JPH04188604A - 磁心 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁心に関し、さらに詳しくは高出力パルス磁心
に関する。

（従来の技術） レーザーや粒子加速器に用いられるパルス電源装置には
、高出力でかつパルス幅の短いパルスを発生させるのに
適した磁気パルス圧縮回路が用いられている。この磁気
パルス圧縮回路は、コンデンサの電荷を次段のコンデン
サに移行するときに、可飽和磁心の飽和特性を利用して
電流パルス幅を圧縮するものである。

また、線形加速器の誘導磁心は本質的に１：１トランス
として動作し、二次側ギャップに発生する電圧により磁
心中央部を通る荷電粒子ビームを加速するものである。

従来より、これらの高出力パルス用磁心としては、高飽
和磁束密度、磁化曲線の高角形比および低鉄損の特性を
有する鉄基非晶質合金薄帯あるいはコバルト基非晶質合
金薄帯などの磁性材料薄帯とポリエステルフィルムある
いはポリイミドフィルムなどの高分子フィルムからなる
電気絶縁材料とが交互に巻回されてなる磁心が用いられ
ている。

そして、この磁心においては磁心が高出力パルス用を対
象としているために磁性材料薄帯間の絶縁性が重要とな
るみそのため従来においては磁性材料薄帯端部間におけ
る層間絶縁を確保するために、電気絶縁材料の幅を磁性
材料薄帯の幅より広く設定している。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の磁性材料薄帯間の層間絶縁を確保するた
めに電気絶縁材料の幅を磁性材料薄帯の幅より広く設定
した磁心の場合、下記のような問題点を生じていること
を本発明者らは初めて見い出した。

すなわち、従来の磁心は、第２図に示す断面模式図のよ
うに、磁性材料薄帯１の端部より電気絶縁材料２の端部
が突出しているが、一般にこの電気絶縁材料２は熱伝導
性が低く、また、この突出した部分の間の空間には、表
面張力効果によって冷媒の浸透が妨げられ、この空間が
熱的な絶縁層３となるため、使用時における磁心の発熱
、言い換えれば磁性材料薄帯の発熱に対する冷却効果が
低下し、磁心の温度上昇が起こる原因となっていた。

一般に磁心は、空気、絶縁油、フッ素系不活性液体など
の冷却媒体により冷却されているものの、このような磁
心の温度上昇により磁心の磁束量の低下および特性の経
時変化の加速化が起こるため、所定の機能が得られない
という問題が生じていたのである。

本発明は上記問題点を解決し、磁性材料薄帯の層間、絶
縁性を損なうことなく、優れた冷却特性を有する磁心を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の磁心は、磁性材料薄帯と電気絶縁材料とが積層
薫たは巻回されてなる磁心において磁性材料薄帯の幅方
向の端部が電気絶縁材料に被覆されていることを特徴と
する。

即ち、本発明は、第１図示すように電気絶縁材料２の幅
方向の端部を軟化または溶解し、磁性材料薄帯１の幅方
向の端部を被覆し、磁性材料薄帯と冷却媒体間の距離、
すなわち熱的絶縁層の厚さを低減させ、使用時における
磁心の発熱、言い換えれば磁性材料薄帯の発熱に対する
放熱性を向上させるものである。

本発明における磁性材料薄帯の材質は特に限定されるも
のではないが、鉄基非晶質合金、コバルト基非晶質合金
あるいは鉄基非晶質合金を結晶化させ微細な結晶粒を析
出させた鉄基磁性合金が優れた磁気特性を有しており好
ましい。

上記各磁性材料について更に詳述すると、まず鉄基非晶
質合金については、 一般式、 Ｆｅ（１ｏ□−ｘ−、）Ｓｉ、Ｂ、（ａ　ｔ％）７≦Ｘ
≦１１ １１≦ｙ≦１５ で表される鉄基非晶質合金薄帯が、高飽和磁束密度が得
られ好ましい。さらに鉄基非晶質合金の中でも、Ｆｅの
一部なＣＯまたはＮｉの少なくとも一方で置換した、 一般式、 （”１−ｘＴｘ）１００−ｙＸｙ（ａ　ｔ％）Ｔ：Ｃｏ
、　Ｎｉから選択される少なくとも１種の元素 Ｘ：Ｓｉ、　Ｂ、　Ｐ、　Ｃ，Ｇｅから選択される少な
くとも１種の元素 ０＜ｘ≦０．４ １４≦ｙ≦２１ で表される鉄基非晶質合金が高飽和磁束密度かつ高角形
比が得られるため特に好ましい。さらに上記一般式で表
わされるＦｅ基非晶質合金に対して、Ｔｉ、　Ｔａ、　
Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｃｕ、　Ｍｏ、　Ｎｂ、　Ｗな
どの金属元素を５ａｔ％程度まで添加することが可能で
ある。

また、コバルト基非晶質合金については、一般式、 （Ｃｏｔ−ｘＦｅｃ）ｔｏｏ−ｚ（Ｓｉ１−ｙＢｙ）２
（ａ　ｔ％）０．０２≦Ｘ≦０．１０ ０．３≦ｙ≦０．９ ２０≦２≦３０ で表されるコバルト基非晶質合金薄帯が高角比および低
鉄損が得られ好ましい。

さらに、前記組成のコバルト基非晶質合金にＴｉ、　Ｔ
ａ、　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｎｉ、　Ｃｕ、　Ｍｏ、
　Ｎｂ、　Ｗなどの元素を８ａｔ％以下添加することに
より磁気特性のいっそうの向上を図ることが可能となり
、その中でも低鉄損を考慮すると特にＭｎ、　Ｎｉ、　
Ｍｏ、Ｎｂが好ましい。

また、鉄基非晶質合金を結晶化させ微細な結晶粒を析出
させた磁性合金については、 一般式、 （Ｆｅ１−ａＭａ）　１ｏ□　−ｘ　−ｙ　−ｚ　−ａ
　−ｐ　−ｒ　Ｃｕｘ　３１３／　ＢＺ　Ｍ’　ｃ　Ｍ
”ｐＸγ（ａｔ％） Ｍ：Ｃｏ、　Ｎｉから選択される少なくとも１種の元素 Ｍ’：Ｎｂ、　Ｗ、　Ｔａ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔｉ、
　Ｍｏからなる群より選択された少なくとも１種の元素 Ｍ”：Ｖ、　Ｃｒ、　？Ｖｉｎ、　Ａ（、白金属元素、
Ｓｃ、　Ｙ、希土類元素、Ａｕ、　Ｚｎ、　Ｓｎ、　Ｒ
ｅからなる群より選択された少なくとも１種の元素 Ｘ：Ｃ，Ｇｅ、　Ｐ、　Ｇａ、　Ｓｂ、　Ｉｎ、　Ｂｅ
、　Ａｓからなる群より選択された少なくとも１種の元
素０≦ａ≦０．５ ０．１≦Ｘ≦３ ０≦ｙ≦３０ ０≦２≦２５ ０≦ｙ＋ｚ≦３５ ０．１≦α≦３０ ０≦β≦１０ ０≦γ≦１０ で表される組成を有し、組織の少なくとも５０％が微細
な結晶粒からなり、結晶粒が、その最大寸法で測定した
場合５００Å以下の平均粒径を有するＦｅ基基磁磁性合
金薄帯が特に好ましい。

上記のような薄帯は、所定組成の合金に例えば溶湯急冷
法などを適用して容易に製造することができる。また薄
帯の厚さは格別限定されるものではないが、例えば３〜
４０μｍであることが好ましく、さらには１２〜２８ｐ
ｍが好ましい。

一方、本発明における電気絶縁材料の材質においても特
に限定されるものではないが、ポリエステルフィルムが
低融点かつ安価であるため特に好ましい。また電気絶縁
材料の厚さも、特に限定されるものではないが絶縁性を
考慮すると例えば１．５〜５０μｍであることが好まし
く、さらには３〜３０μｍが好ましい。

本発明における磁心は、次のようにして得ることができ
る。すなわち、所定の組成、形状の磁性材料薄帯と電気
絶縁材料とを交互に所定の巻枠、巻心などに巻回した成
形体において、第１図に示すように、磁性薄帯の幅方向
の端部からはみ出した電気絶縁材料を加熱により軟化ま
たは溶解し、磁性材料薄帯の幅方向端部を被覆すること
により製造される。

また、この磁心には必要に応じて熱処理を施すことがで
きる。特に直流あるいは交流磁場中で熱処理を行うこと
により、得られた磁心の角形比などの磁気特性の向上を
図ることが可能となる。磁性材料薄帯としてコバルト基
非晶質合金を用いた場合には溶湯急冷後の状態で比較的
高角形比が実現できる組成が存在するため、熱処理を施
せず用いることが可能である。

さらに、磁心の成形に先立ち、薄帯を直流あるいは交流
磁場中で熱処理を行うと、磁心成形体に対し磁場中で熱
処理を行った場合と同様に得られた磁心の角形比が向上
する。この際の磁場の大きさとしては０．５〜１０００
ｅ程度であることが好ましく、さらには５〜２００ｅ程
度が好ましい。

また、磁性薄帯の幅方向端部を被覆した電気絶縁層の厚
さは、磁心の冷却性と電気絶縁性との観点から決められ
るが、冷却性を重視する場合には、２ｍｍ以下が好まし
く、さらには１ｍｍ以下が好ましい。

さらに、電気絶縁材料を軟化・溶解させるための加熱方
法は特に限定されないが、例えば、ドライヤーなどによ
り熱風を吹きつける、加熱した金属板・棒などを接触さ
せる、磁心全体を炉などに入れ加熱するなどの方法が考
えられる。

また、磁性薄帯と電気絶縁層の組合わせは、要求される
特性により、適宜選択することができる。例えば、電気
絶縁性が強く要求される場合には電気絶縁材料を２層以
上のものとしたり、磁気特性が重要な場合には、磁性材
料薄帯を２層以上のものとすることができる。

（実施例） 本発明を以下の実施例により説明する。

「実施例１」 組成（Ｃｏｏ、９４Ｆｅｏ、ｏｓ）７２Ｎｂ１ｓｉ１４
Ｂｘａ（ａ　ｔ％）の非晶−質合金薄帯（幅５０ｍｍ、
厚さ１７ｐｍ）とポリエステルフィルム（輻５４　ｍｍ
　、厚さ６ｐｍ）とを交互に巻回して外径２００　ｍｍ
、内径１００ｍｍの巻磁心を成形した。次に、この磁心
の薄帯幅方向の端部からはみ出しているフィルムを２６
０°Ｃに加熱した鉄板を押しあてることにより加熱して
フィルムの粘性を低下させ、非晶質合金薄帯の幅方向の
端部を被覆したところで冷却する。次いで１７０°Ｃ恒
温中磁路方向直流１０ｅを印加し３時間熱処理を施した
。

「実施例２」 組成（Ｃｏ　Ｏ，９５Ｆｅ　Ｏ，０５）　７０　Ｎｉａ
　Ｎｂ１Ｓｉｌｌ　Ｂ１５　（ａ　ｔ％）の非晶質合金
薄帯（幅５０ｍｍ、厚さ１４ｐｍ）とポリエステルフィ
ルム（幅５４ｍｍ、厚さ６ｐｍ）とを交互に巻回して外
径２００ｍｍ、内径１００ｍｍの巻磁心を成形した。次
に、この磁心の薄帯幅方向の端部からはみ出しているフ
ィルムをドライヤーの熱風で加熱し、非晶質合金薄帯端
部を被覆した。

「実施例３」 組成（Ｃｏ　Ｏ，９５Ｆｅ　Ｏ，００５）　７１Ｎｂ２
Ｃｒ２Ｓｉ１４　Ｂｌｌ　＜　ａ　ｔ％）である非晶質
合金薄帯（輻５０ｍｍ、厚さ１４μｍ）とポリエステル
フィルム（幅５４ｍｍ、厚さ６ｐｍ）とを交互に巻回し
て外径２００　ｍｍ、内径１００ｍｍの巻磁心を成形し
た。次に、この磁心の薄帯幅方向の端部からはみ出して
いるフィルムをドライヤーの熱風で加熱し、非晶質合金
薄帯端部を被覆した。

「実施例４」 組成（ｃｏＯ，９４Ｆｅ　Ｏ，０６）　７１　Ｎｉ　５
ｉ１４　Ｂ１４　（ａ　ｔ％）の非晶質合金薄帯（輻５
０ｍｍ、厚さ１４μｍ）とポリエステルフィルム（幅５
４ｍｍ、厚さ６μｍ）とを交互に巻回して外径２００ｍ
ｍ、内径１００ｍｍの巻磁心を成形した。次に、この磁
心の薄帯幅方向の端部からはみ出しているフィルムをド
ライヤーの熱風で加熱し、非晶質合金薄帯端部を被覆し
た。

「実施例５」 組成（ＦｅＯ，７９Ｃｏ　Ｏ，２１）　８５　Ｓｉｌ　
Ｂ１４　（ａ　ｔ％）の非晶質合金薄帯のみからなる巻
磁心をあらかじめ３２０°Ｃ恒温、１００ｅ直流定磁場
中で１時間熱処理した後、ポリエステルフィルムと交互
に巻回して外径２００ｍｍ、内径１００ｍｍの巻磁心を
成形した。この磁心の薄帯幅方向の端部からはみ出して
いるフィルムにドライヤーを用いて熱風を吹きつけ加熱
させ薄帯端部を被覆した。

「比較例１」 非晶質合金薄帯の端部を被覆する工程を除いた実施例１
の磁心。

「比較例２」 非晶質合金薄帯の端部を被覆する工程を除いた実施例２
の磁心。

「比較例３」非晶質合金薄帯の端部を被覆する工程を除
いた実施例３の磁心。

「比較例４」　非晶質合金薄帯の端部を被覆する工程を
除いた実施例４の磁心。

「比較例５」 非晶質合金薄帯の端部を被覆する工程を除いた実施例５
の磁心。

以上１０種類の磁心につき、ＫｒＦエキシマレーザ装置
に使用したときの磁心の上昇温度を測定した。第３図に
レーザーの等節回路を示す。Ｌｓに上記の磁心を用い油
冷構造とした。ただし、実施例１．３および４、比較例
１，３および４の磁心はそれぞれ６個、実施例２、比較
例２の磁心はそれぞれ５個実施例５、比較例５の磁心は
それぞれ２個を用いた。なお、Ｃ１＝　２０　ｎＦ　、
　Ｃ２＝　１６　ｎＦ　、　Ｃ３＝１４ｎＦ、Ｖｏ　＝
　３０　ｋＶ　、繰り返し周波数１　ｋＨｚである。結
果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表 ［発明の効果］ 以上、本発明の磁心は使用時における磁心の温度上昇が
小さく、冷却効果が太きいため、高出力パルス用の磁心
などに有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁心の断面を示す概略図、第２図
は従来の磁心の断面を示す概略図、第３図は磁心評価Ｋ
ｒＦエキシマレーザ装置の等価回路図である。 １・・・・・・磁性材料薄帯 ２・・・・・・電気絶縁材料 ３・・・・・・熱的な絶縁層 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 代理人　弁理士　湯　山　幸　夫 第１ｎ 塾２岨 ＣＩｌ　　　１２１　　　ＬＳＩ 第３巳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　磁性材料薄帯と電気絶縁材料とが積層または巻回され
   てなる磁心において、磁性材料薄帯の幅方向の端部が電
   気絶縁材料に被覆されていることを特徴とする磁心。