JP2563097B2 - 微結晶鉄ベース合金から成る漏電遮断器用磁心材料 - Google Patents
微結晶鉄ベース合金から成る漏電遮断器用磁心材料Info
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Classifications
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- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、微結晶鉄ベース合金から成る漏電遮断器
用磁心材料に関する。
用磁心材料に関する。
［従来の技術］ 漏電遮断器は長年にわたり人体及び機械の保護のため
に用いられている。漏電遮断器の重要な構成部品は差動
変流器として働く軟磁性磁心である。機械保護用漏電遮
断器のための引き外し電流は約300〜500mAの範囲にあ
る。これに反して人体保護用漏電遮断器の場合には引き
外し電流は30mAにすぎない。ヒルツィンゲル（Hilzinge
r）及びボル（Boll）の論文「結晶質及び非晶軟磁性金
属（Weichmagnetische kristalline und amorphe Metal
le）」、エレクトロニク（Elektronik）、第22巻、1987
年には、磁心に対する要求とこのために使用される材料
とが記載されている。磁心材料は高い最大透磁率又は小
さい磁界強度の際の十分な磁束密度のほかに、特に全使
用範囲にわたり磁性特性の温度依存性を小さくしなけれ
ばならない。30mA漏電遮断器に対しては主として約77％
ニッケルを含む結晶質ニッケル・鉄合金（パーマロイ
形）が使用される。この材料の飽和値は約0.8Tである。
しかしながら材料の磁気特性の温度依存性を小さくする
ためには、パーマロイ合金の場合には補助的な費用のか
かる焼きなましが必要である。それにより漏電遮断器用
磁心の製造は費用がかかり高価となる。焼きなましの必
要性はファイファ（Pfeifer）及びボル（Boll）の論
文、アイトリプルイー トランザクションズ（IEEE Tra
nsactions）、磁気学編、第MAG−５巻、第３号、1969年
９月、第365〜370ページに詳細に述べられている。
に用いられている。漏電遮断器の重要な構成部品は差動
変流器として働く軟磁性磁心である。機械保護用漏電遮
断器のための引き外し電流は約300〜500mAの範囲にあ
る。これに反して人体保護用漏電遮断器の場合には引き
外し電流は30mAにすぎない。ヒルツィンゲル（Hilzinge
r）及びボル（Boll）の論文「結晶質及び非晶軟磁性金
属（Weichmagnetische kristalline und amorphe Metal
le）」、エレクトロニク（Elektronik）、第22巻、1987
年には、磁心に対する要求とこのために使用される材料
とが記載されている。磁心材料は高い最大透磁率又は小
さい磁界強度の際の十分な磁束密度のほかに、特に全使
用範囲にわたり磁性特性の温度依存性を小さくしなけれ
ばならない。30mA漏電遮断器に対しては主として約77％
ニッケルを含む結晶質ニッケル・鉄合金（パーマロイ
形）が使用される。この材料の飽和値は約0.8Tである。
しかしながら材料の磁気特性の温度依存性を小さくする
ためには、パーマロイ合金の場合には補助的な費用のか
かる焼きなましが必要である。それにより漏電遮断器用
磁心の製造は費用がかかり高価となる。焼きなましの必
要性はファイファ（Pfeifer）及びボル（Boll）の論
文、アイトリプルイー トランザクションズ（IEEE Tra
nsactions）、磁気学編、第MAG−５巻、第３号、1969年
９月、第365〜370ページに詳細に述べられている。
結晶質材料のほかに既に漏電遮断器用磁心材料が提案
されている。小さい磁化力が要求されるために30mA用漏
電遮断器に対してはコバルトを多く含む合金だけが問題
となり、その飽和値は0.55〜0.7Tの範囲にある。しかし
ながらボル及びヒルツィンゲルの前記論便に記載のよう
に、非晶質材料を使用する場合に温度依存性に関する高
い要求において問題が生じる。
されている。小さい磁化力が要求されるために30mA用漏
電遮断器に対してはコバルトを多く含む合金だけが問題
となり、その飽和値は0.55〜0.7Tの範囲にある。しかし
ながらボル及びヒルツィンゲルの前記論便に記載のよう
に、非晶質材料を使用する場合に温度依存性に関する高
い要求において問題が生じる。
［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、飽和磁束密度が高いと同時に磁気
特性の温度依存性小さい漏電遮断器用磁心材料を提供す
ることにある。
特性の温度依存性小さい漏電遮断器用磁心材料を提供す
ることにある。
［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、60原子％以上の鉄含有
量を有し、その組織の50％以上が100nm未満の粒度の微
結晶粒子から成り、1.1T以上の飽和磁束密度及び0.7未
満の残留磁気比Br/Bsを有する鉄ベース合金から成り、
動作点での磁束密度偏移の温度依存変化が−25℃ないし
＋80℃の温度領域で室温に対し±10％未満である漏電遮
断器の磁心材料としれ用いられることにより解決され
る。ここでBrは残留磁気であり、Bsは飽和磁束密度であ
る。
量を有し、その組織の50％以上が100nm未満の粒度の微
結晶粒子から成り、1.1T以上の飽和磁束密度及び0.7未
満の残留磁気比Br/Bsを有する鉄ベース合金から成り、
動作点での磁束密度偏移の温度依存変化が−25℃ないし
＋80℃の温度領域で室温に対し±10％未満である漏電遮
断器の磁心材料としれ用いられることにより解決され
る。ここでBrは残留磁気であり、Bsは飽和磁束密度であ
る。
この種の微結晶鉄ベース合金は欧州特許出願公開第27
1657号公報から知られている。これは特に鉄のほかに主
として0.1〜３原子％の銅、0.1〜30原子％のNb、Ｗ、T
a、Zr、Hf、Ti、Moのような別の金属、30原子％以下の
ケイ素及び25原子％以下のホウ素を含む合金であり、そ
の際ホウ素とケイ素との合計含有量は５〜30原子％の範
囲にある。鉄は部分的にコバルト及び／又はニッケルに
より置き替えることができる。この材料はその良好な磁
気高周波特性に基づき高周波変成器、チョーク及び磁石
に使用するために提案されている。欧州特許出願公開第
299498号公報から微結晶鉄ベース合金から成る磁心が知
られており、この磁心は透磁率の時間依存変化が非常に
少ない。チョーク、フィルタ及び高周波変成器における
磁心の前記公報に記載の用途に対して、0.3以下又は0.7
以上の残留磁気比を有する磁心が用いられる。更に吉
沢、山内、山根及び杉原の論文、ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス（Journal of Applied Physic
s）、第64巻、第10号、1988年、第6047〜6049ページか
ら、チョークコイルに使用するための微結晶鉄ベース合
金から成る磁心が知られている、この論文には飽和磁束
密度の温度依存性についての測定値と、氷点以上の温度
に対する透磁率とが記載されている。
1657号公報から知られている。これは特に鉄のほかに主
として0.1〜３原子％の銅、0.1〜30原子％のNb、Ｗ、T
a、Zr、Hf、Ti、Moのような別の金属、30原子％以下の
ケイ素及び25原子％以下のホウ素を含む合金であり、そ
の際ホウ素とケイ素との合計含有量は５〜30原子％の範
囲にある。鉄は部分的にコバルト及び／又はニッケルに
より置き替えることができる。この材料はその良好な磁
気高周波特性に基づき高周波変成器、チョーク及び磁石
に使用するために提案されている。欧州特許出願公開第
299498号公報から微結晶鉄ベース合金から成る磁心が知
られており、この磁心は透磁率の時間依存変化が非常に
少ない。チョーク、フィルタ及び高周波変成器における
磁心の前記公報に記載の用途に対して、0.3以下又は0.7
以上の残留磁気比を有する磁心が用いられる。更に吉
沢、山内、山根及び杉原の論文、ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス（Journal of Applied Physic
s）、第64巻、第10号、1988年、第6047〜6049ページか
ら、チョークコイルに使用するための微結晶鉄ベース合
金から成る磁心が知られている、この論文には飽和磁束
密度の温度依存性についての測定値と、氷点以上の温度
に対する透磁率とが記載されている。
［作用効果］ 驚くべきことに微結晶鉄ベース合金が、漏電遮断器の
使用範囲である−25℃の温度までの氷点下の温度におい
ても、磁気特性の温度依存性が極めて小さいということ
が発見された。氷点を超える場合の磁気特性の小さい温
度依存性は、漏電遮断器に磁心材料として使用するため
には不十分であり、更に従来漏電遮断器のために使用さ
れた材料から知られているように（第４図参照）、氷点
下の温度の場合の小さい温度依存性に対するあかしとは
ならない。既にファイファ及びボルの論文に記載のよう
に、従来の技術に基づくニッケル・鉄合金も比較的高い
温度の場合には透磁率の低下は比較的小さいが、これに
反して低い温度の場合には透磁率の低下が著しい。
使用範囲である−25℃の温度までの氷点下の温度におい
ても、磁気特性の温度依存性が極めて小さいということ
が発見された。氷点を超える場合の磁気特性の小さい温
度依存性は、漏電遮断器に磁心材料として使用するため
には不十分であり、更に従来漏電遮断器のために使用さ
れた材料から知られているように（第４図参照）、氷点
下の温度の場合の小さい温度依存性に対するあかしとは
ならない。既にファイファ及びボルの論文に記載のよう
に、従来の技術に基づくニッケル・鉄合金も比較的高い
温度の場合には透磁率の低下は比較的小さいが、これに
反して低い温度の場合には透磁率の低下が著しい。
漏電遮断器のためのこの発明に基づく微結晶磁心は、
非常に良好な軟磁性特性を有し、またこの特性の温度依
存性は小さい。このことは丸いヒステリシスループを有
するすなわち0.4以上0.7未満の残留磁気比を有する磁心
に対し特に成立する、この合金の製造は経済的である。
なぜならば磁気特性の温度依存性を小さくするための補
助的な特殊の焼きなましが必要でないからである。環状
磁心はパルスレベル制御に対しても非常に良好な安定性
を示す。
非常に良好な軟磁性特性を有し、またこの特性の温度依
存性は小さい。このことは丸いヒステリシスループを有
するすなわち0.4以上0.7未満の残留磁気比を有する磁心
に対し特に成立する、この合金の製造は経済的である。
なぜならば磁気特性の温度依存性を小さくするための補
助的な特殊の焼きなましが必要でないからである。環状
磁心はパルスレベル制御に対しても非常に良好な安定性
を示す。
［実施例］ 次にこの発明に基づく磁心材料の複数の実施例の特性
を示すグラフにより、この発明を詳細に説明する。
を示すグラフにより、この発明を詳細に説明する。
平らかなヒステリシスループを有する環状テープコア
ばかりでなく丸いヒステリシスループを有する環状テー
プコアが作られた、30mA漏電遮断器を使用するために、
特に0.4〜0.7の範囲の残留磁気比を有する材料が有利で
あることが判明した。微結晶テープは、一回の熱処理工
程と続いて0.4K/分以上の冷却速度による冷却とによ
り、元来非晶質のテープを結晶化することにより製作さ
れた。
ばかりでなく丸いヒステリシスループを有する環状テー
プコアが作られた、30mA漏電遮断器を使用するために、
特に0.4〜0.7の範囲の残留磁気比を有する材料が有利で
あることが判明した。微結晶テープは、一回の熱処理工
程と続いて0.4K/分以上の冷却速度による冷却とによ
り、元来非晶質のテープを結晶化することにより製作さ
れた。
微結晶のテープの製造方法は原理的に前記欧州特許出
願公報から知られている。微結晶粒子の粒度はすべての
実施例において常に25nm未満であった。実施例の磁心は
73.5原子％の鉄のほかに更に１原子％の銅、３原子％の
ニオブ、13.5原子％のケイ素及び９原子％のホウ礎を含
んでいた。完成された環状テープコアはΦ19×Φ15×5m
mの寸法を有していた。環状テープコアはそれぞれ、
（50Hz）及び静的磁束密度偏移ΔBStat及び動的磁束密
度偏移ΔBdynのヒステリシスループ及び磁化曲線が、正
弦波、半波整流及び全波整流電流の場合に室温で測定さ
れた。更に静的及び動的磁束密度偏移及び50Hzでのμ４
の温度依存性が測定された。
願公報から知られている。微結晶粒子の粒度はすべての
実施例において常に25nm未満であった。実施例の磁心は
73.5原子％の鉄のほかに更に１原子％の銅、３原子％の
ニオブ、13.5原子％のケイ素及び９原子％のホウ礎を含
んでいた。完成された環状テープコアはΦ19×Φ15×5m
mの寸法を有していた。環状テープコアはそれぞれ、
（50Hz）及び静的磁束密度偏移ΔBStat及び動的磁束密
度偏移ΔBdynのヒステリシスループ及び磁化曲線が、正
弦波、半波整流及び全波整流電流の場合に室温で測定さ
れた。更に静的及び動的磁束密度偏移及び50Hzでのμ４
の温度依存性が測定された。
例 1: 磁界を用いない熱処理が実施された磁心は0.65の残留
磁気比を有していた（丸いヒステリシスループ）。第１
図にはこの磁心のほぼ静的なヒステリシスループが示さ
れている。第２図は、ΔBStat、ΔBdyn及び磁界強度
間の関係を示す。丸いヒステリシスループを有するこの
発明に基づく磁心の磁束密度は、既に10mA/cmの磁界
強度の場合に0.5Tの値に達し、従って従来の技術に基づ
く漏電遮断器用磁石材料の値を超える。またこの発明に
基づく磁心は静的及び動的磁束密度偏移に対する高い値
を有する。第３図ａ）〜ｃ）にはこの発明に基づく磁心
の磁気特性の温度依存性が示されている。この温度依存
性は、−25℃〜＋80℃の実際の用途に対し必要な全温度
範囲にわたり変動の小さい非常に高い不変性を有する。
磁気比を有していた（丸いヒステリシスループ）。第１
図にはこの磁心のほぼ静的なヒステリシスループが示さ
れている。第２図は、ΔBStat、ΔBdyn及び磁界強度
間の関係を示す。丸いヒステリシスループを有するこの
発明に基づく磁心の磁束密度は、既に10mA/cmの磁界
強度の場合に0.5Tの値に達し、従って従来の技術に基づ
く漏電遮断器用磁石材料の値を超える。またこの発明に
基づく磁心は静的及び動的磁束密度偏移に対する高い値
を有する。第３図ａ）〜ｃ）にはこの発明に基づく磁心
の磁気特性の温度依存性が示されている。この温度依存
性は、−25℃〜＋80℃の実際の用途に対し必要な全温度
範囲にわたり変動の小さい非常に高い不変性を有する。
比較のために第４図には従来の技術に基づく合金に対
する磁気特性の温度依存性が示されている。この合金は
商品名ウルトラパームF80のもとに漏電遮断器用に販売
されている高ニッケル含有合金である。この合金も氷点
以上の温度に対しては磁石値のまさに良好な不変性を有
する。しかしながら氷点下の温度に対しては大きい変動
を生じる。
する磁気特性の温度依存性が示されている。この合金は
商品名ウルトラパームF80のもとに漏電遮断器用に販売
されている高ニッケル含有合金である。この合金も氷点
以上の温度に対しては磁石値のまさに良好な不変性を有
する。しかしながら氷点下の温度に対しては大きい変動
を生じる。
例 2: 横磁界の中で熱処理が実施された磁心では0.1の残留
磁気比が測定された（平らなヒステリシスループ）。こ
の磁心は同様に、第５図ａ）〜ｃ）に示すような温度変
化の際の磁気特性の良好な不変性を有する。しかし丸い
ヒステリシスループを有する磁心の場合よりこの変動は
大きかった。
磁気比が測定された（平らなヒステリシスループ）。こ
の磁心は同様に、第５図ａ）〜ｃ）に示すような温度変
化の際の磁気特性の良好な不変性を有する。しかし丸い
ヒステリシスループを有する磁心の場合よりこの変動は
大きかった。
第１図はこの発明に基づく磁心材料の一実施例のＢ−Ｈ
曲線を示した図、第２図は第１図と同じ材料の（50H
z）、ΔBStat、ΔBdyn−Ｈ特性をグラフで示した図、第
３図ａ）〜ｃ）は第２図に示すμ４（50Hz）、Δ
BStat、ΔBdynの温度依存性をグラフで示した図、第４
図は一従来例の第３図と同様な温度依存性をグラフで示
した図、第５図ａ）〜ｃ）は別の実施例の第３図ａ）〜
ｃ）と同様な温度依存性をグラフで示した図である。
曲線を示した図、第２図は第１図と同じ材料の（50H
z）、ΔBStat、ΔBdyn−Ｈ特性をグラフで示した図、第
３図ａ）〜ｃ）は第２図に示すμ４（50Hz）、Δ
BStat、ΔBdynの温度依存性をグラフで示した図、第４
図は一従来例の第３図と同様な温度依存性をグラフで示
した図、第５図ａ）〜ｃ）は別の実施例の第３図ａ）〜
ｃ）と同様な温度依存性をグラフで示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−39347（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】60原子％以上の鉄含有量を有し、その組織
の50％以上が100nm未満の粒度の微結晶粒子から成り、
1.1T以上の飽和磁束密度及び0.7未満の残留磁気比Br/Bs
を有する微結晶鉄ベース合金から成り、動作点での磁束
度偏移の温度依存性変化が、−25℃ないし＋80℃の温度
領域で室温に対し±10％未満である漏電遮断器の磁心材
料として用いられることを特徴とする漏電遮断器用磁心
材料。 - 【請求項２】残留磁気比が0.4以上であることを特徴と
する請求項１記載の磁心材料。 - 【請求項３】微結晶粒子が25nm未満の粒度を有すること
を特徴とする請求項１記載の磁心材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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