JPH08273918A - 巻きトランス用鉄基非晶質合金薄帯 - Google Patents

巻きトランス用鉄基非晶質合金薄帯

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JPH08273918A
JPH08273918A JP7119786A JP11978695A JPH08273918A JP H08273918 A JPH08273918 A JP H08273918A JP 7119786 A JP7119786 A JP 7119786A JP 11978695 A JP11978695 A JP 11978695A JP H08273918 A JPH08273918 A JP H08273918A
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史男 小菊
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Abstract

(57)【要約】 【構成】化学式:Fea b Sic Mnd ここで、78≦a≦82at% 8≦b≦15at% 4≦c≦14at% 0.2≦d≦1.0 at% で示される組成とし、かつビルディングファクターを
1.5以下とする。 【効果】 巻きコアに加工後の鉄損が極めて低く、省エ
ネルギーに大きく貢献する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、巻きトランス用素材
として好適な鉄基非晶質合金薄帯に関し、とくにそのビ
ルディングファクターの向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】特開昭54−148122号公報、同55−9460号
公報および同57−137451号公報に開示されているよう
に、Fe−B−Si系等の溶融合金を単ロール法等に従い、
高速で回転する冷却ロールの表面に射出し 105〜106
/s程度の冷却速度で急冷凝固させると、板厚が数十μ
m 程度で、原子の配列が無秩序ないわゆる非晶質合金薄
帯が得られる。このような非晶質合金薄帯は、磁化され
易く、鉄損等いわゆる磁気特性に優れることから、トラ
ンス用鉄心材料として一部実用化されるに至っている。
【0003】しかしながら、かようなFe−B−Si3元系
非晶質合金薄帯は、ある程度低い鉄損値は得られるもの
の、その改善効果には限度があり、3元系ではそれ以上
低い鉄損は期待できないという問題があった。
【0004】そこで、上記の3元系非晶質合金に、第4
成分として種々の元素の添加が試みられている。例え
ば、特公平1-54422号公報には、鉄損が低くかつ絶縁被
膜処理性に優れた鉄基非晶質合金として、Fe−B−Si系
にMn, Ni等を 0.5〜3at%添加したものが提案されてい
る。また特開昭62−192560号公報には、Fe−B−Si系に
Cr, Mo, Ta, Mn, Ni, Co,V,NbおよびWのうちから選
んだ1種または2種以上を0.05〜5at%含有させ、さら
に圧延等の処理により表面粗さを調整した非晶質合金が
提案されている。
【0005】しかしながら、特公平1-54422号公報で
は、積層した際の層間絶縁の改善、また特開昭62−1925
60号公報では、同じく積層した際の占積率の改善につい
て言及されているのみで、巻き加工を施した後の磁気特
性については何ら考慮が払われていない。
【0006】一方、特開平5−132744号公報には、Fe−
B−Si系にSnを添加することによって、鉄損・透磁率を
劣化させることなしに、高飽和磁束密度を達成した合金
およびそれを用いた鉄心の製造方法が提案されている。
その中での鉄損の評価は、トロイダル形状での例が示さ
れているが、いずれもW13/50 で0.2 W/kg以上と比較的
大きく、最近の厳しい要求特性を考慮すると、十分とは
言えないところに問題を残していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、単板での磁気特性に優れる
のはいうまでもなく、巻きコア(円形コアおよび非円形
コアの両者を含む)に加工後の磁気特性にも優れたすな
わちビルディングファクターの小さい鉄基非晶質合金薄
帯を提案することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、Fe−
B−Si系鉄基非晶質合金薄帯を巻きコアに加工後の鉄損
の改善策の指針として、加工時の歪に注目し、第4元素
の添加による鉄損の歪依存性について鋭意研究を重ね
た。その結果、(1) 圧縮応力を材料に加えると一般に磁
気特性が劣化する、(2) Mn添加により圧縮応力下での磁
気特性の劣化が比較的低減する、(3) Mnを添加した材料
では巻きコアに加工後の鉄損が改善される、(4) 特にMn
を添加した材料では、半径が50mm以下の曲げ加工を含む
巻きコア加工を施した場合でも鉄損の改善効果が劣化し
ないことの知見を得た。この発明は、上記の知見に立脚
するものである。
【0009】すなわち、この発明は、 化学式:Fea b Sic Mnd ここで、78≦a≦82at% 8≦b≦15at% 4≦c≦14at% 0.2≦d≦1.0 at% で示される組成になり、巻きコアに加工後の鉄損値と単
板における鉄損値の比(ビルディングファクター)が
1.5以下であることを特徴とする巻きトランス用鉄基非
晶質合金薄帯である。
【0010】この発明では、半径が50mm以下の曲げ加工
を含む巻きコア加工を施した場合であっても、良好な鉄
損特性を得ることができる。
【0011】以下、この発明を由来するに至った実験結
果について説明する。図1に、Fe79-dB13Si8Mnd 組成の
鉄基非晶質合金薄帯のMn量と磁気特性との関係について
調べた結果を、また図2には、上記薄帯のMn量と、0.3
kg/mm2の圧縮応力を長手方向に加えた時の鉄損値を圧縮
応力が0kg/mm2の時の鉄損値で割った値(いずれも 1.3
T, 50Hz励磁)との関係について調べた結果を示す。な
お、上記の非晶質合金薄帯の寸法ははいずれも、厚さ:
25μm 、幅:20mmであり、 390℃、1hの磁場中焼鈍を
施した後の鉄損値について測定した。図1,2から明ら
かなように、Mn添加量が 0.2〜1.0 at%であれば、単板
で優れた磁気特性が得られるだけでなく、圧縮応力を加
えた時の鉄損値の増大を効果的に防止できることが判明
した。特にこの効果は、Mn量が 0.3at%以上の範囲で著
しいことが注目される。
【0012】
【作用】次に、この発明において、合金薄帯の成分組成
を上記の範囲に限定した理由について説明する。 Fe:78〜82at% Feは、磁性材料としての性質を決定する上で重要な元素
である。このFe含有量が78at%未満では、磁束密度が低
いので実用的でなく、一方82at%を超えると、鉄損が増
加し、また熱的安定性も劣化するので、Fe含有量は78〜
82at%の範囲に限定した。
【0013】B:8〜15at% Bは、非晶質化に重要な元素であり、含有量が8at%に
満たないと非晶質化しにくくなると共に、鉄損の増大を
招き、一方15at%を超えると、磁束密度が低下しまたキ
ュリー温度も下がるので、B含有量は8〜15at%の範囲
に限定した。
【0014】Si:4〜14at% Siは、材料の非晶質化に重要な元素であるだけでなく、
キュリー点を高く保つ上でも重要であるが、含有量が4
%に満たないとキュリー点が低下して実用的でなくな
り、一方14%を超えると鉄損の増大を招くので、Si含有
量は4〜14at%の範囲に限定した。とくに、Fe量が80at
%を超える場合には、Si量を低くした方が鉄損の低減に
は有効である。
【0015】Mn:0.2 〜1.0 at% Mnは、この発明において特に重要な成分で、Mn量が 0.2
at%にみたないと、前掲図2に示したとおり、ビルディ
ングファクターの改善効果が乏しく、一方 1.0at%を超
えると、前掲図1に示したとおり、Mn添加量の増加に伴
って磁束密度が低下し、トランスへの応用自体が問題と
なるので、Mnは 0.2〜1.0 at%の範囲で含有させるもの
とした。特に好適な範囲は、比較的高い磁束密度が得ら
れる 0.3〜0.5 at%である。
【0016】
【実施例】
実施例1 Fe79-dB13Si8Mnd で、dがそれぞれ0,0.1, 0.2, 0.3,
0.5, 0.7, 1.0, 1.2at%の組成になる合金溶湯をそれ
ぞれ、高速で回転するCuロールの表面に射出し、厚み:
25μmm、幅:200 mmの非晶質合金薄帯とした。得られた
各薄帯で、内径:100mm 、外径:110mm の円形の巻きコ
ア試料を作製し、周方向に 10 0eの磁場を印加しつつ、
Ar雰囲気中で 390℃、30分〜2時間の焼鈍を行ったのち
の鉄損W13/50 を測定した。その結果を図3に示す。ま
た、その値を、同じ成分薄帯の単板における鉄損値で割
った値すなわちビルディングファクター(BF)につい
て調べた結果を、図4に示す。なお、単板の鉄損は、
幅:20mm、長さ:150 mmの長さに切断して得られた試料
を長手方向に磁場を印加しつつ上と同様な焼鈍を施した
後に、単板磁気測定装置で測定したものである。
【0017】図3から明らかなように、Mnが 0.2〜1.0
at%の場合には、円形の巻きコアに加工した鉄損W
13/50 が 0.15 W/kg以下と、すばらしい鉄損を示してい
る。また図4に示したとおり、Mnが 0.2〜1.0 at%の場
合には、BF値も1.5 以下と大変優れているのが判る。
【0018】実施例2 Fe78.6B13Si8Mn0.4およびFe79B13Si8の組成になる合金
溶湯から、実施例1と同様にして、厚み:25μmm、幅:
200 mmの非晶質合金薄帯を作製した。得られた薄帯を用
いて、内径が 40mm, 60mm, 80mm, 100mmおよび120mm で
かつ厚みがそれぞれ5mmの円形の巻きコア試料を作製
し、実施例1と同様の焼鈍を行った後に、鉄損W13/50
およびビルディングファクターを測定した。その結果を
図5に示す。
【0019】同図から明らかなように、Mnを適量添加し
た場合には、円形の巻きコアに加工した鉄損W13/50
曲げ半径が50mm以下でも劣化せず、 0.15 W/kg以下の良
好な鉄損値を示している。またビルディングファクター
も 1.5以下である。これに対し、Mnを添加しない従来材
では、全体的に鉄損値が高く、とくに曲げ半径が50mm以
下となった場合には鉄損値が急激に増加した。またビル
ディングファクターも 2.0を超える値となった。
【0020】実施例3 表1に示す種々の組成になる合金溶湯から、実施例1と
同様にして、厚み:25μmm、幅:200 mmの非晶質合金薄
帯を作製した。得られた各薄帯を用いて、図6に示す種
々の寸法形状になる非円形巻きコア試料を作製し、周方
向に10 0e の磁場を印加しつつ、不活性雰囲気中で 320
〜420℃、1時間の焼鈍を行った後に、鉄損W13/50
よびビルディングファクターを測定した。得られた結果
を表1に併記する。また、表1には、Mnを含まない従来
材についての調査結果も併せて示す。
【0021】
【表1】
【0022】同表より明らかなように、この発明に従う
非晶質合金薄帯は、非円形の巻きコアとした場合であっ
ても極めて低い鉄損値が得られ、またビルディングファ
クターも低い。
【0023】このようにMnを適量添加したFe−B−Si系
非晶質合金薄帯は、単板においては勿論、巻きコア加工
とくに曲げ半径が50mm以下に加工した後の鉄損値に優れ
ているが、この理由は、前掲図2に示したように、Mnの
添加によって応力下での鉄損の劣化が改善されるのに加
え、Mnの一部が薄帯表面に濃化して、表面近くの電気抵
抗を向上させる結果、積層して使用した時に加わる薄帯
同志の相互作用による渦電流損の増加が低減されること
によるものと考えられる。このような材料で巻きトラン
スを作製した場合、トランス特性が非常に優れたものが
得られるが、かかる効果は、評価を単板でのみ行った場
合には到底知り得ない成果であり、実用上非常に重要な
知見である。
【0024】
【発明の効果】かくして、この発明によれば、巻きトラ
ンス用素材として実用上非常に優れた材料を提供するこ
とができ、従って省エネルギーに対する貢献度極めて大
といえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Fe79-aB13Si8Mnd 組成の鉄基非晶質合金薄帯の
単板での磁気特性とMn添加量との関係を示したグラフで
ある。
【図2】同組成の鉄基非晶質合金薄帯の圧縮応力下での
鉄損と圧縮応力無付加での鉄損との比とのMn添加量との
関係を示したグラフである。
【図3】同組成の鉄基非晶質合金薄帯を円形の巻きコア
に加工後の鉄損値とMn添加量との関係を示したグラフで
ある。
【図4】同組成の鉄基非晶質合金薄帯の円形の巻きコア
におけるビルディングファクターとMn添加量の関係を示
したグラフである。
【図5】Fe78.6B13Si8Mn0.4およびFe79B13Si8組成の鉄
基非晶質合金薄帯を円形の巻きコアに加工後の鉄損値お
よびビルディングファクターと加工曲げ半径との関係を
示したグラフである。
【図6】非円形巻きコア試料の寸法形状を示した図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/25 H01F 27/24 B

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学式:Fea b Sic Mnd ここで、78≦a≦82at% 8≦b≦15at% 4≦c≦14at% 0.2≦d≦1.0 at% で示される組成になり、巻きコアに加工後の鉄損値と単
    板における鉄損値の比(ビルディングファクター)が
    1.5以下であることを特徴とする巻きトランス用鉄基非
    晶質合金薄帯。
  2. 【請求項2】 請求項1において、巻きコア加工が半
    径:50mm以下の曲げ加工を含むものである巻きトランス
    用鉄基非晶質合金薄帯。
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WO2023007952A1 (ja) * 2021-07-30 2023-02-02 Jfeスチール株式会社 巻鉄心および巻鉄心の製造方法

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