KR100844613B1

KR100844613B1 - 입자 표면이 내산화성 금속으로 피복된 자기 분말을포함하는 본드 자석으로 이루어진 자기 코어 및 그 자기코어를 포함하는 인덕턴스 부품

Info

Publication number: KR100844613B1
Application number: KR1020010074484A
Authority: KR
Inventors: 테루히코 후지와라; 마사요시 이시이; 하루키 호시; 게이타 이소가이; 하쯔오 마쯔모토; 토루 이토; 타미코 암보
Original assignee: 엔이씨 도낀 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2008-07-07
Also published as: EP1209703A3; US6621398B2; DE60139594D1; CN1790562A; KR20020041773A; EP1209703A2; TW559837B; CN1242431C; EP1209703B1; CN1359114A; CN1790562B; US20020109571A1

Abstract

자기 코어의 자기 갭 내에 배치되는 자기 편향 영구 자석(magnetically biasing permanent magnet)은 희토류 자기 분말 및 결합제(binder) 수지를 포함하는 본드 자석이다. 희토류 자기 분말은 5 kOe 이상의 보자력, 300 ℃ 이상의 퀴리 온도(Curie temperature), 2.0 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 갖는다. 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속 층으로 피복된 표면을 갖는다. 표면장착부에 대한 리플로(reflow)가 가능하도록, 희토류 자기 분말이 10 kOe 이상의 고유 보자력, 500 ℃ 의 퀴리 온도, 2.5 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가질 수도 있다. 또한, 비저항이 열화(劣化)되는 것을 방지하기 위해, 내산화성 금속의 융점 보다 낮은 연화점(軟化點)을 가지는 저융점 유리로 이루어진 유리 층으로 상기 금속층을 피복할 수도 있다.

Description

입자 표면이 내산화성 금속으로 피복된 자기 분말을 포함하는 본드 자석으로 이루어진 자기 코어 및 그 자기 코어를 포함하는 인덕턴스 부품{MAGNETIC CORE COMPRISING A BOND MAGNET INCLUDING MAGNETIC POWDER WHOSE PARTICLE'S SURFACE IS COATED WITH OXIDATION-RESISTANT METAL AND INDUCTANCE PART COMPRISING THE MAGNETIC CORE}

도 1 은 본 발명의 제 1실시예에 따라 어떠한 피복 금속으로도 피복되지 않은 자기 분말을 포함하는 자기 편향 본드 자석을 각각 구비하는 자기 코어와, 서로 다른 피복 금속으로 피복된 자기 분말을 포함하는 자기 편향 본드 자석을 구비하는 각각의 자기 코어에서 자기 플럭스(magnetic flux) 양과 열처리 온도 간의 관계를 측정한 데이터를 도시한 그래프.

도 2 는 본 발명의 제 1실시예에 따라 어떠한 피복 금속으로도 피복되지 않은 자기 분말을 포함하는 자기 편향 본드 자석을 각각 구비하는 자기 코어와, 서로 다른 피복 금속으로 피복된 자기 분말을 포함하는 자기 편향 본드 자석을 구비하는 각각의 자기 코어에서 자기 플럭스 양과 열처리 온도 간의 관계를 측정한 데이터를 도시한 그래프.

도 3a 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기 코어의 사시도.

도 3b 는 도 3a 에 도시된 자기 코어를 포함하는 초크 코일의 단면도.

도 4 는 자기 분말이 어떠한 피복 금속으로도 피복되지 않은 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 5 는 자기 분말이 0.1 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 6 은 자기 분말이 1.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 7 은 자기 분말이 3.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 8 은 자기 분말이 5.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 9 는 자기 분말이 10 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 10 은 자기 분말이 15 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 2 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 11 은 자기 분말이 어떠한 피복 금속으로도 피복되지 않은 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 12 는 자기 분말이 아연으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 13 은 자기 분말이 알루미늄으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 14 는 자기 분말이 비스무트(bismuth)로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 15 는 자기 분말이 갈륨으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 16 은 자기 분말이 인듐으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 17 은 자기 분말이 마그네슘으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 18 은 자기 분말이 납으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 19 는 자기 분말이 안티몬(antimony)으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 20 은 자기 분말이 주석으로 피복된 본 발명의 제 3 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 21 은 자기 분말이 어떠한 피복 금속으로도 피복되지 않은 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 22 는 자기 분말이 0.1 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 23 은 자기 분말이 1.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 24 는 자기 분말이 3.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 25 는 자기 분말이 5.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 26 은 자기 분말이 10 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 27 은 자기 분말이 15 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에서 DC 중첩 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 28 은 자기 분말이 어떠한 피복 금속으로도 피복되지 않은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 29 는 자기 분말이 0.1 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 30 은 자기 분말이 1.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 31 은 자기 분말이 3.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 32 는 자기 분말이 5.0 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 33 은 자기 분말이 10 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 34 는 자기 분말이 15 체적 % 의 아연으로 피복된 본 발명의 제 5 실시예 에 따른 자기 코어에서의 투자율의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 35 는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 실험 예 및 비교예의 DC 중첩 특성 변화에 대한 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 36 은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 실험 예 및 비교예의 유효 투자율에서의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

도 37 은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 실험 예 및 비교예의 유효 투자율에서의 주파수 특성의 측정 데이터를 도시한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 본드 자석 2 : 코어

3 : 코일

본 발명은 스위칭 전력 공급부 등에 사용되는 초크(choke) 코일 및 트랜스포머 (transformer)와 같은 인덕턴스 부재에 사용되는 자기 코어(이하에서는 간편하게 "코어" 라 칭한다)에 관한 것으로서, 특히 자기적 편향(bias)을 위한 영구자석을 포함하는 자기 코어에 관한 것이다.

예를 들어, 스위칭 전력 공급부 등에 사용되는 초크 코일 및 트랜스포머에서, 일반적으로 전압은 DC 부품과 중첩되는 AC 부품을 구비하는 초크 코일 및 트랜스포머에 가해진다. 따라서, 그러한 초크 코일 및 트랜스포머에 사용 되는 자기 코어는 양호한 투자율을 가짐으로써 DC 부품의 중첩에 의해 자기적으로 포화되지 않는 자기 특성을 가질 것이 요구된다. 당업계에서는 이러한 자기 특성을 "DC 중첩 특성" 또는 단순하게 "중첩 특성" 이라 한다.

고주파 대역의 적용 분야에서의 자기 코어로서, 페라이트 자기 코어 및 더스트(dust) 자기 코어가 사용되어 왔다. 이러한 자기 코어들은 그들 물질(material)의 물리적 특성으로 인한 독자적인 특징들을 가진다. 즉, 페라이트 자기 코어는 높은 고유 투자율 및 낮은 포화 자기 플럭스(磁束) 밀도를 가지는 한편, 더스트 자기 코어는 낮은 고유 투자율 및 높은 포화 자기 플럭스 밀도를 갖는다. 따라서, 더스트 자기 코어는 환상(toroidal) 형상을 가지는 것으로서 주로 이용된다. 한편, 페라이트 자기 코어는, DC 성분의 중첩에 의해 자기 포화가 유발되는 것을 방지하기 위해, 자기 갭(gap)이 형성된 중앙 레그부(leg)를 구비한 E-형상 코어부를 포함한다.

근래에, 전자 장치들이 점차로 소형화됨에 따라 전자 부품들도 소형화될 것이 요구되기 때문에, 자기 갭을 구비한 자기 코어 역시 작아지고 있다. 따라서, DC 성분의 중첩에 대하여 큰 투자율을 가지는 자기 코어가 강하게 요구되고 있다.

일반적으로, 요구에 맞춰 높은 포화 자화의 자기 코어를 선택할 필요 즉, 고 자장의 인가에 의해 자기적으로 포화되지 않는 자기 코어를 선택할 필요가 있다. 그러나, 포화 자화는 물질에 의해 필연적으로 결정되며, 원하는 대로 높게 만들 수가 없다.

해결책으로서, 자기 코어의 자기 경로(magnetic path)에 형성된 자기 갭(gap) 내에 영구 자석을 배치하여, 즉 자기 코어를 자기적으로 편향시켜, DC 성분의 중첩에 의해 유발되는 DC 자기 플럭스(magnetic flux)를 상쇄하는 것이 통상적으로 제안되었다.

영구 자석의 사용에 의한 자기 편향은 DC 중첩 특성을 개선하는 좋은 해결책이다. 그러나, 이러한 방법은 이하와 같은 이유로 실제적으로 이용하기가 어렵다. 특히, 소결 금속 자석의 이용은 자기 코어의 코어 로스(loss)를 상당히 크게 하는 결과를 낳는다. 또한, 페라이트 자기 코어의 사용은 불안정한 중첩 특성을 야기한다.

그러한 문제를 해결하기 위한 수단이, 예를 들어 JP-A 소화50 - 133453호에 개시되어 있다. 이러한 명세서에서는, 자기 편향 자석으로서, 서로 혼합되어 소정 형상으로 압축되는 높은 보자력을 가지는 희토류 자기 분말 및 결합제(binder)로 이루어진 본드 자석을 이용한다. 따라서, 코어의 DC 중첩 특성 및 온도 상승이 개선된다.

근년에, 전력 변환효율이 향상된 전력 공급부에 대한 요구가 점차로 강해지고 있다. 따라서, 그러한 요구는, 측정된 코어 온도에 의해 초크 코일용 및 트랜스포머용 자기 코어의 우열을 판단하기가 불가능할 정도까지 도달하였다. 따라서, 코어-로스 측정 장치를 이용하여 측정된 코어 로스 데이터로부터 측정 결과를 판단하는 것이 불가결해 졌다. 본 발명의 발명자들의 검토에 따라, JP-A 소화50 - 133453호에 개시된 저항 값을 가지는 코어들에서 코어 로스 특성이 열화(劣化)된다는 사실을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 첫번째 목적은, 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭 을 구비하고 그 자기 갭의 양 단부들로부터 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서, 이상의 설명과 관련하여 우수한 DC 중첩 특성 및 우수한 코어-로스 특성을 가지는 자기 코어를 용이하고도 저렴하게 제공하는 것이다.

또한, 최근에 표면 장착형 코일 부품에 대한 수요가 있다. 그러한 코일 부품들은 회로기판상에 표면-장착되기 위하여 리플로 솔더링(reflow soldering) 공정을 거친다. 리플로 솔더링 공정 조건하에서 코일 부품의 자기 코어의 자기 특성이 열화되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 내산화성(oxidation-resistant) 희토류 자석도 필수적이다.

본 발명의 두번째 목적은, 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭을 구비하고 그 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서, 이상의 설명과 관련하여, 우수한 DC 중첩 특성, 우수한 코어-로스 특성, 및 리플로 솔더링 공정의 조건하에서 특성에 영향을 미치지 않으면서도 내산화성을 가지는 자기 코어를 용이하고도 저렴하게 제공하는 것이다.

또한, 자기 분말이 개선된 내산화성을 가지면서도 또한 희토류 자석이 높은 비저항(specific resistance)을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 세번째 목적은, 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭을 구비하고 그 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서, 이상의 설명과 관련하여, 우수한 DC 중첩 특성, 우수한 코어-로스 특성, 내산화성, 및 높은 비저항 을 가지는 자기 코어를 용이하고도 저렴하게 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 태양에 따라, 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭을 구비하고 그 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서 전술한 첫번째 목적을 달성하기 위해, 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어가 제공되며, 상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 포함하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 5 kOe 이상의 고유 보자력과, 300 ℃ 이상의 퀴리(Curie) 온도와, 2.0 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지며, 상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진다.

바람직하게, 내산화성 금속은, 예를 들어, 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금이다.

바람직하게, 본드 자석은 체적 퍼센트로 20 % 이상의 결합제 수지 성분을 포함할 것이며, 그 본드 자석은 1 Ωㆍcm 이상의 비저항을 가질 것이다. 결합제 수지는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 수지일 수 있다.

또한, 바람직하게는, 자기 분말이 체적 퍼센트로 0.1 - 10 % 의 내산화 금속 성분을 포함할 것이다.

또한, 자기 편향 자석을 포함하는 전술한 자기 코어상으로 적어도 하나의 권선을 1회 이상 감아서 인덕턴스 부품을 얻을 수도 있다.

또한, 인덕턴스 부품은 코일, 초크 코일, 트랜스포머, 및 일반적으로 코어 및 권선 또는 권선들을 필수적으로 각각 포함하는 다른 부품들을 포함한다.

본 발명의 제 2 태양에 따라, 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭을 구비하고 그 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서 전술한 두번째 목적을 달성하기 위해, 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어가 제공되며, 상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 포함하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 10 kOe 이상의 고유 보자력과, 500 ℃ 이상의 퀴리(Curie) 온도와, 2.5 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지며, 상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진다.

바람직하게, 본드 자석은 체적 퍼센트로 30 % 이상의 결합제 수지 성분을 포함할 것이며, 그 본드 자석은 1 Ωㆍcm 이상의 비저항을 가질 것이다. 결합제 수지는 폴리아미드이미드 수지일 수 있다.

본 발명의 제 3 태양에 따라, 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭을 구비하고 그 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서 전술한 세번째 목적을 달성하기 위해, 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어가 제공되며, 상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 포함하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 10 kOe 이상의 고유 보자력과, 500 ℃ 이상의 퀴리(Curie) 온도와, 2.5 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지며, 본드 자석은 체적 퍼센트로 30 % 이상의 결합제 수지 성분을 포함하며, 본드 자석은 1 Ωㆍcm 이상의 비저항을 가지며, 상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지고, 상기 금속층은 내산화성 금속의 융점 보다 낮은 연화점(softening point)을 가지는 저융점 유리로 이루어진 유리층 피복으로 표면처리 된다.

바람직하게는, 자기 분말이 내산화 금속 및 저융점 유리의 전체 함량을 체적 퍼센트로 0.1 - 10 % 포함할 것이다. 결합제 수지는 폴리아미드이미드 수지일 수 있다.

본 발명의 공동 발명자들은 먼저, 본 발명의 전술한 첫번째 목적을 달성하기 위해 삽입되는 영구자석에 대해 검토하였다. 공동 발명자들은, 1 Ωㆍcm 이상의 비저항 및 5 kOe 이상의 고유 보자력(iHc)을 가지는 영구자석의 사용이 우수한 DC 중첩 특성 및 열화되지 않은 코어-로스 특성을 가진 자기 코어를 제공할 수 있다는 사실을 결과적으로 발견하였다. 이는 우수한 DC 중첩 특성을 얻는데 필요한 자석의 성질(property)이 에너지 곱(energy product) 보다는 고유 보자력이라는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명은, 비록 높은 비저항을 가지는 영구 자석이 사용되더라도 영구 자석이 높은 고유 보자력을 가진다면, 충분히 높은 DC 중첩 특성을 제공할 수 있다는 발견을 기초로 한다.

일반적으로, 높은 비저항 및 높은 고유 보자력을 가지는 영구 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제를 서로 혼합한 후 압축되어 형성되는 희토류 본드 자석에 의해 실현된다. 그러나, 사용되는 자기 분말은 높은 보자력을 가지는 임의 종류의 자기 분말일 수 있다. 희토류 자기 분말은 SmCo 계, NdFeB 계, SmFeN 계 및 기타를 포함한다.

초크 코일 또는 트랜스포머용 자기 코어는 연자기(軟磁氣) 특성을 가지는 임의 종류의 물질로도 효과적으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 그 물질은 MnZn 계 또는 NiZn 계 페라이트, 더스트 자기 코어, 규소 강판, 비정질 또는 기타를 포함한다. 또한, 자기 코어가 특정 형상으로 제한되지는 않으나, 본 발명은 환형 코어, E-E 코어, E-I 코어 또는 기타와 같이 상이한 형상을 가지는 자기 코어에 적용할 수 있다. 이러한 자석 코어 각각은, 자기 경로내의 하나 이상의 자기 갭을 구비하며, 그 갭에는 영구 자석이 배치된다.

비록, 갭의 길이가 제한되는 것은 아니지만, 갭의 길이가 아주 작으면 DC 중첩 특성이 열화된다. 반대로 갭 길이가 아주 길면, 투자율이 작아진다. 따라서, 갭 길이가 자동적으로 정해진다. 자기 편향 영구 자석의 두께가 두꺼우면 편향 효과를 용이하게 얻을 수 있지만, 자기 코어의 최소화를 위해 자기 편향 영구 자석의 두께가 얇은 것이 바람직하다. 그러나, 자기 편향 영구 자석의 두께가 50 ㎛ 보다 얇은 경우에는, 충분한 자기 편향을 얻기가 어렵다. 따라서, 자기 편향 영구 자석이 배치되는 자기 갭의 길이가 50 ㎛ 이상일 것이 요구되고, 코어에서의 크기 제한과 관련하여, 10000 ㎛ 이하가 바람직할 것이다.

자기 갭내에 삽입되는 영구 자석에 요구되는 특성과 관련하여, 5 kOe 이상의 고유 보자력이 필요하다. 이는, 고유 보자력이 5 kOe 이하일 때 자기 코어에 가해지는 DC 자장에 의해 보자력이 사라지기 때문이다. 또한, 비저항이 높은 것이 바람직하지만, 그 비저항이 1 Ωㆍcm 이상인 경우에는 코어-로스의 열화가 비저항에 의해 유발되지 않는다. 또한, 평균 입자 크기가 50 ㎛ 보다 큰 자기 분말을 이용하면 코어-로스 특성의 열화가 발생하기 때문에, 자기 분말의 평균 입자 크기는 최대 50 ㎛ 이하가 바람직하다. 한편, 평균 입자 크기가 2.0 ㎛보다 작은 분말은 분쇄에 기인한 입자의 산화가 크기 때문에, 평균 입자 크기의 최소값은 2.0 ㎛ 이상이어야 한다.

여기서, 자기 분말의 내산화성을 개선하기 위하여, 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 내산화 금속 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지는 것이 바람직하다. 내산화성 금속의 양이 체적 퍼센트를 기초로 0.1 - 10 % 인 경우에, 내산화성 및 높은 DC 중첩 특성 모두를 조화시킨 자기 코어를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 공동 발명자들은 전술한 본 발명의 두번째 목적을 달성하기 위하여 삽입되는 영구 자석을 검토하였다. 공동 발명자들은, 1 Ωㆍcm 이상의 비저항 및 10 kOe 이상의 고유 보자력(iHc)을 가지는 영구자석의 사용이 우수한 DC 중첩 특성 및 열화되지 않은 코어-로스 특성을 가진 자기 코어를 제공할 수 있다는 사실을 결과적으로 발견하였다. 이는 우수한 DC 중첩 특성을 얻는데 필요한 자석의 성질이 에너지 곱 보다는 고유 보자력이라는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명은, 비록 높은 비저항을 가지는 영구 자석이 사용되더라도 영구 자석이 높은 고유 보자력을 가진다면, 충분히 높은 DC 중첩 특성을 제공할 수 있다는 발견을 기초로 한다.

일반적으로, 높은 비저항 및 높은 고유 보자력을 가지는 영구 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제를 서로 혼합한 후 압축되어 형성되는 희토류 본드 자석에 의해 실현될 수 있다. 그러나, 사용되는 자기 분말은 높은 보자력을 가지는 임의 종류의 자기 분말일 수 있다. 비록, 희토류 자기 분말은 SmCo 계, NdFeB 계, SmFeN 계 및 기타를 포함하지만, 리플로 솔더링 공정 및 내산화성을 고려할 때 500 ℃ 의 퀴리 온도(Tc) 및 10 kOe 이상의 보자력을 가지는 자석이 요구되기 때문에, 본 상황에서는, Sm₂Co₁₇ 로 한정한다.

초크 코일 또는 트랜스포머용 자기 코어는 연자기(軟磁氣) 특성을 가지는 어떠한 종류의 물질로도 효과적으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 그 물질은 MnZn 계 또는 NiZn 계 페라이트, 더스트 자기 코어, 규소 강판, 비정질 또는 기타를 포함한다. 또한, 자기 코어가 특정 형상으로 제한되지는 않으나, 본 발명은 환형 코어, E-E 코어, E-I 코어 또는 기타와 같이 상이한 형상을 가지는 자기 코어에 적용할 수 있다. 이러한 자석 코어 각각은, 자기 경로내의 적어도 하나의 자기 갭을 구비하며, 그 갭에는 영구 자석이 배치된다.

자기 갭내에 삽입되는 영구 자석에 요구되는 특성과 관련하여, 10 kOe 이상의 고유 보자력이 필요하다. 이는, 고유 보자력이 10 kOe 이하일 때 자기 코어에 가해지는 DC 자장에 의해 보자력이 사라지기 때문이다. 또한, 비저항이 높은 것이 바람직하지만, 그 비저항이 1 Ωㆍcm 이상인 경우에는 코어-로스의 열화가 비저항에 의해 유발되지 않는다. 또한, 평균 입자 크기가 50 ㎛ 보다 큰 자기 분말을 이용하면 코어-로스 특성의 열화가 발생하기 때문에, 자기 분말의 평균 입자 크기는 50 ㎛ 이하가 바람직하다. 한편, 평균 입자 크기가 2.5 ㎛보다 작은 분말은 분쇄에 기인한 입자의 산화가 크기 때문에, 평균 입자 크기는 2.5 ㎛ 이상이어야 한다.

또한, 본 발명의 공동 발명자들은 전술한 본 발명의 세번째 목적을 달성하기 위하여 삽입되는 영구 자석을 검토하였다. 공동 발명자들은, 1 Ωㆍcm 이상의 비저항 및 10 kOe 이상의 고유 보자력(iHc)을 가지는 영구자석의 사용이 우수한 DC 중첩 특성 및 열화되지 않은 코어-로스 특성을 가진 자기 코어를 제공할 수 있다는 사실을 결과적으로 발견하였다. 이는 우수한 DC 중첩 특성을 얻는데 필요한 자석의 성질이 에너지 곱 보다는 고유 보자력이라는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명은, 비록 높은 비저항을 가지는 영구 자석이 사용되더라도 영구 자석이 높은 고유 보자력을 가진다면, 충분히 높은 DC 중첩 특성을 제공할 수 있다는 발견을 기초로 한다.

일반적으로, 높은 비저항 및 높은 고유 보자력을 가지는 영구 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제를 서로 혼합한 후 압축되어 형성되는 희토류 본드 자석에 의해 실현된다. 그러나, 사용되는 자기 분말은 높은 보자력을 가지는 임의 종류의 자기 분말일 수 있다.

비록, 희토류 자기 분말은 SmCo 계, NdFeB 계, SmFeN 계 및 기타를 포함하지만, 리플로 솔더링 공정 및 내산화성을 고려할 때 500 ℃ 의 퀴리 온도(Tc) 및 10 kOe 이상의 보자력을 가지는 자석이 요구되기 때문에, 본 상황에서는, Sm₂Co₁₇ 로 한정한다.

초크 코일 또는 트랜스포머용 자기 코어는 연자기(軟磁氣) 특성을 가지는 어떠한 종류의 물질로도 효과적으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 그 물질은 MnZn 계 또는 NiZn 계 페라이트, 더스트 자기 코어, 규소 강판, 비정질 또는 기타를 포함한다. 또한, 자기 코어가 특정 형상으로 제한되지는 않으나, 본 발명은 환형 코어, E-E 코어, E-I 코어 또는 기타와 같이 상이한 형상을 가지는 자기 코어에 적용할 수 있다. 이러한 자석 코어 각각은, 자기 경로 내의 하나 이상의 자기 갭을 구비하며, 그 갭에는 영구 자석이 배치된다.

비록, 갭의 길이가 제한되는 것은 아니지만, 갭의 길이가 아주 작으면 DC 중첩 특성이 열화된다. 반대로 갭 길이가 아주 길면, 투자율이 작아진다. 따라서, 갭 길이가 자동적으로 정해진다.

자기 갭내에 삽입되는 영구 자석에 요구되는 특성과 관련하여, 10 kOe 이상의 고유 보자력이 필요하다. 이는, 고유 보자력이 10 kOe 이하일 때 자기 코어에 가해지는 DC 자장에 의해 보자력이 사라지기 때문이다. 또한, 비저항이 높은 것이 바람직하지만, 그 비저항이 1 Ωㆍcm 이상인 경우에는 코어-로스의 열화가 비저항에 의해 유발되지 않는다. 또한, 평균 입자 크기가 50 ㎛ 보다 큰 자기 분말을 이용하면 코어-로스 특성의 열화가 발생하기 때문에, 자기 분말의 평균 입자 크기는 최대 50 ㎛ 이하가 바람직하다. 한편, 평균 입자 크기가 2.5 ㎛보다 작은 분말은 분쇄에 기인한 입자의 산화가 크기 때문에, 평균 입자 크기는 2.5 ㎛ 이상이어야 한다.

여기서, 자기 분말의 내산화성을 개선하기 위하여, 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 내산화 금속 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 소위 당업자라면 자기 분말내의 각 자기 입자의 표면을 내산화성 금속으로 피복하는 경우에 비저항의 열화를 초래한다는 것을 명백히 주지할 것이다. 전력 공급 효율 및 투자율(μ)의 주파수 특성의 관점에서, 비저항이 큰 것이 바람직하다. 비저항을 개선하기 위하여, 내산화성 금속의 피복을 연화점이 당해 내산화성 금속의 융점 보다 낮은 저융점 유리 피복으로 표면처리한다. 따라서, 높은 비저항 및 내산화성 모두를 충족시킨 자기 코어를 얻을 수 있다. 자기 분말의 내산화성 금속 및 저융점 유리의 총 함량이 체적 퍼센트로 0.1 % 미만이면 내산화성이 무첨가(無添加)의 경우와 실질적으로 동등하기 때문에, 자기 분말의 내산화성 금속 및 저융점 유리의 총 함량이 체적 퍼센트를 기초로 0.1 % 이상인 것이 바람직하다. 또한, 총 함량이 체적 퍼센트로 10 % 를 초과하면 자기 분말의 충진율(packing factor)이 작아지고 자기 플럭스가 감소하기 때문에, 총 함량이 체적 퍼센트로 10 % 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 자기 분말의 내산화성 금속 및 저융점 유리의 총 함량이 체적 퍼센트로 0.1 - 10 % 일 때, 내산화성 및 높은 비저항 모두를 충족시키는 자기 코어를 얻을 수 있다.

이하에서는, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예로서, 구체적인 자기 코어의 제조에 대하여 설명할 것이며, 그 실시예의 측정 데이터 등을 설명한다.

(제 1 실시예)

본드 자석이 삽입된 자기 갭을 가지는 Sm₂Co₁₇ 계 페라이트 코어를 항온조(thermostatic chamber)내에서 열처리하는 경우에, 자속의 변화에 대한 측정예 및 비교예에 대해 설명하며, 이 때 상기 본드 자석은 여러 가지 타입의 금속으로 피복된 표면을 각각 가지는 자기 입자의 집합체로 구성되는 Sm₂Co₁₇ 계 자기 분말을 포함한다.

본드 자석을 제조하기 위해, Sm₂Co₁₇ 자기 분말(평균 입자 크기는 2.3 ㎛ 이다)을 5 체적 % 의 각각의 금속 즉, 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석과 혼합하고, 그 후에 아르곤 분위기하에서 2 시간 동안 열처리 하였다. 각 금속에 대한 열처리 온도를 표 1 에 기재하였다.

원소	열처리 온도(℃)
Zn Al Bi Ga In Mg Pb Sb Sn	475 725 325 100 225 700 375 700 300

그 후, 각각의 자기 분말에 전체 부피의 40 % 에 상당하는 양의 12-나일론 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 열 혼련시켜, 자기장이 없는 상태에서 다이 성형함으로써, 10.6 mm ×7.0 mm ×1.5 mm 형상의 본드 자석을 얻는다. 그 본드 자석은 약 10 T 의 펄스 자장하에서 자기 코어의 자기 경로 방향으로 자화된다.

각 본드 자석은 자기 코어의 자기 갭내에 배치된다. 각각의 제조된 자기 코어는 20 ℃ 단위로 120 ℃ 에서 220 ℃ 까지 약 30 분간 항온조 내에서 열처리되고, 각각의 열처리용 항온조로부터 꺼내지며, 자기 플럭스가 측정된다. 그 결과를 도 1 및 도 2 에 도시하였다.

결과적으로, 피복으로 표면처리되지 않은 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석은, 열처리 전의 자석과 비교할 때, 220 ℃ 에서 80 % 까지 감자(demagnetize) 된다. 반면, 전술한 금속들 중 임의의 금속의 피복으로 표면처리된 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석은, 220 ℃ 의 열처리 온도에서 99 - 91 % 까지 감자되고, 열화가 극히 적게 발생하며, 안정적인 특성을 가진다. 이는, 자기 분말의 각각의 입자 표면을 내산화 금속으로 피복함으로써 자석의 산화가 억제되고 그에 따라 자기 플럭스의 감소가 제한되었기 때문으로 생각된다.

(제 2 실시예)

이제, 양이 상이한 Zn 이 자기 분말내의 각 입자의 표면에 덮인 Sm-Fe-N 본드 자석의 특성을 측정 및 비교하고, 열처리 전 후의 자기 플럭스(magnetic flux)를 측정하고 그 변화를 구하였다. 또한, 그러한 자석들이 Mn-Zn 계 페라이트 코어의 자기 경로(magnetic path)의 자석 갭 내에 배치된 상태에서, DC 중첩 특성 및 코어-로스 특성에 대한 비교가 이루어지는 실험예를 설명한다.

이하와 같이 본드 자석을 제조하였다. (약 3 ㎛ 의 평균 입자 크기를 갖는) Sm-Fe-N 자기 분말을 3 체적 % Zn 과 혼합하고, 425 ℃ 의 Ar 분위기에서 2 시간동안 열처리함으로써, 금속 피복을 실시하였다. 그 후에, 각각의 자기 분말에 전체 부피의 40 체적 % 에 상당하는 양의 12-나일론 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 열 혼련시키고, 자장이 없는 곳에서 가열 압축하여, 10.6 mm ×7.0 mm ×1.5 mm 형상의 본드 자석을 얻는다. 그 본드 자석은 약 10 T 의 펄스 자장하에서 자기 코어의 자기 경로 방향으로 자화된다. 그러한 본드 자석들은 표 2 에 기재된 특성을 갖는다.

Zn 양	보자력(Hc)	잔류 자기 플럭스 밀도(Br)
피복 없음 0.1 체적 % 1.0 체적 % 3.0 체적 % 5.0 체적 % 10 체적 % 15 체적 %	9 kOe 10.5 kOe 11.5 kOe 12 kOe 12 kOe 12 kOe 12 kOe	3300 G 3300 G 3270 G 3200 G 3120 G 2940 G 2700 G

어떠한 금속으로도 피복되지 않은 본드 자석과 비교할 때, Zn 으로 피복된 각각의 본드 자석이 1.5 내지 3 kOe 정도 큰 보자력을 가진다는 것을 알 수 있다. 이는, Sm-Fe-N 자기 분말의 입자 표면을 피복하는 것이 역자구(逆磁區)(inverse domain)의 발생을 어렵게 하고 보자력을 증대시킨다는 것으로 짐작할 수 있다. 또한, Zn 양이 증가하면, 잔류 자기 플럭스 밀도가 감소한다. 이는, 비자성의 Zn 양이 증가하는 경우, 자기 분말의 비율이 감소하는 것으로 이해된다.

그러한 본드 자석은 220 ℃ 의 대기 분위기에서 60 분 동안 노(爐)내 열처리되고, 그 노로부터 꺼내지며, 자기 플럭스, DC 중첩 특성, 및 코어-로스 특성들이 측정된다.

TOEI 가 제조한 TDF-5 의 디지털 자속계(fluxmeter)를 이용하여, 각 자석에 대한 자기 플럭스가 측정된다. 또한, 220 ℃ 에서의 열처리 후에 재-펄스(re-pulse) 자화가 실시되고, 열 변동(fluctuation)에 기인한 열감자(熱減磁)로서 자기 플럭스의 회복량을 계산하고, 산화에 기인한 감자로서 회복되지 않은 감소량을 계산한다.

열처리되지 않은 플럭스의 양을 100 % 로 하여, 그러한 측정 결과를 표 3 에 기재하였다.

열처리에 따른 자기 플럭스의 변화(%)

Zn 양	비열처리 열처리 후 재-자화 후	열 감자율	산화
피복 없음 0.1 체적 % 1.0 체적 % 3.0 체적 % 5.0 체적 % 10 체적 % 15 체적 %	100 51 77 100 74 94 100 79 97 100 81 98 100 82 99 100 82 99 100 81 98	26 20 18 17 17 17 17	23 6 3 2 1 1 2

결과에 따라, 피복 표면처리되지 않은 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석이 삽입된 코어는 220 ℃ 에서 23 % 산화된다. 이와 비교하여, 아연 피복으로 표면처리된 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석이 삽입된 코어는 열처리에 의해 약 1 - 6 % 산화되고, 열화(劣化)가 매우 적게 일어나며, 안정된 특성을 갖는다. 내산화성 금속으로 자기 분말의 입자 표면을 피복함으로써, 산화가 억제되고, 자기 플럭스의 감소가 억제되는 것으로 볼 수 있다.

또한, 열감자와 관련하여, 아연 피복으로 표면처리된 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석은, 아무것도 피복되지 않은 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석과 비교할 때, 적은 값을 갖는다. Sm-Fe-N 자석의 보자력은, 아연으로 자기 분말의 입자 표면을 피복함으로써, 커진다고 생각된다.

100 kHz 의 AC 자장 주파수 및 DC 중첩에 기인한 0 - 200 Oe 의 자장 조건하에서 휴렛 패커드사가 제조한 4284A 의 LCR 미터를 이용하여, 자석이 삽입된 각 코어의 DC 중첩 특성을 측정하였다. 실험에 사용된 페라이트 코어는, Mn-Zn 계 페라이트 물질로 제조되고 7.5 cm 의 자기 경로를 가지며 0.74 cm² 의 유효 단면적을 가지는, EE 코어이다. 그 EE 코어는 1.5 mm 의 갭을 가지는 중앙 자기 레그부(leg)를 구비한다. 그 갭 부분에는, 페라이트 코어의 중앙 자기 레그부의 단면과 동일한 단면을 가지고 또 1.5 mm 의 높이를 가지도록 형성된 본드 자석이 배치된다. 이러한 형상은 도 3a 및 도 3b 에 도시되어 있다. 이 도면들에서, 참조 부호 1 은 본드 자석을 나타내고, 참조 부호 2 는 코어를 나타내며, 참조 부호 3 은 코일을 나타낸다. 또한, DC 중첩 전류가 코일(3)내로 흘러, DC 중첩에 의해 유발되는 자장의 방향이 코어(2)의 자기 갭내에 배치된 본드 자석(1)에서의 자화방향에 반대가 된다.

측정 결과를 도 4 - 10 에 나타냈다. 도 4 는, 표면이 피복되지 않은 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 사용된 경우의 DC 중첩 특성을 나타낸다. 도 5 - 10 은, 0.1 체적 %, 1.0 체적 %, 3.0 체적 %, 5.0 체적 %, 10 체적 %, 15 체적 % 의 아연 피복으로 각각 표면 처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 사용된 경우의 DC 중첩 특성을 나타낸다.

도 4 에 분명히 도시된 바와 같이, 자기 분말의 자기 입자들이 피복으로 표면처리되지 않은 경우에, 열처리 시간이 길어질 때 투자율이 저자계(低磁界) 측으로 이동되어 특성들을 상당히 열화시킨다. 이와 비교하여, 도 5 - 9 에 개시된 바와 같이, 자기 분말의 자기 입자들이 아연 피복으로 표면처리된 경우에는, 열처리 에서의 열화율이 항상 매우 작다는 것을 알 수 있을 것이다. 자기 분말의 산화가 아연 피복으로 인해 억제되는 것으로 추측된다. 또한, 도 10 에 개시된 바와 같이, 자석 분말이 15 중량 % 의 아연과 혼합된 경우, 자기 코어의 투자율이 고자계(高磁界) 측으로 연장되지 않으며, 자석으로 인한 편향 자장의 크기는 다른 경우와 비교하여 매우 작다는 것을 알 수 있다. 이것은, 아연 양의 증가로 인한 자기 분말의 비율이 감소되거나, 또는 자기 분말과 아연의 상호 반응으로 인해 자화 크기가 감소하는 것으로 생각된다.

그러한 자석들이 삽입되는 자기 코어의 각각의 자기 갭내에서, 이와사키 츠신키 가부시키카이샤(Iwasaki Tsushinki K.K.)가 제조한 SY-8232 의 AC B-H 커브 트레이서(B-H curve tracer)를 이용하여, 0.1 T 의 자기 플럭스 밀도 및 200 kHz 의 주파수 하에서 코어-로스 특성을 측정하였다. 실험에 사용된 페라이트 코어는, Mn-Zn 계 페라이트 물질로 제조되고 7.5 cm 의 자기 경로를 가지며 0.74 cm² 의 유효 단면적을 가지는, EE 코어이다. 그 EE 코어는 1.5 mm 의 자기 갭을 가지는 중앙 자기 레그부(leg)를 구비한다.

페라이트 코어의 중앙 자기 레그부의 단면과 동일한 단면을 가지고 또 1.5 mm 의 높이를 가지도록 형성된 본드 자석이, 약 10 T 의 펄스 자장하에서 자기 경로의 방향으로 자화되고 페라이트 코어의 갭 부분에 삽입된다. 결과를 표 4 에 기재하였다.

열처리에 따른 코어-로스(kW/m³) 및 비저항(Ωㆍcm)의 변화

Zn 양	비열처리 열처리 후	증가	비저항(열처리 전)
피복 없음 0.1 체적 % 1.0 체적 % 3.0 체적 % 5.0 체적 % 10 체적 % 15 체적 %	360 585 365 445 395 395 410 380 440 420 490 460 755 740	225 80 0 -30 -20 -30 -15	2.08 2.02 1.72 1.43 1.25 1.00 0.23

자기 분말의 자기 입자들이 피복되지 않은 경우, 열처리에 의해 코어-로스가 200 kW/m³ 이상 증가한다. 이와 대조적으로, 자기 분말의 자기 입자들이 전술한 금속으로 피복된 경우에는, 열처리 후의 코어-로스 증가가 0.1 체적 % Zn 의 경우에는 80 kW/m³ 이고, 1.0 체적 % Zn 이상의 피복 경우에는 0 이하 이었다. 자기 분말의 Zn 함량이 3.0 체적 % 이상인 경우에, 코어-로스가 반대로 감소한다는 것을 알 수 있다. 또한, 자기 분말이 15 체적 % 의 Zn 과 혼합된 경우, 코어-로스 자체는 약 750 kW/m³ 이고, 열처리 후에 코어-로스의 증가가 발생하지는 않았지만 매우 큰 값을 가지고 있다. 이것은, 자기 분말을 15 중량 % 의 Zn와 혼합하는 경우에 본드 자석의 비저항이 0.23 Ω·㎝이고 다른 조성의 경우 보다 매우 작기 때문에 와류 로스(eddy current loss)가 증가하는 것으로 생각할 수 있다.

또한, 열처리로 인해 코어-로스가 감소하는 이유는 아연의 산화에 의해 분말 간의 절연이 커지고 와류 로스(eddy current loss)가 감소하기 때문으로 생각된다.

전술한 이유 때문에, 피복으로 사용된 Zn 의 양이 전체 자기 분말 양의 0.1 - 10 체적 % 인 경우에, 페라이트 코어가 매우 우수한 특성을 가진다는 것을 알 수 있다. 또한, Zn 대신에 표 1 에 기재된 하나의 금속 또는 합금을 피복으로 사용하는 경우에도 유사한 결과를 얻을 수 있으며, 이는 이러한 금속 또는 합금은 Zn 과 비교할 때 거의 유사한 비저항을 가지기 때문이다.

(제 3 실시예)

이제, Sm-Co 본드 자석이 삽입된 자기 갭을 구비한 Mn-Zn 계 페라이트 코어의 DC 중첩 특성 및 코어-로스 특성에 대한 측정 및 비교가 이루어지는 실험예에 대하여 설명하며, 이때 본드 자석은 여러 가지 타입의 금속 피복으로 표면처리된 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함한다.

본드 자석을 제조하기 위해, (약 3 ㎛ 의 평균 입자 크기를 갖는) Sm-Co 자기 분말을 5 체적 % 의 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석과 각각 혼합하고, Ar 분위기에서 2 시간동안 열처리하였다. 각각의 금속에 대한 각각의 열처리 온도는 전술한 제 1 실시예와 관련하여 설명한 표 1 에 기재되어 있다.

그 후에, 각각의 자기 분말에 전체 부피의 40 체적 % 에 상당하는 양의 에폭시 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 자기장이 없는 상태에서 다이 성형하였다. 실험에 사용된 페라이트 코어는, Mn-Zn 계 페라이트 물질로 제조되고 7.5 cm 의 자기 경로를 가지며 0.74 cm² 의 유효 단면적을 가지는, EE 코어이다. 그 EE 코어는 1.5 mm 의 자기 갭을 가지는 중앙 자기 레그부를 구비한다. 본드 자석은, 페라이트 코어의 중앙 자기 레그부의 단면과 동일한 단면을 가지고 또 1.5 mm 의 높이를 가지도록 형성되며, 코어 둘레에는 코일이 감겨진다. 이러한 형상들을 도 3a 및 3b 에 도시하였다.

각 본드 자석은 자기 코어의 자기 갭내에 배치된다. 각각의 결과적인 자기 코어는 270 ℃ 의 항온조 내에서 열처리되고, 30 분이 경과된 후에 항온조로부터 꺼내지며, DC 중첩 특성 및 코어-로스 특성이 측정된다.

100 kHz 의 AC 자장 주파수 및 DC 중첩에 기인한 0 - 200 Oe 의 자장 조건하에서 휴렛 패커드사가 제조한 4284A 의 LCR 미터를 이용하여, 자석이 삽입된 각 코어의 DC 중첩 특성을 측정하였다. 또한, DC 중첩에 의해 유발되는 자장의 방향이 코어(2)의 자기 갭내에 배치된 본드 자석(1)의 자화 방향과 반대되도록, DC 중첩 전류가 코일(3)을 통해 흘려진다.

측정 결과를 도 11 - 20 에 나타냈다. 도 11 은, 표면이 피복되지 않은 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 사용된 경우의 DC 중첩 특성을 나타낸다. 도 12 - 20 은, 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석 피복으로 각각 표면 처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 사용된 경우의 DC 중첩 특성을 나타낸다.

피복으로 표면처리되지 않은 자기 입자 집합체로 구성된 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어와 비교할 때, 전술한 금속 중 어느 하나의 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 구성되는 자기 분말을 포함하는 본드 자석은 열처리 시간에도 불구하고 DC 중첩 특성이 거의 열화되지 않으며 안정적인 특성을 갖는다. 이는, 내산화성 금속으로 피복된 자기 분말의 입자 표면에 의해 산화가 억제되고 편향 자기장의 감소가 억제되기 때문으로 생각된다.

그러한 자석들이 삽입되는 자기 코어에서, 이와사키 츠신키 가부시키카이샤가 제조한 SY-8232 의 AC B-H 커브 트레이서를 이용하여, 0.1 T 의 자기 플럭스 밀도 및 5 kHz 의 주파수 하에서 코어-로스 특성을 측정하였다. 결과를 표 5 에 기재하였다.

코어-로스의 측정 데이터

열처리시간	0 분	30 분	60 분	90 분	120 분
피복 없음 Zn Al Bi Ga In Mg Pb Sb Sn	180 220 180 225 170 175 170 230 200 205	250 200 180 230 180 200 170 220 230 210	360 215 190 230 230 220 180 230 280 230	450 215 200 230 230 230 200 240 350 230	600 220 240 240 260 280 220 260 420 235

어떠한 피복으로도 표면처리되지 않은 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 코어에서, 120 분 간의 열처리시의 코어-로스는 열처리 하지 않은 경우의 코어-로스의 3 배 이상이었다. 이와 대조적으로, 전술한 금속 중 하나의 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 각각 포함하는 각 본드 자석이 삽입된 코어에서는, 열처리 후의 코어-로스 증가는 평균 20-30 % 였으며, 그 코어는 매우 우수한 특성을 가졌다.

(제 4 실시예)

이제, Sm-Co 본드 자석이 삽입된 자기 갭을 구비한 Mn-Zn 계 페라이트 코어의 자기 플럭스에 대한 측정 및 비교가 이루어지는 실험예에 대하여 설명하며, 이때 Sm-Co 본드 자석은 여러 가지 타입의 금속 피복으로 표면처리된 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함한다.

본드 자석을 제조하기 위해, (약 3 ㎛ 의 평균 입자 크기를 갖는) Sm-Co 자기 분말을 (3 체적 % Zn + 2 체적 % Mg) 및 (3 체적 % Mg + 2 체적 % Al)와 각각 혼합하고, 600 ℃ 의 Ar 분위기에서 2 시간동안 열처리함으로써, 금속 피복을 실시하였다. 그 후에, 각각의 자기 분말에 전체의 45 체적 % 에 상당하는 양의 에폭시 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 자기장이 없는 상태에서 다이 성형하였다. 각 본드 자석은 270 ℃ 의 대기 분위기하의 노내에서 열처리된 후, 최대 4 시간의 열처리 시간까지 1 시간 마다 노로부터 꺼내어지며, 그 후부터는 2 시간 간격으로 꺼내어진 후, 자기 플럭스를 측정하였다.

TOEI 가 제조한 TDF-5 의 디지털 자속계(fluxmeter)를 이용하여, 각 자석에 대한 자기 플럭스를 측정하였다. 열처리되지 않은 플럭스의 양을 100 % 로 하여, 각 시간 동안의 열처리 후의 자기 플럭스 변화율을 표 6 에 기재하였다.

열처리 후에 따른 자기 플럭스 변화(%)

열처리 시간(시)	0	1	2	3	4	6	8	10
피복 없음 (3체적%Zn+2체적% Mg) (3체적%Mg+2체적% Al)	100 100 100	72 98 98	61 97 98	53 97 97	45 96 96	36 95 96	30 94 95	26 94 94

피복으로 표면처리되지 않은 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포 함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어는, 10 시간 동안의 열처리 후에 70 % 이상 감자(demagnetized) 된다. 이에 대해, 전술한 금속들 중 임의의 금속 피복으로 표면처리된 자기 입자의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 자석은, 10 시간의 열처리 후에도 약 6 % 감자되고, 열화가 극히 적게 발생하며, 안정적인 특성을 가진다. 이는, 자기 분말의 입자 표면을 내산화 금속으로 피복함으로써 자석의 산화가 억제되고 그에 따라 자기 플럭스의 감소가 제한되었기 때문으로 생각된다.

(제 5 실시예)

이제, Sm-Co 본드 자석이 삽입된 자기 갭을 구비한 Mn-Zn 계 페라이트 코어의 DC 중첩 특성 및 코어-로스 특성에 대한 측정 및 비교가 이루어지는 실험예에 대하여 설명하며, 이때 본드 자석은 아연 피복으로 표면 처리된 자기 입자 집합체로 이루어지고 수지내에 배치되는 자기 분말 및 수지를 포함한다.

본드 자석을 제조하기 위해, (약 3 ㎛ 의 평균 입자 크기를 갖는) Sm-Co 자기 분말을 0.1 체적 %, 1.0 체적 %, 3.0 체적 %, 5.0 체적 %, 10 체적 %, 15 체적 % 의 아연과 각각 혼합하고, Ar 분위기에서 2 시간동안 열처리하였다. 그 후에, 각각의 자기 분말에 전체 부피의 40vol% 에 상당하는 양의 에폭시 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 자기장이 없는 상태에서 다이 성형하였다. 제 3 실시예와 관련하여 설명한 바와 같이, 실험에 사용된 페라이트 코어는, 7.5 cm 의 자기 경로를 가지며 0.74 cm² 의 유효 단면적을 가지는, EE 코어이다. 그 EE 코어는 1.5 mm 의 갭을 가지는 중앙 자기 레그부를 구비한다. 페라이트 코어의 중앙 자기 레그부의 단면과 동일한 단면을 가지고 또 1.5 mm 의 높이를 가지도록 형성된 본드 자석은 약 10 T 의 펄스 자장의 자기 경로를 따라 자화되고, 상기 페라이트 코어의 갭부에 삽입되며, 그 코어 둘레에는 코일이 감겨진다. 이러한 형상들을 도 3a 및 3b 에 도시하였다.

각 본드 자석은 자기 코어의 자기 갭내에 배치된다. 각각의 제조된 자기 코어는 270 ℃ 의 항온조내에서 열처리되고, 30 분이 경과된 후에 항온조로부터 꺼내지며, DC 중첩 특성 및 코어-로스 특성이 측정된다. 이 과정이 반복된다.

측정 결과를 도 21 내지 27 에 나타냈다. 도 21 은, 표면이 피복되지 않은 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 사용된 경우의 DC 중첩 특성을 나타낸다. 도 22 - 27 은, 0.1 체적 %, 1.0 체적 %, 3.0 체적 %, 5.0 체적 %, 10 체적 %, 15 체적 % 의 아연 피복으로 각각 표면 처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 코어의 DC 중첩 특성을 나타낸다.

도 21 에 명확히 도시된 바와 같이, 피복으로 표면처리되지 않은 자기 입자 집합체로 구성된 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어에서, 열처리 시간이 길어질 때 투자율이 저자계(低磁界) 측으로 이동되어 특성들을 상당히 열화 시킨다. 이와 비교하여, 도 22 - 27 에 개시된 바와 같이, 자기 분말의 자기 입자들이 아연 피복으로 표면처리된 각각의 자석이 삽입된 코어에서, 열처리에서의 열화율이 항상 매우 작다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는, 자기 분말의 산화가 아연 피복으로 인해 억제되는 것으로 추측된다.

또한, 도 27 에 개시된 바와 같이, 15 중량 % 의 아연 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어에서, 자기 코어의 투자율이 고자계(高磁界) 측으로 연장되지 않으며, 자석으로 인한 편향 자장의 크기는 다른 경우와 비교하여 매우 작다는 것을 알 수 있다. 이것은, 아연 양의 증가로 인한 자기 분말의 비율이 감소되거나, 또는 자기 분말과 아연의 상호 반응으로 인해 자화 크기가 감소하는 것으로 생각된다.

1 kHz 내지 15 MHz 의 AC 자장 주파수 범위내에서, 요코가와(Yokokawa) 휴렛 패커드사가 제조한 4194A 임피던스 분석기를 사용하여, 주파수 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 28 내지 34 에 개시하였다.

도 28 에 명확히 도시된 바와 같이, 피복으로 표면처리되지 않은 자기 입자 집합체로 구성된 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어에서, DC 중첩 특성에서와 유사하게, 열처리 시간이 길어질 때 주파수 특성이 저주파수 측으로 이동되어 상당히 열화된다. 이와 비교하여, 도 29 - 34 에 개시된 바와 같이, 자기 분말의 자기 입자들이 아연 피복으로 표면처리된 각각의 자석이 삽입된 자기 코어에서, 열처리에서의 열화율이 항상 매우 작다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는, 자기 분말의 산화가 아연 피복으로 인해 억제되는 것으로 추측된다.

또한, 도 34 에 개시된 바와 같이, 15 체적 % 의 아연 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어에서는, 열처리시의 열화율이 작지만, 자기 코어의 투자율이 저주파수 측으로 감소된다. 이것은, 아연 양의 증가로 인해 비저항이 감소되고, 와류 로스(eddy current loss)가 증대되고, 주파수 특성이 열화되는 것으로 추측된다.

전술한 바와 같은 이유로, 피복으로 사용된 Zn 양이 0.1 내지 10 체적 % 일 때, 페라이트 코어가 매우 우수한 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.

(제 6 실시예)

본 발명의 제 6 실시예에 따른 자기 코어는, 자기 편향 본드 자석으로서, 금속 및 유리 솔더(solder) 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 Sm-Co 본드 자석을 이용한다. 또한, Sm-Co 본드 자석의 자기 플럭스 특성 및 비저항을 측정하였다. Sm-Co 본드 자석이 삽입되는 자기 갭을 포함한 자기 경로를 가지는 Mn-Zn 계 페라이트 코어에서, DC 중첩 특성 및 유효 투자율(μ)의 주파수 특성이 측정되고 비교되었다.

특히, Sm-Co 본드 자석은 이하와 같이 제조되었다. 물질로서, 약 5 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지는 Sm-Co 자기 분말 및 약 5 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지는 Zn 금속 분말을 사용하였다. Sm-Co 자기 분말에 3 체적 % 의 Zn 금속 분말을 혼합하고, 아르곤 분위기에서 500 ℃ 의 온도로 2 시간 동안 열처리 하였다. 아연의 융점은 419.5 ℃ 이다. 그 후에, 자기 분말을, 연화점이 약 400 ℃ 인 ZnO-B₂O₃-PbO 와 연화점이 약 410 ℃ 인 B₂O₃-PbO 의 3 체적 % 와 혼합하고, 아르곤 분위기 하에서 각각 400 ℃ 및 410 ℃ 의 온도로 2 시간 동안 열처리 하였다.

그 후에, 각각의 자기 분말에 전체 부피의 50 체적 % 에 상당하는 양의 에폭시 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 자기장이 없는 상태에서 각각의 본드 자석으로 다이 성형하였다.

도 3a 에 도시된 바와 같이, 실험에 사용된 페라이트 코어는, 7.5 cm 의 자기 경로를 가지며 0.74 cm² 의 유효 단면적을 가지는, Mn-Zn 계 페라이트 물질로 만들어진 EE 코어(2)이다. 그 EE 코어(2)는 1.5 mm 의 자기 갭을 가지는 중앙 자기 레그부를 구비한다. 결과적으로, 각각의 본드 자석은, 페라이트 코어의 중앙 자기 레그부의 단면과 동일한 단면을 가지고 또 1.5 mm 의 높이를 가지도록 형성되며, 약 10 T 의 펄스 자장에서 펄스 착자기를 이용하여 자기 경로 방향으로 자화된다. 그리고, 이상과 같이 제조된 본드 자석(1)은 상기 EE 코어(2)의 갭 부분내에 삽입되어 도 3a 에 도시된 바와 같은 자기 코어를 만든다.

이 경우에, 본드 자석 단일 물질(single substance)의 자기 플럭스 및 비저항을 측정한다. 각각의 측정된 샘플을 항온조내에서 리플로 솔더링 노의 온도 조건인 270 ℃ 에서 30 분간 유지한 후, 상온까지 냉각하고 상온에서 2 시간동안 방치한다. 리플로 처리 후에, 본드 자석 단일 물질의 자기 플럭스 및 비저항을 측정하였다. 또한, 비교예로서, 아연 피복 만으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 Sm-Co 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 제조되고, 그 본드 자석 단일 물질의 자기 플럭스 및 비저항을 측정하였다. 그러한 결과를 표 7 및 8 에 기재하였다. 또한, 각 샘플에 대하여, 리플로 처리 전 및 후에, 자기 플럭스의 감자율(減磁率)을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 7 에 기재하였다.

플럭스	실험 예		비교 예
플럭스	Zn+(ZnO-B₂O₃-PbO)	Zn+(B₂O₃-PbO)	Zn
리플로 처리 전(G)	195.2	192.4	198.3
리플로 처리 후(G)	193.8	190.3	193.7
감자율(%)	99.3	98.9	97.7

비저항	실험 예		비교 예
비저항	Zn+(ZnO-B₂O₃-PbO)	Zn+(B₂O₃-PbO)	Zn
리플로 처리 전(Ωㆍcm)	2.88	2.72	0.98
리플로 처리 후(Ωㆍcm)	2.90	2.73	1.05

표 8 에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 아연 및 유리 솔더 조합 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 각각 포함하는 본드 자석(실험 예)이, 아연 피복만으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석(비교예)와 비교할 때, 상당히 개선된 비저항을 가진다는 것을 알 수 있다. 또한, 표 7 에 분명히 기재된 바와 같이, 아연 및 유리 솔더 조합 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 각각 포함하는 본드 자석(실험 예)이, 아연 피복만으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석(비교예)와 비교할 때, 리플로 처리 후에 개선된 자기 플럭스 감자율을 갖는 다는 것을 알 수 있다.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 코일(3)이 상기와 같이 제조된 자기 코어(도 3a 참조) 둘레에 감겨져, 인덕턴스 부품을 형성한다. 코일(3)에는 직류 중첩된 교류(100 kHz) 전압이 가해져, LCR 미터에 의해 DC 중첩 특성이 측정되고, 코어 상수(코어 크기) 및 코일(3)의 권선 수를 기초로 유효 투자율(μ)이 계산된다. 계산된 결과들을 도 35 에 개시하였다. 이 경우에, DC 편향 자기장의 방향이 삽입된자화 자석의 자화 방향과 반대로 마주하도록, 중첩 전류가 가해진다. 또한, 요코가와 휴렛 패커드사가 제조한 4194A 임피던스 분석기를 사용하여, 유효투자율(μ)의 주파수 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 36 에 기재하였다. 또한, 이러한 주파수 특성을 기초로, μ10 MHz/ μ10 kHz 의 값을 계산하고 표 9 에 기재하였다. 전술한 바와 같은 방법에서, 각각의 측정된 샘플들은 리플로 솔더링 노의 온도 조건인 270 ℃ 의 항온조내에서 30 분간 유지되고, 상온까지 냉각된 후 그 상온에서 2 시간동안 유지된다. 그 후에, 본드 자석이 페라이트 코어(EE 코어)의 갭 부분내로 삽입되고, 그 코어 주위에는 코일이 감겨진다. 전술한 방법에 따라, DC 중첩 특성, 유효 투자율(μ)의 주파수 특성, μ10 MHz/ μ10 kHz 값이 측정되고, 그 결과를 도 35 및 36, 표 9 에 기재하였다. 또한, 비교예로서, 아연 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 Sm-Co 자기 분말을 포함하는 본드 자석과, 페라이트 코어가 아무것도 삽입되지 않은 갭 부분을 가지는 샘플을 전술한 바와 같은 방법으로 만들고, DC 중첩 특성, 유효 투자율(μ)의 주파수 특성, μ10 MHz/ μ10 kHz 값을 측정하였다. 이러한 측정 결과 역시 도 35 및 36, 표 9 에 기재하였다.

μ10 MHz/ μ10 kHz	실험 예		비교 예
μ10 MHz/ μ10 kHz	Zn+(ZnO-B₂O₃-PbO)	Zn+(B₂O₃-PbO)	Zn	공기 갭 (air gap)
리플로 처리 전(%)	100.3	101.0	80.4	102.3
리플로 처리 후(%)	101.1	101.1	92.6	102.3

표 9 로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 아연 및 유리 솔더 조합 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 각각 포함하는 본드 자석(실험 예)이 삽입된 자기 코어의 유효 투자율(μ)이, 아연 피복만으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어의 유효 투자율과 비교할 때, 상당히 개선된 주파수 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에서, 큰 비저항 및 양호한 감자율을 가지는 자기 코어를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 6 실시예에서는 내산화성 금속 분말로서 아연을 선택하였지만, 다른 내산화성 금속도 이용할 수 있다. 예를 들어, 내산화성 금속으로서, 알루니늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬, 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 하나의 금속 또는 그 합금을 이용하는 경우에도 유사한 이점을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제 6 실시예에서는, 저융점 유리로서, ZnO-B₂O₃-PbO 및 B₂O₃-PbO 을 이용하였지만, K₂O-SiO₂-PbO, SiO₂-B₂O₃-PbO 등과 같은 것을 저융점 유리로 이용하는 경우에도 유사한 이점을 얻을 수 있다.

(제 7 실시예)

본 발명의 제 7 실시예에 따른 자기 코어는, 자기 편향 본드 자석으로서, 전술한 제 6 실시예에서와 같은 방식으로, Sm-Co 본드 자석을 이용한다. 특히, 전술한 본 발명의 제 6 실시예에 개시된 것과 유사한 방식으로, 본드 자석 물질로서, 약 5 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지는 Sm-Co 자기 분말 및 약 5 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지는 Zn 금속 분말을 사용하였다. Sm-Co 자기 분말에 각각 3 체적 %, 5.0 체적 % 및 7.0 체적 % 의 Zn 금속 분말을 혼합하고, 아르곤 분위기에서 500 ℃ 의 온도로 2 시간 동안 열처리 하였다. 그 후에, 자기 분말을, 연화점이 약 400 ℃ 인 ZnO-B₂O₃-PbO 의 0 체적 %, 1.0 체적 %, 3.0 체적 %, 5.0 체적 %, 7.0 체적 % 및 10.0 체적 % 와 각각 혼합하고, 아르곤 분위기하에서 각각 400 ℃ 의 온도로 2 시간 동안 열처리 하였다.

그 후에, 각각의 생성된 자기 분말에 전체 부피의 50 체적 % 에 상당하는 양의 에폭시 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 자기장이 없는 상태에서 각각의 본드 자석으로 다이 성형하였다.

각각의 본드 자석은 전술한 본 발명의 제 6 실시예에서와 유사한 형상으로 성형되고, 약 10 T 자장에서 펄스 착자기를 이용하여 자화된다. 이어서, 각각의 제조된 본드 자석에 대하여, 전술한 제 6 실시예와 유사한 방식으로, 리플로 처리 전후에 자기 플럭스를 측정한다. 그 결과를 표 10 에 기재하였다.

리플로 처리 전	ZnO-B₂O₃-PbO
리플로 처리 전	0 체적 %	1 체적 %	3 체적 %	5 체적 %	7 체적 %	10 체적 %
3 체적 % Zn	198.3	197.9	195.2	190.4	168.2	143.1
5 체적 % Zn	197.2	196.2	194.3	156.2	140.8	122.1
7 체적 % Zn	192.3	190.2	152.4	136.1	125.4	93.6

리플로 처리 후	ZnO-B₂O₃-PbO
리플로 처리 후	0 체적 %	1 체적 %	3 체적 %	5 체적 %	7 체적 %	10 체적 %
3 체적 % Zn	193.7	193.5	193.8	189.3	168.1	143.3
5 체적 % Zn	192.2	193.2	193.2	154.8	139.8	121.9
7 체적 % Zn	191.2	189.2	151.8	135.7	125.2	93.2

Zn 분말 및 저융점 유리 분말의 전체 함량이 10 체적 % 이하일 때 내산화 특성이 우수한 본드 자석을 얻을 수 있다는 것을 표 10 으로부터 명확히 알 수 있다. 또한, 본 발명의 공동 발명자들은 전술한 0.1 체적 % 이하의 전체 함량을 가지는 자기 분말은 아연만이 첨가된 본드 자석과 실질적으로 동일하다는 것을 확인하였다.

또한, 본 발명의 제 7 실시예와 관련하여 본드 자석의 자기 플럭스 만을 설명하였으나, 본 발명의 공동 발명자들은, 전술한 본 발명의 제 6 실시예와 유사한 방법으로, 페라이트 코어(EE 코어)(2)(도 3a 참조)의 중앙 레그부에 형성된 갭 부분내로 전술한 본드 자석(1)을 삽입하고, 도 3b 에 도시된 바와 같이 코어 주위로 코일(3)을 감았으며, DC 중첩 특성을 측정하였다. 이 경우에, 본 발명의 공동 발명자들은 상기 자속에 상응하는 결과를 얻었으며, Zn 분말 및 저융점 유리 분말의 전체 함량이 0.1 내지 10 체적 % 일 때, 내산화 특성이 우수한 본드 자석을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

(제 8 실시예)

이제, 아연 및 저융점 유리(ZnO-B₂O₃-PbO, B₂O₃-PbO) 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 Sm-Co 본드 자석이 Mn-Zn 계 페라이트 코어의 자기 경로 일부에 삽입되는 경우에, Sm-Co 본드 자석의 자기 플럭스 및 Mn-Zn 계 페라이트 코어의 유효 투자율(μ)에 대한 주파수 특성을 측정하고 비교한다.

특히, 본드 자석은 이하와 같이 제조된다. 먼저, 약 3 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지는 Sm-Co 자기 분말을 3 체적 % 의 Zn 금속 분말과 혼합하고, 아르곤 분위기에서 500 ℃ 의 온도로 3 시간 동안 열처리 하였다. 그 후에, 자기 분말을 저융점 유리로서, 연화점이 약 400 ℃ 인 ZnO-B₂O₃-PbO 와 연화점이 약 410 ℃ 인 B₂O₃-PbO 의 3 체적 % 와 각각 혼합하고, 아르곤 분위기 하에서 각각 420 ℃ 의 온도로 2 시간 동안 열처리 하였다.

그 후에, 각각의 제조된 자기 분말에 전체 부피의 40 체적 % 에 상당하는 양의 폴리아미드이미드(polyamideimide) 수지를 결합제 수지로서 혼합하고, 복합 믹서(hybrid mixer)를 이용하여 교반한 후에, 닥터 블레이드(doctor blade) 방법을 이용하여 약 150 ㎛ 두께의 본드 자석 시트로 형성하고, 200 ℃ 에서 30 분간 건조시켰다.

실험에 사용된 페라이트 코어는, 도 3a 에 도시된 바와 같이, 실험에 사용된 페라이트 코어는, 5.93 cm 의 자기 경로를 가지며 0.83 cm² 의 유효 단면적을 가지는 Mn-Zn 계 페라이트 물질로 만들어진 EE 코어(2)이다. 그 EE 코어(2)는 200 ㎛ 의 자기 갭을 가지는 중앙 자기 레그부를 구비한다. 이어서, 전술한 바와 같이 만들어진 각각의 본드 자석은, 페라이트 코어의 중앙 자기 레그부의 단면과 동일한 단면을 가지고 또 200 ㎛ 의 높이를 가지도록 형성되며, 약 10 T 의 펄스 자장에서 펄스 착자기를 이용하여 자기 경로 방향으로 착자된다. 그리고, 이상과 같이 제조된 본드 자석(1)은 상기 EE 코어(2)의 갭 부분내에 삽입되어 도 3a 에 도시된 바와 같은 자기 코어를 만든다.

표 11 은, 아연 및 저융점 유리(ZnO-B₂O₃-PbO, B₂O₃-PbO) 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 Sm-Co 본드 자석 시트(sheet)를 대기중에서 30 분간 열처리 한 후에, 비저항, 코어-로스 값 및 감자율을 표시한다. 또한, 도 37 은, 본드 자석이 자기 코어 내에 삽입되었을 때, 유효 투자율(μ)의 주파수 특성을 나타낸다.

	비저항(Ωㆍcm)	감자율(%)	로스(kW/m³)
	비저항(Ωㆍcm)	감자율(%)	100 mT ,100kHz	50 mT ,200kHz
피복 없음	0.15	17.0	370.0	230.0
3 체적 % Zn	0.12	2.0	390.8	250.5
3 체적%(ZnO-B₂O₃-PbO) + 3 체적%Zn	1.85	1.5	240.6	200.5
3 체적%(B₂O₃-PbO)+ 3 체적%Zn	1.65	1.2	256.0	198.5

표 11 에 분명히 기재된 바와 같이, 피복이 없는 샘플은 비저항 및 감자율이 불량하다는 것을 알 수 있다. 또한, 아연만으로 피복된 샘플은, 비록 피복되지 않은 샘플에 비해 감자율이 작지만, 여전히 작은 비저항을 가진다. 또한, 아연 및 저융점 유리(ZnO-B₂O₃-PbO, B₂O₃-PbO) 피복을 가지는 샘플은, 피복이 없는 샘플 및 아연만으로 피복된 샘플과 비교할 때, 큰 비저항, 양호한 감자율 및 양호한 코어-로스를 갖는 다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 37 에 분명히 도시된 바와 같이, 아연 및 저융점 유리(ZnO-B₂O₃- PbO, B₂O₃-PbO) 피복을 가지는 샘플은, 피복이 없는 샘플 및 아연만으로 피복된 샘플과 비교할 때, 유효 투자율(μ)에 대한 주파수 특성이 개선되었다는 것을 알 수 있다.

전술한 결과로부터, 아연 및 저융점 유리(ZnO-B₂O₃-PbO, B₂O₃-PbO) 피복을 가지는 자기 입자 표면의 집합체로 이루어진 자기 분말을 포함하는 본드 자석이 삽입된 자기 코어는, 내산화성, 우수한 코어-로스 특성, 및 유효 투자율(μ)에 대한 개선된 주파수 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 자기 경로에 형성된 하나 이상의 자기 갭을 구비하고 그 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하기 위해 자기 갭에 인접 배치된 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어에서, 내산화성, 우수한 DC 중첩 특성, 우수한 코어-로스 특성 및, 유효 투자율(μ)에 대한 개선된 주파수 특성을 가지는 자기 코어를 용이하고도 저렴하게 제공한다.

이상에서, 바람직한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 본 발명을 여러 가지 방식으로 변경할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술한 실시예들에서 12-나일론 수지, 에폭시 수지, 및 폴리아미드이미드 수지를 결합제 수지로 사용하였지만, 다른 수지도 결합제 수지로서 사용될 수 있을 것이다.

Claims

적어도 하나의 자기 갭을 자기 경로(magnetic path) 내에 구비하며, 상기 자기 갭내에 배치되어 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향(magnetic bias)을 제공하는 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어로서,

상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 구비하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 적어도 5 kOe의 고유 보자력, 적어도 300 ℃의 퀴리 온도, 및 2.0 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지고,

상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지며,

상기 본드 자석은 적어도 20 체적 %의 함량으로 결합제 수지를 포함하고, 상기 본드 자석은 적어도 1Ωㆍcm의 비저항을 가지는 자기 코어.
제 1 항에 있어서, 상기 내산화성 금속은 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 자기 코어.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 자기 분말은 0.1 - 10 체적 %의 함량으로 내산화성 금속을 포함하는 자기 코어.
제 1 항에 있어서, 상기 결합제 수지는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 수지인 자기 코어.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 자기 코어와 상기 자기 코어상에 적어도 1회 감긴 적어도 하나의 권선을 포함하는 인덕턴스 부품.
적어도 하나의 자기 갭을 자기 경로내에 구비하며, 상기 자기 갭내에 배치되어 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하는 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어로서,

상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 구비하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 적어도 10 kOe의 고유 보자력, 적어도 500 ℃의 퀴리 온도, 및 2.5 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지고,

상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지며,

상기 본드 자석은 적어도 30 체적 %의 함량으로 결합제 수지를 포함하고, 상기 본드 자석은 적어도 1Ωㆍcm의 비저항을 가지는 자기 코어.
제 7 항에 있어서, 상기 내산화성 금속은 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 자기 코어.
삭제
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 자기 분말은 0.1 - 10 체적 %의 함량으로 내산화성 금속을 포함하는 자기 코어.
제 7 항에 있어서, 상기 결합제 수지는 폴리아미드이미드 수지인 자기 코어.
제 7 항 또는 제 8 항에 따른 자기 코어와 상기 자기 코어상에 적어도 1회 감긴 적어도 하나의 권선을 포함하는 인덕턴스 부품.
적어도 하나의 자기 갭을 자기 경로내에 구비하며, 상기 자기 갭내에 배치되어 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하는 자기 편향 자석을 포함하는 자기 코어로서,

상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 구비하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 적어도 10 kOe의 고유 보자력, 적어도 500 ℃의 퀴리 온도, 및 2.5 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지고,

상기 상기 본드 자석은 적어도 30 체적 %의 함량으로 결합제 수지를 포함하고, 상기 본드 자석은 적어도 1Ωㆍcm의 비저항을 가지며,

상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지며, 상기 금속층은 상기 내산화성 금속의 융점 보다 낮은 연화점을 가지는 저융점 유리로 이루어진 유리층 피복으로 표면처리된 자기 코어.
제 13 항에 있어서, 상기 내산화성 금속은 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 자기 코어.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 자기 분말은 총 0.1 - 10 체적 %의 함량으로 내산화성 금속 및 저융점 유리를 포함하는 자기 코어.
제 13 항에 있어서, 상기 결합제 수지는 폴리아미드이미드 수지인 자기 코어.
제 13 항, 제 14 항 및 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 자기 코어와 상기 자기 코어상에 적어도 1회 감긴 적어도 하나의 권선을 포함하는 인덕턴스 부품.
적어도 하나의 자기 갭을 자기 경로내에 구비하는 자기 코어에 사용되며, 상기 자기 갭내에 배치되어 자기 갭의 대향 단부들로부터 상기 코어로 자기 편향을 제공하는 자기 편향 자석으로서,

상기 자기 편향 자석은 희토류 자기 분말 및 결합제 수지를 구비하는 본드 자석을 포함하며, 상기 희토류 자기 분말은 적어도 10 kOe의 고유 보자력, 적어도 500 ℃의 퀴리 온도, 및 2.5 - 50 ㎛ 의 평균 입자 크기를 가지고,

상기 본드 자석은 적어도 30 체적 %의 함량으로 결합제 수지를 포함하고, 상기 본드 자석은 적어도 1Ωㆍcm의 비저항을 가지며,

상기 희토류 자기 분말은 내산화성 금속을 포함하는 금속층 피복으로 표면처리된 자기 입자 집합체로 이루어지며, 상기 금속층은 상기 내산화성 금속의 융점 보다 낮은 연화점을 가지는 저융점 유리로 이루어진 유리층 피복으로 표면처리된 자기 편향 자석.
제 18 항에 있어서, 상기 내산화성 금속은 아연, 알루미늄, 비스무트, 갈륨, 인듐, 마그네슘, 납, 안티몬 및 주석을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 그 합금인 자기 편향 자석.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 자기 분말은 총 0.1 - 10 체적 %의 함량으로 내산화성 금속 및 저융점 유리를 포함하는 자기 편향 자석.
제 18 항에 있어서, 상기 결합제 수지는 폴리아미드이미드 수지인 자기 편향 자석.