(57)【要約】【課題】  本発明は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯の幅方向の厚みに偏りがある薄帯の片面または両面に絶縁膜を塗布して作製する巻磁心の絶縁膜を塗布した薄帯の層間に生じる空隙による占積率低下の問題を解決し、良好な磁気特性を有する巻磁心、例えば高総磁束でコアロスのばらつきが小さい巻磁心を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、薄帯表面に絶縁膜を付与する前に薄帯の幅方向の厚さ分布を検出し、検出した厚さの分布に基づき、薄帯と絶縁膜の合計厚さが薄帯の幅方向に対して実質的に均一かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように調整し、前記薄帯表面の絶縁膜を定着処理して絶縁膜を形成する巻磁心の製造方法である。前記薄帯の幅を５ｍｍ以上とし、また、前記絶縁膜の厚さと前記薄帯の厚さの合計厚さの精度を３μｍ以下とすることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面または両面に絶縁膜を有するナノ結晶軟磁性合金薄帯が巻回されてなる巻磁心の製造方法であって、薄帯表面に絶縁膜を付与する前に薄帯の幅方向の厚さ分布を検出し、検出した前記薄帯の厚さ分布に基づき、絶縁膜の厚さと前記薄帯の厚さの合計の厚さが薄帯の幅方向に対して実質的に均一かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように調整し、前記薄帯表面の絶縁膜を定着処理して絶縁膜を形成することを特徴とする巻磁心の製造方法。
【請求項２】
前記薄帯の幅が５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の巻磁心の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜の厚さと前記薄帯の厚さの合計厚さの精度が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の巻磁心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザを始めとするレーザ発生装置等に用いられる巻磁心の製造方法であって、特に高電圧パルス発生装置に使用される可飽和リアクトル、可飽和トランス、トランス等に好適な巻磁心の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、可飽和リアクトル、可飽和トランス、トランス等の磁性部品には、非晶質軟磁性合金薄帯やナノ結晶軟磁性合金薄帯を巻回してなす巻磁心が用いられることも多い。高周波における巻磁心の低損失化やインダクタンスなどの磁気特性を改善することを目的として、非晶質軟磁性合金薄帯やナノ結晶軟磁性合金薄帯の表面に絶縁膜を形成し、薄帯間を絶縁する巻磁心の提案がなされている。例えば特許文献１には、ナノ結晶軟磁性合金薄帯の一部または全面にＳｉＯ２やＭｇＯの粉末を付着させることにより高周波でのコアロスを低減する提案がなされている。また、例えば特許文献２には、ナノ結晶軟磁性合金薄帯の表面に塗布する絶縁膜としてアルミニウムシリケート、リチウムシリケート、マグネシウムメチラートを使用することにより高透磁率、低コアロスを実現する提案がなされている。
【０００３】
更に、絶縁膜の塗布については、例えば特許文献３の〔００３０〕段に記載されているように、絶縁膜は薄帯面に対して均一にむらなく塗布することが好ましいとされ、あるいは、薄帯層間が剥離しない接着が得られる程度に薄帯面に対して分散して絶縁膜の塗布がなされていれば良いとされていた。従来は、巻磁心の製作において、実質的に上述のような絶縁膜の塗布がなされていることが多いのである。
【特許文献１】特開昭６３−３０２５０４号公報
【特許文献２】特開平８−４５７２３号公報
【特許文献３】特開２００１−３０７９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
巻磁心に巻回す薄帯の幅方向の厚みに偏りがある場合、例えばスプレーで絶縁膜を薄帯面に対して均一に塗布すると、前記薄帯の厚さと絶縁膜の厚さとの合計の厚さ（以下、薄帯と絶縁膜の合計厚さ、と称す）に偏りが発生し、巻回された巻磁心の絶縁膜を塗布した前記薄帯の層間には、薄帯と絶縁膜の合計厚さの偏りに起因する空隙が発生する。また、薄帯層間が剥離しない接着が得られる程度に薄帯面に対して絶縁膜を分散塗布する場合は、巻回された巻磁心の絶縁膜を塗布した薄帯の層間には空隙が存在する。薄帯面に対して均一に絶縁膜を塗布した巻磁心は薄帯層間の絶縁性という点では有利であるが、内部に空隙が存在する巻磁心では、空隙により占積率が低下し、巻磁心としての磁気特性が十分に得られない問題がある。また、薄帯面に対して絶縁膜を分散塗布することは空隙を残存させていることになり、残存する空隙により占積率が低下し、巻磁心としての磁気特性が十分に得られない問題がある。
【０００５】
上述のように、巻磁心内部に存在する空隙をできるだけ抑制することは、巻磁心としての磁気特性を向上させることに極めて有効であり、そのためには、巻磁心に巻回す薄帯の幅方向の厚みの偏りが少ない薄帯ばかりを常に用いて薄帯面に対して均一に絶縁膜を塗布する方法で巻磁心をなすことがよいが、実用上その実現はかなり困難である。従って、幅方向に厚みの偏りがある薄帯を巻回して巻磁心をなす場合でも、巻回してなした巻磁心内部の空隙を抑制できる巻磁心の製造方法が、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザを始めとするレーザ発生装置等に用いられる高電圧パルス発生装置に使用される可飽和リアクトル、可飽和トランス、トランス等に用いる巻磁心を製造する上で不可欠である。
【０００６】
本発明の目的は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯で作製する巻磁心の空隙による占積率低下の問題を解決し、良好な磁気特性を有する巻磁心、例えば高総磁束でコアロスのばらつきが小さい巻磁心を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯の幅方向の厚みに偏りがある薄帯が巻回されてなる巻磁心の占積率の低下の問題を検討し、絶縁膜の厚さを均一にするのではなく、実質的に薄帯と絶縁膜の合計厚さが均一かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように調整した絶縁膜を採用することで、巻磁心の占積率や、磁気特性、例えば総磁束、コアロスのばらつきを大きく改善できることを見出し本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、片面または両面に絶縁膜を有するナノ結晶軟磁性合金薄帯が巻回されてなる巻磁心の製造方法であって、薄帯表面に絶縁膜を付与する前に薄帯の幅方向の厚さ分布を検出し、検出した厚さの分布に基づき、薄帯と絶縁膜の合計厚さが薄帯の幅方向に対して実質的に均一かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように調整し、前記薄帯表面の絶縁膜を定着処理して絶縁膜を形成する巻磁心の製造方法である。また、本発明では前記ナノ結晶軟磁性合金薄帯の幅を５ｍｍ以上とすることが好ましい。更にまた、前記絶縁膜の厚さと前記ナノ結晶軟磁性合金薄帯の厚さの合計厚さの精度を３μｍ以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、巻磁心内部の絶縁膜を形成する前記薄帯の層間に空隙が発生しないため、巻磁心の占積率や、磁気特性、例えば総磁束、コアロスのばらつきを改善することができ、巻磁心の実用化にとって欠くことのできない技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、上述したナノ結晶軟磁性合金薄帯が巻回されてなる巻磁心の占積率、磁気特性の低下が、そもそも薄帯の幅方向の厚さの偏りに起因していることを突き止めたものである。薄帯の幅方向の厚さの偏りを全く考慮せずに薄帯に絶縁膜を均一に塗布することは、巻回した巻磁心の薄帯層間に薄帯の厚さの偏りに起因する空隙が生じることとなり、生じた空隙による巻磁心の占積率が低下してしまうのである。そのため、事前に薄帯の幅方向の厚さを検出し、薄帯と絶縁膜の合計厚さが実質的に均一になるように絶縁膜の厚さに偏りを与えて絶縁膜を塗布し、かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように調整することが必要である。これにより、巻磁心の占積率や、磁気特性、例えば総磁束、コアロスのばらつきを改善することができるのである。
【００１１】
薄帯の幅方向の厚さの検出は、厚み計や変位計あるいは距離計等により、薄帯の幅方向の厚さの偏りを得るために薄帯の幅方向において両端部と中央部の少なくとも３個所を検出すればよく、薄帯の幅方向に連続的に検出することができればより好ましい。
【００１２】
絶縁膜の厚さに偏りを与え、かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように調整する具体的な手段の一例を図３を用いて説明する。薄帯１の表面に絶縁膜２を塗布した後に、スクレーパ４を用い、スクレーパ４と絶縁膜２を有する薄帯１の表面とを非平行に、薄帯の厚さの厚い部分ではスクレーパ４を近づけて配置し、かつスクレーパ４を絶縁膜２の最小厚さが得られる所定距離に配置する。例えば、単一ロールを用いた超急冷法によって製造した薄帯の前記ロールと接触する面は平坦面であるので、上述のように配置したスクレーパ４で絶縁膜２の一部を除去することで、薄帯１と絶縁膜２の合計厚さを実質的に均一にできる。薄帯１に絶縁膜２を塗布する前に前記薄帯１の幅方向の厚さ分布を上述のように検出し、検出した薄帯１の幅方向の厚さ分布に基づき、絶縁膜２の最小厚さが得られるようにスクレーパ４を薄帯１に対して所定距離に配置するのがよい。
【００１３】
スクレーパ４と薄帯１の表面とを非平行に調整し配置する手段としては、スクレーパ４の直前または直後に配置するスクレーパ４の絶縁膜２との接触部に対して角度調整可能なガイドロール（図示せず）を用い、前記薄帯１に対してスクレーパ４と絶縁膜２を有する薄帯１の表面とを非平行にするような角度を付与することでできる。前記ガイドロールは、巻出された薄帯１のスクレーパ４とは反対側の面を支持し、前記薄帯１を円滑に巻取るために設けられるものである。また、薄帯１面に対して転がりながら絶縁膜２の除去を行うスクレーパ４を用いる場合は、前記スクレーパ４の回転速度を絶縁膜２の最小厚さが確保できる回転数とすることにより薄帯１層間の絶縁性を保つことができる。
【００１４】
また、実用において経年による薄帯層間の絶縁性を劣化させないために、薄帯に塗布した絶縁膜が脱落しないように定着処理するのがよい。前記定着処理としては、例えばアルコール等の溶媒を用いて液状にした絶縁膜の場合には熱を加えて絶縁膜中の溶媒を蒸発乾燥させて、また、例えば硬化樹脂を含む絶縁膜の場合には熱を加えて絶縁膜中の樹脂を硬化させて薄帯表面に絶縁膜を定着させることが好ましい。
【００１５】
上述する方法により、図１に示すように、薄帯１と絶縁膜２の合計厚さが実質的に均一かつ絶縁膜２の最小厚さが所定の厚さとなるように絶縁膜２の塗布を調整することにより、巻磁心内部に絶縁膜２を形成した前記薄帯１の層間に空隙３が発生することがなく、従って、占積率や磁気特性を向上させ、コアロスのばらつきを低減できるのである。
【００１６】
本発明の重要な特徴は、幅方向の厚さが偏っているナノ結晶軟磁性合金薄帯が巻回されてなる巻磁心において、薄帯と絶縁膜の合計厚さが実質的に均一になるように、かつ絶縁膜の最小厚さが所定の厚さとなるように絶縁膜の塗布を調整する方法を採用したことである。前記薄帯の幅が５ｍｍ以上では、薄帯の幅方向の厚さの偏りにより巻磁心内部に発生する空隙が巻磁心の占積率や磁気特性に及ぼす影響がより大きいために、本発明を適用することは好ましい。また、薄帯と絶縁膜の合計厚さの精度は３μｍ以下とすることが、巻磁心の占積率や磁気特性がより向上するので好ましい。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例及び比較例について以下に説明する。
単ロールを用いた超急冷法により、原子％でＣｕ１％、Ｎｂ３％、Ｓｉ１３．５％、Ｂ９％、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる組成の合金溶湯から、幅３５ｍｍ厚さ２０μｍのアモルファス軟磁性合金薄帯を合計３０ｋｇ作製した。作製した前記薄帯から薄帯の幅方向において端部Ａと端部Ｂ及び中央部の厚さをマイクロメータ（ミツトヨ製、型式２９３−４２１−２０）で検出し、表１に示す厚さの薄帯サンプル１から６を得た。
【００１８】
薄帯サンプル１から６への絶縁膜の塗布は、本発明の実施例及び比較例においては、薄帯の巻出装置と巻取装置、巻出した薄帯を支持するガイドロール、絶縁膜を塗布するための溶液を入れる溶液槽、絶縁膜を一部除去するための回転可能なロール式のスクレーパ、絶縁膜を定着させるための加熱装置で構成された設備を用い、重量％でシリカ２０％、メタノール１４％、イソプロピルアルコール６６％の溶液を、薄帯サンプルを巻取りながら溶液槽から前記薄帯サンプルの表面に供給し、供給した溶液の一部をスクレーパで除去することで行い、前記薄帯サンプル１から６の片面に対して絶縁膜を形成した。
【００１９】
本発明の実施例においては、供給した溶液の一部をスクレーパで除去する前に、絶縁膜の塗布前に検出しておいた前記薄帯サンプル１、３、５の厚さを基に薄帯に対するガイドロールの角度を調整し、前記ガイドロールに支持された前記薄帯サンプル１、３、５の厚さの厚い個所がスクレーパに近づくように、すなわち、薄帯サンプル１では端部Ｂが、薄帯サンプル３と５では端部Ａがスクレーパに近づくように前記薄帯サンプルの位置を調整した。また、比較例においては、薄帯サンプル２、４、６の表面に絶縁膜が均一に塗布されるように、薄帯サンプルの表面に対してスクレーパが平行に配置されるようにガイドロールを調整した。
【００２０】
更に、本発明の実施例及び比較例のいずれにおいても、塗布する絶縁膜の最小厚さを薄帯層間の絶縁性を確保できる１．６μｍ以上とし、薄帯の幅３５ｍｍである薄帯サンプル１と２ではスクレーパの回転数を２９ｒｐｍに調整し、薄帯の幅３．５ｍｍである薄帯サンプル３と４ではスクレーパの回転数を２５ｒｐｍに調整し、薄帯の幅２５ｍｍである薄帯サンプル５と６ではスクレーパの回転数を２７ｒｐｍに調整して絶縁膜を塗布した。
【００２１】
そして、薄帯サンプル１から６の表面に絶縁膜を塗布した後、前記絶縁膜を定着させるために加熱装置で２００℃に加熱して含有するアルコール成分を蒸発させ、絶縁膜を定着させた薄帯サンプル１から６を巻取った。
【００２２】
上述のように作製した薄帯サンプル１から６について、薄帯に塗布した絶縁膜の厚さと、薄帯と絶縁膜の合計厚さ、及び薄帯と絶縁膜の合計厚さの精度を表１に示す。絶縁膜の塗布前に薄帯の厚さを上述のマイクロメータで検出したが、薄帯の検出個所に印を付し、付した印と同じ個所において、絶縁膜の厚さを蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ製，型式ＳＥＡ５１２０）を用いて検出し、薄帯と絶縁膜の合計厚さを前記マイクロメータで検出した。薄帯と絶縁膜の合計厚さの精度は薄帯の端部Ａ、中央部、端部Ｂのうちの最大値と最小値との差である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
作製した薄帯サンプル１から６を巻回し、外径φ１１０ｍｍ内径６０．５ｍｍ幅３５ｍｍの巻磁心とした。前記巻磁心に対して前記薄帯の合金組織を超微結晶組織化するための熱処理（窒素ガス雰囲気中、炉内温度５５０℃、保持時間１時間）を施し、表２に示すナノ結晶軟磁性合金薄帯が巻回されてなる巻磁心サンプル１から６としてなした。そして、前記巻磁心サンプル１から６の外径Ｄ（ｍｍ）と内径ｄ（ｍｍ）、及び用いた薄帯サンプル１から６の重量Ｍ（ｇ）、幅Ｗ（ｍｍ）、比重（ｇ／ｍｍ３）から（１）式により巻磁心サンプル１から６の占積率（％）を算出した。
占積率（％）＝Ｍ／（ρＷＳ）×１００      （１）
ただし、Ｓ＝π（Ｄ２−ｄ２）／４、πは円周率である。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２に示す巻磁心サンプル１から６について総磁束及びコアロスを測定した。巻磁心の総磁束及びコアロスの測定は、測定する巻磁心を治具上に静置し、両端に測定端子を有する導電性のアルミ円筒体を前記巻磁心の内径部に貫通配置して等価的に１ターンの巻線を設け、前記巻磁心を磁化する方向と逆方向に６Ａ／ｍの磁化力で高電圧発生回路により直流磁化した後、半値幅1μｓｅｃの方形波を印加し、高電圧プローブ及びカレントプローブを用いて前記円筒体の両端子で電圧及び電流の波形を検出し、検出した電圧及び電流の波形をデジタルオシロスコープ（日本テクトロニクス製、型式ＴＤＳ７８４Ｄ）でデジタル変換し、デジタル変換した電圧波形の積分により総磁束（μＷｂ）を算出し、また、デジタル変換した電圧及び電流の波形の積からコアロス（ｍＪ）を算出することによって行った。更に、上述の測定を繰り返し２０回行ってコアロスのばらつき（３σ）を算出した。本発明の実施例及び比較例の巻磁心サンプルの総磁束及びコアロスのばらつき（３σ）を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
表３において、上述した本発明の製造方法で薄帯に絶縁膜を塗布した場合すなわち本発明の実施例では、上述した従来の方法で薄帯に絶縁膜を塗布した場合すなわち比較例に比べ、薄帯に塗布した絶縁膜の厚さの偏りは大きくなり、薄帯と絶縁膜の合計厚さの精度は小さくなって０．８μｍから２．８μｍであった。薄帯の幅が３５ｍｍ及び２５ｍｍの場合、本発明の実施例では、占積率は２．５％以上大きくなり、総磁束は約６０μＷｂ以上向上し、本発明が極めて有効であった。コアロスのばらつき（３σ）は、薄帯の幅に依らず本発明の実施例では明らかに抑制されて小さくなり、そして、薄帯の幅が広い方がより顕著な効果が認められた。
【００２９】
上述の結果より、本発明の巻磁心の製造方法が優れていることが確認でき、また薄帯の幅が５ｍｍ以上において、更には薄帯と絶縁膜の合計厚さの精度が３μｍ以下においてより好ましい効果が得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ナノ結晶軟磁性合金薄帯が巻回されてなる巻磁心に限らず、他の合金薄帯が巻回されてなる巻磁心にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例として製造した巻磁心サンプルの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の比較例として従来の製造方法で作製した巻磁心サンプルの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の巻磁心の製造方法における薄帯への絶縁膜の塗布方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１．薄帯、２．絶縁膜、３．空隙、４．スクレーパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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