JP2995991B2 - 磁心の製造方法 - Google Patents

磁心の製造方法

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JP2995991B2
JP2995991B2 JP4736992A JP4736992A JP2995991B2 JP 2995991 B2 JP2995991 B2 JP 2995991B2 JP 4736992 A JP4736992 A JP 4736992A JP 4736992 A JP4736992 A JP 4736992A JP 2995991 B2 JP2995991 B2 JP 2995991B2
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雅人 竹内
好彦 廣田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流上の重複リップル
の平滑やノ−マルモ−ド用ノイズフィルタ−のコア及び
アクティブイルタ−等、あるいは高周波トランスに用い
られる恒透磁性の優れた磁心の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のノイズフィルタ−、あるいは高
周波トランスに用いられるチョ−クコイルには恒透磁
性、すなわち透磁率が磁界Hの大きさに強く依存せずほ
ぼ一定な性質を有することが要求される。
【0003】この恒透磁性を満足するために、非晶質合
金からなるいわゆるアモルファスコアにおいては、まず
鉄系の非晶質(アモルファス)合金の薄帯(以下アモル
ファスリボンという)を所定回数だけ巻き取り、これを
熱処理した後、エポキシ樹脂等の接着剤で含浸、固化さ
せ、次に磁路の一部を切断するギャップ(空隙)を設け
て前記恒透磁性を実現していた。
【0004】一方、この種のチョ−クコイルは、将来的
には数百kHz以上の高周波領域で使用されることが予
定されるが、このような高周波領域ではコアから発生す
る熱、すなわち鉄損を最小限度に抑制する必要があっ
た。
【0005】この点について、前記のようなギャップを
形成した磁心では、エポキシ樹脂の含浸硬化時の収縮応
力及び切断時の加工歪に加えて、切断面の絶縁不良等に
より鉄損が大幅に増大するという問題があった。
【0006】このような点に鑑みて、前記ギャップを形
成することなく恒透磁性を実現する技術が種々提案され
ている。
【0007】最も早くは、1981年発行、「Pro
c,4th Int .Conf.on Rapidl
y Metals](第1007頁〜第1010頁)に
おいて、「A.Datta」らの行った研究では、熱処
理後のアモルファスリボンの表面近傍にα−Feの微結
晶が析出し、それにより恒透磁性が発現することを明ら
かにしている。
【0008】その後、特開昭63−24016号公報で
は、微結晶化温度以下の低温で10時間以上の熱処理を
施し、表面の結晶析出を安定的に抑制し、恒透磁性を実
現する提案がなされている。
【0009】一方、Fe系アモルファスリボン表面の結
晶化に関してJ.Japan Inst.Metal
s,Vol.52,No.4(1988)pp420〜
427ではN.Moritaらが熱処理雰囲気中に水分
が含まれていると、アモルファスリボン(Fe−B−S
i系)の表面層近傍で結晶化が生じると同時に鉄損の劣
化する現象が見出されたと報告している。この報告によ
れば、Fe78.513Si 8.5非晶質合金薄帯を673K
で焼鈍した場合、Ar,N2,dry H2及びN2+O2
中での焼鈍によって鉄損は改善され、鉄損値は殆んど差
がないが、前記アモルファスリボンを露点323K(5
0℃)の湿潤H2雰囲気中の焼鈍においては、鉄損が劣
化することが記されている。しかしこの文献には恒透磁
性を得るための熱処理法については全く記載されていな
い。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
では、アモルファスリボンの表面に微結晶を析出させる
ことにより、目的とする恒透磁性を有するコアを得るた
め、熱処理における微細な温度変化であっても、透磁率
の変動を生じる結果となり、安定した製品を大量に供給
することができないという問題点をかかえていた。
【0011】本発明は前記課題に鑑みてなされたもので
あり、熱処理条件、特に熱処理雰囲気中の水蒸気量を制
御することにより、ギャップを形成しない場合において
も恒透磁性を有するコア(磁心)を提供し、かつ恒透磁
性を実現するための好適な熱処理温度の幅を広げ、鉄損
が少なくかつ低透磁率領域において安定した特性を備え
たコア(磁心)を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者は、熱処理時の
雰囲気に湿度を特定量導入することにより、磁心にギャ
ップを設けない場合でも広い温度範囲で、しかも鉄損が
少なく、かつ低透磁性領域で安定した恒透磁性が得られ
ることを見出した。
【0013】すなわち、本発明は、鉄系の非晶質合金か
らなる磁心本体を得た後、この磁心本体を、25℃換算
における単位水蒸気量が5〜500g/m3の、い わゆる
湿潤雰囲気中において熱処理するものである。
【0014】本発明における磁心本体は鉄系のアモルフ
ァスリボンを巻回又は積層すること等によって得られ
る。たとえばアモルファス合金製のリボン(薄帯)をス
リット状に加工してこれを巻回した後、巻き端をカプト
ンテ−プ等を貼付して固定したものあるいはアモルファ
スリボンを積層して、必要により所定形状に打抜いたも
のが使用できる。
【0015】本発明で使用するアモルファス金属として
は、合金中のFeの含有量が50原子%以上のFe基ア
モルファス合金(金属)であり、これらのFe基アモル
ファス合金としては、Fe−B,Fe−B−C,Fe−
B−Si,Fe−B−Si−C,Fe−B−Si−C
r,Fe−Co−B−Si,Fe−Ni−Mo−B等の
Fe系のものを例示できる。
【0016】この中で特に好ましいFe基アモルファス
金属としては、、FeXSiYZWを例示できる。ここ
でX=50〜85、Y=5〜15、Z=5〜25(X,
Y,Zいずれも原子%を表す)の範囲である。また、M
はCo,Ni,Nb,Ta,Mo,W,Zr,Cu,C
r,Mn,Al,P等の一種または二種以上の組合せか
らなる金属で、W=0〜10(好ましくは0〜5)原子
%のものを例示できる。
【0017】また、湿潤雰囲気としては、気体雰囲気中
の25℃換算における単位水蒸気量が5〜500g/m3
のものが用いられる。
【0018】湿潤雰囲気中の単位水蒸気(含有)量が5
〜500g/m3の範囲内にすることによりギャップを設
けない場合でも広い熱処理温度範囲で、鉄損が少なく、
かつ低透磁率領域で安定した恒透磁性が得られる。
【0019】本発明では前記単位水蒸気量(25℃換
算)は好ましくは8〜200g/m3,更に好ましくは
10〜80g/m3,最も好ましくは20〜80g/m3
である。なお本発明で25℃換算における気体雰囲気中
の単位水蒸気量とは所定(熱処理)温度における気体雰
囲気中の単位水蒸気量を大気圧下において25℃おける
場合に換算した単位水蒸気量である。
【0020】なお、熱処理雰囲気としては、大気と同条
件であってもよいが、好ましくは窒素、アルゴン、ヘリ
ウム雰囲気等の不活性ガス雰囲気を用いることにより、
アモルファスリボンの端部止めに用いたカプトンテ−プ
の剥離等を防止することができ、また表面に耐候性のよ
い被膜が形成されるので不活性ガス雰囲気下で行うこと
が好ましく、実用面から特に窒素雰囲気下が好ましい。
【0021】
【作用】図5は、直流重畳磁界の増大にともなう透磁率
の変化を、各熱処理温度について示したものである。
【0022】目的とする恒透磁性とは、例としてダスト
系平滑チョークで代表されるように、直流重畳磁界の増
加によって急激な透磁率の低下が少ないことが望まし
い。
【0023】同図により、磁界を印加しない状態(0O
e)における透磁率を測定するだけで、直流磁界を重畳
した場合の透磁率、すなわち恒透磁性を推測することが
できる。
【0024】したがって、必然的に、磁界を印加しない
状態(0Oe)における磁心の透磁率を下げることによっ
て恒透磁性の得られることがわかる。
【0025】ところで、透磁率を下げるためには一般に
熱処理温度を高温にすればよいが、熱処理温度を高くす
ることによって鉄損も増大してしまう。この点について
本発明は下記のように比較的低温の広い領域での透磁率
の制御を実現している。
【0026】図1は、アモルファス金属リボンを巻回し
て得られた磁心本体(実施例で製作した熱処理前の磁心
本体と同じものを用いた)(ギャップは有していない)
に対して、熱処理雰囲気として、空気、酸素、窒素雰囲
気のそれぞれについて乾燥状態および湿潤状態(25℃
換算における単位水蒸気量が23g/m3)で処理した場
合の熱処理温度と透磁率との関係を示している。
【0027】ここでいう透磁率とは、ヒュ−レットパッ
カ−ド株式会社製プレシジョンLCRメ−タ(HP42
84A)を用いて100kHz、5mOeの交流磁界印
加時(直流磁界は0(Oe))に測定したものである。
この透磁率を知ることにより、直流磁界を重畳したとき
の恒透磁性を推測することができる。好ましい恒透磁性
が得られる透磁率の範囲は150〜600である。
【0028】同図からも明らかなように、いわゆる湿潤
雰囲気中で熱処理を行った場合には、450℃(2時
間)以下の比較的低温領域で透磁率を抑制できる。
【0029】本発明では、磁心本体を25℃換算におけ
る単位水蒸気(含有)量が5〜500g/m3、好ましく
は8〜200g/m3、更に好ましくは10〜80g/
m3、最も好ましくは20〜80g/m3の湿潤雰囲気中で
処理することにより、比較的低温領域で熱処理した場合
においても磁心の透磁率を抑制し、広い温度範囲で、鉄
損が少なく、かつ安定的な恒透磁性を得ることができ
る。
【0030】実施例で製作した熱処理前の磁心本体と同
じ磁心本体を用いた場合における各雰囲気条件における
熱処理温度と鉄損との関係を示したのが図2および図
7、透磁率と鉄損との関係を示したものが図3である。
【0031】なお図2、図3、図7における湿潤空気、
酸素、窒素も25℃換算における単位水蒸気含有量が2
3g/m3の状態の空気、酸素又は窒素を示す。
【0032】図2および図7では、乾燥雰囲気中と湿潤
雰囲気中といおいては、熱処理温度に対する鉄損の変化
はほぼ等しく、湿潤雰囲気での熱処理が乾燥雰囲気での
熱処理に比べて鉄損を増大させるものではないことを示
している。
【0033】また図3によれば、透磁率が600を越え
る範囲から湿潤雰囲気は乾燥雰囲気よりも鉄損が増大す
る特性があることがわかるが、本発明が目的とする恒透
磁性が得られる透磁率範囲100〜600程度の、いわ
ゆる低透磁率領域においては乾燥雰囲気に比較した鉄損
の劣化は全くない。
【0034】本発明において、低温側での磁心の透磁率
を抑制し、広い温度範囲で恒透磁性を得、かつ鉄損の劣
化を防ぐためには熱処理温度Tは下記の数1、特に数2
の範囲にあることが好ましい。
【0035】
【数1】Tx−5℃≧T≧Tx−100℃
【0036】
【数2】Tx−20℃≧T≧Tx−65℃ ただし、前記数1および数2において、Txはアモルフ
ァス合金の結晶化温度を示している。
【0037】熱処理温度Tを数1および数2に示すよう
に、結晶化温度Txを用いて限定したのは、これよりも
低温側(Tx−100℃)より低温では恒透磁性が損な
われ、高温側(Tx−5℃)より高温では鉄損が増大す
るためである。
【0038】本発明では良好な恒透磁性と鉄損持性を得
るために、特に数式2の範囲で行うことが好ましい。
【0039】この場合の結晶化温度Txは、試料の量1
0mg,加熱速度10℃/min,N2雰囲気中で測定した発
熱ピーク曲線から最も低い温度の発熱ピークの低温側の
ベースラインの高温側への延長線と、発熱ピークの低温
側の曲線に勾配が最大になる点で引いた接線との交点と
して求めた。
【0040】なお、熱処理時間は特に限定されないが、
1分〜20時間、特に30分〜3時間が好ましい。最適
熱処理温度の範囲は、その合金組成によって異なるが、
アライド社のアモルファス合金である2605S−2
(Fe7813Si9(原子%):Tx=501℃)を用
いたときの最適熱処理温度範囲は496℃〜401℃、
特に好ましくは481℃〜436℃である。
【0041】図4は、透磁率と単位水蒸気量との関係を
示したものである。同図から明かなように、処理温度が
低温であるほど僅かな水蒸気量で透磁率を抑制できるこ
とがわかった。すなわち、このような低温領域では、湿
潤雰囲気を導入することによって安定的な恒透磁性の得
られることが判明した。
【0042】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0043】アライド社製のアモルファスリボン(製品
名:Metglas,品番:2605S−2,組成:F
7813Si9(原子%),厚さ21μm,幅10mm)
を巻回 して、得られた外径25mm,内径15mmのトロ
イダル状の磁心本体を電気炉において、処理温度445
℃にて2時間焼鈍した。このとき、焼鈍雰囲気として
は、窒素ガス中に25℃換算での単位水蒸気量が25g/
m3の湿潤雰囲気とした。そして、この磁心本体にギャッ
プを設けることなく合成樹脂からなるケースに収容し、
磁心とした。
【0044】この磁心について、透磁率と直流重畳磁界
との関係を図6に示す。同図では、比較のために前記磁
心と同条件で得られたギャップチョークと、センダスト
の圧粉を成形して得られたダストチョークとのそれぞれ
の特性をプロットしてある。
【0045】同図からも明かなように、本実施例で得ら
れた磁心は、ダストチョークと近似した特性を有し、か
つ重畳の全般にわたってダストチョークよりも高い透磁
率を得ることができた。また、ギャップチョークのよう
に100(Oe)以下での急激な透磁率の低下もなかった。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、熱処理雰囲気中の水蒸
気量を制御することにより、鉄損が少なくかつ低透磁率
領域において安定した特性を備えた磁心を提供できる。
【0047】また、湿潤雰囲気中での熱処理により、温
度制御の幅を広くとれるため、多少の制御温度の誤差を
生じていても安定した特性の製品を供給できるため、磁
心の生産性を向上させることができる。
【0048】なお、本発明の方法によって得られる磁心
の好適な用途としては、チョークコイル等を挙げること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において各熱処理雰囲気における熱処理
温度と透磁率との関係を示すグラフ図
【図2】本発明において各処理雰囲気における熱処理温
度と鉄損との関係を示すグラフ図
【図3】本発明において透磁率と鉄損との関係を示すグ
ラフ図
【図4】本発明において、透磁率と水蒸気量との関係を
示すグラフ図
【図5】本発明において、透磁率と直流重畳磁界との関
係を示すグラフ図
【図6】ギャップチョークおよびダストチョークとの比
較で直流重畳磁界特性を示したグラフ図
【図7】本発明において各処理雰囲気における熱処理温
度と鉄損との関係を示すグラフ図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄系の非晶質合金からなる磁心本体を、
    25℃換算での単位水蒸気量が5〜500g/m3の湿潤
    雰囲気中において熱処理することを 特徴とする磁心の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 磁心本体が鉄系の非晶質合金の薄帯を巻
    回又は積層することにより得られたものである請求項1
    記載の磁心の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記湿潤雰囲気は、窒素雰囲気中に形成
    されていることを特徴とする請求項1又は2記載の磁心
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記熱処理温度は、結晶化温度Txにお
    いてTx−5℃〜Tx−100℃の範囲で、1分〜20
    時間熱処理することを特徴とする請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の磁心の製造方法。
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