KR20010050837A - 자성혼합물 - Google Patents

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Abstract

각각은 구성원소의 한 조성비로 자기특성에 특이점이 생긴다. 적어도 2종류의 연자성 재료의 분말을 균일하게 혼합하여 이루어지는 혼합물로서, 개개의 분말의 자기특성을 확보한 채로, 또한 전체로서 연자성인 자성혼합물이고, 압분 자심용 원료로서 유용하다.

Description

자성 혼합물{MAGNETIC MIXTURE}
본 발명은 자성 혼합물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 2종류이상의 연자성 재료의 분말을 균일 혼합하여 이루어지는 혼합물로서, 목적으로 하는 자기특성의 제품을 제조할 때의 원료소재로서 유용한 자성혼합물에 관한 것이다.
예컨대, 스위칭 전류의 직류출력측의 평활용 초크 센더스트일이나, 인바이더 제어기기에 있어서의 능동필터의 원자로 등에는 압분 자심이 많이 이용되고 있다.
이 압분 자심은, 통상, 소정의 자기특성을 보유하는 연자성합금의 분말에 물유리와 같은 절연성의 결착제의 소정량을 배합하고, 이 혼합물을 예컨대 프레스가공하여 제조되고 있다.
그런데, 압분 자심의 원료인 연자성합금으로서는, Fe-Si계합금, Fe-Si-Al계합금, Fe-Ni계합금이 사용되고, 또한 합금은 아니지만, 포화 자기화가 높은 재료로서 순철도 사용되고 있다.
이들 합금은, Fe를 베이스로 하고, 이것에 상기한 바와 같은 다른 구성원소가 소정의 조성비로 되도록 배합하여 조제되고 있다.
그 경우, 제조하는 합금에 있어서의 구성원소의 조성비가 변동하면, 해당 합금의 자기특성도 변동하고, 어느 조성비의 경우, 금속의 자기특성, 예컨대 포화 자기화, 투자율(透磁率), 자기왜곡, 자기이방성 정수 등의 특성이 극대 또는 극소, 또는 실질적으로 제로로 되고, 합금의 자기특성에 특이점이 발현한다.
예컨대, Fe-Si-Al계합금의 경우, Si나 Al의 조성비를 변화시키면, 자기특성에 있어서의 자기왜곡이 실질적으로 제로인 특이점과, 투자율이 극대인 특이점도 변화하지만, Si:9.0 내지 10.0중량%, Al:5.0 내지 6.0중량%의 조성비로 한 시점에서, 자기특성에 있어서 상기 2개의 특이점이 합치하여, 자기왜곡이 실질적으로 제로이고 또한 투자율이 극대치를 나타내는 합금을 얻는 것이 가능하다. 그 대표예가, Fe-9.5% Si-5.5% Al의 조성합금이고, 통상, 센더스트라고 불리는 연자성합금이며, 이것을 이용하는 것에 의해 철심손실가 적은 자심을 제조하는 것이 가능하다.
이와 같잉, 압분 자심의 원료인 연자성합금으로서는, 압분 자심에 요구되는 목적특성과의 관계에서 구성원소의 조성비를 결정하는 것에 의해, 그 자기특성에 있어서의 특이점을 발현시키도록 설계된 것이 사용되고 있다.
예컨대, Fe-Si계합금으로서는, 자기왜곡이 실질적으로 제로인 특이점을 나타내는 Fe-6.5%Si합금, Fe-Si-Al계합금으로서는 상기 조성의 센더스트, Fe-Ni계합금으로서는 자기왜곡이 실질적으로 제로인 특이점과 투자율이 극대로 되는 특이점을 동시에 나타내고, 통상, PC퍼멀로이로 불리고 있는 Fe-80%Ni-2Mo합금, 게다가 Fe-Co계합금으로서는, 포화 자기화가 극대로 되는 특이점을 나타내고, 통상 파멘젤로 불리고 있는 Fe-49%Co-2%V합금이나 Fe-50%Co합금을 드는 것이 가능하다.
그런데, 상기 센더스트의 분말을 이용하여 압분 자심을 제조하면, 그 압분 자심은, 조보자력이기 때문에 철심손실가 저감함과 동시에 고투자율이라는 특성을 구비한 것으로 된다. 그러나, 센더스트에서는 포화 자기화가 낮은 것에서, 대전류통전시에 있어서의 투자율이 낮게 되어버린다. 용도분야에 의하면, 센더스트만으로 제조한 상기 압분 자심은, 실용상, 성능이 불충분으로 되어버린다라는 것이 있다.
또한, 최근의 압분 자심에 대해서는, 필수로 하는 자기특성에 관해서는, 원료의 자기특성에 있어서의 특이점이 확보되면서, 필요하지 않는 다른 자기특성에 관해서는, 세분화된 등급수준으로 유지되어 있으면 좋다라는 자기특성이 요구되는 것도 있다. 그러나, 자기특성이 특이점으로서 특화하고 있는 종래의 원료에서는, 제조한 압분 자심의 자기특성도 1점에 특화하는 것으로 되기 때문에, 상기 요구에 따르는 것은 가능하지 않다. 예컨대, 철심손실와 포화 자기화, 철심손실와 투자율 등의 복수의 특성을 양립시킨다라는 요구에 따르는 것은 가능하지 않다.
본 발명의 목적은, 압분 자심의 원료(연자성합금)의 자기특성에 있어서의 특이점 중, 제조목적의 압분 자심에 요구되고 있는 자기특성을 잡고서, 불필요한 특이점은 열화하는 것으로 하여도, 필요한 특이점은 소실하는 것이 아닌 자성혼합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 적어도 2종류의 연자성재료의 분말을 균일혼합하여 제조하는 것이 가능한 것이므로, 종래에 비해서 싸게 제조하는 것이 가능하고, 또한 제조목적의 압분 자심을 큰 설계자유도로 제조하는 것을 가능하게 하는 자성혼합물을 제조하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서는,
하기로부터 이루어지는 자성혼합물(이하, 자성혼합물 1이라함):
구성원소의 어느 조성비로 자기특성에 특이점이 생기는, 적어도 2종류의 분말이 균일하게 혼합되어 있는 혼합물이고; 또한, 그 혼합물에 있어서의 개개의 분말의 자기특성은 확보되어 있고, 또한 전체로서는 연자성인, 것이 제공된다.
또한, 본 발명에 있어서는, 하기로부터 이루어지는 자성혼합물(이하, 자성혼합물 2이라하는):
구성원소의 어느 조성비로 자성특성에 특이점이 생기는, 적어도 1종류의 연자성재료의 분말과, 적어도 1종류의 다른 연자성재료의 분말이 균일하게 혼합되어 있는 혼합물이고; 또한, 그 혼합물에 있어서의 개개의 분말의 자기특성은 확보되어 있고, 또한 전체로서는 연자성인, 것이 제공된다.
게다가, 절연재료가 1종류이상 더욱 균일혼합되어 있는, 자성혼합물 1과 자성혼합물 2이 제공된다.
또한, 본 발명에 있어서는, Fe-(3.0±0.5)% Si합금의 분말, Fe-(6.5±0.5) %Si함금의 분말, 및, Fe-(9.5±0.5)%Si-(5.5±0.5)%Al함금의 분말의 군으로부터 선택되는 2종 또는 3종을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성 혼합물, 내지, 그 자성혼합물 70중량%이상과, 순철의 분말30중량%이하를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성혼합물이 제공된다.
우선, 자성혼합물 1에 관해서 설명한다.
이 자성혼합물 1은, 2종류이상의 연자성재료의 분말을 균일하게 혼합한 혼합물이다.
연자성재료로서는, 구체적으로는 연자성합금이 이용되고, 게다가 그 연자성합금으로서는, 그저 단순히 연자성을 나타내는 합금은 아니고, 구성원소의 조성비가 있는 조성비로 되면, 자기특성에 특이점이 발생하는 합금이면 된다. 예컨대, 어느 조성비로 자기왜곡 또는 자기이방성정수가 실질적으로 제로로 되는 특이점을 나타내는 것, 어느 조성비로 투자율이 극대치로 되는, 또는 보자력이 극소치로 된다라는 특이점을 나타내는 것, 또는 어느 조성비로 포화 자기화가 극대치로 된다라는 특이점을 나타내는 연자성합금이다.
게다가 엄밀히 말하면, 원소 a1, a2, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍan으로 이루어지는 연자성재료의 어느 원소의 구성비를 c1, c2, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍcn으로 했을 때, 자기특성(f)이 이들 구성비의 함수(f)(c1, c2, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍcn)으로 표시되는 경우,
[수 1]
f(c1, c2, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍcn)=0, 또는
(단, i=1, 2, ㆍㆍㆍㆍㆍㆍn)
으로 되는 구성비를 보유하는 연자성재료이 것을 말한다. 단, 공업적으로 인식되는 범위의 변동은 허용된다.
이와 같은 연자성합금으로서는, 예컨대 다음과 같은 것을 드는 것이 가능하다. Fe-Si계합금으로서는, 자기왜곡이 실질적으로 제로라는 특이점을 나타내는 Fe-6.5%Si합금을 드는 것이 가능하다.
Fe-Si-Al계합금으로서는, 자기왜곡이 실질적으로 제로라는 특이점과, 자기이방성정수가 실질적으로 제로라는 특이점과, 투자율이 극대로 된다라는 특이점과, 보자력이 극소로 된다라는 특이점을 동시에 나타내는 Fe-9.5%Si-5.5%Al(센더스트) 드는 것이 가능하다.
Fe-Ni계합금으로서는, 자기왜곡이 실질적으로 제로라는 특이점과, 투자율이 극대로 된다라는 특이점과, 보자력이 극소로 된다라는 특이점을 동시에 나타내는 Fe-80%Ni-2%Mo(PC퍼멀로이), 투자율이 극대치를 나타내는 Fe-46%Ni를 드는 것이 가능하다.
Fe-Co계합금으로서는, 포화 자기화가 순철보다도 높은 극대치로 되고, 또한 투자율이 극대치로 된다라는 특이점을 나타내는 파멘젤(Fe-49%Co-2%V, Fe-50%Co), 포화 자기화가 극대로 되는 Fe-35%Co 등이다.
또한, 순철은 포화 자기화가 극대를 나타낸다. 게다가, 순철에 다른 원소를 첨가하여 가면 그 포화 자기화는 저화하여 간다.
또한, 여기서, 자기왜곡이 실질적으로 제로이라고 하는 것은, 절대치로서 제로인 것을 최적으로하지만, 자기왜곡이 공업적으로 허용되는 범위내에 있는 경우의 것도 포함하는 것으로 한다.
자성혼합물 1은, 상기한 바와 같은 각종의 연자성합금의 분말을 2종류이상 균일하게 혼하하여 제도된다.
그 경우, 어떠한 합금의 분말을 혼합하는 것인가라는 판단은, 제조목적의 압분 자심에 요구되고 있는 자기특성을 기준으로 하여 행해진다.
예컨대, 제조목적의 압분 자심에 요구되는 필수특성이 자기왜곡제로이고, 투자율이나 포화 자기화는 적당한 값에서 좋다라는 경우에는, 모든 자기왜곡이 제로이다라는 특이점을 나타내는 연자성합금의 분말을 2종류이상 선정하고, 이들을 균일하게 혼합하면 좋다.
예컨대, Fe-6.5%Si합금의 분말과 Fe-9.5%Si-5.5%Al(센더스트)의 분말을 균일하게 혼합하면, 그 혼합비율과는 무관계로, 얻어진 혼합물을 이용하여 제조한 압분 자심은, 자기왜곡이 실질적으로 제로로 된다. 그 때, 센더스트 분말에 있어서 또 하나의 특이점인 투자율은, Fe-6.5%Si분말에 의한 희석작용으로 저하한다.
또한, 상기 2종류의 분말을 혼합하면, 얻어진 혼합물은, 그 구성원소가 Fe, Si, Al이고, 이들이 어느 혼합비율의 양비관계로 되어 있는 것이지만, 이것과 동등한 조성비로 되어 있는 Fe-Si-Al계합금의 분말을 이용하여도, 얻어진 압분 자심의 자기특성은 자기왜곡이 제로라는 특이점을 나타내지 않는다.
또한, 포화 자기화에 관한 특이점이 공통하고 있는 순철의 분말과 파멘젤의 분말을 균일하게 혼합하면, 이 혼합물을 이용하여 제조한 압연자심에서는, 상기 특이점이 확보되어 있다. 게다가, 싸게 포화 자기화가 높은 연자성재료가 제공가능하다.
이와 같이, 본 발명의 자성혼합물 1은, 어느 특이점을 나타내는 합금분말의 2종류이상을 균일혼합하여 얻어지는 것이고, 혼합전의 각 합금분말 간의 자기특성이 그대로 확보되어 있고, 게다가 전체로서 연자성으로 되어 있는 자성체인 것을 특징으로 한다.
따라서, 자기혼합물 1을 높은 온도로 확산소결하거나, 탈탄이나 침탄 등을 하여, 각 연자성 합금분말의 개개의 원소구성비를 바꾸기는 되지 않는다.
자성혼합물 1에는, 또한, 절연재료를 적어도 1종류균일혼합하는 것에 의해, 전기저항율을 높이고, 와전류손실의 발생을 억제하는 것이 바람직하다.
절연재료로선 예컨대 결착능력을 보유하는 절연재료를 혼합하는 것은, 프레스성형시에 자성혼합물 1의 분말을 서로 결착하여 원하는 형상을 부형하기 때문이고, 또한 분말상호간을 절연하여 압분 자심으로서의 실사용시에 있어서의 와전류의 발생을 억제하기 때문이다.
이와 같은 절연재료로서는, 예컨대 물유리, 결착능력을 보유하는 절연재료로서, 페놀수지, 나일론수지, 에폭시수지, 실리콘수지 등, 그 외의 절연재료로서 실리카, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아와 같은 산화물 및 이들 혼합물 등을 드는 것이 가능하다.
다음에, 본 발명의 자성혼합물 2에 관해서 설명한다.
이 혼합물 2은, 어느 조성비에서 자기특성에 특이점을 나타내는 적어도 1종류, 바람직하게는 2종류이상의 연자성재료의 분말에, 별도의 연사성재료, 구체적으로는 연자성합금의 분말을 1종류이상 균일하게 혼합한 것이다.
상기 별도의 분말은, 혼합물 1의 경우와 같이 자성특성에 특이점을 나타내는 분말이어도 좋지만, 특이점을 나타내지 않는 분말이어도 좋고, 요는 연자성특성을 보유하는 합금재료의 분말이면 좋다.
이와 같은 분말로서는, 예컨대, Fe-Si계합금으로는 Fe-4%Si합금분말, Fe-Si-Al계합금에서는 Fe-3%Si-2%Al합금분말, Fe-Ni계합금에스는 Fe-65%Ni합금분말 등을 드는 것이 가능하지만, 이들 중, Fe-4%Si합금분말은, 상대적으로 싸다라는 점에서 바람직하다.
이 혼합물 2은, 자기특성의 면에서는 특이점을 나타내는 재료분말이 베이스로 되고 있어서 그 특이점이 확보되고 있다. 게다가 예컨대 싼 다른 연자성분말이 혼합되어 있는 것에 의해 전체로서 염가로 되어 있다.
이 혼합물 2의 경우도, 혼합물 1의경우와 같은 이유에서 더욱 절연재료를 균일혼합하는 것이 바람직하다.
실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3
자기왜곡이 실질적으로 제로라고하는 특이점과, 자기이방성 정수가 실질적으로 제로라고하는 특이점과, 투자율이 극대로 된다라는 특이점과, 보자력이 극소로 된다라는 특이점을 나타내는 A:Fe-9.5%Si-5.5%Al합금(센더스트)의 분말과, 자기왜곡이 실질적으로 제로라고 하는 특이점만을 나타내는 B:Fe-6.5%Si합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말은, 모두 물 아토마이즈법으로 제조되고, 그 정밀도는 100메시(다이라 절) 하이다.
이들 분말을 표 1에서 나타내는 혼합비율(중량%)로 혼합하여 혼합물로 하고, 또한 그 혼합물에 물유리2중량%, 스테아린산아연(윤활제)0.5%중량%를 배합하여 전체를 혼련하고, 그 혼련물을 압력13ton/㎠으로 프레스성형하여, 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
투자율과 철심손실측정용 시료의 형상은, 외경25mm, 내경 20mm, 두께 5mm의형상으로하고, 포화 자기화와 자기왜곡측정용 시료형상은, 종 2mm, 횡 2mm, 길이 30mm의 형상으로 하였다.
또한, 표 1 중이 비교예 3은, 구성원소의 조성비가 실시예 2에 있어서의 구성원소의 존재비율과 동등의 조성으로 되어 있는 Fe-8.1%Si-2.8%Al합금을 용제하고, 이것을 물 아토마이즈법으로 100메시이하의 정밀도로 한 분말을 이용하여, 실시예와 마찬가지로 하여 제조한 시료이다.
다음에, 이들 시료에, 진공 중에 있어서 온도 700℃으로 1시간의 열처리를 행한후, 상기 각 자기특성을 측정하였다.
포화 자기화는, VSM법(인가자계800kA/m)으로 측정하고, 투자율은 LCR메타 (25kHz)로 측정하고, 자기왜곡은 왜게이지 붙임법으로 측정하고, 게다가 철심손실는 25kHz, 0.1T의조건부여하에서 측정하였다.
이상의 결과를 표 1에 나타낸다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 포화자화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예1 100 - 0.78 120 ≤1×10-6 80
실시예1 70 30 0.89 115 ≤1×10-6 95
실시예2 50 50 1.10 110 ≤1×10-6 110
실시예3 30 70 1.26 99 ≤1×10-6 130
비교예2 - 100 1.43 95 ≤1×10-6 150
비교예3 실시예2와 동등조성의 합금분말 1.09 85 3×10-6 190
표1로부터 다음의 것이 밝혀진다.
(1) 실시예 1 내지 3으로부터 명확해진 바와같이, 자기왜곡이 실질적으로 제로라고하는 공통한 특이점을 나타내는 A분말과 B분말을 혼합하면, 얻어진 혼합물도 그 공통하는 특이점을 그대로 나타내고 있다.
(2) 그러나, 실시예 2와 동등조성의 합금분말(비교예 3)의 경우는, A분말과 B분말의 공통특이점을 손실하여 자기왜곡은 크게 되어 있고, 또한 투자율은 작게, 철심손실도 크다.
(3) 결국, 실시예의 혼합물 1을 이용하면, 동등조건의 합금분말을 이용한 경우보다도 자기왜곡이 작게, 투자율이 크게, 게다가 철심손실가 작은 제품을 제조하는 것이 가능하다.
다음에, 상기 각 시료의 실기시험을 행하였다.
우선, 상기 철심손실 측정용의 시료에, 원환 형상으로 직경1mm의 코일을 22댄 귄회하여 승압용 초크 코일로 하였다.
게다가, 이 초크 코일을 DC-DC컨버터에 탑재하여 전력손실을 측정하였다. DC-DC컨버터는, 입력14V, 출력60V로 60W의 컨버터, 스위칭주파수25kHz의 조건으로 운전하고, 이 때의 입력전력을 측정하고, 이것과 출력(=60W)와의 차를 회로전체의 손실로 하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
하기로 부터 이루어지는 자성혼합물:
초크 코일에 있어서의 자심의 종류 전력손실(W)
비교예1의 자성혼합물을 이용한 자심실시예1의 자성혼합물을 이용한 자심실시예2의 자성혼합물을 이용한 자심실시예3의 자성혼합물을 이용한 자심비교예2의 자성혼합물을 이용한 자심비교예3의 자성혼합물을 이용한 자심 9.28.58.17.89.110.5
표 1과 표 2를 참조하여 명확해진 바와 같이, 비교예1의 자성혼합물을 이용한 자심은, 그 철심손실는 작은 것, 포화 자기화도 작은 것에서, 해당 자심은 포화하여 전류가 많게 흐르는 것에 의해 손실은 크게 되어 있다. 또한, 비교예2의 자성혼합물을 이용한 자심은, 포화 자기화는 큰 것의 철심손실가 큰 것에서, 전력손실을 크게 되어 있다.
이것에 반하여, 실시예 1 내지 3의 자성혼합물을 이용한 자심의 경우는, 포화 자기화와 철심손실의 발란스가 좋은 것에서, 전력손실은 작게 되어 있다.
실시예 4 내지 6, 비교예 4 내지 6
우선, 투자율이 극대로 된다라는 특이점을 나타내는 A: Fe-46%Ni의 분말과, 자기왜곡이 실질적으로 제로라고하는 특이점과, 투자율이 극대로 된다라는 특이점과, 보자력이 극소로 된다라는 특이점을 나타내는 B: Fe-80%Ni-2%Mo합금의 분말을 준비하였다. 이들의 분말은, 모두 가스 아토마이즈법으로 제조되고, 그 정밀도는 100메시하이다.
이들 분말을 표 3에서 나타낸 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 경우와 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 3 중의 비교예 6은, 실시예 5와 동등성분의 Fe-64%Ni-1.1%Mo합금분말을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하고, 그 결과를 표 3에서 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 포화자화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예4 100 - 1.31 95 30×10-6 125
실시예4 70 30 1.13 118 24×10-6 115
실시예5 50 50 1.00 128 13×10-6 90
실시예6 30 70 0.86 137 6×10-6 70
비교예5 - 100 0.68 150 ≤1×10-6 65
비교예6 실시예5와 동등조성의 합금분말 0.98 101 22×10-6 105
이 경우, 실시예 4 내지 6의 혼합물분말은, B분말의 특이점이 희석되어 있다라고 해도, 동등성분의 합금분말(비교예6)에 비해서 높은 투자율을 나타내고 있다.
다음에, 상기 각 시료의 실기시험을 행하였다.
우선, 상기 철심손실 측정용 시료에, 원환 형상으로 직경 1mm의 코일을 22댄 권회하여 승압용 초크 코일로 하였다.
게다가, 이 초크 코일을 DC-DC컨버터에 탑재하여 전력손실을 측정하였다. DC-DC컨버터는, 입력14V, 출력60V로 60W의 컨버터, 스위칭 주파수25kHz의 조건으로 운전하고, 이 때의 입력전력을 측정하고, 이것과 출력(=60W)와의 차이를 회전전체의 손실로 하였다. 결과를 표 4에 나타내었다.
초크 코일에 있어서의 자심의 종류 전력손실(W)
비교예4의 자성혼합물을 이용한 자심실시예4의 자성혼합물을 이용한 자심실시예5의 자성혼합물을 이용한 자심실시예6의 자성혼합물을 이용한 자심비교예5의 자성혼합물을 이용한 자심비교예6의 자성혼합물을 이용한 자심 5.24.13.84.35.36.3
표 3과 표 4를 참조하여 명확해진 바와 같이, 비교예 4의 자성혼합물을 이용한 자심은, 그 철심손실는 작은 거, 포화 자기화도 작은 것이고, 해당 자심은 포화하여 전류는 많이 흐르는 것에 의해 손실은 크게 되어 있다. 또한, 비교예 6의 자성혼합물을 이용한 자심은, 포화 자기화는 큰 것이 철심손실가 큰 것에서, 절력손실이 크게 되어 있다.
이것에 반해, 실시예 4 내지 6의 자성혼합물을 이용한 자심의 경우는, 포화 자기화와 철심손실의 발란스가 좋은 것에서, 전력손실은 작게 되어 있다.
실시예 7 내지 9, 비교예 7 내지 9
물 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도 145메시 하의 A: Fe-46%Ni합금의 분말과, 물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로제조되고, 정밀도 200메시 하의 B: Fe-9.5%Si-5.5%Al합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 5에서 나타내는 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 경우와 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 5 중 비교예 9는, 실시예 8과 동등성분의 Fe-22%Ni-4.7%Si-2.6%Al합금분말(145메시 하)을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 포화자화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예7 100 - 1.38 95 30×10-6 120
실시예7 70 30 1.17 91 22×10-6 110
실시예8 50 50 1.03 110 15×10-6 95
실시예9 30 70 0.91 116 5×10-6 85
비교예8 - 100 0.78 120 ≤1×10-6 75
비교예9 실시예8와 동등조성의 합금분말 1.03 45 29×10-6 290
이 경우, 실시예 7 내지 9의 혼합물분말은, B분말의 2개의 특이점이 희석되어 있다라고 해도, 동등성분의 합금분말(비교예 0)의 경우에 비해서 자기왜곡이 작고, 투자율은 크게 되어 있다.
실시예 10 내지 12, 비교예 10 내지 12
물 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도 200 메시 하의 A:순철의 분말과, 가스 아토마이즈법으로 제조되며, 정밀도100메시 하의 B:Fe-80%Ni-2%Mo합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 6에서 나타내느 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 혼합과 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 6 중의 비교예 12는, 실시예 11과 동등성분의 Fe-40%Ni-1%Mo합금분말(200메시 하)을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 포화자화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예10 100 - 1.97 105 10×10-6 250
실시예10 70 30 1.58 108 8×10-6 200
실시예11 50 50 1.31 121 6×10-6 150
실시예12 30 70 0.99 130 3×10-6 90
비교예11 - 100 0.68 150 ≤1×10-6 60
비교예12 실시예11과 동등조성의 합금분말 1.32 67 29×10-6 350
이 경우, 실시예 10 내지 12의 혼합물분말은, B분말의 2개의 특이점이 희석되어 있다고 해도, 동등성분의 합금분말(비교예 12)의 혼합에 비해서 자기왜곡은 작고, 투자율은 크다. 게다가, 이들 실시예의 분말은, 염가의 순철을 이용하고 있는 것에서 저비용화를 실현하고 있다.
실시예 13 내지 15, 비교예 13 내지 15
물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도145메시하의 A:Fe-4%Si합금의 분말과, 물 아토마이즈법으로제조되며, 정밀도145메시 하의 B:Fe-49% Co-2%V합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 7에서 나타낸 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 혼합과 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 7 중 비교예 15는, 실시예 14와 동등성분의 Fe-25%Co-1.1%V-2.0%Si합금분말(145메시 하)을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하였다. 또한, 철심손실의 측정에 관해서는, 25kHz, 0.1T의 조건하와 1kHz, 1T의 조건하의 2같은 조건하에서 측정하였다.
그 결과를 표 7에서 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 포화 자기화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
25kHz,0.1T의 때 1kHz,1T의 때
비교예13 100 - 1.61 105 70×10-6 190 1250
실시예13 70 30 1.58 102 62×10-6 175 1460
실시예14 50 50 1.83 84 40×10-6 265 1920
실시예15 30 70 1.95 71 7×10-6 340 2250
비교예14 - 100 2.04 65 5×10-6 350 2500
비교예15 실시예14와 동등성분의 합금분말 1.81 45 37×10-6 305 2340
이 경우, 실시예 13 내지 15의 혼합물분말은, B분말의 2개의 특이점이 희석되어 있다고 해서, 동등성분의 합금분말(비교예15)의 경우에 비하면, 자기왜곡을 작게, 투자율을 크게 하는 것이 가능하다. 게다가, 이들 실시예의 분말은, 염가의 Fe-4%Si합금분말을 이용하고 있는 것에서 저비용화가 실현되고 있다.
다음에, 상기 각 자심시료를 직류 브러쉬레스 모터의 고정자에 짜넣고, 회전수 15000rpm으로 모터회전시킨 때의 발생토크를 측정하였다.
또한, 직류 브레시레스모터의 하는 방법은 하기와 같다.
고정자:최외경 30mm, 두께 5mm, 9슬롯.
회전자: Nd-Fe-B계 본드자석, 8극착자.
그 결과를, 비교예 13의 자성혼합물을 이용한 자심의 경우를 1.0으로 하는 상대치로서 표8에 나타내었다.
자심시료의 종류 발생토크(상대치)
비교예13의 자성혼합물을 이용한 자심실시예13의 자성혼합물을 이용한 자심실시예14의 자성혼합물을 이용한 자심실시예15의 자성혼합물을 이용한 자심비교예15의 자성혼합물을 이용한 자심비교예15의 자성혼합물을 이용한 자심 1.01.31.61.41.21.2
표 7과 표 8을 참조하여 명확해진 바와 같이, 비교예 13의 자성혼합물을 이용한 자심은 그 철심손실은 작은 것, 포화 자기화도 작은것에서, 해당 자심이 포화하여 발생토크는 작다. 또한, 비교예 14의 자성혼합물을 이용한 자심은, 포화 자기화는 큰 것의 철심손실가 큰 것에서, 전력손실이 크게 되고, 동일하게 발생토크는 작게 되어 있다.
이것에 반해, 실시예 13 내지 16의자성혼합물을 이용한 자심의 경우는, 포화 자기화와 철심손실의 발란스가 좋은 것에서, 전력손실이 작게, 결과로서 발생토크가 크게 되어 있다.
실시예 16 내지 18, 비교예 16 내지 18
물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도145메시하의 A:Fe-6.5%Si합금의 분말과, 물 아토마이즈법으로제조되며, 정밀도145메시 하의 B:Fe-80%Ni-2%V합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 9에서 나타낸 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 혼합과 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 9 중 비교예 18는, 실시예 17와 동등성분의 Fe-40%Ni-1%Mo-3.3%Si합금분말(145메시 하)을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하였다.
그 결과를 표 9에서 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 포화 자기화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예16 100 - 1.42 75 ≤1×10-6 170
실시예16 70 30 1.23 98 ≤1×10-6 155
실시예17 50 50 1.06 128 ≤1×10-6 120
실시예18 30 70 0.84 150 ≤1×10-6 105
비교예17 - 100 0.66 185 ≤1×10-6 80
비교예18 실시예17와 동등조성의 합금분말 0.99 73 32×10-6 205
이 경우, A분말과 B분말은 자기왜곡이 실질적으로 제로이라고 하는 특이점을 공통으로 하고 있지만, 이들 분말은 혼합하면, 이 특이점이 확보되고, 게다가 동등성분의 합금분말(비교예18)의경우보다도 자기왜곡이 작은 분말혼합물로 되는 것이 명료하게 나타내어 있다. 게다가, A분말은 염가이기 때문에, 이들 실시예의 분말은 저비용화를 실현하고 있다.
실시예 19 내지 22, 비교예 19 내지 22
각각 물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도145메시하의 A:Fe-6.5%Si합금의 분말과, B:Fe-9.5%Si-5.5%Al합금의 분말, C:Fe-80%Ni-2%Mo합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 10에서 나타낸 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 혼합과 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 10 중 비교예 22는, 실시예 21과 동등성분의 Fe-24%Ni-0.6%Mo-5.8%Si-2.2%Al합금의 분말(물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도 145메시 하)을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하고, 그 결과를 표 10에서 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 C분말 포화 자기화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예19 100 - - 1.41 92 ≤1×10-6 140
실시예19 70 10 20 1.23 105 ≤1×10-6 120
실시예20 50 30 20 1.08 112 ≤1×10-6 90
실시예21 40 30 30 0.85 128 ≤1×10-6 80
실시예22 20 20 60 0.81 131 ≤1×10-6 80
비교예20 - 100 - 0.77 125 ≤1×10-6 70
비교예21 - - 100 0.65 140 ≤1×10-6 60
비교예22 실시예21와 동등조성의 합금분말 0.82 45 29×10-6 350
이 경우, A분말과 B분말과 C분말은 모두 자기왜곡이 실질적으로 제로이라고 하는 특이점을 공통으로 하고 있지만, 또한 B분말과 C분말은, 투자율이 극대치라고하는 특이점과, 투자율이 극소치라고 하는 특이점을 나타낸다라는 특이점을 공통으로 하고 있고, 이들 3분말을 혼합하면 얻어진 분말혼합물은 3자공통의 특이점이 확보되고, 게다가 2자공통의 특이점도 약간 희석되어 있다라고 해서 대개 확보되어 있고, 게다가 동등성분의 합금분말(비교예22)의 경우보다도 자기왜곡이 작게, 투자율이 큰 자성분말로 되는 것이 명료하게 나타내어져 있다.
실시예 23 내지 26, 비교예 23 내지 26
각각 물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도100메시하의 A:Fe-46%Ni합금의 분말, 물아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도가 145메시 하의 B:Fe-80%Ni-2%Mo합금의 분말, C:가스아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도가 200메시하의 Fe-9.5%Si-5.5%Al합금의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 11에서 나타낸 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 그 혼합물을 이용하여 실시예 1 내지 3의 혼합과 마찬가지로 하여 자기특성측정용 시료를 제조하였다.
또한, 표 11 중 비교예 26은, 실시예 25와 동등성분의 Fe-42%Ni-0.6%Mo-2.9%Si-1.6%Al합금의 분말(물 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도 100메시 하)을 이용한 경우를 나타낸다.
이들 분말을 이용한 시료의 자기특성을 실시예 1 내지 3과 마찬가지로 하여 측정하고, 그 결과를 표 11에서 나타내었다.
자성혼합물(혼합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 C분말 포화 자기화(T) 투자율 자기왜곡 철심손실(kW/㎥)
비교예23 100 - - 1.32 98 31×10-6 130
실시예23 70 10 20 1.25 105 22×10-6 100
실시예24 50 30 20 1.11 110 15×10-6 90
실시예25 40 30 30 0.93 116 10×10-6 75
실시예26 20 20 60 0.77 127 3×10-6 70
비교예24 - 100 - 0.65 135 ≤1×10-6 60
비교예25 - - 100 0.75 117 ≤1×10-6 75
비교예26 실시예25와 동등조성의 합금분말 0.91 55 29×10-6 190
이 경우, A분말과 B분말과 C분말은, 모두 투자율이 극대치를 보유한다라는 특이점을 공통으로 하고 있고, 또한, B분말과 C분말은 자기왜곡이 실질적으로 제로이라는 특이점을 공통으로 하고 있고, 이들 3분말을 혼합하면 얻어진 분말혼합물은 3자공통의 특이점(고투자율)이 확보되고, 게다가 2자공통의 특이점도 약간 희석되지만, 대개 확보되어 있고, 게다가 동등성분의 합금분말(비교예26)의 경우보다도 자기왜곡이 작게, 투자율이 큰 자성분말로 되는 것이 명료하게 나타내어져 있다.
실시예 27 내지 42, 비교예 27 내지 29
물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도100메시하의 A:Fe-3.12%Si합금의 분말과, 물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도가 100메시 하의 B:Fe-6.61%Si합금의 분말, 물과 가스를 이용한 아토마이즈법으로 제조되고, 정밀도가 100메시하의 C: Fe-9.48%Si-5.65%Al합금의 분말, 및 100메시 하의 D: 순철의 분말을 준비하였다.
이들 분말을 표 12에서 나타낸 혼합비율(중량%)로 혼합한 후, 또한, 그 혼합물100중량부에 대응해서, 물가스2종류부, 컨버터아린산아연0.5중량부를 배합하여 전체를 혼련하고, 그 혼련물을 실온하에 있어서 13ton/㎠으로 프레스성형하여, 외경 25mm, 내경15mm, 높이 5mm의 원환 형상 압분 자심으로 하였다. 게다가, 이 압분 자심에 대응하여, 진공 중에 있어서, 온도 700℃로 1시간의 열처리를 행하였다.
게다가, 얻어진 자심의 자기특성을 측정하였다.
투자율:LCR메타를 이용하고, 주파수 25kHz로 측정.
직류중첩특성:직류바이아스 전류를 흐르면서 LCR메타로 투자율을 측정하여 가고, 측정되는 투자율이 최초의 투자율의 절반으로 저하는 자계의 값을 측정.
철심손실:주파수 25kHz, 자속밀도1kG에 있어서의 손실을 측정.
이상의 결과를 표 12에 나타내었다.
또한, 실시예 27, 28, 34, 39, 비교예27, 28, 29의 자심에 관해서는, 선지름 1mm의 코일을 23메타 귄회하여 승압 초퍼용 초크 코일로 하고, 이것을, 입력14V, 출력60V의 DC-DC컨버터 짜넣고, 게다가 스위칭 주파수를 25kHz, 출력전류를 0.9A로 하였을 때의 자심의 온도상승을 측정하였다. 그 결과도 표 12로 나타났다.
자성혼합물(배합비율, 중량%) 자기특성
A분말 B분말 C분말 D분말 투자율 투자율의 반감자계(A/m) 철심손실(kW/㎤) 자심의온도상승(℃)
실시예27 50 50 - - 64 16400 40 41
실시예28 80 - 20 - 71 11760 300 35
실시예29 50 - 50 - 84 9680 250 측정안함
실시예30 20 - 80 - 90 7280 120 측정안함
실시예31 72 - 18 10 78 11520 340 측정안함
실시예32 56 - 14 20 85 11200 480 측정안함
비교예27 40 - 10 50 114 11360 830 64
실시예33 - 70 30 - 65 9680 250 측정안함
실시예34 - 50 50 - 70 7040 200 40
실시예35 - 10 90 - 100 4960 70 측정안함
실시예36 - 45 45 10 80 6800 230 측정안함
실시예37 - 35 35 20 88 6560 300 측정안함
비교예28 - 25 25 50 100 6560 700 58
실시예38 30 50 20 - 68 10560 270 측정안함
실시예39 30 20 50 - 71 8160 230 35
실시예40 10 10 80 - 84 6640 110 측정안함
실시예41 27 18 45 10 77 8000 280 측정안함
실시예42 21 14 35 30 88 8800 350 측정안함
비교예29 15 10 25 50 107 8640 490 66
이상의 설명에서 명확해진 바와 같이, 본 발명의 자성혼합물과, 구성원소의 어느 조성비로 자기특성에 특이점이 생기는 연자성합금의 분말을 균일혼합하는 정도의 것이지만, 그 특이점이 손실하는 것없이 확보되고, 게다가 동등성분의 합금분말의 경우보다도 각종의 자기특성이 우수하다.
따라서, 본 발명의 자성혼합물은, 제조목적의 압분 자심에 요구되고 있는 자기특성에 대응하여 복수의 분말을 혼합하는 정도로 그 압분 자심의 원료소재로서 사용하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 구성원소의 어느 조성비로 자기특성에 특이점이 생기는, 2종류이상의 분말이 균일하게 혼합되어 있는 혼합물이고; 또한, 그 혼합물에 있어서의 개개의 분말의 자기특성은 확보되어 있고, 또한 전체로서는 연자성인 것을 특징으로 하는 자성 혼합물.
  2. 구성원소의 어느 조성비로 자성특성에 특이점이 생기는, 1종류이상의 연자성재료의 분말과, 1종류이상의 다른 연자성재료의 분말이 균일하게 혼합되어 있는 혼합물이고; 또한, 그 혼합물에 있어서의 개개의 분말의 자기특성은 확보되어 있고, 또한 전체로서는 연자성인 특징으로 하는 자성 혼합물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 1종류이상의 절연재료가 균일하게 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 혼합물.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특이점은, 실질적으로 제로의 자기왜곡, 또는 실질적으로 제로의 자기이방정수인 것을 특징으로 하는 자성 혼합물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특이점은, 투자율의 극대치, 유지력의 극소치, 또는 포화 자기화의 극대치 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 자성 혼합물.
  6. Fe-(3.0±0.5)% Si합금의 분말, Fe-(6.5±0.5)%Si함금의 분말, 및, Fe-(9.5±0.5)%Si-(5.5±0.5)%Al함금의 분말의 군으로부터 선택되는 2종 또는 3종을 균일하게 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성 혼합물.
  7. 제 6항의 자성혼합물70중량%이상과, 순철의 분말30중량%이하를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성 혼합물.
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