JPH09213516A - 磁気コア製造方法および磁気コア製造装置 - Google Patents

磁気コア製造方法および磁気コア製造装置

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JPH09213516A
JPH09213516A JP8019831A JP1983196A JPH09213516A JP H09213516 A JPH09213516 A JP H09213516A JP 8019831 A JP8019831 A JP 8019831A JP 1983196 A JP1983196 A JP 1983196A JP H09213516 A JPH09213516 A JP H09213516A
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JP
Japan
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core
laser beam
magnetic
magnetic core
manufacturing
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JP8019831A
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English (en)
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Yasuhiro Higuchi
康弘 樋口
Hiroshi Watanabe
洋 渡辺
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流の重畳特性が優れたチョークコイルの形
成に適した磁気コアを、簡単に製造できる磁気コア製造
方法および磁気コア製造装置を提供する。 【解決手段】 閉磁路を有するコアの一領域にレーザビ
ームを所定時間照射し、他の部分とは異なる透磁率を有
する部分をコア内に形成することによって磁気コアを製
造する。このように製造された磁気コアでは、レーザビ
ームを照射した部分あるいは照射しなかった部分がギャ
ップとして機能することになり、優れた直流重畳特性を
有するチョークコイルが形成できる。本方法を実現する
際には、たとえば、所定強度のレーザビームを照射する
レーザビーム発生装置11と、コアを、レーザビームに
対して移動させるワーク走査系12を有する磁気コア製
造装置を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気コア製造方法
および磁気コア製造装置に関し、たとえば、直流上の重
複リップルの平滑化を行うためのチョークコイルや、ノ
ーマルモード用ノイズフィルタとして使用される磁気コ
アを製造する磁気コア製造方法および磁気コア製造装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング電源などでは、直流上のリ
ップルの平滑化のためや、ノーマルモードノイズフィル
タとしてチョークフィルタが使用されている。そのよう
な用途のために使用されるチョークコイルには、大きな
電流値まで高いインダクタンスを有すること(直流の重
畳特性が良いこと)が望まれる。直流の重畳特性が優れ
たチョークコイルを得るためには、恒透磁性を有する磁
気コアを使用することが必要である。
【0003】従来より、磁気コアに恒透磁性を付与する
ために、その磁路中にギャップを設けるといったことが
行われている。たとえば、磁性薄帯から磁気コアを製造
する場合、図4(a)に示したように、まず、磁性薄帯
を巻回し、含浸材によって固定し、磁気コア31を得
る。次いで、(b)に示したように、磁気コア31を、
機械的に切断する。そして、(c)に示したように、切
断した部分を、ガラス布基材、エポキシ樹脂積層板など
からなるスペーサ32を介して、エポシキ樹脂やα−シ
アノアクリレートなどで、再び接合し、ギャップ付磁気
コアを得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来、チ
ョークコイル用磁気コアの製造は、磁気コアを機械的に
切断し、その磁路中にギャップを設けることによって行
われていた。このため、加工法によっては、磁気コアに
加工歪が加わることがあり、また、接着剤によっては、
スペーサと分割した磁気コアとの固定に用いた接着剤の
硬化に起因して、磁気コアに応力が加わることがあり、
これらが、磁気特性に影響を及ぼす場合があった。ま
た、切断、接合といった工程が必要であるため、製造工
程が煩雑であるという問題もあった。
【0005】そこで、本発明の課題は、優れた磁気特
性、特に優れた恒透磁性を有する磁気コアを、簡単に製
造できる磁気コア製造方法および磁気コア製造装置を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の磁気コア
製造方法では、閉磁路を有するコアの一領域にレーザビ
ームを所定時間照射することによって、他の部分とは異
なる透磁率を有する部分をコア内に形成する。
【0007】すなわち、本発明の磁気コア製造方法で
は、閉磁路を有するコアの一部にレーザビームを所定時
間照射することによって、レーザビームが照射された部
分の原子配列あるいは組成を変化させ、透磁率が他の部
分とは異なる部分をコア内に形成する。なお、本発明
を、レーザビームの照射によって透磁率が小さくなる材
料からなるコアに適用した場合には、レーザビームを照
射した部分が、ギャップ相当の部分として機能すること
になる。
【0008】このように、本発明によれば、機械的な切
断を行わないでも、ギャップ相当の部分が磁路中に形成
されるので、優れた恒透磁性を有する磁気コアを得るこ
とができる。さらに、レーザビームを照射するだけで、
磁路中にギャップ相当の部分が形成されるので、製造工
程自体も簡単であり、製造コストを低下することができ
ることになる。
【0009】また、本発明の第1の磁気コア製造方法で
は、照射されるレーザビームを、コアを構成する材料を
溶融できるパワー密度、たとえば、ビームスポットにお
ける平均パワー密度が300W/mm2以上のパワー密
度を有するレーザビームとすることが望ましい。このよ
うなコア改質工程を採用した場合には、一方向からのレ
ーザビーム照射により、レーザビームの照射部分の形状
とほぼ同一形状の透磁率が変化した部分を、照射面の裏
側の面まで形成できる。このため、さらに、簡単な工程
で、優れた恒透磁性を有する磁気コアが得られることに
なる。
【0010】本発明の第2の磁気コア製造方法は、閉磁
路を有するコアを形成するコア形成工程と、このコア形
成工程で形成されたコアの一領域にレーザビームを所定
時間照射することによって、他の部分とは異なる透磁率
を有する部分をコア内に形成するコア改質工程とを備え
る。
【0011】本発明の第2の磁気コア製造方法を用い
て、磁性薄帯から磁気コアを製造する場合には、磁性薄
帯を巻回してから、その巻回された磁性薄帯に対して、
たとえば、所定の磁気特性を付与するための熱処理を行
った後に、レーザビームを照射することが好ましい。こ
のような手順で磁気コアを製造した場合には、熱処理に
よって巻回時の応力が緩和されたコアに対して、レーザ
ビームが照射されることになるので、巻回状態の違いが
磁気コアの特性に影響を及ぼすことを防止できる。
【0012】なお、コア形成工程によって形成されるコ
アは、非晶質合金材料からなるものとすると、レーザビ
ーム照射による透磁率の変化量が大きくなるため、優れ
た恒透磁性を有する磁気コアが容易に製造できることに
なる。
【0013】非晶質合金材料としては、Fe−B−S
i、Fe−B−C、Fe−Co−B−Si、Co−B、
Co−Fe−Ni−Si−B等のCo系非晶質合金やN
i系非晶質合金を用いることができ、特に、次式で表さ
れる組成を有する材料を用いることが望ましい。
【0014】FexSiyzw ただし、式中、Mは、Co、Ni、Nb、Ta、Mo、
W、Zr、Cu、Cr、Mn、Al、P、Cから選ばれ
た少なくとも1種の元素を表す。また、x、y、z、w
は、各元素の原子%であり、それぞれ、50≦x≦8
5、5≦y≦15、5≦z≦25、0≦w≦10を満足
する。
【0015】本発明の磁気コア製造装置は、閉磁路を有
するコアを保持する保持部と、レーザビームを発生する
ためのレーザビーム発生部と、保持部に保持されたコア
の一領域に対して、レーザビームが所定時間照射される
ように、レーザビーム発生部を制御する制御部とを備え
る。この磁気コア製造装置によれば、機械的な切断を行
うことなく、ギャップ相当の部分を磁路中に形成できる
ので、優れた恒透磁性を有する磁気コアを、容易に得る
ことができる。
【0016】なお、制御部を、レーザビーム発生部に、
レーザビームが照射された部分が溶融状態となるパワー
密度のレーザビームを発生させるものとした場合には、
一方向からのレーザビーム照射により、レーザビームの
照射部分の形状とほぼ同一形状の透磁率が変化した部分
を、照射面の裏側の面まで形成できるので、装置の全体
構成が簡略化されることになる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を具
体的に説明する。図1に、本発明の一実施形態による磁
気コア製造装置の概略構成を示す。図示したように、実
施形態の磁気コア製造装置は、レーザビーム発生装置1
1とワーク走査系12とから構成されている。
【0018】レーザビーム発生装置11は、YAG(yt
trium aluminum garnet)ロッド14をレーザ媒質とし
て用いたレーザである。レーザビーム発生装置11に
は、レーザ発振を制御する発振制御回路15、発振条件
を設定するための操作パネル16が備えられている。レ
ーザビーム発生装置11は、操作パネル16によって、
パルス幅、繰返し回数(単位時間当たりのパルス数)、
発振時間などが設定できるようになっており、発振制御
回路15は、操作パネル16に設けられている発振開始
指示ボタンが押下されたときに、設定された発振条件で
YAGロッド14にレーザビーム21を出力させる。そ
して、設定された発振時間が経過したときに、レーザビ
ーム出力を停止する。なお、本レーザビーム発生装置1
1は、ビーム径、1.1mmφのレーザを出力するよう
に構成されている。
【0019】発振制御回路15には、ワーク走査系12
に対して走査開始・停止を指示する指示信号22を出力
する機能も設けられており、発振制御回路15は、レー
ザ発振開始指示ボタンが押下されたときに、走査開始指
示信号を出力し、設定された発振時間が経過したとき
に、走査停止指示信号を出力する。
【0020】ワーク走査系12は、ワーク(レーザビー
ムの被照射体)を、レーザビームに対して動かすための
機構であり、ステッピングモータが組み込まれた可動試
料台17、ステッピングモータを駆動することによって
可動試料台17の位置を制御する駆動制御回路18、可
動試料台17の走査範囲や走査速度を設定するための操
作パネル19などから構成されている。レーザビーム発
生装置11からの指示信号22は、駆動制御回路18に
入力されており、駆動制御回路18は、走査開始指示信
号を受けたときに、走査パネル19の設定内容に従って
可動試料台17の位置の制御を開始し、走査停止指示信
号を受けたときに、その制御動作を停止する。
【0021】本磁気コア製造装置を用いて磁気コアを製
造する場合、操作者は、ワーク走査系12内の可動試料
台17に磁気コア(ワーク)を保持させる。次に、その
磁気コアの形状、配置形態に応じて、可動試料台17の
走査条件を設定し、さらに、その走査条件下で、磁気コ
アのレーザビームが照射された部分が溶融状態となるよ
うにレーザビームの発振条件(パルス幅、繰返し回数、
発振時間)を設定する。そして、そのような設定を行っ
た後に、発振開始ボタンを押下することによって、磁気
コアの一部にレーザビームを所定時間照射させ、そのま
まの状態で冷却することによってチョークコイル用の磁
気コアを得る。
【0022】以下、下記の条件下で、製造された磁気コ
アを例に、本磁気コア製造装置によって製造される磁気
コアの構造および特性を説明する。レーザビームを照射
したコアは、非晶質合金薄膜[組成:Fe78Si913
(原子%)]を巻回した後、430℃で80分間等温保
持したトロイダル状のコア(外径16mm、内径9m
m、高さ10mm)である。なお、430℃の熱処理
は、コアの透磁率を調製するために行っており、この処
理により、透磁率がおよそ1000のコアが得られる。
また、この処理により巻回時の応力が緩和されることに
もなる。
【0023】このようにして形成したコアに対して、パ
ルス幅が3ms(単一パルス当たりのエネルギー密度:
13J/mm2)、繰返し回数が50(回/秒)のレー
ザビーム(ビームスポットにおける平均パワー密度:6
80W/mm2)を、その外側面上の軸に平行な線分上
を2秒かけて掃引し、チョークコイル用の磁気コアを製
造した。
【0024】既に説明したように、レーザビームのパワ
ー密度は、照射対象であるコアを溶融できるものに設定
されるため、このようにして製造された磁気コア中に
は、一旦溶融した後に、凝固した部分が形成される。
【0025】図2に、この条件で製造された磁気コアを
軸方向に垂直な面でスライスした試料の光学顕微鏡観察
結果を示す。図示してあるように、レーザビームが照射
された領域の下に位置する部分が、溶融・凝固してお
り、それ以外の部分では、非晶質薄帯の積層構造が残っ
ている。
【0026】また、同時に行った電子顕微鏡による形状
観察および回折像観察では、溶融凝固した部分で、明か
な回折パターンが観察され、この部分だけが結晶化して
いることが確認された。なお、別途行った透磁率測定で
は、この溶融・凝固部の透磁率が、およそ20であるこ
とが確認された。
【0027】図3を用いて、本装置により製造された磁
気コアの特性を説明する。磁気コアの特性評価は、磁気
コアからチョークコイルを形成し、その重畳電流・イン
ダクタンス特性を測定することにより行った。また、比
較のため、熱処理後、レーザビームを照射する前の磁気
コア(すべての部分の透磁率がおよそ1000である磁
気コア)を用いたチョークコイルをも形成しており、図
3には、両チョークコイルに対する測定結果が示してあ
る。
【0028】図示したように、本磁気コア製造装置によ
って製造された磁気コアを用いて形成されたチョークコ
イル(レーザビーム照射後と表記)は、レーザビーム照
射を行わない磁気コアを用いたチョークコイル(レーザ
ビーム照射前と表記)と比して、低重畳電流におけるイ
ンダクタンスは低いものの、2.2A以上の重畳電流に
対しては、高いインダクタンスを示している。
【0029】このように、本実施形態の磁気コア製造装
置によれば、優れた直流重畳特性を有するチョークコイ
ルの作製に適した磁気コアを、簡単に製造することがで
きる。
【0030】なお、実施形態の磁気コア製造装置では、
レーザビーム発生装置として、YAGレーザを用いた
が、他のレーザを用いても良いことは当然である。ま
た、本磁気コア製造装置では、ワークを走査する構成と
してあるが、たとえば、矩形状のレーザビームを発生さ
せるようにすることによって、ワークの走査機構を不要
のものとしても良く、また、レーザビームを走査する構
成としても良い。
【0031】さらに、レーザビームの照射対象となる磁
気コアは、非晶質材料からなるものに限られるものでは
なく、レーザビームを照射することによって、透磁率を
変えられるものであるならば、どのような材料からなる
磁気コアであっても良く、たとえば、微結晶金属(例え
ばFe−Cu−Nb−Si−B合金など)や珪素鋼板か
らなるものを用いることもできる。
【0032】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よる磁気コア製造方法および磁気コア製造装置によれ
ば、チョークコイルの形成に適した、優れた恒透磁性を
有する磁気コアを、機械的な切断を行うことなく製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による磁気コア製造装置の
概要を示したブロック図である。
【図2】実施形態の磁気コア製造装置で製造された磁気
コアの断面観察結果を示す図である。
【図3】レーザビーム照射前後の磁気コアを用いて形成
された2種のチョークコイルの重畳電流・インダクタン
ス特性図である。
【図4】従来の磁気コアの製造手順を示した説明図であ
る。
【符号の説明】
11 レーザビーム発生装置 12 ワーク走査系 14 YAGロッド 15 発振制御回路 16、19 操作パネル 17 可動試料台 18 駆動制御回路 21 レーザビーム 22 指示信号 31 磁気コア 32 スペーサ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉磁路を有するコアの一領域にレーザビ
    ームを所定時間照射することによって、他の部分とは異
    なる透磁率を有する部分を前記コア内に形成することを
    特徴とする磁気コア製造方法。
  2. 【請求項2】 照射されるレーザビームが、前記コアを
    構成する材料を溶融できるパワー密度のレーザビームで
    あることを特徴とする請求項1記載の磁気コア製造方
    法。
  3. 【請求項3】 閉磁路を有するコアを形成するコア形成
    工程と、 このコア形成工程で形成されたコアの一領域にレーザビ
    ームを所定時間照射することによって、他の部分とは異
    なる透磁率を有する部分を前記コア内に形成するコア改
    質工程とを備えることを特徴とする磁気コア製造方法。
  4. 【請求項4】 前記コア形成工程が、 磁性薄帯を巻回する巻回工程と、 この巻回工程で巻回された磁性薄帯を熱処理する熱処理
    工程とを含むことを特徴とする請求項3記載の磁気コア
    製造方法。
  5. 【請求項5】 前記コアが、非晶質材料からなるもので
    あることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれ
    かに記載の磁気コア製造方法。
  6. 【請求項6】 閉磁路を有するコアを保持する保持部
    と、 レーザビームを発生するためのレーザビーム発生部と、 前記保持部に保持された前記コアの一領域に対して、レ
    ーザビームが所定時間照射されるように、前記レーザビ
    ーム発生部を制御する制御部とを備えることを特徴とす
    る磁気コア製造装置。
  7. 【請求項7】 前記制御部は、前記レーザビーム発生部
    に、レーザビームが照射された部分が溶融状態となるパ
    ワー密度のレーザビームを発生させることを特徴とする
    請求項6記載の磁気コア製造装置。
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