JPS5916306A - 電磁気装置用粉末コア−の製法 - Google Patents

電磁気装置用粉末コア−の製法

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JPS5916306A
JPS5916306A JP58066867A JP6686783A JPS5916306A JP S5916306 A JPS5916306 A JP S5916306A JP 58066867 A JP58066867 A JP 58066867A JP 6686783 A JP6686783 A JP 6686783A JP S5916306 A JPS5916306 A JP S5916306A
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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】 本発明はコアーおよび極片として作られた磁性物品、7
fらびにこれらをガラス質金属粉末から製造する方法に
関する。
非晶質金属合金およびこれから作られる物品は米国特許
第6,856.513号明細書(197A年12月24
日発行)にチェノおよび712− りによって示されて
いる。その明細;旧よ、非晶質の状態で得られ、同一金
属を基礎とするそれ以前に知られていた結晶l111合
金よりも優j℃だ新規な合金組成物を教示1゜ている。
そこに示された組成′吻は急冷により容易に非晶質の状
態になり、望ま1.い物理的特性をもつ。その明糸町書
にはさらに、キャストリボンの摩砕またはエアミル粉砕
によって10〜250μmの範囲の粒径をもつ非晶質金
属粉末を製造しつることが示されている。。
パーマロイおよび他の結晶性合金粉末の圧縮(CLOμ
5olidation )によって磁性物品を製1告す
ることは知られている。改善された磁性を要求する新た
な用途は、磁性物品の強度および磁性反応が同時に高め
られた合金および圧縮法を開発するために努力を必要と
した。
本発明によれば、圧縮して優れた磁性反応を示す物体と
なすために特に適した非晶質金属合金が提供されろ。さ
らに本発明によれば熱的機械的方法を用いてガラス質金
属粉末な圧縮する、磁性物品の製法が提供されろ。
本発明方法yコより製造された物品は残留磁気、貼よび
透磁率が低く、これは広い周波数にわたって一定である
。一般にこの種の圧縮態磁性ガラス質金属合金物体は少
なくとも15の比透磁率(relative rrra
gnetic pernpability)をもっ0こ
匁で用いられる゛比透磁率°′という語は、真空中で同
一磁場により生じる磁気誘導に対する特定磁場によりあ
る媒体中で生じる磁気誘導の比を意味する。
より詳細には本発明Gτよれば強磁性ガラス質金属粉末
をガラス転移温度付近であって当該合金の結晶[ヒ温度
以下のプレス温度69〜690MPaの圧カシこt6い
て静圧fより圧縮する工程を含む方法によって、磁性金
属合金の成形品が製造される。こり、により、ろ80〜
450℃の範囲の温度で1〜li時間の間O〜800 
A /m の磁場の存在下で、成形加工後の焼鈍を行う
のに特に適した圧縮態ガラス質金属合金物体が形成され
る。この焼鈍された物品は改良さ11だインピーダンス
透磁率をもち、信号はよび高周波数の電力変圧器などに
用いるのK特に適している。
本発明の好ましい態様および添付の図面に関する詳細な
記述を参照すると、本発明がより十分に叩解され、他の
利点が明らか1.Cなるであろう。
第1図はメルトから直接に非晶質金属粉末なキャスティ
ングするために用いられる装置の略図であり、この装置
は刻みのあるキャスティング用支持体をもつ。
第2図は圧縮された物体の密度の変化を圧縮時間および
圧縮温度の関数として示すグラフである。
第5図はインピーダンス透磁率の変化を成形加工後の焼
鈍時間の関数として示すグラフである。
第4図はインピーダンス透磁率の変化を絶縁されていな
い粉末および絶縁された粉末の周波数の関数として示す
グラフである。
第5図はインピーダンス透磁率の変化を異なる粒径のも
のから製造したコアーの周波数の関数として示すグラフ
である。
第6図はコアー損の変化を成形加工後の焼鈍時間の関数
として示すグラフである。
透磁率が15よりも大きい本発明の磁性圧縮物体は一般
に粉末状のガラス質金属合金から製造される。合金から
ガラス質金属粉末を製造する一般的方法は、急冷工程お
よび微粒化(ato+nj、zat、ion )工程を
伴うものである。合金は直接1.τリボンにキャスティ
ングさ)t、摩砕、ボール、ミル粉砕またはエアーミル
粉砕によって希望する粒径範囲の粉末またはフレークに
される。粉末化処理を補助するために、リボン試料は合
金の結晶化温度以下にtdける脆化熱処理な施される。
あるいは粉末またはフレーク(こ瓦ではその厚さよりも
大きさのオーダーが小さな直径をもつ粒子と定義される
)を第1図に示される型の刻みをもつキャスティング用
支持体を用いて、希望する範囲の寸法をもつ最終形状の
ものに直接にキャスティングすることができる。これに
より製造さfする粒子またはフレークの寸法は、刻みの
深さおよびそれらの間隔に応じて変動するであろう。一
般に刻みは規則的な間隔をもつ多数の山恰よび谷を含み
、隣接する山の間隔は0.01〜0.1 crnの範囲
にb゛す、山の頂部から谷の底部までの距離は0.00
5〜0.05篩の範囲にある。このようなキャスティン
グ用支持体の形状によって一般νこ0.01〜0.1c
IrL(7)範囲の寸法をもつ粉末粒子またはフレーク
が得られる。
第1図に示されるように、装置10は可動性の冷却面1
2、溶融金属16を保持するための溜め14、および頂
部で溜め14と連絡しかつその底部に冷却面12に近接
した開1」をもつノズル18をもつ。冷却面12は規則
的な間隔をもつ山22および谷゛をもつ。隣接する+、
1.+は0.01〜0.IC7nの距離dの間隔をもつ
。山の1頁部から谷の底部までの距離y(図示さ」tて
いない)は0.005〜0.05儂である。粉末は溶融
合金を刻み]・1つき支持体(冷却面12)上に落下さ
せることによって直接に製造さfする。この支持体は1
00〜2000m/分の速度で縦方向に動くよう設定さ
れた回転式冷却ロール、エンドゝレスベルト(図示さ)
tていない)なとである。これにより得られる粉末粒子
の寸法は、距離dおよびyの大きさによって直接に変化
する。
図示された態様においてノズル手段は冷却面の運動方向
に一般に垂直に配置さ牙したスロットをもつ。スロット
は一対の平行なリップ、すなわち冷却面の運動方向に番
号をつげられた第1リツプおよび第2リツプによって規
定される。ノズル18のスロットは冷却面の運動方向に
測定して0.2〜1馴の幅をもつ。第1リツプは少なく
ともスロット幅に等しい幅をもち、第2リツプはスロッ
ト幅の1.5〜6倍の幅をもつ。リップと冷却面の間隙
はスロット幅の0.1〜1倍である。ガラス質合金の製
造は米国特許第3.856..513号(チェノらに付
与)明細書中に示される基本的教示によって行うことが
できる。得られるシート、リボン、テープ、(6よび線
拐はここに記載された利料の有用な前駆物質である。
粉末の圧縮は物体を製造するに際して最初の工程である
。圧縮用の粉末には微粉末(105μmよりも小さな粒
径をもつもの)、粗大粉末(105〜300/Zmの粒
径をもつもの)およびフレーク(300)Lmよりも大
きな粒径をもつもの)が含まれうる。圧縮はガラス転移
温度付近であって結晶化温度よりも低い温度のガラス質
金属合金粉末をプレスすることによつ−C得ろことがで
きろ。
低い透磁率(すなわち25以下)を希望する場合は、1
05/ztn以下の粒径を採用する。高い透磁率(10
0以−ヒ)のためには3001zm以上の比較的大きな
粒径を採用する。
圧縮のためには排気したカンに粉末を入れたのもストリ
ップを形成させるか、あるいは均衡プレスしてディスク
、リングその他の暑望する形状、たとえばトランス、ヤ
dよびインデユーザーのコアー、モーターの固定子およ
びロータ一部品となすことができる。さらに粉末を結晶
化温度以下でル)ってかつガラス転移温度領域の温度で
加温プレスし、トランス/インデューサーコア−マたは
モーターのローター/固定子セグメントなど希望するい
かなる形状にもなすことができる。圧縮はガラス転移温
度付近で起こる粉末またはフレーク粒子間の機械的から
み合いおよび狭い範囲の一拡散結合によるものと考えら
れる。ガラス転移温度(Tゎ)よりも低ずぎる温度にお
いては粒子が比較的硬く、圧縮中にこれらに与、えもれ
る剪断カニ1dよび圧縮力によって容易には変形しない
。Tg  よりも高すぎる温度は、圧縮中に非晶質粒子
が初期結晶化する危険性を高める。一般に粒子間結合は
Tgから50℃の範囲内のプレス温度における圧縮中に
最も良く達成されることが見出された。
粉末を適切な有機結合剤、たとえばパラフィン、ポリス
ルホン、71!′リイミト゛、フェノールホルムアルデ
ヒド樹脂と混和したのち常温プレスして適切な形状とな
すこともできる。結合剤の量はろO重用%までであり、
高透磁率をもつコアーのためには10重鼠%以下が灯よ
’b<、O55〜6重殴%がより好ましい。このように
成形された合金は理論的最大の少なくとも60重量%の
密度をもつ。プレスされた物体は結合剤の硬化7R度よ
りも低い比較的低温で硬化させてより高い強度を与えた
のちイσ[削1〜で最終的形状となすことができる。こ
の方法の好ましい生成物は、磁性成分として適した形状
をもつものを含む。硬化過程は同時に磁場を与えること
によって行うととができる。
金属)fラスは冷却さJtて結晶比することなく剛性の
状態になった溶融合金である。この陣の金属ガラスは一
般に下記の特性のうち少なくとも幾つかをもつ。高度の
硬さおよび引掻抵抗、ガラス質面の平滑性が大きいこと
、τ1法および形状の安定性、機)成約剛性、強度、延
性、それに関連する金属および合金と比較して高い電気
抵抗、および拡散性のX線回折パターン。
こkで゛合金゛という語は2種またはそh以−ヒの金属
の固体混合物を示すものとしての普通の意味で用いられ
る(コンデンスト・ケミノノル・ディクショナリー、第
9版、ファン・ノーストランドゞ・ラインホールト9社
、ニューヨーク、1977)。
これらの合金はさらに少なくとも1種の非金属元素を混
合含有する。゛ガラス質金属(glassy meta
l)合金“′、゛′金属ガラス(rrpta]−1ic
 glass )”、 ”非晶質金属(amorpho
us metal )合金−でよび゛ガラス質金属(v
itreous metal )合金″という語はすべ
てこ〜で同等に用いられる。
本発明に示される方法に適した合金には組成物[Fe+
Ni+co]65−B8 [Mo、Nb、Ta、Cr、
V)o−1o(/B。
c、5)5−2.が含まれる。
本発明による好ましい強磁性合金は鉄、コバルトおよび
ニッケルよりなる群のうちの1員子に基づくものである
。鉄を基礎とする合金は一般組成Fe 4 () −B
B(Go t Nl ) O−0−40(I Nb 、
Ta 、 V 、Gr ) o 10(B +c 、 
s i、 ) 5−25 ヲモチ、コバルトを基礎とす
る合金は一般組成Cr) 4088 (F e + N
 ]、 ) O−4゜(Mo 、Nb 、Ta、V、M
n 。
0r)0−10(B、C9505−25をもち、ニッケ
ルを基礎とする合金は一般組成”]、 40 s o 
(co 、Fe ) 4−4o (Mo INb、Ta
、V、Mn、Or)。、。(B、C:、S])5,5を
もっ−特に好ましい合金は鉄79原子%、ホウ素16原
子%およびケイ素5原子%の組成をもつ。
非晶質金属粉末を圧縮して、電磁気コアー、極片など各
種の用途に適した成形加工部品となすことができる。ガ
ラス質金属圧縮物は高い透磁率または低い透磁率をもつ
。得られたコアーはトランスのコー7−、モーターの固
定子またはローターその他の交流用に用いることができ
る。この種の用途に好ましい非晶質合金にはFe78B
13S14、Fe79B + 681.5 ”i’よび
F。81B、、オSi、6.C2が含ま場する。
以丁の実施例は本発明をより十分に理解するために示し
たものである。本発明の原叩および実施を・貝2体的に
説明するため((示された特定の技術、条件、月利、割
合および報告さ」したデータは一例であって、本発明の
範囲を限定するものと解すべきではない。
実施例1 3001zm以下の粒径およびFe7.B16S1.(
Fに書かれた数値は原そ%である)の組成をもつ非晶質
金属粉末を米国I特許第4.1.42.571 号!l
j] A11l rl−K 詳述された方法に従ってメ
ルトから直接にキャスティングされたリボンをエアーミ
ル粉砕することによって製造した。キーヤスティングさ
れたリボンは16時間のボールミル粉砕前に不活性な窒
素雰囲気F[400℃で1〜2時間の脆化処理も施され
た。
この操作により600〜10μmの範囲の微細な非晶質
粒子が得られた。得られた微細な粉末粒子を種々の粒径
範囲、すなわち°”325メツンユ“←く11 Q t
t m )、”−150メツシユ” (410511m
 )および゛−48メツシュ°′(≦、 300 tl
 rn )  に篩分けした。次いで5102.はよび
メタノールを含有するスラーリーと粒子を混和すること
により粉末を1〜3重職%5102で被覆するか、また
はMgOおよびメタノールを含有するスラリーを用いて
1取量%MgOで被覆した。被覆された一150メツシ
ュおよび−625メツシユのサイズの粉末を黒鉛鋳型中
で410〜510℃の範囲の温度において5分、15分
および30分間プレスした。用いた圧力は69MPaで
あった。Fe79B13S10合金について正確にガラ
ス転移温度を測定することはできなかったので、結晶化
温度TX、(=530℃)よりも低いA1D〜510’
Cの広い温度範囲にわたってh旧:情プレスを行−っだ
コアー密度の変化をプレス条件の関数として第2図に示
す。460℃、y、[時間でほぼ80〜85%の理想的
な密度が得られた。しかし、これよりも高い温度では同
じ密度を得るためにプレス時間を短縮することができる
。また特定の用途に必要な希望する形状、すなわち棒状
、トロイド(t、oroid )、EI型などに直接に
加温プレスするために各種の型を加工することもできる
実施例2 合金の粒径IQ57tm以下およびFe79B16S]
5の組成をもつ非晶質合金粒子を実施例1に示されたエ
アーミル粉砕によって、また注型し改しのリボンを40
0℃で1時間熱処理することにより脆化したのちボール
ミル粉砕1てよって製造した。エアーミル粉砕した粉末
粒子を1重騎%MF、Oで被覆した。
トロイドコアー(内径= 25 +nm、外径=ろ8引
m:’t;よび厚さ=12朋)を460℃で54時間の
加温プレス1でより成形加圧した。加工後の焼鈍の効果
を評価するために、絶縁された粉末および絶縁されてい
ない粉末の双方から製造したプレス成形コアーを435
℃で1〜乙時間焼鈍し、対応するインピーダンス透磁率
を測定し、第ろ図にノ゛ロットシた。
成形加工後の焼鈍によって透磁率が実質的に改善さh、
最適な焼鈍は本実施例で採用した特定の組成および圧縮
法に関しては1165℃で1〜2時間であることが見出
された。
実施例:3 合金の粒径105μm以下およびFe79B16S1.
の組成をもつ非晶質金属粉末粒子を実施例1に示したエ
アーミル粉砕によって製造した。
絶縁の効果を評価するため、4ろocで%時間の加温プ
レスにより1〜6重計%のS]02 またはMgOを用
いてトロイドコア=(内径=25M、外径=38mm:
!よび厚さ= 12mm )を作成した。成形加工され
たコアーを次いで465℃で1時間焼鈍し、そのインピ
ーダンス透磁率を周波数(,1テスラの誘導で1〜10
0KHz)の関数として測定した。結果な第4図に示す
。絶縁された粉末ファーに関するインピーダンス透磁率
は周波数と共に変化しない。こhに対し絶縁されていな
いコアーに関する透磁率は、渦電流遮蔽(Cより周波数
と共に低ドする。この透磁率が一定であることは、信号
、でよび高周波電力変圧器に望゛ましいきわめて重要な
磁気特性である。
実施例4 異なる粒径範囲、すなわち“−48メツンユサイズ″(
二300μm)および゛’−150メッシュザイズ“”
 (り10105zt をもつ非晶質金属粉末を実施例
1に示した方法に従ってエアーミル粉砕により製造した
。粉末粒子を1重隈%Mg○で被覆し、圧縮してtロイ
ド試料(内径=25職、外径=38朋および厚さ=12
間)となし、465℃で1〜2時間の成形加工後焼鈍を
行った。このコアー〇インピーダンス透磁率を周波数の
[y31数としてプロットした。第5図に示すように、
粒径が大きくなると共により高い透磁率が得られた。
実施例5 電力変圧器のコアーとして用いるためには、インピーダ
ンス透磁率のほかにコアル摂行性も重要である。実施例
1に記載したものと同一の合金F e 79 B 16
S 15および同一の成形加工法を用いて、粒径−48
メツシユおよび一150メツシュの絶縁(1%MgO)
粉末からトロイドコアー(内径=25市、外径=68卿
、厚さ= 1””2 mm )を製造した。成形加工し
たコアーを465℃で1〜6時間焼鈍した。50 KH
z、’: 1テスラにおけるコアー積値を第5図に示す
。最適な加熱処理は465℃で2時間以−にであると思
われる。高周波コアー積値は粒径が小さくなると共に、
かつ1〜6重鼠%の絶縁によって実質的に低下した。最
適な低周波(60〜400Hz)コアー損に必要な粉末
特性および絶縁特性は高周波用に必要なものと実質的f
異なっている。低周波では渦電流は主体ではないので、
60〜400Hzの変圧器およびモーターに用いるため
には、絶縁さ、ltていない比較的大きい粒径(1こと
えば600μm以上)が望ましい。またこの種の低周波
変圧器16よびモーターに用いるためには、非晶質マト
リックスの部分的結晶化を避けるために比較的低い温度
(たとえば380・〜420cの範囲程度の温度)で成
形加工後の焼鈍を行うべきである。
高周波用には粒径が比較的小さく(たとえば105μm
以下)、粒子は絶縁体(たとえばMgO,S i 02
など)で被覆さ」t、焼鈍温度は420・〜450℃の
範囲にある。
以上に本発明をより詳細に記載したが、これらの詳述に
固執する必要はなく、当業者には種々の変更および修正
をなしうることは自明であり、こ」tらは1べて特許請
求の範囲の記載により定められる本発明の範囲内に包含
さ1する、ことは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図はメルトから直接に非晶質金属粉末をキーヤステ
ィングするために用いられる装置の略図であり、この装
置は刻みのあるキャステインダ用支持体促もつ。 第2図は圧縮された物体の密度の゛変化を圧新〜1子問
および圧縮i?に度の関数として示すグラフ゛Cある。 第ロ図ハインビーグンス透磁率の変化をr;’Z M 
jJ。 1後の焼鈍時間の関数として示すグラフでぶ)ろ。 第4図はインピーダンス透磁率の変化を絶縁さ」tてい
ない粉末、ヤ6よび絶縁された粉末Q)周(皮数の関数
として示すグラフである。 第5図はインピ−ダンス透磁率の変化を異なる粒径のも
のから製、告したコアーの周波数σ)関裟ダとして示す
グラフである。 第6図はコアー損の変化を成形加工後の焼i屯11手間
の関数として示すグラフである。 第1図中の記号は下記のものを示す。 12・・・冷却面    14・・・溜め16・・・溶
融金属   18・・ノズル20・・・ノズルの開1コ
 22・・・刻みの由24・・・刻みの谷 特許出願人  アライト9・コーポレーション7−)”
ltE  人  弁理士  湯 浅 恭 刊デレズυ族
υ FIG、6 手続補正書(方式) 1、事件の表示 昭和5S年 ′乃介願第  y−7u、7 号べ’LJ
’A−?x ’l−’ffi +CI J”rf 42
7 、 +71 ’!: 瓜6、補正をする者 事件との関係   出 願 人 住所 2灯 7ライF・フーホ0レー/−774代理人 5、補正命令の日付  昭和12年 2月フ7日(発送
日)6補正の対象

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)強磁性ガラス質金属粉末をガラス転移温度刊近で
    あって当該今冬の結晶化温度以下のプレス温度で69〜
    690MPaの圧力において静圧により圧縮して、圧縮
    態磁性ガラス質金属合金物体となす工程を含む磁性金属
    合金の成形品の製法。
  2. (2)圧縮工程を1〜60分間行う、特許請求の範囲第
    1項記載の方法。
  3. (3)粉末が105μm以下の粒子直径をもつ粒子から
    なる、特許請求の範囲第2項記載の方法。
  4. (4)粉末が少な(とも30(bzmの粒子直径をもつ
    粒子からなる、特許請求の範囲第1項記載の15法。
  5. (5)粒子を圧縮工程の前に絶縁体で被覆fる工程を含
    む、特許請求の範囲11)ろ項記載の方法。
  6. (6)粒子?圧縮工程に際して黒鉛鋳型中で410〜5
    10Cの範囲の温度において5〜60分間ゾレスする、
    特許請求の範囲8+’C5項記載の方法。
  7. (7)圧縮合金!動体を380〜450℃の範囲の温度
    で1・〜4時間焼焼鈍る工程を含む、特許請求の範囲第
    2項記載の111友。
  8. (8)焼鈍工程な0〜800A、/、nの磁場の存在下
    で行う、特許請求の範囲第7項記1あの方法。
  9. (9)可動j生の冷苅J面、溶−1金属な保持才ろため
    の溜め、およびl百部において溜めど連1・3し、底部
    に冷却面に近接した開口をもつノズルを含み、a、冷却
    面が多数の規111]的な間隔なもつ山と、谷をもち、
    隣接する山の間:宥が0.01〜0.1 t、xの範囲
    にあり、山のIVj部と芥りつ底部の間隔が0005〜
    0.05 crfLの範囲にあり、がっし〕、冷却面が
    100〜2000m、7分の速度で縦方向に二動くのに
    適している。 金属粉末をキャスティング−]−るための梨買置(10
    )ノズル手段が一般に冷却面の運動方向に垂直に配置さ
    れたスロットをもち、このスロットが一対の一般に平行
    なリップによって規定され、第1リツプおよび第2リツ
    プが冷却面の運動方向に番号をつけられ、このスロット
    が冷却面の運動方向に画定して0.2−’!−1mmの
    幅をもち、第1リツプが少なくともスロット幅に等しい
    幅をもち、第2リツ7″がスロット幅の1.5〜6倍の
    幅をもち、かっこJしらのリップと冷却面の間隙がスロ
    ット幅の01〜1倍である、特許請求の範囲第9項記載
    の装置。
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