JPH0680611B2

JPH0680611B2 - 磁心

Info

Publication number: JPH0680611B2
Application number: JP62267830A
Authority: JP
Inventors: 清隆山内; 克仁吉沢; 晋中島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH01110707A; US4871925A; DE3835986A1; DE3835986C2

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nsec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1kHz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,USP4,275,317等）。第１図
は３個の磁気スイッチS₁,S₂,S₃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、C₁＝C₂とし、S₁,S₂,S₃のインダクタンスは高次段程
小さくする。

第１図で、C₁が所定電圧になった時点でスイッチSWを閉
じると、S₁が高インピーダンスの為、I₁は極めて小さ
く、S₁が飽和に達するとS₁のインピーダンスが著るしく
小さくなる為、C₁の電荷がC₂に瞬時に流れ、I₁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S₂のコア定数を
定める。次いでC₂が十分高電圧になった時点でS₂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I₁,I₂,I₃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:磁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
アの断面積を小さくできる事を意味する。（磁心体積は
1/（ΔＢ）^２に比例する。）ここでVT積は、上述した様
にC₂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_r点を出発点に直線
（ｂ）の様に変化する為、ΔＢすなわちB_r+B_s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
が大きく、かつ角形比（B_r/B_s）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L_rが大きく、飽和領域のインダクタン
スL_satが小さい程良い。すなわち、パルス圧縮式は（L
_sat/L_r)^1/2に比例することが知られているからである。

ここで、L_satを小さくするには、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Ｉ
に近いこと。磁心の体積を小さくし、空芯のもつイン
タ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_r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H_cが大とな
り、直線（ｂ）の勾配すなわちμｒ＝ΔB/H_s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B_sが大なること、
、角形比B_r/B_s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。代表的非晶質合金の磁気スイッチと
して必要な特性値B_s，ΔB,μr,磁心損失比を第１表に示
す。

なお、μｒ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_rの
ような電圧が印加される。ここで、 T_r:3のオン期間 N_r:2の巻数 A_e:4の有効断面積 E_r: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−B_rに飽和する。次に T_p≫T_r… （３） T_p：周期とすれば、ゲート回路の主スイッチ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_rにある。次に主スイ
ッチ１がターンオンすると、 T_g:1のオン期間 N_g:6の巻数 E_g:7の電圧であれば、磁心は飽和し、第６図に示す。

I_gm：ゲート電流i_gの波高値 l_e :4の平均磁路長まで磁化される。以上の動作における、主スイッチ１が
ターンオンしてからターンオフするまでの期間T_gの磁心
Ｂの動作は、第６図の実線のようになる。ここで、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）式を代入するとすなわち（７）式よりとなる。つまりμｒ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Pc
t/fは、μｒ大ほど小となることがわかる。

第１表の評価に用いたコアは、非品質合金の厚さが約50
μｍ、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600mmφ，高さ25mm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80
0A/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、No.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No.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。

同表からわかる様に、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_s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_s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、B_s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：（Fe_1-aM_a）100−ｘ−ｙ−ｚ−α−β−γCu_xSi_yB_zＭ′
αＭ″βＸγ（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,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,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bcc 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μｒ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μｒ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μｒ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bcc Fe固溶体結晶粒とする工程により製造される。

Cuのμｒ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濃度が高くなる。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
しにくいため結晶微細化が起こると考えられるが、この
作用はNd,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
も透過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ｚの限定理由は、ｚ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、ｚ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＋ｚ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≦ｚ≦12,18≦ｙ＋ｚ≦28であり、
この範囲では−５×10^-6〜＋５×10^-6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11≦ｙ≦24,3≦ｚ≦9,18≦ｙ＋ｚ≦27で
あり、この範囲では−1.5×10^-6≦＋1.5×10^-6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,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、Fe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μｒ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
μｒ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Fe₂B,Fe₃B,Nb等の遷
移金属の化合物、Fe₃Si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Fe₂B
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
細に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20〜200Å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基軟磁性合金の内には、例えば、
組成式：Fe_baLCu_iNb₃B₅Si_17.5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０の
ものも含まれている。

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％を越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Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Au,Cr,V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
から選ばれた少なくとも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、磁歪やキュ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≦ｚ≦12,18≦
ｙ＋ｚ≦28,2≦α≦８の関係を有する場合特に高μｒ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Fe基軟磁性合金はまた組
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Si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,Ba,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2
5μｍ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、エッチン
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、
一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、エッチン
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、一般的に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くく、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,N₂,H₂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T_c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、ΔＢ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、
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SiO₂,MgO,雲母，A
l₂O₃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、スパッター法や蒸着法でSiO₂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(Mg₂SiO₄)層を熱処理により形成させた
りする方法がある。また、SiO₂−TiO₂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Si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層間絶縁を
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
得ることができる。

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ワニス、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、張力をかけながら薄帯を
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
とができる。

本発明磁心は使用する薄帯表面をメッキしたりコーティ
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絶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く磁気・機械共振による絶
縁被膜の破壊やμｒの劣化等をなくしたり、著しく小さ
くすることができ信頼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Co
基アモルファス合金やFe基アモルファス合金を用いた磁
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。

実施例１原子％でCu 1％,Si 16.5％,B 6％,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
25mm、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
リボンを電気泳動作法により片面約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℃/min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100Åてあった。CuとN
b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100Å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No.2及びNo.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No.1のFe基非晶質
合金、No.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No.1,No.5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80mm,厚さ25mm（M
gO絶縁、占積率約64％）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Pe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。

実施例２原子％で、Cu 1％,Nb 3％,Si 13.5％,B 9％残部Feから
なる厚さ15μｍ、幅25mm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。

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25mm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℃/minの昇温速度で昇温し１時間保持した後２℃
/min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B_s，ΔB,μｒ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。

実施例３原子％で、Cu 1％,Nb 3％,Si 7％,B 9％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℃/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60mm,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℃/minの昇温速度で
570℃まで昇温し１時間保持後磁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と同様の組織を有
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B_s，ΔB,μｒ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Co基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。

実施例４第５表に示す組成の幅15mm,板厚18μｍ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30mm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。

実施例５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Mg
Oで約３μｍのコーティングをした後、外径60mm,内径30
mm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℃/min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。

実施例６第７表に示す組織の幅15mm,厚さ18μｍ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30mm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。昇温温度は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。

〔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H_r，μｒ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（ａ）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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成式：（Fe_1-aM_a）100−ｘ−ｙ−ｚ−α−β−γCu_xSi_yB_zＭ′
αＭ″βＸγ（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,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,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bcc 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
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。
【請求項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。
【請求項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bcc Fe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。
【請求項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。
【請求項５】特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
れか１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。
【請求項６】飽和磁歪λｓ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項ないし第５項のいずれか１項に記載の磁
心。
【請求項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項ない
し第６項のいずれか１項に記載の磁心。
【請求項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。