JPH03125409A - 磁気増幅器用磁心およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気増幅器用磁心およびその製法に関する。

〔従来の技術〕

磁性リボンを巻回しあるいは積層して磁心を形成した場
合、リボン層間の絶縁が悪いと、リボン層間を流れる渦
電流が生じ、渦電流損失の増大により全体の鉄損（破損
）が増大する。この傾向はとくに高周波の場合に顕著で
ある。そして、透磁率の周波数特性が悪＜１００ＫＨｚ
以上ではメリットのある利用は期待できない。特に、こ
のような磁心を磁気増幅器（マグアンプ）に用いた場合
には、高周波における磁気特性の悪化がみられ、動作周
波数を高くとれないという問題もある。

そこで、従来は、リボン層間の絶縁を良好にするため、
リボン層間に非磁性物質からなる絶縁層を設けることが
行われ、その−手段としてリボン表面に−様な絶縁膜を
形成して、上記問題の解決を図ろうとしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、磁性リボンとしてアモルファス磁性リボンを製
造する場合、４００’Ｃ前後でかｒ鈍することが行われ
るが、このような焼鈍が行われると、絶縁膜とリボンと
の線膨張係数の違い、すなわち、はとんどの場合、絶縁
膜の線膨張係数の方がアモルファスリボンのそれより大
きいので、リボンに圧縮応力が生じ、磁歪の逆効果によ
り磁気特性が劣化する。

また、４００℃前後の焼鈍に耐える絶縁膜としては、材
料的に限られるという問題もあり、さらに、絶縁膜を設
けると磁心を構成した場合、磁性体の充填率（占積率）
が低下し、結果として磁心の大型化を招いてしまう。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、占積率の低下を最小限にしてリボン層間の絶縁
性を確保して、磁気特性のよい磁性リボンおよび磁気増
幅器用磁心を提供することを技術的課題とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、その理論的前提として、まず、次のような点
に着目してなされた。

すなわち、先に述べたように、磁性リボンによる磁心の
製造にざいしては、絶縁膜を介在させるのが一般的で、
当業者間ではいかに絶縁性能の良い絶縁膜材料を見い出
すかが最大の関心事になっている。

しかし、観点を変えてみると、このような絶縁膜が無い
場合でも層間に空気層があれば、それが絶縁層となって
、渦電流を防ぎ、しかも、できるだけ占積率を大きくで
きると考えた。

そこで、本発明では、磁性リボンの積層体からなり、各
層間に、非磁性体であり、かつ、絶縁性を有する無機物
からなる微粉を介在させて磁気増幅器用磁心とした。そ
して、微粉が磁性リボンの各層間に介在させることで、
各層間に空気層を形成できる。

本発明では、当初の目的として空気層を確保するために
前記微粉を介在させたが、微粉がリボンの各層間にまん
べんなく密に介在させた場合も考えられる。この場合に
は空気層を確保するという意味は無くなり、微粉自体が
絶縁層として作用することとなるが、この場合も微粉に
より空気層を確保する場合と同様の効果を得られる。従
って、本発明は、微粉を粗に介在させる場合、または、
密に介在させる場合のいずれをも含む広い概念である。

〔作用〕

以下、本発明の作用を述べ、さらに具体的な解決手段に
ついて説明する。

本発明では、上記のように無機物からなる微粉がスペー
サとなって、リボンによる各層間に空気層を作って絶縁
層を形成する場合と、これに対し、微粉がリボン間にま
んべんなく密に介在して微粉自体が絶縁層を形成する場
合とがある。

ここで、本発明における磁性リボンとは、磁性体の薄帯
であり、磁性体材料としては、遷移金属中のＦｅ、Ｃｏ
、Ｎｉ等の強磁性元素単体、あるいは強磁性元素同士の
合金、特性改善を図るために加えられる非強磁性元素と
強磁性元素との合金、フェライト、パーマロイ、アモル
ファス合金等を例示てぎる。アモルファス金属としては
、Ｆｅ−Ｂ、　　　Ｆ’ｅ−Ｂ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−５ｉ、
　　　Ｆｅ−Ｂ　　−Ｓｉ　−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ
ｒ、　　Ｆｅ−Ｃｏ　−Ｂ−５ｉ、　　Ｆｅ−Ｎｉ　−
Ｍｏ−Ｂ等のＦｅ系、ｃｏ−Ｂ、　　Ｃｏ−Ｆｅ−３ｉ
　−Ｂ、　　Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ　−Ｍｏ−Ｂ−３ｉ、　
　Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ　−Ｂ−３ｉ、　　Ｃｏ−Ｆｅ−Ｍ
ｎ−Ｂ−Ｓｉ、　　Ｃｏ−Ｆｅ　−Ｍｎ−Ｎｉ、　　Ｃ
ｏ−Ｍｎ−Ｎｉ　−Ｂ−Ｓｉ、　　Ｃ。

−Ｆ　ｅ　−Ｍｎ−Ｎ　ｉ−Ｂ等のＣｏ系等を例示でき
る。

本発明で使用する磁性リボンとしては、以上の他に、当
初はアモルファス状態であるが、加熱処理をすると組織
が微細結晶粒となる磁性体、例えば、Ｆ　ｅ−Ｃｕ−Ｎ
ｂ−９ｉ−Ｂ、具体的な組成としては、Ｆ　ｅ７３．５
−ＣＩＪ＋−Ｎｂ３−３　ｊ＋３．５−Ｂ９を例示でき
る。

このような磁性リボンによる積層体の各層間に介在する
無機物の微粉としては、非磁性体であり、かつ、絶縁性
を何することが条件となる。微粉が磁性体であり、また
、導電性を有すると、磁気特性に悪影響を与えたり、渦
電流か流れやすくなったりするからである。

また、本発明で使用する無機物としては、■ガラス（け
い酸ナトリウム）、雲母（アルミノけい酸アルカリ塩、
フィロけい酸アルカリ塩）、炭化ケイ素、硫酸カルシウ
ム半水塩、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カル
シウム、硫酸バリウム等に代表される自然状態で安定な
無機物質、■酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化マグ
ネシウム、二酸化ケイ素、二酸化スズ、酸化亜鉛、二酸
化ジルコニウム、五酸化ニアンチモン、酸化チタン等の
金属酸化物、■前記■に例示される素材の他、ベロアス
カイト、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩、チタン酸塩、ニオ
ブ、タンタル、タングステン酸塩等の複酸化物からなる
セラミックス、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム
焼結体、窒化ホウ素、窒化ホウ素マグネシウム、窒化ホ
ウ素複合体、窒化ケイ素、窒化ケイ素ランタン、サイア
ロン等の窒化物、炭化ホウ素、炭化り゛イ素、炭化ホウ
素アルミニウノ１１、炭化ホウ素アルミニウム、炭化チ
タン等の炭化物、ニホウ化チタン、六ホウ化カルシウム
、六ホウ化ランタン等のボウ化物で例示されるセラミッ
クス素材を単体、もしくは複合して形成したセラミック
スを例示できる。これらの中では、二酸化ケイ素、酸化
アルミニウム、二酸化ジルコニウム、五酸化ニアンチモ
ン、酸化チタンが好適である。

これら無機物の微粉の粒径についてみると、微粉をリボ
ン間にまんべんなく介在させて絶縁層とする点を考慮す
ると、微粉の粒径は小さくてもよいが、小さくすること
は製造を困難にする要因となる。一方、余り大きいとリ
ボンで磁心を形成した場合、リボン間の間隙の幅が大き
くなりすぎて磁性体の占積率が小さくなる。このような
理由から、微粉の粒径は０．００１μｍ〜２μｍ、好ま
しくは０．００５μｍ〜１μｍであるのがよい。

また、微粉の介在量はリボンの単位面積（Ｉｃぜ）当り
、微粉が１Ｏ−７ｃｒｎ３〜２　Ｘ　１０−’　Ｃｍ３
、さらに好適には、３　Ｘ　１０＝　ｃ　ｍ３〜Ｉ　Ｏ
づＣＩ’ｌ’ｌ　”となる量だけ介在するようにすると
よい。このｉ４Ｊを単位面積当りの微粉重量に換算する
と、微粉の素材の比重によりその値が変わるが、五酸化
ニアンチモンの場合、３．８Ｘ１０−７ｇ／ｃｔ＋ｒ〜
７゜６Ｘ１０−’ｇ／ｃぜ、さらに好適には１．　　ｌ
Ｘｌ０−５ｇ／ｃイ〜３．８Ｘ１０−５ｇ／ｃイである
。

微粉を介在させる手段としては、磁性リボンを巻回もし
くは積層するにあたって、微粉を磁性リボン上に散布し
ながら巻回もしくは積層する方法を例示できる。また他
の方法として、前記のような微粉を、高分子溶液又は高
分子分散液又は両者の混合液に分散して得た分散系、と
りわりコロイド溶液とした絶縁処理液を磁性リボンの少
なくとも一面に付着させ、それを巻回もしくは積層する
方法を例示できる。

このような絶縁処理液で用いられる高分子溶液は、揮発
性液体に高分子化合物が溶解して形成されている。揮発
性液体としては、具体的には、例えば、無機溶媒として
、水、アンモニア水など、有機溶媒として、トルエン、
キシレン、低級アルコール、ガソリン、ケロシン、ヘキ
サン、その他にも芳香族、脂肪族有機溶剤などが挙げら
れる。

なお、これらは単独で用いられてもよく、可能な範囲で
混合されて用いられてもよい。

このような揮発性液体に溶解して用いられる高分子化合
物は、前記微粉を分散系中で実質的に凝結させることの
ない非イオン性物質が望ましい。

例えば具体的には、ポリエチレングリコール、カルボキ
シメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアク
リル酸、ポリアクリル酸メチル、アクリル酸・シリコン
化合物共重合体などが挙げられる。その他にも、アクリ
ル系、ウレタン系、エポキシ系、酢酸ビニル系などの高
分子化合物も挙げられる。

ただし、実際に用いられる高分子化合物は、上記の中で
も用いられる揮発性液体に対応して選択され、揮発性液
体が揮散した場合でも、なお、粘着性を有している高分
子化合物がよい。例えば、揮発性液体にトルエンを用い
た場合にはアクリル１１− 系、ウレタン系、あるいはエポキシ系化合物が挙げれる
。揮発性液体に水を用いた場合、ポリエチレングリコー
ル、ポリビニルアルコールなどが好ましい。

また、高分子化合物の割合は、分散系全体に対し、０．
１重量％〜１０重量％であるとよい。高分子化合物の割
合がこの範囲にあると、分散系に適度の粘性が付与され
てよい。

絶縁処理液で用いる高分子分散液は、前記高分子溶液に
用いた揮発性液体と同一の液体を分散媒として用いるこ
とができる。このような揮発性液体に分散して用いられ
る高分子化合物は、熱可塑性エラストマー、低密度ポリ
オレフィン、アイオノマー、酢酸ビニル系共重合ポリオ
レフィン、低分子量ポリオレフィンなどのポリオレフィ
ン系樹脂の微粉を例示できる。これら樹脂微粉の粒径は
５μｍ以下が好ましく、揮発性液体への分散量は総量に
対し、０．１〜】Ｏ重量％程度が好ましい。

さらに具体的には、■水（９５重量％）に平均粒径４μ
ｍの熱可塑性エラストマー微粉を５重量１２− ％分散させた高分子分散液、■水（９５重量％）に平均
粒径５μｎ１の低密度ポリオレフィン微粉を５重量％分
散させた高分子分散液、■水（９５重量％）に平均粒径
０．５Ｂｍ以下のアイオノマー微粉を１０重量％分散さ
せた高分子分散液、■水（９５重量％）に平均粒径５μ
ｍ以下のの酢酸ビニル系共重合ポリオレフィン微粉を６
重量％分散させた高分子分散液、■水（９５重量％）に
平均粒径２〜５μｍの低分子量ポリオレフィン微粉を５
重量％分散させた高分子分散液などを例示できる。

そして、以上の高分子溶液、高分子分散液には、界面活
性剤、乳化助剤、分散助剤などの添加物質が含まれてい
てもよい。また、高分子溶液と高分子分散液とが混合し
て用いられてもよい。

このような高分子溶液又は高分子分散液もしくはこれら
の混合液中に分散される微粉の割合は、高分子溶液、高
分子分散液、微粉の種類によっても大きく異なるが、一
般には、分散系全体に対し、０．１ｊｉｉ量％〜６０重
量％であるとよい場合が多い。その中でも、例えば微粉
が五酸化ニアンチモン、揮発性液体がトルエンの場合、
分散系全体に対し、０．　１〜３０重量％の比率で五酸
化ニアンチモンが用いられるとよい。五酸化ニアンチモ
ンの割合は例えば３重量％程度でも十分有効で、このよ
うな絶縁処理液を磁性リボンに塗布して絶縁層の形成さ
れる磁心に占積率の低下はほとんどなく、磁気特性も劣
化しない。

本発明の絶縁処理液の製造にあたフて、微粉を分散させ
る方法としては、例えば、分散法によってもよく、凝集
法によってもよい。分散法の場合、機械的分散法でもよ
く、電気的分散法でもよく、解膠法でもよい。凝集法の
場合、還元法、酸化法、複分解法、溶解度低下法のいず
れでもよい。

絶縁処理液を得るには、このような分散液の製造にあた
って、高分子化合物を混合しである高分子溶液あるいは
高分子分散液をあらかじめ用いて分散系を形成し、それ
を絶縁処理液としてもよく、高分子溶液あるいは高分子
分散液の製造工程の中で上記のような微粉を混合しても
よい。また、微粉を分散した揮発性？α体の中？こ高分
子化合物を溶解もしくは分散してもよい。

絶縁処理液を、上記のような磁性リボンに塗布する際、
塗布膜の厚さは１０〃ｍ以下にするとよい。この程度の
厚さにすると、磁性リボンに対する微粉付着量が、磁性
リボンの単位面積（１ｃｔｒ＋”）当り、１Ｏ−７０ｒ
Ｊ〕３〜２Ｘ　１０−’　ｃ　ｍ３、条件次第では、３
Ｘ１０−６ｃｍ３〜１０−５ｃｍ３となるのでよい。

通常、上記のように絶縁処理液の塗布された磁性リボン
を更に強制的もしくは自然に乾燥し、揮発性液体を揮散
させ、残存する高分子化合物を介して微粉を磁性リボン
などに付着させる。

また、揮発性液体を揮散させるには、好ましくは乾燥炉
を使用し、一般には１００℃以下で乾燥するとよい。

ところで、磁性リボン、とりわけアモルファスリボンは
、必要に応じて歪取りのために、窒素等不活性ガス雰囲
気、あるいは、酸素等酸化雰囲気中において、３００℃
〜６００℃、好ましくは、１５− ３２０℃〜／１２０℃の温度乙　：号０分〜３００分焼
鈍するとよい。この焼鈍は、リボンを巻回あるいは積層
して磁心とした後に行ってもよいし、リボンの状態のま
まで行ってもよい。なお、焼鈍は磁場中で行ってもよい
し、無磁場で行ってもよい。

絶縁処理液が磁性リボンに塗布された場合、その後焼鈍
されると、高分子化合物は焼失し、絶縁性微粉は磁性リ
ボン層間に介在し、保持される。

そして、巻回もしくは積層したアモルファス磁心を焼鈍
する場合、リボン間の微粉は、粉体であるがゆえに線膨
張ということが磁心に影響を与えない。むしろ、アモル
ファスリボンの収縮に伴う応力を吸収するという作用を
奏する。

巻回してトロイダル型磁心を得る場合、磁性リボンに張
力をかけて巻回するが、巻回時にかける張力はＯ，’０
５ｋｇ以上、好ましくは０．５ｋｇ以上がよい。

一方、積層型の磁心を製造する場合は、微粉付きリボン
を所定形状に切断し、積層して磁心とする。この場合、
積層圧は０．５ｋｇ／ｃｆ以上と１６− するのが好ましい。

なお、必要に応じて磁心に樹脂を含浸し、あるいは、樹
脂で周囲を固めてもよい。本発明では、空気層をあくま
でも維持しなげならない主旨ではない。微粉の存在によ
る特徴的メリットは、上記したように磁心の焼鈍時に線
膨張の差による歪が磁性リボンに生じないようにするこ
とであり、また、リボン間の間隔をできるだけ狭くする
ことである。よって、焼鈍が終わった後に、磁心に樹脂
を含浸させてもよい。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

アライト社製２７１４Ａ　（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ　−５ｉ
−Ｂ）のアモルファス磁性リボン（５ｍｍ幅）の片面に
、水６０重量％に対し五酸化ニアンチモンの微粉（粒径
０．０４μｍ）を４０重量％分散したコロイド溶液（４
０％）をロールコータ−にて塗布し、０．４５μｍ厚の
絶縁層を形成した。

続いて、このアモルファス磁性リボンを巻テンション０
．８ｋｇで巻回し、外径１９ｍｍ、内径１３　ｒｎ、ｍ
、高さ５　ｍ　ｍ、占イＪ’ｔ　ｉ　９（：）％のト１
コイダルコアを得た。

そして、４００℃で５０分、窒素中で焼鈍した。

この処理は無磁場中で行った。続いてこれを絶縁ケース
に入れて０．５φの絶縁被覆導線を１次側５ターン、２
次側５ターン巻いた。

鉄損、角形比を測定したところ、第１表に示す結果を得
た。

［比較例］ アライド社製２７１４Ａ　（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ　−Ｓ　
１−Ｂ）のアモルファス磁性リボン（５ｍｍ幅）を巻テ
ンション０．８ｋｇで巻回し、外径１９ｍｍ、内径１３
ｍｍ、高さ５ｒｎｍ、占積率９０％のトロイダルコアを
得た。

そして、４００℃で５０分、窒素中で焼鈍した。

この処理は無磁場中で行った。続いてこれを絶縁ケース
に入れて０．　５φの絶縁被覆導線を１次側５ターン、
２次側５ターン巻いた。

鉄損、角形比を測定したところ、第１表に示す結果を得
た。

第１表　鉄損と角形比 鉄損　　ｆ＝１００［ＫＨｚコ、Ｂｍ＝０．５［Ｔコ角
形比　ｆ＝５０　［ＫＨｚコ、Ｈｍ＝１　［Ｏｅ］上表
の測定に際しては、磁心に施した１次巻線の励磁電流と
２次巻線の誘起電圧の波形メモリーにストアし、両波形
から損失を算出した。また、角形比の測定は、磁心に施
した１次巻線の励磁電流と２次巻線の誘起電圧の波形を
波形メモリーにストアし、両波形から交流ヒステリシス
ループを描き、そのループから残留磁束密度Ｂｒと最大
磁束密度Ｂｍを求めＢｒ／８ｍＸ１００［％コにより算
出した。

以上の結果から明かなように、鉄損は約２６％も低減し
、発熱を大幅に抑制できることがわかる。

以上の結果から、実施例のものでは、高周波のヒステリ
シスループの角形比を下げずにすみ、鉄損についても全
体的に低く、とくに高周波部分での上昇を低く押さえる
ことができる。また、２００ＫＨｚまでほぼ一定の透磁
率が得られた。

〔発明の効果〕

本発明では、前記構成としたので、とりわけ、１０ＫＨ
ｚ以上の周波数での磁気特性を改善でき、また、占積率
をできるだけ大きくできて、磁心の小型化に寄与でき、
磁気増幅器として好適に使用できる。

１９− −笈−

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性リボンの積層体からなり、各層間に、非磁性
   体であり、かつ、絶縁性を有する無機物からなる微粉を
   介在させたことを特徴とする磁気増幅器用磁心。
2. （２）前記磁性リボンがアモルフアス金属である請求項
   １記載の磁気増幅器用磁心。
3. （３）前記無機物が金属酸化物であり、微粉の径が０．
   ００１μｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の磁気増幅器用磁心。
4. （４）前記無機物による絶縁層の厚さが０．１μｍ〜１
   μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の磁気増幅器用磁心。
5. （５）磁性リボンを巻回してなることを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれかに記載の磁気増幅器用磁心。
6. （６）磁性リボンを積層してなることを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれかに記載の磁気増幅器用磁心。
7. （７）磁性リボン間に、非磁性体であり、かつ、絶縁性
   を有する無機物からなる微粉を介在させて磁性リボンを
   巻回もしくは積層する積層工程と、前記積層工程の前あ
   るいは後に、磁性リボンを３００℃〜６００℃の温度で
   焼鈍する焼鈍工程とを有する磁気増幅器用磁心の製法。
8. （８）前記積層工程は、磁性リボンの少なくとも一面に
   、前記微粉を分散させた絶縁処理液を塗布した後、磁性
   リボンを巻回もしくは積層する工程であり、前記絶縁処
   理液は、前記微粉が、高分子溶液又は高分子分散液又は
   その両者の混合液を分散媒にして分散している分散系で
   形成されている請求項７記載の磁気増幅器用磁心の製法
   。
9. （９）前記積層工程は、磁性リボンを０．０５ｋｇ以上
   の張力で巻回するものである請求項７もしくは８記載の
   磁気増幅器用磁心の製法。
10. （１０）前記積層工程は、磁性リボンを重ねて０．５ｋ
    ｇ／ｃｍ＾２以上の圧力を印加するものである請求項７
    もしくは８記載の磁気増幅器用磁心の製法。