(57)【要約】【課題】高耐熱で、薄く、薄帯同士を広範囲にわたって接合する、接合層を有する、軟磁性金属薄帯の積層体を提供する。【解決手段】複数の軟磁性金属薄帯と、上記複数の軟磁性金属薄帯間に位置する接合層と、を含み、上記接合層は、複数の接着ブロックで構成される軟磁性金属薄帯の積層体を用いる。また、上記複数の接着ブロックの上記軟磁性金属薄帯との接合部分の総面積は、上記軟磁性金属薄帯の１面の総面積に対して、３０％以上である請求項１記載の軟磁性金属薄帯の積層体を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軟磁性金属薄帯と、
前記複数の軟磁性金属薄帯間に位置する接合層と、を含み、
前記接合層は、複数の接着ブロックで構成される軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項２】
前記複数の接着ブロックの前記軟磁性金属薄帯との接合部分の総面積は、前記軟磁性金属薄帯の１面の総面積に対して、３０％以上である請求項１記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項３】
前記軟磁性金属薄帯が４枚以上積層され、
前記接合層は複数であり、異なる前記軟磁性金属薄帯対の間にあり、
前記積層体の外側にある前記接合層の接着ブロックの平均厚さは、前記積層体の内側にある前記接合層の接着ブロックの平均厚さよりも厚い請求項１または２に記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項４】
前記軟磁性金属薄帯が４枚以上積層され、
前記接合層は複数であり、異なる前記軟磁性金属薄帯対の間にあり、
前記積層体の外側にある前記接合層の接着ブロックの接合部分の平均面積は、前記積層体の内側にある前記接合層の接着ブロックの接合部分の平均面積よりも大きい請求項１または２に記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項５】
前記軟磁性金属薄帯が４枚以上積層され、
前記接合層は複数であり、異なる前記軟磁性金属薄帯対の間にあり、
前記積層体の外側にある前記接合層の接着ブロックの数は、前記積層体の内側にある前記接合層の接着ブロックの数よりも多い請求項１または２に記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項６】
前記軟磁性金属薄帯は、自己発熱するアモルファス合金薄帯あるいは、自己発熱するナノ結晶質金属薄帯である請求項１〜５のいずれか１項に記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項７】
前記接着ブロックは、シリカである請求項１〜６のいずれか１項に記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【請求項８】
前記軟磁性金属薄帯の面積は１００ｍｍ２以上であり、
前記軟磁性金属薄帯の熱膨張係数は、４×１０−６／℃〜１５×１０−６／℃であり、
前記接着ブロックの平均厚さは、０．１μｍ以上で１０μｍ以下であり、
前記接着ブロックの接合部の面積は、１ｍｍ２以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載の軟磁性金属薄帯の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性金属薄帯を無機接着剤で接合した積層体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁性材料を使用する多くの製品において、さらなる小型化、低損失化が要求されており、これらを構成する磁性材料において高磁気特性（低損失、高透磁率、高磁束密度）が要求されている。
【０００３】
軟磁性金属薄帯（例えば、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶質金属薄帯などで、厚さ１０ｕｍ〜５０ｕｍ）は、高磁気的特性（低損失、透磁率、磁束密度）をもつので、軟磁性金属薄帯を積層し、例えばモータを構成することで、モータの小型化、低損失化が可能となることが知られている。
【０００４】
従来、軟磁性金属薄帯の積層体を構成するにあたり、薄帯同士は、特許文献１に記載されているように、熱硬化性樹脂により接合されているものが知られている。
【０００５】
また、一般的な無機接着剤として、特許文献２に記載されているように、被着体と接着剤の熱膨張係数を緩和するために、アルミナ粒子が含まれているものが、知られている。
【０００６】
さらには、一般的な無機接着剤として、特許文献３に記載されているように、アルミナ粒子を含まずシリカ接着剤により接合するものが、知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１３４１０号公報
【特許文献２】特開昭５８−９８８３号公報
【特許文献３】特開２０１０−９５６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
軟磁性金属薄帯の積層体は、３００℃〜７００℃の範囲で熱処理することで、歪取り、あるいはナノ結晶化の効果により一段と磁気特性が向上することが知られている。しかし、特許文献１に記載のような熱硬化樹脂を接着剤として用いる場合、耐熱性が低いので、十分な熱処理を加えることができず、小型化・低損失化に悪影響を及ぼす。
【０００９】
また、接着剤として、特許文献２に記載のようなアルミナ粒子を含有する無機接着剤を用いた場合、耐熱性は問題ないが、アルミナ粒子の最大粒径が２０μｍ〜４０μｍと大きいため、磁気特性に関係のない接着剤層の厚みが厚くなり、小型化を阻害する。
【００１０】
また、接着剤として、特許文献３に記載のような、アルミナ粒子を含まないシリカ接着剤を用いた場合、接合部の厚さは問題ないが、被着体である軟磁性金属薄帯とシリカ接着剤の熱膨張係数差が大きいため、熱処理の高温と室温との大きな温度差が発生する環境で、面積が１００ｍｍ２以上の広範囲を接合しようとした場合、接合部が破壊し、軟磁性金属薄帯の積層体を形成できない。
【００１１】
よって、本願課題は、高耐熱性があり、接合厚さが薄く、接合面積が広い軟磁性金属薄帯の積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、複数の軟磁性金属薄帯と、上記複数の軟磁性金属薄帯間に位置する接合層と、を含み、上記接合層は、複数の接着ブロックで構成される軟磁性金属薄帯の積層体を用いる。また、上記複数の接着ブロックの上記軟磁性金属薄帯との接合部分の総面積は、上記軟磁性金属薄帯の１面の総面積に対して、３０％以上である請求項１記載の軟磁性金属薄帯の積層体を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本実施の形態の軟磁性金属薄帯の積層体は、高耐熱（特に３００℃以上）で、接合厚さが薄く（特に１０μｍ以下）、広範囲（特に１００ｍｍ２以上）の接合層を有する、軟磁性金属薄帯の積層体である。実施の形態の軟磁性金属薄帯の積層体によれば、積層体の高磁気特性（低損失、高透磁率、高磁束密度）化が可能となり、小型化、低損失なモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１における軟磁性金属薄帯の積層体の接合層の平面図
【図２】本発明の実施の形態２における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図
【図３】本発明の実施の形態３における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図
【図４】本発明の実施の形態４における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における軟磁性金属薄帯の積層体１１の断面図を示している。図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１における軟磁性金属薄帯の積層体１１の接合層１４の平面図である。
【００１６】
軟磁性金属薄帯とは、軟磁性を有する金属材料で薄帯のものである。保磁力が小さく透磁率が大きいことを特徴とする薄帯材料である。コイルやトランス等の磁心、磁気ヨーク、磁気シールド等に用いられる。鉄系、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金、ナノ結晶軟磁性材料などが含まれる。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の軟磁性金属薄帯の積層体１１は、軟磁性金属薄帯１２と、複数の接着ブロック１３と空間１３ｅとからなる接合層１４と、を備える。軟磁性金属薄帯１２は、平板状で複数あり、それぞれの間を複数の接着ブロック１３により接合されている。
【００１８】
軟磁性金属薄帯１２は、例えば、アモルファス合金薄帯などで、厚さは１０μｍ〜５０μｍである。また、軟磁性金属薄帯１２の主成分は鉄となっている。アモルファス合金薄帯の組成の例は、Ｓｉやホウ素（Ｂ）などの元素が加えられている。
【００１９】
軟磁性金属薄帯１２を積層し、例えばモータ、トランスなどの磁性デバイスを構成する場合、軟磁性金属薄帯１２の面積は、１００ｍｍ２以上必要である。
【００２０】
図１（ａ）の軟磁性金属薄帯の積層体１１を、３００℃以上の高温で熱処理することで、軟磁性金属薄帯１２は、一段と磁気特性が向上する。熱処理の温度に耐えられるように、接着ブロック１３としては、高耐熱である無機材料を用いる。
【００２１】
接着ブロック１３は、シリカからなり、熱膨張係数調整用のアルミナ粒子などは含有されない。アルミナ粒子の最大粒径が２０μｍ〜４０μｍと大きいため、磁気特性に関係のない接合層１４が厚くなる。結果、積層体１１の小型化を阻害する。このため、アルミナ粒子は用いない。
【００２２】
軟磁性金属薄帯１２の熱膨張係数は、４×１０−６／℃〜１５×１０−６／℃であるのに対し、シリカの熱膨張係数は、０．５×１０−６／℃〜０．７×１０−６／℃と大変小さいので、軟磁性金属薄帯１２の全面を、シリカからなる無機接着剤で接合すると、熱処理の熱履歴により、熱膨張係数差から接合部にかかる応力が大きく、無機接着剤が破壊する。
【００２３】
そこで、接合層１４を接着ブロック１３と空間１３ｅとで構成する。接着ブロック１３の一個あたりの軟磁性金属薄帯１２との接合部分の面積を、１ｍｍ２以下にし、複数個所（複数の接着ブロック１３）で接合するのが好ましい。このことで、熱処理時の熱の放熱の観点からよい。さらに、熱処理後も接着ブロック１３は破壊しなくなる。
【００２４】
軟磁性金属薄帯１２間を全面で接合する場合に比べ、ブロック化して部分的に接合することで、接着ブロック１３に垂直方向に働く引張り応力は小さくなる。このことは応力解析結果からわかる。接着ブロック１３に用いる材料シリカは脆い物質なので、小さなクラックがあった場合、引き裂き方向に働く引張り応力で破壊しやすい。接着ブロック１３に小さなクラックが潜在し、これを起点として、接着ブロック１３が破壊するため、破壊の現象が、垂直方向の引張応力と相関がとれると推測できる。つまり、フォン・ミーゼス応力（相当応力）は、逆にブロック化した方が大きくなるためである。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示すように、接着ブロック１３の接合部分の面積（軟磁性金属薄帯１２との接合面）の総和は、軟磁性金属薄帯１２の１面の面積に対して、３０％以上必要である。
【００２６】
面積率が３０％より小さくても、熱履歴に対しては、接着ブロック１３は破壊されない。しかし、積層体１１を磁気デバイスに組み込む時などに発生する応力により、接着ブロック１３が破壊する可能性がある。
【００２７】
図１（ａ）に示す、接着ブロック１３の平均厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００２８】
平均厚さが、１０μｍより厚くなると、接着ブロック１３が破壊される。応力解析によると、接着ブロック１３が厚くなると、熱処理工程で、接着ブロック１３にかかる垂直方向に働く引張り応力は大きくなる。よって、接着ブロック１３が厚くなると、垂直方向に働く引張り応力が大きくなり、接着ブロック１３が破壊されると推定される。接着ブロック１３の厚さが０．１μｍより薄いと、軟磁性金属薄帯１２のたわみや、うねりを吸収できず、接合できない部分が多数発生する。
【００２９】
なお一例として、接着ブロック１３が正方形で、等間隔に並んでいる形状を示しているが、接着ブロック１３は、面積が１ｍｍ２以下であれば正方形である必要もなく、また配列も等間隔に並んでいる必要もない。
【００３０】
なお、軟磁性金属薄帯１２としては、アモルファス合金薄帯を一例として述べたが、ナノ結晶質金属薄帯に用いても同様な効果が得られる。ナノ結晶金属薄帯は、アモルファス合金薄帯と組成の主成分が近いため力学的材料物性も近く、３００℃以上の高温で熱処理することで磁気特性が向上する点も同様である。
（実施の形態２）
続いて軟磁性金属薄帯１２が少なくとも４層の多段積層構造について、図２を用いて説明する。なお、実施の形態２〜４の条件を表１にまとめた。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図２は、本発明の実施の形態２における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図である。
外側の接合層１４ａと内側の接合層１４ｂとがある。また、それぞれの層には、内側の接着ブロック１３ｂ、外側の接着ブロック１３ａがある。
【００３３】
軟磁性金属薄帯１２は、薄帯を３００℃以上の高温で熱処理することで、一段と磁気特性が向上する。しかし、軟磁性金属薄帯１２が、例えばナノ結晶質金属薄帯である場合、熱処理時に薄帯自身が自己発熱する。軟磁性金属薄帯１２が積層体１１ａ構造である場合、この自己発熱がこもることにより、積層体１１ａ内側の接合層１４ｂの温度の方が、外側の接合層１４ａに比べて高温となる。この場合、内側の接合層１４ｂの方が外側の接合層１４ａに比べより熱膨張するため、内側層の接着ブロック１３ｂにはより大きな応力がかかる。
【００３４】
そこで、内側の接着ブロック１３ｂの平均厚さを、外側の接着ブロック１３ａの平均厚さより薄くすることで、内側層の接着ブロック１３ｂにかかる垂直方向に働く引張り応力を低減させ、接着ブロック１３ａが破壊されることを防ぐことができる。
【００３５】
特に、軟磁性金属薄帯１２が４層以上の多層構造で、熱処理により、内側の接合層１４ｂは、外側の接合層１４ａに比べ１０％以上高温になる。これを前提として、応力解析を行った場合、その応力増加分に対応するためには、内側の接着ブロック１３ｂの平均厚さは、外側の接着ブロック１３ａの平均厚さの２０％以上６０％以下にすることが好ましい。
【００３６】
平均厚さが６０％より大きいと、応力低減の効果を十分に得ることができない。平均厚さが２０％より小さいと、最も外側の接合層１４ａに働く応力が大きくなりすぎる。発生する応力を内側の接着ブロック１３ｂと外側の接着ブロック１３ａとで分散させることができない。結果、外側の接着ブロック１３ａにかかる応力が大きくなりすぎる。
【００３７】
なお、上記では、４枚の軟磁性金属薄帯１２の積層体で説明した。しかし、５枚以上となった場合には、比較する接合層１４の位置で、内側の接合層１４ｂ、外側の接合層１４ａと定義できる。このことは以下の実施の形態３，４でも同様である。
【００３８】
また、上記では、軟磁性金属薄帯１２の積層体で、軟磁性金属薄帯１２の対の間のすべてに接合層１４があるとしたが、接合層１４がない軟磁性金属薄帯１２の対があってもよい。このことも以下の実施の形態３，４でも同様である。
【００３９】
（実施の形態３）
内側の接着ブロック１３ｂにかかる応力を低減させる別の方法について、図３を用いて説明する。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態３における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図である。熱処理により、内側の接合層１４ｂは、外側の接合層１４ａに比べ高温になる。その応力増加分に対応する構造が必要である。
【００４１】
内側の接合層１４ｂにある複数の内側の接着ブロック１３ｂの接合部分の面積の平均値を、外側の接合層１４ａにある複数の外側の接着ブロック１３ａの接合部分の面積の平均値より小さくする。
【００４２】
このことで、内側層の接合層１４ｂの接合部分にかかる垂直方向に働く引張り応力を低減できる。このことは応力解析からわかっている。
【００４３】
接着ブロック１３ｂが破壊されることを防ぐために、内側の接着ブロック１３ｂの接合部の面積の平均値を、外側の接着ブロック１３ｂの接合面積の平均値より小さい構造にする。
【００４４】
特に、軟磁性金属薄帯１２が４層の多層構造で、熱処理により、内側の接合層１４ｂは、外側の接合層１４ａに比べ１０％以上高温になる。これを前提して、応力解析を行った。その結果、その応力増加分に対応するためには、内側の接着ブロック１３ｂの接合部の面積の平均値を、外側の接着ブロック１３ａの接合部の面積の平均値の３０％以上７０％以下にすることが好ましい。
【００４５】
平均値が７０％より大きいと、応力低減の効果を十分に得ることができない。
平均値が３０％より小さいと、外側の接合層１４ａに働く応力が大きくなりすぎ、発生する応力を内側と外側で分散させることができない。結果、外側の接着ブロック１３ａにかかる応力が大きくなりすぎる。
【００４６】
（実施の形態４）
内側の接着ブロック１３ｂにかかる応力を低減させる別の方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態４における軟磁性金属薄帯の積層体の断面図である。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００４７】
熱処理により、内側の接合層１４ｂは、外側の接合層１４ａに比べ高温になる。そのため、その応力増加分に対応する必要がある。内側の接合層１４ｂの接着ブロック１３ｂの個数を、外側の接合層１４ｂの接着ブロック１３ａの個数より少なくする。応力解析から、この構造では、内側層の接合層１４ｂにかかる垂直方向に働く引張り応力を低減できる。
【００４８】
特に、軟磁性金属薄帯１２が４層以上の接合層の多層構造に関して、熱処理により、内側の接合層１４ｂは、外側の接合層１４ａに比べ１０％以上高温になると仮定して、応力解析を行った。
【００４９】
その結果、その応力増加分に対応するためには、内側の接着ブロック１３ｂの数を、外側の接着ブロック１３ａの数の３０％以上５５％以下にすることが好ましい。
【００５０】
その割合が５５％より大きいと、外側の接合層１４ａに働く応力が大きくなりすぎ、発生する応力を内側と外側で分散させることができない。結果、外側の接着ブロック１３ｂにかかる応力が大きくなりすぎる。
【００５１】
（全体として）
実施の形態１〜４は組み合わせることができる。内側の接着ブロック１３ｂの個数、
接合部の平均面積、平均厚みの少なくとも２つを、外側の接着ブロック１３ａに対して、実施の形態のように変更できる。
【００５２】
なお、実施の形態２〜４において、軟磁性金属薄帯１２としては、ナノ結晶金属薄帯を一例として述べたが、アモルファス合金薄帯が、熱処理時に発熱する場合は、同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の軟磁性金属薄帯の積層体は、軟磁性材料が用いられる多くの用途に適用できる。たとえば、インダクタンス、チョークコイル、高周波トランス、低周波トランス、リアクトル、パルストランス、昇圧トランス、ノイズフィルター、変圧器用トランス、磁気インピーダンス素子、磁歪振動子、磁気センサ、磁気ヘッド、電磁気シールド、シールドコネクタ、シールドパッケージ、電波吸収体、モータ、発電器用コア、アンテナ用コア、磁気ディスク、磁気応用搬送システム、マグネット、電磁ソレノイド、アクチュエータ用コア、プリント配線基板などに用いられる磁気コアなどの様々な電子機器や電子部品の機能を支える材料として用いられる。
【符号の説明】
【００５４】
１１  積層体
１１ａ  積層体
１２  軟磁性金属薄帯
１３  接着ブロック
１３ａ  接着ブロック
１３ｂ  接着ブロック
１３ｅ  空間
１４  接合層
１４ａ  接合層
１４ｂ  接合層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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