JP2006045660A - Fe基非晶質合金薄帯および磁心体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一般式:FeaSibBcMx(ただしMはCrまたはNiのうちの1種または2種であり、式中a、b、cおよびxはそれぞれ原子%で、78≦a≦86、0.001≦b≦5、7≦c≦20、0.01≦x≦5を満足し、かつa+b+c+x=100)であることを特徴とする磁気特性に優れたFe基非晶質合金薄帯を用いる。
【選択図】 図1
Description
さらに上記のような従来のFe基非晶質合金薄帯は単板試料における鉄損が検討されているが、磁心として加工した際に発生する応力に関して検討がなされていない。さらに特許文献2で提案された製造方法では、熱処理に長時間が費やされることから量産性が極めて低いという問題が残る。
また、適度なCrまたはNiの添加は合金溶湯時粘性を下げ、ロールとの濡れ性改善と合金の表面性が改善される。表面性状の優れた合金薄帯を用いれば、高占積率の磁心体を作製することができる。ゆえに磁心体の小型化、軽量化が実現される。
(実施例1)
FeaSibBcMx(原子%:a+b+c+x=100)の合金溶湯を単ロ−ル法により急冷し、幅5mm、厚さ25μmの非晶質合金薄帯を得た。ただしMはCrまたはNiのうち1種または2種とした。前記式中、aは77〜84、bは0.01〜3、cは14〜18、xは0.02〜5の範囲で変えたものを製造した。熱処理後の薄帯は主として非晶質相であった。
比較例としてFe82SibB18-b、Fe72Si18-bB10、Fe82Si2B16-xMxと Fe84-bSibB15.95Cr0.05(原子%)の合金溶湯を単ロ−ル法により急冷し、幅5mm、厚さ25μmの非晶質合金薄帯を得た。ただしMはCrまたはNiのうち1種または2種とした。前記式中、bは0.01〜8、xは6〜10の範囲で変えたものを製造した。熱処理後の薄帯は主として非晶質相であった。
これらのFe基非晶質合金薄帯を外径19mm、内径15mmに巻き回し、トロイダル磁心を作製した。作製した磁心をArガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、熱処理を行った。熱処理の際、合金磁心の磁路方向に1kA/mの磁界を印加し、320℃、350℃、370℃または400℃まで2時間かけて昇温し、1時間保持した後、200℃まで降温した。
また、このFe基非晶質合金薄帯を幅5mm、厚さ25μm、長さ12cmに加工し、短冊状の単板試料とした。作製した単板試料をArガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、熱処理を行った。熱処理の際、合金薄帯の長手方向に1kA/mの磁界を印加し、320℃、350℃、370℃または400℃まで2時間かけて昇温し、1時間保持した後、1時間かけて降温した。
本発明では合金が環状体に加工されたときに発生する応力の除去を目的とした熱処理を行った。このとき用いた試料は、幅5mm、厚さ25μm、長さ10.5cmのFe基非晶質合金薄帯とした。同試料を石英ガラス管に巻きつけ、熱処理炉に挿入した。熱処理条件はAr雰囲気にて320℃、350℃、370℃または400℃まで2時間かけて昇温し、1時間保持した後、200℃まで降温した。
Rs = (R0/R1)×100[%]・・・(1)
ここでR0は試料を巻きつけた石英ガラス管の半径であり、R1は熱処理後の試料の実測値を表す。この緩和率はFe基非晶質合金薄帯が環状体に加工されたときに発生した応力が、熱処理によってどの程度緩和されたかを相対的に表す有用なパラメータである。緩和率Rs = 100%は完全に応力が緩和されている状態を意味する。
Wr = (W14/50 − W13/50)/W13/50×100[%]・・・(2)
なおW13/50は1.3T、50Hzにおける鉄損、W14/50は1.4T、50Hzにおける鉄損である。比較例2-1はトロイダル磁心に加工した際に生じる応力が十分に緩和されず、さらに飽和磁束密度も小さい。したがって動作磁束密度が1.4Tでは鉄損が大きく増加しWrも大きい。また比較例2-2は高飽和磁束密度ではあるが、トロイダル磁心に加工した際に発生する応力によって、Wrはやはり大きい。一方、実施例2-1および2-2の適度にCrを添加した試料では、熱処理よって応力が十分に緩和され、かつ高飽和磁束密度であることからWrは比較例1または2に比べ極めて小さいことが解った。
さらに表2に合金の表面性状を意味する算術表面粗さRaを示す。Raは表面粗さ測定器を用いて、薄帯の幅方向の表面粗さを測定した。概して、Raが小さいほど磁心を作製したときの占積率は大きい。先にも述べたように適度なCrまたはNiの添加は、溶湯時粘性の低下によってロールとの濡れ性が改善し、得られる薄帯表面は、CrまたはNiを添加しない従来の薄帯表面よりも平滑になる。したがって表面が平滑な薄帯によって磁心体を作製すれば占積率は大きくなり、小型化と軽量化が実現される。
Fe基非晶質合金にCoを添加すると飽和磁束密度が増加することは広く知られている。Coを添加した比較例2-3乃至2-5は飽和磁束密度だけでなく、占積率も大きい。ところがCoは希少金属であるため、Coの添加はコストが高くなる。一方、Niも適度な添加によって、Coを添加した場合と同様にFe基非晶質合金の飽和磁束密度、磁束密度と占積率を増加させることが可能である。しかもNiはCoよりも原料コストが低い。したがってFe基非晶質合金を用いて、応力が十分に緩和され、磁気特性の優れた、小型、軽量かつ低コストな磁心体を作製するにはFe基非晶質合金に適度なNiまたはCrを添加することが効果的であると解った。
FeaSibBcC2Mx(原子%:a+b+c+d+x=100)の合金溶湯を単ロ−ル法により急冷し、幅5mm、厚さ25μmのFe基非晶質合金薄帯を得た。ただしMはCrまたはNiのうち1種または2種であり、aは77〜84、bは0.1〜3、cは13〜17、xは0.05〜5の範囲で変えてFe基非晶質合金薄帯を製造した。熱処理後の薄帯は主として非晶質相であった。
比較例としてFeaSibBcC2Mx(原子%)の合金溶湯を単ロ−ル法により急冷し、幅5mm、厚さ25μmの非晶質合金薄帯を得た。ただしMはCrまたはNiのうち1種または2種であり、aは73〜82、bは2〜10、cは5〜22、dは0.08〜6、xは0.05〜10の範囲で変えてFe基非晶質合金薄帯を製造した。熱処理後の薄帯は主として非晶質相であった。
これらのFe基非晶質合金薄帯を外径19mm、内径15mmに巻き回し、トロイダル磁心を作製した。作製した磁心をArガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、熱処理を行った。熱処理の際、合金磁心の磁路方向1kA/mの磁界を印加し、320℃、350℃、370℃または400℃まで2時間かけて昇温し、1時間保持した後、200℃まで降温した。
また、このFe基非晶質合金薄帯を幅5mm、厚さ25μm、長さ12cmに加工し、短冊状の単板試料とした。作製した単板試料をArガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、熱処理を行った。熱処理の際、合金薄帯の長手方向に1kA/mの磁界を印加し、320℃、350℃、370℃または400℃まで2時間かけて昇温し、1時間保持した後、200℃まで降温した。
本発明では合金が環状体に加工されたときに発生する応力の除去を目的とした熱処理を行った。このとき用いた試料は、幅5mm、厚さ25μm、長さ10.5cmの非晶質合金薄帯とした。同試料を石英ガラス管に巻きつけ、熱処理炉に挿入した。熱処理条件はAr雰囲気にて320℃、350℃、370℃または400℃まで2時間かけて昇温し、1時間保持した後、200℃まで降温した。
上記した試料の飽和磁束密度Bs、80A/m磁場下における磁束密度B80、1.3Tかつ50Hzにおける鉄損W13/50、1.4Tかつ50Hzにおける鉄損W14/50、さらに緩和率Rsを測定した。それらの結果の一部を例として表3に示す。この実施例では実施例2と同様の結果を得た。
実施例1および2に記載した合金溶湯を単ロール法により急冷し、板厚25μm、幅50mmのFe基非晶質合金薄帯を得た。この薄帯をラップカット方式またはステップラップ方式にてトランス用磁心形状に加工し、熱処理を施した。本発明では適度にCr、NiまたはCr+Niが添加されている非晶質合金薄帯を用いていることから、環状体に加工する際に発生する応力は所定の熱処理によって十分に緩和され、ギャップ間隔の狭い、磁気特性に優れた高占積率なトランス用磁心が作製できた。
Claims (11)
- 一般式:FeaSibBcMx(ただしMはCrまたはNiのうちの1種または2種であり、式中a、b、cおよびxはそれぞれ原子%で、78≦a≦86、0.001≦b≦5、7≦c≦20、0.01≦x≦5を満足し、かつa+b+c+x=100)であることを特徴とする磁気特性に優れたFe基非晶質合金薄帯。
- 飽和磁束密度が1.6T以上、80A/mの磁場における磁束密度が1.5T以上であることを特徴とする請求項1に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 前記式中a、b、cおよびxはそれぞれ原子%で、78≦a≦85、0.001≦b≦3、10≦c≦20、0.01≦x≦4であり、飽和磁束密度が1.65T以上、80A/mの磁場における磁束密度が1.6T以上であることを特徴とする請求項1に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 前記MはCrであり、かつxは原子%で、0.01≦x≦1であることを特徴とする請求項1に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 前記MはNiであり、かつxは原子%で、0.1≦x≦5であることを特徴とする請求項1に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 一般式:FeaSibBcCdMx(ただしMはCrまたはNiのうち1種または2種であり、式中a、b、c、dおよびxはそれぞれ原子%で、78≦a≦86、0.001≦b≦5、7≦c≦20、0.001≦d≦4、0.01≦x≦5を満足し、かつa+b+c+d+x=100)であることを特徴とする磁気特性に優れたFe基非晶質合金薄帯。
- 飽和磁束密度が1.6T以上、80A/mの磁場における磁束密度が1.5T以上であることを特徴とする請求項7に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 前記式中a、b、cおよびxはそれぞれ原子%で、78≦a≦85、0.001≦b≦3、10≦c≦20、0.001≦d≦3、0.01≦x≦4であり、飽和磁束密度が1.65T以上、80A/mの磁場における磁束密度が1.6T以上であることを特徴とする請求項6に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 前記MはCrであり、かつxは原子%で、0.01≦x≦1であることを特徴とする請求項6に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 前記MはNiであり、かつxは原子%で、0.1≦x≦5であることを特徴とする請求項6に記載のFe基非晶質合金薄帯。
- 請求項1乃至10に記載のFe基非晶質合金薄帯をラップカット方式もしくはステップラップ方式でトランス磁心形状にした磁心体。
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