JP2021163772A - 積層コア及びノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】高いノイズ抑制効果を奏することができる、ナノ結晶合金箔による積層コアを提供する。【解決手段】積層コアは、ナノ結晶合金箔２１を巻き回して積層した環状体を含む。ナノ結晶合金箔により構成される層の層間には、樹脂層２２が配置されている。また、合金箔２１の層間の距離は、ナノ結晶合金箔の厚みの３７．５％以上５６．５％以下である。積層コアは、周方向に２つ以上に分割されている。【選択図】図２

Description

本開示は、ナノ結晶合金箔を用いて構成された積層コアに関する。

ナノ結晶合金箔を主材とするノイズフィルタとして、合金箔の巻き回してなる積層体が用いられている。合金箔の積層体は、合金箔が非常に脆いことから、一般的に、合金箔の層間に樹脂を充填し、強度を高めることがなされている。例えば特許文献１には、巻回後に樹脂を含浸する磁心の製造方法が開示されている。

特開平７−３２６５３３号公報

環状のノイズフィルタは、分割することで取り回しが非常に良好になる。しかしながら、ナノ結晶合金箔を主材料とする積層コアは、分割するとインピーダンス特性が大きく低下してしまうという問題があった。

本開示の目的は、高いノイズ抑制効果を奏することができる、ナノ結晶合金箔による積層コアを提案することである。

本開示の一態様は、ナノ結晶合金箔を積層して構成された環状体を含む積層コアであって、ナノ結晶合金箔により構成される層の層間には、樹脂層が配置されている。上述した層の層間の距離は、ナノ結晶合金箔の厚みの３７．５％以上５６．５％以下である。当該積層コアは、周方向に２つ以上に分割されている。

このような構成の積層コアは、理由は必ずしも明らかではないが、周方向に分割がされていないこと以外は同じ構成である積層コア、例えば切断による分割操作を行う前の積層コアと比較して、インピーダンス特性の低下が高度に抑制される。そのため、上記構成の積層コアは、高いノイズ低減効果を奏することができる。

上述した積層コアは、ナノ結晶合金箔を巻き回して積層した環状体を含んでもよい。このような構成の積層コアは、合金箔を巻回する手法で環状体を製造することができる。

また上述した積層コアにおいて、ナノ結晶合金箔の占積率は、６２％以上７２％以下であってもよい。このような構成の積層コアは、周方向に分割がされていても高いインピーダンス特性を示し、高いノイズ低減効果を奏することができる。
また上述した積層コアにおいて、当該積層コアのインピーダンス特性値は、当該積層コアを周方向に分割する前のインピーダンス特性値の５０％以上であってもよい。

本開示の別の一態様は、ノイズフィルタであって、上述した本開示の一態様の積層コアを用いる。このような構成のノイズフィルタが備える上述した積層コアは、周方向に分割されているにもかかわらず、インピーダンス特性の低下が高度に抑制されている。そのため、上記構成のノイズフィルタは、高いノイズ低減効果を奏することができる。

実施形態の積層コアを示す模式的な斜視図である。 実施形態の積層コアを示す模式的な正面図である。 積層コアの製造方法を説明する模式図である。 図４Ａ及び図４Ｂが実施例１の切断面の拡大写真であり、図４Ｃ及び図４Ｄが実施例２の切断面の拡大写真であり、図４Ｅ及び図４Ｆが比較例の切断面の拡大写真である。 変形例の積層コアであって、分割前の状態を示す模式的な斜視図である。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．積層コアの構成］
図１に示されるように、積層コア１は、ナノ結晶合金箔を巻き回して積層した環状体を含む。この積層コア１は、環状体を周方向に２つに分割した半割体１０及び半割体１１を含む。半割体１０及び半割体１１は、実質的にほぼ同一の構成である。そのため、以下ではそれら代表して半割体１０のみを用いて説明する場合があるが、半割体１１も半割体１０と同様の特徴を備える。

図２は、半割体１０及び半割体１１の模式的な正面図であり、実際の構成とは寸法比率や積層数などが異なる場合がある。半割体１０は、ナノ結晶合金によって構成された帯状の複数の合金箔２１を厚さ方向に積層した構成である。ここでいう厚さ方向とは、半割体１０及び半割体１１により構成される環状体の仮想的な中心軸Ａを中心として放射状に広がる方向である。この中心軸Ａは、複数の合金箔２１の幅方向に延びる軸である。

また、複数の合金箔２１それぞれにより構成される層の層間には、樹脂層２２が配置されている。この複数の樹脂層２２は、例えば複数の合金箔２１を積層した後に樹脂を含浸させることにより形成することができる。半割体１０に含まれる複数の合金箔２１及び複数の樹脂層２２のそれぞれは、中心軸Ａを中心とする円弧状である。

本実施形態において、複数の合金箔２１を構成するアモルファス合金は、軟磁性を有する合金である。後述するように、一部をナノ結晶化させてもよい。また、本実施形態において、複数の樹脂層２２を構成する樹脂は、エポキシ系樹脂である。なお樹脂層２２を構成する樹脂は、合金箔２１の層間に絶縁層を形成できるものであれば特に限定されず、様々な樹脂を用いることができる。このような樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むものであってもよい。

複数の合金箔２１によって構成される層の層間の距離（以下、層間距離とも記載する）の平均値は、６〜１０μｍである。また、層間距離の平均値は、合金箔２１の厚みの３７．５％以上５６．５％以下である。層間距離は、言い換えると、樹脂層２２の厚さである。この層間距離の測定の詳細については後述する。

［２．積層コアの製造工程］
積層コアは、一例として、以下の手順により製造することができる。
（ｉ）合金箔を積層した環状体の製造
図３に示されるように、アモルファス合金箔のリール４１から、図示しない箔巻取機を用いて矢印Ｂ方向に合金帯４２を移動させて巻回し、環状体４３を構成する。合金箔の層間距離は、例えば、箔巻取機の回転数によって制御することができる。具体的には、回転数が小さいほど合金帯４２が緩く巻かれ、合金箔の層間距離が大きくなる。また、合金帯４２はレール４４に沿って移動するが、その際に磁石４５を用いて合金帯４２にテンションを掛けてもよい。このテンションが大きいほど、層間距離が小さくなる。

（ｉｉ）熱処理
上述した工程にて製造した環状体を磁場中熱処理炉に入れて、磁場中熱処理を施す。具体的には、炉内に設置された環状体に対し、磁場を印加しながら炉内の温度をアモルファス合金の結晶化開始温度以上の温度（例えば５００℃以上。ただし、析出する結晶が数百ｎｍ以上まで成長するのを抑制可能な温度（例えば、７００℃以下）。）まで昇温して、各合金箔においてナノ結晶を析出させる。磁場中熱処理が完了したら、急冷によって各合金箔が破損するのを抑制するため、炉内の温度をゆっくりと降温させる。これにより、アモルファス合金の一部をナノ結晶化させた、Ｆｅ基ナノ結晶合金によって構成される環状体を得ることができる。

（ｉｉｉ）樹脂層の形成
上述した熱処理工程が為された環状体を構成する合金箔の層間に樹脂を含浸させることにより、樹脂層を形成する。環状体に含浸される樹脂の粘度は、１０００ｍＰａ・ｓ以下としてもよい。樹脂をこのような粘度に調整することで、層間への樹脂の充填を容易に実現できる。なお、樹脂の温度調整や真空度を高めることにより、粘度の高い樹脂であっても含浸による高度な充填を実現できる。

（ｉｖ）環状体の切断及び研磨
上述したように樹脂層が形成された環状体を、環状体の中心軸（図２における中心軸Ａ）に平行な平面に沿って切断する。本実施形態では、中心軸を通過する平面に沿って切断することで、略同じ形状の半割体が２つ形成される。その後、切断面を研磨機により研磨する。

このように構成された、本実施形態の積層コアは、上述したように切断して分割されているため、例えば合金箔を折り曲げて積層することにより構成された積層体とは異なり、各層を構成する合金箔は原則的に繋がっていない。ここでいう原則的とは、一部の合金箔が隣接する層の合金箔と繋がっていてもよい、という意味である。すなわち、例えば製造工程のいずれかにおいて、一部の合金箔が隣接する合金箔と部分的に接触して繋がった状態となった積層コアも、本実施形態の積層コアに含まれる。

積層コアの周方向（すなわち、巻回方向）の端面は、切断面である。なお本実施形態においては、研磨がなされた後の切断面には特段の処理は施されていない。しかしながら、例えば当該切断面を保護する目的で樹脂等により切断面が被覆されていてもよい。また、半割体全体が、樹脂又はケースにより覆われていてもよい。

［３．実施例］
＜実施例１＞
合金箔２１を構成するＦｅ基アモルファス合金（もしくはナノ結晶合金）は、Ｃｕ：１．４％（原子％、以下も同様）、Ｎｂ：７．３％、Ｓｉ：８．４％、Ｂ：１．４％、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含むものを用いた。

合金箔２１の幅は１０ｍｍとした。箔巻取機の回転数は２００［ｒｐｍ］とし、磁石４５によるテンション付加は行わなかった。
樹脂層２２を構成する樹脂として、ナガセケムテックス株式会社製の可撓性エポキシ樹脂（主材品名ＸＮ１０１９Ｎ、硬化剤品名ＸＮ１１２４）を用いた。含浸時には、混合物の粘度を９００［ｍＰａ・ｓ］とした。切断前の積層コアの直径は２５ｍｍであった。

＜実施例２＞
箔巻取機にて環状体４３を製造する際に、磁石４５にてテンションを付加した点以外は、実施例１と同様の手法で積層コアを製造した。

＜比較例＞
比較例では、箔巻取機にて環状体４３を製造する際に、箔巻取機の回転数を１２００［ｒｐｍ］に高めたこと、及び、磁石４５にてテンションを付加した点以外は、実施例１と同様の手法で積層コアを製造した。

［４．積層コアの評価］
＜合金箔厚さ及び層間距離の測定＞
合金箔の厚さ及び層間距離は、図１に示す一方の切断面１０ａ及び他方の切断面１０ｂの両方で測定した。測定位置は、各切断面の幅方向及び厚さ方向の中央部Ｃ近傍とした。測定には、キーエンス製デジタルマイクロスコープＶＨＸ−１０００を用い、切断面に垂直な方向から１０００倍で観察した画像から合金箔２１と樹脂層２２の各層の境界を特定し、層間距離を測定した。図４Ａ−４Ｂに、実施例１の観察画像を示す。図４Ｃ−４Ｄに、実施例２の観察画像を示す。図４Ｅ−４Ｆに、比較例の観察画像を示す。実施例１，２及び比較例における合金箔厚さ及び層間距離の測定結果を、表１に示す。また測定結果の算術平均値を下記の表２に示す。

＜インピーダンス測定＞
実施例１，２及び比較例の積層コアについて、樹脂含浸後（すなわち、切断前）と、切断及び断面研磨工程後と、において、インピーダンス測定を行った。測定周波数は１［ＭＨｚ］とした。切断後の半割体１０及び半割体１１は、切断面同士が当接するように組み合わせて１つの環状体としてインピーダンスを測定した。実施例１，２及び比較例におけるインピーダンス特性の測定結果を下記の表２に示す。なお、インピーダンスの測定値には数％程度の測定誤差が生じる可能性があるため、表２におけるインピーダンス保持率にも最大５％程度の誤差が生じている可能性がある。

＜層間距離の比率の算出＞
層間距離の比率とは、ナノ結晶合金箔の厚みを１００％としたときの層間距離の大きさ［％］である。実施例１，２及び比較例における算出結果を下記の表２に示す。

＜占積率の算出＞
占積率とは、積層コアに占めるナノ結晶合金の体積割合である。体積割合は、切断面における合金箔２１が占める面積の割合から判断した。具体的には、合金箔の厚さの平均値（α）及び樹脂層の厚さ（すなわち層間距離）の平均値（β）に基づき、α／（α＋β）を求め、この値を合金箔２１が占める面積の割合（即ち、占積率）とした。占積率の算出結果を表２に示す。

表２の層間距離の実測値の欄において、上段と下段は、それぞれ異なる切断面による測定結果の算術平均値である。また平均値の欄は、上段と下段の値の平均値である。表２から明らかなように、層間距離の比率が大きい実施例１，２では、積層コア切断後のインピーダンスの保持率が９５％以上と極めて高く、ほぼ切断前と同じ値を維持した。なお、層間距離の比率が小さい実施例２の方が、インピーダンス特性は大きくなった。

一方で、層間距離の比率が実施例と比較して小さい比較例では、切断前のインピーダンス特性は実施例より大きいものの、切断後は大きく低下した。切断後のインピーダンス保持率は５０％以上であることが望ましいため、実施例１，２は良好な結果であり、比較例は望ましくない結果であると言える。

なお、層間距離の比率が３７．５％以上であるときに、積層コアを分割した場合のインピーダンス特性低下について、充分な抑制効果が得られた。なお、層間距離の比率は３９．５％以上のとき、特に４５％以上のときに、高度にインピーダンス特性の低下を抑制できた。

また、層間距離が大きすぎると、切断前からインピーダンス特性が大きくなりにくい。ここで、層間距離の比率が５６．５％以下であるときに、充分なインピーダンス特性を得ることができた。また、特に層間距離の比率が５５％以下であるとき、インピーダンス特性を高めることができ、特に５０％以下のときにより高いインピーダンス特性を得ることができた。

また、表２の占積率の欄において、上段と下段は、それぞれ異なる切断面による測定結果の算術平均値である。表２から明らかなように、占積率が７２％以下の場合、断前後のインピーダンス特性低下が抑制された。また、その効果は、少なくとも占積率が６２％以上の場合において確認できた。すなわち、ナノ結晶合金箔の占積率は、６２〜７２％であるとき、分割された積層コアにおいて好ましいインピーダンス特性が見られた。一方、比較例のように占積率が７３％を超える場合は切断前後のインピーダンス特性低下が顕著であった。

［５．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（５ａ）本実施形態の積層コア１は、理由は必ずしも明らかではないが、周方向に切断により分割されていないこと以外は同じ構成である積層コアと比較して、インピーダンス特性の低下が高度に抑制されていた。分割により低下したインピーダンス特性は、分割前と比較して、５０％以上であれば好ましい。すなわち、本実施形態の積層コア１は、高いノイズ低減効果を奏することができる。

（５ｂ）積層コア１は、ナノ結晶合金箔を巻き回して積層した環状体を含んでもよい。このような構成の積層コアは、合金箔を巻回する手法で環状体を製造することができる。
（５ｃ）積層コア１は、エポキシ系樹脂を層間に含浸しているため、合金箔の破損や変形、及び層間距離の変化が抑制される。その結果、インピーダンス特性の低下を抑制することができる。

［６．その他の実施形態］
以上本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

（６ａ）上記実施形態では、積層コア１は、環状体をほぼ同じ形状で２つに分割することで半割体１０、１１を得る構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、形状が異なるように周方向に２分割してもよい。また、周方向に３つ以上に分割してもよい。

（６ｂ）積層コア１の各構成の寸法に関し、各部の寸法は上述の例に限定されず、適宜調整できる。また積層コア１の巻数など、積層コア１の構造も上述の例に限定されず、適宜調整できる。また層間に配置される樹脂層の組成・製造方法も特に限定されない。例えば樹脂層に何らかのフィラーが配合されていてもよい。

（６ｃ）上記実施形態では、磁性材料の例として、特定組成のＦｅ基アモルファス合金の一部をナノ結晶合金化したものを例示した。しかしながら、ナノ結晶合金箔を巻き回して積層した環状体を含む積層コアであれば、磁性材料は例示された構成に限定されない。例えば、Ｆｅ基アモルファス合金（もしくはナノ結晶合金）の組成は例示した構成とは異なる構成であってもよい。また、ナノ結晶化された部分を含まないアモルファス合金により積層コアを構成してもよい。具体的には、アモルファス合金に対して熱処理を施す処理を省略してもよい。

（６ｄ）上記実施形態では、積層コア１は、ナノ結晶合金箔を巻き回して積層した環状体を含むものである構成を例示した。しかしながら積層コアの態様はこれに限定されない。例えば図５に示される積層コア１０１のように、薄い環状の合金箔１０２及び樹脂層１０３を、軸方向に積層することにより環状体が構成されていてもよい。このように構成された積層コア１０１も、層間距離の比率などの層間距離に係る条件が上記実施形態に示された条件を満たすときに、環状体の周方向に２つ以上に分割した際のインピーダンス特性の低下を抑制することができる。

（６ｅ）積層コア１は、ノイズフィルタとして利用できる。その場合、半割体１０及び半割体１１それぞれを保持するケースであって、各半割体の切断面同士が対向して近接し、環状体を構成する状態と、半割体同士が離れた状態と、に遷移可能とするケースを備えていてもよい。

１，１０１…積層コア、１０，１１…半割体、１０ａ，１０ｂ…切断面、２１，１０２…合金箔、２２，１０３…樹脂層、４１…リール、４２…金属帯、４３…環状体、４４…レール、４５…磁石

Claims (5)

1. ナノ結晶合金箔を積層して構成された環状体を含む積層コアであって、
   前記ナノ結晶合金箔により構成される層の層間には、樹脂層が配置されており、
   前記層間の距離は、前記ナノ結晶合金箔の厚みの３７．５％以上５６．５％以下であり、
   当該積層コアは、周方向に２つ以上に分割されている、積層コア。
2. 請求項１に記載の積層コアであって、
   前記積層コアは、前記ナノ結晶合金箔を巻き回して積層した環状体を含む、積層コア。
3. 請求項１又は請求項２に記載の積層コアであって、
   前記ナノ結晶合金箔の占積率は、６２％以上７２％以下である、積層コア。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の積層コアであって、
   当該積層コアのインピーダンス特性値は、当該積層コアを周方向に分割する前のインピーダンス特性値の５０％以上である、積層コア。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層コアを用いたノイズフィルタ。

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