KR20150038234A - 복합 자성 코어 및 자성 소자 - Google Patents
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Abstract
성형성이 나쁜 자성 분말을 사용하여 임의의 형상으로 할 수 있고, 직류 중첩 전류 특성이 우수한 자기 특성을 가지는 복합 자성 코어 및 이 복합 자성 코어의 주위에 코일을 권회한 자성 소자를 제공한다. 자성 분말을 압축 성형하여 얻어지는 압축 자성체(2)와, 분말 표면이 전기 절연된 자성 분말에 결착수지를 배합하여 사출 성형된 사출 성형 자성체(3)를 서로 결합부에서 압입 또는 접착시킨 결합체로 이루어지고, 상기 결합체가 상기 사출 성형 자성체를 하우징으로 하며, 이 하우징의 내부에 상기 압축 자성체가 배치된다.
Description
본 발명은 복합 자성 코어 및 이 복합 자성 코어의 주위에 코일을 권회한 자성 소자에 관한 것이다.
근래, 전기·전자기기의 소형화, 고주파수화, 대전류화가 진행되는 가운데, 자성 코어 부품에도 같은 대응이 요구되고 있다. 그러나, 현재 주류의 페라이트 재료에서는 재료 특성 그 자체가 한계에 이르고 있고, 새로운 자성 코어 재료가 모색되고 있다. 예를 들면, 페라이트 재료는, 센더스트나 어모포스 등의 압축 자성 재료나 어모포스 박대 등으로 대체되고 있다. 그러나, 상기 압축 자성 재료는 성형성이 나빠, 소성 후의 기계적 강도도 낮다. 또한, 상기 어모포스 박대는 권선·절단·갭 형성에서 제조 비용이 높아진다. 이 때문에, 이들 자성 재료의 실용화가 지연되고 있다.
성형성이 나쁜 자성 분말을 사용하여 배리에이션이 있는 형상이나 특성을 가지는 소형이고 염가의 자성 코어 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 본 출원인은, 사출 성형에 이용되는 수지 조성물에 포함되는 자성 분말을 절연재로 피복하고, 압분(壓粉) 성형 자성체 및 압분 자석 성형체 중 어느 하나를 상기 수지 조성물 중에 인서트 성형하며, 압분 성형 자성체 혹은 압분 자석 성형체가 사출 성형 온도보다 낮은 융점을 가지는 결착제를 함유하는, 소정의 자기 특성을 가지는 코어 부품을 사출 성형에 의해 제조하는 방법에 대하여 특허를 얻고 있다(특허 문헌 1).
어모포스 자성박대(amorphous magnetic thin band)를 자심으로서 사용하는 복합 자성 코어로서는, 권선과 자심 사이의 절연을 확보할 수 있고, 어모포스 자성박대의 외력에 의한 균열, 이빠짐 및 자기 특성의 변화를 방지할 수 있는 노이즈 필터용 전자(電磁) 장치로서, 양단에 차양부를 가지는 플랜지 통 형상의 페라이트 자심과 이 페라이트 자심의 통부에 차양부의 높이를 초과하지 않는 범위에서 권회한 어모포스 자성박대로 복합 자심을 구성하며, 이 복합 자심에 토로이달 코일을 권회한 노이즈 필터용 전자 장치가 알려져 있다(특허 문헌 2)
또한, 와전류에 의한 발열을 압분체 자심 단독의 경우와 큰 차이가 없는 레벨로 억제한 채로, 높은 투자율(透磁率)을 달성하고, 또한 강도가 높고, 진동이나 응력이 더해지는 용도에도 사용할 수 있는 복합 자심 재료로서, 자성 재료의 분말을, 그 입자 표면을 절연성의 물질로 코팅하며, 전기적으로 절연한 상태로 압분 성형하여 이루어지는 압분체 층과, 다른 자성 재료의 압연재 층을 적층하여 이루어지는 복합 자성 재료가 알려져 있다(특허 문헌 3).
특허 문헌 1에 기재된 인서트 성형에 의한 복합화한 자성 코어 부품의 경우, 그 제조에 있어 (1) 성형 사이클 타임이 길어진다, (2) 워크(압축)의 온도 관리가 필요하게 된다, (3) 워크를 인서트하기 위한 자동 기계가 필요하게 되는 등의 문제가 있다.
특허 문헌 2에 기재된 노이즈 필터용 전자 장치의 복합 자심은, 양단에 차양부를 가지는 플랜지 통 형상의 페라이트 자심을 압분 성형하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 또한, 이 페라이트 자심에 어모포스 자성박대가 감겨진 복합 자심이며, 이 복합 자심에 감겨지는 코일은, 어모포스 자성박대에 접촉하지 않고, 항상 페라이트 자심에 접하여 토로이달 코일로서 권회되기 때문에, 복합 자심으로서는 토로이달이 가능한 도너츠 형상 등의 특정 형상으로 제약된다. 또한, 이 복합 자심의 외주에 막대 형상 코일로서 권회하고자 하면 코일이 어모포스 자성박대에 직접 접촉되기 때문에, 어모포스 자성박대가 쉽게 균열되어 권선이 곤란하게 되거나, 권회시의 응력에 의해 자기 특성이 열화하거나 하는 문제가 있다.
특허 문헌 3에 기재된 적층 복합 자성 재료는, 최외층이 센더스트 등의 압분체 층이며, 내층이 금속 압연재이므로, 양자를 전체로서 복잡한 형상으로 성형하여 적층하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제에 대처하기 위해서 이루어진 것으로, 성형성이 나쁜 자성 분말을 사용하여 임의의 형상으로 할 수 있고, 직류 중첩 전류 특성이 우수한 자기 특성을 가지는 복합 자성 코어 및 이 복합 자성 코어의 주위에 코일을 권회한 자성 소자의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 복합 자성 코어는, 자성 분말을 압축 성형하여 얻어지는 압축 자성체와, 분말 표면이 전기 절연된 자성 분말에 결착수지를 배합하고 사출 성형하여 얻어지는 사출 성형 자성체를 서로 결합시킨 결합체로 이루어지며, 상기 결합체가 상기 사출 성형 자성체를 하우징으로 하고, 이 하우징의 내부에 상기 압축 자성체가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 압축 자성체는, 자성 분말을 가압 성형하여 압분체로 하고, 상기 압분체를 소성하여 얻어지는 것을 특징으로 한다. 특히 자성 분말이 페라이트 분말인 것을 특징으로 한다. 또한, 하우징으로 되는 사출 성형 자성체는, 상기 자성 분말이 어모포스 금속 분말이고, 상기 결착수지가 열가소성 수지인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축 자성체와 하우징으로 되는 사출 성형 자성체를 서로 결합시킨 결합체는, 상기 하우징 내에 상기 압축 자성체를 압입(壓入) 또는 접착하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 압축 자성체가 상기 하우징 내의 공간부에 조밀하게 배치되던지, 또는, 공극부를 가지고 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복합 자성 코어는, 상기 결합체 주위에 감겨진 코일에 직류 중첩 전류를 흐르게 하고, 그 전류치를 증가했을 때의 인덕턴스 감소율이 페라이트 자성 코어의 인덕턴스 감소율보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자성 소자는, 상기 본 발명의 복합 자성 코어와, 이 복합 자성 코어 주위에 감겨진 코일을 포함하고, 전자기기 회로에 넣어지는 자성 소자인 것을 특징으로 한다. 특히, 하우징 내에 상기 압축 자성체를 압입 또는 접착하여 이루어지는 복합 자성 코어인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 사출 성형 자성체를 하우징으로 하고, 이 하우징의 내부에 페라이트 등의 압축 자성체가 배치된 복합 자성 코어이므로, 자속밀도를 높게 하고 싶은 부분에 압축 자성체를 배치할 수 있고, 사출 성형 자성체 단독의 자성 코어와 비교하여, 자속 밀도를 높게 할 수 있다. 그 결과, 자성 코어의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 압축 자성체의 형상을 단순화할 수 있으므로, 자성 분말의 압축 성형이 용이하게 되고, 복합 자성 코어의 충전 밀도를 높일 수 있다. 그 결과, 성형성이 나쁜 자성 분말이더라도 사출 성형 자성체와 조합함으로써, 임의의 형상 및 우수한 자기 특성을 가지는, 소형이면서 염가인 복합 자성 코어를 얻을 수 있다.
또한, 복합 자성 코어의 조합에 있어서, 하우징으로 되는 사출 성형 자성체 내에 압축 자성체를 압입 또는 접착에 의해 배치하므로, 종래의 인서트 성형에 의해 제조하는 경우와 비교하여, 제조 설비비의 저감, 생산성의 향상, 제조 비용의 저감 및 형상 자유도의 향상이 도모된다.
도 1은 압축 자성체와 사출 성형 자성체의 결합 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 직류 전류를 흐르게 하여, 직류 중첩시켰을 때의 인덕턴스 값의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에서의 인덕턴스 값의 감소율을 나타내는 도면이다.
도 4는 사각 코어의 일례이다.
도 5는 E코어의 일례이다.
도 6은 ER코어의 일례이다.
도 7은 해방 E코어의 일례이다.
도 8은 I코어의 일례이다.
도 9는 보빈 코어의 일례이다.
도 10은 팔각 코어의 일례이다.
도 2는 직류 전류를 흐르게 하여, 직류 중첩시켰을 때의 인덕턴스 값의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에서의 인덕턴스 값의 감소율을 나타내는 도면이다.
도 4는 사각 코어의 일례이다.
도 5는 E코어의 일례이다.
도 6은 ER코어의 일례이다.
도 7은 해방 E코어의 일례이다.
도 8은 I코어의 일례이다.
도 9는 보빈 코어의 일례이다.
도 10은 팔각 코어의 일례이다.
전기·전자기기의 소형화, 고주파수화, 대전류화에 있어서, 현재 주류의 압축 성형법으로 얻어지는 페라이트 재료는 자속밀도(투자율)나 인덕턴스 값이 우수하지만 주파수 특성이나 중첩 전류 특성이 뒤떨어진다. 한편, 어모포스 재료를 이용한 사출 성형성 자성 재료는, 주파수 특성이나 중첩 전류 특성이 우수하지만, 자속밀도(투자율)나 인덕턴스 값이 낮다.
페라이트 분말과 어모포스 분말을 혼합하여 사출 성형성 자성 재료로 할 수도 있지만, 이 경우, 자성 코어로서의 기계적 강도 및 자기 특성의 밸런스를 도모하거나, 임의의 형상의 자성 코어를 사출 성형하거나 하는 것이 곤란하게 된다. 특히 자성 코어가 막대 형상 또는 각 기둥 형상으로, 그 높이가 5㎜ 이하의 극소 형상의 경우, 사출 성형이 곤란하게 된다.
어모포스 재료를 사출 성형에 의해 하우징으로 하고, 압축 성형에 의한 자성 재료를 하우징 내부에 배치할 수 있는 압축 자성체로서, 따로따로 제작하며, 양자를 조합함으로써, 재료 강도, 및 자성 코어의 형상 등의 설계 자유도를 높이고, 또한, 연속 양산을 가능하게 하며, 또한 자기 특성의 밸런스를 도모할 수 있었다. 본 발명은 이러한 지견에 기초한 것이다.
복합 자성 코어를 형성하는 압축 자성체는, 예를 들면, 철분, 질화 철분 등의 순철계 연자성 재료, Fe-Si-Al합금(센더스트) 분말, 슈퍼 센더스트 분말, Ni-Fe합금(퍼멀로이) 분말, Co-Fe합금 분말, Fe-Si-B계 합금 분말 등의 철기합금계 연자성 재료, 페라이트계 자성 재료, 어모포스계 자성 재료, 미세 결정 재료 등의 자성 재료를 원료로 할 수 있다.
페라이트계 자성 재료로서는, 망간 아연 페라이트, 니켈 아연 페라이트, 구리 아연 페라이트, 자철광 등의 스피넬형 결정 구조를 가지는 스피넬 페라이트, 바륨 페라이트, 스트론튬 페라이트 등의 육방정 페라이트, 이트륨 철 가닛 등의 가닛 페라이트를 들 수 있다. 이들 페라이트계 자성 재료 중에서도 투자율이 높고, 고주파수영역에서의 와전류 손실이 작은 연자성 페라이트인 스피넬 페라이트가 바람직하다.
어모포스계 자성 재료로서는, 철합금계, 코발트 합금계, 니켈 합금계, 이들의 혼합 합금계 어모포스 등을 들 수 있다.
원료가 되는 연자성 금속 분말 재료의 입자 표면에 절연 피복을 형성하는 산화물로서는, Al2O3, Y2O3, MgO, ZrO2 등의 절연성 금속 또는 반금속의 산화물, 유리, 이들의 혼합물을 들 수 있다.
절연 피복의 형성 방법으로서는, 메카노 퓨전 등의 분말 코팅법이나, 무전해도금이나 졸-겔법 등의 습식 박막 제작법, 또는 스퍼터링 등의 건식 박막 제작법 등을 이용할 수 있다.
압축 자성체는, 입자 표면에 절연 피복이 형성된 상기 원료 분말 단체, 또는 상기 원료 분말에 에폭시 수지 등의 열경화성 수지가 배합된 분말을 가압 성형하여 압분체로 하고, 이 압분체를 소성하여 제조할 수 있다.
원료 분말의 평균 입자 지름은 1~150㎛인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 5~100㎛이다. 평균 입자 지름이 1㎛보다 작아지면, 가압 성형시의 압축성(분말의 굳어지기 쉬움을 나타내는 척도)이 저하하여, 소성 후의 재료 강도가 현저하게 저하한다. 평균 입자 지름이 150㎛보다 커지면, 고주파수 영역에서의 철손(iron loss)이 커져, 자기 특성(주파수 특성)이 저하한다.
또한, 원료 분말의 비율은, 원료 분말과 열경화성 수지와의 합계량을 100질량%로 하여, 96~100질량%인 것이 바람직하다. 96질량% 미만이면, 원료 분말의 배합비율이 저하하여, 자속밀도나 투자율이 저하한다.
압분 성형은, 상기 원료 분말을 금형 내에 충전하고, 소정의 가압 압력으로 프레스 성형하는 방법을 이용할 수 있다. 이 압분체를 소성하여 소성체를 얻는다. 아울러, 원료에 비정질 합금 분말을 이용하는 경우에는, 소성 온도를 비정질 합금의 결정화 개시 온도보다 저온으로 할 필요가 있다. 또한, 열경화성 수지가 배합된 분말을 이용하는 경우에는, 소성 온도를 수지의 경화 온도 범위로 할 필요가 있다.
하우징으로 되는 사출 성형 자성체는, 상기 압축 자성체의 원료 분말에 결착수지를 배합하고, 이 혼합물을 사출 성형함으로써 얻어진다.
사출 성형하기 쉬운 점, 사출 성형 후의 형상 유지가 용이한 점, 복합 자성 코어의 자기 특성이 우수한 점 등에서, 자성 분말이 어모포스 금속 분말인 것이 바람직하다.
어모포스 금속 분말은 상술한 철합금계, 코발트 합금계, 니켈 합금계, 이들의 혼합 합금계 어모포스 등을 사용할 수 있다. 이들 어모포스 금속 분말 표면에 상술한 절연 피복이 형성되어 있다.
결착수지로서는, 사출 성형이 가능한 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 액정 폴리머, 폴리에테르에테르 케톤(PEEK), 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리프탈아미드, 폴리아미드, 이들의 혼합물을 들 수 있다. 이들 중에서, 어모포스 금속 분말에 혼합했을 때의 사출 성형시의 유동성이 우수하고, 사출 성형 후의 성형체의 표면을 수지층으로 덮을 수 있음과 함께, 내열성 등이 우수한 폴리페닐렌설파이드(PPS)가 더 바람직하다.
원료 분말의 비율은, 원료 분말과 열가소성 수지와의 합계량을 100질량%로 하여, 80~95질량%인 것이 바람직하다. 80질량% 미만이면 자기 특성을 얻을 수 없고, 95질량%를 초과하면 사출 성형성이 뒤떨어진다.
사출 성형은, 예를 들면 가동형 및 고정형이 충합(衝合)된 금형 내에 상기 원료 분말을 사출하여 성형하는 방법을 이용할 수 있다. 사출 성형 조건으로서는 열가소성 수지의 종류에 의해서도 다르지만, 예를 들면 폴리페닐렌 설파이드(PPS)의 경우, 수지 온도가 290~350℃, 금형 온도가 100~150℃인 것이 바람직하다.
압축 자성체 및 사출 성형 자성체는, 상술한 방법에 의해 각각 따로따로 제작하여 서로 결합된다. 각각의 형상은, 복합 자성 코어를 분할하여 조립하기 쉬운 형상임과 함께, 압축 성형, 사출 성형에 적절한 형상으로 한다. 예를 들면, 중심 축 구멍이 없는 보빈 형상의 복합 자성 코어를 제작하는 경우에는, 보빈 심으로 되는 원기둥 형상을 압축 성형에 의한 압축 자성체로 하고, 보빈 창으로 되는 구멍난 평원반 형상을 사출 성형에 의한 사출 성형 자성체로 하여 제작한다. 그 후, 2개의 평원반 형상의 중심부에 형성된 구멍부분에 원기둥 형상의 양단부를 압입함으로써 보빈 형상의 복합 자성 코어가 얻어진다. 또는, 보빈 심으로 되는 원기둥 형상을 압축 성형에 의한 압축 자성체로 하고, 이 원기둥 형상을 압입할 수 있는 중심 축 구멍을 가지는 보빈 형상을 사출 성형에 의한 사출 성형 자성체로 하여 제작한다. 그 후, 사출 성형 자성체의 중심 축 구멍에 원기둥 형상의 압축 자성체를 압입함으로써 보빈 형상의 복합 자성 코어가 얻어진다.
압축 자성체 및 사출 성형 자성체의 바람직한 재료의 조합으로서는, 압축 자성체가 페라이트이고, 사출 성형 자성체가 어모포스 금속 분말 및 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 페라이트가 Fe-Ni계 페라이트이고, 어모포스 금속이 Fe-Si-Cr계 어모포스이며, 열가소성 수지가 폴리페닐렌설파이드(PPS)이다.
압축 자성체와 사출 성형 자성체의 결합은, 사출 성형 자성체를 하우징으로하고, 이 하우징의 내부에 상기 압축 자성체를 배치한다. 여기서 하우징과는 복합 자성 코어의 외주면을 주로 하여 구성하는 부분을 말한다.
압축 자성체와 사출 성형 자성체의 결합 상태를 도 1에 나타낸다. 도 1(a)~도 1(c)는 복합 자성 코어의 결합 상태를 나타내는 단면도이다.
도 1(a)에서, 복합 자성 코어(1)는, 하우징을 구성하는 사출 성형 자성체(3) 내에 압축 자성체(2)가 배치되어 있다. 압축 자성체(2)는 사출 성형 자성체(3) 내에 접합부(1a)에서 압입되던지, 또는 접착제를 이용하여 접합된다. 접합부(1a)의 간극이 커지면 인덕턴스 값이 작아질 우려가 있기 때문에, 압축 자성체(2)와 사출 성형 자성체(3)가 보다 밀접할 수 있는 압입이 바람직하다. 접착제를 이용하는 경우, 서로 밀착할 수 있는 무용제형의 에폭시계 접착제가 바람직하다.
도 1(b)에서, 복합 자성 코어(1)는, 하우징을 구성하는 사출 성형 자성체(3) 내에 공극부(3a)를 가지고 2개의 압축 자성체(2)가 배치되어 있다. 2개의 압축 자성체(2)는 조성이 동일한 압축 자성체라도 좋고, 다른 조성의 압축 자성체의 조합이라도 좋다. 또한, 단면 형상을 변화시킬 수 있다.
도 1(c)에서, 복합 자성 코어(1)는, 하우징을 구성하는 사출 성형 자성체(3) 내에 2개의 공극부(3a)를 가지고 1개의 압축 자성체(2)가 배치되어 있다. 공극부(3a)의 크기는 임의로 변경할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 복합 자성 코어는, 압축 자성체의 자성 재료의 종류, 밀도, 크기를 바꿈으로써, 용이하게 복합 자성 코어의 자기 특성을 변경할 수 있으므로, 자성 코어 설계의 자유도가 향상된다. 또한, 설계로부터 제조에의 검토 기간을 단축할 수 있고, 복합 자성 코어마다의 금형 제작도 불필요하게 된다.
복합 자성 코어의 자기 특성을 이하의 방법으로 측정했다.
압축 자성체로서, 외경 40㎜Φ, 내경 27㎜Φ의 원통형의 페라이트 코어의 높이를, 15㎜, 10㎜, 6㎜로 절단한 평 원통형의 페라이트 코어를 3개 준비한다. 이 페라이트를 압입할 수 있는 형상의 사출 성형 자성체를 사출 성형에 의해 성형했다. 사출 성형체의 형상은, 외경 48㎜Φ, 내경 40㎜Φ, 높이 20㎜의 원통형이다. 사출 성형용 자성체 조성물은, 표면에 절연 피막이 형성되어 있는 어모포스 금속 분말(Fe-Si-Cr계 어모포스) 100질량부에, 폴리페닐렌설파이드를 14질량부 혼합하여 사출 성형용 펠릿으로 한 것이다.
사출 성형 자성체의 내부에 페라이트 코어를 압입하고, 이하에 나타내는 3 종류의 복합 자성 코어를 제작했다. 또한, 페라이트 단체(도 2 및 도 3에서, 페라이트로서 나타낸다), 어모포스 단체(도 2 및 도 3에 있어서, AS-10으로서 나타낸다)를 비교 시료로 했다.
(1) 복합재 15：높이 15㎜의 페라이트 코어를 어모포스에 압입
(2) 복합재 10：높이 10㎜의 페라이트 코어를 어모포스에 압입
(3) 복합재 6：높이 6㎜의 페라이트 코어를 어모포스에 압입
상기 자심에 0.85㎜Φ 구리 에나멜선을 20 턴 권회해서, 인덕터를 제작하여, 그 자기 특성을 측정했다. 코일에 직류 전류를 중첩시켰을 때의 인덕턴스 값을 측정 주파수 1㎒로 측정했다. 결과를 도 2 및 도 3에 나타낸다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 중첩 전류가 높은 영역에서는 복합 자성 코어의 인덕턴스 값은 페라이트 단체 코어보다 우수했다. 또한, 중첩 전류가 인가되지 않은 경우의 인덕턴스 값은 어모포스 단체보다 향상했다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 중첩 전류치를 증가시켰을 때의 인덕턴스 값의 감소율(%)이 페라이트 단체 코어의 인덕턴스 값의 감소율보다 작은 것을 알 수 있었다.
상기의 결과로부터, 복합 자성 코어로 함으로써, 소정의 중첩 전류가 인가되는 영역에서는 인덕턴스 값을 개선하는 것을 찾아내었다.
아울러, 복합 자성 코어에 관해서 측정된 최대 투자율은 페라이트 단체 코어보다 약간 저하하는 경향을 볼 수 있었다. 그러나, 포화 자속밀도는 페라이트 단체 코어의 그것보다 대략 2배 정도의 값을 나타냈다.
본 발명의 복합 자성 코어는, 이륜차를 포함하는 자동차나 산업용 기기 및 의료용 기기의 전원 회로, 필터 회로나 스위칭 회로 등에 사용되는 연질 자성 재료의 코어 부품, 예를 들면 인덕터, 트랜스, 안테나, 초크 코일, 필터 등의 코어 부품으로서 사용할 수 있다. 또한, 표면 실장용 부품의 자성 코어로서 사용할 수 있다.
복합 자성 코어의 형상을 도 4 ~ 도 10에 나타낸다.
도 4(a)는 복합 자성 코어(4)의 평면도를, 도 4(b)는 A-A단면도를 각각 나타낸다. 복합 자성 코어(4)는 평면에서 보아 정방형의 사각 코어의 일례이다.
복합 자성 코어(4)는, 압축 자성체(4a)를 압입부(4c)로 사출 성형 자성체(4b)에 압입함으로써 제작할 수 있다. 압축 자성체(4a)는 원기둥 형상이므로, 용이하게 압축 성형할 수 있다. 또한, 사출 성형 자성체(4b)는 단면 ⊃형의 중심구멍을 가지는 접시 형상이므로 소형이라도 사출 성형이 용이하다.
복합 자성 코어(4)의 치수의 일례로서는, t1이 6㎜, t2가 5㎜, t3가 2㎜, t4가 0.5㎜, t5가 2㎜Φ이다.
도 5(a)는 복합 자성 코어(5)의 평면도를, 도 5(b)는 A-A단면도를 각각 나타낸다. 복합 자성 코어(5)는 E코어의 일례이다.
복합 자성 코어(5)는, 1개의 압축 자성체(5a)와 2개의 사출 성형 자성체(5b)를 접합부(5c)로 서로 접착함으로써 제작할 수 있다. 압축 자성체(5a)는 각(角) 기둥이며, 사출 성형 자성체(5b)는 단면 L자형의 형상이므로 소형이라도 사출 성형이 용이하다.
복합 자성 코어(5)의 치수의 일례로서는, t1이 7㎜, t2가 6㎜, t3가 1.5㎜, t4가 1.5㎜, t5가 3㎜, t6가 4㎜이다.
도 6(a)는 복합 자성 코어(6)의 평면도를, 도 6(b)는 우측면도를, 도 6(c)는 A-A단면도를, 도 6(d)는 B-B단면도를 각각 나타낸다. 복합 자성 코어(6)는 ER코어의 일례이다.
복합 자성 코어(6)는, 압축 자성체(6a)를 압입부(6c)로 사출 성형 자성체(6b)에 압입함으로써 제작할 수 있다. 압축 자성체(6a)는 원기둥 형상이므로, 용이하게 압축 성형할 수 있다. 또한, 사출 성형 자성체(6b)는 단면 ⊃형의 중심구멍을 가지는 접시 형상이므로 소형이라도 사출 성형이 용이하다.
복합 자성 코어(6)의 치수의 일례로서는, t1이 7㎜, t2가 6㎜, t3가 1.5㎜, t4가 5㎜, t5가 3㎜Φ이다.
도 7(a)는 복합 자성 코어(7)의 평면도를, 도 7(b)는 A-A단면도를, 도 7(c)는 B-B단면도를 각각 나타낸다. 복합 자성 코어(7)는 해방 E코어의 일례이다.
복합 자성 코어(7)는, 압축 자성체(7a)를 압입부(7c)로 사출 성형 자성체(7b)에 압입함으로써 제작할 수 있다. 압축 자성체(7a)는 원기둥 형상이므로, 용이하게 압축 성형할 수 있다. 또한, 사출 성형 자성체(7b)는 단면 ⊃형의 중심구멍을 가지는 접시 형상이므로 소형이라도 사출 성형이 용이하다.
복합 자성 코어(7)의 치수의 일례로서는, t1이 8㎜, t2가 3㎜, t3가 0.7㎜, t4가 3㎜이다.
도 8(a)는 상기 해방 E코어와 조합하여 사용되는 I코어의 일례이다. 도 8(a)는 I코어(8)의 평면도를, 도 8(b)는 A-A단면도를 나타낸다.
I코어(8)는 압축 자성체 또는 사출 성형 자성체로 제작할 수 있다. 단면 접시 형상이므로 소형이라도 압축 성형 또는 사출 성형이 용이하다.
I코어(8)의 치수의 일례로서는, t1이 8㎜, t2가 0.7㎜이다.
도 9(a)는 복합 자성 코어(9)의 정면도를, 도 9(b)는 평면도를, 도 9(c)는 A-A단면도를 각각 나타낸다. 복합 자성 코어(9)는 보빈 코어의 일례이다.
복합 자성 코어(9)는, 압축 자성체(9a)를 압입부(9c)로 사출 성형 자성체(9b)에 압입함으로써 제작할 수 있다. 압축 자성체(9a)는 원기둥 형상이므로, 용이하게 압축 성형할 수 있다. 또한, 사출 성형 자성체(9b)는 중심구멍을 가지는 보빈 형상이므로 소형이라도 사출 성형이 용이하다.
복합 자성 코어(9) 치수의 일례로서는, t1이 3㎜Φ, t2가 1.5㎜Φ, t3가 1㎜, t4가 0.25㎜, t5가 1㎜Φ이다.
도 10(a)는 복합 자성 코어(10)를 구성하는 상(上) 부재의 평면도를, 도 10(b)는 A-A단면도를, 도 10(c)는 복합 자성 코어(10)를 구성하는 하(下) 부재의 평면도를, 도 10(d)는 B-B단면도를, 도 10(e)는 상 부재와 하 부재를 조합한 단면도를, 도 10(f)는 코일을 권회하여 인덕터로 한 경우의 단면도를 각각 나타낸다. 복합 자성 코어(10)는 팔각 코어의 일례이다.
복합 자성 코어(10)를 구성하는 상 부재는 사출 성형 자성체(10b)로서, 그리고 하 부재는 압축 자성체(10a)로서 각각 성형된다. 사출 성형 자성체(10b)와, 코일(10d)이 권회된 압축 자성체(10a)는 접합부(10c)에서 접착되어 인덕터로 된다. 압축 자성체(10a)는 단면 볼록부를 가지는 원기둥 형상의 간이한 형상이므로, 용이하게 압축 성형할 수 있다. 또한, 사출 성형 자성체(10b)는 단면 ⊃형의 접시 형상이므로 소형이라도 사출 성형이 용이하다.
복합 자성 코어(10) 치수의 일례로서는, t1이 7㎜, t2가 5㎜Φ, t3가 3㎜Φ, t4가 2㎜, t5가 0.7㎜이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 복합 자성 코어 전체 두께가 1㎜ 이상, 5㎜ 이하이며, 평면에서 보아 최대지름이 15㎜ 이하, 바람직하게는 3㎜~10㎜의 한변 또는 3㎜~10㎜Φ인 초소형의 복합 자성 코어에 적용할 수 있다.
아울러, 복합 자성 코어를 구성하는 압축 자성체의 치수로서는, 압축 성형할 수 있는 두께로서 0.8㎜ 이상 필요하고, 가압 면적으로서는 1㎜의 한변 또는 1㎜Φ필요하다.
도 4 ~ 도 10에 나타낸 복합 자성 코어를, 예를 들면 페라이트 분말과 어모포스 분말과 열가소성 수지로 이루어지는 조성물의 사출 성형체만으로 얻으려고 하면 자성 코어에 균열 등이 생겨 사출 성형하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 따로따로 제작된, 사출 성형 자성체와 압축 자성체를 조합함으로써, 초소형의 복합 자성 코어가 얻어졌다.
본 발명의 자성 소자는, 상기 본 발명의 복합 자성 코어 주위에 권선을 권회해서, 코일을 형성하여, 인덕터 기능을 가진다. 이 자성 소자는 전자기기 회로에 넣어진다.
권선으로서는 구리 에나멜선을 사용할 수 있고, 그 종류로서는 우레탄선(UEW), 호르마르선(PVF), 폴리에스테르선(PEW), 폴리에스테르이미드 선(EIW), 폴리아미드이미드선(AIW), 폴리이미드선(PIW), 이들을 조합한 이중피복선, 또는 자기 융착선, 리츠선(litz wire) 등을 사용할 수 있다. 구리 에나멜선의 단면 형상으로서는 환선(丸線)이나 각선(角線)을 사용할 수 있다.
코일 감기 방법으로서는, 헤리컬 감기, 토로이달 감기를 채용할 수 있다. 본 발명의 복합 자성 코어에 코일 감기를 하는 경우, 초소형의 자성 코어이므로, 토로이달 코일의 코어에 사용되는 도너츠형 코어가 아닌 원기둥 형상의 코어나 판 형상의 코어가 바람직하다.
본 발명의 자성 소자의 일례로서, 4.6㎜×3.6㎜×1.0㎜의 사출 성형 자성체의 내부에 2.6㎜×1.6㎜×1.0㎜의 압축 자성체를 압입한 복합 자성 코어에 선 지름 0.11㎜Φ의 코일을 26회, 권회하여 인덕터를 제작했다. 이 인덕턴스 값(전류 2A, 주파수 1㎒)은 10μH 이상이 얻어졌다.
아울러, 4.6㎜×3.6㎜×1.0㎜의 페라이트 단체 각 기둥의 압축 자성체에 선 지름 0.11㎜Φ의 권선을 26회, 권회했을 때의 인덕턴스 값(전류 1.5A, 주파수 1㎒)은 4.7μH였다.
상기 본 발명의 자성 소자는, 노트 PC나 휴대 전화의 고주파 회로에 사용되는 칩 인덕터로서 적합하게 사용할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명의 복합 자성 코어는, 자성 코어의 소형화를 도모할 수 있으므로, 향후 소형 경량화되는 전자기기에 이용할 수 있다.
1. 복합 자성 코어
2. 압축 자성체
3. 사출 성형 자성체
4~10. 복합 자성 코어
2. 압축 자성체
3. 사출 성형 자성체
4~10. 복합 자성 코어
Claims (10)
- 자성 분말을 압축 성형하여 얻어지는 압축 자성체와, 분말 표면이 전기 절연 된 자성 분말에 결착수지를 배합하고 사출 성형하여 얻어지는 사출 성형 자성체를 서로 결합시킨 결합체로 이루어지는 복합 자성 코어로서,
상기 결합체가 상기 사출 성형 자성체를 하우징으로 하고, 이 하우징의 내부에 상기 압축 자성체가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어. - 제 1 항에 있어서, 상기 압축 자성체는, 자성 분말을 가압 성형하여 압분체로 하고, 상기 압분체를 소성하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 제 2 항에 있어서, 상기 자성 분말이 페라이트 분말인 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 제 1 항에 있어서, 상기 사출 성형 자성체는, 상기 자성 분말이 어모포스 금속 분말이며, 상기 결착수지가 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 제 1항에 있어서, 상기 결합체는, 상기 하우징 내에 상기 압축 자성체가 압입 또는 접착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 제 5 항에 있어서, 상기 압축 자성체가 상기 하우징 내의 공간부에 조밀하게 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 제 5 항에 있어서, 상기 압축 자성체가 상기 하우징 내의 공간부에 공극부를 가지고 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 제 1 항에 있어서, 상기 결합체 주위에 권회된 코일에 직류 중첩 전류를 흐르게 하고, 그 전류치를 증가시켰을 때의 인덕턴스의 감소율이 페라이트 자성 코어의 인덕턴스 감소율보다 작은 것을 특징으로 하는 복합 자성 코어.
- 자성 코어와, 이 자성 코어의 주위에 권회된 코일을 포함하고, 전자기기 회로에 넣어지는 자성 소자로서,
상기 자성 코어가 청구항 1에 기재된 복합 자성 코어인 것을 특징으로 하는 자성 소자. - 제 9 항에 있어서, 상기 복합 자성 코어의 결합체는, 상기 하우징 내에 상기 압축 자성체가 압입 또는 접착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성 소자.
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