JP2000505953A - 巻鉄心用帯板の製造方法並びに巻鉄心を備えた誘導性素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アモルファス強磁性材料からなる巻鉄心用帯板の製造方法において、先ず鉄及び／又はマンガンを添加物として１乃至１０原子％の成分を含むコバルトを基材とした合金からなるアモルファスの強磁性帯板を溶融相から急速凝固により成型する。このアモルファス強磁性帯板を帯板の方向に対して交差する磁界で連続的に熱処理を施す。この熱処理されたアモルファスの強磁性帯板を巻鉄心用帯板の長さに切断した後巻鉄心、特に環状巻鉄心が巻回される。この巻鉄心により優れた磁気特性を持つ誘導性素子が実現される。特に、その環巻鉄心が平均直径ｄ≦１０ｍｍを持つ誘導性素子が製造され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 巻鉄心用帯板の製造方法並びに巻鉄心を備えた誘導性素子 この発明は、アモルファス強磁性合金からなる帯板で巻回されている巻鉄心を 備えた誘導性素子並びにアモルファス強磁性材料からなる巻鉄心用帯板の製造方 法に関する。 良好な軟質磁気特性を得るためには、殆ど磁気歪みのないアモルファス強磁性 合金もまた熱処理が施されねばならない。典型的には、その場合、この材料は、 フラットな磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）を得るために、磁界中において焼き戻しされ る。 この熱処理は従来の技術によれば完成状態に巻回された巻鉄心について行われ ていた。というのは、この焼き戻しの際に、通常、アモルファス材料の脆化が起 こり、また製造に起因する、そしてまた巻鉄心を巻回する際に生ずる内部応力が 低減され、高い透磁率が得られるからである。 磁界中において熱処理されたアモルファス強磁性の巻鉄心用帯板を製造するこ とができることは、コイル状に巻回された巻鉄心用帯板をいわゆる交差磁界加熱 炉において定常的に熱処理することを可能にする。この方法は、しかしながら、 良好な再現性の点で非常に問題である。例えば、その材料の量が多いことに鑑み て、コイル状で提供された帯板全体を均一に加熱するためには、数時間、極端な 場合には数日にも達する、かなり長時間の焼き戻しが行われねばならない。長時 間の焼き戻し時間により、この場合、材料が熱により脆化しないようにするため には、約２００℃≦Ｔ≦２５０℃の範囲の比較的低い温度において処理されねば ならない。これにより、しかし、調整可能な磁気特性の可変範囲が著しく制約さ れ、このことは特に達成可能な透磁率に関係する。 ドイツ特許第３３２４７２９号からは高い透磁率を備えたアモルファス磁性合 金の製造方法が公知である。この方法においては急速凝固により５％の鉄の物質 量成分を含むコバルトを基材とするアモルファス磁性合金からなる帯板が作られ 、このアモルファス磁性帯板は帯板方向に対して交差する磁界中において連続的 に熱処理が施される。 従って、この発明の課題は、アモルファス強磁性材料からなる巻鉄心用帯板の この製造方法をさらに発展させ、僅かな出費で経済的にかつ省エネルギー的に巻 鉄心、特に環状巻鉄心を、そしてこれより作られた誘導性素子を、著しく高い透 磁率と、これにより改善された磁気特性とが得られるように製造することにある 。 この発明によれば、この課題は、次の工程を特徴とする製造方法によって解決 される。即ち、 ａ）鉄及び／又はマンガンを添加物として物質量成分で１乃至１０％含むコバル トを基材とした合金からなるアモルファス強磁性帯板を溶融相から急速凝固 により成型し、 ｂ）このアモルファス強磁性帯板を帯板の方向に対して交差する磁界中を通過さ せて熱処理を施し、その通過速度を、このアモルファス強磁性帯板が０．５ 秒≦ｔ≦６０秒の熱処理時間で２５０゜≦Ｔ≦４５０℃の温度に加熱される ように選択し、 ｃ）この熱処理されたアモルファス強磁性帯板を巻鉄心用帯板の長さに切断する 。 この発明による製造方法は最小可能なエネルギーで実施することができる。こ のようにして、その飽和範囲にまでほぼ直線形に経過し、そして約２０００乃至 １５０００の間の透磁率範囲を持つフラットな磁化（Ｂ−Ｈ）曲線を備えた延性 のある、アモルファス巻鉄心用帯板を製造することができる。磁気歪みを正確に 補償することができることにより、この帯板から、巻回直径ｄ≦１０ｍｍを持つ 巻鉄心、特に環状巻鉄心が、磁気特性を著しく損なうことなく製造され得る。 さらに、この熱処理にはその実施の際に保護ガスを必要としない。特に空気に 露出することは利点でさえある。なぜならば、巻鉄心用帯板の上に生じた薄い酸 化膜が帯板層間に必要な電気的絶縁の作用をするからである。 特に良好な巻鉄心用帯板は、アモルファス強磁性帯板が熱処理時間ｔ≦３０秒 で３００℃≦Ｔ≦４００℃の温度に加熱されるように、通過速度が設定されてい るときに得ることができる。 さらにこの発明の異なる実施例においては、合金における鉄及び／又はマンガ ンの成分が、アモルファス強磁性帯板が熱処理の後飽和磁気歪みλ_s≦０．１ｐ ｐｍ、特にλ_s≦０．０５ｐｐｍを持つように設定される。 従って、この発明による誘導性素子においては巻鉄心は、アモルファス強磁性 合金からなる延性のある、熱処理された巻鉄心用帯板から巻回されており、その アモルファス強磁性合金は飽和磁気歪みλ_s≦０．１ｐｐｍ並びにこの飽和の範 囲までできるだけ直線形に経過するフラットなＢ−Ｈ曲線を持っている。このア モルファス強磁性合金は、その場合、鉄及び／又はマンガンを物質量で合金の１ 乃至１０原子％を含むコバルトを基材とした合金である。この巻鉄心用帯板は、 それ故、巻回前に熱処理され、その際得られた延性により巻鉄心は問題なく巻回 することができる。 誘導性素子の求められた品質及び所望の使用可能性に関連して、この巻鉄心は 平均直径ｄ≦５０ｍｍの、それどころか平均直径ｄ≦１０ｍｍのものでさえ実現 することができる。 特に、環状巻鉄心を備えた誘導性素子が製作可能である。 この発明を図面に具体的に例示し、以下個々に図面を参照して説明する。 図１は巻鉄心用帯板の製造に使用される、３５０℃の基準温度を持つ連続加熱 炉の代表的温度勾配、 図２は熱処理温度Ｔ_aの関数としての連続熱処理後の相対伸び率ε_F、 図３は熱処理温度Ｔ_aの関数としての交差磁界において連続加熱処理された後 のこの発明による巻鉄心用帯板の異方性磁界強度Ｈ_A、平均透磁率μ及び飽和磁 気歪みλ_S、 図４は熱処理温度Ｔ_aの関数としての交差磁界において連続加熱処理された後 のこの発明による異なる巻鉄心用帯板の異方性磁界強度Ｈ_A、平均透磁率μ及び 飽和磁気歪み_S、 図５は連続的に交差磁界で熱処理された巻鉄心用帯板からなる２２×１６×６ ｍｍ及び１２×８×６ｍｍの寸法の環状巻鉄心について測定された準安定Ｂ−Ｈ 曲線、 図６は連続的に交差磁界で熱処理された巻鉄心用帯板からなる２２×１６×６ ｍｍ及び１２×８×６ｍｍの寸法の環状巻鉄心について測定された、５０ヘルツ における振幅透磁率、 図７は熱処理温度Ｔ_aの関数としての交差磁界で連続熱処理された後のこの発 明による２つの巻鉄心用帯板の飽和磁気歪みλ_Sの変化をそれぞれ示す。 ６ｍｍの帯板幅及び約２０μｍの帯板厚を持つ合金ＶＣ６０３０及びＶＣ６１ ５０Ｂ６０の各２つのロットが検討された。この合金の組成及びその製造状態に おける磁気特性値は表１に示されている。 表 １ ロットの名目上の組成、帯板厚、飽和磁束Ｂ_s及び飽和磁気歪λ_S（製造状態） アモルファス強磁性帯板は溶融相から急速凝固により成型され、その後約４０ ｃｍの長さの交差磁界炉で１，６ｍ／分の通過速度で連続的に種々の温度で熱処 理された。熱処理の間帯板方向に対して垂直にかつ帯板の面内にある約１５９・ ２００Ａ／ｍの磁界は、連続加熱炉に配置された約４０ｃｍの長さの永久磁石継 鉄によって発生させられた。 図１はこの連続加熱炉の代表的な温度勾配を示す。均質な温度域の長さは約１ ５乃至２０ｃｍで、これにより上記の通過速度は約７秒の有効熱処理時間に相当 する。焼き戻し時間を短縮し、同様に構成された２ｍ長の加熱炉を使用すること によって、通過速度は約１０乃至２０ｍ／分に上げることができた。 交差磁界で熱処理された帯板についてその伸ばされた状態における飽和磁気歪 みλ_S及びＢ−Ｈ曲線が測定された。異方性磁界強度Ｈ_A及び式 μ＝Ｂ_S／（μ₀Ｈ_A） により平均透磁率μが求められた。 ３５０℃において熱処理された帯板から巻鉄心用帯板の長さに切断した後２２ ×１６×６ｍｍ及び１２×８×６ｍｍの寸法の環状巻鉄心が巻回され、巻き応力 が材料の特性にどの程度影響しているかを調べた。 さらに、熱処理された材料の延性が座屈及び引裂きテストにより求められた。 図２に示されるように、選択された熱処理時間においては３８０℃の比較的高い 熱処理温度において初めて脆化が生じた。従って、熱処理温度を高めて選択して も問題はなく、これにより充分な応力緩和と異方性の調整を速やかに行うことが できる。 図３及び４に示されるように、基本的には、透磁率は合金組成及び熱処理温度 の選択によって所望のように調整することができる効果がある。 図５は熱処理された巻鉄心用帯板で巻回された環状巻鉄心の磁化（Ｂ−Ｈ）曲 線を示す。図６はには環状巻鉄心の振幅透磁率が示されている。 特に、１２×８ｍｍの小さい鉄心寸法においても既に非常にフラットなそして 線形のＢ−Ｈ曲線が得られ、これは発生する巻き応力に殆ど影響されないことが 明らかである。 ただ図５に示されるように、μ＞１００００の高透磁率レベル及び補償の不十 分な磁気歪みの場合には、巻き応力によってＢ−Ｈ曲線の膨らみが観測される。 従って、巻き応力の影響を回避するために、熱処理後に存在する飽和磁気歪み をできるだけほぼ零になるように補償することが重要である。このために製造状 態において一定の、所定の熱処理パラメータにおいて合金固有の、やや負の値の λ_Sが設定されねばならない。 図７は、このために、２つの検討された合金に対する熱処理後の磁気歪みの変 化の経過を示す。 磁気歪みの補償は、環状巻鉄心を巻回した後に初めて熱処理される材料の場合 よりもより正確に行われねばならない。最適には、熱処理後磁気歪みが−２×１ ０^-8＜λ_S＜２×１０^-8にあるようにすることである。これによって交差磁界で 熱処理された巻鉄心用帯板でもって、１０ｍｍ以下の直径でかつ約２０００乃至 １５０００の透磁率レベルを持つ環状巻鉄心が製造され得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０８ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０８ ６６０ ６６０Ｃ ６６１ ６６１Ｚ ６９１ ６９１Ｂ ６９１Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．以下の工程、即ち ａ）鉄及び／又はマンガンを添加物として物質量成分で１乃至１０％含むコバル トを基材とした合金からなる、アモルファス強磁性帯板を溶融相から急速凝 固により成型し、 ｂ）このアモルファス強磁性帯板を帯板方向に対して交差する磁界において連続 的に熱処理を施し、その通過速度を、このアモルファスの強磁性帯板が０． ５秒≦ｔ≦６０秒の熱処理時間で２５０゜≦Ｔ≦４５０℃の温度に加熱され るように選択し、 ｃ）この熱処理されたアモルファス強磁性帯板を巻鉄心用帯板の長さに切断する ことを特徴とするアモルファス強磁性材料からなる巻鉄心用帯板の製造方法。 ２．通過速度が、このアモルファス強磁性帯板がｔ≦３０秒の熱処理時間で３０ ０゜≦Ｔ≦４００℃の温度に加熱されるように選択されることを特徴とする請求 項１に記載の製造方法。 ３．合金における鉄及び／又はマンガンの成分が、アモルファス強磁性帯板が熱 処理の後絶対値で０．１ｐｐｍ或いはそれ以下の飽和磁気歪みλ_Sを持つように 設定されることを特徴とする請求項１乃至２の１つに記載の製造方法。 ４．合金における鉄及び／又はマンガンの成分が、アモルファス強磁性帯板が熱 処理の後絶対値で０．０５ｐｐｍ或いはそれ以下の飽和磁気歪みλ_Sを持つよう に設定されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。 ５．請求項１又は２の１つに記載された、アモルファス強磁性合金からなる延性 のある、熱処理された巻鉄心用帯板で巻回された巻鉄心を備え、このアモルファ ス強磁性合金が絶対値で０．１ｐｐｍ或いはそれ以下の飽和磁気歪みλ_Sと、飽 和範囲までできるだけ直線形に経過するフラットな磁化（Ｂ−Ｈ）曲線とを持ち 、 このアモルファス強磁性合金が鉄及び／又はマンガンを物質量成分で合金の１乃 至１０％含むコバルトを基材とした合金である誘導性素子。 ６．巻鉄心が平均直径ｄ≦５０ｍｍを持つことを特徴とする請求項５に記載の誘 導性素子。 ７．巻鉄心が平均直径ｄ≦１０ｍｍを持つことを特徴とする請求項６に記載の誘 導性素子。 ８．巻鉄心が環状巻鉄心であることを特徴とする請求項５乃至７の１つに記載の 誘導性素子。