CN114258576A

CN114258576A - 高频加速空腔用芯及使用该芯的高频加速空腔

Info

Publication number: CN114258576A
Application number: CN202080058381.2A
Authority: CN
Inventors: 齐藤忠雄; 土生悟
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-03-29
Also published as: KR20240007687A; JP2024035244A; EP4044773A1; KR102619636B1; US20220210903A1; JPWO2021070604A1; EP4044773A4; KR20220034852A; JP7414837B2; WO2021070604A1

Abstract

一种将具有平均晶体粒径为1μm以下的晶体的Fe系磁性薄带卷绕而成的环状芯，其特征在于，Fe系磁性薄带的占空系数为40％以上且59％以下，1MHz时的μQf值为3×10⁹Hz以上。另外，所述平均晶体粒径优选为0.1μm以下。另外，优选的是，所述环状芯具有从内径到外径地具有间隙部的部位。

Description

高频加速空腔用芯及使用该芯的高频加速空腔

技术领域

实施方式大致涉及高频加速空腔用芯(core)以及使用该芯的高频加速空腔。

背景技术

加速器是加速带电粒子而产生高动能的粒子束的装置。作为加速器的一种，有高频加速空腔。高频加速空腔是使用高频电场高效地加速带电粒子的装置。高频加速空腔在工业用、医疗用等各种领域中使用。另外，在高频加速空腔中，有回旋加速器(cyclotron)型、波导管型、同步加速器(synchrotron)型等。回旋加速器型是高输出电子管和高频加速空腔进行自激振荡的类型。另外，波导型是高频加速空腔长达100m以上的类型。另外，同步加速器型是具有在加速过程中改变高频的频率的功能的类型。

为了产生高频电场，高频加速空腔使用磁芯。为了高效地加速带电粒子，需要排列多个磁芯来取得加速距离。为了使加速稳定，需要使磁芯彼此的间隙的加速也稳定。为此，使加速间隙电压成为高电压是有效的。

以往，在高频加速空腔用芯中使用铁氧体磁芯(ferrite core)。一般而言，随着温度上升，磁芯的相对导磁率缓慢上升，在居里温度附近急剧减少。若施加高电压，则铁氧体磁芯的发热较大，因此需要冷却设备的大型化。另外，也容易引起伴随发热的磁通的饱和。另外，初始导磁率μ小，由此在数100kHz的低频区域难以得到稳定且较高的加速间隙电压。

取而代之，正在研究使用了具有微细晶体结构的Fe系磁性合金的磁芯。在专利文献1中公开了一种卷绕了具有平均粒径100nm以下的微细晶体结构的Fe系磁性薄带而成的高频加速空腔用芯。使用了具有微细晶体结构的Fe系磁性薄带的磁芯与铁氧体磁芯相比，能够抑制发热。另外，初始导磁率μ大，因此低频区域中的特性也能够改善。但是，未达到其以上的特性改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-138099号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1的磁芯将占空系数设定为60％～80％。占空系数是指磁芯中的磁性材料的占有率，以体积率(％)或面积率(％)表示。具有微细晶体结构的Fe系磁性合金是对Fe系非晶质合金进行热处理而制造的。具有微细晶体结构的Fe系磁性合金是脆的材料。因此，将Fe系非晶质合金卷绕成环状后，进行热处理而赋予微细晶体结构。通过热处理而赋予微细晶体结构时，磁性薄带收缩。伴随收缩，磁性薄带变形，卷绕结构产生波纹状的褶皱。可知该褶皱成为应力劣化的原因。

用于解决技术问题的手段

实施方式的高频加速空腔用芯，其特征在于,是将具有平均晶体粒径1μm以下的晶体的Fe系磁性薄带卷绕而成的环状芯，Fe系磁性薄带的占空系数为40％以上且59％以下。

附图说明

图1是表示实施方式的高频加速空腔用芯的一例的外观图。

图2是表示实施方式的高频加速空腔用芯的一例的剖视图。

图3是表示波型部的一例的图。

图4是表示高频加速空腔的一例的概念图。

图5是表示磁性薄带的平均板厚的概念图。

具体实施方式

实施方式的高频加速空腔用芯是卷绕了具有平均晶体粒径1μm以下的晶体的Fe系磁性薄带的环状芯，其特征在于，Fe系磁性薄带的占空系数为40％以上且59％以下，1MHz时的μQf值为3×10⁹Hz以上。

图1是表示实施方式的高频加速空腔用芯的一例的外观图。另外，图2中示出了表示实施方式的高频加速空腔用芯的一例的剖视图。图中，1是高频加速空腔用芯，2是Fe系磁性薄带，3是绝缘层，4是间隙部。另外，D1是芯的外径，D2是芯的内径，T是芯的宽度。另外，有时将高频加速空腔用芯1简称为芯1。

高频加速空腔用芯1是卷绕有Fe系磁性薄带2的环状芯。

Fe系磁性薄带2由Fe系磁性合金构成。Fe系磁性合金表示在构成元素中原子比率(at％)中Fe(铁)含有最多的Fe合金。

另外，Fe系磁性合金优选满足以下的通式。

通式：Fe_aCu_bM_cM’_dM”_eSi_fB_g

式中，M是选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素及稀土元素构成的组中的至少一种元素，M’是选自由Mn、Al及铂族元素构成的组中的至少一种元素，M”是选自由Co及Ni构成中的至少一种元素，a是满足a+b+c+d+e+f+g＝100原子％的数，b是满足0.01≤b≤8原子％的数，c是满足0.01≤c≤10原子％的数，d是满足0≤d≤10的数，e是满足0≤e≤20原子％的数，f是满足10≤f≤25原子％的数，g是满足3≤g≤12原子％的数。

Cu提高耐腐蚀性，防止晶体粒的粗大化，对于铁损、导磁率等软磁特性的改善有效。Cu的含量优选为0.01原子％以上且8原子％以下(0.01≤b≤8)。含量低于0.01原子％时，添加的效果小，超过8原子％时，磁特性降低。

M是选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素及稀土元素构成的组中的至少一种元素。第四族元素的例子包含Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)等。第五族元素的例子包含V(钒)、Nb(铌)、Ta(钽)等。第六族元素的例子包含Cr(铬)、Mo(钼)、W(钨)等。稀土元素的例子包含Y(钇)、镧系元素、锕系元素等。M元素对晶体粒径的均匀化、相对于温度变化的磁特性的稳定化是有效的。M元素的含量优选为0.01原子％以上10原子％以下(0.01≤c≤10)。另外，周期表由日本的周期表示出。

M’是选自由Mn(锰)、Al(铝)及铂族元素构成的组中的至少一种元素。铂族元素的例子包含Ru(钌)、Rh(铑)、Pd(钯)、Os(锇)、Ir(铱)、Pt(铂)等。M’元素对于饱和磁通密度等软磁特性的提高是有效的。M’元素的含量优选为0原子％以上且10原子％以下(0≤d≤10)。

M”元素是选自由Co(钴)及Ni(镍)构成的组中的至少一种元素。M”元素对饱和磁通密度等软磁特性的提高是有效的。M”元素的含量优选为0原子％以上且20原子％以下(0≤e≤20)。

Si(硅)及B(硼)有助于制造时的合金的非晶化或微晶的析出。Si及B对于用于改善晶体温度和提高磁特性的热处理是有效的。特别是，Si固溶于微细晶体粒的主成分即Fe，对于磁致伸缩、磁各向异性的降低是有效的。Si的含量优选为10原子％以上且25原子％以下(10≤f≤25)。B的含量优选为3原子％以上且12原子％以下(3≤g≤12)。

另外，M元素中最优选Nb。因此，Fe系磁性合金优选含有Nb、Cu、Si、B。

另外，平均晶体粒径为1μm以下。平均晶体粒径超过1μm而较大时，软磁特性降低。因此，平均晶体粒径优选为1μm以下，进一步优选为0.1μm以下。另外，更优选平均晶体粒径为0.05μm(50nm)以下。

平均晶体粒径根据通过X射线衍射(X-ray Diffraction：XRD)分析求出的衍射峰的半值宽度通过谢乐(Scherrer)公式求出。谢乐公式由D＝(K·λ)/(βcosθ)表示。在此，D是平均晶体粒径，K是形状因子，λ是X射线的波长，β是峰值半峰全宽(FWHM)，θ是布拉格角。形状因子K为0.9。布拉格角为衍射角2θ的一半。XRD分析在Cu靶、管电压40kV、管电流40mA、狭缝宽度(RS)0.20mm的条件下进行。X射线的照射方向相对于磁性薄带的长度方向为垂直方向。使X射线的照射角度变化(2θ＝5°～140°)，来解析晶体峰。

实施方式的高频加速空腔用芯1，Fe系磁性薄带2的占空系数为40％以上且59％以下。占空系数是指磁芯中的磁性材料的占有率，例如以体积率(％)表示。

首先，求出芯1的体积。芯1的体积＝[(外径D1÷2)2×3.14-(内径D2÷2)²×3.14]×磁性薄带2的宽度T求出。将通过该计算求出的体积称为芯1的基准体积。

接着，测定磁性薄带2的密度。磁性薄带2的密度为基于阿基米德法的实测值或根据组成而求出的理论值中的任一个。另外，如果测定试样小，则有时用阿基米德法难以进行检测。测定试样小时，优选使用根据组成而求出的理论值。

能够求出芯1的基准体积×磁性薄带2的密度＝芯1的基准质量。芯1的基准质量是将磁性薄带2的占空系数设为100％时的理论质量。

接着，测定芯1的质量。将该值作为芯1的实质量。

能够通过磁性薄带2的占空系数(％)＝(实质量/理论质量)×100求出。该方法是未考虑绝缘层的质量的方法。在使用后述那样的薄的绝缘层的情况下，即使是该方法也没有问题。

另外，磁芯中的磁性材料的占有率也可以如以下那样以面积率(％)表示。

在该情况下，占空系数的测定使用芯的任意的截面来测定。截面使用与芯的宽度方向(Fe系磁性薄带2的宽度方向)垂直的截面。拍摄到截面的放大照片。放大照片的倍率为50倍。截面使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope：SEM)。

占空系数将(外径D1-内径D2)×磁性薄带2的宽度T作为基准面积(100％)。以存在于基准面积中的Fe系磁性薄带2的面积率(％)求出。外径D1为磁性薄带的最外层，内径D2为磁性薄带的最内层。因此，绕线管(bobbin)、收纳箱不包含于基准面积。

这样，使用了截面图像的占空系数的计算例如在芯1的尺寸大、难以进行基于体积率(％)的占空系数的计算的情况下是有用的。即使在使用体积率(％)或面积率(％)中的任一方法计算出的情况下，磁芯中的磁性材料的占有率也成为大致同等的值。

若占空系数为40％以上且59％以下，则能够抑制在实施了赋予微细晶体结构的热处理时产生波型的褶皱。占空若系数小于40％，则磁性薄带的比例降低，因此磁特性降低。另外，若超过59％，则波形的褶皱产生的可能性变高。因此，占空系数优选为40％以上且59％以下，更优选为45％以上且55％以下。

如以上那样的高频加速空腔用芯1中，1MHz时的μQf值为3×10⁹Hz以上。

μQf值是使用阻抗实测值(Rs值、Xs值)来计算的值。Rs值为纯电阻，Xs值为电抗部的值。另外，f为测定频率(Hz)，μ0为真空的导磁率(1.26×10^-6N/A²)，μ为初始导磁率，D1为芯的外径，D2为芯的内径，T为芯的宽度，ln为平均磁路长度。

Μs”＝Rs/[f×μ0×T×ln(D1/D2)]

μs’＝Xs/[f×μ0×T×ln(D1/D2)]

Q＝μs’/μs”

μ＝μs’×[1+(1/Q²)]

μQf＝μ×Q×f

1MHz时的μQf值是频率f为1MHz时的μQf值。若1MHz时的μQf值为3×10⁹Hz以上，则高频加速空腔用芯表现出阻抗特性优异。在100kHz～10MHz的较宽的频带中，能够进行高频电源和高频加速空腔用芯的阻抗匹配。由此，能够稳定地供给高频电力，能够实现加速间隙电压的高电压化。特别是能够实现100kHz～1000kHz的低频域中的高电压化。

另外，阻抗的测定设为使用阻抗测定仪进行测定。阻抗测定器为惠普(Hewlett-Packard)制4285A。设为在0.5MHz在1MHz、5MHz、10MHz的频率下，测定0.5V、1turn的阻抗实测值Rs值、Xs值，计算μQf值。

另外，Fe系磁性薄带2的厚度优选为10μm以上且30μm以下。若磁性薄带2的厚度小于10μm，则磁性薄带的强度有可能降低。强度的降低导致成品率的降低。另外，若磁性薄带2的厚度超过30μm，则存在损失变大而发热量增加的可能性。因此，磁性薄带2的厚度优选为10μm以上且30μm以下，进一步更优选为15μm以上且25μm以下。

另外，磁性薄带2的厚度使用根据质量及密度计算出的平均厚度Tv。图5是表示磁性薄带的平均板厚的概念图。

另外，设为磁性薄带2的厚度的测定使用芯1的截面的放大照片。测定放大照片中映现的磁性薄带2的任意部位的厚度。将在5处进行该作业并进行平均而得到的值作为磁性薄带2的厚度。另外，设为放大照片使用倍率2000倍的放大照片。

另外，磁性薄带的厚度(板厚)以图5所示的平均板厚Tv来表现。如图5所示，磁性薄带在表面存在凹凸。因此，即使薄带彼此重叠，空气层也存在，不会成为100％的占空系数。

另外，优选在上述Fe系磁性薄带的表面的至少一方具备绝缘层，该绝缘层具有磁性薄带的板厚的5％以上且20％以下的范围内的厚度。优选在磁性薄带2的表面设置绝缘层3。通过设置绝缘层3，能够实现层间绝缘。

绝缘层3的厚度优选在磁性薄带2的板厚的5％以上且25％以下的范围内。例如，在磁性薄带2的厚度为20μm的情况下，绝缘层3的厚度为1μm以上且5μm以下。另外，若绝缘层3的厚度小于5％，则存在绝缘层3过薄而形成了层间绝缘不足的部位的可能性。另外，如果绝缘层3的厚度超过25％，则不仅无法得到进一步的绝缘效果，而且占空系数的调整变得困难。因此，绝缘层3的厚度优选为磁性薄带2的板厚的5％以上且25％以下，进一步更优选为8％以上且20％以下。

另外，关于绝缘层3的厚度，也设为使用芯1的截面的放大照片。测定放大照片中映现的绝缘层3的任意部位的厚度。将在5处进行该作业并进行平均而得到的值作为绝缘层3的厚度。另外，与上述同样地，设为放大照片使用倍率2000倍的放大照片。

另外，绝缘层3的材质列举出绝缘性微粒、绝缘性树脂等。绝缘层3优选为通过沉积平均粒径为0.001μm以上(1nm以上)的绝缘性微粒而形成的绝缘膜。通过绝缘性微粒的沉积，容易进行绝缘层3的厚度的控制。

作为绝缘性微粒，优选氧化物，绝缘性微粒的例子包含氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al₂O₃)等氧化物、树脂粉末。特别优选使用氧化硅(SiO₂)。由于氧化物在干燥时不伴随收缩，因此能够抑制应力的产生。特别是，氧化硅与Fe系磁性薄带2的磨合良好，因此能够降低导磁率的偏差。这在氧化硅和Fe系磁性薄带2中含有硅作为必须的构成元素时是有效的。另外，绝缘性微粒的平均粒径优选为0.001μm以上且0.1μm以下。通过设为该范围内，容易进行绝缘层3的厚度的控制。

另外，优选的是，所述环状芯具有从内径到外径具有间隙部的部位。间隙部4是在卷绕着的磁性薄带2彼此之间形成的空间。在磁性薄带2彼此之间被绝缘层3填埋的情况下，不是间隙部4。另外，在磁性薄带2的单面设置有绝缘层3的情况下，间隙部4形成于磁性薄带2与绝缘层3之间。另外，在磁性薄带2的两面设置有绝缘层3的情况下，间隙部4形成在绝缘层3彼此之间。另外，间隙部4可以在芯的宽度T方向上连续地存在，也可以局部地接触。通过存在间隙部4，即使在对芯1进行热处理时磁性薄带2收缩，也能够抑制形成波型部5。另外，间隙部4的有无能够通过光学显微镜来确认。将利用光学显微镜确认了10μm以上的间隙的情况判定为存在间隙部4。另外，在芯1过大而无法用光学显微镜进行观察时，也可以将利用显微镜或数码相机等拍摄到的图像放大来观察间隙部4。另外，在形成有后述的波型部5时，观察波型部5附近的方法效率良好。另外，间隙部4的存在与否也可以通过计算来求出。如果式100％-(占空系数+绝缘层体积)为正值，则表示存在间隙部4。

图3示出了波型部的一例。图中，2是磁性薄带，5是波型部。波型部5是不具有整齐的圆环形状而成为波形的褶皱形状的部位。若存在波型部5，则产生应力劣化。具有微细晶体结构的Fe系磁性薄带是脆的材料。因此，优选在将Fe系非晶薄带卷绕成环状芯后，进行热处理而使微细晶体析出。在使微细晶体析出时，磁性薄带2收缩。通过设置间隙部4，能够抑制伴随收缩的波型部5的形成。另外，能够通过肉眼观察来确认波型部5的有无。

另外，形成有绝缘层3的芯1的间隙部4优选占空系数为5％以上且40％以下。间隙部4的占空系数也可以如上所述，通过计算来求出。即，能够用上述的式100％-(占空系数+绝缘层体积)算出间隙部4的占空系数。

或者，间隙部4的占空系数与磁性薄带2的占空系数的测定同样地使用截面照片进行测定。间隙部4的占空系数优选为5％以上且40％以下，进一步更优选为10％以上且30％以下。通过具有该范围内的间隙部4，即使形成了波型部5，也能够设为5mm以下(包含0)。另外，波形部5的尺寸的测定是测定从圆环形状的偏。若存在波型部5，则形成磁性薄带2变形了的部分。将处于变形了的部分的芯1的半径方向的长度设为波型部5的尺寸。没有形成波型部5的部分，没有变形了的部分，具有整齐的圆环形状。另外，波型部5是向半径方向的内侧为凸状或者向半径方向的外侧为凸状中的某一个。另外，也存在重复凹凸的构造。

如果波型部5为5mm以下，则能够抑制应力劣化。另外，5mm以下的波型部5优选在1个芯1中为5个以下。即使是5mm以下的波型部5，如果有很多，则成为应力劣化的原因。另外，波型部5的尺寸优选为5mm以下，更优选为3mm以下较小为好。另外，最优选的是未形成有波型部5的状态。

另外，所述环状芯的外径D1优选为280mm以上。在高频加速空腔中，为了提高加速性能，需要排列多个芯而取得加速距离。为了使多个芯的加速间隙电压高电压化，芯1的大型化是有效的。通过调整磁性薄带2的占空系数，即使芯1的外径D1大型化为280mm以上，也能够抑制波型部5的形成。另外，芯1的外径D1的上限没有特别限定，优选为1000mm以下。若超过1000mm较大，则有可能因芯重量而难以控制磁性薄带的占空系数、间隙部的占空系数。

另外，实施方式的芯1例如在外径D1与内径D2之差为50mm以上的情况下，其作用效果更加显著。D1-D2≥50mm是由于磁性薄带2的匝数多，容易产生波形的褶皱。通过应用实施方式的芯1，能够增加磁性薄带2的匝数，例如能够实现D1-D2≥50mm的芯。这样，实施方式的芯1即使将外径D1与内径D2之差设为50mm以上，也能够通过控制占空系数来维持或提高性能。

另外，若形成波型部5，则伴随着应力劣化，导磁率降低。为了防止导磁率的降低，芯1实施磁场中热处理是有效的。然而，若芯尺寸变大，则伴随于此，热处理设备也需要大型化。通过如上所述那样控制磁性薄带2的占空系数来抑制波型部5的形成，使得磁场中热处理设备变得不必要。因此，成本降低的效果也大。

磁场中热处理的有无可以通过观察磁畴结构来进行判断。在沿宽度方向进行磁场处理的情况下，磁畴在宽度方向上描绘均匀的层结构。进而，能够通过直流磁特性(施加磁场Hm＝800A/m)中的方形比为3％以下来进行判断。通过进行磁场中热处理，磁特性提高。另一方面，为了对外径D1为280mm以上的大型芯进行磁场中热处理，需要大型的设备。

以往的芯形成有较大的波型部，因此通过实施磁场中热处理来提高磁特性。实施方式的芯由于抑制了波型部，因此即使不实施磁场中热处理，也具有同等的磁特性。换言之，通过对实施方式的芯实施磁场中热处理，磁特性进一步提高。

另外，实施方式的芯1抑制了由波型部5引起的应力劣化，因此导磁率大。因此，实施方式的芯与具有波型部5的芯相比，如果是相同的磁特性则能够小型化。另外，如果是相同的芯尺寸，则能够提供磁特性优异的部件。

另外，在卷绕成环状时，根据需要可以使用绕线管。另外，也可以根据需要将环状型芯放入收纳箱。另外，也可以在芯1中不设置间隙。若设置间隙，则难以调整间隙部4的占空系数。

以上那样的高频加速空腔用芯适用于高频加速空腔。另外，优选具备多个实施方式的高频加速空腔用芯。另外，优选具备向各个高频加速空腔用芯供给高频电力的装置。

图4中示出了高频加速空腔的概念图。图中，10为高频加速空腔，1-1为第一高频加速空腔用芯，1-2为第二高频加速空腔用芯，1-3为第三高频加速空腔用芯，11为电源。在图4中，示出了使用3个高频加速空腔用芯的例子，但实施方式的高频加速空腔设为根据需要能够增加高频加速空腔用芯的数量。另外，高频加速空腔也有使用10个以上的芯的空腔。另外，电源11通过未图示的配线与各个铁心连接。另外，芯1也可以根据需要固定于未图示的安装基板、散热板。另外，向安装基板、散热板的固定也可以使用粘接剂、螺钉固定等。另外，根据需要，也可以将芯放入箱中。此时，也可以将各多个箱放入箱中。通过将多个设为1组，能够提高组装性。

高频加速空腔是使用高频电场高效地加速带电粒子的装置。通过将电源11连接于各个高频加速空腔用芯1，也能够调整施加于各个高频加速空腔用芯1的频率。换言之，在可以不单独调整频率的情况下，也可以不分别连接电源11。

实施方式的高频加速空腔用芯，控制使用了Fe系磁性薄带的环状芯的占空系数。因此，在抑制发热量的基础上，防止应力劣化。因此，在100kHz～10MHz的较宽的频带中，能够进行高频电源和高频加速空腔用芯的阻抗匹配。由此，能够稳定地供给高频电力，能够实现加速间隙电压的高电压化。特别是能够实现100kHz～1000kHz的低频域下的高电压化。另外，即使改变对各个高频加速空腔用芯1施加的频率，也能够实现加速间隙电压的高电压化。

另外，在高频加速空腔中，有旋转加速器型、波导管型、同步加速器型等。由于能够在宽范围的频带内使用，所以能够应用于各种类型的高频加速空腔。

接着，对实施方式的高频加速空腔用芯的制造方法进行说明。实施方式的高频加速空腔用芯只要具有上述构成，其制造方法没有特别限定，作为用于成品率良好的方法，可列举以下方法。

首先，制造Fe系非晶薄带。Fe系非晶薄带的制造使用骤冷辊法制造长条的薄带。骤冷辊法可以适用单辊法、双辊法等各种方法。另外，Fe系非晶薄带的原料优选使用以满足上述通式的比例混合而成的原料溶液。另外，Fe系非晶薄带的厚度优选设为在10μm以上30μm以下的范围内。另外，在长条的Fe系非晶薄带的宽度比作为目标的芯的宽度T大的情况下，实施狭缝加工。

接着，根据需要进行设置绝缘层的工序。绝缘层例如优选使用平均粒径为0.001μm以上且0.1μm以下的绝缘性微粒来形成。优选在含有绝缘性微粒的溶液中浸渍Fe系非晶薄带的方法。可以根据绝缘性微粒的平均粒径、含有绝缘性微粒的溶液的浓度、浸渍时间、浸渍次数来调整绝缘层的厚度。另外，通过将长条的Fe系非晶薄带浸渍，能够提高量产性。

另外，绝缘层3的材质列举出绝缘性微粒、绝缘性树脂等。作为绝缘性微粒，优选氧化物，绝缘性微粒的例子包含氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al₂O₃)等氧化物、树脂粉末。特别优选使用氧化硅(SiO₂)。由于氧化物在干燥时不伴随收缩，因此能够抑制应力的产生。特别是，氧化硅与Fe系磁性薄带2的磨合良好，因此能够降低导磁率的偏差。这在氧化硅和Fe系磁性薄带2中含有硅作为必须的构成元素时是有效的。

接着，进行卷绕成环状的工序。卷绕工序根据需要优选使用绕线管。特别是，在芯1的外径D1为280mm以上的大型化的情况下，优选使用绕线管进行卷绕。绕线管是指环状的卷芯。另外，绕线管优选由非磁性材料构成。作为非磁性材料，列举出不锈钢(SUS304等)。

另外，卷绕工序、Fe系非晶薄带的占空系数以成为40％以上且59％以下的范围内的方式进行卷绕。另外，通过调整将长条的Fe系非晶薄带卷绕时的张力(tension)，也能够形成间隙部4。张力的调整在卷绕次数变多时，松弛张力的方法是有效的。卷绕的张力由马达的电压控制。例如，列举出在将卷绕工序的初始阶段的电压设为100时，各5～20地降低电压的方法。另外，还有逐渐降低卷绕工序的初始阶段的电压的方法。卷绕后，将Fe系非晶薄带的最外层固定。通过该工序，制造卷绕有Fe系非晶薄带的环状芯。

然后，可以进一步进行用于赋予微细晶体结构的热处理工序。即使在进行了以下的热处理工序的情况下，热处理工序前的环状芯的占空系数也维持大致同等的状态不变。

热处理温度优选为晶体化温度附近的温度或比其高的温度。晶体化温度优选为高于-20℃的温度。如果是满足上述通式的Fe系磁性薄带2，则晶体化温度为500℃以上且515℃以下。因此，热处理温度优选为480℃以上且600℃以下。进而更优选为510℃以上且560℃以下。

热处理时间优选为50小时以下。热处理时间是磁芯的温度为480℃以上且600℃以下时的时间。若超过50小时，则有时微细晶体粒的平均粒径超过1μm。热处理时间更优选为20分钟以上且30小时以下。如果为该范围，则容易将平均晶体粒径控制在0.1μm以下。

通过以上的工序，能够制造高频加速空腔用芯。

实施例

(实施例1～8、比较例1～3、参考例1)

作为长条的Fe系非晶薄带，准备了Fe-Nb-Cu-Si-B薄带。Fe-Nb-Cu-Si-B薄带设为组成式Fe₇₃Nb₄Cu₁Si₁₅B₇、板厚20μm、宽度T30mm。

准备SUS304制的绕线管。绕线管的尺寸为外径310mm、内径280mm、宽度30mm。另外，作为用于形成绝缘层的绝缘性微粒，准备氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)。绝缘性微粒的平均粒径为0.01μm。在设置绝缘层的情况下，在含有绝缘性微粒的溶液中浸渍长条的Fe系非晶薄带，进行干燥工序。

在绕线管上卷绕长条的Fe系非晶薄带，制作外径D1为440mm、内径D2为310mm的环状芯。实施例及比较例的环状芯在热处理前没有形成波型部。另外，比较例3使用厚度12μm的树脂膜作为绝缘层。另外，实施例的环状型芯一边制备卷绕工序的张力一边进行卷绕。

接着，对环状芯实施在氩气氛中550℃×2小时的热处理工序。另外，Fe系磁性环形芯的占空系数、间隙部的有无、绝缘层的厚度、波形部的尺寸如表1所示。另外，占空系数、厚度是用放大照片(SEM照片)观察芯的截面并根据材料密度算出的。另外，间隙部的有无通过显微镜确认。将能够确认10μm以上的间隙的情况标记为“有”。

另外，关于波型部的尺寸的测定，测定了从圆环形状的偏差。对于圆环形状的整齐的圆，测定了在半径方向上观察时的凹凸尺寸。另外，实施例8是对实施例2实施了磁场中热处理的实施例，以下的表1中的各种特性与实施例2相同。

[表1]

(表1)

如表所示，在比较例1及比较例2中，若实施使微细晶体析出的热处理，则形成了波型部。另外，实施例的芯没有形成波型部。另外，确认了实施例及比较例具有平均晶体粒径为0.1μm以下的微细晶体结构。

接着，测定各芯的μQf值。μQf值的测定使用阻抗测定仪进行测定。阻抗测定仪为Hewlett-Packard制4285A。测定1MHz、0.5V、1turn时的阻抗实测值Rs值、Xs值，计算μQf值。计算方法如上所述。另外，对于0.5MHz、5MHz、10MHz也用同样的方法测定测定频率。

另外，将对比较例2的芯实施了磁场中热处理的情况作为参考例1。对于参考例1也进行同样的测定。

另外，进行各芯的方形比的测定。方形比的测定是将施加磁场Hm设为800A/m来进行的。将其结果示于表2、表3。

[表2]

(表2)

[表3]

(表3)

如上所述，实施例的芯，在1MHz时的μQf值为3×10⁹Hz以上。另外，0.5MHz时的μQf值为2.5×10⁹Hz以上。另外，5MHz时的μQf值为3.3×10⁹Hz以上。另外，10MHz时的μQf值为2.8×10⁹Hz以上。这样，确认了实施例的磁芯在100kHz～10MHz的较宽的频带内μQf值较高。

与此相对，比较例1～3的μQf值都是低的值。另外，如实施例8和参考例1那样实施磁场中热处理，则得到实施例以上的μQf值。另外，在实施例1～7的芯中也能够作为高频加速空腔使用。因此，实施例的芯也可以不进行磁场中热处理。

另外，在进行了磁场中热处理的情况下，方形比为3％以下。因此，通过调查方形比，能够判别磁场中热处理的有无。

(实施例9～11)

作为长条的Fe系非晶薄带，准备了Fe-Nb-Cu-Si-B薄带。Fe-Nb-Cu-Si-B薄带设为，组成式Fe₇₃Nb₄Cu₁Si₁₅B₇、板厚18μm、宽度T20mm。制作改变了外径D1和内径D2的结构。完成的磁芯如表4、表5所示。

[表4]

(表4)

	外径D1(mm)	内径D2(mm)	外径-内径
				实施例9	240	150	90
实施例10	310	200	110
				实施例11	555	310	245
实施例12	700	310	390

[表5]

(表5)

对于各实施例的芯，通过与实施例1同样的方法测定磁特性。将其结果示于表6、表7。

[表6]

(表6)

[表7]

(表7)

由表可知，实施例的芯，即使改变外径、内径的尺寸，磁特性也提高。另外，即使外径D1与内径D2之差为50mm以上，磁特性也提高。这是因为对占空系数等进行了控制。

以上，例示了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式及其变形例包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。另外，前述的各实施方式能够相互组合来实施。

附图标记说明

1…高频加速空腔用芯

1－1…第一高频加速空腔用芯

1－2…第二高频加速空腔用芯

1－3…第三高频加速空腔用芯

2…Fe系磁性薄带

3…绝缘层

4…间隙部

5…波型部

10…高频加速空腔

11…电源

D1…铁心的外径

D2…铁心的内径

T…芯的宽度。

Claims

1.一种高频加速空腔用芯，其特征在于，

是将具有平均晶体粒径1μm以下的晶体的Fe系磁性薄带卷绕而成的环状芯，Fe系磁性薄带的占空系数为40％以上且59％以下。

2.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

在1MHz时的μQf值为3×10⁹Hz以上。

3.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述平均晶体粒径为0.1μm以下。

4.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述占空系数为45％以上且55％以下。

5.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述Fe系磁性薄带包含Nb、Cu、Si、B。

6.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

在所述Fe系磁性薄带的表面的至少一方具备绝缘层，该绝缘层具有磁性薄带的板厚的5％以上且25％以下的范围内的厚度。

7.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述Fe系磁性薄带的厚度为10μm以上且30μm以下。

8.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述环状芯具有从内径到外径地具有间隙部的部位。

9.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述Fe系磁性薄带的厚度为10μm以上且30μm以下，所述平均晶体粒径为0.1μm以下，在所述Fe系磁性薄带的表面的至少一方具备绝缘层，该绝缘层具有磁性薄带的板厚的5％以上且25％以下的范围内的厚度。

10.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述环状芯的外径为280mm以上。

11.根据权利要求1所述的高频加速空腔用芯，其特征在于，

所述环状芯的所述Fe系磁性薄带不具有超过5mm的波型部。

12.一种高频加速空腔，其特征在于，

具备权利要求1至权利要求11中任一项所述的高频加速空腔用芯。

13.根据权利要求12所述的高频加速空腔，其特征在于，

具备多个所述高频加速空腔用芯。

14.根据权利要求13所述的高频加速空腔，其特征在于，

具备向各个所述高频加速空腔用芯供给高频电力的装置。