(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に類似した形状の複数の薄板で構成された低損失バルクアモルファス金属磁性部品であって、薄板が、強磁性アモルファス金属ストリップから打ち抜かれ、積層され、接着剤接合して多面体形状の部品を形成していて、
励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベルＢｍａｘに作動された場合、該部品が“Ｌ”の鉄損の上限値を有し（Ｌは式：Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂｍａｘ）１．３＋０．０００２８２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）２．４で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）、そして
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、式：
Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０（添字は原子％）
（“Ｍ”はＦｅ，Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１つであり、“Ｙ”はＢ，Ｃ及びＰの少なくとも１つであり、“Ｚ”はＳｉ，Ａｌ及びＧｅの少なくとも１つであり、ただし（ｉ）成分“Ｍ”の１０原子％以下は、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つで置換することができ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子％以下は、非金属種Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＰｂの少なくとも１つで置換することができ、（ｉｉｉ）成分（Ｍ＋Ｙ＋Ｚ）の約１原子％以下は付随的な不純物でありうる）
で本質的に定義される組成を有する、上記磁性部品。
【請求項２】
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、少なくとも７０原子％のＦｅ、少なくとも５原子％のＢ、および少なくとも５原子％のＳｉを含有する組成を有し、ただしＢ及びＳｉの総含有量が少なくとも１５原子％である、請求項１記載のバルクアモルファス金属磁性部品。
【請求項３】
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、式Ｆｅ８０Ｂ１１Ｓｉ９で実質的に定義される組成を有する、請求項２記載のバルクアモルファス金属磁性部品。
【請求項４】
少なくとも１つの長方形の断面を有する３次元多面体の形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のバルクアモルファス金属磁性部品。
【請求項５】
少なくとも１つの台形の断面を有する３次元多面体の形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のバルクアモルファス金属磁性部品。
【請求項６】
少なくとも１つの正方形の断面を有する３次元多面体の形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のバルクアモルファス金属磁性部品。
【請求項７】
少なくとも１つのアーチ状の表面が含まれる、請求項１〜３のいずれかに記載のバルクアモルファス金属磁性部品。
【請求項８】
強磁性金属ストリップ材料を打ち抜いて、所定の形状を有する薄板を複数形成し、
該薄板を積層し、見当を合致させ、３次元形状を有する積層物を形成し、
該積層物をアニールし、
該積層物にエポキシ樹脂を浸透させ、該樹脂の浸透した積層物を硬化させて、該部品を形成する、
以上の工程を含む方法であって、
励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベルＢｍａｘに作動された場合、該部品が“Ｌ”の鉄損の上限値を有し（Ｌは式：Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂｍａｘ）１．３＋０．０００２８２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）２．４で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）、
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、式：
Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０（添字は原子％）
（“Ｍ”はＦｅ，Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１つであり、“Ｙ”はＢ，Ｃ及びＰの少なくとも１つであり、“Ｚ”はＳｉ，Ａｌ及びＧｅの少なくとも１つであり、ただし（ｉ）成分“Ｍ”の１０原子％以下は、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つで置換することができ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子％以下は、非金属種Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＰｂの少なくとも１つで置換することができ、（ｉｉｉ）成分（Ｍ＋Ｙ＋Ｚ）の約１原子％以下は付随的な不純物でありうる）
で本質的に定義される組成を有する、バルクアモルファス金属磁性部品の作成方法。
【請求項９】
過剰の接着剤の除去、該部品の適切な表面仕上げ、該部品の最終的な部品寸法の付与の少なくとも１つを果たすため、該部品に仕上げを施す工程をさらに含む請求項８の方法。
【請求項１０】
パンチ及びダイ器具をカーバイド材料から加工し、
パンチとダイとの間のクリアランスが小さくかつ均一になるよう、パンチおよびダイ器具を調整し、
高歪速度で打抜過程を作動させる、
以上の工程を含み、該クリアランスが０．０５０ｍｍ（０．００２インチ）未満である、請求項１記載のバルク強磁性アモルファス金属ストリップの打抜のためのパンチ及びダイ器具を準備する方法。
【請求項１１】
カーバイド材料の硬度が少なくとも１１００ｋｇ／ｍｍ２である、請求項１０の方法。
【請求項１２】
歪速度が少なくとも１０５／秒である、請求項１０の方法。
【請求項１３】
歪速度が少なくとも５×１０５／秒である、請求項１０の方法。
【請求項１４】
実質的に類似した形状の複数の薄板で構成された低損失バルクアモルファス金属磁性部品であって、薄板が、強磁性アモルファス金属ストリップから打ち抜かれ、積層され、接着剤接合して多面体形状の部品を形成し、
該アモルファス金属ストリップの飽和誘導が少なくとも約１．２テスラであり、
励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベルＢｍａｘに作動された場合、該部品が“Ｌ”の鉄損の上限値を有し（Ｌは式：Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂｍａｘ）１．３＋０．０００２８２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）２．４で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）、
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、式：
Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０（添字は原子％）
（“Ｍ”はＦｅ，Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１つであり、“Ｙ”はＢ，Ｃ及びＰの少なくとも１つであり、“Ｚ”はＳｉ，Ａｌ及びＧｅの少なくとも１つであり、ただし（ｉ）成分“Ｍ”の１０原子％以下は、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つで置換することができ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子％以下は、非金属種Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＰｂの少なくとも１つで置換することができ、（ｉｉｉ）成分（Ｍ＋Ｙ＋Ｚ）の約１原子％以下は付随的な不純物でありうる）
で本質的に定義される組成を有する、上記磁性部品。
【請求項１５】
実質的に類似した形状の複数の薄板で構成された低損失バルクアモルファス金属磁性部品であって、薄板が、強磁性アモルファス金属ストリップから打ち抜かれ、積層され、接着剤接合して多面体形状の部品を形成し、
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、式：
Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０（添字は原子％）
（“Ｍ”はＦｅ，Ｎｉ及びＣｏの少なくとも１つであり、“Ｙ”はＢ，Ｃ及びＰの少なくとも１つであり、“Ｚ”はＳｉ，Ａｌ及びＧｅの少なくとも１つであり、ただし（ｉ）１０原子％以下の成分“Ｍ”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つで置換することができ、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子％以下は、非金属種Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ及びＰｂの少なくとも１つで置換することができ、（ｉｉｉ）成分（Ｍ＋Ｙ＋Ｚ）の約１原子％以下は付随的な不純物でありうる）で本質的に定義される組成を有し、
励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベルＢｍａｘに作動された場合、該部品が“Ｌ”の鉄損の上限値を有し（Ｌは式：Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂｍａｘ）１．３＋０．０００２８２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）２．４で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）、そして
該部品は、（ｉ）６０Ｈｚの周波数及び１．４Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が１Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下であり；（ｉｉ）１０００Ｈｚの周波数及び１．０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が１２Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下であり；または（ｉｉｉ）２０，０００Ｈｚの周波数及び０．３０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が７０Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下である、
上記磁性部品。
【請求項１６】
実質的に類似した形状の複数の薄板で構成された低損失バルクアモルファス金属磁性部品であって、薄板が、強磁性アモルファス金属ストリップから打ち抜かれ、積層され、接着剤接合して多面体形状の部品を形成し、
該強磁性アモルファス金属ストリップの各々が、少なくとも７０原子％のＦｅ、少なくとも５原子％のＢ、および少なくとも５原子％のＳｉ、を含有し、ただしＢ及びＳｉの総含有量が少なくとも１５原子％であり、
励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベルＢｍａｘに作動された場合、該部品が“Ｌ”の鉄損の上限値を有し（Ｌは式：Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂｍａｘ）１．３＋０．０００２８２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）２．４で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）、そして
該部品は、（ｉ）６０Ｈｚの周波数及び１．４Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が１Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下であり；（ｉｉ）１０００Ｈｚの周波数及び１．０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が１２Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下であり；または（ｉｉｉ）２０，０００Ｈｚの周波数及び０．３０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が７０Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下である、
上記磁性部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．発明の分野
本発明はアモルファス金属磁性部品に関し；より具体的には、大型電子デバイス（例えば、磁気共鳴画像システム、テレビ及びビデオシステム、並びに電子及びイオンビームシステム）のための、一般に３次元のバルク積層アモルファス金属磁性部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．従来技術の説明
磁気共鳴画像（ＭＲＩ）は、現代医学の重要な非浸襲診断ツールとなっている。典型的には、ＭＲＩは磁場発生デバイスを備える。該磁場発生デバイスの多くは、永久磁石又は電磁石の何れかを起磁力源として用いる。しばしば、磁場発生デバイスはギャップを画定する一対の磁極面をさらに備え、このギャップ内に含有される空間が画像化される。
米国特許第４，６７２，３４６号は、固体の構造を有し、炭素鋼といった磁性材料から形成された板状の物体で構成された磁極面を開示する。米国特許第４，８１８，９６６号は、積層磁性板で磁極片の縁部を作ることにより、磁場発生デバイスの磁極片から発生する磁束をギャップ内に集中させることができるということを開示する。米国特許第４，８２７，２３５号は、飽和磁化が大きく、軟磁性であり、比抵抗が２０μΩ−ｃｍ以上である磁極片を開示する。軟磁性材料（パーマロイ、珪素鋼、アモルファス磁性合金、フェライト、及び磁性組成物材料が挙げられる）が使用のため開示されている。
【０００３】
米国特許第５，１２４，６５１号は、初期磁場用磁石アセンブリーを有するＮＭＲスキャナーを開示する。本アセンブリーは、上部と下部の強磁性磁極片を備える。各々の磁極片は、複数の狭く長い強磁性ロッドで構成され、ロッドの長軸がそれぞれの磁極片の磁気方向と平行に整列している。好ましくは、ロッドが透磁性の合金（例えば、１００８鋼、軟鉄等）で作られている。横方向には、ロッドが非電気伝導性の媒体によって互いに分離されており、磁場アセンブリーの磁極面内での渦電流発生を抑制している。１９９４年２月１日発行の桜井らの米国特許第５，２８３，５４４号は、ＭＲＩに用いられる磁場発生デバイスを開示する。このデバイスには一対の磁極片が含まれ、その磁極片は、複数の無方向性珪素鋼板を積層して形成された、ブロック形状の磁極片材の複数個で構成できる。
【０００４】
上記の開示により示される進歩にも関わらず、当該技術では依然として磁極片の改善が要望されている。この理由は、これらの磁極片が、ＭＲＩシステムの画像化能力と質を改善するために不可欠だからである。
【０００５】
アモルファス金属は、無方向性電磁鋼と比較して優れた磁気性能をもたらすが、アモルファス金属の物性の一部とそれに対応する加工上の制限のため、バルク磁性部品（例えば、ＭＲＩシステムのための磁極面マグネットのタイル）での使用には不適当であると長い間考えられてきた。例えば、アモルファス金属は無方向性珪素鋼と比べ薄く、そして硬い。従って、従来の切断及び打ち抜き方法では、加工器具及びダイが急速に摩耗する。その結果、細工及び製造コストが増加し、従来実施された技術を用いてバルクアモルファス金属磁性部品を加工することは、工業的に実施不可能となる。アモルファス金属が薄いため、組立られた部品での薄板の数が増加することにもなり、アモルファス金属磁性部品の総コストがさらに増加する。
【０００６】
典型的には、アモルファス金属は、均一な幅を有する薄く連続したリボンとして供給される。しかしアモルファス金属は非常に硬い材料であるため、容易に切断又は形成することが非常に困難となり、一度アニールして磁気特性を最大にすると非常に脆くなる。これにより、従来のアプローチを用いてバルクアモルファス金属磁性構成部品を構成することは、困難で高価となる。アモルファス金属の脆性のため、ＭＲＩシステムといった用途でのバルク磁性部品の耐久性についての懸念も生じる。
【０００７】
バルクアモルファス金属磁性部品についての別の問題は、物理的な応力が加えられた場合、アモルファス金属材料の透磁性が減少することである。この透磁性の減少は、アモルファス金属材料にかかる応力の強度に依存しうると考えられている。バルクアモルファス金属磁性部品に応力が加えられた場合、磁心が磁束を導き又は集束させる効率が低下する。この結果、磁気損失が増加し、発熱が増加し、出力が減少する。この様な応力感受性はアモルファス金属の磁気歪みに起因するが、デバイス作動中に磁力から生じる応力；バルクアモルファス金属磁性部品面での機械的な締め付け、又はそうでなければ固定により生ずる機械的応力；熱膨張、及び／又はアモルファス金属材料の磁化飽和による膨張のため起きる内部応力；により引き起こされる場合がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の要旨
本発明は、多面体又はその他の３次元（３−Ｄ）形状であり、複数の強磁性アモルファス金属ストリップの層で構成された、低損失のバルクアモルファス金属磁性部品を提供する。また、本発明では、バルクアモルファス金属磁性部品の作成方法も提供する。本磁性部品は約５０Ｈｚから２０，０００Ｈｚの周波数領域で作動可能であり、同じ周波数領域で作動する珪素鋼磁性部品と比較した場合、性能の特性が改善されている。本発明により構成され、励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベル“Ｂmax”に励起された磁性部品では、室温での鉄損が“Ｌ”未満である（Ｌは式：
Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂmax）1.3＋０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax）2.4
で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）。
本磁性部品は、（ｉ）約６０Ｈｚの周波数及び約１．４Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が約１Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下であり；（ｉｉ）約１０００Ｈｚの周波数及び約１．０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が約１２Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下であり；（ｉｉｉ）約２０，０００Ｈｚの周波数及び約０．３０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が約７０Ｗ／ｋｇ−磁性金属材料以下である。
【０００９】
本発明の１つの実施態様では、バルクアモルファス金属磁性部品は、アモルファス金属ストリップの実質的に類似した形状の複数の層で構成され、これらの層は共に積層されて多面体形状の部品を形成する。
【００１０】
本発明は、バルクアモルファス金属磁性部品を構成する方法も提供する。実施には：強磁性アモルファス金属ストリップ原料から必要な形状で薄板を打ち抜き；薄板を積層して３次元形状を形成し；接着手段を塗布及び活性化して、薄板を互いに接着し、充分に機械的一体性のある部品を形成し；部品を仕上げて、過剰の接着剤を除去し、適切な表面仕上げを施し、最終的な部品の寸法を付与する；工程が含まれる。本方法は、場合により、部品の磁気特性を改善するアニーリング工程を含む。これらの工程は様々な順序で、そしてここに述べるものを含め様々な技術を用いて、行うことができる。
【００１１】
本発明は、上記の方法により構成されたバルクアモルファス金属部品にも向けられている。とりわけ本発明により構成されたバルクアモルファス金属磁性部品は、高性能であるＭＲＩシステムの磁極面マグネットのタイル、テレビ及びビデオシステム、並びに電子及びイオンビームシステムといったアモルファス金属部品に特に適している。本発明により構成されたバルクアモルファス磁性部品は、非トロイダル型誘導子（インダクタ）（例えば、Ｃコア、Ｅコア、Ｅ／Ｉコア）でも有用である（Ｃ、Ｅ、Ｅ／Ｉの用語は部品の断面形状を表している）。本発明でもたらされる利点としては、製造の簡略化、製造時間の低減、バルクアモルファス金属部品を構成する間に受ける応力（例えば、磁気歪み）の低減、及び、仕上げたアモルファス金属磁性部品の性能の最適化が挙げられる。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様についての以下の詳細な説明と、添付の図面とを参照する場合には、本発明はより完全に理解され、さらなる利点が明らかとなる。図において、似た参照番号は、幾つかの図面にわたって類似した要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
詳細な説明
本発明は、広く多面体の形状の低損失バルクアモルファス金属部品を提供する。直方柱、正方柱、台形柱を含む様々な３次元（３−Ｄ）幾何構造（ただしそれらに限定されない）を有するバルクアモルファス金属部品が本発明により構成される。さらに、前記の何れの幾何形状も、少なくとも１つのアーチ状表面を有してもよく、いくつかの実施態様では、ほぼ湾曲状又はアーチ状のバルクアモルファス金属部品を形成するように向かい合って配置された２つのアーチ状表面を有してもよい。さらに、完成した磁性デバイス（例えば、磁極面マグネット）は、本発明によるバルクアモルファス金属部品として構成できる。これらのデバイスは一体成形されても、複数の片が集合して完成デバイスを形成しても、何れでもよい。あるいはまた、デバイスはアモルファス金属部品のみから構成された複合構造であっても、アモルファス金属部品とその他の磁性材料との組み合わせであっても、何れでもよい。
【００１４】
磁気共鳴画像（ＭＲＩ）デバイスはしばしば、磁場発生手段の一部として磁極片（磁極面とも呼ばれる）を用いる。当該技術で知られているように、前記磁場発生手段は、定常磁場と、それに重畳された時間変化する磁場勾配を提供する。高品質で高分解能であるＭＲＩ像を生成するため、観察される試料体積全体にわたって定常場が均一であること、そして磁場勾配が細かく規定されていることが不可欠である。適切な磁極片を用いることにより、この均一性を向上することができる。本発明のバルクアモルファス金属磁性部品は、そのような磁極面の構成に用いるのに適している。
【００１５】
ＭＲＩ又はその他の磁石システムのための磁極片は、少なくとも１つの起磁力（ｍｍｆ）源から生じる磁束を所定の方法で形状を整え、方向付けるよう適合されている。起磁力源は既知のｍｍｆ発生手段を備えることができ、通常の導電性又は超伝導の巻き線の何れかを有する永久磁石及び電磁石が含まれる。各々の磁極片は、ここに記載する１以上のバルクアモルファス金属磁性部品を備えてもよい。
【００１６】
磁極片が、高い透磁率及び高い飽和磁束密度を含む良好なＤＣ磁気特性を示すことが望まれる。ＭＲＩシステムにおいて分解能を向上し作動磁束密度を高めるという要望から、磁極片が良好なＡＣ磁気特性をも有することがさらに求められている。より具体的には、時間変化する勾配場により磁極片に生成する鉄損を最小化することが必要である。鉄損を有益に低減すると磁場勾配の解像度が向上し、磁場勾配がより速く変化できるようになり、その結果、画像の質を妥協することなく画像化時間が低減できる。
【００１７】
初期の磁極片は、固体磁性材料（炭素鋼又はアームコ鉄として該技術でよく知られる高純度鉄）から作られた。それらは優れたＤＣ特性を有するが、ＡＣ場が存在すると、巨視的な渦電流のため鉄損が非常に大きい。従来の鋼鉄を積層した磁極片を形成することにより、いくらかの進歩が得られる。
【００１８】
しかし、必要なＤＣ特性だけでなく充分改善されたＡＣ特性も示す磁極片のため、さらなる進歩が依然として求められている；もっとも重要な特性は鉄損の低下である。下に説明するように、本発明の磁性部品を磁極片の構成にあたって用いることにより、高磁束密度、高透磁率、及び低鉄損という必要な組み合わせがもたらされる。
【００１９】
以下、図１Ａ−１Ｃを詳細に参照するが、図１Ａは、３次元のほぼ長方形の形状を有するバルクアモルファス金属磁性部品１０を示す。磁性部品１０は、実質的に類似した形状である強磁性アモルファス金属ストリップ材料の層２０の複数個で構成されており、層は共に積層され、アニールされる。図１Ｂに描かれた磁性部品は３次元のほぼ台形の形状を有し、強磁性アモルファス金属ストリップ材料の層２０の複数個で構成されており、各々の層が実質的に類似したサイズ及び形状であり、共に積層され、アニールされる。図１Ｃに描かれた磁性部品には２つの向かい合って配置されたアーチ状表面１２が含まれる。部品１０は、実質的に類似した形状である強磁性アモルファス金属ストリップ材料の層２０の複数個で構成されており、層は共に積層され、アニールされる。
【００２０】
本発明のバルクアモルファス金属磁性部品１０は一般に３次元多面体であり、一般に直方柱、正方柱、及び台形柱でありうる。あるいはまた、図１Ｃに描かれるように、部品１０が少なくとも１つのアーチ状表面１２を有してもよく、図に示されるように互いに向かい合って配置された２つのアーチ状表面が含まれてもよい。
【００２１】
本発明により構成された３次元磁性部品１０は低鉄損を示す。励起周波数“ｆ”でピーク誘導レベル“Ｂmax”に励起する場合、部品の室温での鉄損は“Ｌ”未満である（Ｌは式：
Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂmax）1.3＋０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax）2.4
で与えられ、該鉄損、該励起周波数、及び該ピーク誘導レベルはそれぞれＷ／ｋｇ、Ｈｚ（ヘルツ）、Ｔ（テスラ）で測定される）
別の実施態様では、磁性部品は（ｉ）約６０Ｈｚの周波数及び約１．４Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が約１Ｗ／ｋｇ−アモルファス金属材料  以下であり；（ｉｉ）約１０００Ｈｚの周波数及び約１．０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が約１２Ｗ／ｋｇ−アモルファス金属材料  以下であり；（ｉｉｉ）約２０，０００Ｈｚの周波数及び約０．３０Ｔの磁束密度で作動した場合、鉄損が約７０Ｗ／ｋｇ−アモルファス金属材料  以下である。有利であることに、本発明の部品の鉄損が低減されるため、それを備えた電子デバイスの効率が改善される。
【００２２】
鉄損の値が低いため、本発明のバルク磁性部品は、高周波数の磁気励起（例えば、少なくとも約１００Ｈｚの周波数で起きる励起）がなされる用途に特に適している。従来の鋼鉄では、高周波数において本質的に鉄損が大きいため、高周波励起を求めるデバイスでの用途には不適当であった。バルクアモルファス金属部品の特定の幾何構造に関わらず、これらの鉄損性能の値は、本発明の様々な実施態様にあてはまる。
【００２３】
本発明は、バルクアモルファス金属部品の構成方法も提供する。実施において、本方法は：強磁性アモルファス金属ストリップ原料から必要な形状で薄板を打ち抜き；薄板を積層して３次元の物体を形成し；塗布手段を塗布し活性化して、薄板を互いに接着させ、充分に機械的一体性を有する状態とし；部品に仕上げを施し、過剰な接着剤を除去し、適切な表面仕上げを行い、最終的な部品寸法とする；工程を含む。この方法は、部品の磁性特性を改善するアニーリング工程を場合によりさらに含んでもよい。これらの工程は様々な順序で、様々な技術（ここで述べる技術及び当業者に明らかなその他の技術が含まれる）を用いて行うことができる。
【００２４】
伝統的に、３つの要因が組み合わさって、アモルファス金属部品を形成する実行可能なアプローチとしての打ち抜きの使用が排除されてきた。第一にそして最も重要なことに、典型的にはアモルファス金属ストリップが従来の磁性材料（例えば、無方向性電磁鋼板）より薄いということである。より薄い材料の使用は、より多くの薄板が所定の形状の部品を作るために必要とされることを意味する。薄い材料の使用では、打ち抜き過程での器具及びダイのクリアランスをより小さくすることが求められる。
【００２５】
第二に、アモルファス金属は代表的な金属パンチ及びダイ材料より相当硬い傾向にある。典型的には、鉄系アモルファス金属が１１００ｋｇ／ｍｍ2を越える硬度を示す。それに較べ、空冷、油冷、及び水冷器具鋼では硬度が８００から９００ｋｇ／ｍｍ2の範囲に限定されている。この様に、アモルファス金属の硬度は独自の原子構造及び化学的性質に由来し、従来の金属パンチ及びダイ材料より硬い。
【００２６】
第三に、アモルファス金属は、打ち抜き中にパンチ及びダイ間に押さえられる際に、破断というよりはむしろ著しい変形を受ける。アモルファス金属は、非常に局在化した剪断流により変形する。張力で変形する場合（例えば、アモルファス金属ストリップを引っ張る場合）、単一の剪断帯の形成が、小さくそして全体に及ぶ変形で破断に至ることがある。張力下では、破断は１％以下の伸張で起こりうる。しかし打ち抜き中の器具とダイとの間での折り曲げの際のように、機械的拘束が塑性不安定性を排除するような方式で変形される場合、多重剪断帯が形成され、著しく局部化された変形が生じうる。そのような変形態様における破断の伸張は、局部的には１００％を越えることがある。
【００２７】
これら後者の２つの要因、つまり並はずれた硬度と著しい変形が組み合わさって、従来の打ち抜き設備、器具、及び方法を用いた打ち抜きプレスのパンチ及びダイ部品に多大な摩耗が生じる。破断に至る前の変型の間に、硬いアモルファス金属を柔らかいパンチ及びダイ材料に擦りつける直接の摩擦（ｄｉｒｅｃｔ  ａｂｒａｓｉｏｎ）のため、パンチ及びダイでの摩耗が起きる。
【００２８】
本発明では、打ち抜き過程間のパンチ及びダイの摩耗を最小化する方法を提供する。本方法は：パンチ及びダイ器具をカーバイド材料から加工し；パンチとダイとの間のクリアランスが小さくかつ均一になるよう、その器具を加工し；高歪速度で打抜過程を作動させる；工程を含む。パンチ及びダイ器具に用いられるカーバイド材料の硬度は、少なくとも１１００ｋｇ／ｍｍ2であるべきであり、好ましくは１３００ｋｇ／ｍｍ2である。アモルファス金属以上の硬度を有するカーバイド器具は、打ち抜き過程でアモルファス金属に直接摩擦されることに耐性を有し、それによりパンチ及びダイの摩耗を最小化する。パンチ及びダイ間のクリアランスは０．０５０ｍｍ（０．００２インチ）未満であるべきであり、好ましくは０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）未満である。打ち抜き過程で用いられる変形速度は、１秒間に少なくとも１回のパンチストロークにより生じるものであるべきであり、好ましくは１秒間に少なくとも５回のパンチストロークである。０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）の厚みのアモルファス金属ストリップについて、このストローク速度の範囲は少なくとも１０5／秒の歪速度におよそ等しく、好ましくは少なくとも５ｘ１０5／秒である。打ち抜き過程におけるパンチ及びダイ間の小さいクリアランスと高歪速度とが組み合わさって、打ち抜き過程中で破断に至る前のアモルファス金属の機械的変形の量を制限する。ダイキャビティでのアモルファス金属の機械的変形を制限することにより、アモルファス金属とパンチとの直接の摩擦が制限され、それによりパンチ及びダイの摩耗が最小化される。
【００２９】
本発明の部品１０で使用するため選定されるアモルファス金属ストリップの磁気特性は、ストリップの実質的に完全にガラス質である微細構造を変えることなく、必要な向上をもたらすのに充分な温度及び時間で熱処理することにより、向上させることができる。場合により、熱処理の少なくとも一部の期間（例えば、熱処理の少なくとも冷却部分の間）、ストリップに磁場を印加することができる。
【００３０】
本発明で用いられるアモルファス金属の熱処理には、その金属が必要な熱プロファイルを受ける何れの加熱手段を用いてもよい。適切な加熱手段には、赤外加熱源、オーブン、流動床、高温で保持された熱浴との熱的な接触、ストリップを流れる電流により生じる抵抗加熱、及び誘導（ＲＦ）加熱が含まれる。加熱手段の選択は、上記に列挙した必要な加工工程の順序に依存しうる。
【００３１】
さらに熱処理は、打ち抜き工程前のストリップ材料；打ち抜き工程後であるが積層工程前の個々の薄板；又は、積層工程で生じた積層物；の何れについても行うことができる。熱処理は：原材料のバルクのスプールに分離されたオフラインのバッチ過程、好ましくはオーブン又は流動床で、打ち抜き過程前に行うことができ；あるいは、ストリップを放出（ｐａｙｏｆｆ）スプールから加熱帯を通って受取（ｔａｋｅ−ｕｐ）スプールへ送る連続的なスプールからスプールへの過程で行うこともできる。あるいはまた、放出スプールから加熱帯を通って、引き続き行われる穿孔及び積層工程のためパンチプレスへとリボンを連続的に送ることにより、加熱処理をインラインで行うことができる。
【００３２】
加熱処理は、穿孔工程の後、ただし積層の前に、個々の薄板について行うことができる。この実施態様では、薄板がパンチから出て直接移動ベルトに置かれることが好ましく、そのベルトが薄板を加熱帯を通過して運搬し、それによって薄板が適切な時間−温度プロファイルを受ける。
【００３３】
別の実施では、個々の薄板が見当を合致させて積層された後に熱処理が行われる。そのような積層物をアニールするための適切な加熱手段には、オーブン、流動床、及び誘導加熱が含まれる。
【００３４】
接着手段は、見当を合致させたアモルファス金属材料の薄板複数個を互いに接着するため用いられ、それによってバルクの３次元物体を構成することができ、その物体は：取り扱い、使用、又は、より大きな構造物への組み込みについて、充分な構造結着性を有する。様々な接着剤が適切でありうるが、エポキシ、ワニス、嫌気性接着剤、室温効果（ＲＴＶ）シリコーン材料が含まれる。望ましくは、接着剤は低粘度、低収縮率、低弾性率、高剥離強度、及び高絶縁強度を有する。エポキシは、硬化が化学的に活性化される多液式であっても、硬化が熱的に又は紫外光照射への露出により活性化される一液式であっても、何れでもよい。接着剤を塗布する適切な方法には、ディッピング、噴霧、ブラッシング、静電堆積が含まれる。アモルファス金属１２に接着剤を移すロッド又はローラーを通すことにより、ストリップ又はリボンの形状のアモルファス金属を被覆することができる。テクスチャード加工表面を有するローラー又はロッド（例えば、グラビア又はワイヤーを捲いたローラー）が、アモルファス金属上に均一なコーティングを移す上で特に効果的である。接着剤は、アモルファス金属の個々の層に、穿孔前のストリップ材料又は穿孔後の薄板の何れの場合でも、一度に塗布することができる。あるいはまた、薄板を積層後、薄板にまとめて接着手段を塗布することができる。この場合、薄板間における接着剤のキャピラリー流により積層物に浸透させる。より完全に充填し、加えた接着剤の総体積を最小化し、高い積層率を確保するため、スタックを真空下又は静水圧下の何れかに置くことができる。
【００３５】
本発明の第一の実施態様が図２Ａに示されている。強磁性アモルファス金属ストリップ材料３２のロール３０をアニーリングオーブン３６を通って連続的に供給し、ストリップの磁気特性を効果的に改善するのに充分なレベルにそして充分な時間にわたり、オーブンがストリップの温度を上げる。次にストリップ材料３２を自動高速パンチプレスへ、パンチ４０と底の開いたダイ４１との間に送る。パンチをダイに駆動し、必要な形状の薄板２０が形成される。薄板２０は落下し、つまり回収マガジン４８へ輸送され、パンチ４０が引っ込む。ストリップ材料３２の骨格状の物体（ｓｋｅｌｔｏｎ）３３が残り、その物体は薄板２０が取り除かれた穴３４を含有する。骨格状の物体３３は、受取スプール３１に回収される。それぞれの穿孔動作がなされた後、ストリップ３２に印をつけ、別の穿孔サイクルのためのストリップに備える。ストリップ材料３２を、単一層又は複数層（示していない）のどちらでも、そして複数の放出スプール又は予めスプールした複数層のどちらによっても、プレス３８に供給することができる。有利なことには、ストリップ材料３２の複数層を用いることにより、所定の数の薄板２０を生成するのに必要なパンチストロークの数が減少する。穿孔過程が継続する際、複数の薄板２０が、充分によく整列して見当を合致させた状態でマガジン４８に回収される。必要な数の薄板２０が穿孔され、マガジン４８に積まれた後、パンチプレス３８の作動が中断する。必要な数は予め選択しても、マガジン４８が収容した薄板２０の高さ又は重さで決定してもよい。マガジン４８は、さらなる加工のため、パンチプレス３８から取り出される。低粘度の熱活性化エポキシ（示していない）を、薄板２０の間の空間にしみ込ませることができ、薄板はマガジン４８の壁で見当を合致させた状態に保持される。マガジン４８及びそれに含有される薄板２０全体を、エポキシを硬化するのに充分な時間にわたり熱源に露出することによって、エポキシを活性化する。そして薄板２０の積層物１０（図１Ａ−１Ｃ）を取り出し、過剰のエポキシを除去することにより、積層物１０の表面を仕上げる。
【００３６】
第二の実施態様を図２Ｂに示す。強磁性アモルファス金属ストリップ材料３２のロール３０をアニーリングオーブン３６を通って連続的に供給し、ストリップの磁気特性を効果的に改善するのに充分なレベルにそして充分な時間にわたり、オーブンがストリップの温度を上げる。ストリップ３２を送ってグラビアローラー５２を備えた接着剤塗布手段５０を通過させ、そのローラー５２上には低粘度の熱活性化エポキシが接着剤リザーバー５４から供給される。それにより、エポキシがローラー５２からストリップ３２の下側表面に移される。アニーリングオーブン３６と接着剤塗布手段５０との間の距離は、ストリップ３２の移送時間の間に、少なくともエポキシの熱活性化温度以下にストリップ３２を冷却するのに充分である。あるいはまた冷却手段（図には示していない）を用いて、オーブン３６と塗布手段５０との間でストリップ３２をより迅速に冷却することもできる。次にストリップ材料３２を、自動高速パンチプレスへ、パンチ４０と底の開いたダイ４１との間に送る。パンチをダイに駆動し、必要な形状の薄板２０が形成される。薄板２０は落下し、つまり回収マガジン４８へ輸送され、パンチ４０が引っ込む。ストリップ材料３２の骨格状の物体３３が残り、その物体は薄板２０が取り除かれた穴３４を含有する。骨格状の物体３３は、受取スプール３１に回収される。それぞれの穿孔動作がなされた後、ストリップ３２に印をつけ、別の穿孔サイクルのためのストリップに備える。穿孔過程が継続し、複数の薄板２０が、充分によく整列して見当を合致させた状態でマガジン４８に回収される。必要な数の薄板２０が穿孔され、マガジン４８に積まれた後、パンチプレス３８の作動が中断する。必要な数は予め選択しても、マガジン４８が収容した薄板２０の高さ又は重さで決定してもよい。マガジン４８は、さらなる加工のため、パンチプレス３８から取り出される。低粘度の熱活性化エポキシ（示していない）を追加し、薄板２０の間の空間に浸透させることができ、薄板はマガジン４８の壁で見当を合致させた状態に保持される。マガジン４８及びそれに含有される薄板２０全体を、エポキシを硬化するのに充分な時間にわたり熱源に露出することによって、エポキシを活性化する。そして薄板２０の積層物１０（図１Ａ−１Ｃ）を取り出し、過剰のエポキシを除去することにより、積層物１０の表面を仕上げうる。
【００３７】
第三の実施態様を図２Ｃに示す。まず、ストリップの実質的に完全なガラス質である微細構造を変えることなく磁気特性を改善するのに充分な、予め選択した温度及び予め選択した時間で、強磁性アモルファス金属ストリップを不活性ガスボックスオーブン中でアニールする。次に熱処理ストリップ３２を、自動高速パンチプレスへ、パンチ４０と底の開いたダイ４１との間に送る。パンチをダイに駆動し、必要な形状の薄板２０が形成される。薄板２０は落下し、つまりダイ４１から回収装置４９へ輸送され、パンチ４０が引っ込む。回収装置４９は図２Ｃに示すようにコンベアベルトであってもよく、薄板２０を回収するコンテナ又は容器であってもよい。ストリップ材料３２の骨格状の物体３３が残り、その物体は薄板２０が取り除かれた穴３４を含有する。骨格状の物体３３は、受取スプール３１に回収される。それぞれの穿孔動作がなされた後、ストリップ３２に印をつけ、別の穿孔サイクルのためのストリップに備える。予め選択した数の薄板２０が打ち抜かれ容器に回収されるまで穿孔過程が継続し、プレスサイクルを停止する。それぞれの薄板２０の一方の面に、手動で嫌気性接着剤を塗布することができ、薄板を整列治具に見当を合致させて積層する（示していない）。接着剤を硬化する。薄板２０の積層物１０を整列治具から取り出し、過剰の接着剤を除去することにより、積層物１０の表面を仕上げる。
【００３８】
別の実施態様を図２Ｄに示す。熱処理ストリップ３２を、自動高速パンチプレスへ、パンチ４０と底の開いたダイ４１との間に送る。パンチをダイに駆動し、必要な形状の薄板２０が形成される。薄板２０は落下し、つまり回収マガジン４８に輸送され、パンチ４０が引っ込む。ストリップ材料３２の骨格状の物体３３が残り、その物体は薄板２０が取り除かれた穴３４を含有する。骨格状の物体３３は、受取スプール３１に回収される。それぞれの穿孔動作がなされた後、ストリップ３２に印をつけ、別の穿孔サイクルのためのストリップに備える。ストリップ材料３２を、単一層又は複数層（示していない）のどちらでも、そして複数の供給源又は予めスプールした複数層のどちらによっても、プレス３８に供給することができる。有利なことには、ストリップ材料３２の複数層を用いることにより、所定の数の薄板２０を生成するのに必要なパンチストロークの数が減少する。穿孔過程を継続し、複数の薄板２０が充分によく整列して見当を合致させた状態でマガジン４８に回収される。必要な数の薄板２０が穿孔され、マガジン４８に積まれた後、パンチプレス３８の作動を中断する。必要な数は予め選択しても、マガジン４８が収容した薄板２０の高さ又は重さで決定してもよい。マガジン４８は、さらなる加工のため、パンチプレス３８から取り出される。実施において、マガジン４８とそこに含有される薄板２０とを不活性ガスボックスオーブン（示していない）に置き；アモルファス金属薄板の実質的に完全にガラス質である微細構造を変えることなく磁気特性を改善するのに充分な、予め選択した温度に加熱し、及び予め選択した時間保持して、熱処理する。マガジンと薄板とを周囲温度に冷却する。低粘度の熱活性化エポキシ（示していない）を薄板２０の間の空間にしみ込ませることができ、薄板はマガジン４８の壁で見当を合致させた状態に保持される。マガジン４８及びそれに含有される薄板２０全体を、エポキシを硬化するのに充分な時間にわたり硬化オーブン中に置くことにより、エポキシを活性化する。そして薄板２０の積層物１０（図１Ａ−１Ｃ）を取り出し、過剰のエポキシを除去することにより、積層物１０の表面を仕上げる。
【００３９】
本発明によるバルクアモルファス金属磁性部品の構成は、高性能のＭＲＩシステム、テレビ及びビデオシステム、並びに電子及びイオンビームシステムに用いられる磁極面マグネットのタイルに特に適している。磁性部品製造が簡素化され、製造時間が減少する。その他の点では、バルクアモルファス金属部品を構成する間に受ける張力が最小化される。完成した部品の磁気特性が最適化される。
【００４０】
本発明のバルクアモルファス金属磁性部品１０は、多くの強磁性アモルファス金属合金を用いて製造することができる。一般的に言うと、部品１０での使用に適した合金は、式：
M70-85Y5-20Z0-20（添字は原子％）
で定義される。
（"M"は Fe, Ni及びCoの少なくとも１つであり、"Y"は B, C 及びPの少なくとも１つであり、"Z"はSi, Al及びGeの少なくとも１つであり、ただし(i)  成分"M"の10原子％以下は、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つで置換することができ、(ii) 成分(Y + Z)の10原子％以下は、非金属種In, Sn, Sb及びPbの少なくとも１つで置換することができ、(iii) 成分(M + Y + Z)の約1原子％以下は付随的な不純物でありうる。）
ここで用いられる通り、“アモルファス金属合金”という語は、長距離秩序を実質的に欠き、液体又は無機酸化物ガラスについて観測されるのと定性的に類似したＸ線回折の最大強度で特徴づけられる金属合金を意味する。
【００４１】
本発明の実施での使用に適した合金は、その部品が用いられる温度で強磁性である。強磁性材料は、その物質固有の温度（一般的にキュリー温度という語が用いられる）以下において、構成元素の磁気モーメントが強い長距離カップリングを示し、空間的に整列するものである。室温で作動するデバイスに用いられる材料のキュリー温度が、少なくとも約２００℃、好ましくは少なくとも約３７５℃であることが好ましい。デバイスに組み込まれる材料が適切なキュリー温度を有している場合には、デバイスを極低温から高温まで含まれるその他の温度で作動させてもよい。
【００４２】
当該技術で知られている通り、強磁性材料はさらに、飽和誘導、つまり等価には飽和磁束密度又は飽和磁化で特徴づけられる。本発明の使用に適した合金は、好ましくは少なくとも約１．２テスラ（Ｔ）の飽和誘導を有し、より好ましくは、少なくとも約１．５Ｔの飽和誘導を有する。その合金は高い電気抵抗も有し、好ましくは少なくとも約１００μΩ−ｃｍ、もっとも好ましくは１３０μΩ−ｃｍである。
【００４３】
本発明の実施において原料として用いるのに適したアモルファス金属合金は市販で入手可能であり、一般には、幅が２０ｃｍまで又はそれ以上、厚みが約２０−２５μｍである、連続的な薄いストリップ又はリボンの形態である。これらの合金は、実質的に完全にガラス質の微細構造（例えば、非晶質の構造を有する材料が、少なくとも約８０体積％）を有して形成される。好ましくは、合金が非晶質構造の材料を本質的に１００％有して形成される。非晶質構造の体積分率は、該技術で既知の方法（例えば、Ｘ線、中性子、又は電子回折、透過電子顕微鏡、あるいは示差走査熱量分析）により決定しうる。低コストでもっとも高い誘導値は、“Ｍ”が鉄、“Ｙ”がホウ素、“Ｚ”がケイ素の合金で達成される。この理由から、鉄−ホウ素−ケイ素合金で構成されるアモルファス金属ストリップが好ましい。より具体的には、合金が：少なくとも70原子％のFe、少なくとも5原子％のB、少なくとも5原子％のSi；を含有し、ただしB及びSiの総含有量が少なくとも15原子％である。もっとも好ましいのは、本質的に：約１１原子％のホウ素、約９原子％のケイ素、並びに、鉄及び付随的な不純物である残部；からな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、飽和誘導が約１．５６Ｔで抵抗が約１３７μΩ−ｃｍであり、ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標）合金２６０５ＳＡ−１という名称でＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．により販売されている。当業者には、打ち抜きプレスを通って原材料を連続的に自動供給する本発明の実施態様では、例えば薄いリボン又はストリップのスプールとして供給されるアモルファス金属が好都合に用いられるということが理解される。あるいはまた、本発明は他の形態の原料及び他の供給スキームで実施でき、短いストリップ又は幅が均一でないその他の形状のストリップの手動供給が含まれる。
【００４４】
１以上の磁極面マグネットを有する電磁石を備えた電磁石システムは、電磁石のギャップに時間変化する磁場を生成するために広く用いられる。時間変化する磁場は、純粋なＡＣ場、つまり、時間平均値が０である場であってもよい。場合により、時間変化する場について、慣習的に場のＤＣ成分と呼ばれる時間平均が０でなくてもよい。電磁石システムでは、少なくとも１つの磁極面マグネットに時間変化する磁場がかけられる。その結果、各々の励起サイクルで磁極面マグネットが磁化及び消磁される。磁極面マグネット内で時間変化する磁束密度又は誘導により、鉄心から熱が発生する。磁極面が複数のバルク磁性部品で構成されている場合、総鉄損は：各々の部品が単独で同じ磁束波形にさらされた場合に生じる鉄損と；部品間の電気伝導経路を流れる渦電流によって生じる損失の両方である。
【００４５】
バルクアモルファス金属部品は、他の鉄系磁性金属で作られた部品と較べ、より効率的に磁化及び消磁される。磁極マグネットとして用いられる場合、バルクアモルファス金属部品と別の鉄系磁性金属から作られる類似の部品とを同じ誘導及び励起周波数で磁化すると、バルクアモルファス金属部品の方が発熱が小さい。さらに、本発明での使用に好ましい鉄系アモルファス金属は、他の低損失軟磁性材料（例えば、飽和誘導が典型的には０．６−０．９Ｔであるパーマロイ合金）に比べ飽和誘導が相当大きい。従って、バルクアモルファス金属部品は他の鉄系磁性金属で作られた磁性部品と比較して：１）低い作動温度、２）サイズ及び重量を小さくする高誘導、３）サイズ及び重量を小さくする、又は優れたシグナル分解能を実現する高励起周波数；で作動させることができる。
【００４６】
従来技術では、長い強磁性ロッドをなす磁極片の渦電流は、非伝導性材料を挿んでロッドをそれぞれ電気的に分離することによって低減できることが認識されている。本発明では、総損失がさらに相当低減される。その理由は、その他の材料又は構成方法で作成された従来技術の部品で生じる損失よりも、ここで開示する材料及び構成方法を使用すると、個々の部品各々の中で生じる損失が低減されるからである。
【００４７】
当該技術で知られている通り、鉄損はエネルギーの散逸であり、磁化が時間と共に変化する際に磁性材料内で起きる。所定の磁性部品の鉄損は、一般には部品の励起を循環的に励起して決定する。時間変化する磁場を部品に印加し、対応して時間変化する磁気誘導つまり磁束密度を生成する。測定の標準化のため、一般的には、周波数“ｆ”かつピーク振幅“Ｂmax”で磁気誘導が正弦波で変化するように励起が選択される。鉄損は、既知の電気測定装置及び技術により決定される。慣習的には、損失は、励起される磁性材料の単位質量又は体積当たりのワットで報告される。当該技術では、損失がｆ及びＢmaxに単調に増加することが知られている。磁極面マグネットの部品に用いられる軟磁性材料の鉄損を試験するためのもっとも標準的なプロトコル（例えば、ＡＳＴＭ規格Ａ９１２−９３及びＡ９２７（Ａ９２７Ｍ−９４））では、実質的に閉磁気回路に置かれた前記材料の試料、つまり、閉じた磁束線が試料体積内に完全に含有される配置が必要とされる。その一方、前記磁極面マグネットといった部品に用いられる磁性材料は、磁気的な開回路に置かれており、つまり磁束線が空隙を横断しなければならない配置にある。縁部による場に対する効果（ｆｒｉｎｇｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ）及びその場の不均一性のため、開回路で試験される所定の材料は、閉回路で測定された場合と比べ、一般に高い鉄損つまり質量又は体積当たりの高いワット値を示す。有利なことに、本発明のバルク磁性部品は開回路配置であっても、広い磁束密度及び周波数領域で低い鉄損を示す。
【００４８】
何れの理論にも束縛されないが、本発明の低損失バルクアモルファス金属部品の総鉄損は、ヒステリシス損失及び渦電流損失からの寄与を含むと考えられる。これら２つの寄与の各々は、ピーク磁気誘導Ｂmaxと励起周波数ｆとの関数である。各々の寄与の程度は、外部要因（例えば、部品の構成方法及び部品に用いられる材料の熱機械履歴が挙げられる）にさらに依存する。アモルファス金属の鉄損について従来の解析では（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）、一般に、閉磁気回路で材料について得られたデータに限られている。これらの解析でみられる低いヒステリシス及び渦電流損は、一つにはアモルファス金属の高い抵抗によってもたらされている。
【００４９】
本発明のバルク磁性部品単位重量当たりの総鉄損Ｌ（Ｂmax，ｆ）は、本質的に以下の形の関数で定義することができる：
Ｌ（Ｂmax，ｆ）＝ｃ1ｆ（Ｂmax）n＋ｃ2ｆq（Ｂmax）m
係数ｃ1及びｃ2並びに指数ｎ，ｍ及びｑは全て経験的に定めなければならず、これらの値を正確に決定する理論は知られていない。この式を用いることにより、本発明のバルク磁性部品の総鉄損を、任意の必要な作動誘導及び励起周波数で定めることができる。一般に、バルク磁性部品の特定の幾何構造において、その中の磁場は空間的に一様ではないことがわかっている。当該技術では、有限要素モデリングといった技術により、ピーク磁束密度の空間及び時間変化を見積もることができ、実際のバルク磁性部品で測定される磁束密度分布を近似する。空間的に一様な磁束密度の下で所定の材料の磁気損失を与える適切な経験式を入力として用い、作動される配置での所定の部品について対応する実際の鉄損を、これらの技術によって合理的な精度で予測することができる。
【００５０】
本発明の磁性部品の鉄損測定を、当該技術で知られた様々な方法を用いて行うことができる。本部品を測定する適切な方法の一つには、本発明の磁性部品と磁束閉じ込め構造手段（ｆｌｕｘ  ｃｌｏｓｕｒｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｍｅａｎｓ）とを有する磁気回路の形成が含まれる。別の方法では、磁気回路が本発明の複数の磁性部品、及び場合により磁束閉じ込め構造手段を備えうる。一般的に言えば、磁束閉じ込め手段は、高い透磁率と、少なくともその部品を試験する際の磁束密度に等しい飽和磁束密度とを有する軟磁性材料を含む。好ましくは、その軟磁性材料の飽和磁束密度は、少なくとも部品の飽和磁束密度に等しい。一般に、部品が試験される磁束の方向は、部品の第一及び第二の向かい合った面を画定する。磁束線は、第一の向かい合う面の平面にほぼ垂直方向で部品に入る。一般に、磁束線は部品のアモルファス金属ストリップの面に従い、第二の対向する面から現れる。一般に磁束閉じ込め構造手段は、磁束閉じ込め磁性部品を備える。そのような部品を本発明により構成することができるが、当該技術で知られたその他の方法及び材料で作成してもよい。磁束閉じ込め磁性部品は、磁束線が出入りする第一及び第二の向かい合った面も有し、磁束線はそれぞれの面にほぼ垂直方向に出入りする。磁束閉じ込め部品の向かい合った面は、磁束閉じ込め部品が実際の試験の間に対として用いられる磁性部品の対応する面と、実質的に同じサイズ及び形状を有する。磁束閉じ込め磁性部品の第一及び第二の面がそれぞれ、本発明の磁性部品の第一及び第二の面と近接し、かつ実質的に平行な対となる関係に置かれる。本発明の磁性部品又は磁束閉じ込め磁性部品の何れかを取り囲む第一の巻き線に電流を流すことにより、起磁力を印加する。生じる磁束は、試験される磁性部品を取り囲む第二の巻き線に誘起される電圧から、ファラデー則により決定される。印加磁場は、起磁力からアンペール則により決定される。そして鉄損は、印加電圧と生ずる磁束密度から、従来の方法により算出される。
【００５１】
図３を参照すると、前述の試験方法の一つの形態を行うアセンブリー６０が図示されており、この形態では磁束閉じ込め構造手段を必要としない。アセンブリー６０は、本発明の打ち抜かれたバルクアモルファス金属磁性部品１０の４つを備える。部品１０の各々は、図１Ｃに描かれた形態のアーチ状表面１２を有する完全円形の柱のセグメントである。各々の部品は第一の向かい合った面６６ａと、第二の向かい合った面６６ｂを有する。部品１０は対をなす関係に置かれ、ほぼ完全円形の柱の形状を有するアセンブリー６０を形成する。各々の部品１０の第一の向かい合った面６６ａは、隣の部品１０の第一の向かい合った面に近接して、そしてほぼ平行に配列して置かれる。このように、部品１０の隣り合った面の４つのセットは、アセンブリー６０の全周を等間隔に隔てる４つのギャップ６４を画定する。部品１０の対をなす関係はバンド６２によって確保しうる。アセンブリー６０は４つの透磁性セグメント（それぞれが部品１０で構成される）及び４つのギャップ６４を有する磁気回路を形成する。２つの銅ワイヤー巻き線（示していない）をアセンブリー６０全体にわたってトロイダル形状で通す。適切な振幅の交流電流を第一の巻き線に流し、必要な周波数とピーク磁束密度でアセンブリーを励起する起磁力を発生させる。一般に、磁束線はストリップ２０の面内にあり、周方向に向けられている。それぞれの部品１０内で時間変化する磁束密度を示す電圧は、第二の巻き線に誘起される。総鉄損は、電圧及び電流の測定値から従来の電子的手段により決定され、４つの部品１０に均等に割り付けられる。
【００５２】
以下の例は、本発明をより完全に記載するため提供される。本発明の原理及び実施を説明するために述べる特定の技術、条件、材料、割合、及び報告データは例示的なものにすぎず、本発明の範囲を制限するために用いられるべきではない。
【実施例】
【００５３】
実施例１
打ち抜きアモルファス金属アーチ状部品の製造及び電磁試験
幅が約６０ｍｍで厚みが約０．０２２ｍｍのFe80B11Si9の強磁性アモルファス金属リボンを打ち抜いて個々の薄板を形成し、その各々は９０°のセグメントで外径が１００ｍｍ、内径が７５ｍｍの形状を有する。約５００個の薄板それぞれを積層し、見当を合致させ、図１Ｃに示す様に完全円形柱の９０°のアーチ状セグメント（高さ１２．５ｍｍ、外形１００ｍｍ、及び内径７５ｍｍ）を形成する。円柱状セグメントアセンブリーは治具に置かれ、窒素雰囲気下でアニールされる。アニールは：１）アセンブリーを３６５℃に加熱し；２）温度を約３６５℃に約２時間保持し；３）アセンブリーを周囲温度に冷却する工程からなる。円柱状セグメントアセンブリーを治具から取り出す。柱状セグメントアセンブリーを第二の治具に置き、エポキシ樹脂溶液を真空含浸し、１２０℃で約４．５時間硬化する。完全に硬化すると、柱状セグメントアセンブリーを第二の治具から取り出す。生成したエポキシ結合アモルファス金属柱状セグメントアセンブリーの重量は、約７０ｇである。この過程を繰り返し、前記アセンブリーを計４つ形成する。４つのアセンブリーを対を成す関係に置き、束ねて、図３に示す様に４つの等間隔のギャップを有するほぼ円柱状の試験アセンブリーを形成する。電気試験のため、第一及び第二の電気巻き線を円柱状試験アセンブリーに固定した。
【００５４】
試験アセンブリーは：周波数約６０Ｈｚ及び磁束密度約１．４テスラ（Ｔ）で作動させた場合、アモルファス金属材料１ｋｇ当たり１ワット未満；周波数約１，０００Ｈｚ及び磁束密度約１．０テスラ（Ｔ）で作動させた場合、アモルファス金属材料１ｋｇ当たり１２ワット未満；周波数約２０，０００Ｈｚ及び磁束密度約０．３０テスラ（Ｔ）で作動させた場合、アモルファス金属材料１ｋｇ当たり７０ワット未満；の鉄損を示す。本発明の部品の鉄損が小さいことから、磁極面の構成での使用に適している。
【００５５】
実施例２
打ち抜きアモルファス金属アーチ状部品の高周波数電磁試験
４つの打ち抜きアモルファス金属アーチ状部品を備えた円柱状試験アセンブリーを実施例１の通りに製造する。第一及び第二の電気巻き線を試験アセンブリーに固定する。電気試験を６０，１０００、５０００、及び２０，０００Ｈｚ及び様々な磁束密度で行う。鉄損の値を下の表１，２、３及び４にまとめる。表３及び４に示す通り、励起周波数５０００Ｈｚ以上では、鉄損が特に低い。このように、本発明の磁性部品はＭＲＩシステムの磁極面マグネットでの使用に特に適している。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
【表２】
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【００５８】
【表３】
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【００５９】
【表４】
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【００６０】
実施例３
低損失バルクアモルファス金属部品の高周波数挙動
上の実施例２の鉄損を、従来の非線形回帰法を用いて解析する。Fe80B11Si9アモルファス金属リボンで構成される低損失バルクアモルファス金属部品の鉄損は、式：
Ｌ（Ｂmax，ｆ）＝ｃ1ｆ（Ｂmax）n＋ｃ2ｆq（Ｂmax）m
の関数で実質的に定めることができる。
係数ｃ1及びｃ2並びに指数ｎ，ｍ，及びｑの適切な値は、バルクアモルファス金属部品の磁損の上限を定めるよう選択される。表５は実施例２の部品の鉄損と、上記式で予測された鉄損を記述し、各々はＷ／ｋｇで測定される。ｆ（Ｈｚ）及びＢmax（テスラ）の関数として予測された鉄損は、係数ｃ1＝０．００７４及びｃ2＝０．０００２８２並びに指数ｎ＝１．３、ｍ＝２．４、及びｑ＝１．５を用いて計算される。実施例２のバルクアモルファス金属部品の鉄損は、式で予測される対応する鉄損より小さい。
【００６１】
【表５】
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【００６２】
本発明を幾分詳細に記載したが、このような細部に厳格に従うのではなく、当業者には様々な変更や修正が示唆され、その全てが添付の請求項で規定される本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１Ａは、打ち抜かれたバルクアモルファス金属磁性部品の透視図であり、この部品はほぼ直方柱の形状で、本発明により構成されている。図１Ｂは、打ち抜かれたバルクアモルファス金属磁性部品の透視図であり、この部品はほぼ台形型の多面体の形状で、本発明により構成されている。図１Ｃは、打ち抜かれたバルクアモルファス金属磁性部品の透視図であり、この部品は向かい合って配置されたアーチ状の面を有する形状で、本発明により構成されている。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明によりアニールし、打ち抜くよう配置された強磁性アモルファス金属ストリップコイルと、積層するよう配置された強磁性アモルファス金属薄板との側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明によりアニールし、エポキシで被覆し、打ち抜くよう配置された強磁性アモルファス金属ストリップコイルと、積層するよう配置された強磁性アモルファス金属薄板との側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明により打ち抜くよう配置された強磁性アモルファス金属ストリップコイルと、回収するよう配置された強磁性アモルファス金属薄板との側面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明により打ち抜くよう配置された強磁性アモルファス金属ストリップコイルと、積層するよう配置された強磁性アモルファス金属薄板との側面図である。
【図３】図３は、打ち抜かれたバルクアモルファス金属磁性部品を試験するためのアセンブリーの透視図であり、４つの部品で構成され、各々は向かい合って配置されたアーチ状表面を有する多面体であり、ほぼ正確に完全円形柱を形成するよう組み立てられている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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