KR102636542B1 - 압분 자심 및 그 제조 방법 - Google Patents

압분 자심 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102636542B1
KR102636542B1 KR1020217026556A KR20217026556A KR102636542B1 KR 102636542 B1 KR102636542 B1 KR 102636542B1 KR 1020217026556 A KR1020217026556 A KR 1020217026556A KR 20217026556 A KR20217026556 A KR 20217026556A KR 102636542 B1 KR102636542 B1 KR 102636542B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
temperature
magnetic
heat treatment
magnetic core
Prior art date
Application number
KR1020217026556A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210116611A (ko
Inventor
아키오 하나다
고이치 후지타
세이이치 아비코
히사토 고시바
Original Assignee
알프스 알파인 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알프스 알파인 가부시키가이샤 filed Critical 알프스 알파인 가부시키가이샤
Publication of KR20210116611A publication Critical patent/KR20210116611A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102636542B1 publication Critical patent/KR102636542B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/08—Metallic powder characterised by particles having an amorphous microstructure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/36—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15308—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15358—Making agglomerates therefrom, e.g. by pressing
    • H01F1/15366—Making agglomerates therefrom, e.g. by pressing using a binder
    • H01F1/15375—Making agglomerates therefrom, e.g. by pressing using a binder using polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/33—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials mixtures of metallic and non-metallic particles; metallic particles having oxide skin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/08—Cores, Yokes, or armatures made from powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/35—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

손실이 낮고 초투자율이 높은 압분 자심으로서, Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 자성 분말 및 유기 결착 물질을 함유하는 압분 자심이 제공된다. 이러한 압분 자심의 자성 분말의 표면측으로부터 조성의 깊이 프로파일을 구했을 때에, 깊이 프로파일은 다음의 특징을 구비한다.
(1) O/Fe비가 0.1 이상인 산소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 산소 함유 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 35㎚ 이하이다.
(2) C/O비가 1 이상인 탄소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 탄소 함유 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 5㎚ 이하이다.
(3) 산소 함유 영역은, 벌크 Cr비가 1을 넘는 Cr 농화부를 가진다.

Description

압분 자심 및 그 제조 방법
본 발명은 압분 자심 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고주파에서 이용되고 있는 초크 코일 등의 전자 부품은, 전기·전자 기기의 소형화에 대응하여, 소형화와 고효율화가 용이한 자성 재료인 것이 바람직하다. Fe-Si-B계 합금으로 이루어지는 어모퍼스 재료 및 금속 유리 재료에 의해 대표되는 비정질 연자성 재료로 이루어지는 분말(본 명세서에 있어서, 연자성 재료로 이루어지는 분말을 「자성 분말」이라고 함)을 절연성 결착재를 이용하여 압분 성형한 압분 자심은, 연자성 페라이트에 비해 큰 포화 자속 밀도를 가지고 있기 때문에 소형화에 유리하다. 또한, 자성 분말끼리가 절연성 결착재를 개재하여 접합되어 있기 때문에, 자성 분말간의 절연이 확보된다. 그 때문에, 고주파 영역에서 사용해도 비교적 철손이 작고, 압분 자심의 온도 상승이 적어, 소형화에 적합하다.
여기서, 자성 분말을 구성하는 비정질 연자성 재료는 열처리를 실시함으로써 자기 특성을 개선(압분 성형 시에 가해진 변형의 완화 등)하여 이용되는 점에서, 절연성 결착재가 이 열처리에 견디는 것이 요구되고 있다.
자성 분말로서 철분, SiFe 가루, 센더스트 가루, 퍼멀로이 가루 등의 결정질 자성 분말을 이용한 경우에는, 압분 코어를 형성할 때의 절연성 결착재로서 실리콘 수지를 이용하여, 성형 시나 성형 후에 700℃ 정도의 열처리를 행함으로써, 성형 제조물 내의 실리콘 수지를 SiO2로 전화(轉化)시키는 경우가 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1에 기재되는 방법을 이용함으로써, 높은 기계 강도와 내열성을 구비하는 압분 자심을 제조하는 것을 실현할 수 있지만, 실리콘 수지의 전화를 위해 필요한 700℃ 정도의 가열은, 자기적인 성능이 우수한 비정질 자성 분말을 이용한 경우에 결정화를 발생시키기 때문에, 특허문헌 1에 기재되는 방법을 적용할 수 없었다.
비정질 자성 분말을 이용한 압분 자심에서는, 자성 재료의 결정화를 피하기 위해, 열처리를 행하는 경우에는 500℃ 정도가 상한이다. 이와 같은 가열 조건에서의 열처리가 행해진 경우에도 내열성이 우수한 압분 코어를 제공하기 위해, 특허문헌 2에는, 연자성 분말과, 절연성의 수지계 재료를 구비하는 압분 코어로서, 상기 수지계 재료를 부여하는 수지는 아크릴계 수지를 함유하고, 상기 압분 코어를 하기 조건에서 TOF-SIMS에 의해 측정했을 때에, CnH2n-1O2 -(n=11 내지 20)로 나타내어지는 이온의 적어도 1종으로 이루어지는 제 1 이온에 기초한 피크가 측정되는 것을 특징으로 하는 압분 코어가 개시되어 있다.
조사 이온 : Bi3+
가속 전압 : 25keV
조사 전류 : 0.3pA
조사 모드 : 번칭 모드
일본공개특허 특개2000-30925호 공보 일본특허 제6093941호 공보
본 발명은, 손실이 낮고 초투자율(初透磁率)이 높은 고내열성의 압분 자심을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이러한 우수한 자기 특성을 구비하는 압분 자심을 제조하는 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 제공되는 본 발명의 일 양태는, Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 자성 분말 및 유기 결착 물질을 함유하는 압분 자심으로서, 압분 자심 중의 자성 분말의 표면측으로부터 조성의 깊이 프로파일을 구했을 때에, 깊이 프로파일은 다음의 특징을 구비한다.
(1) O 농도(단위:원자%)의 Fe 농도(단위:원자%)에 대한 비(본 명세서에 있어서 「O/Fe비」라고도 함)가 0.1 이상인 산소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 산소 함유 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 35㎚ 이하이다.
(2) C 농도(단위:원자%)의 O 농도에 대한 비(본 명세서에 있어서 「C/O비」라고도 함)가 1 이상인 탄소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 탄소 함유 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 5㎚ 이하이다.
(3) 산소 함유 영역은, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Cr 함유량(단위:원자%)에 대한 Cr 농도(단위:원자%)의 비(본 명세서에 있어서 「벌크 Cr비」라고도 함)가 1을 넘는 부분(본 명세서에 있어서 「Cr 농화부(濃化部)」라고도 함)을 가진다.
O/Fe비는 그 깊이에 있어서의 자성 분말의 산화의 정도를 나타내는 지표이다. 측정 깊이에 있어서 O/Fe비가 0.1 이상이면, 그 측정면에 있어서 Fe의 산화가 현재화(顯在化)되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 깊이 프로파일에 있어서 O/Fe비가 0.1 이상인 영역을 산소 함유 영역으로 정의할 수 있다. 이 산소 함유 영역을 정의할 수 있는 경우에는, 자성 분말에 있어서 산화가 발생하여 산화 피막이 형성되어 있다고 생각해도 된다. 이 자성 분말의 표면에 형성된 산화 피막은, 이웃하여 접촉하는 자성 분말의 사이에서 절연층으로서 기능할 수 있다. 따라서, 산소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능한 경우에는, 자성 분말은 적절한 절연층을 그 표면에 가지고 있다고 할 수 있다. 그 결과, 자성 분말을 구비하는 압분 자심의 자기 특성이 양호해지고, 특히 철손(Pcv)이 저감된다.
산소 함유 영역의 자성 분말의 표면으로부터의 깊이(본 명세서에 있어서 「두께」라고 하는 경우가 있음)가 35㎚를 넘으면, 자성 분말의 표면에 형성된 산화 피막의 균일함이 저하되기 쉬워진다. 그 결과, 자성 분말의 개개의 절연의 정도가 저하되어, 철손(Pcv)이 상대적으로 상승한다. 철손(Pcv)의 증대를 안정적으로 억제하는 관점에서, 자성 분말의 산소 함유 영역의 두께는, 30㎚ 이하인 것이 바람직한 경우가 있고, 25㎚ 이하인 것이 보다 바람직한 경우가 있다.
본 발명에 관련된 자성 분말은, Fe기 Cr 함유 비정질 합금으로 형성된 것이고, 이 합금에 함유되는 Cr은 자성 분말의 표면의 산화 피막에 농화되어, 균일한 산화 피막을 형성하는 것에 기여한다. 구체적으로는, 산소 함유 영역에 있어서, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Cr 함유량에 대한 Cr 농도의 비(본 명세서에 있어서 「벌크 Cr비」라고도 함)가 1을 넘는 부분을 가진다. 산소 함유 영역의 대략 전역에 있어서 벌크 Cr비가 1 초과이면, 자성 분말의 표면에 형성된 산화 피막은 특히 균일하다고 생각해도 된다. 또한, 자성 분말의 극표면은, 부착되는 유기물의 영향에 의해, 겉으로 보기에는, Cr 농도가 저하되는 경우도 있다.
깊이 프로파일에 있어서, C 농도의 O 농도에 대한 비(본 명세서에 있어서 「C/O비」라고도 함)가 1 이상인 탄소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능한 경우에는, 유기 결착 물질이 자성 분말의 표면에 적절히 부착되어 있다고 판단할 수 있다. C/O비가 1 이상이라는 것은, 측정면에 있어서 산화 피막을 구성하는 산소와 동등 이상의 탄소가 존재하는 것을 나타내고 있다. 탄소 함유 영역의 두께가 5㎚를 넘는 경우에는, 자성 분말의 표면에 위치하는 유기 결착 물질이 과대하여, 초투자율의 저하 및 철손(Pcv)의 증대가 현재화된다. 초투자율의 저하 및 철손(Pcv)의 증대의 현재화를 보다 안정적으로 억제하는 관점에서, 탄소 함유 영역의 두께는, 4㎚ 이하인 것이 바람직한 경우가 있고, 3㎚ 이하인 것이 보다 바람직한 경우가 있으며, 2㎚ 이하인 것이 특히 바람직한 경우가 있다.
상기의 압분 자심의 깊이 프로파일에 있어서, 산소 함유 영역은, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Si 함유량(단위:원자%)에 대한 Si 농도(단위:원자%)의 비(본 명세서에 있어서 「벌크 Si비」라고도 함)가 1을 넘는 부분(본 명세서에 있어서 「Si 농화부」라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우에는, Fe기 Cr 함유 비정질 합금은 Si를 함유한다. Si는 Cr과 마찬가지로, 자성 분말의 표면에 농화되어 균일한 산화 피막을 형성하는 것에 기여한다. 따라서, 깊이 프로파일의 산소 함유 영역이 벌크 Si비가 1을 넘는 부분을 가지는 경우에는, 자성 분말의 표면에 형성되는 산화 피막이 보다 균일하다고 기대된다.
상기의 압분 자심의 자성 분말의 깊이 프로파일에 있어서, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 C 함유량(단위:원자%)에 대한 C 농도의 비(본 명세서에 있어서 「벌크 C비」라고도 함)가 1을 넘는 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능한 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 이 영역을 「탄소 농화 영역」이라고 정의한다. 탄소 농화 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 2㎚ 이하인 것이 바람직하다. 탄소 농화 영역의 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 2㎚ 이하이면, 유기 결착 물질이 자성 분말의 표면에 과도하게 부착된 상태는 아니기 때문에, 압분 자심에 있어서 초투자율의 저감이나 철손(Pcv)의 증대가 발생하는 것이 보다 안정적으로 억제된다. 또한, 벌크 C비가 1 이상이 되는 영역은, 표면으로부터 연속한 영역 이외의 영역에도 확인되는 경우가 있지만, 본 명세서에서는, 그와 같은 영역은 「탄소 농화 영역」이라고는 정의하지 않는다.
상기의 압분 자심의 자성 입자를 구성하는 Fe기 Cr 함유 비정질 합금은, P 및 C를 함유하는, 소위 Fe-P-C계 비정질 합금이어도 된다. Fe-P-C계 비정질 합금은, 유리 전이점이 나타나기 쉽지만, 산화의 영향을 받기 쉽다. 이 점에 관하여, 본 발명의 자성 입자를 구성하는 Fe기 합금은 Cr을 함유하고, 바람직한 일례에서는 추가로 Si도 함유하기 때문에, 자성 입자의 표면에 균일한 산화 피막이 부동태 피막으로서 형성되기 쉽고, 그 결과, 자성 입자의 내부에 있어서 산화가 발생하기 어렵다.
본 발명은, 다른 일 양태로서, 상기의 압분 자심의 제조 방법을 제공한다. 이러한 제조 방법은, Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 자성 분말과 유기 결착재를 포함하는 혼합 분말체를 얻는 혼합 공정, 혼합 분말체를 가압 성형하여 성형 제조물을 얻는 성형 공정, 및 성형 제조물의 변형 제거 처리 온도인 변형 제거 온도로 분위기의 온도를 설정하여 성형 제조물의 변형을 없애는 변형 제거 열처리를 가지는 열처리 공정을 구비한다. 열처리 공정은, 제 1 열처리와, 당해 제 1 열처리에 이어서 행해지는 제 2 열처리를 가지고, 제 1 열처리에서는, 유기 결착재의 열분해 온도 이상 변형 제거 온도 이하의 제 1 온도에 도달할 때까지, 분위기를 비산화성으로 하며, 제 2 열처리에서는, 제 1 온도를 포함하는 온도 영역에 있는 분위기를 산화성으로 한다.
제 1 열처리의 분위기를 비산화성으로 하고, 제 1 열처리에 이어서 행해지는 제 2 열처리의 분위기를 산화성으로 함으로써, 자성 분말의 표면에 형성되는 산화 피막이 균일하고 얇은 부동태 피막이 된다. 또한, 자성 분말의 표면에 부착되는 유기 결착 물질의 두께가 과대해지지 않는다. 이 때문에, 이웃하는 자성 분말끼리의 절연을 확보하면서, 서로의 이간 거리를 작게 하는 것이 실현된다. 그 결과, 자성 분말을 구비하는 압분 자심의 자기 특성이 양호해진다. 구체적으로는, 압분 자심의 초투자율이 낮아지기 어렵고, 또한 철손(Pcv)이 증대하기 어렵다.
상기의 제조 방법에 있어서, 제 1 열처리에서는, 제 1 온도로의 승온 과정에 있어서, 분위기를 비산화성으로 하는 것이 바람직한 경우가 있다. 구체적으로는, 실온 레벨에 있는 성형 제조물을, 가열로 등의 가열 수단에 배치하고, 배치한 상태에서 분위기를 비산화성으로 하여 성형 제조물을 제 1 온도로 승온하면, 열처리 공정을 간소화할 수 있다.
상기의 제조 방법에 있어서, 변형 제거 온도로부터의 냉각 과정에 있어서, 분위기를 비산화성으로 하는 것이 바람직한 경우가 있다. 변형 제거 온도로부터의 냉각 과정에 있어서도, 분위기가 산화성인 경우에는 자성 분말의 산화는 발생할 수 있다. 따라서, 제 1 열처리에 있어서 적절히 산화 피막을 형성한 경우에는, 냉각 과정을 비산화성 분위기로 함으로써, 적절히 형성된 산화 피막의 상태를 유지할 수 있다.
상기의 제조 방법에 있어서, 제 1 온도는, 변형 제거 온도여도 된다. 이 경우에는, 제 1 온도(변형 제거 온도)에 이르기까지 승온하여, 그 온도에서 소정 시간 보지(保持)하고, 그 후 냉각한다는 간편한 온도 제어로, 변형 제거 열처리, 제 1 열처리, 및 제 2 열처리를 행할 수 있다.
상기의 제조 방법에 있어서, 제 1 온도는 변형 제거 온도와 상이한 온도여도 된다. 이 경우의 구체예로서, 비산화성 분위기에서 제 1 온도에 도달시키는 제 1 열처리, 및 제 1 온도를 포함하는 온도 영역에 있는 분위기를 산화성으로 하는 제 2 열처리에 이어서, 분위기의 온도를 변형 제거 온도로 변경하고, 변형 제거 온도에 있는 분위기를 비산화성으로 하여 변형 제거 열처리를 행하는 것을 들 수 있다. 자성 분말의 표면에 균일하고 얇은 산화 피막을 부동태 피막으로서 형성하는 관점에서 최적인 온도와, 자성 분말이 가지는 변형을 제거하는 관점에서 최적인 온도가 상이해도, 이와 같이 온도 및 분위기를 제어함으로써, 적절한 산화 피막을 형성하면서 자성 분말의 변형을 적절히 제거할 수 있다.
본 발명에 의하면, 손실이 낮고 초투자율이 높은 고내열성의 압분 자심이 제공된다. 또한, 본 발명에 의해, 이러한 우수한 자기 특성을 구비하는 압분 자심을 제조하는 방법도 제공된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심이 함유하는 자성 분말의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심의 형상을 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심을 구비하는 전자 부품인 트로이덜 코일의 형상을 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 압분 자심으로 이루어지는 EE 코어를 나타내는 도이다.
도 5는, 도 4에 나타내는 EE 코어와 코일로 이루어지는 인덕턴스 소자를 나타내는 도이다.
도 6은, 비교예 1의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
도 7은, 실시예 1의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
도 8은, 실시예 2의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
도 9는, 실시예 3의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
도 10은, 비교예 2의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
도 11은, 비교예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 12는, 도 11에 나타내어지는 깊이 프로파일에 관하여 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다.
도 13은, 비교예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 14는, 실시예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 15는, 도 14에 나타내어지는 깊이 프로파일에 관하여 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다.
도 16은, 실시예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 17은, 실시예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 18은, 도 17에 나타내어지는 깊이 프로파일에 관하여 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다.
도 19는, 실시예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 20은, 실시예 3에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 21은, 도 20에 나타내어지는 깊이 프로파일에 관하여 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다.
도 22는, 실시예 3에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 23은, 비교예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 24는, 도 23에 나타내어지는 깊이 프로파일에 관하여 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다.
도 25는, 비교예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 26은, 비교예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, O/Fe비, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 27은, 실시예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, O/Fe비, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 28은, 실시예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, O/Fe비, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 29는, 실시예 3에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, O/Fe비, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 30은, 비교예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, O/Fe비, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 31은, 비교예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, 벌크 C비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 32는, 실시예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, 벌크 C비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 33은, 실시예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, 벌크 C비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 34는, 실시예 3에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, 벌크 C비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 35는, 비교예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, 벌크 C비의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 36은, 산화 피막의 두께와 경과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 37은, 철손(Pcv)의 증가율과 경과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심은, Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 자성 분말을 함유한다. 본 명세서에 있어서, 「Fe기 Cr 함유 비정질 합금」이란, Fe의 함유량이 50원자% 이상인 비정질 합금으로서, 첨가 원소의 적어도 1종으로서 Cr을 함유하는 합금 재료를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 「비정질」이란, 일반적인 X선 회절 측정에 의해, 재료 종류를 특정할 수 있을 정도로 명확한 피크를 가지는 회절 스펙트럼이 얻어지지 않는 것을 의미한다. 비정질 합금의 구체예로서, Fe-Si-B계 합금, Fe-P-C계 합금 및 Co-Fe-Si-B계 합금을 들 수 있다. 비정질 자성 재료는, 통상적으로, 자성 원소에 더하여, 어모퍼스화를 촉진하는 어모퍼스화 원소를 함유한다. Fe기 합금에 있어서의 어모퍼스화 원소로서, Si, B, P, C 등의 비금속 또는 반금속 원소가 예시되고, Ti, Nb 등의 금속 원소도 어모퍼스화에 기여하는 경우가 있다. Fe기 Cr 함유 비정질 합금은 1종류의 재료로 구성되어 있어도 되고, 복수 종류의 재료로 구성되어 있어도 된다. Fe기 Cr 함유 비정질 합금은, 상기의 재료로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 재료인 것이 바람직하고, 이들 중에서도, Fe-P-C계 합금을 함유하는 것이 바람직하며, Fe-P-C계 합금으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 이하, Fe기 Cr 함유 비정질 합금이 P 및 C를 함유하는 Fe-P-C계 합금인 경우를 구체예로 하여, 합금 조성에 관하여 설명한다.
Fe-P-C계 합금의 구체예로서, 조성식이, Fe100원자%-a-b-c-x-y-z-tNiaSnbCrcPxCyBzSit로 나타내어지고, 0원자%≤a≤10원자%, 0원자%≤b≤3원자%, 0원자%<c≤6원자%, 0원자%<x≤13원자%, 0원자%<y≤13원자%, 0원자%≤z≤9원자%, 0원자%≤t≤7원자%인 Fe기 비정질 합금을 들 수 있다. 상기의 조성식에 있어서, Ni, Sn, Cr, B 및 Si는 임의 첨가 원소이다.
Ni의 첨가량 a는, 0원자% 이상 6원자% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0원자% 이상 4원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Sn의 첨가량 b는, 0원자% 이상 2원자% 이하로 하는 것이 바람직하고, 1원자% 이상 2원자% 이하의 범위에서 첨가되어 있어도 된다. Cr의 첨가량 c는, 0원자% 초과 2원자% 이하로 하는 것이 바람직하고, 1원자% 이상 2원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. P의 첨가량 x는, 6.8원자% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 8.8원자% 이상으로 하는 것이 보다 바람직한 경우도 있다. C의 첨가량 y는, 2.2원자% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5.8원자% 이상 8.8원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직한 경우도 있다. B의 첨가량 z는, 0원자% 이상 3원자% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0원자% 이상 2원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Si의 첨가량 t는, 0원자% 이상 6원자% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0원자% 이상 2원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 이 경우에 있어서, Fe의 함유량은, 70원자% 이상인 것이 바람직하고, 75원자% 이상인 것이 바람직하며, 78원자% 이상인 것이 보다 바람직하고, 80원자% 이상인 것이 더 바람직하며, 81원자% 이상인 것이 특히 바람직하다.
Fe기 Cr 함유 비정질 합금은 상기의 원소 외에, Co, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn, Re, 백금족 원소, Au, Ag, Cu, Zn, In, As, Sb, Bi, S, Y, N, O, 및 희토류 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 임의 원소를 함유하고 있어도 된다. Fe기 Cr 함유 비정질 합금은 상기의 원소 외에, 불가피적 불순물을 포함하고 있어도 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심이 함유하는 자성 분말의 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 자성 분말(MP)은, Fe기 Cr 함유 비정질 합금으로 이루어지는 합금 부분(AP)의 표면에 산화 피막(OC)이 형성되어 있음과 함께, 자성 분말(MP)의 표면에 유기 결착 물질(바인더(BP))이 부착되어 있다. 자성 분말(MP)을 구성하는 Fe기 Cr 함유 비정질 합금은 Cr을 함유하는 것 등에 의해, 자성 분말(MP)의 표면에 형성되는 산화 피막(OC)은 균일하고 얇고 안정적이며, 부동태 피막으로 되어 있다고 생각할 수 있다. 이 때문에, 압분 자심에 있어서 자성 분말(MP)이 이웃하여 접해도, 산화 피막(OC)에 기초하여 서로의 자성 분말(MP)이 절연 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심에서는, 그 제조 방법에 있어서, 후술하는 제 1 열처리를 실시함으로써, 비정질 합금 중의 Cr 등의 원소가 표면에 농축되어 부동태 피막이 형성된다. 또한, 산소를 도입하는 제 2 열처리에 의해, 자성 분말의 표면에 균일한 산화 피막이 부동태 피막으로서 형성된다. 그 때문에, 압분 자심의 철손(Pcv)이 증대하기 어려워지고, 나아가서는 고온 환경 하에 압분 자심이 놓여도, 철손(Pcv)의 증대를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 자성 분말의 표면에 유기 결착 물질이 부착되어 있음으로써, 자성 분말의 집합체인 압분 자심은 그 형상을 보지할 수 있다. 또한, 자성 분말의 표면에 부착되는 유기 결착 물질의 양이 적절하다는 점에서, 이웃하는 자성 분말끼리의 이간 거리가 과대해지지 않는다. 이에 의해, 압분 자심의 초투자율이 저감되기 어렵고, 철손(Pcv)의 증대도 억제된다.
자성 분말의 유기 결착 물질은, 자성 분말을 결착시키는 기능을 적절히 가지는 관점에서, 고분자 재료에 기초한 성분인 것이 바람직하다. 그와 같은 고분자 재료(수지)로서, 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리프로필렌, 염소화 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 에틸렌·프로필렌·디엔·터폴리머(EPDM), 클로로프렌, 폴리우레탄, 염화비닐, 포화 폴리에스테르, 니트릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지 등이 예시된다. 압분 자심의 제조 과정에 있어서 가열을 포함하는 처리가 실시되지 않는 경우에는, 이러한 고분자 재료의 일부는, 압분 자심 내에 그대로 잔류하여, 유기 결착 물질로서 기능하는 것이 기대된다. 한편, 후술하는 바와 같이 압분 자심의 제조 과정에 있어서 가열을 포함하는 처리가 실시되는 경우에는, 상기의 고분자 재료는 열에 의해, 변성·분해되어 고분자 재료에 기초한 성분이 되어 압분 자심에 잔류한다. 이 고분자 재료에 기초한 성분의 적어도 일부도 유기 결착 물질로서 기능할 수 있다.
이와 같은 압분 자심에 포함되는 자성 분말에 있어서의 산화 피막의 생성의 정도 및 자성 분말의 표면에 부착되는 유기 결착 물질의 정도에 관하여, 다음에 설명하는 바와 같이, 깊이 프로파일을 이용함으로써 정량적으로 평가할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 깊이 프로파일이란, 자성 분말의 표면측으로부터 조성의 깊이 의존성을 측정하여 얻어진 결과를 의미한다. 깊이 프로파일은, 오제 전자 분광 장치, 광전자 분광 측정 장치, 2차 이온 질량 분석 장치 등의 표면 분석 기기에 의한 표면의 조성 분석을, 스퍼터링 등에 의한 측정 표면의 제거 프로세스와 조합하여 행함으로써, 얻을 수 있다.
본 실시형태에 관련된 압분 자심의 자성 분말의 깊이 프로파일은, 다음의 특징을 가진다.
(1) O 농도(단위:원자%)의 Fe 농도(단위:원자%)에 대한 비(O/Fe비)가 0.1 이상인 산소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 산소 함유 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 35㎚ 이하이다.
(2) C 농도(단위:원자%)의 O 농도에 대한 비(C/O비)가 1 이상인 탄소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 탄소 함유 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 5㎚ 이하이다.
(3) 산소 함유 영역은, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Cr 함유량(단위:원자%)에 대한 Cr 농도(단위:원자%)의 비(벌크 Cr비)가 1을 넘는 부분을 가진다.
O/Fe비는 그 깊이에 있어서의 자성 분말의 산화의 정도를 나타내는 지표이다. 깊이 프로파일에 있어서의 O 농도도 자성 분말의 산화의 정도를 나타내지만, 예를 들면 측정 시에 부착된 오염 물질의 영향이 있기 때문에, O 농도의 값 자체로 평가하는 것보다, 다른 농도 측정값과의 상대값으로 함으로써, 측정 시의 이상의 영향을 받기 어려워진다. 자성 분말은 Fe기 합금이기 때문에, Fe는 이 상대값을 구하기 위한 기준 원소로서 적당하다. 또한, 자성 분말이 산화함으로써 Fe 농도가 저하되기 때문에, O/Fe비는, 산화의 정도를 평가하는 파라미터로서 적합하다.
측정 깊이에 있어서 O/Fe비가 0.1 이상이면, 그 측정면에 있어서 Fe의 산화가 현재화되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 깊이 프로파일에 있어서 O/Fe비가 0.1 이상인 영역을 산소 함유 영역으로 정의할 수 있다. 이 산소 함유 영역을 정의할 수 있는 경우에는, 자성 분말에 있어서 산화가 발생하여 산화 피막이 형성되어 있다고 생각해도 된다. 이 자성 분말의 표면에 형성된 산화 피막은, 이웃하여 접촉하는 자성 분말의 사이에서 절연층으로서 기능할 수 있다. 따라서, 산소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능한 경우에는, 자성 분말은 적절한 절연층을 그 표면에 가지고 있다고 할 수 있다. 그 결과, 자성 분말을 구비하는 압분 자심의 자기 특성이 양호해지고, 특히 철손(Pcv)이 저감된다.
또한, 깊이 프로파일의 깊이의 분해능은 측정 조건이나 스퍼터링 조건에 의해 결정되는데, 오제 전자 분광 장치를 이용하여 측정하여, 스퍼터링 레이트가 Si 환산으로 1㎚/분 정도인 경우에는, 분해능은 1㎚ 정도가 된다. 따라서, 산소 함유 영역의 자성 분말의 표면으로부터의 깊이(본 명세서에 있어서 「두께」라고 하는 경우가 있음)의 하한은 1㎚ 정도라고 할 수 있다. 자성 분말의 산소 함유 영역의 두께가 35㎚를 넘으면, 자성 분말의 표면에서 부동태 피막화된 산화 피막의 균일함이 저하되기 쉬워진다. 그 결과, 자성 분말의 개개의 절연의 정도가 저하되어, 철손(Pcv)이 상대적으로 상승한다. 철손(Pcv)의 증대를 안정적으로 억제하는 관점에서, 자성 분말의 산소 함유 영역의 두께는, 30㎚ 이하인 것이 바람직한 경우가 있고, 25㎚ 이하인 것이 보다 바람직한 경우가 있다. 산화 피막이 절연막으로서 기능하는 것을 보다 안정적으로 실현시키는 관점에서, 자성 분말의 산소 함유 영역의 두께의 하한은, 5㎚ 이상인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 관련된 압분 자심의 자성 분말은, Fe기 Cr 함유 비정질 합금으로 형성된 것이고, 이 합금에 함유되는 Cr은 자성 분말의 표면의 산화 피막에 농화되어, 부동태 피막화된 균일한 산화 피막을 형성하는 것에 기여한다. 구체적으로는, 산소 함유 영역에 있어서, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Cr 함유량에 대한 Cr 농도의 비(벌크 Cr비)가 1을 넘는 부분을 가진다. 산소 함유 영역의 대략 전역에 있어서 벌크 Cr비가 1 초과이면, 자성 분말의 표면에 형성된 산화 피막은 특히 균일하다고 생각해도 된다. 또한, 자성 분말의 극표면은, 부착되는 유기물의 영향에 의해, 겉으로 보기에는, Cr 농도가 저하되는 경우도 있다.
깊이 프로파일에 있어서, C 농도의 O 농도에 대한 비(C/O비)가 1 이상인 탄소 함유 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능한 경우에는, 유기 결착 물질이 자성 분말의 표면에 적절히 부착되어 있다고 판단할 수 있다. 유기 결착 물질이 자성 분말의 표면에 적절히 부착되어 있는 것에 의해, 압분 자심을 구성하는 자성 분말이 서로 고정되어, 압분 자심은 그 형상을 유지할 수 있다. 자성 분말과 함께 압분 코어의 필수 구성인 유기 결착 물질은, 결착 재료로서 배합된 유기 결착재가 가열되어 생성된 것이다. 구체적으로는, 유기 결착재가 유기 수지 성분을 포함하는 경우에, 유기 결착 물질은 유기 수지 성분의 열 변성 물질을 포함한다. 후술하는 바와 같이, 유기 결착재를 포함하는 성형 제조물을 비산화성 분위기에서 가열하는 제 1 열처리를 행함으로써, 압분 코어의 유기 결착 물질의 양을 적절히 설정할 수 있다.
깊이 프로파일에 있어서의 C 농도는, 자성 분말의 표면에 부착되는 유기 결착 물질의 존재량의 영향을 받기 때문에, C 농도의 대소에 의해, 유기 결착 물질이 어느 정도 자성 분말의 표면에 부착되어 있는지의 정보를 얻을 수 있다. 단, 깊이 프로파일에 있어서 C는 비교적 정량성이 낮은 원소이다. 그래서, 측정면에 위치하는 산화 피막을 구성하는 산소의 존재량을 기준으로 하여 탄소의 존재량을 평가하는 것, 구체적으로는 C/O비에 의해 평가하는 것에 의해, C 농도의 값으로 평가하는 경우보다, 측정면에 존재하는 유기 결착 물질의 양을 정량적으로 평가하는 것이 가능해진다. C/O비가 1 이상이라는 것은, 측정면에 있어서 산화 피막을 구성하는 산소와 동등 이상의 탄소가 존재하는 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 탄소 함유 영역의 존재는 압분 자심의 형상 보지에 있어서 필수이지만, 그 두께가 과대하면, 이웃하는 압분 자심간의 이간 거리가 커져, 초투자율의 저감 요인이 된다. 또한, 상기와 같이 유기 결착 물질은 성형 가공 시에 자성 분말의 주위에 존재하고 있었던 유기 결착재의 열 변성 물질을 포함하기 때문에, 유기 결착재로부터 유기 결착 물질이 생성될 때에 체적 변화가 생기고, 이 체적 변화에 기인하여 압분 자심에 변형이 생기는 경우도 있다. 이 변형이 자성 분말에 가해짐으로써, 압분 자심에 있어서 철손(Pcv)이 증대한다. 그 때문에, 깊이 프로파일에서 정의되는 탄소 함유 영역의 두께는 어느 정도의 상한을 넘지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 탄소 함유 영역이 5㎚를 넘는 경우에는, 자성 분말의 표면에 위치하는 유기 결착 물질이 과대하여, 초투자율의 저하 및 철손(Pcv)의 증대가 현재화된다. 초투자율의 저하 및 철손(Pcv)의 증대의 현재화를 보다 안정적으로 억제하는 관점에서, 탄소 함유 영역의 두께는, 4㎚ 이하인 것이 바람직한 경우가 있고, 3㎚ 이하인 것이 보다 바람직한 경우가 있으며, 2㎚ 이하인 것이 특히 바람직한 경우가 있다. 탄소 함유 영역의 두께의 하한은, 깊이 프로파일의 분해능의 관계로, 1㎚이다.
상기의 압분 자심의 깊이 프로파일에 있어서, 산소 함유 영역은, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Si 함유량(단위:원자%)에 대한 Si 농도(단위:원자%)의 비(벌크 Si비)가 1을 넘는 부분을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우에는, Fe기 Cr 함유 비정질 합금은 Si를 함유한다. Si는 Cr과 마찬가지로, 자성 분말의 표면에 농화되어 균일한 부동태 피막화된 산화 피막을 형성하는 것에 기여한다. 따라서, 깊이 프로파일의 산소 함유 영역이 벌크 Si비가 1을 넘는 부분을 가지는 경우에는, 자성 분말의 표면에 형성되는 산화 피막이 보다 균일한 부동태 피막이 되는 것이 기대된다.
본 실시형태에 관련된 압분 자심의 자성 분말의 깊이 프로파일에 있어서, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 C 함유량(단위:원자%)에 대한 C 농도의 비(벌크 C비)가 1을 넘는 탄소 농화 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 탄소 농화 영역은, 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 2㎚ 이하인 것이 바람직하다. Fe기 Cr 함유 비정질 합금이 Fe-P-C계 비정질 합금 등 C를 함유하는 경우에는, 깊이 프로파일에 있어서, 합금 조성에 있어서의 C 함유량이 표면으로부터의 깊이가 충분히 커져도, 합금 성분으로서의 탄소에 유래하는 피크가 검출된다. 그래서, Fe기 Cr 함유 비정질 합금이 C를 함유하는 경우에는 합금 조성에 있어서의 C 함유량을 기준으로 C 농도를 평가하면, 유기 결착 물질에 유래하는 탄소의 영향을 평가하기 쉽다. 구체적으로는, 벌크 C비가 1을 넘는 탄소 농화 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하면, 유기 결착 물질이 자성 분말에 부착되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이 탄소 농화 영역의 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 2㎚ 이하이면, 유기 결착 물질이 자성 분말의 표면에 과도하게 부착된 상태는 아니기 때문에, 압분 자심에 있어서 초투자율의 저감이나 철손(Pcv)의 증대가 발생하는 것이 보다 안정적으로 억제된다.
본 실시형태에 관련된 압분 자심의 자성 입자를 구성하는 Fe기 Cr 함유 비정질 합금은, 상기와 같이, P 및 C를 함유하는 Fe-P-C계 비정질 합금이다. Fe-P-C계 비정질 합금은, 유리 전이점이 나타나기 쉽지만, 산화의 영향을 받기 쉽다. 이 점에 관하여, 본 발명의 자성 입자를 구성하는 Fe기 합금은 Cr을 함유하고, 바람직한 일례에서는 추가로 Si도 함유하기 때문에, 자성 입자의 표면에 균일한 부동태 피막이 된 산화 피막이 형성되기 쉽고, 결과적으로, 자성 입자의 내부에 있어서 산화가 발생하기 어렵다.
상기의 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심은, 상기의 구성을 구비하는 한, 어떠한 방법에 의해 제조되어도 된다. 다음에 설명하는 제조 방법을 채용하면, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심을 재현성 좋고, 효율적으로 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심의 제조 방법은, 다음에 설명하는 분말 형성 공정, 혼합 공정, 성형 공정 및 열처리 공정을 구비한다.
분말 형성 공정에서는, Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 용탕(溶湯)으로부터 자성 분말을 형성한다. 자성 분말의 형성 방법은 한정되지 않는다. 단롤법, 쌍롤법 등의 급랭 박대화(薄帶化) 방법이나, 가스 애토마이즈법, 물 애토마이즈법 등의 애토마이즈법이 예시된다. 급랭 박대화법은 냉각 속도가 비교적 높기 때문에 비정질 합금을 용이하게 제조할 수 있지만, 자성 분말을 얻기 위해서는 박대의 분쇄 작업이 필요해진다. 애토마이즈법은 냉각 시에 형상 형성을 행하기 때문에, 공정의 간소화가 가능하다. 용탕을 냉각하는 것 및 추가로 필요에 따라 분쇄하는 것에 의해 형성된 자성 분말을 분급해도 된다.
혼합 공정에서는, 상기의 분말 형성 공정에 의해 얻어진 자성 분말과 유기 결착재를 포함하는 혼합 분말체를 얻는다. 유기 결착재의 일례로서 고분자 재료(수지)를 들 수 있다. 그 구체예는 전술과 같다. 유기 결착재는 1종류의 재료로 구성되어 있어도 되고, 복수 종류의 재료로 구성되어 있어도 된다. 유기 결착재는 필요에 따라 분급되어 있어도 된다. 유기 결착재와 자성 분말의 혼합은 공지의 방법에 의해 행하면 된다.
혼합 분말체는 무기 성분을 함유하고 있어도 된다. 무기 성분의 구체예로서, 유리 분말이 예시된다. 혼합 분말체는, 추가로, 윤활제, 커플링제, 실리카 등의 절연성의 필러, 난연제 등을 함유하고 있어도 된다.
윤활제를 함유시키는 경우에 있어서, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 유기계의 윤활제여도 되고, 무기계의 윤활제여도 된다. 유기계의 윤활제의 구체예로서, 유동 파라핀 등의 탄화수소계 재료, 스테아린산 아연, 스테아린산 알루미늄 등의 금속 비누계 재료, 지방산 아미드, 알킬렌 지방산 아미드 등의 지방족 아미드계 재료 등을 들 수 있다. 이러한 유기계의 윤활제는, 후술하는 열처리 공정이 행해진 경우에는 기화하여, 압분 자심에는 거의 잔류하고 있지 않다고 생각할 수 있다.
상기의 성분으로부터 혼합 분말체를 얻는 방법은 한정되지 않는다. 물이나 크실렌 등의 적당한 희석 매체와 각 성분을 섞어서 슬러리화하여, 유성식 교반기나 유발 교반 등에 의해 교반을 행함으로써 슬러리를 똑같은 혼합체로 하고, 이 혼합체를 건조하면 된다. 이 경우에 있어서의 건조 조건은 한정되지 않는다. 일례로서, 질소나 아르곤 등의 불활성 분위기에서 80℃ 내지 170℃ 정도의 범위로 가열하여 건조하는 것을 들 수 있다.
혼합 분말체에 있어서의 각 성분의 함유량은 후술하는 성형 공정이나 얻어진 압분 자심의 자기 특성을 고려하여 적절히 설정된다. 혼합 분말체의 조성에 관하여 한정되지 않은 예시를 행하면, 자성 분말 100질량부에 대하여, 고분자 재료의 분체로 이루어지는 유기 결착재를 0.4질량부 내지 2.0질량부로 하고, 무기 성분을 0질량부 내지 2.0질량부로 하는 것을 들 수 있다.
성형 공정에서는, 상기의 혼합 공정에 의해 얻어진 혼합 분말체를 가압 성형하여 성형 제조물을 얻는다. 가압 성형의 조건은 혼합 분말체의 조성이나 후술하는 열처리 공정의 조건, 최종적으로 얻어지는 압분 자심의 특성 등을 고려하여 적절히 설정된다. 가압 성형에 관하여 한정되지 않은 예시를 행하면, 상온(25℃)에서 0.4GPa 내지 3GPa 정도의 범위에서 가압하는 것을 들 수 있다.
열처리 공정은, 상기의 성형 공정에 의해 형성된 성형 제조물의 변형 제거 처리 온도인 변형 제거 온도로 분위기의 온도를 설정하여 성형 제조물의 변형을 제거하는 변형 제거 열처리를 가진다. 성형 제조물은, 상기의 성형 공정에 있어서 서브 GPa 내지 GPa 단위의 압력이 가해지기 때문에, 그 내부에 변형이 잔류하고 있다. 이 변형은 자기 특성, 특히 철손(Pcv)의 증대를 초래하는 점에서, 성형 제조물의 분위기의 온도를 변형 제거 온도로 설정하여 성형 제조물의 변형을 제거한다. 분위기의 온도를 변형 제거 온도로 설정하는 수단은 한정되지 않는다. 노(爐) 내에 성형 제조물을 배치하여 노 내 분위기를 가열해도 되고, 유도 가열 등에 의해 성형 제조물을 직접 가열함으로써 성형 제조물의 분위기를 가열해도 된다.
변형 제거 온도는, 열처리를 실시하여 얻어진 압분 자심의 자기 특성이 가장 양호해지도록 설정된다. 변형 제거 온도의 한정되지 않은 예시를 행하면, 300℃ 이상 500℃ 이하이다. 변형 제거 온도와 함께 변형 제거 온도의 보지 시간, 승온 속도, 냉각 속도 등 설정할 때의 압분 자심의 자기 특성의 평가 기준은 특별히 한정되지 않는다. 평가 항목의 구체예로서 압분 자심의 철손(Pcv)을 들 수 있다. 이 경우에는, 압분 자심의 철손(Pcv)이 최저가 되도록 성형 제조물의 가열 온도를 설정하면 된다. 철손(Pcv)의 측정 조건은 적절히 설정되며, 일례로서, 주파수를 2MHz, 실효 최대 자속 밀도(Bm)를 15mT로 하는 조건을 들 수 있다.
변형 제거 열처리에 있어서의 분위기는, 후술하는 바와 같이, 비산화성이 되는 경우도 있고, 산화성이 되는 경우도 있다.
본 실시형태의 제조 방법의 열처리 공정은, 제 1 열처리와, 제 1 열처리에 이어서 행해지는 제 2 열처리를 가진다. 제 1 열처리에서는, 유기 결착재의 열분해 온도 이상 변형 제거 온도 이하의 제 1 온도에 도달할 때까지, 분위기를 비산화성으로 한다. 제 1 열처리에 있어서의 분위기는 비산화성인 점에서, 자성 분말에 있어서 산화 피막의 생성은 억제된다. 그 반면에, 유기 결착재의 열분해 온도 이상에 도달하고 있지만, 비산화성 분위기이기 때문에, 유기 결착재의 열분해가 불충분하다. 이 상태이면, 유기 결착재로부터의 응력이 자성 분말에 작용해 버리기 때문에, 자성 분말의 자기 특성을 충분히 끌어낼 수 없다. 그래서, 후술하는 제 2 열처리에 의해, 잔류하는 유기 결착재의 C 농도를 조정하여, 유기 결착재로부터의 응력을 가능한 한 저감시킨다.
비산화성의 분위기의 구체예로서, 질소 분위기, 아르곤 분위기를 들 수 있다. 유기 결착재의 열분해 온도는, 유기 결착재의 조성에 의해 적절히 설정되고, 제 1 온도는, 이 열분해 온도보다 수십 도 높은 온도로 설정하면 된다. 제 1 온도의 한정되지 않은 예시를 하면, 250℃ 이상 450℃ 이하를 들 수 있다. 제 1 열처리는, 제 1 온도에 강온(降溫) 프로세스를 포함하도록 하여 도달해도 되지만, 생산성을 높이는 관점에서는, 실온 등의 저온의 상태에 있는 분위기를 제 1 온도로 승온하는 승온 과정인 것이 바람직하다. 이 제 1 온도로의 승온 과정에 있어서, 분위기를 비산화성으로 하면, 생산성 높게 제 1 열처리를 실시할 수 있다.
제 2 열처리에서는, 제 1 온도를 포함하는 온도 영역에 있는 분위기를 산화성으로 한다. 제 2 열처리에 있어서의 분위기는 산화성인 점에서, 유기 결착재의 열분해에 의한 C의 농도의 감소, 자성 분말에 있어서 산화 피막의 생성이 진행된다. 그 때, 제 1 온도에 도달하고 있으므로, 자성 분말 내에서 Cr이나 Si 등의 물질의 이동이 용이하고, 결과적으로, 균일하고 안정된 얇은 부동태 피막인 산화 피막이 형성되기 쉬워진다. 또한, 분위기가 실온 등 저온의 상태로부터 산화성의 분위기로 하면, 자성 분말이 충분히 가열되지 않기 때문에, 내부에서 원자의 이동이 완만한 시간대가 길고, 그 결과, 균일하고 안정된 산화 피막이 형성되기 어렵다.
산화성 분위기의 구체예로서, 비산화성 분위기에 분위기 내 농도가 0.1체적% 이상 20체적% 이하가 되도록 산소를 공급한 상태를 들 수 있다. 산화성 분위기에 있어서의 산소의 분위기 내 농도는, 산화 피막의 형성의 제어성을 높이는 관점에서, 1체적% 이상 5체적% 이하로 하는 것이 바람직하다. 제 2 열처리에 있어서의 제 1 온도를 포함하는 온도 영역은, 제 1 온도를 중심으로, ±10℃ 정도로 제어하면, 산화 피막 및 유기 결착 물질을 안정적으로 형성할 수 있기 때문에, 바람직하다.
상기의 열처리 공정에 있어서, 제 1 온도는, 변형 제거 온도여도 된다. 이 경우에는, 제 1 온도(변형 제거 온도)에 이르기까지 승온하여, 그 온도에서 소정 시간 보지하고, 그 후 냉각한다라는 가장 간편한 온도 제어로, 변형 제거 열처리, 제 1 열처리, 및 제 2 열처리를 행할 수 있다.
상기의 열처리 공정에 있어서, 제 1 온도는 변형 제거 온도와 상이한 온도여도 된다. 이 경우의 구체예로서, 비산화성 분위기에서 제 1 온도에 도달시키는 제 1 열처리를 행하고, 다음에 제 1 온도를 포함하는 온도 영역에 있는 분위기를 산화성으로 하는 제 2 열처리를 행하며, 이어서 분위기의 온도를 변형 제거 온도로 변경하고, 변형 제거 온도에 있는 분위기를 비산화성으로 하여 변형 제거 열처리를 행하는 것을 들 수 있다. 자성 분말의 표면에 균일하고 얇은 산화 피막을 형성하는 관점에서 최적인 온도와, 자성 분말이 가지는 변형을 제거하는 관점에서 최적인 온도가 상이해도, 이와 같이 온도 및 분위기를 제어함으로써, 적절한 산화 피막을 형성하면서 자성 분말의 변형을 적절히 제거할 수 있다.
상기의 열처리 공정에 있어서, 변형 제거 온도로부터의 냉각 과정에 있어서, 분위기를 비산화성으로 하는 것이 바람직한 경우가 있다. 변형 제거 온도로부터의 냉각 과정에 있어서도, 분위기가 산화성인 경우에는 자성 분말의 산화 및 유기 결착 물질의 산화 분해는 발생할 수 있다. 따라서, 제 1 열처리에 있어서 적절히 산화 피막을 형성한 경우에는, 냉각 과정을 비산화성 분위기로 함으로써, 적절히 형성된 산화 피막의 상태를 유지할 수 있다. 또한, 이 냉각 과정이, 변형 제거 열처리의 일부로서 기능하는 경우도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심의 제조 방법에 의해 제조되는 압분 자심의 형상은 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심의 제조 방법에 의해 제조되는 압분 자심의 일례인 트로이덜 코어(1)를 도 2에 나타낸다. 트로이덜 코어(1)는 그 외관이 링 형상이다. 트로이덜 코어(1)는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심으로 이루어지기 때문에, 우수한 자기 특성을 가진다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 전자 부품은, 상기의 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심의 제조 방법에 의해 제작된 압분 자심, 코일 및 이 코일의 각각의 단부에 접속된 접속 단자를 구비한다. 여기서, 압분 자심의 적어도 일부는, 접속 단자를 개재하여 코일에 전류를 흘려보냈을 때에 이 전류에 의해 생긴 유도 자계 내에 위치하도록 배치되어 있다.
이와 같은 전자 부품의 일례로서, 도 3에 나타내어지는 트로이덜 코일(10)을 들 수 있다. 트로이덜 코일(10)은, 링 형상의 압분 자심인 트로이덜 코어(1)에, 피복 도전선(2)을 권회(卷回)함으로써 형성된 코일(2a)을 구비한다. 권회된 피복 도전선(2)으로 이루어지는 코일(2a)과 피복 도전선(2)의 단부(2b, 2c)의 사이에 위치하는 도전선의 부분에 있어서, 코일(2a)의 단부(2d, 2e)를 정의할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 관련된 전자 부품은, 코일을 구성하는 부재와 접속 단자를 구성하는 부재가 동일한 부재로 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 전자 부품의 다른 일례는, 상기의 트로이덜 코어(1)와는 상이한 형상을 가지는 압분 자심을 구비한다. 그와 같은 전자 부품의 구체예로서, 도 5에 나타내어지는 인덕턴스 소자(30)를 들 수 있다. 도 4는, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관련된 압분 자심으로 이루어지는 EE 코어를 나타내는 도이다. 도 5는, 도 4에 나타내는 EE 코어와 코일로 이루어지는 인덕턴스 소자를 나타내는 도이다.
도 4에 나타내는 EE 코어(20)는, 2개의 E 코어(21, 22)가 Z1-Z2 방향으로 대향 배치되어 구성된다. 2개의 E 코어(21, 22)는 동일 형상을 가지고, 바닥부(21B, 22B)와 중각부(中脚部)(21CL, 22CL)와 2개의 외각부(21OL, 22OL)로 구성된다. EE 코어(20)는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Fe기 합금 조성물을 구비하는 부재의 하나이며, 구체적으로는 압분 성형체(2개의 E 코어(21, 22))로 이루어진다. 따라서, 우수한 자기 특성을 가진다.
도 5에 나타내어지는 바와 같이, 인덕턴스 소자(30)는, EE 코어(20)의 중각부(20CL)의 주위에 코일(40)이 권회되어 이루어진다. 코일(40)에 통전하면, 중각부(20CL)로부터 바닥부(21B) 또는 바닥부(22B)를 지나서 외각부(20OL)에 이르고, 추가로 바닥부(22B) 또는 바닥부(21B)를 지나서 중각부(20CL)로 되돌아가는 자로(磁路)가 형성된다. 코일(40)의 감김수는 필요한 인덕턴스에 따라 적절히 설정된다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 전기·전자 기기는, 상기의 본 발명의 일 실시형태에 관련된 압분 자심을 구비하는 전기·전자 부품이 실장된 것이다. 그와 같은 전기·전자 기기로서, 전원 스위칭 회로, 전압 승강 회로, 평활 회로 등을 구비한 전원 장치나 소형 휴대용 통신 기기 등이 예시된다.
이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 기재된 것으로서, 본 발명을 한정하기 위해 기재된 것은 아니다. 따라서, 상기 실시형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.
(실시예)
이하, 실시예 등에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위는 이러한 실시예 등에 한정되는 것은 아니다.
(비교예 1)
다음의 조성의 Fe기 합금 조성물을 용제(溶製)하여, 가스 애토마이즈법에 의해 분체로 이루어지는 연자성 재료(자성 분말)를 얻었다.
Fe : 77.9원자%
Cr : 1원자%
P : 7.3원자%
C : 2.2원자%
B : 7.7원자%
Si : 3.9원자%
그 밖의 불가피적 불순물
(혼합 공정)
상기의 자성 분말 및 하기 표 1에 나타내어지는 다른 성분을 혼합하여 슬러리를 얻었다. 또한, 아크릴 수지의 열분해 온도는 360℃ 정도였다.
Figure 112021096179122-pct00001
얻어진 슬러리를 110℃ 정도에서 2시간 가열 건조하여, 얻어진 괴상의 혼합 분말체를 분쇄하고, 체를 이용하여 분쇄물을 분급하여, 입경이 300㎛ 내지 850㎛의 크기인 과립을 모아서 조립분(造粒粉)으로 이루어지는 혼합 분말체를 얻었다.
(성형 공정)
얻어진 혼합 분말체를 금형 캐비티 내에 넣고, 성형 압력을 1.8GPa로 하는 압분 성형을 행했다. 이렇게 하여, 도 2에 나타내어지는 바와 같은 외관을 가지는 트로이덜 코어(외경:20mm, 내경:12.75mm, 두께:6.8mm)의 형상을 가지는 성형 제조물을 얻었다.
(열처리 공정)
얻어진 성형 제조물을 이너트 가스 오븐에 투입하고, 노 내에 공급하는 질소 중에 대기를 혼합시킴으로써 노 내 분위기의 산소 농도를 조정 가능하게 하여, 표 2 및 도 6에 나타내어지는 바와 같이 분위기의 온도 및 산소 농도를 제어했다. 도 6은, 비교예 1의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다. 먼저, 산소 농도가 0체적%인 상태를 유지하여, 노 내 온도를 20℃로부터 제 1 온도인 360℃까지 85분간 걸쳐 승온하는 제 1 열처리를 행했다. 그 후, 산소 농도가 0체적%의 상태인 채로, 노 내 온도를 360℃에서 3시간 보지했다. 계속해서, 산소 농도가 0체적%의 상태인 채로, 20분간 걸쳐 노 내 온도를 변형 제거 온도인 440℃까지 상승시켰다. 산소 농도가 0체적%의 상태인 채로, 노 내 온도를 440℃로 하여 1시간 보지하고, 그 후, 산소 농도가 0체적%의 상태인 채로, 노 내 온도를 25℃까지 3시간 걸쳐 냉각했다. 이렇게 하여, 트로이덜 코어의 형상을 가지는 압분 자심을 얻었다.
Figure 112021096179122-pct00002
(실시예 1)
비교예 1과 동일한 혼합 공정 및 성형 공정을 실시하여 얻어진 성형 제조물에 관하여, 비교예 1의 경우와 동일한 설비에서, 표 3 및 도 7에 나타내어지는 바와 같이 열처리 공정을 행했다. 도 7은, 실시예 1의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
Figure 112021096179122-pct00003
먼저, 산소 농도가 0체적%인 상태를 유지하여, 노 내 온도를 20℃로부터 제 1 온도이며 또한 변형 제거 온도인 440℃까지 105분간 걸쳐 승온하는 제 1 열처리를 행했다. 그 후, 제 1 열처리의 변형 제거 온도인 440℃로 보지한 채 산소 농도를 2.4체적%로 설정하고, 이 산소 농도로, 노 내 온도를 440℃에서 3시간 보지하는 제 2 열처리이며 또한 변형 제거 열처리를 행했다. 계속해서, 산소 농도를 0체적%로 설정하고, 이 산소 농도로, 3시간 걸쳐 노 내 온도를 25℃까지 냉각했다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 혼합 공정 및 성형 공정을 실시하여 얻어진 성형 제조물에 관하여, 실시예 1의 경우와 동일한 설비에서, 표 4 및 도 8에 나타내어지는 바와 같이 열처리 공정을 행했다. 도 8은, 실시예 2의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
Figure 112021096179122-pct00004
먼저, 산소 농도가 0체적%인 상태를 유지하여, 노 내 온도를 20℃로부터 제 1 온도인 400℃까지 95분간 걸쳐 상승시키는 제 1 열처리를 행했다. 그 후, 제 1 열처리의 제 1 온도인 400℃로 보지한 채 산소 농도를 2.4체적%로 설정하고, 이 산소 농도로, 노 내 온도를 400℃에서 3시간 보지하는 제 2 열처리를 행했다. 계속해서, 산소 농도를 0체적%로 설정함과 함께, 10분 동안에 노 내 온도를 440℃로 상승시켜, 이 산소 농도 및 온도의 분위기를 1시간 보지함으로써 변형 제거 열처리를 행하고, 그 후, 산소 농도가 0체적%인 채로 3시간 걸쳐 노 내 온도를 20℃까지 냉각했다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일한 혼합 공정 및 성형 공정을 실시하여 얻어진 성형 제조물에 관하여, 실시예 1의 경우와 동일한 설비에서, 표 5 및 도 9에 나타내어지는 바와 같이 열처리 공정을 행했다. 도 9는, 실시예 3의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
Figure 112021096179122-pct00005
먼저, 산소 농도가 0체적%인 상태를 유지하여, 노 내 온도를 20℃로부터 제 1 온도인 360℃까지 85분간 걸쳐 상승시키는 제 1 열처리를 행했다. 그 후, 제 1 열처리의 제 1 온도인 360℃로 보지한 채 산소 농도를 2.4체적%로 설정하고, 이 산소 농도로, 노 내 온도를 360℃에서 3시간 보지하는 제 2 열처리를 행했다. 계속해서, 산소 농도를 0체적%로 설정함과 함께, 20분 동안에 노 내 온도를 440℃로 상승시켜, 이 산소 농도 및 온도의 분위기를 1시간 보지함으로써 변형 제거 열처리를 행하고, 그 후, 산소 농도가 0체적%인 채로 3시간 걸쳐 노 내 온도를 20℃까지 냉각했다.
(비교예 2)
실시예 1과 동일한 혼합 공정 및 성형 공정을 실시하여 얻어진 성형 제조물에 관하여, 실시예 1의 경우와 동일한 설비에서, 표 6 및 도 10에 나타내어지는 바와 같이 열처리 공정을 행했다. 도 10은, 비교예 2의 열처리 공정의 프로파일을 나타내는 도이다.
Figure 112021096179122-pct00006
먼저, 산소 농도가 2.4체적%인 상태를 유지하여, 노 내 온도를 20℃로부터 제 1 온도인 360℃까지 85분간 걸쳐 상승시켰다. 그 후, 산소 농도를 2.4체적%인 채로, 노 내 온도를 360℃에서 3시간 보지하는 제 2 열처리를 행했다. 계속해서, 산소 농도를 0체적%로 설정함과 함께, 20분 동안에 노 내 온도를 440℃로 상승시켜, 이 산소 농도 및 온도의 상태를 1시간 보지함으로써 변형 제거 열처리를 행하고, 그 후, 산소 농도가 0체적%인 채로 3시간 걸쳐 노 내 온도를 20℃까지 냉각했다.
(시험례 1) 깊이 프로파일의 측정
실시예 및 비교예에 있어서 제작한 압분 자심의 자성 분말에 관하여, 오제 전자 분광 장치(일본전자주식회사제 「JAMP-7830F」)를 이용하여, 측정면을 아르곤에 의해 스퍼터링하면서 표면 분석을 행함으로써, 깊이 프로파일을 측정했다. 측정 영역은, 직경 1㎛의 원형이었다. 측정 결과를 도 11 내지 도 25에 나타낸다.
도 11은, 비교예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 12는, 도 11의 깊이 프로파일에 관하여, 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다. 구체적으로는, 표시 범위를 표면으로부터 50㎚의 깊이의 범위로 하고 있다. 도 13은, 비교예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 표시 범위는 도 12와 동일한 범위로 하고 있다.
도 14는, 실시예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 15는, 도 14의 깊이 프로파일에 관하여, 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다. 구체적으로는, 표시 범위를 표면으로부터 30㎚의 깊이의 범위로 하고 있다. 도 16은, 실시예 1에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 표시 범위는 표면으로부터 50㎚의 깊이의 범위이다.
도 17은, 실시예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 18은, 도 17의 깊이 프로파일에 관하여, 횡축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다. 구체적으로는, 표시 범위를 표면으로부터 30㎚의 깊이의 범위로 하고 있다. 도 19는, 실시예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 표시 범위는 표면으로부터 50㎚의 깊이의 범위이다.
도 20은, 실시예 3에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 21은, 도 20의 깊이 프로파일에 관하여, 종축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다. 구체적으로는, 표시 범위를 표면으로부터 40㎚의 깊이의 범위로 하고 있다. 도 22는, 실시예 3에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 표시 범위는 표면으로부터 50㎚의 깊이의 범위이다.
도 23은, 비교예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Fe, C 및 O(산소)의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 24는, 도 23의 깊이 프로파일에 관하여, 종축의 범위를 변화시켜 확대 표시시킨 그래프이다. 구체적으로는, 표시 범위를 표면으로부터 60㎚의 깊이의 범위로 하고 있다. 도 25는, 비교예 2에 의해 제작된 압분 자심의 자성 분말에 있어서의, Si 및 Cr의 농도의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다. 표시 범위는 표면으로부터 50㎚의 깊이의 범위이다.
이러한 결과에 기초하여, O/Fe비, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일을 구했다. 그 결과를 도 26 내지 도 30에 나타낸다. 또한, 벌크 C비의 깊이 프로파일을 구했다. 그 결과를, C/O비, 벌크 Cr비 및 벌크 Si비의 깊이 프로파일과 함께 도 31 내지 도 35에 나타낸다.
도 26 내지 도 30에 나타내어지는 깊이 프로파일에 기초하여, 산소 함유 영역의 두께(단위:㎚) 및 탄소 함유 영역의 두께(단위:㎚)를 측정했다. 그 결과를 표 7에 나타낸다. 또한, 산소 함유 영역의 두께는, O 농도(단위:원자%)의 Fe 농도(단위:원자%)에 대한 비(O/Fe비)가 0.1 이상인 영역의 두께이고, 탄소 함유 영역의 두께는, C 농도(단위:원자%)의 O 농도에 대한 비(C/O비)가 1 이상인 영역의 두께로 정의하여 측정했다.
Figure 112021096179122-pct00007
표 7에 나타내어지는 바와 같이, 열처리 공정에 있어서 제 1 열처리 및 제 2 열처리를 구비하는 실시예에 따른 자성 분말의 깊이 프로파일에서는, 산소 함유 영역을 정의할 수 있고, 그 두께는 35㎚ 이하였다. 구체적으로는, 산소 함유 영역의 두께는 실시예 1 내지 실시예 3으로부터 31㎚ 이하, 23㎚ 이하, 12㎚ 이하로 정의할 수도 있다. 한편, 실시예에 따른 깊이 프로파일에서는 탄소 함유 영역을 정의할 수 있고, 그 두께는 5㎚ 이하였다. 구체적으로는, 실시예 1 내지 실시예 3으로부터, 2㎚ 이하이고, 1㎚ 이하인 경우도 있었다. 이에 비하여, 제 2 열처리가 행해지지 않고, 제 1 온도에서의 보지가 비산화성 분위기에서 행해진 비교예 1에서는, 산소 함유 영역의 두께가 17㎚였던 것에 비하여, 탄소 함유 영역의 두께가 35㎚ 이하로서, 산소 함유 영역보다 탄소 함유 영역쪽이 두꺼웠다. 제 1 열처리가 행해지지 않고, 산화성 분위기에서 승온이 행해진 비교예 2에서는, 산소 함유 영역의 두께가 40㎚가 되어, 35㎚를 넘었다.
도 26 내지 도 30에 나타내어지는 깊이 프로파일에 기초하여, 벌크 Cr비가 1을 넘는 부분인 Cr 농화부를 산소 함유 영역이 어느 정도 가지는지에 관하여, 다음의 평가 기준으로 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
A : 산소 함유 영역의 거의 전역이 Cr 농화부였다.
B : 산소 함유 영역의 극표면부 이외에도 Cr 농화부를 정의할 수 없는 부분이 있었다.
또한, 산소 함유 영역의 극표면부에서는, C 농도가 특히 높아지는 경향이 있기 때문에, 이 부분에서는, Cr 농도는 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Cr 함유량보다 낮게 측정되는 경우가 있다.
도 26 내지 도 30에 나타내어지는 깊이 프로파일에 기초하여, 벌크 Si비가 1을 넘는 부분인 Si 농화부를 산소 함유 영역이 어느 정도 가지는지에 관하여, 다음의 평가 기준으로 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타냈다.
A : 산소 함유 영역의 거의 전역을 Si 농화부로 정의할 수 있었다.
B : 산소 함유 영역의 일부를 Si 농화부로 정의할 수 있었다.
C : 산소 함유 영역의 거의 전역에 관하여 Si 농화부를 정의할 수 없었다.
도 31 내지 도 35에 나타내어지는 깊이 프로파일에 기초하여, 벌크 C비가 1을 넘는 탄소 농화 영역을 정의할 수 있는지, 할 수 있는 경우에는 어느 정도의 두께인지에 관하여 측정했다. 탄소 농화 영역은, 압분 자심의 자성 분말의 깊이 프로파일에 있어서, 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 C 함유량(단위:원자%)에 대한 C 농도의 비(벌크 C비)가 1을 넘는 탄소 농화 영역을 자성 분말의 표면으로부터 정의하여 측정했다. 또한, 벌크 C비가 1을 넘는 영역은, 표면으로부터 연속한 영역 이외에도 존재할 수 있지만, 본 측정에서는, 그와 같은 영역에 관해서는 탄소 농화 영역으로 평가하지 않았다.
탄소 농화 영역의 측정 결과를 표 7에 나타냈다. 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 2 모두 탄소 농화 영역을 정의할 수 있었지만, 비교예 1에서는 탄소 농화 영역의 두께가 커서, 50㎚를 넘었다. 다른 경우에는 모두 탄소 농화 영역의 두께는 2㎚ 이하 또는 1㎚ 이하였다.
(시험례 2) 초투자율의 측정
실시예에 있어서 제작한 압분 자심에 피복 구리선을 34회 감아서 얻어진 트로이덜 코일에 관하여, 임피던스 애널라이저(HP사제 「42841A」)를 이용하여, 100kHz의 조건에서, 초투자율(μ')을 측정했다. 결과를 표 7에 나타냈다. 표 7에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1의 초투자율(μ')은 비교예 1 및 비교예 2의 초투자율(μ')보다 높아져 있는 것을 알 수 있다. 한편, 실시예 2 및 실시예 3의 초투자율(μ')은 비교예 1과 비교하여 약간 낮지만 동등 레벨이었다. 또한, 실시예 2 및 실시예 3의 초투자율(μ')은, 비교예 2의 초투자율(μ')보다 높아졌다.
(시험례 3) 철손의 측정
실시예에 있어서 제작한 압분 자심에 피복 구리선을 각각 1차측 40회, 2차측 10회 감아서 얻어진 트로이덜 코일에 관하여, BH 애널라이저(이와사키통신기사제 「SY-8218」)를 이용하여, 실효 최대 자속 밀도(Bm)를 100mT로 하는 조건에서, 측정 주파수 100kHz로 철손(단위:kW/㎥)을 측정했다. 그 결과를 표 7에 나타냈다. 표 7에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 트로이덜 코일의 철손(Pcv)은, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 트로이덜 코일의 철손(Pcv)보다 낮아졌다.
이상과 같이 초투자율(μ') 및 철손(Pcv)의 측정 결과로부터, 비교예 1의 철손(Pcv)은 실시예 1 내지 실시예 3의 철손(Pcv)의 2배 이상의 값이 되어 있어, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 트로이덜 코일은, 초투자율(μ')이 비교예 1과 동등 레벨이어도, 철손(Pcv)의 값이 특히 작은 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 2에 따른 트로이덜 코일은, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 트로이덜 코일과 비교하여, 초투자율(μ') 및 철손(Pcv)이 모두 뒤떨어져 있는 것을 알 수 있다. 이 점으로부터, 본 발명의 실시예에 따른 트로이덜 코일은, 비교예에 따른 트로이덜 코일과 비교하여, 초투자율(μ') 및 철손(Pcv)을 고차원으로 양립한 것을 이해할 수 있다.
(시험례 4) 내열 시험
실시예 1에 따른 압분 자심 및 비교예 1에 따른 압분 자심을, 250℃의 고온 환경(대기 중)에 방치하는 내열 시험을 행했다. 고온 환경에 둔 다음의 경과 시간을 복수 설정하여, 각각의 시험 후의 압분 자심에 관하여, 산소 농도의 깊이 프로파일을 측정했다. 깊이 프로파일에 있어서, 산소의 피크 농도의 50%가 되는 농도의 깊이를, 산화 피막의 두께로 했다. 산화 피막의 두께와 경과 시간의 관계를 도 36에 나타낸다. 도 36에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1에 따른 압분 자심에서는, 산화 피막의 두께는 경과 시간이 늘어나도 특별히 증가하지 않지만, 비교예 1에 따른 압분 자심에서는, 산화 피막의 두께에 관하여, 경과 시간의 증가와 함께 증가하는 경향이 확인되었다. 산화 피막의 두께가 거의 변화하지 않는 실시예 1에 따른 압분 자심에서는, 고온 환경에 놓여도 자기 특성이 변화하기 어렵다고 기대된다.
실시예 1 및 실시예 3에 따른 압분 자심 및 비교예 1에 따른 압분 자심을, 250℃의 고온 환경(대기 중)에 방치하는 내열 시험을 행했다. 고온 환경에 둔 다음의 경과 시간을 복수 설정하여, 각각의 시험 후의 압분 자심에 관하여, 시험례 3의 방법에 의해 철손(Pcv)을 측정했다. 그 결과(철손(Pcv)의 증가율과 경과 시간의 관계)를 도 37에 나타낸다. 도 37에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 3에 따른 압분 자심에서는, 철손(Pcv)의 증대는 적었지만, 비교예 1에 따른 압분 자심에서는, 경시적(經時的)으로 철손(Pcv)이 증가하는 경향이 확인되었다.
(실시예 11∼실시예 16)
표 8에 나타내어지는 Fe기 합금 조성물을 용제하여, 가스 애토마이즈법에 의해 분체로 이루어지는 연자성 재료(자성 분말)를 얻었다.
Figure 112021096179122-pct00008
상기의 자성 분말의 각각에 관하여, 실시예 1과 마찬가지로, 아크릴 수지 및/또는 무기 성분으로서의 인산염 유리 및 스테아린산 아연 및 실리카를 혼합하여 슬러리를 얻었다. 아크릴 수지, 스테아린산 아연 및 실리카에 관해서는, 실시예 1과 동일한 배합량이었다. 표 9에 나타내어지는 바와 같이, 인산염 유리는, 배합하는 경우에는 실시예 1과 동일한 0.4질량%이며, 몇 개의 실시예(실시예 11 등)에서는 배합하지 않았다. 아크릴 수지는 3종류 중 어느 것을 이용하며, 표 9에서는, 실시예 1의 경우와 동일한 아크릴 수지를 이용한 경우를 「아크릴 수지 1」이라고 나타내고, 다른 아크릴 수지를 이용한 경우에는, 「아크릴 수지 2」 또는 「아크릴 수지 3」이라고 나타냈다. 또한, 어느 아크릴 수지도, 열분해 온도는 360℃ 정도였다. 얻어진 슬러리로부터 혼합 분말체를 얻는 과정은, 실시예 1과 동일했다. 얻어진 혼합 분말로부터 성형 제조물을 얻는 성형 공정도, 실시예 1과 동일했다.
Figure 112021096179122-pct00009
얻어진 성형 제조물에 관하여, 실시예 1과 마찬가지로, 제 2 열처리를 포함하는 열처리 공정을 행하여, 압분 자심을 얻었다.
상기의 제조 방법으로 얻어진 성형 제조물을 별도로 준비하고, 실시예 1의 제 2 열처리 대신에, 노 내 온도는 440℃이지만 질소 분위기인 채로 하는 제 3 열처리를 포함하는 열처리 공정을 행하여, 압분 자심을 얻었다.
이러한 압분 자심에 관하여, 초투자율 및 철손(Pcv)을 측정했다. 그 결과를 표 9에 나타냈다. 표 9에 나타내어지는 바와 같이, 노 내 온도를 440℃로 하여 3시간 보지할 때의 분위기를 산화성으로 하는 제 2 열처리를 행한 경우에는, 분위기를 비산화성으로 하는 제 3 열처리를 행한 경우에 비해, 어느 실시예에 있어서도, 초투자율(μ')이 높고, 철손(Pcv)은 낮아지는 결과가 얻어졌다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제작된 압분 자심을 이용한 전기·전자 부품은, 파워 인덕터, 하이브리드 자동차 등의 승압 회로, 발전, 변전 설비에 이용되는 리액터, 트랜스나 초크 코일, 모터용의 자심 등으로서 적합하게 사용될 수 있다.
1 : 트로이덜 코어(압분 자심의 일종)
10 : 트로이덜 코일
2 : 피복 도전선
2a : 코일
2b, 2c : 피복 도전선(2)의 단부
2d, 2e : 코일(2a)의 단부
20 : EE 코어
30 : 인덕턴스 소자
20CL, 21CL, 22CL : 중각부
20OL, 21OL, 22OL : 외각부
21, 22 : E 코어
21B, 22B : 바닥부
30 : 인덕턴스 소자
40 : 코일
MP : 자성 분말
AP : 합금 부분
OC : 산화 피막
BP : 바인더

Claims (9)

  1. Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 자성 분말 및 유기 결착 물질을 함유하는 압분 자심으로서,
    상기 압분 자심 중의 상기 자성 분말의 표면측으로부터 조성의 깊이 프로파일을 구했을 때에,
    O 농도(단위:원자%)의 Fe 농도(단위:원자%)에 대한 비가 0.1 이상인 산소 함유 영역을 상기 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 상기 산소 함유 영역은, 상기 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 35㎚ 이하이고,
    C 농도(단위:원자%)의 상기 O 농도에 대한 비가 1 이상인 탄소 함유 영역을 상기 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 상기 탄소 함유 영역은, 상기 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 1nm 이상 5㎚ 이하이고,
    상기 산소 함유 영역은, 상기 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Cr 함유량(단위:원자%)에 대한 Cr 농도(단위:원자%)의 비가 1을 넘는 부분을 가지며,
    상기 조성의 깊이 프로파일은, 오제 전자 분광 장치를 이용하여, 직경 1㎛의 원형의 측정 영역을 스퍼터링 하면서 표면 분석을 행함으로써 측정한 것을 특징으로 하는 압분 자심.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 함유 영역은, 상기 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 Si 함유량(단위:원자%)에 대한 Si 농도(단위:원자%)의 비가 1을 넘는 부분을 가지는, 압분 자심.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 깊이 프로파일에 있어서,
    상기 자성 분말의 합금 조성에 있어서의 C 함유량(단위:원자%)에 대한 상기 C 농도의 비가 1을 넘는 탄소 농화 영역을 상기 자성 분말의 표면으로부터 정의 가능하며, 상기 탄소 농화 영역은, 상기 자성 분말의 표면으로부터의 깊이가 2㎚ 이하인, 압분 자심.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Fe기 Cr 함유 비정질 합금은, P 및 C를 함유하는, 압분 자심.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재되는 압분 자심의 제조 방법으로서,
    Fe의 함유량이 50원자% 이상이며 첨가원소의 적어도 1종으로서 Cr을 함유하는 Fe기 Cr 함유 비정질 합금의 자성 분말과 유기 결착재를 포함하는 혼합 분말체를 얻는 혼합 공정,
    상기 혼합 분말체를 가압 성형하여 성형 제조물을 얻는 성형 공정, 및
    상기 성형 제조물의 변형 제거 처리 온도인 변형 제거 온도로 분위기의 온도를 설정하여 상기 성형 제조물의 변형을 없애는 변형 제거 열처리를 가지는 열처리 공정을 구비하고,
    상기 열처리 공정은, 제 1 열처리와, 당해 제 1 열처리에 이어서 행해지는 제 2 열처리를 가지며,
    상기 제 1 열처리에서는, 상기 유기 결착재의 열분해 온도 이상 상기 변형 제거 온도 이하의 범위에서 설정되는 제 1 온도에 도달할 때까지, 상기 분위기를 비산화성으로 하고,
    상기 제 2 열처리에서는, 상기 제 1 온도를 보지하면서 상기 분위기를 산화성으로 하며,
    상기 변형 제거 온도는 300℃ 이상 500℃ 이하이고,
    상기 제 2 열처리의 산화성 분위기는, 분위기 내 산소 농도가 0.1체적% 이상 20체적% 이하인 것을 특징으로 하는 압분 자심의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 열처리에서는, 상기 제 1 온도로의 승온 과정에 있어서, 상기 분위기를 비산화성으로 하는, 압분 자심의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 변형 제거 온도로부터의 냉각 과정에 있어서, 상기 분위기를 비산화성으로 하는, 압분 자심의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는, 상기 변형 제거 온도인, 압분 자심의 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 상기 변형 제거 온도와 상이한 온도로서, 상기 제 2 열처리에 이어서, 상기 분위기의 온도를 상기 변형 제거 온도로 변경하고, 상기 변형 제거 온도에 있는 상기 분위기를 비산화성으로 하여 상기 변형 제거 열처리를 행하는, 압분 자심의 제조 방법.
KR1020217026556A 2019-02-22 2020-02-20 압분 자심 및 그 제조 방법 KR102636542B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-030756 2019-02-22
JP2019030756 2019-02-22
PCT/JP2020/006874 WO2020171178A1 (ja) 2019-02-22 2020-02-20 圧粉磁心およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210116611A KR20210116611A (ko) 2021-09-27
KR102636542B1 true KR102636542B1 (ko) 2024-02-15

Family

ID=72144548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217026556A KR102636542B1 (ko) 2019-02-22 2020-02-20 압분 자심 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210350962A1 (ko)
EP (1) EP3928892A4 (ko)
JP (1) JP7074927B2 (ko)
KR (1) KR102636542B1 (ko)
CN (1) CN113474106B (ko)
WO (1) WO2020171178A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022026524A (ja) * 2020-07-31 2022-02-10 太陽誘電株式会社 金属磁性粉末及びその製造方法、並びにコイル部品及び回路基板

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016035478A1 (ja) 2014-09-03 2016-03-10 アルプス・グリーンデバイス株式会社 圧粉コア、電気・電子部品および電気・電子機器
WO2016056351A1 (ja) 2014-10-10 2016-04-14 株式会社村田製作所 軟磁性材料粉末及びその製造方法、並びに、磁心及びその製造方法
WO2017086148A1 (ja) 2015-11-19 2017-05-26 アルプス電気株式会社 圧粉磁心およびその製造方法
JP2018198319A (ja) * 2018-06-22 2018-12-13 日立金属株式会社 圧粉磁心の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693941A (ja) 1992-09-10 1994-04-05 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料供給装置
JPH06342714A (ja) * 1993-05-31 1994-12-13 Tokin Corp 圧粉磁芯およびその製造方法
JPH0974011A (ja) * 1995-09-07 1997-03-18 Tdk Corp 圧粉コアおよびその製造方法
JPH10312927A (ja) * 1997-05-09 1998-11-24 Furukawa Co Ltd 圧粉磁芯の製造方法
JP2000030925A (ja) 1998-07-14 2000-01-28 Daido Steel Co Ltd 圧粉磁芯およびその製造方法
JP4134111B2 (ja) * 2005-07-01 2008-08-13 三菱製鋼株式会社 絶縁軟磁性金属粉末成形体の製造方法
JP2009235517A (ja) * 2008-03-27 2009-10-15 Jfe Steel Corp 圧粉磁心用金属粉末および圧粉磁心の製造方法
JP5174758B2 (ja) * 2009-08-07 2013-04-03 株式会社タムラ製作所 圧粉磁心及びその製造方法
JP5107993B2 (ja) * 2009-08-07 2012-12-26 株式会社タムラ製作所 圧粉磁心及びその製造方法
JP5208881B2 (ja) * 2009-08-07 2013-06-12 株式会社タムラ製作所 圧粉磁心及びその製造方法
JP5580725B2 (ja) * 2010-12-20 2014-08-27 株式会社神戸製鋼所 圧粉磁心の製造方法、および該製造方法によって得られた圧粉磁心
TWI441929B (zh) * 2011-01-17 2014-06-21 Alps Green Devices Co Ltd Fe-based amorphous alloy powder, and a powder core portion using the Fe-based amorphous alloy, and a powder core
JP5765685B2 (ja) * 2011-10-20 2015-08-19 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気素子の製造方法
CN105408967B (zh) * 2013-07-17 2018-08-28 日立金属株式会社 压粉磁芯、使用该压粉磁芯的线圈部件和压粉磁芯的制造方法
JP6358491B2 (ja) * 2013-12-26 2018-07-18 日立金属株式会社 圧粉磁心、それを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法
WO2016035477A1 (ja) 2014-09-03 2016-03-10 アルプス・グリーンデバイス株式会社 圧粉コア、電気・電子部品および電気・電子機器
JP6443269B2 (ja) * 2015-09-01 2018-12-26 株式会社村田製作所 磁心及びその製造方法
JP2017208462A (ja) * 2016-05-19 2017-11-24 アルプス電気株式会社 圧粉コア、当該圧粉コアの製造方法、該圧粉コアを備えるインダクタ、および該インダクタが実装された電子・電気機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016035478A1 (ja) 2014-09-03 2016-03-10 アルプス・グリーンデバイス株式会社 圧粉コア、電気・電子部品および電気・電子機器
WO2016056351A1 (ja) 2014-10-10 2016-04-14 株式会社村田製作所 軟磁性材料粉末及びその製造方法、並びに、磁心及びその製造方法
WO2017086148A1 (ja) 2015-11-19 2017-05-26 アルプス電気株式会社 圧粉磁心およびその製造方法
JP2018198319A (ja) * 2018-06-22 2018-12-13 日立金属株式会社 圧粉磁心の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3928892A1 (en) 2021-12-29
KR20210116611A (ko) 2021-09-27
JP7074927B2 (ja) 2022-05-24
EP3928892A4 (en) 2023-03-08
CN113474106B (zh) 2023-04-18
JPWO2020171178A1 (ja) 2021-11-18
WO2020171178A1 (ja) 2020-08-27
US20210350962A1 (en) 2021-11-11
CN113474106A (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080231409A1 (en) Dust Core and Method for Producing Same
US20230081183A1 (en) Dust core, method for manufacturing dust core, inductor including dust core, and electronic/electric device including inductor
US10176912B2 (en) Magnetic core, coil component and magnetic core manufacturing method
JPWO2014112483A1 (ja) 圧粉磁心の製造方法、圧粉磁心およびコイル部品
JP2016012715A (ja) 圧粉コア、該圧粉コアの製造方法、該圧粉コアを備える電子・電気部品、および該電子・電気部品が実装された電子・電気機器
TW201738908A (zh) 壓粉芯、該壓粉芯之製造方法、具該壓粉芯之電感器、及安裝有該電感器之電子・電氣機器
JP2017208462A (ja) 圧粉コア、当該圧粉コアの製造方法、該圧粉コアを備えるインダクタ、および該インダクタが実装された電子・電気機器
KR102636542B1 (ko) 압분 자심 및 그 제조 방법
JP6420495B2 (ja) 圧粉磁心およびその製造方法
JP6168382B2 (ja) 圧粉磁心の製造方法
TWI591658B (zh) Dust core, electrical and electronic components and electrical and electronic machinery
JP6035490B2 (ja) 圧粉コア、電気・電子部品および電気・電子機器
JP2008195970A (ja) 複合磁性材料、圧粉磁心および磁性素子
JP2021093405A (ja) 圧粉磁心の製造方法
US11948712B2 (en) Magnetic powder, magnetic powder molded body, and method for manufacturing magnetic powder
WO2022186222A1 (ja) 磁性材料、圧粉磁心、インダクタおよび圧粉磁心の製造方法
US20210233690A1 (en) Compression molded core, method for manufacturing the compression molded core, inductor including the compression molded core, and electric/electronic equipment mounted with the inductor
JP6944313B2 (ja) 磁性粉末、圧粉コア、インダクタ、および電子・電気機器
WO2017221475A1 (ja) 磁性粉末、粉末混合体、圧粉コア、圧粉コアの製造方法、インダクタ、および電子・電気機器
JP2021086941A (ja) Ｆｅ基軟磁性合金、薄帯、粉末、磁心、及びコイル部品
JP2005086163A (ja) 圧粉磁心

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right