KR20030025307A

KR20030025307A - 영구자석, 이것을 자기 바이어스용 자석으로 한 자기코어, 및 그것을 이용한 인덕턴스 부품

Info

Publication number: KR20030025307A
Application number: KR10-2003-7003424A
Authority: KR
Inventors: 테루히코 후지와라; 마사요시 이시이; 하루키 호시; 케이타 이소가이; 하츠오 마쯔모토; 토루 이토; 타미코 암보
Original assignee: 엔이씨 도낀 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2003-03-28
Also published as: EP1321950B1; EP1321950A4; US20020149458A1; CN1473337A; WO2002021543A1; NO20031073L; NO20031073D0; US6995643B2; US20050116804A1; KR100851459B1; EP1321950A1; JPWO2002021543A1; US6856231B2; CN1280842C

Abstract

본 발명은 자석 분말과 20체적% 이상의 수지 함량의 수지를 함유하는 보드 잣거이고 0.1Ω·㎝ 이상의 비저항을 갖는 영구 자석에 관한 것이며, 여기서 자석 분말은 5 KOe 이상의 고유 보자력, 300℃이상의 퀴리점(Tc) 및 2.0㎛ 내지 50㎛ 범위의 평균 입경을 갖는 희토류 자석 분말이다. 영구 자석은 우수한 직류 중첩 특성과 코어 손실 특성을 자기 코어에 제공하기 위하여 자기 코어의 갭에 배치되는 바이어스용 자석으로서 적절히 사용될 수 있다. 리플로우 솔더링 처리되는 인덕턴스 부품의 자기 코어용으로는, 수지 함유량이 30% 이상인 본드자석이 이용되고, 자석 분말로서는, 고유 보자력이 10 KOe 이상, 퀴리점(Tc)이 500℃ 이상, 평균 입경이 2.5㎛ 이상인 Sm-Co 자석 분말을 이용된다. 본 발명의 보드 자석으로 인해 소형 인덕턴스 부품용으로, 두께가 500㎛이하인 박판 자석을 실현할 수 있다.

Description

영구자석, 이것을 자기 바이어스용 자석으로 한 자기 코어, 및 그것을 이용한 인덕턴스 부품 {PERMANENT MAGNET, MAGNETIC CORE HAVING THE MAGNET AS BIAS MAGNET, AND INDUCTANCE PARTS USING THE CORE}

종래, 예컨대 스위칭 전원 등에 이용되는 초크코일 및 트랜스포머에서는 통상적으로 교류는 직류에 중첩하여 인가된다. 따라서 이들 초크코일이나 트랜스포머에 이용되는 자기 코어는, 그 직류 중첩에 대해 자기 포화하지 않는 투자율 특성(이 특성을 「직류 중첩 특성」 혹은 단순히「중첩 특성」이라 함)이 양호해야 한다.

고주파용 자기 코어로는, 페라이트 자기 코어나 자성 분말 코어가 사용되는데, 페라이트 자기 코어는 초기 투자율이 높고 포화 자속 밀도가 작으며, 자성 분말 코어는 초기 투자율이 낮고 포화 자속 밀도가 높다는 재료 물성에 유래한 특징이 있다. 따라서, 자성 분말 코어는 도넛형상으로 이용되는 경우가 많다. 한편,페라이트 자기 코어의 경우에는, 가령 E형 코어의 중앙 자기 레그(中足)에 자기 공극(자기 갭)을 형성하여 직류 중첩에 의해 자기 포화되는 것을 회피하는 작업이 이루어지고 있다.

그러나, 최근 전자기기의 소형화에 대한 요청에 따라 전자부품도 소형화가 요구되어 자기 코어의 자기 갭도 작게 할 수밖에 없으며, 직류 중첩에 대해 투자율이 보다 높은 자기 코어가 강력히 요망되고 있다.

이러한 요구에 대해, 일반적으로 포화 자화가 높은 자기 코어의 선택, 즉 높은 자계에서 자기 포화하지 않는 자기 코어의 선택이 필수시되고 있다. 그러나, 포화 자화는 필연적으로 재료의 조성으로 결정되는 것으로서 무한하게 높일 수 있는 것이 아니다.

그 해결수단으로서 자기 코어의 자로(磁路)에 설치된 자기 갭에 영구자석을 배치하고, 직류 중첩에 의한 직류 자계를 부정하는 방법, 즉 자기 코어에 자기 바이어스를 부여하는 방법이 오래 전부터 제안되고 있다.

이러한 영구자석을 이용한 자기 바이어스 방법은, 직류 중첩 특성을 향상시키는데 우수한 방법이지만, 반면에 금속 소결 자석을 이용하면 자기 코어의 코어 손실(core loss)이 현저히 증대하고, 또한 페라이트 자석을 이용하면 중첩 특성이 안정되지 않는 등 실용면에서는 매우 부정적이었다.

이러한 문제를 해결할 수단으로서, 가령 일본국 특허공개 공보 소50(1975)- 133453호는, 자기 바이어스용 영구자석으로서 보자력(保磁力)이 높은 희토류 자석 분말과 바인더를 혼합해 압축 성형한 본드자석을 이용하는 방법, 및 이로 인해 직류 중첩 특성과 코어의 온도상승이 개선되었음을 개시하고 있다.

그러나 최근 전원에 대한 전력변환효율의 향상에 대한 요구는 더욱 높아지고 있으며, 초크코일용 및 트랜스포머용의 자기 코어에 대해서도 단순히 코어 온도를 측정하는 것만으로는 우열을 판단할 수 없는 수준이 되고 있다. 이로 인해 코어 손실 측정장치에 의한 측정결과의 판단이 불가결하며, 실제로 본 발명자들이 검토한 결과, 일본국 특허공개공보 소50-133453호에 개시된 저항률의 값으로는 코어 손실 특성이 열화(劣化)되는 것으로 확인됐다.

또한, 최근의 전자기기의 소형화에 따라 인덕턴스 부품의 소형화가 더욱 요구되며 이에 따라 자기 바이어스용 자석의 슬림화 역시 요구되고 있는 바이다.

더욱이 최근 들어 표면 장착 타입의 코일이 요망되고 있는데, 표면 장착을 위해 코일은 리플로우 솔더링 처리에 제공된다. 그 리플로우 조건에서 코일의 자기 코어 특성은 열화되지 않아야 한다. 그리고 자석은 산화에 대한 내성이 요망된다.

본 발명의 과제는, 소형 인덕턴스 부품의 자로 중 적어도 1곳 이상에 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위해 상기 갭 근방에 배치되는 자기 바이어스용 자석으로서 특히 적합한 자석을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은, 자기 코어의 자기 바이어스용 자석으로서 이용했을 때, 자기 코어에 우수한 직류 중첩 특성과 코어 손실 특성을 부여할 수 있는 영구자석을 제공하는 것이다.

더욱이, 본 발명의 목적은 리플로우 온도에 노출되어도 자기 특성이 열화되지 않는 바이어스 자석용 영구자석을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 우수한 자기 특성과 코어 손실 특성을 갖는 자기 코어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 우수한 직류 중첩 특성과 코어 손실 특성을 갖는 자기 코어를 이용한 인덕턴스 부품을 제공하는 것이다.

본 발명은 초크코일이나 트랜스포머 등의 인덕턴스 부품의 자심(磁心), 즉 자기 코어(이하, 단순히 「코어」라고도 부름)에 이용되는 자기 바이어스용 영구자석에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 영구자석을 자기 바이어스용 자석으로 한 자기 코어 및 그 자기 코어를 이용한 인덕턴스 부품에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관계된 자기 코어의 사시도이다.

도 2는 도 1의 자기 코어에 코일을 감아 이루어지는 인덕턴스 부품의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 관계된 자기 코어의 사시도이다.

도 4는 도 3의 자기 코어에 코일을 감아 이루어지는 인덕턴스 부품의 사시도이다.

도 5는 실시예 3에서의 비교예로서, 자기 바이어스용 자석이 없는 자기 코어의 직류 중첩 자계(Hm)에 대한 투자율(μ) 변화(직류 중첩 특성)의 측정 데이터를, 반복 중첩에 관해 나타낸 도면이다.

도 6은 실시예 3에서의 자기 바이어스용 자석으로서 페라이트 자석(시료 S-1)을 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 자계(Hm)에 대한 투자율(μ) 변화(직류 중첩 특성)의 측정 데이터를 반복 중첩에 관해 나타낸 도면이다.

도 7은 실시예 3에서의 자기 바이어스용 자석으로서 Sm-Fe-N 자석(시료 S-2)을 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 자계(Hm)에 대한 투자율(μ) 변화(직류 중첩 특성)의 측정 데이터를 반복 중첩에 관해 나타낸 도면이다.

도 8은 실시예 3에서의 자기 바이어스용 자석으로서 Sm-Co 자석(시료 S-3)을 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 자계(Hm)에 대한 투자율(μ) 변화(직류 중첩 특성)의 측정 데이터를 반복 중첩에 관해 나타낸 도면이다.

도 9는 실시예 6에 있어서 수지량을 다양하게 바꾼 시료 자석(S-1 내지 S-4)을 이용했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 주파수 특성의 측정 데이터이다.

도 10은 실시예 7에서의 티탄 커플링제를 첨가한 바이어스 자석(시료 S-1)을 이용한 경우, 다른 온도에서의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 다른 온도에서의 주파수 특성에 대한 측정 데이터이다.

도 11은 실시예 7에서의 실란 커플링제를 첨가한 바이어스 자석(시료 S-2)을 이용한 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 다른 온도에서의 주파수 특성에 대한 측정 데이터이다.

도 12는 실시예 7에서의 커플링제를 첨가하지 않은 바이어스 자석(시료 S-3)을 이용한 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 다른 온도에서의 주파수 특성에 대한 측정 데이터이다.

도 13은 실시예 8에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(S-2)과 에폭시 수지로 표면이 피복된 본드자석(시료 S-1)을 열처리한 경우의 플럭스량의 변화를 나타낸 측정 데이터이다.

도 14는 실시예 8에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입하여 이루어지는 자기 코어를 다른 온도에서 열처리했을 경우의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 15는 실시예 8에 있어서, 에폭시 수지를 피복한 본드자석(시료 S-1)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 다른 온도에서 열처리한 경우의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 16은 실시예 9에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)과 불소 수지로 표면이 피복된 본드자석(시료 S-1)을 열처리한 경우의 열처리 시간에 대한 플럭스량의 변화를 나타낸 측정 데이터이다.

도 17은 실시예 9에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 열처리한 경우의 다른 열처리시간에서의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 18은 실시예 9에 있어서, 불소 수지를 피복한 본드자석(시료 S-1)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 열처리한 경우의 다른 열처리시간에서의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 19는 실시예 11에서의 Sm₂Fe₁₇N₃자석 분말과 폴리프로필렌 수지로 이루어진 자석(시료 S-1)을 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 매 측정회수별 측정 데이터이다.

도 20은 실시예 11에서의 Sm₂Fe₁₇N₃자석 분말과 12-나일론 수지로 이루어진 본드자석(시료 S-2)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율μ)의 매 측정회수별 측정 데이터이다.

도 21은 실시예 11에서의 Ba 페라이트 자석 분말과 12-나일론 수지로 이루어진 본드자석(시료 S-3)을 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 매 측정회수별 데이터이다.

도 22는 실시예 11에서의 갭에 박판 자석을 이용하지 않는 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 매 측정회수별 데이터이다.

도 23은 실시예 17에서의 각 자석 시료(S-1 내지 S-3)를 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후에서의 측정 데이터이다.

도 24는 실시예 18에서의 바인더가 다른 자석 시료(S-1 내지 S-3)를 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 25는 실시예 19에서의 각 자석 시료(S-1 내지 S-3)를 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 26은 실시예 20에서의 각 자석 시료(S-1 내지 S-3)를 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 27은 실시예 21에 있어서, 평균 입경이 다른 자석 분말을 사용한 자석 시료(S-1 내지 S-8)를 자기 갭에 삽입했을 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 28은 실시예 23에 있어서, 다른 Sm-Co 자석 분말을 이용한 자석 시료(S-1 및 S-2)를 자기 갭에 삽입한 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 29는 실시예 24에 있어서, 바인더로서 다른 수지를 이용한 자석 시료(S-1 내지 S-3)를 자기 갭에 삽입한 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 30은 실시예 26에 있어서, 자석 제조 시에 배향 자장을 사용한 자석 시료와 사용하지 않는 자석 시료(S-1 및 S-2)를 자기 갭에 삽입한 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 31은 실시예 27에 있어서, 착자 자장이 다른 자석 시료(S-1 내지 S-5)를 자기 갭에 삽입한 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후의 측정 데이터이다.

도 32는 실시예 28에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(S-2)과 에폭시계 수지로 표면이 피복된 본드자석(S-1)을 열처리했을 경우의 열처리 온도에 대한 플럭스량의 변화를 나타낸 측정 데이터이다.

도 33은 실시예 28에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)을자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어의 다른 열처리온도에서의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 34는 실시예 28에 있어서, 에폭시계 수지를 피복한 본드자석(시료 S-1)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어의 다른 열처리온도에서의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 35는 실시예 29에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)과 불소 수지로 표면이 피복된 본드자석(시료 S-1)을 열처리한 경우의 플럭스량의 변화를 나타낸 측정 데이터이다.

도 36은 실시예 29에 있어서, 수지로 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어의 다른 열처리온도에서의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 37은 실시예 29에 있어서, 불소 수지를 피복한 본드자석(시료 S-1)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입하여 이루어지는 자기 코어의 다른 열처리 온도에서의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 38은 실시예 31에 있어서, Sm₂Co₁₇자석과 폴리이미드 수지로 이루어진 본드자석(시료 S-1)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 39는 실시예 31에 있어서, Sm₂Co₁₇자석과 에폭시 수지로 이루어진 본드자석(S-2)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 40은 실시예 31에 있어서, Sm₂Fe₁₇N₃자석과 폴리이미드 수지로 이루어진 본드자석(S-3)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 41은 실시예 31에 있어서, Ba 페라이트 자석과 폴리이미드 수지로 이루어진 본드자석(시료 S-4)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 42는 실시예 31에 있어서, Sm₂Co₁₇자석과 폴리프로필렌 수지로 이루어진 본드자석(시료 S-5)을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 43은 실시예 37에 있어서, 시료(S-2)의 본드자석을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 44는 실시예 37에 있어서, 비교예(S-6)의 본드자석을 자기 바이어스용 자석으로서 자기 갭에 삽입해 이루어지는 자기 코어를 반복하여 열처리했을 때의 직류 중첩 특성(투자율;μ)을 나타낸 측정 데이터이다.

도 45는 실시예 39에 있어서, 시료(S-2 및 S-4)의 본드자석을 자기 갭에 삽입했을 경우와 자석을 삽입하지 않은 경우의 자기 코어의 직류 중첩 특성(투자율;μ)의 리플로우 전후에서의 측정 데이터이다.

본 발명에 따르면, 수지에 자석 분말이 분산되어 이루어지고, O.1Ω·㎝ 이상의 비저항을 가지며, 상기 자석 분말은, 고유 보자력이 5 KOe 이상, 퀴리점(Tc)이 300℃이상, 분말 입경이 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 영구자석이 얻어진다.

여기서, 자석 분말은, 그 분말 평균 입경이 2.0∼50㎛인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 수지 함유량이 체적비로 20% 이상인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 자석 분말은, 희토류 자석 분말인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 성형 압축율이 20% 이상인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 본드자석에 사용되는 상기 희토류 자석 분말에 실란 커플링제, 티탄 커플링제를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 그 제작 시에 자장 배향됨으로써 이방성화되어 있는 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 자석 분말은, 표면 활성제로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 중심선 평균 조도가 10㎛이하인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 전체의 두께가 50∼10000㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 영구자석은, 비저항이 1Ω·㎝ 이상인 것이 바람직하다. 또, 금형 성형 혹은 열 프레스에 의해 제조된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 영구자석은, 전체의 두께가 500㎛이하이다. 이 경우, 수지와 자석 분말의 혼합 도료로부터 닥터 블레이드법이나 인쇄법 등의 막형성법에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 표면의 글로스(광택도)가 25%이상인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 수지는, 폴리프로필렌 수지, 6-나일론 수지, 12-나일론 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 자석의 표면에, 내열 온도 120℃이상의 수지 또는 내열 도료를 피복하는 것이 바람직하다.

상기 영구자석에 있어서, 상기 자석 분말은 SmCo, NdFeB, SmFeN에서 선택된 희토류 자석 분말인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 영구자석의 일 양태에 따르면, 상기 자석 분말은, 고유 보자력이 10 KOe이상, 퀴리점이 500℃이상, 분말 평균 입경이 2.5∼50㎛인 것을 특징으로 하는 영구자석이 얻어진다.

상기 일 양태에 따른 영구자석에 있어서, 상기 자석 분말은 SmCo 희토류 자석 분말인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 SmCo 희토류 자석 분말은, Sm(Co_balFe_0.15∼0.25Cu_0.05∼0.06Zr_0.02∼0.03)_7.0∼8.5인 것이 바람직하다.

상기 일 양태에 따른 영구자석에 있어서, 상기 수지 함유량이 체적비로 30%이상인 것이 바람직하다.

상기 일 양태에 따른 영구자석에 있어서, 상기 수지는, 연화점이 250℃이상인 열 가소성 수지인 것이 바람직하다.

상기 일 양태에 따른 영구자석에 있어서, 상기 수지는, 탄화점이 250℃이상인 열 경화성 수지인 것이 바람직하다.

상기 일 양태에 따른 영구자석에 있어서, 상기 수지는 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 액정 폴리머로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 자로의 적어도 1곳 이상에 자기 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위하여, 상기 자기 갭 근방에 배치된 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에 있어서, 상기 자기 바이어스용 자석이, 본 발명에 따른 상기 영구자석인 것을 특징으로 하는 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어가 얻어진다.

이 자기 코어의 상기 자기 갭은 약 50∼10000㎛의 갭 길이를 갖는 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 상기 자기 갭은 약 500㎛보다 큰 갭 길이를 가지며, 또, 다른 실시예에 따르면, 상기 자기 갭은 약 500㎛이하의 갭 길이를 갖는다.

본 발명에 따른 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 의한 상기 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에, 적어도 1개의 코일을 1회 이상 감은 것을 특징으로 하는 인덕턴스 부품이 얻어진다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 1 실시형태에 관계된 자기 코어는 2개의 E형 페라이트 코어(2)를 서로 맞댄 것이다. 2개의 E형 페라이트 코어(2)의 중앙 자기 레그간의 맞대기 면에 갭이 남아 있고, 이 갭에는 바이어스 자계를 공급하기 위한 영구자석(1)이 삽입되어 있다.

또한 도 2를 참조하면, 도 1의 자기 코어에 대해 코일(3)을 감아 인덕턴스 부품이 구성되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 관계된 자기 코어가 도시되어 있다. 이 자기 코어는 도넛형상의 더스트 코어(5)를 이용한다. 이 더스트 코어의 자로에 갭이 설치되어 있고, 이 갭 속에 바이어스 자계를 공급하기 위한 영구자석(4)이 삽입되어 있다.

또, 도 4를 참조하면 도 3의 자기 코어에 대해 코일(6)을 감아 이루어지는 인덕턴스 부품이 도시되어 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 달성하기 위해 도 1 내지 도 4에 있어서 부호 1및 4로 나타낸 바와 같은 바이어스 자계 공급용 영구자석의 가능성에 대해 검토했다. 그 결과, 영구자석의 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상(바람직하게는 1Ω·㎝ 이상, 높을수록 좋다)이고, 고유 보자력(iHc)이 5 KOe 이상인 영구자석을 사용했을 때 우수한 직류 중첩 특성이 얻어지며, 더욱이 코어 손실 특성의 열화가 발생하지 않는 자기 코어를 형성할 수 있음을 발견하였다. 이는, 우수한 직류 중첩 특성을 얻기에 필요한 자석특성은, 에너지 곱보다 오히려 고유 보자력이라는 것을 의미한다. 따라서 본 발명은 비저항이 높고 고유 보자력이 높은 영구자석을 인덕턴스 부품인 자기 코어의 자기 바이어스용 자석으로 이용함으로써, 충분히 높은 직류 중첩 특성이 얻어짐을 발견한 것이다.

상기와 같이 비저항이 높고 더욱이 고유 보자력이 높은 영구자석은, 고유 보자력(iHc)이 5 KOe 이상인 희토류 자석 분말을 바인더와 함께 혼합해 성형한 희토류 본드자석으로 얻어진다. 그러나, 자석 분말로서는 희토류 자석에 한하지 않고, 고유 보자력(iHc)이 5 KOe 이상인 보자력이 높은 자석 분말이라면 어떠한 조성의 자석 분말이라도 가능하다. 희토류 자석 분말의 종류에는 SmCo계, NdFeB계, SmFeN계 등이 있다. 또한, 사용 시의 열에 의한 감자(減磁)를 생각할 때, 자석 분말로는 퀴리점(Tc)이 300℃이상, 고유 보자력(iHc)이 5 KOe 이상일 필요가 있다.

또한, 자석 분말의 평균 최대 입경이 50㎛이상이 되면 코어 손실 특성이 열화되므로, 분말의 최대 입경은 50㎛이하인 것이 바람직하고, 최소 입경이 2.0㎛이하가 되면 분쇄에 의한 분말의 산화로 인해 자화가 현저히 감소하므로, 2.0㎛이상의 입경이 필요하다.

비저항 0.1Ω·㎝이상의 일정하게 높은 값을 실현하려면 바인더, 즉 수지의 양을 조절해야 하는데, 수지의 양이 체적비로 20% 이상이 아니면 성형이 곤란하였다.

또, 자석 분말에 실란 커플링제나 티탄 커플링제 등의 커플링제를 첨가하거나 혹은 입자표면을 계면활성제로 코팅함으로써 성형체중에서 분말이 양호하게 분산되어 영구자석의 특성이 향상되므로 더욱 높은 특성의 자기 코어가 얻어진다.

더욱이 높은 특성을 얻기 위해서는 성형 시에 배향 자장 중에서 성형하여 이방성을 부여할 수도 있다.

자석의 산화에 대한 내성을 향상시키기 위하여 영구자석 표면을 내열성 수지 또는 내열 도료로 피복하면 좋다. 이로써 산화에 대한 내성과 높은 특성을 양립시킬 수 있다.

또한, 바인더로는, 절연성 수지로서 자석 분말과 혼합 및 압축성형이 가능하고, 자석 분말에 영향을 주지 않는 것이면 무방하다. 예를 들면 폴리프로필렌 수지, 6-나일론 수지, 12-나일론 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지가 있다.

다음으로 상기와 같이 리플로우에 의해 표면 장착되는 인덕턴스 부품에 이용되는 자기 코어의 자기 바이어스용 영구자석에 대해 기술한다.

리플로우 온도를 고려할 때, 리플로우 시의 열에 의한 감자를 회피하기 위하여, 자석 분말로는 고유 보자력(iHc)이 10 KOe 이상, 퀴리점(Tc)이 50℃이상인 것을 이용할 필요가 있다. 이러한 자석 분말의 예로는 희토류 자석 중 SmCo 자석이있다.

또한, 자석 분말의 최소 평균 입경은 2.5㎛가 필요하다. 이보다 작으면, 분말 열처리 및 리플로우 시에 분말이 산화되어 자화의 감소가 현저해지기 때문이다.

수지로는, 리플로우 시의 온도에서 탄화되거나 연화(軟化)되지 않도록, 탄화온도가 250℃이상인 열 경화성 수지 혹은 연화온도가 250℃이상인 열 가소성 수지를 이용하면 좋다.

또, 리플로우 온도에 노출된다는 조건과 성형의 확실성을 고려하여, 체적비 30%이상이 바람직하다.

이러한 수지의 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드아미드 수지, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 액정 폴리머를 들 수 있다.

또한 영구자석 표면의 피복으로는, 내열온도 270℃이상의 열 경화성 수지(가령, 에폭시 수지, 불소 수지) 혹은 내열 도료를 이용하면, 내열성을 향상시킬 수 있다.

또, 자석 분말의 평균 입경은 2.5∼25㎛가 보다 바람직하다. 이보다 많아지면 표면 조도가 지나치게 커지고 자기 바이어스량이 저하된다.

자석 표면의 중심선 평균조도(Ra)는 10㎛이하가 바람직하다. 표면이 지나치게 거칠면 연자성 자기 코어와 삽입되는 박판 자석간에 공극이 발생하여, 자기전도 (permeance) 계수가 저하되고, 자기 코어에 작용하는 자속 밀도가 저하된다.

초크코일용 및 트랜스포머용 자기 코어로는 연자기 특성을 갖는 재료라면 무엇이든 유효하다. 일반적으로는 MnZn계 또는 NiZn계 페라이트, 자성 분말 코어, 규소 강판, 비정질(amorphous) 등이 이용된다. 또, 자기 코어의 형상에 대해서도 특별히 제한은 없으며 원형 코어(toroidal core), EE 코어, EI 코어 등 모든 형상의 자기 코어에 본 발명의 영구자석을 적용할 수 있다. 이들 코어의 자로 중 적어도 1곳 이상에 자기 갭을 설치하고 그 갭에 영구자석을 삽입 배치한다. 갭 길이에는 특별히 제한은 없지만, 갭 길이가 너무 좁으면 직류 중첩 특성이 열화되고, 갭 길이가 너무 넓으면 투자율이 과도하게 저하되므로, 형성되는 길이는 저절로 정해진다. 바람직한 법위는 50∼10000㎛이다.

자기 코어 전체의 크기를 보다 작게 하기 위하여, 갭 길이를 500㎛로 억제하는 것이 바람직하다. 이 경우, 자기 바이어스용 영구자석을 갭에 삽입하기 위해 영구자석은 당연히 500㎛이하로 억제된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 실시예의 설명에서 특별한 단정이 없는 한 다음의 내용을 전제로 한다.

자기 코어의 크기:

E-E 코어의 자로 길이는 7.5㎝, 실효 단면적은 0.74㎠, 갭 길이는 G로 한다.

영구자석:

단면의 크기 및 형상은 자기 코어의 단면 크기 및 형상과 동일하며 두께는 T로 한다.

영구자석의 제조법:

자석 분말과 수지를 혼합하여 금형 성형 및/또는 열 프레스에 의해, 혹은 막형성법으로서 닥터 블레이드법에 의해, 소정 크기 및 형상의 본드자석을 성형한다.

성형 시에 필요에 따라 배향 자장을 인가한다.

또한, 닥터 블레이드법은, 혼합물을 용매에 현탁한 슬러리를 형성하고 이 슬러리를 닥터 블레이드를 이용해 도포함으로써 그린 시트를 작성하며, 그 후 소정의 크기로 절단하여 필요에 따라 열 프레싱한다.

자석특성의 측정:

고유 보자력 : 직경 10㎜ 및 두께 10㎜의 시험편을 만들고 직류 BH 트레이서를 이용해 고유 보자력(iHc)을 측정한다.

비저항의 측정:

시험편에 대해 이른바 4단자법으로 실시한다. 시료의 양 단면에 전극을 설치하고 양 전극 간에 일정한 전류를 흘려, 시료 중앙부의 적당한 2점간의 전위 차를 전압계로 측정해 구한다.

착자:

영구자석을 자기 코어의 자기 갭 속에 배치하고, 전자석을 이용하거나 펄스 착자기를 이용하여 자로 방향으로 착자한다.

자기 코어의 코어 손실의 측정:

자기 코어에 두루 감은 코일에 교류전류(주파수(f), 교류자계(Ha))를 흘려, 교류 B-H 트레이서(이와사키 츠신키[岩崎通信機] 제품 SY-8232)로 측정한다.

직류 중첩 특성의 측정:

영구자석 시료를 인덕턴스 부품인 자기 코어의 갭에 배치하고 코일에 교류전류(주파수(f))를 흘리는 동시에 직류를 중첩하며(자석의 착자방향과 반대되는 방향의 중첩자계(Hm)), LCR 미터로 인덕턴스를 측정하여 코어 정수와 코일 감김 수에서 투자율을 계산해 직류 중첩 특성(투자율)으로 한다.

글로스(광택도)의 측정:

글로스란, 시트 표면에 빛을 대었을 때의 반사 강도를 나타내는 양으로서, 측정부분에서의 반사광의 강도와 광택 표준판으로부터의 반사광 강도의 비로 정해진다.

표면 자속(플럭스)의 측정:

플럭스 미터(가령, TOEI:TDF-5)에 연결된 서치 코일 속에 시료를 통과시켰을 때 변화하는 플럭스량을 판독한다.

중심선 조도의 측정:

촉침법(觸針法)에 의해 시료 표면 조도의 프로파일을 측정한다. 그 중심선을 상하의 면적이 동일해지도록 당기고, 임의의 점에 대해 중심선으로부터의 거리를 구한다. 이들을 무수히 구하여 평균 자승 평방근 편차를 구한다. 중심선으로부터의 편향의 크기를 중심선 조도로 한다.

이하에서는 실시예에 대해 기술한다.

<실시예 1> 비저항과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3㎛

고유 보자력(iHc) : 10.5 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 에폭시 수지

수지량(체적%) : 비저항을 얻도록 조정

자석제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5㎜

형상·면적 : E형의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝): S-1 : 0.01

S-2 : 0.1

S-3 : 1

S-4 : 10

S-5 : 100

고유 보자력 : 5 KOe 이상

착자 : 전자석

자기 코어 :EE 코어(도 1, 2), MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜

코어 손실 측정 : f = 100㎑, Ha = 0.1T(테슬라;tesla)에서 측정

직류 중첩 특성(투자율 μ)의 측정 : f = 100㎑, Hm = 100 Oe에서 측정.

각 시료에 대해 동일한 자기 코어를 이용하여 측정한 각 시료의 코어 손실은 하기의 표 1로 나타낸 바와 같다.

표 1에서 코어 손실은 비저항이 0.1Ω·㎝미만이면 급격히 상승하고, 1Ω·㎝이상일 때 급격히 감소하므로, 비저항은 최저 0.1Ω·㎝이며 1Ω·㎝이상이 바람직함을 알 수 있다.

갭에 바이어스용 자석을 사용하지 않았을 경우, 코어 손실은 80(㎾/㎥)으로서 바이어스용 자석을 이용할 경우보다 낮지만, 직류 중첩 특성(투자율)은 15로서 매우 낮은 값을 나타냈다.

<실시예 2> 자석 분말 입경과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

퀴리점(Tc) : 810℃

에너지 곱 : 28 MGOe

S-1 : 최대 입경 : 200㎛, 고유 보자력(iHc) : 12 KOe

S-2 : 최대 입경 : 175㎛, 고유 보자력(iHc) : 12 KOe

S-3 : 최대 입경 : 150㎛, 고유 보자력(iHc) : 12 KOe

S-4 : 최대 입경 : 100㎛, 고유 보자력(iHc) : 12 KOe

S-5 : 최대 입경 : 50㎛, 고유 보자력(iHc) : 11 KOe

바인더 : 에폭시수지

수지량 : 각 시료모두 10중량%

자석제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

착자 : 전자석

자석 : 두께(T) : 0.5㎜

형상·면적 : 7㎜×10㎜

비저항 : S-1 : 1.2Ω·㎝

S-2 : 1.5Ω·㎝

S-3 : 2.0Ω·㎝

S-4 : 3.0Ω·㎝

S-5 : 5.0Ω·㎝

고유 보자력 : 자석 분말과 동일

자기 코어 :원형 코어(도 3, 4) :

Fe-Si-Al(상표;샌더스트) 더스트 코어

크기 : 외경 28㎜, 내경 14㎜, 높이 10㎜

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

코어 손실 측정 : f = 100㎑, Ha = 0.1(T)에서 측정

직류 중첩 특성(투자율) 측정 : f = 100㎑, Hm = 200 Oe.

각 시료의 코어 손실의 측정 결과는 하기의 표 2와 같다.

표 2를 통해 코어 손실은, 분말의 최대 입경이 150㎛을 초과하면 급격히 상승함을 알수 있다.

갭에 바이어스용 자석을 사용하지 않았을 경우, 코어 손실은 100(㎾/㎥)으로서 바이어스용 자석을 이용하는 경우보다 낮지만, 직류 중첩 특성(투자율)은 15로서 매우 낮은 값을 나타냈다.

<실시예 3> 자석의 보자력과 직류 중첩 특성(투자율)의 관계

자석 분말 : S-1 :Ba 페라이트

고유 보자력(iHc) : 4.0 KOe

퀴리점(Tc) : 450℃

S-2 :Sm₂Fe₁₇N₃

고유 보자력(iHc) : 5.0 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

S-3 :Sm₂Co₁₇

고유 보자력(iHc) : 10.0 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

입경(평균) : 시료 모두 3.0㎛

바인더 : 시료 모두 폴리프로필렌 수지(연화점 80℃)

수지량 : 50체적%

자석제조 : 금형성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5㎜

단면적 형상 : 코어의 중앙 자기 레그 단면과 동일

비저항 : S-1 : 10⁴Ω·㎝ 이상

S-2 : 10³Ω·㎝ 이상

S-3 : 10³Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 자석 분말과 동일

착자 : 펄스 착자기

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

갭 길이(G) : 1.5㎜

직류 중첩 특성(투자율(μ))의 측정 : f = 100㎑, Hm = 0∼200 Oe의 범위에서 변화시켜 측정.

동일한 자기 코어를 이용하여, 각 시료에 대해 5회 반복하여 측정한 직류 중첩 특성을 도 5 내지 도 8에 나타낸다

이들 도면에서, 보자력이 4 KOe밖에 없는 페라이트 자석을 삽입한 코어에서는 측정회수가 거듭됨에 따라 직류 중첩 특성이 크게 열화됨을 알 수 있다. 반대로, 보자력이 큰 본드자석을 삽입한 코어는, 반복 측정에도 큰 변화가 없이 매우 안정적인 특성을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 페라이트 자석은 보자력이 작기 때문에, 자석에 인가되는 역방향의 자계에 의해 감자 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것이라 추측할 수 있다. 또한, 코어에 삽입되는 자석은 보자력이 5 KOe 이상인 희토류계 본드자석에서 우수한 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

<실시예 4> 자석 분말 입경과 코어 손실 및 표면 자속의 관계

자석 분말 :Sm₂Co₁₇

평균 입경(㎛) : S-1 : 1.0

S-2 : 2.0

S-3 : 25

S-4 : 50

S-5 : 55

S-6 : 75

바인더 : 폴리에틸렌 수지

수지량 : 40체적%

자석제조 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5㎜

형상·면적 : E형의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 0.01∼100Ω·㎝(수지량을 조절)

고유 보자력 : 모든 시료가 5 KOe 이상

착자 : 전자석

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

갭 길이(G) : 1.5㎜.

각 시료에 대한 표면자속과 코어손실의 측정결과를 표 3에 나타낸다.

코어 손실의 측정 후, 자기 바이어스용 영구자석(1)을 코어(2)에서 꺼내어 자석의 표면 자속을 TOEI : TDF-5로 측정하고, 그 측정치와 자석의 크기로부터 계산하여 구한 표면 자속도 표 3에 나타낸다.

표 3에서 평균 입경 1.0㎛의 코어 손실이 큰 것은, 분말의 표면적이 커서 분말의 산화가 진행됐기 때문이다. 평균 입경 55㎛이상에서 코어 손실이 큰 것은, 분말의 평균 입경이 커져 와전류 손실이 커졌기 때문이다.

또한, 분말 입경이 1.0㎛인 시료 S-1의 표면 자속이 작은 것은, 분쇄 중 또는 건조 중에 분말이 산화되어 자화에 기여하는 자성부분이 감소하기 때문이다.

<실시예 5> 수지량과 비저항과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 5.0㎛

고유 보자력(iHc) : 5 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 6-나일론 수지

수지량(체적%) : S-1 : 10

S-2 : 15

S-3 : 20

S-4 : 32

S-5 : 42

자석제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 표 4 참조

고유 보자력 : 시료 모두 5 KOe 이상

착자 : 전자석

자기 코어 : EE 코어(도 1,2) : MnZn 페라이트

갭 길이(G) : 1.5㎜

코어 손실 : f = 100㎑/Ha = 0.1T에서 측정.

각 시료에 대해 측정된 코어 손실을 표 4에 나타낸다.

표 4를 통해 수지량 20중량% 이상의 비저항 1 이상의 본드자석을 이용한 자기 코어에서는 양호한 코어 손실 특성이 나타남을 알 수 있다.

<실시예 6> 수지량과 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 :Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 5㎛

고유 보자력(iHc) : 5.0 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 12-나일론 수지

수지량(체적%) : S-1 : 10,S-2 : 15,

S-3 : 20,S-4 : 30

자석제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : S-1 : 0.01Ω·㎝

S-2 : 0.05Ω·㎝

S-3 : 0.2Ω·㎝

S-4 : 15Ω·㎝

고유 보자력 : 시료 모두 5 KOe 이상

착자 : 전자석

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

갭 길이(G) : 1.5㎜

직류 중첩 특성(투자율)의 주파수 특성의 측정 : f=1~100000㎑ 범위의 각 주파수에 있어서 직류 중첩 특성(투자율μ)을 측정.

동일한 자기 코어를 이용하여 각 시료에 대해 측정된 투자율(μ)의 주파수 특성을 도 9에 나타낸다.

도 9를 통해, 수지량이 20중량% 이상의 본드자석을 이용한 자기 코어는 투자율(μ)의 주파수 특성이 고주파까지 양호함을 알 수 있다.

<실시예 7> 커플링제 첨가와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 :Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 5㎛

고유 보자력(iHc) : 5.0 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

커플링제 :S-1 : 티탄커플링제0.5wt%

S-2 : 실란커플링제0.5wt%

S-3 : 커플링제 없음

바인더 : 에폭시 수지

수지량 : 30체적%

자석제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5㎜ 형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : S-1 : 10Ω·㎝

S-2 : 15Ω·㎝

S-3 : 2Ω·㎝

고유 보자력 : 시료 모두 5 KOe 이상

착자 : 전자석

자기 코어 : EE코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜

직류 중첩 특성(투자율)의 주파수 특성 측정 : f = 1∼100000㎑ 범위의 각 주파수 및 다른 온도에서 투자율(μ)을 측정.

시료 S-1∼S-3을 이용했을 경우의 직류 중첩 특성의 주파수 특성에 대한 측정 결과를 도 10∼12에 나타낸다.

도 10∼12를 통해 본 발명의 티탄 커플링제, 실란 커플링제가 첨가된 본드자석을 핀칭한 자기 코어는 고온까지 μ의 주파수 특성이 안정적이다. 각 커플링 처리를 한 것이 온도특성이 우수한 이유는, 커플링제를 첨가함으로써 수지 중의 분말의 분산성이 양호해지고 온도에 따른 자석의 체적변화가 적기 때문이다.

<실시예 8> 자석 표면 피복과 자속량의 관계

자석 분말 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3㎛

고유 보자력(iHc) : 10.0 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 12 나일론

수지량 : 40체적%

자석제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께: 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 100Ω·㎝

고유 보자력 : 자석 분말과 동일

표면피복 : S-1 : 에폭시 수지

S-2 : 없음

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 10T

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜.

또한, 자석 표면의 피복은, 에폭시 수지 용액에 자석을 침지하고 꺼내어 건조한 후 수지의 경화온도로 열처리하여 경화시킨 것이다.

시료 S-1와 비교대상인 S-2를 대기 중에서 120℃부터 20℃간격으로 220℃까지 각 30분간 열처리하고, 각 열처리마다 노(爐)에서 꺼내어 표면 자속(플럭스량)과 직류 중첩 특성을 측정했다. 이들 결과를 도 13 내지 도 15에 나타낸다.

도 13은 표면 자속의 열처리에 의한 변화를 나타낸 도면이다. 이들 결과를 통해, 피복을 하지 않은 자석이 220℃에서 49% 감자된데 반해, 에폭시계 수지를 피복한 자석이 삽입된 코어는 220℃의 열처리에서 28%정도로 열화가 매우 작고 안정적인 특성을 나타냄을 알수 있었다. 이는 자석의 표면이 에폭시계 수지로 피복됨에 따라 산화가 억제되어, 플럭스의 감소가 억제된 것으로 생각된다.

또, 이들 본드자석을 코어에 삽입하여 직류 중첩 특성을 측정한 결과를 도 14 및 도 15에 나타낸다.

도 14를 참조하면, 시료 S-2의 수지가 피복되지 않은 자석을 삽입한 코어는, 도 13의 열처리에 수반된 플럭스의 감소에 따라 자석으로부터의 바이어스 자계가 감소하고, 220℃에서는 투자율이 약 30 Oe정도 저자계측으로 시프트하여, 특성이 크게 열화되어 감을 알 수 있다. 이에 비해 시료 S-1의 에폭시 수지를 피복한 것은, 도 15와 같이 약 17 Oe만큼 저자계측으로 시프트하였다.

이와 같이, 직류 중첩 특성은, 에폭시 수지를 피복함으로써 수지로 피복되지않은 경우에 비해 크게 개선되었다.

<실시예 9> 자석 표면 피복과 자속량의 관계

자석 분말을 Sm₂Co₁₇, 바인더를 폴리프로필렌수지로 하고, 표면 피복을 불소수지로 한 것 이외에는, 실시예 8과 동일하다.

불소 수지로 피복한 본드자석(시료 S-1)과 비교 대상으로서의 수지를 피복하지 않은 본드자석(시료 S-2)을, 대기 중 220℃에서 60분마다 노에서 꺼내어 플럭스 및 직류 중첩 특성을 측정하여, 총 5시간까지 열처리를 행하였다. 이들의 결과를 도 16 내지 18에 도시한다.

도 16은, 표면 자속의 열처리에 따른 변화를 도시한 도면이다. 이러한 결과들로부터, 피복을 하지 않은 시료(S-2)의 자석이 5시간에 34% 감자한 것에 비해, 불소 수지를 피복한 시료(S-1)의 자석은 5시간의 열처리에서 15% 정도로 열화가 매우 적어, 안정된 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

이것은 자석의 표면이 불소 수지로 피복됨으로써 산화가 억제되어, 플럭스의 감소가 억제된 것으로 생각된다.

또한, 이들 시료 S-2 및 S-1의 본드자석을, 각각, 동일한 자기 코어의 갭 안에 삽입해 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과가 도 17 및 도 18이다. 도 17을 참조하면, 수지를 피복하지 않은 시료(S-2)의 자석이 삽입된 코어는, 도 16에 도시한 열 처리에 따른 플럭스의 감소에 의해, 자석으로부터의 바이어스 자계가 감소하고, 5시간 후에는 투자율이 약 20 Oe 정도 저자계측으로 시프트하여, 특성이크게 열화되어 가는 것을 알 수 있다.

이에 비해, 불소 수지를 피복한 시료(S-1)의 자석에서는, 도 18에 도시된 바와 같이, 약 8 Oe만큼 저자계측으로 시프트되었다.

이와 같이, 직류 중첩 특성은, 불소 수지를 피복함으로써 수지를 피복하지 않은 것에 비해 크게 개선되어 있다.

상기로부터, 표면을 불소 수지로 피복한 본드자석은 산화가 억제되고 또한 뛰어난 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 그 밖의 내열성의 수지나 내열 도료에 대해서도 동일한 효과를 얻고 있다.

<실시예 10> 수지의 종류 및 수지량과 성형성과의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5.0 ㎛

고유 보자력 : 15.0 KOe

퀴리점 : 810℃

바인더 : S-1 : 폴리프로필렌 수지

S-2 : 6-나일론

S-3 : 12-나일론.

자석 분말과 바인더로서의 각 수지를, 수지 함유량을 15∼40체적% 사이에서 변화시켜서 배향 자장(magnetic field)을 인가하지 않고, 열 프레스에 의해 두께 0.5mm의 자석을 성형하였다.

그 결과, 어떤 수지를 사용하든, 수지의 함유량이 20체적% 이상이 아니면 성형할 수 없음을 알 수 있었다.

<실시예 11> 자석 분말과 직류 중첩 특성과의 관계

자석 분말 :S-1 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3.0㎛

보자력(iHc) : 10 KOe

퀴리 온도(Tc) : 470℃

양 : 100중량부

S-2 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 5.0㎛

보자력(iHc) : 5 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

양 : 100중량부

S-3 : Ba 페라이트

평균 입경 : 1.0㎛

보자력(iHc) : 4 KOe

퀴리점(Tc) : 450℃

양 : 100중량부

바인더 : S-1 : 폴리프로필렌 수지

수지량 : 40체적부

S-2 : 12-나일론수지

수지량 : 40체적부

S-3 : 12-나일론수지

수지량 : 40체적부

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : S-1 : 10Ω·㎝

S-2 : 5Ω·㎝

S-3 : 10⁴Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : S-1, S-2 : 5 KOe 이상

S-3 : 4 KOe 이하

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5mm

직류 중첩 특성(투자율) : f=100㎑, Hm=0∼200 Oe의 범위에서 변화시켜 측정.

직류 중첩 특성은, 각 시료 S-1 내지 S-3을 동일한 자기 코어에 대해 사용해각각 5회에 걸쳐 측정하였으며, 그 결과를 도 19 내지 도 21에 도시한다. 비교로서, 자기 갭에 바이어스용 자석을 삽입하지 않은 경우의 직류 중첩 특성을 측정해, 그 결과를 도 22에 도시한다.

도 21로부터, 보자력이 4 KOe밖에 되지 않는 Ba 페라이트를 12-나일론 수지에 분산시킨 시료(S-3)의 자석을 삽입 배치한 코어에서는, 측정 회수가 늘어감에 따라, 직류 중첩 특성이 크게 열화되는 것을 알 수 있다. 반대로, 보자력이 10 KOe 및 5 KOe인 Sm₂Fe₁₇N₃자석 분말과 폴리프로필렌 혹은 12-나일론 수지를 이용한 시료(S-1 및 S-2)의 자석을 사용했을 경우에는, 도 19 및 도 20에서 볼 수 있는 바와 같이, 반복 측정에 있어서도 커다란 변화는 없으며, 매우 안정된 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이러한 결과들로부터 Ba 페라이트 자석은 보자력이 작기 때문에, 자석에 인가되는 역방향의 자계에 의해 감자, 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것으로 추측할 수 있다. 또한, 자기 갭에 삽입하는 바이어스용 영구자석은 보자력이 5 KOe 이상인 영구자석에 있어서 뛰어난 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

<실시예 12> 자석 분말 입경과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

퀴리점(Tc) : 810℃

S-1 : 평균 입경 : 1.0㎛, 보자력 : 5 KOe

S-2 : 평균 입경 : 2.0㎛, 보자력 : 8 KOe

S-3 : 평균 입경 : 25㎛, 보자력 : 10 KOe

S-4 : 평균 입경 : 50㎛, 보자력 : 11 KOe

S-5 : 평균 입경 : 55㎛, 보자력 : 11 KOe

바인더 : 6나일론 수지

수지량 : 30체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : S-1 : 0.05Ω·㎝

S-2 : 2.5Ω·㎝

S-3 : 1.5Ω·㎝

S-4 : 1.0Ω·㎝

S-5 : 0.5Ω·㎝

고유 보자력 : 자석 분말과 동일함

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 :EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5mm

코어 손실 :f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

측정한 코어 손실을 표 5에 나타낸다.

표 5로부터, 바이어스용 영구자석으로 사용되는 자석의 분말 평균 입경이 2.0∼50㎛에서는 코어 손실 특성이 뛰어난 것을 알 수 있었다.

<실시예 13> 글로스(광택도)와 플럭스(표면 자속)와의 관계

자석 분말 :Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3㎛

보자력(iHc) : 10 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 12나일론수지

수지량 : 35체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자석 : 크기 : 1㎝×1㎝, 두께 : 0.4mm

비저항 : 3Ω·㎝

고유 보자력 : 10 KOe.

상기 자석의 표면 자속(플럭스)과 광택도(글로스)를 측정하여, 그 결과를 표 6에 나타낸다.

표 6의 결과로부터, 글로스가 25% 이상인 박판 자석에서는 자석 특성이 뛰어나다. 이것은, 제작한 박판 자석의 글로스가 25% 이상일 때 박판 자석의 충전율이 90% 이상이 되기 때문이다.

여기에서, 충전율이라 함은, 성형체의 중량을 체적으로 나누어 밀도를 구하고, 이 밀도를 자석 합금의 진밀도(true density)로 나눈 값으로서, 그 성형체에 서 합금이 차지하는 체적율을 의미한다.

또한, 본 실시예에서는 12-나일론 수지를 이용한 경우의 실험 결과를 나타내었으나, 그 외에 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 6-나일론 등의 수지로도 동일한 결과가 얻어졌다.

<실시예 14> 글로스와 플럭스와 압축률의 관계

자석 분말 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 5 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 폴리이미드 수지

수지량 : 40체적%

자석 제조법 : 닥터블레이드법, 배향 자장 없음, 건조후 열 프레스

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자석 : 크기 : 1㎝×1㎝, 두께 : 500㎛

비저항 : 50Ω·㎝

고유 보자력 : 자석 분말과 동일함.

열 프레스의 압력을 바꿔서, 압축률 0∼22(%)까지의 다른 시료를 얻었다. 열 프레스에 의한 압축률은, 압축률 = 1-(열 프레스 후의 두께/열 프레스 전의 두께)로 정의된다.

각 시료에 대해, 광택도와 표면 자속을 측정하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.

표 7의 결과로부터, 글로스가 25% 이상에서는 양호한 자석 특성이 얻어진다. 그 이유도 글로스 25% 이상에서는 박판 자석의 충전율이 90% 이상이 되기 때문이다. 또한, 압축률에 대해서는 압축률 20% 이상에서 양호한 자석 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 그 이유도, 압축률 20% 이상에서는 박판 자석의 충전율이 90% 이상이 되기 때문이다.

본 실시예에서는 폴리에틸렌 수지에 의해 상기 조성, 배합비로 실험을 한 결과를 나타내었으나, 그밖의 배합비 및 기타, 예컨대 폴리프로필렌, 나일론 등의 수지에 있어서도 동일한 결과가 얻어졌다.

<실시예 15> 계면활성제 첨가와 코어 손실 특성과의 관계

자석 분말 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 2.5㎛

보자력(iHc) : 12 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

첨가물 : 계면활성제 : S-1 : 인산나트륨, 0.3wt%

S-2 : 카르복시 메틸 셀룰로오스나트륨 0.3wt%

S-3 : 규산나트륨 0.3wt%

바인더 : 폴리프로필렌 수지

수지량(체적%) : 35체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : S-1, S-2, S-3 모두 10Ω·㎝

고유 보자력 : 자석 분말과 동일함

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5mm

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

비교 시료(S-4)로서, 자석 분말의 평균 입경이 5.0㎛인 것과, 계면 활성제를 사용하지 않는 점에서 다른 영구 자석 시료를 작성하고, 마찬가지로 코어 손실을 측정하였다.

측정된 코어 손실을 표 8에 나타낸다.

표 8로부터 계면활성제를 첨가한 것은 양호한 코어 손실 특성을 나타내고 있다. 이것은, 계면활성제를 첨가함으로써, 1차 입자의 응집을 방지하고 와전류 손실을 억제했기 때문이다. 본 실시예에서는 인산염을 첨가한 결과를 나타내었으나 그 밖의 계면활성제를 첨가해도 마찬가지로, 코어 손실 특성이 양호한 결과가 얻어졌다.

<실시예 16> 비저항과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 5.0 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

바인더 : 폴리프로필렌수지

수지량 : 조정

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : S-1 : 0.05

S-2 : 0.1

S-3 : 0.2

S-4 : 0.5

S-5 : 1.0

고유 보자력 : 5.0 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5mm

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

측정된 코어 손실을 표 9에 나타낸다.

표 9로부터, 비저항 0.1Ω·㎝ 이상의 자기 코어에서는 양호한 코어 손실 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이것은, 박판 자석의 비저항을 높임으로써 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문이다.

이하, 리플로우 솔더링 처리되는 인덕턴스 소자, 그것에 사용되는 바이어스용 자석의 실시예에 대해 기술한다.

<실시예 17> 자석 분말의 종류와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : S-1 : Nd₂Fe₁₄B

평균 입경 : 3∼3.5㎛

보자력(iHc) : 9 KOe

퀴리 온도(Tc) : 310℃

S-2 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3∼3.5㎛

보자력(iHc) : 8.8 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

S-3 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리이미드 수지 (연화점 : 300℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 10∼30

고유 보자력(iHc) : S-1 : 9 KOe

S-2 : 8.8 KOe

S-3 : 17 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5mm

직류 중첩 특성은, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행하기 전후에서 측정되었다. 또한, 비교예로서 자기 갭에 아무것도 삽입하지 않은 시료도 상기와 동일하게 제작하여, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 23에 도시한다.

도 23으로부터, 리플로우 전에는, 모든 자석 갭 시료가 아무 것도 삽입하지 않은 시료보다 직류 중첩 특성이 향상되었음을 알 수 있다. 그러나, 한편, 리플로우 후에는, Tc가 낮은 Nd₂Fe₁₄B 본드자석과 Sm₂Fe₁₇N₃본드자석을 삽입한 시료에서는 직류 중첩 특성이 열화되어 있어, 아무것도 삽입하지 않은 시료와 우위성이 없어졌음을 알 수 있다. 또한, Tc가 높은 Sm₂Co₁₇본드자석에서는, 리플로우 후에도 우위성을 유지하고 있음을 알 수 있다.

<실시예 18> 수지의 종류와 자석 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) = 900℃

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

바인더 : S-1 : 폴리에틸렌 수지(연화점 : 160℃)

S-2 : 폴리이미드 수지(연화점 : 300℃)

S-3 : 에폭시 수지(연화점 : 100℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 10∼30

고유 보자력(iHc) : S-1, S-2, S-3(모두) : 1.7 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5mm

직류 중첩 특성(투자율) : f=100㎑, Hm=0∼200 Oe의 범위에서 측정.

직류 중첩 특성은, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행하기 전후에서 측정되었다. 그 결과를 도 24에 도시한다.

도 24로부터, 리플로우 후, 연화점 300℃의 폴리이미드 수지, 열 경화성 수지인 경화 온도 100℃의 에폭시 수지를 이용한 본드자석에서는, 직류 중첩 특성이 리플로우 전과 거의 동일했다.

이에 반해, 연화점 160℃의 폴리에틸렌 수지를 이용한 본드자석에서는, 수지가 연화되어 버려, 갭에 아무것도 삽입하지 않은 시료와 동등한 직류 중첩 특성임을 알 수 있다.

<실시예 19> 자석의 종류(고유 보자력)와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : S-1 : Ba 페라이트

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 310℃

고유 보자력(iHc) : 5.0 KOe

S-2 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 470℃

고유 보자력(iHc) : 8.0 KOe

S-3 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 810℃

고유 보자력(iHc) : 17.0 KOe

바인더 : 폴리이미드 수지 (연화점 300℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 10∼30

고유 보자력(iHc) : 자석 분말과 동일함

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5mm

직류 중첩 특성(투자율) : f=100㎑, Hm=0∼150(Oe)의 범위에서 변화시켜 측정.

직류 중첩 특성은, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행하기 전후에서 측정되었다. 또한, 비교예로서 자기 갭에 아무것도 삽입하지 않은 시료도 상기와 동일하게 제작하여, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 25에 도시한다.

도 25로부터, 자기 갭에 자기 바이어스용 영구자석을 삽입 배치한 시료는 모두 리플로우 전에는, 자기 바이어스용 영구자석을 사용하지 않은 시료보다 직류 중첩 특성이 향상되어 있음을 알 수 있다.

한편, 리플로우 후에는, 자기 바이어스용 영구자석으로서 iHc가 낮은 Ba 페라이트 소결자석과 Sm₂Fe₁₇N₃본드자석을 이용한 시료에서는 직류 중첩 특성이 열화되어 있다. 이는, 이들 영구자석은 그 고유 보자력(iHc)이 낮기 때문에, 열에 의한 감자를 받기 쉽게 되어 있기 때문이다. 또한, 고유 보자력(iHc)이 높은 Sm₂Co₁₇본드자석에서는 리플로우 후에도, 다른 것과 비교해 직류 중첩 특성에 대해 우위성을 유지하고 있음을 알 수 있다.

<실시예 20> 자석의 종류(퀴리점)와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : S-1 : Nd₂Fe₁₄B

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 310℃

고유 보자력(iHc) : 9 KOe

S-2 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 470℃

고유 보자력(iHc) : 8.8 KOe

S-3 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 810℃

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

바인더 : 폴리이미드 수지 (연화점 300℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 10∼30 (모든 시료)

고유 보자력(iHc) : 자석 분말과 동일함

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 : 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5mm

직류 중첩 특성(투자율) : f=100㎑, Hm=0∼150 Oe의 범위에서 변화시켜 측정.

직류 중첩 특성은, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행하기 전후에서 측정되었다. 또한, 비교예로서 자기 갭에 아무것도 삽입하지 않은 시료도 상기와 동일하게 제작하여, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 26에 도시한다.

도 26으로부터, 자기 갭에 자기 바이어스용 영구자석을 삽입 배치한 시료는 모두 리플로우 전에는, 자기 바이어스용 영구자석을 사용하지 않은 시료보다 직류 중첩 특성이 향상되어 있음을 알 수 있다.

한편, 리플로우 후에는, 자기 바이어스용 영구자석으로서 퀴리점(Tc)이 낮은 Nd₂Fe₁₄B 본드자석과 Sm₂Fe₁₇N₃본드자석을 삽입한 시료에서는 직류 중첩 특성이 열화되어 있어, 아무것도 삽입하지 않은 시료에 대해 우위성이 없어졌음을 알 수 있다. 또한, 퀴리점(Tc)이 높은 Sm₂Co₁₇본드자석에서는 리플로우 후에도 우위성을 유지하고 있음을 알 수 있다.

<실시예 21> 자석 분말 입경과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경(㎛) : S-1 : 150

S-2 : 100

S-3 : 50

S-4 : 10

S-5 : 5.6

S-6 : 3.3

S-7 : 2.4

S-8 : 1.8

바인더 : 에폭시 수지

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 0.01∼100Ω·㎝ (수지량을 조절)

고유 보자력 : 표 10

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

갭 길이(G) : 0.5mm.

각 시료에 대해, 동일한 자기 코어를 이용해 코어 손실을 f=300㎑, Hm=1000 G의 조건으로 상온에서 측정하였다. 측정 결과를 표 11에 나타낸다.

그 다음에, 직류 중첩 특성은, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행한 후에 측정되었다. 또한, 비교예로서 자기 갭에 아무 것도 삽입하지 않은 시료도 상기와 동일하게 제작하여, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 27에 도시한다.

표 11에 나타낸 바와 같이, 자석 분말의 최대 입경(분말 입도)이 50㎛를 넘으면 코어 손실이 급격히 증대함을 알 수 있었다. 또한, 리플로우 후에는, 도 27로부터 분말 입경이 2.5㎛ 이하에서 직류 중첩 특성이 열화된다. 따라서, 자석 분말의 평균 입경을 2.5∼50㎛로 한 본드자석을 자기 바이어스용 영구자석으로서 사용함으로써, 리플로우 후에도 뛰어난 직류 중첩 특성이 얻어지고, 게다가 코어 손실의 열화도 발생하지 않는 자기 코어가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

<실시예 22> 비저항과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3㎛

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 에폭시수지

수지량(체적%) : 각 비저항이 얻어지도록 조정

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : S-1 : 0.01

S-2 : 0.1

S-3 : 1

S-4 : 10

S-5 : 100

고유 보자력(iHc) : 5 KOe 이상

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5mm

코어 손실 : f=300㎑, Ha=100OG에서 측정.

각 시료에 대해 동일한 자기 코어를 사용하여 측정한 코어 손실은, 하기 표 12에 나타내는 바와 같다.

표 12로부터, 본드자석의 비저항이 1Ω·㎝보다 작아지면 코어 손실이 급격히 열화됨을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 직류 바이어스 자기용 영구자석의 비저항이 1Ω·㎝ 이상에 있어서, 코어 손실 특성의 열화가 작은 직류 중첩 특성이 뛰어난 자기 코어가 얻어지는 것을 알 수 있다.

<실시예 23> 자석의 종류(고유 보자력)와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : S-1 : Sm(Co_0.78Fe_0.11Cu_0.10Zr_0.01)_7.4

평균 입경 : 5.0㎛

퀴리점(Tc) : 820℃

고유 보자력(iHC) : 8 KOe

S-2 : Sm(Co_0.742Fe_0.20Cu_0.055Zr_0.03)_7.5

평균 입경 : 5.0㎛

퀴리점(Tc) : 810℃

고유 보자력(iHc) : 20 KOe

바인더 : 에폭시(경화점 약 150℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 모든 시료 1Ω·㎝ 이상

고유 보자력(iHc) : 자석 분말과 동일함

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5mm

직류 중첩 특성은, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행하기 전후에서 측정되었다. 또한, 비교예로서 자기 갭에 아무 것도 삽입하지 않은 시료도 상기와 동일하게 제작하여, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 28에 도시한다.

도 28로부터, 더 보자력이 높은 시료(S-2)의 Sm₂Co₁₇자석 분말을 사용한 본드자석을 자기 바이어스용 영구자석으로 사용했을 경우, 리플로우 후에도 양호한 직류 중첩 특성이 얻어짐을 알 수 있었다. 이상으로부터 Sm(Co_bal.Fe_0.15-0.25Cu_0.05-0.06Zr_0.02-0.03)_7.0-8.5조성의 자석 분말을 이용한 본드자석은, 직류 중첩 특성이 양호함을 알 수 있다.

<실시예 24> 수지의 종류와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3.0∼3.5㎛

보자력(iHc) : 10 KOe

퀴리 온도(Tc) = 810℃

바인더 : S-1 : 폴리에틸렌수지(연화점 160℃)

수지량 : 50체적%

S-2 : 폴리이미드수지(연화점 300℃)

수지량 : 50체적%

S-3 : 에폭시수지(연화점 100℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5mm

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 10∼30Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 자석 분말과 동일함

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5mm

직류 중첩 특성은, 각 수지 S-1 내지 S-3을 이용한 자석 시료를 동일한 자기 코어에 대해 적용하여 측정하였다.

리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 유지한 후 상온까지 냉각시켜 2시간 방치하는 처리를 수행하기 전후에서, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 또한, 비교예로서 자기 갭에 아무 것도 삽입하지 않은 시료도 상기와 동일하게 제작하여, 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 29에 도시한다.

도 29로부터, 리플로우 후, 연화점 300℃의 폴리이미드 수지, 열 경화성 수지인 경화 온도 100℃의 에폭시 수지를 이용한 본드자석에서는 직류 중첩 특성이 리플로우 전과 거의 동일했음에 반해, 연화점 160℃의 폴리에틸렌 수지를 이용한 본드자석에서는 수지가 연화되어 버려, 직류 바이어스용 영구자석을 사용하지 않은 시료와 동등한 직류 중첩 특성이었다.

<실시예 25> 커플링제의 첨가와 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

커플링제 : S-1 : 실란 커플링제 0.5wt%

S-2 : 커플링제 없음

바인더 : 에폭시 수지

수지량(체적%) : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께(T) : 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : S-1 : 10, S-2 : 100

고유 보자력 : 17 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜

코어 손실 : f=300㎑, Ha=1000G에서 측정.

각 시료에 대해 동일한 자기 코어를 이용하여 측정한 코어 손실은, 하기의 표 13에 도시한 바와 같다.

표 13으로부터 커플링제를 첨가함으로써 손실이 열화된다는 것을 알 수 있다. 이것은 커플링 처리에 의해 분말간의 절연이 양호해졌기 때문으로 생각된다.

또한, 리플로우 후의 직류 중첩 특성에 있어서도 커플링 처리를 실시한 본드자석에서 양호한 결과가 얻어졌다. 이는 커플링 처리에 의해, 리플로우 시의 산화를 방지할 수 있었기 때문으로 생각된다. 이상 설명한 바와 같이, 분말의 커플링 처리에 의해 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

<실시예 26> 이방성 자석과 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 810℃

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

바인더 : 에폭시 수지(경화점 약 250℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, S-1 : 두께 방향으로 배향 자장 : 2T

S-2 : 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 1Ω·㎝

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 2T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜

직류 중첩 특성은, 자장 배향한 것과 하지 않은 것의 각 시료 S-1 및 S-2를, 동일한 자기 코어에 대해 이용하고, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 동안 유지시킨 후 상온까지 냉각시켜 2시간 동안 방치하는 처리를 하기 전과 후에 측정하였다. 그 결과를 도 30에 나타내었다.

도 30으로부터, 자장 배향한 이방성 자석의 경우, 자장 배향하지 않은 자석에 비해, 리플로우 전후 모두 양호한 직류 중첩 특성이 얻어짐을 알 수 있다.

<실시예 27> 착자 자장과 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3∼3.5㎛

퀴리점(Tc) : 810℃

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

바인더 : 에폭시 수지(경화점 약 250℃)

수지량 : 50체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : 1Ω·㎝

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

착자 자장 : S-1 : 1T (전자석)

S-2 : 2T (전자석)

S-3 : 2.5T (전자석)

S-4 : 3T (펄스 착자)

S-5 : 3.5T (펄스 착자)

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜

직류 중첩 특성은, 각 시료 S-1 내지 S-5를, 동일한 자기 코어에 대해 이용하고, 리플로우 노의 온도 조건인 270℃의 고온 조에서 1시간 동안 유지시킨 후 상온까지 냉각시키고 2시간 동안 방치하는 처리를 하기 전과 후에 측정하였다. 그 결과를 도 31에 나타내었다.

도 31로부터, 착자 자장이 2.5T(테슬라) 이상에서 리플로우 후에도 양호한 결과가 얻어짐을 알 수 있다.

<실시예 28> 자석 표면 피복과 자속량 및 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 3㎛

고유 보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 에폭시 수지

수지량 : 40체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 1.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 1Ω·㎝

고유 보자력 : 17 KOe

표면 피복 : S-1 : 에폭시 수지

S-2 : 없음

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 10T

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 1.5㎜

직류 중첩 특성(투자율) : f=100㎑, Hm=0∼250 Oe의 범위에서 변화시켜 측정.

또한, 자석 표면 피복은, 에폭시 수지의 용액에 자석을 침지시킨 후 꺼내어 건조시킨 다음, 수지의 경화 온도로 열처리하여 경화시킨 것이다.

시료 S-1과 비교 대상인 S-2를 대기 중에서 120℃부터 40℃간격으로 270℃까지 각각 30분간 열처리를 행하고, 각 열처리마다 노에서 꺼내어 표면 자속(플럭스)과 직류 중첩 특성을 측정하였다. 이들의 결과를 도 32내지 도 34에 도시하였다.

도 32는 표면 자속의 열처리에 의한 변화를 나타낸 도면이다. 이러한 결과로부터, 피복을 하지 않은 시료 S-2의 자석이 270℃에서 28% 감자된데 반해, 에폭시계 수지를 피복한 시료 S-1의 자석은 270℃의 열처리에서 8%정도로 열화가 매우 적고, 안정된 특성을 나타냄을 알 수 있다. 이것은, 자석 표면이 에폭시계 수지로 피복됨으로써 산화가 억제되어, 플럭스의 감소가 억제되었기 때문이라고 생각된다.

또한, 이러한 본드자석을 자기 코어(도 1 및 도 2)의 갭에 삽입하고, 직류 중첩 특성을 측정한 결과가 도 33 및 도 34이다. 도 33을 참조하면, 시료 S-2의 수지가 피복되지 않은 자석을 삽입한 코어는, 도 32에 도시한 열처리에 따른 플럭스의 감소에 의해, 자석으로부터의 바이어스 자계가 감소하고, 270℃에서는 투자율이 약 15 Oe정도 저자계측으로 시프트하여, 특성이 크게 열화되어 감을 알 수 있다. 이에 비해, 시료 S-1의 에폭시 수지를 피복한 것은, 도 34에 도시한 바와 같이, 270℃에서 약 5 Oe만큼 저자계측으로 시프트되었다.

이와 같이, 직류 중첩 특성은, 에폭시 수지를 피복함으로써 수지를 피복하지 않은 것에 비해 크게 개선되어 있다.

<실시예 29> 자석 표면 피복과 자속량의 관계

바인더를 폴리이미드 수지로 하고, 표면 피복을 불소 수지로 한 것을 제외하고는, 실시예 28과 동일하다.

불소 수지로 피복한 본드자석(시료 S-1)과 비교 대상으로서의 수지가 피복되지 않은 본드자석(시료 S-2)을, 대기 중에서 270℃로, 60분마다 노로부터 꺼내어 플럭스 및 직류 중첩 특성을 측정하여, 총 5시간까지 열처리를 하였다. 그 결과를, 도 35 내지 도 37에 나타내었다.

도 35는, 표면 자속의 열처리에 의한 변화를 나타낸 도면이다. 이러한 결과를 통해, 피복을 하지 않은 시료 S-2의 자석이 5시간에 58% 감자된 것에 비해, 불소 수지를 피복한 시료 S-1의 자석을 삽입한 코어는 5시간의 열처리로 22% 정도로 열화가 매우 적어, 안정된 특성을 보임을 알 수 있다.

이것은 자석의 표면이 불소 수지로 피복됨으로써 산화가 억제되고, 플럭스의 감소가 억제되었기 때문으로 생각된다.

또한, 이들 시료 S-2 및 S-1의 본드자석을, 각각 동일한 자기 코어의 갭 속에 삽입하고 직류 중첩 특성을 측정하였다. 그 결과가 도 36 및 도 37이다.

도 36을 참조하면, 수지가 피복되지 않은 시료 S-2의 자석을 삽입한 코어는, 도 35에 도시한 열처리에 수반된 플럭스의 감소로 인해, 자석으로부터의 바이어스자계가 감소하여, 5시간 후에는 투자율이 약 30 Oe 정도 저자계측으로 시프트되어, 특성이 크게 열화되어 가는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 불소 수지를 피복한 시료 S-1의 자석은, 도 37에 도시한 바와 같이, 약 10 Oe만큼 저자계측으로 시프트하였다. 이와 같이, 직류 중첩 특성은, 불소 수지를 피복함으로써 수지를 피복하지 않은 것에 비해 크게 개선되었다.

이상으로부터, 표면을 불소계 수지로 피복한 본드자석은 산화가 억제되고 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 기타의 내열성 수지나 내열 도료에 대해서도 동일한 결과를 얻었다.

<실시예 30> 수지량과 성형성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5㎛

고유 보자력 : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리이미드 수지.

자석 분말과, 바인더로서의 수지를 15∼40 체적%의 사이에서 수지 함유량을 변화시키며, 배향 자장을 인가하지 않고, 금형 성형에 의해 두께 0.5㎜의 자석을 성형하였다.

그 결과, 수지를 이용하더라도, 수지의 함유량이 30 체적% 이상이 아니면 성형이 불가능하다는 것을 알 수 있었다.

에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 액정 폴리머에 대해서도 동일한 결과를 얻었다.

<실시예 31> 자석 분말 및 수지와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : S-1 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 :5㎛

보자력(iHc) : 15 KOe

퀴리온도(Tc) : 810℃

양 : 100중량부

S-2 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 15 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

양 : 100중량부

S-3 : Sm₂Fe₁₇N₃

평균 입경 : 3㎛

보자력(iHc) : 10.5 KOe

퀴리점(Tc) : 470℃

양 : 100중량부

S-4 : Ba페라이트

평균 입경 : 1㎛

보자력(iHc) : 4 KOe

퀴리점(Tc) : 450℃

양 : 100중량부

S-5 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 15 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

양 : 100중량부

바인더 : S-1 : 폴리이미드 수지

수지량 : 50중량부

S-2 : 에폭시 수지

수지량 : 50중량부

S-3 : 폴리이미드 수지

수지량 : 50중량부

S-4 : 폴리이미드 수지

수지량 : 50중량부

S-5 : 폴리프로필렌 수지

수지량 : 50중량부

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 1Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 자석 분말과 동일

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

각 시료 S-1 내지 S-5를 동일한 자기 코어에 대해 이용하고, 각각에 대해 270℃에서 30분간 유지시킨 다음 상온에서 냉각시키는 처리를 4회 반복하고, 열처리 전과 열처리 후에 직류 중첩 특성을 측정하였다. 각각의 시료에 대한 총 5회의 측정 결과를, 도 38 ∼ 도 42에 나타내었다.

도 42로부터 알 수 있듯이, Sm₂Co₁₇자석 분말을 폴리프로필렌 수지에 분산시킨 시료 S-5의 자석을 갭 내에 삽입 배치시킨 자기 코어는, 2회째 이후의 직류 중첩 특성이 크게 열화되었다. 이것은, 리플로우에 의해 얇은 영구자석이 변형되어 버렸기 때문이다.

보자력이 4 KOe밖에 되지 않는 Ba 페라이트를 폴리이미드 수지에 분산시킨시료 S-4의 자석을 삽입배치시킨 코어에서는, 도 41에서와 같이, 측정 회수가 거듭됨에 따라, 직류 중첩 특성이 크게 열화되어 있음을 알 수 있다.

반대로, 보자력이 10 KOe 이상인 자석 분말과 폴리이미드 혹은 에폭시 수지를 이용한 시료 S-1 내지 S-3의 자석을 자기 갭에 삽입 배치한 코어에서는, 도 38∼40에서와 같이, 측정을 반복하더라도 직류 중첩 특성에 커다란 변화는 없으며, 대단히 안정된 특성을 나타냄을 알 수 있다.

이러한 결과로부터, Ba 페라이트 본드자석은 보자력이 작기 때문에, 본드자석에 인가되는 역방향의 자계에 의해 감자되거나 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것으로 추측할 수 있다.

또한, 코어의 자기 갭에 삽입하는 본드자석은 보자력이 10 KOe이상인 자석에서 우수한 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

또한, 본 실시예에서는 나타내지 않았으나, 본 실시예의 조합 외에도 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족 폴리아미드, 액정 폴리머에서 선택한 수지로 제작된 박판 자석에서도 동일한 효과가 얻어짐을 확인하였다.

<실시예 32> 자석 분말 입경과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

퀴리점(Tc) : 810℃

S-1 : 평균 입경 : 2.0㎛, 보자력(iHc) : 10 KOe

S-2 : 평균 입경 : 2.5㎛, 보자력(iHc) : 14 KOe

S-3 : 평균 입경 : 25㎛, 보자력(iHc) : 17 KOe

S-4 : 평균 입경 : 50㎛, 보자력(iHc) : 18 KOe

S-5 : 평균 입경 : 55㎛, 보자력(iHc) : 20 KOe

바인더 : 폴리페닐렌설파이드 수지

수지량 : 30체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : S-1 : 0.01Ω·㎝

S-2 : 2.0Ω·㎝

S-3 : 1.0Ω·㎝

S-4 : 0.5Ω·㎝

S-5 : 0.015Ω·㎝

고유 보자력 : 자석 분말과 동일

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

측정한 결과를, 표 14에 나타내었다.

표 14를 통해, 바이어스용 영구 자석에 이용되는 자석의 분말 평균 입경이 2.5∼50㎛인 경우에는, 코어 손실 특성이 우수함을 알 수 있다.

<실시예 33> 글로스(광택도)와 플럭스(표면 자속)의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리이미드 수지

수지량 : 40체적%

자석 제조법 : 금형 성형(프레스압을 변화시키면서), 배향 자장 없음

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자석 : 두께 : 0.3㎜, 1㎝×1㎝

비저항 : 1Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 17 KOe.

프레스압이 다른 각 시료 자석의 표면 자속(플럭스)과 광택도(글로스)를 측정하여, 그 결과를 표 15에 나타내었다.

표 15를 통해, 글로스가 25%이상인 본드자석에서는 자석 특성이 우수함을 알 수 있다. 이것은, 제작한 본드자석의 글로스가 25%이상인 경우에는 본드자석의 충전율이 90%이상이 되기 때문이다.

또한, 바인더로서, 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족계 폴리아미드, 액정 폴리머로부터 선택한 수지를 이용하여도 동일한 결과가 얻어졌다.

<실시예 34> 글로스와 플럭스와 압축률의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리이미드 수지

수지량 : 40체적%

자석 제조법 : 닥터블레이드법, 배향 자장 없음,

건조 후 열 프레스(프레스압을 변화)

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자석 : 크기 : 1㎝×1㎝, 두께 : 500㎛

비저항 : 1Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 17 KOe.

열 프레스의 압력을 변화시켜, 압축율이 0∼21(%)인 6개의 서로 다른 시료를 얻었다.

각 시료에 대해, 광택도와 표면 자속(플럭스)을 측정하였다. 그 결과를 표 16에 나타내었다.

표 16의 결과를 통해, 글로스가 25%이상인 경우에는 양호한 자석 특성이 얻어짐을 알 수 있다. 그 이유도 글로스 25%이상에서는 본드자석의 충전율이 90%이상이 되기 때문이다. 또한, 압축율이 20%이상인 경우에는 양호한 자석특성이 얻어짐을 알았다. 그 이유도 압축율이 20% 이상인 경우에는 본드자석의 충전율이 90%이상이 되기 때문이다.

<실시예 35> 계면활성제 첨가와 코어 손실 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5.0㎛

보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

첨가물 : 계면활성제 : S-1 : 인산나트륨 0.5wt%

S-2 : 카르복시 메틸 셀룰로오스나트륨 0.5wt%

S-3 : 규산나트륨

S-4 : 없음

바인더 : 폴리페닐설파이드 수지

수지량(체적%) : 35체적%

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 1Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 17 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

측정된 코어 손실을, 표 17에 나타내었다.

표 17을 통해, 계면활성제를 첨가한 시료는 양호한 코어 손실 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이것은, 계면활성제를 첨가함으로써, 1차 입자의 응집을 방지하고 와전류 손실을 억제했기 때문이다.

본 실시예에서는 인산염을 첨가한 결과를 나타내었으나, 그 이외의 계면활성제를 첨가하더라도 마찬가지로 코어 손실 특성은 양호하였다.

<실시예 36> 비저항과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5.0㎛

보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리이미드 수지

수지량 : 조정

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : S-1 : 0.05

S-2 : 0.1

S-3 : 0.2

S-4 : 0.5

S-5 : 1.0

고유 보자력 : 17 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

측정된 코어 손실을, 표 18에 나타내었다.

표 18을 통해, 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상인 자기 코어에서는 양호한 코어 손실 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이것은, 박판 자석의 비저항을 상승시킴으로써, 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문이다.

<실시예 37> 비저항과 코어 손실 및 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경 : 5.0㎛

보자력(iHc) : 17 KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리아미드 수지

수지량 : 조정(표 19)

자석 제조법 : 금형 성형, 배향 자장 없음, 열 프레스

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : S-1 : 0.05

S-2 : 0.1

S-3 : 0.2

S-4 : 0.5

S-5 : 1.0

고유 보자력 : 17 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정

동일한 자기 코어를 이용하여, 각 시료의 코어 손실을 측정하였다. 측정 결과를 표 19에 나타내었다.

표 19를 통해, 비저항이 0.1Ω·㎝ 이상에서 자기 코어는 양호한 코어 손실 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이것은, 박판 자석의 비저항을 상승시킴으로써, 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문이다.

또한, 시료 S-2의 자석을 동일한 자기 코어에 대해 이용하여, 270℃에서 30분간 유지시킨 다음 상온으로 냉각시키는 처리를 4회에 걸쳐 반복적으로 실시하고, 열처리 전후에 직류 중첩 특성을 측정하였다. 총 5회의 측정 결과를 도 43에 나타내었다. 도 43에는 비교를 위해, 자기 갭에 자석을 삽입하지 않은 경우의 직류 중첩 특성도 나타내고 있다.

그리고, 비교예(S-6)로서, 자석 분말로서 Ba 페라이트 분말(iHc = 4 KOe)을 이용한 자석에 대해, 동일한 측정 결과를 도 44에 나타내었다.

도 44를 통해, 보자력이 4KOe밖에 되지 않는 비교예의 Ba 페라이트의 박판 자석을 삽입한 코어에서는 측정 회수가 거듭됨에 따라 직류 중첩 특성이 크게 열화됨을 알 수 있다. 이는 보자력이 작기 때문에, 박판 자석에 인가되는 역방향의 자계에 의해 감자되거나 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화되는 것으로 추측할 수 있다.

반면, 도 43을 통해 보자력이 15 KOe인 시료 S-2의 박판 자석을 삽입한 자기 코어의 경우에는, 반복적으로 측정하더라도 커다란 변화는 없으며, 대단히 안정된 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있다.

<실시예 38> 자석 분말의 입경과 중심선 평균 조도와 자석 표면 자속의 관계

자석 분말 : Sm₂Co₁₇

평균 입경(㎛) : 표 20 참조

바인더 : 폴리이미드 수지

수지량 : 40체적%

자석 제조 : 닥터블레이드법, 배향 자장 없음, 열 프레스

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 1Ω·㎝ 이상

고유 보자력 : 17 KOe

자기 코어 : EE 코어(도 1, 2) : MnZn 페라이트

갭 길이(G) : 0.5㎜.

열 프레스 시의 프레스압을 변화시켜, 표 20에 나타낸 시료 S-1 내지 S-6을 얻었다.

각 시료의 표면 자속, 중심선 평균 조도, 바이어스량을 측정하였다. 그 결과를 표 20에 나타내었다.

평균 입경이 2.0㎛인 시료 S-1에서는, 플럭스가 저하되었고 바이어스량이 작다. 이것은, 제작 공정 중에 자석 분말의 산화가 진행되고 있기 때문으로 생각된다.

또한, 평균 입경이 큰 시료 S-4에서는, 분말 충전율이 낮기 때문에 플럭스가 낮은 편이며, 또한, 자석의 표면 조도가 거칠기 때문에, 코어와의 밀착성이 나쁘고 자기전도 계수가 저하됨으로써 바이어스량이 저하된 것으로 생각된다.

또한, 입경이 작은 것이라도, 프레스압이 충분하지 않고 표면 조도가 큰 시료 S-5의 경우에는, 분말의 충전율이 낮기 때문에 플럭스가 저하되어 있고, 바이어스량이 작다.

또한, 조대(粗大) 입자가 섞여 있는 시료 S-6의 경우에는, 표면 조도가 거칠어, 바이어스량이 저하되어 있는 것으로 생각된다.

이러한 결과로부터, 자성 분말의 평균 입경이 2.5㎛이상 25㎛이하이고, 최대 입경이 50㎛이하이며, 중심선 평균 조도(Ra)가 10㎛이하인 박판 자석을 자기 코어의 갭에 삽입하였을 때, 우수한 직류 중첩 특성을 나타냄을 알 수 있다.

<실시예 39> 자석의 종류(고유 보자력)와 직류 중첩 특성의 관계

자석 분말 : S-1 내지 S-6의 6종(자석분말과 양을 표 21에 나타냄)

바인더 : 종류와 함유량을 표 21에 나타냄

자석 제조법 : S-1, S-4, S-5, S-6 : 금형 성형, 열 프레스, 배향 자장 없음

S-2 : 닥터 블레이드법, 열 프레스

S-3 : 금형 성형후, 경화

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형 코어의 중앙 자기 레그 단면

비저항 : 전체 시료 모두 0.1Ω·㎝

고유 보자력(iHc) : 자석 분말과 동일

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

직류 중첩 특성(투자율) : f=100㎑, Hm=35 Oe에서 측정.

각 시료를, 270℃의 리플로우 노에서 30분간 유지시키는 열처리를 한 다음, 다시 직류 중첩 특성을 측정하였다.

비교예로서, 자기 코어의 갭에 자석을 삽입하지 않은 경우에 대해서도 동일한 방법으로 측정하였다. 이 경우는, 열처리 전후에 직류 중첩 특성(실효 투자율)은 70으로 일정하며, 열처리에 의해서도 변화하지 않았다.

각 시료의 측정 결과를 표 21에 나타내었다.

시료 S-2 및 S-4와 비교 시료의 직류 중첩 특성(투자율μ)을 도 45에 나타내었다.

이들 결과로부터 Ba 페라이트 본드자석(시료 S-5)은 보자력이 작기 때문에, 본드자석에 인가되는 역방향의 자계에 의해 감자되거나 또는 자화의 반전이 일어나, 직류 중첩 특성이 열화된 것으로 추측할 수 있다.

또한, SmFeN 자석(시료 S-4)은 보자력이 높기는 하지만 퀴리점(Tc)이 470℃로 낮기 때문에 열에 의한 감자가 발생하며, 더욱이 역방향의 자계에 의한 감자의 상승 효과로 인해 특성이 열화되는 것으로 추측할 수 있다.

한편, 자기 코어의 갭에 삽입하는 본드자석으로는, 보자력이 10 KOe 이상이고 Tc가 500℃이상인 본드자석(시료 S-1 내지 S-3, S-6)에서 우수한 직류 중첩 특성을 보임을 알 수 있었다.

<실시예 40> 비저항과 코어 손실의 관계

자석 분말 : Sm(Co_0.742Fe_0.20Cu_0.055Zr_0.029)_7.7

평균 입경 : 5㎛

보자력(iHc) : 15KOe

퀴리점(Tc) : 810℃

바인더 : 폴리아미드이미드 수지

수지량 : 조정(표)

자석 제조법 : 닥터 블레이드법, 건조후 열 프레스, 배향 자장 없음

자석 : 두께 : 0.5㎜

형상·면적 : E형의 중앙 자기 레그 단면

비저항(Ω·㎝) : S-1 : 0.06

S-2 : 0.1

S-3 : 0.2

S-4 : 0.5

S-5 : 1.0

고유 보자력 : 15 KOe

착자 : 펄스 착자기

착자 자장 4T

자기 코어 : EE 코어(도 1) : MnZn 페라이트

자기 갭 길이(G) : 0.5㎜

코어 손실 : f=300㎑, Ha=0.1T에서 측정.

각 시료의 자석을 동일한 자기 코어에 적용하여 코어 손실을 측정하였다. 측정 결과를 표 22에 나타내었다.

비교예로서, 완전히 동일한 갭 부착 EE 코어의, 동일한 측정 조건에서의 코어 손실 특성은 520(㎾/㎥)였다. 표 22를 통해, 비저항이 0.1Ω·㎝이상의 바이어스 자석을 이용한 자기 코어에서 양호한 코어 손실 특성을 나타냄을 알 수 있다. 이것은, 박판 자석의 비저항을 상승시키면 와전류 손실을 억제할 수 있기 때문으로 추측된다.

본 발명에 의하면, 우수한 직류 중첩 특성과 코어 손실 특성을 가지는 자기 코어 및 이를 이용한 인덕턴스 부품을 용이하고도 저렴하게 제공할 수 있다. 특히, 바이어스용 자석을 두께 500㎛이하의 박판 자석으로서 제공할 수 있어, 자기 코어나 인덕턴스 부품의 소형화가 가능해진다. 또한, 리플로우 솔더링 온도에도강한 박형의 바이어스 자석을 실현하였기 때문에, 소형이며 표면 장착이 가능한 자기 코어나 인덕턴스 부품을 제공할 수 있다.

Claims

수지에 자석 분말이 분산되어 이루어지는 본드자석으로서, O.1Ω·㎝ 이상의 비저항을 가지고, 상기 자석 분말은, 고유 보자력이 5 KOe 이상, 퀴리점(Tc)이 300℃이상, 분말 입경이 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항에 있어서, 상기 자석 분말의 평균 입경이 2.0∼50㎛인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 수지 함유량이 체적비로 20% 이상인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석 분말은, 희토류 자석 분말인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 성형 압축율이 20% 이상인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본드자석에 사용되는 상기 희토류 자석 분말에 실란 커플링제, 티탄 커플링제를 첨가한 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본드자석은, 그 제작 시에 자장 배향됨으로써 이방성화되어 있는 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석 분말은, 표면 활성제로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 중심선 평균 조도가 10㎛이하인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 전체의 두께가 50∼10000㎛인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 10항에 있어서, 비저항이 1Ω·㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 11항 에 있어서, 금형 성형에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 11항에 있어서, 열 프레스에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 전체의 두께가 500㎛이하인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 14항에 있어서, 수지와 자석 분말의 혼합 도료로부터 닥터 블레이드법, 인쇄법 등의 막형성법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 14항 또는 제 15항에 있어서, 표면의 글로스(광택도)가 25%이상인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지는, 폴리프로필렌 수지, 6-나일론 수지, 12-나일론 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석의 표면에, 내열 온도 120℃이상의 수지 또는 내열 도료를 피복한 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석 분말은 SmCo, NdFeB, SmFeN에서 선택된 희토류 자석 분말인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석 분말은 고유 보자력이 10 KOe이상, 퀴리점이 500℃이상, 분말 평균 입경이 2.5∼50㎛인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 20항에 있어서, 상기 자석 분말은 Sm-Co 자석인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 21항에 있어서, 상기 SmCo 희토류 자석 분말은,

Sm(Co_balFe_0.15∼0.25Cu_0.05∼0.06Zr_0.02∼0.03)_7.0∼8.5로 표시되는 합금 분말인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 21항 또는 제 22항에 있어서, 상기 수지 함유량이 체적비로 30%이상인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 23항에 있어서, 상기 수지는 연화점이 250℃이상인 열 가소성 수지인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 23항에 있어서, 상기 수지는 탄화점이 250℃이상인 열 경화성 수지인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 23항에 있어서, 상기 수지는 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 액정 폴리머로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 영구자석.
제 20항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석의 표면에, 내열 온도 270℃이상의 수지 또는 내열 도료를 피복한 것을 특징으로 하는 영구자석.
자로의 적어도 1곳 이상에 자기 갭을 갖는 자기 코어에, 상기 갭 양단으로부터 자기 바이어스를 공급하기 위하여, 상기 자기 갭 근방에 배치된 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에 있어서, 상기 자기 바이어스용 자석이, 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 기재된 영구자석인 것을 특징으로 하는 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어.
제 28항에 있어서, 상기 자기 갭은 약 50∼10000㎛의 갭 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 29항에 있어서, 상기 자기 갭은 약 500㎛보다 큰 갭 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 30항에 있어서, 상기 자기 갭은 약 500㎛이하의 갭 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 28항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 기재된 자기 바이어스용 자석을 갖는 자기 코어에, 적어도 1개의 코일을 1회 이상 감은 것을 특징으로 하는 인덕턴스 부품.