JP2014514761A - 非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、非晶質金属薄板積層体の相互結合を組立プレートの結合突起及び結合凹溝を用いて具現することによって、コア損失を最小限に抑制することができる非晶質金属コア、それを用いた誘導装置及びその製造方法に関するものである。
本発明の非晶質金属コアは、それぞれ非晶質金属薄板積層体と、前記非晶質金属薄板積層体の前面及び後面に積層される一対の組立プレートとを備え、“Ｉ”形状からなる多数の非晶質金属単位コアを含み、本発明の誘導装置は、“Ｉ”形状からなる多数の非晶質金属単位コアを備える非晶質金属コアと；前記非晶質金属コアの少なくとも一つの非晶質金属単位コアに巻線される少なくとも一つのコイルと；を含む。前記非晶質金属薄板積層体は、広幅の非晶質リボンをスリッティング及びカッティングして形成された非晶質金属薄板を積層することによって、成形自動化及びそれに使用される成形装置の耐久性を保障することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置及びその製造方法に係り、特に、成形しやすく、自動化が容易な多数の非晶質金属薄板（薄帯）を積層した非晶質金属薄板積層体を使用し、非晶質金属薄板積層体の外側に備えられた組立プレートにそれぞれ形成された結合突起及び結合凹溝を用いて非晶質金属薄板積層体を相互結合することによって、組み立てが容易で、エアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）の調節が容易な非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置及びその製造方法に関する。

また、本発明は、非晶質金属薄板積層体の相互結合が組立プレートの結合突起と結合凹溝間になされるので、非晶質金属薄板積層体には透磁率及びコア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）のような磁気的性質の低下を招かない最小限の機械的応力が付加されるように設定することによって、コア損失を最小にすることができる非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置に関する。

誘導装置は、トランスフォーマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、チョークコイル（ｃｈｏｋｅ ｃｏｉｌ）、インダクター、ノイズ対策部品などのような様々な電子部品に使用される。ほとんどの誘導装置は、軟質強磁性材料を含むコアと、コアに巻回された一つまたはそれ以上のコイルとからなる。このような誘導装置は、ＤＣからＧＨｚにわたって所望の周波数で動作できるように、該当のタイプによって最適化される。

特に、コアは、要求される特性、効果的な製造が可能なある形態での材料の有用性、及び与えられた市場で使用するのに必要な大きさ／コストなどの組み合わせに依存して、軟磁性材料が選択される。

一般に、好ましい軟磁性材料は、コアの大きさ及び低飽和保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）を最小化するために、高飽和誘導（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）、高透磁率（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）及び低コア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）の特性を示し、種類としては、ケイ素鋼板（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔｓ）、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、非晶質金属（ａｍｏｒｐｈｏｕｓｍｅｔａｌ）などが知られている。

具体的に、ケイ素鋼板は、材料が安価で、密度は高いが、高周波の用途においてコア損失が大きいという限界がある。また、フェライトは、飽和磁束密度が低く、温度特性がよくないため、大容量インバータ・電源のコイル部品、配電用トランスフォーマなど、ハイパワーで使用される用途には適していない。

一方、非晶質金属は、構成原子が液体状態とほぼ同一に無秩序な構造を有するもので、溶融した液状金属を急冷させて製造することによって、既存の結晶質材料とは異なる様々な特性を示しており、特に、優れた軟磁性特性を示す。

このような非晶質金属は、主成分によって、鉄（Ｆｅ）系、コバルト（Ｃｏ）系などに大別され、鉄系の場合、飽和磁束密度が高く、コア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）がケイ素鋼板に比べて小さいので、大容量柱上変圧器や高周波用大型磁気コアに使用され、コバルト系の場合、透磁率が高く、コア損失及び保磁力が小さいので、高周波用小型磁気コアに使用される。

さらに、非晶質金属は、他の軟磁性材料に比べてコア損失及び渦電流損失が小さいので、ケイ素鋼板またはフェライトに代えて、磁気コア用軟磁性材料として脚光を浴びている。このような非晶質金属は、高効率性、大きな電気比抵抗のような渦電流損失による優れた高周波特性、高透磁率と高飽和磁束密度によるノイズ抑制特性、ＤＣバイアス特性、及び小型化要求に対する対応性に優れている。

低コア損失特性を用いた製品には、チョークコア、インバータ用高周波トランス、配電用トランス、各種リアクターなどがあり、高透磁率特性を用いた製品には、パルストランス、昇圧トランス、オーディオ用トランス、カレントトランス、ノイズフィルターなどがある。この場合、磁気コアは、相対的に小容量のギャップタイプのトロイダル形状のコアと大容量の四角形状のカットコア（ｃｕｔ ｃｏｒｅ）とに区分される。

非晶質金属は、一般に、均一なリボン幅を有する薄くて連続的なリボンとして供給される。しかし、非晶質金属は、非常に硬い材料であって、切断したり成形するのが容易でない。ピーク磁気特性を確保するためにアニール処理が施されると、非晶質金属リボンは大きな脆性を帯びるようになる。これは、バルク非晶質磁気部材を構成するために通常の方法を使用することを難しくし、コストが上昇する。

非晶質磁気コアを形成する非晶質金属は、他の強磁性材料に比べて著しく優れた磁性特性を示すが、上記のような物理的特性によって材料加工に困難がある。すなわち、従来は、非晶質トロイダルコアまたは非晶質カットコアに固有な磁気特性を付与するためのギャップを形成する切断工程を行うに当たって、製造工具などに過度な摩耗を発生させることがある。

また、非晶質カットコアである場合、非晶質リボンを巻線し、接着剤に含浸、固定させた後、ギャップを形成するための切断工程を行い、切断面を研磨する工程を進行する。これによって、切断面は絶縁が破壊されて、渦電流損失が増加するという問題がある。

一方、特許文献１には、多数の平面薄板のそれぞれを形成するために非晶質金属ストリップ材料を切断した後、薄板を、３次元形状を有するバルク非晶質金属磁性部品（すなわち、薄板積層体）として形成するために積層し、整列し、部品の磁気特性を改善させるために薄板をアニーリングした後、薄板積層体を接着剤で接着させる方法が提案された。

前記特許文献１には、薄板積層体が多数の非晶質金属薄板のみで積層されているので、例えば、薄板積層体のそれぞれを結合（組合）して、’Ｅ−Ｉ型’、’Ｃ−Ｉ’または’４個のＩ形状の部品で組み合わされた四角形’の磁気コア（磁気回路）を形成する時に、維持手段を使用して単一薄板積層体のそれぞれに対する間隔と平行状態を調節して機械的に組み立てている。

透磁率及びコア損失のような磁気的性質の低下を招くようになる高い応力を構成部品に付加しないようにするために、前記維持手段としては、接着剤を使用したり、またはバンドやハウジングを提示している。

前記特許文献１には、非晶質金属ストリップ材料を切断する時、小さくて複雑な形状の薄板はフォトリソグラフィーエッチング（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ）を用い、大きくて単純な形状の薄板はスタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）方法を提案している。

そのようなフォトリソグラフィーエッチングは、加工コストの上昇をもたらし、大型薄板には適用しにくく、Ｅ、Ｕ、Ｃのような複雑で且つ大型の薄板は、スタンピング加工方法を使用する場合、非晶質金属よりも高い硬度を有する材料でパンチとダイを構成するとしても、多くの数の薄板を加工する量産工程では、パンチとダイの摩耗を招いて、耐久性を保障できなくなり、これは、加工コストの上昇を招く。したがって、加工装備の耐久性を十分に保障できる加工方法が要求される。

また、薄板積層体を結合（組合）してエアギャップにスペーサを挿入しながら、’４個のＩ形状の部品で組み合わされた四角形’の磁気コア（磁気回路）を形成（仮組立）した後、これをバンドのような維持手段で固定する時に、互いに対向する２個のＩ形状の薄板積層体が、予め設定された間隔と平行状態を維持しながら仮組立が行われることが要求されるが、これを高い生産性を維持しながら具現できる構造や方法が提示されていない。

さらに、’Ｅ−Ｉ型’、’Ｃ−Ｉ’のような磁気コア（磁気回路）において、エアギャップにスペーサを挿入して形成（仮組立）する場合にも、上記と同様に、精密なエアギャップを保障しながら仮組立が行われた状態を維持する構造は全く提示されていない。

また、磁気回路を形成するように多数の薄板積層体を組み合わせる場合、非晶質金属薄板積層体には機械的応力が付加されるため、コア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）が増加するという問題もある。

大韓民国公開特許第２００５−６７２２２号

本発明の目的は、成形装置の十分な耐久性保障及び容易な成形自動化が可能なように、非晶質金属薄板の加工がスリッティングと直線カッティングまたはパンチングのみからなる多数の長方形の非晶質金属薄板を積層したＩ型非晶質金属薄板積層体を備える非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、ヨーク（ｙｏｋｅ）及びレッグ（ｌｅｇ）の組立プレートにそれぞれ形成された結合突起と結合凹溝を用いて結合することによって、組み立てが非常に容易に行われ、エアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）を付与し、スペーサを挿入するとしても、組立状態を維持することができる非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ヨーク及びレッグの組立プレートに形成された結合突起の長さと結合凹溝の深さを用いて、精密なエアギャップの調節が可能な非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、各ヨーク及びレッグの組立プレートに形成された結合突起と結合凹溝を用いて組み立てがなされ、非晶質金属薄板積層体には、透磁率及びコア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）のような磁気特性の低下を招かない最小限の機械的応力が付加されるように設定することによって、コア損失を最小限にすることができる非晶質金属コアと、それを用いた誘導装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、多数の非晶質リボンを積層した非晶質金属薄板積層体と；前記非晶質積層体の前面及び後面をカバーするための一対の組立プレートと；を含む非晶質金属コアを提供する。この場合、前記多数の非晶質金属薄板積層体は、接着剤に含浸して相互結合されてもよい。

前記非晶質金属薄板積層体は、Ｆｅ系またはＣｏ系非晶質磁性合金であることが好ましく、この場合、前記Ｆｅ系非晶質磁性合金は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｎ、及びＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃのいずれか一つであるか、または前記Ｃｏ系非晶質磁性合金は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−ＢまたはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂであることが好ましい。

また、前記非晶質金属薄板積層体は、Ｆｅ_８０Ｂ_１１Ｓｉ_３で定義される組成を有する合金であることも勿論可能である。

また、本発明は、前記非晶質金属薄板積層体及びその前後面にそれぞれ組立プレートをそれぞれ備え、互いに間隔を置いて平行に配置される第１及び第２ヨークと；前記非晶質金属薄板積層体及びその前後面にそれぞれ組立プレートをそれぞれ備え、前記第１及び第２ヨークの間に互いに平行に配置される第１及び第２レッグと；を含み、前記第１及び第２ヨークの組立プレートは、前記第１及び第２レッグの組立プレートに、相互形成された結合突起及び結合凹溝を通じて互いに結合されることを特徴とする非晶質金属コアを提供することによって、上記の目的を達成することができる。

この場合、前記第１及び第２ヨークと第１及び第２レッグとは互いに結合して四角形状をなすことが好ましい。

前記組立プレートは、結合突起の長さ及び結合凹溝の深さを調節して、前記第１及び第２ヨークと前記第１及び第２レッグとの間に形成されるエアギャップの間隔を調節することができる。

なお、前記第１及び第２ヨークの組立プレートはそれぞれ結合突起を形成し、前記第１及び第２レッグの組立プレートは、前記結合突起にそれぞれ対応する結合凹溝を形成することも勿論可能である。

前記第１及び第２ヨークの組立プレートはそれぞれ結合凹溝を形成し、前記第１及び第２レッグの組立プレートは、前記結合凹溝にそれぞれ対応する結合突起を形成することが好ましい。

また、本発明は、前記非晶質金属コアと；前記非晶質金属コアの第１及び第２レッグにそれぞれ巻線された第１及び第２ラミネートコイルと；前記第１及び第２ラミネートコイルの先端にそれぞれ接続された一対の端子と；前記非晶質金属コアを上下から覆う上部カバー及び下部カバーと；を含むことを特徴とする誘導装置を提供することによって、上記の目的を達成することができる。

前記上部カバー及び下部カバーは、両側がそれぞれ一対の締結ボルトによって相互連結されてもよい。

また、本発明は、非晶質金属薄板を同一の間隔でカッティングして、長方形状のリボンを多数個形成する段階と；前記多数のリボンを熱処理治具に積層して熱処理する段階と；前記熱処理された多数のリボンは、治具に組み立てた後、予め準備された接着剤に含浸して、多数のリボンを積層状態でボンディングする段階と；前記相互ボンディングされた多数のリボンを硬化する段階と；を含むことを特徴とする非晶質金属コア用非晶質金属薄板積層体の製造方法を提供することによって、上記の目的を達成することができる。

前記熱処理は、大気中で行われ、熱処理時間は昇温１時間と維持時間７時間であり、熱処理温度は３８０℃乃至４５０℃の間であることが好ましい。

前記接着剤は、エポキシ系列樹脂、アクリル系列樹脂、シリコン及びニスのいずれか一つであることが好ましい。

上記したように、本発明においては、非晶質金属コアを構成する時、非晶質金属薄板（ラミネーション）の薄板加工がスリッティングと直線カッティングまたはパンチングのみで形成される長方形の非晶質金属薄板を積層して得られるＩ型非晶質金属薄板積層体を使用するので、非晶質金属薄板を加工する成形装置の十分な耐久性保障及び成形自動化を容易に達成することができる。

また、本発明は、各ヨーク（ｙｏｋｅ）及びレッグ（ｌｅｇ）の組立プレートに形成された結合突起と結合凹溝を単純に結合することによって、仮組立が非常に容易であり、エアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）を付与し、スペーサを挿入するとしても、仮組立状態を維持できるので、組立生産性が高く、組立自動化を容易に達成することができる。

さらに、本発明では、ヨーク及びレッグの組立プレートに形成された結合突起の長さと結合凹溝の深さを用いて、精密なエアギャップの調節が可能である。

また、本発明では、各ヨーク及びレッグの組立プレートに形成された結合突起と結合凹溝を用いて組み立てが行われ、非晶質金属薄板積層体には、透磁率及びコア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）のような磁気的性質の低下を招かない最小限の機械的応力が付加されるように設定することによって、コア損失を最小限に抑制することができる。

すなわち、本発明では、非晶質金属薄板積層体の上／下部に積層される一対の組立プレートを、サス（ＳＵＳ）のような非磁性金属、シリコンスチールのような結晶質磁性体、または合成樹脂などの材料で形成し、組立プレートに形成された結合突起及び結合凹溝を用いて非晶質金属コアの組み立てが行われることによって、非晶質金属薄板積層体に対する機械的応力が付加されることを最小化して、コアの磁気的特性を極大化できるようになる。

さらに、非晶質カットコアである場合、ギャップ形成用切断及び切断面の研磨によって絶縁が破壊されて、渦電流損失が増加するという問題があるが、本発明では、長方形状からなる多数の非晶質金属薄板を積層した後、接着剤含浸工程を経、エアギャップは、非晶質金属単位コアを組み立てる時に、組立プレートによって間隔が自動で設定されるので、渦電流損失が増加するという問題が発生しなくなる。

本発明の第１実施例に係る非晶質金属コアの分解斜視図である。 各々図１に示したレッグ及びヨークをなす非晶質金属コアを示す分解斜視図である。 各々図１に示したレッグ及びヨークをなす非晶質金属コアを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施例に係る非晶質金属コアの組立斜視図である。 本発明の第１実施例に係る非晶質金属コアの非晶質積層体の作製過程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例によって、図１に示した各非晶質金属コアに結合された組立プレートの結合突起及び結合凹溝の位置を変更した状態を示す非晶質金属コアの分解斜視図である。 各々本発明の第１実施例に係る誘導装置を示す分解斜視図及び組立斜視図である。 各々本発明の第１実施例に係る誘導装置を示す分解斜視図及び組立斜視図である。 本発明の第３実施例に係る同一の４個の“Ｉ”形状の非晶質金属単位コアを組み立てて形成された正方形の非晶質金属コアを示す概略平面図である。 本発明の第４実施例に係る２個のヨーク及び３個のレッグを含む３相トランスフォーマ用非晶質金属コアを示す概略平面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る非晶質金属コアの構成と非晶質金属コアの製造方法、及びこのような非晶質金属コアを用いる誘導装置の構成を順次説明する。

本発明に係る非晶質金属コアは、少なくとも一つのエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）とスペーサを含む磁気回路を形成するように、“Ｉ”形状からなるバータイプ（ｂａｒ ｔｙｐｅ）の多数の非晶質金属単位コアを備える。

前記非晶質金属単位コアは、軟磁性特性に優れた非晶質磁性合金からなる広幅のリボンを、所望の幅と長さにスリッティング及びカッティングして得られる長方形状の多数の非晶質金属薄板を積層した非晶質金属薄板積層体と、非磁性金属、結晶質磁性体または合成樹脂からなり、前記非晶質金属薄板積層体の前面及び後面に積層され、非晶質金属薄板積層体に対応する長方形状からなる一対の組立プレートとで構成される。

このような非晶質金属単位コアは、全て“Ｉ”形状からなり、外部にコイルが巻線されるレッグ、またはレッグとレッグとを相互連結して磁気回路を形成するヨークに使用される。この場合、非晶質金属コアは、磁気回路を構成するために、必要に応じて、前記レッグ及びヨークは、少なくとも一つ以上の非晶質金属単位コアで構成され、少なくとも一つのエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）とスペーサを含むように、少なくとも一つ以上の非晶質金属単位コアが互いに直列に接続されるか、または並列に接続される。

すなわち、前記非晶質金属単位コアは、単に磁気回路の用途及び使用される位置によって長さが変化するだけで、同一の構造を有する。したがって、本発明の非晶質金属コアは、長さのみが互いに同一または異なる多数の“Ｉ”形状の非晶質金属単位コアで構成される。

以下で図面を参照して説明される非晶質金属コアは、一つの例示に過ぎず、少なくとも一つのエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）とスペーサを含む様々な磁気回路に適用可能である。

図１乃至図４を参照すると、本発明の第１実施例に係る非晶質金属コア１は、上下側に平行に配置された第１及び第２ヨーク１０，２０と、前記第１及び第２ヨーク１０，２０の両端部にそれぞれ直角に結合され、平行に配置された第１及び第２レッグ（ｌｅｇ）３０，４０とからなる。

この場合、非晶質金属コア１は、前記第１及び第２ヨーク１０，２０及び第１及び第２レッグ３０，４０が共に結合して長方形状をなすように、前記第１及び第２レッグ３０，４０が、第１及び第２ヨーク１０，２０に対して直角に組み立てられる。

前記第１及び第２ヨーク１０，２０は互いに同一の構造を有する。すなわち、前記一対のヨーク１０，２０はそれぞれ、“Ｉ”形状からなり、直六面体をなす非晶質金属薄板積層体１１，２１を備える。前記第１及び第２ヨーク１０，２０の非晶質金属薄板積層体１１，２１と第１及び第２レッグ３０，４０の非晶質金属薄板積層体３１，４１の製造過程は、非晶質金属コア１の構成を説明した後、続いて説明する。

また、前記第１及び第２ヨーク１０，２０はそれぞれ、前面及び後面にそれぞれ非晶質金属薄板積層体１１，２１に対応する長方形からなる組立プレート１３，１５；２３，２５が所定の接着剤などにより付着固定される。この場合、組立プレート１３，１５；２３，２５は、少なくとも第１及び第２ヨーク１０，２０の幅に対応する幅を有することが好ましい。

前記組立プレート１３，１５；２３，２５は、例えば、サス（ＳＵＳ）のような非磁性金属、シリコンスチールのような結晶質磁性体、または合成樹脂などからなることが好ましい。

前記第１ヨーク１０の前後面にそれぞれ付着される組立プレート１３，１５は、下端に沿って間隔を置いて対称に一対の結合突起１３ａ，１５ａがそれぞれ延びて形成される。なお、前記第２ヨーク２０の前後面にそれぞれ付着される組立プレート２３，２５は、上端に沿って間隔を置いて対称に一対の結合突起２３ｂ，２５ｂがそれぞれ延びて形成される。すなわち、前記結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂは、第１及び第２ヨーク１０，２０の間に配置される第１及び第２レッグ３０，４０に向かって突出形成される。

前記第１及び第２レッグ３０，４０は、第１及び第２ヨーク１０，２０と同様にそれぞれ、“Ｉ”形状からなり、非晶質金属薄板積層体３１，４１を含み、各非晶質金属薄板積層体３１，４１は、前後面にそれぞれ非晶質金属薄板積層体３１，４１に対応する長方形からなる組立プレート３３，３５；４３，４５が付着固定される。この場合、組立プレート３３，３５；４３，４５は、前記レッグ３０，４０の非晶質金属薄板積層体３１，４１の幅にそれぞれ対応する幅を有する。

また、前記組立プレート３３，３５；４３，４５は、上端に沿って、前記第１ヨーク１０の組立プレート１３，１５の結合突起１３ａ，１５ａがそれぞれ挿入される結合凹溝３３ａ，３５ａ；４３ａ，４５ａが形成され、下端に沿って、前記第２ヨーク２０の組立プレート２３，２５の結合突起２３ｂ，２５ｂがそれぞれ挿入される結合凹溝３３ｂ，３５ｂ；４３ｂ，４５ｂが形成される。

前記第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０は、前記結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂ及び結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂを通じて各部材間の結合が容易に行われる。

前記結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂ及び結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂは、前記第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０とを相互分離可能に結合させる結合手段を構成する。

前記組立プレート１３，１５；２３，２５；３３，３５；４３，４５は、非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１を保護すると共に、前記の結合手段によって前記第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０とを相互分離可能に結合させながら、結合時に非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１に最小限の機械的応力が付加されるように結合が行われる。

また、必要に応じて、前記結合手段を形成する前記結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂ及び結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂは結合がなされる時に、相互間に圧着結合が行われるか、または相互間にスナップ結合が行われるように、結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂには、対向する内周面にスナップ結合用の少なくとも一対の小型凹溝をさらに含み、前記結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂには、両側外周面にスナップ結合用の少なくとも一対の小型突起をさらに含むことができる。

前記の結合手段及びスナップ結合が行われる構造は、他の形状に変形可能であり、周知のいかなる構造も採用可能である。

その結果、前記第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０との間には、相互結合された状態を持続的に維持することができる結合力を有するようになる。

これに加えて、以下で説明する上／下部カバー７０，８０（図７参照）の間に組み立てられる前記第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０は、前記非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１の直接組立の代わりに、組立プレート１３，１５，２３，２５，３３，３５，４３，４５を用いて相互結合が行われるので、前記非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１には最小限の機械的応力が付加されることによって、コア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）を最小限に抑制することができる。

一方、非晶質金属コア１は、エアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）及びスペーサを含む磁気回路を構成する時、少なくとも一つのエアギャップを備えることができ、この場合、前記結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂの長さ及び結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂの深さを調節して、第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０との間の間隔（すなわち、磁気ギャップ）にエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）を精密に形成することができる。このとき、エアギャップの間隔が広がるほど、インダクタンスが小さくなる特性を考慮して、渦電流損失を減少させることができるように、第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０との間の間隔を、結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂの長さ及び結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂの深さを予め設定して最適化することができる。

また、エアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）及びスペーサを含む磁気回路を形成する時、第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０との間の間隔を、結合突起の長さ及び結合凹溝の深さを予め設定して最適化すると、後述するように、エアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）を付与し、スペーサを挿入するとしても、仮組立状態を維持できるので、精密組立状態を維持しながら、バンドまたは図７に示した上／下部カバー７０，８０を用いた最終固定が行われ得る。

前記実施例の説明では、第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０に結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂと結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂがそれぞれ一対となっているが、少なくとも一つの結合突起と結合凹溝を備えても、結合が可能であり、必要に応じて、それぞれ三つの結合突起と三つの結合凹溝を備えることで、結合力を高めることも可能である。

また、第１及び第２ヨーク１０，２０にそれぞれ一つの結合突起と結合凹溝を備え、これに結合される第１及び第２レッグ３０，４０にそれぞれ一つの結合凹溝と結合突起を備えることも勿論可能である。

一方、前記非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１は、使用可能な非晶質磁性合金で作製され、特に制限されないが、コスト及び磁気コアとしての特性を考慮する時、Ｆｅ系またはＣｏ系合金が好ましい。より詳細には、使用可能な非晶質合金は、Ｆｅ系としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｎ、及びＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃを挙げることができ、Ｃｏ系としては、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂを挙げることができる。より好適な非晶質合金材料は、Ｆｅ_８０Ｂ_１１Ｓｉ_３で定義される組成を有する合金である。

このような非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１の製造過程を、図５を参照して説明する。

まず、非晶質金属からなる広幅のリボンをスリッティング及びカッティング工程を行って、長方形状からなる多数の非晶質金属薄板を形成する（Ｓ１）。すなわち、長方形状からなるＩ型非晶質金属薄板は、均一な厚さを有する薄くて連続的な広幅のリボンとして提供される非晶質金属リボンを、所望の幅にスリッティングした後、ヨークまたはレッグに対応する同一の長さに連続的に直線カッティングすることによって、多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａ（図２及び図３参照）を形成する。

続いて、成形された多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａを熱処理治具に積層し（Ｓ２）、磁気的特性の向上のために、積層された多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａを磁場熱処理する（Ｓ３）。

前記熱処理は、多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａが磁気コアとしての特性を有するように、例えば、熱処理条件は、大気中で昇温１時間と維持時間７時間であり、熱処理温度は、３８０℃乃至４５０℃の間で行われる。熱処理は、所望の透磁率を得るためのもので、透磁率が高まる場合、コア損失（Ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）が減少し、飽和磁束密度（Ｂｓ）が大きくなり、保磁力（Ｈｃ）が小さくなり、また角形比が増加するようになる。

このように熱処理された多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａは、治具に組み立てられて積層体を形成した後（Ｓ４）、予め準備された接着剤を含浸させて（Ｓ５）、多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａを積層状態でボンディングして、非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１を作製する。

この場合、接着剤は、エポキシ系列樹脂、アクリル系列樹脂、シリコンまたはニスを使用することができ、例えば、エポキシ樹脂を、真空含浸によって多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａの間に浸透させた後、硬化させる。一方、エポキシ系接着剤は、例えば、４００℃で焦げてしまうので、接着剤含浸工程の前に熱処理が行われることが好ましいが、接着剤の種類によって、熱処理の前に接着剤含浸工程が行われてもよい。

この場合、多数の非晶質金属薄板１１ａ，３１ａを積層して接着剤を含浸させる時、図２及び図３のように、非晶質金属薄板積層体１１，３１の両側面にそれぞれ組立プレート１３、１５、３３、３５を結合した状態で接着剤含浸を施して、図１のように、非晶質金属薄板積層体１１，３１の両側面にそれぞれ組立プレート１３，１５，３３，３５を一体化することが好ましい。

このように、非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１は、接着剤含浸後に、硬化させ、規格によって作製されたか測定及び検査を実施する（Ｓ６）。

一方、前記非晶質金属コア１は、各組立プレートの結合突起１３ａ，１５ａ；２３ｂ，２５ｂ及び結合凹溝３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ；４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂの位置を反対の位置に形成することも勿論可能である。

すなわち、図６に示した本発明の第２実施例に係る非晶質金属コア１ａは、第１及び第２ヨーク１０ａ，２０ａの各前後面に付着固定される組立プレート１１３，１１５；１２３，１２５にそれぞれ結合凹溝１１３ａ，１１５ａ；１２３ｂ，１２５ｂを形成し、第１及び第２レッグ３０ａ，４０ａの各前後面に付着固定される組立プレート１３３，１３５；１４３，１４５に、前記結合凹溝１１３ａ，１１５ａ；１２３ｂ，１２５ｂに対応する結合突起１３３ａ，１３３ｂ，１３５ａ；１４３ａ，１４３ｂ，１４５ａをそれぞれ形成することができる。

また、図示していないが、各組立プレートに形成された結合突起及び結合凹溝は、前記図１及び図６に示したものとは異なり、一対のレッグの前後面に固定される組立プレートに結合突起と結合凹溝を共に備え、これに対応して、一対のヨークの前後面に固定される組立プレートに結合凹溝と結合突起を形成することも勿論可能である。

上記のように、非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１に組立プレート１１３，１１５；１２３，１２５が前後面に結合されて形成される“Ｉ”形状からなる非晶質金属単位コアは、長さのみが互いに異なるだけで、磁気回路のヨークまたはレッグに使用可能である。

前記第１実施例及び後述する第２実施例に係る非晶質金属コア１はそれぞれ、全体的な形状が長方形の無限ループを形成する磁気回路であって、長さが互いに同一である２対の“Ｉ”形状からなる非晶質金属単位コアで構成されている。

しかし、本発明は、図９に示した第３実施例に係る非晶質金属コアのように、正方形の無限ループを形成する磁気回路を構成するように、４個の互いに同一の長さを有する“Ｉ”形状からなる非晶質金属単位コア１０ｃ〜１０ｆで構成されてもよい。

また、本発明は、図１０に示した第４実施例に係る非晶質金属コアのように、３相トランスフォーマ用磁気回路を構成するように、長い長さを有する一対のヨーク１０ｂ，２０ｂと、二つのヨーク１０ｂ，２０ｂの両端部と中間部分を相互連結し、短い長さを有する３つのレッグ３０ｂ〜３０ｄとを含むことができる。

上記したように、本発明に係る非晶質金属コアは、磁気回路を形成するように、少なくとも４個の非晶質金属単位コアで構成することができる。上記の第１及び第２実施例でのように、互いに対向する第１及び第２ヨーク１０，２０；１０ａ，２０ａを相互連結する二つの第１及び第２レッグ３０，４０；３０ａ，４０ａにボビンが結合され、コイル５１，６１が巻線されると、図８のように誘導装置が製造される。この場合、好ましくは、コイル５１，６１が巻線されたボビンを、二つの第１及び第２レッグ３０，４０；３０ａ，４０ａに結合させることも可能である。

このとき、誘導装置は、マルチギャップタイプ（ｍｕｌｔｉ−ｇａｐ ｔｙｐｅ）構造、ノーマルギャップタイプ（ｎｏｒｍａｌ ｇａｐ ｔｙｐｅ）構造、ワンウェイギャップタイプ（ｏｎｅｗａｙ ｇａｐ ｔｙｐｅ）構造、Ｌタイプ（Ｌｔｙｐｅ）構造などの様々な磁気回路が形成されてもよい。

マルチギャップタイプ（ｍｕｌｔｉ−ｇａｐ ｔｙｐｅ）構造の誘導装置は、第１及び第２ヨーク１０，２０；１０ａ，２０ａと第１及び第２レッグ３０，４０；３０ａ，４０ａの２対の結合部分に、２対のスペーサをそれぞれ挿入して構成され、ワンウェイギャップタイプ（ｏｎｅｗａｙ ｇａｐ ｔｙｐｅ）構造の誘導装置は、第１及び第２ヨーク１０、２０；１０ａ、２０ａと第１及び第２レッグ３０，４０；３０ａ，４０ａの１対の結合部分に、１対のスペーサを挿入して構成される。

ノーマルギャップタイプ（ｎｏｒｍａｌ ｇａｐ ｔｙｐｅ）構造の誘導装置は、それぞれ１個のヨークに一対のレッグを組み合わせて１対のＣ型コアを形成し、１対のＣ型コアが互いに結合される結合部分に１対のスペーサを挿入して構成される。

ここで、少なくとも４個の非晶質金属単位コアが組み合わされる時には、組み合わされた非晶質金属単位コアの外周にサス（ＳＵＳ）からなる固定バンドにより固定され得る。

以下、図７及び図８を参照して、前記非晶質金属コア１を用いた本発明の一実施例に係る誘導装置１００を説明する。

前記誘導装置１００は、非晶質金属コア１、第１及び第２ラミネートコイル５１，６１、上部カバー７０、下部カバー８０及び一対の締結ボルト９１，９５を含む。

前記非晶質金属コア１は、磁気回路を形成するように、略長方形の無限ループ形状に組み立てられ、上／下側にそれぞれ第１及び第２ヨーク１０，２０が配置され、それらの間に第１及び第２レッグ３０，４０が配置された第１実施例を適用したものである。このとき、第１及び第２レッグ３０，４０は、外周に沿って螺旋方向にそれぞれ第１及び第２ラミネートコイル５１，６１が巻線される。この場合、前記第１及び第２ラミネートコイル５１，６１は、絶縁材質からなるボビン（図示せず）に予め巻線された後、第１及び第２レッグ３０，４０に組み立てられることが好ましい。

前記第１及び第２ラミネートコイル５１，６１は、先端部にそれぞれ電源線と接続される端子５３，６３を備えている。また、前記実施例では、コイルとして、ラミネートコイル５１，６１を使用したことを例示しているが、ラミネートされていない断面が円形の絶縁コイルを使用することも勿論可能である。前記ボビンに巻線されるラミネートまたは一般のコイル５１，６１は巻線（ｗｉｎｄｉｎｇ）を形成する。

上／下部カバー７０，８０は、非晶質金属コア１の上面及び下面を覆うようにそれぞれ配置されて、一対の締結ボルト９１，９５及びナット９３，９７を通じて、第１及び第２ヨーク１０，２０と第１及び第２レッグ３０，４０とが仮組立されてなる非晶質金属コア１を固定させる。この場合、上部カバー７０の対向する両側面に、締結ボルト９１，９５が挿入される貫通孔７１ａ，７３ａが形成される上部フランジ部７１，７３が延びて形成され、下部カバー８０の両側面にも上部カバー７０と同様に、両側に締結ボルト９１，９５が挿入される貫通孔８１ａ，８３ａが形成される下部フランジ部８１，８３が延びて形成されている。

また、下部カバー８０の両側にはそれぞれ、誘導装置１００を本体に固定設置するのに使用される２対の受け台がそれぞれ前後方向に延びて形成されている。

一対の締結ボルト９１，９５はそれぞれ、一端に上部カバー７０のフランジ部７１，７３に固定されるヘッド部９１ａ，９５ａが形成され、他端の外周にはナット９３，９７がそれぞれ締結されるねじ部９１ｂ，９５ｂが形成される。

したがって、非晶質金属コア１の上部及び下部にそれぞれ、上部カバー７０と下部カバー８０が結合され、一対の締結ボルト９１，９５が上部カバー７０及び下部カバー８０の両側の貫通孔７１ａ，７３ａ，８１ａ，８３ａに締結されると、図８に示した誘導装置１００の組み立てが完成する。

上記したように構成された本発明の非晶質金属コア１，１ａは、多数の長方形の非晶質金属薄板で作製されることによって、成形作業を容易に自動化することができ、成形装置の耐久性を保障することができる。

また、本発明は、一対のヨーク１０，２０と一対のレッグ３０，４０の非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１に直接結合突起及び結合凹溝を形成せずに、非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１の前後面に別途に配置される組立プレート１３，１５，２３，２５，３３，３５，４３，４５を用いて相互固定させることによって、非晶質金属薄板積層体１１，２１，３１，４１には最小限の機械的応力が付加されるようにして、コア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）を最小限に抑制させることができるという効果がある。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって、本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であるのはもちろんである。

本発明は、成形しやすく、自動化が容易で、組み立てが容易な非晶質金属コアに関するもので、トランスフォーマ、リアクター、インダクターなどを含む誘導装置に適用される。

Claims (14)

1. 多数の非晶質金属薄板が積層されて形成される非晶質金属薄板積層体と前記非晶質金属薄板積層体の前面及び後面に積層される一対の組立プレートとを備えて“Ｉ”形状からなり、少なくとも一つのエアギャップを有する磁気回路を形成する多数の非晶質金属単位コアと、
   前記多数の非晶質金属単位コアを分離可能に相互結合させるための結合手段とを含み、
   前記結合手段は、
   前記組立プレートの端部に形成される少なくとも一つの結合突起と、
   隣接する組立プレートの端部に形成されて、前記結合突起に結合される少なくとも一つの結合凹溝とで構成されることを特徴とする、非晶質金属コア。
2. 前記一対の組立プレートは、非磁性金属または結晶質磁性体からなることを特徴とする、請求項１に記載の非晶質金属コア。
3. 前記多数の非晶質金属薄板は、非晶質金属リボンのスリッティング及び切断カッティングによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の非晶質金属コア。
4. 前記結合突起は、前記非晶質金属薄板積層体から突出し、前記結合凹溝は、前記非晶質金属薄板積層体を部分的に露出させるように成形されることを特徴とする、請求項１に記載の非晶質金属コア。
5. 前記多数の非晶質金属単位コアは、
   平行に配列された二つのヨークと、前記二つのヨークを相互連結し、互いに平行に配列される少なくとも二つのレッグとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の非晶質金属コア。
6. 前記組立プレートの結合突起の長さ及び結合凹溝の深さによってエアギャップの間隔が調節されることを特徴とする、請求項１に記載の非晶質金属コア。
7. 前記結合突起と結合凹溝との結合は、スナップ結合または圧着結合によりなされることを特徴とする、請求項１に記載の非晶質金属コア。
8. 少なくとも一つのエアギャップを有する磁気回路を形成するように両側端部が相互結合され、“Ｉ”形状からなる多数の非晶質金属単位コアを備える非晶質金属コアと、
   前記非晶質金属コアを形成する非晶質金属単位コアの少なくとも一つに巻線される少なくとも一つのコイルとを含み、
   前記多数の非晶質金属単位コアのそれぞれは、
   長方形状からなる多数の非晶質金属薄板を積層した非晶質金属薄板積層体と、
   それぞれ前記非晶質金属薄板積層体の前面及び後面に積層され、前記非晶質金属単位コアを相互結合させる時に、結合がなされる両側端部に少なくとも一つの結合突起または結合凹溝を備える一対の組立プレートとを含むことを特徴とする、誘導装置。
9. 前記多数の非晶質金属単位コアは、
   平行に配列された二つのヨークと、
   前記二つのヨークを相互連結し、平行に配列される少なくとも二つのレッグとを形成することを特徴とする、請求項８に記載の誘導装置。
10. 前記磁気回路は、マルチギャップタイプ（ｍｕｌｔｉ−ｇａｐ ｔｙｐｅ）、ワンウェイギャップタイプ（ｏｎｅｗａｙ ｇａｐ ｔｙｐｅ）及びノーマルギャップタイプ（ｎｏｒｍａｌ ｇａｐ ｔｙｐｅ）のいずれか一つのスペーサを含むことを特徴とする、請求項８に記載の誘導装置。
11. 前記一対の組立プレートに形成された結合突起の長さ及び結合凹溝の深さによってエアギャップの間隔が調節されることを特徴とする、請求項８に記載の誘導装置。
12. 前記二つのヨークを上下から覆う上部カバー及び下部カバーをさらに含み、前記上部カバー及び下部カバーは、両側がそれぞれ一対の締結ボルトによって相互連結されることを特徴とする、請求項８に記載の誘導装置。
13. 非晶質金属のリボンをスリッティング及びカッティングして同一の長さの長方形状からなる多数の非晶質金属薄板を積層して、非晶質金属薄板積層体を形成する段階と、
    前記非晶質金属薄板積層体を熱処理する段階と、
    前記非晶質金属薄板積層体の前面及び後面に、両側端部に少なくとも一つの結合突起または結合凹溝を備える一対の組立プレートを積層した後、接着剤に含浸して非晶質金属単位コアを得る段階と、
    前記非晶質金属単位コアを多数個組み立てて、少なくとも一つのエアギャップを有する磁気回路を形成する非晶質金属コアを得る段階とを含む、非晶質金属コアの製造方法。
14. 前記非晶質金属薄板積層体を熱処理する段階は、大気中で行われ、熱処理時間は、昇温１時間と維持時間７時間であり、熱処理温度は、３８０℃乃至４５０℃の範囲で設定されることを特徴とする、請求項１３に記載の非晶質金属コアの製造方法。