KR100851450B1 - 바이어스용 자석을 구비한 자기 코어 및 이를 이용한인덕턴스 부품 - Google Patents

바이어스용 자석을 구비한 자기 코어 및 이를 이용한인덕턴스 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 바이어스용 자석을 구비한 자기 코어 및 그를 이용한 인덕턴스 부품을 제공하기 위한 것으로, 상기 자기 코어는, 자로 중의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖고, 상기 갭에 영구 자석을 삽입하며, 20㎑에서의 교류 투자율이 직류 인가 자계 120 Oe의 조건에서 45이상이며, 또한 철 손실(core loss) 특성이 20㎑, 최대 자속 밀도 0.1T의 조건에서 100㎾/㎥ 이하이고, 또한 인덕턴스 부품은, 이러한 자기 코어에 권선을 1턴 이상 실시한 것이다.

Description

바이어스용 자석을 구비한 자기 코어 및 이를 이용한 인덕턴스 부품 {MAGNETIC CORE WITH MAGNET FOR BIAS AND INDUCTANCE PARTS USING THE SAME}
도 1a는 실시예 1 내지 3에 있어서의 EE형 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 개략적인 사시도.
도 1b는 도 1a에 있어서의 인덕턴스 부품의 정면도.
도 2는 실시예 1에 있어서, 보자력이 3 kOe인 페라이트 자석을 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 갭부에 삽입하여, 직류 중첩을 반복해서 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 3은 실시예 1에 있어서, 보자력이 5 kOe인 Sm-Fe-N 본드 자석을 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 갭부에 삽입하여, 직류 중첩을 반복해서 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 4는 실시예 1에 있어서, 보자력이 11 kOe인 Sm-Fe-N 본드 자석을 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 갭부에 삽입하여, 직류 중첩을 반복해서 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 실시예 1에 있어서, 보자력이 15 kOe인 Sm-Fe-N 본드 자석을 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 갭부에 삽입하여, 직류 중첩을 반복해서 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 실시예 2에 있어서의 토로이드(toroid) 모양의 센더스트(Sendust) 자기 코어의 사시도.
도 7은 실시예 2에 있어서, 자석을 삽입하지 않은 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어, Sm-Fe-N 본드 자석을 삽입한 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어, 센더스트 자기 코어에 대해 직류 중첩 특성을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시의 형태에 따른 초크 코일에 사용하는 토로이드형 코어를 도시하는 사시도.
도 9는 도 8의 토로이드형 코어에 권선한 초크 코일을 도시하는 사시도.
도 10은 실시예 8에 있어서의 Sm2Co17 자석과 폴리이미드 수지로 이루어진 박판 자석의 직류 중첩 특성의 측정 데이터.
도 11은 실시예 8에 있어서의 Sm2Co17 자석과 에폭시 수지로 이루어진 박판 자석의 직류 중첩 특성의 측정 데이터.
도 12는 실시예 8에 있어서의 Sm2Co17N 자석과 폴리이미드 수지로 이루어진 박판 자석의 직류 중첩 특성의 측정 데이터.
도 13은 실시예 8에 있어서의 Ba 페라이트 자석과 폴리이미드 수지로 이루어진 박판 자석의 직류 중첩 특성의 측정 데이터.
도 14는 실시예 8에 있어서의 Sm2Co17 자석과 폴리프로필렌 수지로 이루어진 박판 자석의 직류 중첩 특성의 측정 데이터.
도 15는 실시예 14에 있어서의 시료 2 및 4로 이루어진 박판 자석을 이용했을 경우와, 박판 자석을 이용하지 않은 경우에 대해, 리플로우 전후에서의 직류 중첩 특성의 측정 데이터를 나타내는 도면.
도 16은 실시예 20에 있어서의 Sm2Co17 자석-에폭시 수지 박판 자석의 착자(着磁) 자계와 직류 중첩 특성을 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예 21에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품을 도시하는 외관 사시도.
도 18은 도 17의 인덕턴스 부품의 분해 조립 사시도.
도 19는 도 17의 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 나타내는 도면.
도 20은 본 발명의 실시예 22에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품을 도시하는 외관 사시도.
도 21은 도 20의 인덕턴스 부품의 분해 조립 사시도.
도 22는 본 발명의 실시예 23에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품을 도시하는 외관 사시도.
도 23은 도 22의 인덕턴스 부품의 분해 조립 사시도.
도 24는 도 22의 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 나타내는 도면.
도 25a는 도 22의 인덕턴스 부품의 사용 영역을 설명하기 위한 도면.
도 25b는 종래의 인덕턴스 부품의 사용 영역을 설명하기 위한 도면.
도 26은 본 발명의 실시예 24에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품의 실시 형태를 도시하는 외관 사시도.
도 27은 도 26의 인덕턴스 부품의 분해 조립 사시도.
도 28은 본 발명의 실시예 24에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품을 도시하는 외관 사시도.
도 29는 도 28의 인덕턴스 부품의 분해 조립 사시도.
도 30은 도 28의 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 나타내는 도면.
도 31a는 종래의 인덕턴스 부품의 사용 영역을 설명하기 위한 도면.
도 31b는 도 28의 인덕턴스 부품의 사용 영역을 설명하기 위한 도면.
도 32는 본 발명의 실시예 26에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품의 실시 형태를 도시하는 외관 사시도.
도 33은 도 32의 인덕턴스 부품의 자로를 형성하는 코어와 박판 자석의 구성 사시도.
도 34는 도 32의 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 나타내는 도면.
도 35는 본 발명의 실시예 27에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품의 실시 형태를 도시하는 단면도.
도 36은 도 35의 인덕턴스 부품의 자로를 형성하는 코어와 박판 자석의 구성을 도시하는 사시도.
도 37은 도 35의 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
43 : 박판 자석
45 : 페라이트 자기 코어
47 : 권선부
55 : 토로이드 모양의 압분 자기 코어
57 : 본드 자석
59 : 코일
본 발명은, 초크 코일이나 트랜스포머 등의 인덕턴스 부품의 자기 코어(이하, 간단히 '코어'라고도 한다)에 사용하는 자기 바이어스용 영구 자석에 관한 것으로, 특히, 자기 코어, 따라서, 인덕턴스 부품의 두께를 축소시킬 수 있도록 하는 박형의 자기 코어에 관한 것이다.
종래로부터, 예를 들면 스위칭 전원 등에 이용되는 초크 코일 및 트랜스포머에서는, 통상적으로, 교류는 직류에 중첩되어 인가된다. 따라서, 이러한 초크 코일이나 트랜스포머에 사용하는 자기 코어는, 그 직류 중첩에 대해 자기 포화되지 않는 투자율 특성(이 특성을 「직류 중첩 특성」이라 부른다)이 양호할 것이 요구 되고 있다.
고주파용 자기 코어로서는, 페라이트 자기 코어나 압분(壓紛) 자기 코어(powder magnetic core)가 사용되고 있는데, 페라이트 자기 코어는, 초기 투자율이 높고 포화 자속 밀도가 작으며, 압분 자기 코어는 초기 투자율이 낮고 포화 자속 밀도가 높다는 재료의 물성으로부터 유래하는 특징이 있다. 따라서, 압분 자기 코어는 토로이드 모양(toroidal)으로 사용되는 경우가 많다. 한편, 페라이트 자기 코어의 경우에는, 예를 들면 E형 코어의 중앙 자기 레그(中足)에 자기 공극(자기 갭)을 형성하여 직류 중첩에 의해 자기 포화되는 것을 회피하고 있다.
그러나, 최근들어 전자 기기의 소형화가 요망되고, 이에 따라 전자 부품의 소형화가 요구되면서, 자기 코어의 자기 갭도 작게 할 수 밖에 없고, 직류 중첩에 대해 보다 높은 투자율을 갖는 자기 코어가 강하게 요청되고 있다.
이러한 요청에 대해서는, 일반적으로, 포화 자화가 높은 자기 코어를 선택하는 것, 다시 말해 높은 자계에서 자기 포화되지 않는 자기 코어의 선택이 필수로 되어 있다. 그러나, 포화 자화는 재료의 조성에 의해 필연적으로 결정되는 것으로, 무한정 높게 할 수는 없는 것이다.
그 해결 수단으로서, 자기 코어의 자로(磁路; magnetic path)에 설치한 자기 갭에 영구 자석을 배치하고, 직류 중첩에 의한 직류 자계를 없애는 것, 즉, 자기 코어에 자기 바이어스를 부여하는 방법이 예전부터 제안되었다.
이러한 영구자석을 이용한 자기 바이어스 방법은, 직류 중첩 특성을 향상시키는 데에는 우수한 방법이나, 한편으로는 금속 소결 자석을 이용하면 자기 코어의 철 손실(core loss)의 증대가 현저하고, 또한 페라이트 자석을 이용하면 중첩 특성이 불안정한 등, 실용화는 도저히 불가능하였다.
이러한 문제를 해결하는 수단으로서, 예를 들면, 일본 공개특허공보 소화 50(1975)-133453호는, 자기 바이어스용 영구 자석으로서 보자력(保磁力)이 높은 희토류 자석 분말과 바인더를 혼합하여 압축 성형한 본드 자석을 사용하는 것과, 이로 인해 직류 중첩 특성 및 코어의 온도 상승이 개선된 것이 개시되어 있다.
그러나, 최근들어 전원에 대한 전력 변환 효율 향상이 더욱 더 강하게 요구되고 있고, 초크 코일용 및 트랜스포머용 자기 코어에 대해서도, 단지 코어 온도를 측정하는 것만으로는 우열을 판단할 수 없는 레벨이 되어 버린 상태이다. 이 때문에, 철 손실 측정 장치에 의한 측정 결과의 판단이 불가결하며, 실제로 본 발명자들이 검토한 바로는, 일본 공개특허공보 소화50(1975)-133453호에 개시된 저항율값으로는 철 손실 특성이 열화된다는 것이 밝혀졌다.
또한, 최근의 전자 기기의 소형화에 따라, 인덕턴스 부품의 소형화가 점점 더 요구되고, 따라서 자기 바이어스용 자석의 박형화 또한 요구되고 있는 실정이다.
또한 근래들어, 표면 실장 타입의 코일이 요망되고 있는데, 표면 실장을 위해서는 코일은 리플로우 땜납 처리된다. 이러한 리플로우 조건에서, 코일의 자기 코어의 특성이 열화되지 않을 것이 요망된다. 또한, 내산화성(oxidation resistance)의 희토류 자석이 필수이다.
본 발명의 하나의 목적은, 소형 인덕턴스 부품의 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해, 상기 갭 근처에 영구 자석을 배치한 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어의 소형화를 가능하게 하기 위해서 특히 적합한 자석을 이용한 자기 코어를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 목적은, 뛰어난 직류 중첩 특성과, 철 손실 특성과, 리플로우 조건에서도 특성에 영향을 받지 않고, 내산화성을 지닌 자기 코어를 용이하고 저렴하게 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해서, 상기 갭 근처에 영구 자석을 배치한 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에 있어서, 상기한 것을 고려하여, 뛰어난 직류 중첩 특성과 철 손실 특성을 지닌 자기 코어를 용이하고 저렴하게 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 자로 중의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖고, 상기 갭에 영구 자석을 삽입하여 이루어지며, 20㎑에서의 교류 투자율이 직류 인가 자계 120 Oe의 조건에서 45 이상이고, 또한 철 손실 특성이 20㎑, 최대 자속 밀도 0.1T의 조건에서 100㎾/㎥ 이하임을 특징으로 하는 자기 코어가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 자기 코어에 적어도 1턴 이상 권선된 것을 특징으로 하는 인덕턴스 부품이 얻어진다.
본 발명에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 자기 코어(磁芯)는, 자로 중의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖고, 상기 갭에 영구 자석을 삽입하며, 20㎑에서의 교류 투자율이 직류 인가 자계 120 Oe의 조건에서 45이상이며, 또한 철 손실 특성이 20㎑, 최대 자속 밀도 0.1T의 조건에서 100㎾/㎥ 이하이다.
상기 자기 코어에 있어서, Ni-Zn계 페라이트 또는 Mn-Zn계 페라이트로 이루어지고, 상기 자석은, 희토류 자석 분말과 바인더로 구성된 본드 자석인 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기 코어에 있어서, 상기 본드 자석은, 상기 희토류 자석 분말의 평균 입자 지름이 0㎛ 이상(0을 포함하지 않음) 10㎛ 이하이고, 상기 바인더의 양을 중량비로 5 내지 30wt% 함유하는 것으로서, 비저항이 1Ω·㎝ 이상이며 고유 보자력이 5kOe 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 인덕턴스 부품은, 상기 자기 코어에, 적어도 1턴 이상 권선되어 있다.
이는, 뛰어난 직류 중첩 특성을 얻는데 필요한 자석 특성은 에너지 곱(energy product)보다 오히려 고유 보자력이며, 따라서 비저항이 높은 영구 자석을 사용해도 고유 보자력이 높으면 충분히 높은 직류 중첩 특성을 얻을 수 있다는 점에 근거로 삼는다.
비저항이 높고, 게다가 고유 보자력이 높은 자석은, 일반적으로는 희토류 자석 분말을 바인더와 함께 혼합하여 성형한 희토류 본드 자석에서 얻어지는데, 보자 력이 높은 자석 분말인 경우에는, 어떠한 조성의 것이어도 무방하다. 희토류 자석 분말의 종류는, Sm-Co계, Nd-Fe-B계, Sm-Fe-N계의 어느 것이나 상관없으나, 분말의 잔류 자화의 크기에 따라 바이어스 자계의 크기가 결정되며, 보자력의 값에 따라서 자기 특성의 안정성이 결정되므로, 자기 코어의 종류에 따라 자석 분말의 종류를 선택할 필요가 있다.
본 발명에서는, 초크 코일용 및 트랜스포머용 자기 코어의 재료로서, 철 손실의 값이 낮은 Mn-Zn계 또는 Ni-Zn계 페라이트를 이용하고, 그 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 설치해, 그 갭에 희토류계 본드 자석을 삽입한 자기 코어이다.
형상에 대해서는, 특별히 제한이 있는 것은 아니며, 토로이드형 자기 코어, EE형 자기 코어, EI형 자기 코어 등 모든 형상의 자기 코어에 본 발명을 적용시킬 수 있다. 갭 길이에 특별히 제한은 없으나, 갭 길이가 너무 좁으면, 직류 중첩 특성이 열화되고, 또한 갭 길이가 너무 넓으면 투자율이 지나치게 저하되기 때문에, 자연히 삽입하는 갭 길이는 결정되어진다.
다음으로, 갭에 삽입되는 영구 자석에 대한 요구 특성은, 고유 보자력에 대해서는 5kOe 미만에서는, 자기 코어에 인가되는 직류 자계에 의해서 자화가 소실되기 때문에, 그 이상의 보자력이 필요하며, 또한 비저항(比抵抗)은 클수록 좋은데, 1Ω·㎝ 이상이면, 철 손실의 열화에 커다란 요인이 되지는 않는다. 또한, 분말의 평균 입자 지름이 실질적으로 10㎛를 넘으면 철 손실의 특성이 열화되기 때문에, 분말의 평균 입자 지름은 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명의 구체예에 대해 설명한다.
(실시예 1)
이하에, 자로의 일부에 각각 Sm-Fe-N 본드 자석, 페라이트 자석을 삽입한 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 직류 중첩 특성을 측정해, 비교한 예를 나타낸다.
실험에 사용한 페라이트 자기 코어는, Mn-Zn계 페라이트 재료로 제작된 자로 길이 7.5㎝, 실효 단면적 0.74㎠의 EE형 자기 코어의 중앙 자기 레그에 3.0㎜의 갭 가공을 한 것이다.
본드 자석의 제조에는, Sm-Fe-N 자석 분말(분말 평균 입자 지름 약 3㎛)과 총 중량의 5wt%에 해당하는 양의 바인더(에폭시 수지)를 혼합한 후, 자기장이 없는 상태에서 금형 성형을 하였다. 이하에 설명하는 페라이트 자기 코어의 중앙 자기 레그 단면 형상이고, 또한 높이 3.0㎜의 형상으로 가공하였다.
본드 자석과 페라이트 자석을 전자석으로 자로 방향으로 착자시킨 후, 그 갭부에 삽입하여, 자기 코어를 제작하였다. 또한, 120턴(turns) 감아, 인덕턴스 부품을 제작하였다. 이러한 형상들을 도 1a 및 도 1b에 도시한다. 도 1a 및 도 1b에 있어서, 부호 43(사선 부분)은 자석, 45는 페라이트 자기 코어, 47은 권선부이다. 삽입한 Sm-Fe-N계 본드 자석은 착자에 이용한 자기장의 크기를 변화시킴으로써, 표 1에 나타낸 바와 같은 보자력, 잔류 자속 밀도의 시료를 준비하였다. 페라이트 자석은, 보자력이 3kOe인 것을 사용하였다.
보자력 Hc (kOe) 잔류 자속 밀도 Br (G)
시료 1 5 950
시료 2 11 2200
시료 3 15 3300
각 자석을 삽입한 자기 코어를 휴렛팩커드사(Hewlett-Packard Company) 제조 4284A LCR미터에 의해 교류 자기장 주파수 100㎑, 중첩 자기장 0∼200 Oe의 조건으로, 직류 중첩 특성을 반복해서 측정하였다. 이 때의 직류 바이어스 자계의 방향은, 삽입시에 착자된 자석의 자화 방향과는 반대가 되도록 중첩 전류를 인가하였다. 그 측정 결과를 도 2 내지 도 5에 나타낸다.
도 2로부터, 보자력이 3 kOe밖에 안되는 페라이트 자석을 삽입한 자기 코어에서는, 측정 회수가 올라감에 따라, 직류 중첩 특성이 크게 열화되는 것을 알 수 있다. 반대로, 도 3 내지 도 5로부터, 보자력이 큰 Sm-Fe-N계 본드 자석을 삽입한 자기 코어는, 반복 측정에 있어서도 커다란 변화는 없으며, 매우 안정된 특성을 나타냄을 알 수 있다.
이러한 결과들로부터, 페라이트 자석은, 보자력이 작기 때문에, 자석에 인가되는 반대 방향의 자계에 의해 감자(減磁; demagnetization), 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것으로 추측할 수 있다. 또한, 자기 코어에 삽입하는 자석은, 보자력이 5 kOe 이상인 희토류계 본드 자석에 있어서 뛰어난 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
(실시예 2)
이하, 자로의 일부에 자석을 삽입한 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어와 자석을 삽입하지 않은 동일한 조성의 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어, 센더스트 자기 코어를 이용하여, 직류 중첩 특성, 철 손실을 측정하여, 비교를 한 예를 나타낸다.
실험에 사용한 페라이트 자기 코어는, 실시예 1에서 사용된 것과 마찬가지로 Mn-Zn계 페라이트 재료로 제작된 자로 길이 7.5㎝, 실효 단면적 0.74㎠의 EE형 자기 코어의 중앙 자기 레그에 3.0㎜의 갭 가공된 것이다. 본드 자석을 전자석에 의해 자로 방향으로 착자시킨 후, 그 갭부에 삽입하였다.
센더스트 자기 코어에 대해서는, 분말 입자 지름이 150㎛ 이하인 것을 사용하고, 그것을 총 중량 1.5wt%의 바인더(실리콘계 수지)를 혼합한 것을 20ton/㎠으로 프레스시킨 후, 700℃에서 2시간 열 처리한 것을 사용하였다. 이 형상을 도 3에 도시한다.
자석의 제작에는, Sm-Fe-N 자석 분말(분말 평균 입자 지름 약 3㎛)과 총 중량의 10wt%에 해당하는 양의 바인더(에폭시 수지)를 혼합한 후, 자기장이 없는 상태에서 금형 성형을 하였다. 이하에 설명하는 페라이트 자기 코어의 중앙 자기 레그 단면 형상으로, 또한 높이 3.0㎜의 형상으로 가공하였다. 한편, 자석 특성은, ø10×t10의 시험편(test piece)을 별도로 제작하여, 직류 BH 트레이서에 의해 측정하였다. 그 결과, 고유 보자력이 12500 Oe, 잔류 자속 밀도가 4000G임을 알 수 있었다. 이 때의 주의할 점으로서 본드 자석의 자화 방향은, 교류 투자율 측정시의 직류 바이어스 자계의 방향과는 반대가 되도록 삽입한다.
그 다음, 휴렛팩커드사 제조 4284A LCR미터에 의해 교류 자기장 주파수 100㎑, 중첩 자기장 0∼200 Oe의 조건으로, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 7에 도시한다.
도 7로부터, 직류 중첩 자계가 100 Oe일 때의 투자율로 비교하면, 센더스트 자기 코어에서는 30미만이고, 갭만으로 된 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어는 30이었으나, Sm-Fe-N 자석을 삽입한 자기 코어에서는 45 이상으로, 매우 뛰어난 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
이와사끼츠우신끼사(Iwatsu Electric Co., Ltd) 제조의 SY-8232 교류 BH 트레이서에 의해 20㎑, 0.1T에서의 철 손실 특성을 실온에서 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
시료명 철손(㎾/㎥)
자석 삽입 페라이트 자기 코어 24
자석이 없는 페라이트 자기 코어(갭) 8.5
센더스트 자기 코어 120
표 2로부터, 자석을 삽입한 자기 코어는, 철 손실이 24㎾/㎥로서, 센더스트 자기 코어에 비해 5분의 1임을 알 수 있다. 또한, 자석을 삽입하지 않은 페라이트 자기 코어와 비교해도, 철 손실의 상승은 비교적 작음을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 갭에 자석을 삽입한 자기 코어는, 직류 중첩 특성이 뛰어나고, 게다가 철 손실 특성의 열화가 작아서 우수한 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
평균 입자 지름이 5㎛인 Sm-Co계 자석 분말에 각각 바인더로서 에폭시 수지의 고형분 비율이 총 중량에 대해, 각각 2wt%, 5wt%, 10wt%, 20wt%, 30wt%, 40wt% 혼합한 것을 준비하여, 그것들을 금형 성형에 의해 7×10㎜이고 높이 3.0㎜의 형상의 본드 자석을 제작하였다.
상기 자석을 전자석에 의해 자로 방향으로 착자시킨 후, 실시예 1에서 사용한 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 갭부에 삽입하고, 이와사끼츠우신끼사 제조의 SY-8232 교류 BH 트레이서에 의해 20㎑, 0.1T에서의 철 손실 특성을 실온에서 측정하였다. 더욱이, 휴렛팩커드사 제조 4284A LCR미터에 의해 교류 자기장 주파수 100㎑, 중첩 자기장 0∼200 Oe의 조건으로, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 이러한 측정 데이터를 표 3에 나타낸다.
바인더량 (wt%) 비저항 (Ω·㎝) 철손 (㎾/㎥) 잔류 자속 밀도Br (G) 투자율 μ100㎑
2 2.0×10-3 230 4600 52
5 1.0 72 3800 50
10 2.5 40 3000 50
20 12.5 32 1800 48
30 5.0×102 28 1250 40
40 2.5×104 26 850 12
표 3으로부터, 바인더량의 증가와 함께 철 손실값이 감소되어 가고, 바인더량이 2wt%인 시료에서는, 철 손실이 200㎾/㎥ 이상으로 매우 큰 값을 나타냄을 알 수 있다.
이는, 바인더량이 2wt%인 시료에서는 비저항이 2.0×10-3Ω·㎝로 매우 작기 때문에, 와전류 손실이 커져서, 철 손실값이 증가된 것으로 추측된다.
또한, 바인더량이 40wt%인 시료에서는, 직류 중첩 자계가 100 Oe에서의 투자율이 매우 작음을 알 수 있다. 이는, 바인더량이 많기 때문에 본드 자석의 잔류 자화의 값이 감소하고, 그 때문에 바이어스 자계도 작아져서, 직류 중첩 특성이 그다지 향상되지 않은 것으로 추측된다.
이상으로부터, 바인더량이 5wt% 이상, 30wt% 이하이고, 비저항이 1Ω·㎝ 이상인 본드 자석을 자기 코어의 갭부에 삽입함으로써, 뛰어난 직류 중첩 특성을 얻을 수 있고, 게다가 철 손실의 열화도 발생하지 않는 우수한 자기 코어를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
(실시예 4)
Sm-Co계에서 에너지 곱(積)이 약 28MGOe인 소결 자석을 거칠게 분쇄한 후, 표준 체(sieve; 체)에 의해 최대 입자 지름이 -100㎛, -50㎛, -30㎛로 분급(分級)하였다. 더욱이, 거칠게 분쇄한 후의 분말의 일부를 유기 용매 중에서 볼 밀에 의해 미세 분쇄하고, 그 분말을 사이클론에 의해 -10㎛, -5㎛의 각 최대 입자 지름을 갖는 분말을 제작하였다.
다음에, 이렇게 제작된 자석 분말에 각각 바인더로서 에폭시 수지를 10wt% 혼합하고, 금형 성형에 의해 7×10㎜이고 높이 0.5㎜의 형상의 본드 자석을 제작하였다. 본드 자석의 특성은, 실시예 1과 마찬가지로, 시험편을 별도로 제작하여 측정한 결과, 최대 분말 입자 지름에 따르지 않고 전부 5 kOe 이상의 고유의 보자력을 나타내었다. 또한, 비저항을 측정한 결과, 모든 자석에 대해 1Ω·㎝ 이상의 값을 나타내었다.
그 다음에, 실시예 1에서 사용한 Mn-Zn계 페라이트 자기 코어의 갭부에 제작한 본드 자석을 삽입하였다. 그런 다음, 실시예 1과 완전 동일한 방법으로 영구 자석을 착자시킨 후, 20㎑, 0.1mT의 철 손실을 측정하였다. 여기에서, 실시예 1과 완전 동일하게, 페라이트 자기 코어는 동일한 것을 사용하고, 삽입할 영구 자석만 교환하여 철 손실을 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
분말 입도 철손 (㎾/㎥)
-5㎛ 32
-10㎛ 40
-30㎛ 105
-50㎛ 160
-100㎛ 200
표 4에 나타내는 바와 같이, 자석 분말의 최대 입자 지름이 10㎛를 넘으면 급격하게 철 손실이 증대하는 것을 알 수 있다. 이 결과에 의해, 자석 분말의 입자 지름이 10㎛ 이상일 때, 더욱 뛰어난 철 손실 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1∼3에 의하면, 뛰어난 직류 중첩 특성과 철 손실 특성을 가지며, 또한 용이하게 제조할 수 있고, 저렴한 자기 코어를 제공할 수 있었다.
이하, 또 하나의 본 발명의 자기 코어에 대해 설명한다. 본 발명의 또 다른 자기 코어에서는, 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해, 상기 갭 근처에 영구 자석을 배치한 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에 있어서, 상기 자기 코어는 압분 자기 코어로서, 상기 영구 자석이 15kOe 이상의 고유 보자력 및 300℃ 이상의 퀴리점을 갖는 분말 평균 입자 지름이 2.0∼50㎛인 희토류 자석 분말과 수지로 이루어진 본드 자석이다. 수지는 폴리프로필렌 수지, 6-나일론 수지, 12-나일론 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지로부터 선택될 수 있다.
상기 자기 바이어스용 자석으로서의 본드 자석은, 상기 수지를 체적비로 10% 이상 함유하고, 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 압분 자기 코어의 초기 투자율이 100 이상인 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에서는, 상기 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에, 1턴 이상의 권선을 적어도 한 번 실시한 것을 특징으로 하는 인덕턴스 부품을 얻을 수 있다.
한편, 인덕턴스 부품이라 함은, 코일, 초크 코일, 트랜스포머, 그밖에 일반적으로 자기 코어와 권선을 필수로 한 부품을 포함하는 것으로 한다.
압분 자기 코어와 희토류 본드 자석을 사용함으로써 직류 중첩 특성과 철 손실 특성에 뛰어난 코일 및 트랜스포머용 자기 코어를 제조할 수 있게 된다.
본 발명에서는, 삽입할 영구 자석과 사용할 코어의 조합에 대해 검토한 결과, 코어로서는 압분 자기 코어(초기 투자율이 100 이상인 것이 바람직하다)를 사용하고, 그 갭에 삽입하는 자석으로는, 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상이고 고유 보자력이 15kOe 이상인 영구 자석을 사용했을 때 뛰어난 직류 중첩 특성이 얻어지며, 게다가 철 손실 특성의 열화가 발생하지 않는 자기 코어를 형성할 수 있음을 발견하였다. 이것은, 뛰어난 직류 중첩 특성을 얻는데 필요한 자석 특성은 에너지 곱보다 오히려 고유 보자력이며, 따라서 비저항이 높은 영구 자석을 사용해도 고유 보자력이 높으면 충분히 높은 직류 중첩 특성을 얻을 수 있음을 발견했기 때문이다.
비저항이 높고 게다가 고유 보자력이 높은 자석은, 일반적으로는 희토류 자석 분말을 바인더와 함께 혼합하여 성형한 희토류 본드 자석에 의해 얻어지는데, 보자력이 높은 자석 분말이라면 어떠한 조성의 것이어도 가능하다. 희토류 자석 분말의 종류는 SmCo계, NdFeB계, SmFeN계가 있는데, 사용할 때에는 열 감자(thermal demagnetization)를 고려하면 Tc가 300℃ 이상, 보자력이 5 kOe 이상인 자석이 필요하다. 수지로서는 열 가소성 수지나 열 경화성 수지도 사용할 수 있으며, 이로 인해 와전류 손실의 증대가 억제됨을 알 수 있었다.
압분 자기 코어의 형상에 대해서는 특별히 제한이 있는 것은 아니지만, 일반적으로는 토로이드형 코어이며, 단지 모양의(pot) 코어로 사용되는 경우도 있다. 이들 코어의 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 형성하고, 그 갭에 영구 자석을 삽입한다. 갭 길이에 특별히 제한은 없지만 갭 길이가 너무 좁으면 직류 중첩 특성이 열화되고, 또한 갭 길이가 너무 넓으면 투자율이 지나치게 저하되기 때문에, 자연히 삽입하는 갭 길이는 결정되어진다.
또한, 갭에 삽입하기 전의 초기 투자율의 값은 중요해, 이것이 너무 낮으면 자석에 의한 바이어스 효과가 없기 때문에 적어도 100 이상의 초기 투자율이 필요하다.
다음에 갭에 삽입되는 영구 자석에 대한 요구 특성은, 고유 보자력에 대해서는 15 kOe이하에서는 자기 코어에 인가되는 직류 자계에 의해 보자력이 소실되므로 그 이상의 보자력이 필요하고, 또한 비저항은 클수록 좋으나 0.1Ω·㎝ 이상이면 철 손실 특성이 고주파까지 양호하다.
자석 분말의 평균 최대 입자 지름이 50㎛ 이상이 되는 코어의 비저항을 아무리 크게 해도 철 손실 특성이 열화되기 때문에, 분말의 최대 입자 지름은 50㎛이하인 것이 바람직하며, 최소 입자 지름이 2.0㎛ 이하로 되면 분말과 수지의 혼련(混練)시에 분말의 산화에 의한 자화의 감소가 현저해지므로 2.0㎛ 이상의 입자 지름이 필요하다.
또한, 철 손실을 증대시키지 않기 때문에 수지의 양은 적어도 체적비로 10% 이상 필요하다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 5)
Sm2Co17의 잉곳(ingot)을 분쇄한 분말로부터 통상의 분말 야금법에 의해 소결체를 작성하고, 그 소결체에 자석화를 위한 열 처리를 한 후 미세 분쇄하여, 평균 입자 지름이 약 3.5㎛, 4.5㎛, 5.5㎛, 6.5㎛, 7.5㎛, 8.5㎛ 및 9.5㎛의 자석 분말을 준비하였다. 이들 자석 분말에 적당한 커플링 처리를 한 후, 열 경화성 수지로서 에폭시 수지를 각각 40vol% 혼합하여, 금형을 사용해서 3(t/㎠)의 압력을 가해 성형함으로써 각 본드 자석을 제작하였다. 상기 본드 자석에 사용하는 상기 희토류 자석 분말에 실란 커플링재, 티타늄 커플링재를 첨가할 수 있다. 여기에서, 본드 자석은 도 8의 토로이드 모양의 압분 자기 코어(55)와 동일한 단면 형상을 갖는 금형을 이용하여 성형되었다.
한편, ø10×t10의 시험편(TP)을 별도로 작성하여 직류 BH 트레이서에 의해 고유 보자력(iHc)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
압분 자기 코어로서, 도 8에 도시하는 바와 같은 토로이드형 코어(55)를, Fe-Al-Si 자성 합금(상표: 센더스트(Sendust)) 분말을 이용해 외경 27㎜, 내경 14㎜, 두께 7㎜의 치수로 성형하였다. 이러한 코어의 초기 투자율은 120이었다.
이러한 토로이드형 코어에 0.5㎜의 갭 가공을 하였다. 그 갭부에 상기 작성한 본드 자석(57)을 삽입 배치하고, 전자석에 의해 코어(55)의 자로 방향으로 자석(57)을 착자시킨 후, 도 9에 도시하는 바와 같이 코일(59)을 감아, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 인가한 직류는, 직류 자계로 해서 150 Oe이었다. 그 측정을 10회 반복하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 비교로서 갭에 자석을 배치하지 않은 것의 측정 결과도 표 1에 나란히 나타낸다.
자석 없음 자석 분말의 입자 지름
3.5㎛ 4.5㎛ 5.5㎛ 6.5㎛ 7.5㎛
TP의 iHc(Oe) - 10 14 17 19 20
μ at 150 Oe 20 24 25 25 26 25
μ 10회 측정후 20 20 21 24 25 25
표 5로부터, 삽입되는 자석의 보자력이 15 kOe이상일 때에는, 반복해서 직류 자계를 인가해도 직류 중첩 특성의 열화를 일으키지 않음을 알 수 있었다.
(실시예 6)
자석 분말로서 환원 확산법에 의해 작성된 SmFe분말을 3㎛로 미세하게 분쇄한 후, 질화 처리함으로써 얻어진 SmFeN 분말을 준비하였다. 다음에, 이 분말에 Zn 분말을 3wt% 혼합한 후, 500℃에서 2시간 Ar 중에서 열 처리하였다. 그 분말 특성을 VSM에 의해 측정한 결과, 보자력이 약 20 kOe였다.
그 다음에, 이 자석 분말에, 열 가소성의 수지로서 6나일론을 45vol% 혼합하여, 230℃에서 열 혼련시킨 후에, 같은 온도에서 두께 0.2㎜로 열 프레스하여 시트형상의 본드 자석을 얻었다.
이러한 본드 자석의 시트를 10㎜ 지름의 원반 형상으로 펀칭하고, 두께 10㎜로 겹쳐서, 그 자석 특성을 측정한 결과, 약 18 kOe의 고유 보자력을 나타내었다. 또한, 비저항을 측정한 결과, 0.1Ω·㎝ 이상의 값을 나타내었다.
한편, 압분 자기 코어에 대해서는 센더스트 분말의 형상 및 분말의 충전율을 변화시킴으로써, 초기 투자율이 각각 75, 100, 150, 200 및 300의 토로이드형 압분 자기 코어를 실시예 5와 완전 동일하게 작성하였다.
그런 다음, 이들 초기 투자율이 다른 압분 자기 코어의 어느 수준에 대해서도 초기 투자율이 50∼60이 되도록 갭 길이를 조정하였다.
그런 다음 그 갭에, 본드 자석을 틈이 생기지 않게 삽입하였다. 그를 위해, 자석 시트를 중첩시키거나, 필요에 따라 연마하여 삽입하였다.
다음, 직류 중첩 자계 150 Oe에서의 투자율(μe)을 측정한 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 20㎑, 100mT의 철 손실의 특성을 나타낸다. 한편, 초기 투자율 75인 압분 자기 코어의 직류 중첩 특성(μe)은 16이고, 철 손실은 100이었다.
특성 압분 자기 코어의 투자율(-)
75 105 150 200 300
직류 중첩 특성 μe(-) 18 26 28 30 33
철손 ㎾/㎥ 90 100 120 150 160
표 6에 나타낸 바와 같이, 압분 자기 코어의 초기 투자율이 100보다 작아지면 중첩 특성의 향상을 볼 수 없게 됨을 알 수 있다. 이는, 압분 자기 코어의 초기 투자율이 너무 작으면 자석의 플럭스가 쇼트 패스(short pass)하여 코어를 통과하지 못하는 것을 시사하는 것으로, 코어의 초기 투자율은 적어도 100 이상 필요함 을 시사하고 있다.
이하, 또 다른 하나의 본 발명에 대해 설명한다.
본 발명의 자기 코어에서는, 박판 자석을 사용하고 있다. 이러한 박판 자석은, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이트 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족계 폴리아미드, 액정 폴리머로부터 선택된 한 종류의 수지에 자석 분말이 분산되어 있고, 상기 수지 함유량이 체적비로 30% 이상이며, 전체 두께가 500㎛ 이하이다. 여기에서, 상기 자석 분말은, 고유 보자력이 10 kOe 이상, Tc가 500℃ 이상, 분말 평균 입자 지름이 2.5∼50㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 형태의 박판 자석에 있어서는, 상기 자석 분말은 희토류 자석 분말이다.
상기 박판 자석에 있어서, 표면에 글로스(광택도)가 25% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 박판 자석에서는, 성형 압축율이 20% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 자석 분말은, 표면 활성제로 코팅되어 있다.
또 다른 형태에 있어서, 상기 자석은 표면에 내열 온도 적어도 120℃인 수지 또는 내열 도료를 피복하고 있다.
상기 박판 자석에 있어서, 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 자기 코어는, 자로의 적어도 한 군데 이상에 자기 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해, 상기 자기 갭 근처에 영구 자석을 배치한 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에 있어서, 상기 영구 자석이, 상기 박판 자석인 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어이다. 상기 자기 갭은, 약 500㎛ 이하의 갭 길이를 가지고, 상기 자기 바이어스용 자석은 상기 갭 길이 이하의 두께를 가지며, 두께 방향으로 자화되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 박판 자석을 자기 바이어스용 자석으로서 구비한 자기 코어에, 1턴 이상의 권선을 적어도 한 번 실시하여, 박형이고, 직류 중첩 특성이 양호하며, 철 손실이 낮은 인덕턴스 부품이 얻어진다.
또한, 본 발명은, 자기 코어의 자기 갭에 삽입 배치하는 자기 바이어스용 영구 자석으로서, 500㎛ 이하 두께의 박판 자석의 가능성에 대해 검토하였다. 그 결과, 특정 수지의 함유량이 체적비로 30% 이상인 박판 자석의 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상이고 고유 보자력이 10 kOe이상인 박판 자석을 사용했을 때 뛰어난 직류 중첩 특성을 얻을 수 있으며, 게다가 철 손실 특성의 열화가 발생하지 않는 자기 코어를 형성할 수 있음을 발견하였다. 이는, 뛰어난 직류 중첩 특성을 얻는데 필요한 자석 특성은, 에너지 곱보다도 오히려 고유 보자력이며, 따라서 비저항이 높은 영구 자석을 사용해도 고유 보자력이 높으면 충분히 높은 직류 중첩 특성을 얻을 수 있음을 발견했기 때문이다.
비저항이 높고, 게다가 고유 보자력이 높은 자석은, 일반적으로는 희토류 자석 분말을 바인더와 함께 혼합하여 성형한 희토류 본드 자석에 의해 얻어지는데, 보자력이 높은 자석 분말이라면 어떠한 조성의 것이어도 가능하다. 희토류 자석 분말의 종류는 SmCo계, NdFeB계, SmFeN계가 있는데, 리플로우 등의 사용할 때의 열 감자를 고려하면 퀴리점(Tc)이 500℃ 이상, 고유 보자력(iHc)이 10 kOe 이상의 자석이 필요하다.
또한, 자석 분말에 표면 활성재료로 코팅함으로써, 성형체 내에서의 분말의 분산이 양호해져서 자석의 특성이 향상되기 때문에 더욱 고특성의 자기 코어가 얻어진다.
초크 코일용 및 트랜스포머용 자기 코어로서는 연자성을 갖는 재료이면 어느 것이든 유효하나, 일반적으로는 MnZn계 또는 NiZn계 페라이트, 압분 자기 코어, 규소 강판, 비정질 등이 사용된다. 또한, 자기 코어의 형상에 대해서도 특별히 제한이 있는 것은 아니며, 토로이드형 코어, EE코어, EI 코어 등의 모든 형상의 자기 코어에 본 발명을 적용시킬 수 있다. 이들 코어의 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 형성하고, 그 갭에 박판 자석을 삽입 배치한다. 갭 길이에 특별히 제한은 없지만 갭 길이가 너무 좁으면 직류 중첩 특성이 열화되고, 또한 갭 길이가 너무 넓으면 투자율이 지나치게 저하되기 때문에, 자연히 삽입하는 갭 길이는 결정되어진다. 자기 코어 전체의 치수를 작게 하기 위해서, 갭 길이를 500㎛로 억제한다.
다음으로 갭에 삽입되는 박판 자석에 대한 요구 특성은, 고유 보자력에 대해서는 10kOe 이하에서는 자기 코어에 인가되는 직류 중첩 자계에 의해 보자력이 소실되기 때문에 그 이상의 보자력이 필요하며, 또한 비저항은 클수록 좋지만 0.1Ω·㎝ 이상이면 철 손실(core loss) 열화의 커다란 요인이 되지는 않는다. 또한, 분말의 평균 최대 입자 지름이 50㎛ 이상이 되면 철 손실 특성이 열화되기 때문에, 분말의 최대 입자 지름은 50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 최소 입자 지름이 2.5㎛ 이하가 되면 분말 열 처리 및 리플로우시에 분말의 산화로 인한 자화의 감소가 현저해지기 때문에 2.5㎛ 이상의 입자 지름이 필요하다.
이하, 또 다른 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 7)
Sm2Co17 자석 분말과 폴리이미드 수지를, 열 혼련기로서 라보플라스토 밀(Labo Plasto Mill)을 이용하여 열 혼련시켰다. 수지량으로서 15vol% 내지 40vol%에서 변화시켜 각각 혼련시켰다. 열 혼련에 의해 얻은 것을 열 프레스기에 의해 0.5㎜의 박판 자석의 성형을 시도하였다. 이 결과, 수지의 첨가량은 30vol% 이상이 아니면 성형이 불가능함을 알 수 있었다. 또한, 본 실시예에서는 폴리이미드 수지 박판 자석의 결과를 나타내는데, 그밖의 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이트 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족계 폴리아미드, 액정 폴리머의 각각에 있어서도, 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
(실시예 8)
각 자석 분말과 각종 수지를, 각각 하기의 표 7에 나타난 조성으로써 라보플라스토 밀을 이용하여 열 혼련시켰다. 라보플라스토 밀의 운전시의 설정 온도는 각 수지의 연화점보다도 각각 5℃ 높은 온도로 하였다.
실시예 8의 박판 자석의 조성
명칭 iHc(kOe) 배합비
① Sm2Co17 자석 분말 15 100중량부
폴리이미드 수지 - 50중량부
② Sm2Co17 자석 분말 15 100중량부
에폭시 수지 - 50중량부
③ Sm2Fe17N 자석 분말 10.5 100중량부
폴리이미드 수지 - 50중량부
④ Ba페라이트 자석 분말 4.0 100중량부
폴리이미드 수지 - 50중량부
⑤ Sm2Co17 자석 분말 15 100중량부
폴리프로필렌 수지 - 50중량부
라보플라스토 밀에 의해 혼련시킨 것을, 열 프레스기에 의해 자기장이 없는 상태에서 금형 성형함으로써 각각 0.5㎜의 박판 자석을 제작하였다. 이러한 박판 자석을 도 1a, 도 1b에 도시하는 E형 페라이트 코어(2)의 중앙 자기 레그와 동일한 단면 형상으로 절단하였다.
다음으로, 도 1a, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 일반적인 MnZn계 페라이트 재료로 작성된 자로 길이 7.5㎝, 실효 단면적 0.74㎠의 EE 코어의 중앙 자기 레그에 0.5㎜의 갭 가공을 하였다. 그 갭부에 상기 제작한 박판 자석(43)을 삽입 배치하여, 자기 바이어스 자석(43)을 갖는 자기 코어를 제작하였다. 상기 도면에 있어서, 부호 43이 박판 자석, 45가 페라이트 코어이다. 그 다음에, 자석(43)을 펄스 착자기에 의해 코어(45)의 자로 방향으로 착자시킨 후, 코어(45)에 코일(47)을 감고, 휴렛팩커드사 제조 4284 LCR미터에 의해, 교류 자기장 주파수 100㎑, 중첩 자기장 0∼200 Oe의 조건으로, 인덕턴스(L)를 측정하였다. 이 측정후, 270℃에서 리플로우로(爐)에서 30분 유지한 후, 인덕턴스(L)를 재차 측정하고, 이러한 반복에 의해 5회 측정하였다. 이 때의 직류 중첩에 의한 자계의 방향이, 자기 바이어스 자석의 자화 방향과는 반대가 되도록 직류 중첩 전류를 인가한다. 얻어진 인덕턴스(L)와, 코어 정수(코어 크기 등)와 권선수로부터 투자율을 계산하여, 직류 중첩 특성을 얻었다. 각 코어의 5회 측정에 의거한 직류 중첩 특성을 도 10 내지 도 14에 나타낸다.
도 14로부터, Sm2Co17 자석 분말을 폴리프로필렌 수지에 분산시킨 박판 자석을 삽입 배치한 코어는 2회째 이후에 직류 중첩 특성이 크게 열화되어 있음을 알 수 있다. 이것은, 리플로우에 의해 박판 자석이 변형되었기 때문이다. 보자력이 4kOe밖에 안되는 Ba 페라이트를 폴리이미드 수지에 분산시킨 박판 자석을 삽입 배치한 코어에서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 측정 회수가 올라감에 따라, 직류 중첩 특성이 크게 열화되는 것을 알 수 있다. 반대로, 보자력이 10kOe 이상인 자석 분말과 폴리이미드 또는 에폭시 수지를 이용한 박판 자석을 삽입 배치한 코어는, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 반복된 측정에 있어서도 큰 변화는 없어, 매우 안정된 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 Ba 페라이트 박판 자석은 보자력이 작기 때문에, 박판 자석에 인가되는 반대 방향의 자계에 의해 감자, 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것으로 추측할 수 있다. 또한, 코어에 삽입하는 박판 자석은 보자력이 10kOe 이상의 박판 자석에 있어서 뛰어난 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 본 실시예에서는 나타내지 않았지만, 본 실시예 이외의 조합에서도 폴리페닐렌설파이트 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족계 폴리아미드, 액정 폴리머로부터 선택한 수지에 의해 제작한 박판 자석에서도 동일한 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
(실시예 9)
폴리페닐렌설파이트 수지 30vol%와, 자석 분말의 입자 지름이 1.0㎛, 2.0㎛, 25㎛, 50㎛, 55㎛인 Sm2Co17 자석 분말을, 각각 라보플라스토 밀을 이용하여 열 혼련시켰다. 라보플라스토 밀에 의해 혼련시킨 것을, 열 프레스기에 의해 자기장이 없는 상태에서 금형 성형함으로써 각각 0.5㎜의 박판 자석을 제작하였다. 그 다음에, 실시예 8와 마찬가지로, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 이러한 박판 자석(43)을 E형 페라이트 코어(45)의 중앙 자기 레그와 동일한 단면 형상으로 절단하여, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같은 코어를 제작하였다. 그런 다음, 박판 자석(43)을, 펄스 착자기에 의해 코어(45)의 자로 방향으로 착자시킨 후, 코어(45)에 코일(47)을 감고, 이와사끼츠우신끼사 제조의 SY-8232 교류 BH 트레이서에 의해, 300㎑, 0.1T에서의 철 손실 특성을 실온에서 측정하였다. 그 측정 결과를 표 8에 나타낸다. 표 8로부터 박판 자석에 사용하는 자석의 분말 평균 입자 지름이 2.5∼50㎛에서는 철 손실 특성이 뛰어난 것을 알 수 있었다.
실시예 9에서의 철 손실의 측정 결과
분말 입자 지름 (㎛) 2.0 2.5 25 50 55
철손 (㎾/㎥) 670 520 540 555 790
(실시예 10)
Sm2Co17 자석 분말 60vol%과 폴리이미드 수지 40vol%을 라보플라스토 밀을 이용하여 각각 열 혼련시켰다. 열 혼련에서 얻은 것을 열 프레스기에 의해 프레스압을 변화시켜 0.3㎜의 성형체를 제작하였고, 펄스 착자 장치에 의해 4T로 착자시켜, 박판 자석을 제작하였다. 제작한 박판 자석의 글로스(광택도)는, 각각 15%∼33%이며 프레스압이 높을수록 글로스도 높은 값을 나타내었다. 이러한 성형체를 1㎝×1㎝로 절단하여, TOEI TDF-5 Digital Fluxmeter로 플럭스를 측정한 결과와 글로스의 측정 결과를 표 9에 나란히 나타낸다.
실시예 10에 있어서의 플럭스의 측정 결과
글로스(%) 15 21 23 26 33 45
플럭스 (Gauss) 42 51 54 99 101 102
표 9의 결과로부터, 글로스가 25% 이상인 박판 자석에서는 자석 특성이 뛰어나다. 이것은, 제작한 박판 자석의 글로스가 25% 이상에서는 박판 자석의 충전율이 90% 이상이 되기 때문이다. 또한, 본 실시예에서는 폴리이미드 수지로 실험한 결과를 나타내었으나, 그밖의 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이트 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족계 폴리아미드, 액정 폴리머로부터 선택된 한 종류의 수지인 경우에도 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 11)
건조후의 체적비가 Sm2Co17 자석 분말 60vol%, 폴리이미드 수지 40vol%이 되도록, Sm2Co17 자석 분말과 신닛뽕리까사(New Japan Chemical Co., Ltd.) 제조의 리카코트(RIKACOAT)(폴리이미드 수지)에, 용제로서 γ-부티로락톤(γ-butyrolactone)을 첨가하여, 원심 탈포기(deaerator)에 의해 5분간 교반시킨 후, 3개의 롤에 의해 혼련시켜 페이스트를 제작하였다. 용제의 배합비는, Sm2Co17 자석 분말과 신닛뽕리까사 제조 리카코트를 합쳐서 70 중량부에 대해 γ-부티로락톤을 10중량부로 하였다. 제작한 페이스트를 닥터 블레이드(Doctor blade)법에 의해 500㎛의 그린 시트(green sheet)를 제작해 건조시켰다. 인쇄법 등의 막 형성법을 이용할 수도 있다. 건조시킨 그린 시트를 1㎝×1㎝로 절단하여, 프레스압을 변화시켜서 열 프레스기에 의해 열 프레스시켜서, 제작한 성형체를 펄스 착자 장치에 의해 4T로 착자시켜, 박판 자석을 제작하였다. 비교로서, 열 프레스를 하지 않은 성형체도 착자시켜 박판 자석으로 만들었다. 또한, 이번에는 상기 배합비로 제작하였으나, 그밖의 성분, 배합비일지라도 그린 시트를 제작할 수 있는 페이스트가 얻어지는 것이면 된다. 또한, 혼련을 위해 3개의 롤 밀을 사용했으나, 그밖에도 호모지나이저(homogenizer)나 샌드 밀(sand mill) 등을 사용해도 무방하다. 제작한 박판 자석의 글로스(광택도)는, 각각 9%∼28%이고 프레스압이 높을수록 글로스도 높은 값을 나타내었다. 이들 박판 자석의 플럭스를 TOEI TDF-5 Digital Fluxmeter로 측정한 결과를 표 10에 나타낸다. 또한, 이 때의 박판 자석의 열 프레스에 의한 압축율(=1-열 프레스 후의 두께/열 프레스 전의 두께)을 측정한 결과도 나란히 나타낸다.
실시예 11에 있어서의 플럭스의 측정 결과
글로스(%) 9 13 18 22 25 28
플럭스 (Gauss) 34 47 51 55 100 102
압축율(%) 0 6 11 14 20 21
이상의 결과로부터, 실시예 10과 마찬가지로, 글로스가 25% 이상에서는 양호한 자석 특성이 얻어진다. 이 이유도 글로스 25% 이상에서는 박판 자석의 충전율이 90% 이상이 되기 때문이다. 또한, 압축율에 대해 살펴보면 압축율 20% 이상에서 양호한 자석 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
본 실시예에서는 폴리이미드 수지에 의해 상기 조성, 배합비로 실험을 행한 결과를 나타내고 있으나, 그밖의 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이트 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족계 폴리아미드, 액정 폴리머로부터 선택된 한 종류의 수지 및 배합비에 있어서도 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 12)
Sm2Co17 자석 분말과, 계면활성제로서 인산나트륨을 0.5wt%를 혼합하였다. 마찬가지로 해서, Sm2Co17 자석 분말과 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 0.5wt%를 혼합하고, Sm2Co17 자석 분말과 규산나트륨을 각각 혼합하였다. 이러한 혼합한 분말의, 각각 65vol%와, 폴리페닐설파이트 수지 35vol%를 라보플라스토 밀을 이용하여 각각 열 혼련시켰다. 라보플라스토 밀에 의해 혼련시킨 것을 열 프레스에 의해 0.5㎜로 성형하고, 실시예 8와 동일한, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 E형 페라이트 코어(45)의 중앙 자기 레그와 동일한 단면 형상으로 절단하여, EE 코어(45)의 중앙 자기 레그의 갭부에 상기 제작한 박판 자석(43)을 삽입 배치해, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 코어를 제작하였다. 다음으로, 이 박판 자석(43)을 펄스 착자기에 의해 코어(45)의 자로 방향으로 착자시킨 후, 코어(45)에 코일(47)을 감고, 이와사끼츠우신끼사 제조의 SY-8232 교류 BH 트레이서에 의해, 300㎑, 0.1T에 있어서의 철 손실 특성을 실온에서 측정하였다. 그 측정 결과를 표 11에 나타낸다. 비교로서, 계면활성제를 사용하지 않고, Sm2Co17 자석 분말 65vol%과 폴리페닐설파이트 수지 35vol%를 라보플라스토 밀에 의해 혼련시킨 것을 열 프레스에 의해 0.5㎜로 성형하며, 상기와 동일한 페라이트 EE 코어의 중앙 자기 레그의 자기 갭 안에 삽입 배치해서, 이것을 펄스 착자기에 의해 코어의 자로 방향으로 착자시킨 후, 코일을 감아, 철 손실을 측정하였다. 그 결과도 표 11에 나란히 나타낸다.
실시예 12에 있어서의 철 손실 측정 결과
시료명 철 손실 (㎾/㎥)
인산나트륨 첨가품 495
카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 첨가품 500
규산나트륨 첨가품 485
첨가제 없음 590
표 11로부터 계면활성제를 첨가한 것은 양호한 철 손실 특성을 나타내고 있다. 이는, 계면활성제를 첨가함으로써, 1차 입자의 응집을 방지하고, 와전류 손실을 억제했기 때문이다. 본 실시예에서는 인산염을 첨가한 결과를 나타내었으나 그밖의 계면활성제를 첨가해도 마찬가지로, 철 손실(core loss) 특성이 양호한 결과가 얻어졌다.
(실시예 13)
Sm2Co17 자석 분말과 폴리이미드 수지를 라보플라스토 밀에 의해 열 혼련시킨 후, 열 프레스기에 의해 자기장이 없는 상태에서 프레스 성형함으로써 두께 0.5㎜의 박판 자석을 제작하였다. 여기에서 폴리이미드 수지의 수지량을 조절함으로써, 비저항이 각각 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0Ω·㎝인 박판 자석을 작성하였다. 그 후, 실시예 8와 마찬가지로, 도 1a 및 도 1b의 E형 페라이트 코어(45)의 중앙 자기 레그와 동일한 단면 형상으로 가공하였다. 그 다음, 이러한 MnZn계 페라이트 재료로 작성된 자로 길이 7.5㎝, 실효 단면적 0.74㎠의 EE 코어(45)의 중앙 자기 레그의 자기 갭에 상기 작성한 박판 자석(43)을 삽입 배치하고, 전자석에 의해 자로 방향으로 착자시킨 후, 코일(47)을 감아, 이와사끼츠우신끼사 제조의 SY-8232 교류 BH 트레이서에 의해, 300㎑, 0.1T에 있어서의 철 손실 특성을 실온에서 측정하였다. 여기에서 측정에 사용한 페라이트 코어는 동일한 것이고 자석만 비저항이 다른 것으로 교환하여, 철 손실을 측정한 그 결과를 표 12에 나타낸다.
실시예 13에 있어서의 철 손실 측정 결과
비저항 (Ω·㎝) 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0
철손 (㎾/㎥) 1220 530 520 515 530
표 12로부터 비저항 0.1Ω·㎝ 이상의 자기 코어에서는 양호한 철 손실 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이것은 박판 자석의 비저항을 높임으로써 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문이다.
(실시예 14)
각종 자석 분말과 각종 수지를 각각 표 13에 나타내는 조성으로, 이하에 기재한 방법에 의해 혼련, 성형, 가공하여 두께 0.5㎜의 시료를 제작하였다. 여기에서 Sm2Co17계 분말과 페라이트 분말은 소결체의 분쇄 분말이고, Sm2Fe17N 분말은 환원 확산법에 의해 제작한 Sm2Fe17 분말을 질화 처리한 분말로서, 각 분말은 평균 입자 지름이 약 5㎛이었다. 방향족계 폴리아미드 수지(6T 나일론)와 폴리프로필렌 수지는 라보플라스토 밀을 이용하여 Ar 중에서 300℃(폴리아미드), 250℃(폴리프로필렌)에서 열 혼련시킨 후, 열 프레스기에 의해 성형하여 시료를 작성하였다. 가용성 폴리이미드 수지는 용제로서 γ-부티로락톤을 첨가하여 원심 탈포기에 의해 5분간 교반시켜 페이스트를 제작한 후, 닥터 블레이드법에 의해 완성품이 500㎛가 되도록 그린 시트를 제작하고, 건조 후, 열 프레스에 의해 시료를 제작하였다. 에폭시 수지는 비이커에서 교반 혼합한 후 금형 성형하여 적당한 큐어(cure) 조건에 의해 시료를 제작하였다. 이러한 시료들의 비저항은 전부 0.1Ω·㎝ 이상이었다.
이러한 박판 자석을 이하에 설명하는 페라이트 코어의 중심(中芯) 단면 형상으로 절단하였다. 코어는 일반적인 MnZn계 페라이트 재료에 의해 작성된 자로 길이 5.9㎝, 실효 단면적 0.74㎠의 EE 코어이며, 중심(中芯)에는 0.5㎜의 갭 가공을 하였다. 그 갭부에 상기 제작한 박판 자석을 삽입하고, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이 배치하였다(부호 43이 박판 자석, 45가 페라이트 코어, 47은 권선부).
그 다음에, 펄스 착자기에 의해서 자로 방향으로 착자시킨 후, 휴렛팩커드사 제조 HP-4284A LCR미터에 의해 직류 중첩 특성을 교류 자기장 주파수 100㎑, 직류 중첩 자기장 35 Oe의 실효 투자율을 측정하였다.
그 다음에, 이들 코어를 270℃의 리플로우로에서 30분간 유지한 후, 다시 한번 직류 중첩 특성을 완전 동일한 조건으로 측정하였다.
비교예로서, 갭에 자석을 삽입하지 않은 것에 대해서도 동일하게 측정하며, 이것은 리플로우 전후에서 특성의 변화는 없으며, 실효 투자율(μe)은 70이었다.
이러한 결과를 표 13에, 또한 결과의 일례로서 도 7에 시료 ②와 ④ 및 비교예의 직류 중첩 특성을 나타낸다. 또한 직류 바이어스 자계의 방향은, 삽입시에 착자시킨 자석의 자화의 방향과는 반대가 되도록 중첩 전류를 인가하는 것은 물론이다.
한편, 폴리프로필렌 수지의 박판 자석을 삽입한 코어는, 자석이 두드러지게 변형되었기 때문에 측정이 불가능했다.
보자력이 4 kOe밖에 안되는 Ba 페라이트의 박판 자석을 삽입한 코어에서는 리플로우 후에, 직류 중첩 특성이 크게 열화되는 것을 알 수 있다. 또한, Sm2Fe17N의 박판 자석을 삽입한 코어인 경우에도 리플로우 후에, 직류 중첩 특성이 크게 열화되는 것을 알 수 있다. 반대로, 보자력이 10 kOe 이상이고 Tc가 770℃로 높은 Sm2Co17의 박판 자석을 삽입한 코어는, 특성의 열화가 관찰되지 않고, 매우 안정된 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터 Ba 페라이트 박판 자석은 보자력이 작기 때문에, 박판 자석에 인가되는 반대 방향의 자계에 의해 감자, 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것으로 추측할 수 있으며, 또한 SmFeN 자석은 보자력이 높지만 Tc가 470℃로 낮기 때문에 열 감자가 발생해, 그것과 반대 방향의 자계에 의한 감자의 상승(相乘) 효과에 의해 특성이 열화되었다고 추측된다. 따라서, 코어에 삽입하는 박판 자석은 보자력이 10 kOe이상이고 Tc가 500℃ 이상인 박판 자석에 있어서 뛰어난 직류 중첩 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 실시예에서는 나타내지 않았으나, 본 실시예 이외의 조합이라도, 청구 범위에 나타낸 수지로 제작한 박판 자석에서도 동일한 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
시료 자석 조성 iHc (kOe) 배합비 리플로우 전μe (at 35 Oe) 리플로우 후μe (at 35 Oe)
수지 조성
① Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7 15 100중량부 140 130
방향족 폴리아미드 수지 - 100중량부
② Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7 15 100중량부 120 120
가용성 폴리이미드 수지 - 100중량부
③ Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7 15 100중량부 140 120
에폭시 수지 - 100중량부
④ Sm2Fe17N 자석 분말 10 100중량부 140 70
방향족 폴리아미드 수지 - 100중량부
⑤ Ba 페라이트 자석 분말 4.0 100중량부 90 70
방향족 폴리아미드 수지 - 100중량부
⑥ Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7 15 100중량부 140 -
폴리프로필렌 수지 - 100중량부
(실시예 15)
실시예 14와 완전 동일한 Sm2Co17계 자석 분말(iHc=15kOe)과 가용성 폴리아미드이미드 수지(도요보사(Toyobo Co., Ltd.) 제조의 바일로맥스(VYLOMAX))를 가압 니더(kneader)로 혼련시킨 후, 유성식 혼합기(planetary mixer)에 의해 희석 혼련시킨 것을 원심 탈포기로 5분간 교반시켜 페이스트를 제작하였다. 페이스트는 닥터 블레이드법에 의해 건조한 후의 두께가 약 500㎛가 되도록 그린 시트를 제작해, 건조시킨 후, 열 프레스시키고, 그 다음에 두께 0.5㎜로 가공하여, 박판 자석 시료로 만들었다. 여기에서 폴리아미드이미드 수지의 수지량은, 비저항이 각각 0.06, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0Ω·㎝가 되도록 표 14와 같이 조제하였다. 이러한 박판 자석을 실시예 7과 완전 동일한 코어의 중심 단면 형상으로 절단하여, 측정 시료로 하였다.
다음, 실시예 14와 완전 동일한 0.5㎜의 갭 길이를 갖는 EE 코어에 상기 제작한 박판 자석을 삽입하여, 펄스 착자기에 의해 자석을 착자시켰다. 이러한 코어들에 대해, 이와사끼츠우신끼사 제조의 SY-8232 교류 BH 트레이서를 이용하여 300㎑, 0.1T에서의 철 손실 특성을 실온에서 측정하였다. 여기에서 측정에 사용한 페라이트 코어는 동일한 것이며, 비저항이 다른 자석만을 교환, 삽입하고 다시 펄스 착자기에 의해 착자시킨 후 철 손실 특성을 측정하였다.
그 결과를 표 14에 나타낸다. 비교예로서, 완전 동일한 갭이 형성된 EE 코어의, 동일한 측정 조건에서의 철 손실 특성은 520(㎾/㎥)이었다.
표 14로부터, 비저항 0.1Ω·㎝ 이상의 자기 코어에서 양호한 철 손실 특성을 나타내고 있다. 이것은 박판 자석의 비저항을 높이면 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문이라고 추측된다.
시료 자석 조성 수지량 (vol%) 비저항 (Ω·㎝) 철손 (㎾/㎥)
① Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7 25 0.06 1250
② 30 0.1 680
③ 35 0.2 600
④ 40 0.5 530
⑤ 50 1.0 540
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 500㎛ 이하의 박판 자석이 얻어지고, 이 박판 자석을 자기 바이어스 자석으로서 사용함으로써, 소형이고, 고주파에 있어서의 자기 코어의 직류 중첩 특성이 향상되었으며, 또한 리플로우 온도에서도 특성의 열화가 없는 자기 코어 및, 이 자기 코어를 이용해, 리플로우에서 특성이 열화될 우려가 없어 표면 실장을 가능하게 한 인덕턴스 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 16)
Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7 조성의 소결 자석(iHc=15 kOe)으로부터, 분쇄 시간을 바꿔서 평균 입자 지름이 다른 것을 준비하고, 그 다음에 지름이 다른 체를 통해서 최대 입자 지름을 조정하였다.
건조한 후의 체적비가 Sm2Co17 자석 분말 60vol%와 폴리이미드 수지 40vol%가 되도록, Sm2Co17 자석 분말과 신닛뽕리카사 제조 리카코트(폴리이미드 수지)에 용제로서 γ-부티로락톤을 첨가하여, 원심 탈포기에 의해 5분간 교반시켜 페이스트를 제작하였다. 용제의 배합비는, Sm2Co17 자석 분말과 신닛뽕리까사 제조 리카코트를 합쳐서 70 중량부에 대해 γ-부티로락톤을 10중량부로 하였다. 제작한 페이스트를 닥터 블레이드법에 의해 500㎛의 그린 시트를 제작해 건조 및 열 프레스시켰다. 이것을 페라이트 코어의 중심 형상으로 절단한 후, 펄스 착자 장치를 사용해 4T로 착자시켜, 박판 자석을 제작하였다. 이러한 박판 자석의 플럭스를 TOEI TDF-5 Digital Fluxmeter로 측정한 결과를 표 15에 나타낸다. 더욱이, 실시예 14와 마찬가지로 페라이트 코어에 끼워서 직류 중첩 특성을 측정하고, 그 다음 바이어스량을 측정하였다. 바이어스량은 투자율과 중첩 자계의 크기의 곱으로 구했다.
시료 평균 입자 지름 (㎛) 체 지름 (㎛) 열프레스시의 프레스압 (㎏f/㎠) 중심선 평균 조도(거칠기) (㎛) Flux량 (G) 바이어스량 (G)
① 2.1 45 200 1.7 30 600
② 2.5 45 200 2 130 2500
③ 5.4 45 200 6 110 2150
④ 25 45 200 20 90 1200
⑤ 5.2 45 100 12 60 1100
⑥ 5.5 90 200 15 100 1400
평균 입자 지름이 2.1㎛인 시료 ①은 플럭스가 저하되어 있고, 바이어스량이 작다. 이것은 제작 공정 중에서 자석 분말의 산화가 진행되고 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 평균 입자 지름이 큰 시료 ④는, 분말 충전율이 낮기 때문에 플럭스가 낮고, 또한 자석의 표면 조도(roughness)가 거칠기 때문에, 코어와의 밀착성이 나빠 퍼미언스(permeance) 계수가 저하되기 때문에, 바어어스량이 저하되어 있다고 생각할 수 있다. 또한, 입자 지름이 작은 것에서도, 프레스압이 불충분하고 표면 조도(거칠기)가 커다란 시료 ⑤는, 분말의 충전율이 낮기 때문에, 플럭스가 저하되어 있고, 바이어스량이 작다. 또한, 거칠고 큰 입자가 섞여 있는 시료 ⑥은, 표면 조도(roughness)가 거칠기 때문에, 바이어스량이 저하되어 있다고 생각된다.
이러한 결과들로부터, 자성 분말의 평균 입자 지름이 25㎛ 이상이고, 또한 최대 입자 지름이 50㎛이며, 중심선 평균 조도(roughness)가 10㎛ 이하인 박판 자석을 삽입했을 때, 뛰어난 직류 중첩 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
(실시예 17)
Sm2Co17계에서 Zr의 양이 0.01at%이고 조성이 Sm(Co0.78Fe0.11Cu0.10Zr0.01)8.2인 흔히 제2세대 Sm2Co17 자석이라고 불리우는 조성의 잉곳을 거칠게 분쇄한 후에 열 처리한 자석 분말과, Zr의 양이 0.029at%이고 조성이 Sm(Co0.0742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)8.2인 흔히 제3세대 Sm2Co17 자석이라고 불리우는 조성의 잉곳을 거칠게 분쇄한 후에 열 처리한 자석 분말을 사용했다. 상기 제2세대 Sm2Co17 자석 분말은 800℃에서 1.5Hr인 시효 열처리를 수행하고, 제3세대 Sm2Co17 자석은 800℃에서 10Hr인 시효 열처리를 수행하였다. 이것에 의해 VSM에 의해 측정된 자석 분말의 보자력은, 제2세대가 8 kOe이고 제3세대가 20 kOe였다. 이러한 거칠게 분쇄한 분말들을, 유기 용매 중에서 볼 밀에 의해 평균 입자 지름 5.2㎛로 미세하게 분쇄하고, 더욱이 체눈(opening)이 45㎛인 체를 통과시켜, 자석 분말을 얻었다. 그런 다음, 이들 제작한 자석 분말에 각각 바인더로서 에폭시 수지를 35vol% 혼합하고, 실시예 14와 완전 동일한 EE 코어의 중심 형상 및 두께 0.5㎜의 본드 자석을 금형 성형에 의해 작성하였다. 여기에서 자석 특성은 ø10×t10의 시험편을 별도로 작성하여, 직류 BH 트레이서에 의해 측정하였다.
보자력은 거칠게 분쇄한 분말과 거의 동일한 값이었다. 그 후, 이들 자석을 실시예 14와 완전 동일한 EE 코어에 삽입한 후, 펄스 착자 및 권선시킨 다음, LCR미터에 의해 40 Oe 직류 중첩시의 100㎑에 있어서의 실효 투자율을 특정하였다. 그 다음에, 이들 코어를 리플로우로의 조건인 270℃의 항온조에서 1Hr 유지시킨 후, 상기와 마찬가지로 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과 또한 표 16에 나타낸다.
시료 리플로우 전 μe (at 35 Oe) 리플로우 후 μe (at 35 Oe)
Sm(Co0.78Fe0.11Cu0.10Zr0.01)8.2 120 40
Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)8.2 130 130
표 16으로부터 보자력이 높은 제3세대 Sm2Co17 자석 분말을 사용했을 경우, 리플로우 후에도 양호한 직류 중첩 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 한편, Sm과 천이 금속의 비율에서 보자력의 피크를 갖는 것이 알려져 있는데, 이러한 최적값의 조성비는 합금에 함유되는 산소량에 따라 변동된다는 사실이 알려져 있고, 소결체는 7.0∼8.0, 잉곳은 8.0∼8.5 사이에서 변동하는 것을 확인하였다. 이상으로부터 조성이 제3세대인 Sm(CobalFe0.15∼0.25Cu0.05∼0.06Zr0.02∼0.03)7.0∼8.5에서 리플로우 조건에서도 직류 중첩 특성이 양호한 것을 알 수 있었다.
(실시예 18)
실시예 16의 시료 ③으로 제작한, 조성이 Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.055Zr0.029)7.7이고 입자 지름이 평균 5㎛, 최대 입자 지름이 45㎛인 자석 분말을 사용하였다. 그 자석 분말의 표면에 Zn, 무기 유리(ZnO-B2O3-PbO, 연화점 400℃), Zn에 무기 유리(ZnO-B2O3-PbO)를 더한 것을 각각 피복한 박판 자석을 실시예 2의 시료 ②와 완전 동일한 방법으로 제작하여, 그것을 삽입한 Mn-Zn계 페라이트 코어의 직류 중첩 특성은 실시예 16와 완전 동일하게 측정한 후 바이어스량을 구하고, 철 손실 특성은 실시예2와 완전 동일한 방법으로 측정하여, 비교한 결과를 표 17에 나타낸다.
여기에서 Zn은 자석 분말과 혼합한 후, 500℃, Ar 분위기 하에서 2시간 열 처리하였다. ZnO-B2O3-PbO는 열 처리 온도가 450℃인 것 외에는 완전 동일한 방법으로 열 처리하였다. 한편, 복합층을 형성하기 위해서는 처음에 Zn과 자석 분말을 혼합하여 500℃에서 열 처리하고, 여기에서 일단 로(furnace)에서 꺼내어 그 분말과 ZnO-B2O3-PbO 분말을 혼합한 후, 450℃에서 열 처리한다. 이들 분말은 총 부피의 45vol%에 해당하는 양의 바인더(에폭시 수지)를 혼합한 후, 자기장이 없는 상태에서 금형 성형하였다. 성형체는 실시예 15과 완전 동일한 페라이트 코어의 중심 단면 형상이고 또한 높이 0.5㎜이며, 코어에 삽입한 후 약 10T의 펄스 자기장에 의해 착자시켜, 실시예 14와 동일한 방법으로 직류 중첩 특성을 측정하고, 실시예 15과 동일한 방법으로 철 손실 특성을 측정하였다. 다음에 이러한 코어를 270℃의 항온조에서 30분간 유지한 후, 마찬가지로 직류 중첩 특성, 철 손실 특성을 측정하였다. 비교예로서 피복되어 있지 않은 분말인 경우에도 완전 동일한 방법으로 성형체를 작성한 후, 특성을 측정한 결과 또한 표 17에 나타낸다.
피복되지 않은 것은 열 처리로 인해 직류 중첩 특성, 철 손실 특성이 열화되는데, Zn, 무기 유리, 및 그 복합체를 피복한 것은 피복되지 않은 것에 비해, 열 처리에 있어서의 열화율이 매우 작은 것을 알 수 있다. 이는 피복에 의해 자석 분말의 산화가 억제되었기 때문이라고 추측할 수 있다.
또한 피복재를 10vol% 이상 혼합한 것에 대해서는 실효 투자율이 낮고, 자석에 의한 바이어스 자계의 크기가 다른 것에 비해 매우 작게 되어 있음을 알 수 있다. 이는 피복재의 양이 증대했으므로, 자석 분말의 비율이 감소했거나, 혹은 자석 분말과 피복재가 반응하여 자화의 크기가 감소했기 때문이라고 생각된다. 따라서, 피복하는 양은 0.1∼10wt%의 범위에서 매우 뛰어난 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
시료 피복층 리플로우 전 리플로우 후
Zn (vol%) B2O3-PbO (vol%) Zn+B2O3 -PbO (vol%) Bias량 (G) 철손 (㎾/㎥) Bias량 (G) 철손 (㎾/㎥)
비교예 - - 2200 520 300 1020
1 0.1 2180 530 2010 620
2 1.0 2150 550 2050 600
3 3.0 2130 570 2100 580
4 5.0 2100 590 2080 610
5 10.0 2000 650 1980 690
6 15.0 1480 1310 1480 1350
7 0.1 2150 540 1980 610
8 1.0 2080 530 1990 590
9 3.0 2050 550 2020 540
10 5.0 2020 570 2000 550
11 10.0 1900 560 1880 570
12 15.0 1250 530 1180 540
13 3+2 2050 560 2030 550
14 5+5 2080 550 2050 560
15 10+5 1330 570 1280 580
(실시예 19)
실시예 16의 시료 ③의 Sm2Co17 자석 분말을 이용하고, 바인더로서 에폭시 수 지를 50vol% 혼합한 후, 2T의 자기장 중에서 중심 자기 레그 상하 방향으로 금형 성형하여 이방성의 자석을 제작하였다. 또한, 비교예로서 자기장이 없는 상태에서 금형 성형한 것도 동일하게 제작하였다. 그 다음에, 이들의 각 본드 자석을 실시예 15와 마찬가지로 MnZn계 페라이트 재료에 삽입하여, 펄스 착자 및 권선을 실시하고, LCR미터에 의해 직류 중첩 특성을 측정해, 코어 정수와 권선수로부터 투자율을 계산하였다. 그 결과를 표 18에 나타낸다.
또한, 측정이 끝난 시료를 리플로우의 조건인 270℃의 항온조에서 1m 유지해 상온까지 냉각시켜 상기와 마찬가지로 LCR미터에 의해 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과도 표 18에 나타낸다.
표 18로부터 리플로우 전후 모두 자기장이 없는 자석에 비해 양호한 결과가 얻어졌음을 알 수 있었다.
시료 리플로우 전 μe (at 45 Oe) 리플로우 후 μe (at 45 Oe)
자기장 성형품 130 130
무자기장 성형품 50 50
(실시예 20)
실시예 16의 시료 ③의 Sm2Co17 자석 분말을 이용하고, 바인더로서 에폭시 수지를 50vol% 혼합한 후, 자기장이 없는 상태에서 금형 성형하고 0.5㎜ 두께의 자석을 제작했을 때까지는 실시예 19와 완전 동일하다. 다음으로 실시예 14와 마찬가지로 MnZn계 페라이트 재료에 삽입하여 착자시켰다. 이때의 자기장을 1T, 2T, 25T, 3T, 5T, 10T로 착자시켰다. 1T, 2T, 25T는 전자석에 의해 착자시키고, 3T, 5T, 10T는 펄스 착자기에 의해 착자시켰다. 그 후, LCR미터에 의해 직류 중첩 특성을 측정하고, 코어 정수와 권선수로부터 투자율을 계산하였다. 그 결과로부터 실시예 16에서 구한 방법으로 바이어스량을 구해서 그 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3으로부터 25T 이상이 아니면 양호한 중첩 특성을 얻을 수 없음을 알 수 있었다.
(실시예 21)
도 17 및 도 18을 참조하면, 사용하는 코어(65)는, MnZn계 페라이트 재료로 작성되어 자로 길이 2.46㎝, 실효 단면적 0.394㎠인 EE형 자기 코어를 형성한다. 도 18과 같이, E형 코어(65)에, 몰드 코일(수지 실링된 권선)(권선수 4턴)(67)을 끼워넣은 후, 더욱이 E형 코어(65)의 중심 자기 레그 단면적과 동일한 형상으로 가공된, 두께 0.16㎜의 박판 자석(69)을, 코어 갭부에 배치하고, 다른 한쪽의 코어(65)에 의해 삽입하여 인덕턴스 부품으로서 기능하는 것이다.
박형 자석(69)의 착자 방향은, 몰드 코일이 만드는 자계와 반대 방향으로 착자되어 있는 것으로 한다.
박형 자석을 적용했을 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성과, 비교로서 박형 자석을 적용하지 않은 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 결과를 도 19의 부호 73(전자)와 71(후자)로 나타낸다.
또한 리플로우로(피크 온도 270℃)에 통과시킨 후, 상기와 마찬가지로 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 그 결과 리플로우 전의 결과와 동일한 것을 확인하였다.
(실시예 22)
도 20 및 도 21을 참조하면, 사용하는 코어는 실시예 21과 마찬가지로, MnZn계 페라이트 재료로 작성되고 자로 길이 2.46㎝, 실효 단면적 0.394㎠의 자기 코어를 형성하는데, EI형 자기 코어를 형성하여 인덕턴스 부품으로서 기능한다. 조립 공정도 실시예 21과 동일한데, 한쪽의 페라이트 코어(77)의 형상은, I형이다.
박형 자석을 적용한 직류 중첩 인덕턴스 특성, 및 리플로우로에 통과시킨 후의 직류 중첩 인덕턴스 특성은 실시예 21과 변함 없다.
(실시예 23)
도 22 및 도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예 23에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품에 사용하는 코어(87)는 MnZn계 페라이트 재료로 작성된 자로 길이 0.02m, 실효 단면적 5×10-6㎡의 UU형 자기 코어를 형성한다. 도 23과 같이, 보빈(89)에 코일(91)을 감고, 한 쌍의 U형 코어(87)를 끼워넣을 때, U형 코어(87)의 단면적(접합부)과 동일한 형상으로 가공된, 두께 0.2㎜의 박판 자석(93)을, 코어 갭부에 배치한다. 이로써, 투자율 4×10-3H/m의 인덕턴스 부품으로서 기능하는 것이다.
박형 자석(93)의 착자 방향은, 코일이 만드는 자계와 반대 방향으로 착자되어 있는 것으로 한다.
박형 자석을 적용했을 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성과, 비교로 박형 자석 을 적용하지 않은 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 결과를 도 24의 부호 97(전자)과 95(후자)로 나타낸다.
상기 직류 중첩 인덕턴스 특성의 결과는, 일반적으로 자기 코어를 형성하는 코어의 사용 자속 밀도(△B)의 확대를 나타내고 있는 것과 같은 값이며(도 25a, 도 25b에 의해 보충하고, 도 25a의 부호 99는 종래의 인덕턴스 부품에 대한 코어의 사용 영역을 나타내고, 도 25b의 부호 101은 본 발명에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품의 코어의 사용 영역을 나타낸다. 이들 도면은, 상기 직류 중첩 인덕턴스 특성의 결과 95와 99, 97와 101이 각각 대응한다), 인덕턴스 부품의 일반적인 이론식은 다음 식(1)에 의해 나타내어지고,
B=(E·ton)/(N·Ae) ……(1)
E : 인덕턴스 부품 인가 전압
ton : 전압 인가 시간
N : 인덕터의 권선수
Ae : 자기 코어를 형성하는 코어의 실효 단면적
이러한 식 (1)로부터, 상기 사용 자속 밀도(△B)의 확대 효과는, 권선수(N)와 자기 코어의 실효 단면적(Ae)의 역수에 비례하며, 전자는 인덕턴스 부품의 권선수를 줄임으로써 동손(銅損; copper loss) 감소의 효과와 인덕턴스 부품의 소형화를 초래하고, 후자는 자기 코어를 형성하는 코어의 소형화에 기여하며, 상기 권선수 감소에 따른 소형화와 더불어, 인덕턴스 부품의 소형화에 크게 기여하는 것이 명백하다. 트랜스포머에 있어서는 1차 및 2차 코일 권선수를 줄일 수 있기 때문 에, 그 효과는 대단히 크다.
더욱이, 출력 전력에 관한 식을 식(2)로 나타내는데, 이러한 식으로부터 사용 자속 밀도(△B) 확대 효과는, 출력 전력 확대의 효과에도 작용하고 있다고 볼 수 있다.
Po=κ·(△B)2·f ……(2)
Po : 인덕터 출력 전력
κ : 비례 정수
f : 구동 주파수
또한, 인덕턴스 부품의 신뢰성에 관해, 리플로우로(피크 온도 270℃)에 통과시킨 후, 상기와 마찬가지로 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 그 결과, 리플로우 전의 결과와 동일한 것을 확인하였다.
(실시예 24)
도 26 및 도 27을 참조하면, 본 발명의 실시예 24에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품에 있어서, 사용하는 코어는 실시예 23과 마찬가지로, MnZn계 페라이트 재료로 제작되어 자로 길이 0.02m, 실효 단면적 5×10-6㎡의 자기 코어를 형성하거나, UI형 자기 코어를 형성하여 인덕턴스 부품으로서 기능한다. 도 27과 같이, 보빈(71)에 코일(109)을 감고, I형 코어(107)를 보빈에 조립한 후, U형 코어(105)의 단면적(접합부)과 동일한 형상으로 가공된, 두께 0.1㎜의 박판 자석(113)을, 코일을 감은 보빈의 양쪽 날개부(I형 코어(107)가 보빈으로부터 삐져나온 부분)에 각 1장(양쪽 날개로서 2장)씩 배치하여, U형 코어(105)를 조립하여 완성한다.
박형 자석을 적용한 직류 중첩 인덕턴스 특성, 및 리플로우로 투입후의 직류 중첩 인덕턴스 특성은, 실시예 23과 변함 없다.
(실시예 25)
도 28 및 도 29를 참조하면, 본 발명의 실시예 25에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품에 있어서는, 사용하는 4개의 I형 코어(117)는 규소강으로 작성되며, 자로 길이 0.2m, 실효 단면적 1×10-4㎡의 ロ자형 자기 코어를 형성한다. 도 28과 같이, 절연 시트(121)를 구비한 2개의 코일(119)에, 각 1개씩 I형 코어(117)에 삽입하고, ロ자형 자로를 형성하도록, 또다시 2개의 I형 코어(117)를 설치한다. 그 접합부에 본 발명에 따른 박판 자석(123)을 배치하여, 투자율 2×10-2H/m의 ロ자형 자로를 형성하여 인덕턴스 부품으로서 기능한다.
박형 자석(123)의 착자 방향은, 코일이 만드는 자계와 반대 방향으로 착자되어 있는 것으로 한다.
박형 자석을 적용했을 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성과, 비교로서 박형 자석을 적용하지 않은 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 결과를 도 30의 부호 127(전자)과 125(후자)로 나타낸다.
상기 직류 중첩 인덕턴스 특성의 결과는, 일반적으로 자기 코어를 형성하는 코어의 사용 자속 밀도(△B)의 확대를 나타내고 있는 것과 같은 값이며(도 31a, 도 31b에 의해 보충하고, 도 31a의 부호 129는 종래의 인덕턴스 부품에 대한 코어의 사용 영역을 나타내며, 도 31b의 부호 131은 본 발명에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품의 코어의 사용 영역을 나타낸다. 이들 도면은, 상기 직류 중첩 인덕턴스 특성의 결과 125와 129, 127과 131이 각각 대응한다), 인덕턴스 부품의 일반적인 이론식은 다음 식(1)에 의해 나타내어진다.
△B=(E·ton)/(N·Ae) ……(1)
E : 인덕턴스 부품 인가 전압
ton : 전압 인가 시간
N : 인덕터의 권선수
Ae : 자기 코어를 형성하는 코어의 실효 단면적
이러한 식 (1)로부터, 상기 사용 자속 밀도(△B)의 확대 효과는, 권선수(N)와 자기 코어의 실효 단면적(Ae)의 역수에 비례하며, 전자는 인덕턴스 부품의 권선수를 줄임으로써 동손 감소의 효과와 인덕턴스 부품의 소형화를 초래하고, 후자는 자기 코어를 형성하는 코어의 소형화에 기여하며, 상기 권선수 감소에 따른 소형화와 더불어, 인덕턴스 부품의 소형화에 크게 기여하는 것이 명백하다. 트랜스포머에 있어서는 1차 및 2차 코일 권선수를 줄일 수 있기 때문에, 그 효과는 대단히 크다.
더욱이, 출력 전력에 관한 식을 식(2)으로 나타내는데, 이러한 식으로부터 사용 자속 밀도(△B) 확대 효과는, 출력 전력 확대의 효과에도 작용하고 있다고 볼 수 있다.
Po=κ·(△B)2·f ……(2)
Po : 인덕터 출력 전력
κ : 비례 정수
f : 구동 주파수
또한, 인덕턴스 부품의 신뢰성에 관해, 리플로우로(피크 온도 270℃)에 통과시킨 후, 상기와 마찬가지로 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 그 결과, 리플로우 전의 결과와 동일한 것을 확인하였다.
(실시예 26)
도 32 및 도 33을 참조하면, 본 발명의 실시예 26에 따른 인덕턴스 부품은, 오목 형상의 덴트(dent)를 갖는 ロ자형 코어(135)와 I형 코어(132), 코일(139)이 권선된 보빈(141) 및 박판 자석(143)에 의해 구성된다. 도 33과 같이, 박판 자석(145)은, ロ자형의 코어(135)의 오목형상의 덴트부, 즉, ロ자형 코어(135)와 I형 코어(137)의 접합부에 배치된다.
여기에서, 사용하는 ロ자형 코어(135) 및 I형 코어(137)는, MnZn계 페라이트 재료에 의해, 자로 길이 6.0㎝, 실효 단면적 0.1㎠의 日자형 자기 코어를 형성한다.
또한, 박판 자석(143)은, 두께 0.25㎜, 단면적 0.1㎠이며, 코일이 만드는 자계와 반대 방향으로 착자되어 있는 것으로 한다.
코일(139)은 18턴 감겨져 있고, 본 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특 성과, 비교로서 박형 자석을 적용하지 않은 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 결과를 도 34의 부호 147(전자)과 145(후자)로 나타낸다.
또한, 리플로우로(피크 온도 270℃)에 통과시킨 후, 상기와 마찬가지로 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 그 결과, 리플로우 전의 결과와 동일한 것을 확인하였다.
(실시예 27)
도 35 및 도 36을 참조하면, 본 발명의 실시예 27에 따른 박판 자석을 적용한 인덕턴스 부품에 있어서는, 볼록 형상의 코어(153)에 코일(157)이 감기며 볼록 형상의 코어(153)의 볼록부 상부면에, 이 볼록부 상부면과 동일한 형상(0.07㎜)이고, 두께 120㎛인 박판 자석(159)을 배치하여, 원통 형상의 캡 코어(155)를 씌워서 구성되어 있는 것이다.
여기에서 사용하는 볼록 형상의 코어(153) 및 원통 형상의 캡 코어(155)는, NiZn계 페라이트 재료로서, 자로 길이 1.85㎝, 실효 단면적 0.07㎠인 자기 코어를 형성한다.
또한, 박판 자석(159)은, 코일이 만드는 자계와 반대 방향으로 착자되어 있는 것으로 한다.
코일(157)은 15턴 감겨져 있고, 본 인덕턴스 부품의 직류 중첩 인덕턴스 특성과, 비교로 박형 자석을 적용하지 않은 경우의 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 결과를 도 37의 부호 165(전자)와 163(후자)으로 나타낸다.
또한, 리플로우로(피크 온도 270℃)에 통과시킨 후, 상기와 마찬가지로 직류 중첩 인덕턴스 특성을 측정하여, 그 결과, 리플로우 전의 결과와 동일한 것을 확인하였다.
본 발명에 따르면, 소형 인덕턴스 부품의 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해, 상기 갭 근처에 영구 자석을 배치한 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어의 소형화를 가능하게 하기 위해서 특히 적합한 자석을 이용한 자기 코어를 제공할 수 있다.
또한, 뛰어난 직류 중첩 특성과, 철 손실 특성과, 리플로우 조건에서도 특성에 영향을 받지 않고, 내산화성을 지닌 자기 코어를 용이하고 저렴하게 제공하는 것이 가능하다.
더욱이, 자로의 적어도 한 군데 이상에 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해서, 상기 갭 근처에 영구 자석을 배치한 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에 있어서, 상기한 것을 고려하여, 뛰어난 직류 중첩 특성과 철 손실 특성을 지닌 자기 코어를 용이하고 저렴하게 제공할 수 있다.

Claims (28)

  1. 자로 중의 적어도 한 군데에 갭을 갖고, 상기 갭에 영구 자석을 삽입하여 이루어지는 자기 코어로서, 20㎑에서의 교류 투자율이 직류 인가 자계 120 Oe의 조건에서 적어도 45이며, 철 손실(core loss) 특성이 20㎑, 최대 자속 밀도 0.1T의 조건에서 100㎾/㎥이하이고,
    상기 영구 자석은 수지에 자석 분말이 분산되어 있는 본드 자석으로서, 적어도 0.1Ω·㎝의 비저항을 가지며, 상기 자석 분말은 희토류 자석 분말이며 고유 보자력이 적어도 5kOe, 퀴리점(Tc)이 적어도 300℃, 분말 입자 지름이 0㎛보다 크고 150㎛이하인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  2. 제 1 항에 있어서, 초기 투자율이 적어도 100인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  3. 제 1 항에 있어서, Ni-Zn계 페라이트 또는 Mn-Zn계 페라이트로 이루어지고, 상기 자석은 희토류 자석 분말과 바인더로 구성된 본드 자석인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 본드 자석은 상기 희토류 자석 분말의 평균 입자 지름이 0㎛이상(0을 포함하지 않음) 10㎛이하이고, 상기 바인더의 양을 중량비로 5 내지 30wt% 함유하는 것으로서, 비저항이 적어도 1Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말의 평균 입자 지름이 2.0∼50㎛인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 수지 함유량이 체적비로 적어도 10%인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서, 성형 압축율이 적어도 20%인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 본드 자석에 사용하는 상기 희토류 자석 분말에 실란 커플링재, 티타늄 커플링재를 첨가한 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 본드 자석은 그 제작시에 자기장 배향됨으로써 이방성화되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 표면활성제로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 영구 자석의 중심선 평균 거칠기가 1.7 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 영구 자석은 비저항이 적어도 1Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 영구 자석은 금형 성형에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 영구 자석은 열 프레스에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  17. 제 6 항에 있어서, 상기 영구 자석은 전체 두께가 100 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 영구 자석은 수지와 자석 분말의 혼합 도료로부터 닥터 블레이드법, 인쇄법 등의 막 형성법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 영구 자석은 표면의 광택도가 적어도 25%인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  20. 제 6 항에 있어서, 상기 수지는 폴리프로필렌 수지, 6-나일론 수지, 12-나일론 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지로부터 선택된 적어도 한 종류인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  21. 제 6 항에 있어서, 상기 영구 자석은 표면에 내열 온도 적어도 120℃인 수지 또는 내열 도료를 피복하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  22. 제 6 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 SmCo, NdFeB, SmFeN으로부터 선택된 희토류 자석 분말인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  23. 제 6 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 고유 보자력이 적어도 10 kOe, 퀴리점이 적어도 500℃, 분말 평균 입자 지름이 2.5∼50㎛인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm-Co 자석인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 SmCo 희토류 자석 분말은 Sm(CobalFe0.15∼0.25Cu0.05∼0.06Zr0.02∼0.03)7.0∼8.5로 표시되는 합금 분말인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 수지 함유량이 체적비로 적어도 30%인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 수지는 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 액정 폴리머로부터 선택된 적어도 한 종류인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
  28. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항, 제 7 항 및 제 9 항 내지 27 항 중 어느 한 항에 기재된 자기 코어에 적어도 1회의 권선이 이루어진 것을 특징으로 하는 인덕턴스 부품.
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