JPH0688111B2 - 高角形ヒステリシス軟磁性繊維及びその製造方法 - Google Patents

高角形ヒステリシス軟磁性繊維及びその製造方法

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JPH0688111B2 JP62310262A JP31026287A JPH0688111B2 JP H0688111 B2 JPH0688111 B2 JP H0688111B2 JP 62310262 A JP62310262 A JP 62310262A JP 31026287 A JP31026287 A JP 31026287A JP H0688111 B2 JPH0688111 B2 JP H0688111B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高角形比且つ低保磁力を特徴とする高角形ヒ
ステリシス軟磁性繊維及びその製造方法に関するもので
ある。
[従来の技術] 珪素鋼などの磁性材料は、交流励磁に適合する様に薄肉
のものを一定の形に打ち抜いた後複数枚を積層して使用
される。即ち交流励磁における渦電流損失及びヒステリ
シス損失を小さくする主旨であり、高周波数領域で磁性
材料が励磁される場合には、磁性材料をさらに細分割し
て鉄損の低減を図ると共に、透磁率の動特性を向上させ
る必要がある。
ところで技術革新が進むにつれて電子・電磁機器の小型
化・軽量化に対する要請は益々強くなっており、こうし
た要望に沿うため小型磁性材料に関する改良研究も盛ん
に行なわれている。
磁性機器を小型化し、あるいは細分割するための一つの
方法として、磁性材料を繊維状に形成することが考えら
れるが、繊維状磁性材料の磁気特性を高めるうえでは、
結晶粒界や不純物などの欠陥や内部歪を少なくして磁化
され易い構造にすることが大切である。しかもスイッチ
ング素子や磁気増幅器、磁気移相器、パルストランスな
どでは、角形性の優れたヒステリシスループを示すこと
が要求される場合が多く、高角形比で且つ低保磁力であ
ることが軟磁性材料の大きな要求特性とされている。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は上記のような状況の下で、磁性材料からなる繊
維状物の結晶粒界や内部歪を極力少なくすることによっ
て、高角形比で且つ低保磁力という特性を備えた高角形
ヒステリシス軟磁性繊維並びにその製造方法を提供しよ
うとするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明に係る高角形ヒステリシス軟磁性繊維は、Fe−Si
系、Fe−Al系、またはFe−Si−Al系合金からなる樹枝状
晶の一次アームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で
成長した樹枝状組織を有する直径が100μm以下の磁性
繊維を、熱処理によって内部歪を除去すると共に樹枝状
構造を消失させたものであり、且つ直流磁化状態におい
て角形比[Br/Bs、但しBrは残留磁束密度、Bsは飽和磁
束密度を意味する]が0.9以上、保力が0.3エルステッド
以下であるところに要旨を有するものであり、この様な
高角形ヒステリシス軟磁性繊維は、Fe−Si系、Fe−Al
系、またはFe−Si−Al系合金からなる磁性材料を使用
し、溶融紡糸によって、樹枝状晶の一次アームが繊維軸
方向に対して角度20度以内、好ましくは5度以内で揃っ
た樹枝状組織を有する直径100μm以下の磁性繊維を作
製し、その後熱処理によって結晶粒界や内部歪と共に樹
枝状構造を消失させることによって得ることができる。
[作用及び実施例] 上記の様に本発明の高角形ヒステリシス軟磁性繊維は、
直径が100μm以下と非常に細いものであり、直流磁化
状態において保磁力は0.3以下と小さい値を示すほか0.9
以上という高レベルの角形比を有しており、軟磁性材料
として非常に優れたものである。ここで繊維の直径を10
0μm以下に定めたのは、この値を超える太径繊維で
は、追って詳述する如く繊維組織に十分な方向性が与え
られず、0.9以上といった高レベルの角形ひを得ること
ができないからである。また角形比を0.9以上、保磁力
を0.3以下と定めたのは、これらの値を外れるものでは
本発明の意図する高角形ヒステリシス軟磁性材料として
の要求特性を満足することができないからである。
本発明で使用される磁性材料はFe−Si系合金、Fe−Al系
合金、Fe−Si−Al系合金であり、これらの鉄合金中に適
量の希土類金属を1種または2種以上含有させたものも
好ましいものとして挙げられる。尚希土類金属として特
に好ましいのは、原子番号が57〜71のランタン系列から
選択されるものであって、具体的にはLa,Ce,Pr,Nd,Pm,S
m,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luであり、これらは単独で
含有させてもよく、あるいは2種以上を複合して含有さ
せることもできる。上記希土類金属の中でも特に好まし
いのはCeである。また本発明を実施するにに当たって
は、軟磁性繊維の用途や要求特性に応じて更に他の成分
を配合することも可能である。
ところで前述の様な高角形比、低保磁力の軟磁性繊維の
製造方法としては、上記磁性材料を溶融紡糸して樹枝状
晶の一次アームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で
揃って成長した軟磁性繊維とした後、これを熱処理して
内部歪を除去するとともに樹枝状晶を消失せしめ、均質
化する方法が挙げられる。
溶融紡糸法としては、たとえばガラス被覆紡糸法、水流
中紡糸法、回転液中紡糸法等が例示されるが、中でも特
に好ましいのは特開昭55−64948号公報に開示された様
な回転液中紡糸法である。第1、2図はその方法を例示
する概略正面図及び一部断面側面図であり、回転ドラム
6を高速回転させることによってその内周面側に冷却液
体層8を形成する。そして該液体層8の液面9に向け
て、るつぼ1下面の噴出ノズル2から溶融した磁性材料
を噴出させ、磁性材料を細線状4にして急冷凝固させな
がら回転ドラム6の内周壁に巻き取っていく。図中3は
磁性材料を溶融させるためのヒーター、5は溶融磁性材
料噴出用の不活性ガス、7はモータ、10はベルトを夫々
示す。そして回転する冷却液体層の周速度を、噴出ノズ
ル2からの溶融磁性材料の噴出速度と実質的に同一かま
たはそれよりやや早くしておけば、断面均一性の良好な
磁性繊維が得られ易い。ここで使用される冷却液体は純
粋な液体の他、溶液、エマルジョン等のいずれであって
もよいが、コスト及び冷却効率を総合すると最も好まし
いのは水である。回転ドラムは横向きでも縦向きでもよ
いが、該ドラム中の冷却液体層の表面速度は300〜900m/
min程度、溶融磁性材料の冷却液体層への侵入角度は40
〜80゜、噴出ノズル2と冷却液体層8の液面9との距離
は0.5〜10mm程度が夫々好適である。この場合、注意し
なければならないのは、噴出ノズル2の口径を100μm
以下とし、紡糸される磁性繊維の直径が100μm以下と
なるようにしなければならないことである。しかして噴
出ノズル2の口径が100μmを超える場合は、その内部
組織において、繊維軸方向に対する樹枝状晶一次アーム
の成長方向が20度以内の角度で揃わなくなり、後述する
様な熱処理に付して結晶粒界や内部歪を極力少なくした
としても、角形比0.9以上、保磁力0.3以下といった磁気
特性を同時に満たす様な磁性繊維は得られない。該繊維
の直径を100μm以下とすることによって何故上述のよ
うな組織が形成されるのか、その機構の詳細は明らかで
はないが、得られた繊維の内部組織や結晶方位等の観察
結果からすると次の様に考えることができる。即ち、溶
融磁性材料の噴出流の太さの違いによって冷却液体層中
における冷却速度が変わり、結晶の生成及び成長状況が
変化することによって結晶の成長方向が繊維軸方向に揃
い、その後の熱処理で樹枝状晶が消失した後も一次アー
ムの方向性が保たれており結晶の方向性に好ましい影響
を及ぼしたためと推定される。
尚熱処理は、内部歪を解消すると共に急冷凝固時に生成
した樹枝状晶を実質的に消失せしめ、均質化の目的を果
たし得る様、磁性材料の種類に応じて適宜定めるべきで
あるが、一般的な基準としては、繊維を溶融させること
なく短時間で均質化し得る様、[当該磁性材料の固相線
温度−10℃]よりも低く且つ[当該磁性材料の融点の1/
3]以上の温度の範囲で行なうのがよい。また熱処理
は、繊維表面の酸化を防止するため真空もしくはアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気で行なうことが望まれる。
第3図は、磁性材料としてFe−5.7重量%Si合金を使用
し、上記のような回転液中紡糸時における噴出ノズルの
口径(紡出繊維の直径に対応する)を190μmまたは75
μmに設定して磁性繊維とした後、1000℃で1時間熱処
理したものについて、繊維軸方向に最大10エルステッド
の直流磁場を印加したときの室温における直流磁化曲線
を示したものである。第3図からも明らかである様に保
持力は何れも0.3以下の低い値を示しているが、直径75
μmの細径繊維の角形比は0.99と殆んど1に近い値を示
しているのに対し、角形比は前者は0.87と低い値しか得
られていない。
磁性繊維の直径を細くすることによって角形比が高めら
れる理由を解明するため、繊維の内部組織を調べてみた
ところ、次の様な事実が確認された。即ち直径100μm
を超える太径の磁性繊維は、熱処理前の状態で樹枝状晶
の一次アームの成長方向が繊維軸方向に対して角度20度
を超えるものが多数存在しているのに対し、直径100μ
m以下の細径磁性繊維における樹枝状晶の一次アームの
成長方向は繊維軸方向に対して全てが20度以内の角度に
あった。そしてこれらをさらに熱処理して結晶粒界や内
部歪を減少させた後エッチピット法により結晶方位を調
べてみると、熱処理繊維の結晶方位は熱処理前の組織を
反映しており、太径磁性繊維には、特定の結晶方位が繊
維軸方向に対して20度を超えるものが多数存在するのに
対し、細径磁性繊維では、特定の結晶方位が繊維軸方向
に対して20度以内の角度で一様に揃っていることが確認
された。磁化の容易な方向は結晶方位と一定の関係を有
することが知られており、直径100μm以下の細径磁性
繊維では、前述の如く繊維軸方向に対して20度以内の角
度で揃った熱処理前の樹枝状晶一次アームが、熱処理に
よる結晶粒界や内部歪の減少後も有効に反映されて、磁
化が容易で且つ極めて強い異方性をもった磁性繊維とな
り、これらが角形比の向上に好影響をもたらしたものと
考えられる。
又結晶粒界が非常に少ないということはとりもなおさず
靭性や柔軟性にも優れたものであることを意味してお
り、2次加工を含めて非常に取扱い易い材料である。
このようにして得られる高角形比、低保磁力の高角形ヒ
ステリシス軟磁性繊維は、一本のままで小型軟磁性材料
として利用できるだけでなく、適当な方法で絶縁皮膜を
施した当該繊維を多数束ね、高周波特性の優れた軟磁性
材料として使用することもできる。
例えば、当該軟磁性材料を磁気増幅器の磁心に応用すれ
ば、内部電圧降下の非常に小さい優れた性能の磁気増幅
器を作製することができる。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、磁化の障害となる
結晶粒界や内部歪が非常に少なく、しかも高角形比、低
保磁力の要求特性を共に満足する軟磁性繊維とその製造
方法を提供し得ることになった。そしてこの高角形ヒス
テリシス軟磁性繊維は、小型軟磁性材料として、或いは
渦電流損失やヒステリシス損失の非常に小さなものとし
て各種変圧器や磁気増幅器の磁心材料として有用であ
り、更にはスイッチング素子など様々の電磁器分野に幅
広く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1、2図は回転液中紡糸法を説明するための図であ
り、第1図は概略正面図、第2図は一部断面側面図、第
3図は実施例で得た軟磁性繊維の室温における直流磁化
曲線(ヒステリシスループ)を示す図である。 1:るつぼ、2:噴出ノズル 3:ヒーター、4:細線 5:不活性ガス、6:回転ドラム 7:モータ、8:冷却液体 9:冷却液面、10:ベルト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Fe−Si系、Fe−Al系またはFe−Si−Al系合
    金からなる樹枝状晶の一次アームが繊維軸方向に対して
    20度以内の角度で成長した樹枝状組織を有する直径100
    μm以下の磁性繊維を、熱処理によって内部歪を除去す
    ると共に樹枝状構造を消失させたものであり、且つ直流
    磁化状態における角形比(Br/Bs)が0.9以上、保磁力が
    0.3エルステッド以下であることを特徴とする高角形ヒ
    ステリシス軟磁性繊維。 但しBr:残留磁束密度 Bs:飽和磁束密度
  2. 【請求項2】Fe−Si系、Fe−Al系またはFe−Si−Al系合
    金からなる磁性材料を溶融紡糸し、樹枝状晶の一次アー
    ムが繊維軸方向に対して20度以内の角度で成長した樹枝
    状組織を有する直径100μm以下の磁性繊維を作製し、
    次いで熱処理によって内部歪を除去すると共に樹枝状構
    造を消失させて、直流磁化状態における角形比(Br/B
    s)を0.9以上、保磁力を0.3エルステッド以下にするこ
    とを特徴とする高角形ヒステリシス軟磁性繊維の製造方
    法。
JP62310262A 1987-12-08 1987-12-08 高角形ヒステリシス軟磁性繊維及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH0688111B2 (ja)

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