JP7047798B2 - 合金薄帯片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法に関する。

従来、アモルファス合金薄帯片は軟磁性材料であるため、単ロール法、双ロール法等の方法で製造された連続したアモルファス合金薄帯片から打ち抜かれたアモルファス合金薄帯片が、例えば、モータのコア等に用いられている。また、アモルファス合金薄帯片を結晶化したナノ結晶合金薄帯片は、高い飽和磁束密度及び低い保磁力の両立が可能な軟磁性材料であるため、近年、ナノ結晶合金薄帯片が、それらのコアに用いられるようになっている。

アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度以上の温度に加熱することにより結晶化することで、ナノ結晶合金薄帯片を製造する際には、アモルファス合金薄帯片の結晶化反応による放出熱が原因となって、合金薄帯片の過剰な温度上昇を招く結果、結晶粒の粗大化や化合物相の析出が生じることにより、軟磁気特性が劣化するおそれがある。

このような問題に対処する方法として、例えば、特許文献１には、アモルファス合金薄帯片を挟んだプレートによりアモルファス合金薄帯片を加熱することで結晶化する方法において、結晶化反応による放出熱を両端のプレートに吸熱させる方法が記載されている。

また、例えば、特許文献２には、アモルファス合金薄帯片を炉内で高速で昇温することにより、アモルファス合金薄帯片を結晶化する方法が記載されている。このような方法では、アモルファス合金薄帯片の各位置を均一に加熱できれば、結晶化反応による放出熱が原因となり、合金薄帯片の過剰な温度上昇が生じることを抑制できると考えられる。

特開２０１７－１４１５０８号公報 特開２０１８－１２５４７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法のように、別に準備した吸熱部材を用いて結晶化反応による放出熱を吸熱させる操作を行うことにより、過剰な温度上昇を防ぎ、結晶粒の粗大化等を抑制する方法では、ナノ結晶合金薄帯片を高い生産性で製造することができない。

また、特許文献２に記載されている方法のように、アモルファス合金薄帯片を炉内で昇温する方法では、実際には各位置を均一に加熱し結晶化することは困難である。このため、合金薄帯片では結晶化反応による放出熱を原因とする熱だまりが生じ、過剰な温度上昇を招く結果、軟磁気特性が劣化することがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アモルファス合金薄帯片を結晶化したナノ結晶合金薄帯片を高い生産性で製造できる合金薄帯片の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に係る合金薄帯片の製造方法は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、アモルファス合金薄帯片を準備する準備工程と、上記アモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、上記途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止する第１熱処理工程と、上記アモルファス合金薄帯片の上記他端から上記途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する第２熱処理工程と、を備え、上記第２熱処理工程においては、上記第１熱処理工程で加熱を停止した後に、上記アモルファス合金薄帯片の上記途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを特徴とする。

本発明によれば、アモルファス合金薄帯片を結晶化したナノ結晶合金薄帯片を高い生産性で製造できる。

本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。 本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。 従来の合金薄帯片の製造方法の例を示す概略工程図である。 示差走査型熱量分析計（ＤＳＣ）により測定されるアモルファス合金のＤＳＣ曲線を示すグラフである。 本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の他の例を示す概略工程平面図である。 本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の他の例を示す概略工程側面図である。 実施例の合金薄帯片の製造方法の実験で使用されたアモルファス合金薄帯片の写真である。 実施例の合金薄帯片の製造方法の実験で結晶化した合金薄帯片の平面方向の各位置の保磁力Ｈｃを示すグラフである。

以下、本発明に係る合金薄帯片の製造方法の実施形態について説明する。

本発明に係る合金薄帯片の製造方法は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、アモルファス合金薄帯片を準備する準備工程と、上記アモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、上記途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止する第１熱処理工程と、上記アモルファス合金薄帯片の上記他端から上記途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する第２熱処理工程と、を備え、上記第２熱処理工程においては、上記第１熱処理工程で加熱を停止した後に、上記アモルファス合金薄帯片の上記途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを特徴とする。なお、以下では、アモルファス合金薄帯片の一端から他端に向かう方向に垂直な方向を「幅方向」と呼ぶことにする。

まず、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法について、例示して説明する。
ここで、図１（ａ）～図２（ｄ）は、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。

本例においては、まず、一般的な方法で製造された連続したシート状のアモルファス合金薄帯片（図示せず）から、例えば、プレス加工により、モータのコアに用いられる形状の薄帯片を打ち抜くことによって、図１（ａ）に示されるように概略帯状のアモルファス合金薄帯片２Ａを準備する（準備工程）。

次に、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示されるように、アモルファス合金薄帯片２Ａを常温の大気雰囲気下に置いた状態で、高温ガス源ＧＳをアモルファス合金薄帯片２Ａに対し移動させることで、高温ガス源ＧＳから送風される高温ガスＧをアモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の一端２ｓから他端２ｅに至る途中の箇所２ｍまで順に当てた後に、高温ガスＧを送風するのを停止する。このようにして、アモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の一端２ｓから他端２ｅに至る途中の箇所２ｍまで順に幅方向全域を結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、途中の箇所２ｍまで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時にアモルファス合金薄帯片２Ａの加熱を停止する（第１熱処理工程）。これにより、アモルファス合金薄帯片２Ａの一端２ｓから途中の箇所２ｍまでの領域の全体において、アモルファス合金Ａを結晶化することでナノ結晶合金Ｃにする。

次に、アモルファス合金薄帯片２Ａをそのまま常温の大気雰囲気下に置いた状態で、図２（ｄ）及び図２（ｅ）に示されるように、高温ガス源ＧＳをアモルファス合金薄帯片２Ａに対し移動させることで、高温ガス源ＧＳから送風される高温ガスＧをアモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の他端２ｅから途中の箇所２ｍの直前まで順に当てた後に、高温ガスＧを送風するのを停止する。このようにして、第１熱処理工程で加熱を停止するタイミングよりも後のタイミングで、アモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の他端２ｅから途中の箇所２ｍの直前まで順に幅方向全域を結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、途中の箇所２ｍの直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時にアモルファス合金薄帯片２Ａの加熱を停止する（第２熱処理工程）。これにより、アモルファス合金薄帯片２Ａの他端２ｅから途中の箇所２ｍの直前までの領域の全体において、アモルファス合金Ａを結晶化することでナノ結晶合金Ｃにする。以上により、アモルファス合金薄帯片２Ａの全体を結晶したナノ結晶合金薄帯片２Ｃを製造する。

ここで、従来の合金薄帯片の製造方法について、例示して、本実施形態に係る一例と異なる点を中心に説明する。図３（ａ）～図３（ｃ）は、従来の合金薄帯片の製造方法の例を示す概略工程図である。図４は、示差走査型熱量分析計（ＤＳＣ）により測定されるアモルファス合金のＤＳＣ曲線を示すグラフである。

従来においては、図３（ａ）に示されるように、アモルファス合金薄帯片２Ａを準備した後に、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示されるように、アモルファス合金薄帯片２Ａを常温の大気雰囲気下に置いた状態で、高温ガス源ＧＳをアモルファス合金薄帯片２Ａに対し移動させることで、高温ガス源ＧＳから送風される高温ガスＧをアモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の一端２ｓから他端２ｅまで順に当てていき、他端２ｅまで高温ガスＧを当てる。このようにして、アモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の一端２ｓから他端２ｅまで幅方向全域を順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する。これにより、アモルファス合金薄帯片２Ａの一端２ｓから他端２ｅまで順にアモルファス合金Ａを結晶化し、ナノ結晶合金Ｃにしようとする。この場合には、図４のＤＳＣ曲線からわかるように、一端２ｓから他端２ｅまで順に結晶化反応による熱が放出されることになる。この結果、最後に加熱された他端２ｅの結晶化反応による放出熱は、他端２ｅより前に加熱された部分が高温に維持されているので行き場がなくなる。このため、アモルファス合金薄帯片２Ａの結晶化において、最後に加熱された他端２ｅで過剰な温度上昇を招くことになり、結晶粒の粗大化や化合物相の析出が生じることになる。

これに対し、本実施形態に係る一例においては、アモルファス合金薄帯片２Ａを常温の大気雰囲気下に置いた状態で、第１熱処理工程において、アモルファス合金薄帯片２Ａの一端２ｓから他端２ｅに至る途中の箇所２ｍまで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、途中の箇所２ｍまで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止し、第２熱処理工程において、第１熱処理工程で加熱を停止するタイミングよりも後のタイミングで、アモルファス合金薄帯片２Ａの他端２ｅから途中の箇所２ｍの直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する。これにより、第１熱処理工程の加熱でアモルファス合金薄帯片２Ａの一端２ｓから途中の箇所２ｍまで順に結晶化反応による熱が放出される際に、一端２ｓから途中の箇所２ｍまでの結晶化反応による放出熱を加熱前の他端２ｅ側に逃がすことができる。さらに、これによって、アモルファス合金薄帯片２Ａの一端２ｓから途中の箇所２ｍまでが、例えば、結晶化開始温度未満の温度域にまで冷却されるので、第２熱処理工程の加熱でアモルファス合金薄帯片２Ａの他端２ｅから途中の箇所２ｍの直前まで順に結晶化反応による熱が放出される際に、他端２ｅから途中の箇所２ｍの直前までの結晶化反応による放出熱を冷却された一端２ｓ側に逃がすことができる。このため、アモルファス合金薄帯片２Ａの結晶化において、別に準備した吸熱部材を用いて結晶化反応による放出熱を吸熱させる操作を行わなくても、過剰な温度上昇を防ぎ、結晶粒の粗大化や化合物相の析出を抑制できる。

本実施形態においては、本実施形態に係る一例のように、第１熱処理工程において、アモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止する。そして、第２熱処理工程において、アモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する場合には、第１熱処理工程で加熱を停止するタイミングよりも後のタイミングで、アモルファス合金薄帯片の途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱する。これにより、第１熱処理工程の加熱でアモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所まで順に結晶化反応による熱が放出される際に、一端から途中の箇所までの結晶化反応による放出熱を加熱前の他端側に逃がすことができ、第２熱処理工程の加熱でアモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に結晶化反応による熱が放出される際に、他端から途中の箇所の直前までの結晶化反応による放出熱を冷却された一端側に逃がすことができる。このため、アモルファス合金薄帯片の結晶化において、別に準備した吸熱部材を用いて結晶化反応による放出熱を吸熱させる操作を行わなくても、過剰な温度上昇を防ぎ、結晶粒の粗大化や化合物相の析出を抑制できる。よって、アモルファス合金薄帯片を結晶化したナノ結晶合金薄帯片を高い生産性で製造できる。

続いて、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法について、その条件を中心に詳細に説明する。

１．準備工程
準備工程においては、アモルファス合金薄帯片を準備する。

ここで、「アモルファス合金薄帯片」とは、例えば、単ロール法、双ロール法等の一般的な方法で製造された連続したシート状のアモルファス合金薄帯片から、例えば、モータ等の最終製品におけるコア等の部品に用いられる所望の形状に打ち抜かれた薄帯片を指す。

アモルファス合金薄帯片は、所望の形状に打ち抜かれた薄帯片であれば特に限定されないが、例えば、モータにおけるステータコア又はロータコアを構成する薄帯、ステータコア又はロータコアを構成する薄帯がさらに周方向で分割された薄帯等が挙げられる。

アモルファス合金薄帯片の材質は、アモルファス合金であれば特に限定されないが、例えば、Ｆｅ基アモルファス合金、Ｎｉ基アモルファス合金、Ｃｏ基アモルファス合金等が挙げられる。中でもＦｅ基アモルファス合金等が好ましい。ここで、「Ｆｅ基アモルファス合金」とは、Ｆｅを主成分とし、例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ等の不純物を含有するものを意味する。「Ｎｉ基アモルファス合金」とは、Ｎｉを主成分とするものを意味する。「Ｃｏ基アモルファス合金」とは、Ｃｏを主成分とするものを意味する。

Ｆｅ基アモルファス合金は、例えば、Ｆｅの含有量が８４原子％以上の範囲内であるものが好ましく、中でもＦｅの含有量がより多いものが好ましい。Ｆｅの含有量により、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の磁束密度が変わるからである。

また、例えば、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、矩形のアモルファス合金薄帯片のサイズ（縦×横）は、例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍであり、円形のアモルファス合金薄帯片の直径は、例えば、１５０ｍｍである。

アモルファス合金薄帯片の厚さは、特に限定されないが、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であり、中でも２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内が好ましい。

２．第１熱処理工程
第１熱処理工程においては、上記アモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、上記途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止する。具体的には、アモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し当該温度域に結晶化に要する時間保持し、途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱し当該温度域に結晶化に要する時間保持した時に、アモルファス合金薄帯片の加熱を停止する。これにより、アモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所までの領域において、アモルファス合金を結晶化することでナノ結晶合金にする。

ここで、「アモルファス合金薄帯片の一端」とは、アモルファス合金薄帯片の平面方向の一端を指し、「アモルファス合金薄帯片の他端」とは、アモルファス合金薄帯片の一端とは平面方向の反対側の端を指す。

また、「結晶化開始温度」とは、アモルファス合金薄帯片を加熱した場合にその結晶化が開始する温度を指す。アモルファス合金薄帯片の結晶化反応は、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、微細なｂｃｃＦｅ結晶を析出させる反応となる。結晶化開始温度は、アモルファス合金薄帯片の材質等及び加熱速度によって異なり、加熱速度が大きいと結晶化開始温度は高くなる傾向があるが、Ｆｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、３５０℃～５００℃の範囲内となる。

結晶化開始温度以上の温度域は、特に限定されないが、化合物相析出開始温度未満の温度域が好ましい。化合物相の析出を抑制できるからである。ここで、「化合物相析出開始温度」とは、例えば、図４のＤＳＣ曲線に示されるような、結晶化開始後のアモルファス合金薄帯片をさらに加熱した場合に化合物相の析出が開始する温度を意味する。また、「化合物相」とは、例えば、Ｆｅ基アモルファス合金である場合におけるＦｅ－Ｂ、Ｆｅ－Ｐ等の化合物相のように、結晶化開始後のアモルファス合金薄帯片をさらに加熱した場合に析出し、軟磁気特性を劣化させる化合物相を指す。

結晶化開始温度以上化合物相析出開始温度未満の温度域は、特に限定されないが、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、結晶化開始温度以上結晶化開始温度＋１００℃以下の範囲内が好ましく、中でも結晶化開始温度＋３０℃以上結晶化開始温度＋５０℃以下の範囲内が好ましい。これらの範囲の下限以上であることにより、アモルファス合金薄帯片をより速く結晶化できるからである。また、これらの範囲の上限以下であることにより、結晶粒の粗大化を効果的に抑制できるからである。

アモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する方法は、特に限定されないが、例えば、図１（ｂ）に示されるように高温ガスを当てる方法の他、誘導加熱等が挙げられる。

高温ガスを当てる方法は、例えば、図１（ｂ）に示されるように、高温ガス源をアモルファス合金に対し移動させることにより、高温ガスをアモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所まで順に当てる方法の他、例えば、後述する図５（ｂ）に示されるように、アモルファス合金薄帯片の一端に対向する位置に固定された高温ガス源から高温ガスをアモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所に順に当てる方法等が挙げられる。

なお、高温ガス源は、例えば、工業用ドライヤー等が挙げられる。また、高温ガス源をアモルファス合金薄帯片に対し移動させる方法は、高温ガス源をアモルファス合金薄帯片に対し相対的に移動させる方法であれば特に限定されず、高温ガス源を移動させる方法でもよいし、アモルファス合金薄帯片を移動させる方法でもよい。

３．第２熱処理工程
第２熱処理工程においては、上記アモルファス合金薄帯片の上記他端から上記途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する。この場合において、上記第１熱処理工程で加熱を停止した後に、上記アモルファス合金薄帯片の上記途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱する。具体的には、アモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し当該温度域に結晶化に要する時間保持する。この場合おいて、第１熱処理工程で加熱を停止するタイミングよりも後のタイミングで、アモルファス合金薄帯片の途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱し当該温度域に結晶化に要する時間保持する。これにより、アモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前までの領域において、アモルファス合金を結晶化することでナノ結晶合金にする。

第２熱処理工程は、上記のような工程であれば特に限定されるものではないため、第１熱処理工程で加熱を停止した後に、アモルファス合金薄帯片の他端から結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを開始する工程でもよいし、第１熱処理工程で加熱を停止する前に、アモルファス合金薄帯片の他端から結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを開始し、第１熱処理工程で加熱を停止した後に、アモルファス合金薄帯片の途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱する工程でもよい。第１熱処理工程で加熱を停止する前に、アモルファス合金薄帯片の他端から結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを開始する工程では、第１熱処理工程及び第２熱処理工程が並行して行われることになる。

結晶化開始温度以上の温度域は、第１熱処理工程と同様であるため、ここでの説明を省略する。

アモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する方法は、特に限定されないが、例えば、図２（ｄ）に示されるように高温ガスを当てる方法の他、誘導加熱等が挙げられる。

高温ガスを当てる方法は、例えば、図２（ｄ）に示されるように、高温ガス源をアモルファス合金に対し移動させることにより、高温ガスをアモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に当てる方法の他、例えば、後述する図５（ｃ）に示されるように、アモルファス合金薄帯片の他端に対向する位置に固定された高温ガス源から高温ガスをアモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に当てる方法等が挙げられる。なお、高温ガス源及び高温ガス源をアモルファス合金薄帯片に対し移動させる方法は、第１熱処理工程と同様であるため、ここでの説明を省略する。

第２熱処理工程では、上記第１熱処理工程で加熱を停止してから１秒以上の時間が経過した後に、上記アモルファス合金薄帯片の上記途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することが好ましく、中でも３秒以上、特に５秒以上の時間が経過した後に加熱することが好ましい。アモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所までが効果的に冷却された後に、第２熱処理工程で途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することになるため、他端から途中の箇所の直前までの結晶化反応による放出熱を一端側に効果的に逃がすことができるからである。

また、第２熱処理工程では、第１熱処理工程で加熱を停止した後において、アモルファス合金薄帯片の途中の箇所が結晶化開始温度未満の温度域にまで冷却された後に、アモルファス合金薄帯片の途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することが好ましい。アモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所が効果的に冷却された後に、途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することになるため、途中の箇所の直前の結晶化反応による放出熱を一端側に効果的に逃がすことができるからである。結晶化開始温度未満の温度域は、特に限定されず、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるが、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、結晶化開始温度－３０℃以下の温度域であることが好ましく、特に結晶化開始温度－５０℃以下の温度域であることが好ましい。

４．合金薄帯片の製造方法
本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法においては、アモルファス合金薄帯片を結晶化したナノ結晶合金薄帯片を製造する。

ここで、「ナノ結晶合金薄帯片」とは、化合物相の析出及び結晶粒の粗大化を実質的に生じさせずに微細な結晶粒を析出させることによって、所望の保磁力等の軟磁気特性が得られるものを意味する。ナノ結晶合金薄帯片の材質は、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なり、アモルファス合金薄帯片の材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、Ｆｅ又はＦｅ合金の結晶粒（例えば、微細なｂｃｃＦｅ結晶等）及び非晶質相の混相組織を有するＦｅ基ナノ結晶合金となる。

ナノ結晶合金薄帯片の結晶粒の粒径は、所望の軟磁気特性が得られるのであれば特に限定されないが、材質等によって異なり、材質がＦｅ基ナノ結晶合金である場合には、例えば、２５ｎｍ以下の範囲内が好ましい。粗大化すると保磁力が劣化するからである。なお、結晶粒の粒径は、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた直接観察により測定できる。また、結晶粒の粒径は、ナノ結晶合金薄帯片の保磁力又は温度プロファイルから推定できる。

ナノ結晶合金薄帯片の保磁力は、ナノ結晶合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基ナノ結晶合金である場合には、例えば、２０Ａ／ｍ以下であり、中でも１０Ａ／ｍ以下が好ましい。保磁力をこのように低くすることにより、例えば、モータ等のコアにおける損失を効果的に低減できるからである。なお、保磁力は、例えば、ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて測定できる。

合金薄帯片の製造方法において、準備工程、第１熱処理工程、及び第２熱処理工程を行う雰囲気は、特に限定されないが、例えば、大気雰囲気等を挙げることができる。

また、準備工程、第１熱処理工程、及び第２熱処理工程を行う雰囲気の温度は、加熱を停止することにより、アモルファス合金薄帯片における加熱された部分が冷却される温度であれば特に限定されず、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるが、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、０℃～１００℃の範囲内が好ましく、中でも１５℃～２５℃の範囲内が好ましい。これらの範囲の下限以上であることにより、アモルファス合金薄帯片の一端から途中の箇所まで順に結晶化することが容易となるからである。また、これらの範囲の上限以下であることにより、加熱を停止した時に、アモルファス合金薄帯片における加熱された部分が効果的に冷却されるからである。なお、雰囲気の温度は、常温でよい。「常温」とは、特に冷やしたり熱したりしない温度、すなわち屋内であれば室温、屋外であれば気温を指し、例えば、ＪＩＳ Ｚ ８７０３に規定されている２０℃±１５℃の範囲内の温度である。

ここで、図５（ａ）～図５（ｃ）は、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の他の例を示す概略工程平面図である。図６（ａ）～図６（ｃ）は、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法の他の例を示す概略工程側面図であり、それぞれ図５（ａ）～図５（ｃ）のＩ方向の矢視図である。

本例においては、まず、一般的な方法で製造された連続したシート状のアモルファス合金薄帯片（図示せず）から、例えば、プレス加工により、モータのステータコアを構成する環状の合金薄帯が分割された形状の薄帯片を複数枚打ち抜くことによって、図５（ａ）及び図６（ａ）に示される複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを準備する。そして、図５（ａ）及び図６（ａ）に示されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、治具３０を用いて、隣接するアモルファス合金薄帯片２Ａ間に隙間が空くように積層した状態で固定する（準備工程）。アモルファス合金薄帯片２Ａは、ステータコアを構成する環状の合金薄帯が分割された形状を有し、内縁（一端）２ｓ側がティース部２ｔ、外縁（他端）２ｅ側がバックヨーク部２ｂとなっている。ティース部２ｔの径方向に垂直な断面積は、バークヨーク部２ｂよりも小さくなっている。

次に、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを常温の大気雰囲気下に置いた状態で、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓに対向する位置に固定された高温ガス源（図示せず）からアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓに向けて高温ガスを送風することで、高温ガスを隣接するアモルファス合金薄帯片２Ａの間の隙間に入り込ませるようにして、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓから外縁２ｅに至るティース部２ｔ及びバックヨーク部２ｂの境界（途中の箇所）２ｍまで順に当てた後に、高温ガスＧを送風するのを停止する。このようにして、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓから境界２ｍまで順に幅方向全域を結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、境界２ｍまで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時にアモルファス合金薄帯片２Ａの加熱を停止する（第１熱処理工程）。これにより、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓから境界２ｍまでのティース部２ｔの全体において、アモルファス合金を結晶化することでナノ結晶合金にする。

次に、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａをそのまま常温の大気雰囲気下に置いた状態で、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅに対向する位置に固定された高温ガス源（図示せず）からアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅに向けて高温ガスを送風することで、高温ガスを隣接するアモルファス合金薄帯片２Ａの間の隙間に入り込ませるようにして、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅからティース部２ｔ及びバックヨーク部２ｂの境界２ｍの直前まで順に当てた後に、高温ガスＧを送風するのを停止する。このようにして、第１熱処理工程で加熱を停止するタイミングよりも後のタイミングで、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅから境界２ｍの直前まで順に幅方向全域を結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、境界２ｍの直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時にアモルファス合金薄帯片２Ａの加熱を停止する（第２熱処理工程）。これにより、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅから境界２ｍの直前までのバックヨーク部２ｂの全体において、アモルファス合金を結晶化することでナノ結晶合金にする。以上により、複数のアモルファス合金薄帯片２Ａの全体を結晶した複数のナノ結晶合金薄帯片を製造する。

アモルファス合金薄帯片２Ａにおいて、内縁２ｓ側のティース部２ｔの径方向に垂直な断面積が、外縁２ｅ側のバックヨーク部２ｂよりも小さくなっている。よって、本例とは異なり、仮に、第１熱処理工程でアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅから境界２ｍまで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する場合には、第１熱処理工程の加熱で外縁２ｅから境界２ｍまで順に結晶化反応による熱が放出される際に、外縁２ｅから境界２ｍまでのバックヨーク部２ｂの結晶化反応による放出熱をバックヨーク部２ｂよりも断面積が小さい加熱前のティース部２ｔに逃すことになる。この結果、ティース部２ｔで結晶化反応に伴う過剰な温度上昇を招き、結晶粒の粗大化や化合物相の析出が生じるおそれがある。これに対し、本例によれば、第１熱処理工程でアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓから境界２ｍまで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱するため、第１熱処理工程の加熱で内縁２ｓから境界２ｍまで順に結晶化反応による熱が放出される際に、内縁２ｓから境界２ｍまでのティース部２ｔの結晶化反応による放出熱をティース部２ｔよりも断面積が大きい加熱前のバックヨーク部２ｂに逃すことができる。このため、過剰な温度上昇を防ぎ易く、結晶粒の粗大化や化合物相の析出を抑制し易い。なお、本例において、第２熱処理工程の加熱で外縁２ｅから境界２ｍまで順に結晶化反応による熱が放出される際には、バックヨーク部２ｂの結晶化反応による放出熱をバックヨーク部２ｂよりも断面積が小さいティース部２ｔに逃すことになるが、ティース部２ｔが既に結晶化しているため、結晶化反応に伴う過剰な温度上昇による結晶粒の粗大化等は生じにくい。

合金薄帯片の製造方法は、特に限定されないが、例えば、図５及び図６に示される例のように、上記アモルファス合金薄帯片の上記一端側の断面積が上記他端側の断面積よりも小さい方法が好ましい。アモルファス合金薄帯片の結晶化において、断面積が小さい一端側を結晶化した後に断面積が大きい他端側を結晶化することで、断面積が小さい部分の結晶化反応による放出熱を結晶化前の断面積が大きい部分に逃すことができるため、過剰な温度上昇を防ぎ易く、結晶粒の粗大化や化合物相の析出を抑制し易いからである。

また、合金薄帯片の製造方法は、特に限定されないが、例えば、図５及び図６に示される例のように、準備工程において、複数枚のアモルファス合金薄帯片を準備した後に、複数枚のアモルファス合金薄帯片を、治具を用いて、隣接するアモルファス合金薄帯片間に隙間が空くように積層した状態で固定し、第１熱処理工程において、複数枚のアモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止し、第２熱処理工程において、複数枚のアモルファス合金薄帯片の他端から途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、第１熱処理工程で加熱を停止した後に、複数枚のアモルファス合金薄帯片の途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱する方法が好ましい。量産に有利だからである。

本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法は、ナノ結晶合金薄帯片を製造できれば特に限定されないが、例えば、化合物相の析出及び結晶粒の粗大化を実質的に生じさせずに、アモルファス合金薄帯片の全体を結晶化し、ナノ結晶合金薄帯片の結晶粒を所望の粒径にする製造方法が好ましい。本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法においては、化合物相の析出及び結晶粒の粗大化を実質的に生じさせずに、アモルファス合金薄帯片の全体を結晶化し、ナノ結晶合金薄帯片の結晶粒を所望の粒径にするために、ここまでに説明した条件だけではなく他の条件も好適に設定することができる。また、各条件を独立に好適に設定するだけでなく、各条件の組み合わせを好適に設定することもできる。

以下、実施例を挙げて、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法をさらに具体的に説明する。

［実施例］
合金薄帯片の製造方法の実験を実施した。以下、具体的に説明する。

〈アモルファス合金薄帯片〉
図７は、実施例の合金薄帯片の製造方法の実験で使用されたアモルファス合金薄帯片の写真である。図７に示されるように、本実験で使用されたアモルファス合金薄帯片２Ａは、モータのステータコアを構成する環状の合金薄帯が分割された形状を有する薄帯である。アモルファス合金薄帯片２Ａは、Ｆｅの含有量が８４原子％以上のＦｅ基アモルファス合金から構成され、そのサイズは下記の通りである。

厚さＴ：０．０２５ｍｍ
全体の径方向の長さＲ１：５０ｍｍ
バックヨーク部の径方向の長さＲ２：１５ｍｍ
内縁の長さＷ１：２８ｍｍ
外縁の長さＷ２：４０ｍｍ

なお、結晶化前のアモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の各位置の保磁力Ｈｃは、約８Ａ／ｍであった。また、結晶化前のアモルファス合金薄帯片２Ａの平面方向の各位置の磁束密度Ｂｓは、１．６Ｔ以下であった。

〈実験条件〉
本実験は、アモルファス合金薄帯片２Ａを室温（１５℃）の大気雰囲気下に置いた状態で行った。本実験では、まず、工業用ドライヤー（ＢＯＳＣＨ社製ＧＨＧ ６６０ＬＣＤ）（図示せず）を、アモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓに対向し内縁２ｓから２０ｍｍ離れた位置に吹出口（ＢＯＳＣＨ社製１ ６０９ ２０１ ７９５）（図示せず）がくるように固定し、工業用ドライヤーからアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓに向けて４４０℃の高温ガスを１ｍ／ｓｅｃの風速で送風することで、高温ガスをアモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓから外縁２ｅに至るティース部２ｔ及びバックヨーク部２ｂの境界２ｍまで１０秒間当てた後に、高温ガスを送風するのを停止した（第１熱処理工程）。これにより、アモルファス合金薄帯片２Ａの内縁２ｓから境界２ｍまで順に結晶化した。

次に、工業用ドライヤーを、アモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅに対向し外縁２ｅから２０ｍｍ離れた位置に吹出口がくるように固定し、第１熱処理工程で高温ガスを送風するのを停止してから５秒が経過した後に、工業用ドライヤーからアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅに向けて４４０℃の高温ガスを１ｍ／ｓｅｃの風速で送風することで、高温ガスをアモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅから境界２ｍの直前まで１０秒間当てて、その後に高温ガスを送風するのを停止した（第２熱処理工程）。これにより、アモルファス合金薄帯片２Ａの外縁２ｅから境界２ｍの直前まで順に結晶化することで、アモルファス合金薄帯片２Ａを結晶化した合金薄帯片を作製した。

〈実験結果〉
アモルファス合金薄帯片２Ａを結晶化した合金薄帯片において、図７に示される平面方向のＰ１～Ｐ４の各位置の保磁力Ｈｃ及び磁束密度ＢｓをＶＳＭ（振動試料型磁力計）により測定した。それらの結果を下記の表１に示す。また、図８は、実施例の合金薄帯片の製造方法の実験で結晶化した合金薄帯片の平面方向の各位置の保磁力Ｈｃを示すグラフである。

上記の表１及び図８に示されるように、結晶化した合金薄帯片の平面方向のいずれの位置においても、保磁力Ｈｃは目標範囲の上限（１０Ａ／ｍ）を超えることなく、目標範囲内となった。さらに、結晶化した合金薄帯片の平面方向のいずれの位置においても、磁束密度Ｂｓは結晶化前よりも大きい１．７Ｔを超える値となった。

以上、本発明に係る合金薄帯片の製造方法の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

２Ａ アモルファス合金薄帯片
２ｓ アモルファス合金薄帯片の平面方向の一端
２ｅ アモルファス合金薄帯片の平面方向の他端
２ｍ アモルファス合金薄帯片の平面方向の一端から他端に至る途中の箇所
ＧＳ 高温ガス源
Ｇ 高温ガス

Claims (3)

1. アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、
   アモルファス合金薄帯片を準備する準備工程と、
   前記アモルファス合金薄帯片の一端から他端に至る途中の箇所まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱し、前記途中の箇所まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱した時に加熱を停止する第１熱処理工程と、
   前記アモルファス合金薄帯片の前記他端から前記途中の箇所の直前まで順に結晶化開始温度以上の温度域に加熱する第２熱処理工程と、
   を備え、
   前記第２熱処理工程においては、前記第１熱処理工程で加熱を停止した後に、前記アモルファス合金薄帯片の前記途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを特徴とする合金薄帯片の製造方法。
2. 前記アモルファス合金薄帯片の前記一端側の断面積が前記他端側の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の合金薄帯片の製造方法。
3. 前記第２熱処理工程においては、前記第１熱処理工程で加熱を停止してから１秒以上の時間が経過した後に、前記アモルファス合金薄帯片の前記途中の箇所の直前まで結晶化開始温度以上の温度域に加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の合金薄帯片の製造方法。

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