(57)【要約】      （修正有）【解決手段】高性能バルク磁気構成部品は、一体に接着結合されて多面体形状部を形成する、複数の結晶性強磁性金属帯板層を含む。励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢmaxまで励磁させると、磁気構成部品は、以下の「Ｌ」よりも小さいコア損失を示す。Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂmax）1.9＋０．０００１０８ｆ1.6（Ｂmax）1.92によって与えられ、前記コア損失、前記励磁周波数および前記ピーク誘導レベルの単位は、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラである。【効果】高性能バルク磁気構成部品の性能特性は、同じ周波数範囲で動作させたケイ素鋼構成部品に比べて、相当に良好である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ同じ形状の複数の結晶性強磁性金属帯板層を備える高性能低コア損失バルク磁気構成部品であって、
前記複数の結晶性強磁性金属帯板層は、積層多面体形状部を形成するように、接着結合手段によって一体に接着結合され、
前記強磁性金属帯板は、４〜１１重量パーセントのＳｉを含む鉄ベースの合金を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢｍａｘまで動作させたときに、該磁気構成部品のコア損失が、以下の「Ｌ」よりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする磁気構成部品。
【請求項２】
ほぼ同じ形状の複数の結晶性強磁性金属帯板層を備える高性能低コア損失バルク磁気構成部品であって、
前記複数の結晶性強磁性金属帯板層は、積層多面体形状部を形成するように、接着結合手段によって一体に接着結合され、
前記複数の結晶性強磁性金属帯板は、３５〜７０重量パーセントのＮｉを含むＦｅ−Ｎｉベースの合金を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢｍａｘまで動作させたときに、該磁気構成部品のコア損失は、以下の「Ｌ」よりも小さく、
ここで、Ｌが、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする磁気構成部品。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高性能バルク磁気構成部品において、
該磁気構成部品の形状が、
少なくとも１つの長方形断面を有する３次元多面体、
少なくとも１つの台形断面を有する３次元多面体、および
少なくとも１つの正方形断面を有する３次元多面体のうち、
少なくとも１つである、磁気構成部品。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の高性能バルク磁気構成部品において、
少なくとも１つのアーチ形表面を含む磁気構成部品。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の高性能バルク磁気構成部品において、
前記接着結合手段が、
エポキシ樹脂、ワニス、嫌気性接着剤および室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン材料から成るグループから、
選択された少なくとも１種の接着剤を含む、磁気構成部品。
【請求項６】
少なくとも１つの磁気構成部品を備えた高性能磁極面磁石であって、
前記磁気構成部品のそれぞれは、ほぼ同じ形状の複数の結晶性強磁性金属帯板層を含み、
前記複数の強磁性金属帯板層は、多面体形状部を形成するように、接着結合手段によって一体に結合され、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢｍａｘまで動作させたときに、前記磁気構成部品のコア損失が、以下の「Ｌ」よりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする磁極面磁石。
【請求項７】
少なくとも１つの磁気構成部品を備えた高性能磁極面磁石であって、
前記磁気構成部品のそれぞれは、ほぼ同じ形状の複数の結晶性強磁性金属帯板層を含み、
前記複数の強磁性金属帯板層は、多面体形状部を形成するように、接着結合手段によって一体に結合され、
前記強磁性金属帯板は、４〜１１重量パーセントのＳｉを含む鉄ベースの合金を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢｍａｘまで動作させたときに、前記磁気構成部品のコア損失が、以下の「Ｌ」よりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする磁極面磁石。
【請求項８】
高性能バルク磁気構成部品を構築する方法であって、該方法は、
（ａ）４〜１１重量パーセントのＳｉを含む少なくとも１種の鉄ベース合金から成る結晶性強磁性金属帯板材料を切断して、所定の長さを有する複数の帯板を形成するステップと、
（ｂ）前記複数の帯板を積み重ねて、積み重ねられた強磁性金属帯板材料から成るバーを形成するステップと、
（ｃ）前記積み重ねられたバーに接着結合手段をしみ込ませ、前記接着結合手段を活性化させて、前記切断した複数の帯板を積層するステップと、
（ｄ）前記積み重ねられたバーを所定の長さに切断して、多面体の形状の複数の磁気構成部品を提供するステップと、
を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の周波数ｆでピーク誘導レベルＢｍａｘまで励磁させたときに、前記低損失高性能バルク磁気構成部品のコア損失が、以下のＬよりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００２８２ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記ステップ（ｄ）が更に、カッティング・ブレード、カッティング・ホイール、ウォータ・ジェット、電解研削機および放電加工機のうちの少なくとも１つを含む切断手段を使用して、前記積み重ねられたバーを切断するステップを含む、方法。
【請求項１０】
高性能バルク磁気構成部品を構築する方法であって、
（ａ）４〜１１重量パーセントのＳｉを含む少なくとも１種の鉄ベース合金から成る結晶性強磁性金属帯板材料をマンドレルに巻きつけて、ほぼ丸みを帯びたコーナを有するほぼ長方形のコアを形成するステップと、
（ｂ）前記ほぼ長方形のコアに接着結合手段をしみ込ませ、前記接着結合手段を活性化させて、前記層を積層するステップと、
（ｃ）前記ほぼ長方形のコアの短辺を切断して、多面体の形状の２つの磁気構成部品を形成するステップと、
（ｄ）前記ほぼ丸みを帯びたコーナを、前記ほぼ長方形のコアの長辺から取り除くステップと、
（ｅ）前記ほぼ長方形のコアの長辺を切断して、複数の磁気構成部品を形成するステップと、
を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の周波数ｆでピーク誘導レベルＢｍａｘまで励磁させたときに、該低損失高性能バルク磁気構成部品のコア損失が、以下のＬよりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記ステップ（ｃ）および前記ステップ（ｅ）のうちの少なくとも一方のステップが、カッティング・ブレード、カッティング・ホイール、ウォータ・ジェット、電解研削機および放電加工機のうちの少なくとも１つを使用して、強磁性金属帯板材料を切断するステップを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法に基づいて構築された高性能バルク磁気構成部品。
【請求項１３】
高性能バルク磁気構成部品を構築する方法であって、
（ａ）４〜１１重量パーセントのＳｉを含む少なくとも１種の鉄ベース合金から成る結晶性強磁性金属帯板供給材料を打ち抜いて、所定の形状を有する複数の薄片を形成するステップと、
（ｂ）前記複数の薄片を積み重ね、位置を合わせて、３次元形状を有するスタックを形成するステップと、
（ｃ）接着手段を適用しこれを活性化させて、前記複数の薄片を互いに接着して、構成部品を形成するステップと、
を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢｍａｘまで動作させたときに、前記構成部品のコア損失が、以下の「Ｌ」よりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
高性能バルク磁気構成部品を構築する方法であって、
（ａ）３５〜７０重量パーセントのＮｉを含む少なくとも１種のＦｅ−Ｎｉベース合金から成る結晶性強磁性金属帯板材料を切断して、所定の長さを有する複数の帯板を形成するステップと、
（ｂ）前記複数の帯板を積み重ねて、積み重ねられた強磁性金属帯板材料から成るバーを形成するステップと、
（ｃ）前記積み重ねられたバーに接着結合手段をしみ込ませ、前記接着結合手段を活性化させて、前記切断した複数の帯板を積層するステップと、
（ｄ）前記積み重ねられたバーを所定の長さに切断して、多面体の形状の複数の磁気構成部品を提供するステップと、
を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の周波数ｆでピーク誘導レベルＢｍａｘまで励磁させたときに、前記低損失高性能バルク磁気構成部品のコア損失が、以下のＬよりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００２８２ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記ステップ（ｄ）が、カッティング・ブレード、カッティング・ホイール、ウォータ・ジェット、電解研削機および放電加工機のうちの少なくとも１つを使用して、強磁性金属帯板を切断するステップを含む、方法。
【請求項１６】
高性能バルク磁気構成部品を構築する方法であって、
（ａ）３５〜７０重量パーセントのＮｉを含む少なくとも１種のＦｅ−Ｎｉベース合金から成る結晶性強磁性金属帯板材料をマンドレルに巻きつけて、ほぼ丸みを帯びたコーナを有するほぼ長方形のコアを形成するステップと、
（ｂ）前記ほぼ長方形のコアに接着結合手段をしみ込ませ、前記接着結合手段を活性化させて、前記層を積層するステップと、
（ｃ）前記ほぼ長方形のコアの短辺を切断して、多面体の形状の２つの磁気構成部品を形成するステップと、
（ｄ）前記ほぼ丸みを帯びたコーナを、前記ほぼ長方形のコアの長辺から取り除くステップと、
（ｅ）前記ほぼ長方形のコアの長辺を切断して、複数の磁気構成部品を形成するステップと、
を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の周波数ｆでピーク誘導レベルＢｍａｘまで励磁させたときに、該低損失高性能バルク磁気構成部品のコア損失が、以下のＬよりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記ステップ（ｃ）および前記ステップ（ｅ）のうちの少なくとも一方のステップが、カッティング・ブレード、カッティング・ホイール、ウォータ・ジェット、電解研削機および放電加工機のうちの少なくとも１つを使用して、強磁性金属帯板材料を切断するステップを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法に基づいて構築された高性能バルク磁気構成部品。
【請求項１９】
高性能バルク磁気構成部品を構築する方法であって、
（ａ）３５〜７０重量パーセントのＮｉを含む少なくとも１種のＦｅ−Ｎｉベース合金から成る結晶性強磁性金属帯板供給材料を打ち抜いて、所定の形状を有する複数の薄片を形成するステップと、
（ｂ）前記複数の薄片を積み重ね、位置を合わせて、３次元形状を有するスタックを形成するステップと、
（ｃ）接着手段を適用しこれを活性化させて、前記複数の薄片を互いに接着して、構成部品を形成するステップと、
を含み、
５０Ｈｚ乃至２０，０００Ｈｚの範囲の励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベルＢｍａｘまで動作させたときに、前記構成部品のコア損失が、以下の「Ｌ」よりも小さく、
ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂｍａｘ）１．９＋０．０００１０８ｆ１．６（Ｂｍａｘ）１．９２によって与えられ、
コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位が、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラであり、
前記構成部品において、（ｉ）６０Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１ワット以下であり、（ii）１０００Ｈｚの周波数および１．０テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの２０ワット以下であり、（iii）２０，０００Ｈｚの周波数および０．３テスラの磁束密度で動作させたとき、該構成部品のコア損失が磁性金属材料１キログラムあたりの１０５ワット以下であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
本出願は、２００１年７月２７日出願の米国仮出願第６０／２２１０３５号からの優先権を主張する。
【発明の分野】
【０００３】
本発明は、バルク磁気構成部品に関し、詳細には、大型電子装置（例えば、磁気共鳴画像システム、テレビジョン−ビデオ・システム、電子ビーム−イオン・ビーム・システムなど）用のほぼ３次元の高性能バルク金属磁気構成部品に関する。
【従来技術の説明】
【０００４】
数多くの技術応用例分野の磁気装置において、ある種の合金鋼が、長い間使用されてきた。これらのうち、最も一般的に使用されている合金鋼は、低炭素合金と３〜３．５重量パーセントまでのケイ素を含む合金とであり、これらは、それぞれ電気鋼、及びケイ素鋼と、しばしば呼ばれている。（本明細書に記載するＳｉおよび他の元素添加物の含量は、ケイ素鋼技術分野の慣例どおり、特に明記しない限り重量百分率であることを理解されたい。）これらの合金は、電動機、変圧器、アクチュエーション装置、継電器などで広く使用されている。鋼は、一般に、安価であるが、要求される条件に適さないことがしばしばある。鋼の最も著しい制限の中に、コア損失および磁気ひずみが、含まれる。低炭素鋼は、一般に、磁気装置に使用される最も安価な合金であり、厚さ３５０μｍ（０．０１４インチ）という薄い無方向性鋼板として、広く取り引きされている。しかし低炭素鋼のコア損失は、高効率を、または、ライン周波数（５０〜６０Ｈｚ）よりも高い励磁周波数を、必要とする殆どの応用例での使用を妨げる程、十分に大きい。ケイ素含有合金は、低炭素鋼よりもいくぶん低いコア損失を示す。ケイ素含有合金は、厚さ１２５〜１７５μｍ（０．００５〜０．００７インチ）の薄い、無方向性または方向性の何れか一方の鋼板として、大量に生産されている。方向性鋼板は、すぐれた結晶構造を有し、これにより、磁気特性に本質的な差異を生じさせ、鋼板内で異なる方向の励磁にすることができる。したがって、方向性鋼板は、磁束が主として定義された単一の方向に沿う応用例（変圧器およびセグメント化された構成部品などを含む）に最も適している。無方向性材料は、動作中の磁束の方向が一定でない応用例（例えば、電動機の固定子など）に、最も適している。
【０００５】
鋼の加えて、他の高誘導性結晶性材料（センダストの様なＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などを含む）が、ある種の磁気応用例で使用するために知られている。これらの合金群のそれぞれにおいて、冶金処理または軟磁性の強化のために、他の元素から成る少量の添加物を、添加することができる。
【０００６】
磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、現代医学における重要な非侵入性の診断ツールとなっている。ＭＲＩシステムは、一般に、磁場発生装置を備えている。このようないくつかの磁場発生装置は、起磁力源として、永久磁石または電磁石を使用している。さらに磁場発生装置は、しばしばギャップを画定する一対の磁極面を含み、このギャップ内に収容され、
撮像されるボリュームを有する。
【０００７】
最も初期の磁極片は、固体磁性材料（炭素鋼、高純度鉄（当技術分野において、しばしばアームコ鉄として知られている）など）から、作られた。これらは、優れたＤＣ特性を有するが、同時に、ＡＣ場の存在下において、巨視的な渦電流のため、非常に高いコア損失を有する。従来の鋼を積層した磁極片を形成することによって、多少の改良が得られている。
【０００８】
米国特許第４，６７２，３４６号は、固体構造を有し、炭素鋼などの磁性材料から形成された板状の塊を含んだ磁極面を教示する。米国特許第４，８１８，９６６号は、磁極片の周辺部分を積層磁気プレートから作ることによって、磁場発生装置の磁極片から発生させた磁束を、磁極片間のギャップに集中させることができることを教示する。米国特許第４，８２７，２３５号は、大きな飽和磁化と、軟磁性と、２０μΩ−ｃｍ以上の抵抗率と、を有する磁極片を、開示する。磁極片中で使用する軟磁性材料（パーマロイ、ケイ素鋼、非晶質磁性合金、フェライトおよび磁性複合材料を含む）が、教示されている。
【０００９】
米国特許第５，１２４，６５１号は、一次界磁石アセンブリを備えた核磁気共鳴スキャナを教示する。このアセンブリは、強磁性の上磁極片および下磁極片を含む。それぞれの磁極片は、それぞれの極性の方向に平行なそれぞれの長軸に整列した複数の細幅の長い強磁性ロッド（ｒｏｄ）を含む。好ましくは、これらのロッドは、透磁性合金（１００８鋼、軟鉄、その他同様なもの）から作られる。ロッドは、非導電性媒体によって、互いから横断方向に電気的に分離されており、これにより、界磁石アセンブリの磁極面の平面内での渦電流の発生を制限する。１９９４年２月１日にＳａｋｕｒａｉらに発行された米国特許第５，２８３，５４４号は、ＭＲＩ用の磁場発生装置を開示する。この装置は、一対の磁極片を含み、この磁極片は、複数枚の無方向性ケイ素鋼板を積層することによって形成されたブロック形の複数の磁極片部材を備えることができる。
【００１０】
以上の開示によって代表される進歩にもかかわらず、当技術分野において、改良型の磁極片が、依然として求められている。なぜならば、ＭＲＩシステムの撮像能力および品質を向上するために、これらの磁極片が、不可欠であるためである。合金鋼は、広く使用可能であるが、依然として、先進の磁気共鳴画像システム（ＭＲＩ）用のバルク磁気構成部品（磁極面磁石タイルなど）における使用に関して、不適切であると考えられている。これは主に、ＡＣ励磁下での高いコア損失のためである。
【００１１】
磁性材料分野において、一般的な３〜３．５％よりもかなり高いケイ素含量を有するケイ素鋼を使用することによって、ある種の利点が得られる可能性があることが知られている。その限界は、基本的な冶金学的制約によって定められる。ケイ素含量が約２．５％を超える合金は、閉じたγループを有すると言われている。すなわち、Ｓｉ含量が２．５％未満の合金を高温から冷却すると、体心立方構造（ｂｃｃ）のδ相から、面心立方構造（ｆｃｃ）のγ相を経て、最終的に室温でのｂｃｃ構造のα相へ変化する一連の連続する同素変態が起こる。それに対して、Ｓｉ含量がこれよりも高い合金は、最初から最後までｂｃｃ構造のままである。これによって、薄ゲージ低コア損失鋼板材を生産するのに不可欠な圧延操作と制御された結晶粒成長との慎重な相互作用が可能になる。しかし、Ｓｉ含量が約４〜４．５％よりも高いと、別の問題が生じる。即ち、超格子規則化によって特徴づけられるＤＯ3相およびＢ2相の形成である。規則正しいＤＯ3相およびＢ2相が存在すると、脆くなり、通常の圧延操作が不可能になる。
【００１２】
Ｓｉ含量６〜７％の合金は、ある魅力的な電磁特性を有することが分かっている。高い溶質含量は、合金の電気抵抗率を大きくし、コア損失の渦電流成分を改善する傾向がある。約６．５％で、合金の磁気ひずみは、ほとんどゼロとなり、内部的にまたは外部的に加
わった応力によって、磁気特性の劣化に対する構成部品の感受性が減少する。しかし、加工が難しいために、高ケイ素鉄合金は、未だに、広く、認識されてないし、応用化もされてもいない。
【００１３】
最近、Ｆｅベースの高ケイ素含量合金の板を生産する、従来の方法とは異なるいくつかの方法が、教示された。最初に、急速凝固法が、高Ｓｉ含量の薄い鋼帯材料を直接に形成するために使用された。Ｔｓｕｙａらの米国特許第４，２６５，６８２号は、４〜１０重量％のＳｉと、残部の大部分を占めるＦｅと、副次的な不純物と、から成る高ケイ素鋼帯を開示する。この鋼帯は、溶融物を急冷して、実質的に規則格子を持たない非常に微細な結晶粒を含む微細構造を形成することによって、生産される。いずれもＤａｓらに発行された米国特許第４，８６５，６５７号および米国特許第４，９９０，１９７号は、結晶粒（ｇｒａｉｎ）方向と規則−不規則反応とを促進し制御するために、Ｓｉを６〜７重量％含む急冷したＦｅ−Ｓｉの熱処理を開示する。
【００１４】
Ｆｅベースの高ケイ素含量合金の板を生産する他の方法が、米国特許第５，０８９，０６１号に開示されている。この特許は、ＳｉＣｌ4を含んだ雰囲気からの化学蒸着（ＣＶＤ）処理と鋼帯の中にＳｉを均一に拡散させる次の拡散処理とによって、鋼帯をシリコナイゼーション（ｓｉｌｉｃｏｎｉｚａｔｉｏｎ）することを教示する。
【００１５】
他の方法は、米国特許第５，４８９，３４２号によって提供されている。この特許は、ゴス（Ｇｏｓｓ）方向に正確に並んだ結晶粒を有するケイ素鋼板を製造する方法を開示する。この帯板は、２．５から７．０重量％のＳｉを含む。ゴス方向は、好ましい（１１０）＜００１＞結晶粒方向によって定義される結晶学上の構造である。
【発明の概要】
【００１６】
多面体の形状を有し、複数の結晶性強磁性金属帯板層から成る高性能バルク金属磁気構成部品を提示する。さらに本発明は、高性能バルク金属磁気構成部品を製作する方法を提供する。この磁気構成部品は、約５０Ｈｚから２０，０００Ｈｚの周波数で動作可能であり、同じ周波数範囲で動作する従来のケイ素鋼磁気構成部品に比べて、改良された性能特性を示す。具体的に、本発明に基づいて構築され、励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベル「Ｂmax」まで励磁させた磁気構成部品は、室温で、以下の「Ｌ」よりも小さいコア損失を有することができる。Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂmax）1.9＋０．０００１０８ｆ1.6（Ｂmax）1.92によって与えられ、コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位は、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラである。一実施形態において、この磁気構成部品が、（ｉ）周波数約６０Ｈｚ、磁束密度約１．０テスラ（Ｔ）で動作させたときに、磁性材料１キログラムあたり約１ワット以下のコア損失を有し、または（ｉｉ）周波数約１，０００Ｈｚ、磁束密度約１．０Ｔで動作させたときに、磁性材料１キログラムあたり約２０ワット以下のコア損失を有し、または（ｉｉｉ）周波数約２０，０００Ｈｚ、磁束密度約０．３０Ｔで動作させたときに、磁性金属材料１キログラムあたり約１０５ワット以下のコア損失を有することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態において、高性能低コア損失バルク磁気構成部品は、多面体形状部を形成するために接着結合によって一体に積層され、高い飽和磁気誘導を有する、ほぼ同じ形状の複数の強磁性金属帯板層を含む。
【００１８】
本発明はさらに、高性能バルク金属磁気構成部品を構築する方法を提供する。この方法の一実施形態において、強磁性高飽和磁気誘導金属帯板材料を切断して、所定の長さを有する切断された複数の帯板を形成する。切断した帯板を積み重ねて、積み重ねられた高飽和磁気誘導金属帯板材料から成るバーを形成し、これにエポキシ樹脂をしみ込ませて硬化させる。次いで、しみ込ませたバーから必要な形状の構成部品を切断する。
【００１９】
この方法のもう１つの実施形態において、強磁性高飽和磁気誘導金属帯板材料をマンドレルに巻きつけて、ほぼ丸みを帯びたコーナを有するほぼ長方形のコアを形成する。次いで、このコアにエポキシ樹脂をしみ込ませ、硬化させる。次いで、長方形のコアの短辺を切断して、ほぼ長方形の前記コアの前記短辺とほぼ同じサイズおよび形状を有する所定の３次元幾何形状の磁気構成部品を形成する。ほぼ長方形の前記コアの長辺から、丸みを帯びたコーナを取り除き、ほぼ長方形の前記コアの長辺を切断して、所定の３次元幾何形状を有する多面体形状の複数の磁気構成部品を形成する。
【００２０】
この方法の他の実施形態は、強磁性高飽和磁気誘導金属帯板供給材料から、必要な形状の薄片（ラミネーション）を打ち抜くステップと、薄片を積み重ねて３次元形状を形成するステップと、接着手段を適用しこれを活性化させて薄片を互いに接着して、十分な機械的保全性を有する構成部品を形成するステップと、過剰な接着剤を除去し、適切な表面仕上げおよび構成部品の最終的な寸法を与えるために、構成部品に仕上げ処理をするステップと、を含む。この方法はさらに、構成部品の磁気特性を向上させるために、任意選択で、焼なましステップを含むことができる。これらのステップは、さまざまな順番で、また、後に詳細に説明する技法を含むさまざまな技法を使用して、実施することができる。
【００２１】
本発明はさらに、上記の方法に基づいて構築されたバルク高性能金属構成部品を対象とする。具体的に、本発明に基づいて構築された高性能バルク金属磁気構成部品は、特に、高性能ＭＲＩシステム、テレビジョン−ビデオ・システム、電子−イオン・ビーム・システム、及び他の装置における磁極面磁石の金属タイルに適している。本発明によって提供される利点は、製造の簡略化、製造時間の短縮、高性能バルク金属構成部品の構築中に遭遇する応力（例えば磁気ひずみ）の低減、完成した磁気構成部品の性能の最適化などを含む。
【００２２】
なお、本発明の実施形態の以下の詳細な説明、および添付図面を参照すれば、本発明をより完全に理解することができ、他の利点が、明白となろう。全図面を通じて同じ参照番号は、同じ要素を表す。
【詳細な説明】
【００２３】
一実施態様において、ほぼ多面体の形状の高性能バルク強磁性金属磁気構成部品が、提供される。磁気構成部品は、さまざまな幾何形状（長方形、正方形および台形の角柱を含むが、これらに限定されない）で、構築することができる。さらに、上で述べた幾何形状は、少なくとも１つのアーチ形の表面を含むことができ、概ね湾曲した又はほぼアーチ形のバルク磁気構成部品を形成するために、向かい合って配置された２つのアーチ形の表面を含むことができる。使用する結晶性強磁性金属は、例えば、高ケイ素鉄、鉄ニッケル合金などの高飽和磁気誘導合金とすることができる。さらに、磁極面磁石などの完成した磁気装置を、高性能バルク磁気構成部品として、構築することができる。このような装置は、一体構造を有し、または完成した装置を集合的に形成する複数の部片から形成することができる。あるいは、装置を、全体が強磁性高飽和磁気誘導金属部品から成る複合構造、または高飽和磁気誘導金属部品と他の磁性材料との組合せから成る複合構造とすることができる。
【００２４】
磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置は、磁場発生手段の一部として、しばしば磁極片（磁極面とも呼ばれる）を使用する。当技術分野では周知のとおり、このような磁場発生手段は、定常磁場およびその上に重ねられた時間変化する磁場勾配を提供するために、使用される。高品質、高解像度のＭＲＩ画像を生み出すために、検査する試料ボリューム全体にわたって定常磁場が均一であること、および磁場勾配が鮮明であることは、不可欠である。この均一性は、適切な磁極片を使用することによって、高めることができる。本明細書に記
載のバルク金属磁気構成部品は、このような磁極面を構築する際の使用に適している。
【００２５】
ＭＲＩまたは他のマグネット・システム用の磁極片は、少なくとも１つの起磁力（ｍｍｆ）源から生じた磁束を、所定の方法で、成形し、導くように、適合される。起磁力源は、周知のｍｍｆ発生手段（永久磁石、および、常電導性巻線または超電導性巻線を有する電磁石を含む）を備えることができる。それぞれの磁極片は、本明細書に記載の１つまたは複数のバルク高性能金属磁気構成部品を含むことができる。
【００２６】
望ましくは、磁極片は、良好なＤＣ磁気特性（高い透磁率および高い飽和磁束密度を含む）を示す。ＭＲＩシステムにおける、より高い、高解像度および高動作磁束密度への要求は、磁極片が良好なＡＣ磁気特性を示す必要がある、というさらなる要件を課した。具体的に、時間変化する磁場勾配によって磁極片に生み出されるコア損失を、最小限に抑えなければならない。コア損失を低減させると、磁場勾配の鮮明度が有利に向上し、磁場勾配をより急速に変化させることが可能になり、したがって、画質を犠牲にすることなく、撮像時間を短縮することができる。
【００２７】
磁極片をさらに改良して、必要なＤＣ特性を示すだけでなく、大幅に向上したＡＣ特性をも示す磁極片を得ることが求められている。最も重要な特性は、より低いコア損失である。後に説明するが、必要な高磁束密度、高透磁率および低コア損失の組合せは、磁極片の構築において開示の磁気構成部品を使用することによって提供される。
【００２８】
次に、図１Ａから図１Ｃを詳細に参照する。図１Ａは、ほぼ長方形の３次元形状を有する高性能バルク強磁性鉄金属磁気構成部品１０の実施態様を示す図である。磁気構成部品１０は、接着結合によって一体に積層されたほぼ同じ形状の複数の強磁性高飽和磁気誘導金属帯板材料層２０を含む。図１Ｂに示した磁気構成部品は、ほぼ台形の３次元形状を有し、接着結合によって一体に積層された、それぞれがほぼ同じサイズおよび形状を有する複数の強磁性高飽和磁気誘導金属帯板材料層２０を含む。図１Ｃに示した磁気構成部品は、向かい合うように配置された２つのアーチ形の表面１２を含む。磁気構成部品１０は、接着結合によって一体に積層されたほぼ同じ形状の複数の強磁性高飽和磁気誘導金属帯板材料層２０から構築されている。
【００２９】
バルク金属磁気構成部品１０の実施態様は、ほぼ３次元の多面体であり、それらの形状は、ほぼ長方形、正方形または台形の角柱を含むことができる。あるいは、図１Ｃに示すように、構成部品１０は、少なくとも１つのアーチ形の表面１２を有することができ、図示のように、互いの反対側に配置された２つのアーチ形の表面１２を含むことができる。図１Ａから図１Ｃに示した形状は、単なる例に過ぎず、このような構成部品の高さ、幅、長さのアスペクト比またはアーチの長さは、応用例に応じて、大幅に変更することができる。
【００３０】
本発明に基づいて構築された３次元磁気構成部品１０は、低いコア損失を示す。励磁周波数「ｆ」でピーク誘導レベル「Ｂmax」まで励磁させると、この磁気構成部品は、室温で、以下の「Ｌ」よりも低いコア損失を有することができる。Ｌは、式Ｌ＝０．０１３５ｆ（Ｂmax）1.9＋０．０００１０８ｆ1.6（Ｂmax）1.92によって与えられ、コア損失、励磁周波数およびピーク誘導レベルの単位は、それぞれワット毎キログラム、ヘルツおよびテスラである。もう１つの実施形態において、磁気構成部品は、（ｉ）周波数約６０Ｈｚ、磁束密度約１．０テスラ（Ｔ）で動作させたときに、磁性材料１キログラムあたり約１ワット以下のコア損失を有し、または（ｉｉ）周波数約１，０００Ｈｚ、磁束密度約１．０Ｔで動作させたときに、磁性材料１キログラムあたり約２０ワット以下のコア損失を有し、または（ｉｉｉ）周波数約２０，０００Ｈｚ、磁束密度約０．３０Ｔで動作させたときに、磁性金属材料１キログラムあたり約１０５ワット以下のコア損失を有することがで
きる。構成部品のコア損失を低減させると、このような構成部品が組み込まれた電気装置の効率は、有利に向上する。
【００３１】
このような低い値のコア損失のため、このバルク磁気構成部品は、構成部品が高周波数の励磁（例えば最低でも約１００Ｈｚの周波数で起こる励磁）を受ける応用例に対して、特に適している。従来の鋼は、それが本来備えている高周波数での高いコア損失のため、このような高周波数励磁を必要とする装置での使用に不適切である。これらのコア損失性能値は、本明細書に記載のさまざまな実施形態にあてはまり、バルク金属構成部品の特定の幾何形状とは無関係である。
【００３２】
本発明はさらに、高性能バルク金属磁気構成部品を構築する方法を提供する。図２に示すように、強磁性高飽和磁気誘導金属帯板材料のロール３０を、例えばカッティング・ブレード４０を使用して、同じ形状およびサイズの複数の帯板２０に切断する。帯板２０を積み重ねて、積み重ねられた高飽和磁気誘導金属帯板材料から成るバー５０を形成する。このバー５０にエポキシ樹脂をしみ込ませ硬化させて、帯板どうしを、一体に接着結合する。図３に示された線５２に沿って、バー５０を切断して、ほぼ長方形、正方形または台形の角柱の形状を有する複数のほぼ３次元部を作り出すことができる。切断手段は、カッティング・ホイール、ウォータ・ジェット、電解研削機、放電加工機または他の適切な装置とすることができる。あるいは、構成部品１０は、図１Ｃに示したような、少なくとも１つのアーチ形の表面１２を含むことができる。
【００３３】
図４および図５に示す他の実施態様において、単一の強磁性高飽和磁気誘導金属帯板２２または一群の強磁性高飽和磁気誘導金属帯板２２を、ほぼ長方形のマンドレル６０に巻き付けて、ほぼ長方形の巻コア７０を形成することによって、バルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品１０を形成する。好ましくは、コア７０の短辺７４の高さは、仕上げ後のバルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品１０の所望の長さにほぼ等しい。このコア７０にエポキシ樹脂をしみ込ませ硬化させて、コアの各層を一体に接着結合する。長辺７８ａおよび７８ｂに接続した丸みを帯びたコーナ７６を残して、短辺７４を切り離すことによって、２つの構成部品１０を形成することができる。長辺７８ａおよび７８ｂから丸みを帯びたコーナ７６を取り去り、破線７２によって指示された複数の位置で長辺７８ａおよび７８ｂを切断することによって、追加の磁気構成部品１０を形成することができる。図５に示した例において、バルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品１０は、ほぼ３次元の長方形の形状を有するが、他の３次元形状、例えば少なくとも１つの台形または正方形の面を有する形状も企図される。
【００３４】
バルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品１０は、積み重ねられた強磁性高飽和磁気誘導金属帯板から成るバー５０から、または巻きつけられた強磁性高飽和磁気誘導金属帯板から成るコア７０から、多くの異なる切断技術を使用して、切断することができる。構成部品１０は、カッティング・ブレードまたはホイールを使用して、バー５０またはコア７０から切り離すことができる。構成部品１０は、放電加工、電解研削、ウォータ・ジェットまたは他の適切な切断装置を使用して、切断することができる。
【００３５】
この方法を説明する他の実施形態を図６Ａに示す。高飽和磁気誘導金属帯板は、まず、不活性ガス・ボックス炉（図示せず）中で、その磁気特性の改善を達成し、かつ合金帯板の所望の超格子規則化レベルを達成するのに十分な、予め選択した温度および予め選択した時間で、焼きなまされる。次いで、熱処理した帯板３２は、ロール３０から、自動高速パンチング・プレス３８に供給され、パンチ４０と底の開いたダイ４１との間に供給される。パンチをダイの中へ打ち込み、それによって、必要な形状の薄片（ラミネーション）２０を形成する。次いで、薄片２０を、落下させ、即ち、薄片２０を、ダイ４１から収集装置４９へ運搬し、パンチ４０を、後退させる。収集装置４９は、図２Ｃに示すようなコ
ンベヤ・ベルト、または薄片２０を集めるための容器２１とすることができる。帯板材料３２のスケルトン３３が、後に残り、スケルトンは、薄片２０を取り去った後の穴３４を含む。スケルトン３３は、巻取りスプール３１に集められる。各パンチング動作を実行した後に、帯板３２は、次のパンチング・サイクルに備えて帯板を準備するために、割り出しされる。予め選択された数の薄片２０が、打ち抜かれ、容器に集められるまで、このパンチング・プロセスは、続けられ、その後、プレス・サイクルは、停止される。次いで、それぞれの薄片２０の片面に、嫌気性（ａｎａｅｒｏｂｉｃ）接着剤を、手動または自動で塗布し、薄片を、アライメント固定具（図示せず）の中で、位置調整して、積み重ねることができる。その接着剤を、硬化させる。積層された薄片２０から成るスタック１０（図１Ａ〜図１Ｃ参照）を、アライメント固定具から取り出し、スタック１０の表面を、過剰な接着剤を取り除くことによって、仕上げる。
【００３６】
他の実施形態を図６Ｂに示す。強磁性金属帯板材料３２のロール３０を、自動高速パンチング・プレス３８のパンチ４０と底の開いたダイ４１との間に、連続的に供給する。パンチ４０を、ダイ４１の中へ打ち込み、それによって、必要な形状の薄片２０を形成する。次いで、薄片２０を、ダイ４１から収集マガジン４８へ落下させ（または運搬し）、パンチ４０を、後退させる。帯板材料３２のスケルトン３３は、後に残り、スケルトンは、薄片２０を取り去った後の穴３４を含む。スケルトン３３は、巻取りスプール３１に集められる。それぞれのパンチング動作を実施した後、帯板３２は、次のパンチング・サイクルに備えて帯板を準備するために、割り出しされる。帯板材料３２は、単一の層として、あるいは複数のペイオフからの、または複数の層の事前のスプーリングによる複数の層（図示せず）として、プレス３８に供給することができる。複数の帯板材料層３２の使用は、所与の数の薄片２０を生み出すのに必要な、パンチ・ストロークの回数を有利に低減する。パンチング・プロセスを継続し、複数の薄片２０を、十分に位置を合わせてマガジン４８の中に集める。必要な数の薄片２０を打ち抜き、マガジン４８の中に積み上げた後、パンチング・プレス３８の操作は、中断される。必要な数は、予め選択し、またはマガジン４８の中に受け取られた薄片２０の高さまたは重量によって決定することができる。次いで、パンチング・プレス３８からマガジン４８を取り外して、以降の処理に供する。一実施態様において、マガジン４８およびその中に含まれる薄片２０を、不活性ガス・ボックス炉（図示せず）に入れ、熱処理する。この熱処理は、これらを、予め選択した温度まで加熱し、合金内の残留応力を軽減することによってその磁気特性の改善を達成するのに十分な予め選択された時間のあいだ、この温度に維持することによって実施する。次いで、マガジンおよび薄片を、周囲温度まで冷却する。低粘度の熱活性化エポキシ樹脂（図示せず）を、マガジン４８の壁によって位置合せされて維持された薄片２０間に、浸潤させる。次いで、マガジン４８全体およびその中に含まれる薄片２０を、エポキシ樹脂の硬化を達成するのに十分な時間、硬化炉の中に置くことによって、エポキシ樹脂を、活性化させる。積層された薄片２０から成るスタック１０（図１Ａ〜図１Ｃ参照）を取り出し、過剰なエポキシ樹脂を除去することによって、スタック１０の表面を仕上げる。切断、打抜き、および積層の後に、オプションの仕上げ段階を実施して、構成部品を仕上げてもよい。このような仕上げ操作は、例えば、余分な接着剤を除去すること、構成部品に適切な表面仕上げを与えること、および／または構成部品にその所望の構成部品寸法を与えることなどを含む。
【００３７】
本発明はさらに、少なくとも１つの高性能バルク磁気構成部品を含む磁極面磁石を提供する。次に図７を参照すると、複数のバルク高性能磁気構成部品を含む磁極面磁石１００の一実施態様が示されている。この実施態様において、円筒形の非磁性ハウジング１０２の中に、所定のアライメントで構成部品を置き、ハウジングおよび構成部品間のギャップに、エポキシ・ポッティング・コンパウンド１０４を充てんし、このアセンブリを硬化させることによって、ほぼ円筒形の磁極面磁石１００が、組み立てられている。代替として、ハウジングは、無くてもよい。図示の実施態様において、磁極面磁石１００は、ほぼ正
四角柱の形状の中心バルク高性能磁気構成部品１０６と、副次的な４つの周辺構成部品１０８、１１０、１１２および１１４と、を含む。それぞれの周辺構成部品１０８、１１０、１１２および１１４の外面は、ほぼ９０度の弧であり、そのため、図示のように構築すると、磁極面磁石１００は、ほぼ円形となる。
【００３８】
本発明の高性能バルク金属磁気構成部品を構築する際に、高飽和磁気誘導、高透磁率および低コア損失の組合せを有するいくつかの結晶性強磁性合金を、使用することができる。合金は、４〜１１％の高ケイ素含量を有する鉄ベースの合金とすることができる。いくつかの応用例において、Ｓｉを６〜７％含む合金が、より適している。ニッケルを３５〜７０％含み、飽和磁気誘導が１．２Ｔを超えるＦｅ−Ｎｉから成るＦｅ−Ｎｉベースの合金も、適切な場合がある。Ｎｉを４５〜５５％含むＦｅ−Ｎｉ合金の飽和磁気誘導値は、特に高く、例えば１．５Ｔを超える。Ｆｅ−Ｃｏの合金は、非常に高い飽和磁気誘導を有するが、Ｆｅ−ＮｉまたはＦｅ−Ｓｉ合金よりも、高いコア損失を有する傾向がある。センダストなどのＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金は、より低い飽和磁気誘導（例えば約１．２Ｔ）を有するが、非常に低い磁気ひずみ、低いコア損失および高い透磁率を有利に有する。
【００３９】
帯板材料層は、任意選択で、層の渦電流損をさらに低減する絶縁コーティングを有することができる。このような応用例に対して、例えば、リン酸塩コーティング、あるいは、電気分野で知られている他の無機または有機コーティングが、適切である。
【００４０】
３次元高性能バルク金属磁気構成部品を製造する際の使用に適した合金は、その構成部品を使用する温度で、強磁性である合金である。強磁性材料とは、材料の特性温度（一般にキュリー温度と呼ばれる）よりも低い温度で、その成分原子の強い長距離の結合およびその磁気モーメントの空間的なアライメントを示す材料である。室温で動作する装置の中で使用される材料のキュリー温度は少なくとも約２００℃、好ましくは少なくとも約３７５℃であることが好ましい。その中に組み込まれた材料が、適切なキュリー温度を有する場合、装置は、より低温または高温を含む他の温度でも動作することができる。
【００４１】
強磁性材料はさらに、その飽和磁気誘導によって、または同じくその飽和磁束密度または磁化によって特徴づけることができる。本明細書で適切とする合金は、少なくとも約１．２テスラ（Ｔ）、より適切には少なくとも約１．５Ｔの飽和磁気誘導を有する。低渦電流損を促進するため合金はさらに、例えば少なくとも約３０μΩ−ｃｍの高電気抵抗率を有する。
【００４２】
強磁性材料は、高品質の強磁性帯板を生み出す化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを使用することによって、形成することができる。例えば、高ケイ素含量Ｆｅベース合金の板は、ＳｉＣｌ4を含む非酸化性ガス雰囲気中でのＣＶＤによって、鋼帯を摂氏１０２３度から１２００度の間の温度でシリコナイゼーションにかけ、次いで、拡散処理を実行して、鋼帯の中に均一にＳｉを拡散させることによって生み出すことができる。次いで、得られた鋼帯を、冷却し、コイル状に巻くと、使用準備は、完了である。あるいは、急速凝固プロセスを使用して、高ケイ素鋼帯を作り出すこともできる。例えば、まずはじめに、約４〜１１重量パーセントのケイ素および副次的な不純物を含む高ケイ素鋼溶融物を調製する。次に、この高ケイ素鋼溶融物を、冷却基板上で約４００℃まで急速に（摂氏目盛で１０3から１０6度毎秒の速度で）冷却して、薄い金属帯板を形成する。得られる金属帯板材料は、優れた磁気特性を示すことが知られている。
【００４３】
磁気構成部品を構築するのに適した無方向性強磁性高ケイ素鉄合金が、最近、市場に出た。例えば、日本鋼管が販売している高ケイ素鋼材料ＳｕｐｅｒＥおよびＳｕｐｅｒＨＦシリーズである。前者は、Ｓｉを６．５％含む合金鋼であり、後者は、表面の６．５％Ｓｉから中央の４％まで帯板の厚さに沿ったＳｉ濃度勾配を有する合金である。これらはと
もに、平均飽和磁束密度が、それぞれ１．８Ｔおよび１．８５Ｔの、厚さ０．０５ｍｍの薄い連続帯板材料として、販売されている。
【００４４】
センダストなどの三元Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金も、それらの透磁率およびコア損失のため、ある種の磁極面応用例に対して、適切である場合がある。本質的に４〜７％のＡｌ、８〜１１％のＳｉ、その残部のＦｅおよび副次的な不純物から成る合金は、適切である可能性があり、Ａｌ５．５％、Ｓｉ９．５％の組成が、好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金を調製する周知の技法は、急速凝固法、高圧鋳造法および粉末冶金法を含む。
【００４５】
本発明に適した、Ｎｉを４５〜５５％含むＦｅ−Ｎｉ合金は、ＤｅｌｔａＭａｘの商品名でＮａｔｉｏｎａｌ  Ａｒｎｏｌｄ社から販売されている。ラウンド・ループ・バージョンのＦｅ−Ｎｉ合金は、Ｂ−Ｈループのスクエアネス（ｓｑｕａｒｅｎｅｓｓ）が大きくなるように処理したバージョンよりも低いコア損失を示すので、一般には、ラウンド・ループ・バージョンのＦｅ−Ｎｉ合金のほうが、好ましい。
【００４６】
バルク磁性金属部品の構築において、接着結合手段を使用して、複数の金属材料層を互いに接着し、それによって、取扱い、使用、またはより大きな構造への組込みに対する十分な構造的保全性を、構成部品に与えることができる。接着手段は、隣接する金属層の表面の一部（例えば、その周囲に近い部分）だけを、接着することができる。あるいは、接着手段は、隣接する層の面積の少なくとも５０％、より適切には隣接する層のほぼ全面積を、接着することができる。
【００４７】
接着結合手段は、一般に、接着剤の使用を含む。エポキシ樹脂、ワニス、嫌気性接着剤および室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン材料を含むさまざまな接着剤が、適切である。接着剤は、低粘度、低収縮、低弾性係数、高剥離接着強さおよび高絶縁耐力であることが望ましい。エポキシ樹脂は、硬化が化学的に活性化されるマルチパート（ｍｕｌｔｉ−ｐａｒｔ）、または硬化が熱または紫外放射への暴露によって活性化されるシングルパート（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｒｔ）とすることができる。接着剤を塗布する適切な方法は、浸し塗り、吹付け塗り、刷毛塗り、静電塗りなどを含む。ただし、これらに限定されるわけではない。帯板形態またはリボン形態の金属の場合、接着剤を金属へ転写するロッドまたはローラの上を通過させることによって、金属を、接着剤でコーティングすることもできる。グラビア・ローラ、ワイヤ・ラップ・ローラなど、表面にテタスチャのあるローラまたはロッドは、均一な接着剤コーティングを金属の表面に転写する際に、特に有効である。接着剤は、個々の金属層に、１度に１枚ずつ塗布することができる。あるいは、積み重ねた後の金属層に、ひとまとめに塗布することもできる。この場合、接着剤の毛管流によって、スタックの薄片間に接着剤をしみ込ませる。充てんをより完全にするために、スタックを、真空中または静水圧下に置くこともできる。このような手順によって、加える接着剤の全体ボリュームを最小限に抑えることができ、したがって、よく制御された高いスタッキング・ファクタを得ることができる。
【００４８】
この方法の他の実施態様において、構成部品の層の積層を、積み重ねた層をオーバーモールドすることによって、またはバンドまたは他の同様の手段を用いて層を機械的に拘束することによって、実施することができる。
【００４９】
本明細書に記載のバルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品は、特に、高性能ＭＲＩシステム、テレビジョン−ビデオ・システム、及び、電子−イオン・ビーム・システム内に使用される磁極面磁石用のタイルに適している。開示の技法は、磁気構成部品の製造を簡略化し、製造時間を短縮する。バルク高飽和磁気誘導金属部品の構築の間に遭遇する応力は、最小限に抑えられ、完成構成部品の磁気性能は、最適化される。
【００５０】
１つまたは複数の磁極面磁石を有する電磁石を備えた電磁石システムは、一般に、電磁石のギャップの中に時間変化する磁場を生み出すために、使用される。時間変化する磁場は、例えば純粋なＡＣ場、すなわち時間平均値がゼロである場である。時間変化する場は、任意選択で、従来から場のＤＣ成分として表示されている非ゼロの時間平均値を、有することができる。電磁石システムにおいて、少なくとも１つの磁極面磁石が、時間変化する磁場を受ける。その結果、磁極面磁石は、それぞれの励磁サイクルで磁化され、減磁される。磁極面磁石内の時間変化する磁束密度または磁気誘導は、磁極面磁石内でのコア損失に起因する発熱を引き起こす。
【００５１】
複数のバルク磁気構成部品から成る磁極面の場合、全体の損失は、同じ磁束波形をそれぞれ受けた場合にそれぞれの構成部品の内部に生み出されるであろうコア損失と、構成部品間に電気的な連続性を提供する経路上を循環する渦電流に伴う損失との結果である。
【００５２】
バルク高性能磁気構成部品は、他の従来の鉄ベースの磁性金属から作られた構成部品よりも、効率的に磁化し減磁する。磁極磁石として使用する場合、高性能低損失金属構成部品は、他の鉄ベースの磁性金属から作られた対応する構成部品に比べて、これらの２つの構成部品を全く同じ誘導／励磁周波数で磁化したときに、より少ない熱を発生させる。さらに、適切な強磁性金属は、少なくとも約１．２Ｔ、好ましくは少なくとも約１．７Ｔの飽和磁気誘導を有する。高ケイ素鉄合金は、最高約１．８Ｔの飽和磁気誘導を有することができる。このような飽和磁気誘導は、一般、に０．６〜０．９Ｔである高Ｎｉパーマロイ合金などの他の低損失軟磁性材料のそれよりも、かなり大きい。したがって、この金属構成部品は、他の従来の鉄ベースの磁性金属から作られた磁気構成部品に比べて、１）より低い動作温度で、あるいは２）サイズおよび重量の低減を達成するためにより高い誘導で、あるいは３）サイズおよび重量の低減を達成し、または優れた信号分解能を達成するためにより高い励磁周波数で、動作するように設計することができる。合金帯板の厚さは、１００μｍ（０．００４インチ）以下、電気抵抗率は、３０μΩ−ｃｍ以上である。市販の５０Ｎｉ−Ｆｅ合金の飽和磁気誘導は、一般に、少なくとも１．５Ｔ、抵抗率は、少なくとも３０μΩ−ｃｍである。好ましくは、合金帯板は、厚さ５０μｍ（０．００２インチ）以下で、電気抵抗率５０〜８０μΩ−ｃｍまたはそれ以上の高ケイ素鉄合金から成る。
【００５３】
複数の細長い強磁性ロッドを備える磁極片内の渦電流は、間に挿入した非電導性材料でロッドを互いから電気的に分離することによって、低減できることが分かっている。本明細書に教示の材料および構築方法を使用すると、他の材料または他の構築方法を用いて作られた従来の構成部品で示される損失からそれぞれの個々の構成部品の内部に生じる損失が、低減されるので、本明細書に開示の構成部品は、全体の損失を大幅に低減することができる。
【００５４】
コア損失は、強磁性材料の磁化が時間とともに変化するときに強磁性材料内で生じるエネルギー散逸と定義することができる。所与の磁気構成部品のコア損失は、一般に、構成部品を周期的に励磁することによって決定する。時間変化する磁場を構成部品に適用して、構成部品の内部に、磁気誘導または磁束密度の対応する時間変化を生じさせる。測定を標準化するため、励磁は、一般に、磁気誘導が、周波数「ｆ」、ピーク振幅「Ｂmax」の正弦曲線を描いて時間変化するように選択される。次いで、周知の電気測定機器および技法によって、コア損失を決定する。損失は、従来から、励磁中の磁性材料の単位質量または体積あたりのワット数として、報告されている。損失は、ｆおよびＢmaxの増大とともに、単調に増大することが知られている。磁極面磁石の構成部品に使用される軟磁性材料のコア損失を試験する最も標準的な実施要綱｛例えばＡＳＴＭ規格Ａ９１２−９３およびＡ９２７（Ａ９２７Ｍ−９４）｝は、実質的に閉じた磁気回路中にこのような材料の試料を配置すること、すなわち閉じた磁束線が試料ボリュームの中に完全に含まれる構成を要
求する。このような試料形態は、テープ巻またはパンチ・トロイドと、ヨークを横断した単一の帯板と、エプスタイン・フレームのような積み重ねられた形態と、を含む。
【００５５】
いくつかのケースの場合、本明細書に記載の構成部品のコア損失挙動は、磁気的に開いた回路中、すなわち磁束線が空気ギャップを横断しなければならない構成中で試験することによって、最もよく特徴づけられる。このような試験は、１つまたは複数の空気ギャップが回路の全体の磁気抵抗のかなりの部分に寄与している回路中で構成部品を使用したときに、構成部品の挙動をより忠実にシミュレートする。いくつかの磁極面構成を含むことができるこのようなケースにおいて、磁場のフリンジング効果および不均一性は、対応する材料がより低い磁気抵抗回路または閉回路中で示すコア損失よりも、コア損失（すなわち単位質量または体積あたりのワット値）をいくぶん高くする。本発明のバルク磁気構成部品は、開回路構成でさえも、広い範囲の磁束密度および周波数にわたって、低いコア損失を有利に示す。
【００５６】
理論付けされているわけではないが、提示した低損失バルク高飽和磁気誘導金属構成部品の全コア損失は、ヒステリシス損および渦電流損からの寄与を含むと考えられる。これらの２つの寄与はともに、ピーク磁気誘導Ｂmaxと励磁周波数ｆとの関数である。非晶質および高ケイ素鉄金属におけるコア損失に関する従来技術の分析（例えば、Ｇ．Ｅ．Ｆｉｓｈ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５７、３５６９（１９８５）、および、Ｇ．Ｅ．Ｆｉｓｈら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６４、５３７０（１９８８）を参照のこと）は、一般に、閉磁路中の材料に対して得られたデータに限られている。
【００５７】
本発明のバルク磁気構成部品の単位質量あたりの全コア損失Ｌ（Ｂmax，ｆ）は、本質的に、下記の形の関数によって定義される。
【００５８】
Ｌ（Ｂmax，ｆ）＝ｃ1ｆ（Ｂmax）n＋ｃ2ｆq（Ｂmax）m
上式で、係数ｃ1およびｃ2、ならびに指数ｎ、ｍおよびｑは、全て経験的に決定しなければならない。これらの値を正確に決定する理論は知られていない。この式を使用することによって、本発明のバルク磁気構成部品の全コア損失を、選択した試験ポイントだけでなく、必要な任意の動作誘導および励磁周波数において決定することができる。
【００５９】
上式などのコア損失の式は、本発明の構成部品の必要な性能を定義する。この式のパラメータは、代表的な経験的試験データ点から、最小２乗フィッティング（回帰分析としても知られている）などの数値解析法を使用して、決定することができる。指数ｎ、ｍおよびｑを調整する場合、周知の非線形法が必要となる。ｃ1およびｃ2を決定するだけなら、線形法で十分である。
【００６０】
さらに、特定の幾何形状のバルク磁気構成部品において、その中の磁場が、空間的に均一でないことが一般に知られている。有限要素モデル化などの技法は、実際のバルク磁気構成部品で測定される磁束密度分布に非常に近い、ピーク磁束密度の空間的および時間的変動の推定を、提供することが知られている。先のコア損失の式は、空間的に均一な磁束密度励磁下における、所与の材料の損失を与える。このコア損失の式と先のモデル化とを組み合わせることができ、したがって、（磁束密度が不均一な）動作構成にある所与の構成部品の対応する実際のコア損失を、合理的な正確さで予測することができる。
【００６１】
本発明の磁気構成部品のコア損失の測定は、先に挙げたＡＳＴＭ方法を含む当技術分野で周知のさまざまな方法を使用して、実施することができる。本発明の構成部品を測定するのに適した他の方法は、本発明の磁気構成部品と閉磁路化構造手段とを含む磁気回路を形成することを含む。他の方法において、磁気回路は、本発明の複数の磁気構成部品と閉磁路化構造手段とを含むことができる。閉磁路化構造手段は、一般に、高い透磁率と、構成部品を検査する磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度とを有する軟磁性体を含む。
軟磁性材料は、構成部品の飽和磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度を有することができる。その方向に沿って構成部品を試験する磁束の方向は、一般に、互いの反対側に位置する構成部品の第１および第２の面を定義する。磁束線は、第１の面の平面に対して、ほぼ垂直な方向から構成部品に入る。磁束線は、高飽和磁気誘導金属帯板の平面に、ほぼ従い、第２の面から現れる。閉磁路化構造手段は、一般に、閉磁路化磁気構成部品を含む。このような構成部品は、本明細書の教示のとおりに構築することができるが、他の方法および周知の材料を使用して、構築することもできる。閉磁路化磁気構成部品はさらに、それぞれの平面に対してほぼ垂直な方向に磁束線が出入りする、互いの反対側に位置する第１および第２の面を有する。互いの反対側に位置する閉磁路化構成部品のこれらの面は、実際の試験のあいだ、閉磁路化構成部品を対合させる先の磁気構成部品のそれぞれの面と実質的に同じサイズおよび形状を有する。閉磁路化磁気構成部品は、その第１および第２の面が、本発明の磁気構成部品の第１および第２の面とそれぞれ密接に近接し、実質的に近接した対合関係に配置される。本発明の磁気構成部品または閉磁路化磁気構成部品に巻かれた第１の巻線に、電流を流すことによって、起磁力が、印加される。結果として生じる磁束密度を、試験対象の磁気構成部品に巻かれた第２の巻線に誘導された電圧から、ファラデーの法則によって決定する。この起磁力から印加された磁場を、アンペアの法則によって決定する。次いで、印加された磁場および結果として生じた磁束密度から、従来の方法によって、コア損失を計算する。
【００６２】
図５を参照すると、以下で説明する試験方法によって容易に決定することができるコア損失を有する構成部品１０が、示されている。例えば、コア損失試験用の磁気構成部品１０として、コア７０の長辺７８ｂを指定する。ほぼＣ字形を呈し、ほぼ丸みを帯びた４つのコーナ７６、短辺７４および長辺７８ａを備えるコア７０の残りの部分は、閉磁路化構造手段の働きをする。丸みを帯びたコーナ７６、短辺７４および長辺７８ａを分離するそれぞれの切断７２は、任意選択である。一般に、コア７０の残部から長辺７８ｂを分離する切断のみが、実施される。コア７０を切断して長辺７８ｂを取り外すことによって形成される切断面は、磁気構成部品の互いの反対側の複数の面と、閉磁路化磁気構成部品の互いの反対側の複数の面と、を画定する。試験に関し、長辺７８ｂの面を、切断によって画定された対応する面と平行に、かつこれらの面と密接に近接させて配置する。長辺７８ｂの面のサイズおよび形状は、閉磁路化磁気構成部品の面と実質的に同じである。２本の銅の巻線（図示せず）を長辺７８ｂに巻きつける。適切な大きさの交流電流を第１の巻線に流して、必要な周波数およびピーク磁束密度で、長辺７８ｂを励磁する起磁力を提供する。長辺７８ｂおよび閉磁路化磁気構成部品中の磁束線は、一般に、帯板２２の平面内にあり、円周状に導かれる。長辺７８ｂ内の時間変化する磁束密度を指示する電圧が、第２の巻線に誘導される。この電圧および電流の測定値から、従来の電子手段によって、コア損失を決定する。
【００６３】
バルク磁気構成部品のいくつかの実施態様を説明したが、当業者なら、添付の請求項の趣旨および範囲に含まれるさまざまな変更、追加および修正を実施することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１Ａは、ほぼ長方形多面体の形状を有する、本発明に基づいて構築された高性能バルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品の透視図である。
【００６５】
図１Ｂは、ほぼ台形多面体の形状を有する、本発明に基づいて構築された高性能バルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品の透視図である。
【００６６】
図１Ｃは、向かい合って配置された複数のアーチ形表面を含む多面体の形状を有し、本発明に基づいて構築された高性能バルク高飽和磁気誘導金属磁気構成部品の透視図である。
【図２】本発明に基づいて切断し積み重ねるために配置された、強磁性高飽和磁気誘導金属帯板のコイルの側面図である。
【図３】強磁性高飽和磁気誘導金属帯板のバーの透視図である。本発明の一実施態様に基づくほぼ台形の複数の磁気構成部品を生産するための切断線が示されている。
【図４】本発明の一実施態様に基づくほぼ長方形のコアを形成するためにマンドレルに巻き付けられている強磁性高飽和磁気誘導金属帯板のコイルの側面図である。
【図５】本発明の一実施態様に基づいて形成された、ほぼ長方形の強磁性高飽和磁気誘導金属コアの透視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、打抜き位置にある強磁性高飽和磁気誘導金属帯板のコイル、および本発明の一実施態様に基づく収集位置にある強磁性高飽和磁気誘導金属薄片の側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、打抜き位置にある強磁性高飽和磁気誘導金属帯板のコイル、および本発明の一実施態様に基づく積重ね位置にある強磁性高飽和磁気誘導金属薄片の側面図である。
【図７】本発明に基づいて構築された高性能バルク磁気金属構成部品を含む磁極面磁石の平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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