KR20140101444A - Ｆｅ 기 비정질 합금, 및 상기 Ｆｅ 기 비정질 합금을 사용한 압분 코어, 그리고, 코일 봉입 압분 코어 - Google Patents

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Abstract

(과제) 특히, 낮은 유리 천이 온도 (Tg), 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm), 양호한 자화 및 내식성을 구비하는 압분 코어나 코일 봉입 압분 코어용으로서의 Fe 기 비정질 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 본 발명의 Fe 기 비정질 합금은, 조성식이 Fe100 -a-b-c-x-y-z-tNiaSnbCrcPxCyBzSit 로 나타내고, 0 at％ ≤ a ≤ 10 at％, 0 at％ ≤ b ≤ 3 at％, 0 at％ ≤ c ≤ 6 at％, 6.8 at％ ≤ x ≤ 10.8 at％, 2.2 at％ ≤ y ≤ 9.8 at％, 0 at％ ≤ z ≤ 4.2 at％, 0 at％ ≤ t ≤ 3.9 at％ 인 것을 특징으로 하는 것이다. 이로써, 낮은 유리 천이 온도 (Tg), 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm), 양호한 자화 및 내식성을 구비하는 압분 코어나 코일 봉입 압분 코어용으로서의 Fe 기 비정질 합금을 제조할 수 있다.

Description

Ｆｅ 기 비정질 합금, 및 상기 Ｆｅ 기 비정질 합금을 사용한 압분 코어, 그리고, 코일 봉입 압분 코어{FE-BASED AMORPHOUS ALLOY, DUST CORE FORMED USING THE FE-BASED AMORPHOUS ALLOY, AND DUST CORE WITH EMBEDDED COIL}
본 발명은, 예를 들어 트랜스나 전원용 초크 코일 등의 압분 코어 및 코일 봉입 압분 코어에 적용하는 Fe 기 비정질 합금에 관한 것이다.
전자 부품 등에 적용되는 압분 코어나 코일 봉입 압분 코어에는, 최근의 고주파화나 대전류화에 수반하여 우수한 직류 중첩 특성과 낮은 코어 로스, 및 ㎒ 까지의 주파수에 걸쳐 일정한 인덕턴스가 요구된다.
그런데, Fe 기 비정질 합금이 결착재에 의해 목적한 형상으로 성형된 압분 코어에 대해, Fe 기 비정질 합금의 분말 형성시의 응력 변형이나 압분 코어 성형시의 응력 변형을 완화하기 위하여, 코어 성형 후에 열처리가 실시된다.
그러나, 코어 성형체에 대해 실제로 실시되는 상기 열처리 온도 T1 은, 피복 도선이나 결착재 등의 내열성을 고려하여 Fe 기 비정질 합금에 대해 효과적으로 응력 변형을 완화하고, 상기 코어 로스를 최소한으로 할 수 있는 최적 열처리 온도까지 높일 수는 없었다.
그리고, 종래에는, 상기 최적 열처리 온도가 높아서 (최적 열처리 온도 － 열처리 온도 T1) 이 커져, 충분히 Fe 기 비정질 합금의 응력 변형을 완화하지 못하고, Fe 기 비정질 합금의 특성을 다 살릴 수 없어 코어 로스를 충분히 작게 할 수 없었다.
따라서, 상기 최적 열처리 온도를 종래에 비해 낮게 하여 코어 특성을 향상시키려면, Fe 기 비정질 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 를 저하시키는 것이 필요하였다. 그와 동시에, 비정질 형성능을 높이기 위하여 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높게 하고, 또한 자화를 높여 내식성을 향상시키는 것이 코어 특성의 향상을 도모하는 데에 있어서 필요하였다.
하기에 나타내는 특허문헌에 기재된 발명은, 모두 낮은 유리 천이 온도 (Tg), 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm), 양호한 자화 및 내식성을 모두 만족하는 것을 목적으로 하지 않으며, 그러한 관점에 의해 각 원소의 첨가량을 조정한 것은 아니다.
(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 2008-169466호
(특허문헌 2) 일본 공개특허공보 2005-307291호
(특허문헌 3) 일본 공개특허공보 2004-156134호
(특허문헌 4) 일본 공개특허공보 2002-226956호
(특허문헌 5) 일본 공개특허공보 2002-151317호
(특허문헌 6) 일본 공개특허공보 소57-185957호
(특허문헌 7) 일본 공개특허공보 소63-117406호
그래서, 본 발명은 상기 종래 과제를 해결하기 위한 것으로, 특히, 낮은 유리 천이 온도 (Tg), 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 구비하고, 낮은 최적 열처리 온도로서 양호한 자화 및 내식성을 구비하는 압분 코어나 코일 봉입 압분 코어용으로서의 Fe 기 비정질 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 있어서의 Fe 기 비정질 합금은,
조성식이 Fe100 -a-b-c-x-y-z- tNiaSnbCrcPxCyBzSit 로 나타내고, 0 at％ ≤ a ≤ 10 at％, 0 at％ ≤ b ≤ 3 at％, 0 at％ ≤ c ≤ 6 at％, 6.8 at％ ≤ x ≤ 10.8 at％, 2.2 at％ ≤ y ≤ 9.8 at％, 0 at％ ≤ z ≤ 4.2 at％, 0 at％ ≤ t ≤ 3.9 at％ 인 것을 특징으로 하는 것이다.
*본 발명에서는, 유리 천이 온도 (Tg) 를 저하시키고, 또한, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 크게 할 수 있으며, 그리고, 높은 자화 및 우수한 내식성을 얻을 수 있다.
구체적으로는 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K 이하로 할 수 있고, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.52 이상 (바람직하게는 0.54 이상) 으로 설정할 수 있다. 또한, 포화 질량 자화 (σs) 를 140 (× 10-6 Wbm/㎏) 이상, 및 포화 자화 (Is) 를 1 T 이상으로 설정할 수 있다.
본 발명에서는, Ni 와 Sn 중 어느 일방만이 첨가되는 것이 바람직하다.
Ni 의 첨가는 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높은 값으로 유지할 수 있다. 본 발명에서는, 10 at％ 를 한도로 하여 Ni 를 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 높은 자화를 유지하면서, 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, Sn 의 첨가량을 가능한 한 적게 한다. 즉, Sn 의 첨가는 내식성을 열화시키기 때문에 동시에 Cr 의 첨가가 어느 정도 필요해진다. 이 때문에 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮출 수 있어도 Cr 의 첨가에 의해 자화가 열화되기 쉬워지기 때문에, Sn 의 첨가량은 적게 하는 편이 좋다. 그리고, 본 발명에서는, 후술하는 실험에 나타내는 바와 같이, Ni, Sn 을 첨가하는 경우에는 Ni 혹은 Sn 중 어느 일방만을 첨가하고 있으며, 이로써 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 저하시키고, 또한, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 크게 할 수 있으며, 그리고, 높은 자화 및 내식성을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에서는, Ni 의 첨가량 a 는 0 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, 비정질 형성능을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, Ni 의 첨가량 a 는 4 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 이로써, 보다 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 저하시킬 수 있음과 함께, 안정적으로 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 및 Tx/Tm 를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, Sn 의 첨가량 b 는 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, 보다 효과적으로 내식성의 저하를 억제할 수 있고, 또한 비정질 형성능을 높게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, Cr 의 첨가량 c 는 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, Cr 의 첨가량 c 는 1 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 이로써, 보다 효과적으로 낮은 유리 천이 온도 (Tg) 를 유지할 수 있음과 함께 높은 자화 및 내식성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, P 의 첨가량 x 는 8.8 at％ ∼ 10.8 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 하고, 또한, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 로 나타내는 비정질 형성능을 높게 하려면, 융점 (Tm) 을 낮게 하는 것이 필요한데, P 의 첨가에 의해 융점 (Tm) 을 낮게 억제할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는, P 의 첨가량 x 를 8.8 at％ ∼ 10.8 at％ 의 범위 내로 함으로써, 보다 효과적으로 융점 (Tm) 을 낮게 할 수 있어 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, C 의 첨가량 y 는 5.8 at％ ∼ 8.8 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, 보다 효과적으로 융점 (Tm) 을 낮게 할 수 있어 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, B 의 첨가량 z 는 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, 보다 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, B 의 첨가량 z 는 1 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, Si 의 첨가량 t 는 0 at％ ∼ 1 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, 보다 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 는 0 at％ ∼ 4 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K 이하로 억제할 수 있다. 또한, 높은 자화를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, B 의 첨가량 z 가 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내, Si 의 첨가량 t 가 0 at％ ∼ 1 at％ 의 범위 내, 및 (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 가 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 이로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 710 K 이하로 억제할 수 있다.
또는 본 발명에서는, B 의 첨가량 z 가 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내, Si 의 첨가량 t 가 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내, 및 (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 가 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 이로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 720 K 이하로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 는 0 ∼ 0.36 의 범위 내인 것이 바람직하다. 보다 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있고, 또한 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 는 0 ∼ 0.25 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 압분 코어는, 상기에 기재된 Fe 기 비정질 합금의 분말이 결착재에 의해 고화 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또는 본 발명에 있어서의 코일 봉입 압분 코어는, 상기에 기재된 Fe 기 비정질 합금의 분말이 결착재에 의해 고화 성형되어 이루어지는 압분 코어와, 상기 압분 코어에 덮이는 코일을 갖고 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는, 코어의 최적 열처리 온도를 낮게 할 수 있어 인덕턴스를 높일 수 있으며, 또한, 코어 로스의 저감을 도모할 수 있어 전원에 실장했을 때에 전원 효율 (η) 을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 코일 봉입 압분 코어에 있어서 Fe 기 비정질 합금의 최적 열처리 온도를 낮게 할 수 있기 때문에, 결착재의 내열 온도 미만의 열처리 온도에서 응력 변형을 적절히 완화할 수 있고, 압분 코어의 투자율 (μ) 을 높게 할 수 있기 때문에, 환선 (丸線) 코일에 비해 각 턴에 있어서의 도체의 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용하여 적은 턴수로 원하는 높은 인덕턴스를 얻는 것이 가능해진다. 이와 같이 본 발명에서는, 코일에 각 턴에 있어서의 도체의 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용할 수 있기 때문에, 직류 저항 Rdc 를 작게 할 수 있어 발열 및 동손을 억제하는 것이 가능하다.
본 발명의 Fe 기 비정질 합금에 의하면, 유리 천이 온도 (Tg) 를 저하시키고, 또한, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 크게 할 수 있으며, 그리고, 높은 자화 및 우수한 내식성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 Fe 기 비정질 합금의 분말을 사용한 압분 코어나 코일 봉입 압분 코어에 의하면, 코어의 최적 열처리 온도를 낮게 할 수 있어 인덕턴스를 높일 수 있다. 또한, 코어 로스의 저감을 도모할 수 있어 실제로 전원에 실장했을 때에 전원 효율 (η) 을 개선할 수 있다.
도 1 은, 압분 코어의 사시도이다.
도 2(a) 는, 코일 봉입 압분 코어의 평면도이다.
도 2(b) 는, 도 2(a) 에 나타내는 A-A 선을 따라 절단하여 화살표 방향에서 본 코일 봉입 압분 코어의 종단면도이다.
도 3 은, 압분 코어의 최적 열처리 온도와 코어 로스 (W) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 와 압분 코어의 최적 열처리 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 합금의 Ni 첨가량과 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 합금의 Ni 첨가량과 결정화 개시 온도 (Tx) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 합금의 Ni 첨가량과 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 합금의 Ni 첨가량과 Tx/Tm 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 합금의 Sn 첨가량과 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 합금의 Sn 첨가량과 결정화 개시 온도 (Tx) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11 은, 합금의 Sn 첨가량과 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 합금의 Sn 첨가량과 Tx/Tm 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13 은, 합금의 P 첨가량과 융점 (Tm) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14 는, 합금의 C 첨가량과 융점 (Tm) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15 는, 합금의 Cr 첨가량과 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16 은, 합금의 Cr 첨가량과 결정화 개시 온도 (Tx) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17 은, 합금의 Cr 첨가량과 포화 자속 밀도 (Is) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18 은, 시료 No.3, 5, 6 의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형된 코일 봉입 압분 코어에 있어서의 주파수와 인덕턴스 (L) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19 는, 시료 No.3, 5, 6 의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형된 코일 봉입 압분 코어에 있어서의 주파수와 코어 로스 (W) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20 은, 시료 No.3, 5, 6 의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형된 코일 봉입 압분 코어를 동일 전원에 실장했을 때의 출력 전류와 전원 효율 (η) (측정 주파수가 300 ㎑) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21 은, 시료 No.5, 6 의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형된 코일 봉입 압분 코어 (인덕턴스 0.5 μH 상당), 및 시판품을 동일 전원에 실장했을 때에 있어서의 출력 전류와 전력원 효율 (η) (측정 주파수가 300 ㎑) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22 는, 실험에서 사용한 Fe 계 결정질 합금 분말을 사용하여 형성된 코일 봉입 압분 코어 (비교예) 의 종단면도이다.
도 23 은, (a) 는 시료 No.6 의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형된 코일 봉입 압분 코어 (실시예 ; 인덕턴스 4.7 μH 상당), 및 Fe 계 결정질 합금 분말을 사용하여 형성된 코일 봉입 압분 코어 (비교예 ; 인덕턴스 4.7 μH 상당) 를 동일 전원에 실장했을 때에 있어서의 출력 전류와 전력원 효율 (η) (측정 주파수가 300 ㎑) 의 관계를 나타내는 그래프이고, (b) 는 (a) 의 출력 전류가 0.1 ∼ 1 A 인 범위를 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 24 는, (a) 는 시료 No.6 의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형된 코일 봉입 압분 코어 (실시예 ; 인덕턴스 4.7 μH 상당), 및 Fe 계 결정질 합금 분말을 사용하여 형성된 코일 봉입 압분 코어 (비교예 ; 인덕턴스 4.7 μH 상당) 를 동일 전원에 실장했을 때에 있어서의 출력 전류와 전력원 효율 (η) (측정 주파수가 500 ㎑) 의 관계를 나타내는 그래프이고, (b) 는 (a) 의 출력 전류가 0.1 ∼ 1 A 인 범위를 확대하여 나타낸 그래프이다.
본 실시형태에 있어서의 Fe 기 비정질 합금은, 조성식이 Fe100 -a-b-c-x-y-z-tNiaSnbCrcPxCyBzSit 로 나타내고, 0 at％ ≤ a ≤ 10 at％, 0 at％ ≤ b ≤ 3 at％, 0 at％ ≤ c ≤ 6 at％, 6.8 at％ ≤ x ≤ 10.8 at％, 2.2 at％ ≤ y ≤ 9.8 at％, 0 at％ ≤ z ≤ 4.2 at％, 0 at％ ≤ t ≤ 3.9 at％ 이다.
상기와 같이, 본 실시형태의 Fe 기 비정질 합금은 주성분으로서의 Fe 와, Ni, Sn, Cr, P, C, B, Si (단, Ni, Sn, Cr, B, Si 의 첨가는 임의) 를 첨가하여 이루어지는 연자성 합금이다.
또, 본 실시형태의 Fe 기 비정질 합금은 포화 자속 밀도를 보다 높게 하거나 자왜 (磁歪) 를 조정하기 위하여, 주상 (主相) 인 비정질상과 α-Fe 결정상과의 혼상 조직이 형성되어 있어도 된다. α-Fe 결정상은 bcc 구조이다.
본 실시형태의 Fe 기 비정질 합금에 함유되는 Fe 의 첨가량은, 상기한 조성식에서는 (100-a-b-c-x-y-z-t) 로 나타내고, 후술하는 실험에서는 65.9 at％ ∼ 77.4 at％ 정도의 범위 내이다. 이와 같이 Fe 량이 많음으로써 높은 자화를 얻을 수 있다.
Fe 기 비정질 합금에 함유되는 Ni 의 첨가량 a 는, 0 at％ ∼ 10 at％ 의 범위 내에서 규정된다. Ni 의 첨가에 의해 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게, 또한 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높은 값으로 유지할 수 있다. 여기서 Tm 은 융점이다. Ni 의 첨가량 a 를 10 at％ 정도까지 크게 해도 비정질을 얻을 수 있다. 단, Ni 의 첨가량 a 가 6 at％ 를 초과하면, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 및 Tx/Tm (여기서 Tx 는 결정화 개시 온도) 가 저하되어 비정질 형성능이 저하되기 때문에, 본 실시형태에서는 Ni 의 첨가량 a 는 0 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하고, 또한 4 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내로 하면, 안정적으로 낮은 유리 천이 온도 (Tg) 와 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 얻는 것이 가능하다. 또한, 높은 자화를 유지할 수 있다.
Fe 기 비정질 합금에 함유되는 Sn 의 첨가량 b 는, 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내에서 규정된다. Sn 의 첨가량 b 를 3 at％ 정도까지 크게 해도 비정질을 얻을 수 있다. 단, Sn 의 첨가에 의해 합금 분말 중의 산소 농도가 증가하여 Sn 의 첨가에 의해 내식성이 저하되기 쉽다. 그 때문에 Sn 의 첨가량은 필요 최소한으로 억제한다. 또한, Sn 의 첨가량 b 를 3 at％ 정도로 하면 Tx/Tm 가 크게 저하되어, 비정질 형성능이 저하되는 점에서 Sn 의 첨가량 b 의 바람직한 범위를 0 ∼ 2 at％ 로 설정하였다. 또는, Sn 의 첨가량 b 는 1 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내인 것이 높은 Tx/Tm 를 확보할 수 있어 보다 바람직하다.
그런데 본 실시형태에서는, Fe 기 비정질 합금에 Ni 와 Sn 의 쌍방을 첨가하지 않거나, 또는 Ni 혹은 Sn 중 어느 일방만을 첨가하는 것이 바람직하다.
예를 들어 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 2008-169466호) 에 기재된 발명에서는, Sn 과 Ni 를 동시 첨가한 실시예가 많이 보여진다. 또한, 동시 첨가의 효과에 대해서도 특허문헌 1 의［0043］란 등에 기재가 있고, 기본적으로 어닐 처리 (열처리) 온도의 저감과 비정질 형성의 관점에 의해 평가하고 있다.
이에 반해, 본 실시형태에서는 Ni 혹은 Sn 을 첨가하는 경우에는, 어느 일방만을 첨가하는 것으로 하여, 낮은 유리 천이 온도 (Tg), 및 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 뿐만 아니라, 자화를 높게 하고 또한 내식성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다. 본 실시형태에서는, 특허문헌 1 의 Fe 기 비정질 합금에 비해 높은 자화를 얻을 수 있다.
또, Sn 대신에 동일하게 열처리 온도를 저하시키는 원소로서 In, Zn, Ga, Al 등을 첨가해도 된다. 단, In, Ga 는 고가이고, Al 은 Sn 과 비교하여 물 아토마이즈에 의해 균일한 구상 분말을 만드는 것이 어려워지며, Zn 은 Sn 과 비교하여 융점이 높기 때문에 합금 전체의 융점을 높일 우려가 있어, 이들 원소 중에서도 Sn 을 선택하는 것이 보다 바람직하다.
Fe 기 비정질 합금에 함유되는 Cr 의 첨가량 c 는, 0 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내에서 규정된다. Cr 은, 합금에 부동태화 산화 피막을 형성할 수 있어 Fe 기 비정질 합금의 내식성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 물 아토마이즈법을 사용하여 Fe 기 비정질 합금 분말을 제작할 때에 있어서, 합금 용탕이 직접 물에 닿았을 때, 나아가서는 물 아토마이즈 후의 Fe 기 비정질 합금 분말의 건조 공정에 있어서 발생하는 부식 부분의 발생을 방지할 수 있다. 한편, Cr 의 첨가에 의해 유리 천이 온도 (Tg) 가 높아지고, 또한, 포화 질량 자화 (σs) 나 포화 자화 (Is) 가 저하되기 때문에, Cr 의 첨가량 c 는 필요 최소한으로 억제하는 것이 효과적이다. 특히, Cr 의 첨가량 c 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정하면, 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 유지할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, Cr 의 첨가량 c 를 1 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내에서 조정하는 것이 보다 바람직하다. 양호한 내식성과 함께, 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 유지할 수 있고, 또한 높은 자화를 유지할 수 있다.
Fe 기 비정질 합금에 함유되는 P 의 첨가량 x 는, 6.8 at％ ∼ 10.8 at％ 의 범위 내에서 규정된다. 또, Fe 기 비정질 합금에 함유되는 C 의 첨가량 y 는, 2.2 at％ ∼ 9.8 at％ 의 범위 내에서 규정된다. P 및 C 의 첨가량을 상기 범위 내로 규정함으로써 비정질을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, Fe 기 비정질 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 하고, 동시에 비정질 형성능의 지표가 되는 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높게 하는데, 유리 천이 온도 (Tg) 의 저하에 의해 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높게 하기 위해서는 융점 (Tm) 을 낮게 하는 것이 필요하다.
본 실시형태에서는, 특히, P 의 첨가량 x 를 8.8 at％ ∼ 10.8 at％ 의 범위 내로 조정함으로써 융점 (Tm) 을 효과적으로 낮게 할 수 있어, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높게 할 수 있다.
일반적으로, P 는 반 (半) 금속 중에서 자화를 저하시키기 쉬운 원소로서 알려져 있어, 높은 자화를 얻기 위해서는 첨가량은 어느 정도 적게 할 필요가 있다. 덧붙여, P 의 첨가량 x 를 10.8 at％ 로 하면, Fe-P-C 의 삼원 합금의 공정 (共晶) 조성 (Fe79 .4P10 .8C9 .8) 부근이 되기 때문에, P 를 10.8 at％ 를 초과하여 첨가하는 것은 융점 (Tm) 의 상승을 초래한다. 따라서, P 의 첨가량의 상한은 10.8 at％ 로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기와 같이 융점 (Tm) 을 효과적으로 저하시켜 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높게 하기 위해서는, P 를 8.8 at％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다.
또, C 의 첨가량 y 를 5.8 at％ ∼ 8.8 at％ 의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다. 이로써, 효과적으로 융점 (Tm) 을 낮게 할 수 있어 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높게 할 수 있으며, 자화를 높은 값으로 유지할 수 있다.
Fe 기 비정질 합금에 함유되는 B 의 첨가량 z 는, 0 at％ ∼ 4.2 at％ 의 범위 내에서 규정된다. 또, Fe 기 비정질 합금에 함유되는 Si 의 첨가량 t 는, 0 at％ ∼ 3.9 at％ 의 범위 내에서 규정된다. 이로써, 비정질을 얻을 수 있고, 또한, 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 억제하는 것이 가능하다.
구체적으로는, Fe 기 비정질 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K (켈빈) 이하로 설정할 수 있다. 단, 4.2 at％ 를 초과하여 첨가하면 자화가 저하되기 때문에, 상한은 4.2 at％ 로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 는 0 at％ ∼ 4 at％ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 이로써, Fe 기 비정질 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 를 효과적으로 740 K 이하로 설정할 수 있다. 또한, 높은 자화를 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, B 의 첨가량 z 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정하고, 또한, Si 의 첨가량 t 를 0 at％ ∼ 1 at％ 의 범위 내로 설정함으로써 보다 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있다. 또한 추가하여, (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 함으로써 유리 천이 온도 (Tg) 를 710 K 이하로 억제할 수 있다.
또는 본 실시형태에서는, B 의 첨가량 z 를 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내, Si 의 첨가량 t 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내, 및 (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 를 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내로 함으로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 720 K 이하로 억제할 수 있다.
특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2005-307291호), 특허문헌 3 (일본 공개특허공보 2004-156134호), 및 특허문헌 4 (일본 공개특허공보 2002-226956호) 에 기재된 발명에 나타낸 실시예에서는, B 의 첨가량이 본 실시형태에 비해 비교적 높고, 또한, (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 도 본 실시형태보다 크다. 또한, 특허문헌 6 (일본 공개특허공보 소57-185957호) 에 기재된 발명에 있어서도, (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 가 본 실시형태보다 커진다.
Si 및 B 의 첨가는 비정질 형성능의 향상에 도움이 되지만, 유리 천이 온도 (Tg) 가 상승하기 쉬워지기 때문에, 본 실시형태에서는 유리 천이 온도 (Tg) 를 가능한 한 낮게 하기 위하여 Si, B 및 Si ＋ B 의 첨가량을 필요 최소한으로 억제하는 것으로 하고 있다. 또한, B 를 필수 원소로서 함유함으로써 비정질화를 촉진할 수 있음과 함께 큰 입경의 비정질 합금을 안정적으로 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 하고, 동시에 자화도 높게 할 수 있는 것이다.
또한, 본 실시형태에서는 Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 는 0 ∼ 0.36 의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 는 0 ∼ 0.25 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2005-307291호) 에 기재된 발명에서도, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 의 값을 규정하고 있지만, 본 실시형태에서는 특허문헌 2 보다 Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 의 값을 낮게 설정할 수 있다.
본 실시형태에서는, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 를 상기 범위 내로 설정함으로써, 보다 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있고, 또한 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있다.
*또한 특허문헌 4 (일본 공개특허공보 2002-226956호) 에 기재된 발명에서도, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 의 값을 규정하고 있지만, Al 을 필수 원소로 하고 있어 구성 원소가 상이하다. 또한, B 의 함유량 등도 본 실시형태와 상이하다. 또한 특허문헌 5 (일본 공개특허공보 2002-15131호) 에 기재된 발명도 Al 을 필수 원소로 하고 있다.
본 실시형태의 Fe 기 비정질 합금은, 조성식이 Fe100 -c-x-y-z- tCrcPxCyBzSit 로 나타내고, 1 at％ ≤ c ≤ 2 at％, 8.8 at％ ≤ x ≤ 10.8 at％, 5.8 at％ ≤ y ≤ 8.8 at％, 1 at％ ≤ z ≤ 2 at％, 0 at％ ＜ t ≤ 1 at％ 인 것이 보다 바람직하다.
이로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 720 K 이하로 할 수 있고, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.57 이상으로 할 수 있으며, 포화 자화 (Is) 를 1.25 이상으로 할 수 있고, 포화 질량 자화 (σs) 를 175 × 10-6 Wbm/㎏ 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 Fe 기 비정질 합금은, 조성식이 Fe100 -a-c-x-y-z-tNiaCrcPxCyBzSit 로 나타내고, 4 at％ ≤ a ≤ 6 at％, 1 at％ ≤ c ≤ 2 at％, 8.8 at％ ≤ x ≤ 10.8 at％, 5.8 at％ ≤ y ≤ 8.8 at％, 1 at％ ≤ z ≤ 2 at％, 0 at％ ＜ t ≤ 1 at％ 인 것이 보다 바람직하다.
이로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 705 K 이하로 할 수 있고, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.56 이상으로 할 수 있으며, 포화 자화 (Is) 를 1.25 이상으로 할 수 있고, 포화 질량 자화 (σs) 를 170 × 10-6 Wbm/㎏ 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 Fe 기 비정질 합금은, 조성식이 Fe100 -a-c-x-y- zNiaCrcPxCyBz 로 나타내고, 4 at％ ≤ a ≤ 6 at％, 1 at％ ≤ c ≤ 2 at％, 8.8 at％ ≤ x ≤ 10.8 at％, 5.8 at％ ≤ y ≤ 8.8 at％, 1 at％ ≤ z ≤ 2 at％ 인 것이 보다 바람직하다.
이로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 705 K 이하로 할 수 있고, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.56 이상으로 할 수 있으며, 포화 자화 (Is) 를 1.25 이상으로 할 수 있고, 포화 질량 자화 (σs) 를 170 × 10-6 Wbm/㎏ 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 Fe 기 비정질 합금에서는, ΔTx ＝ Tx － Tg 를 대략 20 K 이상으로 할 수 있고, 조성에 따라서는 ΔTx 를 40 K 이상으로 할 수 있어 보다 비정질 형성능을 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 조성식으로 이루어지는 Fe 기 비정질 합금을 예를 들어, 아토마이즈법에 의해 분말상으로, 혹은 액체 급랭법에 의해 띠상 (리본상) 으로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 Fe 기 비정질 합금에서는, 불가피적 불순물로서 Ti, Al, Mn 등의 원소가 미량 혼입되어 있어도 된다.
본 실시형태에 있어서의 Fe 기 비정질 합금 분말은, 예를 들어 결착재에 의해 고화 성형된 도 1 에 나타내는 원환상의 압분 코어 (1) 나 도 2 에 나타내는 코일 봉입 압분 코어 (2) 에 적용된다.
도 2 (a)(b) 에 나타내는 코일 봉입 코어 (인덕터 소자) (2) 는, 압분 코어 (3) 와, 상기 압분 코어 (3) 에 덮이는 코일 (4) 을 갖고 구성된다.
Fe 기 비정질 합금 분말은, 대략 구상 혹은 타원체상 등으로 이루어진다. 상기 Fe 기 비정질 합금 분말은 코어 중에 복수개 존재하고, 각 Fe 기 비정질 합금 분말 사이가 상기 결착재에 의해 절연된 상태로 되어 있다.
또, 상기 결착재로는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 실리콘 고무, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, PVA (폴리비닐알코올), 아크릴 수지 등의 액상 또는 분말상의 수지 혹은 고무나 물유리 (Na2O-SiO2), 산화물 유리 분말 (Na2O-B2O3-SiO2, PbO-B2O3-SiO2, PbO-BaO-SiO2, Na2O-B2O3-ZnO, CaO-BaO-SiO2, Al2O3-B2O3-SiO2, B2O3-SiO2), 졸 겔법에 의해 생성되는 유리 상태 물질 (SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2 등을 주성분으로 하는 것) 등을 들 수 있다.
또한, 윤활제로는 스테아르산아연, 스테아르산알루미늄 등을 사용할 수 있다. 결착재의 혼합비는 5 질량％ 이하, 윤활제의 첨가량은 0.1 질량％ ∼ 1 질량％ 정도이다.
압분 코어를 프레스 성형한 후, Fe 기 비정질 합금 분말의 응력 변형을 완화하기 위하여 열처리를 실시하는데, 본 실시형태에서는 Fe 기 비정질 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있으며, 따라서, 코어의 최적 열처리 온도를 종래에 비해 낮게 할 수 있다. 여기서 「최적 열처리 온도」란, Fe 기 비정질 합금 분말에 대해 효과적으로 응력 변형을 완화할 수 있어, 코어 로스를 최소한으로 작게 할 수 있는 코어 성형체에 대한 열처리 온도이다. 예를 들어, N2 가스, Ar 가스 등 불활성 가스 분위기에 있어서, 승온 속도를 40 ℃／min 으로 하여 소정의 열처리 온도에 도달하면 그 열처리 온도로 1 시간 유지하고, 그리고, 코어 로스 (W) 가 가장 작아질 때의 상기 열처리 온도를 최적 열처리 온도로 인정한다.
압분 코어 성형 후에 실시하는 열처리 온도 T1 은 수지의 내열성 등을 고려하여, 최적 열처리 온도 T2 이하의 낮은 온도로 설정된다. 그리고, 본 실시형태에서는, 최적 열처리 온도 T2 를 종래보다 낮게 할 수 있기 때문에, (최적 열처리 온도 T2 － 코어 성형 후의 열처리 온도 T1) 을 종래에 비해 작게 할 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에서는 코어 성형 후에 실시하는 열처리 온도 T1 의 열처리에 의해서도 종래에 비해 Fe 기 비정질 합금 분말의 응력 변형을 효과적으로 완화할 수 있고, 또한, 본 실시형태에 있어서의 Fe 기 비정질 합금은 높은 자화를 유지하고 있기 때문에 원하는 인덕턴스를 확보할 수 있음과 함께, 코어 로스 (W) 의 저감을 도모할 수 있어 전원에 실장했을 때에 높은 전원 효율 (η) 을 얻을 수 있다.
구체적으로는 본 실시형태에서는, Fe 기 비정질 합금에 있어서 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K 이하로 설정할 수 있고, 바람직하게는 710 K 이하로 설정할 수 있다. 또한, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.52 이상으로 설정할 수 있고, 바람직하게는 0.54 이상으로 설정할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.56 이상으로 설정할 수 있다. 또한, 포화 질량 자화 (σs) 를 140 (× 10-6 Wbm/㎏) 이상으로 설정할 수 있고, 또한, 포화 자화 (Is) 를 1 T 이상으로 설정할 수 있다.
또한, 코어 특성으로는, 최적 열처리 온도를 693.15 K (420 ℃) 이하, 바람직하게는 673.15 K (400 ℃) 이하로 설정할 수 있다. 또, 코어 로스 (W) 를 90 (㎾/㎥) 이하, 바람직하게는 60 (㎾/㎥) 이하로 설정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도 2(b) 의 코일 봉입 압분 코어 (2) 에 나타내는 바와 같이, 코일 (4) 에는 에지 와이즈 코일을 사용할 수 있다. 에지 와이즈 코일이란 평각선의 짧은 변을 내경면으로 하여 세로로 감은 코일을 가리킨다.
본 실시형태에 의하면, Fe 기 비정질 합금의 최적 열처리 온도를 낮게 할 수 있기 때문에, 결착재의 내열 온도 미만의 열처리 온도에서 응력 변형을 적절히 완화할 수 있고, 압분 코어 (3) 의 투자율 (μ) 을 높게 할 수 있기 때문에, 환선 코일에 비해 각 턴에 있어서의 도체의 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용하여 적은 턴수로 원하는 높은 인덕턴스 (L) 를 얻는 것이 가능해진다. 이와 같이 본 발명에서는, 코일 (4) 에 각 턴에 있어서의 도체의 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용할 수 있기 때문에, 직류 저항 Rdc 를 작게 할 수 있어 발열 및 동(銅)손을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 코어 성형 후의 열처리 온도 T1 을 553.15 K (280 ℃) ∼ 623.15 K (350 ℃) 정도로 설정할 수 있다.
또한 본 실시형태에 있어서의 Fe 기 비정질 합금의 조성은, ICP-MS (고주파 유도 결합 질량 분석 장치) 등으로 측정하는 것이 가능하다.
실시예
(최적 열처리 온도와 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 구하는 실험)
하기의 표 1 에 나타내는 각 조성으로 이루어지는 각 Fe 기 비정질 합금을 제조하였다. 이들 합금은 모두 액체 급랭법에 의해 리본상으로 형성된 것이다.
또한 No.1 의 시료는 비교예이며, No.2 ∼ 8 이 실시예이다.
Figure pat00001
표 1 의 각 시료가 비정질인 것은, XRD (X 선 회절 장치) 에 의해 확인하였다. 또, 퀴리 온도 (Tc), 유리 천이 온도 (Tg), 결정화 개시 온도 (Tx), 융점 (Tm) 을 DSC (시차 주사 열량계) 에 의해 측정하였다 (승온 속도는 Tc, Tg, Tx 가 0.67 K/sec, Tm 은 0.33 K/sec).
또한, 표 1 에 나타내는 포화 자화 (Is) 와 포화 질량 자화 (σs) 는 VSM (진동 시료형 자력계) 에 의해 측정하였다.
표 1 의 코어 특성의 실험에 사용한 것은, 도 1 에 나타낸 원환상의 압분 코어로, 표 1 에 나타내는 각 Fe 기 비정질 합금의 분말과, 수지 (아크릴 수지) ; 3 질량％, 윤활제 (스테아르산아연) ; 0.3 질량％ 를 혼합하여, 프레스압 600 ㎫ 로 외경 20 ㎜, 내경 12 ㎜, 높이 6.8 ㎜ 의 토로이달상의 코어 성형체를 형성하고, 다시 N2 가스 분위기하에서 승온 속도를 0.67 K/sec (40 ℃／min), 열처리 온도를 573.15 K (300 ℃), 유지 시간을 1 시간으로 하여 성형된 것이다.
표 1 에 나타내는 「최적 열처리 온도」는 상기 코어 성형체에 대해 승온 속도를 0.67 K/sec (40 ℃／min), 유지 시간 1 시간으로 열처리를 실시할 때에, 압분 코어의 코어 로스 (W) 를 가장 저감시킬 수 있는 이상적인 열처리 온도를 가리킨다. 표 1 에 나타내는 최적 열처리 온도는 가장 낮은 것이 633.15 K (360 ℃) 로, 실제로 코어 성형체에 대해 실시한 열처리 온도 (573.15 K) 보다 높은 값이 되어 있다.
표 1 에 나타내는 압분 코어의 코어 로스 (W) 의 평가는, 이와츠 계측 (주) 제조 SY-8217 BH 애널라이저를 사용하여 주파수 100 ㎑, 최대 자속 밀도 25 mT 로 하여 구하였다. 또, 투자율 (μ) 은 임피던스 애널라이저를 사용하여 주파수 100 K㎐ 로 측정하였다.
도 3 은, 표 1 의 압분 코어의 최적 열처리 온도와 코어 로스 (W) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 코어 로스 (W) 를 90 ㎾/㎥ 이하로 설정하려면 최적 열처리 온도를 693.15 K (420 ℃) 이하로 설정하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
또한, 도 4 는, 합금의 유리 천이 온도 (Tg) 와 표 1 의 압분 코어의 최적 열처리 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 최적 열처리 온도를 693.15 K (420 ℃) 이하로 설정하려면 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K (466.85 ℃) 이하로 설정하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
또한, 도 3 으로부터, 코어 로스 (W) 를 60 ㎾/㎥ 이하로 설정하려면 최적 열처리 온도를 673.15 K (400 ℃) 이하로 설정하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다. 또한, 도 4 로부터, 최적 열처리 온도를 673.15 K (400 ℃) 이하로 설정하려면 유리 천이 온도 (Tg) 를 710 K (436.85 ℃) 이하로 설정하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
이상과 같이 표 1, 도 3 및 도 4 의 실험 결과로부터, 본 실시예의 유리 천이 온도 (Tg) 의 적용 범위를 740 K (466.85 ℃) 이하로 설정하였다. 또한, 본 실시예에 있어서 710 K (436.85 ℃) 이하의 유리 천이 온도 (Tg) 를 바람직한 적용 범위로 하였다.
(B 첨가량 및 Si 첨가량의 실험)
이하의 표 2 에 나타내는 각 조성으로 이루어지는 각 Fe 기 비정질 합금을 제조하였다. 각 시료는, 액체 급랭법에 의해 리본상으로 형성된 것이다.
Figure pat00002
표 2 에 나타내는 시료 No.9 ∼ No.15 (모두 실시예) 에서는, Fe 량, Cr 량 및 P 량을 고정시키고, C 량, B 량 및 Si 량을 변화시켰다. 또한, 시료 No.2 (실시예) 에서는, Fe 량을 시료 No.9 ∼ No.15 의 Fe 량보다 약간 작게 하였다. 시료 No.16, 17 (비교예) 에서는 시료 No.2 와 조성이 가깝지만, 시료 No.2 에 비해 Si 가 많이 첨가되어 있다.
표 2 에 나타내는 바와 같이, B 의 첨가량 z 를 0 at％ ∼ 4.2 at％ 의 범위 내, 및 Si 의 첨가량 t 를 0 at％ ∼ 3.9 at％ 의 범위 내로 설정함으로써, 비정질을 형성할 수 있음과 함께 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K (466.85 ℃) 이하로 설정할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 표 2 에 나타내는 바와 같이, B 의 첨가량 z 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정함으로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 또, Si 의 첨가량 t 를 0 at％ ∼ 1 at％ 의 범위 내로 설정함으로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 를 0 at％ ∼ 4 at％ 의 범위 내로 함으로써, 보다 확실하게 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K (466.85 ℃) 이하로 설정할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, B 의 첨가량 z 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정하고, Si 의 첨가량 t 를 0 at％ ∼ 1 at％ 로 설정하고, 또한 (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정함으로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 710 K (436.85 ℃) 이하로 설정할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또는, B 의 첨가량 z 를 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내로 설정하고, Si 의 첨가량 t 를 0 at％ ∼ 2 at％ 로 설정하고, 또한 (B 의 첨가량 z ＋ Si 의 첨가량 t) 를 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내로 함으로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 720 K (446.85 ℃) 이하로 설정할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 표 2 에 나타내는 실시예에서는, 모두 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 가 0.540 이상이었다. 또한, 포화 질량 자화 (σs) 를 176 (× 10-6 Wbm/㎏) 이상으로 할 수 있고, 또한, 포화 자화 (Is) 를 1.27 이상으로 할 수 있었다.
한편, 표 2 에 나타내는 비교예인 시료 No.16, 17 에서는, 유리 천이 온도 (Tg) 가 740 K (466.85 ℃) 보다 커졌다.
(Ni 의 첨가량의 실험)
이하의 표 3 에 나타내는 각 조성으로 이루어지는 각 Fe 기 비정질 합금을 제조하였다. 각 시료는, 액체 급랭법에 의해 리본상으로 형성된 것이다.
Figure pat00003
표 3 에 나타내는 시료 No.18 ∼ No.25 (모두 실시예) 에서는, Cr, P, C, B, Si 의 첨가량을 고정시키고, Fe 량, Ni 량을 변화시켰다. 표 3 에 나타내는 바와 같이, Ni 의 첨가량 a 를 10 at％ 까지 크게 해도 비정질이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또, 어느 시료도 유리 천이 온도 (Tg) 가 720 K (446.85 ℃) 이하, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 가 0.54 이상이었다.
도 5 는 합금의 Ni 첨가량과 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 6 은 합금의 Ni 첨가량과 결정화 개시 온도 (Tx) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 은 합금의 Ni 첨가량과 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 8 은 합금의 Ni 첨가량과 Tx/Tm 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이 Ni 의 첨가량 a 를 늘리면, 서서히 유리 천이 온도 (Tg) 및 결정화 개시 온도 (Tx) 가 저하되는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, Ni 첨가량 a 를 6 at％ 정도까지 크게 해도 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 및 Tx/Tm 를 유지할 수 있지만, Ni 첨가량 a 가 6 at％ 를 초과하면, 급격하게 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 및 Tx/Tm 가 저하되는 것을 알 수 있었다.
*본 실시예에서는, 유리 천이 온도 (Tg) 의 저하와 함께, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 크게 하여 비정질 형성능을 높이는 것이 필요하기 때문에, Ni 첨가량 a 의 범위를 0 at％ ∼ 10 at％ 로 하고, 바람직한 범위를 0 at％ ∼ 6 at％ 로 설정하였다.
또한, Ni 첨가량 a 를 4 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내로 설정하면, 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있음과 함께, 안정적으로 높은 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 및 Tx/Tm 가 얻어지는 것을 알 수 있었다.
(Sn 의 첨가량의 실험)
이하의 표 4 에 나타내는 각 조성으로 이루어지는 각 Fe 기 비정질 합금을 제조하였다. 각 시료는, 액체 급랭법에 의해 리본상으로 형성된 것이다.
Figure pat00004
표 4 에 나타내는 시료 No.26 ∼ No.29 에서는, Cr, P, C, B, Si 의 첨가량을 고정시키고, Fe 량 및 Sn 량을 변화시켰다. Sn 량을 3 at％ 까지 크게 해도 비정질이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
단 표 4 에 나타내는 바와 같이, Sn 의 첨가량 b 를 늘리면 합금 분말의 산소 농도가 증가되어 내식성이 저하되는 것을 알 수 있다. 내식성이 낮은 경우, 내식성을 높이기 위하여 Cr 을 첨가하게 되지만, 포화 자화 (Is) 와 포화 질량 자화 (σs) 를 저하시키게 된다. 그 때문에, 첨가량 b 는 필요 최소한으로 억제하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
도 9 는 합금의 Sn 첨가량과 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 10 은 합금의 Sn 첨가량과 결정화 개시 온도 (Tx) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 11 은 합금의 Sn 첨가량과 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12 는 합금의 Sn 첨가량과 Tx/Tm 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 에 나타내는 바와 같이 Sn 의 첨가량 b 를 늘리면, 유리 천이 온도 (Tg) 가 저하되는 경향이 보였다.
또한, 도 12 에 나타내는 바와 같이 Sn 의 첨가량 b 를 3 at％ 로 하면, Tx/Tm 가 저하되어 비정질 형성능이 악화되는 것을 알 수 있었다.
따라서, 내식성의 저하를 억제하고, 또한 높은 비정질 형성능을 유지하기 위하여, Sn 의 첨가량 b 를 0 at％ ∼ 3 at％ 의 범위 내로 하고, 0 at％ ∼ 2 at％ 를 바람직한 범위로 하였다.
또한 Sn 의 첨가량 b 를 2 at％ ∼ 3 at％ 로 하면, 상기와 같이 Tx/Tm 는 작아지지만, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 는 높게 할 수 있다.
또한, 각 표에 나타내는 바와 같이, 시료 No.7 을 제외하고 각 Fe 기 비정질 합금에는 Ni 및 Sn 의 쌍방을 함유하지 않거나, 혹은 Ni 나 Sn 중 어느 일방을 함유한다. 한편, 시료 No.7 은 Ni 및 Sn 의 쌍방을 함유하는데, 다른 시료에 비해 약간 자화가 작아져 있으며, 따라서, Ni 및 Sn 의 쌍방을 함유하지 않거나, 또는 Ni 나 Sn 중 어느 일방을 함유함으로써 자화를 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
(P 의 첨가량 및 C 의 첨가량의 실험)
이하의 표 5 에 나타내는 각 조성으로 이루어지는 각 Fe 기 비정질 합금을 제조하였다. 각 시료는, 액체 급랭법에 의해 리본상으로 형성된 것이다.
Figure pat00005
표 5 의 시료 No.9, 10, 12, 14, 15, 30 ∼ 33 (모두 실시예) 에서는, Fe, Cr 의 첨가량을 고정시키고, P, C, B, Si 의 첨가량을 변화시켰다.
표 5 에 나타내는 바와 같이, P 의 첨가량 x 를 6.8 at％ ∼ 10.8 at％ 의 범위 내, C 의 첨가량 y 를 2.2 at％ ∼ 9.8 at％ 의 범위 내에서 조정하면, 비정질을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 어느 실시예에서도 유리 천이 온도 (Tg) 를 740 K (466.85 ℃) 이하로 할 수 있고, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.52 이상으로 할 수 있었다.
도 13 은 합금의 P 의 첨가량 x 와 융점 (Tm) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 14 는 합금의 C 의 첨가량 y 와 융점 (Tm) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에서는 740 K (466.85 ℃) 이하, 바람직하게는 710 K (436.85 ℃) 이하의 유리 천이 온도 (Tg) 를 얻을 수 있지만, 유리 천이 온도 (Tg) 의 저하에 의해 Tg/Tm 로 나타내는 비정질 형성능을 높이려면 융점 (Tm) 을 낮게 하는 것이 필요하다. 또한, 도 13, 도 14 에 나타내는 바와 같이 융점 (Tm) 은, C 량보다 P 량에 대한 의존성이 높은 것으로 생각된다.
특히, P 의 첨가량 x 를 8.8 at％ ∼ 10.8 at％ 의 범위 내로 설정하면, 융점 (Tm) 을 효과적으로 저감시킬 수 있으며, 따라서, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한 C 의 첨가량 y 의 바람직한 범위를 5.8 at％ ∼ 8.8 at％ 의 범위 내로 설정하면, 융점 (Tm) 이 저하되기 쉬워져 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, 표 5 에 나타내는 각 실시예에서는, 포화 질량 자화 (σs) 를 176 × 10-6 Wbm/㎏ 이상으로 할 수 있었고, 또한, 포화 자화 (Is) 를 1.27 T 이상으로 할 수 있었다.
또한, 본 실시예에서는, 모두 Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 가 0 ∼ 0.36 의 범위 내였다. 또, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 를 0 ∼ 0.25 의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어 표 2 에 나타내는 시료 No.2 는 Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 가 0.25 를 초과한다. 이에 반해, 표 5 에 나타내는 각 실시예에서는, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 가 모두 0.25 를 하회하는데, Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 를 낮게 설정함으로써 유리 천이 온도 (Tg) 를 효과적으로 저감시킬 수 있고, 또한 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 도 0.52 이상 (바람직하게는 0.54 이상) 의 높은 값을 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, Si 를 첨가한 형태에 있어서의 Si 의 첨가량 t / (Si 의 첨가량 t ＋ P 의 첨가량 x) 의 하한값은 0.08 인 것이 바람직하다.
이와 같이 Si 를 첨가해도, Si 량을 P 량과의 비에 있어서 작게 함으로써, 효과적으로 유리 천이 온도 (Tg) 를 낮게 할 수 있고, 또한 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 높일 수 있다.
(Cr 의 첨가량의 실험)
이하의 표 6 에 나타내는 조성의 각 시료로부터 각 Fe 기 비정질 합금을 제조하였다. 각 시료는, 액체 급랭법에 의해 리본상으로 형성된 것이다.
Figure pat00006
표 6 의 각 시료에서는 Ni, P, C, B, Si 의 첨가량을 고정시키고, Fe, Cr 의 첨가량을 변화시켰다. 표 6 에 나타내는 바와 같이, Cr 의 첨가량을 늘리면, 합금 분말의 산소 농도가 서서히 저하되어 내식성이 향상되는 것을 알 수 있었다.
도 15 는 합금의 Cr 의 첨가량과 유리 천이 온도 (Tg) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 16 은 합금의 Cr 의 첨가량과 결정화 개시 온도 (Tx) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 17 은 합금의 Cr 의 첨가량과 포화 자화 (Is) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15 에 나타내는 바와 같이 Cr 의 첨가량을 늘리면, 유리 천이 온도 (Tg) 가 서서히 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, 표 6 및 도 17 에 나타내는 바와 같이, Cr 의 첨가량을 늘림으로써 포화 질량 자화 (σs) 및 포화 자화 (Is) 가 서서히 저하되는 것을 알 수 있었다.
도 15 및 표 6 에 나타내는 바와 같이 유리 천이 온도 (Tg) 가 낮고, 또한, 포화 질량 자화 (σs) 가 140 × 10-6 Wbm/㎏ 이상, 포화 자화 (Is) 가 1 T 이상 얻어지도록 Cr 의 첨가량 c 를 0 at％ ∼ 6 at％ 의 범위 내로 설정하였다. 또, Cr 의 바람직한 첨가량 c 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정하였다. 도 15 에 나타내는 바와 같이 Cr 의 첨가량 c 를 0 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 설정함으로써, 유리 천이 온도 (Tg) 를 Cr 량에 관계없이 낮은 값으로 설정할 수 있다.
또한, Cr 의 첨가량 c 를 1 at％ ∼ 2 at％ 의 범위 내로 함으로써, 내식성을 향상시킬 수 있고, 또한 안정적으로 낮은 유리 천이 온도 (Tg) 를 얻을 수 있으며, 그리고, 높은 자화를 유지하는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.
또한, 표 6 의 실시예에서는 모두 유리 천이 온도 (Tg) 를 700 K (426.85 ℃) 이하로 할 수 있고, 환산 유리화 온도 (Tg/Tm) 를 0.55 이상으로 할 수 있었다.
(시료 No.3, 5, 6 의 각 Fe 기 비정질 합금의 분말을 사용하여 성형한 코일 봉입 압분 코어에 대한 코어 특성의 실험)
표 7 에 나타내는 시료 No.3, 5, 6 은, 이미 표 1 에 나타내고 있는 것과 동일하다. 즉, 각 Fe 기 비정질 합금의 분말을 물 아토마이즈법에 의해 제조하고, 다시 표 1 의 설명 부분에서 기재한 도 1 의 원환상 압분 코어의 제작 조건으로 각 압분 코어를 성형하였다.
이하의 표 7 에는, 각 시료 No.3, 5, 6 의 분말 특성 및 코어 특성 (표 1 과 동일) 을 나타낸다.
Figure pat00007
또한 표 7 에 나타내는 입도는, 닛키소 (주) 제조의 마이크로 트랙 입도 분포 측정 장치 MT300EX 를 사용하여 측정하였다.
다음으로, 시료 No.3, 5, 6 의 각 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용하여 성형되고, 도 2 에 나타낸 바와 같은 코일 (4) 을 압분 코어 (3) 중에 봉입한, 코일 봉입 압분 코어를 사용하여 인덕턴스 (L), 코어 로스 (W) 및 전원 효율 (η) 의 각각을 측정하였다.
인덕턴스 (L) 는 LRC 미터를 사용하여 측정하였다. 또한, 전원 효율 (η) 은 코일 봉입 압분 코어를 전원에 실장하여 측정하였다. 또한, 전원 효율 (η) 의 측정 주파수를 300 ㎑ 로 하였다. 또한, 상기 시료 No.3, 5, 6 의 각 합금 분말을 사용한 코일 봉입 압분 코어는, 각 시료 합금 분말과 수지 (아크릴 수지) ; 3 질량％, 윤활제 (스테아르산아연) ; 0.3 질량％ 를 혼합하여, 또한 상기 합금 분말과 수지 등과의 혼합재에 2.5 턴의 코일을 봉입한 상태에서, 프레스압 600 ㎫ 로 가로세로 6.5 ㎜ 이고, 높이 3.3 ㎜ 인 코어 성형체를 형성하고, 다시 N2 분위기하에서 승온 속도를 0.03 K/sec (2 ℃／min), 열처리 온도 623.15 K (350 ℃) 에서 1 시간 유지하여 제조된 것이다.
도 18 은 도 2 에 나타낸 것과 동일한 각 코일 봉입 압분 코어에 있어서의 주파수와 인덕턴스의 관계를 나타내는 그래프, 도 19 는 마찬가지로 각 코일 봉입 압분 코어에 있어서의 주파수와 코어 로스 (W) (최대 자속 밀도 25 mT 로 고정) 의 관계를 나타내는 그래프, 도 20 은 출력 전류와 전력 변환 효율 (η) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18 에 나타내는 바와 같이 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용한 코일 봉입 압분 코어의 최적 열처리 온도가 낮을수록, 인덕턴스 (L) 를 높게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 19 에 나타내는 바와 같이, Fe 기 비정질 합금 분말을 사용한 코일 봉입 압분 코어의 최적 열처리 온도가 낮을수록, 코어 로스 (W) 를 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 20 에 나타내는 바와 같이, Fe 기 비정질 합금 분말을 사용한 코일 봉입 압분 코어의 최적 열처리 온도가 낮을수록, 전원 효율 (η) 을 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
특히 코일 봉입 압분 코어의 최적 열처리 온도가 673.15 K (400 ℃) 이하이면, 효과적으로 코어 로스 (W) 를 저감시킬 수 있고, 또한 전원 효율 (η) 을 효과적으로 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
(본 실시예의 Fe 기 비정질 합금 분말, 및 종래품 (코일 봉입 압분 코어) 에 대한 코어 특성의 실험)
측정 주파수는 300 ㎑ 로 하고, 인덕턴스가 대략 0.5 μH 가 되도록 각 코일 봉입 압분 코어의 제조 조건을 조정하였다.
실험에서는, 실시예로서 시료 No.5, 6 의 각 Fe 기 비정질 합금의 분말을 사용하여 코일 봉입 압분 코어를 성형하였다.
시료 No.5 의 시료를 사용한 코일 봉입 압분 코어 (인덕턴스 (L) ＝ 0.49 μH) 는, Fe 기 비정질 합금 분말과 수지 (아크릴 수지) ; 3 질량％, 윤활제 (스테아르산아연) ; 0.3 질량％ 를 혼합하여, 또한 2.5 턴의 코일을 봉입한 상태에서 프레스압 600 ㎫ 로, 가로세로 6.5 ㎜ 이고, 높이가 2.7 ㎜ 인 코어 성형체를 형성하고, 다시 N2 가스 분위기하에서 열처리 온도를 350 ℃ (승온 속도 2 ℃／min) 로 하여 성형된 것이다.
또, 시료 No.6 의 시료를 사용한 코일 봉입 압분 코어 (인덕턴스 (L) ＝ 0.5 μH) 는, Fe 기 비정질 합금 분말과 수지 (아크릴 수지) ; 3 질량％, 윤활제 (스테아르산아연) ; 0.3 질량％ 를 혼합하여, 또한 2.5 턴의 코일을 봉입한 상태에서 프레스압 600 ㎫ 로, 가로세로 6.5 ㎜ 이고, 높이가 2.7 ㎜ 인 코어 성형체를 형성하고, 다시 N2 가스 분위기하에서 열처리 온도를 320 ℃ (승온 속도 2 ℃／min) 로 하여 성형된 것이다.
또한, 시판품 1 은 자성 분말이 카르보닐 Fe 분말로 구성된 코일 봉입 압분 코어, 시판품 2 는 Fe 기 비정질 합금 분말로 구성된 코일 봉입 압분 코어, 시판품 3 은 자성 분말이 FeCrSi 합금으로 구성된 코일 봉입 압분 코어이며, 모두 인덕턴스 (L) 는 0.5 μH 였다.
도 21 에, 각 시료에 있어서의 출력 전류와 전원 효율 (η) 의 관계를 나타낸다. 도 21 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예는 각 시판품에 비해 높은 전원 효율 (η) 을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.
(본 실시예의 Fe 기 비정질 합금 분말, 및 비교예의 Fe 기 결정질 합금 분말을 사용하여 형성된 각 코일 봉입 압분 코어에 대한 실험)
실시예로서 시료 No.6 의 Fe 기 비정질 합금 분말과 수지 (아크릴 수지) ; 3 질량％, 윤활제 (스테아르산아연) ; 0.3 질량％ 를 혼합하여, 또한 도 2(b) 에 나타내는 에지 와이즈 코일을 봉입한 상태에서 프레스압 600 ㎫ 로, 가로세로 6.5 ㎜ 이고, 높이가 2.7 ㎜ 인 코어 성형체를 형성하고, 다시 N2 가스 분위기하에서 열처리 온도를 320 ℃ (승온 속도 2 ℃／min) 로 하여 코일 봉입 압분 코어를 성형하였다.
또, 비교예로서 Fe 기 결정질 합금 분말을 사용한 시판품의 코일 봉입 압분 코어를 준비하였다.
실험에서는, 실시예로서 도체의 폭 치수가 0.87 ㎜, 두께가 0.16 ㎜ 인 에지 와이즈 코일을 사용하여 턴수를 7 로 하고, 인덕턴스 (100 ㎑) 가 3.31 μH 가 되는 코일 봉입 압분 코어 (3.3 μH 상당품) 를 성형하였다.
또, 실험에서는, 실시예로서 도체의 폭 치수가 0.87 ㎜, 두께가 0.16 ㎜ 인 에지 와이즈 코일을 사용하여 턴수를 10 으로 하고, 인덕턴스 (100 ㎑) 가 4.84 μH 가 되는 코일 봉입 압분 코어 (4.7 μH 상당품) 를 성형하였다.
또, 실험에서는, 비교예의 코일 봉입 압분 코어로서 코일은 도체의 직경이 0.373 ㎜ 인 환선 코일이고, 턴수는 10.5 턴, 인덕턴스 (100 ㎑) 가 3.48 μH 가 되는 코일 봉입 압분 코어 (3.3 μH 상당품) 를 준비하였다.
또, 실험에서는, 비교예의 코일 봉입 압분 코어로서 코일은 도체의 직경이 0.352 ㎜ 인 환선 코일이고, 턴수는 12.5 턴, 인덕턴스 (100 ㎑) 가 4.4 μH 가 되는 코일 봉입 압분 코어 (4.7 μH 상당품) 를 준비하였다.
실시예의 코일 봉입 압분 코어에서는 에지 와이즈 코일을 사용하고, 비교예의 코일 봉입 압분 코어에서는 환선 코일을 사용하였는데, 그것은 실시예의 Fe 기 비정질 합금 분말의 투자율 μ 가 25.9 (표 1 참조) 로 높은 것에 반해, 비교예의 Fe 기 결정질 합금 분말의 투자율 μ 가 19.2 로 낮기 때문이다.
인덕턴스 (L) 의 값을 높게 하려고 하면, 그만큼 코일의 턴수를 많게 해야 하는데, 비교예와 같이 투자율 μ 가 낮으면 실시예에 비해 더욱 턴수를 늘리는 것이 필요해진다.
코일의 각 턴에 있어서의 도체의 단면적은 상기한 에지 와이즈 코일 및 환선 코일의 각 치수를 사용하여 계산해 보면, 실시예에 사용한 에지 와이즈 코일 쪽이 환선 코일보다 커진다. 이 때문에 본 실험에 사용한 에지 와이즈 코일 쪽이 환선 코일에 비해, 압분 코어 내에서 턴수를 벌 수 없다. 또는, 에지 와이즈 코일의 턴수를 많게 함으로써, 코일의 상하에 위치하는 압분 코어의 두께가 매우 얇아지면 턴수를 늘린 것의 인덕턴스 (L) 의 증대 효과가 작아져, 결국, 소정의 높은 인덕턴스 (L) 를 얻을 수 없게 된다.
이 때문에, 비교예에서는 각 턴에 있어서의 도체의 단면적을 에지 와이즈 코일에 비해 작게 할 수 있는 환선 코일을 사용해서 턴수를 벌어, 소정의 높은 인덕턴스 (L) 가 얻어지도록 조정한 것이다.
이에 반해 실시예에서는 압분 코어의 투자율 μ 가 높기 때문에 비교예에 비해 턴수를 줄여 소정의 높은 인덕턴스를 얻을 수 있으며, 따라서, 실시예에서는 환선 코일보다 각 턴에 있어서의 도체의 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용하는 것이 가능해진다. 당연한 일이지만 실시예의 Fe 기 비정질 합금 분말을 사용한 코일 봉입 압분 코어에 있어서도, 에지 와이즈 코일을 사용하여 목표로 하는 인덕턴스가 더욱 높아지는 경우에는, 턴수가 증대하여 코일 상하의 압분 코어의 두께가 얇아짐으로써, 충분한 인덕턴스의 증대 효과를 기대할 수 없게 되지만, 본 실시예는, 비교예에 비해 광범위한 인덕턴스의 조정에 대해 에지 와이즈 코일의 사용이 가능해진다.
그리고, 실험에서는 실시예의 3.3 μH 상당품 및 4.7 μH 상당품, 비교예의 3.3 μH 상당품 및 4.7 μH 상당품에 있어서의 코일의 직류 저항 Rdc 를 측정하였다. 그 실험 결과가 표 8 에 나타나 있다.
Figure pat00008
상기한 바와 같이 비교예에서는 환선 코일을 사용하였지만, 표 8 에 나타내는 바와 같이, 환선 코일을 사용한 비교예에서는 직류 저항 Rdc 가 커졌다. 이 때문에 비교예에 있어서의 코일 봉입 압분 코어에서는, 발열이나 동손의 손실을 적절히 억제할 수 없다.
이에 반해, 실시예에서는 상기와 같이, Fe 기 비정질 합금 분말의 투자율 μ 를 높게 할 수 있기 때문에, 본 실험에 사용한 환선 코일에 비해 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용하여 적은 턴수로 원하는 높은 인덕턴스 (L) 를 얻는 것이 가능해졌다. 이와 같이 본 실시예의 코일 봉입 압분 코어에서는, 코일에 단면적이 큰 에지 와이즈 코일을 사용할 수 있기 때문에, 표 8 에 나타내는 바와 같이 비교예에 비해 직류 저항 Rdc 를 작게 할 수 있어, 발열이나 동손의 손실을 적절히 억제하는 것이 가능해진다.
다음으로 표 8 에 나타내는 실시예의 코일 봉입 압분 코어 (4.7 μH 상당품), 및 비교예의 코일 봉입 압분 코어 (4.7 μH 상당품) 를 사용하여, 출력 전류에 대한 전원 효율 (η) 을 측정하였다.
도 23 의 (a)(b) 는, 측정 주파수를 300 ㎑ 로 한 경우의 실시예 및 비교예의 각 4.7 μH 상당품에 있어서의 출력 전류와 전원 효율 (η) 의 관계를 나타내는 실험 결과, 도 24 의 (a)(b) 는, 측정 주파수를 500 ㎑ 로 한 경우의 실시예 및 비교예의 각 4.7 μH 상당품에 있어서의 출력 전류와 전원 효율 (η) 의 관계를 나타내는 실험 결과이다. 또한, 출력 전류가 0.1 A ∼ 1 A 인 범위에서는 특히 도 24 의 (a) 에 있어서, 실시예와 비교예의 그래프가 중첩되어 있는 것처럼 보이기 때문에, 도 23 의 (b), 도 24 의 (b) 에 있어서 출력 전류가 0.1 A ∼ 1 A 인 범위 내에서의 전원 효율 (η) 의 실험 결과를 확대하여 나타냈다.
도 23 및 도 24 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예는 비교예에 비해 높은 전원 효율 (η) 을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.
1, 3 : 압분 코어
2 : 코일 봉입 압분 코어
4 : 코일 (에지 와이즈 코일)

Claims (16)

  1. 조성식이, Fe100 -a-c-x-y-z- tNiaCrcPxCyBzSit 로 나타나고, 0 at% ≤ a ≤ 10 at%, 0 at% ＜ c ≤ 3 at%, 6.8 at% ≤ x ≤ 10.8 at%, 2.2 at% ≤ y ≤ 9.8 at%, 0 at% ≤ z ≤ 4 at%, 0 at% ≤ t ≤ 1 at% 이고,
    (B 의 첨가량 z＋Si 의 첨가량 t) 는 1 at% ~ 4 at% 의 범위 내고,
    유리 천이 온도 (Tg) 가 710 K 이하인 것을 특징으로 하는 Fe 기 비정질 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Ni 의 첨가량 a 는, 0 at% ~ 6 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  3. 제 2 항에 있어서,
    Ni 의 첨가량 a 는, 4 at% ~ 6 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Cr 의 첨가량 c 는, 1 at% ~ 3 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  5. 제 4 항에 있어서,
    Cr 의 첨가량 c 는, 1 at% ~ 2 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  6. 제 1 항에 있어서,
    P 의 첨가량 x 는, 8.8 at% ~ 10.8 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  7. 제 1 항에 있어서,
    C 의 첨가량 y 는, 5.8 at% ~ 8.8 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  8. 제 1 항에 있어서,
    B 의 첨가량 z 는, 0 at% ~ 2 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  9. 제 8 항에 있어서,
    B 의 첨가량 z 는, 1 at% ~ 2 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  10. 제 1 항에 있어서,
    B 의 첨가량 z 가, 0 at% ~ 2 at% 의 범위 내 및 (B 의 첨가량 z＋Si 의 첨가량 t) 가, 1 at% ~ 2 at% 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  11. 제 1 항에 있어서,
    Si 의 첨가량 t/(Si 의 첨가량 t＋P 의 첨가량 x) 는, 0 ~ 0.36 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  12. 제 11 항에 있어서,
    Si 의 첨가량 t/(Si 의 첨가량 t＋P 의 첨가량 x) 는, 0 ~ 0.25 의 범위 내인 Fe 기 비정질 합금.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 천이 온도 (Tg) 가 703 K 이하인 Fe 기 비정질 합금.
  14. 제 1 항에 기재된 Fe 기 비정질 합금의 분말이 결착재에 의해 고화 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 압분 코어.
  15. 제 1 항에 기재된 Fe 기 비정질 합금의 분말이 결착재에 의해 고화 성형되어 이루어지는 압분 코어와, 상기 압분 코어에 덮이는 코일을 갖고 이루어지는 것을 특징으로 하는 코일 봉입 압분 코어.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 코일은, 에지 와이즈 코일인 코일 봉입 압분 코어.
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