KR20020077798A

KR20020077798A - 산화물 자성재료 및 이것을 이용한 코일부품

Info

Publication number: KR20020077798A
Application number: KR1020020006647A
Authority: KR
Inventors: 요코야마료; 사이토유타카
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2002-10-14
Also published as: US20020148995A1; EP1231614A1; TW565861B; CN1371104A; JP2002246222A

Abstract

본 발명에 따른 산화물 자성재료는 Fe₂O₃46.0-50.0 몰%, ZnO 20.0-30.0 몰%, CuO 7.1-10.0 몰% , MgO 1.0 몰% 이하(단 0 몰%는 포함하지 않음), 나머지는 NiO를 포함하는 조성물로 이루어진다. 또한 본 발명은 이러한 산화물 자성재료로 만들어진 코어를 구비하는 코어부품을 제공한다.

Description

산화물 자성재료 및 이것을 이용한 코일부품{OXIDE MAGNETIC MATERIAL AND COIL PART USING THE SAME}

본 발명은 초크코일 및 인덕터의 코어로서 사용되는 산화물자성재료와, 이 산화물자성재료를 코어로 이용한 코일부품에 관한 것이다.

근년에 각종전자기구의 소형, 경량화가 급격히 진행되고, 그것에 대응하여 전자기구의 전기회로에 이용되는 전자부품의 소형화, 고성능화에 대한 요구도 급속히 높아지고 있다.

이들 전자부품 중 하나인 전원용 초크코일의 자성재료로서는 고유저항이 높은 직권선(直券線)이 가능하고, 전원용 초크코일의 소형화, 저코스트화가 가능한 것, 큐리점(Curie temperature)이 높고, 포화자속밀도Bs의 온도특성이 양호하다는이유로 Ni-Zn계 페라이트가 많이 사용된다.

그러나, Ni-Zn계 페라이트는 일반적으로 Mn-Zn계 페라이트에 비해서 포화자속밀도Bs가 낮으므로 전원용 초크코일로 사용되는 자성재료로서는 보다 높은 Bs화가 요구되고, 또 이와 동시에 코어를 전원용초크코일부품으로서 제품화하는데 필요한 그 밖의 특성의 향상 및 특성의 부가도 요구된다.

구체적으로는 다음과 같은 사항이 요구된다.

(1) 대전류인가에 의한 높은 자장에 대하여 포화하지 않도록, 즉, 직류중첩특성을 향상시키기 위해 포화자속밀도Bs를 높이는 것.

(2)소비전력감소를 목적으로 하여 직류저항값을 낮추기 위해 권선수를 감소시켜도 원하는 인덕턴스가 얻어지도록 초기투자율μi을 높이는 것.

(3)동작온도의 높은 영역에 있어도 양호한 직류중첩특성을 유지하기 위해 초기튜자율μi의 온도특성을 개선하는 것.

(4)전자부품을 표면실장화할 때의 수지몰드에 의해 인덕턴스가 변화하지 않는 것, 즉, 항응력특성이 양호한 것.

또, 전원용 인덕터에 이용되는 자성재료의 특성에 있어서도 상기 전원용 초크코일에서 요구되는 것과 동일한 것이 요구된다.

이들 요구에 따라서 일본특허공개평6-295811호 공보에는 기본성분조성이 Fe₂O₃48-50몰%, ZnO 15-25몰%, CuO 2.5몰% 이하, NiO 22-37몰% 및 나머지가 불가피 불순물로 된것에 MoO₃환산으로 3000ppm 이하의 Mo산화물을 첨가하여 되는 산화물연질 자성재료가 기재되어 있다. 이 공보에서는 산화물 연질 자성재료의 조성을 상기 범위내로 함으로써 높은 Bs, 높은 μi를 실현시킬 수 있다. 그러나, 이 공보에서는 외부응력을 가한 때에 인덕턴스의 변화에 대해서는 기재되어 있지 않다.

또, 일본특허공개소63-275104호 공보에는 Fe₂O₃40-55몰%, NiO 5-55몰%, CuO 0-20 몰%, ZnO 0-30몰% 로 되는 Ni-Zn계 페라이트로 Sb2O3를 0.1-3.0wt% 첨가한 것을 특징으로 하는 산화물자성재료가 기재되어 있다. 이 공보에 의하면 산화물자성재료의 조성을 상기 범위 내의 것으로 함으로써 투자율, 온도특성, 가압특성을 동시에 만족하는 산화물자성재료를 제공할 수 있다. 그러나, 이 공보 속에서는 가압특성에 있어어 언급만 할 뿐 구체적인 가압특성의 데이터는 개시되어 있지 않다.

일본특허공개평5-3112호 공보에는 Ni-Cu-Zn계 페라이트를 주성분으로 하고, 이 것에 부성분으로서 0.2-0.8중량%의 Nb₂O₅, 0.3-1.2중량%의 Ta₂O₅, 0.15-1.35중량%의 MoO₃중 어느 것을 한 종류 첨가하는 것을 특징으로 하는 산화물자성재료가 기재되어 있다. 이 공보에 의하면 산화물자성재료를 상기와 같이 조성 함으로써 큰 초기투자율을 가지고, 또한 초기투자율의 온도계수가 작은 산화물 자성재료를 제공할 수 있다. 그러나 이 공보에는 포화자속밀도Bs, 항응력특성에 있어서 어떠한 기재도 없으며, 이 조성이 전원용 초크코일 및 전원용 인덕터에 이용되는 코일에 필요한 특성 모두를 만족하는 것은 아니다.

일본특허공개평1-103953호 공보에는 Fe₂O₃40-50몰%, ZnO 20-35몰%, CuO 3-10몰% , 나머지가 NiO로되는 Ni-Cu-Zn계 페라이트에 있어서 최대라 해도 NiO의1/2 이하가 MgO 및, 또는 (1/4)(Li₂O + Fe_`O₃) 및, 또는 Mn 산화물로 치환되는 것에 대하여 0.05-2.0중량%의 Bi₂O₃를 함유하는 것을 특징으로 하는 페라이트재료가 기재되어 있다. 이 공보에 의하면 페라이트재료의 조성을 상기의 조성으로 구성함으로써 높은 초기투자율μi, 포화자속밀도Bs, 강도를 가지고, 또한 내열충격성이 우수한 페라이트 재료를 제공할 수 있다. 그러나, 이 공보에서는 페라이트재료의 기계적인 강도에 대해 언급말 할 뿐 초기투자율의 가압특성, 즉, 항응력특성에 대해서는 어떠한 기재도 없다.

일본특허공개평3-93667호 공보에는 Fe₂O₃25-40몰%, ZnO 0-20몰%, 나머지가 NiO 및 CuO로되는 스피넬(spinel)형 조성물에서 NiO를 0.1-20몰%의 MgO로 치환하는 것에 대하여 0.1-12중량%의 BiO₂O₃및 0.05-4.0중량%의 SiO₂를 함유시키는 것을 특징으로 하는 자성재료가 기재되어 있다. 이 공보에 의하면 자성재료의 조성을 상기의 것으로 함으로써 가압특성 및 자장특성이 양호한 자성재료가 제공될 수 있다. 이 공보에서는 자성재료의 초기투자율μi이 5-10 정도이고, 포화자속밀도Bs에 대하여는 어떠한 기재도 없다. 따라서, 이 자성재료의 전원용 초크코일 및 전원용 인덕터에 이용되는 코어에 필요한 특성 모두를 만족할 수 없다.

일본특허공개평10-335131호 공보에는 Ni-Mg-Cu-Zn계 페라이트를 주성분으로 하고, 이것에 부성분으로서, Pb0 2.16-3.96중량%, SiO₂0.80-1.63몰%, Nb₂O₃1.4-3.0W중량%를 함유하며, 또는 부성분으로서 또한 Co₃O₄를 0.01-10중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 산화물자성재료가 기재되어 있다. 이 공보에 의하면 자성재료의 조성을 상기와 같이 구성함으로써 높은 초기투자율 μi과 작은 온도계수를 갖는 자성재료를 제공할 수 있다. 그러나, 이 공보의 실시예에 기재된 자성재료의 초기투자율μi은 18-69정도 이고, 포화자속밀도Bs, 항응력특성에 있어서는 어떠한 기재도 없다. 따라서 이 자성재료가 전원용 초크코일 및 전원용 인덕턴스에 이용되는 코어에 필요로하는 특성을 모두 만족할 수는 없다.

또, 일본특허공개평2000-306719호 공보에는 Fe₂O₃48-50몰%, ZnO 20-32몰%, CuO 3-7몰%, 나머지가 NiO 로되고, ZnO의 0-5몰%를 MgO로 치환하는 동시에 소결체의 평균결정입경이 5 μm 이상인 산화물 자성재료가 기재되어 있다. 이 공보에 의하면 자성재료를 상기 조성의 구성으로 함으로써 높은 비저항으로 낮은 손실의 산화물 자성재료를 제공할 수 있다. 그러나, 이 공보에는 외부응력을 가한 때의 인덕턴스의 변화, 즉, 항응력에 대해서 어떠한 기재도 없다. 따라서, 이 자성재료가 전원용 초크코일 및 전원용 인덕터, 특히 수지몰드타입의 전원용 초크코일 및 전원용 인덕터에 이용되는 코어에 필요한 특성 모두를 만족할 수 없다.

상술한 바와같이, 종래의 자성재료에는 포화자속밀도Bs 및 초기투자율 μi이 높고, 또한 초기투자율μi의 온도특성이 양호하며, 더욱이 항응력특성이 양호한 자성재료는 존재하지 않는다.

따라서 본 발명의 목적은 포화자속밀도Bs 및 초기투자율μi가 높고, 또한 초기투자율μi의 온도특성이 양호하면서도 항응력특성이 양호한 산화물자성재료와 이것을 이용한 코어를 갖는 코일부품을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 초크코일의 일실시예를 나타내는 일부 투시사시도.

도 2는 본 발명의 인덕터의 일예를 나타내는 일부투시사시도.

본 발명의 제1구성특징에 따른 산화물자성재료는 Fe₂O₃46.0-50.0 몰%, ZnO 20.0-30.0 몰%, CuO 7.1-10.0 몰% , MgO 1.0 몰% 이하(단 0 몰%는 포함하지 않음), 나머지는 NiO를 포함하는 조성물로 이루어진다.

본 발명의 제2구성특징에 따른 코일부품은 제1구성특징의 산화물자성재료로되는 코어를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 산화물 자성재료는 조성을 상기 범위 내로 함으로써 포화자속밀도Bs가 높고, 초기투자율μi가 높으며, 초기투자율 μi의 온도특성이 양호하고, 항응력이 양호하게 될 수 있다.

여기서 각 조성물을 상기와 같이 조성한 이유는 다음과 같다. 각 조성물 중에서 Fe₂O₃를 46.0 몰% 이하로 하면 소결체밀도가 낮아진다. 그리고, Fe₃O₄의 석출에 의해 소결체밀도의 저하와, 코어로서의 비저항이 저하하기 시작한다. 이 석출이 현저히 나타나는 것은 Fe₂O₃가 50.0 몰%를 초과할 때이다.

또, CuO rk 7.1 몰% 미만에서는 자성재료의 소결성이 열화하고, 소결체밀도가 저하하기 때문에 코어의 물리적강도가 저하한다. 한편, CuO가 10.0 몰%를 초과하면 코어의 비저항이 낮아진다.

또, ZnO 가 20.0 몰% 미만에서는 초기투자율μi가 저하하고, 한편 ZnO가 30.0 몰%를 초과하면 큐리점이 저하하게 되어 실용상 문제가 된다.

또, MgO를 포함 함으로써 포화자속밀도Bs, 초기투자율μi의 온도특성, 항응력특성 중 어느 것에 있어서도 양호한 값이 얻어진다. 한편, 함유되지 않는 경우에는 이들 3개의 특성을 동시에 양호하게 하는 것이 곤란하다. 이 MgO는 1.0 몰%를 초과하면 포화자속밀도Bs가 저하하고, 추기투자율μi의 온도특성 및 항응력특성도 악화한다.

또, 본 발명에 있어서는 주성분의 나머지부분으로서 NiO를 함유하지만 이것은 여러 특성을 기타의 성분에 의해 조정하고 나머지로 하는 것이다. 여기서 NiO를 함유하지 않으면 비저항이 저하하고, 항응력 특성도 악화한다.

다음에 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 자성재료는 상기 제1구성특징의 조성물로 이루어지며, 일예로서 다음과 같이 제조된다. 각 성분의 원료에는 기본적으로는 산화철, 산화동, 산화아연, 산화마그네슘, 산화니켈을 이용한다. 마규네슘에 있어서는 최종적으로 얻어지는 자성재료 속에서의 마그네슘의 구성비가 MgO로 환산하여 상기 범위 내로 되도록 다른 마그네슘화합물, 예를들면 Mg(OH)₂등을 사용할 수 있다. 각 원료는 최종조성이 상기 조성비로 되도록 혼합된다.

다음에, 혼합물을 가소한다. 가소는 통상은 공기중에서 행하는 것이 좋다. 가소온도는 80-1100℃, 가소온도는 1-3시간으로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 얻어진 가소물을 볼 밀 등에 의해 소정의 입경으로 할 때까지 분쇄한다. 가소물을 분쇄한 후 폴리비닐알콜 등의 적당한 바인더를 적량 가하여 소정의 형상으로 성형한다.

다음에, 성형체를 소성한다. 소성은 통상 공기중에서 행하면 좋으며, 소성온도는 900-1200℃ 정도이고, 소성시간은 2-5시간으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 코일부품은 상기한 본 발명의 자성재료를 소정형상의 코어로서 가공한 것에 필요한 권선을 행하고, 필요에 따라 수지몰드 등을 시행함으로써 얻어질 수 있다. 또, 코어를 소정형상으로 하기 위해서는 전술한 바와같이 소성전의 성형이라고 하는 방법을 이용하는 것도 좋으며, 소성후에 가공하는 방법도 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 자성재료에 의한 페라이트코어(드럼코어1 및 링코어2)를 이용한 초크코일의 구성예를 나타내는 일부투시사시도이다. 도 1에 있어서 드럼코어(1)에는 권선(3)이 감기고, 권선(3)을 감은 드럼(1)과 링코어(2) 사이에는 수지(6)가 충진되는 동시에 이들 코어(1)(2)는 베이스(4)에 접착된다. 베이스(4)에는 1쌍의 단자전극(5)이 고정되고, 각 단자전극(5)에 권선(3)의 양단이 접속된다.

도 2는 본 발명의 자성재료에 의한 페라이트 코어를 이용한 칩 인덕터의 구성예를 나타낸 일부투시사시도이다. 이 예의 칩 인덕터는 본 발명의 페라이트를 이용하고, 양단에 지름이 큰 플랜지부를 갖는 드럼형 코어(7)와, 이 코어(7)의 통체부에 감겨진 권선(8)과, 권선(8)의 단부와 외부전기회로를 접속하고, 또한 코어(7)를 수지(몰드재료10) 내에 고정하기 위한 단자전극(9)과, 이들 외부를 덮도록 설치한 몰드재료(10)를 가진다.

초크코일이나 칩 인덕터의 구성으로서는 도시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 종류의 형태로 할 수 있다. 초크코일은 예를들면 중간다리부에 부착된 포트코어 내에 수지를 유입하고, 판형상 페라이트코어를 포트코어의 개구부로 덮도록 함으로써 수지를 봉입하도록 한 구성도 좋다. 또, 인덕터는 예를들면 상자형의 수지케이스 내에 코어로 권선, 리드선 등을 설치한 코어소체를 삽입하고, 개구부를 몰드재로 밀봉하도록 구성할 수도 있다.

각 성분원료를 표 1에 나타낸 조성비가 되도록 칭량하고, 볼밀로 5시간 혼합하였다. 또, 표 1에 있어서의 샘플1-8은 본 발명의 조성범위에 있는 실시예이고, 샘플9-14는 본 발명의 조성범위 외에 있는 비교예이다.

상술한 바와같이 하여 얻어진 혼합물을 공기중에서 900℃로 2시간 가소한 후, 볼 밀에서 20시간 혼합, 분쇄하였다. 분쇄후의 혼합물을 건조하고, 폴리비닐알콜을 1.0 중량% 가한 후 100kPa의 압력으로 가압성형하여 치수가 50mm ×10mm ×7mm의 각형 성형체와, 외경 20mm, 내경 10mm, 높이 5mm의 환형 성형체를 얻었다. 이들 성형체를 공기중에서 표1에 나타낸 온도로 2시간소성하고, 자성재료로된 각형 코어샘플 및 환형코어 샘플을 얻었다.

상기 각형 코어샘플의 중앙부에 와이어를 14회 감은 후 이것에 일정속도로 일축압축력을 인가하고, 이때의 인덕턴스값을 연속적으로 측정하여 얻어진 측정값으로부터 인덕턴스변화율을 산출하였다. 표1에 50kPa의 일축 압축력을 인가한 때의 인덕턴스값 변화율△L/L을 표시하였다. 여기서, L은 가압전의 인덕턴스, △L은 가압에 의한 인덕턴스의 변화량, 즉, 가압시의 인덕턴스로부터 가압전의 인덕턴스를 뺀 값이다.

또, 일축가압은 아이코 엔지니어링사(Aikoh Engineering Co., Ltd.)제품의 하중시험기(계측 스탠드, 모델1321 ; 계측앰프, 모델1011CREEP ; 로드셀, 모델 3800)로 행하고, 인덕턴스값의 측정은 HP사 제품의 정밀 LCR 미터 4284A로 행하였다.

또, 환형코어샘플에 와이어를 20회 감은 후, 상기 LCR 미터에 의해 인덕턴스값을 측정하고, 100kHz에 있어서의 초기투자율μi, -20℃ 내지 20℃ 및 20℃ 내지 60℃에 있어서의 상대온도계수 αμir을 수학식 1에 의해 구하였다. 단 수학식 1에 있어서 T₁, T₂는 각각 투자율을 측정한 저온측, 고온측 온도, μi₁, μi₂는 각각 온도 T₁, T₂에 있어서의 초기투자율이다.

또, 상기 초기투자율μi 및 상대온도계수 αμir의 측정에 이용된 환형 샘플에 2차권선을 40회 감은 후 이연전자사(理硏電子社)제품 BㆍH 커브 트레이서(curve tracer)에서 4kA/m의 자장을 인가한 때의 포화자속밀도Bs를 측정하였다. 이들의 결과를 표1에 나타냈다.

표1에서 알 수 있는 바와같이, Fe2O3, ZnO, CuO가 상기 본 발명의 조성범위에 있고, 또한 NiO를 포함하고, MgO가 1 몰% 이하 포함되는 샘플1-8에 있어서는 초기투자율μi로서 500 이상의 높은 값이 얻어지고, 포화자속밀도Bs도 400mT 이상의 높은 값이 얻어진다. 또, 이들의 샘플1-8에 있어서는 -20 내지 20℃, 20 내지 60℃의 온도범위 내에서 인덕턴스의 상대온도계수 αμir은 10 미만으로 억제된다. 또, 이들의 샘플1-8에 있어서는 인덕턴스값 변화율 △L/L은 -3.0 미만으로 되고, 양호한 항응력특성이 얻어진다. 특히 항응력특성(인덕턴스값 변화율) △L/L에 있어서 검토하면 더욱 바람직하게는 MgO의 함유율은 0.1 - 0.75 몰%의 범위이다.

한편, MgO가 제로가 되거나 2몰% 이상 포함한 샘픔9-14의 경우는 -20 내지 20℃, 20 내지 60℃의 온도범위 중 최소한 어느 한쪽, 또는 양쪽에 있어서 인덕턴스의 상대온도계수 αμir은 10을 넘는 값이 되고, 또한 샘플10-14의 항응력특성 △L/L은 3.0 이상로 커진다.

이상 상세히 설명한 바와같이, 본 발명의 자성재료는 포화자속밀도Bs 및 초기투자율 μi가 높고, 또한 초기투자율μi의 온도특성이 양호하고, 항응력특성도 양호하다. 즉, 전원용 초크코일 및 전원용 인덕턴스의 코어에 이용되는 자성재료에 요구되는 모든 특성을 만족할 수 있다. 이 때문에 본 발명의 자성재료를 이용함으로써 고품질의 전원용 초크코일 및 전원용 인덕턴스를 제공할 수 있다.

Claims

Fe₂O₃가 46.0 - 50.0 몰%, ZnO 가 20.0 - 30.0 몰%, CuO 가 7.1 - 10.0 몰% , MgO 가 1.0 몰% 이하이고 나머지는 NiO를 포함하는 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화물 자성재료.
제1항에 있어서,

상기 조성물은 MgO를 0.1 몰% 내지 0.75 몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 산화물 자성재료.
Fe₂O₃가 46.0 - 50.0 몰%, ZnO 가 20.0 - 30.0 몰%, CuO 가 7.1 - 10.0 몰% , MgO 가 1.0 몰% 이하이고, 나머지는 NiO를 포함하는 조성물로 이루어지는 산화물 자성재료로 만들어지는 코어를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 코어부품.
제3항에 있어서,

상기 조성물은 MgO를 0.1 몰% 내지 0.75 몰% 함유하는 것을 특징으로 하는코어부품.