JP3438824B2 - 巻磁心およびその製造方法ならびに高電圧パルス発生装置、レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエキシマレーザ、ＴＥＡ
−ＣＯ₂レーザ、ＴＥＭＡ−ＣＯ₂レーザあるいは銅蒸気
レーザを始めとするレーザ装置などに用いられる高電圧
パルス発生装置に使用される巻磁心およびこれを用いた
高電圧パルス発生装置ならびにレーザ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ、ＴＥＡ−ＣＯ₂レー
ザ、ＴＥＭＡ−ＣＯ₂レーザあるいは銅蒸気レーザなど
のレーザ装置では、一般に、コンデンサに蓄積されたエ
ネルギ−をサイラトロン等の放電管スイッチ素子やサイ
リスタなどの半導体スイッチ素子を用いて放電させる高
繰り返し高電圧パルス発生装置が用いられている。この
高電圧パルス発生装置の高効率化と高信頼性化を図るに
は、特に、前記スイッチ素子の低損失化を図ることが重
要であり、畑中、河原、緑川、田代、小原、“全固体素
子を用いた１ｋＷ ＴＥＡ ＣＯ₂レーザー”、レーザー科
学研究、Ｎｏ.１３、ｐ.４９〜５０（１９９１年）、出
口、竹田、畠山、木島、藤原、井澤、村田、山中、“全
固体化電源を用いた１００Ｗ級銅蒸気レーザの開発”、
電気学会論文誌Ｃ、第１１１巻 ８号、ｐ.３０７〜３１
５（１９９１年）、栗原、佐藤、柴田、重田、升方、八
井、“エキシマレーザ励起用可飽和トランス付磁気パル
ス圧縮回路の開発（２）”、電気学会 プラズマ研究会
資料、ＥＰ−９１−３７、ｐ.１０９〜１１７（１９９
１年）あるいは野末、溝口、天田、“エキシマレーザリ
ソグラフィー １.エキシマレーザー”、Ｎｏ.１１４、
Ｏ ｐｕｌｕｓ Ｅ、ｐ.８９〜９３（１９９１年）など
に記載されているように昇圧変圧器、可飽和変圧器ある
いは可飽和リアクトルなどのパルスパワー用磁心を用い
るのが有効なことが知られている。

【０００３】この用途で用いられる可飽和変圧器あるい
は可飽和リアクトルの磁心（以下パルスパワー用可飽和
磁心と称す）では損失による磁心の温度上昇を無視すれ
ば、例えば中島、香川、平尾、渡部、“鉄基超微結晶質
合金を用いた磁気スイッチ磁心の動特性評価”、電気学
会 プラズマ研究会資料、ＥＰ−９１−１３、ｐ.１〜
１０（１９９１年）（以下文献１と略す）などに示され
るように、磁心体積は磁心の占積率Ｋと最大動作磁束密
度量ΔＢmの積である実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢm
の２乗に反比例し、磁心の飽和領域の比透磁率μ_rs磁心
に比例することが知られている。一般に、材料特性を十
分に活用したパルスパワー用可飽和磁心を実現するには
最大動作磁束密度量ΔＢmは少なくとも実効飽和磁束密
度Ｂmsの１.９倍程度以上、飽和領域の比透磁率μ_rsは
大きくとも１.５程度以下である必要がある。また、可
飽和磁心の低損失化を図るには前記文献１などに示され
るように、単位体積当たりのゲート半周期磁心損失Ｐcg
と飽和領域の比透磁率μ_rsの積を占積率Ｋと最大動作磁
束密度量ΔＢmの２乗の積Ｋ・ΔＢm²で割った磁心損失係
数α＝（μ_rs・Ｐcg）／（Ｋ・ΔＢm²）の小さな磁心を用
いる必要がある。この損失係数αの小さな磁心としては
前記資料１に記載されるように、飽和磁歪定数λ_sの絶
対値の小さなコバルト基非晶質合金薄帯とポリエチレン
テレフタレートフィルム（商品名、マイラーフィルム、
デュポン社製あるいはルミラーフィルム、東レ社製な
ど、以下ＰＥＴフィルムと称す）などの高分子フィルム
を交互に巻回して構成した巻磁心、あるいはＳｉＯ₂な
どのセラミックの絶縁コーティングを施した鉄基超微結
晶質合金薄帯を巻回して構成した特開平１−１１０７０
７号に記載される巻磁心が優れている。なお、これらの
巻磁心に用いられているコバルト基非晶質合金薄帯と鉄
基超微結晶質合金薄帯は融体急冷法によって製作され
る。

【０００４】しかし、一般にパルスパワー用可飽和磁心
は数百Ｈｚ程度から数十ｋＨｚ程度の高繰り返し周波数
で動作させる必要があるため損失にともなう温度上昇を
無視することができない。このため特開平１−９８２０
６号などに記載されるような機構の冷却装置を設けて磁
心の温度上昇を極力防止し、磁心の温度上昇にともなう
実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢmの低下あるいは絶縁材
料の劣化による磁心損失係数αの劣化を防止している。
しかし、かりに磁心の損失が同一であっても磁心体積が
小さな磁心ほど、すなわち実効最大動作磁束密度量Ｋ・
ΔＢmが大きな磁心ほど温度上昇は顕著なものとなり、
大型で消費電力の大きな冷却装置を用いたり、連続動作
時間に制限を設けざるを得なくなる。したがって、小型
で消費電力の小さな冷却装置を用いて連続動作時間に特
に制限なしに高繰り返し動作の可能な高効率かつ高信頼
性の高電圧パルス発生装置を実現するため、実効最大動
作磁束密度量Ｋ・ΔＢmが比較的小さく、磁心損失係数α
も小さな特開平２−９４６０５号などに記載されるコバ
ルト基非晶質合金薄帯とＰＥＴなどの高分子フィルムを
同時に巻回し構成した特開昭６４−６５８８９号あるい
は特開平２−１９４５０４号などに記載される巻磁心が
用いられている。 一方、この用途で用いる昇圧変圧器
の磁心の大きさは実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢmの２
乗に反比例し、磁心の損失は単位体積当たりのゲート半
周期の磁心損失Ｐcgを占積率Ｋと最大動作磁束密度量Δ
Ｂmの２乗の積Ｋ・ΔＢm²で割った損失係数β＝Ｐcg／
（Ｋ・ΔＢm²）に比例する関係にあるが、繰り返し周波
数が高い場合には上記可飽和磁心と同様の理由で特開平
２−９４６０５号、特開昭６４−６５８８９号あるいは
特開平２−１９４５０５号などに記載されるコバルト基
非晶質合金薄帯を用いた巻磁心が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに前記特開昭６
４−６５８８９号あるいは特開平２−１９４５０４号に
記載される従来技術によるコバルト基非晶質合金薄帯を
用いた巻磁心をパルスパワー用可飽和磁心として用いた
場合、以下のような問題がある。

【０００６】特開昭６４−６５８８９号に記載される未
熱処理状態のコバルト基非晶質合金薄帯と高分子フィル
ムを同時に巻回して構成した巻磁心の直流磁気特性にお
ける実効飽和磁束密度Ｂmsと実効飽和残留磁束密度Ｂrm
sの比である角形比Ｂrms／Ｂmsは５０％程度と低く、飽
和特性も著しく悪い。このように直流磁気特性が悪いの
は、融体急冷法で製作されたコバルト基非晶質合金薄帯
に不可避的に加えられた応力と同非晶質合金薄帯と高分
子フィルムを同時に巻回して巻磁心を製作したときに加
えられた応力の影響によるものである。このような未熱
処理状態のコバルト基非晶質合金薄帯と高分子フィルム
を同時に巻回して構成した巻磁心をパルスパワー用可飽
和磁心として用いた場合、数十Ａ／ｍ程度のリセット磁
化力を加えても最大動作磁束密度量ΔＢmは実用上要求
される実効飽和磁束密度Ｂmsの１.９倍にはとうてい達
しないため実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢmを大きくで
きず、飽和領域の比透磁率μ_rsも実用上要求される１.
５よりもはるかに大きくなり材料特性を十分活用できて
いないため磁心が不要に大型化する問題があった。

【０００７】また、パルスパワー用可飽和磁心では飽和
時の最大磁化力が数ｋＡ／ｍ以上に達する飽和領域を含
む大振幅動作をするため飽和領域において発生する損失
も無視し得ず、この飽和領域の損失は飽和領域の透磁率
μ_rsが大きいほど大きくなる。このため通常の変圧器の
ような飽和領域を含まないマイナーループ動作をする磁
心に比べて、パルスパワー用可飽和磁心では前記未熱処
理状態のコバルト基非晶質合金薄帯に加えられた応力の
影響による単位体積当たりの磁心損失の増加率は顕著な
ものとなる。したがって未熱処理状態のコバルト基非晶
質合金薄帯と高分子フィルムを同時に巻回して構成した
可飽和磁心は、実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢmが小さ
く飽和領域の比透磁率μ_rsが大きいことに加えて単位体
積当たりのゲート半周期の磁心損失Ｐcgも大きいため、
これらの相乗効果により損失係数αが一段と大きくなる
問題も生じる。このような問題を対策するため未熱処理
状態のコバルト基非晶質合金薄帯と高分子フィルムを同
時に巻回して巻磁心を構成した後に熱処理を行うことが
考えられる。前記未熱処理状態のコバルト基非晶質合金
薄帯に加えられている前記２つの原因による応力を緩和
させるには、結晶化温度以下のその合金組成に応じた比
較的高い温度で熱処理することが好ましく、一般に３５
０℃程度以上で数時間程度の熱処理を行う必要がある。
現状３５０℃程度以上で数時間程度の熱処理を行っても
支障のない高分子フィルムとしてはポリイミドフィルム
（商品名、カプトンフィルム、デュポン社製など、以下
ＰＩフィルムと称す）があるが、現状入手し得るフィル
ムの厚みは最少でも７.５μｍであり、実用上良好な磁
気特性の得られる板厚１０μｍから３０μｍ程度のコバ
ルト基非晶質合金薄体を用いたパルスパワー用可飽和磁
心に必要と考えられるフィルムの厚みの下限値である２
μｍに対し厚すぎて巻磁心の占積率を不要に低下させて
しまう問題がある。

【０００８】このため、特開平２−１９４５０４号に記
載されるようにパルスパワー用可飽和磁心に使用する高
分子フィルムとして、厚さ２μｍ程度から６μｍ程度の
ＰＥＴフィルムあるいはポリアミドフィルム（商品名、
アラミドフィルム、東レ社製）等が主として用いられて
いる。しかし、これらのフィルムの実用上の熱処理温度
は熱処理時間を５時間程度に制限した場合でも、ＰＥＴ
フィルムの場合で１８０℃程度、ポリアミドフィルムの
場合で２５０℃程度に制限される。このような比較的低
温で数時間程度の熱処理では、コバルト基非晶質合金薄
帯と高分子フィルムを同時に巻回したときに加えられた
応力を緩和させることはできても、融体急冷法で製作さ
れたときに同合金薄帯に加えられた大きな応力を十分に
緩和することはできず、パルスパワー用可飽和磁心とし
ての性能は十分でなかった。

【０００９】上記問題点を対策するため特開昭６４−６
５８８９に記載されるように、コバルト基非晶質合金薄
帯を４００℃程度で数時間の熱処理を行って融体急冷法
で製造したときに同コバルト基非晶質合金薄帯に加えら
れた応力を緩和させた後、この熱処理済みのコバルト基
非晶質合金薄帯と高分子フィルムを同時に巻回した巻磁
心が用いられている。この場合の磁心の実用的な製作方
法は、例えば特開昭６０−３０１０３に記載されるよう
に未熱処理状態の非晶質合金薄帯をトロイダル形状に巻
回し４００℃程度で数時間熱処理を行い十分冷却した第
１の巻磁心を別のトロイダル形状の第２の巻磁心として
巻回し直し、これをさらに高分子フィルムを介在させな
がら最終的な巻磁心として構成するものである。このよ
うな構成法を取ることによって、最終的に得られる巻磁
心を構成する熱処理された非晶質合金薄帯の巻方向と熱
処理時の同非晶質合金薄帯の巻方向とを同じにして、前
記巻磁心を構成する際に前記熱処理した非晶質合金薄帯
に加えられる応力を小さくして磁気特性の向上を図るこ
とが試みられている。しかし、コバルト基非晶質合金薄
帯を４００℃程度で熱処理するとその熱処理時間が１時
間程度と短時間であっても脆化が著しく進行してしま
い、上記のような手法により高分子フィルムと同時に巻
回して占積率Ｋの高い巻磁心を構成するのが著しく困難
になる。例えば、厚さｔが２０μｍのコバルト基非晶質
合金薄帯と厚さ４μｍのＰＥＴフィルムを同時に巻回し
てその占積率Ｋが７０％程度の巻磁心を得るには、前記
コバルト基非晶質合金薄帯に０.２Ｎ程度以上の張力を
加えながら巻回すことが必要になる。しかし、前記４０
０℃程度で１時間程度の熱処理を行ったコバルト基非晶
質合金薄帯に０.２Ｎ程度以上の張力を加えて高分子フ
ィルムと同時に巻回すと、前記熱処理したコバルト基非
晶質合金薄帯が頻繁に破断し、巻磁心を構成することが
極めて困難となる。なお、巻磁心を構成する磁性合金薄
帯が頻繁に破断した状態で構成された巻磁心は占積率Ｋ
の低下とパルスパワー用可飽和磁心として使用したとき
にはその飽和領域の比透磁率μ_rsも大きくなってしまう
問題がある。前記熱処理したコバルト基非晶質合金薄帯
の破断を防止するには、同合金薄帯に加える張力を低下
させれば良いが、その場合占積率Ｋが著しくて以下して
しまう問題があった。なお、以上ではパルスパワー用可
飽和磁心についてその問題点を説明したが、パルスパワ
ー用変圧器の磁心についても同様の問題があった。

【００１０】そこで本発明は、レーザ装置を高繰り返し
運転するときに問題であった繰り返し周波数の制限、連
続動作時間の制限あるいはパルスを発生させるためのス
イッチ素子の安全動作と寿命に起因する信頼性の問題を
解消することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、コバルト基非
晶質合金薄帯をその脆化が進行しても巻回し可能な可撓
性を保持し得る範囲内で熱処理後、この熱処理したコバ
ルト基非晶質合金薄帯の表面に電気的絶縁材を介在させ
巻回し、その後再度熱処理するという製造方法を採用す
るものである。すなわち、巻磁心を構成する磁性薄帯と
して巻回し可能な可撓性を保持し得る範囲内で熱処理し
たコバルト基非晶質合金薄帯を用い同合金薄帯の表面に
電気的絶縁材を介在させて巻回し構成した巻磁心は、同
非晶質合金薄帯を融体急冷法で製造するときに不可避的
に加えられた応力を実用状十分なレベルまで緩和でき、
占積率Ｋを高めるために必要な張力を加えても同非晶質
合金薄帯の破断を防止することができるため占積率Ｋが
高く、パルスパワー用磁心として動作させたときの最大
動作磁束密度量ΔＢmが大きく、飽和領域の比透磁率μ
_rsも小さいため磁心の小型化が図れ、その単位体積当た
りの磁心損失も小さくすることができる。

【００１２】また、前記熱処理したコバルト基非晶質合
金薄帯の表面に電気的絶縁材を介在させ巻回して構成し
た巻磁心を再度熱処理した場合には、巻磁心を構成する
ため前記熱処理した非晶質合金薄帯を巻回したときに同
非晶質合金薄帯に加えられた応力を緩和することができ
るため、パルスパワー用磁心として使用した際に磁心の
小型化と低損失化の面でより優れた性能が得られる。さ
らに本発明では上記本発明の巻磁心において、前記巻磁
心を構成する熱処理されたコバルト基非晶質合金薄帯は
熱処理された状態の巻方向と反対方向に巻回して巻磁心
を構成したパルスパワー用磁心の特性は、従来行われて
いた巻磁心を構成する熱処理された非晶質合金薄帯の巻
方向と同非晶質合金薄帯を熱処理しているときの巻方向
を同じにするのに比べ、熱処理した非晶質合金薄帯を再
巻きする回数を減らせることにより占積率Ｋが向上する
ためその実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢmも向上し損
失係数αあるいはβも同時に向上することを見いだし
た。

【００１３】本発明による巻磁心を用いて構成した高電
圧パルス発生装置は、小型で消費電力の小さな冷却装置
でこの巻磁心の冷却が可能となるため高繰り返し連続運
転時の信頼製に優れ、システム全体の効率も高い。本発
明による巻磁心を用いて構成したレーザ装置は、高効率
で信頼製が高く、従来困難であった高繰り連続動作領域
での運転が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限るものではない。 （実施例１）融体急冷法により製作した組成Ｃｏ₆₈Ｆｅ
₄Ｓｉ₁₅Ｂ₁₃、飽和磁歪定数＋０.２×１０^-7、キュリー
温度２２０℃、幅２５.４ｍｍ、厚さ２０μｍの非晶質
合金薄帯を巻回し、外径１５０ｍｍ、内径１００ｍｍの
第一のトロイダル巻磁心を構成し、この巻磁心を窒素雰
囲気中で磁路方向に８００Ａ／ｍの直流磁場を加えなが
ら所定の１段目熱処理温度まで２時間で昇温し、この１
段目の熱処理温度で２時間熱処理後１８０℃まで２時間
で降温し、１８０℃で４時間熱処理後常温まで徐冷する
２段熱処理を行う。次に、熱処理した巻磁心１を図１に
示すようにして巻直し、新たに巻磁心２を構成した。最
終的に得られる巻磁心は前記熱処理した巻磁心を構成す
る非晶質合金薄帯３を巻戻し同非晶質合金薄帯に０.３
Ｎの張力が加わるようにして同非晶質合金薄帯と幅２７
ｍｍ、厚さ４μｍのＰＥＴフィルム４を同時に外径１０
０ｍｍ、内径９６ｍｍ、高さ２５.４ｍｍのＳＵＳ３０
４製の巻心５に外径１５０ｍｍになるまで巻き込み、そ
の最外周を幅２５.４ｍｍ、厚さ０.１ｍｍのＳＵＳ３０
４製の薄帯をその両端が２０ｍｍ重なるようにして一周
巻回しこのＳＵＳ３０４薄帯の重なり部分をスポット溶
接し構成した。１段目の熱処理温度を２００℃から４５
０℃まで５０℃おきに変えて熱処理した前記組成の非晶
質合金薄帯を用い、上記のようにして巻磁心を構成した
結果を表１に示す。

【００１５】なお、表１において破壊時の最大歪ε_fは
磁心を構成するのに用いた熱処理した非晶質合金薄帯を
湾曲させて２枚の平行板の間に挟んだときに同合金薄帯
が破壊しない最少の平行板間隔をＬ、同合金薄帯の厚み
をｔとし、次式で定義した。

【数１】ε_f＝ｔ／（Ｌ−ｔ） 表１からもわかるように１段目の熱処理温度が３５０℃
以上の場合には破断が急増し、特に４００℃以上の場合
には頻繁に破断するため巻磁心を構成するのを断念し
た。表１の４つの巻磁心を図２のパルス駆動時の磁気特
性測定回路を用い、前記文献１にその詳細が記載されて
いる方法によってリセット磁化力を１６Ａ／ｍと測定時
に試料に設けられた１タ−ンの巻線間に誘起する電圧パ
ルスの半値幅τ_hを０.５μｓとなるようにして測定した
結果を表２に示す。図２において１１は直流高電圧電
源、１２はコンデンサ１５の充電抵抗、１３はサイラト
ロン、１４は配線により生じるインダクタンス、１５は
コンデンサ、１６は測定する巻磁心に１タ−ンの巻線の
施された可飽和リアクトル、１７はサイラトロン１３が
オンしたときに直流電源１８に流れようとするサージ電
流阻止用のリアクトル、１８は測定する磁心で構成され
た可飽和リアクトル１６をリセットするための直流電源
である。

【００１６】

【表１】 注）熱処理した非晶質合金薄帯を巻直すときに同リボン
に加えた張力は０.３Ｎ。

【００１７】表２において比較例１から比較例４は、前
記参考例１から参考例４と同一組成、同一幅かつ同一厚
みのコバルト基非晶質合金薄帯を用い、下記の手法によ
り製作したものである。比較例１は熱処理した非晶質合
金薄帯の代わりに熱処理してない非晶質合金薄帯を用い
他は参考例と同一手法で構成した。比較例２は熱処理前
の非晶質合金薄帯を幅２７ｍｍ、厚さ７.５μｍのＰＩ
フィルムとともに巻回して巻磁心を構成した後、窒素雰
囲気中で磁路方向に８００Ａ／ｍの直流磁場を加えなが
ら２時間で３５０℃まで昇温後２時間保持し、２時間で
１８０℃まで降温後４時間保持した後、徐冷した。比較
例３は熱処理前の非晶質合金薄帯を幅２７ｍｍ、厚さ４
μｍのＰＥＴフィルムとともに巻回して巻磁心を構成し
た後、窒素雰囲気中で磁路方向に８００Ａ／ｍの直流磁
場を加えながら２時間で１８０℃まで昇温後３時間保持
した後、徐冷した。比較例４は、１段目の熱処理温度を
４００℃として前記参考例と同様にして熱処理し十分冷
却した第１の巻磁心を別のトロイダル形状の第２の巻磁
心として巻回し直し、これをさらに前記参考例と同様に
ＰＥＴフィルムを介在させながら熱処理した非晶質合金
薄帯に加える張力を０.１Ｎと弱くして巻回して構成し
た巻磁心である。なお、本磁心を製作する際に熱処理し
た非晶質合金薄帯の破断回数は１２回にも及んだ。

【００１８】表２からもわかるように参考例１から参考
例４は占積率Ｋが０.７０以上、最大動作磁束密度量Δ
Ｂmが実効飽和磁束密度Ｂms０.５７Ｔの１.９倍の１.０
８Ｔ以上かつ飽和領域の比透磁率μ_rsも１.２以下であ
り、比較例に比べて優れることがわかる。表２の特性を
基に可飽和磁心としての損失係数αおよび変圧器用磁心
としての損失係数βを求めた結果を表３に示す。参考例
によれば、比較例に比べて損失係数αは少なくとも６.
５％以上、損失係数βは少なくとも５.７％以上改善さ
れる。

【００１９】

【表２】

【００２０】上記参考例１から参考例４および比較例１
から比較例４の磁心を図３の回路構成のＫｒＦエキシマ
レーザ用高電圧パルス発生装置の磁気アシスト用可飽和
リアクトル２４の磁心に実装して特性評価を行った。図
３において２１は入力直流高電圧電源、２２は主コンデ
ンサ２５の充電抵抗、２３はサイラトロン、２４は磁気
アシスト用可飽和リアクトル、２５は主コンデンサ、２
６は主コンデンサ２５の充電用リアクトル、２７はピー
キング・コンデンサ、２８は紫外光予備電離用ギャッ
プ、２９はレーザ主放電電極である。なお、実装試験で
は、入力直流高電圧電源２１の電圧を２０ｋＶ、主コン
デンサ２２とピーキング・コンデンサ２７の容量を２０
ｎＦ、レーザ主放電電極の有効長と間隔を各々４００ｍ
ｍおよび２０ｍｍ、繰り返し周波数を１ｋＨｚ、磁気ア
シスト用可飽和リアクトルの巻数を１とし磁心はシリコ
ンオイルで強制冷却した。

【００２１】

【表３】

【００２２】上記参考例１から参考例４および比較例１
から比較例４の磁心を図３の回路に実装したときのエネ
ルギ−転送効率η_t、レーザ発振効率ηおよび磁心の温
度上昇ΔＴの比較を表４に示す。ここで、エネルギ−転
送効率η_tはピーキング・コンデンサ２７に転送された
エネルギ−を主コンデンサ２５の蓄積エネルギ−で割っ
た値、レーザ発振効率ηはレーザエネルギ−を主コンデ
ンサ２５の蓄積エネルギ−で割った値である。参考例に
よる磁心を用いた場合にはエネルギ−転送効率η_tが比
較例の磁心を用いた場合より４％以上高く、レーザ発振
効率ηは１.２４倍向上する。また、磁心の温度上昇も
１３℃以上低下させることができるため消費電力の小さ
な冷却装置を用いてもより高い繰り返し周波数での連続
運転も可能となる。

【００２３】

【表４】

【００２４】なお、比較例１を用いたときには動作時の
同磁心の温度が１０５℃を越えたため同磁心の温度上昇
が飽和する前に試験を中止した。 （実施例２） 融体急冷法により製作した組成Ｃｏ_69.5Ｆｅ_0.5Ｍｎ_4.5
Ｎｂ_0.5Ｓｉ₁₅Ｂ₁₀、飽和磁歪定数＋０.３×１０^-7、キ
ュリー温度２８０℃、幅２５.４ｍｍ、厚さ２０μｍの
非晶質合金薄帯を巻き回し外径１５０ｍｍ、内径１００
ｍｍのトロイダル形状の第一の巻磁心を構成し、この巻
磁心を窒素雰囲気中で磁路方向に８００Ａ／ｍの直流磁
場を加えながら２５０℃まで２時間で昇温し所定の時間
保持した後、常温まで徐冷する熱処理を行う。次に、熱
処理した第一の巻磁心１を前記実施例１の参考例１から
参考例４と全く同一手法で同一寸法の巻磁心を構成し
た。熱処理時間を２時間、５時間、１０時間、２０時
間、５０時間、１００時間、２００時間として熱処理し
た前記組成の非晶質合金薄帯を用い、上記のようにして
巻磁心を構成した結果を表５に示す。なお、表５におい
て破壊時の最大歪ε_ｆは前記実施例１の場合と同様に定
義した。表５からもわかるように熱処理時間が５０時間
を越えると破断が急増し、特に１００時間以上の場合に
は頻繁に破断するため巻磁心を構成するのを断念した。
表５の５つの巻磁心を前記図２のパルス駆動時の磁気特
性測定回路を用い、測定時に試料に設けられた１タ−ン
の巻線間に誘起する電圧パルスの半値幅τ_ｈを０.５μ
ｓとなるようにして測定した結果を表６に示す。表６に
おいて比較例５から比較例８は、前記参考例５から参考
例９と同一組成、同一幅かつ同一厚みのコバルト基非晶
質合金薄帯を用い、前記実施例１の比較例１から比較例
４に対応する手法により製作したものである。比較例５
は熱処理した非晶質合金薄帯の代わりに熱処理してない
非晶質合金薄帯を用い他は参考例と同一手法で構成し
た。比較例６は熱処理前の非晶質合金薄帯を幅２７ｍ
ｍ、厚さ７.５μｍのＰＩフィルムとともに巻回して巻
磁心を構成した後、窒素雰囲気中で磁路方向に８００Ａ
／ｍの直流磁場を加えながら２時間で３５０℃まで昇温
後２時間保持し、２時間で１８０℃まで降温後４時間保
持した後、徐冷した。

【００２５】

【表５】 注）熱処理した非晶質合金薄帯を巻直すときに同リボン
に加えた張力は０.３Ｎ。

【００２６】

【表６】

【００２７】比較例７は熱処理前の非晶質合金薄帯を幅
２７ｍｍ、厚さ４μｍのＰＥＴフィルムとともに巻回し
て巻磁心を構成した後、窒素雰囲気中で磁路方向に８０
０Ａ／ｍの直流磁場を加えながら２時間で１８０℃まで
昇温後３時間保持した後、徐冷した。比較例８は、１段
目の熱処理温度を４００℃として前記参考例と同様にし
て熱処理した第１の巻磁心を別のトロイダル形状の第２
の巻磁心として巻回し直し、これをさらに前記参考例と
同様にＰＥＴフィルムを介在させながら熱処理した非晶
質合金薄帯に加える張力を０.１Ｎと弱くして巻回して
構成した巻磁心である。なお、本磁心を製作する際に熱
処理した非晶質合金薄帯は１５回も破断した。表６から
もわかるように参考例５から参考例９は占積率Ｋが０.
７０以上、最大動作磁束密度量ΔＢmが実効飽和磁束密
度Ｂms０.７７Ｔの１.９倍の１.４６Ｔ以上かつ飽和領
域の比透磁率μ_rsも１.２以下と小さく、比較例に比べ
て優れることがわかる。表６の特性を基に可飽和磁心と
しての損失係数αおよび変圧器用磁心としての損失係数
βを求めた結果を表７に示す。

【００２８】参考例によれば、比較例に比べて損失係数
αは少なくとも１５％以上、損失係数βは少なくとも
７.９％以上改善されることがわかる。上記参考例５か
ら参考例９および比較例５から比較例８の磁心を図３の
回路構成のＫｒＦエキシマレーザ用高電圧パルス発生装
置の磁気アシスト用可飽和リアクトル１４の磁心に実装
して特性評価を行った。なお、実装試験の条件は前記実
施例１の時と同じとした。上記参考例５から参考例９お
よび比較例５から比較例８の磁心を図３の回路に実装し
たときのエネルギ−転送効率η_t、レーザ発振効率ηお
よび磁心の温度上昇ΔＴの比較を表８に示す。表８から
わかるように参考例の磁心を用いた場合にはエネルギ−
転送効率η_tが比較例の磁心を用いた場合より６％以上
高く、レーザ発振効率ηは１.３倍向上する。また、磁
心の温度上昇も比較例に比べて１８℃以上低減でき、消
費電力の小さな冷却装置を用いより高い繰り返し周波数
での連続運転も可能となる。なお、比較例５の磁心を用
いたときには動作時の同磁心の温度上昇が１０５℃を越
えたため同磁心の温度上昇が飽和する前に試験を中止し
た。なお、本実施例の磁心は前記実施例１の磁心に比
べ、実効最大動作磁束密度量Ｋ・ΔＢmが大きいため磁
心の温度上昇ΔＴも高くなるが、磁心を構成する非晶質
合金薄帯のキュリー温度が６０℃高いため動作上の支障
はなかった。

【００２９】

【表７】

【００３０】

【表８】

【００３１】（実施例３） 前記実施例２で使用したＣｏ基非晶質合金薄帯を使用し
外径１５０ｍｍ、内径１００ｍｍのトロイダル形状の第
一の巻磁心を構成し、この巻磁心を窒素雰囲気中で磁路
方向に８００Ａ／ｍの直流磁場を加えながら２５０℃ま
で２時間で昇温し２０時間保持した後、常温まで徐冷す
る熱処理を行う。次に、前記実施例２と同一の手法で同
一の巻磁心を構成したが、熱処理した非晶質合金薄帯は
１度も破断しなかった。このときの磁心の占積率Ｋは
０.７４であり、熱処理した非晶質合金薄帯の破壊時の
最大歪ε_fは０.０４５であった。この巻磁心をさらに大
気中で磁路方向に８００Ａ／ｍの直流磁場を加えながら
１５０℃まで２時間で昇温し１０時間保持した後常温ま
で徐冷して本発明１の巻磁心を構成した。本発明１の磁
心と最終熱処理以外は同様に構成した前記実施例２の参
考例８の巻磁心および比較例５から比較例８の巻磁心の
短パルス駆動時の動特性の比較を表９、これから求めた
損失係数αおよびβの比較を表１０に示す。表９および
表１０からわかるように本実施例による本発明１の磁心
は前記実施例２における参考例８の磁心に比べて実効動
作磁束密度量Ｋ・ΔＢmが増加するとともに、単位体積
当たりのゲート半周期の磁心損失Ｐcgも減少するため、
損失係数αとβはより一層改善される。

【００３２】なお、巻磁心構成後の熱処理によって巻磁
心動特性が改善されるのは、熱処理した非晶質合金薄帯
を巻回して磁心を製作した際にこの熱処理した非晶質合
金薄帯に加えられた応力が緩和されるためであり、本実
施例のように層間絶縁に用いている絶縁材の耐熱温度の
制約で定められる熱処理温度の上限を越えない範囲で適
切な時間行わなくてはならないことは言うまでもない。

【００３３】

【表９】

【００３４】

【表１０】

【００３５】本実施例の巻磁心について図３の回路構成
のＫｒＦエキシマレーザ用高電圧パルス発生装置の磁気
アシスト用可飽和リアクトル１４の磁心に実装して前記
実施例２と同一条件で特性評価を行った。本発明１の巻
磁心と前記実施例２の参考例８の磁心および比較例５か
ら比較例８の磁心を図３の回路に実装したときのエネル
ギ−転送効率η_t、レーザ発振効率ηおよび磁心の温度
上昇ΔＴの比較を表１１に示す。表１１からわかるよう
に本発明による磁心を用いた場合にはエネルギ−転送効
率η_tが従来例の磁心を用いた場合より９％以上高く、
レーザ発振効率ηは１.５倍向上する。また、磁心の温
度上昇も比較例に比べて２６℃以上低減でき、前記実施
例２の場合よりも消費電力の小さな冷却装置を用いより
高い繰り返し周波数での連続運転も可能となる。

【００３６】

【表１１】

【００３７】なお、本実施例に記載した熱処理したＣｏ
基非晶質合金薄帯を巻回して磁心を構成した後に、再度
巻磁心を熱処理して磁気特性の向上図ることは、本実施
例以外のＣｏ基非晶質合金を用いた場合にも有効であ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
キシマレーザ、ＴＥＡ−ＣＯ₂レーザ、ＴＥＭＡ−ＣＯ₂
レーザ、銅蒸気レーザを始めとするレーザ装置を高繰り
返し運転するときに問題であった繰り返し周波数の制
限、連続動作時間の制限あるいはパルスを発生させるた
めのスイッチ素子の安全動作と寿命に起因する信頼性の
問題を対策することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における巻磁心の製作方法を
説明するための概念図である。

【図２】巻磁心の高電圧パルス駆動時の動特性を測定す
るための回路構成概念図である。

【図３】磁気アシスト回路を用いたエキシマレーザ主回
路の回路構成概念図である。

【符号の説明】

１ 巻磁心 ２ 巻磁心 ３ 非晶質合金薄帯 ４ ＰＥＴフィルム ５ 巻心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 27/24 H01F 1/153 H01F 41/02 H01S 3/097

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コバルト基非晶質合金薄帯をその脆化が
   進行しても巻回し可能な可撓性を保持し得る範囲内で熱
   処理後、この熱処理したコバルト基非晶質合金薄帯の表
   面に電気的絶縁材を介在させ巻回し、その後再度熱処理
   することを特徴とする巻磁心の製造方法。
2. 【請求項２】 前記巻磁心を構成する熱処理されたコバ
   ルト基非晶質合金薄帯は熱処理された状態の巻方向と反
   対方向に巻回す請求項１に記載の巻磁心の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載される巻磁心を
   用いて構成したことを特徴とする高電圧パルス発生装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載される巻磁心を
   用いて構成したことを特徴とするレーザ装置。