JPH0342803A - 巻鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、非晶質磁性薄帯をコイル状に巻回した上で矩
形に成形し焼鈍することにより製造する巻鉄心の製造方
法に関する。

（従来の技術） 変圧器やりアクドル等の誘導電気機器の鉄心材料として
は、励磁特性が良好であり、鉄損の低いものが要求され
る。この要求を満たす材料としては、これまで、一般に
けい素鋼板やけい素鋼帯が用いられている。これらは、
鋳造、熱間圧延。

冷間圧延、焼鈍等の工程を経て製造されているもので、
これに対し、近年、合金を高温の溶融状態からロール上
で超急伶凝固させることにより、上記圧延等の工程を経
ずに直接磁性薄帯を製造し得る技術の開発が進んだ。こ
のようにして製造された磁性薄帯は、ガラスのような非
晶質構造を有するために異方性がなくて電気抵抗が高い
。従って鉄損が著しく低減される上に、励磁特性にも優
れているため、省エネルギー形の鉄心材料として明待さ
れ、種々適用化への検討がなされている。

上記非晶質磁性薄帯の中で、鉄系のものとしては、例え
ばアライドケミカル社の商品名でいうＭＥＴＧＬＡＳ２
６０５Ｓ２等があり、配電用変圧器や高周波電源変圧器
等への適用が図られている。

この非晶質磁性薄帯を用いて巻鉄心を製造する場合、ま
ず第５図に示すように、数ｃｍ〜数十ｃｍの幅の薄帯１
を外周部が円形の巻枠２によりコイル状に巻取り、その
後、それを巻枠２から外して、第６図に示すように、外
周部が矩形の内型３により矩形に成形し、そして磁場焼
鈍するという方法が採用されている。この焼鈍により、
非晶質磁性薄帯１の急冷凝固時に残留していた内部歪み
が除去されると共に、所定の方向に磁区が揃えられ、鉄
心の磁気特性が向上する。同時に又、非晶質磁性薄帯１
より成る巻鉄心に塑性変形が生じ、焼鈍後は特に外力を
与えなくても矩形巻鉄心形状を保つことができるように
なる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、非晶質磁性薄帯１のコイル状の巻取り及び矩
形・＼の成形を行なうとき、薄帯１の持つ幅方向の板厚
変化等の形状不良が原因で巻歪みを生じたり、矩形に成
形する際には形状変化による歪みや面圧を受けたりする
ことが考えられ、或。

いはそのほかにも巻鉄心取扱い時に不測の力が加わるこ
とが考えられる。これに対して、前述のような鉄系の非
晶質磁性材料は歪み感受性が大きく正の磁気歪み特性を
有しているため、板厚方向の圧縮歪みを発生した状態で
は鉄損等の磁気特性が悪化する。これは前述のように、
非晶質磁性薄帯１の残留歪みの大半は、鉄心の矩形成形
特の焼鈍によって、除去できるものの、上述の圧縮歪み
を生じたままの状態で焼鈍すると、磁区構造がそのまま
の状態で定着されてしまうため、磁束に対する抵抗とし
て作用するようになり、鉄損を大きく悪化させる原因と
なってしまうからである。

このような現象を防止改善する方法として、巻鉄心を矩
形に成形する際使用する内型により、非晶質磁性薄帯１
に長手方向の張力を付与した状態で、焼鈍する方法が提
案されている（例えば特開昭６３−１１４２０５）。し
かし、一般にこのような方法では、焼鈍時の温度上昇と
共に非晶質磁性薄帯が膨張して張力が緩和され、焼鈍温
度に達した後はもはや引張歪みの効果を期待することは
できない。

更に、焼鈍温度としては一般に３６０〜４２０℃の範囲
の温度が選ばれるが、前述したような歪み取りの目的か
らすれば、それよりも高い温度が望ましい。しかし、通
常組成の鉄系非晶質磁性薄帯の再結晶温度が４５０〜６
００℃の範囲にあるため、それよりやや低い温度で焼鈍
した方が良い磁気特性が得られる。このように焼鈍温度
が再結晶温度に接近しているため、焼鈍時の温度管理は
厳密に行なう必要がある。最適温度を外れると歪み取り
が不充分となっ、たり、或いは再結晶化が起こったりし
、非晶質磁性材料特有の優れた磁気特性が失われること
になる。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、従っ
てその目的は、非晶質磁性薄帯による矩形巻鉄心成形の
ための焼鈍時における圧縮歪みの影響と温度管理の厳密
さを排除し、より鉄損を少なくし得て磁気特性に優れた
矩形巻鉄心を容易に製造し得る巻鉄心の製造方法を提供
するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の巻鉄心の製造方法は、コイル状に巻取った非晶
質磁性薄帯を、それより線膨脹係数の小なる耐熱材料に
より作製され、互いに遠ざかる方向に移動ＦｉＪ能な２
個の内型の外周にセットして、その２個の内型を互いに
遠ざかる方向に力を加えて非晶質磁性薄帯に拡張力を与
え、且つこれらを非晶質磁性薄帯より線膨脹係数の大な
る耐熱祠料により作製した上・下当で板で挟み、この上
・下当て板と内型とを係合した状態で、焼鈍するように
したところに特徴を有する。

（作用） 上記手段によれば、コイル状に巻取った非晶質磁性薄帯
に内型により拡張力を与え、その状態のもとに、その後
の焼鈍の際の加熱過程で非晶質磁性薄帯より大なる線膨
脹係数を有する上・下当て板の熱膨張により内型を介し
て非晶質磁性薄帯に更に拡張力を与えることができる。

そして更にその後の冷却過程では、非晶質磁性薄帯より
小なる線膨脹係数を有する内型の熱収縮が小さいことに
より、非晶質磁性薄帯にやはり゛拡張力を与え続けるこ
とができる。このように本発明によれば、鉄心焼；ＩＩ
Ｉの際の加貼、冷却の全過程を通じて継続的に非晶質磁
性薄：；シに張力を付与し続けることができるものであ
る。

（実施例） 以下、本発明方法を具体化した一実施例につき、第１図
ないし第４図を参照して説明する。

まず第１図及び第２図において、１１は図示しない巻枠
等を用いてあらかじめコイル状に巻取った非晶質磁性薄
帯を示しており、内型１２．１３の外周にセットされて
いる。内型１２．１３は、互いに遠ざかる方向に移動可
能なように分割して構成されており、その間に模型１４
が設けられている。これらの型１２乃至１４は、いずれ
も上記非晶質合金薄帯１１より線膨張係数の小なる耐熱
材料で作製されており、更にその中で、模型１４は逆台
形状に形成され、その高さは内型１２，１３よりや＼低
く設定されている。又、内型１２゜１３は模型１４にそ
の両斜面において接している。

内型１２．１３及び模型１４は上当て板１５及び下当て
板１６で挾まれており、これら胸当て板１５．１６は、
それぞれ非晶質合金薄帯１１より線膨張係数が大なる耐
熱材料で作製されていて内型１２．１３及び模型１４に
コイル状の非晶質合金薄帯１１を加えたものより大なる
矩形状を成している。尚、これら上・下当て板１５．１
６及び内型１２．１３並びに模型１４の各部の耐熱性は
後で焼鈍する際の加熱温度である４００℃前後において
充分な強度と剛性を有するものであれば良い。

下当て板１６には、ピン挿通孔１８．１９を、又、上当
て板１５にはビン挿通孔２０，２１を、それぞれ内型１
２，１３５に形成したピン挿入孔２２゜２３の各位置に
対応させて形成している。これらの孔は、１箇所ずつ形
成するだけでも問題ないが、第２図に示すように２箇所
程度ずつ形成するのが適当である。このうち、内型１２
のビン挿入孔２２の径はそれに挿入されるピン２４の径
に対して０．５〜１ｆｆ１１１程度の余裕のある大きさ
に設定すると良い。厳密には後述で明らかとなるように
、上・下当て板１５．１６の線膨張係数の大きさによっ
て決める。他方の内型１３のビン挿入孔２３や上・下当
て板１５．１６のビン挿入孔２０．２１の径は、それら
に挿通、挿入されるピン２４，２５．２６の径に対して
Ｏ〜０．２關程度の余裕のあるも大きさに設定するのが
良い。上当て板１５には、模型１４と対応する位置に、
この模型１４を図示しないハンマー等でたたくための開
口部２７を形成している。

セットの手順としては、まず内型１３のビン挿入孔２３
にピン２５を下当て板１６のビン挿通孔１９を通して挿
入することにより、下当て板１６に固定する。次に内型
１２．１３及び模型１４の外周にコイル状に巻取った非
晶質合金薄帯１１をセットし、模型１４を下方へ押込ん
でその楔効果でもって、内型１２を介し非晶質合金薄帯
１１を図中左方の長手方向に成る程度まで拡張させる。

続いてそれらの上面に上当て板１５を載置し、これのビ
ン挿通孔２１から内型１３のビン挿入孔２３にピン２６
を挿入することによって、その内型１３に上当て板１５
を係合した後、開口部２７よリハンマー等で模型１４を
たたくことにより、上記非晶質合金薄帯１１を可能な限
り拡張させる。

この状態でピン２４を、上当て板１５のビン挿通孔２０
から内型１２のビン挿入孔２２に挿入することにより、
その内型１２に上当て仮１５を係合する。

以上のようにセットすることによって、非晶質磁性薄帯
１１は矩形に成形されると同時に長手方向の張力が付与
される。この状態で焼鈍炉で約４００℃に加熱すると、
非晶質合金薄帯１１よりも線膨張係数の大なる材料より
成る上・下当て板１５．１６の熱膨張は、内型１２．１
３に挿入されたピン２４，２５．２６を介してこれら内
型１２゜１３を長手方向に押し拡げるように作用するた
め、温度が焼鈍温度に達して所定時間保持されている間
常時非晶質磁性薄帯１１を拡張させ、長平方向の張力を
付与させることができる。この際内型１２．１３及び模
型１４は線膨張係数の小なる材料より成るため、ピン２
４．２５．２６により上・下当て板１５．１６に係合さ
れた内型１２．１３と、係合されない模型１４との境界
部２８２９には線膨張係数の差による陳間を生じること
になるが、模型１４は逆台形状を成しているため、内型
１２．１３の動きに伴って下方へすべり落ちることにな
り、上記境界部２８．２９で両者は常に接する。

そして次に冷却過程に移ったとき、上・下当て板１５．
１６は非晶質磁性薄帯１１よりも温度降下による熱収縮
が大きいが、内型１２．１３及び模型１４は線膨張係数
が小さいため、その内型１２．１３が非晶質磁性薄帯１
１の収縮を抑える。

このため非晶質磁性薄帯１１は内方より拡張力を受け、
温度降下が進むに連れて、より大きな張力が作用するよ
うになる。このとき、内型１２のビン抑入孔２２は、ピ
ン２４より径を大きく定めているため、上・下当て板１
５．１６はつかえることなく自由に収縮することができ
、焼鈍後の上・下当て板１５．１６の分解を容易ならし
め得て、繰返し使用を可能ならしめ得る。

従って、焼鈍の際の加熱、冷却の全過程を通じて継続的
に非晶質磁性薄帯１１に張力を付与することができるた
め、鉄損の低減を達成できると共に温度管理も容易にで
きる。

ここで、第１の実施例としては、非晶質磁性薄帯１１に
厚さ２　Ｓ　ｕ　ｍ　ｓ幅１００　ｍｍのＦｅ−３ｉ−
Ｂ系合金を、又、内型１２．１３及び模型１４にタング
ステン焼結体を、更に上・下当て板１５゜１６に５ＵＳ
３０４オーステナイト系ステンレス鋼板をそれぞれ所定
の形状に成形成いは加工したものを使用した。以上のよ
うな材料を組み合わせることにより、線膨張係数（α）
差により、焼９１０時にのびと張力を付与することがで
きる。すなわち、Ｆｅ−３ｔ−Ｂ系合金の線膨張係数は
７．６×１０−６ｉ℃、５ＵＳ３０４の線膨張係数は１
６ＸＩＯ−６／”Ｃであることから、常温（２０℃）か
ら焼鈍温度である３８０℃に加熱する間に全体としてΔ
α×ΔＴ″：３．６Ｘ１０−’の熱膨張差・のびが非晶
質磁性薄帯１１に作用することになる。

加熱過程におけるのび量は温度上昇と共に増加するが、
張力の大きさは弾性係数の温度変化と応力緩和が並行し
て起こるため複雑なものとなる。

一方、冷却過程では、Ｆｅ−３ｔ−Ｂ系合金とタングス
テン焼結体との線膨張係数差によるのびと張力が作用す
る。タングステンの線膨張係数（α）は４．　５　Ｘ　
１０−６／”Ｃであるため、３８０℃から常温（２０℃
）に冷却する間にトータルとしてΔαＸΔＴ″：ｌＸ１
０−’ののびが薄帯１１に作用する。

以上のような材料から成る治具を用いてＦｅ−８ｉ−Ｂ
系合金製の非晶質磁性薄帯１１を矩形に成形した先の第
１図に示す組立構成体を３００℃から４２０℃の温度範
囲で焼鈍した後の鉄損測定結果を第３図に示す。同図に
は従来法で磁界１０エルステツド（Ｏｅ）の磁場中焼鈍
及び磁場なし焼鈍を行なった結果についても示している
が、本実施例では、磁界をかけなくても、鉄損が従来法
による磁場中焼鈍後の鉄損と同等かそれより低い結果と
なると共に、焼鈍温度の変化による差が小さくなる結果
が得られた。又、３８０℃での焼鈍中に磁界をかけた場
合の効果を示したのが第４図であるが、本実施例におい
てもその鉄損低減効果は認められるが、従来法と比較す
るとより小さくなっており、無磁界焼鈍でも鉄損は充分
に小さくなることがわかる。

上記第１の実施例では内型１２．１３の材料としてタン
グステンを使用したが、第２の実施例ではムライト系の
セラミックスを使用した。ムライトはＡｌ２Ｏ，と５ｉ
ｎ２により構成され、その線膨張係数（α）は約４Ｘ１
０−６／’Ｃとタングステンよりや＼小さいが、第３図
に示すように、第１の実施例とほり同等の効果が得られ
た。但し、セラミックスはタングステンのような金属よ
り強度に劣るため、取扱いには注意が必要である。又、
セラミックス中には更に線膨張係数の小さい材料も市販
されており、例えばＭＡＳ系のセラミックスであるコー
ディエライトは２．２Ｘ１０−６／’Ｃ、ガラスセラミ
ックスのネオセラムは０．８〜０゜９Ｘ１０−６／”Ｃ
のそれぞれ低線膨張係数を有するため、同様の効果が期
待できる。尚、内型１２゜１３としては、タングステン
とこれらセラミックスを組み合わせて用いることも可能
である。又、上・下当て板１５．１６の材料としては、
第１の実施例の５ＵＳ３０４以外にも、高マンガン系或
いはマンガン−ニッケルークロム系のオーステナイト鋼
やインコネル系のようなニッケル基合金でも線膨張係数
が大きく、同様の効果が期待できる。

更に模型１４に代えてバネ材を用いても良く、又、上・
下当て板１５．１６と内型１２．１３の係合は何れか一
方に凸部、他方に凹部を設け、これら凹凸部を嵌合させ
て構成しても良い。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したとおりのもので、下記の効果を奏
する。

コイル状に巻取った非晶質磁性薄帯を、それより線膨脹
係数の小なる耐熱材料により作製された２個の内型の外
周にセットして、その２個の内型を互いに遠ざかる方向
に力を加えて非晶質磁性薄帯に拡張力を与え、且つこれ
らを非晶質磁性薄帯より線膨脹係数の大なる耐熱材料に
より作製した上・下当て板で挟み、この上・下当て板と
内型とを係合した状態で、焼鈍するようにしたのである
から、その焼２屯の際の加熱、冷却の全過程を通じて継
続的に非晶質磁性薄帯に張力を付与することができ、よ
って磁区の整列の効果が大きく表われ、従来のような磁
場をかけなくても、鉄損を大幅に低減することができる
。又、この場合、適正な温度範囲も広くなるため、温度
管理を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明方法を具体化した一実施例
を示したもので、第１図は方法実施のための装置全体の
縦断面図、第２図は同装置全体の平面図、第３図は第１
及び第２の実施例における焼鈍温度と鉄損との関係を従
来方法との比較で表わした図、第４図は第１の実施例に
おける磁界と鉄損との関係を同じ〈従来方法との比較で
表わした図である。モして又、第５図及び第６図は従来
の方法を実施するための装置の斜視図である。 図面中、１１は非晶質磁性薄帯、１２，１．３は内型、
１４は模型、１５．１６は上・下当て板、２２はピン挿
入孔、２４，２５．２６はピン、２７は開口部を示す。 同 第子丸 健 第 図 第 図 第 ３ 図 磁 看 ［Ｏｅｌ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．コイル状に巻取った非晶質磁性薄帯を、それより線
   膨脹係数の小なる耐熱材料により作製され、互いに遠ざ
   かる方向に移動可能な２個の内型の外周にセットして、
   その２個の内型を互いに遠ざかる方向に力を加えて非晶
   質磁性薄帯に拡張力を与え、且つこれらを非晶質磁性薄
   帯より線膨脹係数の大なる耐熱材料により作製した上・
   下当て板で挟み、この上・下当て板と内型とを係合した
   状態で、焼鈍するようにしたことを特徴とする巻鉄心の
   製造方法。