KR19990023849A

KR19990023849A - 벌크 자심 및 적층 자심

Info

Publication number: KR19990023849A
Application number: KR1019980034419A
Authority: KR
Inventors: 히사또 고시바; 아끼히로 마끼노; 아끼히사 이노우에
Original assignee: 아끼히사 이노우에; 가타오카 마사타카; 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 1999-03-25
Also published as: DE69810551D1; DE69810551T2; KR100311922B1; TW455631B; EP0899753A1; EP0899753B1

Abstract

△T_x＝T_x－T_g(단, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이 20 ℃ 이상으로, Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종 이상을 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하는 연자성 금속유리합금의 분말을 소결하여 이루어지는 자심본체, 또는 상기 연자성 금속유리합금의 용탕을 소정의 형에 흘려넣어 냉각고화하여 이루어지는 자심본체를 구비하는 벌크자심 및 연자성 금속유리합금의 박대를, 토로이달 (toroidal) 형상으로 감겨 이루어지는 자심본체, 또는 상기 박대가 적층되어 이루어지는 자심본체를 구비하는 적층자심

Description

벌크 자심 및 적층 자심

본 발명은, 트랜스포머, 쵸크코일, 자기센서 등에 사용되는 연자성 금속유리합금을 구비한 벌크자심 및 적층자심에 관한 것이다.

종래, 트랜스포머나 쵸크코일, 자기센서 등의 자심재료로서, 50 % Ni-Fe 퍼멀로이 자심이나, 80 % Ni-Fe 퍼멀로이 자심, 규소강이 이용되어 왔다.

그러나, 이들의 자성재료로 이루어지는 자심은, 특히 고주파대역에서의 코어로스가 크고, 수 10 ㎑ 이상의 주파수대역에서는 자심의 온도상승이 심하여, 사용이 곤란하다는 과제가 있었다.

따라서 최근에서는, 코어로스가 작고 각형비가 높은 Co 기 비정질합금의 박대, 또는 포화자속밀도와 최대투자율이 높은 Fe 기 비정질합금의 박대 (薄帶) 를, 토로이달형상으로 감아 이루어지는 자심본체나, 소정의 형상으로 블랭킹 (blanking) 한 것을 적층하여 이루어지는 자심본체를 구비한 적층자심이 이용되고 있다.

그러나, 상기의 박대를 감고, 또는 적층할 때에는, 박대 표면의 요철 때문에, 서로 인접하는 박대의 사이에 3 ㎛ 정도의 간극이 생긴다.

자심본체의 체적에 대한 박대가 차지하는 체적을 점적률이라 칭하고, 이 때의 점적률을 계산하면,

20 (㎛)/(20 ＋3 (㎛))×100 ＝ 87%

가 되어, 자심본체에 차지하는 간극의 체적이 커, 자심을 소형화할 수 없다는 과제가 있었다.

이와 같이 비정질합금의 박대를 적층하여 이루어지는 자심에서는, 박대간의 간극으로의 누설자속이 크기 때문에, 코어로스가 커진다는 과제가 있었다.

또, 상기의 박대를 분쇄하여 얻은 원료분말을 소결하여 벌크형상으로 고화형성하는 방법이 개발되어 있지만, 소결시에 원료분말이 결정화되지 않도록 비교적 저온에서 소결하지 않으면 안되기 때문에, 고밀도의 자심이 얻어지지 않고, 코어로스가 커져 버린다는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 코어로스가 작은 벌크자심을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 코어로스가 작고, 소형화가 가능한 적층자심을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 벌크자심을 나타낸 분해도이다.

도 2 는 본 발명의 벌크자심을 제조하기 위해 이용하는 방전플라즈마 소결장치의 일례의 요부구조를 나타낸 단면도이다.

도 3 은 방전 플라즈마 소결장치에서 원료분말에 인가하는 벌크 전류파형의 일례를 나타낸 도면이다.

도 4 는 본 발명의 적층자심을 나타낸 분해도이다.

도 5 는 본 발명의 적층자심을 나타낸 분해도이다.

도 6 은 Fe₆₀Co₃Ni₇Zr₁₀B₂₀, Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₁₀B₂₀, Fe₄₉Co₁₄Ni₇Zr₁₀B₂₀, Fe₄₆Co₁₇Ni₇Zr₁₀B₂₀인 각 조성의 금속유리합금 박대 (薄帶) 시료의 DSC 곡선을 나타내는 도면이다.

도 7 은 (Fe_1－a－bCo_aNi_b)₇₀Zr₁₀B₂₀인 조성계에서의 △T_x(＝T_x－T_g) 의 값에 대한 Fe 와 Co 와 Ni 의 각각의 함유량 의존성을 나타낸 삼각조성도이다.

도 8 은 Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₄Nb₆B₂₀ 인 조성의 급냉박대의 여러 가지의 판두께에서의 X 선회절 패턴을 나타낸 도면이다.

도 9 는 Fe₅₆Co₇Ni₇Zr_10－xNb_xB₂₀(x＝0, 2, 4, 6, 8, 10 원자 %) 인 조성의 시료의 포화자속밀도 (Bs), 보자력 (Hc), 1㎑ 에서의 투자율 (μe), 자왜 (磁歪:λs) 의 Nb 함유량 의존성을 나타낸 도면이다.

도 10 은 Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₈Nb₂B₂₀인 조성의 자심본체로 제작한 벌크자심의 코어로스를 나타낸 도면이다.

도 11 은 본 발명에 따른 금속유리합금의 판두께와 점적률 (占積率) 과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 12 는 Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₈Nb₂B₂₀인 조성의 박대로 제작한 적층자심의 코어로스와 Bm 과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 13 은 Fe₆₂Co₇Ni₇Zr₈Nb₂B₁₄인 조성의 박대로 제작한 적층자심의 코어로스와 Bm 과의 관계를 나타냔 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 벌크자심 2, 22 : 수납케이스

3, 4, 13, 24, 33 : 자심본체 4, 25 : 접착부재

11 : 다이 12 : 상 펀치

13 : 하 펀치 14, 15 : 펀치전극

16 : 원료분말 17 : 열전대

21, 31 : 적층자심 23 : 박대

상기의 목적을 달성하기 위해, 제 1 발명은 이하의 구성을 채용하였다.

본 발명의 벌크자심은, Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하며, △T_x＝T_x－T_g(식중, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상인 연자성 금속유리합금의 분말이 소결되어 이루어지는 자심본체를 구비한다.

또, 제 1 발명의 벌크자심은, 앞서 기재한 벌크자심으로, 상기 연자성 금속유리합금의 분말이, 방전 플라즈마 소결법에 의해, 승온속도 10 ℃/분 이상으로 승온하여 소결되어 이루어지는 자심본체를 구비한다.

또한, 제 1 발명에서, 상기 조성에 대하여 Zr 또는 Hf를 반드시 함유하며, △T_x가 25 ℃ 이상인 것이어도 된다.

그리고 또, 제 1 발명의 벌크자심은, 앞에 기재한 연자성 금속유리합금의 용탕이 냉각고화되어 이루어지는 자심본체를 구비한다.

제 1 발명의 벌크자심은, 앞의 기재의 벌크자심으로, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고, 하기의 조성으로 나타난다.

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소이다.

또, 제 1 발명의 벌크자심은, 앞에 기재한 벌크자심으로, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상으로, 하기의 조성으로 나타난다.

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소이다.

또, 제 1 발명은, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상으로, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 것이 보다 바람직하다.

다음에, 제 1 발명의 벌크자심은, 상기 원소 M 이 (M'_1－CM_C) 로 나타나고, M' 는 Zr 또는 Hf 중의 1 종 또는 2 종으로, M 는 Nb, Ta, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소로, 0 ≤c≤0.6 인 것이어도 된다.

또한, 상기 연자성 금속유리합금의 상기 조성에 있어서, c 가 0.2≤c≤0.4 의 범위인 것을 특징으로 하는 것이어도 되며, 상기 c 가 0≤c≤0.2 의 범위인 것이어도 된다.

제 1 발명의 벌크자심은, 상기 연자성 금속유리합금에 427 ∼627 ℃에서 열처리가 실시되어 이루어지는 것이어도 된다.

또한, 상기 연자성 금속유리합금의 상기 조성에서 원소 B 의 50% 이하를 C 로 치환하여도 된다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 제 2 발명은 이하의 구성을 채용하였다.

제 2 발명의 적층자심은, Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종이상의 원소를 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하여, △T_x＝T_x－T_g(식중, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상인 연자성 금속유리합금의 박대로 이루어지는 자심본체를 구비한다.

또, 본 발명에서, 상기 조성에 대하여 Zr을 반드시 함유하고, △T_x가 25 ℃ 이상인 것으로 하는 것이어도 된다.

본 발명의 적층자심은, 앞에 기재의 연자성 금속유리합금의 박대가, 토로이달형상으로 적층되어 이루어지는 자심본체를 구비한다.

제 2 발명의 적층자심은, 앞에 기재의 적층자심으로, 상기 연자성 금속유리합금은, △T_x가 50 ℃ 이상으로, 하기의 조성으로 나타난다.

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소이다.

또, 제 2 발명의 적층자심은, 앞에 기재한 적층자심으로, 상기 연자성 금속유리합금은, △T_x가 50 ℃ 이상으로, 하기의 조성으로 나타난다.

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

또, 제 2 발명은, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상으로, Co 의 조성비를 나타내는 a를 0.042≤a≤0.29 로 하고, Nia 조성비를 나타내는 b를 0.042≤b≤0.43 으로 하는 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 제 2 발명의 적층자심은, 상기 원소 M 이 (M'_1－CM_C) 로 나타나고, M' 는 Zr 과 Hf 중의 1 종 또는 2 종으로, M 는 Nb, Ta, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소로, 0 ≤c≤0.6 인 것이어도 된다.

또한, 상기 연자성 금속유리합금의 상기 조성에 있어서, c 가 0.2≤c≤0.4 의 범위인 것을 특징으로 하는 것이어도 되며, 상기 c 가 0≤c≤0.2 의 범위로 되어도 된다.

제 2 발명의 적층자심은, 상기 연자성 금속유리합금에 427 ∼627 ℃에서 열처리가 실시되어 이루어지는 것이어도 된다.

이하, 본 발명의 벌크자심에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 벌크자심은, 예를 들면 둥근고리형상으로 실현된다. 이와 같은 둥근고리형상의 벌크자심은, 후술하는 연자성 금속유리합금의 분말을 소결하여 성형함으로써 자심본체를 형성하거나, 또는, 연자성 금속유리합금의 용탕을 소정의 형 (型) 에 흘려넣어, 냉각고화하여 자심본체를 형성하고, 이들 자심본체를 예를 들면 에폭시계의 수지로 수지피복하거나 수지케이스에 봉입하여 절연보호함으로써, 벌크자심이 얻어진다.

또, EI 코어형의 벌크자심을 실현하기 위해서는, 연자성 금속유리합금의 분말을 소결하여 성형함으로써 E 형 코어와 I 형 코어를 작성하고, 이들을 접합함으로써 자심본체를 형성한다.

이와 같은 자심본체를, 예를 들면 에폭시계의 수지로 필요부분을 수지피복하거나 수지케이스에 봉입하여 필요부분을 절연보호함으로써, EI 코어형의 벌크자심이 얻어진다.

도 1 은, 둥근고리형상의 벌크자심의 일례를 나타낸 것으로, 이 벌크자심 (1) 은, 수지제의 중공 둥근고리형상의 자심본체 수납케이스 (2) 의 내부에, 후술하는 연자성 금속유리합금의 분말을 소결, 또는 연자성 금속유리합금의 용탕을 소정의 형에 흘려넣어 냉각고화하여 얻어진 자심본체 (3) 가 수납되어 이루어진다.

자심본체 수납케이스 (2) 는, 예를 들면 폴리아세탈수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지 등의 수지를 바람직하게 이용하여 형성된다.

또, 자심본체 수납케이스 (2) 의 저면 (2a) 상의 2 개소에는, 자심본체 (3) 와 자심본체 수납케이스 (2)를 안정되게 고정하기 위한 접착부재 (4) 가 도포되어 있다. 접착부재를 도포하는 위치의 수는 2 ∼ 4 개소의 범위로 하는 것이 바람직하다.

접착부재 (4) 로서는, 에폭시수지, 실리콘고무 등이 이용된다.

다음으로, 본 발명에 따른 벌크자심 (1)을 플라즈마 소결법으로 제조하는 방법을 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 벌크자심 (1)을 제조하기 위해 이용하여 적합한 방전플라즈마 소결장치의 일례의 요부를 나타낸 것으로, 이 예의 방전 플라즈마 소결장치는, 통형의 다이 (11) 와, 이 다이 (11) 의 내부에 삽입되는 상 펀치 (12) 및 하 펀치 (13) 와, 하 펀치 (13) 를 지지하여, 후술하는 펄스전류를 흘려보낼 때의 일방의 전극으로도 되는 펀치전극 (14) 과, 상 펀치 (12)를 하측으로 눌러, 펄스전류를 흘려보내는 타방의 전극이 되는 펀치 전극 (15) 과, 상하의 펀치 (12, 13) 에 끼워진 원료분말 (16) 의 온도를 측정하는 열전대 (17)를 주체로 구성되어 있다.

상기의 상 펀치 (12) 및 하 펀치 (13) 의 각각이 상호로 대향하는 면에는, 얻고자 하는 자심본체의 형상에 대응한 형이 형성되어 있다.

또한, 상기의 방전 플라즈마 소결장치의 요부는, 도시하지 않은 챔버 내에 수납되어 있다. 이 챔버는 도시하지 않은 진공배기장치 및 분위기가스의 공급장치에 접속되어 있고, 상하의 펀치 (12, 13) 의 사이에 충전되는 원료분말 (분립체;16)을 불활성가스분위기 등의 원하는 분위기하에 유지할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 구성의 방전 플라즈마 소결장치를 이용하여 벌크자심 (1)을 제조하는데는, 성형용의 원료분말을 준비한다. 이 원료분말 (16) 은, 후술하는 소정 조성의 연자성 금속유리합금을, 용제하고나서 주조법에 의해, 혹은 단롤 또는 쌍롤에 의한 급냉법에 의해, 또한 액중방사법이나 용액추출법에 의해, 또는 고압가스분무법에 의해, 벌크형상, 리본형상, 선형상체, 분말 등의 여러 가지의 형상으로 제조하는 공정과, 분말형상 이외의 것은 분쇄하여 분말화하는 공정에 의해 얻어진다.

본 발명에서 이용하는 연자성 금속유리합금은, 합금의 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상, 조성에 따라서는 40 ℃ 이상, 나아가서는 50 ℃ 이상이라는 현저한 온도간격을 갖고, 지금까지의 견지로부터 알려진 다른 합금으로부터는 전혀 예기할 수 없는 것이다. 게다가, 연자성에 대해서도 실온에서 우수한 특성을 갖고 있고, 이제까지의 견지로 볼 수 없는 신규한 것이다.

다음으로, 상기 조성의 원료분말 (16)을 준비했다면 이것을 도 2 에 나타낸 방전 플라즈마 소결장치의 상하의 펀치 (12, 13) 사이에 투입하여, 챔버의 내부를 진공으로 하면서, 펀치 (12, 13) 로 상하로부터 압력을 가하여 성형함과 동시에, 예를 들면 도 3 에 나타낸 바와 같은 펄스전류를 원료분말에 인가하여 가열하고, 원하는 형상의 자심본체 (3) 로 형성한다.

이 방전 플라즈마 소결처리에 있어서는, 통전전류에 의해 원료분말 (16)을 소정의 속도로 재빠르게 승온할 수 있고, 또, 통전전류의 값에 따라 원료분말 (16) 의 온도를 엄격하게 관리할 수 있으므로, 히터에 의한 가열 등 보다도 훨씬 정확하게 온도관리를 할 수 있으며, 이로써 미리 설계한 대로의 이상에 가까운 조건에서 소결을 할 수 있다.

본 발명에서, 소결온도는, 원료분말 (16)을 고화성형하기 위해 300 ℃ 이상으로 하는 것이 필요하지만, 원료분말 (16) 로서 이용되는 연자성 금속유리합금은, 큰 과냉각액체의 온도간격 △T_x(T_x－T_g)을 갖고 있으므로, 이 온도영역에서 가압소결함으로써, 고밀도의 자심본체 (3)를 바람직하게 얻을 수 있다.

단, 소결온도가 결정화온도에 가까우면, 결정핵의 생성개시 (구조적 단(短)범위 질서화) 나 결정 석출개시에 의한 자기이방성을 발생하므로 연자성 특성이 열화될 우려가 있다.

또, 방전 플라즈마 소결장치의 기구상, 모니터되는 소결온도는 다이 (11) 에 설치되어 있는 열전대 (17) 의 온도이기 때문에, 원료분말 (16) 에 걸리는 온도보다도 낮은 온도이다.

따라서, 본 발명에서의 소결온도는, 결정화 개시온도를 T_x, 소결온도를 T 로 한 경우, 바람직하게는 T ≤T_x의 범위로 된다.

본 발명에서, 소결을 실시할 때의 승온속도는, 낮은 승온속도에서는 결정상이 생성되기 때문에, 10 ℃/분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또 소결할 때의 압력에 대해서는, 가압력이 너무 낮으면 자심본체를 형성할 수 없기 때문에, 3t/㎠ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 얻어진 자심본체 (3) 에 열처리를 실시하여도 되며, 이로써 자기특성을 높일 수 있다. 이 때의 열처리온도는 큐리온도 이상이고, 또한 자기특성을 열화시키는 결정이 석출되는 온도이하로 되어, 구체적으로는 427 ∼ 627 ℃ 의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 477 ∼ 527 ℃ 로 된다.

이와 같이 하여 얻어진 자심본체 (3) 는, 원료분말 (16) 로서 이용된 연자성 금속유리합금과 동일한 조성을 갖기 때문에, 실온에서 우수한 연자성 특성을 갖고, 또 열처리에 의해, 보다 양호한 자성을 나타낸다.

이 때문에, 이 자심본체 (3) 로 이루어지는 벌크자심 (1) 은, 우수한 연자기특성을 가지므로, 트랜스포머의 자심, 쵸크코일의 자심, 또한, 자기센서의 자심 등에 넓게 적용할 수 있어, 종래의 재료에 비하여 우수한 특성의 자심을 얻을 수 있다.

또한, 상기 설명에서는, 연자성 금속유리합금으로 이루어지는 원료분말 (16)을 방전 플라즈마 소결에 의해 성형하는 방법을 이용하였지만, 이것에 한정되지 않고, 압출법 등의 방법에 의해 가압소결함으로써도 벌크형상의 자심본체 (3)를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 벌크자심 (1) 은, 상기 연자성 금속유리합금의 용탕을, 소정의 형에 흘려넣어, 냉각고화함으로써 얻어진 자심본체 (3)를 구비함으로써도 얻을 수 있다.

연자성 금속유리합금의 용탕은, Fe, Co, Ni, Zr 의 단체 순금속과, 순 보론 결정 등을 원료로 각각 소정량 칭량한 후, 감압 Ar 분위기하에서 이들의 원료를 예를 들면 고주파 유도가열장치, 아크로, 도가니로, 반사로 등에 의해 용해함으로써 얻어진다.

다음으로, 얻어진 합금용탕을, 소정의 형상의 형에 흘려넣고 서냉하여 고화함으로써, 원하는 형상의 자심본체 (3) 가 얻어진다.

이와 같이 하여 얻어진 자심본체 (3) 는, 합금분말을 소결하여 얻어진 자심본체와 동일하게, 높은 밀도와 우수한 연자기특성을 가지므로, 트랜스포머, 쵸크코일, 자기센서 등의 자심으로 이용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 적층자심에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 적층자심은, 예를 들면 둥근고리형상으로 실현된다. 이와 같은 둥근고리형상의 적층자심은, 후술하는 연자성 금속유리합금 박대를 액체급냉법으로 제조한 후, 연자성 합금박대를 토로이달 형상으로 감아 자심본체를 형성하거나, 또는, 연자성 합금박대를 프레스 블랭킹하여 링을 얻고, 이 링을 필요매수 적층하여 자심본체를 구성하여, 이들 자심본체를 예를 들면 에폭시계의 수지로 수지피복하거나 수지케이스에 봉입하여 절연보호함으로써, 적층자심이 얻어진다.

또, EI 코어형의 적층자심을 실현하기 위해서는, 상기 연자성 금속유리합금 박대를 E 형 또는 I 형에 되도록 프레스 블랭킹하여 E 형의 박편과 I 형의 박편을 복수매 작성한 후, E 형의 박편끼리 또는 I 형의 박편끼리를 적층하여 E 형코어와 I 형코어를 작성하고, 이들을 접합함으로써 자심본체를 형성한다.

이와 같은 자심본체를, 예를 들면 에폭시계의 수지로 필요부분을 수지피복하거나 수지케이스에 봉입하여 필요부분을 절연보호함으로써, EI 코어형의 적층자심이 얻어진다.

도 4 는, 둥근고리형상의 적층자심의 일례를 나타낸 것으로, 이 적층자심 (21) 은, 수지제의 중공 둥근고리형상의 자심본체 수납케이스 (22) 의 내부에, 후술하는 연자성 금속유리합금으로 이루어지는 박대 (23)를 토로이달형상으로 감아 이루어지는 자심본체 (24) 가 수납되어 있다.

자심본체 수납케이스 (22) 는, 예를 들면 폴리아세탈수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지 등의 수지를 바람직하게 이용하여 형성된다.

또, 자심본체 수납케이스 (22) 의 저면 (22a) 상의 2 개소에는, 자심본체 (24) 와 자심본체 수납케이스 (22)를 안정되게 고정하기 위한 접착부재 (25) 가 도포되어 있다. 접착부재를 도포하는 위치의 수는 2 ∼ 4 개소의 범위로 하는 것이 바람직하다.

접착부재 (25) 로서는, 에폭시수지, 실리콘고무 등이 이용된다.

도 5 는, 둥근고리형상의 적층자심의 다른 예를 나타낸 것으로, 이 적층자심 (31) 은, 수지제의 중공 둥근고리형상의 자심본체 하케이스 (12) 의 내부에, 후술하는 연자성 금속유리합금으로 이루어지는 박대 (23) 로부터 블랭킹하여 얻은 링을 적층하여 이루어지는 자심본체 (33)를 수납하고, 자심본체 상덮개 (34)를 자심본체 하케이스 (32) 에 끼워맞춤으로써 얻어진다. 자심본체 하케이스 (32) 와 자심본체 상덮개 (34) 는, 예를 들면 폴리아세탈수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지 등의 수지를 바람직하게 이용하여 형성된다.

종래부터 Fe 계의 합금으로서, Fe－P－C 계, Fe－P－B 계, Fe－Ni－Si 계 등의 조성의 것이 유리전이를 일으키는 것으로 알려져 있는데, 이들의 합금의 과냉각액체영역의 온도폭 (△T_x) 이 매우 작아, 실제적으로 금속유리합금으로서 구성할 수는 없다.

이에 대하여, 본 발명에 따른 연자성 금속유리합금은, Fe, Co, Ni 의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 주성분으로 하고, △T_x＝ T_x－T_g(식중, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체영역의 온도폭 (△T_x) 이 20 ℃ 이상, 조성에 따라서는 25 ∼ 60 ℃ 이상이라는 현저한 온도간격을 나타내므로, 서냉에 의한 성형이 가능해져, 비교적 두께가 두꺼운 리본형상이나 선형상의 성형체를 작성하는 것이 가능해진다.

점적률을 증가하기 위해서는, 적층자심 (21, 31) 에 이용하는 비정질합금의 박대의 두께를 크게 하면 된다.

종래의 비정질합금은, 상기한 바와 같이, 과냉각액체영역의 온도폭 (△T_x) 이 매우 작으므로, 액체급냉법에 의해 소정의 조성의 합금용탕을 급속냉각하여 박대를 제조하는 경우에 있어서, 연자성특성을 저하시키지 않기 위해서는, 박대의 두께를 50 ㎛ 이하로 할 필요가 있어, 점적률의 향상에는 한계가 있었다.

본 발명에 따른 연자성 금속유리합금은, 판두게가 100 ∼ 200 ㎛ 정도의 박대를 얻는 것이 가능하고, 이와 같은 박대를 감거나 또는 적층하여 얻어진 자심본체 (4, 13) 는 점적률이 높아져, 부품의 소형화가 가능하다. 또, 비저항이 높으므로 동일한 판두께의 박대를 이용한 경우에는, 종래의 비정질합금에 비하여 코어로스를 작게하는 것이 가능해진다.

본 발명의 적층자심의 연자성 금속유리합금의 박대 (23) 의 제조방법은, 예를 들면, 각 성분의 원소단체분말을 준비하고, 상기 조성범위가 되도록 이들의 원소단체 분말을 혼합하고, 이어서 이 혼합분말을 Ar 가스 등의 불활성가스 분위기 중에서, 도가니 등의 용해장치에서 용해하여 소정조성의 합금용탕을 얻고, 이 합금용탕을 단롤법을 이용하여 급냉함으로써, 연자성 금속유리합금의 박대를 얻을 수 있다. 단롤법이란, 회전하고 있는 금속 롤에 용탕을 불어 급냉하고, 용탕을 냉각한 박대형상의 금속유리를 얻는 방법이다.

상기의 벌크자심 및 적층자심에 이용하는 연자성 금속유리합금의 하나는, Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종이상의 원소를 주성분으로 하고, 이것에 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상과 B를 소정량 첨가한 성분계로 실현된다.

본 발명에 따른 연자성 금속유리합금의 하나는, 일반식에서는

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

로 표기할 수 있고, 이 일반식에서, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자% 인 관계가 바람직하고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소이다.

또한, 상기의 성분계에서, △T_x＝T_x－T_g(단, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체영역의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상인 것을 필요로 한다.

상기의 조성계에서, Zr 또는 Hf를 반드시 함유하고, △T_x가 25 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

또, 상기의 조성계에서 △T_x가 60 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 (Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y인 조성식에서 0.042 ≤a≤0.29, 0.042≤b≤0.43 의 관계로 되어 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로, 그 외의 연자성 금속유리합금으로서는, 일반식에서는,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z로 표기되어, 이 일반식에서, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소이다. 또, 본 발명은, 상기 (Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z인 조성식에서 0.042≤a≤0.29, 0.042≤b≤0.43 의 관계로 되어 이루어진 것이어도 된다.

다음으로, 상기 원소 M 이 (M'_1－CM_C) 로 나타나고, M' 는 Zr 또는 Hf 중의 1 종 또는 2 종으로, M 는 Nb, Ta, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소로, 0 ≤c≤0.6 인 것을 특징으로 하는 것이어도 된다.

또한, 상기 조성에 있어서, c 가 0.2≤c≤0.4 의 범위인 것을 특징으로 하는 것이어도 되며, 상기 c 가 0≤c≤0.2 의 범위인 것을 특징으로 하여도 된다.

또한, 본 발명에서, 0.042≤a≤0.25, 0.042≤b≤0.1 인 것을 특징으로 하여도 된다.

본 발명에서, 연자성 금속유리합금에 427 ℃ (700 K) ∼627 ℃ (900 K) 에서 열처리가 실시되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이어도 된다. 이 범위의 온도에서 열처리가 이루어진 것은, 높은 투자율을 나타낸다. 또, 상기의 조성에서 원자 B 의 50 % 이하를 C 로 치환하여도 된다.

(조성한정이유)

본 발명 조성계에서, 주성분인 Fe 와 Co 와 Ni 는, 자성을 담당하는 원소로, 높은 포화자속밀도와 우수한 연자성특성을 얻기 위해 중요하다.

구체적으로는, 50 ℃ ∼ 60 ℃ 의 △T_x를 확실하게 얻기 위해서는, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0≤a≤0.29, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을 0≤b≤0.43 의 범위, 60 ℃ 이상의 △T_x를 확실하게 얻기위해서는, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042≤a≤0.29, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을 0.042≤b≤0.43 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기의 범위내에서, 양호한 연자기특성을 얻기위해서는, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042≤a≤0.25 의 범위로 하는 것이 바람직하고, 높은 포화자속밀도를 얻기위해서는, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을 0.042≤b≤0.1 의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

M 은, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소이다. 이들은 비정질을 생성시키기 위해 유효한 원소로, 5 원자% 이상, 20 원자% 이하의 범위이면 된다. 또한, 높은 자기특성을 얻기위해서는, 보다 바람직하게는 5 원자% 이상, 15 원자% 이하로 하면 된다. 이들 원소 M 중, 특히 Zr 이 유효하다. Zr 은, 그 일부를 Nb 등의 원소와 치환할 수 있지만, 치환하는 경우의 조성비 (c) 는, 0≤c≤0.6 의 범위이면, 높은 △T_x를 얻을 수 있지만, 특히 △T_x를 80 이상으로 하기위해서는 0.2≤c≤0.4 의 범위가 바람직하다.

B 는, 높은 비정질 형성능이 있고, 본 발명에서는, 10 원자% 이상, 22 원자% 이하의 범위에서 첨가한다. B 가 10 원자% 미만이면, △T_x가 삭감되어, 고밀도의 자심본체 (3) 가 얻어지지 않게되므로 바람직하지 않고, 22 원자% 보다도 커지면 위험해지기 때문에 바람직하지 않다. 보다 높은 비정질 형성능과 양호한 자기특성을 얻기 위해서는, 16 원자% 이상, 20 원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기의 조성계에 추가로, T 로 나타나는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 첨가할 수도 있다.

본 발명에서는 이들의 원소를 0 원자% 이상, 5 원자% 이하의 범위에서 첨가할 수 있다. 이들의 원소는 주로 내식성을 향상시키는 목적으로 첨가하는 것으로, 이 범위를 벗어나면, 연자기 특성이 저하된다. 또, 이 범위를 벗어나면 비정질 형성능이 열화되기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에서 이용되는 상기의 조성의 연자성 금속유리합금은, 실온에서 자성을 갖고, 또, 열처리에 의해, 보다 양호한 자성을 나타내는 것이다.

또한, 연자성 금속유리합금의 제조방법에 대하여 부언하면, 합금의 조성, 그리고 제조를 위한 수단과 제품의 크기, 형상 등에 따라, 적합한 냉각속도가 결정되지만, 통상은 10²∼ 10⁶℃/s 정도의 범위를 기준으로 할 수 있다.

상기의 벌크자심 (1) 은, △T_x＝T_x－T_g(단, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상인 연자성 금속유리합금의 분말이, 플라즈마 소결법에 의해 소결됨으로써, 밀도가 높은 벌크형상의 자심본체 (3)를 얻을 수 있으므로, 코어로스를 작게 할 수 있다.

또, 상기의 벌크자심 (1) 에 있어서는, 소결온도가, 결정화개시온도를 T_x, 소결온도를 T 로 한 경우에 T≤T_x이 관계를 만족하는 온도범위 중에서 임의로 선택되어, 원료인 연자성 금속유리합금과 동일한 조성을 갖고, 높은 포화자속밀도를 가지며, 우수한 투자율을 갖는 자심본체 (3)를 얻을 수 있으므로, 코어로스를 작게할 수 있다.

또한, 소결하여 성형된 자심본체 (3)를 열처리함으로써, 더욱 높은 포화자속밀도와, 우수한 투자율을 발휘시킬 수 있다.

또, 상기의 벌크자심 (1) 에 있어서는, 플라즈마 소결법 뿐만아니라, 합금용탕을 냉각고화하는 소위 주조법에 의해서도 자심본체 (3) 가 얻어지므로, 벌크자심 (1) 의 제조비용을 낮게 할 수 있다.

또, 본 발명의 연자성 금속유리합금은, Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하며, 과냉각액체의 온도간격 (△T_x)을 크게 할 수 있으므로, 합금분말을 소결할 때에 소결온도를 높게 하는 것이 가능해져, 보다 고밀도의 자심본체 (3) 가 얻어지므로, 벌크자심 (1) 의 코어로스를 작게 할 수 있다.

또, 본 발명의 벌크자심 (1) 은, △T_x가 50 ℃ 이상으로, 그 조성이 이하의 일반식으로 나타내지는 것으로, 투자율이 우수하고, 보자력이 작고, 연자성특성이 우수한 연자성 금속유리합금으로 이루어지는 자심본체 (3)를 구비하고 있으므로, 코어로스를 작게 할 수 있다.

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

또는,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

상기의 적층자심 (21, 31) 은, △T_x＝T_x－T_g(단, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상인 연자성 금속유리합금의 박대가, 토로이달 형상으로 감겨 이루어지는 자심본체 (24) 또는 적층되어 이루어지는 자심본체 (33)를 구비하고 있으므로, 판두께가 두꺼운 박대로부터 적층자심을 작성하는 것이 가능해져, 적층자심 (21, 33) 의 점적률을 증가시킬 수 있으므로, 코어로스를 낮게 함과 동시에, 소형화를 도모할 수 있다.

또, 상기의 연자성 금속유리합금은, Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종 이상을 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하고, 과냉각액체의 온도간격 (△T_x)을 크게 할 수 있으므로, 판두께가 큰 박대로부터 적층자심 (21, 31)을 작성하는 것이 가능해져, 적층자심 (21, 31) 의 점적률을 향상시켜, 코어로스를 작게 할 수 있다.

본 발명의 적층자심 (21, 31) 은, 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이 50 ℃ 이상으로, 그 조성이 이하의 식으로 나타나는 것으로, 투자율이 높고, 보자력이 작으며, 포화자속밀도가 높고, 연자기특성이 우수한 연자성 금속유리합금으로 이루어지는 자심본체 (4, 13)를 구비하고 있으므로, 코어로스를 작게 할 수 있다.

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

또는,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

실시예

실시예 1

Fe 와 Co 와 Ni 와 Zr 의 단체순금속과 순보론결정을 Ar 가스분위기 중에서 혼합하여 아크용해하여 모합금을 제조하였다.

다음에, 이 모합금을 석영노즐로 용해하고, 아르곤가스를 분위기 중에서 40 m/S 로 회전하고 있는 구리롤에 노즐 하단의 0.4 ㎜ 지름의 구멍으로부터 사출압력 0.39 × 10⁵Pa 로 불어 급냉하는 단롤법을 실시함으로써, 폭 0.4 ∼ 1 ㎜, 두께 13 ∼ 22 ㎛ 의 금속유리합금 박대의 시료를 제조하였다. 얻어진 시료는, 시차주사열량측정 (DSC) 에 의해 분석하였다.

도 6 에는, 각각 Fe₆₀Co₃Ni₇Zr₁₀B₂₀, Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₁₀B₂₀, Fe₄₉Co₁₄Ni₇Zr₁₀B₂₀, Fe₄₆Co₁₇Ni₇Zr₁₀B₂₀인 각 조성의 금속유리합금 박대시료의 DSC 곡선을 나타냈다.

이들의 어느 시료에서도, 온도를 상승시켜 가므로써 넓은 과냉각액체영역이 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 그 과냉각액체영역을 초과하여 가열함으로써 결정화되는 것이 명확해졌다. 과냉각액체영역의 온도간격 (△T_x) 은, △T_x＝T_x－T_g의 식으로 나타나지만, 도 6 에 나타낸 T_x－T_g의 값은 어느 시료에서도 60 ℃를 초과하여, 64 ∼ 68 ℃ 의 범위로 되어 있다. 과냉각액체영역을 나타내는 실질적인 평형상태는, 발열피크에 의한 결정화를 나타내는 온도보다 조금 낮은 596 ℃ (869K) ∼ 632 ℃ (905 K) 의 넓은 범위에서 얻어졌다.

도 7 에 나타낸 결과로부터 명확한 바와 같이, (Fe_1－a－bCo_aNi_b)₇₀Zr₁₀B₂₀인 조성계의 모든 범위에서 △T_x의 값은 25 ℃를 초과하고 있다.

또, T_g의 값에 관하여, Co를 7 원자% 정도부터 50 원자% 정도의 범위에서 증가시킴으로써 T_g가 단조롭게 증가하는 것도 명확해졌다. 한편, △T_x에 관하여, 도 5 에 나타낸 바와 같이 Fe를 많이 함유하는 조성계에서 큰 값으로 되어 있는 것을 알 수 있고, △T_x를 60 ℃ 이상으로 하기위해서는, Co 함유량을 3 원자% 이상, 20 원자% 이하, Ni 함유량을 3 원자% 이상, 30 원자% 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, (Fe_1－a－bCo_aNi_b)₇₀Zr₁₀B₂₀인 조성식에서 Co 함유량을 3 원자% 이상으로 하기위해서는, (Fe_1－a－bCo_aNi_b)를 70 원자% 로 하므로, Co 의 조성비 (a) 가 0.042 이상, Co 함유량을 20 원자% 이하로 하기위해서는, Co 의 조성비 (a) 가 0.29 이하가 된다. 또, 마찬가지로 Ni 함유량을 3 원자% 이상으로 하기위해서는 Ni 의 조성비 (b) 가 0.042 이상, 30 원자% 이하로 하기위해서는, Ni 의 조성비 (b) 가 0.43 이하가 된다.

실시예 2

Fe 와 Co 와 Ni 와 Zr 과 Nb 의 단체순금속과 순보론결정을 Ar 가스분위기 중에서 혼합하고 아크용해하여 Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₄Nb₆B₂₀인 조성의 모합금을 제조하였다.

다음으로, 이 모합금을 석영노즐 중에서 용해하고, 아르곤가스 분위기 중에서 회전하고 있는 구리롤에 합금용탕을 분사하여 급냉하는 단롤법을 실시하므로써, 금속유리합금 박대의 시료를 제조하였다.

이 때, 노즐구경, 노즐선단과 롤표면과의 거리 (갭), 롤의 회전수, 사출압력 및 분위기 압력 등을 적당하게 조정함으로써, 판두께가 20 ∼ 195 ㎛ 의 합금박대가 얻어졌다.

각각의 시료에 대하여, X 선회절에 의해 분석을 실시하였다. 결과를 도 8 에 나타낸다.

도 8 로부터, 어느 시료에 대해서도, 2θ＝38 ∼ 52°로 고른 패턴을 갖고 있고, 비정질 단상조직을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 3

원자조성비가, Fe₅₆Co₇Ni₇Zr_10－xNb_xB₂₀(x＝0, 2, 4, 6, 8, 10 원자%) 인 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 금속유리합금 박대의 시료를 제조하였다.

다음으로, 얻어진 시료를, 527 ℃ (800 K) 의 온도에서 5 분간의 열처리를 실시하였다.

도 9 에는, 제작한 시료의 포화자속밀도 (Bs), 보자력 (Hc), 1㎑ 에서의 투자율 (μe), 자왜 (λs) 의 Nb 함유량 의존성을 나타낸다.

포화자속밀도 (Bs) 는, 급냉상태 및 열처리후의 시료 모두, Nb를 첨가함에 따라 저하되고, Nb를 함유하지 않은 시료가 0.9 (T) 이상, Nb를 2 원자% 함유하는 시료에서는 약 0.75 (T) 이었다.

투자율 (μe) 의 값은, 급냉상태의 시료에 있어서는, Nb를 함유하지 않은 시료가 5031, Nb를 2 원자% 함유하는 시료가 2228 이고, Nb를 10 원자% 함유하는 시료에서는 906 으로 저하되었다. 그러나, 열처리를 실시함으로써 투자율 (μe) 은 훨씬 향상되고, 특히 Nb를 2 원자% 함유하는 시료에서는, 25000 정도의 투자율 (μe)을 얻을 수 있다.

보자력 (Hc) 에 관하여, 급냉상태의 시료에 있어서는, Nb를 함유하지 않은 시료와 Nb를 2 원자% 함유하는 시료는 어느것이나 50 A/m (＝0.625 Oe) 로 낮은 값이었다. 특히 Nb 가 2 원자% 이하의 시료는, 5 A/m (＝0.0625 Oe) 로 매우 양호한 값을 나타내고 있다. 열처리를 실시하면, Nb를 4 원자% 이상 함유하는 시료에서도 우수한 보자력 (Hc)을 얻는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 이 계의 합금시료에 있어서는, 양호한 연자기특성을 얻기 위해서는, Nb는 0 이상, 2 원자% 이하의 범위가 보다 바람직한 것을 알 수 있다. 따라서, 포화자속밀도가 크고, 보자력이 작으며, 또한 투자율이 높은 연자성 금속유리합금을 구비한 벌크자심 및 적층자심을 얻는 것이 가능해져, 이 벌크자심 및 적층자심을 이용하여 트랜스포머를 제작한 경우에는, 코어로스가 작고, 전력전달율이 우수한 트랜스포머를 얻는 것이 가능해진다.

실시예 4

원자조성비가, Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₈Nb₂B₂₀인 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 금속유리합금의 박대를 얻었다.

다음으로, 얻어진 박대를 로터밀을 이용하여 대기중에서 분쇄하므로써 미분화하였다. 얻어진 분말 중에서 입경 53 ∼ 105 ㎛ 의 것을 선별하여 후공정에 원료분말로 사용하였다.

약 2 g 의 상기 원료분말을 WC 제의 다이스의 내부에 핸드프레스를 이용하여 충전한 후, 도 2 에 나타낸 다이의 내부에 장전하고, 챔버의 내부를 3 × 10^－5torr 의 분위기 중에서 상하의 펀치로 가압함과 동시에, 통전장치로부터 원료분말에 펄스파를 통전하여 가열하였다. 펄스파형은 도 3 에 나타낸 바와 같이 12 펄스를 흘려보낸 후에 2 펄스를 중지하는 것으로 하고, 최고 4700 ∼ 4800 A 의 전류로 원료분말을 가열하였다.

소결은, 시료에 6.5 t/㎠ 의 압력을 건 상태에서 실온부터 소결온도까지 시료를 가열시켜, 약 5 분간 유지함으로써 소결을 실시하였다. 승온속도는 100 ℃/min 으로 하였다.

얻어진 소결체로부터, 도 1 에 나타낸 바와 같은, 외경 10 ㎜, 내경 6 ㎜, 두께 2 ㎜ 의 중공원통형상의 시료를 와이어 방전가공에 의해 제작하고, 자심본체를 얻었다.

이 자심본체를, 도 1 에 나타낸 바와 같은 폴리아세탈 수지제의 중공 둥근고리 형상의 자심본체 수납케이스에 수납하였다. 이 때, 자심본체 수납케이스의 저면의 2 개소에 에폭시수지를 도포하여, 자심본체 수납케이스와 자심본체를 고정하였다. 이와 같이 하여 동일한 처리를 한 3 개의 벌크자심을 얻었다.

본 실시예의 벌크 자심의 코어로스의 측정결과를 도 8 에 나타냈다.

또, 비교예로서 규소강판 (Si 3.5%)을 적층하여 얻은 자심의 동작자속밀도와 코어로스와의 관계를 도 10 에 나타냈다.

도 10에서 명확한 바와 같이, 본 실시예 및 비교예의 자심은, 동작자속밀도의 상승과 함께 코어로스가 증가하지만, 3 개의 실시예의 벌크자심은, 모두 비교예의 자심보다도 측정한 동작자속밀도의 범위내에서 항상 코어로스가 작은 것을 알 수 있다.

실시예 5

실시예 1 과 동일하게 하여, Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₄Nb₆B₂₀인 조성으로, 여러 가지의 판두께인 금속유리합금의 박대를 얻었다.

다음으로, 상기의 각각의 박대를, 링형상으로 블랭킹하여 필요매수를 적층하고, 각 층의 절연과 고정을 위해 층간에 에폭시 또는 폴리이미드의 수지를 함침한 후에, 도 5 에 나타낸 바와 같은 외경 12 ㎜, 내경 4 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 둥근고리형상의 적층자심을 작성하였다.

도 11 에는, 상기한 바와 같이 하여 얻어진 적층자심의 박대의 판두께와 점적률과의 관계를 나타냈다. 점적률의 측정은, 적층자심의 단면을 현미경으로 관찰함으로써 구하였다.

도 11 에 나타낸 바와 같이, 점적률은 판두께의 증가와 함께 향상되고, 100 ㎛를 초과하면 점적률이 97 % 이상으로 거의 일정해진다. 본 발명에 따른 연자성 금속유리합금으로 이루어지는 적층자심은, 박대의 판두께가 100 ㎛를 초과한 것이어도, 상기와 같이 연자기특성이 열화되는 일이 없으므로, 코어로스가 작은 적층자심이 얻어진다.

한편, Fe₇₈Si₉B₁₃인 종래공지의 비정질합금은, 판두께가 20 ㎛ 정도의 것밖에 얻을 수 없기 때문에, 이 경우의 점적률은 87% 로 낮아진다.

종래의 비정질합금은, 과냉각액체영역의 온도폭 (△T_x) 이 작으므로, 액체급냉법에 의해 소정의 조성의 합금용탕을 급속냉각하여 박대를 제조하는 경우에서, 연자기특성을 저하시키지 않기 위해서는, 박대의 판두께를 50 ㎛ 이하로 할 필요가 있고, 이 판두께를 초과하면 연자기특성이 열화되므로, 점적률의 증가와 연자기특성의 향상을 동시에 실현할 수 없고, 코어로스가 작은 작층자심을 얻을 수 없다.

실시예 6

실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 20 ㎛ 의 Fe₅₆Co₇Ni₇Zr₈Nb₂B₂₀, 두께 20 ㎛ 의 Fe₆₂Co₇Ni₇Zr₈Nb₂B₁₄인 조성의 금속유리합금의 박대를 얻은 후에, 실시예 5 와 같이 링형상으로 블랭킹하여 적층하고, 이들의 박대를 527 ℃ (800 K) 의 온도에서 5 분간 열처리하였다.

다음으로, 이들의 박대로부터, 실시예 5 와 동일하게 폴리이미드수지에 함침하여 적층자심을 얻었다.

도 12 및 도 13 에, 이들의 적층자심의 동작자속밀도 (Bm) 와 코어로스와의 관계를 나타냈다.

또한, 규소강 (Si 6.5%)을 이용하여 제작한 적층자심의 코어로스의 결과를 비교예로 도 12 및 도 13 에 동시에 나타냈다.

또, 도 12 및 도 13 에서는, 동일한 처치를 실시한 3 개의 시료의 결과를 나타내고 있다.

도 12 및 도 13에서, 본 발명에 따른 적층자심은, 비교예의 적층자심보다도 코어로스가 작은 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명은, 이상의 예에 의해 조금도 한정되지 않으며, 그 조성, 제조방법, 열처리조건, 형상 등에 대하여 여러 가지 태양이 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따르면, 포화자속밀도가 크고, 보자력이 작으며, 또한 투자율이 높은 연자성 금속유리합금을 구비한 벌크자심 및 적층자심을 얻는 것이 가능해져, 이 벌크자심 및 적층자심을 이용하여 트랜스포머를 제작한 경우에는, 코어로스가 작고, 전력전달율이 우수한 트랜스포머를 얻는 것이 가능해진다.

Claims

Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하며, △T_x＝T_x－T_g(식중, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이, 20 ℃ 이상인 연자성 금속유리합금의 분말이 소결되어 이루어지는 자심본체를 구비하는 벌크자심.
제 1 항에 있어서, 상기 Fe 기 연자성 금속유리합금의 분말이, 방전 플라즈마 소결법에 의해, 승온속도 10 ℃/분 이상으로 소결되어 이루어지는 자심본체를 구비하는 벌크자심.
제 1 항에 있어서, 연자성 금속유리합금의 용탕이 냉각고화되어 이루어지는 자심본체를 구비하는 벌크자심.
제 1 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 벌크자심.
제 2 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 벌크자심.
제 3 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 벌크자심.
제 1 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 벌크자심.
제 2 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 벌크자심.
제 3 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금이, △T_x가 50 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 벌크자심.
제 5 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 벌크자심.
제 6 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 벌크자심.
제 7 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 벌크자심.
제 8 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 벌크자심.
Fe, Co, Ni 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 주성분으로 하고, Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상의 원소와 B를 함유하며, △T_x＝T_x－T_g(식중, T_x는 결정화개시온도, T_g는 유리전이온도를 나타냄) 의 식으로 나타나는 과냉각액체의 온도간격 (△T_x) 이 20 ℃ 이상인 연자성 금속유리합금의 박대로 이루어지는 자심본체를 구비하는 적층자심.
제 14 항에 있어서, 연자성 금속유리합금의 박대가 토로이달 형상으로 감겨 이루어지는 또는 적층되어 이루어지는 자심본체를 구비하는 적층자심.
제 14 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금은, △T_x가 60 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 적층자심.
제 15 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금은, △T_x가 60 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_100－x－yM_xB_y

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 적층자심.
제 14 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금은, △T_x가 60 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 적층자심.
제 15 항에 있어서, 상기 연자성 금속유리합금은, △T_x가 60 ℃ 이상이고,

(Fe_1－a－bCo_aNi_b)_{100－x－y－z}M_xB_yT_z

단, 0≤a≤0.29, 0≤b≤0.43, 5원자%≤x≤20 원자%, 10 원자%≤y≤22 원자%, 0 원자%≤z≤5 원자% 이고, M 은 Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소, T 는 Cr, W, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Al, Si, Ge, C, P 중의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 원소인 조성으로 표시되는 적층자심.
제 16 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 적층자심.
제 17 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 적층자심.
제 18 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 적층자심.
제 19 항에 있어서, 상기 △T_x가 60 ℃ 이상이고, Co 의 조성비를 나타내는 a 의 값을 0.042 ≤a≤0.29 로 하고, Ni 의 조성비를 나타내는 b 의 값을, 0.042≤b≤0.43 으로 하는 적층자심.