JPH02183508A - 低損失磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、チョークコイルや高周波トランス等に用いら
れる超微結晶軟磁性合金からなるギャップ付きコアやカ
ットコアに関するものである。

［従来の技術］ 従来、高周波トランスやチョークコイル用磁心としては
ケイ素鋼磁心、パーマロイ磁心、フェライト磁心等が使
用されている。

ケイ素鋼磁心は飽和磁束密度が高く磁心の発熱があまり
問題とならない周波数領域では小型化の面で有利である
が、コア損失が大きいため特に数１０ＫＨｚ以上の周波
数帯では使用が困難となってくる。パーマロイ磁心はケ
イ素鋼磁心より高周波特性は良いが数１０ＫＨｚ以上で
はコア損失が大きく歪や変形により、磁気特性が劣化し
やすい欠点がある。フェライト磁心は数１０ＫＩ（ｚ以
上の周波数におけるコア損失がケイ素鋼より低く、スイ
ッチング電源のメイントランス等に使用されているが飽
和磁束密度が低く、キュリー温度も低いため、動作磁束
密度を大きくできない欠点がある。このためインバータ
等のトランス等には磁心が大きくなるためあまり使用さ
れていない。更に、近年スイッチングレギュレータ等は
高周波化が進み数１００ＫＨｚで駆動するものも現われ
てきている。このため高周波トランスや平滑チョークコ
イル等に用いられる磁心の低損失化が重要となってきて
いる。

しかし、フェライ１−磁心は飽和磁束密度が低くトラン
スに使用する場合は動作磁束密度を大きくできない。平
滑チョークコイルに使用する場合は直流重畳特性が悪い
問題がある。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記問題点を解決するため近年アモルファス磁心を高周
波トランスに使用しようとする試みがある。

このような試みはたとえば、信学技報ＰＥ８４−３８１
２頁に記載されている。しかし、この報告では、Ｆｅ基
アモルファス磁心を高周波トランスに用いているため、
磁歪が大きく機械的ストレスにより特性が劣化しやすく
、含浸コアやカットコアにした場合、晶周波磁気特性が
劣化するという問題点が報告されている。またＦｅ基ア
モルファス磁心は磁歪のためうなりを生ずる欠点もある
。一方ＣＯ基アモルファス磁心は歪に対する劣化は小さ
いが、経時変化が大きいという欠点がある。また、コア
損失が小さく磁心の温度上昇があまり問題とならない周
波数帯では飽和磁束密度がケイ素鋼やＦｅ基アモルファ
スより低いため、磁心を小型化する面で不利となる。

ところで、高周波トランス等の場合は巻線を容易にする
ためカッ１−コアが好まれ使用されている。

しかし、アモルファス合金の場合は前述の様に、カット
したり、ギャップを入れると磁心損失が大きくなること
が報告されている。

これを解決するためにカット部端面にソフトフェライト
を配置する試みが第１２回日本応用磁気学会学術講演概
要集Ｐ８９等に報告されている。

しかし、ここで述べられているのは磁歪が小さいＣｏ基
アモルファスを用いた場合には、動作磁束密度を大きく
できないという問題、平滑チョークコイルに用いた場合
は直流重畳特性が十分でないという問題、経時変化も大
きいという問題があった。またＦｅ基アモルファス合金
の場合は、飽和磁束密度は大きいが、磁歪が著しく大き
いためカッ１−やギャップを形成する際に含浸を行うと
著しく磁心損失が増加し、ラフ１−フェライトを配置し
ても磁心損失が十分小さくならない問題がある６本発明
の目的は低損失で動作磁束密度を大きくすることが可能
で、直流重畳特性に優れた磁心を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はＦｅ、ＣｕおよびＭ（ただしＭは、Ｎ　ｂ　＋
　Ｗ　＋　Ｔ　ａ　ｒ　Ｚ　ｒ　＋　Ｈｆ　＋　Ｔ　ｉ
及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも一種以上の
元素）を必須元素として含み、組織の少なくとも５０％
が微細な結晶粒からなる超微結晶軟磁性合金薄帯から形
成された磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを設け
た磁心あるいはカット端面にソフトフェライトを配置し
たカット磁心および組み合わせ磁心であることを特徴と
する低損失磁心であるにこで本発明には、本発明者等が
特願昭６２−３６７１８７号として先に出願したＦｅ基
の超微結晶合金が使用できる。この合金は 組成式： ％式％ （ただしＭはＣｏ及び／又はＮｉであり１Ｍ′はＮｂ、
Ｗ、Ｔａ、Ｚｔ，ＨＦ，Ｔｉ、及びＭｏからなる群から
選ばれた少なくとも１種の元素であり、ａ＋Ｘ＋　ｙ＋
Ｚ及びαはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦Ｘ≦３．
０．０≦ｙ≦３０．Ｏ≦２≦２５，５≦ｙ十ｚ≦３０お
よび０．１≦α≦３０を満たす。）により表わされる組
成を有し、組織の少なくとも５０％が微細な結晶粒から
なるＦｅ基の超微結晶合金、 または、 （Ｆｅｌ−ａＭａ）　１００−ｘ−ｙ−ｚ−ａ−β−ｙ
　ＣｕｘＳｉｙＢｚＭ’　ａ　Ｍ”βＸ（ただしＭはＣ
Ｏ及び／又はＮｉであり１Ｍ′はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ
，ＨＦ，Ｔｉ、及びＭｏからなる群から選ばれた少なく
とも１種の元素、ＭｕはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、白金元
素、、ＸはＣ，Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａ
ｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり
、ａ。

Ｘ＋ｙ＊Ｚ＋　α、β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５
，０．１≦Ｘ≦３．０．Ｏ≦ｙ≦３０，０≦２≦２５，
５≦ｙ＋ｚ≦３０および０．１≦α≦３０、β≦１０．
γ≦１０を満たす。）により表わされる組成を有し、組
織の少なくとも５０％が微細な結晶粒からなるＦｅ基の
超微結晶合金である。

ここで、Ｆｅ、ＣｕおよびＭ（ただしＭは、Ｎｂ。

Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ，ＨＦ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選
ばれた少なくとも一種以上の元素）を必須元素としたの
は、結晶核の生成を促進し結晶成長を助長する元素と考
えられるＣｕと結晶の成長を抑制する元素と考えられる
Ｍの相互作用によってＦｅ基の超微結晶合金が得られる
ためである。この微結晶合金は非晶質化するものであり
、上記必須元素の他にＳｉ、Ｂ等の非晶質化を促進する
元素を含む方が好ましい。

また、組織の少なくとも５０％以上が微細な結晶粒とし
のは、非晶質部分が多いと経時変化が大きくなったり、
磁歪が大きくなるためであり、実質的に微細な結晶粒か
らなる合金組織とした方がより好ましい。

本発明磁心は通常法の様にして製造される。

まず前記組成の非晶質合金薄帯を単ロール法により作製
後トロイダル状に巻き回す、あるいは打ち抜きホトエツ
チング等により各種形状に加工したものを作製し、これ
を熱処理し組織の少なく５０％が微細な結晶粒からなる
Ｆｅ基の超微結晶合金を作製する。

次に巻磁心の場合はこれを含浸あるいはコーテイング後
ギャップ形成あるいはカットを行う。

積層磁心の場合は形状に加工されたものを積層接着し、
形状によりカットを行う場合と、組合せて使用する場合
がある。

次にギャップ部のカット端面や付き合せ部端面にソフト
フェライトを配置し本発明磁心を製造する。本発明の形
状例を第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。

本発明磁心の熱処理は磁場中で行っても良いし。

多数回にわけて行っても良い。また耐熱性の樹脂で含浸
を行う場合は、含浸後熱処理を行っても良い。また合金
薄帯表面は必要に応じて層間絶縁を行っても良い。

ソフトフェライトは、Ｍｎ−Ｚｎフェライト。

Ｎ　ｉ　−Ｚ　ｎフェライト等を用いることができ、適
切な大きさに加工後、カット面や付き合せ部端面に配置
される。フェライトは通常は接着し固定されるが、場合
によっては押し付けるだけでも良い。

またカット面ば手研等に平らにした方がより好ましい結
果が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明するが１本発明はこれらに限
定されるものではない。

実施例１ 原子％で、Ｃｕ１．１％、Ｎｄ２．５％、５ｉ１３．５
％、８７．３％残部実質的にＦｅからなる合金溶湯を単
ロール法により急冷し、幅２５ｆｆｉ。

厚さ１９ｍの非晶質合金薄帯を作製した。次にこの合金
薄帯表面に電気泳動法によりＭｇＯ粉末をつけながらこ
の合金４帯を巻き回し、第２図（ａ）に示すような形状
の巻磁心を作製した。

次にこの磁心を４５０”Ｃに保った炉中に入れ１時間保
持後２．５℃／ｍｉｎの昇温速度で５５０°Ｃまで昇温
し１時間保持後約５℃／ｍｉｎの速度で２００℃まで冷
却し炉から取り出し室温まで冷却した。透過電子顕微鏡
による観察の結果この合金は約１００人の粒径の超微細
結晶粒組織を有してした。次にこの磁心をエポキシ樹脂
で含浸硬化させた後、外周スライサーで切断し第２図（
ｂ）に示すようなカットコアを作製した。次にカット部
端面を手研し、Ｍ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライト板を付き合
せ部につけカットした磁心を第２図（Ｃ）に示すように
組合せ作成した。この磁心の１００ＫＨｚ、　２ＫＧに
おける磁心損失を測定した−　４５０ｍＶ／ｃｃの値で
あった。飽和磁束密度は１３．５ＫＧであった。

次に付き合せ部に厚さ５０ＩＵの非磁性のスペーサーを
はさみ同様に磁心損失を測定した。磁心損失は４５０　
ｍＷ／ｃｃであり、はとんど変化は認められなかった。

１００μｓのスペーサーをはさんだ場合も同様であった
に れに対し、フェライトを配置しない場合はギャップを形
成すると著しい磁心損失の増加が詔められた。

比較のために同形状のＦ　ｅ、、ＣｒｌＳ　ｉ、、Ｂ。

（ａｔ％）非晶質合金コアを作製したが磁心損失は１８
００　ｍＷ／ｃｃであり、本発明磁心より著しく磁心損
失が大きかった。これはＦｅ基非晶質合金の場合磁歪が
著しく大きいため含浸により特性劣化したものと考えら
れる。

このように本発明磁心は高飽和磁束密度でかつ低損失で
あるため、高周波トランスや平滑チョークコイル等に最
適である。

実施例２ 原子％でＣｕ１．２％、Ｎｄ３％、５ｉ１７％。

８５％残部実質的にＦｅからなる合金溶湯を単ロール法
により急冷し、厚さ１７　ｔｔｍ　、幅１９ｍｍの非晶
質合金リボンを作製した。次にこの合金リボンを打ち抜
き第３図（ａ）に示す様な形状の薄板としこれを５３０
℃で１時間熱処理を行った。合金のミクロ組織は実施例
１と同様であった。

次にこの合金を積層し接着しこの磁心の付き合せ部にＭ
　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトつけ第３図（ｂ）に示すよう
に付き合せ巻線をほどこし、磁心損失を測定した。１０
０Ｋ）１２．２ＫＧの磁心損失は３９０ｍＷ／ＣＣであ
った。この値はＣＯ基アモルファスを用いた場合と同等
である。また、飽和磁束密度は約１２ＫＧであった。

飽和磁束密度はＣｏ基アモルファス合金を用いた場合の
５〜９にＧより大きく磁心を小型化することができる。

実施例３ 第１表に示す組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し
、厚さ１８／ｆｆｉ、幅５膿の非晶質合金リボンを作製
した。

次にこの合金リボン表面にＡｆ１２０３電界付着法電界
付着−ディングした後巻き回し５巻磁心を作製した。

次にこの磁心を５５０℃に保った炉中に入れ１時間保持
後約２０℃／ｍｉｎの速度で室温まで冷却した。この磁
心をシリコンフェスで含浸硬化させた後外周スライサー
で切断し、カットコアを作製した。

次にカット部端面を手研し、Ｍｎ−Ｚｎフェライト板を
付き合せ１００ＫＨｚ、２ＫＧにおける磁心損失Ｐｃ’
を測定した。次にこの磁心を１２０℃に保持し磁路方向
１００ｅの磁場を印加しながら５００時間保持後室温で
磁心損失を測定した。比較のため同一形状のＣｏｂａｌ
、Ｆ　ｅ４．Ｃｒ４．Ｓ　ｉ、、。

Ｂ１．アモルファス合金を用いた磁心の磁心損失Ｐｃ’
およびＰ　ｃ５０１１を測定した。

第１表に磁心損失の比Ｐ　ｃ　’　ｎｎ／　Ｐ　ｃ　″
を示す。

表かられかるように本発明磁心は従来のＣｏ基アモルフ
ァス磁心を用いたカットコアより磁心損失の経時変化が
小さく、実用的な磁心であることがわかる。

［発明の効果］ 本発明によれば、低損失で動作磁束密度を大きくするこ
とが可能なギャップ付きコアやカットコアを提供するこ
とができるため、その効果は著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）、（ｂ　）、（Ｃ）は、本発明の低損失
磁心の形状例を示した図、第２図（ａ　）、（ｂ　）、
（ｃ　）は。 本発明の磁心の作成工程を示した説明図、第３図（ａ）
、（ｂ’）は、本発明の他の実施例の説明図である。 第２図 （ｂ） ソフトフェライト 手続補正書 （自発） 平成０１年特許願第００３０３１号 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都千代田区丸の内二丁目１番２号補正の内容 （１）第４頁５行の「また、」の後に、ｒＣｏ基アモル
ファス磁心は」と加える。 （２）第４頁６行の「小さく」を「小さいため」と訂正
する。 （３）第４頁１８行の「場合には、」を「場合であり、
」と訂正する。 （４）第３頁１７行から１８行の「主スィッチ」を「副
スィッチ」と訂正する。 （５）第５頁５行の「形成する際に」を「形成するため
に」と訂正する。 （乙）図面。第ｚｉｔ１ｇ’ｌ釈のゑす袖工１３・　以
上明細書の 「発明の詳細な説明」 の欄および図面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ，ＣｕおよびＭ（ただしＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ
   ，Ｚｒ，ＨＦ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選ばれた少
   なくとも一種の元素）を必須元素として含み、組織の少
   なくとも５０％以上が結晶粒からなる超微結晶磁性合金
   から形成された磁心であって、該磁心の磁路の少なくと
   も一箇所以上ギャップを有し、該ギャップ部にソフトフ
   ェライトを配置したことを特徴とする低損失磁心。
2. （２）Ｆｅ，ＣｕおよびＭ（ただしＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ
   ，Ｚｒ，ＨＦ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選ばれた少
   なくとも一種の元素）を必須元素として含み、組織の少
   なくとも５０％以上が結晶粒からなる超微結晶磁性合金
   から形成された磁心であって、該磁心は突き合わせ部に
   ソフトフェライトを配置してなるカット磁心あるいは組
   み合わせ磁心であることを特徴とする低損失磁心。