JPS6234829B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、アモルフアス合金製巻コアの熱処
理方法に関し、とくに該巻コア製造過程での歪取
り焼鈍処理に工夫を加えて、磁気特性とくに鉄損
特性ならびに透磁率の有利な改善を図つたもので
ある。 近年、金属または合金溶融体を、冷却面が高速
で更新移動する冷却体上に連続して供給し急冷凝
固させることによつて、溶湯から直接急冷薄帯を
製造する方法が開発され、この急冷薄帯化法によ
りアモルフアス合金薄帯の製造も容易に行えるよ
うになつた。 かようなアモルフアス合金薄帯は一般に磁気特
性に優れ、中でもトランスコア素材用としてのア
モルフアス合金薄帯は、飽和磁束密度が高く、ま
た鉄損特性にも優れている。とくに鉄損値につい
ては、トランス素材として従来のけい素鋼電磁鋼
板を使用した場合に比べ、1/3以下程度にも低減
される。 しかしながらかようなトランス素材用アモルフ
アス合金は、一方で磁歪が高いため、巻コアとし
て利用した場合には、この高磁歪特性が該コアの
コーナー部の曲率や導入歪による影響と相まつ
て、磁気特性とくに鉄損特性を劣化させていた。 このためアモルフアス合金薄帯を巻コアとして
利用する場合には、所定の形状に巻取つたのち歪
取り焼鈍を加えることが、良好な特性を得る上で
必須の条件とされている。 またアモルフアス合金は、すぐれた透磁率を示
し、高周波特性も良好であることから、各種セン
サーやエレクトロニクス関係の磁性材料としての
利用が考えられているが、その利用に際し、トロ
イド巻コアとして使用する場合には、やはり歪取
焼鈍が必須要件となる。 第１図に、Fe₇₉B₁₃Si₈（原子％以下同じ）の組
成になるアモルフアス合金薄帯をトロイダルに巻
いた種々の径の巻コアの歪取り焼鈍前と350℃×
60分の歪取り焼鈍を施した後における鉄損値につ
いて調べた結果を、巻コアの半径ｒの逆数と鉄損
値との関係で示す。 同図から明らかなように、歪取り焼鈍後の鉄損
特性は、該焼鈍前に比べて大幅に改善されてい
る。しかしながら巻コアの径が小さくなるにつれ
て鉄損値は増加する。 すなわちかような歪取り焼鈍を施したとしても
なお巻径が小さい場合には、やはり鉄損特性の劣
化は免が得れなかつたのである。 この発明は、上記の問題の有利な解決を目指し
たもので、アモルフアス合金製巻コアの製造過程
における熱処理の改善により、該巻コアの磁気特
性の一層の改善を実現することを目的とする。 ところで一般に、アモルフアス合金の熱による
変化は、次のような順序で起るものと考えられて
いる。 すなわち急冷凝固状態のアモルフアス合金は、
加熱によつて、 (1) 自由体積の消滅が起り、 (2) その後構造的に短範囲の秩序を生じ、 (3) ついで化学的短範囲の秩序が生じ、 (4) 以降、結晶化すなわち長範囲にわたる秩序が
形成される、 ような変化を生じる。そして上掲した各過程のう
ち(1)の変化が、歪除去いわゆる構造緩和といわれ
るものであり、内部応力が除去される過程であ
る。この過程における原子の変位は、１原子距離
より小さい範囲に止まるが、加熱温度がより高く
なつたり、またはより長時間に及ぶ場合には、原
子の変位が１原子距離よりは大きくなつて、結晶
化を生じていたのである。従つて巻コアなどの歪
取り焼鈍は、常に上記(1)の変化に止る熱処理でな
ければならず、それ以上の熱の付与は、アモルフ
アス合金の結晶化ひいては磁気特性の劣化を招く
原因となる。このことは、トランス巻コアやトロ
イドコアなどの歪取り焼鈍において、歪を完全に
除去して鉄損の劣化を防止できる焼鈍条件が、結
晶化を生じる温度条件と著しく近接している場合
には、磁気特性の改善にとつては極めて不利であ
ることを示している。 従つて、かような歪取り焼鈍条件と結晶化を生
じる熱処理条件とが近接しているアモルフアス合
金においては、従来の如く結晶化を生じるおそれ
がない温度、すなわち適正な歪取り焼鈍温度より
もかなり低い温度で焼鈍を施したとしても、十分
な歪の除去は達成できず、それ故満足のいく程度
の磁気特性の改善は望み得なかつたのである。 そこで発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭
意研究を重ねた結果、アモルフアス合金につき、
その結晶化温度近傍の温度で加熱を施しても、そ
の加熱時間が短時間であれば該合金の結晶化は生
じないこと、そしてかような予備的な歪取り焼鈍
を施しておけば、その後の低温での焼鈍によつて
効果的な歪の除去が達成でき、かくして磁気特性
の改善につき、望外の成果が得られることを究明
したのである。 この発明は上記の知見に由来するものである。 すなわちこの発明は、アモルフアス合金を磁気
回路材とする巻コアの製造過程において、まず急
冷凝固して得たアモルフアス合金薄帯に、その巻
取りに先立つて、該薄帯の結晶化温度より100℃
を超えて高くはなく、一方キユーリー温度よりも
低くはない範囲の温度で、0.5〜２秒間の予備歪
取り焼鈍を施し、しかるのち巻コアに巻取つてか
ら、結晶化温度よりは100℃以上低い温度でかつ
100℃以上の温度範囲において最終歪取り焼鈍を
施すことをもつて、前記課題の解決手段とするも
のである。 以下、この発明を由来した実験結果に基き、具
体的に説明する。 第２図に、Fe₇₉B₁₃Si₈の組成になるアモルフア
ス合金薄帯（結晶化温度Ｔ_X：480℃、キユーリー
温度Tc：430℃）につき、急冷凝固後直ちに100
mmφのトロイド巻コアに巻取つて種々の温度で１
時間の歪取り焼鈍を施した場合（図中〇印で示
す）ならびに急冷凝固後50℃で１秒間の予備歪取
り焼鈍を施したのち100mmφのトロイド巻コアに
巻取つてから種々の温度で１時間の最終歪取り焼
鈍を施した場合の、焼鈍温度と鉄損値との関係に
ついて調べた結果を、比較して示す。 同図より明らかなように、この発明に従う２段
階の歪取り焼鈍を施した場合、とくに最終歪取り
焼鈍温度が結晶化温度よりも100℃以上低い場合
は、従来法に較べ、著しい鉄損値の低下を示し
た。 次に第３図に、同じくFe₇₉B₁₃Si₈の組成になる
アモルフアス合金（結晶化温度Ｔ_X：480℃、キユ
ーリー温度Ｔ_C：430℃）に、350℃、１時間の最
終歪取り焼鈍を施すに先立つて、結晶化温度近傍
の種々の温度および保持時間で予備歪取り焼鈍を
施した場合の鉄損特性について調べた結果を、保
持時間をパラメータとして予備歪取り焼鈍温度と
鉄損値との関係でまとめて示す。 さて予備歪取り焼鈍において、焼鈍温度が薄帯
の結晶化温度を超える場合であつても、保持時間
が0.5〜1.0秒程度であれば、580℃程度すなわち
結晶化温度よりも100℃高い温度を超えない範囲
では鉄損特性は著しく改善され、また保持時間が
２秒の場合には、焼鈍温度の上限は幾分低下する
けれども、それでも530℃程度すなわち結晶化温
度よりも50℃を超えない温度範囲ではやはり鉄損
特性の改善に著しい効果が認められた。 しかしながら予備歪取り焼鈍温度が、キユーリ
ー温度よりも低くなると、鉄損特性の改善効果に
乏しくなる。 従つて予備歪取り焼鈍温度の下限値は、キユー
リー温度としたが、このように予備歪取り焼鈍温
度がキユーリー温度を下回ると鉄損改善効果が低
減する理由は、次のとおりと考えられる。 一般に強磁性体は、温度を上昇させていつても
磁気的短範囲の秩序をもつ限り強磁性を示す。キ
ユーリー温度は、この磁気的秩序がまつたくなく
なつた状態を示す温度であるが、かような磁気的
秩序がない温度範囲で焼鈍する方が、原子配列に
及ぼす効果が、ランダム化するので異方的原子配
列などによるクラスターなどを生成しにくくする
と考えられるところ、この点キユーリー温度未満
では上記の効果に乏しい。ちなみに二，三のアモ
ルフアス合金の結晶化温度とキユーリー温度を示
すと、次のとおりである。

【表】 従つてこの発明では、最終歪取り焼鈍に先立つ
予備歪取り焼鈍の実施に当つては、焼鈍温度が、
キユーリー温度以上であつてしかも結晶化温度よ
りも100℃を超えて高くはない範囲の温度で、保
持時間：0.5〜２秒間の条件の下で行うものとし
た。なお上記の条件下において、焼鈍温度が結晶
化温度よりも50℃を超える高温度域で行う場合に
は、保持時間は0.5〜１秒間程度とするのが好ま
しい。 また最終歪取り焼鈍においては、巻コアの体積
の増大によつて熱容量が増加するため、焼鈍時間
は長時間化する傾向にある。このため焼鈍温度が
高いと結晶化し易くなるので、結晶化温度よりも
100℃以下の温度で行う必要がある。しかしなが
ら焼鈍温度が100℃に満たないと前掲第２図に示
したとおり鉄損の改善効果に乏しいので、最終歪
取り焼鈍は、結晶化温度よりも100℃以上低い温
度かつ100℃以上の温度範囲で行うものとした。 なおこの発明で対称とするアモルフアス合金
は、結晶化温度がキユーリー温度よりも高い材料
だけに限るものではなく、結晶化温度がキユーリ
ー温度よりも低い材料であつても、予備歪取り焼
鈍および最終歪取り焼鈍が上記の各条件を満足す
るものであれば、対称合金に含まれるのはいうま
でもない。 以下この発明の実施例について説明する。 実施例 １〜４ Fe₇₉B₁₃Si₈の組成になるアモルフアス合金（結
晶化温度：480℃、キユーリー温度：430℃）の急
冷凝固薄帯を、巻取るに先立つて550℃、１秒間
の予備歪取り焼鈍を施し、ついで直径100mmの巻
コアに巻取つたのち、300，325，350および375℃
で最終歪取り焼鈍を施したときの、鉄損値につい
て調べた結果を表１に示す。なお比較のために、
予備歪取り焼鈍を施さず急冷薄帯化後直ちに巻コ
アに巻取つて歪取り焼鈍を施す従来法によつて得
られた巻コアの鉄損値について調べた結果も表１
に併記する。

【表】

【表】 表１の結果から明らかなように、この発明に従
つて最終歪取り焼鈍に先立ち予備歪取り焼鈍を施
したもの（実施例１〜４）はいずれも、従来法に
従い得られたもの（従来例１〜４）に較べて鉄損
特性が改善されている。 実施例 ５ Fe₅Co₇₁B₁₂Si₁₂の組成になるアモルフアス合金
（結晶化温度480℃、キユーリー温度：440℃）を
急冷薄帯化後、500℃×１秒間の予備歪取り焼鈍
を施し、ついで内径10mmのトロイドコアに巻取つ
たのち、380℃、10分間の最終歪取り焼鈍を施
し、強制空冷により冷却した。 得られたトロイドコアの周波数1kHzにおける
実効透磁率μｅを測定したところ、μｅ＝５×
10⁴であり、この値は、予備歪取り焼鈍を施さな
い従来法に従つて得られたものの実効透磁率が１
×10⁴であつたのに比較して数段すぐれている。 実施例 ６ Fe₄₀Ni₄₀B₂₀の組成になるアモルフアス合金
（結晶化温度：450℃、キユーリー温度390℃）の
急冷凝固薄帯に、まず450℃、0.5秒間の予備歪取
り焼鈍を施し、ついで内径10mmのトロイドコアに
巻取つたのち、300℃、５分間の最終歪取り焼鈍
を施した。 得られたトロイドコアの周波数1kHzにおける
実効透磁率μｅを測定したところ、μｅは７×
10⁴であつた。この値は、予備歪取り焼鈍を施さ
ない場合のμｅ＝２×10⁴に比べて数段すぐれて
いる。 なおこの発明で対象とするアモルフアス合金の
成分系は、とくに限定されるものではないが、中
でも高磁束密度材のFe―Ｂ―Si系合金、高透磁
率材のFe―Ni―Ｂ―（Si）系合金、さらには低
磁歪材のCo―Fe―Ｂ―（Si）系合金などに適用
してとりわけ好適である。 以上述べたようにこの発明によれば、アモルフ
アス合金を磁気回路材とするトランス巻コアやモ
ーターコア、さらにはアモルフアス合金をトロイ
ド状に巻いて使用するセンサーやエレクトロニク
ス関係部材などのトロイドコアにつき、その磁気
特性の改善に偉効に奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Fe₇₉B₁₃Si₈の組成になるアモルフア
ス合金製巻コアの歪取り焼鈍前後における鉄損特
性を、巻き径の逆数と鉄損値Ｗ10/50との関係で
示したグラフ、第２図は、同じ組成になるアモル
フアス合金製巻コアの予備歪取り焼鈍の有無によ
る鉄損値の違いを比較して示したグラフ、第３図
は、同じ組成になるアモルフアス合金製巻コアに
おいて、予備歪取り焼鈍の焼鈍温度と保持時間と
が鉄損特性に及ぼす影響を示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アモルフアス合金を磁気回路材とする巻コア
   の製造過程において、 まず急冷凝固して得たアモルフアス合金薄帯
   に、その巻取りに先立つて、該薄帯の結晶化温度
   より100℃を超えて高くはなく、一方、キユーリ
   ー温度よりも低くはない範囲の温度で、0.5〜２
   秒間の予備歪取り焼鈍を施し、しかるのち巻コア
   に巻取つてから、結晶化温度よりは100℃以上低
   い温度でかつ100℃以上の温度範囲において最終
   歪取り焼鈍を施すことを特徴とするアモルフアス
   合金製巻コアの熱処理方法。