KR101719496B1 - 연자성 금속 압분 코어 - Google Patents
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Abstract
[과제] 연자성 금속 압분 코어에 있어서, 직류 중첩 특성이 우수하며, 또한 코어 로스가 작은 것을 양립시키는 것을 과제로 한다.
[해결수단] 연자성 금속 분말 및 절연물이 함유되는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 압분 코어이며, 상기 연자성 금속 분말의 입도 분포에 있어서, 작은 쪽에서부터 개수를 누적하여 10%의 개수가 되는 입자 직경을 d10%로 하고, 16%가 되는 입자 직경을 d16%로 하고, 50%가 되는 입자 직경을 d50%로 한 경우, d50%가 15 내지 65㎛이고, (d16%-d10%)/d16%=0.10 내지 0.20이며, 상기 연자성 금속 분말을 구성하는 80% 이상의 입자의 단면의 원형도가 0.75 내지 1.0으로 함으로써, 직류 중첩 특성을 개선하면서, 코어 로스가 작은 연자성 금속 압분 코어로 할 수 있다.
[해결수단] 연자성 금속 분말 및 절연물이 함유되는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 압분 코어이며, 상기 연자성 금속 분말의 입도 분포에 있어서, 작은 쪽에서부터 개수를 누적하여 10%의 개수가 되는 입자 직경을 d10%로 하고, 16%가 되는 입자 직경을 d16%로 하고, 50%가 되는 입자 직경을 d50%로 한 경우, d50%가 15 내지 65㎛이고, (d16%-d10%)/d16%=0.10 내지 0.20이며, 상기 연자성 금속 분말을 구성하는 80% 이상의 입자의 단면의 원형도가 0.75 내지 1.0으로 함으로써, 직류 중첩 특성을 개선하면서, 코어 로스가 작은 연자성 금속 압분 코어로 할 수 있다.
Description
본 발명은 전원 회로 등에 사용되는 리액터나 인덕터에 관한 것이며, 특히 연자성 금속 압분 코어의 인덕턴스의 직류 중첩 특성의 개선에 관한 것이다.
대전류를 인가하는 용도로 사용되는 리액터나 인덕터용의 자심 재료로서, 페라이트 코어, 적층 전자 강판, 연자성 금속 압분 코어(금형 성형, 사출 성형, 시트 성형 등으로 만들어진 코어) 등이 사용된다. 적층 전자 강판은 포화 자속 밀도가 높지만, 전원 회로의 구동 주파수가 수십 kHz를 초과하면 코어 로스가 커져, 효율의 저하를 초래한다는 문제가 있었다. 한편, 페라이트 코어는 고주파 손실이 작은 자심 재료이지만, 포화 자속 밀도가 낮기 때문에, 형상이 대형화된다는 문제가 있었다. 그것에 대해, 연자성 금속 압분 코어는 고주파의 코어 로스가 적층 전자 강판보다도 작고, 포화 자속 밀도가 페라이트보다도 크기 때문에, 널리 사용되게 되었다. 그렇다고는 해도, 연자성 금속 압분 코어의 코어 로스는 충분히 작다고는 할 수 없어, 저손실의 연자성 금속 압분 코어가 요구되고 있다.
리액터나 인덕터에 인가되는 전류 파형은 직류 성분에 교류 성분이 중첩된 파형으로 되어 있으며, 직류 성분이 커지면 리액터나 인덕터의 인덕턴스가 저하되는 것이 일반적이다. 리액터나 인덕터에 요구되는 특성으로서, 직류 중첩하에서도 인덕턴스의 저하가 작은 것이 요구되고 있으며, 그것에 사용하는 자심 재료에 대해서도 직류 중첩 특성이 양호한 것, 즉, 직류 전류 중첩하에서도 인덕턴스의 저하, 나아가서는 투자율의 저하가 작은 것이 요구된다.
특허문헌 1에서는 연자성 금속 압분 코어의 직류 중첩 특성을 개선하는 기술로서, 연자성 금속 입자의 평균 입자 직경을 1 내지 70㎛, 입도 분포의 변동 계수를 0.40 이하, 원형도를 0.8 내지 1.01로 하는 것을 개시하고 있다.
특허문헌 2에서는 연자성 금속 압분 코어를 고밀도로 하는 기술로서, 평균 입자 직경의 비가 1/8 내지 1/3이 되는 2종의 평균 입자 직경을 갖는 입자를 10/90 내지 25/75로 혼합하는 것을 개시하고 있다.
특허문헌 1의 기술에서는 연자성 금속 분말의 평균 입자 직경을 1 내지 70㎛, 원형도를 0.8 내지 1.0, 입도 분포의 변동 계수(Cv)를 0.40 이하로 함으로써, 직류 중첩 특성을 개선할 수 있다고 하고 있다. 그러나, 변동 계수를 이 범위로 하고자 하는 경우, 입도 분포를 매우 샤프하게 할 필요가 있기 때문에, 연자성 금속 압분 코어를 성형하는 경우, 충전 밀도가 필연적으로 저하된다는 문제가 있다. 결과로서, 수득되는 연자성 금속 압분 코어의 밀도가 저하되어 버리기 때문에, 직류 중첩 특성이 악화될 뿐만 아니라, 코어 로스도 커져 버린다.
특허문헌 2의 기술에서는 입자 직경이 상이한 2종 이상의 연자성 금속 분말을 혼합함으로써, 연자성 금속 압분 코어를 성형하는 경우의 충전 밀도를 높이고 있다. 연자성 금속 압분 코어의 밀도를 높일 수는 있지만, 입도 분포가 넓기 때문에, 직류 중첩 특성은 불충한 것밖에 수득되지 않는다는 문제가 있었다.
이와 같이 종래의 기술에서는, 연자성 금속 분말의 입도 분포를 샤프하게 하면 연자성 금속 압분 코어의 밀도가 높아지지 않아, 코어 로스가 커진다는 문제가 있으며, 연자성 금속 분말의 입도 분포를 넓게 하면 양호한 직류 중첩 특성이 수득되지 않는다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 직류 중첩 특성이 우수하고, 또한 코어 로스가 작은 것을 양립하는 연자성 금속 압분 코어가 요구되고 있다.
본 발명에서는, 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연자성 금속 압분 코어에 있어서, 직류 중첩 특성이 우수하고, 또한 코어 로스가 작은 것을 양립시키는 것을 과제로 한다.
본 발명의 연자성 금속 압분 코어는, 연자성 금속 분말 및 절연물이 함유되는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 압분 코어이며, 상기 연자성 금속 분말의 입도 분포에 있어서, 작은 쪽에서부터 개수를 누적하여 10%의 개수가 되는 입자 직경을 d10%로 하고, 16%가 되는 입자 직경을 d16%로 하고, 50%가 되는 입자 직경을 d50%로 한 경우, d50%가 15 내지 65㎛이고, (d16%-d10%)/d16%=0.10 내지 0.20이며, 상기 연자성 금속 분말을 구성하는 80% 이상의 입자의 단면의 원형도가 0.75 내지 1.0인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 함으로써, 직류 중첩 특성을 개선하면서, 코어 로스가 작은 연자성 금속 압분 코어로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 연자성 금속 압분 코어는, 청구항 1에 기재된 연자성 압분 코어로서, 상기 연자성 금속 압분 코어의 단면을 연마하여 관찰한 경우에, 상기 연자성 금속 압분 코어의 단면의 면적에 대한 상기 연자성 금속 분말이 점유하는 면적의 비율이 90% 내지 95%인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 함으로써, 코어 로스를 더욱 저감시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 연자성 금속 코어에 있어서, 코어 로스가 작고, 또한 인덕턴스의 직류 중첩 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 연자성 금속 압분 코어의 구조를 도시하는 단면의 모식도이다.
도 2는 실시예 1-9와 비교예 1-3의 연자성 금속 분말의 입도 분포를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1-1의 연자성 금속 압분 코어의 단면을 관찰한 결과를 도시한 것이다.
도 4는 비교예 1-3의 연자성 금속 압분 코어의 단면을 관찰한 결과를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 1-9와 비교예 1-3의 연자성 금속 분말의 입도 분포를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1-1의 연자성 금속 압분 코어의 단면을 관찰한 결과를 도시한 것이다.
도 4는 비교예 1-3의 연자성 금속 압분 코어의 단면을 관찰한 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 연자성 금속 분말 및 절연물이 함유되는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 압분 코어이며, 상기 연자성 금속 분말의 평균 입자 직경이 15 내지 65㎛이며, 상기 연자성 금속 분말의 입도 분포로 (d16%-d10%)/d16%=0.10 내지 0.20이며, 상기 연자성 금속 분말을 구성하는 80% 이상의 입자 단면의 원형도가 0.75 내지 1.0인 것을 특징으로 함으로써, 코어 로스를 작게 하면서, 직류 전류 중첩하에서의 인덕턴스를 향상시키는 것을 가능하게 한 것이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은, 연자성 금속 압분 코어(10)의 구조를 도시하는 도면이다. 연자성 금속 압분 코어(10)는 연자성 금속 분말(11)과, 그것을 구성하는 대부분의 입자 표면을 피복하는 절연층(12)으로 구성된다. 연자성 금속 분말(11)은 철을 주성분으로 하는 연자성 금속이며, 순철, Fe-Si 합금, Fe-Si-Cr 합금, Fe-Al 합금, Fe-Si-Al 합금, Fe-Ni 합금 등을 사용할 수 있다. 양호한 직류 중첩 특성을 수득하기 위해서는 포화 자화가 높은 연자성 금속 분말을 사용하는 것이 바람직하기 때문에, 순철, Fe-Si 합금, Fe-Ni 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
연자성 금속 분말(11)의 입도 분포를 측정하여, 작은 쪽에서부터 개수를 누적하여 10%의 개수가 되는 입자 직경을 d10%, 16%가 되는 입자 직경을 d16%, 50%가 되는 입자 직경을 d50%로 한 경우, 평균 입자 직경 d50%의 범위는 15 내지 65㎛이고, (d15%-d10%)/d16%=0.10 내지 0.20이다. 평균 입자 직경 d50%가 15㎛보다도 작은 경우에는 초투자율이 지나치게 작아지기 때문에, 직류 중첩하의 투자율도 작은 것밖에 수득되지 않는다. 평균 입자 직경 d50%가 65㎛보다도 큰 경우에는 와전류 손실이 커지기 때문에, 코어 로스가 커진다. 특히, 양호한 직류 중첩 특성을 수득할 수 있기 때문에, d50%는 30 내지 55㎛로 하는 것이 보다 바람직하다.
연자성 금속 분말(11)의 입도 분포는, 레이저 회절식 입도 분포계 등의 입도 분포계로 측정하는 것이 간편하지만, 연자성 금속 분말(11)의 외관을 주사형 전자 현미경 등으로 관찰하여, 각 입자의 외접원 직경으로부터 입도 분포를 산출하거나, 또는 연자성 금속 압분 코어(10)의 단면을 연마, 관찰하여, 각 입자의 외접원 직경으로부터 입도 분포를 산출할 수도 있다.
(d16%-d10%)/d16%는 입도 분포의 미분측의 아래쪽의 넓이를 나타내고 있으며, 이것이 클수록 미분측에 넓은 입도 분포를 갖는 것을 나타낸다. 연자성 금속 압분 코어를 성형할 때, 작은 입자는 큰 입자의 공극에 들어가 충전 밀도를 높여, 성형체 밀도를 높이는 효과가 있다고 되어 있다. 그러나, 작은 입자는 곡률이 커서 응력이 집중되기 때문에, 큰 입자의 표면으로 파고 들듯이 변형된다. 이로 인해, 작은 입자가 많이 함유되는 경우에는, 소성 변형량이 큰 부분과 그렇지 않은 부분이 발생하기 때문에, 자화 과정이 불균일해지고, 결과로서 직류 중첩 특성이 악화된다. 즉, (d16%-d10%)/d16%가 0.2보다도 큰 경우에는 미분의 양이 과대해져, 직류 중첩 특성이 악화된다. 한편, (d16%-d10%)/d16%는 작을수록 바람직하지만 제조상의 용이성의 관점에서, 하한은 0.1 정도이다. 따라서, (d16%-d10%)/d16%는 0.10 내지 0.20으로 한다. 특히, 양호한 직류 중첩 특성이 수득되기 때문에, (d16%-d10%)/d16%는 0.10 내지 0.16으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 연자성 금속 압분 코어(10)의 단면을 관찰하여, 연자성 금속 분말(11)의 원형도를 측정한 경우, 연자성 금속 분말(11)을 구성하는 입자 중, 80% 이상의 입자의 원형도가 0.75 내지 1.0이다. 원형도의 일례로서 Wadell의 원형도를 사용할 수 있고, 입자 단면에 외접하는 원의 직경에 대한 입자 단면의 투영 면적과 동일한 원의 직경의 비로 정의된다. 진원(眞圓)인 경우에는 Wadell의 원형도는 1이 되고, 1에 가까울수록 진원도가 높다. 관찰에는 광학 현미경이나 SEM을 사용하고, 원형도의 산출에는 화상 해석을 사용할 수 있다.
원형도가 낮은 입자는, 입자 표면의 곡률이 일정하지 않은 점에서, 성형시의 응력이 가해지는 쪽이 불균일해진다. 따라서, 원형도가 낮은 입자가 많이 함유되는 경우에는, 소성 변형량이 큰 부분과 그렇지 않은 부분이 발생하기 때문에, 자화 과정이 불균일해지고, 결과로서 직류 중첩 특성이 악화된다. 즉, 80% 이상의 입자의 원형도를 0.75 내지 1.0으로 함으로써, 양호한 직류 중첩 특성을 수득할 수 있다.
연자성 금속 분말(11)은 그 표면의 대부분이 절연층(12)으로 피복되어 있다. 절연층(12)은 도전성이 작은 무기물, 유기물 중 어느 것을 사용해도 좋고, 이들의 복합물이라도 좋다. 절연층(12)에는 실리콘 화합물이 함유되는 것이 바람직하다. 실리콘 화합물은 균일한 절연층을 형성할 수 있기 때문에, 고밀도로 해도 와전류의 발생을 억제하여, 코어 로스를 저감시킬 수 있다.
연자성 금속 분말(11)의 원료 분말은 물 아토마이즈법이나 가스 아토마이즈법 등으로 제작할 수 있다. 일반적으로 가스 아토마이즈법을 사용하는 편이, 원형도가 높은 입자가 수득되기 쉽지만, 물 아토마이즈법을 사용하는 경우에도, 분무 조건 등을 적절히 조정함으로써 원형도가 높은 입자를 수득할 수 있다.
이 원료 분말을 분급함으로써 상기의 d10%, d16%, d50%, 원형도를 갖는 연자성 금속 분말(11)을 수득할 수 있다. 분급에는 진동 체나 풍력 분급기 등을 사용할 수 있고, 특히 미분을 제거함으로써 입도 분포를 원하는 입도 분포로 조정할 수 있다.
연자성 금속 압분 코어(10)의 단면을 연마하여 관찰한 경우에, 연자성 금속 압분 코어의 단면의 면적에 대한 연자성 금속 분말(11)이 점유하는 면적의 비율이 90% 내지 95%인 것이 바람직하다. 연자성 금속 분말(11)이 점유하는 면적이 비율이 높을수록, 비자성물이 차지하는 부분이 적어지기 때문에, 히스테리시스 손실이 저감되어, 낮은 코어 로스가 수득되기 쉽다. 한편, 연자성 금속 분말(11)이 점유하는 면적의 비율이 95%를 초과하도록 하기 위해서는, 극도로 높은 성형압이 필요해지기 때문에, 제조상의 곤란이 발생한다.
연자성 금속 분말(11)을 사용하여 연자성 금속 압분 코어(10)를 제작하는 방법은 일반적인 연자성 금속 압분 코어(10)의 제작 방법에 따르면 좋은데, 일례를 이하에 나타낸다.
연자성 금속 분말에 대해, 절연물을 피복하여, 과립상의 조립물을 수득한다. 절연물로서는 실리콘 수지나 에폭시 수지 등의 수지를 사용할 수 있고, 성형시의 보형성과 전기적인 절연성을 갖는 것으로, 연자성 금속 분말 표면에 균일하게 도포할 수 있는 것이 바람직하다. 이들 용액을 소정의 양만큼 연자성 금속 분말(11)에 첨가하여, 니더 등으로 혼련한 후, 건조시켜 수득된 응집물을 해쇄하여, 과립을 수득할 수 있다.
수득된 과립을 원하는 형상의 금형에 충전하고, 가압 성형하여 성형체를 수득한다. 성형 압력은 연자성 금속 분말의 조성이나 원하는 성형 밀도에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 개략 600 내지 1600MPa의 범위이다. 필요에 따라 윤활제를 사용해도 좋다. 수득된 성형체는, 열경화시켜 연자성 금속 압분 코어로 한다. 또는 성형시의 변형을 제거하기 위해 열처리를 실시하여, 연자성 금속 압분 코어로 한다. 열처리의 온도는 500 내지 800℃에서, 질소 분위기나 아르곤 분위기 등의 비산화성 분위기 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 절연물로서 실리콘 수지를 사용한 경우에는, 열처리후에 실리콘 화합물을 함유하는 절연물을 형성할 수 있기 때문에, 보다 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
[실시예]
원료 분말로서, 가스 아토마이즈법 및 물 아토마이즈법으로 Fe-4.5Si 합금 분말을 제작하였다. 이들을 분급하여 입도 분포를 조정하여, 연자성 금속 분말을 준비하였다. 연자성 금속 분말의 입도 분포는 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(HELOS 시스템, Sympatec사 제조)에 의해 측정하고, d10%, d16%로부터 (d16%-d10%)/d16%를 계산하였다. 표 1에 입도 분포에 있어서의 각 누적 직경(d10%, d16%, d50%, d84%) 및 원료 분말의 제조법을 기재하였다.
표 1의 연자성 금속 분말 100질량%에 대해, 실리콘 수지가 1.5질량%가 되도록 크실렌으로 희석하여 첨가하고, 니더로 혼련하고, 건조시켜 수득된 응집물을 355㎛ 이하가 되도록 정립하여, 과립을 수득하였다. 이것을 외부 직경 17.5mm, 내부 직경 11.0mm의 트로이덜 형상의 금형에 충전하고, 성형압 1180MPa로 가압하여 성형체를 수득하였다. 코어 중량은 5g으로 하였다. 수득된 성형체를 벨트 로(爐)에서 750℃에서 30min, 질소 분위기 중에서 열처리하여 연자성 금속 압분 코어로 하였다(실시예 1-1 내지 1-10, 비교예 1-1 내지 1-6). 마찬가지로 성형압 1570MPa로 가압 성형한 것(실시예 1-11), 성형압 780MPa로 가압 성형한 것(실시예 1-12)도 준비하였다.
이들 연자성 금속 압분 코어를 냉간 매립 수지로 고정시키고, 단면을 잘라내어, 경면 연마를 실시하였다. 입자의 단면을 랜덤으로 50개 관찰하여, 각 입자의 Wadell의 원형도를 측정하고, 원형도가 0.75 이상인 입자의 비율을 산출하였다. 결과를 표 1에 기재하였다.
마찬가지로, 이들 연자성 금속 압분 코어를 냉간 매립 수지로 고정시키고, 단면을 잘라내어, 경면 연마를 실시하였다. 전자 현미경으로 단면을 관찰하고, 조성상을 촬영하였다. 화상의 콘트라스트로부터 시야 면적에 대한 금속상의 면적의 비율을 구하고, 결과를 표 1에 기재하였다.
LCR 미터(아질렌트·테크놀로지사 제조 4284A)와 직류 바이어스 전원(아질렌트·테크놀로지사 제조 42841A)을 사용하여, 연자성 압분 코어의 인덕턴스를 측정하고, 인덕턴스로부터 연자성 압분 코어의 투자율을 산출하였다. 직류 중첩 자계가 0A/m인 경우와 8000A/m인 경우에 관해서 측정하고, 각각의 투자율을 μ0, μ(8kA/m)로 하여 표 1에 기재하였다.
BH 애널라이저(이와츠케소쿠사 제조 SY-8258)를 사용하여, 연자성 압분 코어의 코어 로스를 측정하였다. 코어 로스는 주파수 20kHz, 측정 자속 밀도 50mT의 조건으로 측정하였다. 결과를 표 1에 기재하였다.
| 금속분 제법 | d10% [μm] |
d16% [μm] |
d50% [μm] |
d84% [μm] |
(d16%-d10%)/d16% | 원형도0.75이상의 입자 비율 | 코어 단면의 금속 면적율 | μ0 | μ(8kA/m) | Pcv 20kHz,50mT [kW/m3] |
|
| 실시예1-1 | 가스 | 20.7 | 25.3 | 42.0 | 64.0 | 0.181 | 88% | 90.9% | 74 | 43 | 46 |
| 실시예1-2 | 가스 | 13.2 | 16.4 | 42.6 | 69.0 | 0.197 | 86% | 91.5% | 70 | 42 | 42 |
| 실시예1-3 | 가스 | 21.9 | 26.0 | 41.9 | 61.4 | 0.158 | 87% | 90.3% | 66 | 45 | 45 |
| 실시예1-4 | 가스 | 19.3 | 22.0 | 34.0 | 50.1 | 0.122 | 87% | 89.8% | 58 | 44 | 49 |
| 실시예1-5 | 가스 | 8.5 | 10.4 | 18.6 | 34.4 | 0.179 | 90% | 90.6% | 65 | 40 | 37 |
| 실시예1-6 | 가스 | 33.6 | 38.0 | 54.3 | 83.1 | 0.116 | 94% | 90.2% | 60 | 46 | 48 |
| 실시예1-7 | 가스 | 15.3 | 18.3 | 47.2 | 79.9 | 0.165 | 86% | 91.8% | 72 | 43 | 42 |
| 실시예1-8 | 가스 | 15.1 | 18.3 | 35.5 | 67.0 | 0.177 | 86% | 91.8% | 80 | 40 | 41 |
| 실시예1-9 | 가스 | 13.4 | 16.3 | 29.9 | 54.8 | 0.178 | 83% | 91.5% | 65 | 41 | 43 |
| 실시예1-10 | 가스 | 25.9 | 31.2 | 60.9 | 109.2 | 0.171 | 82% | 91.7% | 78 | 41 | 49 |
| 실시예1-11 | 가스 | 21.9 | 26.0 | 41.9 | 61.4 | 0.158 | 84% | 92.8% | 82 | 46 | 34 |
| 실시예1-12 | 가스 | 21.9 | 26.0 | 41.9 | 61.4 | 0.158 | 88% | 88.6% | 55 | 42 | 53 |
| 비교예1-1 | 가스 | 19.9 | 25.7 | 57.8 | 98.0 | 0.223 | 83% | 90.9% | 105 | 28 | 55 |
| 비교예1-2 | 가스 | 21.2 | 28.5 | 44.2 | 60.5 | 0.256 | 82% | 87.5% | 75 | 33 | 75 |
| 비교예1-3 | 물 | 17.6 | 22.4 | 50.8 | 93.8 | 0.214 | 56% | 91.8% | 142 | 28 | 54 |
| 비교예1-4 | 물 | 13.3 | 16.3 | 27.3 | 40.5 | 0.187 | 64% | 89.7% | 120 | 29 | 63 |
| 비교예1-5 | 가스 | 6.0 | 7.3 | 13.5 | 22.0 | 0.183 | 83% | 90.8% | 46 | 35 | 57 |
| 비교예1-6 | 가스 | 25.0 | 30.6 | 69.5 | 117.5 | 0.183 | 86% | 90.7% | 82 | 37 | 68 |
| 비교예1-7 | 가스 | 9.5 | 12.7 | 29.5 | 54.7 | 0.252 | 83% | 91.7% | 98 | 30 | 51 |
표 1로부터, 실시예 1-1 내지 실시예 1-12는, 모두 μ(8kA/m)이 40 이상인 양호한 직류 중첩 특성을 나타내는 동시에, 코어 로스가 60kW/㎥ 이하로 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 연자성 금속 분말의 d50%가 15 내지 65㎛인 범위로 하고, (d16-d10%)/d16%를 0.10 내지 0.20의 범위로 하고, 원형도 0.75 이상의 입자의 비율을 80% 이상으로 함으로써, 양호한 직류 중첩 특성과 낮은 코어 로스를 양립시킨, 우수한 연자성 금속 압분 코어로 할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1-5는 d50%가 13.5㎛, 비교예 1-6은 d50%가 69.5㎛이다. 비교예 1-5는 입자 직경이 지나치게 작기 때문에 μ0이 과소해지고, 결과로서 μ(8kA/m)이 40에 못미치는 작은 것밖에 수득되지 않는다. 또한, 비교예 1-6은 입자 직경이 지나치게 크기 때문에 와전류 손실이 커져, 코어 로스가 60kW/㎥를 초과하는 큰 것밖에 수득되지 않는다. 한편, 실시예 1-1, 실시예 1-5, 실시예 1-6, 실시예 1-10은 d50%가 15 내지 65㎛의 범위에 있기 때문에, μ(8kA/m)가 40 이상이고, 코어 로스가 60kW/㎥ 이하로 되어 있어, d50%를 적절한 범위로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
비교예 1-1, 비교예 1-2, 비교예 1-7은 (d16%-d10%)/d16%가 0.20보다도 크다. 비교예 1-1과 비교예 1-7은 미분이 지나치게 많기 때문에 μ0이 지나치게 커져 버리고, 결과로서 μ(8kA/m)이 40에 못미치는 작은 것밖에 수득되지 않는다. 또한, 비교예 1-2는 입도 분포를 샤프하게 함으로써, 직류 중첩 특성의 개선을 시도한 것이지만, 미분량이 지나치게 많기 때문에 μ(8kA/m)이 40에 못미칠 뿐만아니라, 밀도가 저하되어 버리기 때문에, 코어 로스가 60kW/㎥을 초과하는 큰 것밖에 수득되지 않는다. 그것에 대해, 실시예 1-1 내지 1-9는 (d16%-d10%)/d16%가 0.10 내지 0.20의 범위에 있기 때문에, μ(8kA/m)이 40 이상이고, 코어 로스가 60kW/㎥ 이하로 되어 있어, (d16%-d10%)/d16%를 적절한 범위로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1-3, 실시예 1-4, 실시예 1-6은, (d16%-d10%)/d16%가 0.10 내지 0.16의 범위에 있기 때문에, 특히 μ(8kA/m)이 커지는 것을 알 수 있다.
비교예 1-3, 비교예 1-4는 원형도 0.75 이상의 입자의 비율이 80%에 못미친다. 비교예 1-4는 원형도가 낮은 입자가 지나치게 많기 때문에, μ0이 지나치게 커져 버리고, 결과로서 μ(8kA/m)이 40에 못미치는 작은 것밖에 수득되지 않는다. 또한 비교예 1-3은 원형도가 낮은 입자가 많이 함유되고, 또한 (d16%-d10%)/d16%가 0.20보다도 크기 때문에, 특히 μ0이 커져 버리고, 결과로서 μ(8kA/m)이 40에 못미치는 작은 것밖에 수득되지 않는다. 그것에 대해, 실시예 1-1 내지 1-9는 원형도 0.75 이상의 입자의 비율이 80% 이상이기 때문에, 양호한 직류 중첩 특성이 수득되고 있다.
실시예 1-3, 실시예 1-11, 실시예 1-12는 동일한 연자성 금속 분말을 사용하여, 성형압을 변경하여 제작한 연자성 압분 코어이다. 실시예 1-3과 실시예 1-11의 코어 로스는 50kW/㎥과, 실시예 1-12와 비교하여 더욱 낮은 코어 로스가 수득되고 있는 것을 알 수 있다. 실시예 1-3과 실시예 1-11은 성형압이 높기 때문에, 밀도가 높아지고 있으며, 단면을 연마하여 관찰하면, 관찰면의 면적에 대해, 연자성 금속 분말이 차지하는 면적의 비율이 90% 이상으로 되어 있다. 한편, 실시예 1-12는 밀도가 낮으며, 연자성 금속 분말이 차지하는 면적의 비율이 90%에 못미친다. 또한, 더욱 고압으로 성형하는 경우에는 금형이 파손될 우려가 있기 때문에, 연자성 금속 분말이 차지하는 면적의 비율이 95%를 초과하는 것을 수득하는 것은 곤란하다. 따라서, 연자성 금속 압분 코어의 단면을 연마하여 관찰한 경우에, 연자성 금속 압분 코어의 단면의 면적에 대한 연자성 금속 분말이 점유하는 면적의 비율을 90% 내지 95%로 하는 것이 보다 바람직하다.
도 2에는 실시예 1-9와 비교예 1-3의 연자성 금속 분말의 입도 분포를 도시하였다. 도 2의 입도 분포로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1-9는 비교예 1-3에 대해 입도 분포의 전체 넓이는 동정도이지만, 미분측의 아래쪽의 넓이가 보다 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 1-9가 비교예 1-3보다도 큰 μ(8kA/m)이 수득되고 있으며, 입도 분포에서의 미분측의 아래쪽의 넓이를 작게 하는, 즉 (d16%-d10%)/d16%를 0.10 내지 0.20의 범위로 하는 것이 직류 중첩 특성의 개선에 유효한 것을 알 수 있다.
도 3에는 실시예 1-1의 연자성 금속 압분 코어의 단면의 형상을 도시하였다. 도 4에는 비교예 1-3의 연자성 금속 압분 코어의 단면의 형상을 도시하였다. 도 3과 도 4로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1-1은 원형도가 높은데 대해, 비교예 1-3은 원형도가 낮은 입자로 되어 있다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-1이 비교예 1-3보다도 큰 μ(8kA/m)이 수득되고 있으며, 연자성 금속 분말을 구성하는 원형도를 높게 하는, 즉 입자 단면의 원형도가 0.75 내지 1.0이 되는 입자가 80% 이상으로 하는 것이 직류 중첩 특성의 개선에 유효한 것을 알 수 있다.
이상 설명한 대로, 본 발명의 연자성 금속 압분 코어는, 손실을 저감시키는 동시에 직류 전류 중첩하에서도 높은 인덕턴스를 갖기 때문에, 고효율화 및 소형화를 실현할 수 있기 때문에, 전원 회로 등의 인덕터나 리액터 등의 전기·자기 디바이스에 널리 유효하게 이용 가능하다.
10: 연자성 금속 압분 코어
11: 연자성 금속 분말
12: 절연물
11: 연자성 금속 분말
12: 절연물
Claims (2)
- 연자성 금속 분말 및 절연물이 함유되는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 압분 코어로서, 상기 연자성 금속 분말의 입도 분포에서, 작은 쪽에서부터 개수를 누적하여 10%의 개수가 되는 입자 직경을 d10%로 하고, 16%가 되는 입자 직경을 d16%로 하고, 50%가 되는 입자 직경을 d50%로 한 경우, d50%가 15 내지 50㎛이고, d16% 이하의 입자 직경에 대한 입자의 빈도 분포가 단조 증가하고 있고, (d16%-d10%)/d16%=0.10 내지 0.20이고, 상기 연자성 금속 분말을 구성하는 80% 이상의 입자의 단면의 원형도가 0.75 내지 1.0이고, 상기 연자성 금속 압분 코어의 단면을 연마하여 관찰한 경우에, 상기 연자성 금속 압분 코어의 단면의 면적에 대한 상기 연자성 금속 분말이 점유하는 면적의 비율이 90% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 연자성 금속 압분 코어.
- 삭제
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