JPH05507178A - 金属ガラスリボンおよび雲母紙層間絶縁材を用いた磁心 - 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】 金属カラスリボンおよび雲母紙層悶絶縁材を用いた磁心発明の背景 １、発明の分野 本発明は強磁性金属ガラスリボンから製造された磁心、より詳細には７母紙から なる層間絶縁材を備えた磁心に関するものである。

２　先行技術の説明 強磁性金属ガラスリボンを用いた磁心は、磁性材料の隣接層間で１００ボルトに 及ぶ誘導電圧を生しる極めて高い磁化率（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｊ ｅ）のパルス電力用として用いられる。これらの積層品間に適切な絶縁が施され ていない場合は層間渦電流が発生し、その結果損失か増大し、金属ガラスリボン の卓越した磁性か損なわれる。

金属ガラスリボン製の磁心において最適磁性を得るためには、まず環状心がそれ らの最終形状に巻取られ、次いで環状心に円周磁界を付与した状態で焼なましさ れる。この焼なよしは、リボンの鋳造に際しての急冷、および環状心におけるリ ボンの湾曲に起因するリボンの曲げ応力の双方により生じる、金属ガラスリボン 内の応力を緩和する作用をもつ。焼なましに際して付与される磁界は、磁界方向 に沿った磁化の方向づけを容易に誘導する作用をもつ。金属ガラスリボン製の磁 心を磁界内で焼なましすることにより、真に方形のＢ−Ｈループを備えた磁心を 製造しうる。

残留磁気一対一最大誘導の比率か高いＢ−Ｈループさして定義される方形のＢ− Ｈループは、負の残留磁気から正の最大誘導に磁化される際に磁心内の磁束の変 化か最大となる。パルス電力用の軟磁性材料の関連特性を第３図に示す。垂直軸 ３１は磁気誘導またはＢ磁界であり、一方水平軸３５は付与された磁界またはＨ 磁界である。誘導の最大変化△Ｂ　３’４は、磁心に負の磁界を付与することに より磁心をまずリセットすることによって達成される。この磁界Ｈ，３９は、保 磁磁界（ｃＯｅｒｃｌｖｅ　ｆｉｅｌｄ）Ｈ，３８の数倍でなければならない。

磁心の誘導は、付与される磁界か−８，３９である場合に負の最大誘導−Ｂ、　 ３７に達する。次いで、磁心を負の残留磁気−Ｂ、　３６に戻させる。正の磁界 を付与した場合、磁心内の磁気誘導は負の残留磁気３６から正の最大誘導十Ｂ、 　３２に変化する。達成される最大誘導変化△Ｂ　３４はＢ、　３２のほぼ２倍 の大きさをとることかでき、これはループか真に方形であって、Ｂ、　３３かＢ 、　３２とほぼ同じ大きさである場合に達成される。高い電力パルス用途に用い られる磁心においては、磁気誘導の変化か大きいことか重要である。たとえば磁 心を誘導子として用いる場合、磁心の周りに環状巻線を配置する。磁心か飽和す ることなく、また誘導子のインダクタンスか低下することなく巻線に一定期間印 加しうる電圧は、磁心の断面積と磁心に用いた磁性材料の誘導の変化の積に依存 する。誘導の変化か大きい場合はより小さな断面積の磁心を用いることかでき、 従って磁心の体積および重量か小さくなる。

焼なましによりパルス電力用途について最大の誘導変化を達成することと同様に 重要であるか、焼なましにより磁心内の絶縁材か劣化してはならない。従って焼 なまし以前に磁心内に存在した絶縁材は、焼なまし温度−一高誘導金属ガラス合 金については一般に３００−４００℃で１−２時間−一に耐えなければならない 。

金属ガラス製磁心を製造するための現在の方法には、米国特許第２．　７９６゜ ３６４号明細書に示されるように先に多結晶買磁性材料用として開発された金属 アルコキシドの浸漬被覆か含まれる。金属ガラス上にメチルアルコール中のマグ ネシウムメチラートを用いることは、特にスミス（Ｃａｒｌ　Ｈ，Ｓｍ１ｔｈ） ト・オフ・エレクトリカル・アンド・エレクトロ二ンク・エンジニアズ発行、１ ００１７ニユーヨーク州ニユーヨーク、イースト４７ストリート３４５、に示す れる。これらの被膜は焼なましされ、溶剤か蒸発したのちリボンの表面に残され た金属アルコキシドか金属酸化物被膜に変化する。アルコール中のンリカのコロ イド状懸濁液てリボンを浸７！！被覆することによる金属カラスのブルーケル被 膜も、スミス、ナターンノおよびリーヘル７：／　（Ｃ，Ｈ，Ｓｍｉ　＋ｈ、Ｄ 、Ｎａｔｈａｓｉｎｇｈ、Ｈ，Ｈ，Ｌｉｅｂｅｒｍａｎｎ）により発表された報 文″ステップｄＢ／ｄ、を磁化の下ての非晶質ＦｅＢｓ１ｃ’Ｊホンにおける磁 気損失の厚さ依存性“、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ−這−−一９ｍ−Ｍ ａｇｎ＋、ｔｉｃｓ、ｖ。

１、ＭＡＧ−２０，Ｎｏ、５．１９８４年９月５日、ｐ、１３２０４３２２のｆ ｆ己載に従って用いられる。これらの絶縁性被膜は磁心の焼なましに必要な温度 に耐えるか、これら双方の絶縁法か与える層間電圧ホールトオフ（ｖｏｌｔａｇ ｅｈｏｌｄ　ｏｆｆ）は高々数十ボルトに制限される。この制限された電圧ホー ルトオフは、一般に１１００−２００ｎの厚さである被膜の薄さと共に、金属ガ ラスリボンの表面の粗さに起因するものである。従ってこれらの絶縁法により製 造された磁心は、磁心の隣接層間に低い電圧か誘導されるにすぎない比較的低い 磁化率の用途における使用に限定される。

金属ガラス製磁心に対して１験された他の類似の絶縁材は、蒸着された耐火性酸 化物、たとえばＳｉＯおよび５ｉ０２ならびにユニオン・カーバイト・コーポレ ーションのパリレン（ＰＡＲＹＬＥＮＥ）ポリマーフィルムである。たとえばス ミスおよびナターシン（Ｃａｒｌ　Ｈ，Ｓｍ１ｔｈ、Ｄａｖｉｄ　Ｍ、Ｎａｔｈ ａｓｉｎｇｈ）により発表された″高速パルス励磁下における金属ガラスの磁し クトロニック・エンジニアズ発行、１００１７ニユーヨーク州ニユーヨーク。

イースト４７ストリート３４５、を参照されたい。これらの蒸着法は真空室内で 実施され、このため大型磁心に必要な連続長の金属ガラスを取扱うのが極めて困 難かつ経費のかかるものとなる。

層間絶縁材を備えた金属ガラスを製造するための他の方法は、第２図に示すよう に金属ガラスを薄いポリマーテープと同時に巻取る（ｃｏ−ｗｉｎｄ）ものであ る。この方法は、ファルテンス、ローセンブルムおよびスミス（Ａ、Ｆａｌｔｅ ｎｓ、Ｓ、Ｓ、Ｒｏｓｔ＝ｎｂ　ｌｕｍ、Ｃ，ｌ−Ｌ　Ｓｍｉ　ｔｈ）により発 表された１９８５年４月、ｐ、３５０８−３５１０に述へられている。この磁心 の製法は、絶縁材の厚さに応して１当たり数百ボルトの電圧ホールトオフを与え る。

ある種の合金、たとえば公称組５５．Ｆｅ、６Ｃｏ１８Ｂ１．Ｓ１１のメトグラ ス（ＭＥＴＧＬＡＳ）合金２６０５ＣＯ（メトグラスはアライト−シグナル社の 登録商標である）は、供給スプール上で暁なましし、次いて高分子絶縁材と共に 慎重に巻直して環状心となすことかできる。この合金の比較的高い誘導磁気異方 性エネルギーは、磁気ひずみとひずみエネルギーの相互作用の傾向に抵抗してリ ボン内の磁化方向をラノダム化し、従ってＢ−Ｈループの方形性を低下させる。

ひずみエネルギーは焼なまし後の巻直しの結果生しるリボン内の曲げ応力により 生しる。

従ってそれらの最終形状において焼なましされた磁心とほぼ等しく良好な磁性を 備えた磁心を、磁気異方性二不ルギーの高いリボンから製造することはできるが 、焼なましは鉄ベース合金を脆化するので、巻直しは焼なましされていないリボ ンの巻取りより低速で、より慎重に行わなければならない。

金属カラス合金、たとえば公称組成かそれぞれＦｅ８１ｓｌ！　Ｓｓ　ｉｌ、ｓ ｃ２およびＦｅ７８Ｂ１３Ｓ１．てあり、より低い誘導磁気異方性エネルギーを もつメトグラス合金２６０５ＳＣおよび２６０５５−２は、同一合金の磁心かそ れらの最終形状において焼なましされた場合に得られるＢ−Ｈループと比較して 、それらのＢ−Ｈループの方形性を有意に低下させろことなく焼なましおよび巻 直しく７て磁心となすことはできない。第１表は３種の異なる金属ガラス合金の ３相の磁心の磁性を示す。各組の２種の磁心はその合金に適した条件下で焼なま しされた。各組の１種の磁心は焼なまし後にそれぞれ２５μの層の金属ガラスリ ボン間に挿入された１２μｍのポリエステル（マイラー、ＭＹＬＡＲ）テープと 共に巻直しされた。

残留磁気Ｂ、および１エルステｙ　）”　（８０Ａ／Ｍ）における最大誘導Ｂ１ 双方の低下が、各組につき認められる。達成しうる一Ｂ、から＋８１までの誘導 の変化を、各組につきΔＢとして示す。

第１表　直流Ｂ−Ｈループからめた磁性−−１２μｍマイラー（ポリエステル） テープ絶縁材合金　２６０５ＳＣ２６０５５−２２６０５ＣＯ焼なまし　３６５ ’Ｃ／２ｈｒ／１ｏｏｅ　３８０”Ｃ／２ｈｒ／１００ｅ　：１２５’Ｃ／２ｈ ｒ／２００ｅマイラーテープ　無　有　無　有　無　何ΔＢ　（Ｔ）　１１３　 ２．３６　２．８８　２．２７　３．４３　３．２２ΔＢ　低下　Ｃ％）　２５ 　２１　６ 大部分のポリマーは金属カラスに必７Ｈｔｌ焼なまし温度に耐えられない。それ に耐えられるもの、たとえばポリイミドは高価である。またポリイミドは金属ガ ラスリボンと同時に巻取った場合、焼なまし後の冷却に際して熱収縮差のため磁 性材料に応力を付与する傾向かある。これらの応力は、応力と磁気ひずみとの相 互作用により磁心の磁性を劣化させる傾向を示す。たとえば前掲のスミスおよび ナターシンによる報文を参照されたい。

直流Ｂ−Ｈループから測定された磁性をメトグラス合金２６０５ＳＣおよび２６ ０５ＣＯにつき第１１表に示す。各合金のリボンから２種の環状心か巻取られた ーー１種は１２μｍのポリイミド（カプトン、ＫＡＰＴＯＮ）テープを金属ガラ スリボンと同時に巻取ったものであり、１種はポリイミドテープを含まないもの である。次いでこれらの磁心を各合金に適した条件下で磁界において焼なましし た。ポリイミド絶縁材を含む磁心は双方とも、ポリイミドを含まない磁心と比較 して低下したΔＢ値を示す。この低下は、より小さい誘導磁気異方性エネルギー をもつメトグラス合金２６０５ＳＣにおいて最大である。

第１Ｉ表、直流Ｂ−Ｈループからめた磁性−一１２μｍカプトン（ポリイミド） テープ絶縁材合金　２６０５ＳＣ２６０５ＣＯ 焼なまし　３６５’Ｃ／２ｈｒ／１ｏｏｅ　３２５’Ｃ／２ｈｒ／２００ｅ１２ ＩＬＩＴ＋　カプトン　無　有　無　有ΔＢ　（Ｔ）　３．１０　０．７６　３ ．４７　２．９５ΔＢ　低下　（へ）　７５　１５ 従って金属ガラスリボン用の通常の被膜は焼なましした場合に良好な磁性を与え るが、電圧ホールドオフか比較的低い。金属ガラスリボンをポリマーと同時に巻 取るための常法によって適切な電圧ホールドオフを示す磁心は得られるが、特に 誘４ｒｉ！気異方性エネルギーが低いガラス状合金から形成された場合は磁性が 劣化する。当技術分野では、多種多様な金属ガラス合金に採用するのに適した、 かつ適切な層間絶縁性および最適磁性を備えた磁心を提供する磁心絶縁法が依然 としてめられている。

発明の概要 本発明は、金属ガラスリボンを焼なまししていない延性状態で迅速に巻取って磁 心を形成し、次いでこれをその巻取られた状態で焼なましすることによ−〕で効 率的に製造される、高い層間電圧ホールドオフ、および高い磁化率における卓越 （７た磁性を備えた磁心を提供する。一般にこの磁心は、少なくとも８０％のガ ラス質組織を倉む強磁性金属ガラス合金、および雲母紙絶縁材からなる。リボン および絶縁材は同時に巻取られて磁心を形成し、従ってその層は交互に金属およ び絶縁材である。次いで磁心はその巻取られた状態で焼なまし２され、それに方 形Ｂ−）（ループおよび高い有効磁束幅（ａｖａｉ　ｆａｂｌｅ　ｆ　ｌｕｘ　 ｓｗｉｎｇ）が与えられる６雲母紙絶縁材は３００ボルト以上の電圧ホールトオ フを与え、焼なまし温度により影響を受けず、かつ磁性リボンに応力を付与しな い。２１紙と同時に巻取られる磁心は、前記のように高い磁気ひずみおよび低い 異方性エネルギーを示す金属ガラス質組織につき用いるのに特に適している。そ れらの磁心はパルス電力用途において高い磁化率で用いるものとして指定される 。また磁心のリボン部材として適したものは、ナノ結晶質（ｎａｎｏｃｒｙｓｔ ａｌｌｉｎｅ）合金および多結晶質磁性合金である。

図面の簡単な説明 本発明は、以下の本発明の好ましい形態および添付の図面に関する詳細な説明を 診照するといっそう十分に理解され、他の利点も明らかになるであろう。

第１図は、金属リボンおよび絶縁テープを断面で示すために磁心の４分の１を切 取った絶縁環状心の透視図である。

第２図は、焼なましに際して磁心材料に磁界を付与するために用いられる巻線を 模式的に示した環状心の透視図である。および第３図は、パルス電力用途に関連 する特性、たとえば残留磁気、最大誘導および有効磁束変化を示した、欽強磁性 材Ｎ（ｓｏｆｔ　ｆｅｒｒａｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ）のＢ−Ｈル ープの模式図である。

好ましい形態の説明 本発明によれば、第１図において一般的に１０に示される磁心が提供される。

磁心１０は厚さ約１５−５０μｍの金属ガラスリボン２を厚さ約５−２５μｍの 雲母紙絶縁材１と同時に巻取って環状心となすことにより製造される。巻取りは リボン２と絶縁材１か交互の同心層を占めるように行われる。磁心１０の構成に 適した金属ガラスリボンの一例は、メトグラス合金２６０５ＣＯである。磁心１ ゜０の構成に適した雲母紙絶縁材の例はサミカ（ＳＡＭｒＣＡ）４１．００　（ エセックス・グループ社製、ニュー・・ンブツヤー州ニューマーケット）である 。雲母紙は純粋な雲母フレークの均質、柔軟な薄膜である。天然の雲母をます小 フレークとなし、流体中に懸濁させる。この流体から通常の製紙と同様な方法で ウェブ上に雲母紐を採取し、乾燥させる。巻取り操作ののち、磁心を真空中、ま たは不活性雰囲気、たとえば乾燥窒素もしくはアルゴンカス中で焼なましする。

、−の合金に適した焼なましは、磁心を加熱速膚約１−３−０’Ｃ／分で約３２ ５°Ｃの温度に加熱し、磁心を約３２５°Ｃの温度に１２０分間保持し１、次い て磁心を冷却速度約１−１０’ｃ／分て冷ｍｌさせる下片からなる。焼なましす 、イクル全体において、または少なくとも焼なましサイクルの冷却部においては 、第２図に示すように磁心１０の周りに巻付けた絶縁ワイヤ２２に電流２１を通 すこ、とにより、磁心に８００−１６００Ａ、／ｍｃ７）磁界を保持する。磁界 は、ワイヤ２２を通る電流２１　（アンペア）に、磁心１０５−１周して磁心１ ０の中心２・１を通るワイヤの巻き数を磁心１０の平均円周（メートル）で割っ たものを掛けることにより計算される。電流は電源２６により供給され、可変抵 抗２５により調節される。

本発明により構成される同時を取り磁心によりもたらされるｆ１点は、これらの 磁心の磁性を常法により製造された磁心のものと比較した場合に明らかになる。

高工不ルキーバルス：！一般に大きす電圧を用いる。これらの高い電圧を操作す るためには、磁心の周りの巻線に印加された電圧／巻きにｒ＜ルス持続時間を掛 けたものと同（、か、またはそれより大きい磁束取扱い容量（ｍａｇｎｅｔｉｃ 　ｆｌｕｘ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ）をｔ〕ツ磁心を備えた誘導 子および（・ランスを必要古する。磁心の磁束取扱い容量は、磁性材料の断面積 に磁性材料の磁気誘導の最大変化を掛けたちのに等しい。

本発明はこれらの金属ガラス合金のリボンを巻取って磁心となす方法を提供する 。本発明によれば、リボンはそれらか巻取られで磁心をＮＩＩ成した形状におい て、卓越した磁性を備六でいる。有利には、いずれの磁性含金から構成きれるリ ボンもＶ＃、なまじし、てい！Ｊい状態で、従っで脆性かより低い状態で巻取る ことかでき、より速やかな巻取り速度を得ることかでき、かつリボンの破断によ る巻取りの中断かより少ない。

第１ＩＩ表は雲母紙絶縁材と共に、および絶縁材なしに巻取られ、適宜な温度で 焼なましされた一対の磁心の直流Ｂ−Ｈループにつき測定した関連の磁性を示す 。いずれの合金についても磁性の劣化はごくわずかである。

第１ＩＩ表の結果を先行技術のものと比較することにより、本発明方法は従来得 られたものよりはるかに大きな値の有効磁束幅、△Ｂ、、ならびにかなり少ない Ｂ、およびＢ、劣化を示す磁心を提供することが明らかである。

第１Ｉ＋表、　＋ｌｆ流Ｂ−Ｈループからめた磁性＝ＥＪ紙絶紙材縁材に、およ び絶縁材なしに焼なましされた磁心合金　２６０５ＳＣ２６０５Ｓ−２２６０５ ＣＯ以上、本発明をかなり詳細に説明したが、これらの詳細に円軸する必要はな く、当業者には他の変更および修正が自明であり、これらはすへて請求の範囲に 定められた本発明の範囲にａまれることは理解されるであろう。

Ｆｉｇ、　１ Ｆｉｇ、　２ 要約書 強磁性金属カラスリホンおよび雲母紙絶縁材から磁心か製造される。リボンおよ び絶縁材は同時に巻取られ、従って層は交互に同心環をなす。巻取られた磁心を 、次いて真空中、または不活性雰囲気、たとえば乾燥窒素もしくはアルゴンガス 中で焼なましする。同時に巻取られたこの型の磁心は、高い磁化率における卓越 した磁性、および隣接層間における高い電圧ホールドオフを示し、パルス電力用 として特に適している。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　４年り１月／ど日 特許庁長官　麻　生　渡　殿　国 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　９１１０２５６３ ２、発明の名称 モーリスタウン、コロンビア・ロード　１０１゜ピー・オー・ボックス　２２４ ５ 名　称　アライド−シグナル・インコーホレーテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 請求の節回 １　少なくとも８０％のガラス質組織および１５〜５０μｍの厚さを有する強磁 性金属ガラス合金リボン、ならびに５−２５μｍの厚さを有する、純粋な雲母フ レークの均質かつ柔軟な薄膜からなる雲母紙絶縁材を含む、高い層間電圧ホール トオフ、および高い磁化率における卓越した磁性を備えた磁心において、該リボ ンおよび絶縁材か同時に巻取られて、交互層が金属および絶縁材である磁心を形 成し、該磁心が巻取られたのも燐なましされ、そのガラス賞Ｍｉ織を保持してい ２、付与された磁界の存在下で焼なまし工程が実施された、請求の範囲第１項に 記載の磁心。

３、金属ガラスが磁気ひずみを有する鉄ベース合金である、請求の範囲第１項に 記載の磁心。

４、金属ガラスがＦｅ６ａＣｏ＋８Ｂ＋ｓＳｉ＋ｓ　Ｆｅ＋ｕＢｔｇ、５Ｓｉ３ ．ｓＣｚおよびＦｅフＪ１３Ｓｉｓよりなる群から選ばれる公称組成を有する、 請求の範囲第２項に記載の磁心。

５、合金が焼なましののち結晶官または部分結晶室組織を有する、請求の範囲第 １項に記載の磁心。

６　金属ガラスが約ｌｐｐｍ以下の飽和磁気ひずみを有するコバルトヘース合金 である、請求の範囲第１項に記載の磁心。

７、高い層間電圧ホールドオフ、および高い磁化率における卓越した磁性を備え た磁心を製造するための、下記工程を含む方法：（ａ）強磁性金属ガラス合金リ ボン、および５−２５μｍの厚さを有する、純粋な雲母フレークの均質かつ柔軟 な薄膜からなる雲母紙絶縁材を同時に巻取って、交互層か金属および絶縁材であ る磁心を形成し、そして（ｂ）この同時巻取り工程ののち、そのガラス質組織を 保持した状態で磁心を焼なましする。

８、付与された磁界の＃在下で焼なまし工程か実施される、請求の範囲第７項に 記載の方法。

国際調査報告 一、　＾、、、、、、、、、　ＰＣＴ／ＬＩＳ　９１１０２５６３国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．金属合金リボンおよび雲母紙絶縁材を含むコアにおいて、該リボンおよび絶 縁材か同時に巻取られて、交互層か金属および絶縁材であるコアを形成したコア 。
2. ２．リボンが少なくとも８０％のガラス質組織を有する金属ガラス合金である、 請求の範囲第１項に記載のコア。
3. ３．コアが巻取られたのち焼なましされ、そのガラス質組織を保持している、請 求の範囲第２項に記載のコア。
4. ４．付与された磁界の存在下で焼なまし工程が実施された、請求の範囲第３項に 記載のコア。
5. ５．金属ガラスが磁気ひずみを有する鉄ベース合金である、請求の範囲第２項に 記載のコア。
6. ６．金属ガラスがＦｅ６６Ｃｏ１８Ｂ１５Ｓｉ１、Ｆｅ８１Ｂ１３．５Ｓｉ３． ５Ｃ２およびＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９よりなる群から選ばれる公称組成を有する、 請求の範囲第４項に記載のコア。
7. ７．コアが巻取られたのち焼なましされ、合金が焼なましののち結晶質または部 分結晶質組織を有する、請求の範囲第２項に記載のコア。
8. ８．金属ガラスが約１ｐｐｍ以下の飽和磁気ひずみを有するコバルトベース合金 である、請求の範囲第２項に記載のコア。
9. ９．磁心を製造するための、下記工程を含む方法：（ａ）金属合金リボンおよび 雲母紙絶縁材を同時に巻取って、交互層が金属および絶縁材であるコアを形成し ；そして（ｂ）この同時巻取り工程ののちコアを焼なましする。
10. １０．付与された磁界の存在下で焼なまし工程か実施される、請求の範囲第９項 に記載の方法。