강판의 1:2 인터록 기술조사
전동기 적층코어용 장심도 엠보–관통홀 결합구조의 선행기술 및 적용 타당성 검토
1. 조사 결론
사용자가 제안한 “일반 1:1 엠보보다 약 2배 긴 돌기를 만들고, 바로 아래 강판의 홀을 지나 두 장 아래 강판과 결합하는 방식”과 구조적으로 매우 가까운 선행특허를 확인하였다. 핵심 자료는 미쓰이하이테크(Mitsui High-Tec)의 JP4018885B2 / WO2002097948A1 / US8048509B2이다. 이 특허는 돌출길이가 강판 두께의 최소 2배인 카시메 돌기와, 두 장 이상의 코어 피스에 형성된 연결 관통홀을 명시한다.
구조적 선행기술확인
장심도 돌기와 2매 연결홀
장심도 돌기와 2매 연결홀
기술적 실현 가능성높음
프레스 금형 내 성형·적층 제안
프레스 금형 내 성형·적층 제안
일반 1:1 대비 보편성낮음
박판 결합강도 보완용 특수구조
박판 결합강도 보완용 특수구조
중요: “1:2 인터록”은 이번 검토에서 이해를 위해 사용한 명칭이며, 확인된 특허의 공식 공정명은 아니다. 특허에서는 caulking projection, connecting through hole, laminated core라는 용어를 사용한다.
2. 검토 대상 구조
사용자 제안의 정의
- A판: 일반 1:1 인터록보다 약 2배 긴 엠보 또는 카시메 돌기 형성
- B판: 돌기가 지나갈 수 있는 관통홀 또는 여유홀 형성
- C판: 돌기 선단이 압입·걸림되는 결합홀 또는 수용부 형성
- 엠보판과 홀판의 배열을 반복하여 적층체를 구성
기능적으로는 인접한 한 장만 물리는 1:1 결합 대신, 한 장 아래를 넘어 2매 피치로 결합길이와 유지력을 확보하려는 발상이다.
A판 · 장심도 엠보
B판 · 통과/안내 홀
C판 · 압입/결합 홀
개념 표시: 파란 돌기가 중간판의 큰 홀을 거쳐 아래판의 작은 홀에 압입되는 단계형 구조
3. 일반 1:1 인터록과 비교
| 항목 | 일반 1:1 인터록 | 검토 대상 1:2 인터록 |
|---|---|---|
| 결합 피치 | 인접한 강판끼리 매장 결합 | 장심도 돌기가 2매 높이의 연결부에 결합 |
| 돌출 깊이 | 대체로 강판 1매 두께 수준 | 강판 두께의 약 2배 이상 |
| 중간판 | 자체 오목부와 다음 판 돌기를 동시에 수용 | 큰 통과·안내 홀 필요 |
| 주요 목적 | 저비용 고속 적층 및 위치 유지 | 초박판에서 짧은 엠보의 결합강도 부족 보완 |
| 금형 난이도 | 상대적으로 보편화 | 엠보·대홀·소홀의 순차 제어 및 위치 전환 필요 |
| 예상 위험 | 국부 단락, 철손 증가, 엠보 균열 | 위 위험에 더해 장심도 성형의 좌굴·파단·홀 정렬 불량 |
4. 핵심 선행특허: 미쓰이하이테크
| 발명의 명칭 | Laminated core and method of producing laminated core / 積層鉄心 |
|---|---|
| 출원인 | Mitsui High-Tec, Inc. (株式会社三井ハイテック) |
| 발명자 | Katsufusa Fujita |
| 우선일 | 2001-05-25 |
| 특허 패밀리 | JP4018885B2 · WO2002097948A1 · EP1391975B1 · US8048509B2 |
| 적용대상 | 자성 박판으로 이루어진 전동기 회전자 또는 고정자 적층코어 |
특허의 핵심 구성
- 카시메 돌기의 돌출길이는 코어 피스 두께의 최소 2배이다.
- 돌기 아래에는 최소 2장의 코어 피스와 그 안의 연결 관통홀이 배치된다.
- FIG. 1에서 코어 피스 13의 돌기 16은 코어 피스 12의 큰 홀 18과 코어 피스 11의 작은 홀 17로 구성되는 연결 관통홀 19에 끼워진다.
- 큰 상부 홀은 돌기의 삽입·안내 및 좌굴 억제에 기여하고, 작은 하부 홀은 압입 및 걸림 기능을 담당한다.
- 돌기 선단을 관통홀 바닥보다 1~10% 정도 더 돌출시킨 뒤 압착·확폭하여 이탈저항을 높이는 실시예도 제시한다.
- 얇은 강판, 특히 0.2 mm 미만에서 일반 카시메의 짧은 결합길이 때문에 발생하는 박리와 형상불량을 줄이는 것이 목적이다.
일치도 판단: “2배 길이 돌기 + 중간판 홀 + 두 장 아래 결합”이라는 핵심 사상은 일치한다. 다만 특허의 중간판 홀은 단순한 자유 통과홀만이 아니라, 아래판의 작은 홀과 함께 하나의 2단 연결 관통홀을 형성하고 돌기를 안내하는 기능도 갖는다.
대표 특허도면
5. 함께 검토한 유사자료와 제외 이유
| 자료 | 관련 내용 | 본 구조와의 차이 |
|---|---|---|
| US6877214B2 | 선택 펀치를 사용하여 every-other-lamination 방식으로 spacing dimple 위치를 교번 | 엠보는 주 결합용이 아니라 적층판 간격유지용이다. |
| US5894182A / EP0898354A1 | 돌기와 수용부가 분리된 paired interlock, 회전·스큐 적층 | 기본적으로 인접판 결합이며 중간판 관통형 2매 피치가 아니다. |
| US6847285B2 | 탭이 중간판의 홀을 지나 여러 적층판을 스테이플처럼 고정 | 엠보 압입이 아니라 탭을 관통·굽힘하는 스테이플 구조이다. |
| 일반 cylindrical spot 연구 | 원형 엠보 깊이와 펀치·다이 클리어런스가 적층품질에 미치는 영향 | 통상 1:1 원형점 압입이며 2매 연결홀 구조가 아니다. |
6. 기술 타당성 검토
6.1 기대효과
- 박판 결합력 확보: 판 두께가 얇아질수록 부족해지는 1:1 엠보의 유효 결합길이를 증가시킬 수 있다.
- 박리 억제: 두 장 높이의 압입영역과 선단 확폭을 이용하면 축방향 이탈저항을 높일 수 있다.
- 금형 내 자동적층 가능: 특허는 프레스 장치에서 홀 타발, 돌기 성형, 적층·압입하는 공정을 제시한다.
- 초박판 대응 가능성: 0.2 mm 이하 전기강판을 직접적인 문제 배경으로 삼고 있다.
6.2 주요 기술위험
| 위험항목 | 발생 메커니즘 | 권장 확인사항 |
|---|---|---|
| 장심도 돌기 균열·파단 | 높은 성형률과 절단면 인장으로 루트 또는 선단 균열 | 재질별 한계성형, 펀치 R, 단계성형 여부 |
| 돌기 좌굴·접힘 | 대홀과 소홀의 축 불일치 또는 삽입 초기에 편심하중 | 중간 홀의 안내길이, 홀 공차, 다이 내 위치정밀도 |
| 적층 높이 편차 | 돌기 선단 과돌출 및 압착량 변동 | 돌출량, 압입하중, 배압, 적층 높이 SPC |
| 철손 증가 | 타발·성형 잔류응력과 층간 전기적 단락 경로 확대 | 엠보 수·위치·면적별 철손 비교 및 단락저항 측정 |
| 금형 복잡도 증가 | 홀과 엠보 형상을 교대로 생산하고 위치를 분산해야 함 | 선택 캠/펀치, 피치 로직, 오타발 검출 |
6.3 권장 검증시험
- 단품 성형시험: 목표 판두께별 엠보 높이, 루트 두께, 균열 및 스프링백 측정
- 압입시험: 중간 대홀/하부 소홀 조합별 삽입하중과 인발하중 DOE
- 적층체 강도: 축방향 인장·박리, 비틀림, 취급 낙하 및 권선공정 모사
- 형상 정밀도: 적층높이, 수직도, 평탄도, 외경 진원도 및 홀 위치편차
- 전기·자기 특성: 층간저항, Epstein 또는 링시편 철손, 국부 발열 비교
- 양산성: 목표 SPM에서 엠보 파손률, 스크랩 배출, 금형 마모와 오타발 검출성 확인
7. 공정명 및 발표자료 권장 표현
확인된 특허와 업계 용어를 고려하면 아래 표현이 가장 오해가 적다.
| 용도 | 권장 표현 |
|---|---|
| 한글 제목 | 2매 연결 관통홀형 장심도 카시메 인터록 |
| 간단 표기 | 1:2 장심도 인터록 (본 자료 내 정의임을 각주 표시) |
| 영문 | Two-layer through-hole deep caulking interlock |
| 특허 검색어 | caulking projection · connecting through hole · projection length at least twice the sheet thickness |
| 일문 검색어 | 積層鉄心 · かしめ突起 · 連結貫通孔 · 板厚の二倍 |
발표용 핵심 문장: “박판에서 기존 1:1 엠보의 짧은 결합길이를 보완하기 위해, 두께 2배 수준의 카시메 돌기를 중간판의 안내홀을 통해 2매 연결 관통홀에 압입하는 방식이며, 미쓰이하이테크의 관련 선행특허가 확인되었다.”
8. 종합판단
본 기술은 물리적으로 가능한 아이디어 수준을 넘어, 미쓰이하이테크가 전동기용 적층철심에 적용하도록 구체적인 구조·금형공정·도면을 공개한 선행기술이다. 따라서 기술 타당성은 충분히 인정할 수 있다. 그러나 일반적인 매장 1:1 엠보처럼 널리 표준화된 방식이라고 판단할 근거는 부족하며, 0.2 mm 이하 박판의 결합강도 문제를 해결하기 위한 특수 카시메 구조로 보는 것이 적절하다.
실제 적용 여부는 특허도면의 단순 모방보다 사용 재질과 판두께에 맞춘 대홀·소홀 치수, 엠보 높이, 선단 확폭량 및 압입하중의 재설계에 달려 있다. 특히 철손과 층간 단락을 포함한 자기특성 검증을 기계적 결합강도 시험과 함께 수행해야 한다.
9. 참고자료 및 원문 링크
- US8048509B2 – Laminated core and method of producing laminated core, Mitsui High-Tec, Inc.
- JP4018885B2 – 積層鉄心, 株式会社三井ハイテック.
- WO2002097948A1 – Laminated core and method of producing laminated core.
- US6877214B2 – Method of manufacturing a stack of laminations.
- US5894182A – Motor with rotor and stator core paired interlocks.
- US6847285B2 – Interlock tabs for laminations.
- Joining of the Laminated Electrical Steels in Motor Manufacturing: A Review.
※ 본 문서는 공개 특허와 기술자료를 기반으로 한 기술 타당성 검토이며, 법률상 특허 침해·무효·실시자유(FTO) 의견서가 아니다. 특허의 법적 상태는 국가별 공식 특허청 자료로 최종 확인해야 한다.