JP7426772B2 - 巻磁心の製造方法および巻磁心 - Google Patents
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Description
これらの軟磁性合金薄帯は、標準的な電磁鋼板に比べて鉄損が約1/10から1/50と低く、中間周波変圧器などに用いられた場合に変換器の効率向上に適しており、損失の低減に貢献できる。
巻磁心において、渦電流損の発生を抑制して巻磁心の鉄損を低減させるために、合金薄帯の層間の絶縁性を高めることが行われることがある。
例えば、特許文献1では、合金薄帯と絶縁テープとを重ねて巻き回し、層間絶縁を行った巻磁心を製造することが開示されている。また、同文献では、合金表面に酸化物層を形成し合金表面に絶縁層を形成することが、開示されている。
また、特許文献2では、軟磁性合金薄帯の他に、絶縁性を有するテープを用い、両者を同時に巻くことが開示されている。
しかしながら、軟磁性合金薄帯の表面に絶縁層を形成させる場合は、そのための別の製造工程が必要になり、製造工程が複雑になる。
軟磁性合金薄帯が巻き回された巻磁心の製造方法であって、
軟磁性合金薄帯の両面に絶縁層を形成して第1の軟磁性合金薄帯とする工程と、
前記第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯との組合せからなる複数枚の軟磁性合金薄帯を、同時に巻き回して、前記第2の軟磁性合金薄帯の両面側に前記第1の軟磁性合金薄帯が積層された状態とする工程と、
を有する、巻磁心の製造方法である。
軟磁性合金薄帯が巻き回された巻磁心であって、
絶縁層が両面に形成された第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯との組合せからなる複数枚の軟磁性合金薄帯が巻き回されていて、前記第2の軟磁性合金薄帯の両面側に前記第1の軟磁性合金薄帯が積層されている巻磁心である。
本発明の一形態は、
軟磁性合金薄帯が巻き回された巻磁心の製造方法であって、
軟磁性合金薄帯の両面に絶縁層を形成して第1の軟磁性合金薄帯とする工程と、
前記第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯との組合せからなる複数枚の軟磁性合金薄帯を、同時に巻き回して、前記第2の軟磁性合金薄帯の両面側に前記第1の軟磁性合金薄帯が積層された状態とする工程と、
を有する、巻磁心の製造方法である。
この製造方法によると、複数枚の軟磁性合金薄帯を同時に巻き回しても、軟磁性合金薄帯の層間において渦電流の発生が抑制された状態とすることができるので、1枚の軟磁性合金薄帯を巻き回す場合と比較し、巻き回す回数が低減でき、製造時間を短縮できる。
また、本発明の製造方法は、巻き回す軟磁性合金薄帯として、両面に絶縁層が形成された第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯とを組み合わせて用いるため、巻磁心に用いる軟磁性合金薄帯のうち、一部の軟磁性合金薄帯のみに絶縁層を形成させるだけでよいので、軟磁性合金薄帯に絶縁層を形成させる作業を減らすことができる。
また、本発明の製造方法では、第1の軟磁性合金薄帯の両面に絶縁層が形成されていて、第2の軟磁性合金薄帯の両面側に第1の軟磁性合金薄帯が積層される状態とするため、第2の軟磁性合金薄帯は、第1の軟磁性合金薄帯の両面に形成された絶縁層により、常に絶縁性が保たれる。
絶縁層は、例えば、絶縁性粒子を軟磁性合金薄帯の表面に付着させたものとすることができる。
軟磁性合金薄帯が巻き回された巻磁心であって、
両面に絶縁層が形成された第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯との組合せからなる複数枚の軟磁性合金薄帯が巻き回されていて、前記第2の軟磁性合金薄帯の両面側に前記第1の軟磁性合金薄帯が積層されている巻磁心である。
軟磁性合金薄帯は、例えば、合金溶湯をロール冷却して得られる、帯状の合金薄帯を採用することができる。
具体的には、軟磁性合金薄帯は、合金溶湯を用意し、回転する冷却ロールの表面に合金溶湯を吐出させることによって、冷却ロールの表面に合金溶湯の膜を形成し、冷却ロールの表面にて形成されたアモルファス状の合金薄帯を冷却ロールの表面から剥離して形成される合金薄帯を用いることができる。
剥離した合金薄帯は、巻き取りロールによってロール状に巻き取ることができる。
本発明に用いる第1と第2の軟磁性合金薄帯は、どちらも同じ合金を用いることが望ましい。特に、熱処理を施す場合には、同じ合金を用いることで、両者の軟磁性合金薄帯を最適な条件で熱処理することができる。
Si量およびB量がこの範囲を外れると、ロール冷却で製造する際にアモルファス合金とすることが難しくなったり、量産性が低下したりしやすい。添加物あるいは不可避的不純物として、Mn、S、C、Al等、Fe、SiおよびB以外の元素を含んでいてもよい。添加物や不可避不純物を含む場合、Fe、SiおよびBの合計の割合は、95質量%以上であることが好ましく、さらには98質量%以上であることが好ましい。
アモルファス合金は、結晶構造に由来する異方性がなく、磁壁の移動を妨げる結晶粒界が存在しないため、高磁束密度でありながら高透磁率、低損失の優れた軟磁気特性を有する。上記組成のアモルファスの合金からなる軟磁性合金薄帯は、単体で、1.48T以上の磁束密度B80を有するものとすることができる。
巻磁心の製造において、ナノ結晶化の熱処理は、通常、軟磁性合金薄帯を巻き回した積層体に対して行われる。
上記組成の軟磁性合金薄帯であれば、通常450℃以上650℃以下の範囲で、ナノ結晶化の熱処理が施される。熱処理温度が450℃未満であると結晶化が起こりにくく、熱処理に時間がかかり過ぎ、650℃を超えると粗大な結晶粒が不均一に生成する恐れがあり、ナノ結晶粒を均一に得ることが難しくなるからである。
ナノ結晶化の熱処理は、磁場中で行うこともできる。
絶縁層は、軟磁性合金薄帯に用いられる既知のものを使用することができる。例えば、絶縁性粒子を軟磁性合金薄帯の表面に付着させた絶縁層を適用することができる。
絶縁性粒子は、例えばSiO2、Al2O3、MgO等の金属酸化物が使用できる。この場合、金属アルコキシドを含有するアルコール溶液を合金薄帯に塗布、乾燥させることにより形成させる方法、粉末の浸漬法、スプレー法、電気泳動法により付着させる方法、スパッター法や蒸着法で成膜させる方法、熱処理により合金薄帯の表面に形成させる方法など、公知の方法を適宜採用することができる。
以下、絶縁層として、絶縁性粒子を軟磁性合金薄帯の表面に付着させた実施形態で説明する。
図3は、第1の軟磁性合金薄帯の両面に絶縁性粒子を付着させるための装置の概略図を示すものである。
装置100は、液槽に貯められたコーティング溶液3に、巻き出しリール20’から巻き出された軟磁性合金薄帯2’を連続的に浸漬させることが可能な構造を有する。
巻き出しリール20’は、ロール冷却により得られた軟磁性合金薄帯2’が巻き取られたものである。巻き出しリール20’から巻き出された軟磁性合金薄帯2’は、複数のバーにより屈曲されながら、コーティング溶液3の中に搬送される。コーティング溶液3は、例えば、有機溶媒中に絶縁性粒子が攪拌されたものを用いることができる。コーティング溶液3の中を通過する軟磁性合金薄帯2’は、その両面に有機溶媒と共に絶縁性粒子が付着される。軟磁性合金薄帯は、コーティング溶液3から搬出された後、乾燥炉に搬入される。軟磁性合金薄帯は、乾燥炉により表面に残る有機溶媒が除去され、絶縁性粒子が両面に付着した第1の軟磁性合金薄帯1となる。こうして得られた第1の軟磁性合金薄帯1は、巻き取りリールに巻かれて、巻磁心を製造する際に使用される巻き出しリール10となる。
なお、本実施形態においては、コーティング溶液3としてIPA(イソプロピルアルコール)を用い、絶縁性粒子として酸化物粉末(MgO)を用いた。酸化物粉末は、IPAに対して5wt%添加した。軟磁性合金薄帯をコーティング溶液内で搬送させる際には、超音波により酸化物粉末を攪拌させた。このコーティング溶液3に軟磁性合金薄帯をおおよそ0.2秒浸漬させることにより、リボン質量に対し0.2~1%のMgO粒子を軟磁性合金薄帯の表面に付着させた。
なお、軟磁性合金薄帯は、原子%で、Cu:1%、Nb:3%、Si:15.5%、B:6.5%、残部Fe及び不可避不純物からなる合金溶湯を単ロ-ル法により急冷した、幅50mm、厚さ14μmのFe基アモルファス合金薄帯を用いた。
巻き出しリール10から第1の軟磁性合金薄帯1が巻き出され、巻き出しリール20から第2の軟磁性合金薄帯2が巻き出される。巻き出された第1と第2の軟磁性合金薄帯は、その先端がボビン60に固定される。ボビン60は軸方向の断面形状が略矩形の形状を有する。ボビン60が軸回転することで、第1の軟磁性合金薄帯1と第2の軟磁性合金薄帯2が巻き出され、そして、ボビン60に同時に巻き回される。これにより、巻磁心50が得られる。なお、軟磁性合金薄帯にナノ結晶化が可能なアモルファス合金薄帯を用いた場合は、ボビン60に巻き回された後、ナノ結晶化の熱処理が施される。
なお、図2(b)は、図2(a)と、第2の軟磁性合金薄帯が巻き出される巻き出しリール20の配置する位置を変えたものである。具体的には、巻き出しリール10と巻き出しリール20の配置する位置を、ボビン60の回転軸に対して点対象になるように配置したものである。
このように本発明は、同時に巻き回す、第1の軟磁性合金薄帯と第2の軟磁性合金薄帯との組合せを適宜変更することができる。
Claims (2)
- 軟磁性合金薄帯が巻き回された巻磁心の製造方法であって、
軟磁性合金薄帯の両面に前記軟磁性合金薄帯の質量に対し0.2~1%のMgO粒子を付着させた絶縁層を形成して第1の軟磁性合金薄帯とする工程と、
前記第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯との組合せからなる複数枚の軟磁性合金薄帯を、同時に巻き回して、1枚の前記第2の軟磁性合金薄帯の両面側に前記第1の軟磁性合金薄帯が積層された状態とする工程と、
を有する、巻磁心の製造方法。 - 軟磁性合金薄帯が巻き回された巻磁心であって、
両面にMgO粒子を付着させた絶縁層が形成された第1の軟磁性合金薄帯と、絶縁層が形成されていない第2の軟磁性合金薄帯との組合せからなる複数枚の軟磁性合金薄帯が巻き回されていて、1枚の前記第2の軟磁性合金薄帯の両面側に前記第1の軟磁性合金薄帯が積層されている巻磁心であり、
前記第1の軟磁性合金薄帯に付着させた前記MgO粒子は、前記第1の軟磁性合金薄帯の質量に対し0.2~1%である巻磁心。
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