KR0134508B1

KR0134508B1 - 자심

Info

Publication number: KR0134508B1
Application number: KR1019910701674A
Authority: KR
Inventors: 유미에 와타나베; 유미코 다카하시; 다카오 사와; 요시유키 야마우치; 스스무 마츠시타; 마사미 오카무라
Original assignee: 아오이 죠이치; 가부시키가이샤 도시바
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1998-04-27
Also published as: DE69031338T2; EP0473782B1; EP0473782A1; EP0473782A4; WO1991015020A1; KR920702001A; DE69031338D1

Abstract

본 발명은 합금박대를 두루감거나 적층하여 이루어진 자심으로서, 상기 합금박대의 표면거칠기를 일정범위내로 제한함으로써 자심의 각형비를 향상시키는 것을 특징으로 하는 고주파영역에서의 각형특성 및 자기포화 특성이 우수한 자심에 관한 것이다.

Description

자심

근래, 전자기기의 소형경량화와 고성능화의 요구에 따라 중요한 기능부품으로서 사용되고 있는 자성부품에도 고성능화가 요구되고 있다. 특히 OA기기와 통신기기의 전원으로 이용되는 스위칭전원에 있어서는, 소형경량화의 요청으로 인해 고주파화가 검토되고 있다. 따라서, 이 자성부품들에 이용되는 자성재료에도 우수한 고주파자기특성이 요구되고 있다. 특히, 영상변류기 등의 전류센서와 노이즈필터 등, 대부분의 자성부품에 대해서는 투자율이 높은 재료가 유효하다. 근래에는 자기증폭기를 결합한 스위칭전원이 고신뢰성, 고효율의 관점에서 널리 사용되고 있다.

이 자기증폭기를 구성하는 주요부는 가포화리액터이며, 각형자화특성이 우수한 자심재료가 필요로 되고 있다. 종래에는 이와 같은 자심재료로서는 Fe-Ni결정질합금으로 이루어진 센델타(상품명)가 사용되어 왔다. 그렇지만 센델타는 각형자화특성면에서는 우수하지만 20KHz이상의 고주파에서는 보자력이 커지고 전류손실이 증대되어 발열하여 사용불능으로 된다. 이 때문에, 자기증폭기를 결합한 스위칭전원의 스위칭주파수는 20KHz이하로 제한되고 있었다.

근래에는 스위칭전원의 소형화.경량화에 대한 요구와 더불어 스위칭주파수를 보다 고주파화하는 것이 요구되고 있어, 고주파영역에서의 보자력이 작고 각형특성 및 열안정성이 우수한 자심재료로서 비정질합금이 검토되고 있다(일본국 특개소 61-225804호). 그렇지만 스위칭전원의 고효율화의 요구에 대해서는, 비정질합금 자심의 고성능화가 필수적이고, 특히 50KHz이상의 주파수에서 사용되는 자기증폭기에서의 각형비(角形比; 잔류자속밀도를 1 Oe자장에서의 자속밀도로 나눈 값) 및 자기포화특성(예컨대 포화인덕턴스의 저감)의 한층의 개성이 요구되고 있었다.

발명의 개시

본 발명은 상기 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 특히 고주파영역에서 각형비가 크고 포화인덕턴스가 작은 합금박대를 이용한 자심을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자심은, 합금박대를 두루감거나 적층함으로써 형성된 고주파영역에서의 각형특성이 우수한 자심으로서, 상기 합금박대의 롤(roll)면측 표면의 오목부의 면적점유율을 30%이하로 함으로써, 자심의 각형비를 향상시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명자들은 합금박대의 롤면측 표면의 오목부의 면적점유율을 30%이하로 함으로써, 고주파영역에서의 각형비가 급격히 향상됨과 더불어 포화인덕턴스를 저감시킬 수 있음을 찾아냈다. 또 본 발명자들은 자심을 구성하는 합금박대의 롤면측 표면의 오목부의 면적점유율을 30%이하로 함과 동시에 자유면(free surface)측의 표면거칠기(Rf)를 0.3% 이하로 함으로써, 자심의 특히 고주파영역에서의 각형특성을 향상시킬 수 있음을 찾아냈다. 본 발명은 상기한 견해에 기초하여 이루어진 것이다.

본 발명에 의하면, 주파수 100KHz에서 98%이상, 바람직하게는 98.5%이상, 더욱 바람직하게는 99%이상의 각형비를 갖는 자심이 제공된다. 또 본 발명에 의하면, 포화자기특성이 550(G)이하 또는 500(G)이하인 자심을 제공할 수 있다. 여기에서, 포화자기특성은 통상 자심형상과 권선수 및 측정조건에 따라 달라진다. 본 발명에 있어서는, 평가기준으로서 ① 자심형상이 외경 15mm, 내경 10mm, 높이 4.5mm인 자심에 있어서 ② 권선수 10회, ③ 측정조건으로서 주파수 100KHz에서 16(Oe)자장을 인가했을 때의 자속밀도와 잔류자속의 차이값으로 나타낸 것이다.

본 발명은 특히 고주파(구체적으로는 50KHz이상)에서의 각형특성 및 자기포화특성이 우수함과 동시에 철손실율이 낮고 고주파스위칭전원에 이용되는 가포화리액터와 반도체회로용 리액터 등의 자성부품으로 적당한 자심 및 이 자심의 제조에 이용되는 합금박대(薄帶)에 관한 것이다.

제1도 및 제2도는 본 발명에서의 합금박대의 표면상태를 나타낸 주사형 전자현미경사진

제3도는 합금박대표면에 형성된 오목부의 면적점유율과 각형비와의 관계를 나타낸 그래프

제4도는 표면거칠기와 각형비와의 관계를 나타낸 그래프

제5도는 합금박대의 판두께와 철손실과의 관계를 나타낸 그래프이다.

발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태

최근, 고주파에서 이용하는 자심재료에 사용되는 연자성합금박대는 소위 용탕급냉법(溶湯急冷法)에 의해 제조되는 경우가 늘어나고 있다. 이 방법은 석영 등의 내열용기안에서 용융시킨 소정 조성의 용융합금을 노즐로부터 고속회전하는 금속제 냉각롤의 회전면으로 사출하고 급냉함으로써 리본형상의 박대를 얻는 것이다. 그렇지만, 이와같이 하여 제조되는 합금박대의 표면(롤면, 즉 냉각롤과 접하는 면측)에는 불가피하게 미세한 요철이 형성된다.

본 발명자들의 연구에 의하면, 합금박대의 롤면측 표면에 존재하는 오목부의 면점유율을 30%이하로, 바람직하게는 25%이하로, 더욱 바람직하게는 20%이하로 엄격히 제한함으로써, 고주파영역에서의 각형비가 급격히 향상됨과 더불어 포화인덕턴스를 저감시킬 수 있음을 찾아냈다. 즉, 제1태양에서 따른 본 발명의 자심은, 합금용탕을 노즐로부터 냉각롤의 표면으로 사출하고 급냉함으로써 합금박대가 제조되는 것으로, 상기 냉각롤과 접하는 합금박대의 표면에 형성되는 오목부의 면적점유율이 30%이하인 합금박대에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

통상, 상기한 바와 같은 용탕급냉법으로 합금박대를 제조하는 경우에 있어서는, 얻어지는 합금박대의 표면상태는 냉각롤의 표면상태나 융융합금과 롤 사이의 점착성에 주로 의존한다. 이 경우의 점착성은 합금의 조성에 의해서도 영향을 받는다. 그리고, 합금박대의 표면에 형성되는 오목부는 냉각롤과 융융금속 사이에 말려 들어가는 기포에 의해 형성된다.

후술하는 실시예의 결과로부터도 명백해지듯이 본 발명에 의하면, 이 냉각롤과 접촉하는 측의 합금박대 표면에 형성된 오목부의 면적점유율을 30%이하로 제한함으로써, 자심의 각형비를 현저하게 향상시킬 수 있다. 상기한 바와 같은 각형비의 향상효과는, 특히 퀴리온도가 300℃이하인 비정질합금에 있어서 현저하게 나타난다. 그 이유는, 열처리에 의해 발생하는 유도자기이방성과 표면거칠기에 기인하는 형상자기이방성의 크기 비율에 따르면, 추정된다. 즉, 퀴리온도가 300℃이하인 비교적 유도자기이방성이 작은 합금에서 현저하다.

상기와 같이 박대표면에 형성되는 오목부의 면적점유율을 30%이하로 제한하는 방법으로서는, 냉각롤과 합금용탕의 점착성을 좋게 하는 것과 냉각속도의 적정화를 들 수 있다. 그를 위한 구체적인 방법으로서는, 철기(鐵基) 롤(예컨대 S45C, 하이스강철)의 사용 및 Cu기(基) 합금(CuBe CuTi 등)의 경우에 있어서는 냉각롤 내부로부터 냉각하는 물의 온도를 30∼60℃로 조절하는 방법 혹은 합금용탕의 사출온도를 1350℃이상으로 하는 방법이 있다. 더욱 바람직한 방법으로서는, 제조분위기를 대기압미만으로 감압함으로써, 오목부발생을 저감시키는 것(예컨대 10%이하)이 가능하다.

또, 본 발명에서의 「박대표면에 형성되는 오목부의 면적점유율」의 정의 및 측정방법은 다음과 같다.

주사형 전자현미경(SEM)을 사용하여 200배의 배율로 롤면의 사진을 찍는다. 이 사진에서 육안으로 보았을 때 긴 직경(당해 오목부에 외접하는 가장 작은 원의 직경)이 10㎛이상인 오목부를 모두 픽업하여 화상처리장치[예컨대 일본 레귤레이터 가부시키가이샤제(製) LUZEX500]에 의해 단위면적당 오목부가 차지하는 면적비를 구한다. 이 과정을 적어도 10회 행하여 평균치를 구하고, 이 평균치를 「면적점유율」로 한다.

다음에, 합금박대의 표면거칠기를 제어하는 제2태양에 관하여 설명한다. 즉, 본 발명의 제2태양은 합금용탕을 노즐로부터 냉각롤의 표면으로 사출하고, 급냉함으로써 합금박대가 제조되는 것으로, 상기 냉각롤과 접촉하지 않는 쪽의 합금박대표면의 표면거칠기가 당해 합금박대의 긴 쪽(長手) 방향에 있어서

Rf ≤ 0.3

[단, Rf는 JIS-B-0601에 규정된 기준길이 2.5mm에서의 10점의 평균거칠기 및 합금박대의 중량으로부터 구한 평균판두께를 각각 Rz, T로 했을 때, 아래식

Rf = Rz/T

에 의해 구한 거칠기를 특정짓는 파라미터이다.]라는 값을 갖는 합금박대에 의해 자심을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이 Rf값은 바람직하게는 0.25이하, 더욱 바람직하게는 0.22이하이다.

통상, 용탕급냉법에 의해 합금박대를 제조하는 경우에 있어서는, 냉각롤의 표면상태, 노즐과 롤 사이에 생기는 용탕고임 안정성 등의 조건이 얻어지는 합금박대의 표면상태에 영향을 미친다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 특히 자유면(즉, 냉각롤과 접촉하지 않는 쪽의 박대표면)에 생기기 쉬운, 박대의 긴 쪽 방향으로 주기성을 가지고 나타나는 요철(凹凸)(소위 피쉬스케일)이 합금박대의 고주파자기특성, 특히 각형비에 악영향을 미침을 찾아냈다.

즉, 합금박대의 긴 쪽 방향의 표면거칠기를 상술한 규정에 따라 Rf ≤ 0.3, 바람직하게는 Rf ≤ 0.27로 제한함으로써, 고주파영역에서의 각형비를 현저하게 개선할 수 있게 됨과 더불어 포화인덕턴스를 저감시킬 수 있게 된다. 이와 같은 효과는, 특히 퀴리온도가 300℃이하인 비정질합금을 재료로 사용한 경우에 현저하다. 그 이유는 박대롤면에 대해 설명한 것과 마찬가지로 표면거칠기에 기인하는 형상이방성(形狀異方性)이 관여하고 있는 것이라고 추정된다.

상기와 같이 표면거칠기를 제어하기 위해서는, 냉각롤의 재질과 롤표면 온도 및 사출시의 용탕온도 등의 제조파라미터를 적당히 조절할 필요가 있다. 그를 위해서는, 예컨대 냉각속도나 롤주기속도의 조정 및 적정화가 필요하다. 구체적으로는, Cu기 합금롤을 사용하고, 롤내부의 수온을 30∼80℃로 설정하는 방법 혹은 롤주기속도를 25m/s이상으로 설정하는 방법이 유효하다.

다음에, 본 발명의 자심에 쓰이는 합금재료에 관하여 설명한다. 본 발명에 있어서는 Co기 비정질합금이나 Fe기 자성합금이 사용된다. 여기에서 Co기 비정질합금의 바람직한 조성으로서는, 일반식

①(Co_1-aFe_a)100-x (Si_1-ℓB_ℓ)_x

단 0.02 ≤ a ≤ 0.08

0.3 ≤ l ≤ 0.8

26 ≤ x ≤ 32

②(Co_1-b-cFe_bM_C)_100-y(Si_1-mB_m)_y

단 M은 Ni, Nn중 적어도 1종

b ≤ 0.10

0.01 ≤ e ≤ 0.10

0.3 ≤ m ≤ 0.8

26 ≤ y ≤ 32

③(Co_1-d-eFe_dM'e)_100-z(Si_1-nB_n)_z

단 M'은 Ti, V, Cr, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, W중에서 선택되는 적어도 1종

0.03 ≤ d ≤ 0.10

0.01 ≤ e ≤ 0.06

0.3 ≤ n ≤ 0.8

24 ≤ z ≤ 32

④(Co_1-f-g-hFe_fM_gM'_h)_100-w(Si_1-pB_p)_w

단 M은 Ni, Mn중 적어도 1종

f ≤ 0.10

0.01 ≤ g ≤ 0.10

0.01 ≤ h ≤ 0.08

0.3 ≤ p ≤ 0.5

24 ≤ w ≤ 30

중 어느 하나로 표현되지만, 모두 포화자왜정수 λs-1×10^-6≤λs≤1×10^-6의 범위에 들어가는 Co기 비정질합금이 바람직하다.

본 발명의 자심에 사용되는 Co기 비정절합금은 상기 4개의 일반식으로 표현되지만, 여기에서 가장 중요한 것은 퀴리온도를 300℃이하로 설정하기 위한 조성설정이며, 금속원소와 메탈로이드원소의 원자비가 주(主)로 된다. 일반식 ①∼②에서 x,y,z를 26∼32, ③ 및 ④에서 w를 24∼30으로 한 것은, x,y,z가 26미만 또는 w가 24미만에서는 보자력이 커지고 철손실값이 커짐과 더불어 열안정성도 악화되며, 한편 x,y,z가 32를 넘거나 w가 30을 넘으면 퀴리온도가 저하되어 비실용적으로 되기 때문이다.

Fe는 자왜를 -1×10^-6∼+1×10^-6으로 조정하기 위한 원소이고, Ni, Mn의 첨가량 또는 비자성 천이금속원소의 첨가량, 및 Si, B의 값에 따라 Co와의 배합비를 나타내는 a, b, d, f를 각각 0.02∼0.08, 0.10이하, 0.03∼0.10, 0.10이하의 범위로 규정하면, 이것을 실현할 수 있다.

M(Ni 또는 Mn중에서 선택되는 적어도 1종) 및 M'(M'은 Ti, V, Cr, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중에서 선택되는 적어도 1종)는 열안정성을 보다 개선시키는데에 유효한 원소이지만, 그 첨가량 c, h는 각각 0.10이하, 0.08이하이고, c, h가 각각 0.10이상, 0.08이상에서는 퀴리온도가 지나치게 저하되어 바람직하지 않다.

Si 및 B는 합금을 비정질화하는데에 필수적인 성분이지만, 특히 낮은 철손실, 고각형비 및 높은 열안정성을 갖는 자심을 얻기 위해서는, Si와 B와의 배합비를 나타내는 ℓ, m, n 또는 p를 0.3∼0.5의 범위로 규정하고, Si 리치(rich)로 하는 것이 필요하다. 이것은 ℓ, m, n 또는 p가 0.3미만 혹은 0.5를 넘는 경우에는, 특히 고각형비를 얻는 것이 어렵게 되고, 또 자기 특성의 열안정성이 좀 악화되기 때문이다.

상기한 ① 내지 ④의 합금조성중에서도 기포가 말려 들어가는 것에 의한 오목부의 저감화(본 발명의 제1태양)라는 관점에서 말하면, ③과 ④의 합금이 더욱 바람직한 것이다. 더욱 바람직하게는, M'로서 Cr, Nb 또는 Mo를 선택한 경우이다. 이것은 점착성의 개선 및 점성의 저하가 기여하고 있는 것이라고 생각된다.

이상 설명한 본 발명의 제1태양 및 제2태양 모두 형상자기이방성의 효과는 유도자기이방성의 크기의 관계로 나타난다. 따라서, 본 발명은 특히 유도자기이방성의 크기가 10⁴erg/cc이하인 재료에 대해 유효로 된다. 또, 앞에 설명한 바와 같이 본 발명은 특히 퀴리온도 300℃이하의 비정질합금에 있어서 그 효과가 현저하지만, 한편 퀴리온도가 160℃이하인 것에 있어서는 각형비 및 포화인덕턴스가 충분히 양호한 레벨에 이르지 않는다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 퀴리온도의 범위를 160∼300℃의 범위, 바람직하게는 180∼280℃의 범위, 더욱 바람직하게는 190∼270℃로 한다. 또한 퀴리온도를 300℃이하로 하는 것은 열안정성을 향상시키는 의미도 있다. 일반적으로 비정질합금은 소정 조성비의 합금재료를 용융상태에서 10⁴℃/초이상의 냉각속도로 급냉하는 것(액체급냉법)에 의해 얻어지는 것이 알려져 있다. 본 발명의 비정질합금도 상기한 통상의 방법에 의해 용이하게 제조할 수 있다. 이 비정질합금은 예컨대 단(單)롤법에 의해 제조된 판형상의 박대로서 사용된다. 이 경우, 두께가 25μm를 넘으면 고주파에서의 철손실이 증대되므로 박대의 두께를 5∼25μm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 자심은 상기 제조법으로 제작한 비정질합금을 소정의 형상으로 두루감고 비뚤어지게 하는 열처리를 행하는데, 그때의 냉각속도는 0.5∼50℃/min정도로 좋고, 바람직하게는 1∼20℃/min의 범위이다. 또, 퀴리온도이하의 자장내에 두고 열처리를 가해도 좋다.

한편, 본 발명에 있어서는 Fe기 초미세결정합금을 이용할 수도 있다. 이 합금은 Fe-Si-B계 합금 등에 Cu와 Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, Mo 등중에서 1종을 첨가하고, 일단 비정질합금과 같은 박대로 형성한 후, 그 결정화온도이상의 온도영역에서 열처리함으로써 미세한 결정입자를 석출시킨 것이다.

본 발명은 상기와 같은 Fe기 초미세결정합금에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 상기와 같은 Fe기 연자성합금박대를 제작할 때에 이용되는 합금조성으로서는

일반식: Fe_{100-e-f-g-h-i-j}E_eG_fJ_gSi_hB_iZ_j------(Ⅱ)

(식중에서 E는 Cu 및 Au로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 나타내고, G는 IVa족 원소, Va족 원소, VI'a족 원소 및 희토류원소로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를, J는 Mn, Aℓ, Ga, Ge, In, Sn 및 백금족원소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를, Z는 C, N 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 나타내며, e, f, g, h, i 및 j는 아래의 식을 만족하는 수이다. 단, 아래 식의 모든 숫자는 원자%를 나타낸다.

0.1 ≤ e ≤ 8

0.1 ≤ f ≤ 10

0 ≤ g ≤ 10

12 ≤ h ≤ 25

3 ≤ i ≤ 12

0 ≤ j ≤ 10

15 ≤ h+i+j ≤ 30. 이하 동일)

로 실질적으로 나타내어지는 것이 바람직하게 이용된다.

여기서, 상기 (Ⅱ)식의 E(Cu 또는 Au)는 내식성(耐食性)을 높이고 결정입자의 조대화(粗大化)를 방지함과 더불어 철손실이나 투자율 등의 연자기특성을 개선하는데에 유효한 원소이다. 특히 bcc상(相)을 저온에서 석출하는데에 유효하다. 이 양이 너무 적으면 상기한 바와 같은 효과가 얻어지지 않고, 한편 너무 많으면 반대로 자기특성이 열화되므로 바람직하지 않다. 그 때문에 E의 함유량은 0.1∼8원자%의 범위가 적당하며, 바람직한 범위는 0.1∼5원자%이다.

G(IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소 및 희토류원소중에서 선택된 적어도 1종의 원소)는 결정입자 직경의 균일화에 유효할 뿐만 아니라 자왜 및 자기이방성을 저감시키고, 연(軟)자기특성의 개선 및 온도변화에 대한 자기특성의 개선에 유효한 원소이며, E(예컨대 Cu)와의 복합첨가에 의해 bcc상을 보다 넓은 온도범위에서 안정화시킬 수 있다. 이 양이 너무 적으면 상기 효과가 얻어지지 않고, 또 너무 많으면 제조과정에서 비결정화가 이루어지지 않으며 포화자속밀도가 낮아진다. 그 때문에, G의 함유량은 0.1∼10원자%의 범위가 적당하며, 더욱 바람직한 범위는 1∼8원자%이다. 또한, E에서의 각 원소의 효과는 상기 효과와 더불어 각각 IVa족 원소는 가장 좋은 자기특성을 얻기 위한 열처리조건의 확대, Va족 원소는 내취화성(耐脆化性)의 향상 및 절단 등의 가공성의 향상, VIa족 원소는 내식성(耐食性)의 향상 및 표면성의 향상에 유효하다. 이중에서 특히 Ta, Nb, W 및 Mo는 연자기특성의 개선, V는 내취화성과 더불어 표면성의 향상효과가 현저하고, 이 점에서 바람직한 것이다.

J(Mn, Aℓ, Ga, In, Sn 및 백금족원소중에서 선택된 적어도 1종의 원소)는 연자기특성의 개선 또는 내식성의 개선에 유효한 원소이다. 그러나 그양이 너무 많으면 포화자속밀도가 저하되기 때문에 10원자%이하로 한다. 이 중에서 특히 Aℓ은 결정입자의 미세화와 자기특성의 개선 및 bcc상의 안정화, Ge는 bcc상의 안정화, 백금족원소는 내식성의 개선에 유효한 원소이다.

Si 및 B는 제조시의 합금의 비결정화를 조성하는 원소로서, 결정화온도의 개선이 가능하고, 자기특성의 향상을 위한 열처리에 대해 유효한 원소이다. 특히 Si는 미세결정입자의 주성분인 Fe에 고용(固溶)하고, 자왜 및 자기이방성의 저감화에 기여한다. 그 양이 12원자%미만에서는 연자기특성은 그다지 개선되지 않고, 25원자%를 초과하면 초급냉효과가 작아 μm레벨의 비교적 조대한 결정입자가 석출되어 양호한 연자기특성은 얻어지지 않는다. 더욱이 Si는 규칙격자의 출현을 위해 12∼22원자%가 특히 바람직하다. 또 B는 3원자%미만에서는 비교적 조대한 결정입자가 석출되어 양호한 특성이 얻어지지 않고, 12원자%를 초과하면 열처리에 의해 B화합물이 석출되기 쉬워져서 연자기특성을 열화시키므로 바람직하지 않다. 또, 다른 비정질화원소로서 Z(C, N, P)를 10원자%이하의 범위로 함유해도 좋다.

또한 Si와 B 및 다른 비정질화원소와의 합계량은 15∼30원자%의 범위가 바람직하고, 또 Si/B ≥ 1이 우수한 연자기특성을 얻는 데에 바람직하다. 특히 Si의 양을 13∼21원자%로 함으로써 자왜 λs≒0이 얻어지고, 수지몰드에 의한 자기특성의 열화가 없어져서 소기의 우수한 연자기특성을 유효하게 발휘시키는 것이 가능하게 된다. 또한 상기 Fe기 연자성합금에 있어서, O와 S 등의 통상의 Fe계 합금에도 포함되어 있는 불가피한 불순물을 미량 포함하고 있어도 본 발명의 효과를 손상시키는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

실시예 A1 및 비교예 A1

(Co_0.90Fe_0.05Nb_0.05Cr_0.02)₇₅(Si_0.56B_0.44)₂₅

로 나타내어지는 비정질합금에 대해, 단(單)롤법에 의해 판두께 16μm, 폭 10mm의 박대형상으로 롤면의 표면성이 다른 긴 리본시료(a, b)를 제작했다. 시료(a, b)에 대해 롤면에서 기포가 말려 들어가는 것을 사진으로 관찰한 바, 제1도 및 제2도에 나타낸 것과 같은 차이가 나타났다. 시료 a의 비율은 38%(제1도)이고, 시료 b의 비율은 23%(제도)이다.

오목부의 면적점유율의 측정은 다음과 같이 하여 행했다. 우선, 주사형전자현미경을 사용하여 박대의 롤면에 대해 200배의 배율로 사진을 찍었다. 이 사진에 있어서 육안으로 보았을 때 0.45mm× 0.55mm의 범위내에서 긴 직경이 10μm이상인 오목부를 추출한 다음 화상처리를 행하여 면적을 구했다. 얻어진 합금박대를 두루감아서 외경 18mm, 내경 12mm의 토로이달 코어(toroidal core)를 성형했다. 다음에 이것을 퀴리온도이상, 결정화온도이하의 적정온도로 열처리한 후, 4℃ /min의 속도로 냉각시켰다. 얻어진 코어에 1차 및 2차권선을 실시한 다음, 1 Oe의 외부자장을 인가하고 교류자화측정장치를 이용해 교류히스테리시스곡선을 측정하여 각형비 Br/Bl(Br: 잔류자속밀도, Bl: 1 Oe의 자장에서의 자속밀도)를 구했다. 100KHz에서의 값은 제1도의 재료를 사용한 자심에서는 99.4%, 제2도의 재료에서는 94.8%이어서 약 5%의 차이가 생겼다. 이들 자심을 스위칭주파수 100KHz의 전원에서의 가포화리액터로서 적용한 바, 제1도의 박대를 이용한 본 실시예의 자심에서는 제2도의 박대를 이용한 비교자심에 비해 출력제어 불능범위(dead angle)도 작고, 효율도 약 2%정도 향상되었다.

실시예 A2

단롤법으로

(Co_0.90Fe_0.05M_n0.02Nb_0.03)₇₅Si₁₃B₁₂

라는 조성의 비정질합금을 각종의 표면성을 갖도록 여러가지 제작했다. 이들 재료를 실시예 A1과 마찬가지로 하여 자심으로 하고, 고주파수에서의 각형비와의 관계를 조사했다. 결과를 제3도에 정리한 바, 면적점유율 30%를 경계로 하여 각형비가 급격히 악화됨을 알 수 있다. 한편, 이하의 실시예와 비교예에 있어서는, 롤면의 오목부의 면적점유율을 상기 실시예 A1과 마찬가지로 하여 측정했다.

실시예 B1 및 비교예 B1

아래 식

(Co_0.94Fe_0.05Nb_0.01)₇₁(Si_0.6B_0.4)₂₉

로 표현되는 비정질합금에 대해, 단롤법에 의해 판두께 16μm, 폭 10mm의 박대형상으로 표면성이 다른 긴 리본시료 a, b를 제작했다. 시료 a, b에 대해 표면거칠기 측정계를 이용하여 박대의 긴 쪽 방향으로 측정한 결과를 Rf로 나타내면 각각 0.15, 0.38이다. 이것을 두루감아서 외경 18mm, 내경 12mm의 토로이달 코어를 성형했다. 다음에 이것을 퀴리온도이상, 결정화온도이하의 적정온도에서 열처리한 후, 4℃/min의 속도로 냉각 시켰다.

얻어진 코어에 1차 및 2차권선을 실시한 다음, 1 Oe의 외부자장을 인가하고 교류자화측정장치를 이용해 교류히스테리시스곡선을 측정하여 각형비 Br/Bl(Br: 잔류자속밀도, Bl: 1 Oe의 자장에서의 자속밀도)를 구했다. 50KHz에서의 값은 Rf=0.15의 재료를 이용한 자심에서는 99.4%, Rf=0.38의 의 재료를 이용한 자심에서는 94.8%이어서 약 5%의 차이가 생겼다. 이들 자심을 스위칭주파수 100KHz의 전원에서의 가포화리액터로서 적용한 바, Rf=0.15의 박대를 사용한 본 실시예의 자심에서는 Rf=0.38인 박대를 사용한 비교자심에 비해 출력제어 불능범위(dead angle)도 작고, 효율도 약 2%정도 향상되었다.

실시예 B2

단롤법에 의해

(Co_0.90Fe_0.05M_n0.02Nb_0.03)₇₁Si₁₅B₁₄

라는 조성의 비정질합금을 각종의 표면성을 갖도록 여러가지 제작했다. 이들 재료를 실시예 B1과 마찬가지로 하여 자심으로 하고, 주파수 100KHz에서의 각형비와의 관계를 조사했다. 그 결과를 제4도에 정리한 바, Rf=0.3으로부터 각형비가 급격히 열화되는 것이 명백하다.

실시예 C1 및 비교예 C1

Fe₇₄Cu₁Nb₃Si₁₃B₉

라는 합금조성의 비정질합금을 단롤법에 의해 롤면의 오목부점유율이 22%와 40%인 표면성을 갖는 박대로서 제작했다. 이것을 18mm× 12mm× 4.5mm의 토로이달형상의 코어로 성형한 후, 560℃에서 1시간, N₂분위기중에서 열처리했다. 그후, 400℃에서 2시간, 5(Oe)의 조건에서 자장열처리를 행했다. 실시예 A1과 마찬가지로 하여 100KHz에서의 각형비를 측정했다. 본 발명의 자심은 각형비 98.7%이고, 비교예는 94.5%였다. 이들 자심을 스위칭주파수 100KHz의 전원에서의 가포화리액터로서 적용한 결과, 실시예에서의 자심의 경우, 비교예에서의 자심에 비해 출력제어불능특성(dead angle)이 작고, 전원효율도 약 2%정도 향상되었다.

실시예 A3 및 비교예 A3

(Co_0.90Fe_0.05Mo_0.03Cr_0.02)₇₅(Si_0.6B_0.4)₂₅

로 표현되는 비정질합금에 대해, 단롤법에 의해 제작조건을 변경하고 각종의 판두께와 표면성을 갖는 박대를 제작했다. 이들 박대를 외경 18mm, 내경 12mm의 토로이달형상의 코어에 두루감고, 440℃에서 30분간 비뚤어지게 하는 열처리를 행한 후, 200℃에서 2시간, 5(Oe)조건하에서 자장열처리를 행했다. 얻어진 코어에 대해, 실시예 A1의 경우와 마찬가지로 하여 100KHz에서의 각형비와 100KHz, 2KG에서의 철손실을 평가했다. 여기서, 판두께 t는 중량법으로 평균판두께로서 구했다. 이 경우의 평균판두께 t는 길이 ℓ, 폭 W, 중량 A, 밀도 ρ로 한 경우에 있어서 아래 식에 의해 구할 수 있다.

t = A / ( ℓ + w + ρ)

결과를 표1에 나타낸 바, 본 발명의 표면성을 갖는 재료를 사용한 코어는 각형비가 우수하고, 철손실도 적음을 알 수 있다. 또한, 표면거칠기 Rf가 0.2인 것과 0.38인 것을 각종 판두께에 대해 100KHz의 철손실을 측정했지만, 제5도에 나타낸 바와 같이 철손실에 관해서는 표면성에 상관없이 판두께의 증가와 더불어 단조증가하고 있다.

표 1

Rft(μm)Br/Bl(%)P_2KG/100KHz

0.2221.099.5350

0.3418.596.4340

0.2428.499.0560

0.3628.097.0520

실시예 A4 및 비교예 A4

단롤법으로

(Co_0.90Fe_0.05Cr_0.1Nb_0.02)₇₃(Si_0.55B_0.45)₂₇

로 표현되는 비정질합금을 2종류 제작했다. 판두께는 19μm이고, 폭은 5mm이다. 사용한 롤의 재질 및 롤냉각수의 수온을 변화시켜서 1종류에 대해서는 롤면의 오목부를 22%와 35%로 하고, 자유면측의 표면거칠기를 0.25 및 0.35로 했다. 이들 박대를 포토에칭으로 외경 8mm, 내경 6mm의 링형상 코어로 뽑아 430℃에서 40분간 비뚤어지게 하는 열처리를 행하고 그후 200℃에서 1시간, 2(Oe)의 조건에서 자장열처리를 행하여 높이가 5mm로 되도록 적층하여 평가용 자심으로 했다.

실시예 A1과 마찬가지로 하여 100KHz에서의 각형비를 측정한 바, 본 발명의 자심은 99.1%이며, 비교예의 자심에 있어서는 95.2%였다. 이들 자심을 스위칭주파수 200KHz인 전원의 가포화리액터 코어로서 사용한 바, 본 발명의 자심은 비교예에 비하여 출력제어특성이 우수하고, 전원효율도 2.5% 향상되었다.

실시예 A5 내지 A20, C2 내지 C15, 비교예 A5, A6, A7, C2 및 C3

단롤법에 의해 표2에 기재한 조성 및 제작조건에 따라 폭 5mm의 박대를 제작했다. 또, Co기 비정질합금에 대해서는 퀴리온도도 측정했다. 각각의 박대를 외경 15mm, 내경 10 mm의 토로이달형상의 자심에 두루감았다. 얻어진 Co기 비결정자심을 각각 최적온도에서 30분간 비뚤어지게 하는 열처리를 행한 후, 각각 퀴리온도인 30℃이하의 온도에서 2시간동안 1(Oe)의 자장을 박대의 긴 쪽 방향으로 인가하여 자장열처리를 행했다. 또, Fe기 합금에 대해서는 급냉상태에서 비결정상태로 되어 있기 때문에 각각의 결정화온도(시차주사열량계를 사용하여 10℃/분의 승온조건에서 측정한 값)인 50℃이상의 온도에서 1시간동안 열처리한 후, 450℃에서 1시간, 5(Oe)의 자장을 박대의 긴 쪽 방향으로 인가하여 자장열처리를 행했다. 열처리는 모두 질소분위기에서 행했다. 얻어진 자심을 실시예 A1과 마찬가지로 하여 100KHz에서의 각형비와 100KHz 및 2KHz에서의 철손실을 평가했다. 그 결과를 표2에 나타낸 바, 본 발명의 자심에서는 우수한 각형비를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또, 이들 예에 있어서는 포화인덕턴스에 대응하는 값으로서 자속밀도를 구했다. 이 자속밀도는 자심의 권선수를 10회로 하고, 주파수 100KHz에 있어서 16(Oe)의 자장을 인가한 조건에서의 자속밀도와 잔류자속밀도의 차이로부터 구했다.

본 발명에 의하면, 높은 각형성을 갖는 출력제어특성이 매우 우수한 권자심을 제공할 수 있고, 자기증폭기 및 반도체회로용 리액터 등 특히 스위칭전원의 자성부품으로서 널리 적용할 수 있다.

표 2

Claims

합금박대를 두루감거나 적층하여 이루어진 자심으로서, 포화자기특성 550G이하, 주파수 100KHz에서 96%이상의 각형비 Br/Bl(단, Br은 잔류자속밀도, Bl은 1 Oe의 자장에서의 자속밀도이다)을 갖고, 상기 포화자기특성이, 외경 15mm, 내경 10mm, 높이 4.5mm를 갖는 자심에 있어서, 권회수 10회, 측정주파수 100KHz에서 16 Oe 자장을 인가함으로써 얻어지는 자속밀도간의 차이로 나타내어지며, 상기 합금박대가, 적어도 50.4원자%의 Co를 함유한 합금과 적어도 42원자%의 Fe를 함유한 합금으로 이루어지고, 상기합금박대의 제1표면이, 이 제1표면의 오목부의 면적점유율이 30%이하인 표면거칠기를 가지며, 상기 합금박대의 제2표면이, 아래의 식을 만족하는 상기 합금박대의 긴 쪽 방향의 표면거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 자심. Rf ≤ 0.3 (단, Rf는 기준길이 2.5mm에서의 10점의 평균거칠기 및 합금박대의 중량으로부터 구한 평균 판두께를 각각 Rz, T라고 했을 때, 아래 식

Rf = Rz / T에 의해 구한 거칠기를 특징짓는 파라미터이다.)
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 퀴리온도 160∼300℃의 Co기 또는 Fe기 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.
제1항에 있어서, 각형비가 주파수 50KHz에서 98%이상인 것을 특징으로 하는 자심.
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 조성을 갖는 Co기 비정질합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.

(Co_1-aFe_a)_100-x(Si_1-ℓT_ℓ)_X

(단, 0.02 ≤ a ≤ 0.08, 0.3 ≤ ℓ ≤ 0.8, 26 ≤ x ≤ 32(원자%))
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 합금조성을 갖는 Co기 비정질합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.

(Co_1-aFe_a)_100-x(Si_1-ℓB_ℓ)_X

(단, 0.02 ≤ a ≤ 0.08, 0.3 ≤ ℓ ≤ 0.8, 26 ≤ x ≤ 32(원자%))
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 합금조성을 갖는 Co기 비정질합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.

(Co_1-d-eFe_dM'_e)_100-z(Si_l-n)_z

(단, M'은 Ti, V, Cr, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이며, 0.03 ≤ d ≤ 0.10, 0.01 ≤ e ≤ 0.06, 0.3 ≤ n ≤ 0.8 24 ≤ z ≤ 32(원자%))
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 합금조성을 갖는 Co기 비정질합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.

(Co_1-f-g-haFe_fM_gM'_h)_100-w(Si_1-pB_p)_w

(단, M은 Ni, Mn 중 적어도 1종이고 M'은 Ti, V, Cr, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이며, f ≤ 0.10, 0.01 ≤ g ≤ 0.10, 0.01 ≤ h ≤ 0.08, 0.3 ≤ p ≤ 0.5 24 ≤ w ≤ 32(원자%))
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 합금조성을 갖는 Fe기 연성합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.

Fe_{100-e-f-g--i-j}E_eG_fJ_gSi_hB_iZ|_j

(식중에서 E는 Cu 및 Au중에서 선택된 적어도 1종의 원소를 나타내고, G는 IVa족 원소, Va족 원소, VI'a족 원소 및 희토류원소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를, J는 Mn, Aℓ, Ga, Ge, In, Sn 및 백금족원소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를, Z는 C, N 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 나타내며, e, f, g, h, i 및 j는 아래의 식을 만족하는 수이다. 단, 아래 식의 모든 숫자는 원자%를 나타낸다. 0.1 ≤ e ≤ 8, 0.1 ≤ f ≤ 10, 0 ≤ g ≤ 10, 12 ≤ h ≤ 25, 3 ≤ i ≤ 12, 0 ≤ j ≤ 10, 15 ≤ h+i+j ≤ 30)
제1항에 있어서, 상기 합금박대는, 용융합금을 사출노즐로부터 냉각롤의 표면으로 사출하고 그 용융합금을 냉각함으로써 제조되고, 상기 합금박대의 제1표면이 상기 냉각롤과 접촉하는 쪽의 표면으로서 정의되고, 제2표면이 상기 냉각롤과 접촉하지 않는 쪽의 표면으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 자심.
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 합금조성을 갖는 Co기 비정질합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심.

(Co_1-b-cFe_bM_c)_100-y(Si_1-mB_m)_y

(단, M은 Ni, Mn 중 적어도 1종이며, b ≤ 0.10, 0.01 ≤ e ≤ 0.10, 0.3 ≤ m ≤ 0.8, 26 ≤ p ≤ y ≤ 32(원자%))
제1항에 있어서, 상기 합금박대가 아래의 일반식으로 나타내어지는 합금조성을 갖는 Co기 비정질합금박대로 이루어진 것을 특징으로 하는 자심. (Co_1-d-eFe_dM'_e)_100-z(Si_1-nB_n)_z(단, M'은 Ti, V, Cr, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이며, 0.03 ≤ d ≤ 0.10, 0.01 ≤ e ≤ 0.06, 0.3 ≤ n ≤ 0.8 24 ≤ z ≤ 32(원자%))
적어도 50.4원자%의 Co를 함유한 합금과 적어도 42원자%의 Fe를 함유한 합금으로 이루어지고, 그 제1표면이 오목부의 면적점유율이 30%이하인 표면거칠기를 가지며, 그 제2표면이 아래의 식을 만족하는 긴 쪽 방향의 표면거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 합금박대 Rf ≤ 0.3 (단, Rf는 기준길이 2.5mm에서의 10점의 평균거칠기 및 합금박대의 중량으로부터 구한 평균 판두께를 각각 Rz, T라고 했을 때. 아래 식 Rf = Rz / T에 의해 구한 거칠기를 특징짓는 파라미터이다.)
제12항에 있어서, 상기 합금박대는, 용융합금을 사출노즐로부터 냉각롤의 표면으로 사출하고 그 용융합금을 냉각함으로써 제조되고, 상기 합금박대의 제1표면이 상기 냉각롤과 접촉하지 않는 쪽의 표면으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 합금박대.