JPH0811818B2 - トロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法 - Google Patents

トロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法

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JPH0811818B2 JP61240846A JP24084686A JPH0811818B2 JP H0811818 B2 JPH0811818 B2 JP H0811818B2 JP 61240846 A JP61240846 A JP 61240846A JP 24084686 A JP24084686 A JP 24084686A JP H0811818 B2 JPH0811818 B2 JP H0811818B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0213Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
    • H01F41/0226Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s) from amorphous ribbons

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高周波領域において,低損失,高透磁率な非
晶質巻磁芯の熱処理方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来から,トランス用磁芯として広く用いられている
素材として高Niパーマロイ及びフェライト等がある。
高Niパーマロイは,大きな透磁率が得られるため,微
弱信号の増幅回路に用いられている。しかし,高Niパー
マロイは,100kHz以上の高周波領域になると渦電流が増
大するため保磁持力が急激に増大し,透磁率の低下を招
き,高周波トランスとして使用できない欠点がある。同
様に,電源電力増幅回路にも適さない。
そこで,高周波用として,高Niパーマロイで10μm以
下の極薄薄帯が使用されているが非常に高価であるとい
う問題がある。このため,高Niパーマロイは100kHz以上
の高周波領域で使用する高周波用電力トランスとして
は,特別な用途を目的として使われているにすぎない。
一方,フェライトは,透磁率は低いが,高周波領域で
の電力損失が低い特徴をもっている。ところが,近年,
電子機器用電源装置は,小型化の傾向が進み,電源周波
数の高周波化が進められている。これに対応し,フェラ
イトは,高固有抵抗比を主として改善がなされている
が,充分な低損失化には至っていないのが現情である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これに対し,結晶磁気異方性をもたず,磁歪をほぼ零
にすることのできる非晶質合金が注目されるようになっ
てきた。非晶質合金を用いた磁芯の製造方法としては,
キュリー温度以上で結晶化温度以下の温度で焼鈍した後
急冷することにより,高透磁率を得る方法がある。しか
しながら,上述の方法では,透磁率の経年変化が大きい
ものであるにも拘らず,保持力が小さくならず,大振幅
励磁時の鉄損が大きいと言う欠点がある。
また,残留磁束密度が比較的高いため,トランスとし
ては使用不可能であるという問題がある。
一方,経年変化を改善し,高透磁率を得る方法とし
て,回転磁界や焼鈍を用いる方法もあるが,残留磁束密
度が比較的高いため,トランス用としては使用できない
欠点がある。
さらに,他の方法として,磁路方向とは直角な方向に
磁界を印加し,磁界中で焼鈍を行なう方法がある。この
方法によれば残留磁束密度を低下させ,トランスとして
最適のヒステリシスループを得ることができる反面,逆
に透磁率の低下をまねく欠点がある。
そこで,本発明の目的は上記欠点に鑑み,低損失で高
透磁率な磁芯を得ることのできる非晶質磁芯の熱処理方
法を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれは,非晶質合金薄帯を巻回して成るトロ
イダル型非晶質磁芯を,前記非晶質合金薄帯の有するキ
ュリー温度Tc以上でかつ結晶化温度以下である第1の温
度に維持した後急冷する第1の熱処理工程と,該第1の
熱処理工程後,前記トロイダル型非晶質磁芯に直流磁場
を前記トロイダル型非晶質磁芯の有するトロイダル面を
成す回転対称軸方向に印加しかつ前記トロイダル型非晶
質磁芯を前記結晶化温度以下である第2の温度Taに維持
し,その後,前記直流磁場の強度を零にして急冷する第
2の熱処理工程とを有し,前記非晶質合金薄帯は,一般
式 (Co1-a-bFeaNib100-x-y-zMxSiyBz (ただし,原子%でx,y,z,a,bの値はそれぞれ 0.5≦x≦3 10≦y≦16 8≦z≦14 18≦y+z≦30 0.04≦a≦0.1 0.15≦b≦0.3 の範囲にあり,MはCr,Mo,W,Nb,Ta,V,Mnの1種又は2種以
上の元素を表わす。)で表わされる化合物であることを
特徴とするトロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法が得ら
れる。
前記トロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法において,
前記非晶質合金薄帯は,磁歪定数が−1×10-6〜1×10
-6の範囲にあることが好ましい。
また,第2の熱処理工程における第2の温度Taは Tc−50℃<Ta<Tc+30℃ の範囲であることが好ましい。
低損失で高透磁率の磁芯を得るには,素材として磁気
異方性が小さく,磁歪が零となる合金を選ぶ必要があ
る。そのためには,Co基非晶質合金が最適である。
そこで,片ロール法により斯る非晶質合金薄帯を作製
した後,巻回工程において,巻コアに巻回して磁芯を作
成する。次に,非晶質合金薄帯は,作製されたままの状
態では,急冷凝固時の残留応力が残存しているため,第
1の熱処理工程において,これを除去し,内部構造を均
一とする歪取り焼なましを行なう。
ここで,歪取り焼なましは,キュリー温度Tc以上,結
晶化温度以下の温度で,通常10〜60分間程度,維持し
て,残留応力を充分に除去する。歪取り焼鈍後の冷却過
程では,不均一な誘導磁気異方性が生じさせないために
急冷を行なう。
このようにして機械的にも磁気的にも内部均一な巻コ
アが得られる。
次にトランス用の磁芯として最適なヒステリシスルー
プを得るために,第2の熱処理工程として,磁場中焼鈍
を行なう。このとき,外部印加磁場は,コアの延長方
向,即ち,磁芯磁化方向を含む面内に対し,直角な方向
に印加するものである。その後,Tc−50℃<Ta<Tc+30
℃(Tcは,キュリー温度,Taは焼なまし温度を示す。)
の温度範囲に磁芯を維持し,磁芯のトロイダル面を成す
回転対称軸方向に磁化容易軸を付与し,その後磁場強度
を零として急冷を行なう。急冷において,磁化容易方向
が,トロイダル方向と直角な方向から適度に分散し,低
損失と,高透磁率が同時に実現することを見出した。
尚,本発明の熱処理方法を適用する非晶質合金薄帯の
組成は,一般式(Co1-a-bFeaNib100-x-y-zMxSiyBz
表わされ,原子%で,0.5≦x≦3,10≦y≦16,8≦z≦1
4,18≦y+z≦30,0.04≦a≦0.1,0.15≦b≦0.3であ
る。MはCr,Mo,W,Nb,Ta,V,Mnの1種又は2種以上で表わ
される金属又は合金のうち,磁歪定数が−1×10-6〜1
×10-6の合金を示す。
ここでBは非晶質化を助成する元素であり,8%未満の
場合には,非晶質合金薄帯の製造が困難になるので8%
以上とする必要があり,14%以上の場合には,磁気特性
の経年変化を大きくするので,14%以下とする必要があ
る。
Siは,非晶質化を助成する元素であるが,10%未満の
場合には,非晶質合金薄帯の製造が困難になるので10%
以上とする必要があり,16%以上の場合には,飽和磁束
密度が著しく低下し,工業的に利点がなくなるため,16
%以下とする必要がある。
また,Si+Bの総量が,15%未満の場合には合金を脆化
させ,かつ本発明の熱処理方法が有効に働かないため18
%以上とする必要があり,一方,30%以上の場合には飽
和磁束密度が著しく低下し,工業上利点がなくなるため
30%以上とする必要がある。
Fe,Ni量は磁歪定数を調整するものであり,Fe量が0.04
〜0.1を越えると,磁歪定数が−1×10-6〜1×10-6
範囲を越え低損失,高透磁率性が失なわれるのでこの範
囲とする必要がある。Ni量が0.15以下の場合には,飽和
磁束密度が高くなりすぎて,本発明の熱処理方法が有効
に働かなくなるため0.15以上とする必要があり,また,
0.3以上の場合には飽和磁束密度が著しく低下し工業上
利点がなくなるため0.3以下とする必要がある。
次に,添加元素M(Cr,Mo,W,Nb,Ta,V,Mn)は,アモル
ファス合金の磁気特性の熱的安定性を向上させる元素で
あり,0.5%以下の場合には,熱的安定性向上の効果が喪
失するため,0.5%以上とする必要があり,一方,5%以上
の場合には飽和磁束密度が低下し,工業上利点がなくな
るので,この範囲にする必要がある。
また,Ni総量が原子%で15%以上で,かつ,飽和磁束
密度が6kG以下の非晶質合金であることが,より好まし
い。
また薄帯厚みを15μm以下とすると過電流損失の低減
により,コアロスが低減し,実効透磁率が向上する。
〔実施例〕
以下に,本発明の実施例をあげ,本発明の熱処理方法
について,更に詳しく説明する。
第1の実施例 まず,公知の片ロール法を用いて,組成が,原子%
で,(Fe0.08Co0.71Ni0.2175Mo2Si13B10である非晶質
合金薄帯を用意した。薄帯幅は5mm,厚みは13μmであっ
た。
この非晶質合金薄帯は,磁束密度がB10=5700G,キュ
リー温度がTc=257℃,結晶化温度がTx=542℃であっ
た。
この薄帯を巻回工程において,巻回し,MgOにて層間絶
縁を施して,内径15mm,外径19mmの巻磁芯を作製した。
次に,第1の熱処理工程において,この磁芯を,窒素
雰囲気中で,425℃の温度で,60分間歪取り焼鈍し,その
後室温まで15℃/secの冷却速度で急冷した。その後,第
2の熱処理工程において,非晶質合金薄帯の面内でトロ
イダル方向と直角な方向に600Oeの直流磁場を磁芯に印
加し,210〜300℃の温度で60分間保持し,その後直流磁
場強度を零にして,室温まで11℃/secの冷却速度で急冷
した。
第1図に,磁場中焼鈍に用いた装置の概略図を示す。
11,12は電磁石のボールピースであり,ボールピース11,
12の間隙に一対の電気炉21,22を対向して配置し,さら
に,電気炉21,22の中に磁芯3を入れる。
第2図と第3図に,それぞれ,上述のように作製した
磁芯の励振周波数100kHz,磁束密度2kGのコアロスPcと励
振周波数100kHz,磁化力5mOeの実効透磁率μを示す。
ここで,比較のため,磁場中焼なまし後磁場を印加した
まま,1.7℃/minの冷却速度で炉冷した場合の特性も合わ
せて示してある。
第2図中,○印は磁場中焼なまし後急冷した本実施例
に係る試料で△印は冷した比較試料である。図から明
らかに分かるように,炉冷した比較試料より本実施例に
係る急冷した場合の方が,コアロスPcは小さくなってお
り,また,焼なまし温度Ta220〜240℃,つまり,キュリ
ー温度Tc(257℃)から37〜17℃低い温度で磁場中熱処
理した場合に,最も小さなコアロスPcが得られた。
次に第3図の実効透磁率μにおいて,A(○印)とB
(●印)は,磁場中焼鈍後急冷した本実施例に係る試料
でAは励振周波数100kHz,磁化力5mOeの実効透磁率μe,B
は励振周波数1kHz,磁化力5mOeの実効透磁率μであ
る。C(△印)とD(▲印)は,炉冷した比較試料で,C
は100kHz,5mOeのμe,Dは1kHz,5mOeのμである。
図から明らかに分かるように,炉冷した比較試料C,D
より,本実施例に係る急冷した試料A,Bの方が,実効透
磁率μが大きくなり,100kHzのμを有するAは,Tc
近で,最大値を示している。一方,1kHzのμを有する
Bは,280℃で最大値を取っており,Tcより23℃高い温度
である。
以上の結果から,コアロスPcが最も小さくなる焼なま
し温度Taはキュリー温度Tcより低い温度範囲でTc−50℃
<Ta<Tc+30℃が最適であり,実効透磁率μが最も大
きくなる焼なまし温度Taは,キュリー温度Tcより高い温
度範囲で,Tc−50℃<Ta<Tc+40℃が最適であることが
分かる。
よって,低いコアロスPcと高い実効透磁率μを時に
実現するには,Tc−50℃<Ta<Tc+30℃の温度範囲で磁
場中焼なましを施し,次いで,無磁場中で急冷する熱処
理方法が最適であることが分かる。
第2の実施例 公知の片ロール法を用いて,表−1に示す非晶質合金
薄帯No.1〜No.8を用意した。薄帯幅は5mm,厚みは13μm
であった。
No.1〜No.8の磁束密度B10,磁化力H=10Oe,キュリー
温度Tc,結晶化温度Txをあわせて表−1に示す。この薄
帯を巻回工程において,巻回し,MgOにて層間絶縁して,
内径15mm,外径19mmの巻磁芯を作製した。
次に,第1の熱処理工程において,磁芯を,窒素雰囲
気中で,425℃の温度で60分間,歪取り焼なまし,その
後,室温まで15℃/secの冷却速度で急冷した。
次に,第1図に示すように,第2の熱処理工程におい
て,非晶質合金薄帯の面内でトロイダル方向とは直角な
方向に600Oeの直流磁場を印加し,表−2に示す温度で6
0分間保持し,その後,直流磁場強度を零として,室温
まで11℃/secの冷却速度で急冷した。
その結果,得られたコアロスPcと実効透磁率μを表
−2に示す。
表2から明らかなように,本発明に供する組成の非晶
質合金No.1〜No.6は,本発明の熱処理方法を適用するこ
とにより,その範囲外の組成No.7,8に比べ,コアロスPc
が著しく低く,かつ,高透磁率μが得られていること
がわかる。
また上記実施例は,トロイダル状コアについての熱処
理効果であったが本発明を適用することにより,トロイ
ダル状コア以外の形状のコア,例えば,EI形,リング形
等のコアについても,高周波領域で低損失で高透磁率性
を同時に備えた磁芯を得ることができることは明白であ
る。
〔発明の効果〕 以上説明したように,非晶質合金薄帯の巻磁芯を,キ
ュリー温度Tc以上結晶化温度Tx以下の温度で歪取り焼な
ましし,その後急冷処理を施し次いで,薄帯の面内でト
ロイダル面を成す回転対称軸方向に直流磁場を印加し,T
c−50℃<Ta<Tc+30℃の範囲の温度で磁場中焼なまし
を施した後,磁場強度を零として室温まで急冷する熱処
理方法を施すことにより,高周波領域で,低損失で高透
磁率性を同時に備えた磁芯を得ることができる。また,
上記実施例は,トロイダル状コアについての熱処理効果
であったが,本発明を適用することにより,トロイダル
状コア以外のコア例えばEI形,リング形等のコアにおい
ても,高周波領域で低損失で高透磁率性を同時に備えた
磁芯を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いた磁場中焼鈍の装置の概念図,第
2図はコアロスPcの磁場中焼なまし温度Ta依存性を示す
相関図,第3図は実効透磁率μの磁場中焼なまし温度
Ta依存性を示す相関図である。 11,12……電磁石のボールピース,21,22……電気炉,3…
…磁芯。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 1/153

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非晶質合金薄帯を巻回して成るトロイダル
    型非晶質磁芯を,前記非晶質合金薄帯の有するキュリー
    温度Tc以上でかつ結晶化温度以下である第1の温度に維
    持した後急冷する第1の熱処理工程と,該第1の熱処理
    工程後,前記トロイダル型非晶質磁芯に直流磁場を前記
    トロイダル型非晶質磁芯の有するトロイダル面を成す回
    転対称軸方向に印加しかつ前記トロイダル型非晶質磁芯
    を前記結晶化温度以下である第2の温度Taに維持し,そ
    の後,前記直流磁場の強度を零にして急冷する第2の熱
    処理工程とを有し,前記非晶質合金薄帯は,一般式 (Co1-a-bFeaNib100-x-y-zMxSiyBz (ただし,原子%でx,y,z,a,bの値はそれぞれ 0.5≦x≦3 10≦y≦16 8≦z≦14 18≦y+z≦30 0.04≦a≦0.1 0.15≦b≦0.3 の範囲にあり,MはCr,Mo,W,Nb,Ta,V,Mnの1種又は2種以
    上の元素を表わす。)で表わされる化合物であることを
    特徴とするトロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のトロイダル型
    非晶質磁芯の熱処理方法において,前記非晶質合金薄帯
    は,磁歪定数が−1×10-6〜1×10-6の範囲にあること
    を特徴とするトロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項記載のト
    ロイダル型非晶質磁芯の熱処理方法において,前記第2
    の熱処理工程は,前記第2の温度Taを Tc−50℃<Ta<Tc+30℃ の範囲とすることを特徴とするトロイダル型非晶質磁芯
    の熱処理方法。
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