JP4865231B2 - バルク型アモルファス金属磁気部品 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

（関連出願の相互参照）
本出願書は、１９９８年１１月６日に出願された、発明の名称“バルク型アモルファス金属磁気部品”の出願番号第０９／１８６，９１４号の一部継続出願である。

（技術分野）
本発明は、アモルファス金属磁気部品に関するものである；更に詳しくは、磁気共鳴画像装置、テレビジョン及びビデオ装置、並びに電子及びイオンビーム装置のような大型電子デバイス用の概ね三次元バルク型アモルファス金属磁気部品に関する。

（先行技術の説明）
アモルファス金属は、非配向の電気鋼と比較されると優れた磁気性能を発現するけれども、アモルファス金属の幾つかの物理的特性及び対応する製作上の制約によって磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）用の磁極面磁石のタイルのようなバルク型磁気部品で使用するには適当でないと長い間、見なされてきた。例えば、アモルファス金属は、非配向ケイ素鋼よりも薄くて、硬く、従って製作工具やダイスが速く摩耗する。それによって生じる加工コストや製造コストの上昇により、そのような技術を使うバルク型アモルファス金属磁気部品の製作は工業的に実用化出来ない。アモルファス金属の薄肉化は、また、組立て部品の中で更に多層の積層化にもつながり、アモルファス金属磁気部品のトータルコストは更に上昇する。

アモルファス金属は、均一なリボン幅を有する薄い連続状リボンで供給されるのが一般的である。しかしながら、アモルファス金属は、極めて硬い材料であり、切断したり或いは簡単に成形することは極めて難しく、最高の磁気特性を得るために一旦焼きなましすると極めて脆くなる。このことから、慣用の手法を使ってバルク型アモルファス金属磁気部品を構成することは難しく、高価になる。アモルファス金属の脆さは、また、ＭＲＩ装置のような用途でのバルク型磁気部品の耐久性に問題を起こすことがある。

バルク型アモルファス金属磁気部品が抱える別の問題は、アモルファス金属材料が物理的応力を受けるとこの材料の透磁率が低下することである。このような透磁率の低下は、アモルファス金属材料に及ぼす応力の強さによって目立つことがある。バルク型アモルファス金属磁気部品が応力を受ける時は、コア（ｃｏｒｅ）が磁束を誘導する、即ち集束する効率は低下して、磁気損失が大きくなり、発熱が増え、そして出力が低下する。アモルファス金属の磁気歪によるこのような応力の感受性は、デバイスの操作過程で磁気力から生じる応力、機械的締め付け若しくはそうでなければバルク型アモルファス金属磁気部品を正規の位置で固定することから生じる機械的応力、又は熱膨張及び／又はアモルファス金属材料の磁気飽和による膨張によって生じる応力によって起こるのかも知れない。

（発明の要旨）
本発明は、多面体の形状を有していて複数の層のアモルファス金属ストリップから成る低損失のバルク型アモルファス金属磁気部品を提供する。また、バルク型アモルファス金属磁気部品の製造方法も本発明によって提供される。本磁気部品は、約５０Ｈｚから約２０，０００Ｈｚの範囲の周波数で操作可能であり、同じ周波数範囲で操作されるケイ素鋼磁気部品と比較すると改善された性能特性を発現する。更に詳しくは、本発明により構成され、励起周波数“ｆ”で最高誘導レベル“Ｂ_max”へ励起される磁気部品は、室温で“Ｌ”より小さい鉄損を有する、この場合、Ｌは式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂ_max）^1.3＋０．０００２８２ｆ^1.5（Ｂ_max）^2.4によって与えられ、鉄損、励起周波数及び最高誘導レベルは、各々、キログラム当たりのワット、ヘルツ、及びテスラ単位で決められる。磁気部品は、（ｉ）約６０Ｈｚの周波数及び約１．４テスラ（Ｔ）の磁束密度で操
作される場合、アモルファス金属材料のキログラム当たり約１ワット以下の鉄損；（ii）約１０００Ｈｚの周波数及び約１．０Ｔの磁束密度で操作される場合、アモルファス金属材料のキログラム当たり約１２ワット以下の鉄損；又は（iii）約２０，０００Ｈｚの周波数及び約０．３０Ｔの磁束密度で操作されされる場合、アモルファス金属材料のキログラム当たり約７０ワット以下の鉄損を有するのが好ましい。

本発明の第１の実施態様では、バルク型アモルファス金属磁気部品は、多面体形状の部品を形成するために一緒に積層されたアモルファス金属ストリップの複数の実質的に類似の形状の層を含む。

本発明は、バルク型アモルファス金属磁気部品の構成方法も提供する。本方法の第１実施態様では、アモルファス金属ストリップ材料は切断され、予め定められた長さを有する複数の切断されたストリップを形成する。この切断されたストリップが積み重ねられて、積み重ね型アモルファス金属ストリップ材料のバーを形成し、焼きなましされるとこの材料の磁気特性が向上し、そして必要に応じて当初のガラス質組織はナノ結晶性組織へ変態される。焼きなましされ、積み重ねられたバーは、エポキシ樹脂で含浸されたのち硬化される。好ましいアモルファス金属材料は、式Ｆｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉によって本質的に定義される組成を有する。

本方法の第２実施態様では、アモルファス金属ストリップ材料は、マンドレルに巻き付けられて、概ね丸みをつけられたコーナー部を有する概ね長方形のコアを形成する。次に、この概ね長方形のコアは焼きなましされると、この材料の磁気特性が向上し、必要に応じて当初のガラス質組織はナノ結晶性組織へ変態される。次にこのコアはエポキシ樹脂で含浸されたのち硬化される。次いで、長方形コアの短い側面が切断されると、前記の概ね長方形コアの前記の短い側面のほぼ寸法と形状である予め定められた三次元形状寸法を有する２個の磁気部品を形成する。丸みをつけられたコーナー部は、前記の概ね長方形コアの長い側面から取り外されて、前記の概ね長方形コアの長い側面が切断されると、予め定められた三次元形状寸法を有する複数の多面体形状の磁気部品を形成する。好ましいアモルファス金属材料は、式Ｆｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉によって本質的に定義される組成を有する。

本発明は、また、前述の方法によって構成されるバルク型アモルファス金属部品にも関する。

本発明によって構成されるバルク型アモルファス金属磁気部品は、高機能性ＭＲＩ装置；テレビジョン及びビデオ装置；並びに電子及びイオンビーム装置の中の磁極面磁石用のアモルファス金属タイル用に特に適する。本発明によってもたらされる諸利点には、バルク型アモルファス金属磁気部品の構成過程で見られる製造の単純化、製造時間の短縮、応力（例えば、磁気歪）の減少、及び最終のアモルファス金属磁気部品の性能の最適化が挙げられる。

（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、概ね多面体形状の、低損失のバルク型アモルファス金属部品を提供する。限定はされないが、長方形、正方形、及び台形プリズム形を含めて、いろいろな形状寸法を有するバルク型アモルファス金属部品が本発明によって構成される。更に、前記幾何学的形状のいずれもが、少なくとも１個の弓形表面、そして好ましくは反対側に配置された２個の弓形表面を含み、概ね湾曲した又は弓形のバルク型アモルファス金属部品を形成することが可能である。更に、磁極面磁石のような完全な磁気デバイスは、本発明によりバルク型アモルファス金属部品として構成されることが可能である。これらのデバイスは、単一の構造を有していてもよく、或いは集合的に完全なデバイスを形成する複数の種から形成されてもよい。それとは別に、デバイスは、アモルファス金属部品から専ら成る複合構造体であってもよく、或いはアモルファス金属部品とその他の磁気材料との組み合わせ体でもよい。

さて、図面を詳細に見ると、図１Ａには、三次元の概ね長方形形状を有するバルク型アモルファス金属磁気部品１０が示されている。この磁気部品１０は、一緒に積層されたのち焼きなましされたアモルファス金属薄帯材料２０の複数の実質的に同じ形状の層から成る。図１Ｂに示している磁気部品は、三次元の概ね台形形状を有し、各々、実質的に同じ寸法と形状であり、一緒に積層されたのち焼きなましされたアモルファス金属薄帯材料２０の複数の層から成る。図１Ｃに示している磁気部品は、反対側に配置された２個の弓形表面１２を含む。磁気部品１０は、一緒に積層されされたのち焼きなましされたアモルファス金属薄帯材料２０の複数の実質的に同じ様な形状の層で構成されている。

本発明のバルク型アモルファス金属磁気部品１０は概ね三次元多面体であり、概ね長方形、正方形又は台形プリズム形が可能である。それとは別に、図１Ｃに示すように、部品１０は少なくとも１個の弓形表面１２を有することが可能である。好ましい実施態様では、２個の弓形表面１２が設けられ、各々、反対側に配置される。

本発明により構成され、励起周波数“ｆ”で最高誘導レベル“Ｂ_max”へ励起される三次元磁気部品１０は、室温では“Ｌ”より小さい鉄損を有する、この場合、Ｌは式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂ_max）^1.3＋０．０００２８２ｆ^1.5（Ｂ_max）^2.4によって与えられ、鉄損、励起周波数及び最高誘導レベルは、各々、キログラム当たりのワット、ヘルツ、及びテスラ単位で決められる。好ましい実施態様では、磁気部品は、（ｉ）約６０Ｈｚの周波数及び約１．４テスラ（Ｔ）の
磁束密度で操作される場合、アモルファス金属材料のキログラム当たり約１ワット以下の鉄損；（ii）約１０００Ｈｚの周波数及び約１．０Ｔの磁束密度で操作される場合、アモルファス金属材料のキログラム当たり約１２ワット以下の鉄損；又は（iii）約２０，０００Ｈｚの周波数及び約０．３０Ｔの磁束密度で操作される場合、アモルファス金属材料のキログラム当たり約７０ワット以下の鉄損を有する。本発明の磁気部品の鉄損が減少することによりこの部品を含む電気デバイスの効果が改善されるのが好ましい。

鉄損の値が低いと、本発明のバルク型磁気部品は、高周波励磁、例えば少なくとも約１００Ｈｚの周波数で起こる励磁を受ける用途に特に適する。高周波数では、慣用の鋼は本来的に鉄損が高いので、この鋼は、高周波数励起を必要とするデバイスに使用するのは適当でない。このような鉄損性能の値は、バルク型アモルファス金属部品の特定の形状寸法とは関係なく、本発明のいろいろな実施態様に適用される。

本発明は、また、バルク型アモルファス金属部品の構成方法も提供する。図２に示すように、アモルファス金属ストリップ材料のロール物３０は、刃身４０を使って同じ形状と寸法を有する複数のストリップ２０に切断される。ストリップ２０は積み重ねられると、積み重ね型アモルファス金属ストリップ材料のバー（ｂａｒ）５０が形成される。バー５０は、焼きなましされ、エポキシ樹脂で含浸されたのち硬化される。バー５０は、図３に示すように線５２に沿って切断されると、概ね長方形、正方形又は台形プリズム形状を有する複数の概ね三次元部品を作製することが出来る。それとは別に、図１Ｃに示すように、部品１０は少なくとも１個の弓形表面１２を含むことが可能である。

本発明の第２実施態様では、図４及び５に示すように、バルク型アモルファス金属磁気部品１０は、概ね長方形マンドレル６０の周りに単一のアモルファス金属ストリップ２２又はアモルファス金属ストリップ２２の集団を巻き付けて、概ね長方形に巻き付けられたコア７０を形成することにより形成される。コア７０の短側面７４の高さは、最終のバルク型アモルファス金属磁気部品１０の所望の長さにほぼ等しいのが好ましい。コア７０は、焼きなましされ、エポキシ樹脂で含浸されたのち硬化される。短側面７４を切断して、丸みをつけられたコーナー部７６が長側面７８ａと７８ｂに接続されたままにして２個の部品１０を形成することが可能である。丸みをつけられたコーナー部７６を長側面７８ａ及び７８ｂから取り外し、破線７２で示すように複数の個所で長側面７８ａ及び７８ｂを切断することにより更なる磁気部品１０を形成することが可能である。図５に示す実施例では、バルク型アモルファス金属部品１０は概ね三次元長方形形状であるけれども、例えば少なくとも１側面が台形又は正方形の表面を有する形状のような別の三次元形状が本発明によって考えられる。

本発明のバルク型アモルファス金属磁気部品１０は、いろいろな切断技術を使って、積み重ねられたアモルファス金属ストリップのバー５０から、或いは巻き付けられたアモルファス金属ストリップのコア７０から切断されることが出来る。磁気部品１０は、刃身又は回転鋸を使ってバー５０又はコア７０から切断されることが可能である。それとは別に、磁気部品１０は、放電加工により又はウォータジェットを使って切断されることが可能である。

本発明によるバルク型アモルファス金属磁気部品の構成は、高機能性ＭＲＩ装置で、テレビジョン及びビデオ装置で、並びに電子及びイオンビーム装置で使用される磁極面磁石用のタイルに特に適する。磁気部品の製造は簡単になり、製造時間は短くなっている。それ以外に、バルク型アモルファス金属部品の構成過程で見られる応力は最小限に抑えられている。最終の磁気部品の磁気性能は最適化されている。

本発明のバルク型アモルファス金属磁気部品１０は、いろいろなアモルファス金属合金を使って製造することが出来る。一般的に言って、磁気部品１０に使用するのに好適な合金は次式で定義される：Ｍ_70-85Ｙ_5-20Ｚ_0-20、下付数字は原子パーセント単位であり、式中、“Ｍ”はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１種類であり、“Ｙ”はＢ、Ｃ及びＰの少なくとも１種類であり、そして“Ｚ”はＳｉ、Ａｌ及びＧｅの少なくとも１種類である；但し、（ｉ）成分“Ｍ”の最高１０原子パーセントまでは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＷの少なくとも１種類と置き換えることが出来る、（ii）成分（Ｙ＋Ｚ）の最高１０原子パーセントまでは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＰｂの少なくとも１種類と置き換えることが出来る、並びに（iii）成分（Ｍ＋Ｙ＋Ｚ）の最高１原子パーセントまでは偶発の不純物であると言う条件付きである。本明細書で使用するように、用語“アモルファス金属合金”は、長い範囲で秩序が実質的に全く欠けていて、液体又は無機酸化物ガラスで観察されるのと定性的に類似のＸ線回折最大強度で特徴付けられる金属合金を意味する。

本発明の実施に好適なアモルファス金属合金は、概ね、幅が最大２０ｃｍ以上で厚さが約２０−２５μｍの連続状の薄いストリップ又はリボンの形で市販されている。これらの合金は、実質的に完全なガラス質ミクロ組織で形成されている（例えば、少なくとも約８０容積％の材料が非結晶性構造を有する）。合金は、非結晶性構造を有する本質的に１００％の材料で形成されるのが好ましい。非結晶性構造の容積分率は、ｘ線、中性子、又は電子回折、透過型電子顕微鏡、又は示差走査熱量測定法のような当業界で周知の方法で測定することが可能である。低コストでの最大の誘導値は、“Ｍ”が鉄であり、“Ｙ”がホウ素でありそして“Ｚ”がケイ素である合金の場合に達成される。この理由で、鉄−ホウ素−ケイ素合金から成るアモルファス金属ストリップが好ましい。更に詳しくは、ＢとＳｉの合計含量が少なくとも１５原子パーセントであると言う条件で、合金は少なくとも７０原子パーセントのＦｅ、少なくとも５原子パーセントのＢ、及び少なくとも５原子パーセントのＳｉを含むことが好ましい。最も好ましくは、本質的に、約１１原子パーセントのホウ素及び約９原子パーセントのケイ素、残部は鉄と付随的な不純物から成る組成を有するアモルファス金属ストリップである。このストリップは、商標ＭＥＴＬＡＳ（商標）合金２６０５ＳＡ−１のもとでハネウェル・インターナショナル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．）によって市販されている。

本発明の部品１０で使用するのに指定されるアモルファス金属ストリップの磁気特性は、このストリップの実質的に完全なガラス質ミクロ組織を変更することなく、必要な向上を発現するのに充分な温度と時間での熱処理によって向上させることが可能である。熱処理の少なくとも一部分の過程で、そして好ましくは少なくとも冷却部分の過程で、必要に応じて磁界をストリップに負荷させることが可能である。

部品１０で使用するのに好適な幾種類かのアモルファス合金の磁気特性は、合金を熱処理してナノ結晶性ミクロ組織を形成することにより大幅に改善されることが可能である。このミクロ組織は、約１００ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満、そして更に好ましくは約１０−２０ｎｍの平均粒度を有する高密度の結晶粒を含むことが特徴である。結晶粒は、鉄基合金の５０容積％を占めるのが好ましい。このような好ましい材料は、低鉄損及び低磁気歪を有する。この後者の特性によって、また、この材料は部品１０の作製及び／又は操作から生じる応力による磁気特性の劣化の影響を受け難くなる。所与の合金の中でナノ結晶性組織を生成するのに必要とされる熱処理は、この合金の中で実質的に完全なガラス質ミクロ組織を保持するように設計される熱処理の場合に必要とされるよりも高温又は長時間行なわれなければならない。本明細書で使用するように、用語、アモルファス金属及びアモルファス合金は、更に、最初は実質的に完全にガラス質ミクロ組織持って形成され、引き続く熱処理により又はその他の加工によりナノ結晶性ミクロ組織を有する材料に変態される材料も含む。熱処理によりナノ結晶性ミクロ組織を形成することが可能であるアモルファス合金も、また、単純にナノ結晶性合金と呼ばれることがおおい。本発明の方法によって、ナノ結晶性合金は、最終のバルク型磁気部品の不可欠な幾何学的形状に形成される。合金が鋳放されて、延性があり、実質的に非結晶性の形態のままである間に、前記の形成が達成されるのが好ましい；合金を熱処理すると一般的に合金が脆くなり、取り扱いが更に難しくなるナノ結晶性組織を形成する前である。

合金内でのナノ結晶性組織の形成によって大幅に向上した磁気特性を有する２つの好ましい部類の合金は、下付文字が原子パーセント単位である次の式によって示される。

第１の好ましい部類のナノ結晶性合金は、Ｆｅ_{100-u-x-y-z-w}Ｒ_uＴ_xＱ_yＢ_zＳｉ_wであり、式中、ＲはＮｉ及びＣｏの少なくとも１種類であり、ＴはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷの少なくとも１種類であり、ＱはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ及びＰｔの少なくとも１種類であり、ｕは０から約１０の範囲であり、ｘは約３から１２の範囲であり、ｙは０から約４の範囲であり、ｚは約５から１２の範囲であり、そしてｗは０から約８未満の範囲である。この合金が熱処理されて、内部にナノ結晶性ミクロ組織を形成すると、合金は高飽和誘導（例えば、少なくとも約１．５Ｔ）、低鉄損、及び低飽和磁気歪（例えば、４×１０^-6未満の絶対値を有する磁気歪）を有する。このような合金は、部品寸法を最小限に抑えなければならない用途、又は高度のギャップ磁束（ｇａｐ ｆｌｕｘ）を必要とする磁極面磁石用途には特に好ましい。

第２の好ましい部類のナノ結晶性合金は、Ｆｅ_{100-u-x-y-z-w}Ｒ_uＴ_xＱ_yＢ_zＳｉ_wであり、式中、ＲはＮｉ及びＣｏの少なくとも１種類であり、ＴはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷの少なくとも１種類であり、ＱはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ及びＰｔの少なくとも１種類であり、ｕは０から約１０の範囲であり、ｘは約１から５の範囲であり、ｙは０から約３の範囲であり、ｚは約５から１２の範囲であり、そしてｗは約８から約１８の範囲である。この合金が熱処理されて内部にナノ結晶性ミクロ組織を形成すると、合金は、少なくとも約１．０Ｔの飽和誘導、特に低い鉄損、及び低い飽和磁気歪（例えば、４×１０^-6未満の絶対値を有する磁気歪）を有する。このような合金は、極めて高周波数（例えば、１０００Ｈｚ以上の励起周波数）で励起される部品で使用するのに特に好ましい。

１個以上の磁極面磁石を有する電磁石を含む電磁石装置を普通に使って、電磁石のギャップで、時間で変動する磁界が作り出される。時間で変動する磁界は、純粋なＡＣ磁界、即ち時間平均値がゼロである磁界、が可能である。必要に応じて、時間で変動する磁界は、磁界のＤＣ成分として慣用的に表される非ゼロ時間平均値を有することが可能である。電磁石装置では、少なくとも１個の磁極面磁石が、時間で変動する磁界の影響を受ける。結果として、磁極面磁石は各励起サイクル毎に磁化され、そして消磁される。磁極面磁石内部の時間で変動する磁束密度又は誘導によってその内部の鉄損から熱が発生する。

バルク型アモルファス磁気部品は、他の鉄ベースの磁気金属から製作された部品と比較すると、より効率的に磁化し、消磁する。極磁石として使用する時、バルク型アモルファス金属部品は、他の鉄ベースの磁気金属から製作されたこれに対応する部品と較べると、これらの２つの部品が同じ誘導及び励起周波数で磁化される時、発熱が少ない。更に、本発明における使用に望ましい鉄ベースのアモルファス金属は、その飽和誘導が典型的に０．６乃至０．９ Ｔであるパーマロイ合金などの他の低損軟磁材料に較べて、飽和誘導が大幅に大きい。従って、このバルク型アモルファス金属部品は、他の鉄ベースの磁気金属から製作された磁気部品に較べて、１）比較的低い作動温度で；２）サイズと重量とを軽減するため比較的高い誘導で；又は３） サイズと重量とを軽減するため又は優れた信号解像度を達成するため比較的高い励起周波数で作動するように設計することができる。

当業において知られている通り、鉄損は、その磁化が時間の経過と共に変化するに従って、強磁性体の内部に発生するエネルギーの分散である。任意の磁気部品の鉄損は、一般的に、同部品を循環的に励起することによって決定される。経時的に変化する磁界を部品に適用して、その中に、それに対応する磁気誘導又は磁束密度の経時的な変動を生成する。測定の標準化のため、この励起は、一般的に、磁気誘導が周波数“ｆ”で及びピーク振幅“Ｂ_max”をもって時間の経過と共に正弦的に変動するように選択される。次いで、鉄損が既知の電気測定計測及び手法によって決定される。鉄損は、従来は、励起される磁気材料の単位質量又は容積当たりのワット数で報告されている。当業においては、鉄損が“ｆ”及び“Ｂ_max”と共に単調な仕方で増大することが知られている。極面磁石｛例えば、ＡＳＴＭ Ａ９１２−９３及びＡ９２７（Ａ９２７Ｍ−９４）｝の部品に使用される軟磁材料を試験するための最も標準的なプロトコルは、同材料のサンプルが実質的に閉止された磁気回路に位置すること、即ち、サンプルの容積内に閉止磁束線が完全に含まれている構成を必要とする。他方、極面磁石（ｐｏｌｅｆａｃｅ ｍａｇｎｅｔ）などの部品において使用される磁気材料は、磁気的に開放されている回路に配置されている。即ち、磁束線がエアギャップを横切る必要がある構成である。周辺磁界（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）効果及び磁界の不均質性の故に、開放回路において試験される任意の材料は、一般的に、閉止回路での測定に較べて高い鉄損、即ち、単位質量又は体積当たり高いワット数を示す。本発明のバルク型磁気部品は、開放回路構成でも広範囲の磁束密度及び周波数に亘って低い鉄損を有利に示す。

如何なる理論によっても拘束されることなしに、本発明の低損バルク型アモルファス金属部品の全鉄損はヒステリシス・ロス及び渦電流損失からの貢献から成るものと確信される。これら２つの貢献の各々は、ピーク磁気誘導Ｂ_maxの及び励起周波数ｆの関数である。アモルファス金属における鉄損の先行技術分析（例えば、Ｇ． Ｅ． Ｆｉｓｈ， Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ５７， ３５６９ （１９８５）及びＧ ．Ｅ． Ｆｉｓｈ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ６４， ５３７０ （１９８８）参照）は、閉止磁気回路における材料について得られるデータに一般的に限られている。

本発明のバルク型磁気部品の単位質量当たりの全鉄損Ｌ（Ｂ_max、ｆ）は、下記の形式を有する関数によって本質的に定められる
Ｌ（Ｂ_max，ｆ）＝ｃ₁ｆ（Ｂ_max）ⁿ＋ｃ₂ｆ^q（Ｂ_max）^m
この式において、係数ｃ₁及びｃ₂並びに指数ｎ、ｍ及びｑは、全て、経験的に決定され、これらの値を正確に決定する既知の理論は存在しない。この式を使用することで、本発明のバルク型磁気部品の全鉄損が如何なる所要の作動誘導及び励起周波数でも決定できる。一般的にバルク型磁気部品の特定の幾何学的配置においてその中の磁界が空間的に均質でないことが知られている。実際のバルク型磁気部品において測定される磁気密度分布と緊密に近似しているピーク磁束密度の空間的及び経時的バリエーションの推定値を提供するために有限要素モデル化などの手法が知られている。空間的に均質な磁束密度の下で任意の材料の磁気鉄損を与える適当な経験式を入力として使用して、これらの手法によって、その作動構成における任意の部品の対応する実際の鉄損が合理的な精度をもって予測できる。

本発明の磁気部品の鉄損の測定は、当業において既知の種々の方法を使用して実施できる。本発明の部品を測定するために特に適している方法は、以下に記述されている通りである。この方法は、本発明の磁気部品及び磁束閉止構造手段をもって磁気回路を形成することから成る。選択的に、この磁気回路は、複数の本発明の磁気部品及び磁束閉止構造手段から成り得る。磁束閉止構造手段は、望ましくは、高い透磁率（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）及び本部品が試験される磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度を有する軟磁材料から成る。望ましくは、この軟磁材料は、本部品の飽和磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度を有する。本部品が試験される磁束方向は、全体的に、本部品の第１及び第２の対面（ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｆａｃｅｓ）を定める。磁束線が第１の対面の平面に対して全体的に垂直な方向で本部品に入る。磁束線は、全体的に、アモルファス金属ストリップの平面に従い、第２の対面から出る、第１および第２の対面を有する。磁束閉止構造手段は、一般的に、望ましくは本発明に従って構築される磁束閉止磁気部品から成るが、当業において既知の他の方法及び材料をもっても製作され得る。磁束線は、全体的に夫々の平面に垂直に、入り且つ出る。磁束閉止部品の相対する面は、磁束閉止部品が実際の試験中に符合される磁気部品の夫々の面と実質的に同じサイズ及び形状である。磁気閉止部品は、本発明の磁気部品の第１及び第２の面と近似の及び実質的に近似のその第１及び第２の面と符合する（ｍａｔｉｎｇ）関係に置かれる。起磁力が本発明の磁気部品か又は磁束閉止磁気部品を取り巻く第１の巻線を通して電流を通すことによって適用される。その結果得られる磁束密度は、ファラディの法則によって、試験対象の磁気部品を取り巻く第２の巻線に誘導される電圧から決定される。適用される磁界は、アンペールの法則によって、起磁力から決定される。次いで、鉄損は、適用される磁界及びその結果得られる磁束密度から従来の方法によって算定される。

図５に言及すると、以下に記述されている試験方法によって容易に決定できる鉄損を有する部品１０が図示されている。コア７０の長い側面７８ｂは、鉄損試験のための磁気部品１０として指定されている。コア７０のその余の部分は、磁束閉止構造手段としての機能を果たし、これは、全体的にＣ形状であり、４つの全体的な丸みをつけられたコーナー７６、短い側面７４及び長い側面７８ａから成る。丸みをつけられたコーナー７６、短い側面７４及び長い側面７８ａを分離するカット７２の各々は、選択的である。望ましくは、長い側面７８ａをコア７０のその余の部分から分離するカットだけを作る。長い側面７８ｂを排除するためにコア７０をカットすることによって形成されるカットされた表面は、磁性部品の相対する面及び磁束閉止磁性部品の相対する面を画する。試験のため、長い側面７８ｂはその面をカットによって画されたその対応する面に緊密に近似して且つ並行するようにして配置する。長い側面７８ｂの面は、磁束閉止磁気部品の面と実質的に同じサイズ及び形状である。二つの銅製の巻線（図示されていない）が長い側面７８ｂを取り巻いている。適当な大きさの交流を第１の巻線を通して、所望の周波数及びピーク磁束密度において長い側面７８ｂを励起する起磁力を提供する。長い側面７８ｂ及び磁束閉止磁気部品の磁束線は、全体的に、ストリップ２２の平面内にあり、環状に方向付けられている。長い側面７８ｂ内にある経時的に変動する磁束密度を示す電圧は、第２の巻線において誘導される。鉄損は、電圧と電流との測定値から従来の方法によって決定される。

以下の実施例は、本発明をより完全に記述するために提供するものである。本発明の原理及び実施を図示するために以下に掲げる特定の手法、条件、材料、特性及び報告されているデータは、例示であって、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきものではない。

実施例１
アモルファス金属長方形プリズムの調製及び電磁気試験
幅約６０ｍｍ及び厚さ約０．０２２ｍｍのＦｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉アモルファス金属リボンを約２５ｍｍ×９０ｍｍの寸法を有する長方形マンドレル又はボビンの周囲に巻いた。アモルファス金属リボンをマンドレル又はボビンに約８００回巻いて、約２５ｍｍ×９０ｍｍの内寸及び約２０ｍｍのビルド（ｂｕｉｌｄ）厚を有する長方形のコアを生成した。コア／ボビンの組立品を窒素雰囲気中で焼きなまし処理した。この焼きなまし処理は、１）組立品を最高３６５℃まで加熱し；２）約２時間約３６５℃でその温度を保持し；及び３）組立品を雰囲気温度まで冷却することから成るものであった。長方形の、巻かれたアモルファスの金属コアをコア／ボビン組立品から取り出した。このコアをエポキシ樹脂溶液で真空含浸した。ボビンを代えて、その再構築し、含浸したコア／ボビン組立品を約４．５時間１２０℃で硬化した。完全に硬化したところで、コアを再びコア／ボビン組立品から取り出した。その結果得られた長方形の、巻かれた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属コアは、重量が、約２１００ｇであった。

長さ６０ｍｍ×幅４０ｍｍ×厚さ２０ｍｍ（約８００層）の長方形のプリズムを１．５ｍｍ厚の切刃をもってエポキシ結合アモルファス金属コアからカットした。この長方形のプリズムとコアのその余の部分のカット表面を硝酸／水溶液でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液で洗浄した。コアの残余の部分を硝酸／水溶液でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液で洗浄した。次いで、長方形プリズムとコアのその余の部分とを完全なカットされた形状に再び組み立てた。１次及び２次電気巻線をコアのその余の部分に固定した。カットされたコア形状を６０Ｈｚ、５，０００Ｈｚ及び２０，０００Ｈｚで電気的に試験し、同様の試験構成における他の強磁材料のカタログ上の値と比較した（Ｎａｔｉｏｎａｌ−Ａｒｎｏｌｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， １７０３０ Ｍｕｓｋａｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ａｄｅｌａｎｔｏ， ＣＡ ９３０３０２ （１９９５））。その結果を表１、２、３及び４に纏めて掲げてある。

表３及び４に掲げるデータが示す通り、鉄損は、励起周波数が５，０００Ｈｚ以上の場合、特に低い。よって、本発明の磁気部品は、極面磁石に特に適している。

実施例２
アモルファス金属台形プリズムの調製
幅約４８ｍｍ及び厚さ約０．０２２ｍｍのＦｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉アモルファス金属リボンを約３００ｍｍの長さにカットした。このカットされたアモルファス金属リボンの約３，８００の層を重ね合わせて、幅約４８ｍｍ及び長さ３００ｍｍ、ビルド厚さ約９６ｍｍのバーを形成した。このバーを窒素雰囲気中で焼きなまし処理した。焼きなまし処理は、１）バーを最高３６５℃まで加熱し；２）約２時間約３６５℃でその温度を保持し；及び３）バーを雰囲気温度まで冷却することから成るものであった。バーをエポキシ樹脂溶液で真空含浸し、約４．５時間１２０℃で硬化した。その結果得られた、重ね合わされた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属バーは、重量が、約９０００ｇであった。

台形のプリズムをその重ね合わされた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属バーから１．５ｍｍ厚の切刃をもってカットした。このプリズムの台形の面は、５２及び６２ｍｍのベース及び４８ｍｍの高さを有していた。この台形プリズムは、９６ｍｍ（３，８００層）厚であった。台形プリズム及びコアのその余の部分のカット面を硝酸／水溶液でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液で洗浄した。

この台形プリズムは、１０００Ｈｚで１．０Ｔのピーク誘導レベルまで励起した時、１１．５Ｗ／ｋｇを下回る鉄損を有する。

実施例３
アーク形状断面を有する多角形、バルク型アモルファス金属部品の調製
幅約５０ｍｍ及び厚さ約０．０２２ｍｍのＦｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉アモルファス金属リボンを約３００ｍｍの長さにカットした。このカットされたアモルファス金属リボンの約３，８００の層を重ね合わせて、幅約５０ｍｍ及び長さ３００ｍｍ、ビルド厚さ約９６ｍｍのバーを形成した。このバーを窒素雰囲気中で焼きなまし処理した。焼きなまし処理は、１）バーを最高３６５℃まで加熱し；２）約２時間約３６５℃でその温度を保持し；及び３）バーを雰囲気温度まで冷却することから成るものであった。バーをエポキシ樹脂溶液で真空含浸し、約４．５時間１２０℃で硬化した。その結果得られた、重ね合わされた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属バーは、重量が、約９２００ｇであった。

重ね合わされたエポキシ結合したアモルファス金属バーを放電加工を用いてカットして、３次元アーク形状のブロックを形成した。このブロックの外径は、約９６ｍｍであった。このブロックの内径は、約１３ｍｍであった。アーク長は、約９０°であった。ブロックの厚さは、約９６ｍｍであった。

幅約２０ｍｍ及び厚さ約０．０２２ｍｍのＦｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉アモルファス金属リボンを約１９ｍｍの外径を有する円形マンドレル又はボビンの周囲に巻いた。アモルファス金属リボンを約１，２００回円形マンドレル又はボビンの周囲に巻いて、約１９ｍｍの内径及び約４８ｍｍの外径を有する円形のコアを生成した。コアは、ビルド厚さが約２９ｍｍであった。コアを窒素雰囲気中で焼きなまし処理した。この焼きなまし処理は、１）バーを最高３６５℃まで加熱し；２）約２時間約３６５℃でその温度を保持し；及び３）バーを雰囲気温度まで冷却することから成るものであった。このコアをエポキシ樹脂溶液で真空含浸し、約４．５時間１２０℃で硬化した。その結果得られた、巻かれた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属コアは、重量が、約７１ｇであった。

巻かれた、エポキシ結合のアモルファス金属コアをウォータージェットを用いてカットして、半円形の３次元状の物体を形成した。この半円形の物体は、内径が約１９ｍｍ、外径が約４８ｍｍ、そして厚さが約２０ｍｍであった。

このアーク状の断面を有する多角形、バルク型アモルファス金属部品のカット面を硝酸／水溶液でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液で洗浄した。

この各多角形バルク型アモルファス金属部品は、１０００Ｈｚで１．０Ｔのピーク誘導レベルまで励起した時の鉄損が１１．５Ｗ／ｋｇ未満であった。

実施例４
低損バルク型アモルファス金属部品の高周波数挙動
上記の実施例１から採った鉄損データを従来の非線形回帰法を使用して分析した。Ｆｅ₈₀Ｂ₁₁Ｓｉ₉から成る低鉄損バルク型アモルファス金属リボンの鉄損は以下の形式を有する関数によって本質的に定め得ることが決定された
Ｌ（Ｂ_max，ｆ）＝ｃ₁ｆ（Ｂ_max）ⁿ＋ｃ₂ｆ^q（Ｂ_max）^m
係数ｃ₁及びｃ₂の並びに指数ｎ、ｍ及びｑの値は、バルク型アモルファス金属部品の磁気損に結び付いた上限値を定めるようにして選択した。表５は、実施例１における部品の測定損及び上記の式によって予測される損を、何れもキログラム当たりのワット数で測定、記載している。ｆ（Ｈｚ）及びＢ_max（テスラ）の関数としての予測損は、係数ｃ₁＝０．００７４及びｃ₂＝０．０００２８２並びにｎ＝１．３ 、ｍ＝２．４及びｑ＝１．５を使用して計算した。実施例１のバルク型アモルファス金属部品の測定損は、この式によって予測された対応の損に較べて小さかった。

実施例５
非結晶性合金長方形プリズムの調製
幅約２５ｍｍ及び厚さ約０．０１８ｍｍのＦｅ_73.5Ｃｕ₁Ｎｂ₃Ｂ₉Ｓｉ_13.5アモルファス金属リボンを約３００ｍｍの長さにカットする。このカットされたアモルファス金属リボンの約１，２００の層を重ね合わせて、幅約２５ｍｍ及び長さ３００ｍｍ、ビルド厚さ約２５ｍｍのバーを形成する。このバーを窒素雰囲気中で焼きなまし処理した。焼きなまし処理は、以下のステップを実施することによって行なう：１）バーを最高５８０℃まで加熱し；２）約１時間約５８０℃でその温度を保持し；及び３）バーを雰囲気温度まで冷却すること。バーをエポキシ樹脂溶液で真空含浸し、約４．５時間１２０℃で硬化する。その結果得られた、重ね合わされた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属バーは、重量が、約１２００ｇである。

長方形のプリズムをその重ね合わされた、エポキシ樹脂結合のアモルファス金属バーから１．５ｍｍ厚の切刃をもってカットする。このプリズムの面は、幅約２５ｍｍ及び長さ約５０ｍｍである。この長方形プリズムは、２５ｍｍ（１２００層）厚である。長方形プリズムのカット面を硝酸／水溶液でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液で洗浄する。

この長方形プリズムは、１０００Ｈｚで１．０Ｔのピーク誘導レベルまで励起した時、１１．５Ｗ／ｋｇを下回る鉄損を有する。

以上の通り本発明をかなり詳細に記述したので、かかる細目に厳格に従う必要がなく、何れも以下の請求項によって定められる本発明の範囲に属する種々の変更及び改変が当業者には当然明らかであると思われることが理解されるであろう。

本発明の好ましい実施態様及び付図の次の説明を参考にすると、本発明は更に完全に理解され、更なる利点が明白になろう、付図では数枚の図面を通じて同じ参照番号は同じような要素を表している。
図１Ａは、本発明に従って構成された概ね長方形多面体の形状を有するバルク型アモルファス金属磁気部品の斜視図である。 図１Ｂは、本発明に従って構成された概ね台形多面体の形状を有するバルク型アモルファス金属磁気部品の斜視図である。 図１Ｃは、本発明に従って反対側に配置された弓形表面を持ち構成された多面体の形状を有するバルク型アモルファス金属磁気部品の斜視図である。 本発明に従って切断されるために配置されて積み重ねられたアモルファス金属ストリップのコイルの側面図である。 本発明に従って複数の概ね台形形状の磁気部品を作るための切断線を示すアモルファス金属ストリップのバーの斜視図である。 本発明に従って概ね長方形コアを形成するためにマンドレルの周りに巻き付けられされつつあるアモルファス金属ストリップのコイルの側面図である。 本発明に従って形成された概ね長方形アモルファス金属コアの斜視図である。

Claims (3)

1. バルク型アモルファス金属磁気部品を構成する方法であって：
   アモルファス金属ストリップ材料をカッティングして、予め定められた長さを有する複数のカットストリップを形成すること；
   該カットストリップを重ね合わせて、重ね合わされたアモルファス金属ストリップ材料のバーを形成すること；
   該重ね合わされたバーをアニーリング処理すること；
   該重ね合わされたバーをエポキシ樹脂をもって含浸し、該含浸され重ね合わされたバーを硬化すること；及び
   該重ね合わされたバーを予め定められた長さにカッティングして、予め定められた３次元幾何学的配置を有する複数の多角形状磁気部品を提供すること、を含み、
   該低損バルク型アモルファス金属磁気部品が周波数ｆでピーク誘導レベルＢ_ｍａｘまで励起された時にＬを下回る鉄損を有し、ここで、Ｌが式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂ_ｍａｘ）^１．３＋０．０００２８２ｆ^１．５（Ｂ_ｍａｘ）^２．４によって与えられ、該鉄損、該励起周波数及び該ピーク誘導レベルが、夫々、キログラム当たりワット数、ヘルツ及びテスラをもって測定され、
   該各カットストリップが本質的に式Ｍ _{７０−８５} Ｙ _５−２０ Ｚ _０−２０ 、添え字は原子パーセント、によって定められた組成物を有し、この式において“Ｍ”は少なくともＦｅ、Ｎｉ及びＣｏの内の１つであり、“Ｙ”は少なくともＢ、Ｃ及びＰの内の１つであり、及び“Ｚ”は少なくともＳｉ、Ａｌ及びＧｅの内の１つであり；但し、（ｉ）成分“Ｍ”の最大１０原子パーセントが少なくとも金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＷの内の１つをもって代替でき、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の最大１０原子パーセントが非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＰｂの内の１つをもって代替でき、並びに（ｉｉｉ）成分（Ｍ＋Ｙ＋Ｚ）の最大約１原子パーセントが付帯的不純物であり得る、前記方法。
2. 該カッティングが切刃、カッティングホイール（ｃｕｔｔｉｎｇ ｗｈｅｅｌ）、ウォータージェット又は放電加工を使用してアモルファス金属ストリップ材料をカッティングすることから成る請求項１に記載のバルク型アモルファス金属磁気部品を構成する方法。
3. 該各カットストリップが少なくとも７０原子パーセントＦｅ、少なくとも５原子パーセントＢ及び少なくとも５原子パーセントＳｉを含む組成物を有し、但しＢ及びＳｉの全含有量が少なくとも１５原子パーセントである、請求項１に記載のバルク型アモルファス金属磁気部品。

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