パーマロイ変圧器コア実用ガイド

パーマロイコアは、磁性材料における「裏メニュー」のように感じられることがあります。すべての作業に適しているわけではありませんが、低レベルの信号や超低ノイズ、そして他の材料では全く対応できないような過酷な計測機器では魔法のような存在です。本ガイドは、研究室やラインでの問題点を抽出し、パーマロイの輝き、フェライト、ケイ素鋼、ナノ結晶合金との比較、熱処理や組立後に実際に数値にヒットするコアの仕様や調達方法について解説しています。

この記事から得られるもの
- パーマロイ・ファミリー（45/49/80% Niおよび "超合金"）の平易な英語マップ
- ファーストパス選択で使用できるサイド・バイ・サイドのプロパティ比較
- 透過性を左右する熱処理とハンドリングのチェックポイント
- ベンダーが理解できる調達言語（ASTM A753、A596リング試験）
- DCバイアス、ラミネーション厚、磁歪に関する設計上の問題点

パーマロイの中核はニッケル鉄軟磁性合金である。変圧器用として最も有名なグレードは、80% Ni変種(HyMu 80、Moly Permalloy、ASTM A753 Alloy 4と呼ばれることが多い)で、非常に高い初透磁率と最大透磁率を持ち、保磁力が非常に低いため、磁束を小さな着磁力で移動させ、歪みを最小限に抑えることができます。

パーマロイ製品一覧

合金 1 (≈45% Ni Fe-Ni): 80% Ni よりも高い Bsat、中程度の透磁率。
合金 2 "High Perm 49" (≈48-49% Ni): Ni-Fe の中で最も高い Bsat (~1.5-1.6 T)、良好な透磁率。
合金 3 (≈75-78% Ni, Cu/Cr 添加): 透過性が非常に高く、シールド/特殊部品に多く使用される。
Alloy 4 "HyMu 80/Moly Permalloy" (≈80% Ni, ~5% Mo): 超高透磁率ラミネーションとテープ巻きコアに最適。
超合金（≒75% Ni、～5% Mo）：機械的堅牢性とBsatマージンを犠牲にして、さらに高い透磁率を実現。

パーマロイの魅力は単純で、低磁化力（オーディオ、センサー、計測器などを想定）において、これほど磁束を緩やかにカップリングする材料はありません。トレードオフは、鋼よりも低い飽和磁束密度と、慎重な熱処理と取り扱いの必要性です。実際、設計者が80% Niを選ぶのは、極めて小さな励磁電流、小信号での超低歪み、最小限の磁歪 "singing "が必要な場合です。

パーマロイコアの稼ぎどころ
- 小信号オーディオトランス（マイクおよびラインレベル）、磁気ピックアップ、テープヘッド
- 50/60Hz～数kHzの精密機器用トランスおよびトランスデューサー
- トランス構造に組み込まれた高減衰シールド
- コアノイズ、ヒステリシス、着磁電流を最小限に抑えなければならないあらゆる低レベルインターフェース

簡単な比較：パーマロイ対通常の容疑者

以下の数値は、適切な水素アニール後に広く使用されるグレードの代表的なものです。必ず供給元のデータシート、特定のラミネーション厚さ、熱処理経路を確認してください。

コア材	代表的な相対浸透率（初期／最大）	飽和磁束密度（T）	抵抗率 (μΩ-cm)	一般的な周波数の快適ゾーン	注意事項と一般的な使い方
パーマロイ80 (HyMu 80, A753 Alloy 4)	80,000～350,000ドル超	~0.6-0.8	~47-60	DC～～10～20kHz（ラミネート/テープ巻き）	超高μ、超低Hc、応力に敏感、オーディオ／計測用ラミネーションとトロイダル。
ハイパーマ 49 (≈48-49% Ni, A753 Alloy 2)	8,000～150,000（グレード／熱処理に依存）	~1.5-1.6	~45-50	50/60 Hz～低周波	80%ニッケルよりもはるかに高いBsatを持ち、高いμと飽和ヘッドルームが必要な場合に有力な選択肢となる。
粒延伸ケイ素鋼（CRGO）	最大～30,000（オリエンテーション／グレード）	~1.7-2.0	~45-50	50/60 Hz電源	電力変圧器用の主力製品。パーマロイほど微小なH磁界では低損失ではない。
MnZn/NiZnフェライト	~1,500～10,000ドル（素材）	~0.3-0.5	~10^6	10 kHz～MHz	非常に高い抵抗率で、SMPSや高周波マグネティックには最適だが、50/60 Hzの超低レベル・オーディオには向かない。
鉄系ナノ結晶	20 kHzで>20,000、LFで非常に高い	~1.2-1.25	~90-130	50 Hz～～100 kHz	チョーク/CMフィルターや一部の高周波トランスに最適。

表の根拠となる情報源：HyMu 80とAlloy 49はCarpenterとMuShieldから、古典的な透磁率/Bsatの範囲はLee's Electronic Transformersから、フェライトとナノ結晶の範囲はベンダーのデータシートとアプリケーションノートから。使用する具体的なグレードと厚さについては、常にベンダーのデータシートと照合してください。

数字を選択肢に置き換える
- 着磁電流と低レベルの直線性が支配的で、使用中の磁束密度が～0.2～0.3Tを大きく下回る場合には、パーマロイ80をお選びください。
- パーマのような "挙動が必要だが、80% Niの0.6-0.8Tの上限を受け入れられない場合は、ハイパーマ49を選択する。
- 50/60Hzのバルク電源にはシリコンスチールを使用する。
- 抵抗率が高く、損失が小さく、部品がコンパクトである。
- チョーク/フィルターや、50 Hz-100 kHzのウインドウで高μと～1.2 T Bsatが必要な場合は、ナノ結晶を検討してください。

熱処理と取り扱い：μが勝つか負けるか

高透磁率は「買う」ものではなく、適切なアニールによって作り出されるものであり、不注意な取り扱いによって破壊される可能性があるのです。HyMu 80とその関連合金は、水素アニール（露点は通常約-40℃以下）をおよそ1100～1180℃で数時間行い、その後制御された冷却を行う必要があります。この工程は応力を緩和し、結晶粒を成長させ、浸透性ベンダーの引用を解除する。最終アニール後、曲げたり、パンチングしたり、あるいは強くたたいたりすると、μが低下する可能性がある。多くのショップは、最後の段階として「完全アニール」を行い、輸送中の応力や浮遊磁化を避けるために部品を梱包する。

HyMu 80ラミネーション/トロイドの熱処理チェックリスト
- すべての成形、プレス、溶接後の最終水素アニール
- 炉の露点 (≤ -40 °C) を確認し、 ~1100-1180 °C で 2-4 時間浸漬する。
- 700-300 °Cまで数°C/min で制御冷却 (供給元による)
- アニール後の機械的ショックは避ける。
- ASTM A596に従った試験リングで、透磁率/保磁力の目標値を確認する。

80-82%ニッケル付近の磁歪はゼロに近く、ひずみによるノイズを低減し、超低振動設計に役立つ。正確な磁歪は、正確な組成や軽微な合金化にも左右されるが、公表されている研究では、「ゼロλ」は～81.5% Ni付近とされている。

ほぼゼロ」磁歪の実用的意味合い
- 鋼鉄に比べ、磁歪による可聴ノイズが少ない。
- ストレス感受性は下がるが、免疫力は下がらない-コールドワークはまだ苦痛 μ
- 組成の微調整（Mo、Cuなど）により、磁歪がわずかに変化することがある。

ラミネーションの厚さ、渦電流、なぜ0.1-0.2mmが重要なのか？

渦電流損失は、ラミネーションの厚みと周波数の2乗に比例する。ラミネーションの厚さを半分にすれば、渦電流損失成分は4分の1になります（他の条件はすべて同じ）。これが、オーディオグレードのパーマロイラミネーションが0.1～0.2mm程度であることが多い理由であり、テープ巻きのトロイダルが低磁束密度で優れた性能を発揮する理由です。単純な比例式Pe ∝ f^2-B^2-t^2 を一次貿易の研究に使用し、ベンダーのコアロス・データで検証してください。

利益を生むコアフォームの選択
- テープ巻きのトロイドは、リークとヘッドルームのロスを最小限に抑える。
- EI/Cラミネーションは組み立てが簡単で、コストも低い。
- 意図的にバイアスをかけるのでなければ、エアギャップは避けてください。80% NiはBsatが低いので、ギャップはヘッドルームをすぐに食ってしまいます。

パーマロイ・コアの仕様と調達方法（ベンダーが推測しないために）

POがテストプランのように読めれば、より良い部品をより早く手に入れることができます。合金、製品形状、熱処理、そして受領時に実際に測定する数値を含めてください。

調達チェックリスト
- 合金と規格「ASTM A753 合金 4（HyMu 80）積層、厚さ X mm」または「ASTM A753 合金 2（High Perm 49）」。
- 熱処理：「μとHcの目標値を達成するために、サプライヤーが実施する最終水素アニール。
- 磁気ターゲット：「ASTM A596によるリング試験；B=40 Gにおける最小μ；B=5～10 kGにおける最大Hc；Bsat (≥ X kG)".
- 機械的/仕上げ：絶縁コーティングクラス、積層係数、バリ限界、平坦度
- 取り扱い／包装：非磁性包装、残留磁化の回避、ヒート＆アニールバッチへのIDトレーサビリティの維持

実際の」部品の例が必要な場合は、80-85% Niラミネーションで作られた小信号オーディオ・ユニットを見てください。ミリボルトレベルでの広帯域リニアリティは、磁束が小さく保たれ、アニールが適切であれば、この材料ができることを示しています。

社内で実施する代表的な受け入れテスト
- お客様のロットのクーポンのμとHcのDCリングテスト(A596)
- 実際の周波数での低レベルB-Hループ
- 予想される磁束密度におけるスイープ音の歪み（オーディオ用）
- B動作時の着磁電流の温度ドリフト

機能するデザインパターン（そして機能しないデザインパターンもいくつかある）

低レベルのオーディオ（例えば600Ωから15kΩへのステップアップ）では、80%のNiコア・ラム・スタックまたはテープ巻きのトロイダルを使用すると、ヒステリシスの寄与を無視してミリガウスから低ガウスの磁束スイングを実行でき、正常なサイズでクリーンな低周波の拡張が得られます。ピーク磁束密度は、ヘッドルームのために最大でも数百mTのオーダーで控えめに保ち、コアにギャップをつけない限りDCバイアスは避けてください（これはμを犠牲にします）。磁束がより高くなる電源/計器用トランスの場合、High Perm 49は、飽和する前に歪みを抑えるヘッドルームを提供します。

避けるべき一般的な間違い
- ラミネートの厚さとアニールを合わせずに、カタログμを仮定する。
- アニール後にパーツをぶつけさせる（μが静かに落ちる）
- 直流バイアスが避けられず、ギャップを設けない場合、80% Niを使用
- レシート・ロット間のばらつきでリング・テストをスキップするのは本当だ

競合素材に関する注意

ナノ結晶コアは、高いμと～1.25 TのBsatのおかげで、コモンモードチョークや一部のパワー磁性に優れているが、～100 kHzを超えると、渦損失がフェライトに比べて増加する。フェライトが高周波で優位に立つのは、まさにこのためである。いずれも、フェライトがパーマロイより優れているとか劣っているとかいうことではなく、単に、周波数、磁束スイング、気になる信号レベルにマッチするツールを選ぶべきだということである。