WO2024106262A1 - 複合積層軟磁性薄帯 - Google Patents

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WO2024106262A1
WO2024106262A1 PCT/JP2023/039984 JP2023039984W WO2024106262A1 WO 2024106262 A1 WO2024106262 A1 WO 2024106262A1 JP 2023039984 W JP2023039984 W JP 2023039984W WO 2024106262 A1 WO2024106262 A1 WO 2024106262A1
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ribbon
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laminated soft
magnetic ribbon
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山内一志
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Ｅｃｄｌ合同会社
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    • H01F41/02—Apparatus 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

Definitions

  • the present invention relates to a composite laminated soft magnetic ribbon formed by laminating amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons.
  • the present invention relates to the manufacture of block core laminates, as well as stator cores, rotor cores, magnetic circuits, etc. for transformers, reactors, motors, and generators using the composite laminated soft magnetic ribbons.
  • Amorphous alloy ribbons are produced by quenching from a molten state, and do not retain a crystal structure at the atomic level, and do not retain a specific periodic structure when examined with an electron microscope or X-ray diffraction. For this reason, amorphous alloy ribbons produced in a quenched state are usually annealed to relieve distortion at a temperature lower than the crystallization temperature, and then soft-magnetically treated before use. Since amorphous alloy ribbons are produced by quenching from a molten state, the width of the ribbon is about 20 cm. At present, the production and use of wide ribbons is limited. Although it is possible to manufacture amorphous alloy ribbons with various characteristics, the types of ribbons that are generally available on the market are limited. Normally, the saturation magnetization of an amorphous alloy ribbon containing about 80 atomic % of iron is small, about 1.6 T (tesla).
  • Nanocrystalline alloy ribbons have a high saturation magnetic flux density of 1.8 T (Non-Patent Document 1), and their development has progressed to the point where they can replace silicon steel sheets. Furthermore, compared to amorphous alloy ribbons, which have large magnetostriction, the magnetostriction of nanocrystalline alloy ribbons is roughly the same as that of silicon steel sheet, giving them an advantage over amorphous alloy ribbons.
  • nanocrystalline alloy ribbons have lower rigidity than amorphous alloy ribbons, making it difficult to manufacture large devices using only nanocrystalline alloy ribbons. For this reason, measures such as placing the nanocrystalline alloy core in a resin case or holding it in a metal frame have been necessary to support the core, but this does not lead to the miniaturization of magnetic components. There was a need to overcome these shortcomings by laminating amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons in a composite manner, thereby ensuring superiority over silicon steel sheets.
  • Nanocrystalline alloy ribbons are still in the process of development.
  • the development of materials through composite lamination will skip the development of nanocrystalline alloy ribbons and have the effect of accelerating the use of soft magnetic ribbons with higher performance.
  • Amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons are generally about 0.02 mm thick, which is very thin compared to silicon steel sheets, so eddy current loss is small and they are often used by winding and laminating.
  • Soft magnetic materials used in large quantities generally compose devices using silicon steel sheet ribbons alone, amorphous alloy ribbons alone, or nanocrystalline alloy ribbons alone.
  • Patent Document 1 in order to ensure the mechanical strength and rigidity that are the only drawbacks of nanocrystalline alloy laminated cores, a support member is used that sandwiches a non-magnetic material in the lamination direction of the laminated block core. Wrapping the nanocrystals in a non-magnetic support member ensures rigidity, but the overall volume and weight increase, which goes against the goal of producing small magnetic parts. There was a desire to develop a method that covers the fragility of nanocrystals without using a non-magnetic support member.
  • Patent Document 2 soft magnetic alloy ribbons unwound from three rolls are coated with epoxy resin, bonded together, and then hardened by heat treatment to obtain a three-layer laminate. Only one type of soft magnetic ribbon, an Fe-based amorphous alloy ribbon, is used.
  • Patent Document 4 soft magnetic ribbons are pulled out from coils 1, 2, 3, and 4 wound with soft magnetic alloy ribbons, coated with resin, and laminated, and then thermocompression bonded to produce a four-layer laminate.
  • Patent Document 5 describes the advantages of using composite materials in terms of magnetic flux density for static induction devices such as transformers, which have the advantages of low loss and high magnetic flux density that multiple iron core materials have and can be made compact.
  • Non-Patent Document 2 applies nanocrystalline alloy ribbon to a transformer core and investigates its characteristics. Generally, the smaller the capacity of the core, the easier it becomes to stand on its own, but the transformer core in Non-Patent Document 2 uses a support material, even though its capacity is relatively small at 10 kVA.
  • Non-Patent Document 3 describes a low-loss amorphous core structure in which an amorphous metal foil ribbon is cut and laminated into a motor core, and then inserted into a resin core retainer to maintain the core shape. In Non-Patent Document 4, a cut core is made only from amorphous alloy ribbon, without using any support material, and is able to stand on its own.
  • the present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a composite laminated soft magnetic ribbon that takes into account the advantages and disadvantages of individual soft magnetic ribbons, such as amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons, and combines the advantages of the materials for use in magnetic parts such as motor and generator cores to achieve maximum efficiency.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon of the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon in which a laminated soft magnetic ribbon consisting of multiple layers of nanocrystalline alloy ribbons and one layer of amorphous alloy ribbon of the same width is stacked in multiple stages and then fixed, and is characterized in that the ratio of the total thickness of the multiple layers of nanocrystalline alloy ribbons in the laminated soft magnetic ribbon to the thickness of the one layer of amorphous alloy ribbon is 1 or more and 10 or less.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon according to the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon in which a laminated soft magnetic ribbon consisting of multiple layers of nanocrystalline alloy ribbons and one layer of amorphous alloy ribbon laminated with the same width is wound multiple times and fixed, and is characterized in that the ratio of the total thickness of the multiple layers of nanocrystalline alloy ribbons in the laminated soft magnetic ribbon to the thickness of the one layer of amorphous alloy ribbon is 1 or more and 10 or less.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon of the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon in which the laminated soft magnetic ribbons are made by stacking multiple layers of the same width of soft magnetic ribbon layers, each layer being made of nanocrystalline alloy ribbons or amorphous alloy ribbons arranged butt-to-butt, and are then fixed together in multiple stages, characterized in that the ratio of the total volume of the nanocrystalline alloy ribbons to the total volume of the amorphous alloy ribbons in the laminated soft magnetic ribbon is 1 or more and 10 or less.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon of the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon in which a laminated soft magnetic ribbon is formed by laminating and fixing multiple layers of soft magnetic ribbon layers of the same width, each layer being made of nanocrystalline alloy ribbons or amorphous alloy ribbons arranged butt-to-butt, and the laminated soft magnetic ribbon is wound multiple times and fixed, and is characterized in that the ratio of the total volume of the nanocrystalline alloy ribbons to the total volume of the amorphous alloy ribbons in the laminated soft magnetic ribbon is 1 or more and 10 or less.
  • a composite laminated soft magnetic ribbon made by laminating nanocrystalline alloy ribbons and amorphous alloy ribbons can maintain the soft magnetic properties of low iron loss and small magnetostriction while increasing its rigidity compared to when nanocrystalline alloy ribbons are laminated alone. This makes it possible to manufacture magnetic parts such as transformer cores that can stand on their own without using supporting members.
  • FIG. 1 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a method for producing a composite laminated soft magnetic ribbon according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon produced in accordance with the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon according to a third embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the composite laminated soft magnetic ribbon according to the fourth and fifth examples.
  • FIG. 6a is a diagram showing soft magnetic ribbons wound around four reels constituting a laminated soft magnetic ribbon according to Example 6.
  • FIG. FIG. 6b is a diagram showing a method for producing a composite laminated soft magnetic ribbon according to Example 6.
  • FIG. 7 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon produced in accordance with Example 6.
  • Amorphous alloy ribbons, nanocrystalline alloy ribbons, etc. are known as soft magnetic ribbons, but they have their merits and demerits in terms of magnetic properties, mechanical properties, etc. Most magnetic parts are manufactured by laminating the same material.
  • the good properties of each ribbon are macroscopically synthesized and used as a composite laminated soft magnetic ribbon.
  • the nanocrystalline alloy ribbon is held by the amorphous alloy ribbon, and thus heat generation due to iron loss is reduced without the need for reinforcing with a nonmagnetic supporting material.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon is made up of 100% soft magnetic ribbon except for the adhesive, it is possible to reduce the volume and weight of the magnetic component.
  • Composite laminated soft magnetic ribbons using amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons have high magnetic permeability, and by reducing iron loss, they enable magnetic components that achieve energy savings.
  • a nanocrystalline alloy ribbon as the main component of the composite laminated soft magnetic ribbon, it is possible to reduce magnetostriction and vibration of the motor.
  • the main component of the composite laminated soft magnetic ribbon is a nanocrystalline alloy ribbon, the motor core may be deformed by external force from the magnet, but by laminating it in combination with an amorphous alloy ribbon, it is expected that the rigidity will be increased and deformation of the core will be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the first to fourth layers are nanocrystalline alloy ribbons 4 having a thickness of 0.02 mm, a width of 20 cm, and a length of 30 cm
  • the fifth layer is an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.02 mm, a width of 20 cm, and a length of 30 cm, and these are laminated into five layers to form a laminated soft magnetic ribbon 2.
  • the laminated soft magnetic ribbons 2 are further stacked and fixed in a plurality of stages to produce a composite laminated soft magnetic ribbon 1.
  • the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 of the first to fourth layers in the laminated soft magnetic ribbon 2 is four times the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 of the fifth layer.
  • the lamination ratio between the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 and the thickness of the amorphous alloy ribbons 5 can be appropriately selected from 1 to 10. As long as this lamination ratio is obtained, the number of layers of the nanocrystalline alloy ribbons 4 is not limited to four and may be any number.
  • two stages are shown in FIG. 1, but in reality, for example, about 100 stages are stacked to ensure the thickness.
  • a method of impregnating with resin and solidifying the resin may be used for fixing.
  • a part of the composite laminated soft magnetic ribbon 1 where a conductor is wound may be covered with a resin holding member that also serves as insulation to form a magnetic part.
  • the nanocrystalline alloy ribbon 4 contributes to improving the magnetic properties of magnetic parts, but when used alone, it has low rigidity and may be difficult to stand on its own, and may be deformed when made into a magnetic part.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon 1 can be used independently while maintaining good magnetic properties.
  • the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 of the multiple layers in the laminated soft magnetic ribbon 2 is preferably larger than the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 of the single layer.
  • the ratio of the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbon 4 to the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 is preferably 1 to 10.
  • a composite laminated soft magnetic ribbon 1 which combines a nanocrystalline alloy ribbon 4 and an amorphous alloy ribbon 5 .
  • the low rigidity of the nanocrystalline alloy ribbon 4 is compensated for by the amorphous alloy ribbon 5, and the composite laminated soft magnetic ribbon 1 held in place can be used as a block core laminate.
  • Combining four rectangular parallelepipeds makes a transformer. Punching and laminating the ribbon can be used as a motor core.
  • the amorphous alloy ribbon 5 has a large magnetostriction constant, so when used in a transformer, it vibrates with alternating current and causes noise, but since the amount of amorphous alloy ribbon 5 used is smaller than that of the nanocrystalline alloy ribbon 4, vibration with alternating current is also reduced.
  • the magnetic coil is composed only of an amorphous alloy ribbon 5 and a nanocrystalline alloy ribbon 4, and has a lower coercive force and significantly reduces iron loss compared to silicon steel ribbons. This allows the magnetic components to be started with a low current, which is preferable as it contributes to energy savings.
  • the laminated soft magnetic ribbon 2 is a diagram showing a method for producing the composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 2.
  • the laminated soft magnetic ribbon 2 is shown to be composed of one layer of amorphous alloy ribbon 5 and three layers of nanocrystalline alloy ribbon 4, in reality, ten layers of nanocrystalline alloy ribbon 4 are stacked in the following procedure to form the laminated soft magnetic ribbon 2 from a total of eleven layers, which are then wound and fixed to obtain the composite laminated soft magnetic ribbon 1.
  • Methods of fixing can be used, such as wrapping insulating paper around the ribbon, putting the ribbon in a plastic case, fixing by bonding, or impregnating the ribbon with an adhesive.
  • An amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 2 cm wound around one reel 6 and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.03 mm and a width of 2 cm wound around ten reels 6 are prepared.
  • a ribbon is pulled out from each reel 6.
  • Ten layers of nanocrystalline alloy ribbons 4 are stacked on the amorphous alloy ribbon 5 and passed through a guide frame 7 to form a laminated soft magnetic ribbon 2.
  • the total thickness of the second to eleventh nanocrystalline alloy ribbons 4 in the laminated soft magnetic ribbon 2 is ten times larger than the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 of the fourth layer.
  • the ratio of the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 to the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 is preferably 1 to 10.
  • the laminated soft magnetic ribbon 2 After applying an adhesive to the upper surface of the laminated soft magnetic ribbon 2, the laminated soft magnetic ribbon 2 is wound by rotating a frame with a rectangular cross section. The laminated soft magnetic ribbon 2 is wound 100 times repeatedly into a rectangular shape of 6 cm wide and 2 cm long to produce the composite laminated soft magnetic ribbon 1 shown in Fig. 3. The laminated soft magnetic ribbons 2 are bonded together by the winding and are then fixed in place. In this embodiment, the wire is wound around a square frame, but it may be wound into a normal cylindrical shape and then molded into any desired shape and fixed.
  • Example 2 This was used as a transformer core having good characteristics due to the use of nanocrystalline alloy ribbons 4 and being self-supporting without the use of a non-magnetic reinforcing material.
  • a reactor, a motor core, and a block core laminate can also be manufactured in a similar manner.
  • the combination of the soft magnetic ribbons in Example 2, like that in Example 1, has small hysteresis loss and eddy current loss, can reduce iron loss, and is excellent in soft magnetic properties, making it ideal for energy-saving magnetic parts.
  • the stator of an axial gap motor is made by cutting and laminating an amorphous alloy ribbon 5 and putting it into a case (Non-Patent Document 3), but it is possible to process a cylindrical core made from the composite laminated soft magnetic ribbon 1 of Example 2, wind a coil around it, and use it as the stator of an axial gap motor.
  • the wound core is fixed by bonding and solidifying it with resin, which applies stress to the core and deteriorates the soft magnetic properties due to large magnetostriction, but in the core part manufactured from the composite laminated soft magnetic strip 1 of Example 2, the nanocrystalline alloy ribbon 4 is mainly used, so that the deterioration of the soft magnetic properties can be reduced, thereby improving the work efficiency of the manufacturing process.
  • a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm, and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm are butted together from the left to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the second and third layers have the same arrangement, and in the fourth layer, an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 4 cm, an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 5 cm, and an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 6 cm are butted together from the left to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the lateral length is the same for all of them, about 15 to 20 cm, but there is no particular restriction.
  • the first to fourth layers constitute the laminated soft magnetic ribbon 2, and the laminated soft magnetic ribbons 2 are stacked in a plurality of stages to produce the composite laminated soft magnetic ribbon 1.
  • the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 of the first to third layers is twice the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 of the fourth layer.
  • FIG. 4 shows the composite laminated soft magnetic ribbon 1 formed by stacking the laminated soft magnetic ribbons 2 in two stages, but in practice, for example, about 10 stages are stacked to ensure the required thickness.
  • Example 5 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 4.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon 1 is produced by stacking a plurality of laminated soft magnetic ribbons 2 each consisting of four soft magnetic ribbons 3.
  • the first layer is made by butting together, from the left, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm, and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the second layer is made by butting together, from the left, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the third layer is made by butting together, from the left, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm, and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the fourth layer is made by butting together, from the left, an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 5 cm, an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 4 cm, and an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.03 mm and a width of 6 cm to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the lateral length is the same for all of them, about 15 to 20 cm, but there is no particular restriction.
  • the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 of the first to third layers is twice the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 of the fourth layer.
  • the ratio of the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 to the thickness of the amorphous alloy ribbon 5 can be selected within a range of 1 to 10. If the ratio exceeds 10, the effect of increasing the overall rigidity becomes weak, which is not preferable.
  • the butted surfaces of the soft magnetic ribbons 3 of the first to fourth layers are butted against the butted surfaces of the adjacent soft magnetic ribbons 3 in a mutually shifted manner.
  • the butting surfaces are not misaligned as in Example 3, it is desirable that the laminated soft magnetic ribbons 2 are fixed by adhesion before stacking the laminated soft magnetic ribbons 2 in multiple layers.
  • the butting surfaces are misaligned as in Example 4 it is possible to stack the laminated soft magnetic ribbons 2 in multiple layers and then glue and fix the entire ribbons at once to produce the composite laminated soft magnetic ribbon 1, which can be manufactured at low cost.
  • FIG. 5 shows the composite laminated soft magnetic ribbon 1 formed by stacking the laminated soft magnetic ribbons 2 in two stages, but in practice, for example, about 10 stages are stacked to ensure the required thickness.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon 1 can be processed as necessary to form magnetic parts such as motor cores, generator core materials, block core laminates, etc.
  • a plurality of teeth, which are part of the stator are connected in a ring shape once, and then laminated to manufacture one core, but according to this embodiment, a motor core that is wider than the conventional one can be easily manufactured by one press punching.
  • the amorphous alloy ribbon 5 and nanocrystalline alloy ribbon 4 portions of the composite laminated soft magnetic ribbon 1 operate with a small excitation current, and are optimal for magnetic components such as the stator of a motor that can maximize miniaturization by taking advantage of the characteristic that the nanocrystalline alloy ribbon 4 has a large saturation magnetization.
  • the composite laminated soft magnetic ribbon 1 is suitable for magnetic components that operate with the nanocrystalline alloy ribbon 4 and amorphous alloy ribbon 5 at low output, and operate with the nanocrystalline alloy ribbon 4 with large saturation magnetization at maximum power usage, although the energy efficiency decreases. When applied to a transformer, standby power consumption is reduced by operating with the nanocrystalline alloy ribbon 4 and amorphous alloy ribbon 5, resulting in energy savings.
  • the laminated soft magnetic ribbon 2 is composed of the following four layers, and the laminated soft magnetic ribbon 2 is laminated in a plurality of stages to produce the composite laminated soft magnetic ribbon 1.
  • the first layer is made by butting together, from the left, an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm, and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm, to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the second layer is made by butting together, from the left, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, and an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the third layer is made by butting together, from the left, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm, an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm, and a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm, to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the fourth layer is formed by butting together, from the left, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 5 cm, a nanocrystalline alloy ribbon 4 having a thickness of 0.02 mm and a width of 4 cm, and an amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.02 mm and a width of 6 cm to form a soft magnetic ribbon 3.
  • the horizontal lengths in FIG. 5 are all the same, about 15 to 20 cm.
  • the ratio of the total volume of the nanocrystalline alloy ribbons 4 to the total volume of the amorphous alloy ribbons 5 in the laminated soft magnetic ribbon 2 is 2. This ratio can be appropriately selected within a range of 1 to 10. If the ratio exceeds 10, the effect of increasing the overall rigidity becomes weak, which is not preferable.
  • the nanocrystalline alloy ribbons 4 and the amorphous alloy ribbons 5 can be butted against each other within one three-layer soft magnetic ribbon.
  • the butted surfaces of the soft magnetic ribbons 3 of the first to fourth layers are butted against the butted surfaces of the adjacent soft magnetic ribbons 2 in a mutually shifted manner.
  • Figure 6a is a diagram showing soft magnetic ribbons 3 wound around four reels 6 constituting a laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 6.
  • each amorphous alloy ribbon 5 having a thickness of 0.02 mm, widths of 6 cm, 4 cm, and 5 cm, and a length of approximately 1000 m is butted together without any gaps to form a first layer of soft magnetic ribbon 3, which is wound around one reel 6.
  • Nanocrystalline alloy ribbons 4 having a thickness of 0.02 mm, widths of 5 cm, 6 cm, and 4 cm, and a length of approximately 1000 m are butted together without any gaps to form a second layer of soft magnetic ribbon 3, which is wound around a second reel 6.
  • Nanocrystalline alloy ribbons 4 having a thickness of 0.02 mm, widths of 6 cm, 4 cm, and 5 cm, and a length of approximately 1000 m are butted together without any gaps to form a third layer of soft magnetic ribbon 3, which is wound around a third reel 6.
  • Nanocrystalline alloy ribbons 4 with a thickness of 0.02 mm, widths of 4 cm, 5 cm, and 6 cm, and a length of about 1000 m are butted together without any gaps to form a fourth layer of soft magnetic ribbon 3, which is then wound around a fourth reel 6.
  • FIG. 6b is a diagram showing a method for producing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 6. As shown in FIG. 6b, the soft magnetic ribbon 3 is pulled out from the four reels 6 and an adhesive is applied thereto.
  • the laminated soft magnetic ribbon 2 is formed by laminating the four layers through a guide frame 7 that adjusts the width so that the overall width is 15 cm, and the layers are bonded together and eventually fixed.
  • An adhesive is applied to the upper surface of the laminated soft magnetic ribbon 2, and the laminated soft magnetic ribbon 2 is wound.
  • Adhesive is applied to the adjacent laminated soft magnetic ribbons 2 by winding, and they are bonded together and eventually fixed to produce a composite laminated soft magnetic ribbon 1. It is then preferable to harden the laminated soft magnetic ribbon 2 by heat treatment.
  • the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 of the second to fourth layers is three times the thickness of the amorphous alloy ribbons 5 of the first layer.
  • the ratio of the total thickness of the nanocrystalline alloy ribbons 4 to the thickness of the amorphous alloy ribbons 5 can be selected within a range of 1 to 10. If the ratio exceeds 10, the effect of increasing the overall rigidity becomes weak, which is not preferable.
  • the butted surfaces of the soft magnetic ribbons 3 of the first to fourth layers are butted against the butted surfaces of the adjacent soft magnetic ribbons 3 in a mutually shifted manner.
  • the wire is wound around a square frame, bending the corners by 90 degrees at four points around the circumference to create a square shape with a radius of about 1 cm.
  • the wire is wound 15 times while maintaining a total width of 15 cm, and is then cut when the thickness reaches 1.2 mm.
  • the composite multilayer magnetic ribbon 1 shown in FIG. 7 is produced.
  • the cubic composite laminated magnetic ribbon 1 thus produced was fixed, and then cut at four corners to obtain four plates each measuring 15 cm x 15 cm x 1.2 mm.
  • the plates were then press-punched to produce motor core materials.
  • the composite magnetic ribbon 1 according to this embodiment can also be used as a generator core.
  • the magnetic parts such as motor cores and generator cores manufactured by this embodiment have the advantage that there is no limit to the width of the ribbon, and a wide composite soft magnetic ribbon can be used.
  • the method according to this embodiment is suitable for manufacturing large transformer and motor cores, which require a wide width, a large thickness, and a large number of turns.
  • the present invention has great industrial applicability, since it is possible to manufacture magnetic parts such as block core laminates, transformers, motor cores, and generator core materials with excellent characteristics from a composite laminated soft magnetic ribbon that combines the advantages of nanocrystalline alloy ribbon and amorphous alloy ribbon, while reducing manufacturing man-hours.

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Abstract

アモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯の個々の軟磁性薄帯の優位性、欠点を考慮して材料の長所を組み合わせ、磁性部品としての最大限の効率を得るために積層した複合積層軟磁性薄帯を提供することを目的とする。　複数層のナノ結晶合金薄帯と１層のアモルファス合金薄帯を幅を同じくして積層して積層軟磁性薄帯とし、積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定して複合積層軟磁性薄帯とする。積層軟磁性薄帯中の複数層のナノ結晶合金薄帯の全厚みの１層のアモルファス合金薄帯の厚みに対する比は１より大きく１０より小さくすることで、磁歪が小さいままで、自立可能な剛性を持つ複合積層軟磁性薄帯が可能となる。

Description

複合積層軟磁性薄帯
　本発明はアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を積層した複合積層軟磁性薄帯に関するものである。複合積層軟磁性薄帯を用いて、ブロックコア積層体、及び変圧器、リアクトル、モータ、発電機の固定子鉄心、回転子鉄心、磁気回路などの製造に関する。
　アモルファス合金薄帯は溶融状態から急冷して作製され、原子レベルで結晶構造を保持しない状態で電子顕微鏡、Ｘ線回折で特定の周期構造を保持しない状態である。このため、通常、急冷状態で作製されたアモルファス合金薄帯は結晶化温度よりも低温で歪取り焼鈍をして、さらに軟磁性化して使用される。
　溶融状態から急冷してアモルファス合金薄帯を製造するため、薄帯の幅は２０ｃｍ程度である。現状では幅の広いリボンの製造、利用は限定的である。
　アモルファス合金薄帯は種々の特性の軟磁性薄帯を製造することが可能であるが、一般に販売されている種類は限定されている。通常は鉄を８０原子％程度含有したアモルファス合金薄帯の飽和磁化は１．６Ｔ（テスラ）程度と小さい。
　これに対してナノ結晶合金薄帯は飽和磁束密度が１．８Ｔと大きく（非特許文献１）、珪素鋼板の代替えが可能な状態まで開発が進んでいる。
　また、磁歪の大きなアモルファス合金薄帯に比べ、ナノ結晶合金薄帯の磁歪は珪素鋼板とほぼ同程度でアモルファス合金薄帯に比べ優位性がある。
　しかし、ナノ結晶合金薄帯は剛性がアモルファス合金薄帯に比べて低く、大型のデバイスをナノ結晶合金薄帯単独で作製することが困難である。このため、ナノ結晶合金コアを支持するために樹脂製ケースに入れるまたは金属枠等で保持するなどの対策が必要であったが、これでは磁性部品の小型化に繋がらない。
　これらの欠点をお互いにカバーし、アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯を複合的に積層し、珪素鋼板に比べ優位性を確保することが求められていた。
　省エネルギーの観点からは、珪素鋼板に比べ鉄損が小さいアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯を使用して、励磁による発熱による損失の減少を期待できる。従来軟磁性体の珪素鋼板で作製されている変圧器、リアクトル、モータ、発電機の回転子、固定子等のエネルギー損失を減少し、高効率のデバイスの作製が期待できる。
　現状では軟磁性体の珪素鋼板からアモルファス合金薄帯への変更により変圧器では省エネルギーが達成され生産量も増加している。モータについては一部の企業で従来の機種を軟磁性体の固定子を珪素鋼板からアモルファス合金薄帯に変更し、珪素鋼板を使用した同じ性能のモータに比べ、省エネルギー化と小型化され、生産されている。しかし、アモルファス合金薄帯の加工、モータの設計、コスト等のブレークスル―が必要で多くの企業で開発途上である。ナノ結晶合金薄帯についてはまだ開発途上である。複合積層化による材料の開発でナノ結晶合金薄帯による開発を飛ばし、より高性能な軟磁性薄帯の利用を加速する効果がある。
　アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯は厚さが一般に０．０２ｍｍ程度と珪素鋼板に比べ非常に薄いので渦電流損失が小さく、巻き回して積層して利用することが多い。大量に使用する軟磁性体は一般に、珪素鋼鈑薄帯単独、アモルファス合金薄帯単独、ナノ結晶合金薄帯単独でデバイスを構成している。
　軟磁性合金薄帯を積層する以下の技術が知られている。特許文献１では、ナノ結晶合金積層鉄心の唯一の欠点である機械的強度、剛性を確保するために、積層ブロックコアの積層方向に非磁性体を挟み込む支持部材を使用している。非磁性の支持部材でナノ結晶を包み込むと、剛性を確保することはできるが、全体の体積、重量が大きくなってしまい、小型の磁性部品を作製したいとの目的には反してしまう。非磁性の支持部材を用いることなく、ナノ結晶の脆弱性をカバーする手法の開発が期待されていた。
　特許文献２では、３ロールからそれぞれ巻き出した軟磁性合金薄帯にエポキシ樹脂を塗布し、貼り合わせた後に熱処理により硬化させて３層の積層体を得ている。軟磁性薄帯としては、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯１種類だけが使われている。
　従来の通常の製造方法では、モータの固定子、回転子は珪素鋼板を打ち抜き、積層して作製している。アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯は薄く、硬く、打ち抜きの金型の寿命が短く、打ち抜いた薄帯を集め、ハンドリングして積層する工程も時間がかかり、積層して固定子、回転子を作製するのに適していない。特許文献３では、アモルファス合金薄帯を巻き回して扇形の形状とし、モータの固定子鉄心に適用してアキシャルギャプモータを作製し、ファン装置に適用している。
　特許文献４では軟磁性合金薄帯を巻いたコイル１，２，３，４から軟磁性薄帯を各々引き出し、樹脂を塗布して積層した状態で熱圧着させて、４層の積層体を作製している。ここでも軟磁性合金薄帯は１種類のみである。
　特許文献５では複数の鉄心材料が持つ低損出、高磁束密度の優位性を備え、小型化を実現できる変圧器等の静止誘導機器について材料の磁束密度の観点から複合材料にすることの優位性について述べられている。
　非特許文献２はナノ結晶合金薄帯を変圧器のコアに適用して特性を調べている。一般にコアの容量が小さいほど自立しやすくなるが、非特許文献２の変圧器のコアは容量が１０ｋＶＡと比較的小さいにもかかわらず、支持材が使用されている。非特許文献３には、モータのコアにアモルファス金属箔帯を切断積層後、樹脂製の鉄心保持部材に挿入することで鉄心形状を保つように構成された低損失アモルファス鉄心構造が記載されている。非特許文献４において、支持材等を使用しないで、アモルファス合金薄帯のみでカットコアが作製されており、単独で自立する。
　このように、ナノ結晶合金薄帯だけから作製されるコアは支持材なしには自立しにくく、アモルファス合金薄帯だけから作製されるコアは支持体がなくても自立する傾向にある。しかし、ナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯を組み合わせて積層し、自立に必要な十分な剛性が得られたとの報告は見られない。
特開２０２１－６８８６５号公報 特開２０２１－１５４７３２号公報 特開２００９－２８４５７８号公報 特開２００７－２８１３１４号公報 国際公開第２０２１／１６６３１４号
牧野彰宏、"超低磁心損失・高鉄濃度軟磁性合金「ＮＡＮＯＭＥＴ（登録商標）」の最新研究開発動向"、まてりあ、　第５５巻第３号（２０１６）、ＰＰ．８９－９６ 出井　和弘、栗原　二三夫、須永　喜則、"次世代ナノ結晶軟磁性材料の変圧器鉄心への適用"、東光高岳技報、ＶＯＬ．７（２０２０）、ＰＰ．１５－１８ 榎本　裕治、床井　博洋、今川　尊雄、鈴木　利文、小俣　剛、相馬　憲一、"国際高効率規格ＩＥ５レベルを達成したアモルファスモータ"、日立評論、２０１５年６・７月合併号、ＰＰ．５０－５５ 秦皇島市燕秦納米科技有限公司ホームページ、"アモルファスのカットコア"、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙａｎｑｉｎ－ｊａｐａｎ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｃｕｔ－ｃｏｒｅ．ｈｔｍｌ
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯の個々の軟磁性薄帯の優位性、欠点を考慮してモータ、発電機のコア等の磁性部品として材料の長所を組み合わせ、最大限の効率を得るために積層した複合積層軟磁性薄帯を提供することを目的とする。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、複数層のナノ結晶合金薄帯と１層のアモルファス合金薄帯を幅を同じくして積層して成る積層軟磁性薄帯が複数段数重ねられた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記複数層のナノ結晶合金薄帯の全厚みの前記１層のアモルファス合金薄帯の厚みに対する比は１以上１０以下であることを特徴とする。
　本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、複数層のナノ結晶合金薄帯と１層のアモルファス合金薄帯が幅を同じくして積層されて成る積層軟磁性薄帯が、複数回数巻き回して固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記複数層のナノ結晶合金薄帯の全厚みの前記１層のアモルファス合金薄帯の厚みに対する比は１以上１０以下であることを特徴とする。
　本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、ナノ結晶合金薄帯またはアモルファス合金薄帯を突き合わせて並べた軟磁性薄帯層が幅を同じくして複数層積層されて成る積層軟磁性薄帯が、複数段数重ねられた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記ナノ結晶合金薄帯の全体積の前記アモルファス合金薄帯の全体積に対する比は１以上１０以下であることを特徴とする。
　本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、ナノ結晶合金薄帯またはアモルファス合金薄帯を突き合わせて並べた軟磁性薄帯層が幅を同じくして複数層積層され、固定されて成る積層軟磁性薄帯が、複数回数巻き回されて固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記ナノ結晶合金薄帯の全体積の前記アモルファス合金薄帯の全体積に対する比は１以上１０以下であることを特徴とする。
　ナノ結晶合金積層薄帯の唯一の欠点である機械的強度、剛性を確保するために、ナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯を積層した複合積層軟磁性薄帯は、鉄損の少ない磁歪の小さな軟磁性特性を維持しつつ、その剛性をナノ結晶合金薄帯単体で積層した時に比べ、高くすることができる。支持部材を使用しないで自立が可能な変圧器コアなどの磁性部品の製造が可能となる。
図１は実施例１に係る複合積層軟磁性薄帯を示す図である。 図２は実施例２に係る複合積層軟磁性薄帯を作製する方法を示す図である。 図３は実施例２に係り作製された複合積層軟磁性薄帯を示す図である。 図４は実施例３に係る複合積層軟磁性薄帯を示す図である。 図５は実施例４及び５に係る複合積層軟磁性薄帯を示す図である。 図６ａは実施例６に係る積層軟磁性薄帯を構成する４つのリールに巻かれた軟磁性薄帯を示す図である。 図６ｂは実施例６に係る複合積層軟磁性薄帯を作製する方法を示す図である。 図７は実施例６に係り作製された複合積層軟磁性薄帯を示す図である。
　本発明の実施形態を説明する前に本発明の原理について説明する。
　軟磁性薄帯はアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯等が知られているが、磁気特性、機械特性等に優劣がある。大部分は同じ材料を積層して磁性部品を製造している。それぞれの薄帯の良い特性をマクロで合成して複合積層軟磁性薄帯として利用する。
　本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、ナノ結晶合金薄帯をアモルファス合金薄帯で保持することにより、非磁性の支持材で補強することなく、鉄損による発熱も減少し、接着剤を除いて１００％軟磁性薄帯から構成されるので、磁性部品の体積を小さく、重さも軽くすることが可能になる。
　アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯を使用した複合積層軟磁性薄帯は透磁率が高く、鉄損の低減により省エネルギーを実現した磁性部品が可能になる。
　複合積層軟磁性薄帯の主成分をナノ結晶合金薄帯とすることにより磁歪を低減させ、モータの振動を低減することが可能になる。また、複合積層軟磁性薄帯の主成分をナノ結晶合金薄帯とするとモータのコアが磁石による外力で変形する可能性があるが、アモルファス合金薄帯と組み合わせて積層することにより、剛性を高くしてコアの変形の低減も期待できる。一種類の材料を使用するよりも、各種材料の長所を組み合わせた積層軟磁性薄帯を使用することにより、より高機能製品の製造の可能性が増加する。
　図１は実施例１にかかる複合積層軟磁性薄帯１を示す図である。
　第１層から第４層は厚さ０．０２ｍｍ、幅２０ｃｍ、長さ３０ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、第５層は厚さ０，０２ｍｍ、幅２０ｃｍ、長さ３０ｃｍのアモルファス合金薄帯５として５層積層して積層軟磁性薄帯２とする。積層軟磁性薄帯２をさらに複数段数積み重ねて固定し、複合積層軟磁性薄帯１を作製する。積層軟磁性薄帯２中の第１層から第４層のナノ結晶合金薄帯４の全厚みは第５層のアモルファス合金薄帯５の厚みの４倍となっている。
　ナノ結晶合金薄帯４の全厚さとアモルファス合金薄帯５の厚さとの積層比は１以上１０以下で適宜選択できる。この積層比が得られるならばナノ結晶合金薄帯４の複数層数は４層に限らず任意である。
　積層軟磁性薄帯２をさらに複数段数積み重ねて固定し、複合積層軟磁性薄帯１とするために、図１には２段に積み重ねた図を示しているが、実際には例えば１００段程度に積み重ねて厚みを確保する。固定には樹脂を含侵し、固化する方法を用いることもできる。また、複合積層軟磁性薄帯１の一部の導線を巻く部分に絶縁を兼ね、樹脂製の保持部材で覆って磁性部品にすることもできる。
　ナノ結晶合金薄帯４は磁性部品の磁気特性改善に寄与するが、単体で用いると剛性が低く、自立が困難な場合があり、磁性部品にしたときに変形してしまう可能性がある。ナノ結晶合金薄帯４の補強材としてアモルファス合金薄帯５を組み合わせた積層軟磁性薄帯２として使用することにより、複合積層軟磁性薄帯１は良好な磁気特性を保ちつつ自立して使用可能となる。そのために、積層軟磁性薄帯２中の複数層のナノ結晶合金薄帯４の全厚みは前記１層のアモルファス合金薄帯５の厚みより大きくすると良い。ナノ結晶合金薄帯４の全厚みのアモルファス合金薄帯５の厚みに対する比は、１以上１０以下が望ましい。比が１０を越してしまうとアモルファス合金薄帯５により全体の剛性を上げる効果が薄れ、好ましくない。
　省エネルギーの観点からナノ結晶合金薄帯４とアモルファス合金薄帯５を組み合わせた複合積層軟磁性薄帯１を使用する。
　ナノ結晶合金薄帯４の剛性の低いのをアモルファス合金薄帯５で補い、保持した複合積層軟磁性薄帯１はブロックコア積層体として利用できる。直方体を４ケ組み合わせれば、変圧器となる。打ち抜き、積層すればモータコアとして利用できる。アモルファス合金薄帯５は磁歪定数が大きいので変圧器にした時、交流で振動し、騒音の原因となるが、アモルファス合金薄帯５の使用量がナノ結晶合金薄帯４に比べ少量なので、交流での振動も軽減される。
　なお、実施例１において、アモルファス合金薄帯５とナノ結晶合金薄帯４のみで構成しており、珪素鋼鈑薄帯に比べ低保磁力で鉄損が大幅に削減できるので磁性部品を低電流で起動でき、省エネルギー化に寄与して好ましい。
　図２は実施例２に係る複合積層軟磁性薄帯１の作製方法を示した図である。積層軟磁性薄帯２がアモルファス合金薄帯５が１層、ナノ結晶合金薄帯４が３層から構成される図が示されているが、実際には以下の手順にてナノ結晶合金薄帯４を１０層重ね、合計１１層から積層軟磁性薄帯２を形成し、巻き回して固定し、複合積層軟磁性薄帯１を得た。固定には絶縁紙を巻く、プラスチックケースに入れる、接着して固定する、接着剤に含侵する等の方法を用いることができる。
　一つのリール６に巻いた厚さ０．０３ｍｍ、幅２ｃｍのアモルファス合金薄帯５及び１０のリール６に巻いた厚さ０．０３ｍｍ、幅２ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を用意する。各リール６から薄帯を引き出す。
　アモルファス合金薄帯５の上にナノ結晶合金薄帯４を１０層重ねてガイド枠７を通し、積層軟磁性薄帯２とする。積層軟磁性薄帯２中の第２層から第１１までのナノ結晶合金薄帯４の全厚みは第４層のアモルファス合金薄帯５の厚みより１０倍大きい。ナノ結晶合金薄帯４の全厚みのアモルファス合金薄帯５の厚みに対する比は、１以上１０以下が望ましい。比が１０を越してしまうとアモルファス合金薄帯５により全体の剛性を上げる効果が薄れ、好ましくない。
　積層軟磁性薄帯２の上面に接着剤を塗布してから断面が長方形の枠を回転させて巻き回しをする。横６ｃｍ、縦２ｃｍの長方形状に１００回繰り返し巻き回して図３のような複合積層軟磁性薄帯１を作製した。巻き回しにより積層軟磁性薄帯２間は接着され、やがて固定される。
　本実施例では角形の枠に巻き回しているが、通常の円柱状に巻き回して、その後、任意の形状に成形して固定しても良い。
　これをナノ結晶合金薄帯４を使用しているために特性が良く、かつ非磁性の補強材を使用しなくても自立する変圧器コアとして使用した。
同様の方法でリアクトル、モータコア、ブロックコア積層体とすることもできる。実施例２の軟磁性薄帯の組み合わせは実施例１と同様に、ヒステリシス損失、渦電流損失が少なく、鉄損を低減でき、軟磁性特性に優れ、省エネルギー磁性部品に最適である。
　アキシャルギャップモータの固定子に現状ではアモルファス合金薄帯５を切断積層してケースに入れて作られている（非特許文献３）が、実施例２の複合積層軟磁性薄帯１から作製した円柱状のコアを加工してコイルを巻き、アキシャルギャップモータの固定子に利用することが可能になる。
　アモルファス合金薄帯５でアキシャルギャップモータのコア部品を作製するとき、巻き回したコアを固定するのに樹脂で接着固化することによりコアに応力が加わり、大きな磁歪により軟磁性特性が劣化するが、実施例２の複合積層軟磁性帯１から作製したコア部品ではナノ結晶合金薄帯４を主に使用することにより、軟磁性特性の劣化が低減できる。このため製造工程の作業効率が良くなる。
　図４は実施例３にかかる複合積層軟磁性薄帯１を示す図である。１層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。２層目、３層目も同じ配列で、４層目は、左から順に厚さ０．０３ｍｍ、幅４ｃｍのアモルファス合金薄帯５、厚さ０．０３ｍｍ、幅５ｃｍのアモルファス合金薄帯５、厚さ０．０３ｍｍ、幅６ｃｍのアモルファス合金薄帯５を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　横方向の長さはすべて同一で、１５から２０ｃｍ程度であるが特に制限はない。
　第１層から第４層により積層軟磁性薄帯２を構成し、積層軟磁性薄帯２を複数段重ねて複合積層軟磁性薄帯１を作製する。第１層から第３層のナノ結晶合金薄帯４の全厚みは第４層のアモルファス合金薄帯５の厚みの２倍になっている。
　図４には積層軟磁性薄帯２を２段に積み重ねて複合積層軟磁性薄帯１とした図を示しているが、実際には例えば１０段程度積み重ねて厚みを確保する。
　図５は実施例４にかかる複合積層軟磁性薄帯１を示す図である。実施例３と同様に４層の軟磁性薄帯３から成る積層軟磁性薄帯２を複数段数重ねて複合積層軟磁性薄帯１を作製する。
　１層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　２層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　３層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　４層目は、左から順に厚さ０．０３ｍｍ、幅５ｃｍのアモルファス合金薄帯５、厚さ０．０３ｍｍ、幅４ｃｍのアモルファス合金薄帯５、厚さ０．０３ｍｍ、幅６ｃｍのアモルファス合金薄帯５を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　横方向の長さはすべて同一で、１５から２０ｃｍ程度であるが特に制限はない。
　第１層から第３層のナノ結晶合金薄帯４の全厚みは第４層のアモルファス合金薄帯５の厚みの２倍になっている。実施例３及び４におけるナノ結晶合金薄帯４の全厚みのアモルファス合金薄帯５の厚みに対する比は１以上１０以下の範囲で選択できる。１０を超えると全体の剛性を高くする効果が薄くなって好ましくない。
　第１層から第４層の軟磁性薄帯３の突き合わせ面は、隣接する軟磁性薄帯３の突き合わせ面と互いにずれて突き合わされている。
　実施例３のように突き合わせ面が互いにずれていない場合は、積層軟磁性薄帯２を複数段重ねる前に積層軟磁性薄帯２は接着により固定されていることが望ましいが、実施例４で突き合わせ面が互いにずれている場合は、積層軟磁性薄帯２を複数段数重ねた後で、全体を一度に接着して固定して複合積層軟磁性薄帯１を作製することが可能であり、低コストで製造できる。
　図５には積層軟磁性薄帯２を２段に積み重ねて複合積層軟磁性薄帯１とした図を示しているが、実際には例えば１０段程度積み重ねて厚みを確保する。
複合積層軟磁性薄帯１を、必要に応じて加工してモータのコア、発電機のコア材、ブロックコア積層体などの磁性部品とすることができる。従来のアモルファス合金薄帯５で大型のモータコアを作製するには固定子の一部であるティースを複数個リング状に１周つなぎ、それを積層して１つのコアを作製していたのを本実施例によれば、従来より幅の広いモータのコアを１回のプレス打ち抜きで容易に作製することができる。
　複合積層軟磁性薄帯１のアモルファス合金薄帯５とナノ結晶合金薄帯４部分では小励起電流で稼働し、ナノ結晶合金薄帯４の飽和磁化が大きいという特徴を生かして、小型化を最大限に利用できるモータの固定子としての磁性部品に最適である。また、低出力の時はナノ結晶合金薄帯４とアモルファス合金薄帯５で動作し、最大使用電力で動作する時にはエネルギー効率は下がるが飽和磁化の大きなナノ結晶合金薄帯４でも動作する磁性部品に適しており、変圧器に適用すると、待機消費電力はナノ結晶合金薄帯４、アモルファス合金薄帯５で動作するので省エネルギーになる。
　実施例３，４と同様に、図５に示したように、積層軟磁性薄帯２を以下の４層から構成し、積層軟磁性薄帯２を複数段数重ねて複合積層軟磁性薄帯１を作製する。
　１層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのアモルファス合金薄帯５、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　２層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのアモルファス合金薄帯５を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　３層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのアモルファス合金薄帯５、厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　４層目は、左から順に厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍのナノ結晶合金薄帯４、厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍのアモルファス合金薄帯５を突き合わせて軟磁性薄帯３とする。
　図５における横方向の長さはすべて同一で、１５から２０ｃｍ程度である。
　積層軟磁性薄帯２中のナノ結晶合金薄帯４の全体積のアモルファス合金薄帯５の全体積に対する比は２になっている。この比は１以上１０以下の範囲で適宜選択できる。１０を超えると全体の剛性を高くする効果が薄くなって好ましくない。
　アモルファス合金薄帯５とナノ結晶合金薄帯４の厚みを揃えられるのであれば、ナノ結晶合金薄帯４とアモルファス合金薄帯５が一つの軟磁性薄帯３層の中で突き合わせることが可能である。
　第１層から第４層の軟磁性薄帯３の突き合わせ面は、隣接する軟磁性薄帯２の突き合わせ面と互いにずれて突き合わされている。
　図６ａは実施例６に係る積層軟磁性薄帯１を構成する４つのリール６に巻かれた軟磁性薄帯３を示す図である。図６ａに示したように、厚さ０．０２ｍｍ、幅６ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ長さ約１０００ｍの各々のアモルファス合金薄帯５を隙間なく突き合わせて１層目の軟磁性薄帯３とし、一つのリール６に巻いておく。厚さ０．０２ｍｍ、幅５ｃｍ、６ｃｍ、４ｃｍ長さ約１０００ｍのナノ結晶合金薄帯４を隙間なく突き合わせて２層目の軟磁性薄帯３とし、二つ目のリール６に巻いておく。０．０２ｍｍ、幅６ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ長さ約１０００ｍのナノ結晶合金薄帯４を隙間なく突き合わせて３層目の軟磁性薄帯３とし、三つ目のリール６に巻いておく。厚さ０．０２ｍｍ、幅４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ長さ約１０００ｍのナノ結晶合金薄帯４を隙間なく突き合わせて４層目の軟磁性薄帯３とし、四つ目のリール６に巻いておく。図６ｂは実施例６に係る複合積層軟磁性薄帯１の作製方法を示した図である。図６ｂに示すように、４つのリール６から軟磁性薄帯３を引き出して接着剤を塗布する。全体の幅が１５ｃｍになるように幅を合わせるガイド枠７を通して４層に積層して積層軟磁性薄帯２を形成すると、各層間は接着され、やがて固定される。積層軟磁性薄帯２の上面に接着剤を塗布して、巻き回しを行う。巻き回しにより隣接する積層軟磁性薄帯２同士が接着し、やがて固定されて複合積層軟磁性薄帯１が作製される。その後、熱処理により硬化させると好ましい。
　第２層から第４層のナノ結晶合金薄帯４の全厚みは第１層のアモルファス合金薄帯５の厚みの３倍になっている。ナノ結晶合金薄帯４の全厚みのアモルファス合金薄帯５の厚みに対する比は１以上１０以下の範囲で選択できる。１０を超えると全体の剛性を高くする効果が薄くなって好ましくない。
第１層から第４層の軟磁性薄帯３の突き合わせ面は、隣接する軟磁性薄帯３の突き合わせ面と互いにずれて突き合わされている。
　一辺が１５ｃｍの正方形状になるように、一周で４箇所９０度ずつ、角は半径1ｃｍ程度の曲面で曲げながら正方形の枠の周りに巻き回す。合計幅１５ｃｍを保ちながら１５回巻き回しを続け、厚さ１．２ｍｍになったところでカットしてここで完了する。図７に示した複合積層磁性薄帯１が作製される。
　このように作製された立方体状の複合積層磁性薄帯１を固定した後、４箇所のコーナーにてカットして１５ｃｍＸ１５ｃｍＸ１．２ｍｍの板４枚を切り出した。板からモータコア材料としてプレス打ち抜きを行った。
　本実施例による複合磁性薄帯１は発電機コアとして使うことも可能である。
本実施例により作製されたモータコアや発電機コアなどの磁性部品は、リボンの幅の制限がなくなり幅の広い複合軟磁性薄帯を利用できる利点がある。大きな変圧器、モータコアを作るのには幅が広く、厚さも厚くなり、ターン数も多くなるので、本実施例による方法が適している。
　本発明により、ナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯の長所を組み合わせた複合積層軟磁性薄帯から、特性の優れたブロックコア積層体、変圧器、モータのコア、発電機のコア材などの磁性部品を、製造工数の削減を実現しつつ作製することが可能となるので、産業上の利用可能性は大きい。
　１　　複合積層軟磁性薄帯
　２　　積層軟磁性薄帯
　３　　軟磁性薄帯
　４　　ナノ結晶合金薄帯
　５　　アモルファス合金薄帯
　６　　リール
　７　　ガイド枠

Claims (6)

  1. 　複数層のナノ結晶合金薄帯と１層のアモルファス合金薄帯を幅を同じくして積層して成る積層軟磁性薄帯が複数段数重ねられた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記複数層のナノ結晶合金薄帯の全厚みの前記１層のアモルファス合金薄帯の厚みに対する比は１以上１０以下であることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
  2. 　複数層のナノ結晶合金薄帯と１層のアモルファス合金薄帯が幅を同じくして積層されて成る積層軟磁性薄帯が、複数回数巻き回して固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記複数層のナノ結晶合金薄帯の全厚みの前記１層のアモルファス合金薄帯の厚みに対する比は１以上１０以下であることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
  3. 　ナノ結晶合金薄帯またはアモルファス合金薄帯を突き合わせて並べた軟磁性薄帯層が幅を同じくして複数層積層されて成る積層軟磁性薄帯が、複数段数重ねられた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記ナノ結晶合金薄帯の全体積の前記アモルファス合金薄帯の全体積に対する比は１以上１０以下であることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
  4. 　ナノ結晶合金薄帯またはアモルファス合金薄帯を突き合わせて並べた軟磁性薄帯層が幅を同じくして複数層積層され、固定されて成る積層軟磁性薄帯が、複数回数巻き回されて固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯中の前記ナノ結晶合金薄帯の全体積の前記アモルファス合金薄帯の全体積に対する比は１以上１０以下であることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
  5. 　請求項３または４に記載の前記軟磁性薄帯の突き合わせ面は、隣接する前記軟磁性薄帯の突き合わせ面と互いにずれて突き合わされていることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
  6. 　請求項１ないし５いずれか１項に記載の前記複合積層軟磁性薄帯から作製される磁性部品であって、前記磁性部品は、変圧器、リアクトル、モータのコア、発電機のコア、ブロックコア積層体のいずれかであることを特徴とする磁性部品。
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