JPH04103106A

JPH04103106A - 磁性コア

Info

Publication number: JPH04103106A
Application number: JP2222145A
Authority: JP
Inventors: Takao Sawa; 孝雄沢; Takao Kusaka; 隆夫日下; Yumie Watanabe; 渡辺　由美恵
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1992-04-06
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2938167B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えばノイズ低減素子に好適な磁性コアに関
する。

（従来の技術）高周波領域で大電流の制御を行う、例えばスイッチング
電源回路のような半導体回路においては、用いる半導体
自身の性質や他の回路的な要因により電流スパイクやリ
ンギングが発生し易く、これによって正常な回路動作が
妨げられたり、また半導体それ自身の破壊を招くことも
あった。さらには、上述した回路におけるスイッチング
動作等に基づく急激な電流変化により、伝導ノイズおよ
び放射ノイズが発生し、回路を組込んだ機器のノイズ障
害を招いてしまう。

このような半導体回路を組込んだ各種機器のノイズ障害
を防止する対策の１つとして、例えば半導体回路に組込
まれるべき整流素子のリード部に、フェライトビーズと
呼ばれる小型のインダクターを外嵌せしめることが行わ
れている。ここで、用いられるフェライトビーズとは、
フェライト粉をトロイダル形状に成形した後、これを焼
結して磁性コアを作製し、この磁性コアにさらに所定タ
ーンの巻線を施したものである。

しかし、このフェライトビーズを用いたノイズ低減素子
は、フェライトの角形比（Ｂｒ／Ｂ１）および飽和磁束
密度が小さいことから、ノイズ抑制効果が小さく、有効
使用のためには、その形状を大きくする必要があるとい
う欠点を有していた。

また、この素子の場合、作動時におけるフェライトの自
己損失によって、空心部の内径側と外径側との間に大き
な温度差が生じ、この温度差に起因してフェライトビー
ズが割損しやすいという欠点も有していた。

さらに、このフェライトビーズを整流素子のインダクタ
ーまたはコンデンサとインダクターとを組合せて用いた
場合、フェライトは電気抵抗が高く、磁気シールド効果
が小さいため、伝導ノイズおよび放射ノイズを抑制する
という点で充分な性能を有するとはいえず、実用上、信
頼性の点で必ずしも満足し得るものではなかった。

このようなことから、最近ではフェライトに替えて、非
晶質磁性合金薄帯を用いた磁性コアをノイズ低減素子と
して使用することが試みられている。この素子は、所定
の帯幅を有する非晶質磁性合金薄帯を巻回して、所定内
径の空心部を備えたトロイダル形状とし、全体をエポキ
シ樹脂のような樹脂でコーティングしたものである。

このような非晶質磁性合金薄帯を用いたノイズ低減素子
は、使用時における割損事故も少なく、長期間にわたっ
て安定して使用することができ、また可飽和性に優れる
ことから、微小なゼロクロススイッチングに対して有効
であるというような特徴を有している。

しかしながら、非晶質磁性合金薄帯は、保磁力が小さく
、透磁率が高いという優れた特性を有する反面、高周波
磁心に用いると渦電流損失が大きくなるという欠点があ
った。例えば特開昭６０−１６０６０３号公報では、テ
ープ表面の１０１２あたりに直径５〜５００μｌのテー
プ表面から裏面に貫通する孔を１個〜１００個形成する
ことによって、高周波磁心として渦電流損失を低減させ
ている。しかしながら、さらに上述したように磁気曲線
の傾きが急峻で、低磁場において可飽和状態に達してし
まうことから、比較的大電流で使用する場合には、イン
ダクタンスが瞬時にほぼ零となるため、十分なノイズ低
減効果か得られないという難点を有していた。

（発明か解決しようとする課題）このように、従来の磁性コアにおいては、高周波領域で
のノイズ低減が不十分であったため、ノイズ低減に有効
な飽和磁束密度を有すると共に、磁束密度が飽和状態に
到達する磁場を高磁場下した磁性コアが強く望まれてい
る。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、磁気的に飽和しづらくすることによって、高磁場
下においてもインダクタンス値を示す磁性コアを提供す
ることを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本発明の磁性コアは、軟磁性合金薄帯を用いた
磁性コアにおいて、前記軟磁性合金薄帯は、その表面１
ｍｍ２あたりピンホールが１個〜５０個形成されること
を特徴とするものである。

本発明の磁性コアに用いる軟磁性合金薄帯としては、例
えば溶融状態の合金を高速移動する冷却体上に射出し、
急冷することによって得られるＦｅ基もしくはＣＯ基非
晶質磁性合金薄帯、あるいはこのような非晶質磁性合金
薄帯に熱処理を施して、超微細結晶粒を析出させたＰｅ
基微細結晶合金薄帯等が例示され、かつ微細なピンホー
ルを多数有しているものである。

上記非晶質合金薄帯としては、一般式：　　（Ｌ−Ｍ’　、　）　ｔｏｏ−、Ｘ、　　
−（１）（式中、ＨはＰｅおよびＣｏから選ばれる少な
くとも１種の元素を、Ｈ′はＴｉ５Ｖ　ｓ　Ｃｒ、　Ｍ
ｎ５Ｎｌ、Ｃｕ。

Ｚｒ５Ｎｂ、　Ｍｏ５ＴａおよびＶから選ばれる少なく
とも１種の元素を、ＸはＢ　Ｓ８１、ＣおよびＰから選
ばれる少なくとも　１種の元素を示し、ａおよびＸはそ
れぞれＯ≦ａ≦０，１５．１０ａｔ％≦Ｘ≦３５ａｔ％
を満足する数である。以下同じ）で表される組成を有するものか例示される。

これら合金のうち、Ｃｏを基とし、磁歪か絶対値で３Ｘ
１０−６以下、より好ましくは１ｘｉｏ−６以下の非晶
質磁性合金が好ましく、特に一般式％式％（）（式中、ｂ、ｃおよびｙはそれぞれ、０１吋≦ｂ≦ｏ、
ｉ、　　ｏ≦Ｃ≦０．１．１０ａｔ％≦ｙ≦３２ａｔ％
を満足する数である）で表される組成を有する合金が好適である。

さらに好ましい合金としては、一般式（Ｃｏｄ−ａ−ｓ　　Ｐｅａ　　　Ｍ’　　＊　　）　
　＋ｏｏ−＋　　（Ｓｉｔ−ｆ　　Ｂ＋　　）・・・・
・・　（ｍ）（式中、Ｍ′はＶ　、ＣｒＳＭｎ、　Ｎｉ５Ｃｕ、　Ｎ
ｂ５Ｍ０．％ＴａおよびＶから選ばれる少なくとも　１
種の元素を示し、ｄ　−ｅ　ｓ　ｆ’およびＺはそれぞ
れ０．０１≦ｄ≦０．０８．０≦　ｅ≦０．１．０．２
≦ｆ≦０．５．２０ａｔ％≦２≦３０ａｔ％を満足する
数である）て示されるＣｏ基アモルファス合金である。

これらの合金において、Ｍ、Ｍ’およびＸ′はいずれも
磁気特性の改善および合金の熱安定性の改善に有効な元
素である。

また、Ｘは合金の非晶質化に必須な元素であるが、その
含有量が１Ｏａｔ％未満の場合または３５ａｔ％を超え
ている場合は合金を非晶質化することが困難になる。Ｘ
で表される元素のうち、（ＩＩＩ）式のようなＳｔとＢ
との組合わせが熱安定性の点から好ましく、その場合、
ＳｌがＢよりも多く含有されていることか合金の熱安定
性と保磁力の点から一層好ましい。

これら非晶質合金の薄帯は、溶湯急冷法とじて常用され
ている方法により、任意の組成と薄帯形状のものを容易
に調製することができる。またこれらは、通常、結晶化
温度以下の温度で熱処理を施すことにより、各種の特性
を改善することができる。

また、超微細結晶粒を析出させたＦｅ基超超微細結晶合
金薄帯しては、Ｆｅ１ＯＯ−１−ｈ−１−１−に−＋ｅ　Ｃｕ、　　Ａ
ｈ　　Ａ’　＋　　Ａ′Ｓｉｔ　　Ｂ−・・・・・・（
ＩＶ）（式中、ＡはＩＶａ族元素、Ｖａ族元素およびＶｌａ族
元素から選ばれる少なくとも　１種の元素を、Ａ′はＮ
ｉおよびＣｏから選ばれる少なくとも　１種の元素を、
Ａ′はＭｎ５Ａｔおよび白金族元素から選ばれる少なく
とも　１種の元素を示し、ｇ　Ｓｈ　Ｓｌ　ｓｊｌにお
よびｌはそれぞれ０．５ａｔ％≦ｇ≦５ａｔ％、ｆａｔ
％≦ｈ≦１０ａｔ％、０≦ｌ≦３ａｔ％　　０≦ｊ≦１
０ａｔ％、１０ａｔ％≦に≦２０ａｔ％、３ａｔ％≦１
≦１２ａｔ％、１３ａｔ％≦に＋ω≦３０ａｔ％を満足
する数である）で表される組成を有し、かつ合金組織内
に超微細結晶粒を有するものが例示される。

上記Ｐｅ基超超微細結晶合金薄帯は、溶湯急冷法等によ
り非晶質合金薄帯を形成した後、結晶化温度以上の温度
で熱処理を施し、例えば平均粒径５０ｎｒＡ以下の超微
細結晶粒を析出させることによって得ることができる。

そして、本発明の磁性コアは、上述したような各種軟磁
性合金薄帯に多数のピンホールを設け、それを所定形状
に巻回もしくは積層したものであり、上記ピンホールに
より軟磁性合金薄帯の磁気異方性を制御することによっ
て、磁気的に飽和しすらくしたちのである。ここで、本
発明で言うピンホールとは、薄帯の表面から裏面に貫通
した孔を意味している。

上記ピンホールは、非晶質合金薄帯およびＦｅ基超超微
細結晶合金薄帯共、例えば合金溶湯を急冷して薄帯化す
る際の条件を適切に設定することによって、均一に形成
することができる。

上記ピンホールを形成するための薄帯化の際の具体的な
条件は、例えば以下の通りである。

■　非晶質合金薄帯の板厚を、２０μ園以下に設定する
。

■　ノズルから射出された合金溶湯が冷却体に接触する
間の雰囲気を、大気圧以上とする。

■　合金溶湯を冷却体に対して射出する際の圧力を、０
．０１〜０．１５ｋｇ／　ｃｄの範囲とする。

■　冷却体の移動速度を、２５〜５０ＩＩ／ｓｅｃの範
囲とする。

■　ギャップを０．０５〜０．５＋ｕ＋とする。

■　ロールの表面粗さをＲａで０，２μｍ以上とする。

上述したような条件を満足させて、合金溶湯を急冷して
軟磁性合金薄帯を形成することにより、微細なピンホー
ルが均一に形成される。

上記ピンホールは、合金薄帯１■２の面積に対し　１個
〜５０個の範囲で形成されることが好ましい。

ｌｌｌ１ｌＩ２あたりのピンホールの数が１個未満では
低磁場で磁気的に飽和し易く、また５０個を超えると連
続した薄帯を形成することが困難となると共に、総磁束
の低下が著しくなるためである。より好ましい合金薄帯
１＋＋＋ａ＋２あたりのピンホールの数は、３個〜４０
個の範囲であり、さらに好ましくは５個〜３０個の範囲
である。

また、上記ピンホールは、細孔を多数均一に分布させる
ことがコア成形時の歩留りの点から好ましい。このよう
なことから、上記ピンホールの長径は０．１〜６００μ
ｍ程度とするとよい。より好ましくは１〜５００μｍの
範囲である。また、ピンホールの平均長径は、１０μ１
１〜５００μｍ程度とすることが好ましい。さらに、開
口面積比は、０．１％〜２０％程度とすることが好まし
く、より好ましくは０．５％〜１５％の範囲である。

ここで、軟磁性合金薄帯の板厚は、上記したようにピン
ホールの形成のしやすさから２０μ■以下とすることが
好ましく、また板厚を薄くすることにより、高周波域で
の損失を抑制することも可能となる。軟磁性合金薄帯の
より好ましい板厚は１８μＭ以下であり、さらに好まし
くは１６μｍ以下である。なお、ここで言う板厚とは、
重量法による平均板厚を指すものとする。

本発明の磁性コアは、例えば以下のようにして作製され
る。

まず、所定の幅および厚さを有し、微細なピンホールか
均一に分布された軟磁性合金薄帯を、所定直径のボビン
を芯体にして巻回する。薄帯巻回部の肉厚、重量あるい
は長さか所定の値になった時点で薄帯の巻回操作を停止
し、巻き戻りが起こらないような処置、例えばレーザー
溶接等を施した後ボビンを除去する。これらの操作によ
り、中心にボビンの直径と同径の空心部を有し、薄帯の
幅がそれ自体の高さとなる巻回体が得られる。次に、こ
の巻回体に所定の熱処理を施した後、静電塗装等のコー
ティングを施すか、あるいは所定寸法のケースに入れる
ことによって、本発明の磁性コアが得られる。

また、積層の場合には、薄帯から所定寸法の回廊状片を
打ち抜き成形し、二の回廊状片を所定の寸法となるよう
に積層し、得られた積層体に樹脂コーティング等を施す
ことによって得られる。

なお、本発明の磁性コアをノイズ低減素子として使用す
る場合には、整流素子、コンデンサ素子のような各種素
子から導出されているリード部に、その空心部を嵌め込
むことによって使用される。

また、各種素子のリード部に挿通して使用されるだけで
なく、半導体回路のラインに嵌込むことにより、ノイズ
低減の効果を得ることもできる。また、その使用態様に
おいて、リード部に巻回体の空心部を単に挿通させるだ
けでな（、電気絶７縁性の合成樹脂を用いて両者をモー
ルドして一体化してもよい。

（作　用）本発明の磁性コアにおいては、軟磁性合金薄帯にピンホ
ールを多数設けているため、このピンホールにより合金
薄帯の磁気異方性が制御され、磁気的に飽和しずらい状
態となる。すなわち、磁化曲線（Ｂ−Ｈループ）の傾き
が緩かで、磁束密度が飽和状態に到達する磁場が高磁場
側にシフトしたものとなる。

（実施例）次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１（ＣＯｏ　　９ｉＰｅｏ、ｏｓＮｂｏ、ｏ２）　　ｔ３
ｓｉ＋４３＋３で表される合金組成物を調合し、これを
原料溶融容器に投入して溶融した。

次いで、大気中で上記合金溶湯をノズルから周速３ＢＩ
ｌ／ｓｅｃに制御された冷却ロールの周面上に圧力０．
１ｋｇ／ｃ−で射出し、溶湯を超急冷してＣＯ基非晶質
合金薄帯を得た。

得られた薄帯の平均板厚は１３μ圓であり、また幅は５
ｗｍであった。

また、上記Ｃｏ基非晶質合金薄帯には、微細なピンホー
ルが多数形成されており、このピンホールによる総開口
面積比は１．２％、平均径は３０μｍ１また平均形成数
は８個／ａｍ２であった。

次に、上記Ｃｏ基非晶質合金薄帯を巻回した後、４４０
℃で３０分間の熱処理を施し、磁性コアを得た。

また、本発明との比較として、薄帯作製を２×１Ｏ−２
Ｔｏｒｒの減圧下で行うことにより、板厚が同じでピン
ホールのない同組成のＣｏ基非晶質合金薄帯を形成し、
これを用いて上記実施例と同一形状の磁性コアを作製し
た。

このようにして得た上記実施例および比較例による磁性
コアのＢ−Ｈ曲線を測定した。その結果を第１図に示す
。

第１図から、上記実施例による磁性コアは、比較例のコ
アに比べてＢ−Ｈ曲線の傾きが大きく、高磁場下まで飽
和しづらいものであることが分る。

また、上記実施例および比較例による磁性コアを、第２
図に示す回路においてそれぞれ逆電流の大きなダイオー
ドＤ１に直列につなぎ、電源の出力ノイズを測定した。

その結果、上記実施例による磁性コアを用いた場合、比
較例の磁性コアを用いた場合に比べて出力ノイズが約１
／３となり、ノイズ低減効果に優れることか実証された
。

実施例２Ｆｅ７２Ｃｕ＋　　Ｖ６　Ｓｉ＋ｉ　Ｂｓで表される合
金組成物を用い、ロール周速条件を２８〜４０ｏ／ｓの
範囲で変化させる以外は実施例１と同様な単ロール法に
よって、単位面積あたりのピンホールの数を種々変化さ
せた非晶質合金薄帯をそれぞれ作製した。なお、板厚は
平均板厚で１１〜１４μ釦とした。

次に、これらの非晶質合金薄帯をトロイダル状に巻回し
、５６０℃で１時間熱処理することによって微細な結晶
粒を析出させ、Ｆｅ基超超微細結晶合金薄帯よる磁性コ
アをそれぞれ得た。

このようにして得た各磁性コアに、１００ｋＨｚにおけ
る１００ｅの磁場を印加した際の磁束密度をその材料の
飽和磁束密度に対する比として測定した。

その結果を第３図に示す。

第３図から明らかなように、単位面積あたりのピンホー
ル数の増加と共に急激にＢＩＯ／ＢＳの値は減少し、本
発明による磁性コアでは磁気的な飽和はしづらくなって
いることが分り、高い磁場中である程度のインダクタン
ス値をもつことが分る。

［発明の効果］以上説明したように本発明の磁性コアは、磁気的に飽和
しづらく、高磁場下においてもある程度のインダクタン
ス値を示すため、例えばノイズ低減素子として有効に利
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による磁性コアのＢ−Ｈ曲線
を従来の磁性コアと比較して示す図、第２図は本発明の
実施例で磁性コアの評仮に用いたスイッチング電源の回
路図、第３図は本発明の、他の実施例における単位面積
あたりのピンホール数とＢ＋ｏ／Ｂ３値との関係を示す
図である。出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軟磁性合金薄帯を用いた磁性コアにおいて、前記
軟磁性合金薄帯は、その表面１ｍｍ＾２あたりピンホー
ルが１個〜５０個形成されることを特徴とする磁性コア
。