JP2513645B2 - 実効パルス透磁率に優れたアモルファス磁心およびその製造方法 - Google Patents

実効パルス透磁率に優れたアモルファス磁心およびその製造方法

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JP2513645B2 JP61243489A JP24348986A JP2513645B2 JP 2513645 B2 JP2513645 B2 JP 2513645B2 JP 61243489 A JP61243489 A JP 61243489A JP 24348986 A JP24348986 A JP 24348986A JP 2513645 B2 JP2513645 B2 JP 2513645B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フィルターチョークや高周波トランス等に
好適な実効パルス透磁率に優れたアモルファス磁心およ
びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
Co基のアモルファス合金は優れた軟磁気特性を示し、
高い実効透磁率が得られることが知られている。高い実
効透磁率を得るためには、通常、キューリー温度以上,
結晶化温度以下の温度に保持後、室温まで急冷する熱処
理が行なわれている。この様な熱処理は特公昭59−4206
9等に記載されている。
しかし、インバータやフォワード型のスイッチング電
源のトランス等に用いられる磁心は方形波でしかも大振
幅で片側励磁されるため、正弦波で対称励磁して小振幅
励磁で測定された実効透磁率は重要でない。むしろ、単
極性パルスで励磁して大振幅の励磁条件まで測定する実
効パルス透磁率が重要となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記のキューリー温度以上、結晶化温度に保
持後、室温まで急冷する熱処理を行ったものは、動作磁
速密度が大きくなると急激に実効パルス透磁率が低下す
るため動作磁束密度を大きく設計できないという問題点
がある。また、磁心が飽和しやすく、最悪の場合は回路
が破壊するおそれがある。
本発明の目的は、実効パルス透磁率に優れたアモルフ
ァス磁心およびその製造方法を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、 組成式(Co1-a-bFeaMnb100-x-c-y-zMxCucSiyBz(原
子%)で表わされ、ここでMはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,W,
Ni,Moから選ばれる少なくとも1種の元素であり、 0≦a≦0.05,0.01≦b≦0.08,0.1≦x≦5,0.1≦c≦
2,7≦y≦18,7≦z≦16,22≦y+z≦28 の関係を有するアモルファス合金からなり、角形比20%
以下,応力緩和度90%以上であることを特徴とする実効
パルス透磁率に優れたアモルファス磁心およびその製造
方法である。
本発明において、アモルファス合金は、単ロール法等
の液体急冷法により作製され、通常トロイダル状に巻か
れ磁心となる。
トロイダル状に巻かれたアモルファス磁心は窒素ガス
等の不活性ガス中で熱処理される。熱処理温度は最低35
0℃の温度で少なくとも20分実施され応力緩和度を90%
以上とする。
本発明において応力緩和度とは、次のように定義す
る。
アモルファス合金の薄帯を巻回して形成された巻磁心
の最も外側の薄帯の曲率半径をγとし、該最外層の薄
帯をはがして自由状態においた場合の曲率半径をγとし
たとき、両者の比γ0/γを応力緩和度とする。
応力緩和度を90%以上とする熱処理を行った後、交流
あるいは直流の磁場を使用する際の磁心の磁路方向と直
角方向に印加する工程を含むことにより、角形比20%以
下の低角形比の磁心を得ることが可能となる。
実効パルス透磁率を改善するためには、上記アモルフ
ァス合金からなる磁心を結晶化温度以下でかつ350℃以
上の温度で熱処理の後、交流あるいは直流の磁場を使用
する際の磁心の磁路方向と直角方向に加えながら50℃/m
in以下の平均冷却速度で200℃以下の温度まで冷却す
る、あるいは、結晶化温度以下でかつ350℃以上の熱処
理の後200℃以下の温度まで50℃/min以上の平均冷却速
度で冷却した後、交流あるいは直流の磁場を使用する際
の磁心の磁路方向と直角方向に加えながらキューリー温
度以下、150℃以上の温度に少なくとも20分保持後室温
付近まで冷却する、あるいは結晶化温度以下の温度でか
つ350℃以上の温度で熱処理を実施し応力緩和度を90%
以上とした後、交流あるいは直流の磁場を磁心の磁路方
向と直角方向に加えながら50℃/min以下の平均冷却速度
で磁心材料のキューリー温度以下、150℃以上に冷却
し、少なくとも20分ほぼ一定温度に保持後室温まで冷却
する等の方法をとる。
はじめの熱処理を結晶化温度以下でかつ最低350℃の
温度で少なくとも20分の熱処理を行ない、応力緩和度を
90%以上としたのは、この範囲をはずれるとこの後に磁
場中熱処理を行っても実効パルス透磁率μpの値があま
り改善されないためと、経時変化が大きいためである。
磁場中熱処理や磁場中冷却はμpを改善するために行
なうものであり、磁場は磁路方向と直角方向に磁心が飽
和する程度の大きさで印加する。この磁場の大きさは磁
心の寸法比により異なる。通常は数1000Oe印加すれば十
分である。
磁場中冷却を行なう場合の平均冷却速度は50℃/min以
下が望ましい。この理由は50℃/minを越えるとμpの△
B依存性が大きくなり、好ましくないためである。
無磁場中で冷却する際は50℃/min以上の平均冷却速度
で冷却する必要がある。50℃/min未満ではこの工程の
後、磁場中熱処理を行っても十分μpが改善されないた
めである。
本発明において、Mn,M,Cuは必須の元素であり、μp
改善に著しい効果があり、特にCuはパルス幅が小さくな
ってもμpが低下しにくい効果がある。
Si,Bはアモルファス形成に必要な元素であり、7≦y
≦18,7≦z≦16,22≦y+z≦28の範囲においてアモル
ファス形成能、熱安定性に優れた特性が得られる。
Feは磁歪を改善する目的で添加し、0.05%を越えると
磁歪が大きくなりμpも低下する。
Mn量bは0.01%未満では添加によるμp改善の効果が
なく、0.08%を越えるとμpが低下する。(第4図参
照) M量xが0.1%未満では添加によるμp改善の効果は
ほとんどなく5%を越えるとアモルファス合金が脆化し
やすくなり飽和磁束密度も下がり実用的でなくなる。こ
のため0.1≦x≦5が望ましい。
Cu量cが0.1%未満では同様に添加によるμp改善の
効果はほとんどなく2%を越えるとμpが急激に低下す
る。このため0.1≦c≦2が望ましい。
〔実施例〕
以下本発明を実施例に従って説明する。
実施例1. 単ロール法により第1表に示す組成の幅5mm,厚さ18μ
mのアモルファス合金リボンを作製した。
次にこのアモルファスリボンを内径15mm,外径19mmに
巻回し、410℃に1時間保持後約3000℃/mmの冷却速度で
室温まで冷却し、次に磁路と直角方向に3000Oeの磁場を
印加し200℃に12h保持した後室温まで冷却し、動作磁束
密度△B0.2T,パルス幅td10μs,30μsにおける実効パル
ス透磁率μp,1KHzにおける実効透磁率μe角形比Br/Bs,
応力緩和度γ0/γを測定した。比較のため本発明以外の
組成の合金に本製造方法を適用した場合、本製造方法を
適用しなかった場合についても示す。μpの測定はJIS
の方法によった。なおμp測定の際のパルスの繰返し周
期は1msとした。
表からわかるように本発明の磁心は、実効透磁率μe1
kは従来のCo基アモルファス磁心とほぼ同等であるが、
実効パルス透磁率μpは従来のCo基アモルファス磁心よ
り著しく優れていることがわかる。従来の製造方法によ
り製造した磁心は、角形比が中程度あり、実効透磁率μ
e1kは大きいものの単極性のパルスで測定される実効パ
ルス透磁率μpは低く、インバータや、フォワード型の
スイッチング電源のトランス等には適していない。
実施例2. 単ロール法により幅16mm,板厚16μmの(Co0.93Fe
0.02Mn0.0573.3Mo2.5Cu0.2Si15B9アモルファス合金薄
帯を作製し、内径15mm,外径35mmのトロイダル磁心を作
製した。次に窒素ガス雰囲気中430℃に1時間保持後水
中に冷却した。応力緩和度は99%である。
次にこの磁心をエチルアルコールにつけ取り出し乾燥
させた後、200℃で磁路と直角方向に3000Oeの磁場を印
加しながら熱処理し室温まで冷却した。
第1図に△Bが0.2T,パルス幅tdが10μs,繰返し周期
Tが1msの場合のμpの磁場中熱処理時間t依存性を示
す。比較のため応力緩和されていない資料Bについても
示した。
20分を越えるとμpの改善効果が著しくなり、240分
付近で極大を示した後、ほぼ一定値に漸近していくがそ
の値は磁場中熱処理前よりは著しく改善されている。
応力緩和されていないBの場合は磁場中熱処理を行っ
ても、あまりμpは改善されない。
以上の結果より、応力緩和を行い20分以上の磁場中熱
処理を行うのがμp改善に有効であることがわかる。
実施例3 単ロール法により幅5mm,厚さ18μmの(Co0.93Fe0.02
Mn0.0574-cNb2CucSi15B9アモルファス合金を作製し
た。
次に外径19mm,内径15mmに巻きトロイダル磁心を作製
した。次に窒素ガス雰囲気中430℃で1時間保持し、磁
路と直角方向に3000Oeの磁場を印加しながら40℃/minの
冷却速度で190℃まで冷却後、190℃に12時間保持し室温
まで冷却し、△B=0.2T,td=10μs,T=1msのμpを測
定した。μpとCu量Cの関係を第2図に示す。
cが0.1未満ではμp改善の効果はほとんどなく、c
が2%を越えると急激にμpが低下する。
したがって、Cu量cの好ましい範囲は0.1≦c≦0.2で
あることがわかる。
実施例4 単ロール法により幅10mm,厚さ20μmの(Co0.95Fe
0.03Mn0.0372.5Cr4Cu0.5Si14B9アモルファス合金を作
製した。
次に外径25mm,内径18mmに巻きトロイダル磁心を作製
し、真空中390℃で保持時間をかえ熱処理後磁路と直角
方向に磁場をかけながら10℃/minの冷却速度で200℃ま
で冷却し8時間保持後、室温まで冷却した。
作製した磁心の応力緩和度γ0/γとtd=10μs,△B=
0.2T,T=1msの場合のμpの関係を第3図に示す。
応力緩和度γ0/γが90%を越えるとμpの改善が著し
く好ましい結果が得られることがわかる。
実施例5 単ロール法により幅12mm,厚さ17μmの(Co0.98−bF
e0.02Mnb73.4Mo2.3Cu0.3Si15B9アモルファス合金を作
製した。
次に、外径25mm,内径19mmのトロイダル磁心を作製
し、窒素ガス雰囲気中430℃で1時間保持後、磁路と直
角方向に2000Oeの磁場を印加しながら5℃/minの冷却速
度で200℃まで冷却し24h保持後室温まで冷却し、td=10
μs,△B=0.2T,T=1msの場合のμpを測定した。
作製した磁心のμpとMn量bの関係を第4図に示す。
図から明らかなようにMn量bは、0.01≦b≦0.08の範
囲がμpが高いため好ましいことがわかる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来不充分であった実効パルス透磁
率を改善したアモルファス磁心を得ることができるため
その効果は著しいものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は(Co0.93Fe0.2Mn0.0573.3Mo2.5Cu0.2Si15B9
アモルファス磁心の実効パルス透磁率μpと磁場中熱処
理時間tの関係を示した図、第2図は(Co0.93Fe0.02Mn
0.0574-cNb2CucSi15B9アモルファス磁心のμpとc量
の関係を示した図、第3図は(Co0.95Fe0.03Mn0.03
72.5Cr4Cu0.5Si14B9アモルファス磁心の応力緩和度γ0/
γとμpの関係を示した図、第4図は(Co0.98−bFe
0.02Mnb73.4Mo2.3Cu0.3Si15B9アモルファス磁心のμ
pとMn量bの関係を示した図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】組成式(Co1-a-bFeaMnb100-x-c-y-zMxCu
    cSiyBz(原子%)で表わされ、ここでMはTi,Zr,Hf,V,N
    b,Ta,Cr,W,Ni,Moから選ばれる少なくとも1種の元素で
    あり、0≦a≦0.05,0.01≦b≦0.08,0.1≦x≦5,0.1≦
    c≦2,7≦y≦18,7≦z≦16,22≦y+z≦28の関係を有
    するアモルファス合金からなり、角形比20%以下、応力
    緩和度90%以上であることを特徴とする実効パルス透磁
    率に優れたアモルファス磁心。
  2. 【請求項2】組成式(Co1-a-bFeaMnb100-x-c-y-zMxCu
    cSiyBz(原子%)で表わされ、ここでMはTi,Zr,Hf,V,N
    b,Ta,Cr,W,Ni,Moから選ばれる少なくとも1種の元素で
    あり、0≦a≦0.05,0.01≦b≦0.08,0.1≦x≦5,0.1≦
    c≦2,7≦y≦18,7≦z≦16,22≦y+z≦28の関係を有
    するアモルファス合金薄帯をトロイダル状に巻き回した
    後結晶化温度以下でかつ最低350℃の温度で少なくとも2
    0分の熱処理を実施し応力緩和度を90%以上とした後、
    交流あるいは直流の磁場を使用する際の磁心の磁路方向
    と直角方向に加えながら50℃/min以下の平均冷却速度で
    200℃以下の温度まで冷却することを特徴とする実効パ
    ルス透磁率に優れたアモルファス磁心の製造方法。
  3. 【請求項3】組成式(Co1-a-bFeaMnb100-x-c-y-zMxCu
    cSiyBz(原子%)で表わされ、ここでMはTi,Zr,Hf,V,N
    b,Ta,Cr,W,Ni,Moから選ばれる少なくとも1種の元素で
    あり、0≦a≦0.05,0.01≦b≦0.08,0.1≦x≦5,0.1≦
    c≦2,7≦y≦18,7≦z≦16,22≦y+z≦28の関係を有
    するアモルファス合金薄帯をトロイダル状に巻き回した
    後結晶化温度以下でかつ最低350℃の温度で少なくとも2
    0分の熱処理を実施し、応力緩和度を90%以上とし200℃
    以下の温度まで50℃/min以上の平均冷却速度で冷却した
    後、交流あるいは直流の磁場を使用する際の磁心の磁路
    方向と直角方向に加えながらキューリー温度以下、150
    ℃以上の温度に少なくとも20分保持後室温付近まで冷却
    することを特徴とする実効パルス透磁率に優れたアモル
    ファス磁心の製造方法。
  4. 【請求項4】組成式(Co1-a-bFeaMnb100-x-c-y-zMxCu
    cSiyBz(原子%)で表わされ、ここでMはTi,Zr,Hf,V,N
    b,Ta,Cr,W,Ni,Moから選ばれる少なくとも1種の元素で
    あり、0≦a≦0.05,0.01≦b≦0.08,0.1≦x≦5,0.1≦
    c≦2,7≦y≦18,7≦z≦16,22≦y+z≦28の関係を有
    するアモルファス合金薄帯をトロイダル状に巻き回した
    後結晶化温度以下でかつ最低350℃の温度で少なくとも2
    0分の熱処理を実施し、応力緩和度を90%以上とした
    後、交流あるいは直流の磁場を使用する際の磁心の磁路
    方向と直角方向に加えながら50℃/min以下の平均冷却速
    度で磁心材料のキューリー温度以下150℃以上に冷却
    し、少なくとも20分ほぼ一定温度に保持後室温まで冷却
    することを特徴とする実効パルス透磁率に優れたアモル
    ファス磁心の製造方法。
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US5151137A (en) * 1989-11-17 1992-09-29 Hitachi Metals Ltd. Soft magnetic alloy with ultrafine crystal grains and method of producing same
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