JP2017141508A - アモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置および軟磁性コア - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置は、アモルファス合金薄帯の積層体を保持する積層治具と、積層治具と接触することなく積層体を積層方向の上下面から挟み込む2つの加熱プレートと、2つの加熱プレートを加熱温度制御するための加熱制御装置と、を備える。
【選択図】図1
Description
ここで、Fe基ナノ結晶合金は、磁性を担う必須元素としてFe元素を主元素とした合金である。このFe基ナノ結晶合金を用いた軟磁性コアの製造においては、アモルファス構造を有する合金組成物の薄帯を積層してコアを形成し、コアに熱処理を施して、微細なbccFe結晶を析出させる必要がある。なお、bccとは、体心立方格子構造のことである。
前記積層治具と接触することなく前記積層体を積層方向の上下面から挟み込む2つの加熱プレートと、
前記2つの加熱プレートを加熱温度制御するための加熱制御装置と、
を備える。
前記積層治具と接触することなく前記積層体を積層方向の上下面から挟み込む2つの加熱プレートと、
前記2つの加熱プレートを加熱温度制御するための加熱制御装置と、
を備える。
前記積層治具は、前記積層体の積層方向と交差する面内で前記積層体を保持してもよい。
前記加熱制御装置は、前記2つの加熱プレートを400℃以上、500℃以下の温度範囲に制御してもよい。
前記積層体を前記積層治具と共に前記治具設置機構へ配置する搬送装置と、
をさらに備えてもよい。
前記積層体の各Fe基合金薄帯は、積層方向に重なる同一形状の結晶化割合が相対的に高い箇所と、積層方向に重なる同一形状の結晶化割合が相対的に低い箇所と、を有する。
<アモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置の構成>
図1は、実施の形態1におけるアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置101の構成を示す構造模式図である。
このアモルファス合金薄帯の積層体102の熱処理装置101は、アモルファス合金薄帯の積層体102を保持する積層治具103と、積層体102を積層方向の上下面から挟み込む2つの加熱プレート104a、104bと、を備える。さらに、2つの加熱プレート104a、104bを加熱温度制御する加熱制御装置(図示せず)と、2つの加熱プレート104a、104b間で積層体102を積層方向の上下面から挟んで加圧する加圧駆動機構108aと、を備える。なお、2つの加熱プレート104a、104bは、積層治具103と接触しない。
このアモルファス合金薄帯の積層体102の熱処理装置101では、アモルファス合金薄帯の積層体102を積層方向の上下面から挟み込む2つの加熱プレート104a、104bを有している。この2つの加熱プレート104a、104bによって、アモルファス合金薄帯の積層体102を加熱する。一方、アモルファス合金薄帯が結晶化する際の自己発熱によって過剰な温度上昇が生じた際には、アモルファス合金薄帯の積層体102から2つの加熱プレート104a、104bへの熱の移動が生じて、アモルファス合金薄帯102の過剰な温度上昇を抑制できる。これによって、アモルファス合金薄帯から微細な合金結晶を有する軟磁性コアを得ることができる。
熱処理を受けるアモルファス合金薄帯の積層体は、例えば、アモルファスFe基合金薄帯の積層体である。Fe基合金は、Feを主成分としてわずかにB、P、Cu、Si、C等の不純物を含んでいてもよい。各アモルファス合金薄帯の厚さとしては、例えば、10μm以上、100μm以下の範囲であり、さらに、20μm以上、50μmの範囲であってもよい。また、アモルファスFe基合金薄帯の積層体102は、アモルファス合金薄帯が例えば数枚以上、40枚未満の枚数を積層しており、その厚さとしては、例えば、2mm未満である。
図2(a)、図2(b)は、積層治具103と積層されたアモルファス合金薄帯102を示したものであり、図2(a)は、側面から見た図で図2(b)は上から見た図である。
図1において、アモルファス合金薄帯の積層体102は、積層治具103にて位置決めされた状態で積層されて支持されている。積層治具103は、アモルファス合金薄帯の積層体102の積層方向と交差する面内でアモルファス合金薄帯の積層体102を保持する。積層治具103には、アモルファス合金薄帯の積層体102の積層方向に垂直な平面形状より大きいリング状の治具フレーム103と、アモルファス合金薄帯102に配置された穴105に入り、位置決めをする為の位置決めピン201と、位置決めピン201と治具フレーム203を接続する位置決めピン接続部202と、が配置されている。積層治具103は、アモルファス合金薄帯の積層体102の積層方向と交差する面内において、アモルファス合金薄帯の積層体102の中心から延在する半径方向と交差する少なくとも2組の位置決めピン201及び位置決めピン接続部202によってアモルファス合金薄帯の積層体102を保持する。この位置決めピン接続部202は、水平方向に屈曲することが可能な形状である。アモルファス合金薄帯102が収縮した際には、この位置決めピン201及び位置決めピン接続部202が矢印方向に移動することによってアモルファス合金薄帯102の収縮に追従できる。これによって、アモルファス合金薄帯102の収縮時の変形及び破損を抑制できる。
また、積層治具103に積層されたアモルファス合金薄帯102を2つの加熱プレート104a、104bの間に設置する為の、治具設置機構107と搬送機構106を備えてもよい。と、2つの加熱プレート104a、104bを駆動させ、アモルファス合金薄帯102と接触、加圧する為の加圧駆動機構108a、108bを備えてもよい。
図3(a)〜図3(d)は、2つの加熱プレート104a、104bの平面模式図及び側面模式図である。図3(a)は、上側の加熱プレート104aを上から見た平面図である。図3(b)は、側面から見た側面図である(固定用のねじ穴、上側の加熱プレートの加熱ヒータ105aは図示せず)。図3(c)は、下側の加熱プレート104bを上から見た図である。図3(d)は、側面から見た側面図である(固定用のねじ穴、下側の加熱プレートの加熱ヒータ105bは図示せず)。
2つの加熱プレート104a、104bには、それぞれ加熱ヒータ105a、105bが配置され、これらの加熱ヒータ105a、105bに印加される電力を制御する加熱制御装置(図示せず)が配置されている。また、2つの加熱プレート104a、104bは、加圧駆動機構108a、108bにより、積層体を積層方向の上下面から挟んで加圧することができる。これによって、アモルファス合金薄帯の積層体102と2つの加熱プレート104a、104bとの接触熱抵抗を低くすることができる。そこで、アモルファス合金薄帯が結晶化する際の自己発熱によって過剰な温度上昇が生じた際には、アモルファス合金薄帯の積層体102から2つの加熱プレート104a、104bへの熱の移動が生じて、アモルファス合金薄帯102の過剰な温度上昇を抑制できる。これによって、アモルファス合金薄帯から微細な合金結晶を有する軟磁性コアを得ることができる。
上記アモルファス合金薄帯の積層体102の熱処理装置101による、アモルファス合金薄帯の積層体102の熱処理方法について、図1を用いて説明する。
(1)予め、2つの加熱プレート104a、104bを、加熱制御装置により加熱ヒータ105a、105bに印加する電力を制御し、加熱し温度を安定させておく。この際の2つの加熱プレート104a、104bは、アモルファス合金薄帯102のbccFe結晶の結晶化温度より高く、軟磁気特性の低下の要因となるFe化合物が析出する結晶化温度より低い温度に設定する。例えば、アモルファス合金薄帯としてアモルファスFe基合金を用いる場合には、結晶化温度がおよそ400℃であって、他相となるFe化合物生成の温度がおよそ530℃である。そこで、例えば、400℃以上、500℃以下の温度範囲に設定してもよい。
(2)次に、アモルファス合金薄帯102を積層治具103に積層し、アモルファス合金薄帯の熱処理装置101内へ投入する。投入されたアモルファス合金薄帯102は、積層治具103と共に、搬送機構106により、治具設置機構107に設置する。
(3)次に、加圧駆動機構108a、108bにより、加熱された2つの加熱プレート104a、104bをアモルファス合金薄帯102と接触させ、加圧することでアモルファス合金薄帯102の加熱、結晶化を行う。アモルファス合金薄帯102の結晶化の際の自己発熱が生じて、アモルファス合金薄帯102の温度が2つの加熱プレート104a、104bの温度よりも高くなった際には、2つの加熱プレート104a、104bが冷却プレートの作用を果たす。これによって、アモルファス合金薄帯102から2つの加熱プレート104a、104bに熱が移動、吸収され、アモルファス合金薄帯102の自己発熱による昇温を抑制できる。その結果、アモルファス合金薄帯102の軟磁性特性が低下するまで高温になることを抑制できる。なお、2つの加熱プレート104a、104bをアモルファス合金薄帯102と接触・加圧することによって、アモルファス合金薄帯102と2つの加熱プレート104a、104bとの間の接触熱抵抗を減らすことができる。この結果、加熱時には効率的にアモルファス合金薄帯102に熱を伝えることができる。一方、アモルファス合金薄帯102の結晶化に伴う自己発熱時には、アモルファス合金薄帯102から2つの加熱プレート104a、104bへの熱の移動を速やかにでき、自己発熱による過剰な温度上昇を効率的に抑制できる。
また、この加熱処理時にアモルファス合金薄帯102は収縮するが、積層治具103の位置決めピン201が、位置決めピン接続部202が屈曲することで移動し、アモルファス合金薄帯102の変形、破損を抑制している。
(4)次に、加圧駆動機構108a、108bにより、2つの加熱プレート104a、104bを開くことで、熱処理後の合金薄帯102の積層体と2つの加熱プレート104a、104bとの接触を開放する。
(5)次に、搬送機構106により熱処理後の合金薄帯の積層体102を積層治具103と共に回収後、熱処理後の合金薄帯の積層体102を積層治具から取り出す。
以上の各工程によって、アモルファス合金薄帯102を結晶化処理して、軟磁性コアを得ることができる。
本構成によりアモルファス合金薄帯の積層体102を結晶化して軟磁性コアとして使用できる。図4は、本構成により熱処理を行い結晶化させた軟磁性コア401を示している。
軟磁性コア401には、熱処理時において、2つの加熱プレートに配置された位置決めピン部逃げ構造301a、302bにより、アモルファス合金薄帯102と2つの加熱プレート104a、104bとが接触せず、他の部分と比較して結晶化が少ない箇所402が存在する。つまり、加熱プレート104a、104bが接触した箇所は結晶の体積分率が50%以上となっているが、結晶化が少ない箇所402においては、50%未満となっている。この場合、各合金薄帯は、積層方向に重なる同一形状の結晶化割合が相対的に高い箇所と、積層方向に重なる実質的に同一形状の結晶化割合が相対的に低い箇所と、を有する。
なお、結晶化が少ない箇所402は、飽和磁束密度や軟磁気特性が劣る為、軟磁性コアでこれらの高い特性を必要とする領域には配置されないよう設計する必要がある。
また、この軟磁性コア401の積層体を分離すると、図5に示す合金薄帯501となる。合金薄帯501の外形部付近は、合金薄帯501の着色された箇所502が存在する。しかし、内部は合金薄帯501の着色されなかった箇所503が残されている。これは、加熱処理の際に加圧されることで、薄帯間に酸素が通るだけの隙間が狭いことと関係している。また、着色された箇所502の範囲は積層体を構成する薄帯間の密着状態に依存しており、アモルファス合金薄帯102の厚みの面内バラツキの他、加圧駆動機構108a、108bによる加圧力にも依存する。
なお、着色される、着色されないは、酸化膜の状態によるものと思われる。
着色された箇所502は、その色を視認することで品質を判断できる。
かかる構成によれば、アモルファス合金薄帯の積層体を2つの加熱プレートにより接触、加圧することにより、熱処理で結晶化する際に生じる自己発熱および収縮の影響を抑制可能となり、軟磁気特性を低下させること無く熱処理することができ、軟磁気特性が高いコアを得ることができる。
なお、本実施の形態において、積層治具103はアモルファス合金薄帯102に開けられた穴へ位置決めピン201を挿入することで、位置決めし積層する構成としているが、アモルファス合金薄帯の外形の一部もしくは全部を規制する構成としてもよい。その際にその規制部はアモルファス合金薄帯の収縮に合わせ追従する構成となる。
また、本実施の形態において、2つの加熱プレート104a、104bの平面形状は四角形としているが、円形その他の形状をしていてもよい。円形とした場合、加熱プレートに配置した治具フレーム部逃げ構造302a、302bが不要とすることが可能である。
また、本実施の形態において、アモルファス合金薄帯102を積層治具103と共に2つの加熱プレート104a、104bの間に配置するのに、治具設置機構107に設置しているが、これに限られない。例えば、搬送機構106でアモルファス合金薄帯102を積層治具103と共に保持した状態で、2つの加熱プレート104a、104bを加圧駆動機構108a、108bにより閉じる構成としてもよい。
102 アモルファス合金薄帯またはその積層体
103 積層治具(治具フレーム)
104a 加熱プレート
104b 加熱プレート
105a 加熱ヒータ
105b 加熱ヒータ
106 搬送機構
107 治具設置機構
108a 加圧駆動機構
201 位置決めピン(支持体)
202 位置決めピン接続部
203 治具フレーム
301a 構造
302a 構造
401 軟磁性コア
402 結晶化が少ない箇所
501 結晶化された合金薄帯
502 合金薄帯の着色された箇所
503 合金薄帯の着色されなかった箇所
601 軟磁性コア
602 アモルファス合金薄帯
603 吸熱反応物質
Claims (11)
- アモルファス合金薄帯の積層体を保持する積層治具と、
前記積層治具と接触することなく前記積層体を積層方向の上下面から挟み込む2つの加熱プレートと、
前記2つの加熱プレートを加熱温度制御するための加熱制御装置と、
を備えた、アモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。 - 前記2つの加熱プレートは、前記積層体の積層方向に垂直な平面形状より大きく、前記アモルファス合金薄帯の前記積層治具による保持位置を含む箇所について前記積層体と接触しない請求項1に記載のアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。
- 前記積層治具において、前記アモルファス合金薄帯が結晶化する際の収縮に追従する機構を有する、請求項1または2に記載のアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。
- 前記2つの加熱プレート間で前記積層体を積層方向の上下面から挟んで加圧する加圧駆動機構をさらに備え、
前記積層治具は、前記積層体の積層方向と交差する面内で前記積層体を保持する、請求項1から3のいずれか一項に記載のアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。 - 前記積層治具は、前記積層体の積層方向と交差する面内において、前記積層体の中心から延在する半径方向と交差する少なくとも2つの支持体によって前記積層体を保持する、請求項1から4のいずれか一項に記載のアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。
- 前記アモルファス合金薄帯は、Fe基合金薄帯であって、
前記加熱制御装置は、前記2つの加熱プレートを400℃以上、500℃以下の温度範囲に制御する、請求項1から5のいずれか一項に記載のアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。 - 前記積層治具を前記2つの加熱プレート間に設置する治具設置機構と、
前記積層体を前記積層治具と共に前記治具設置機構へ配置する搬送装置と、
をさらに備えた、請求項1から6のいずれか一項に記載のアモルファス合金薄帯の積層体の熱処理装置。 - Fe基合金薄帯が積層された積層体からなり、
前記積層体の各Fe基合金薄帯は、積層方向に重なる同一形状の結晶化割合が相対的に高い箇所と、積層方向に重なる同一形状の結晶化割合が相対的に低い箇所と、を有する軟磁性コア。 - 前記積層体における前記Fe基合金薄帯同士の接触面において、着色されない箇所を有する、請求項8に記載の軟磁性コア。
- 前記着色されない箇所は、前記積層体の平面視外形において前記着色される箇所により囲まれている、請求項9に記載の軟磁性コア。
- 前記積層体は、熱処理によって着色し、熱処理の程度を視認できる、請求項10に記載の軟磁性コア。
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