CN107043847B - 非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置以及软磁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供非晶态合金薄带的热处理装置，其能够不使软磁特性降低而抑制与非晶态合金的结晶化相伴的自身发热所产生的影响。非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置具备：层叠夹具，其保持非晶态合金薄带的层叠体；两个加热板，其以不与层叠夹具接触的方式从层叠体的层叠方向的上下表面夹入层叠体；以及加热控制装置，其用于对两个加热板进行加热温度控制。

Description

非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置以及软磁芯
技术领域
本发明涉及磁头、变压器、扼流线圈等所使用的纳米结晶合金薄带的层叠体、尤其涉及铁损以及保磁力低且软磁特性优异的非晶态合金薄带的热处理装置及其层叠夹具以及通过对Fe基非晶态合金进行热处理而得到的软磁芯。
背景技术
非晶态合金薄带的层叠体在磁头、变压器、扼流线圈等中被用作软磁芯。另外，Fe基纳米结晶合金是能够兼顾高饱和磁通密度和低保磁力的软磁性材料，因此近年来对非晶态合金薄带进行热处理后用作层叠体。
在此，Fe基纳米结晶合金是以作为承担磁性的必需元素的Fe元素为主要元素的合金。在使用该Fe基纳米结晶合金的软磁芯的制造中，需要层叠具有非晶态构造的合金组成物的薄带而形成芯，并对芯实施热处理而析出微细的bccFe结晶。需要说明的是，bcc是指体心立方晶格构造。
但是，在通过热处理而析出bccFe结晶时，发生与bccFe结晶的结晶化相伴的自身发热所引起的过度的温度上升，存在产生bccFe结晶的晶粒的肥大化和Fe-B、Fe-P等Fe化合物的析出所引起的软磁特性的降低的问题。
作为以往的上述问题的对策，存在如下对策：针对以非晶相的Fe为主体的骤冷体，在与bccFe结晶的结晶化相伴的发热开始了的时刻结束第一次的热处理，在结晶化的发热结束后进行第二次的热处理(例如，参照专利文献1。)。由此，析出微细的bccFe结晶。需要说明的是，主要成分是以非晶相为主体的Fe的骤冷体通过对以Fe为主要成分的液体的高温金属进行骤冷而得到。
另外，作为以往的上述问题的对策，存在在非晶态合金薄带的至少一方的面设置吸热反应物质的对策(例如，参照专利文献2。)。该吸热反应物质具有处于第一结晶化温度与第二结晶化温度之间的吸热反应温度，该第一结晶化温度是与所述非晶态合金薄带的bccFe的结晶化相伴的发热开始的温度，该第二结晶化温度是与Fe化合物的结晶化相伴的发热开始的温度。通过配置上述那样的吸热反应物质并进行热处理，从而抑制过度的温度上升。
图6的(a)、图6的(b)是表示专利文献2所记载的以往的软磁芯的制造方法的一例的图。图6的(a)表示将在单面形成有吸热反应物质的层的非晶态合金薄带卷绕为环状而层叠得到的热处理前的软磁芯601的立体图。图6的(b)表示图6的(a)中的A面的局部放大剖视图，通过在非晶态合金薄带602的单面形成有吸热反应物质603的层并层叠非晶态合金薄带602，从而交替配置吸热反应物质603与非晶态合金薄带602。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-213331号公报
专利文献2：日本特开2015-56424号公报
在专利文献1中，作为检测与bccFe结晶的结晶化相伴的自身发热的开始时刻的方法，能够通过如下方式进行检测，同时地连续计测热处理炉内部的环境温度与将具有非晶态构造的合金组成物层叠而成的芯的温度，并检测芯的温度上升率变得比环境温度的上升率高的时刻。
但是，就芯的温度的计测而言，考虑到制造成本，实际针对收容于热处理炉内的所有芯实施温度的计测的做法是不现实的，因此需要对计测温度的芯进行限定。因此，与bccFe结晶的结晶化相伴的自身发热的开始时刻由于炉的场所的温度条件、热处理炉的升温速度、或者芯的大小、芯的制造时的组成偏差等因素，根据各个芯而存在偏差。因此，存在如下问题：在基于限定的芯进行的温度计测中，检测也产生偏差，根据芯的不同导致升温停止的时机存在延迟，Fe化合物因与结晶化相伴的自身发热所引起的过加热而析出，导致软磁特性劣化。
另外，即使检测到与bccFe结晶的结晶化相伴的自身发热而停止了升温，炉内温度下降也存在时间延迟。因此，还存在如下问题：由自身发热引起的温度上升在短期内继续，在bccFe结晶化温度(第一结晶化温度)与Fe-B等化合物的结晶化温度(第二结晶化温度)之差小的非晶态合金组成物的情况下，芯内部的温度超过Fe化合物的结晶化温度，Fe化合物析出从而软磁特性劣化。
在专利文献2的结构中，在非晶态合金薄带的至少一方的面配置吸热反应物质而吸收与结晶化相伴的自身发热，但具有如下问题：由于配置了吸热反应物质，因此非晶态合金薄带占芯容积的占空系数减少，从而结果降低了芯的软磁特性。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明用于解决所述以往的问题，其目的在于，提供能够不降低软磁特性而抑制与非晶态合金的结晶化相伴的自身发热所产生的影响的非晶态合金薄带的热处理装置。
用于解决课题的方案
为了达到上述目的，本发明的非晶态合金薄带的热处理装置具备：
层叠夹具，其保持非晶态合金薄带的层叠体；
两个加热板，其以不与所述层叠夹具接触的方式从所述层叠体的层叠方向的上下表面夹入所述层叠体；以及
加热控制装置，其用于对所述两个加热板进行加热温度控制。
发明效果
如以上所述，根据本发明的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置，能够抑制在通过热处理使非晶态合金薄带的层叠体结晶化时产生的自身发热的影响，能够不降低软磁特性而进行热处理。由此，通过该热处理装置而得到的软磁芯能够实现高的软磁特性。
附图说明
图1是表示实施方式1的非晶态合金薄带的热处理装置的结构的构造示意图。
图2的(a)是实施方式的层叠夹具的侧面示意图，(b)是实施方式1的层叠夹具的俯视示意图。
图3的(a)是从上方观察实施方式1的上侧加热板而得到的俯视示意图，(b)是上侧加热板的侧面示意图，(c)是从上方观察下侧加热板而得到的俯视示意图，(d)是下侧加热板的侧面示意图。
图4是实施方式1的软磁芯的简要图。
图5是实施方式的软磁芯的非晶态合金薄带的接触面简要图。
图6的(a)是专利文献2所记载的以往的层叠软磁芯的立体图，(b)是(a)中的A面的局部放大剖视图。
附图标记说明
101 非晶态合金薄带的热处理装置
102 非晶态合金薄带或其层叠体
103 层叠夹具(夹具框架)
104a 加热板
104b 加热板
105a 加热器件
105b 加热器件
106 搬运机构
107 夹具设置机构
108a 加压驱动机构
201 定位销(支承体)
202 定位销连接部
203 夹具框架
301a 构造
302a 构造
401 软磁芯
402 结晶化少的部位
501 结晶化后的合金薄带
502 合金薄带的被着色的部位
503 合金薄带的未被着色的部位
601 软磁芯
602 非晶态合金薄带
603 吸热反应物质
具体实施方式
第一技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置具备：层叠夹具，其保持非晶态合金薄带的层叠体；
两个加热板，其以不与所述层叠夹具接触的方式从所述层叠体的层叠方向的上下表面夹入所述层叠体；以及
加热控制装置，其用于对所述两个加热板进行加热温度控制。
第二技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置在上述第一技术方案的基础上，也可以是，所述两个加热板比所述层叠体的与层叠方向垂直的平面形状大，所述两个加热板在包含所述非晶态合金薄带的由所述层叠夹具保持的保持位置的部位不与所述层叠体接触。
根据上述结构，能够在维持两个加热板的温度的面内均匀性的同时，进行层叠体的热处理。
第三技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置在上述第一或第二技术方案的基础上，也可以是，在所述层叠夹具上具有追随所述非晶态合金薄带结晶化时的收缩的机构。
根据上述结构，由于层叠夹具具有追随非晶态合金薄带的收缩的机构，因此能够抑制非晶态合金薄带在结晶化时收缩之际因保持着层叠体的层叠夹具而发生变形或破损。
第四技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置在上述第一至第三任一技术方案的基础上，也可以是，所述热处理装置还具备加压驱动机构，该加压驱动机构从所述层叠体的层叠方向的上下表面将所述层叠体夹在所述两个加热板间并进行加压，
所述层叠夹具在所述层叠体的与层叠方向交叉的面内保持所述层叠体。
第五技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置在上述第一至第四任一技术方案的基础上，也可以是，所述层叠夹具在所述层叠体的与层叠方向交叉的面内，通过与从所述层叠体的中心延伸的半径方向交叉的至少两个支承体来保持所述层叠体。
第六技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置在上述第一至第五任一技术方案的基础上，也可以是，所述非晶态合金薄带是Fe基合金薄带，所述加热控制装置将所述两个加热板控制在400℃以上且500℃以下的温度范围。
第七技术方案的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置在上述第一至第六任一技术方案的基础上，也可以是，所述热处理装置还具备：夹具设置机构，其将所述层叠夹具设置于所述两个加热板间；和搬运装置，其将所述层叠体连同所述层叠夹具一起向所述夹具设置机构配置。
第八技术方案的软磁芯由Fe基合金薄带层叠而成的层叠体构成，
所述层叠体的各个Fe基合金薄带具备在层叠方向上重叠的同一形状的结晶化比例相对高的部位和在层叠方向上重叠的同一形状的结晶化比例相对低的部位。
第九技术方案的软磁芯在上述第八技术方案的基础上，也可以是，所述软磁芯在所述层叠体的所述Fe基合金薄带彼此的接触面上具有未被着色的部位。
第十技术方案的软磁芯在上述第九技术方案的基础上，也可以是，所述未被着色的部位在所述层叠体的俯视外形中由所述被着色的部位包围。
第十一技术方案的软磁芯在上述第十技术方案的基础上，也可以是，所述层叠体通过热处理而着色，能够视觉确认热处理的程度。
以下，参照附图来说明实施方式的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置以及软磁芯。需要说明的是，在附图中，对实质上相同的构件标注相同的附图标记。
(实施方式1)
<非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置的结构>
图1是表示实施方式1的非晶态合金薄带的层叠体的热处理装置101的结构的构造示意图。
该非晶态合金薄带的层叠体102的热处理装置101具备：层叠夹具103，其保持非晶态合金薄带的层叠体102；和两个加热板104a、104b，其从层叠体102的层叠方向的上下表面夹入层叠体102。而且还具备：加热控制装置(未图示)，其对两个加热板104a、104b进行加热温度控制；和加压驱动机构108a，其从层叠体102的层叠方向的上下表面将层叠体102夹在两个加热板104a、104b间并进行加压。需要说明的是，两个加热板104a、104b不与层叠夹具103接触。
在该非晶态合金薄带的层叠体102的热处理装置101中，具有从非晶态合金薄带的层叠体102的层叠方向的上下表面夹入该层叠体102的两个加热板104a、104b。通过该两个加热板104a、104b来对非晶态合金薄带的层叠体102进行加热。另一方面，在因非晶态合金薄带因结晶化时的自身发热而发生了过度的温度上升之际，发生热量从非晶态合金薄带的层叠体102向两个加热板104a、104b的移动，从而能够抑制非晶态合金薄带102的过度的温度上升。由此，能够从非晶态合金薄带得到具有微细的合金结晶的软磁芯。
需要说明的是，该非晶态合金薄带的层叠体102的热处理装置101也可以具备：夹具设置机构107，其将层叠夹具103设置于两个加热板104a、104b之间；和搬运装置106，其将层叠体102连同层叠夹具103一起向夹具设置机构107配置。
<非晶态合金薄带的层叠体>
接受热处理的非晶态合金薄带的层叠体例如是非晶态Fe基合金薄带的层叠体。Fe基合金也可以以Fe为主要成分并包含少许B、P、Cu、Si、C等杂质。作为各非晶态合金薄带的厚度，例如是10μm以上且100μm以下的范围，此外也可以是20μm以上且50μm的范围。另外，非晶态Fe基合金薄带的层叠体102层叠有例如数张以上且小于40张的张数的非晶态合金薄带，作为其厚度，例如小于2mm。
<层叠夹具>
图2的(a)、图2的(b)是表示层叠夹具103和层叠后的非晶态合金薄带102的图，图2的(a)是从侧面观察到的图，图2的(b)是从上方观察到的图。
在图1中，层叠夹具103在将非晶态合金薄带的层叠体102定位的状态下层叠并支承该层叠体102。层叠夹具103在非晶态合金薄带的层叠体102的与层叠方向交叉的面内保持非晶态合金薄带的层叠体102。在层叠夹具103配置有：环状的夹具框架103a，其比非晶态合金薄带的层叠体102的与层叠方向垂直的平面形状大；定位销201，其***于在非晶态合金薄带102配置的孔105，用于进行定位；以及定位销连接部202，其将定位销201与夹具框架203连接。层叠夹具103在非晶态合金薄带的层叠体102的与层叠方向交叉的面内通过与从非晶态合金薄带的层叠体102的中心延伸的半径方向交叉的至少两组定位销201以及定位销连接部202来保持非晶态合金薄带的层叠体102。该定位销连接部202是能够沿着水平方向弯曲的形状。在非晶态合金薄带102收缩了时，该定位销201以及定位销连接部202能够通过沿着箭头方向移动而追随非晶态合金薄带102的收缩。由此，能够抑制非晶态合金薄带102的收缩时的变形以及破损。
另外，也可以具备夹具设置机构107和搬运机构106，该夹具设置机构107和搬运机构106用于将层叠于层叠夹具103的非晶态合金薄带102设置于两个加热板104a、104b之间。也可以具备加压驱动机构108a、108b，该加压驱动机构108a、108b用于驱动两个加热板104a、104b，使该加热板104a、104b与非晶态合金薄带102接触并进行加压。
<加热板>
图3的(a)～图3的(d)是两个加热板104a、104b的平面示意图以及侧面示意图。图3的(a)是从上方观察上侧的加热板104a而得到的俯视图。图3的(b)是从侧面观察到的侧视图(固定用的螺纹孔、上侧的加热板的加热器件105a未图示)。图3的(c)是从上方观察下侧的加热板104b而得到的图。图3的(d)是从侧面观察到的侧视图(固定用的螺纹孔、下侧的加热板的加热器件105b未图示)。
在两个加热板104a、104b分别配置有加热器件105a、105b，并配置有控制向这些加热器件105a、105b施加的电力的加热控制装置(未图示)。另外，两个加热板104a、104b能够借助加压驱动机构108a、108b而从层叠体的层叠方向的上下表面夹持层叠体并进行加压。由此，能够降低非晶态合金薄带的层叠体102与两个加热板104a、104b之间的接触热阻。于是，在因非晶态合金薄带因结晶化时的自身发热而发生了过度的温度上升之际，发生热量从非晶态合金薄带的层叠体102向两个加热板104a、104b的移动，从而能够抑制非晶态合金薄带102的过度的温度上升。由此，能够从非晶态合金薄带得到具有微细的合金结晶的软磁芯。
另外，在两个加热板104a、104b分别形成有定位销部避让构造301a、301b和夹具框架部避让构造302a、302b的凹构造。由此，在使两个加热板104a、104b与非晶态合金薄带的层叠体102彼此接触时，能够避免两个加热板104a、104b与层叠夹具103接触。
<非晶态合金薄带的层叠体102的热处理方法>
使用图1来说明通过上述非晶态合金薄带的层叠体102的热处理装置101进行的非晶态合金薄带的层叠体102的热处理方法。
(1)预先通过加热控制装置控制向加热器件105a、105b施加的电力，来对两个加热板104a、104b进行加热并使温度稳定。此时的两个加热板104a、104b设定为比非晶态合金薄带102的bccFe结晶的结晶化温度高且比成为软磁特性降低的原因的使Fe化合物析出的结晶化温度低的温度。例如，在作为非晶态合金薄带使用非晶态Fe基合金的情况下，结晶化温度大约为400℃，成为另一相的Fe化合物生成的温度大约为530℃。于是，例如可以设定为400℃以上且500℃以下的温度范围。
(2)接着，将非晶态合金薄带102层叠于层叠夹具103，并放入非晶态合金薄带的热处理装置101内。所放入的非晶态合金薄带102与层叠夹具103一起借助搬运机构106而设置于夹具设置机构107。
(3)接着，利用加压驱动机构108a、108b使被加热后的两个加热板104a、104b与非晶态合金薄带102接触并加压，由此进行非晶态合金薄带102的加热、结晶化。在产生非晶态合金薄带102的结晶化时的自身发热从而非晶态合金薄带102的温度变为比两个加热板104a、104b的温度高时，两个加热板104a、104b起到冷却板的作用。由此，热量从非晶态合金薄带102移动至两个加热板104a、104b并被吸收，能够抑制由非晶态合金薄带102的自身发热引起的升温。其结果，能够抑制温度高到使非晶态合金薄带102的软磁性特性降低的程度。需要说明的是，通过使两个加热板104a、104b与非晶态合金薄带102接触并进行加压，能够减少非晶态合金薄带102与两个加热板104a、104b之间的接触热阻。其结果，能够在加热时高效地向非晶态合金薄带102传递热量。另一方面，在与非晶态合金薄带102的结晶化相伴的自身发热时，能够使热量从非晶态合金薄带102向两个加热板104a、104b的移动变得迅速，能够高效地抑制由自身发热引起的过度的温度上升。
另外，在该加热处理时，非晶态合金薄带102收缩，但层叠夹具103的定位销201通过定位销连接部202弯曲而移动，能够抑制非晶态合金薄带102的变形、破损。
(4)接着，利用加压驱动机构108a、108b将两个加热板104a、104b打开，从而解除热处理后的合金薄带102的层叠体与两个加热板104a、104b的接触。
(5)接着，利用搬运机构106将热处理后的合金薄带的层叠体102连同层叠夹具103一起回收，然后将热处理后的合金薄带的层叠体102从层叠夹具取出。
通过以上的各工序，能够对非晶态合金薄带102进行结晶化处理而得到软磁芯。
<结果：软磁芯>
根据本结构，能够使非晶态合金薄带的层叠体102结晶化而作为软磁芯使用。图4表示通过本结构进行热处理而结晶化后的软磁芯401。
在热处理时，由于存在配置于两个加热板的定位销部避让构造301a、302b，非晶态合金薄带102与两个加热板104a、104b不接触，从而软磁芯401存在与其他部分相比结晶化较少的部位402。即，加热板104a、104b所接触的部位的结晶的体积分率为50％以上，但在结晶化少的部位402中，结晶的体积分率小于50％。在该情况下，各合金薄带具有在层叠方向上重叠的同一形状的结晶化比例相对高的部位和在层叠方向上重叠的实质上同一形状的结晶化比例相对低的部位。
需要说明的是，由于结晶化少的部位402的饱和磁通密度、软磁特性差，因此需要设计成不将结晶化少的部位402配置于软磁芯中需要使饱和磁通密度、软磁特性高的区域。
另外，若使该软磁芯401的层叠体分离，则成为图5所示的合金薄带501。合金薄带501的外形部附近存在合金薄带501的被着色了的部位502。但是，内部残留有合金薄带501的未被着色的部位503。这与在加热处理时被加压从而在薄带间仅氧经过的间隙窄有关。另外，被着色了的部位502的范围依赖于构成层叠体的薄带间的紧贴状态，除了非晶态合金薄带102的厚度的面内不均以外，也依赖于加压驱动机构108a、108b的加压力。
需要说明的是，认为被着色、不被着色取决于氧化膜的状态。
在此，被着色了的部位502是蓝色至紫色。另一方面，薄带间未被着色的部位503是金属光泽。通过确认由热处理引起的着色，能够判断热处理的程度。即，若未能够进行适当的热处理，则成为蓝色至紫色以外的颜色，例如黄色、褐色，或者浅的蓝色至紫色，或者深的蓝色至紫色。尤其是，当合金薄带的温度因与结晶化相伴的自身发热而变得过高时，表面的颜色变白。另外，根据软磁芯401的侧面、上表面、下表面的颜色，也可知是否实现了局部的热处理。能够按软磁芯401的每个块地通过颜色进行视觉确认，来判断热处理的程度。
关于被着色了的部位502，能够通过视觉确认其颜色来判断品质。
<总结>
根据该结构，通过使两个加热板与非晶态合金薄带的层叠体接触并进行加压，能够抑制在热处理中结晶化时产生的自身发热以及收缩的影响，能够不使软磁特性降低而进行热处理，能够得到软磁特性高的芯。
需要说明的是，在本实施方式中，设为层叠夹具103通过向开设于非晶态合金薄带102的孔***定位销201来进行定位并层叠的结构，但也可以设为限制非晶态合金薄带的外形的一部分或全部的结构。此时该限制部成为追随非晶态合金薄带的收缩的结构。
另外，在本实施方式中，两个加热板104a、104b的平面形状为四边形，但也可以为圆形或其他形状。在为圆形的情况下，能够不需要配置于加热板的夹具框架部避让构造302a、302b。
另外，在本实施方式中，为了将非晶态合金薄带102连同层叠夹具103一起配置于两个加热板104a、104b之间，将非晶态合金薄带102连同层叠夹具103一起设置于夹具设置机构107，但不限于此。例如，也可以设为在利用搬运机构106将非晶态合金薄带102连同层叠夹具103一起保持的状态下、利用加压驱动机构108a、108b使两个加热板104a、104b闭合的结构。
需要说明的是，在本发明中，包括适当组合前述的各种实施方式和/或实施例中的任意的实施方式和/或实施例的技术方案，能够起到各个实施方式和/或实施例所具有的效果。
产业上的可利用性
本发明的非晶态合金薄带的热处理装置能够抑制在热处理中结晶化时产生的自身发热以及收缩的影响，能够不使软磁特性降低而进行热处理。于是，该热处理装置也能够适用于因化学反应而发热的片材材料等的层叠加热处理用途。

Claims (4)

1.一种软磁芯，其中，
所述软磁芯由Fe基合金薄带层叠而成的层叠体构成，
所述层叠体的各个Fe基合金薄带具有结晶化比例为体积分率在50％以上的高的部位和结晶化比例为体积分率小于50％的低的部位，
在俯视观察所述层叠体时，
各个所述Fe基合金薄带之间的所述结晶化比例高的部位重叠，
各个所述Fe基合金薄带之间的所述结晶化比例低的部位重叠，
所述结晶化比例低的部位在所述层叠体的外周设置两组以上。
2.根据权利要求1所述的软磁芯，其中，
所述软磁芯在所述层叠体的所述Fe基合金薄带彼此的接触面上具有未被着色的部位。
3.根据权利要求2所述的软磁芯，其中，
所述未被着色的部位在所述层叠体的俯视外形中由所述被着色的部位包围。
4.根据权利要求3所述的软磁芯，其中，
所述层叠体通过热处理而着色，能够视觉确认热处理的程度。
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