 직사각형상면(111s)의 짧은변의 연장선이 만드는 각[이하, 테이퍼각(θ)이라고 부름]을 0.1° 이상으로 하면, 다이의 내주면과의 마찰을 저감하여, 절연 피막의 손상을 효과적으로 저감할 수 있다. 테이퍼각(θ)은 클수록 절연 피막의 손상을 억제하기 쉽지만, 지나치게 크면 뿔대부(113)와 다른쪽의 판형상부(112)의 경계면의 면적[사다리꼴형상면(113s)의 짧은변의 길이]이 작아져(짧아져), 자로 면적이 줄어들어, 자기 특성의 저하를 초래한다. 따라서, 테이퍼각(θ)은 6° 이하가 바람직하다. 뿔대부(113)의 두께[사다리꼴형상면(113s)의 높이]에 따라 다르기도 하지만, 테이퍼각(θ)은 0.1° 이상 3°이하, 나아가 0.1° 이상 2° 이하가 바람직하다.

뿔대부(113)는, 그 외주면(113o)의 전체 둘레에 걸쳐 테이퍼각(θ)이 한결같은 형태이면, 압축 성형물과 다이의 내주면과의 마찰을 효과적으로 저감할 수 있는 데다, 균일한 가압을 하기 쉬워 치수 정밀도가 우수하고, 금형을 간이한 형상으로 할 수 있다고 하는 이점을 갖는다. 한편, 뿔대부(113)의 외주면(113o)의 일부만이 경사면으로 구성된 형태로 할 수 있다. 예컨대, 뿔대부(113)가 각뿔대 형상인 경우, 외주면을 구성하는 면 중, 1면만을 경사면으로 할 수 있다. 이 형태는, 어느 단면을 취했을 때, 이 단면에 있어서의 사다리꼴형상면에 구비하는 각 사변에 관한 테이퍼각이 각각 상이한 형태로 된다.

판형상부(111, 112)의 평면 형상은, 도 1a에 도시하는 바와 같은 장방형 외에, 원형, 타원형, 레이스트랙 형상, 장방형의 코너부를 원하는 각도로 라운딩한 라운드 코너를 갖는 형상 등을 들 수 있다. 이 평면 형상은, 예컨대 도 1c에 도시하는 바와 같이, 압분 성형체(10)를 통 형상의 코일(2) 내에 삽입하는 경우, 그 코일(2)의 내주 형상을 따른 형상으로 하면, 압분 성형체(10)를 코일(2)에 근접할 수 있어, 자성 부품의 소형화를 도모할 수 있다. 판형상부(111, 112)의 평면 형상이 장방형인 경우, 압분 성형체(10)는, 사각뿔대 등의 각뿔대 형상으로 되고, 원형이나 타원형 등인 경우, 원뿔대형이나 타원뿔대형으로 된다. 압분 성형체(10)에 있어서 판형상부(111)에서의 횡단면의 단면적 및 판형상부(112)에서의 횡단면의 단면적은, 한결같다. 혹은, 판형상부(111, 112)의 평면 형상은, 원환형과 같은 구멍이 뚫린 형상을 들 수 있다. 이 경우, 압분 성형체는 환형의 뿔대체를 구비하는 입체로 된다.

판형상부(111, 112)는 압축 성형시의 압력을 직접 받는 수압 부위이다. 수압 부위로서 판형상부(111, 112)를 구비함으로써, 뿔대부(113)를 주체로 하더라도, 압분 성형체(10)는 정밀도 좋게 성형할 수 있다.

판형상부(111, 112)는, 압축 성형시에 가압을 하는 상부 펀치나 하부 펀치에 의해서 성형된 가압 성형면(111f, 112f)을 갖는다. 여기서는, 가압 성형면(111f)은, 사다리꼴형상면(113s)과 긴변측 직사각형상면(111s)의 경계면에 평행한 면이며, 긴변측 직사각형상면(111s)에서 사다리꼴형상면(113s)의 긴변에 평행한 변을 구성하는 면이다. 가압 성형면(112f)은, 사다리꼴형상면(113s)과 짧은변측 직사각형상면(112s)의 경계면에 평행한 면이며, 짧은변측 직사각형상면(112s)에 있어서 사다리꼴형상면(113s)의 짧은변에 평행한 변을 구성하는 면이다.

한편, 압분 성형체는, 그 형상(각 R의 붙이는 방법 등)이나, 단면에 있어서의 자성 입자의 변형 상태(일반적으로, 압분 성형체를 구성하는 입자는 가압 방향에 직교하는 방향으로 소성 변형하여 편평하게 됨) 등에 의해 가압 방향을 판별할 수 있다. 따라서, 가압 방향에 직교하는 방향의 외표면을 가압 성형면으로 판별할 수 있다. 또한, 대향하는 가압 성형면에 끼워지는 외표면은, 대표적으로는 다이의 내주면에 의해 성형된 면(미끄럼 접촉면)이라고 판별할 수 있다. 그 밖에, 미끄럼 접촉면은 미끄럼 흔적의 유무에 의해서 판별할 수도 있다.

판형상부(111, 112)의 두께는, 모두 뿔대부(113)를 성형할 수 있는 범위에서 얇아도 좋으며, 0.3 mm∼2 mm 정도면 충분하다고 고려된다. 판형상부(111, 112)의 외주면(111o, 112o)은, 압축 성형물에 있어서 다이로부터 빼내기 방향에 평행한 외주면이므로, 판형상부(111, 112)의 두께가 얇을수록 압축 성형물과 성형용 금형과의 마찰을 저감하여, 절연 피막의 손상을 저감할 수 있다. 따라서, 판형상부(111, 112)의 두께는 2 mm 이하(합계 4 mm 이하), 나아가 1 mm 이하(합계 2 mm 이하)가 바람직하다.

여기서, 긴변측 직사각형상면(111s)의 긴변을 구성하는 가압 성형면(111f)은, 그 면적이, 뿔대부(113)[사다리꼴형상면(113s)]와 판형상부(111)[긴변측 직사각형상면(111s)]와의 경계면의 면적, 뿔대부(113)[사다리꼴형상면(113s)]와 판형상부(111)[긴변측 직사각형상면(111s)]와의 경계에서 절단한 단면(횡단면)의 면적, 상기 경계면의 투영 면적 중 어느 것과도 같다. 짧은변측 직사각형상면(112s)의 긴변을 구성하는 가압 성형면(112f)은, 그 면적이, 뿔대부(113)[사다리꼴형상면(113s)]와 판형상부(112)[짧은변측 직사각형상면(112s)]와의 경계면의 면적, 뿔대부(113)[사다리꼴형상면(113s)]와 판형상부(112)[짧은변측 직사각형상면(112s)]와의 경계에서 절단한 단면(횡단면)의 면적, 상기 경계면의 투영 면적 중 어느 것과도 같다. 전술한 바와 같이 양 직사각형상면(111s, 112s)의 긴변의 길이가 다르므로, 이들 가압 성형면(111f, 112f)의 면적도 다르다. 여기서는, 판형상부(111)의 면적이 판형상부(112)보다도 크다. 면적이 큰 판형상부(111)에 대한 면적이 작은 판형상부(112)의 면적의 비는, 뿔대부(113)의 두께[사다리꼴형상면(113s)의 높이]와 전술한 테이퍼각(θ)에 의해서 변화된다. 예컨대, 뿔대부(113)의 두께가 일정한 경우, 테이퍼각(θ)이 작을수록, 테이퍼각(θ)이 일정한 경우, 뿔대부(113)의 두께가 작을수록(얇을수록), 상기 면적의 비가 커진다. 판형상부(111, 112)를 자로에 이용하는 경우, 자로 면적을 충분히 확보할 수 있도록 상기 면적의 비는, 80% 이상이 바람직하다. 상기 면적의 비는, 클수록 큰 자로 면적을 확보할 수 있지만, 테이퍼각(θ)이 작아져, 절연 피막의 손상을 저감하는 효과가 작아지므로, 99.8% 이하가 바람직하다. 상기 면적의 비는 88.4% 이상 99.8% 이하, 나아가 92% 이상 99.8% 이하가 바람직하다.

(제조 방법)

{성형용 금형}

상기 특정 형상의 압분 성형체(10)는, 예컨대 도 2a, 도 2b에 도시된 성형용 금형(100)을 이용하여 제조할 수 있다. 우선, 성형용 금형(100)을 설명한다.

성형용 금형(100)은, 관통 구멍(103h)이 형성된 통 형상의 다이(103)와, 다이(103)의 관통 구멍(103h)의 각 개구부로부터 각각 삽입되어, 관통 구멍(103h) 내에서 대향 배치되는 기둥 형상의 제1 펀치[하부 펀치(102)]·제2 펀치[상부 펀치(101)]를 구비한다. 성형용 금형(100)은, 다이(103)의 관통 구멍(103h)에 하부 펀치(102)를 삽입하여 형성되는 바닥을 지닌 통 형상의 공간을 성형 공간으로 하고, 이 공간에 충전한 원료 분말을 상부 펀치(101)와 하부 펀치(102)로 가압·압축하여 압분 성형체를 성형한다. 이 성형용 금형(100)은 다이(103)의 관통 구멍(103h)이 특정한 형상을 갖는다.

다이(103)의 관통 구멍(103h)은, 한쪽 개구부의 개구 면적과, 다른쪽 개구부의 개구 면적이 상이하고, 관통 구멍(103h)의 축 방향의 중간부가 경사면으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(103h)의 축 방향의 단면을 취했을 때, 관통 구멍(103h)의 각 개구부 측에 형성된 직선부(1011, 1012)와, 이들 직선부(1011, 1012)에 끼워져, 상부 펀치(101)가 삽입되는 쪽(도 2a, 도 2b에서는, 상측)으로부터 하부 펀치(102)가 삽입되는 쪽(도 2a, 도 2b에서는, 하측)을 향해 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부(1013)를 구비한다. 다이(103)의 한쪽의 직선부(1011)로 구성되는 내주면에 의해, 도 1a, 도 1b, 도 1c에 도시하는 압분 성형체(10)의 한쪽의 판형상부(111)의 외주면(111o)이 성형되고, 다른쪽의 직선부(1012)로 구성되는 내주면에 의해, 압분 성형체(10)의 다른쪽의 판형상부(112)의 외주면(112o)이 성형되며, 테이퍼부(1013)로 구성되는 경사면에 의해, 압분 성형체(10)의 뿔대부(113)의 외주면(113o)이 성형된다. 판형상부(111, 112)의 가압 성형면(111f, 112f)(도 1b 참조)은, 상부 펀치(101)에서의 하부 펀치와의 대향면[도 2a, 도 2b에서는, 압박면(101p)], 하부 펀치(102)에서의 상부 펀치와의 대향면[도 2a, 도 2b에서는, 압박면(102p)]에 의해서 성형된다.

테이퍼부(1013)의 각도[한쪽의 직선부(1011)을 만드는 직선의 연장선과, 테이퍼부(1013)을 만드는 사변이 이루는 각의 크기]는, 압분 성형체(10)(도 1b 참조)의 테이퍼각(θ)과 실질적으로 같아지므로, 테이퍼각(θ)이 원하는 값으로 되도록, 바람직하게는 전술한 범위를 만족하도록 적절하게 선택하면 된다. 테이퍼부(1013)에서의 관통 구멍(103h)의 축 방향(도 2a, 도 2b에서는, 상하 방향)을 따른 길이는, 압분 성형체(10)의 뿔대부(113)(도 1a 참조)의 두께와 실질적으로 같아지므로, 뿔대부(113)의 두께가 원하는 값으로 되도록 적절하게 선택하면 된다. 관통 구멍(103h)의 각 개구부의 개구 면적 및 상부 펀치(101), 하부 펀치(102)의 압박면(101p, 102p)의 면적은, 판형상부(111, 112)(도 1a 참조)의 면적[가압 성형면(111f, 112f)(도 1a, 도 1b)의 면적]과 실질적으로 같아지므로, 판형상부(111, 112)의 면적이 원하는 값으로 되도록, 바람직하게는 전술한 면적의 비를 만족하도록 적절하게 선택하면 된다.

한편, 성형용 금형(100)의 구성 재료에는, 종래 압분 성형체(주로, 금속 분말로 구성되는 것)의 성형에 이용되고 있는 적절한 고강도 재료(고속도강 등)를 이용할 수 있다.

상부 펀치(101) 및 하부 펀치(102) 중 적어도 한쪽과 다이(103)는 상대적으로 이동 가능하다. 도 2a, 도 2b에 도시하는 성형용 금형(100)에서는, 하부 펀치(102)가 도시하지 않은 본체 장치에 고정되어 이동 불가능하며, 다이(103) 및 상부 펀치(101)가 도시하지 않은 이동 기구에 의해 각각 상하 방향으로 이동 가능한 구성이다. 그 밖에, 다이(103)가 고정되어 양 펀치(101, 102)가 이동 가능한 구성, 다이(103) 및 양 펀치(101, 102) 중 어느 것이나 이동 가능한 구성으로 할 수 있다. 한쪽의 펀치[여기서는, 하부 펀치(102)]를 고정하는 형태는 이동 기구가 간이하여 이동 조작을 제어하기 쉽다.

성형용 금형(100)[특히, 다이(103)의 내주면(103i)]에 윤활제를 도포하면, 원료 분말이나 압축 성형물과 금형(100) 사이의 마찰을 저감할 수 있다. 윤활제는, 스테아린산리튬 등의 금속 비누, 스테아린산아미드 등의 지방산아미드, 에틸렌비스스테아린산아미드 등의 고급 지방산아미드 등의 고체 윤활제, 고체 윤활제를 물 등의 액매에 분산시킨 분산액, 액상 윤활제 등을 들 수 있다. 그 밖에, 금형을 가열한 상태에서 성형(온간 성형)하면, 성형성을 보다 높일 수 있다. 냉간 성형이라도 좋은 것은 물론이다.

{성형 순서}

이어서, 성형용 금형(100)을 이용하여 압분 성형체(10)(도 1a, 도 1b, 도 1c)를 제조하는 순서를 설명한다. 다이(103)의 관통 구멍(103h)에 하부 펀치(102)를 삽입하여, 다이(103)와 하부 펀치(102)로 정해진 크기의 성형 공간을 형성한다. 상부 펀치(101)는 위쪽으로 릴리스 해 놓는다.

후술하는 원료 분말: 피복 연자성 분말을 도시하지 않은 가루 공급 장치에 의해 상기 성형 공간에 공급한다.

상부 펀치(101)를 아래쪽으로 이동시키고 다이(103)의 관통 구멍(103h)에 삽입하며, 양 펀치(101, 102)에 의해, 원료 분말(P)을 가압·압축한다(도 2b 참조).

성형 압력은 5 ton/㎠(≒490 MPa) 이상 15 ton/㎠(≒1470 MPa) 이하를 들 수 있다. 5 ton/㎠ 이상으로 함으로써, 원료 분말(P)을 충분히 압축할 수 있으며, 압분 성형체의 상대 밀도를 높일 수 있고, 15 ton/㎠ 이하로 함으로써, 원료 분말(P)을 구성하는 피복 연자성 입자끼리의 접촉에 의한 절연 피막의 손상을 억제할 수 있다. 성형 압력은 6 ton/㎠ 이상 10 ton/㎠ 이하가 보다 바람직하다.

상부 펀치(101)가 원료 분말(P)에 접하고 나서, 상부 펀치(101)와 함께 다이(103)도 아래쪽으로 이동한다. 상부 펀치(101)와 함께 다이(103)도 이동함으로써, 성형 공간 내의 원료 분말(P)에 가해지는 압력을 균일하게 하기 쉽다. 다이(103) 및 상부 펀치(101)의 이동 속도는 적절하게 선택할 수 있다. 한편, 상부 펀치(101)만을 이동할 수도 있다.

정해진 가압을 행한 후, 성형 공간에는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 상부 펀치(101)와 한쪽의 직선부(1011)로 성형되는 단면 직사각형상의 면(1111)과, 하부 펀치(102)와 다른쪽의 직선부(1012)로 성형되는 단면 직사각형상의 면(1112)과, 테이퍼부(1013)로 성형되어, 양 직사각형상면(1111, 1112)에 끼워진 단면 사다리꼴형상의 면(1113)을 구비하는 압축 성형물이 성형된다. 이 압축 성형물을 취출하기 위해서, 다이(103)를 아래쪽으로 이동시킨다.

압축 성형물이 다이(103)로부터 완전히 노출되면, 상부 펀치(101)를 위쪽으로 이동시켜, 압축 성형물을 채취한다. 상부 펀치(101)를 위쪽으로 이동시키고 나서, 다이(103)를 아래쪽으로 이동시키나, 상부 펀치(101)와 다이(103)를 동시에 이동시키더라도 좋다.

연속적으로 성형을 하는 경우, 전술한 바와 같이 성형 공간의 형성→성형 공간에의 원료 분말의 충전→가압·압축→취출을 반복해서 행하면 된다.

얻어진 압축 성형물은 그대로도 이용할 수 있지만, 압축에 따른 변형 등을 제거하는 것 등을 목적으로 하여, 열처리를 실시할 수 있다. 변형의 제거에 의해, 히스테리시스손과 같은 손실을 저감할 수 있다. 열처리 조건은, 가열 온도: 300℃∼800℃ 정도, 유지 시간: 30분 이상 60분 이하를 들 수 있다. 가열 온도가 높을수록 변형을 제거하기 쉬워 히스테리시스손을 저감할 수 있지만, 절연 피막이 열분해되어 와전류손이 증가할 우려가 있기 때문에, 열분해 온도 미만으로 하는 것이 바람직하다. 대표적으로는, 절연 피막이 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, 나아가 600℃ 이상, 특히 650℃ 이상으로 높아진다. 가열 온도 및 유지 시간은, 절연 피막의 구성 재료에 따라서 적절하게 선택하면 된다. 이 열처리시의 분위기는 특별히 상관없지만, 질소 분위기와 같은 비산화성 분위기 혹은 산소 농도가 낮은 저산소 분위기로 하면, 연자성 입자의 산화를 방지할 수 있다.

얻어진 압축 성형물, 혹은 전술한 열처리를 실시한 열처리물에, 연자성 입자가 도통한 부위: 브릿지부를 제거하는 것 등을 목적으로 하여, 산에칭 등의 후처리를 실시할 수 있다. 후처리는, 예컨대 손실이 정해진 크기 이하가 되도록 처리 시간이나 처리액의 농도를 조정하면 좋다.

이상으로부터, 압분 성형체(10)(도 1a, 도 1b, 도 1c 참조)는, 압축 성형물 그대로, 열처리물 및 전술한 후처리를 실시한 후처리물 중 어느 하나의 형태를 취한다.

한편, 환형의 압분 성형체를 제조하는 경우에는, 예컨대 도 5에 도시하는 바와 같이 통 형상의 하부 펀치(102)에 동축으로 삽입 관통 배치되어, 하부 펀치(102)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 코어 로드(104)를 구비하는 성형용 금형(110)을 이용하면 좋다. 다이(103)의 관통 구멍(103h)의 내주면(103i)에는 전술한 바와 같이 테이퍼부(1013)가 형성되고, 코어 로드(104)의 외주면도, 다이(103i)와 같은 식의 테이퍼부를 갖는다. 예컨대, 코어 로드(104)의 상부 펀치(101) 측의 영역에서, 다이(103)의 테이퍼부(1013)와 역방향의 테이퍼부, 즉 상부 펀치(101) 측을 향해 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부를 구비하는 코어 로드(104)를 이용한다. 성형용 금형(110)을 이용함으로써, 환형의 압분 성형체에 구비하는 관통 구멍을 구성하는 내주면과, 코어 로드(104)의 외주면과의 마찰도 저감할 수 있어, 절연 피막의 손상을 저감할 수 있다. 얻어진 환형의 압분 성형체에 있어서, 관통 구멍의 축을 지나는 평면으로 절단한 단면은, 긴변측 직사각형상면(111s) 및 짧은변측 직사각형상면(112s)을 사이에 두는 사다리꼴형상면(113s)이 그 축을 중심으로 하여 대칭으로 존재하는 형상이다.

(원료 분말)

압분 성형체(10)(도 1a, 도 1b, 도 1c)의 원료 분말이 되는 자성 분말에는, 연자성 재료로 이루어지는 연자성 입자와, 연자성 입자의 표면에 형성된 절연 피막을 구비하는 피복 연자성 분말을 이용한다.

연자성 재료는 금속, 특히 철을 50 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 예컨대, 순철(Fe), 그 밖에, 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 합금 중에서 선택되는 1종의 철 합금을 들 수 있다. 특히, 99 질량% 이상이 Fe인 순철로 이루어지는 압분 성형체는, 투자율 및 자속 밀도가 높은 자심을 얻을 수 있고, 철 합금으로 이루어지는 압분 성형체는, 와전류손을 저감하기 쉬워, 보다 저손실의 자심을 얻을 수 있다.

연자성 입자는, 그 평균 입경이 1 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입경이 1 ㎛ 이상임으로써, 유동성이 우수한 데다 히스테리시스손의 증가를 억제할 수 있고, 70 ㎛ 이하임으로써, 얻어진 압분 성형체를 자심에 이용했을 때, 1 kHz 이상과 같은 고주파수로 사용한 경우라도, 와전류손을 효과적으로 저감할 수 있다. 평균 입경이 50 ㎛ 이상이면, 히스테리시스손의 저감 효과를 얻기 쉬운 데다, 분말을 취급하기 쉽다. 상기 평균 입경은, 입경의 히스토그램 중, 입경이 작은 입자로부터의 질량의 합이 총 질량의 50%에 달하는 입자의 입경, 즉 50% 입경(질량)을 말한다.

절연 피막에는 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 등의 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물을 들 수 있다. 혹은, 절연 재료에는, 상기 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 이외의 화합물, 예컨대 인 화합물, 규소 화합물, 지르코늄 화합물 및 알루미늄 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 들 수 있다. 그 밖의 절연 재료에는, 금속염 화합물, 예컨대 인산금속염 화합물(대표적으로는, 인산철이나 인산망간, 인산아연, 인산칼슘 등), 붕산금속염 화합물, 규산금속염 화합물, 티탄산금속염 화합물 등을 들 수 있다. 특히, 인산금속염 화합물은 변형성이 우수하므로, 인산금속염 화합물에 의한 절연 피막은, 압축 성형시에, 연자성 입자의 변형에 추종하여 용이하게 변형할 수 있어 손상되기 어렵고, 그 절연 피막을 구비하는 분말을 이용하면, 절연 피막이 건전한 상태로 존재하는 압분 성형체를 얻기 쉽다. 또한, 인산금속염 화합물에 의한 절연 피막은, 철계 재료로 이루어지는 연자성 입자에 대한 밀착성이 높아, 그 입자의 표면에서 탈락하기 어렵다.

상기 이외의 절연 재료로서, 열가소성 수지나 비열가소성 수지와 같은 수지나 고급 지방산염을 들 수 있다. 특히, 실리콘 수지와 같은 실리콘계 유기 화합물은 내열성이 우수하므로, 얻어진 압축 성형물에 열처리를 실시했을 때에도 분해되기 어렵다.

절연 피막의 형성에는, 예컨대 인산염 화성 처리와 같은 화성 처리를 이용할 수 있다. 그 밖에, 절연 피막의 형성에는, 용제 분무나 전구체를 이용한 졸겔 처리를 이용할 수 있다.

실리콘계 유기 화합물에 의해 절연 피막을 형성하는 경우, 유기 용제를 이용한 습식 피복 처리나, 믹서에 의한 직접 피복 처리 등을 이용할 수 있다.

연자성 입자에 구비하는 절연 피막의 두께는 10 nm 이상 1 ㎛ 이하를 들 수 있다. 10 nm 이상이면, 연자성 입자 사이의 절연을 확보할 수 있고, 1 ㎛ 이하이면, 절연 피막의 존재에 의해, 압분 성형체 내의 자성 성분의 비율 저하를 억제할 수 있다. 즉, 이 압분 성형체에 의해 자심을 제작한 경우, 자속 밀도의 현저한 저하를 억제할 수 있다. 절연 피막의 두께는, 조성 분석(투과형 전자현미경 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 상당하는 두께를 도출하고, 나아가, TEM 사진에 의해 직접 절연 피막을 관찰하여, 앞서 도출된 상당하는 두께의 오더가 적정한 값임을 확인하여 결정되는 평균적인 두께로 한다.

상기 원료 분말에 윤활제를 첨가할 수 있다. 이 윤활제는, 유기물로 이루어지는 고체 윤활제 외에, 질화붕소나 그래파이트 등의 무기물을 들 수 있다.

상기 원료 분말을 이용함으로써, 전술한 연자성 재료로 이루어지는 연자성 입자이며, 그 외주에 전술한 절연 재료(또는, 열처리에 의해 변성된 것을 포함함)에 의해 구성되는 절연 피막을 구비한 피복 입자로 이루어지는 압분 성형체(10)를 얻을 수 있다.

(효과)

압분 성형체(10)는, 단면이 사다리꼴형상면(113s)으로 구성되는 뿔대부(113)를 주체로 함으로써, 성형용 금형(다이의 내주면)에 미끄럼 접촉하는 면(외주면(113o))이, 압축 성형물의 빼내기 방향에 대하여 경사지기 때문에, 미끄럼 접촉시의 마찰을 효과적으로 저감할 수 있다. 따라서, 압축 성형물을 성형용 금형으로부터 빼내기 쉬운 데다, 빼낸 압축 성형물의 외주면 및 그 근방을 구성하는 피복 연자성 입자는, 상기 마찰의 저감에 의해, 절연 피막의 손상이 저감되거나, 인접하는 연자성 입자가 소성 변형에 의해 도통된 부위: 브릿지부의 생성이 억제되거나 한다. 그 때문에, 상기 압축 성형물에 브릿지부를 제거하기 위한 후처리를 실시하는 경우, 처리 시간의 단축이나 브릿지부의 제거량 저감을 도모할 수 있다. 그러므로, 압분 성형체(10)는 생산성이 우수하다.

또한, 압분 성형체(10)는, 전술한 후처리를 실시한 경우에는 물론, 절연 피막의 손상이나 브릿지부의 생성이 억제됨으로써, 후처리를 실시하지 않고서 그대로의 상태로 자심의 소재에 이용한 경우라도, 저손실의 자심을 얻을 수 있다고 기대된다.

또한, 압분 성형체(10)는 성형용 금형(100)과의 마찰을 저감할 수 있으므로, 금형 수명의 연장을 기대할 수 있다. 또한, 다이(103)의 관통 구멍(103h)에 있어서 상부 펀치(101) 측의 개구부가 하부 펀치(102) 측의 개구부보다도 넓으므로, 분말 공급 후, 피복 자성 입자 사이의 공기가 빠져나가기 쉬워져, 탈기 시간을 단축할 수 있을 것으로 기대된다. 그러므로, 압분 성형체(10)는 생산성이 우수하다.

〔실시형태 2〕

이어서, 도 3, 도 4를 참조하여, 본 발명의 자기 회로 부품의 일례로서 리액터를 설명한다.

리액터(1)는, 한쌍의 통 형상의 코일 소자(2a, 2b)를 갖는 코일(2)과, 코일(2)을 여자했을 때에 폐자로를 형성하는 자심(3)을 구비한다. 자심(3)은, 코일 소자(2a, 2b) 내에 각각 삽입배치되는 한쌍의 기둥 형상의 내측 코어부(31)와, 코일(2)로부터 노출되어, 한쌍의 내측 코어부(31)를 연결하여 환형체를 구성하는 노출 코어부(32)를 구비한다. 자심(3)은, 주로 압분 성형체로 이루어지는 복수의 코어편에 의해 구성되어 있다. 리액터(1)의 특징으로 하는 바는, 내측 코어부(31)를 구성하는 각 코어편이 실시형태 1의 압분 성형체(10)로 구성되어 있는 데에 있다.

내측 코어부(31)를 구성하는 코어편 이외의 구성은 공지된 리액터의 구성을 이용할 수 있으며, 도 3, 도 4에 도시하는 구성이나 후술하는 구성은 일례이다.

(코일)

코일(2)은, 접합부가 없는 1 가닥의 연속되는 권선(2w)을 나선형으로 휘감아 이루어지는 한쌍의 코일 소자(2a, 2b)와, 양 코일 소자(2a, 2b)를 연결하는 연결부(2r)를 구비한다. 각 코일 소자(2a, 2b)는 서로 동일 권수인 중공의 통형상체이며, 각 축 방향이 평행하도록 병렬로(가로로 나란하게) 되어, 코일(2)의 타단측(도 3에서는 우측)에서 권선(2w)의 일부가 U자형으로 굴곡되어 연결부(2r)가 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 양 코일 소자(2a, 2b)의 권취 방향은 동일하게 되어 있다.

권선(2w)은 구리나 알루미늄, 그 합금과 같은 도전성 재료로 이루어지는 도체의 외주에, 절연 재료로 이루어지는 절연층(대표적으로는, 폴리아미드이미드 등으로 이루어지는 에나멜층)을 구비하는 피복선을 적합하게 이용할 수 있다. 권선(2w)의 도체는, 단면 원 형상의 둥근 선 외에, 단면 직사각형상의 평각선을 적합하게 이용할 수 있다. 코일 소자(2a, 2b)는, 절연층을 갖는 피복 평각선을 엣지 와이즈 권선하여 형성된 엣지 와이즈 코일이다.

(자심)

자심(3)에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한다. 자심(3)은, 각 코일 소자(2a, 2b)(도 3 참조)에 덮여진 한쌍의 기둥 형상의 내측 코어부(31)와, 코일(2)(도 3 참조)이 배치되지 않고, 코일(2)로부터 노출되는 한쌍의 노출 코어부(32)를 갖는다. 각 내측 코어부(31)는 각각 각 코일 소자(2a, 2b)의 내주 형상을 따른 외형을 갖는 기둥형상체(여기서는, 실질적으로 직방체)이며, 각 노출 코어부(32)는 각각 한쌍의 사다리꼴형상면을 갖는 기둥형상체이다. 자심(3)은, 이격되어 배치되는 내측 코어부(31)를 사이에 끼우도록 노출 코어부(32)가 배치되고, 각 내측 코어부(31)의 단부면과 노출 코어부(32)의 내측 단부면을 접촉시켜 환형으로 형성된다.

내측 코어부(31)는, 자성 재료로 이루어지는 코어편(31m)과, 코어편보다도 투자율이 낮은 재료, 대표적으로는 비자성 재료로 구성되는 갭재(31g)를 교대로 적층하여 구성된 적층체이다. 노출 코어부(32)도 자성 재료로 이루어지는 코어편이다.

갭재(31g)는 인덕턴스의 조정을 위해 마련되는 부재이며, 구체적인 구성 재료로서는, 알루미나나 유리 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르(모두 비자성 재료), 그 밖에 세라믹스나 페놀 수지 등의 비자성 재료에 자성 분말(예컨대, 페라이트, Fe, Fe-Si, 센더스트)가 분산된 혼합 재료 등을 들 수 있다.

상기 코어편끼리의 일체화나 코어편(31m)과 갭재(31g)의 일체화에는, 예컨대 접착제나 점착 테이프 등을 이용할 수 있다. 내측 코어부(31)의 형성에 점착 테이프를 이용하고, 내측 코어부(31)와 노출 코어부(32)를 접착제로 접합하는 형태로 하여도 좋다.

그리고, 내측 코어부(31)의 각 코어편(31m)은 모두 실시형태 1에서 설명한 압분 성형체(10)에 의해 구성되어 있다. 특히, 내측 코어부(31)를 구성하는 코어편(31m)은 모두 압분 성형체(10)[코어편(31m)]에 있어서 뿔대부(113)의 외주면(113o) 및 판형상부(111, 112)의 외주면이 코일 소자(2a, 2b)(도 3 참조)의 내주면에 대향하도록 배치된다(도 1c 참조). 바꿔 말하면, 내측 코어부(31)를 구성하는 코어편(31m)은 모두 압분 성형체(10)[코어편(31m)]에 구비하는 판형상부(111, 112)의 가압 성형면(111f, 112f)이 코일 소자(2a, 2b)의 축 방향에 직교하도록 코일 소자(2a, 2b) 내에 삽입 배치된다. 그 때문에, 뿔대부(113)의 외주면(113o)은, 코일(2)을 여자했을 때, 코일 소자(2a, 2b)가 만드는 자속의 방향에 대하여 테이퍼각(θ)만큼 교차하도록 배치된다. 또한, 내측 코어부(31)를 전술한 바와 같이 배치한 상태에서, 자속 방향에 직교하는 면에서 절단하면, 단면적이 다른 부분[뿔대부(113)]을 갖는다. 테이퍼각(θ) 및 면적의 비가 전술한 특정 범위인 경우, 특히, 테이퍼각(θ)이 충분히 작고 면적의 비가 충분히 큼으로써, 뿔대부(113)의 외주면(113o)은 자속의 방향에 실질적으로 평행하게 배치된다. 갭재(31g)는 압분 성형체(10)[코어편(31m)]의 판형상부(111, 112)에 접하여 배치된다.

(그 밖의 구성 부재)

그 밖에, 코일(2)과 자심(3) 사이의 절연성을 높이기 위해서, 절연성 수지로 구성되는 인슐레이터를 구비하거나, 코일(2)과 자심(3)의 조합체의 외주를 절연성 수지로 덮은 일체화물로 하거나, 조합체를 금속 재료 등으로 이루어지는 케이스에 수납하거나, 케이스에 수납한 조합체를 밀봉 수지에 의해 덮거나 할 수 있다.

(효과)

리액터(1)는, 자심(3)에 있어서, 특히 코일(2) 내에 수납되는 부위[내측 코어부(31)]의 소재에 압분 성형체(10)를 이용하고 있음으로써, 이 소재가 생산성이 우수하므로, 리액터(1) 자체의 생산성도 우수하다. 또한, 후술하는 시험예에 나타내는 바와 같이 리액터(1)는, 자심(3)에 있어서, 특히 코일(2) 내에 수납되는 부위[내측 코어부(31)], 즉 와전류손이 생기기 쉬운 부위의 소재에 저손실의 압분 성형체(10)를 이용하고 있으므로, 저손실이다.

〔변형예〕

실시형태 2에서는, 한쌍의 코일 소자를 구비하는 리액터를 설명했다. 그 밖에, 하나의 통 형상의 코일을 구비하고, 자심으로서, 통 형상의 코일이 배치되는 기둥 형상의 내측 코어부와, 통 형상 코일의 외주에 배치되는 외주 코어부와, 통 형상 코일의 단부면에 대향하여 배치되어, 내측 코어부와 외주 코어부를 연결하는 단부면 코어부를 구비하는 형태를 들 수 있다. 이 형태에서는, 외주 코어부 및 단부면 코어부가 노출 코어부로 된다. 대표적으로는, ER형 코어, E형 코어, I형 코어를 조합하여 구성되는 E-I 형태, E-E 형태, 포트 형태 등으로 불리는 형태를 들 수 있다.

이 변형예는, 실시형태 2의 리액터(1)와 같이, 자심을 복수의 코어편을 조합한 구성으로 하고, 적어도 내측 코어부를 구성하는 코어편에 실시형태 1의 압분 성형체(10)를 이용한 형태를 들 수 있다. 이 형태는, 내측 코어부의 소재에 실시형태 1의 압분 성형체(10)를 이용함으로써, 저손실의 자심을 구비하는 리액터를 생산성 좋게 제조할 수 있다.

혹은, 자심으로서, 일체 성형된 ER형 코어나 E형 코어를 구비하는 형태, 일체 성형된 T형 코어와 ㄷ형 코어를 구비하는 형태로 할 수 있다. 예컨대, ER형 코어는, 도 6의 (A) 부분에 도시하는 바와 같이, 3개의 다리부 중, 통 형상의 코일 내에 배치되는 중앙의 다리부가 실시형태 1의 압분 성형체(10)와 마찬가지로, 코일의 축 방향의 단면을 취했을 때, 이 단면이 사다리꼴형상면으로 되는 뿔대부(113)를 구비하는 압분 성형체(11)를 이용할 수 있다. 압분 성형체(11)는, 뿔대부(113)와, 뿔대부(113)의 긴변측에 연결되는 ㄷ형상부와, 뿔대부(113)의 짧은변측에 연결되고, 상기 단면이 직사각형상면으로 되는 판형상부(112)를 구비한다. ㄷ형상편의 일부는, 상기 단면이 직사각형상으로 되는 부분을 지니며, 이 부분을 판형상부(111)라고 간주할 수 있다[단, 판형상부(111)는, 상기 단면에서의 3개의 다리부를 사다리꼴형상면의 긴변의 연장선으로 절단하여 양측의 2개를 제외했을 때, 판형상부(111)를 구성하는 긴변측 직사각형상면의 면적(S1)+판형상부(112)를 구성하는 짧은변측 직사각형상면의 면적(S2)<뿔대부(113)를 구성하는 사다리꼴형상면의 면적(S3)을 만족하는 것으로 한다]. 이 압분 성형체(11)는, 판형상부(111)의 단면(긴변측 직사각형상면)에 구비하는 대향하는 두 변은, 뿔대부(113)의 단면(사다리꼴형상면)의 긴변보다도 길고, 판형상부(112)의 단면(짧은변측 직사각형상면)에 구비하는 대향하는 두 변은, 뿔대부(113)의 단면(사다리꼴형상면)의 짧은변과 같은 입체이다. 이 압분 성형체(11)도, 뿔대부(113)(사다리꼴형상면)와 판형상부(111)(긴변측 직사각형상면)와의 경계면의 면적에 대한 뿔대부(113)(사다리꼴형상면)와 판형상부(112)(짧은변측 직사각형상면)와의 경계면의 면적의 비가 80%∼99.8%를 만족하는 것이 바람직하다.

압분 성형체(11)는, 예컨대 도 7에 도시하는 성형용 금형(120)을 이용하여 성형할 수 있다. 성형용 금형(120)은, 평탄한 표면으로 이루어지는 관통 구멍(103h)를 갖는 다이(103)와, 조합되어 기둥 형상으로 되는 하부 펀치(102A∼102C)와, 기둥 형상의 상부 펀치(101)를 구비한다. 통 형상의 하부 펀치(102B)의 관통 구멍에서 상부 펀치(101) 측의 영역에는, 전술한 성형용 금형(100)의 다이(103)의 테이퍼부(1013)와 같은 식의 테이퍼부(1213)와, 테이퍼부(1213)에 연결되는 직선부(1212)를 구비한다. 하부 펀치(102B)의 테이퍼부(1213)의 둘레 가장자리가 상기 하부 펀치(102B)의 관통 구멍의 개구부을 만든다. 이 통 형상의 하부 펀치(102B)의 관통 구멍에, 기둥 형상의 하부 펀치(102C)의 단부면[압박면(102p)]을 삽입하여, 압박면(102p)이 직선부(1212)의 상단 근방에 위치하도록 하부 펀치(102C)를 배치한다. 이렇게 함으로써, 하부 펀치(102B, 102C)에 의해, 도 7에 도시하는 바와 같이 단면이 사다리꼴형상면으로 되는 영역과, 이 사다리꼴형상면의 짧은변 측에 인접하여, 단면이 직사각형상면으로 되는 영역을 형성할 수 있다. 하부 펀치(102A∼102C)를 다이(103)의 관통 구멍(103h)에 삽입 배치함으로써, 단면이 E자형인 성형 공간을 형성할 수 있다. 하부 펀치(102A)의 단부면, 하부 펀치(102C)의 압박면(102p) 및 하부 펀치(102B)의 단부면 및 둘레면에 의해 만들어지는 성형 공간에 충전한 원료 분말(도시 생략)을 압박면(101p, 102p)으로 압축 성형함으로써, 압분 성형체(11)를 얻을 수 있다. 압분 성형체(11)의 판형상부(112)의 표면과, ㄷ형상부에 있어서 판형상부(112)의 표면에 평행한 표면은 가압 성형면(111f, 112f)이며, 성형시의 가압 방향에 직교하는 면이다. 뿔대부(113)에 코일을 배치한 경우, 압분 성형체(11)에 있어서 코일의 축 방향이 성형시의 가압 방향이다. 압분 성형체(11)의 ㄷ형상부에 있어서 판형상부(112)의 표면에 평행한 표면[가압 성형면(111f)]은, 성형용 금형(120)으로부터 빼내기 방향의 선단 측에 배치된 면으로 된다.

T형 코어는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 실시형태 1의 압분 성형체(10)와 마찬가지로, 단면(예컨대, 코일의 축 방향의 단면)이 사다리꼴형상면으로 되는 뿔대부(113)를 구비하는 압분 성형체(12)를 이용할 수 있다. 압분 성형체(12)는, 뿔대부(113)와, 뿔대부(113)의 긴변측에 연결되어, 상기 단면이 직사각형상면으로 되는 판형상부(111)와, 뿔대부(113)의 짧은변측에 연결되어, 상기 단면이 직사각형상면으로 되는 판형상부(112)를 구비한다. 단, 판형상부(111)는 뿔대부(113)의 둘레 가장자리로부터 돌출되어 있다. 따라서, 압분 성형체(12)는, 상기 단면을 취했을 때, 판형상부(111)를 구성하는 긴변측 직사각형상면이, 사다리꼴형상면의 긴변의 연장선에 연결된다. 즉, 압분 성형체(12)도, 판형상부(111)의 단면(긴변측 직사각형상면)에 구비되는 대향하는 두 변은, 뿔대부(113)의 단면(사다리꼴형상면)의 긴변보다도 길고, 판형상부(112)의 단면(짧은변측 직사각형상면)에 구비되는 대향하는 두 변은, 뿔대부(113)의 단면(사다리꼴형상면)의 짧은변과 같은 입체이다. 이 판형상부(111)는, 판형상부(111)를 구성하는 긴변측 직사각형상면의 면적(S1)+판형상부(112)를 구성하는 짧은변측 직사각형상면의 면적(S2)<뿔대부(113)를 구성하는 사다리꼴형상면의 면적(S3)을 만족한다. 이 압분 성형체(12)도, 뿔대부(113)(사다리꼴형상면)와 판형상부(111)(긴변측 직사각형상면)와의 경계면의 면적에 대한 뿔대부(113)(사다리꼴형상면)와 판형상부(112)(짧은변측 직사각형상면)와의 경계면의 면적의 비는 80%∼99.8%가 바람직하다. 이와 같은 T형 코어는, 예컨대 모터 코어에도 이용할 수 있다.

압분 성형체(12)는, 예컨대 도 9a에 도시하는 성형용 금형(130)을 이용하여 성형할 수 있다. 성형용 금형(130)은, 실시형태 1의 성형용 금형(100)과 거의 마찬가지이며, 상부 펀치(101)와, 하부 펀치(102)와, 관통 구멍(103h)를 갖는 다이(103)를 구비하고, 다이(103)는 테이퍼부(1013)와 직선부(1011, 1012)를 구비한다. 단, 다이(103)의 개구 측은 단차 형상으로 되어 있고, 테이퍼부(1013)의 상부 펀치(101) 측의 둘레 가장자리로부터, 관통 구멍(103h)의 축에 직교 방향으로 돌출되도록 직선부(1011)가 형성되어 있다. 이러한 단차 홈을 갖는 다이(103)를 이용함으로써, 전술한 바와 같이 뿔대부(113)로부터 돌출된 판형상부(111)를 갖는 압분 성형체(12)를 성형할 수 있다. 긴변측 직사각형상면의 면적(S1)이 원하는 양이 되도록, 직선부(1011)(단차 홈)의 높이(깊이) 및 상부 펀치(101)에서의 다이(103)에 대한 삽입량을 선택하면 좋다.

혹은, 압분 성형체(12)는, 예컨대 도 9b에 도시하는 성형용 금형(140)을 이용하여 성형할 수 있다. 성형용 금형(140)은, 평탄한 표면으로 이루어지는 관통 구멍(103h)을 갖는 다이(103)와, 동심형으로 배치된 통 형상의 하부 펀치(102α) 및 기둥 형상의 하부 펀치(102β)와, 기둥 형상의 상부 펀치(101)를 구비한다. 통 형상의 하부 펀치(102α)의 관통 구멍에 있어서 상부 펀치(101) 측의 영역에는, 전술한 성형용 금형(100)의 다이(103)의 테이퍼부(1013)와 같은 식의 테이퍼부(1413)와, 테이퍼부(1413)에 연결되는 직선부(1412)를 구비한다. 하부 펀치(102α)의 테이퍼부(1413)의 둘레 가장자리가 상기 하부 펀치(102α)의 관통 구멍의 개구부를 만든다. 이 통 형상의 하부 펀치(102α)의 관통 구멍에, 기둥 형상의 하부 펀치(102β)의 단부면[압박면(102p)]을 삽입하고, 압박면(102p)이 직선부(1412)의 도중에 위치하도록 하부 펀치(102α, 102β)를 배치한다. 이렇게 함으로써, 하부 펀치(102α, 102β)에 의해, 도 9b에 도시하는 바와 같이 단면이 사다리꼴형상면으로 되는 영역과, 이 사다리꼴형상면의 짧은변 측에 인접하여, 단면이 직사각형상면으로 되는 영역을 형성할 수 있다. 또한, 다이(103)의 관통 구멍(103h)에 하부 펀치(102α, 103β)를 삽입 배치함으로써, 하부 펀치(102α)의 단부면[상부 펀치(101)와의 대향면]과 다이(103)의 관통 구멍(103h)으로 직선부(1411)가 형성되어, 단면이 T자형인 성형 공간을 형성할 수 있다.

[참고예]

특정의 뿔대체 부분을 지니고, 또한 가압 성형면을 구비하는 입체를 이 뿔대체에 인접하여 구비하는 압분 성형체는, 판형상부(111)를 구성하는 긴변측 직사각형상면의 면적(S1)+판형상부(112)를 구성하는 짧은변측 직사각형상면의 면적(S2)≥뿔대부(113)를 구성하는 사다리꼴형상면의 면적(S3)이 되는 경우라도, 전술한 실시형태 1의 압분 성형체(10) 등과 마찬가지로 저손실이며 생산성이 우수하다. 이 압분 성형체는, 절연 피막을 구비하는 피복 연자성 입자를 압축 성형하여 이루어지며,

통 형상의 코일 내에 배치되는 내측 부분과,

상기 내측 부분에 인접되며, 상기 압축 성형체의 외표면을 구성하는 제1면을 갖는 제1 부분과,

상기 내측 부분에 인접되며, 상기 압축 성형체의 외표면을 구성하고, 상기 제1면에 대향 배치되는 제2면을 갖는 제2 부분을 구비하고,

상기 내측 부분에 대해서 상기 코일의 축 방향의 단면을 취했을 때, 상기 내측 부분과 상기 제1 부분과의 경계선이 상기 내측 부분과 상기 제2 부분과의 경계선보다도 길고,

상기 내측 부분과 상기 제1 부분의 경계면의 면적에 대한 상기 제2 부분의 경계면의 면적의 비가 80% 이상 99.8% 이하이며,

상기 코일의 축 방향을 성형시의 가압 방향으로 하여 성형되고,

상기 제1면이 성형용 금형으로부터 빼내기 방향의 선단 측에 배치된 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 코일의 축 방향이 성형시의 가압 방향이기 때문에, 상기 제1면 및 상기 제2면은 모두 가압 성형면으로 된다. 상기 형태는, 대표적으로는 상기 내측 부분이 뿔대체이며, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분이 전술한 판형상부와 마찬가지로, 직방체나 원주 등의 기둥형상체인 입체이다. 보다 구체적인 형태로서는, 전술한 E형 코어나 ER형 코어, T형 코어 등이며, 긴변측 직사각형상면이 사다리꼴형상면보다도 큰 형태를 들 수 있다.

〔시험예〕

압분 성형체를 제작하고, 얻어진 압분 성형체를 이용하여 리액터를 제작하여, 이 리액터의 와전류손을 조사했다. 또한, 후처리의 처리 시간, 성형용 금형의 마모량을 조사했다.

이 시험에서는, 시료 No.1로서, 도 2a, 도 2b에 도시하는 성형용 금형(100)[다이(103)의 관통 구멍(103h)이 테이퍼부(1013)를 갖는 것]을 이용하여, 대향 배치되는 판형상부를 구비하고, 뿔대부를 주체로 하는 변형 사각뿔대형의 압분 성형체를 복수 제작했다. 시료 No.100으로서, 별도의 성형용 금형을 이용하여, 직방체형의 압분 성형체를 복수 제작했다. 시료 No.100에 이용한 성형용 금형은, 다이의 관통 구멍이 직방체형인 것, 즉, 한쪽의 개구부에서부터 다른쪽의 개구부에 걸쳐 한결같은 면적을 갖는 것을 이용했다. 어느 시료나 성형 압력은 7 ton/㎠(≒690 MPa)으로 하고, 냉간으로 성형했다.

어느 시료나, 원료 분말에는, 수(水)아토마이즈법에 의해 제조된 순철분(평균 입경: 50 ㎛)에, 화성 처리에 의해 인산금속염 화합물로 이루어지는 절연 피막(두께: 20 nm 이하 정도)을 형성한 피복 연자성 입자로 이루어지는 피복 분말을 준비했다. 이 시험에서는, 어느 시료나 상기 피복 분말에 스테아린산아연의 분말을 혼합한 혼합 분말(스테아린산아연의 혼합량: 혼합 분말 전체에 대하여 0.6 질량%)을 이용했다.

다이로부터 빼낸 시료 No.1, No.100의 압축 성형물에 열처리(400℃×30분, 질소 분위기)를 실시하여, 열처리물을 얻었다. 얻어진 시료 No.1, No.100의 열처리물(압분 성형체의 한 형태)의 치수를 측정했다.

시료 No.1의 압분 성형체는, 한쪽의 판형상부의 가압 성형면의 면적: 40 mm×20 mm, 다른쪽의 판형상부의 가압 성형면의 면적: 39.9 mm×19.9 mm, 각 판형상부의 두께: 1 mm, 뿔대부의 두께: 10 mm, 테이퍼각: 약 0.29°, 면적의 비: (39.9 mm×19.9 mm/40 mm×20 mm)는 약 99.3%이다. 여기서는, 가압 성형면의 면적은 판형상부와 뿔대부와의 경계면의 면적과 같다. 가압 성형면에 직교 방향으로 절단한 단면(종단면)에 있어서, 뿔대부를 구성하는 사다리꼴형상면의 면적: 399.5 ㎟은 상기 사다리꼴형상면에 연결되고, 각 판형상부를 구성하는 긴변측 직사각형상면 및 짧은변측 직사각형상면의 합계 면적: 40+39.9=79.9 ㎟보다도 충분히 크며, 단면에 있어서 이 사다리꼴형상면이 차지하는 면적 비율은 약 83%이다. 또한, 다른 종단면에 있어서, 사다리꼴형상면의 면적 199.5 ㎟은 상기 사다리꼴형상면에 연결되고, 각 판형상부를 구성하는 긴변측 사다리꼴형상면 및 짧은변측 직사각형상면의 합계 면적: 20+19.9=39.9 ㎟보다도 충분히 크며, 단면에 있어서 이 사다리꼴형상면이 차지하는 면적 비율은 약 83%이다.

시료 No.100의 압분 성형체는, 시료 No.1의 한쪽의 판형상부의 가압 성형면과 같은 크기: 40 mm×20 mm의 한쌍의 가압 성형면을 지니고, 시료 No.1의 압분 성형체의 합계 두께와 같은 두께: 12 mm를 갖는 직방체이다.

얻어진 각 열처리물에 후처리를 실시했다. 이 후처리는, 각 열처리물에 있어서, 다이의 내주면에 의해 성형된 면(시료 No.1은 판형상부 및 뿔대부의 외주면, 시료 No.100은 한쌍의 가압 성형면에 연결되는 외주부)을 염산(농도: 35 질량%)에 의해서 에칭함으로써 실시했다.

시료 No.1, No.100에 대해서, 후처리를 실시한 후처리물을 복수 준비하여, 환형으로 조합하여 시험용 자심을 제작하고, 각 시험용 자심에 각각 권선하여 구성한 코일(어느 시료나 같은 사양의 것)을 배치하여 측정 부재(리액터에 상당)를 제작했다. 여기서는, 실시형태 2에서 설명한 한쌍의 코일 소자를 구비하는 리액터를 제작했다. 구체적으로는, 각 시료에 대해서, 복수의 후처리물을 이용하여 내측 코어부를 제작하고, 후처리를 실시한 면(시료 No.1: 판형상부 및 뿔대부의 외주면, 시료 No.100: 한쌍의 가압 성형면에 연결되는 외주면)이 코일 소자의 내주면에 대향하도록(도 1c 참조), 제작한 내측 코어부를 각 코일 소자에 삽입 배치했다. 시료 No.1, No.100의 어느 것이나 노출 코어부 및 갭재를 같은 사양의 것을 이용했다. 이 리액터에 대해서, AC-BH 커브 트레이서를 이용하여, 여기 자속 밀도 Bm: 1 kG(=0.1 T), 측정 주파수: 5 kH에 있어서의 와전류손 We(W)을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 평가는, 시료 No.1, No.100에 대해서, 전술한 후처리의 처리 시간(에칭 시간)을 같은 시간으로 하여 후처리물을 제작하고, 이 후처리물을 이용하여 제작한 리액터를 이용하여 실시했다.

또한, 와전류손이 소정의 값을 만족하기 위해서 필요한 후처리의 처리 시간을 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 평가는 다양한 처리 시간으로 후처리를 한 후처리물을 이용하여 전술한 바와 같이 리액터를 제작하여 와전류손을 측정하고, 이 와전류손이 정해진 값을 만족하는 후처리물이 얻어졌을 때의 처리 시간을 구함으로써 평가했다.

또한, 전술한 압축 성형물을 연속 성형한 후의 성형용 금형의 마모량을 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 여기서는, 마모량은 다이의 내주면에 있어서의 이하의 부위를 측정 영역으로 하고, 이 측정 영역의 윤곽 형상(프로필)을 3차원 형상 측정기로 측정하여 구했다. 측정 영역은, 원료 분말을 완전히 압축한 상태에서, 성형된 압축 성형물의 외주면 중, 두께 방향의 중심부에 접촉하는 부위로 한다. 그리고, 성형 전의 측정 영역의 윤곽 형상과, 2만개의 압축 성형물을 성형 후의 측정 영역의 윤곽 형상과의 차를 조사하여, 이 차의 최대량을 마모량(금형 마모량)으로 한다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 특정 형상의 압분 성형체를 이용한 시료 No.1은, 시료 No.100과 비교하여, 후처리의 시간이 짧더라도, 와전류손이 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 시료 No.1의 리액터는, 고주파수로 이용되는 경우에도 손실이 작아, 고주파수 특성이 우수하다고 말할 수 있다. 그 이유는, 시료 No.1의 압축 성형물은, 다이의 내주면과의 마찰이 저감되어, 피복 연자성 입자의 절연 피막의 손상이나 브릿지부의 생성이 억제되고, 연자성 입자끼리의 절연을 충분히 확보할 수 있었기 때문이라고 고려된다. 또한, 이 특정 형상의 압분 성형체를 이용함으로써, 후처리 시간을 일정하게 하면, 와전류손이 보다 작은 리액터를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그 이유는, 시료 No.1의 압축 성형물은, 그 내부에까지 브릿지부가 생성되어 있지 않아, 표면 부분에 생성된 브릿지부가 충분히 제거됨으로써, 혹은 전술한 바와 같이 절연 피막의 손상이 억제됨으로써, 연자성 입자끼리의 절연을 충분히 확보할 수 있었기 때문이라고 고려된다. 또한, 이 특정 형상의 압분 성형체로 함으로써, 성형용 금형의 마모도 저감할 수 있어, 금형 수명을 연장할 수 있음을 알 수 있다. 그 이유는 전술한 바와 같이 마찰이 저감되었기 때문이다고 고려된다.

이상으로부터, 단면이 사다리꼴 형상으로 되는 입체(뿔대체)를 주체로 하는 부분을 갖는 본 발명의 압분 성형체나 본 발명의 압분 성형체를 구비하는 본 발명의 리액터용 코어는, 생산성이 우수하여, 리액터의 자심 소재에 이용한 경우, 저손실이라고 말할 수 있다. 또한, 본 발명의 압분 성형체를 구비하는 본 발명의 자기 회로 부품은, 자심의 소재가 생산성이 우수한 데다 저손실이므로, 저손실이며 생산성이 우수하다고 말할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경할 수 있다. 예컨대, 연자성 입자의 재질·입경, 절연 피막의 재질·두께, 사다리꼴형상면이나 각 직사각형상면의 크기(면적 비율, 투영 면적), 평면 형상 등을 적절하게 변경할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 압분 성형체는, 각종 자기 회로 부품(리액터, 트랜스, 모터, 쵸크 코일 등)의 자심의 소재, 특히, 고주파 특성이 우수한 자심의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 자기 회로 부품은, 각종 리액터(차량 탑재 부품, 발전·변전 설비의 부품 등)에 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 본 발명의 자기 회로 부품은, 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 연료 전지 자동차 등의 차량에 탑재되는 차량 탑재용 컨버터와 같은 차량 탑재용 전력 변환 장치에 구비하는 리액터에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 리액터용 코어는, 상기 리액터와 같은 본 발명의 자기 회로 부품의 자심 소재에 적합하게 이용할 수 있다.

1 : 리액터 2 : 코일
2w : 권선 2a, 2b : 코일 소자
2r : 연결부 3 : 자심
31 : 내측 코어부 31m : 코어편
31g : 갭재 32 : 노출 코어부
10, 11, 12 : 압분 성형체 111, 112 : 판형상부
111f, 112f : 가압 성형면 111s : 긴변측 직사각형상면
112s : 짧은변측 직사각형상면 111o, 112o, 113o : 외주면
113 : 뿔대부 113s : 사다리꼴형상면
1111, 1112 : 직사각형상의 면 1113 : 사다리꼴형상의 면
100, 110, 120, 130, 140 : 성형용 금형
101 : 상부 펀치
101p, 102p : 압박면
102, 102A, 102B, 102C, 102α, 102β : 하부 펀치
103 : 다이
103h : 관통 구멍
103i : 내주면
1011, 1012, 1212, 1411, 1412 : 직선부
1013, 1213, 1413 : 테이퍼부
104 : 코어 로드
P : 원료 분말

Claims (8)

1. 절연 피막을 구비하는 피복 연자성 입자를 압축 성형하여 이루어지는 압분 성형체로서,
   이 압분 성형체의 적어도 일부의 단면으로서는,
   대향 배치된 긴변과 짧은변을 구비하는 사다리꼴형상면과,
   상기 사다리꼴형상면의 긴변에 연결되는 긴변측 직사각형상면, 그리고
   상기 사다리꼴형상면의 짧은변에 연결되는 짧은변측 직사각형상면으로 구성되는 면을 구비하고,
   상기 사다리꼴형상면의 면적은, 상기 긴변측 직사각형상면 및 상기 짧은변측 직사각형상면의 합계 면적보다도 큰 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
2. 제1항에 있어서, 상기 사다리꼴형상면과 상기 긴변측 직사각형상면의 경계면을 제1면, 상기 사다리꼴형상면과 상기 짧은변측 직사각형상면의 경계면을 제2면으로 할 때, 제1면 및 제2면 중 적어도 한쪽의 면에 수직인 방향이 가압 방향이 되도록 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1면에 평행한 면 및 상기 제2면에 평행한 면은, 모두 가압 성형면인 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사다리꼴형상면과 상기 긴변측 직사각형상면의 경계면을 제1면, 상기 사다리꼴형상면과 상기 짧은변측 직사각형상면의 경계면을 제2면으로 할 때, 제1면의 면적에 대한 제2면의 면적의 비가 80% 이상 99.8% 이하인 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사다리꼴형상면을 갖는 부분은, 통 형상의 코일이 배치되는 부위에 이용되고,
   상기 사다리꼴형상면의 사변(斜邊)을 구성하는 면이 상기 코일의 내주면에 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 압분 성형체.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재한 압분 성형체를 구비하는 것을 특징으로 하는 리액터용 코어.
7. 자심(磁心)과, 자심의 일부에 배치되는 통 형상의 코일을 구비하는 자기 회로 부품으로서,
   상기 자심은, 상기 코일 내에 배치되는 내측 코어부와, 상기 코일로부터 노출되어, 상기 내측 코어부와 함께 폐자로(閉磁路)를 형성하는 노출 코어부를 구비하고,
   상기 내측 코어부는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 압분 성형체를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 회로 부품.
8. 제7항에 있어서, 상기 자기 회로 부품은, 리액터인 것을 특징으로 하는 자기 회로 부품.

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