JPH06101403B2 - 磁気コア及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は磁気コア及びその製造方法に関する。

ロ．従来技術 交流に使用する変圧器、チョーク、ノイズフィルタ（ノ
イズリミッタ）や、モータや発電気等の回転電気機器に
用いられる磁気コアの材料として、従来から、純鉄、珪
素鋼、パーマロイ、センダスト等の磁性金属又は合金が
使用されている。上記の磁性金属又は合金は導電性が大
きく、周波数が高くなると渦電流損失が増大して磁気特
性が劣化する。従って、上記の磁性金属又は合金を高周
波用の磁気コアに使用する場合は、薄板や箔としてこれ
を積層し、必要に応じて板又は箔間を絶縁して渦電流に
よる磁気特性の劣化を防止しており、コア成形に手数が
掛かる。

また、上記磁性金属又は合金の粉末を加圧成形した所謂
圧粉コアの使用も試みられている。圧粉コアは、上記磁
性金属又は合金の粉末を絶縁性バインダを使用して加圧
成形したものであって、粉末同士は互いに絶縁性バイン
ダの薄層を介して固められている。従って、コアが夫々
の細分された孤立微粒子の集合体としているので渦電流
損失は著しく減少し、周波数による磁性特性の変化が小
さく、例えば透磁率の高周波側における低下が少なくな
る。このような透磁率の周波数による変化が小さいとい
う性質は、例えばノイズフィルタ用のコアにとって望ま
しい重要な特性の一つである。これに加えて、磁束密度
が高く、かつ、或る程度の履歴損失を有することが、ノ
イズフィルタ用のコアとして必要な特性である。圧粉コ
アはこのような特性を満たすものとして、ノイズフィル
タ用に広く採用されている。然し乍ら、近年の電気機器
に対するノイズ対策の厳しさから、現用の圧粉コアの透
磁率では不十分となってきていて、更に透磁率を改善し
たいとの要望が強くなっている。例えば、現用の圧粉コ
アの初透磁率は、1kHzの場合で純鉄では約70、パーマロ
イ、センダストはいずれも約120以下であり、これを120
以上、望ましくは150以上に改善することが強く望まれ
ている。

このような磁気特性を改善する手段として、磁気コアの
材料を現用材よりも優れた新材料に変更することが考え
られる。非晶質合金には、高透磁率、低保磁力で従来の
合金に無い優れた軟磁性を示すと共に、電気抵抗率が高
く、周波数による磁気特性の変化が少ないものがあり、
前述した磁気コアへの適用が試みられると共に、一部に
は実用に供されている。

非晶質合金は、一般に、液体急冷法によって極薄のリボ
ンとして供給されている。軟磁性非晶質合金を磁気コア
に用いる場合は、リボンをトロイダル状に成形した巻き
コアや、リボンを所定の形状に打抜いたものを積層した
積層コアとする。このようなリボン材を加工した巻きコ
アや積層コアは、透磁率が非常に高く、かつ、薄層積層
の構造であるので渦電流損失による磁気特性の劣化が比
較的小さいので、高周波用の変圧器やチョーク用の磁気
コアとして一部に実用化されている。ところが、非晶質
合金のリボンからなる磁気コアは、周波数が100kHz以上
に高くなると、やはり透磁率の低下が著しくなる。ノイ
ズフィルタ用の磁気コアには、1MHz程度の周波数迄透磁
率が出来るだけ一定で、而も或る程度の履歴損失を有す
ることが望まれており、非晶質合金リボンからなる磁気
コアは、ノイズフィルタ用としては好適ではない。

その上、非晶質合金は通常厚さ数十μｍ、幅100mm程度
のリボン状のものとして供給されており、所定の寸法の
板材とするには切断による破損や重ね合わせに際しての
接着に問題があり、取扱いが非常に難しい。その上、所
定の厚さにするには幾層にも積層せねばならず、多くの
工数を要して生産性の点で難がある。

ハ．発明の目的 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、
周波数10kHzでの初透磁率が120以上であり、かつ、1MHz
程度の周波数域迄この値の低下が少ない磁気コア及びそ
の製造方法を提供することを目的としている。

ニ．発明の構成 本発明の第一の発明は、厚さ５〜100μｍ、アスペクト
比（但し、アスペクト比は最小長さに対する最大長さの
比である。）10〜15000の軟磁性非晶質合金フレークか
らなる非晶質合金層と電気絶縁層とが積層されて積層構
造をなしている磁気コアに係る。

本発明の第二の発明は、厚さ５〜100μｍ、アスペクト
比10〜15000の軟磁性非晶質合金フレークを電気絶縁フ
ィルム上又は電気絶縁フィルム間に略均一厚さに配置さ
せた後に前記非晶質合金フレークと前記電気絶縁フィル
ムとを固着させて前記非晶質合金フレークからなる層と
前記電気絶縁フィルムとの積層体とする工程と、前記積
層体を重ねて前記非晶質合金フレークからなる層と前記
電気絶縁フィルムとの多層構造とする工程とを有する、
前記第一の発明に係る磁気コアの製造方法に係る。

軟磁性非晶質合金フレーク（以下、短に非晶質合金フレ
ークと呼ぶ。）の厚さを５μｍ未満にすると非晶質合金
フレークの製造が困難であり、これが100μｍを越えて
厚くなると非晶質化が難しくなるので、この厚さは５〜
100μｍとする。特に好ましい厚さは20〜60μｍであ
る。

非晶質合金フレークのアスペクト比が10未満では、非晶
質合金フレークの透磁率が低下し、非晶質合金フレーク
の磁気特性が変化し、また、積層が難しくなる。他方、
上記アスペクト比が15000を越えると、非晶質合金フレ
ークの取扱いが面倒になり、生産性が低下するようにな
る。アスペクト比の特に好ましい範囲は50〜10000であ
る。その材料としては、例えばコバルト基、鉄基の非晶
質合金でよい。

ホ．実施例 先ず、本発明の好ましい態様について説明する。

基体には絶縁性プラスチックフィルムを使用すると、非
晶質合金フレークからなる層と基体とからなる複合体が
薄くでき、かつ、可撓性が付与され、この複合体を巻回
して容易に筒状の磁気コアとすることができ、好都合で
ある。以下、この複合体を非晶質合金複合シートと呼
ぶ。

非晶質合金複合シートは、所定の形状、寸法に切断し、
その複数枚を重ね合わせて積層し、或いは適当な芯材を
使用して巻回して積層し、加熱融着又は接着剤によって
接着し、所定の寸法に切断して磁気コアとする。

非晶質合金複合シートは例えば次のようにして製造され
る。

（１） 絶縁性プラスチックフィルムの上に接着剤を塗
布し、その上に非晶質合金フレークを均一に載置し、接
着剤によって非晶質合金フレークとプラスチックフィル
ムとを接着する。

（２） 絶縁性プラスチックフィルム上に非晶質合金フ
レークを均一に載置し、更にその上に絶縁性プラスチッ
クフィルムを被せ、これを加熱された２個のロールの間
を通す、或いは加熱された２枚のプレス板の間で加圧し
て、加熱圧着によって一体の非晶質合金複合シートとす
る。加熱温度は非晶質合金の結晶化温度よりも低く、プ
ラスチックフィルムが十分に軟化する温度以上とする。

第７図（ａ）は上記（１）の方法で製造された非晶質合
金複合シートの断面図で、プラスチックフィルム２表面
には非晶質合金フレーク１が均一に配置され、両者は接
着剤３によって一体になっている。第７図（ｂ）は上記
（２）の方法で製造された非晶質合金複合シートの断面
図で、２枚のプラスチックフィルム２の間に非晶質合金
フレーク１が積層していて、加熱圧着によってプラスチ
ックフィルム２の一部が非晶質合金フレーク１の間隙に
侵入し、この侵入したプラスチックフィルム2aによって
非晶質合金フレーク１の間隙が充填され、かつ、プラス
チックフィルム２は非晶質合金フレーク１の表面に密着
する。

なお、第７図（ａ）、（ｂ）共に、上下方向の寸法は拡
大して示してある。

第８図は第７図（ｂ）の非晶質合金複合シートの平面図
で、非晶質合金フレーク１の配置状態を示している。但
し、第８図ではプラスチックフィルム２は薄く、透明で
あるので、図示省略してある。第７図（ａ）の非晶質合
金フレークの平面的配置も第８図と同様である。

非晶質合金フレーク１の単位面積当たりの量は、大きい
程磁気特性が良好になるが、可撓性がなくなり、取扱い
が難しくなるため、2000g/m²以下とするのが良く、これ
が5g/m²未満では相対的にプラスチックフィルムの量が
多く、非晶質合金フレークの量が少なくなって、磁気特
性の上で不都合になる。従って、非晶質合金フレークの
量は５〜2000g/m²とするのが良く、特に50〜1000g/m²が
好ましい量である。

プラスチックフィルム２の厚さは、５μｍ未満では取扱
いが面倒になり、500μｍを越えると可撓性が乏しくな
るので５〜500μｍとするのが良い。特に好ましい範囲
は20〜100μｍである。

この非晶質合金複合シートを製造するには、所望の磁気
特性に合わせて所定重量を秤量した非晶質合金フレーク
を使用して前記（１）又は（２）の方法によれば良く、
製造が極めて容易である。而も、各非晶質合金フレーク
２は方向がランダムになって均一に配置、積層するの
で、自然に無方向性となる。これに対して非晶質合金リ
ボンや結晶質合金薄帯を積層するには、切断と接着の繰
返し、無方向性にするためにクロス方向及び角度を変え
た接着をしなければならず、その作業は甚だ煩わしい。
なお、本発明にあって方向性を要求させる場合は、非晶
質合金フレークの均一配置時に所定の方向に沿った若干
の磁場をかければ、非晶質合金フレークを長手方向に揃
え、方向性を付与することができる。

非晶質合金フレークは、リボンからの切断や公知のメル
ト・エクストラクション法によって作ることができる
が、生産性の観点及び非晶質合金フレークの周縁を薄肉
にできることから、本出願人が先に特開昭58−6907号公
報で提示したキャビテーション法（熔融金属に対して濡
れ性の小さな表面層を有し、高速で回転しているロール
表面に熔融金属を供給し、この熔融金属を微細な熔融金
属滴に分断した後、引続いてこの熔融金属滴を高速で回
転する金属回転体に衝突させて急速凝固させる方法。）
を応用することが望ましい。

以下に本発明の具体的な実施例について説明する。

実施例１ 前記キャビテーション法によってCo_68.8Fe_4.2Si₁₆B
₁₁（元素記号に付した数字は当該元素成分の原子％を表
す。以下同じ。）の非晶質金属フレークを作製した。こ
の非晶質合金の磁歪は零、飽和磁束密度は7000G、透磁
率は10000、結晶化温度は540℃である。またこの非晶質
合金フレークの厚さは30〜40μｍ、アスペクト比は200
〜600である。

この非晶質合金フレークを厚さ20μｍのポリエステルフ
ィルム上に互いに接触しないように、而もなるべく密に
なるように均一に分散し、接着剤でフィルムに固定し、
非晶質合金複合シートとした。このシートを外径12mmφ
の丸棒を芯にして70回巻付け、外径20mmφの磁気コアを
素材とした。巻付けに際してはフィルムを内側にして巻
付けてある。これを内径20mmφの金型に挿入して固定
し、270℃に10分間加熱して磁気コア素材のフィルムを
融解し、フィルムを非晶質合金フレークに融着させる。
冷却後金型から取出し、芯の丸棒を外して円筒状の磁気
コア素材とし、軸方向に垂直の方向に6mmの高さにファ
インカッタで切断し、全周にエポキシ樹脂塗料を塗布
し、磁気コアとした。

第１図はこの磁気コア４の拡大部分断面図、第２図は同
じく斜視図である。非晶質合金フレーク１は、一方の側
のフィルム２に接着剤３によって接着され、他方の側の
フィルム２に融着されて、磁気コアは一体になってい
る。

この扁平円筒状の磁気コアに、内、外周及び両端面を囲
むように0.8mmφの銅線を20回巻付け、周波数と初透磁
率との関係を測定した。測定結果は第３図に示す通りで
あって、初透磁率は周波数100kHz迄150を越えて一定で
あり、周波数1MHzでも初透磁率の低下は少ないことが判
る。なお、従来の純鉄圧粉コアの1kHzにおける初透磁率
は70である。

第４図は各周波数毎の初透磁率と1kHzでの初透磁率との
比（μof/μolHz）を示している。同図には、比較のた
めに従来の純鉄圧粉コアについての同様の測定結果が併
記してある。第３図及び第４図から、本実施例の磁気コ
アは、周波数1MHz迄初透磁率の低下が少なく、比較の純
鉄圧粉コアに比べてこの磁気特性が大幅に改善されてい
ることが判る。

実施例２ 前記実施例１におけると同様にしてFe₇₅Si₁₅B₁₀の組成
を有する非晶質合金フレークを製造した。この非晶質合
金の磁歪は30×10^-6、飽和磁束密度は16kG、結晶化温度
は560℃である。また、この非晶質合金フレークの厚さ
は20〜30μｍ、アスペクト比は30〜100である。

この非晶質合金フレークを厚さ20μｍのポリエチレンフ
ィルム上に２〜５層重ね合わせるように均一に積層し、
更にその上に厚さ20μｍのポリエチレンフィルムを重
ね、70℃に加熱された２個の金属ロールの間を通過させ
て加熱圧着し、厚さ約150μｍの非晶質合金複合シート
とした。

この非晶質合金複合シートの片面にエポキシ系接着剤を
極めて薄く塗布し、この塗布面を外側にして外径10mmφ
の丸棒を芯にして35回巻付け、接着剤の固化を持って芯
の丸棒を抜取り、円筒状磁気コア素材とした。この素材
を5mm厚のリング状に切断し、両端面にエポキシ系塗料
を塗布して第３図に示したと同様の扁平円筒形の磁気コ
ア14とした。第５図はこの磁気コアの拡大部分断面図
で、非晶質合金フレーク１からなる層はプラスチックフ
ィルム２に挟まれて積層し、非晶質合金フレーク１の間
隙は、加熱圧着によって融解、侵入したプラスチックフ
ィルムの一部2aによって充填され、プラスチックフィル
ム２は非晶質合金フレーク１からなる層に密着し、相隣
れるプラスチック２同士は接着剤３によって接着し、磁
気コアは一体になっている。

この磁気コアについて前記実施例１におけると同様にし
て、1000Gの磁界における各周波数毎の透磁率と10Hzで
の透磁率との比（μf/μ₁₀Hz）を測定した。測定結果は
第６図に示す通りである。同図には、比較のために非晶
質合金リボン材の巻きコアについて同様の測定をした結
果が併記してある。第６図から、本実施例の磁気コア
は、比較の磁気コアに較べて透磁率の周波数依存性が少
なく、磁気特性が大幅に改善されていることが判る。

上記のように、本発明に基づく磁気コアは、初透磁率が
高く、1MHzの高周波領域迄初透磁率の低下が少なく、透
磁率の周波数依存性も小さい。これは、非晶質合金フレ
ーク間の間隙に接着剤又はプラスチックフィルムの一部
が侵入し、非晶質合金フレーク同士の間の絶縁が良好に
なっているためと考えられる。

本発明は、上記の例に限定されるものではなく、種々の
変形が可能である。例えば、非晶質合金複合シートは非
晶質合金フレークからなる層をプラスチックフィルムを
挟んで２層又はそれ以上に積層したものとしても良い。
また、磁気コアは、巻回してなる巻きコア以外に、非晶
質合金複合シートを所定の形状、寸法に切出し又は打抜
いてこれを重ね合わせて積層し、磁気コアとしても良
い。更に、基体をフィルムとせず、厚さ0.5mm乃至数mm
程度の硬質プラスチック板とし、これを所定の形状、寸
法に打抜いて積層し、磁気コアとすることもできる。

ヘ．発明の効果 以上説明したように、本発明は次のような効果を奏す
る。

（１） 軟磁性非晶質合金フレークからなる層が絶縁層
を介して積層した構造としているので、初透磁率が高
く、1MHz程度の高周波領域迄初透磁率の低下が少なく、
透磁率の周波数依存性も小さい。

（２） 非晶質合金フレークの厚さを５〜100μｍとし
ているので、その非晶質化が確実であり、非晶質合金に
特有の優れた磁気特性が得られる。

（３） 非晶質合金フレークのアスペクト比を10〜1500
0としているので、その取扱いが容易であり、積層も容
易である。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示すものであって、 第１図は磁気コアの部分断面図、 第２図は磁気コアの斜視図、 第３図は周波数と初透磁率との関係を示すグラフ、 第４図は各周波数毎の初透磁率と1kHzでの初透磁率との
比を示すグラフ、 第５図は他の磁気コアの部分断面図、 第６図は各周波数毎の透磁率と10Hzでの透磁率との比を
示すグラフ、 第７図（ａ）及び（ｂ）は非晶質合金フレークからなる
層と絶縁層とからなる複合体の断面図、 第８図は非晶質合金フレークからなる層の平面図 である。 なお、図面に示された符号において、 １……非晶質合金フレーク ２……プラスチックフィルム（基体） 2a……プラスチックフィルムの非晶質合金フレーク層へ
の侵入部分 ３……接着剤 ４、14……磁気コア である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 27/24 // Ｇ１１Ｂ 5/127 Ｙ 7303−5Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚さ５〜100μｍ、アスペクト比（但し、
   アスペクト比は最小長さに対する最大長さの比であ
   る。）10〜15000の軟磁性非晶質合金フレークからなる
   非晶質合金層と電気絶縁層とが積層されて積層構造をな
   している磁気コア。
2. 【請求項２】厚さ５〜100μｍ、アスペクト比10〜15000
   の軟磁性非晶質合金フレークを電気絶縁フィルム上又は
   電気絶縁フィルム間に略均一厚さに配置させた後に前記
   非晶質合金フレークと前記電気絶縁フィルムとを固着さ
   せて前記非晶質合金フレークからなる層と前記電気絶縁
   フィルムとの積層体とする工程と、前記積層体を重ねて
   前記非晶質合金フレークからなる層と前記電気絶縁フィ
   ルムとの多層構造とする工程とを有する、磁気コアの製
   造方法。