JPH04267314A - 可飽和リアクトル用巻磁心の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源、イン
バ−タ等の磁気増幅器、パルス圧縮回路に用いられる磁
気スイッチ、スパイク電圧阻止用素子や電流センサー等
に用いられる高周波における角形比の大きい超微結晶合
金からなる可飽和リアクトル用巻磁心の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチング電源等に使用されて
いる可飽和リアクトル用磁心には、５０％Ｎｉパーマロ
イや８０％Ｎｉパ−マロイ等が使用されていた。

【０００３】しかし、近年スイッチング電源の高周波化
が進むに伴って磁心損失が大きいパーマロイ磁心に代わ
り、高周波でも高角形比で低損失のＣｏ基非晶質磁心が
可飽和リアクトルに使用されるようになってきているが
、Ｃｏ基非晶質磁心は飽和磁束密度が低いため形状の小
型化の点で不利となるし、高価なＣｏを主原料するため
工業上価格的に問題がある。

【０００４】一方、Ｆｅ基非晶質磁心は飽和磁束密度が
Ｃｏ基非晶質磁心より高い特徴があるが、高周波ではＣ
ｏ基非晶質磁心に比べ磁心損失の点で劣っており、特に
２０ｋＨｚ以上の周波数で駆動するスイッチング電源の
磁気増幅器に使用した場合、磁心の温度上昇が激しくな
り、電源効率の低下や周囲の部品の信頼性が低下する問
題がある。

【０００５】このような状況の下に本発明者等は特開昭
６３−３０２５０４等で優れた軟磁性を示す超微結晶軟
磁性合金からなる磁心及びその製造方法を出願した。

【０００６】これらの磁心は優れた軟磁気特性を示し、
磁路方向の磁場中熱処理を行うことにより可飽和リアク
トルに適する高角形比で低損失の磁心を得ることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記超
微結晶巻磁心の製造において、結晶化する前の非晶質合
金薄帯を液体急冷法例えば単ロール法等により量産した
場合、薄帯の後半に行く程薄帯の面粗さが大きくなる傾
向があり、このような非晶質合金薄帯を使用して作製さ
れた超微結晶巻磁心ほど、高周波における角形比の低下
が大きく、可飽和リアクトル用としては不十分な特性で
あることが問題となってきた。

【０００８】本発明は量産した場合に、合金薄帯の後端
部を使用して作製した超微結晶巻磁心でも高周波におけ
る角形比の低下が少ない、可飽和リアクトルに適する高
周波で角形比の大きい微結晶軟磁性合金からなる巻磁心
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
について鋭意研究を進めた結果、超微結晶粒を形成させ
る前の非晶質合金薄帯の応力緩和度が結晶化後の超微結
晶合金からなる巻磁心の磁気特性、特に高周波における
角形比に大きく影響することを初めて見い出し、本発明
を創出するに至った。

【００１０】本発明は高周波における角形比の大きい超
微結晶軟磁性合金からなる巻磁心を製造する方法であっ
て、液体急冷により非晶質合金薄帯を作製する工程、前
記非晶質合金薄帯を巻回しトロイダル巻磁心とする工程
と、応力緩和度ｒｓ／ｒａを以下の関係０．５≦ｒｓ／
ｒａ≦１ とする前記非晶質合金の結晶化温度以下の応力緩和熱処
理工程と、前記巻磁心の磁路方向に磁場を印加しつつ当
該非晶質合金の結晶化温度以上に加熱保持して、５００
オングストローム以下の平均粒径を有するｂｃｃ結晶粒
を形成させる熱処理を施す工程からなることを特徴とす
る可飽和リアクトル用巻磁心の製造方法である。

【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。前
記巻磁心の製造工程には液体急冷法により非晶質合金薄
帯を作製する工程、非晶質合金薄帯をトロイダルに巻回
す工程および超微結晶粒を形成させる熱処理工程がある
。液体急冷の中で単ロール法による非晶質合金薄帯の製
造の場合、非晶質合金薄帯は超急冷用の高速回転するロ
ールに接触する面（以下ロール面と称する）とロールに
接触しない面（以下自由面と称する）に区別される。 ロール面の面粗さは超急冷用のロ−ルの表面粗さに影響
されるため、大量に合金薄帯を作製した場合には、製造
後半ほどロールの表面粗さが大きくなるため、薄帯の面
粗さは後端部に行くほど悪くなる。このようなロール面
の面粗さの大きな非晶質合金薄帯からなる巻磁心を熱処
理し超微結晶合金巻磁心を製造する場合、結晶化により
合金薄帯の収縮が起こるが、薄帯間の摩擦抵抗が大きい
ため、巻磁心の内部ひずみが増大し、その結果高周波に
おける角形比の低下が生じることが明らかとなった。

【００１２】この点は従来からよく知られている非晶質
合金薄帯からなる巻磁心と大きく異なり、超微結晶合金
巻磁心に固有の現象である。

【００１３】そこで、本発明者等は更にこの点について
研究を進め、超微結晶軟磁性合金薄帯からなる巻磁心の
作製の際、非晶質合金薄帯からトロイダル巻磁心を作製
後、当該非晶質合金の結晶化温度以下で応力緩和度ｒｓ
／ｒａを以下の関係 ０．５≦ｒｓ／ｒａ≦１ とする応力緩和熱処理を行うことにより、その後の結晶
化により超微結晶粒を形成させる際に生じる磁心内のひ
ずみが小さくなり、高周波における角形比が著しく改善
されることを見い出した。

【００１４】ここで、ｒｓ／ｒａは応力緩和熱処理前の
非晶質合金薄帯を半径ｒｓの巻芯に密着巻きして熱処理
を行い、その後に非晶質合金薄帯を自由にして曲率半径
ｒａを測定して求めた値であり、非晶質合金薄帯の癖つ
きの程度を表している。薄帯に癖がつくということは内
部応力が緩和して巻芯の形になじんだことにほかならな
いから、ｒｓ／ｒａは内部応力の緩和の程度を表してい
ると考えられる。実際の巻磁心の製造では熱処理後に薄
帯を自由にすることが出来ないため、巻芯に密着巻きし
た薄帯を一緒に熱処理して応力緩和度を測定し、巻磁心
の応力緩和度とする。

【００１５】応力緩和度ｒｓ／ｒａが０．５より小さい
場合は、結晶化による合金薄帯の収縮による内部応力の
増大のため磁路方向以外にも誘導磁気異方性が生じ、高
周波において角形比が低下するため、応力緩和度ｒｓ／
ｒａを上記に限定した。より好ましくは０．８≦ｒｓ／
ｒａ≦１の場合特に高周波において高角形比の優れた特
性が得られる。

【００１６】また、前記応力緩和熱処理は巻磁心の磁路
方向に磁場を印加しながら行うことにより、前記非晶質
合金のキュリー温度以下で誘導磁気異方性が付与される
ため、高周波における角形性の向上に効果がある。

【００１７】本発明において高周波で角形比の優れた特
性が得られる理由は明らかでないが、以下のような理由
によるものと考えられる。磁心の角形比は磁場中熱処理
により磁路方向に生じる誘導磁気異方性に大きく左右さ
れる。また、磁心には有限の磁歪があるため、磁心内の
応力との磁気弾性効果により、誘導磁気異方性の大きさ
や方向が影響を受ける。内部応力が大きい場合は磁気弾
性効果が大きく、その影響で誘導磁気異方性が磁路方向
に向かず高周波において角形比は低下する。巻磁心を構
成する合金薄帯の面粗さが大きい場合は、薄帯間の摩擦
抵抗により結晶化の際の収縮を拘束するため、巻磁心に
は大きな内部ひずみが生じ、その結果磁路方向への誘導
磁気異方性の発現が妨げられ高周波において角形比が低
下する。本発明のようにトロイダルに巻回された非晶質
巻磁心を非晶質合金の結晶化温度以下で、応力緩和度ｒ
ｓ／ｒａを０．５≦ｒｓ／ｒａ≦１の関係とする応力緩
和熱処理を行うことにより、非晶質合金薄帯の面粗さが
大きくても、合金結晶化により超微結晶粒を形成させる
際の合金薄帯の収縮により生じる磁心内のひずみが低減
され、誘導磁気異方性が磁路方向に揃い高周波において
も高角形比の特性が得られると考えられる。

【００１８】また、応力緩和熱処理を磁場中で行った場
合は、非晶質合金のキュリー温度以下で誘導磁気異方性
が予め磁路方向に付与されるため、結晶化時の磁場中熱
処理において磁路方向への誘導磁気異方性の発生が容易
となり高周波における角形性が向上すると考えられる。

【００１９】微結晶粒を形成させるための熱処理は、非
晶質合金の結晶化温度以上で行うことにより、微細で均
一な結晶粒を得ることができる。

【００２０】磁場中熱処理は微結晶合金巻磁心の磁路方
向に磁場を印加しながら行うことにより、可飽和リアク
トルに適する高周波において高角形比の特性を示す。こ
の場合、超微結晶合金の主相のキュリー温度以下で磁路
方向に誘導磁気異方性がきちんと揃い、高周波において
も角形比の低下が生じない。また、磁場中熱処理は２段
階以上で行うこともできる。

【００２１】応力緩和熱処理の保持時間は５分から２４
時間程度が望ましい。５分未満では磁心全体を均一な温
度とすることが困難であり、十分な熱処理効果が得られ
ず、２４時間より長いと生産性が悪くなる。また、熱処
理は酸化による特性の劣化を防止するため、通常真空中
あるいは不活性ガス中で行う。

【００２２】また、本発明によると８５〜９０％と高い
占積率でも高周波において高角形比を有する巻磁心の作
製が可能となる。更に、面粗さＲｍａｘが３．０〜５．
０μｍと大きな非晶質合金薄帯から作製された巻磁心で
も、従来に比べ高周波における角形比が向上する。

【００２３】本発明に係わる巻磁心を構成する超微結晶
合金としては、最大寸法で測定した場合５００オングス
トローム以下の平均粒径を有するｂｃｃ結晶粒からなる
合金であればよく、例えば、特開昭６３−３０２５０４
号に開示されている、一般式 （Ｆｅ１−ａＭａ）１００−ｘ−ｙ−ｚ−α−β−γＣ
ｕｘＳｉｙＢｚＭ’αＭ’’βＸγ（原子％） （但し、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，
Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選
ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ’’はＶ，Ｃｒ，Ｍｎ
，Ａｌ，白金族元素，Ｓｃ，Ｙ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒ
ｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｘは
Ｃ，Ｇｅ，Ｐ，Ｇａ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｂｅ，Ａｓからなる
群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、ａ，ｘ，
ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ＜０．５，０．
１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２４，０≦ｙ＋ｚ
≦３０，０．１≦α≦３０，０≦β≦１０及び０≦γ≦
１０を満たす。）で表される組成を有する合金が挙げら
れる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明するが本
発明はこれらに限定されるものではない。

【００２５】（実施例１）原子％でＣｕ１％、Ｎｂ３％
、Ｓｉ１３．５％、Ｂ９％、残部実質的にＦｅからなる
組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅５ｍｍ、
厚さ１８μｍの非晶質合金薄帯を作製した。得られた非
晶質合金薄帯の後端部より外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍ
のトロイダル磁心を作製した。

【００２６】次にこの磁心を図１に示す熱処理パターン
で熱処理した。磁場は磁心の磁路方向に印加した。磁場
の強さは１０　Ｏｅである。

【００２７】応力緩和熱処理は所定の温度に昇温した炉
中にトロイダル磁心を入れ、無磁場中で１時間保持後炉
から取り出し空冷を行った。この際、温度を２００℃か
ら４５０℃まで変え、種々の応力緩和度ｒｓ／ｒａを有
する非晶質合金薄帯を作製した。次に、５５０℃に保持
した炉に磁心を入れ、磁場中で１時間熱処理後、磁場を
印加したまま磁心を炉から取り出し空冷した。熱処理後
の合金は１００〜２００オングストローム程度の超微細
結晶粒からなっていた。

【００２８】図２に１００ｋＨｚにおける角形比Ｂｒ／
Ｂ１（Ｂｒは残留磁束密度、Ｂ１は１　Ｏｅの磁場中の
磁束密度）の応力緩和度ｒｓ／ｒａ依存性を示す。

【００２９】ｒｓ／ｒａが０．５より小さい場合は角形
比が９０％以下と小さく、可飽和リアクトル用としては
不十分な特性であるが、ｒｓ／ｒａが０．５以上では角
形比が９０％以上、０．７以上では約９５％と極めて高
角形比の特性が得られる。

【００３０】このように本発明に係わる製造方法を適用
することにより、高周波において高角形比の合金を得る
ことができる。

【００３１】（実施例２）実施例１と同様な方法でトロ
イダル磁心を作製した。

【００３２】次にこの磁心を図３に示す熱処理パターン
で熱処理した。磁場は磁心の磁路方向に印加した。磁場
の強さは１０　Ｏｅである。

【００３３】応力緩和熱処理は所定の温度に昇温した炉
中にトロイダル磁心を入れ、磁場中で１時間保持後炉か
ら取り出し空冷を行った。この際、温度を２００℃から
４５０℃まで変え、種々の応力緩和度ｒｓ／ｒａを有す
る非晶質合金薄帯を作製した。次に、５５０℃に保持し
た炉に磁心を入れ、磁場中で１時間熱処理後、磁場を印
加したまま磁心を炉から取り出し空冷した。熱処理後の
合金は１００〜２００オングストローム程度の超微細結
晶粒からなっていた。

【００３４】図４に１００ｋＨｚにおける角形比Ｂｒ／
Ｂ１の応力緩和度ｒｓ／ｒａ依存性を示す。ｒｓ／ｒａ
が０．５以上で約９５％もの優れた高角形比特性が得ら
れる。また、実施例１に示した無磁場中で応力緩和熱処
理した場合に比べ著しく角形比の向上が見られる。

【００３５】（実施例３）原子％でＣｏ０．５％、Ｃｕ
１．５％、Ｎｂ２％、Ｍｎ０．５％、Ｓｉ１３．５％、
Ｂ９％、残部実質的にＦｅからなる組成の合金溶湯を単
ロール法により急冷し、幅１０ｍｍ、厚さ２０μｍの非
晶質合金薄帯を作製した。得られた非晶質合金薄帯の後
端部から外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍのトロイダル磁心
を作製した。

【００３６】次にこの磁心を図５及び図６に示すような
本発明に係わる各種の熱処理パターンで熱処理を行った
。磁場は磁心の磁路方向に印加した。磁場の強さは１０
　Ｏｅである。

【００３７】表１に１００ｋＨｚにおける角形比Ｂｒ／
Ｂ１を測定した結果を示す。

【表１】 表１からわかるように熱処理は各種のパターンが可能で
、応力緩和熱処理と磁路方向の磁場中熱処理との組合せ
により１００ｋＨｚの高周波において９５％以上の高角
形比の特性が得られる。

【００３８】（実施例４）原子％でＣｏ０．２％、Ｃｕ
１％、Ｎｂ２．５％、Ｚｒ１％、Ｍｎ０．３％、Ｓｉ１
５．５％、Ｂ７．２％、Ｐ０．１％残部実質的にＦｅか
らなる組成の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅５
ｍｍ、厚さ１８μｍの非晶質合金薄帯を作製した。得ら
れた非晶質合金薄帯の先端から約５００ｍおきに試料を
採取し外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍのトロイダル磁心を
作製した。

【００３９】次にこの磁心を図７に示す本発明熱処理パ
ターンおよび図８に示す従来の熱処理パターンで熱処理
した。磁場は磁心の磁路方向に印加した。磁場の強さは
１０　Ｏｅである。

【００４０】図９に１００ｋＨｚにおける角形比Ｂｒ／
Ｂ１の先端からの距離による変化を示す。従来の方法で
は薄帯の後端部から作製された磁心ほど高周波における
角形比の低下が見られるが、本発明の製造方法を適用し
た場合は後端部でも角形比は低下せず９０％以上の高角
形比の特性が得られる。

【００４１】（実施例５）表２に示す組成の合金溶湯を
単ロール法により急冷し、幅５ｍｍ、厚さ２０μｍの非
晶質合金薄帯を作製し、得られた非晶質合金薄帯の後端
部からトロイダル磁心を外径１９ｍｍ、内径１５ｍｍに
巻回し、図７に示す本発明熱処理パターンおよび図８に
示す従来の熱処理パターンで熱処理を行い、１００ｋＨ
ｚにおける角形比Ｂｒ／Ｂ１を測定した。測定した結果
を表２に示す。

【００４２】表２からわかるように各合金組成とも、従
来例に比べ本発明により製造された磁心が高角形比の特
性を示す。

【００４３】

【表２】

【発明の効果】本発明によれば可飽和リアクトルに適す
る高周波で高角形比の優れた磁気特性を示す巻磁心を製
造できるためその効果は著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱処理パターン例を示した図で
ある。

【図２】磁気特性の応力緩和度依存性を示したグラフで
ある。

【図３】本発明に係わる熱処理パターンを示した図であ
る。

【図４】磁気特性の応力緩和度依存性を示したグラフで
ある。

【図５】本発明に係わる熱処理パターンを示した図であ
る。

【図６】本発明に係わる熱処理パターンを示した図であ
る。

【図７】本発明に係わる熱処理パターンを示した図であ
る。

【図８】従来の熱処理パターンを示した図である。

【図９】磁気特性の薄帯先端からの距離による変化を示
したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高周波における角形比の大きい超微結
   晶軟磁性合金からなる巻磁心を製造する方法であって、
   液体急冷により非晶質合金薄帯を作製する工程、前記非
   晶質合金薄帯を巻回しトロイダル巻磁心とする工程と、
   応力緩和度ｒｓ／ｒａを以下の関係 ０．５≦ｒｓ／ｒａ≦１ とする前記非晶質合金の結晶化温度以下の応力緩和熱処
   理工程と、前記巻磁心の磁路方向に磁場を印加しつつ当
   該非晶質合金の結晶化温度以上に加熱保持して、５００
   オングストローム以下の平均粒径を有するｂｃｃ結晶粒
   を形成させる熱処理を施す工程からなることを特徴とす
   る可飽和リアクトル用巻磁心の製造方法。
2. 【請求項２】　　応力緩和熱処理工程の１部あるいは全
   部に当該巻磁心の磁路方向に磁場を印加する請求項１に
   記載の可飽和リアクトル用巻磁心の製造方法。