JPH01110707A - 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〕 本発明は線形加速器、レーダやエキシマレーザ等の高電
圧パルス発生装置に使用される磁気スイッチ用鉄基軟磁
性合金コアに関するものである。

〔従来の技術〕

線形加速器やエキシマレーザ等の装置においては、パル
ス幅が数十〜数百ｎ　ｓｅｅと極めて短かく、かつ数十
ｋＶ以上の高電圧を発生するパルス発生装置が必要であ
る。しかも、単発エネルギーは大きいものでは数十万以
上にもなり、かつ繰返し数が１　ｋＨｚ以上と極めて苛
酷な条件で、安定した動作を行う高電圧パルス発生装置
が要求されている。

従来、高電圧パルス発生装置のスイッチとしては、サイ
ラトロンやスパークギャップが用いられてきたが、上述
の様な大パワー′の極短パルスを発生した場合、その寿
命は極めて短くなり実用に耐えない。

これに対し第１図に示す様な非晶質合金コアを磁気スイ
ッチとして用いたパルス圧縮回路が知られている（特開
昭５９−６３７０４．特開昭６０−９６１８２．　ＵＳ
Ｐ４．２７５．３１７等）、第１図は３個の磁気スイッ
チＳ、。

Ｓｔ、Ｓｓを用いた３段のパルス圧縮回路の原理を示す
が、ｎ個の磁気スイッチを用いればｎ段のパルス圧縮回
路が形成でき、その原理は同一である。

第１図において、エネルギー転送効率を高める為には、
Ｃ＋＝Ｃｚとし、ＳＩ、Ｓｔ、Ｓｓのインダクタンスは
高次段程小さくする。

第１図で、０１が所定電圧になった時点でスイッチＳＷ
を閉じると、Ｓ、が高インピーダンスの為、ｈは極めて
小さく、ＳＩが飽和に達すると゛　　Ｓｌのインピーダ
ンスが著るしく小さくなる為、Ｃ１の電荷が０２に瞬時
に流れ、■、は短時間で大電流となる。その場合、Ｃ２
が十分充電されるまでの時間、Ｓ２が高インピーダンス
を保つ様に８２のコア定数を定める。次いでＣｔが十分
高電圧になった時点で８２の磁心が飽和し、Ｃ２の電荷
がＰＦＭ（パルスフォーミングライン）に流れ込む。そ
の様子を第２図に示すが、この動作を順次繰返すことに
よりＩ＋、Ｉｔ、Ｉｓで示す様にパルス幅は圧縮される
。

さて、この様な磁気スイッチに用いられる磁心としては
、以下の特性が要求される。

第１に、この様な動作をする磁気スイッチは、マクスウ
ェルの電磁方程式から導出されるＶＴ−ＮＳΔＢ　　　
　　　−・・−（１）Ｖ：磁気スイッチに印加する電圧 Ｔ：その電圧が印加する時間 Ｎ：Ｍ１気スイッチコアの巻約数 ΔＢ：磁束密度の変化量 の関係式に従い磁心する。従って、Ｎを一定とし、同一
のＶＴ積を得るには、ΔＢが大きい程Ｓが小、すなわち
コアの断面積を小さ（できる事を意味する。（磁心体積
は１バΔＢ）！に比例する。）ここでＶＴ積は、上述し
た様に０２が十分充電する間、Ｓ２が高インピーダンス
となる条件から決定される。第３図に、磁気スイッチ用
コアの磁心する様子を模式的に示すが、Ｂ、、点を出発
点に直線（ｂ）の様に変化する為、ΔＢすなわちＢ、、
＋ＢＩがなるべく大きい、すなわち、コア材料としては
、飽和磁束密度が太き（、かつ角形比（Ｂ、／Ｂ、）が
大きい程望ましい事になる。尚、第２に、磁気スイッチ
としては未飽和領域のインダクタンスし。

が大きり、飽和領域のインダクタンスＬ　ｍａｔが小さ
い程良い、すなわち、パルス圧縮式は（Ｌ　５ｉｌｔ／
１、、）自／ｌ　　に比例することが知られているから
である。

ここで、Ｌ　ｍａｔを小さ（するには、次の点が重要で
ある。すなわち■コアの角形比が高く、飽和後の比透磁
率が１に近いこと。■磁心の体積を小さくし、空芯のも
つインダクタンスをできる限り小さくすることである。

つまり、この条件は、前述した第１の条件と同じである
。

また、Ｌ、を大きくするには、■未飽和領域の透磁率を
大きくすることおよび■コアの磁路長を小さくすること
が重要であり、コア材料としては■高周波での損失が小
さいこと（高周波での損失が大きいと、第３図Ｈ６が大
となり、直線（ｂ）の勾配すなわちμ、＝ΔＢ／Ｈ，が
小となる）、■ΔＢが大きく、コア断面積を小さくする
、ことが重要である。

第３には特性の経時変化が小さい事が重要である。

さて、以上の事をまとめると、磁気スイッチに用いるコ
ア材料としては、■、飽和磁束密度ＢＳが大なること、
■、角形比Ｂ、／Ｂ、が大なること、■、高周波での磁
心損失が小なること、■、磁気特性の経時変化が小さい
事が重要である。

この様な目的の為には非晶質合金が適しており、従来用
いられてきている０代表的非晶質合金の磁気スイッチと
して必要な特性値Ｂ８．ΔＢ、μ、。

磁心損失比を第１表に示す。

なお、μ、および磁心損失比は次の様にして求めた。す
なわち、第４図に評価回路を、第５図に各部の波形を、
また第６図に評価コアの磁化過程を示す。

さて、第４図において、制御用半導体スイッチ１がター
ンオンすると、図示巻線２の黒丸と逆極性に第５図ｅ、
のような電圧が印加される。ここで、 Ｔｒ：３のオン期間 Ｎ、：２の巻数 Ａ、＝４の有効断面積 Ｅ、：５の電圧 とすれば、例えば磁心４は、第６図に示すＢ−Ｈループ
における第３象限側−８，に飽和する。次にＴ、＞Ｔ、
　　　　　　　　　・・・・・・（３）Ｔ、二周期 とすれば、ゲート回路の主スィッチ１のターンオン直前
に磁心４の磁束密度は、第６図に示すＢ−Ｈループの直
流磁気特性における残留磁束密度−Ｂ、にある。次に主
スィッチ１がターンオンすると、Ｅ。

Ｔ、：１のオン期間 Ｎ９　：６の巻数 Ｅ、ニアの電圧 であれば、磁心は飽和し、第６図に示す。

ら ■９．：ゲート電流ｉ、の波高値 １）　：４の平均磁路長 まで磁化される。以上の動作における、主スィッチｌが
ターンオンしてからターンオフするまでの期間Ｔｇの磁
心Ｂの動作は、第６図の実線のようにである。一方、第
６図よりわかるようにである。また、単位体積における
単発パルスの磁心損失は、 となる。（８）式に（６）式を代入するとｆ　　　ΔＢ すなわち（７）式より ｆ　　　　μｒ となる、つまりμ、大なものほどＰｃｔは小となる。

したがって、本評価回路の測定より、ΔＢ大のものほど
可飽和磁心のサイズは小となり、単発パルスの全磁心損
失Ｐｃｔ／ｆは、μ、大はど小となることがわかる。

第１表の評価に用いたコアは、非晶質合金の厚さが約５
０μ１）絶縁テープは厚さ９μｍのポリイミド系テープ
を用い、外径１００ｍｍφ、内径６０ｍ＋ｍφ、高さ２
５ＩＩＩＩＩｌの形状である。熱処理は各組成の最適熱
処理温度で、゛磁路方向に８００Ａ／ｍの磁界を加えて
行なった。比較の為にほぼ同一コア形状のＭｕ−Ｚｎフ
ェライトの測定結果を示す。

表から明らかな様に、隘１の非晶質合金コアに比べてフ
ェライトコアは磁心損失はかなり小さいが、ΔＢが小さ
い為コアの体積が約１６倍にもなる。もちろん、非晶質
合金コアの場合占領積率（見掛けのコア体積に対する非
晶質合金が占める割合）が低い為第１表の通りの巻には
ならないが、例えば階１のコアの占積率を０．６０と仮
定した場合でも、フェライトの必要な体積は約６倍にも
なる。

同表かられかる様に、フェライトに比べれば非晶質合金
は磁気スイッチ用のコアとして優れた性質を示すが、磁
心体積の小さなものは磁心損失が大きく、磁心損失の小
さなものは磁心体積が大きいという傾向があり、バラン
スの良い材料がない。

この理由は、非晶質合金コアはＦｅ系とＣｏ系に大別で
き、Ｆｅ系非晶質合金はＢ、が大なる代りに磁心損失が
大きい傾向にあり、Ｃｏ系非晶質合金は磁心損失が小さ
い代りに、Ｂ、が小さいという傾向にあることに由来す
る。

また、非晶質合金は経時安定性が十分でないという問題
も内在している。

〔発明が発明しようとする問題点〕

本発明は、従来の非晶質合金がもつ、上記問題点を解決
し、Ｂｓが比較的大きく、磁心損失が小さく、かつ経時
安定性に優れ、高電圧パルス発生装置の磁気スイッチと
して最適な全く新らしい軟磁性合金コアを提供せんとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明斜等は、組成式
： ％式％ （ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、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１種の元素、Ｍ＃はＶ、　Ｃ
ｒ＋　Ｍｎ、　Ａ６゜白金属元素、Ｓｃ、　５．　　希
土類元素、Ａｕ、　Ｚｎ、　Ｓｎ。

Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｘ
はＣ，Ｇｅ＋　ｐ、　Ｇａ、　Ｓｂｔ　Ｉｎ、　Ｂｅ＋
　Ａｓ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≦３．６≦ｙ≦２５゜３≦２≦１５．
　　１４≦ｙ＋ｚ≦３０．１≦α≦１０゜０≦β≦１０
．０≦Ｔ≦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％が微細なりｃｃ　Ｆｅ固溶
体の結晶粒からなり、各結晶粒の最大寸法で測定した粒
径の平均が５００Å以下である合金から形成された磁心
が磁気スイッチ用として優れた特性を示すことを見い出
し本発明に想到した。

本発明において、Ｃｕは必須の元素であり、その含有量
Ｘは０．１〜３原子％の範囲である。０．１原子％より
少ないとＣｕ添加によりμ、上昇、磁心損失の低減効果
がほとんどなく、一方３原子％より多いとμ、が低下し
好ましくない。また、本発明において特に好ましいＣｕ
の含有量Ｘは０．５〜２原子％であり、この範囲で特に
高μ、で、磁心損失が低く、優れたものが得られる。

本発明の磁心に使用される合金は通常次のようにして製
造される。

まず、前記組成の非晶質合金を溶湯から急冷により作製
し、更にこれを加熱し組織の少なくとも５０％以上を微
細なりｃｃ　Ｆｅ固溶体結晶粒とする工程により製造さ
れる。

Ｃｕのμ、上昇、磁心損失低減効果の向上作用の原因は
明ら□かではないが次のように考えられる。

ＣｕとＦｅの相互作用パラメータは正であり、固溶度が
低く分離する傾向があるため非晶質状態の合金を加熱す
るとＦｅ原子同志またはＣｕ原子またはＣｕ原子同志が
寄り集まり、クラスターを形成し組成ゆらぎが生じる。

このため部分的に結晶化しやすい領域が多数でき、そこ
を核とした微細な結晶粒が生成される。この結晶はＦｅ
を主成分とするものであり、ＦｅとＣｕの固溶度はほと
んどないため結晶化によりＣｕは微細結晶粒の周囲には
き出され、結晶粒周辺のＣｕ濃度が高（なる。このため
結晶粒は成長しにくいと考えられる。

Ｃｕ添加により結晶核が多数できることと、結晶粒が成
長しに（いため結晶微細化が起こると考えられるが、こ
の作用はＮｂ＋　Ｔａ、　Ｗ、　Ｍｏ＋　Ｚｒ＋　Ｈｆ
。

Ｔｉ等の存在により特に著しく強められると考えられる
。

Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔｉ
等が存在しない場合は結晶粒はあまり微細化されず軟磁
気特性も悪い。

また磁心を形成する合金はｂｃｃ　Ｆｅ固溶体からなる
微細結晶相からなり、Ｆｅ基非晶質合金に比べ磁歪が小
さくなっており、内部応力歪による磁気異方性が小さく
なることも透磁率や磁心損失低減効果が改善される理由
の１つと考えられる。

Ｃｕを添加しない場合は結晶粒は微細化されにくく、化
合物相が形成しやすいため結晶化により磁気特性は劣化
する。

Ｓｉ及びＢは合金の微細化および磁歪調整に有用な元素
である。Ｓｉ含有量ｙの限定理由は、ｙが２５原子％を
超えると透磁率の良好な条件では磁歪が大きくなってし
まい好ましくなく、ｙが６原子％未満では十分な透磁率
が得られないためである。Ｂの含有量２の限定理由は、
２が２原子％未満では均一な結晶粒組織が得にくく透磁
率が劣化し好ましくなく、２が１５原子％を超えると透
磁率の良好な熱処理条件では磁歪が大きくなってしまい
好ましくないためである。ＳｉとＢの総和量ｙ＋２の値
に関してはｙ＋ｚが１４原子％未満では非晶質化が困難
になり磁気特性が劣化し好ましくなく、一方、ｙ＋ｚが
３０原子％を超えると飽和磁束密度の著しい低下および
軟磁気特性の劣化および磁歪の増加がある。より好まし
いＳｉ、　　Ｂ含有量の範囲は１０≦ｙ≦２５．３≦２
≦１２．１８≦ｙ＋ｚ≦２８であり、この範囲では一５
Ｘ１０−’〜＋５Ｘ１０’の範囲の飽和磁歪で軟磁気特
性に優れた合金が得られやすい。

特に好ましくは１）≦ｙ≦２４．３≦２≦９゜１８≦−
ｙ＋ｚ≦２７であり、この範囲では−１，５ＸＩＯ−’
≦＋１．５Ｘ１０−’の範囲の飽和磁歪の合金が得られ
やすい。゛ 本発明に用いられる合金においてはＭ′はＣｕとの複合
添加により析出する結晶粒を微細化する作用を有するも
のであり、Ｎｂ、　Ｉｔ４．　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
の元素である。Ｎｂ等は合金の結晶化温度を上昇させる
作用を有するが、クラスターを形成し結晶化温度を低下
させる作用を有するＣｕとの相互作用により結晶粒の成
長を抑え析出する結晶粒が微細化するものと考えられる
。Ｍ′の含有量αは１≦α≦１０の範囲が望ましい。α
が１原子％未満では軟磁気特性が十分ではなく、１０原
子％を越えると飽和磁束密度の著しい低下を招くためで
ある。好ましいαの範囲は２≦α≦８であり、この範囲
で特に優れた軟磁性が得られる。

残部は不純物を除いて実質的にＦｅが主体であるが、Ｆ
ｅの１部は成分Ｍ　（Ｃｏ及び又はＮｉ）により置換さ
れていても良い。Ｍの含有量は０≦ａ≦０．５であるが
、この理由は０．５以上ではμ、が劣化するためである
。特に好ましい範囲は０≦ａ≦０．１であり、この範囲
で磁歪が小さく高μ、の合金が得やすい。

本発明磁心に用いられる合金はｂｃｃ構造の鉄固溶体を
主体とする合金であるが、非晶質相やＦｅ、Ｂ。

ＦｅＪ、　Ｎｂ等の遷移金属の化合物、Ｆｅ、Ｓｉ規則
相等を含む場合もある。これらの相は磁気特性を劣化さ
せる場合がある。特にＦｅ、Ｂ等の化合物相は軟磁気特
性を劣化させやすい。したがってこれらの相はできるだ
け、存在しない方が望ましい。

本発明磁心に用いられる合金は５００Å以下の粒径の超
微細な均一に分布した結晶粒からなるが、特に優れた軟
磁性を示す合金の場合はその粒径が２０〜２００人の平
均粒径を有する場合が多い。

この結晶粒はα−Ｆｅ固溶体を主体とするものでＳｉや
Ｂ等が固溶していると考えられる。合金組織のうち微細
結晶粒以外の部分は主に非晶質である。

なお微細結晶粒の割合が実質的に１００％になった場合
、低磁歪の合金が特に得やすい。

本発明の磁心に係るＦｅ基基磁磁性合金内には、例えば
、組成式：　ＦｅｂａｔＣｕｌＮｂＪ５Ｓｉ　Ｉ　７．
５で表わされる合金の様に、磁歪が負のもの、或いは磁
歪が０又はほとんどＯのものも含まれている。

Ｃｕを添加しない場合は結晶粒は微細化されにく。

（、化合物相が形成しやすいため結晶化により磁気特性
は劣化する。

Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　ＡＬ白金属元素、　Ｓｃ、　Ｙ
、希土類元素、　Ａｕ、　Ｚｎ、　Ｓｎ、　Ｒｅ等の元
素は耐食性を改善したり、磁気特性を改善する、又は磁
歪を調整する、等の効果を有するものである。その含有
量はせいぜい１０原子％以下である。含有量が１０原子
％を超えると著しい飽和磁束密度の低下を招くためであ
り、特に好ましい含有量は８原子％以下である。

これらの中でＲｕｎ　Ｒｂ＋　Ｐｄ＋　Ｏｓ＋　Ｉｒ＋
　Ｐｔ＋　Ａｕ＋　Ｃｒ＋■から選ばれる少なくとも１
種の元素を添加した合金からなる場合は特に耐食性、耐
摩耗性に優れた磁心となる。

本発明の磁心において、Ｃ，Ｇｅ、　　Ｐ、　Ｇａ、　
Ｓｂ。

Ｉｎ等からなる群から選ばれた少な（とも１種の元素を
１０原子％以下含む合金を使用できる。これら元素は非
晶質化に有効な元素であり、Ｓｉ、　Ｂと共に添加する
ことにより合金の非晶質化を助けると共に、磁歪やキエ
リー温度調整に効果がある。

Ｍ″の添加により、耐食性の改善、磁気特性の改善、又
は磁歪調整効果が得られる。Ｍ’が１０原子％を超える
と飽和磁束密度低下が著しい。本発明に係る合金のうち
特に０≦ａ≦０．１，０．５≦Ｘ≦２，１０≦ｙ≦２５
．３≦２≦１２．１８≦ｙ＋ｚ≦２８，２≦α≦８の関
係を有する場合特に高μ、で磁心損失低減効果が大きい
磁心が得られやすい。

上記組成を有する本発明に係るｒｅ基基磁磁性合金また
組織の少なくとも５０％以上が微細な結晶粒からなる。

この結晶粒はα−Ｆｅを主体とするものでＳｔやＢ等が
固溶していると考えられる。この結晶粒は５００Å以下
と著しく小さな平均粒径を有することを特徴とし、合金
組織中に均一に分布している。

合金組織のうち微細結晶粒以外の部分は主な非晶質であ
る。なお微細結晶粒の割合が実質的に１００％になって
も本発明の磁心は十分に優れた磁気特性を示す。

なお、Ｎ、Ｏ，Ｓ、Ｈ等の不可避的不純物については所
望の特性が劣化しない程度に含有していても本発明の磁
心に用いられる合金組成と同一とみなすことができるの
はもちろんである。またＣａ。

Ｓｒ、　Ｂａｔ　Ｍｇ等の元素を含んでも良い。

次に本発明の磁心の製造方法について説明する。

まず上記所定の組成の溶湯から、片ロール法、双ロール
法等の公知の液体急冷法によりリボン状の非晶質合金を
形成する。通常、片ロール法等により製造される非晶質
合金リボンの板厚は５〜１００μｍ程度であるが、板厚
が２５μｍ以下のものが磁気スイッチ用磁心に使用する
薄帯として特に適している。

この非晶質合金は結晶相を含んでいてもよいが、後の熱
処理により微細な結晶粒を均一に生成するためには非晶
質であるのが望ましい。

非晶質リボンは熱処理の前に巻回、打ち抜き、エツチン
グ等をして所定の形状に加工し磁心とする方が望ましい
。

この理由は非晶質の段階ではリボンは加工性が良いが、
−旦結晶化すると加工性が著しく低下する場合が多いか
らである。しかしながら、熱処理後巻回する、エツチン
グする等の加工を行ない磁心を製造することも可能であ
る。

熱処理は所定の形状に加工した非晶質合金リボンを真空
中または水素、窒素、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中、又
は大気中において一定時間保持し行う。熱処理温度及び
時間は非晶質合金リボンからなる磁心の形状、サイズ、
組成等により異なるが、−ａ的に４５０℃〜７００℃で
５分から２４時間程度が望ましい、熱処理温度が４５０
℃未満であると結晶化が起こりに＜＜、熱処理に時間が
かかりすぎる。また７００℃より高いと粗大な結晶粒が
生成したり、不均一な形態の結晶粒が生成するおそれが
あり、微細な結晶粒を均一に得ることができなくなる。

また熱処理時間については、５分未満では加工した合金
全体を均一な温度とすることが困難であり磁気特性がば
らつきやすく、２４時間より長いと生産性が悪くなるだ
けでなく結晶粒の過剰な成長や不均一な形態の結晶粒の
生成により磁気特性の低下が起こりやすい。好ましい熱
処理条件は、実用性及び均一な温度コントロール等を考
慮して、５００〜６５０℃で５分〜６時間である。

熱処理雰囲気はＡｒ、　Ｎｚ＋　Ｈｚ等の不活性ガス雰
囲気又は還元性雰囲気が望ましいが、大気中等の酸化性
雰囲気でも良い。冷却は空冷や炉冷等により、適宜行う
ことができる。また場合によっては多段の熱処理を行う
こともできる。また熱処理の際磁心材に電流を流したり
高周波磁界を印加し磁心を発熱させることにより磁心を
熱処理することもできる。

熱処理を直流あるいは交流等の磁場中で行うこともでき
る。更には磁場中熱処理により本磁心に用いられている
合金に磁気異方性を生じさせ特性向上をはかることがで
きる。磁場は熱処理の間中かける必要はなく、合金のキ
ュリー温度Ｔｃより低い温度のときであればよい場合が
多い。磁路と平行方向に磁心が飽和する強さの磁場を印
加し熱処理した場合は、Ｂ−Ｈカーブが高角形化し、Δ
Ｂが大のものが得られ、磁心体積を減少できる。

また磁場中熱処理の場合も熱処理を２段階以上で行うこ
とができる。また、張力や圧縮力を加えながら熱処理す
ることにより磁気特性を改善することもできる。

本発明磁心は高電圧が印加する磁気スイッチとして使用
する為、合金薄帯表面の１部または全面に絶縁層を形成
し、巻回したリボン間で放電することの無い様にしなく
てはならない。この絶縁層は合金薄帯の片面でも両面で
も良いのはもちろんである。

形成する絶縁層の形成方法はたとえばＳｉＯ□、ＭｇＯ
。

雲母、Ａｌ２Ｏ３等の粉末を浸漬、スプレー法や電気泳
動法により付着させたり、ユバフタ−法や蒸着法でＳｉ
Ｏ□等の膜をつける、あるいは変性アルキルシリケート
を含むアルコール溶液に酸を添加し、この溶液を塗布し
乾燥させたり、フォルステライト（Ｍｇ！５ｉ０４）層
を熱処理により形成させたりする方法がある。また、Ｓ
ｉｎｇ−Ｔｉｌｔ系金属アルコキシド部分加水分塊ゾル
に各種セラミックス粉末原料を混合したものを塗布する
、合金薄帯を浸せきした後乾燥加熱する、チラノポリマ
ーを主体とする溶液を塗布あるいは浸せき後、加熱する
、リン酸塩溶液を塗布後加熱する、Ｃｒ酸化物を形成す
ること等により絶縁層を形成することができる。また熱
処理により表面にＳｔ等の酸化物層を形成したり窒化物
層を形成する薬品により表面処理し酸化物層を形成し絶
縁層を合金表面に形成することができる。

また、合金薄帯と絶縁テープを重ねて巻回し眉間絶縁を
行うこともできる。

絶縁テープとしてはポリイミドテープやセラミックス繊
維製のテープ、ポリエステルテープ、アラミドテープ、
ガラス繊維製のテープ等を使用することができる。

耐熱性の優れたテープを使用する場合は前記合金薄帯と
同組成の非晶質合金薄帯を重ねて巻回し巻磁心とした後
熱処理し合金を結晶化させることにより本発明磁心を得
ることができる。

積層磁心の場合は、前記合金薄帯の一層あるいは複数層
ごとに薄板状の絶縁物を挿入し層間絶縁を行うこともで
きる。この場合は、可塑性のない絶縁物を使用すること
もできる。たとえば、セラミックス板やガラス板、雲母
板等を挙げることができる。この場合も耐熱性の優れた
絶縁物を使用した場合、前記合金薄帯と同組成の非晶質
合金薄帯の一層あるいは複数層ごとに薄板状の絶縁物を
挿入し積層した後熱処理を行ない結晶化させ本発明磁心
を得ることもできる。

本発明磁心は、含浸しても従来のＦｅ基アモルファス磁
心のような著しい特性劣化がない特徴があり、優れた特
性のものとして得ることができる。

含浸は通常は熱処理前に行われるが、耐熱性のある含浸
剤を用いた場合は熱処理前に含浸しても良い。この場合
硬化を熱処理と兼ねて行うこともできる。

含浸材としてはエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、変
性アルキルシリケートを主成分とするフェス、シリコー
ン系樹脂等を使用することができる。

単ロール法で作製された合金薄帯を用いた巻磁心の場合
、薄帯作製の際ロールと接触した面を内側にして巻いて
も、外側にして巻いても良いが、絶縁テープと重ねて巻
く場合はロールと接触した面を外側にして巻いた方が巻
磁心作製が容易であり磁心の占積率を上げることができ
る。

また、巻磁心を作製する場合、張力をかけなから薄帯を
巻いた方が占積率が上がり好ましい結果が得られる。

巻磁心を作製する際巻初め及びまたは巻終りの部分は固
定されている方が望ましく、固定方法としてはレーザー
光照射あるいは電気エネルギーにより局部的に溶融し接
合する方法や耐熱性の接着剤あるいはテープにより固定
する方法がある。

このような方法を行なった磁心は熱処理の際巻磁心の形
がくずれにくく熱処理後の取扱いも容易であり好ましい
結果を得ることができる。

本発明磁心は重ね合わせて使用したり、組磁心として使
用したり、他の材質の磁心と複合化し複合磁心とするこ
ともできる。

本発明磁心は使用する薄帯表面をメツキしたりコーティ
ングして耐食性等を改善することもできる。また一般に
は非磁性金属あるいはｖＡ縁物からなる巻芯に巻回した
後、磁心外周をバンドでしめつける構造をとる。

巻芯やバンドの材質としては、非磁性ステンレス、真鋳
、アルミニウムフェノール樹脂やセラミックスを挙げる
ことができる。

特にさびが問題となる場合は耐圧性のある冷却オイル等
を循環させ、冷却と腐食防止を兼ね合わせることが好ま
しい。

また大型の磁心の場合、中心部あるいは外周部に金属を
配置し変形や損傷を防いだり、外周部を金属バンドでし
め固定する等により変形を防ぐ等の方法も行なえる。

また本発明磁心は磁歪が小さ（磁気・機械共振による絶
縁被膜の破壊やμ、の劣化等をなくしたり、著しく小さ
くすることができ信頬性の高い磁心が得られる。

また結晶質主体の合金を用いるため誘導磁気異方性がＣ
ｏ基アモルファス合金やＦｅ基アモルファス釡金を用い
た磁心よりつきにくく経時変化が著しく小さいという特
徴がある。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。

ス」Ｕ４上 原子％でＣｕ　１％、５ｉ１６．５％、８６％、　Ｎｂ
３％及び、残部実質的にＦｅからなる組成の溶湯から、
単ロール法により幅２５ｎｕｓ、厚さ１５μｍのリボン
を作製した。このリボンのＸ線回折を測定したところ第
１図に示すような非晶質合金に典型的なハローパターン
が得られた。次にこの非晶質リボンを電気泳動法により
片面約３μｍのＭｇＯコーティングを行なった後、外径
１００ｍｍ、内径６０ｍｍに巻き回し、窒素ガス雰囲気
中で熱処理を行った。熱処理の際全期間磁心の磁路と平
行方向（リボンの長手方向）に８００Ａ／ｍの磁場を印
加した。熱処理は１０℃／ｍｉｎの昇温速度で５１０℃
まで昇温後１時間保持した後２．５℃／ｌ１ｌｉｎの冷
却速度で室温まで冷却し行った。

熱処理後のリボンのＸ線回折パターンは第２図（ａ）に
示すように結晶ピークが認められた。第２図（ｂ）はこ
の熱処理後のリボンの透過電子顕微鏡により観察した模
式図である。

熱処理後の組織の大部分が微細な結晶粒からなることが
わかった。結晶粒の平均粒径は約１００人てあった。　
ＣｕとＮｂを複合添加した本発明磁心に用いられている
合金の結晶粒の形は球状に近く、平均粒径は約１００人
と著しく微細化されている。

Ｘ線回折パターン及び透過電子顕微鏡による分析から、
この結晶粒はＳｉ等が固溶したｂｃｃ構造のＦｅである
と推定される。Ｃｕを添加しない場合は結晶粒は大きく
なり、微細化されにくくかつ化合物相が形成しやすいの
で軟磁気特性も悪い、このようにＣｕ及びＮｂの複合添
加により得られる結晶粒の大きさ及び形態が著しく変化
することが確認された。

次に熱処理を行なったトロイダル磁心を直流磁化測定装
置および第４図に示す評価装置を用いて評価した。その
結果を第２表に示す。比較の為、第１表患２及びｌ１ｈ
５の試料を同様にＭｇＯコーティングし、測定した結果
を示す。

第２表から明らかな様に本発明合金はＮａｌのＦｅ基非
晶質合金、患５のＣｏ基非晶質合金と比べて、磁心体積
が小さく、かつ磁心損失も小さいのがわかる。ここで注
目すべきは、Ｆｅ基非晶質合金は、Ｂｓが高いにも拘わ
らずΔＢが小さい事である。この理由は、磁歪が大きい
為、ＭｇＯコーティングにより歪が入り、角形比が上昇
しない為と考えられる。

次に、第１表１）ｈｌ、　１ｌｈ５および上記本発明合
金を用い、第７図に示す回路を形成し、エキシマレーザ
発振を行なわせ、各材料の実機における特性比較を行な
った。磁気スイッチ用の磁心は、外径１７０ｍｍ、内径
８０＋＋ｍ、厚さ２５ｍｍ　（ＭｇＯ絶縁、占積率約６
４％）のコアを第８図に示す様に６個重ね合せて使用し
た。第３表にその結果を示す。

第３表から明らかな様に、ΔＢが大である事は磁心の小
型化におよび圧縮比を大とする為に重要ではあるが、磁
心損失が大きいと、エネルギー転送効率が劣化し、出力
レーザエネルギーも著るしく低下する。また高繰返しを
行なった場合には磁心損失による磁心の温度上昇が問題
となり、磁心損失の大きなものは使用できない。従って
、磁気スイッチ用コアとしては、まず第１に磁心損失を
重視し、次いでΔＢの大なることを重視すべきであるこ
とがわかる。

この様な観点で第３表を見ると、本発明合金はコンデン
サエネルギーの転送効率が高く、かつ圧縮比も十分にと
れ従来のＦｅ基非晶質合金や、Ｃｏ基非晶質合金と比べ
て優れることがわかる。

実施班１ 原子％で、Ｃｕ　１％、　Ｎｂ　３％、５ｉ１３．５％
。

Ｂ　９％残部Ｆｅからなる厚さ１５μｓ、幅２５ｍ＋ｍ
の合金薄帯を単ロール法により作製した。Ｘ線回折の結
果非晶質合金に特有なハローパターンを示した。ＤＳＣ
により１０℃／ｍｉｎの昇温速度でこの合金の結晶化温
度を測定したところ５０８℃であった舎 次にこの合金薄帯をＭｇＯで約３μｍ絶縁コーティング
したのち外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、巾２５ｍ５の
トロイダル状に巻回し、巻磁心とした。

この磁心をＮ２ガス雰囲気で熱処理を行った。

熱処理は８００Ａ／ｍの磁界を印加しながら５５０℃ま
で２０℃／ｌ１ｉｎＯ昇温速度で昇温し昇温間保持した
後２℃／ｆｆｌ１ｎの冷却速度で２５０℃まで冷却後磁
場印加をやめ炉外に取り出しチッ素ガスをふきつけ室温
まで冷却した。

なお透過電子顕微鏡およびＸ線回折の結果、熱処理後の
磁心材は実施例１と同様の組織であることが確認された
。

本発明磁心の８１＋　ΔＢ、μ、を測定した結果、各々
１．２４Ｔ、　　２．３５Ｔ、　　６３００の値が得ら
れ、また、磁心体積比および全磁心損失比を求めると第
２表との対比で０．８７．０．８１となり、いずれも従
来の非晶質合金と比べて優れた値となる。

ス」１）走 原子％で、Ｃｕ　１％、　Ｎｂ　３％、Ｓｉ７％、８９
％残部Ｆｅからなる厚さ１８μｍ、幅１５ｍｍの合金薄
帯を単ロール法により作製した。この合金のＸ線回折を
行ったところ非晶質合金に特有なハローパターンを示し
た。ＤＳＣにより１０℃／ｍ１ｎＯ昇温速度でこの合金
の結晶化温度を測定したところ４１４℃であった。

次にこの合金薄帯の表面に雲母粉末を電気泳動法により
つけたのち外径６０ｍｎ＋、内径３０ｍｍに巻き回しト
ロイダル磁心とした。

更にこの磁心をＡｒガス雰囲気中で１０℃／５ｈｉｎの
昇温速度で５７０℃まで昇温し１時間保持後硼心を炉外
に取り出し、空冷する熱処理を行った。

後で磁心材の組織を透過電子顕微鏡により観察したとこ
ろ実施例１と同様のＭｉ織を有していた。

同様のコーティング法により作製した同一形状の従来の
磁心と上記本発明磁心のＢｓｔ　ΔＢ、μ、およびその
磁心体積比全磁心損失比を第４表に示す。同表から、本
発明例は従来のＦｅ基およびＣｏｉ非晶質合金と比較し
、磁心体積および磁心損失ともに優れるのは明らかであ
る。

大施斑土 第５表に示す組成の幅１５ｍｍ、板厚１８μ糟の非晶質
合金薄帯を単ロール法より作製し、ＭｇＯで３μｍのコ
ーティングをしたのち外径６０ｍｍ、内径３０ｍａ＋に
トロイダル状に巻き、結晶化温度以上の温度で磁場中熱
処理を行なった。

得られたコアの磁心体積比および全磁心損失比を第５表
に示す。なお、得られた組織は実施例１とほぼ同様であ
った。

表から明らかな様に、本発明は従来のアモルファス合金
と比べて全磁心損失が著るしく小さくまた磁心体積も磁
心損失が比較的小さいＣｏ基アモルファスやＭｎ−Ｚｎ
フェライトと比べて著るしく小さくできる。またＦｅ基
アモルファス磁心に比べ著しく磁歪が小さいため、磁心
のうなりがほとんどなく、磁心を落下させても特性劣化
が小さい。

大施炎工 第６表に示す組成の幅１５ｍｍ、厚さ１８μｍの非晶質
合金薄帯を単ロール法により作製した。次いで、この薄
帯をＭｇＯで約３μｍのコーティングをした後、外径６
０ｍｍ、内径３０ｍ１）１のトロイダル状に巻回し、巻
磁心とした。

次に、この磁心を結晶化温度以上の温度で、磁場中熱処
理した。昇温は急加熱（炉中に磁心を装入）で行ない降
温は２℃／ｎ＋ｉｎで行なった。保持時間は１時間であ
る。熱処理後の合金は実施例１と同様の組織を有してい
た。第２表に磁気特性および磁心体積比、全磁心損失比
および磁歪を測定した結果を示す。

本発明磁心は従来の非晶質合金を結晶化させ作製した磁
心よりも全磁心損失が小さく、かつ磁心体積も小さくで
きるため本発明磁心は、従来にない優れた特性が得られ
る。

スＩＬ影 第７表に示す組成の幅１５ｍｍ、厚さ１８μ鋼の非晶質
合金薄帯を作製し雲母粉で約３μｍのコーティングをし
たのち、外径６０ｍｍ、内径３０１のトロイダル状に巻
回し、巻磁心とした。

次に、この磁心を結晶化温度以上の温度で磁場中熱処理
を行った。昇温速度は１０℃／ｍｉｎ、保持時間は１時
間、冷却速度は１．５℃／ｍｉｎとした。

熱処理後の合金の組織は実施例１と同様であった。

第７表に磁心体積比および全磁心損失比を示す。

各々の値は、第４表に示したと同様従来アモルファス合
金の値を１とした場合の比で示す。

第　　７　　表 第　　７　　表　鼓き） 第　　７　　表　懺き） 第　　７　　表　鋏き） 〔発明の効果〕 本発明によれば、高電圧パルス発生装置の磁気スイッチ
として、従来のＦｅ系あるいはＣＯ系アモルファス合金
では実現できなかった、低損失で小型かつ信頼性の高い
コアを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多段パルス圧縮回路の１例、第２図はパルスが
圧縮される様子の模式図、第３図は磁気スイッチコアと
しての磁心過程の模式図、第４図は磁心評価装置の概要
及び第５図はその各部波形、第６図はＨＰ１μｍの説明
、第７図はエキシマレーザ発振回路、第８図は磁気スイ
ッチコアを６個重ねた様子を示す図、第９図は非晶質合
金のＸ線回折パターン、第１０図（ａｌは発明合金のＸ
線回折パターン、（ｂ）はその透過電顕組織を示す図で
ある。 第１図 第２図 時　　　間 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 電λの流れる同さ 第９図 らに区 第１０図 ２θ（６） ２００人 （ｂ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　組成式： （Ｆｅ＿１＿−＿ａＭ＿ａ）＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−
   ＿ｙ＿−＿ｚ＿−＿α＿−＿β＿−＿γＣｕ＿ｘＳｉ＿
   ｙＢ＿ｚＭ′＿αＭ″＿βＸ＿γ（原子％） （ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、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１種の元素、Ｍ″はＶ，Ｃｒ，Ｍｎ
   ，Ａｌ，白金属元素、Ｓｃ，Ｙ，希土類元素、Ａｕ，Ｚ
   ｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種
   の元素、ＸはＣ，Ｇｅ，Ｐ，Ｇａ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｂｅ，
   Ａｓ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≦３，６≦ｙ≦２５，３≦
   ｚ≦１５，１４≦ｙ＋ｚ≦３０，１≦α≦１０，０≦β
   ≦１０，０≦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ｂｃｃＦｅ固溶体の結晶粒からなり、各結晶粒
   の最大寸法で測定した粒径の平均が５００Å以下である
   合金から成る鉄基軟磁性合金リボンを回してコア形状と
   なし高電圧パルス発生装置の磁気スイッチとして用いる
   ことを特徴とする磁心。
2. （２）　特許請求の範囲第１項に記載の磁気スイッチ用
   の磁心において前記合金が ０≦ａ≦０．１，０．５≦ｘ≦２，１０≦ｙ≦２５，３
   ≦ｚ≦１２，１８≦ｙ＋ｚ≦２８，２≦α≦８，の関係
   を有することを特徴とする磁心。
3. （３）　特許請求の範囲第１項ならびに第２項に記載の
   磁気スイッチ用の磁心において前記ｂｃｃＦｅ固溶体結
   晶粒の周囲が非晶質主体の相からなる合金から形成され
   たことを特徴とする磁心。
4. （４）　特許請求の範囲第１項ならびに第２項に記載の
   磁気スイッチ用磁心において前記合金組織が実質的に微
   細な結晶粒からなる合金から形成されたことを特徴とす
   る磁心。
5. （５）　特許請求の範囲第１項ならびに第４項に記載の
   磁気スイッチ用磁心においてＭ′がＮｂであることを特
   徴とする磁心。
6. （６）　飽和磁歪λ＿ｓが＋５×１０＾−＾６〜−５×
   １０＾−＾６の範囲にある合金から形成されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項に記載の磁心
   。
7. （７）　板厚が５μｍ〜２５μｍの合金薄帯から形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ６項に記載の磁心。
8. （８）　前記合金薄帯表面の１部または全面に絶縁層が
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   記載の磁心。