(57)【要約】      （修正有）【課題】アモルファスコアを焼鈍してアモルファスコアに分布ギャップを形成する方法を提供する。【解決手段】電気チョークは、分布ギャップを有する磁気コアを備えている。この磁気コアは、急速に固化した鉄基材の金属合金から構成されている。上記分布ギャップの構造は、アモルファス合金の部分結晶化を生じさせる焼き鈍し処理によって生成される。この焼き鈍し処理の結果として、磁気コアは、１００乃至４００の範囲の透磁率、低い鉄損（すなわち、１００ｋＨｚ及び０．１Ｔにおいて７０Ｗ／ｋｇ未満）、及び、優れたＤＣバイアス挙動（少なくとも４０％の初期透磁率が、３９８０Ａ／ｍすなわち５０ＯｅのＤＣバイアス電界で維持される）を示す。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布ギャップを有し本体内部と表面の両方の１０−３０容量％が部分的に結晶化されているＦｅ８０Ｂ１１Ｓｉ９の組成を有するＦｅ基アモルファス金属合金から構成されており１０ｋＨｚで１００−４００の透磁率を有する磁気コアを含む電気チョーク。
【請求項２】
３９８０Ａ／ｍ（５０Ｏｅ）のＤＣバイアス磁界において維持される４０％の初期透磁率と１００ｋＨｚと０．１Ｔのバイアス磁界における７０Ｗ／ｋｇ未満の鉄損と高い飽和磁束密度を有するコアを含む請求項１に記載の電気チョーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布ギャップを有する電気チョーク用アモルファス金属磁気コアに関し、より詳細に言えばアモルファスコアを焼鈍して該アモルファスコアに分布ギャップを形成する方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
電気チョークは、エネルギ蓄積インダクタである。トロイダル状のインダクタに関して、蓄積されたエネルギＷは、Ｗ＝１／２［（Ｂ２Ａｃｌｍ）／（２μ０μｒ）］で表され、Ｂは磁束密度であり、Ａｃはコアの有効磁気面積であり、ｌｍは平均磁束路長であり、μ０は自由空間の透磁率であり、μｒは材料の比透磁率である。
【０００３】
小さなエアギャップをトロイドに導入すると、そのようなエアギャップの磁束は強磁性コア材料の磁束と同じ磁束のままである。しかしながら、空気の透磁率（μ〜１）は、代表的な強磁性体材料の透磁率（μ〜数千）よりも著しく小さいので、ギャップの磁界強度（Ｈ）は、コアの残りの部分の磁界強度よりも極めて大きくなる（Ｈ＝Ｂ／μ）。磁界に蓄積される単位体積当たりのエネルギＷは、Ｗ＝１／２（Ｂ／Ｈ）で表され、そのようなエネルギは、主としてエアギャップに集中されることを表している。換言すれば、コアのエネルギ蓄積能力は、ギャップの導入により高められる。上記ギャップは、離散させる（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）かあるいは分布させる（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ）ことができる。分布されたギャップすなわち分布ギャップは、非磁性結合剤で結合した強磁性体粉末を用いることによって、あるいは、アモルファス合金を部分的に結晶化させることによって、導入することができる。アモルファス合金を部分的に結晶化させることによってギャップを導入する場合には、強磁性結晶相が分離して、非磁性マトリックスに包まれる。この部分的な結晶化のメカニズムは、本発明のチョークに関して利用される。
【０００４】
Ｆｅ基材のアモルファスコアを焼鈍する原理に基づく電気チョークは、英国特許第２，１１７，９７９号Ａ及び、米国特許第４，８１２，１８１号に記載されている。上記米国特許第４，８１２，１８１号には、Ｆｅ基材のアモルファスコアに４１０℃よりも高い温度で長時問（１０時間以上）の焼鈍を行うことによって、平坦な磁化巻線（Ｆｌａｔ  ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｌｏｏｐ）を得るための方法が開示されている。上記米国特許に開示されているこの方法は、アモルファスリボンの表面を結晶化し、これにより、該リボンのアモルファスバルクに応力を与える工程を備えている。
【０００５】
上記英国特許第２，１１７，９７９号においては、電気チョークは、Ｆｅ基材のアモルファスコアの熱処理作業に基づいて形成されている。最大透磁率は、その初期値の１／５０乃至１／３０まで減少し（４０，０００の最大透磁率に関して、上記処理によって、約８００から１，３００の範囲の値が生ずる）、アモルファスコアは、その体積の１０％を超えない一定程度の結晶化を示す。
【０００６】
ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（ＭＡＧ−２０（１９８４）  Ｓｅｐ．，Ｎｏ．５，Ｐａｒｔ２，ＮＹ，ＵＳＡ）は、その１４１５−１４１６ページにおいて、チョーク及びインダクタ用のＦｅ−Ｂ基材のアモルファス合金の開発を議論している。この論文は、高い周波数損失特性を犠牲にする２００の透磁率を注記している。
【０００７】
欧州特許出願第５１３３８５号（ＥＰ−Ａ−５１３−３８５）は、Ｆｅ−Ｂ結晶の生成を阻止するためにアルミニウムを必要とする、鉄基材の軟らかい磁気合金を開示している。
【０００８】
ノートブック型コンピュータ及び他の小型装置用の電源に応用する場合には、小さな透磁率（１００−３００）、非常に低い鉄損及び飽和磁化性を有すると共に、高いＤＣバイアス磁界に耐えることのできる、極めて小型の電気チョークが必要とされる。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、１００から４００の範囲の透磁率及び低い鉄損（１００ｋＨｚ及び０．１Ｔで７０Ｗ／ｋｇ未満）を有する、８ｍｍから４５ｍｍ（ＯＤ）の範囲の寸法の電気チョークを提供する。その磁気特性は、ＤＣバイアスの下で維持される（初期透磁率の少なくとも４０％が、３９８０Ａ／ｍ又は５０ＯｅのＤＣバイアス電界の下で維持される）ので効果的である。
【００１０】
また、Ｆｅ基材のアモルファス合金を制御した状態で熱処理してアモルファスリボン本体を部分的に結晶化させて、コアに微小ギャップを生じさせるための方法が、本発明によって提供される。分布ギャップが生ずる結果、上述の特性が得られる。
【００１１】
より詳細に言えば、本発明によれば、結晶化の度合いと透磁率との間の独特な関係がもたらされる。１００から４００の範囲の透磁率を得るために、アモルファスコア本体の結晶化が必要とされ、コアの体積の１０乃至２５％程度を結晶化させるのが好ましい。
【００１２】
更に、本発明は、所望のチョーク特性を得るために、ある種の温度及び時間の焼き鈍し処理パラメータ、並びに、これらパラメータの制御度合いを必要とする。
【好ましい実施例の説明】
【００１３】
図１は、焼き鈍し処理されたＦｅ基材の磁気コアの透磁率を焼き鈍し処理温度の関数として示している。透磁率は、１０ｋＨｚの周波数、８回転のジグ及び１００ｍＶのＡＣ励磁電圧において、誘導ブリッジで測定した。焼き鈍し処理時間は、６時間で一定とした。総てのコアは、不活性ガス雰囲気中で焼き鈍し処理を受けた。種々の曲線は、化学組成が少し変動し従って結晶化温度が少し変化するＦｅ基材合金を表している。結晶化温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって測定した。一定の焼き鈍し処理時間に関して焼き鈍し処理温度を増加させると、透磁率の減少が観察された。与えられた焼き鈍し処理温度に関して、結晶化温度に従う透磁率の目盛、すなわち、透磁率は、最も高い結晶化温度を有する合金について最も大きい。
【００１４】
図２は、焼き鈍し処理を受けた同じ化学組成を有するコアの透磁率を焼き鈍し処理温度の関数として示している。種々の曲線は、異なる焼き鈍し処理時間を表している。そのプロットは、４５０℃よりも高い温度に関して、焼き鈍し処理温度の効果は、焼き鈍し処理時間の効果よりも支配的であることを示している。
【００１５】
適宜な焼き鈍し処理温度及び焼き鈍し処理時間の条件が、図１及び図２の情報に基づいて、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ基材のアモルファス合金について選択される。この選択は、その合金の結晶化温度（Ｔｘ）及び／又は化学組成が既知である場合に行うことができる。例えば、Ｆｅ８０Ｂ１１Ｓｉ９（Ｔｘ＝５０７℃）に関して１００乃至４００の範囲の透磁率を達成するためには、４２０乃至４２５℃の範囲の焼き鈍し処理温度で６時間の焼き鈍し処理を行うのが適当である。
【００１６】
図１を再度参照すると、１〜２℃未満の温度変動を維持した場合に、与えられた透磁率の値について再現性及び均一性が得られる。炉の中の温度の均一性及び再現性が確立されるように焼鈍プロセスを行うために、特殊な装填形態が開発された。箱型の不活性ガス炉に関して、ワイヤメッシュのＡｌプレート（アルミニウム板）２を図３に示すように積み重ね、この構造体を炉の中央に置く。上記Ａｌプレートは、焼き鈍し処理の間にコア１を保持する基材である。
【００１７】
鉄損及びＤＣバイアスの如き、チョークに関する代表的な磁気特性データが、図４及び図５に示されている。鉄損のデータは、ＤＣバイアス電界の関数としてプロットされており、種々の曲線は、異なる測定周波数を示している。図示のデータは、２５ｍｍのＯＤ（外径）を有するコアに関するものである。チョークの性能に関する重要なパラメータは、コアをＤＣバイアス電界で駆動した時に残る初期透磁率のパーセントすなわち割合である。図５は、３５ｍｍのＯＤを有するコアに関する代表的なＤＣバイアス曲線を示している。
【００１８】
断面走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、及び、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を行って、焼き鈍し処理を受けたコアの分布及び結晶化パーセントを測定した。図６は、代表的な断面走査電子顕微鏡写真を示しており、これら写真は、合金の本体及び表面が共に結晶化していることを示している。このことは、表面だけが結晶化される上述の米国特許第４，８１２，１８１号に記載されている方法とは容易に区別される。
【００１９】
結晶化の体積パーセントをＳＥＭ及びＸＲＤの両方のデータから決定し、その結果を透磁率の関数として図７にプロットした。１００乃至４００の範囲の透磁率に関して、５乃至３０％の範囲の本体の結晶化が必要とされる。
【００２０】
以上本発明をかなり詳細に説明したが、そのような細部に厳密にこだわる必要はなく、当業者には他の変形例及び変更例が自明であり、そのような変形例及び変更例は総て、請求の範囲に示す本発明の範囲に入るものであることを理解する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、コアの透磁率と焼き鈍し処理温度との間の関係を示すグラフであって、それぞれの曲線は、異なる結晶化温度を有する材料を示している。
【図２】図２は、種々の焼き鈍し処理時間に関するコアの透磁率と焼き鈍し処理温度との間の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、数度以内の温度の均一性が得られるように焼き鈍し処理を行うためのコアの装填形態を示す図である。
【図４】図４は、コアの鉄損Ｗ／ｋｇをＤＣバイアス電界及び周波数の関数として示すグラフである。
【図５】図５は、種々のＤＣバイアス電界条件を受けた場合のコアの透磁率を示すグラフである。
【図６】図６は、焼き鈍し処理を行った後の代表的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）断面写真を示している。
【図７】図７は、体積％の結晶化度の関数として透磁率を表すグラフである。
【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６】
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【図７】
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