WO2019065249A1 - 磁心ユニット、及びその製造方法 - Google Patents

磁心ユニット、及びその製造方法 Download PDF

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core
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二友 中田
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日立金属株式会社
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    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic core unit in which a coil is wound in series on a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon, and a method of manufacturing the same.
  • EPS Electrostatic Precipitator System
  • the electrostatic precipitator system generates corona discharge by a high DC voltage, charges dust in the gas, passes the charged particles into an electric field, and separates and collects (collects dust).
  • the performance of the electrostatic precipitator system is improved by increasing the frequency of the power source as the driving force. Therefore, in China's thermal power plants and steel plants, the power source of the electrostatic precipitator system is replaced with one that can handle high frequencies. This trend is expected to extend not only to China but also to emerging countries such as India, Africa and South America.
  • nanocrystalline alloy As a magnetic core for a transformer used for a high frequency power source, one using a ribbon of nanocrystalline alloy of Fe group or Co group is suitable.
  • the nanocrystalline alloy exhibits higher saturation magnetic flux density than permalloy or Co-based amorphous alloy, and has higher permeability than Fe-based amorphous alloy.
  • Nanocrystalline alloys are also known to have small magnetostriction.
  • a typical composition of the nanocrystalline alloy is Fe-Cu-M'-Si-B (where M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti and Mo) ) Is the composition of the system.
  • a typical example of a method of manufacturing a wound core using a nanocrystal alloy includes the steps of: quenching the melt of the raw material alloy to form an amorphous alloy ribbon; winding the amorphous alloy ribbon to form a ring-shaped magnetic core member; Crystallizing the amorphous alloy ribbon by heat treatment to obtain a wound magnetic core having a nanocrystalline structure.
  • a core unit in which a coil is wound around the wound core is used as a transformer of a high frequency power source.
  • a method for producing a nanocrystal alloy for example, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a method of raising the temperature of the amorphous alloy ribbon capable of nano crystallization to a temperature higher than the crystallization start temperature to perform nano crystallization is disclosed.
  • a method of raising the temperature of the amorphous alloy ribbon capable of nano crystallization to a temperature higher than the crystallization start temperature to perform nano crystallization is disclosed.
  • the inventor made a transformer of a high frequency power source used for an electrostatic precipitator system as follows. First, as a magnetic core for the transformer, a wound magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon was produced, and a coil was wound around the wound magnetic core to produce a magnetic core unit. In this core unit, as shown in FIG. 2, a cloth-like cushioning material 3 is wound around a part of the magnetic path of the wound magnetic core 1, and the coil 2 is wound around the cushioning material 3. In this magnetic core unit 10, although the damage to the magnetic core is prevented by the buffer material 3, when the core loss of this magnetic core unit was measured, the value of the core loss was much larger than the expected value.
  • the winding magnetic core is put in a case made of resin or the like in order to suppress stress applied to the winding magnetic core when winding a coil or to suppress breakage of the winding magnetic core.
  • the structure which winds a coil on the outside of was used.
  • the wound magnetic core produced this time uses a nanocrystal alloy ribbon, and this nanocrystal alloy ribbon is known as a soft magnetic material having a small magnetostriction.
  • the value of the magnetostriction is in the range of 2 ppm or less, which is difficult to measure. Therefore, it is considered that the core unit can be manufactured neglecting the influence of the magnetostriction, and the case is not used.
  • the buffer material is wound around the magnetic core as described above, the core is used in a state where the coil is wound in a state where stress is applied to the magnetic core (hereinafter, this state may be called direct winding).
  • this state may be called direct winding.
  • the core loss became larger than expected.
  • the present invention has been made in view of the above, and a core unit in which an increase in core loss is suppressed in a core unit in which a coil is wound directly on a core made of a nanocrystal alloy ribbon as described above, and a method of manufacturing the same Intended to provide.
  • the manufacturing method is a heat treatment for raising the temperature of the magnetic core material made of an amorphous alloy ribbon capable of nanocrystallization to a temperature higher than the crystallization start temperature of the amorphous alloy.
  • a method of manufacturing a core unit using a magnetic core comprising a nanocrystalline alloy ribbon comprising: a coil step of providing a coil on a magnetic core comprising a nanocrystalline alloy ribbon after the heat treatment step; In the heat treatment step, the time of heat treatment (minute) is shown on the horizontal axis and the temperature of the core material (.degree.
  • the area (temperature-time integral value ⁇ ) of the range surrounded by the parallel line and the temperature of the core material is set to be in the range of 14,000 to 30,000.
  • the amorphous alloy ribbon has a general formula: (Fe 1-a M a ) 100-xyz- ⁇ - ⁇ - ⁇ Cu x Si y B z M ′ ⁇ M ′ ′ ⁇ X ⁇ (atomic%) (where M is Co And / or Ni, M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, Mo, Ta, Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn and W, M "is Al, a platinum group element Sc, at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Zn, Sn and Re, and X is at least one selected from the group consisting of C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be and As
  • the elements of the species, a, x, y, z, ⁇ , ⁇ and ⁇ are respectively 0 ⁇ a ⁇ 0.5, 0.1 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 30, 0 ⁇ z ⁇ 25, 5 ⁇ y + z It
  • the magnetic core unit according to an embodiment of the present invention is a magnetic core unit in which a coil is wound directly on a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon, and the core loss Pcm at a frequency of 20 kHz and an applied magnetic field of 0.1 T is 0.7 W It is less than / kg.
  • a core unit in which a core loss is small in a core unit in which a coil is directly wound around a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon This can contribute to, for example, the manufacture of an electrostatic precipitator system with good dust collection efficiency.
  • the present invention comprises a heat treatment step of raising the temperature of the magnetic core material comprising an amorphous alloy ribbon capable of nanocrystallization to a temperature higher than the crystallization start temperature of the amorphous alloy, and a coil comprising the nanocrystalline ribbon after the heat treatment step.
  • the coil process is to directly wind a coil on a magnetic core
  • the heat treatment time minutes
  • the temperature of the core material ° C.
  • the temperature of the core material ° C.
  • the area temperature of the core material
  • the above-mentioned temperature of the magnetic core is not the setting temperature of the heat treatment furnace but the temperature of the magnetic core material during the heat treatment. The method of measuring the temperature of the core material will be described later.
  • the area (temperature time integral value) of the range surrounded by the line parallel to the horizontal axis at the crystallization start temperature and the temperature of the magnetic core material is the heat treatment time (minute Surrounded by a line A parallel to the horizontal axis at the crystallization start temperature and a line B indicating the temperature of the core material when graphed with the temperature of the core in heat treatment (° C.) as the vertical axis.
  • the area of the hatched portion is calculated with the horizontal axis as a value in minutes and the vertical axis as a value in ° C.
  • the temperature of the core material for each unit time is measured, and the temperature (the value obtained by subtracting the crystallization start temperature) is added to calculate the temperature time integral value. It can also be done.
  • the unit time for measuring this temperature can be one minute or a shorter time.
  • the unit time is preferably in the range of 1 second to 1 minute.
  • the numerical value calculated as a temperature time integral value time takes a unit as a unit and temperature computes it as a unit of ° C. Regardless of which calculation method is used, the temperature-time integral value is set to be in the range of 14,000 or more and 30,000 or less.
  • the inventors of the present invention have found that when the temperature-time integral value is less than 14000 or greater than 30,000, core loss increases and core loss decreases only in the range of 14000 or more and 30000 or less. That is, as described above, since it was impossible to measure a specific numerical value in the range of the magnetostriction value of 2 ppm or less, conventionally, it has not been possible to establish the optimal heat treatment conditions that can minimize the magnetostriction in the nanocrystal alloy ribbon However, it is considered that the nanocrystal alloy ribbon manufactured so as to be in the range of the temperature time integral value has extremely small magnetostriction, thereby reducing the core loss.
  • the lower limit value of the temperature time integral value is preferably set to 16000, more preferably 18,000. Further, the upper limit value of the temperature time integral value is preferably set to 26000, more preferably 24000.
  • the core loss of the core unit can be further reduced by manufacturing with temperature-time integral values in these ranges.
  • an Fe-based one can be used as an amorphous alloy ribbon capable of nanocrystallization.
  • Fe-based amorphous alloy ribbon for example, Fe-Cu-M'-Si-B (M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti and Mo.
  • the composition of the system can be used.
  • a, x, y, z, ⁇ , ⁇ and ⁇ are respectively 0 ⁇ a ⁇ 0.1, 0.7 ⁇ x ⁇ 1.3, 12 ⁇ y ⁇ 17, 5 ⁇ It is a range that satisfies z ⁇ 10, 1.5 ⁇ ⁇ ⁇ 5, 0 ⁇ ⁇ ⁇ 1, and 0 ⁇ ⁇ ⁇ 1.
  • a ribbon-shaped amorphous alloy is formed from a molten alloy having the above composition by a known liquid quenching method (super-quenching method) such as a single roll method or a twin roll method.
  • the circumferential speed of the cooling roll can be set, for example, to about 15 to 50 m / sec.
  • the cooling roll may be formed of pure copper with good thermal conductivity or a copper alloy such as Cu-Be, Cu-Cr, Cu-Zr, Cu-Zr-Cr.
  • the chill roll can be water cooled.
  • the thickness of the obtained amorphous alloy ribbon is generally 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the ribbon is obtained from the magnetic core by weight conversion.
  • a magnetic core material can be obtained by winding or laminating the amorphous alloy ribbon.
  • a slight gap or other substance may be present between each alloy layer.
  • the volume space factor of the amorphous alloy ribbon in the magnetic core material made of the amorphous alloy ribbon is preferably 70% to 90%, for example.
  • the width and length of the amorphous alloy ribbon to be used can be previously processed into desired dimensions.
  • a magnetic core material made of an amorphous alloy ribbon can be made into a magnetic core made of a nanocrystalline alloy ribbon by performing a heat treatment to raise the temperature to a temperature higher than the crystallization start temperature of the amorphous alloy. That is, by the heat treatment step, the magnetic core material made of the amorphous alloy ribbon can be made into the magnetic core made of the nanocrystalline alloy ribbon. At least 50% by volume, and even 80% by volume of the nanocrystalline nanocrystalline alloy is occupied by fine crystal grains having a particle size of 100 nm or less as measured at the largest dimension. In addition, portions other than the fine crystal grains are mainly amorphous. The proportion of fine grains may be substantially 100% by volume.
  • the average grain size of the crystals is determined by measuring the major diameter DL and the minor diameter DS of n microcrystalline grains arbitrarily selected from a transmission electron microscope (TEM) photograph of each sample, and the formula of ⁇ (DL + DS) / 2n It is obtained by averaging according to.
  • the volume fraction of Vl Vc / Vt (Vc is the sum of the volume of fine
  • the heat treatment time (minute) is shown on the horizontal axis, and the temperature of the core material (° C.) on the vertical axis, a line parallel to the horizontal axis at the crystallization start temperature, and the core material
  • the area (temperature-time integral value) of the range surrounded by the line indicating the temperature of (1) is set to be in the range of 14000 or more and 30000 or less. The reason for the above range is that, as described above, core loss can be reduced.
  • the crystallization initiation temperature is the heat generation due to the start of nanocrystallization of the amorphous alloy ribbon when the measurement conditions of differential scanning calorimetry (DSC: Differential Scanning Calorimetry) are performed at a temperature rising rate of 10 ° C./min. Defined as the temperature at which a reaction is detected.
  • DSC Differential Scanning Calorimetry
  • the maximum temperature above the crystallization temperature may be set in the range of 510 ° C. or more and 600 ° C. or less. If the temperature is 510 ° C. or higher, the heat treatment time for setting the value of the area (time integration in the range higher than the crystallization temperature) in the range of the crystallization temperature or more can be relatively shortened. preferable. If the temperature exceeds 600 ° C., the crystal grains may be coarsened to lower the coercive force or increase the magnetostriction.
  • the heat treatment time above the crystallization temperature can be appropriately set in consideration of the above-mentioned maximum temperature in order to be within the range of the above-mentioned area.
  • a magnetic field may be applied to the core material for at least a part of the period.
  • magnetic characteristics such as permeability and squareness can be adjusted.
  • the magnetic field may be applied in the magnetic path direction or in the direction perpendicular to the magnetic path direction.
  • the timing of applying the magnetic field may be, for example, when the temperature is raised above the crystallization start temperature, or after the temperature is raised above the crystallization start temperature.
  • a known heat treatment can be applied in a magnetic field, such as applying a magnetic field at a temperature lower than the crystallization temperature without lowering the magnetic field. .
  • a magnetic core unit can be formed by providing a coil on a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon.
  • the process of providing a coil to this magnetic core is referred to as a coil process.
  • a coil process when used as a transformer, a coil on the primary side and a coil on the secondary side are provided on the magnetic core.
  • a cloth-like buffer material may be wound around the magnetic core, and a wire material to be a coil may be directly wound around the buffer material to form a coil. Direct winding of the wire material which becomes this coil is called direct winding.
  • a buffer may or may not be present, but it is preferable to use a buffer.
  • the present invention is a system which does not use a resin case or a bobbin.
  • the coil may be wound, for example, under the condition that the total area of the wire forming the coil (the area of the wire forming the coil (unit: mm 2 ) and the number of times the coil is wound) is 1000 mm 2 or more. Can.
  • the core unit of the present invention has a core loss Pcm of 0.7 W / kg or less under the conditions of a frequency of 20 kHz and an applied magnetic field of 0.1 T, and can be used, for example, as a transformer of an electrostatic precipitator system with good dust collection efficiency.
  • the core loss of the magnetic core is measured by amplifying the signal output from the function generator (FG) by the power amplifier (AMP) and setting the current and voltage applied to the magnetic core to wattage.
  • the core loss was calculated by measuring with a meter. More specifically, one turn is wound on each of the primary side and the secondary side, and a wattmeter B-H analyzer SY-8232 manufactured by Iwatsuru Co., Ltd. is used, and a maximum magnetic flux density Bm 100 mT and a frequency of 20 kHz
  • the core loss Pcm was measured under the conditions.
  • the core loss of the magnetic core unit in which the coil was wound can also be measured on the conditions similar to the above.
  • thermocouple The temperature of the core material during heat treatment was measured by a thermocouple. More specifically, the tip of the thermocouple was measured by inserting it from the laminated surface of the wound or laminated core material to the central position of the width of the ribbon. In addition, the place of the lamination
  • the alloy melt consisting of 1% of Cu, 3% of Nb, 15% of Si, 7% of B, and the balance of Fe and unavoidable impurities in atomic percent is quenched by the single roll method, and the width is 50 mm, thickness
  • An Fe-based amorphous alloy ribbon capable of nano-crystallization of 14 ⁇ m was obtained.
  • the crystallization initiation temperature of this alloy was 470.degree.
  • the Fe-based amorphous alloy ribbon was slit (cut) to a width of 30 mm.
  • the slit Fe-based amorphous alloy ribbon is passed through an isopropyl alcohol solution to which 3 wt% of MgO particles are added and mixed, and dried to allow MgO particles on the surface of the ribbon. It was attached. Thereafter, as shown in FIG. 2, a Fe-based amorphous alloy ribbon is wound in a rectangular shape, and a magnetic core material having a major diameter of 138 mm on the inner diameter side, 98 mm on the minor diameter and 238 mm on the outer diameter side and 198 mm for the minor diameter is produced. did.
  • This magnetic core material corresponds to a magnetic core material comprising the amorphous alloy ribbon capable of nanocrystallization of the present invention.
  • Heat treatment was performed on the manufactured magnetic core material at a set temperature indicated by a thick line in FIG. By performing this heat treatment, a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon can be obtained.
  • the heat treatment furnace used the batch type furnace.
  • the heaters used were those in which individual heaters were installed on the upper, center, and lower inner walls of the furnace vertically divided into three equal parts.
  • the temperature setting of the heat treatment furnace was different between the upper and central heaters and the lower heater.
  • the thick solid line (Preset temperature 1) in FIG. 3 indicates the set temperatures of the upper and central heaters.
  • the thick broken line (Preset temperature 2) indicates the set temperature of the lower heater. Details of each temperature are shown in Table 1.
  • the temperature was measured by attaching a thermocouple to the core material by the above-mentioned method.
  • the place where the thermocouple is inserted is a portion with the smallest curvature of the core material (a linear portion of the core material) where the coil of FIG. 2 is wound. In detail, it is a central portion of the range in which the coil is wound in the magnetic path direction.
  • the thin one-dot broken line shown in FIG. 3 indicates the temperature of the core material in the heat treatment furnace.
  • a magnetic field was applied to the magnetic core material during the period from the first temperature rise to the last temperature drop (period from the beginning to the end of the heat treatment process).
  • the application direction of the magnetic field was the width direction of the ribbon, ie, the height direction of the magnetic core.
  • the strength of the magnetic field was 159.5 kA / m.
  • the heat treatment in the magnetic field was performed in an atmosphere with an oxygen concentration of 2 ppm.
  • the time zone in which the temperature of the magnetic core material is equal to or higher than the crystallization start temperature (470 ° C. or higher) was between 263 minutes and 506 minutes after the start of the heat treatment. When the temperatures of the magnetic core materials measured in minutes during the period were respectively summed, the value was 125672.
  • This value is equal to the area of the core temperature line and the X axis between 263 and 506 minutes in FIG.
  • the pressure is applied by sandwiching the linear magnetic path of the magnetic core with a steel plate, and tightening the bolt so that the pressure applied in the lamination direction of the magnetic core becomes the above value from the diameter and pitch of the screw portion of the bolt and the area of the steel plate.
  • the torque was determined.
  • the core loss value was measured under such pressure application, the core loss showed a large value of 0.94 W / kg.
  • the signal outputted from the function generator (FG) is amplified by the power amplifier (AMP), and the current applied to the winding core and the voltage value are measured by the wattmeter.
  • the core loss was calculated.
  • a wattmeter B-H analyzer SY-8232 manufactured by Iwatsuru Corp. is used as the wattmeter, and the maximum magnetic flux density Bm 100 mT and the frequency 20 kHz The core loss Pcm was measured under the conditions.
  • a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon was manufactured in the same manner as described above except that the temperature setting (thick solid line and broken line) of heat treatment shown in FIG. 4 was made.
  • the temperature setting of the heat treatment shown in FIG. 4 is 120 minutes instead of 50 minutes of holding temperature at 590.degree. C. of Preset temperature 1 and 610.degree. C. of Preset temperature 2 with respect to that of FIG. It is the same setting. Details of each temperature are shown in Table 2.
  • magnetic core materials composed of four amorphous alloy ribbons were disposed at different positions in the vertical direction, and in that state, heat treatment in a magnetic field shown in FIG. 4 was performed.
  • Four types of thin lines shown in FIG. 4 indicate the temperatures of the respective core materials in the heat treatment furnace.
  • a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon was manufactured in the same manner as described above except that the temperature setting (thick line) of the heat treatment shown in FIG. 5 was made.
  • the temperature setting of the heat treatment shown in FIG. 5 is the same as that shown in FIG. 4 except that the maximum temperature of Preset temperature 1 is 570 ° C. instead of 590 ° C. Details of each temperature are shown in Table 3.
  • the thin broken line shown in FIG. 5 shows the temperature of the core material in the heat treatment furnace.
  • a magnetic core made of nanocrystalline alloy ribbon was obtained.
  • Table 4 summarizes all the above results in order of temperature-time integral. Moreover, FIG. 1 plots the numerical values in Table 4 with the horizontal axis representing the temperature time integral value ⁇ and the vertical axis representing the core loss.
  • Core loss is in the range of 0.70 W / kg or less. More specifically, the core loss is 0.50 W / kg or less.
  • a core unit using a magnetic core consisting of a nanocrystal alloy ribbon in a state in which a high stress is applied assuming a state in which the coil is wound in series core loss is small It is obtained. Therefore, it is possible to obtain a core unit having a small core loss as a core unit in which a coil is wound directly on a magnetic core made of a nanocrystal alloy ribbon.
  • This core unit can be used, for example, as a transformer for an electrostatic precipitator system, and can improve the dust collection efficiency.

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Abstract

【課題】　ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニットにおいて、コアロスの増大を抑制した磁心ユニット、およびその製造方法を提供する。 【解決手段】　ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンからなる磁心材を、結晶化開始温度以上に昇温する熱処理工程と、前記熱処理後のナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルを設けるコイル工程と、を有するナノ結晶合金リボンからなる磁心を用いた磁心ユニットの製造方法において、　前記コイル工程は、コイルを磁心材に直巻きするものであり、　前記熱処理工程は、熱処理の時間（分）を横軸、磁心材の温度（℃）を縦軸で示した図において、結晶化開始温度での横軸と平行な線と、磁心材の温度で囲まれる範囲の面積（温度時間積分値σ）が、１４０００以上３００００以下の範囲になるように設定されることを特徴とする磁心ユニットの製造方法。

Description

磁心ユニット、及びその製造方法
  本発明は、ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニット、及びその製造方法に関する。
　開発途上国でのインフラの整備や産業設備の建築等が益々進む状況であるが、その代償として、例えばＰＭ２．５と呼ばれるような、粒子状物質による大気汚染が発生している。この粒子状物質は、その多くが開発途上国で稼働する火力発電所や製鉄所等から排出されている。例えば中国では、２０１４年以降、環境政策により粒子状物質の排出規格が厳しくなっており、大気中の粒子状物質を低減するため、電気集塵機システム（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ）の性能向上が求められている。
　電気集塵機システムは、直流高電圧によってコロナ放電を発生させ、ガス中のダストを帯電させて、この帯電粒子を電界中に通過させ分離、捕集（集塵）するものである。電気集塵機システムは、その駆動力となる電源を高周波化することで性能が向上される。
　そのため、中国の火力発電所や製鉄所では、電気集塵機システムの電源を高周波対応が可能なものに置き換えている。この流れは中国にとどまらず、今後はインド、アフリカ、南米等の新興国にも広がると予想される。
　高周波電源に用いられるトランス用の磁心として、Ｆｅ基やＣｏ基のナノ結晶合金のリボンを用いたものが好適であることが知られている。ナノ結晶合金はパーマロイやＣｏ基アモルファス合金に比べて高い飽和磁束密度を示し、Ｆｅ基アモルファス合金に比べて高い透磁率を有する。また、ナノ結晶合金は、磁歪が小さいことも知られている。
　ナノ結晶合金の代表的な組成は、Ｆｅ－Ｃｕ－Ｍ’－Ｓｉ－Ｂ（Ｍ’は、Ｎｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素）系の組成である。ナノ結晶合金を用いた巻磁心の製造方法の典型例は、原料合金の溶湯を急冷してアモルファス合金リボンを生成する工程と、このアモルファス合金リボンを巻回してリング状の磁心材とする工程と、熱処理によってアモルファス合金リボンを結晶化してナノ結晶組織を有する巻磁心を得る工程と、を含む。
　この巻磁心にコイルを巻いた磁心ユニットが、高周波電源のトランスとして利用される。
　ナノ結晶合金の製造方法として、例えば、特許文献１や、特許文献２に記載のような、ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンを結晶化開始温度以上に昇温してナノ結晶化する方法が知られている。
特開平８－８５８２１号公報 国際公開２０１５／１９０５２８Ａ１
　本発明者は、電気集塵機システムに用いられる高周波電源のトランスを、次のように作製した。まず、そのトランス用の磁心として、ナノ結晶合金リボンからなる巻磁心を作製し、その巻磁心にコイルを巻いて磁心ユニットを作製した。この磁心ユニットは、図２に示すように、巻磁心１の磁路の一部に布状の緩衝材３を巻き、この緩衝材３の周りにコイル２を巻いていた。この磁心ユニット１０は、緩衝材３により磁心の破損は防がれているが、この磁心ユニットのコアロスを測定したところ、コアロスの値は予想値よりも遥かに大きいものであった。
　従来の高周波電源用の磁心ユニットは、コイルを巻き付けた際に巻磁心に付与される応力を抑制したり、巻磁心の破損を抑制するために、巻磁心を樹脂製などのケースに入れ、ケースの外側にコイルを巻きつける構成が用いられていた。今回作製した巻磁心はナノ結晶合金リボンを用いており、このナノ結晶合金リボンは磁歪が小さい軟磁性材料として知られている。その磁歪の値は実測が困難な２ｐｐｍ以下の範囲にある。そのため、磁歪の影響を無視して磁心ユニットを製造できると考えられており、ケースを用いない構造としていた。
　しかし、上記のように磁心に緩衝材が巻かれているものの、磁心に応力が付与される状態でコイルが巻かれる状態（以下、この状態を、直巻きということがある）で使用される磁心ユニットでは、コアロスが予想を超えて大きくなるという問題が発生した。
　本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、上記のような、ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニットにおいて、コアロスの増大を抑制した磁心ユニット、およびその製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための手段として、本発明の一実施形態の製造方法は、ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンからなる磁心材を、前記アモルファス合金の結晶化開始温度以上に昇温する熱処理工程と、前記熱処理工程後のナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルを設けるコイル工程と、を有するナノ結晶合金リボンからなる磁心を用いた磁心ユニットの製造方法であって、前記コイル工程は、コイルを磁心に直巻きするものであり、前記熱処理工程は、熱処理の時間（分）を横軸、磁心材の温度（℃）を縦軸で示した図において、結晶化開始温度での横軸と平行な線と、磁心材の温度とで囲まれる範囲の面積（温度時間積分値σ）が、１４０００以上３００００以下の範囲になるように設定される。
　前記アモルファス合金リボンは、一般式：（Ｆｅ1-aＭa）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ’αＭ”βＸγ（原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０、０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成とすることができる。
　また、前記熱処理工程の少なくとも一部の期間において、前記磁心材に磁場を印加することができる。
　また、本発明の一実施形態の磁心ユニットは、ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニットであって、周波数２０ｋＨｚ、印加磁場０．１Ｔの条件におけるコアロスＰｃｍが０．７Ｗ／ｋｇ以下である。
　本発明によれば、ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニットにおいて、コアロスが小さいものを提供できる。これにより、例えば、集塵効率の良い電気集塵機システムの製造に貢献できる。
温度時間積分値と、コアロスの関係を示す図である。 本実施形態の磁心ユニットの一例を示す図である。 本実施形態に適用した熱処理での設定温度と、磁心温度を示す図である。 別の本実施形態に適用した熱処理での設定温度と、磁心温度を示す図である。 さらに別の本実施形態に適用した熱処理での設定温度と、磁心温度を示す図である。 温度時間積分値の計算方法を説明するための図である。 コアロスの測定方法を説明するための図である。
　本発明は、ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンからなる磁心材を、前記アモルファス合金の結晶化開始温度以上に昇温する熱処理工程と、前記熱処理工程後のナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルを設けるコイル工程と、を有するナノ結晶合金リボンからなる磁心を用いた磁心ユニットの製造方法であって、
　前記コイル工程は、コイルを磁心に直巻きするものであり、
　前記熱処理工程は、熱処理の時間（分）を横軸、磁心材の温度（℃）を縦軸で示した図において、結晶化開始温度での横軸と平行な線と、磁心材の温度とで囲まれる範囲の面積（温度時間積分値）が、１４０００以上３００００以下の範囲になるように設定されることを特徴とする。
　なお、上記の磁心の温度とは、熱処理炉の設定温度ではなく、熱処理中の磁心材の温度である。磁心材の温度の測定方法については後述する。
　結晶化開始温度での横軸と平行な線と、磁心材の温度とで囲まれる範囲の面積（温度時間積分値）は、具体的には、図６に示すように、熱処理の時間（分）を横軸に、熱処理における磁心の温度（℃）を縦軸にしてグラフ化した場合の、結晶化開始温度での横軸に平行な線Ａと磁心材の温度を示す線Ｂとで囲まれる、斜線部の面積に該当する。この斜線部の面積は、横軸を分単位の数値とし、縦軸を℃単位の数値として、算出する。また、この温度時間積分値の別の算出方法としては、単位時間毎の磁心材の温度を測定し、その温度（結晶化開始温度を引いたもの）を加算して温度時間積分値として算出することもできる。この温度を測定する単位時間は１分とすることができ、もしくはそれより短い時間とすることもできる。この単位時間は１秒以上１分以下とすることが好ましい。尚、温度時間積分値として算出する数値は、時間は分を単位とし、温度は℃を単位として算出する。いずれの算出方法を用いたとしても、温度時間積分値が１４０００以上３００００以下の範囲になるように設定される。
　本発明者が検討した結果、温度時間積分値が、１４０００未満、又は３００００を超えるとコアロスが大きくなり、１４０００以上３００００以下の範囲でのみコアロスが小さくなることを知見した。
　つまり、前記したように、磁歪の値が２ｐｐｍ以下の範囲では具体的な数値は測定不可能であったため、従来は、ナノ結晶合金リボンにおいて磁歪を極小化できる最適な熱処理条件を確立できていなかったが、この温度時間積分値の範囲になるように製造したナノ結晶合金リボンは、磁歪が極めて小さいものになり、これによりコアロスが小さくなると考えられる。
　なお、温度時間積分値の下限値は、１６０００、さらには１８０００とすることが好ましい。また、温度時間積分値の上限値は、２６０００、さらには２４０００とすることが好ましい。これらの範囲の温度時間積分値で製造することで、磁心ユニットのコアロスをさらに低減できる。
（ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボン）
　ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンとしては、Ｆｅ基のものを用いることができる。
　Ｆｅ基のアモルファス合金リボンとして、例えば、Ｆｅ－Ｃｕ－Ｍ’－Ｓｉ－Ｂ（Ｍ’は、Ｎｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素）系の組成を使用することができる。
　具体的には、一般式：（Ｆｅ1-aＭa）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ’αＭ”βＸγ（原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０、０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成の合金を使用することができる。
　好ましくは、上記一般式において、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγは、それぞれ０≦ａ≦０．１，０．７≦ｘ≦１．３，１２≦ｙ≦１７，５≦ｚ≦１０，１．５≦α≦５，０≦β≦１及び０≦γ≦１を満たす範囲である。
　次に、アモルファス合金リボンの製造方法を説明する。
　まず、上記の組成を有する合金溶湯から、単ロール法、双ロール法などの公知の液体急冷法（超急冷法）により、リボン状のアモルファス合金を形成する。冷却ロールの周速度は、例えば１５～５０ｍ／秒程度に設定され得る。冷却ロールは、熱伝導が良好な純銅、またはＣｕ－Ｂｅ、Ｃｕ－Ｃｒ、Ｃｕ－Ｚｒ、Ｃｕ－Ｚｒ－Ｃｒなどの銅合金から形成され得る。大量生産の場合、冷却ロールは水冷され得る。冷却速度に応じて合金のアモルファス組織の形成に差が生じることがあるので、アモルファス合金リボンの形成においては、ロールの温度変化が小さく保たれる。得られるアモルファス合金リボンの厚さは、一般的には５μｍ～５０μｍである。なお、リボンの厚さは、磁心から、重量換算法にて得られる。例えば長尺のアモルファス合金リボンから２ｍ（長手方向）×５０ｍｍ（幅方向）の試料の重量Ｍを計測し、また、密度ｄ［ｋｇ／ｍ3］は、定容積膨張法による乾式密度測定（例えば島津製作所製アキュピックＩＩ　１３４０　シリーズによる測定）により求めることにより、厚さｔ［ｍ］＝Ｍ／（（２×５０-3）×ｄ）を算出することができる。
　アモルファス合金リボンを巻回または積層することにより磁心材とすることができる。このアモルファス合金リボンからなる磁心材は、各合金層の間に僅かな隙間または他の物質が存在していてもよい。アモルファス合金リボンからなる磁心材に占めるアモルファス合金リボンの体積占積率は、例えば７０％～９０％とすることが好ましい。また、用いるアモルファス合金リボンの幅や長さを、予め所望の寸法に加工しておくことができる。
　次に、熱処理工程について説明する。
　アモルファス合金リボンからなる磁心材は、アモルファス合金の結晶化開始温度以上の温度に昇温する熱処理を行うことで、アモルファス合金がナノ結晶化され、ナノ結晶合金リボンからなる磁心とすることができる。つまり、熱処理工程によって、アモルファス合金リボンからなる磁心材を、ナノ結晶合金リボンからなる磁心にすることができる。
　ナノ結晶化されたナノ結晶合金は、その少なくとも５０体積％、さらには８０体積％が、最大寸法で測定した粒径が１００ｎｍ以下の微細な結晶粒で占められている。また、微細な結晶粒以外の部分は主にアモルファスである。微細な結晶粒の割合は実質的に１００体積％であってもよい。なお、結晶の平均粒径は、各試料の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真から任意に選択したｎ個の微結晶粒の長径ＤＬ及び短径ＤＳを測定し、Σ（ＤＬ＋ＤＳ）／２ｎの式に従って平均することにより求められる。また各試料のＴＥＭ写真に長さＬｔの任意の直線を引き、各直線が微結晶粒と交差する部分の長さの合計Ｌｃを求め、各直線に沿った結晶粒の割合Ｌｌ＝Ｌｃ／Ｌｔが計算される。この操作を5回繰り返し、Ｌｌを平均することにより微結晶粒の体積分率が求められる。ここで、体積分率Ｖｌ＝Ｖｃ／Ｖｔ（Ｖｃは微結晶粒の体積の総和であり、Ｖｔは試料の体積である。）は、Ｖｌ≒Ｌｃ３／Ｌｔ３＝Ｌｌ３と近似的に扱った。
　本発明において、熱処理工程は、熱処理の時間（分）を横軸、磁心材の温度（℃）を縦軸で示した図において、結晶化開始温度での横軸と平行な線と、磁心材の温度を示す線で囲まれる範囲の面積（温度時間積分値）が、１４０００以上３００００以下の範囲になるように設定される。
　上記範囲とすべき理由は、前記の通り、コアロスを小さくできるためである。
　なお、本願において、結晶化開始温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）の測定条件を昇温速度１０℃／分で行ったときの、アモルファス合金リボンのナノ結晶化の開始による発熱反応が検出される温度として定義される。
　熱処理工程において、結晶化温度以上での最高温度は、５１０℃以上６００℃以下の範囲に設定され得る。５１０℃以上であれば、結晶化温度以上となる範囲での面積（結晶化温度以上となる範囲での時間積分）の値を１４０００以上とするための熱処理の時間を、比較的短くできるので、好ましい。６００℃を超えると、結晶粒が粗大化して保磁力が低下したり、磁歪が大きくなってしまうことがある。
　結晶化温度以上での熱処理の時間は、上記面積の範囲内にするために、上記最高温度との兼ね合いで適宜設定できる。
　熱処理工程は、少なくとも一部の期間において、磁心材に磁場を印加しても良い。磁心材に磁場を印加することで、透磁率や角形比等の磁気特性を調整できる。磁場を印加する方向は、磁路方向でもよいし、磁路方向に垂直な方向でもよい。磁場を印加するタイミングは、例えば、結晶化開始温度以上に昇温する際でもよいし、結晶化開始温度以上に昇温した後でもよい。さらには、結晶化開始温度以上に昇温する際には磁場を印化せずに、その後、降温し、結晶化温度未満で磁場を印加する等、既知の磁場中熱処理を適用することができる。
（磁心ユニット）
　ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルを設けることで、磁心ユニットにすることができる。この磁心にコイルを設ける工程をコイル工程とする。このコイル工程において、トランスとして用いる場合、１次側のコイルと二次側のコイルが、磁心に設けられる。磁心にコイルを設ける際、磁心に布状の緩衝材を巻き、この緩衝材の周りにコイルとなる線材を直接巻いて、コイルを形成することができる。このコイルとなる線材を直接巻き付けることを直巻きと言う。直巻きにおいて、緩衝材はあっても無くても良いが、緩衝材を用いる方が好ましい。なお、この直巻きとは異なる方式としては、樹脂製のケースやボビンを用いる方式がある。樹脂製のケースやボビンを用いる場合、そのケースやボビンにコイルが形成されるため、磁心にはコイルを巻き付ける際の応力はかからない。本発明は樹脂製のケースやボビンを用いない方式である。
　コイルは、例えば、コイルを形成する線材の総面積（コイルを形成する線材の面積（単位：ｍｍ２）とコイルの巻き付け回数との積）が、１０００ｍｍ２以上となる条件で、コイルを巻き付けることができる。
　また、本発明の磁心ユニットは、周波数２０ｋＨｚ、印加磁場０．１Ｔの条件におけるコアロスＰｃｍが０．７Ｗ／ｋｇ以下であり、例えば、集塵効率の良い電気集塵機システムのトランスとして使用できる。
（コアロスの測定方法）
　本実施形態において、磁心のコアロスの測定は、図７に示すように、ファンクションジェネレータ（ＦＧ）から出された信号を電力増幅器（ＡＭＰ）で増幅し、磁心に印加される電流と電圧値をワットメータで測定しコアロスを算出した。より具体的には、一次側と二次側のそれぞれに巻線を１ターン巻回し、ワットメータとして岩通計測株式会社製Ｂ－ＨアナライザーＳＹ－８２３２を用い、最大磁束密度Ｂｍ１００ｍＴ、周波数２０ｋＨｚの条件でコアロスＰｃｍを測定した。なお、コイルが巻かれた磁心ユニットのコアロスも、上記と同様の条件で測定できる。
（磁心材の温度の測定方法）
　熱処理中の磁心材の温度は、熱電対により測定した。より具体的には、熱電対の先端を、巻回した、もしくは積層した磁心材の積層面から、リボンの幅の中央の位置まで挿入して測定した。なお、熱電対を挿入する積層面の場所は、積層方向での中央の位置とした。
　以下、本発明の実施形態について、さらに詳細に説明する。
（実施例）
　まず、原子％で、Ｃｕ：１％、Ｎｂ：３％、Ｓｉ：１５％、Ｂ：７％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金溶湯を単ロ－ル法により急冷し、幅５０ｍｍ、厚さ１４μｍのナノ結晶化が可能なＦｅ基アモルファス合金リボンを得た。示差走査熱量計（ＤＳＣ）での測定の結果、この合金の結晶化開始温度は４７０℃であった。
　このＦｅ基アモルファス合金リボンを、幅３０ｍｍにスリット（裁断）した。
　その後、リボンの層間の絶縁性を高めるため、スリットしたＦｅ基アモルファス合金リボンを、ＭｇＯ粒子を３ｗｔ％添加・混合したイソプロピルアルコール溶液中に通過させ、乾燥させることで、ＭｇＯ粒子をリボンの表面に付着させた。
　その後、図２に示すように、Ｆｅ基アモルファス合金リボンを矩形状に巻回し、内径側の長径が１３８ｍｍ、短径が９８ｍｍ、外径側の長径が２３８ｍｍ、短径が１９８ｍｍの磁心材を作製した。この磁心材が本発明のナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンからなる磁心材に相当する。
　作製した磁心材に対して、図３の太線で示す設定温度で、熱処理を行った。この熱処理を行うことにより、ナノ結晶合金リボンからなる磁心を得ることができる。
　熱処理炉はバッチ式の炉を用いた。ヒータは、炉内を垂直方向に３等分した上部、中央部、下部の内壁に、それぞれ個別のヒータを設置したものを用いた。
　熱処理炉の温度設定は、上部と中央部のヒータと、下部のヒータとで、異なるものとした。図３の太い実線（Preset temperature 1）は、上部と中央部のヒータの設定温度を示す。太い破線（Preset temperature 2）は、下部のヒータの設定温度を示す。各温度の詳細は、表１に示す。
　また、磁心材の温度を測定するため、前記の方法で磁心材に熱電対を付けて、温度を測定した。また、熱電対を挿入する場所は、図２のコイルが巻かれる、磁心材の最も曲率が少ない部分（磁心材の直線状の部分）とした。詳細には、磁路方向でコイルが巻かれる範囲の中央部とした。
　図３中に示す細い１点破線は、熱処理炉中での磁心材の温度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、最初の昇温から最後の降温までの間（熱処理工程の最初から最後までの期間）、磁心材には磁場を印加した。磁場の印加方向はリボンの幅方向すなわち磁心の高さ方向とした。磁場の強度は１５９．５ｋＡ／ｍとした。なお、この磁場中熱処理は、酸素濃度が２ｐｐｍの雰囲気中で行った。
　磁心材の温度が、結晶化開始温度以上（４７０℃以上）となる時間帯は、熱処理の開始の２６３分後から５０６分後の間であった。その期間における、分単位で測定した磁心材の温度をそれぞれ総和したところ、その値は１２５６７２であった。この値は、図３における、２６３分から５０６分の間で、磁心の温度の線とＸ軸からなる面積と等しい。この値から、結晶化開始温度（４７０℃）と結晶開始温度以上の時間帯の期間（２４３分＝５０６分―２６３分）の積を引いた値が、本発明で規定する温度時間積分値となる。
　本実施形態での温度時間積分値（以後、σと表記することがある）は、σ＝１１４６２であった。
　上記の製造工程により、ナノ結晶合金リボンからなる磁心を得た。
　この磁心に、一次コイルと二次コイルが巻きつけられて磁心に応力が付与されることを想定し、磁心の積層方向に１４ｍＮ／ｍｍ３の圧力を付与した。この想定は、詳細には、一次コイルの巻き付け回数をＴ１、一次コイルを構成する線材の総面積をＳ１（ｍｍ２）、二次コイルの巻き付け回数をＴ２、二次コイルを構成する線材の総面積をＳ２（ｍｍ２）、とした時に、Ｔ１×Ｓ１＋Ｔ２×Ｓ２が１５００（ｍｍ２）となる状態を想定した。圧力の付与は、磁心の直線状の磁路の部分を鋼板で挟み、ボルトのネジ分の径やピッチ、鋼板の面積から、磁心の積層方向にかかる圧力が上記値になるよう、ボルトを締め付けるトルクを決定した。
　このように圧力をかけた状態でコアロスの値を測定したところ、コアロスは０．９４Ｗ／Ｋｇと大きな値を示した。このコアロスの値の測定は、図７に示すように、ファンクションジェネレータ（ＦＧ）から出された信号を電力増幅器（ＡＭＰ）で増幅し、巻磁心に印加される電流と電圧値をワットメータで測定しコアロスを算出した。より具体的には、一次側と二次側のそれぞれに巻線を１ターン巻回し 、ワットメータとして岩通計測株式会社製Ｂ－ＨアナライザーＳＹ－８２３２を用い、最大磁束密度Ｂｍ１００ｍＴ、周波数２０ｋＨｚの条件でコアロスＰｃｍを測定した。
　次に、図４に示す熱処理の温度設定（太い実線及び破線）とした以外は、上記と同様にして、ナノ結晶合金リボンからなる磁心を製造した。
　図４に示す熱処理の温度設定は、図３に示すものに対して、Preset temperature 1の５９０℃と、Preset temperature 2の６１０℃での保持時間が５０分ではなく１２０分であり、それ以外は同じ設定である。各温度の詳細は、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　熱処理炉の中に、４つのアモルファス合金リボンからなる磁心材を垂直方向でそれぞれ異なる位置に配置し、その状態で図４に示す磁場中熱処理を行った。図４中に示す４種類の細線は、熱処理炉中でのそれぞれの磁心材の温度を示す。
　本実施形態の４つの磁心材の温度時間積分値σは、それぞれσ＝１５９２６、１７９４６、２０９７４、２８７２６であった。上記の製造工程により、ナノ結晶合金リボンからなる４つの磁心を得た。この４つの磁心のコアロスを、実施例１と同様にして圧力をかけた状態で、測定した。その結果、σ＝１５９２６のものはコアロスが０．５０Ｗ／Ｋｇ、σ＝１７９４６のものは０．４０Ｗ／Ｋｇ、σ＝２０９７４のものは０．３８Ｗ／Ｋｇ、σ＝２８７２６のものは０．５０Ｗ／Ｋｇであった。
　さらに次に、図５に示す熱処理の温度設定（太線）とした以外は、上記と同様にして、ナノ結晶合金リボンからなる磁心を製造した。
　図５に示す熱処理の温度設定は、図４に示すものに対し、Preset temperature 1の最高温度が５９０℃ではなく５７０℃であり、それ以外は同じ設定である。各温度の詳細は、表３に示す。また、図５中に示す細い破線は、熱処理炉中での磁心材の温度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　この磁心材の温度時間積分値σは、σ＝２５９２６であった。この製造工程により、ナノ結晶合金リボンからなる磁心を得た。この磁心のコアロスを、実施例１と同様にして圧力をかけた状態で測定したところ、コアロスは０．４８Ｗ／Ｋｇであった。
　その他、温度時間積分値σがσ＝１３７９５となるように熱処理したものは、コアロスは０．７２Ｗ／Ｋｇであった。
　表４は、上記の全ての結果を温度時間積分値の順に纏めたものである。また、図１は、表４の数値を、横軸を温度時間積分値σ、縦軸をコアロスとしてプロットしたものである。
　温度時間積分値とコアロスには相関関係があり、温度時間積分値が１４０００以上３００００以下の範囲にある、σ＝１５９２６、σ＝１７９４６、σ＝２０９７４、σ＝２５９２６、σ＝２８７２６のものは、コアロスが０．７０Ｗ／ｋｇ以下の範囲にある。より具体的には、コアロスが０．５０Ｗ／ｋｇ以下である。
さらには、温度時間積分値が、１６０００以上２６０００以下の範囲にある、σ＝１７９４６、２０９７４のものは、コアロスが０．４８Ｗ／ｋｇ以下となっている。
さらには、温度時間積分値が、１８０００以上２４０００以下の範囲にある、σ＝２０９７４のものは、コアロスが０．４０Ｗ／ｋｇ以下となっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　本発明の実施形態によれば、コイルが直巻きされた状態を想定して、高い応力が付与された状態のナノ結晶合金リボンからなる磁心を用いた磁心ユニットであってもコアロスは小さいものが得られている。そのため、ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニットとして、コアロスが小さいものを得ることができる。この磁心ユニットは、例えば電気集塵機システム用のトランスとして用いることができ、集塵効率を向上させることができる。

Claims (5)

  1. 　ナノ結晶化が可能なアモルファス合金リボンからなる磁心材を、前記アモルファス合金の結晶化開始温度以上に昇温する熱処理工程と、前記熱処理工程後のナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルを設けるコイル工程と、を有するナノ結晶合金リボンからなる磁心を用いた磁心ユニットの製造方法であって、
    　前記コイル工程は、コイルを磁心に直巻きするものであり、
    　前記熱処理工程は、熱処理の時間（分）を横軸、磁心材の温度（℃）を縦軸で示した図において、結晶化開始温度での横軸と平行な線と、磁心材の温度とで囲まれる範囲の面積（温度時間積分値σ）が、１４０００以上３００００以下の範囲になるように設定されることを特徴とする磁心ユニットの製造方法。
  2. 　前記アモルファス合金リボンは、一般式：（Ｆｅ1-aＭa）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ’αＭ”βＸγ（原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０、０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成であることを特徴とする請求項１に記載の磁心ユニットの製造方法。
  3. 　前記熱処理工程の少なくとも一部の期間において、前記磁心材に磁場を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の磁心ユニットの製造方法。
  4. 　ナノ結晶合金リボンからなる磁心にコイルが直巻きされた磁心ユニットであって、
    　周波数２０ｋＨｚ、印加磁場０．１Ｔの条件におけるコアロスＰｃｍが０．７Ｗ／ｋｇ以下であることを特徴とする磁心ユニット。
  5. 　前記ナノ結晶合金リボンは、一般式：（Ｆｅ1-aＭa）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ’αＭ”βＸγ（原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０、０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成であることを特徴とする請求項４に記載の磁心ユニット。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111500838A (zh) * 2020-03-27 2020-08-07 北京华航海鹰新技术开发有限责任公司 非晶磁芯的热处理方法
CN113851302A (zh) * 2021-09-23 2021-12-28 东莞理工学院 一种差模-共模一体磁芯结构及其制作方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016197720A (ja) * 2015-04-02 2016-11-24 日立金属株式会社 磁心およびその製造方法、並びに車載用部品

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016197720A (ja) * 2015-04-02 2016-11-24 日立金属株式会社 磁心およびその製造方法、並びに車載用部品

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111500838A (zh) * 2020-03-27 2020-08-07 北京华航海鹰新技术开发有限责任公司 非晶磁芯的热处理方法
CN111500838B (zh) * 2020-03-27 2023-06-06 北京华航海鹰新技术开发有限责任公司 非晶磁芯的热处理方法
CN113851302A (zh) * 2021-09-23 2021-12-28 东莞理工学院 一种差模-共模一体磁芯结构及其制作方法与应用

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