KR20120068914A - 연자성 분말, 조립분, 압분자심, 전자 부품 및 압분자심의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

특히 고온 영역에서의 히스테리시스손이 낮은 압분자심을 얻기 위한 연자성 분말을 제공한다. Fe, Si 및 Al을 포함하는 연자성 입자의 표면에 절연 피막을 형성한 복합 자성 입자의 집합체인 연자성 분말에 있어서, Si의 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때, 다음 식 (1), (2)를 만족한다.
식 (1)…27≤2.5a+b≤29,
식 (2)…6≤b≤9.
이러한 연자성 분말이면, 이 연자성 분말을 이용하여 얻어진 압분자심의 고온 환경에 있어서의 히스테리시스손을 저감시킬 수 있다.

Description

연자성 분말, 조립분, 압분자심, 전자 부품 및 압분자심의 제조 방법{SOFT MAGNETIC POWDER, POWDER GRANULES, DUST CORE, ELECTROMAGNETIC COMPONENT, AND METHOD FOR PRODUCING DUST CORE}
본 발명은 연자성(軟磁性) 분말, 그 연자성 분말을 조립한 조립분(造粒粉), 조립분을 이용한 압분자심(壓粉磁心), 압분자심을 이용한 전자 부품, 및 압분자심의 제조 방법에 관한 것이다.
스위칭 전원이나 DC/DC 컨버터 등, 에너지를 변환하는 회로에서, 초크 코일 등을 대표예로 하는 인덕터가 사용된다. 인덕터의 구성예로서, 연자성 분말의 압분 성형체를 소성하여 얻어진 압분자심과, 압분자심의 외주에 권선을 권취하여 구성한 코일을 구비하는 것이 알려져 있다.
상기 압분자심은, 예컨대 이하와 같이 하여 제작된다(예컨대, 특허문헌 1 등을 참조). 우선, 연자성 입자의 표면에 절연 피막을 형성한 복합 자성 입자의 집합체인 연자성 분말을 준비한다. 그리고, 이 연자성 분말을 소정 형상으로 가압 성형하고, 그 성형체를 열처리함으로써, 압분자심을 제작한다. 이러한 방법에 따라 얻어진 압분자심은, 산화실리콘의 절연 피막에 의해 연자성 입자끼리의 절연이 확보되어, 큰 직류 전류가 중첩되어도 인덕턴스가 극단적으로 저하하지 않는다고 한다.
여기서, 압분자심에 요구되는 특성으로서, 철손이라고 불리는 에너지 손실을 저감시키는 것을 들 수 있다. 철손은, 대략 와전류손과 히스테리시스손의 합으로 나타내고, 특히 고주파에서의 사용에 있어서 현저해진다. 철손 중 와전류손은, 압분자심에 포함되는 각 연자성 입자끼리의 절연을 확보함으로써 저감시킬 수 있다. 한편, 히스테리시스손은, 연자성 입자의 조성을 조절함으로써 저감시킬 수 있다. 예컨대, Fe-Si-Al 합금, 소위 센더스트 합금은, 압분자심의 히스테리시스손을 저감시킬 수 있는 데다가, 압분자심의 비투자율(比透磁率)을 향상시킬 수 있기 때문에, 연자성 입자로서 적합하게 이용되고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-319652호 공보
그러나, 최근의 에너지 문제에의 관심이 높아지는 중, 압분자심에 요구되는 특성도 엄격해져 오고 있으며, 보다 에너지 손실이 적은 압분자심의 개발이 요구되고 있다. 특히, 최근 발달이 눈부신 하이브리드 자동차 등에 탑재되는 컨버터 등은, 100℃ 이상의 고온 영역에서 사용되기 때문에, 컨버터에 이용되는 압분자심에도, 이 온도 영역에서의 에너지 손실이 낮은 것이 요구된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적 중 하나는, 특히 고온 영역에서의 히스테리시스손이 낮은 압분자심을 얻기 위한 연자성 분말, 및 조립분을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 특히 고온 영역에서의 히스테리시스손이 낮은 압분자심과 그 제조 방법, 및 그 압분자심을 이용한 전자 부품을 제공하는 것에 있다.
〔연자성 분말〕
본 발명 연자성 분말은, Fe, Si 및 Al을 포함하는 연자성 입자의 표면에 절연 피막을 형성한 복합 자성 입자의 집합체인 연자성 분말로서, 상기 연자성 입자에 있어서의 Si 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때, 이하의 식 (1), (2)를 만족하는 것을 특징으로 한다.
식 (1)…27≤2.5a+b≤29
식 (2)…6≤b≤9
상기 구성을 구비하는 연자성 분말이면, 이 연자성 분말을 이용하여 얻어진 압분자심의 에너지 손실, 특히 고온 환경에 있어서의 히스테리시스손을 저감시킬 수 있다. 특히, Si와 Al의 함유량을 나타내는 a, b는, 이하의 식 (3), (4)를 만족하도록 더욱 한정함으로써, 보다 압분자심의 히스테리시스손을 저감시킬 수 있다.
식 (3)…978/35≤18/7a+b≤1023/35
식 (4)…6.6≤b≤8.4
본 발명 연자성 분말의 일형태로서, 연자성 입자에 있어서의 O의 함유량이 0.2 질량％ 미만(0 질량％를 포함함)이며, 또한 Mn의 함유량이 0.3 질량％ 이하(0 질량％를 포함함)이고, 또한 Ni의 함유량이 0.3 질량％ 이하(0 질량％를 포함함)인 것이 바람직하다.
연자성 분말에 있어서의 연자성 입자 중의 O, Mn 및 Ni 함유량을 적게 함으로써, 이 연자성 분말을 이용하여 얻어진 압분자심의 고온 환경에 있어서의 히스테리시스손을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명 연자성 분말의 일형태로서, 연자성 입자의 표면에 형성되는 절연 피막을, Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어지는 무기 절연층을 포함하는 절연 피막으로 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 연자성 분말로부터 압분자심을 제작할 때, 분말을 가압하는 공정에 있어서 절연 피막이 손상되기 어렵다. 그 결과, 완성되는 압분자심에 있어서 연자성 입자끼리의 절연이 충분히 확보되어, 고투자율, 저철손(저히스테리시스손)의 압분자심을 얻을 수 있다.
〔조립분〕
본 발명의 조립분은, 가압에 의해 성형체가 되고, 그 성형체의 소성에 의해 자심용 소성체가 되는 조립분으로서, 상기 본 발명의 연자성 분말과, 성형 시에 보형재가 되어 성형체를 보형하는 성형용 수지를 구비한다. 그리고, 본 발명 조립분은, 이들 연자성 분말, 및 성형용 수지가 입상(粒狀)으로 일체화되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 구성의 조립분에 따르면, 에너지 손실이 적은 압분자심, 특히 고온 환경에서의 히스테리시스손이 적은 압분자심을 얻을 수 있다. 이러한 성형용 수지로서는, 예컨대 아크릴 수지가 바람직하다. 아크릴 수지이면, 성형 시의 변형성과, 성형 시의 기계적 강도를 양립할 수 있다.
또한, 본 발명 조립분의 일형태로서, 소성 후에 소성체를 보강하는 소성용 수지를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 조립분은, 연자성 분말과 상기 소성용 수지와 성형용 수지가 입상으로 일체화되어 구성된다. 이러한 소성용 수지로서는, 예컨대 실리콘 수지가 바람직하다. 실리콘 수지이면, 성형 시의 변형성과, 소성 후의 기계적 강도를 양립할 수 있다.
〔압분자심〕
본 발명 압분자심은, 복수의 연자성 입자와, 이들 연자성 입자 사이에 개재되는 절연층을 구비한다. 이 압분자심에 이용되는 연자성 입자는, Fe, Si 및 Al을 포함하고, Si의 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때, 이하의 식 (1), (2)를 만족하는 것을 특징으로 한다.
식 (1)…27≤2.5a+b≤29
식 (2)…6≤b≤9
상기 구성을 구비하는 압분자심은, 고온 영역에서의 히스테리시스손이 작은 압분자심이 된다. 특히, Si와 Al의 함유량을 나타내는 a, b는, 이하의 식 (3), (4)를 만족하도록 더욱 한정하는 것이 바람직하다.
식 (3)…978/35≤18/7a+b≤1023/35
식 (4)…6.6≤b≤8.4
본 발명 압분자심의 일형태로서, 연자성 입자 중의 O의 함유량이 0.2 질량％ 미만(0 질량％를 포함함)이며, 또한 Mn의 함유량이 0.3 질량％ 이하(0 질량％를 포함함)이고, 또한 Ni의 함유량이 0.3 질량％ 이하(0 질량％를 포함함)인 것이 바람직하다.
연자성 입자 중의 O, Mn 및 Ni의 함유량을 한정함으로써, 압분자심의 히스테리시스손을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
본 발명 압분자심의 일형태로서, 절연층은, 연자성 입자의 표면에 형성되는 Si 및 O를 포함하는 무기 절연층을 갖는 것이 바람직하다.
해당 입자의 표면에 무기 절연층이 형성되어 있기 때문에, 연자성 입자끼리의 절연을 확보할 수 있다. 그 결과, 압분자심의 와전류손을 저감시킬 수 있다.
본 발명 압분자심은, 상기 본 발명 조립분을 가압에 의해 성형하고, 그 성형체를 열처리하여 얻어진 것을 특징으로 한다.
연자성 입자의 조성이 한정된 조립분을 사용함으로써, 고온 영역에서의 히스테리시스손이 작은 압분자심으로 할 수 있다.
〔압분자심의 제조 방법〕
본 발명 압분자심의 제조 방법은, 연자성 분말을 이용하여 성형체를 형성하고, 그 성형체를 소성하여 압분자심으로 하는 압분자심의 제조 방법으로서, 이하의 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 연자성 분말을 준비하는 공정.
이 연자성 분말에, 상기 성형체를 보형하기 위한 성형용 수지를 혼합하여 조립하는 공정.
이 조립분을 소정 형상으로 압축 성형하여 성형체로 하는 공정.
이 성형체를 소성하여 압분자심으로 하는 공정.
이 방법에 따르면, 본 발명의 압분자심을 용이하게 얻을 수 있다.
〔전자 부품〕
본 발명 전자 부품은, 본 발명 압분자심과, 이 압분자심의 외측에 배치되는 코일로서, 권선을 권취하여 구성된 코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 특히 고온에서의 히스테리시스손이 낮으며, 비교적 투자율이 높은 압분자심을 갖는 전자 부품으로 할 수 있다.
본 발명의 연자성 분말이나 조립분에 따르면, 고주파로 고온의 사용 환경 하에서의 히스테리시스손이 낮으며, 비교적 투자율이 높은 압분자심을 얻을 수 있다.
본 발명 압분자심에 따르면, 고주파로 고온의 사용 환경 하에서 우수한 특성을 발휘한다.
본 발명 압분자심의 제조 방법에 따르면, 고주파로 고온의 사용 환경 하에서 우수한 특성을 발휘하는 압분자심을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명 전자 부품에 따르면, 고주파로 고온의 사용 환경 하에서 우수한 특성을 발휘하는 인덕터를 구성할 수 있다.
도 1은 실시예에서 제작한 압분자심에 있어서의 Si 함유량과 Al 함유량과 철손의 관계를 나타내는 그래프로서, 횡축은 Al의 함유량, 종축은 철손이다.
도 2는 실시예에서 제작한 압분자심에 있어서의 Si 함유량과 Al 함유량과 철손의 관계를 나타내는 그래프로서, 횡축은 Si의 함유량, 종축은 Al의 함유량이다.
이하, 본 발명의 연자성 분말, 조립분, 압분자심, 전자 부품을 순차 설명한다.
〔연자성 분말〕
<구조>
본 발명의 연자성 분말은, 연자성 입자와, 그 외주면에 형성되는 절연 피막을 구비하는 복합 자성 입자의 집합체이다.
(연자성 입자)
연자성 입자는, Fe-Si-Al계 합금, 소위 센더스트 합금이다. 이 연자성 입자에 있어서의 Si의 함유량과 Al의 함유량을 한정함으로써, 고온에서의 히스테리시스손이 작은 연자성 입자로 할 수 있다. 구체적으로는, Si의 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때, 이하의 식 (1), (2)를 만족한다.
식 (1)…27≤2.5a+b≤29
식 (2)…6≤b≤9
연자성 입자에 있어서의 a, b의 보다 바람직한 함유량은, 이하의 식 (3), (4)를 만족하는 것이다.
식 (3)…978/35≤18/7a+b≤1023/35
식 (4)…6.6≤b≤8.4
또한, 연자성 입자에 있어서의 O는, 연자성 입자의 히스테리시스손을 증가시키는 요인이 된다. 그 때문에, 연자성 입자에 있어서의 함유량은 0.2 질량％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 연자성 입자에 있어서의 보다 바람직한 O 함유량은, 0.1 질량％ 이하, 가장 바람직하게는 0 질량％이다.
또한, 연자성 입자에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량은 양쪽 모두 0.3 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들 Mn, Ni는, 연자성 입자의 히스테리시스손을 증가시키는 요인이 된다. 그 때문에, Mn, Ni의 함유량은 각각 0.2 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0 질량％이다.
연자성 입자는, 물 아토마이즈법이나 가스 아토마이즈법 등의 아토마이즈법으로 제조된 것이 바람직하다. 물 아토마이즈법으로 제조된 연자성 입자는, 입자 표면에 요철이 많기 때문에, 그 요철의 맞물림에 의해 고강도의 소성체를 얻기 쉽다. 한편, 가스 아토마이즈법으로 제조된 연자성 입자는, 그 입자 형상이 거의 구형이기 때문에, 절연 피막을 뚫는 것과 같은 요철이 적어 바람직하다. 또한, 연자성 입자의 표면에는, 자연 산화막이 형성되어 있어도 좋다.
(절연 피막)
절연 피막은, 예컨대 Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어지는 무기 절연층을 구비한다. 무기 절연막은, 연자성 입자의 외주면을 덮음으로써, 연자성 분말 사이의 절연을 확보한다. 이 Si 및 O를 포함하는 무기 절연층은, 고경도이며, 이후에 연자성 분말을 이용한 조립분을 압축하여 성형체를 형성할 때에, 그 가압력으로 파괴되는 일이 없고, 또한 성형체를 소성하였을 때의 열에도 분해되는 일이 없다. 이러한 Si 및 O를 포함하는 무기질로서는, 대표적으로는 SiO2를 들 수 있지만, 그 SiO2 중에 SiO, Si2O3 중 적어도 한쪽이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 규산소다(물유리) 등의 규산염이어도 좋다. Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어지는 무기 절연층으로서는, 예컨대, 산소를 포함하는 분위기 중에서 실리콘 수지를 열처리함으로써 형성한 피막이나, 물유리를 피복함으로써 형성한 피막을 들 수 있다.
상기 무기 절연층의 두께는, 20 ㎚ 이상, 1 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 해당 두께를 하한값 이상으로 함으로써, 연자성 입자 사이의 절연을 확보하고, 조립분 압축 시의 가압력으로 파괴되지 않는 기계적 강도를 갖는 무기 절연층으로 할 수 있다. 또한, 해당 두께를 상한값 이하로 함으로써, 연자성 분말로부터 압분자심을 제작하였을 때에, 그 압분자심에 있어서의 연자성 입자의 양을 충분히 확보할 수 있다.
<제조 방법>
본 발명 연자성 분말은, 분급 및 절연 피복을 주된 공정으로 하는 제조 방법에 따라 얻어진다.
(분급)
압분자심에 있어서의 연자성 입자의 입자 직경은, 대략 40 ㎛?150 ㎛의 범위로 하는 것이 바람직하고, 이러한 입자 직경의 분말을 이용하면, 1 ㎑ 이상의 고주파 영역에서 사용하였을 때에 와전류손의 증대 억제에 효과적이다. 그래서, 준비한 연자성 분말이 소정 입자 직경을 갖는 연자성 입자의 집합체가 되도록 분급하는 조작을 행하는 것이 바람직하다. 이 분급은, 대표적으로는, 소정 메시 사이즈의 체를 이용하여 행하면 좋다.
(절연 피복)
분급된 연자성 입자의 집합체인 연자성 분말은, 절연제와 혼합된다. 절연제는, 저분자의 실리콘 수지 또는 물유리 등의 규산염의 수용액이 바람직하다. 이 혼합은, 믹서 등으로 행하는 것이 적합하다. 절연제의 배합량은, 혼합하는 연자성 입자의 비표면적에 따라 선택하는 것이 바람직하다. 연자성 입자의 비표면적에 따라 절연제의 배합량을 결정함으로써, 소정 두께의 절연 피막을 연자성 입자의 외주면에 형성한 복합 자성 입자를 제작할 수 있다. 연자성 입자와 절연제의 배합량은, 예컨대 양자의 혼합물에 대하여 절연제가 0.02 질량％?1.8 질량％ 정도가 되도록 하는 것을 들 수 있지만, 보다 바람직하게는 0.05 질량％?1.5 질량％, 더욱 바람직하게는 0.1 질량％?1.0 질량％이다.
절연제가 실리콘 수지인 경우는, 피복 후에 열처리를 행하고, 실리콘 수지를 분해하여 유리화하는 것이 바람직하다. 바람직한 열처리 온도는, 400℃?1000℃이며, 보다 바람직한 열처리 온도는, 600℃?900℃이다. 또한, 바람직한 열처리 시간은 30분?2시간 정도이다.
절연제가 규산염의 수용액인 경우는, 피복 후에 50℃?100℃에서 건조를 행하는 것만으로도 좋다.
또한, 다음 공정의 조립과 연속으로 실시하여도 좋고, 실리콘 수지와 비해서 취급이 간편하다.
〔조립분〕
<구조>
상기 연자성 분말은, 성형용 수지 및 소성용 수지와 더 혼합되어 조립분이 된다. 이 조립분은, 적어도 성형용 수지와 연자성 분말이 일체화되어 있고, 필요에 따라, 소성용 수지도 더 일체화되어 있어도 좋다.
(성형용 수지)
성형용 수지는, 연자성 분말을 압축하여 성형체로 하는 경우, 성형체를 보형하기 위한 수지이며, 성형 시의 변형성과, 성형 시의 기계적 강도의 양립의 관점에서, 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 열가소성 수지의 구체예로서는, 아크릴 수지 외에, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리에틸렌 수지 등을 이용할 수 있다. 이 성형용 수지는, 성형체의 소성 시에 소실된다.
(소성용 수지)
소성용 수지는, 연자성 분말을 압축한 성형체를 소성함으로써 소성체로 한 경우, 세라믹스계의 화합물이 되어 연자성 분말을 유지하는 보형재가 된다. 대표적으로는, 소성용 수지에는 실리콘 수지가 이용된다. 그리고, 이 실리콘 수지는, 후술하는 바와 같이, 소성 과정에서 Si, C 및 O를 포함하는 비정질체의 보형재로 되어 있다고 추정되며, 소성 후도 소실되지 않는다.
<제조 방법>
조립분은, 연자성 분말 및 성형용 수지, 필요에 따라 소성용 수지를 믹서 등으로 더 혼합함으로써 제조한다. 이 혼합에 의해, 통상, 수 개의 연자성 분말이 성형용 수지(필요에 따라 소성용 수지를 포함하고 있더라도 좋음)로 일체화된 조립분의 단위 입자가 구성된다. 성형용 수지 및 소성용 수지는, 적절한 용제에 의해 적절한 점도의 용액으로 조정하여 연자성 분말과 혼합하여도 좋다.
연자성 분말과 성형용 수지의 혼합물(소성용 수지도 첨가하는 경우, 연자성 분말, 소성용 수지 및 성형체 수지의 합계 혼합물)은, 첨가하는 수지의 합계량이 혼합물의 0.5 질량％?3 질량％가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 이 하한 이상의 수지 함유량으로 함으로써, 성형체 또는 소성체(즉, 압분자심)를 충분히 보형할 수 있고, 반대로 상한 이하로 함으로써, 혼합물 중의 수지량이 적량이 되어, 성형체나 압분자심을 고밀도화할 수 있다.
〔성형체〕
<구조>
성형체는, 상기 조립분을 소정 형상으로 가압 성형한 것이다. 즉, 이 성형체는, 연자성 분말이, 성형용 수지, 필요에 따라 소성용 수지에 의해 일체화된 상태로 되어 있다. 여기서 이용되고 있는 연자성 분말을 구성하는 연자성 입자는, 이 성형 시의 압력에 의해 실질적으로 변형되지 않기 때문에, 연자성 입자의 외주에 형성된 고경도의 무기 절연층도 손상이 억제된다. 성형체의 형상은, 전자 부품의 자성 코어의 형상에 따라 선택하면 좋다.
<제조 방법>
상기 성형체는, 조립분을 금형에 공급하는 공정과, 금형 내의 조립분을 가압하여 성형체로 하는 공정을 포함하는 방법에 의해 얻어진다.
여기서, 조립분을 가압하는 압력은, 10 ton/㎠?12 ton/㎠ 정도가 바람직하다. 압력을 하한값 이상으로 함으로써, 고밀도의 성형체를 얻을 수 있다. 또한, 압력을 상한값 이하로 함으로써, 연자성 입자의 변형에 따른 무기 절연층의 손상을 억제할 수 있다. 이 가압은, 상온 하여도 좋지만, 성형용 수지로서 열가소성 수지를 사용한 경우에는 수지의 유리 전이 온도 이상에서 성형하는 것이 바람직하다. 이에 의해 성형체의 밀도와 강도의 향상을 도모할 수 있다.
〔압분자심〕
<구조>
본 발명 압분자심은, 전술한 연자성 입자와, 이 연자성 입자 사이에 개재되는 절연층을 구비한다.
연자성 입자 사이에 개재하는 절연층은, 전술한 바와 같이, 연자성 입자의 외주면에 형성된 Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어지는 무기 절연층을 갖는다. 이 입자 표면의 무기 절연층은, 소성 후도 거의 그대로 잔존하여, 확실하게 연자성 분말끼리의 절연을 확보한다. 또한, 성형체를 제작할 때에 소성용 수지를 이용한 경우, 연자성 입자의 표면에 형성되는 무기 절연층(제1층)의 외주에, 소성용 수지를 더 열처리함으로써 얻어지는 무기 절연층(제2층)이 형성된다. 여기서, 소성용 수지가 실리콘 수지이면, 소성용 수지를 열처리함으로써 얻어지는 제2층도, Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어진 것이 된다.
<제조 방법>
이러한 압분자심은, 전술한 성형체에 열처리를 실시함으로써 얻어진다. 이 열처리의 가열 온도는, 600℃?900℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가열 시간은, 30분?2시간 정도가 적합하다. 소성 전의 성형체를 구성하는 연자성 분말에는 많은 변형이 도입되어 있지만, 상기 조건으로 성형체를 열처리하면, 그 변형을 충분히 제거할 수 있다. 그 외, 이 열처리의 분위기는, 질소 분위기 등의 불활성 가스 분위기, 또는 감압 분위기로 하는 것이 바람직하다.
〔전자 부품〕
본 발명의 전자 부품은, 자성 코어와 코일을 구비한다. 자성 코어는, 전술한 압분자심을 포함한다. 자성 코어의 형상은, 환형, 봉형 등, E형, I형 코어 등을 들 수 있다. 한편, 코일은, 도선 표면에 절연 피복을 마련한 권선을 권취하여 구성된다. 권선의 단면 형상은, 동그라미나 직사각형 등 여러가지 형상을 이용할 수 있다. 예컨대, 둥근 선을 나선형으로 권취하여 원통형의 코일로 하거나, 평각선을 나선형으로 엣지와이즈 권취하여 각통형의 코일로 하거나 하는 것을 들 수 있다.
이 전자 부품은, 자성 코어의 외주에 권선을 권취하여 구성하여도 좋고, 미리 나선형으로 형성한 공심 코일을 자성 코어의 외주에 끼워 넣어 구성하여도 좋다.
이 전자 부품의 구체예로서는, 고주파 초크 코일, 고주파 동조용 코일, 바 안테나 코일, 전원용 초크 코일, 전원 트랜스, 스위칭 전원용 트랜스, 반응 장치 등을 들 수 있다.
실시예 1
이하의 조건으로 연자성 분말의 제작, 조립분의 생성, 성형체의 성형, 성형체의 소성을 행하여 압분자심의 시험편을 제작하고, 그 시험편에 대해서 자기 특성을 평가하였다.
<시료의 제작>
우선, 조성이 다른 복수 종의 연자성 분말을 준비하였다. 연자성 분말은 연자성 입자의 집합체이다. 각 연자성 분말의 조성은, 후단의 표 1, 2에 나타내는 바와 같이, Fe-a 질량％ Si-b 질량％ Al(a=7.0?9.5; b=4.0?10.0)이다. 또한, 준비한 각 연자성 분말을 구성하는 연자성 입자의 평균 입자 직경은, 거의 공통하고 있으며, 대략 60 ㎛였다.
다음에, 각 연자성 분말을 실리콘 수지와 믹서로 혼합하여, 입자 표면에 실리콘 수지 피막을 형성하였다. 연자성 분말과 실리콘 수지의 배합량은, 양자의 혼합물에 대하여 실리콘 수지가 0.3 질량％가 되도록 한다.
계속해서, 실리콘 수지 피막을 형성한 연자성 분말에 대기 분위기에서 180℃×1시간의 열처리를 실시하여, 수지를 경화시켰다. 이 시점에서는, 실리콘 수지는 유리화되어 있지 않다. 그 후, 얻어진 실리콘 수지 피막을 갖는 연자성 분말을 체질하여 입자끼리의 접합을 풀었다.
다음에, 얻어진 실리콘 수지 피막을 갖는 연자성 분말에 대기 분위기에서 600℃×1시간의 열처리를 실시하고, 실리콘 수지 피막을 유리화하여, Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어지는 무기 절연층으로 하였다. 무기 절연층의 두께는 약 120 ㎚이다. 무기 절연층을 갖는 연자성 분말이 얻어지면, 파쇄를 행하여 입자끼리의 접합을 분리한다.
이상의 공정에 의해, 연자성 입자의 표면에 Si 및 O를 포함하는 무기 절연 피막을 형성한 복합 자성 입자의 집합체인 연자성 분말을 제작하였다.
얻어진 연자성 분말에 성형용 수지와 소성용 수지를 혼합하여, 조립분을 제작하였다. 조립분 중의 연자성 분말과 성형용 수지와 소성용 수지의 혼합비는, 질량비로 100:1:0.5이다. 성형용 수지에는 아크릴 수지를, 소성용 수지에는 실리콘 수지를 이용하였다. 이 실리콘 수지는, 무기 절연층의 형성에 사용한 실리콘 수지와는 다른 것이며, 폴리실록산을 주성분으로 하는 고분자의 실리콘 와니스이다.
다음에, 각 시료의 조립분을 금형에 공급하고, 압축함으로써 성형체로 한다. 이 가압 성형 시의 면압은 10 ton/㎠이다. 이 면압이면, 성형 시에 연자성 입자는 실질적으로 변형되지 않는다.
그리고, 얻어진 성형체에, 질소 분위기 하에서 800℃×1시간의 열처리를 실시하여, 압분자심으로 한다. 이때, 무기 절연 피막은 분해되지 않고 그대로 입자 표면에 존재하고, 성형용 수지는 실질적으로 소실되며, 소성용 수지는 Si, C 및 O를 포함하는 비정질체로 되어 있다고 생각된다. 완성시킨 압분자심으로 이루어지는 시험편은, 링형이며 외직경 34 ㎜, 내직경 20 ㎜, 두께 5 ㎜였다.
<평가>
전술한 바와 같이 하여 제작한 각 시료에 대해서, 다음에 나타내는 순서로 자기 특성을 측정하였다.
우선, 링형의 시험편에 권선을 실시하고, 시험편의 자기 특성을 측정하기 위한 측정 부재를 제작하였다. 이 측정 부재에 대해서, 이와츠케이소쿠가부시키가이샤 제조 B-H/μ 애널라이저 SY 8258을 이용하여, 여기 자속 밀도(Bm): 1 kG(=0.1 T), 측정 주파수: 100 ㎑, 환경 온도: 120℃에 있어서의 철손(W1/100k@120℃)을 측정하였다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다. 각 시료의 평가로서, 철손(W1/100k@120℃)이 350 이하인 것을 ▲, 350 초과 400 이하인 것을 ■, 400 초과인 것을 ◇로 하여, 표 중 우단란에 나타낸다.
또한, 철손은, 히스테리시스손과 와전류손으로 이루어지지만, 본 실시예에서는 각 시료 사이에 연자성 입자의 조성 이외의 차이는 없기 때문에, 철손의 대소를 히스테리시스손의 대소로 간주할 수 있다. 덧붙여서, 철손의 주파수 곡선을 하기의 3개의 식으로 최소 제곱법에 의해 피팅하여, 히스테리시스손 및 와전류손을 산출할 수도 있다.
(철손)=(히스테리시스손)+(와전류손)
(히스테리시스손)=(히스테리시스손 계수)×(주파수)
(와전류손)=(와전류손 계수)×(주파수)2
Figure pct00001
Figure pct00002
우선, 표 1, 2의 시료 1?58의 결과를, 횡축을 Al 함유량, 종축을 철손(W1/100k@120℃)로 한 도 1의 그래프에 플롯하였다. 이 그래프로부터, Al 함유량이 대략 6.0?9.0 부근에서 철손(W1/100k@120℃)이 감소하는 경향에 있는 것을 알 수 있었다. 그러나, Si 함유량에 따라서는 철손(W1/100k@120℃)이 700을 넘는 경우도 있었다. 그래서, 횡축을 Al 함유량, 종축을 Si 함유량으로 한 도 2의 그래프에 측정 결과를 플롯(플롯의 마크는, 표 1, 2와 공통)하였다. 이 도 2의 결과로부터, 시료 1?58(O, Mn, Ni의 함유량은 전부 0.01 질량％)의 Si 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때, 27≤2.5a+b≤29이며, 또한 6≤b≤9를 만족하는 실선의 평행 사변형의 범위 내에 있는 시료의 철손(W1/100k@120℃)은, 400 이하인 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 1?58 중, 상기 a, b가, 978/35≤18/7a+b≤1023/35이며, 또한 6.6≤b≤8.4를 만족하는 파선의 평행 사변형의 범위 내에 있는 시료의 철손(W1/100k@120℃)은, 350 이하인 것을 알 수 있었다.
다음에, 표 1의 시료 17과 표 2의 시료 59?68을 비교함으로써, O, Mn, Ni의 함유량이 작아질수록, 철손(W1/100k@120℃)이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 62, 65, 68의 철손(W1/100k@120℃)은 400을 넘지만, 다른 평가(◇)의 시료의 철손(W1/100k@120℃)에 비해서 유의하게 작았다.
실시예 2
우선, 조성이 Fe-8.0 질량％ Si-8.0 질량％ Al의 연자성 분말(연자성 분말 중의 O, Mn, Ni의 함유량은 전부 0.01 질량％)과, 규산칼륨을 주성분으로 하는 수용액을 준비한다. 연자성 분말의 평균 입자 직경은, 대략 60 ㎛였다. 또한, 수용액의 규산칼륨의 농도는 30 질량％로 하였다. 이 연자성 분말과 수용액을 믹서로 혼합하고, 연자성 입자의 표면에 규산칼륨을 주성분으로 하는 무기 절연층을 형성하였다. 연자성 분말과 수용액의 배합량은, 양자의 혼합물에 대하여 수용액의 고형분이 0.3 질량％가 되도록 하였다.
다음에, 얻어진 연자성 분말에 성형용 수지를 혼합하여, 조립분을 제작하였다. 조립분 중의 연자성 분말과 성형용 수지의 혼합비는, 질량비로 100:1이다. 성형용 수지에는 아크릴 수지를 이용하였다. 계속해서, 조립분을 금형에 공급하고, 압축함으로써 성형체로 하였다. 이 가압 성형 시의 면압은 10 ton/㎠로 하였다. 그리고, 얻어진 성형체에, 질소 분위기 하에서 775℃×1시간의 열처리를 실시하여, 압분자심으로 하였다. 완성시킨 압분자심으로 이루어지는 시험편은, 링형이며 외직경 34 ㎜, 내직경 20 ㎜, 두께 5 ㎜였다.
제작한 시험편에 권선을 실시하고, 시험편의 자기 특성을 측정하기 위한 측정 부재(시료 69)를 제작하였다. 이 시료 69에 대해서, 실시예 1과 동일한 방법으로, 철손(W1/100k@120℃)을 측정하였다. 그 결과, 표 3에 나타내는 바와 같이, 시료 69의 철손(W1/100k@120℃)은 350 이하로 되어 있으며, 시료 69의 에너지 손실이 낮은 것을 알 수 있었다.
Figure pct00003
이상의 결과로부터, 본 발명에 규정하는 Si 함유량과 Al 함유량인 센더스트 합금이면, 120℃라고 하는 고온 환경 하에서의 에너지 손실이 적은 압분자심을 제작할 수 있는 것이 분명해졌다.
또한, 본 발명의 실시예는, 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경 가능하다.
본 발명의 연자성 분말, 조립분 및 압분자심의 제조 방법은, 각종 인덕터에 이용되는 압분자심을 얻는데 적합하게 이용 가능하다. 또한, 본 발명의 전자 부품은, 고주파 초크 코일, 고주파 동조용 코일, 바 안테나 코일, 전원용 초크 코일, 전원 트랜스, 스위칭 전원용 트랜스, 반응 장치 등에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (12)

  1. Fe, Si 및 Al을 포함하는 연자성(軟磁性) 입자의 표면에 절연 피막을 형성한 복합 자성 입자의 집합체인 연자성 분말로서,
    상기 연자성 입자에 있어서의 Si 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때,
    27≤2.5a+b≤29
    6≤b≤9
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 연자성 분말.
  2. 제1항에 있어서, 상기 a 및 b는,
    978/35≤18/7a+b≤1023/35
    6.6≤b≤8.4
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 연자성 분말.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연자성 입자에 있어서의 O의 함유량이 0.2 질량％ 미만이며, 또한 Mn의 함유량이 0.3 질량％ 이하이고, 또한 Ni의 함유량이 0.3 질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 연자성 분말.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 피막은, Si 및 O를 포함하는 무기질로 이루어지는 무기 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 분말.
  5. 가압에 의해 성형체가 되며, 그 성형체의 소성에 의해 압분자심(壓粉磁心)이 되는 조립분(造粒粉)으로서, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연자성 분말과,
    성형 시에 보형재가 되어 성형체를 보형하는 성형용 수지를 구비하고,
    이들 연자성 분말 및 성형용 수지가 입상(粒狀)으로 일체화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립분.
  6. 제5항에 있어서, 상기 성형용 수지는 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립분.
  7. 복수의 연자성 입자와, 상기 연자성 입자 사이에 개재되는 절연층을 구비하는 압분자심으로서,
    상기 연자성 입자는, Fe, Si 및 Al을 포함하고,
    Si의 함유량을 a 질량％, Al의 함유량을 b 질량％로 하였을 때,
    27≤2.5a+b≤29
    6≤b≤9
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 압분자심.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연자성 입자에 있어서의 O의 함유량이 0.2 질량％ 미만이며, 또한 Mn의 함유량이 0.3 질량％ 이하이고, 또한 Ni의 함유량이 0.3 질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 압분자심.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 절연층은, 상기 연자성 입자의 표면에 형성되는 Si 및 O를 포함하는 무기 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 압분자심.
  10. 제5항 또는 제6항에 기재된 조립분을 가압에 의해 성형하고, 그 성형체를 열처리함으로써 얻어진 것을 특징으로 하는 압분자심.
  11. 연자성 분말을 이용하여 성형체를 형성하고, 그 성형체를 소성하여 압분자심으로 하는 압분자심의 제조 방법으로서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연자성 분말을 준비하는 공정과,
    이 연자성 분말에, 상기 성형체를 보형하기 위한 성형용 수지를 혼합하여 조립하는 공정과,
    이 조립분을 소정 형상으로 압축 성형하여 성형체로 하는 공정과,
    이 성형체를 소성하여 압분자심으로 하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 압분자심의 제조 방법.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 압분자심과,
    권선을 권취하여 구성되고, 상기 압분자심의 외측에 배치되는 코일
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
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