JP2941534B2 - 軟磁性の良好なFe−Co系軟磁性材料及び軟磁性電気部品組立体 - Google Patents
軟磁性の良好なFe−Co系軟磁性材料及び軟磁性電気部品組立体Info
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Description
したアクチュエータのコア等に用いられるところの、大
きな磁束密度を有するFe−Co系軟磁性材料及び軟磁
性電気部品に係る。
て、回転機等の電気的なアクチュエータのコア等に用い
られる。従来より知られるように、FeとCoの合金
は、金属系材料のなかで最も大きな飽和磁化を持ち、そ
の最大値はCo30%付近で2.45Tである。また、
室温では若干小さくなり、Co40%付近で最大にな
る。このように大きな磁化を持つために、この合金を組
み込んだアクチュエータは強力な磁化力を得ることがで
きる。Fe−Co合金は、730℃以下の時Fe:Co
=1:1付近で、B2型規則相が出現することが知られ
ている。Bozorothらは、Fe−Co合金の透磁
率を調べ、組成比1:1近傍で透磁率が極めて大きくな
ることを見いだした。現在はこの組成に加工、成形性を
良好ならしめるために、V,Cr等を添加した合金が実
用に供されている。
性材料には、Fe−Si,Fe−Ni,Fe−Si−A
l,純鉄系,アモルファス等がある。Fe系材料の特長
は、磁束密度が高く、大きな磁気力を得られることであ
る。Feの飽和磁束密度が2.15Tで、他の材料もだ
いたい1.0〜2.0Tの間にある。その中で、2.4
Tと言う値を持つFe−Coが抜きんでている。ところ
が、軟磁気特性を比較すると、最大透磁率が、Fe−N
i系で400000程度、Fe−Si−Alで2500
00、アモルファスで200000程度であるのに対
し、Fe−Co合金は15000程度で、他材料より劣
る。そのため、大きな飽和磁束密度を十分に生かすため
に、大きな励磁力を必要としているのが現状である。
クチュエータの小型化が重要課題となってきている。そ
のために、磁束密度の高い軟磁性材料へのニーズが高ま
ってきている。このような情勢の中でFe−Co合金は
極めて有望な材料であり、その軟磁気特性の向上は、今
後の軟磁性材料開発の中で重要なポイントとなるのであ
る。
に非常に強力な磁気力を得ることができるFe−Co系
軟磁性合金の、軟磁気特性を向上させ、そしてその特長
を十分利用し、新たな機器開発の可能性を広げることが
できるFe−Co系軟磁性材料を提供することを目的と
するものであり、さらにこの軟磁性材料を用いた電気部
品組立体を提供することを目的とする。
金の軟磁気特性を向上させるために行った一連の実験よ
り得られた知見を基になされたものであり、その要旨と
するところは、組成比でCo30〜70wt%を含むFe
−Co系軟磁性材料に、磁化方向に張力を付与するか、
もしくは電気部品として組立ての状態で、前記張力を付
与することによって、著しく軟磁性を改善したFe−C
o系軟磁性材料または電気部品組立体にある。
明する。まず成分であるが、Co量が30%未満、或い
は70%を超えると、十分な軟磁気特性が得られず、ま
た、本発明を適用しても十分な効果が得られなかったの
で、このように限定した。また、軟磁気特性は良好な成
分、金属相が得られているときは、室温で非常に脆く、
加工、成形が困難となるが、この場合、V,Cr,C,
Si,Alの一種または二種以上を添加することにより
これが改善され、それらの添加量が4wt%以下の時本発
明の効果は損なわれなかった。4wt%を超えて添加する
と、合金中にγ相等異相が析出し、軟磁性が損なわれ
た。
者らは、冷延後焼鈍したFe−Co合金の板を、交流励
磁した際、試料のばたつき(振動)が、他材料、特に珪
素鋼板と較べて極めて大きいことに気づいた。試料のば
たつきが大きいと精度の良い測定が行えないので、試料
をベニヤ板で押さえながら測定を行ったところ、押える
力の入れ具合によって、特性が大きく変化することを発
見した。そこで今度は、試料にさまざまな応力を加えて
軟磁気特性を測定した。その結果磁化方向に張力を加え
ることによって、軟磁気特性が飛躍的に向上することを
知見した。
を示す。即ち図1は印加張力と軟磁気特性の関係を示す
ものであって、(a)図には鉄損値、(b)図には直流
での最大透磁率、(c)図には磁化力1エルステッド
(Oe)での磁束密度、(d)図には磁化力0.1Oeでの
磁束密度を示す。実験に供した試料は、真空溶解によっ
てFe49wt%、Co49wt%、V2wt%のインゴット
を作成し、熱間圧延を行って板厚2mmにした後、焼き入
れ処理を行って良加工材を得た。この材料を冷間圧延に
よって板厚0.2mmにした後、H2 雰囲気中で焼鈍し
た。このとき焼き入れ時の加熱時間を1〜180分の間
で変化させた。試料の両端を小形クランプではさんで荷
重をかけ、張力を0.5kgf/mm2 加えることによって直
流最大透磁率が2〜3倍(図1(b))、保磁力が半分
以下にまで変化する。また、交流特性も格段に向上し、
鉄損はW17/50 で、2.0w/kgが、1.0w/kgまで減少
し、方向性電磁鋼板並になる。B8 は2.1Tから2.
2Tまで向上する。また、磁化力1Oeでの磁束密度は、
1.5Tから1.9T程度にまで向上し、方向性電磁鋼
板並の磁気エネルギーが、1/10の磁化力で得られる
ことになる。
した。わずかでも張力を印加すれば軟磁性は向上する
が、図1(b)より最大透磁率の向上が顕著になって、
実用上でも効果が得られるようになるのは0.1kgf/mm
2 以上の時である。2kgf/mm2張力を印加すると、本発
明の効果は飽和するが、これ以上の張力を印加しても、
弾性限以下であれば効果が損なわれることはない。本材
料の弾性限は、引張り試験の結果80kgf/mm2 であっ
た。従って、印加張力の上限は、80kgf/mm2 とする。
することは、従来より方向性電磁鋼板で知られていた。
しかしこれは方向性電磁鋼板特有の集合組織に対して、
鉄損特性を向上させるものであって、例えば張力被膜を
有することで、方向性電磁鋼板の磁束密度は劣化する。
また方向性電磁鋼板の場合、このような効果は圧延方
向、即ち結晶粒の(110)〔001〕方位が集積して
いる方向について顕著に認められているが、Fe−Co
系軟磁性材料の場合は、集合組織に関係なく、鋼板面内
の全方位について同等に認められた。即ち本発明の効果
は、方向性電磁鋼板で得られている効果とは異質のもの
であることが分かる。
に、本発明者らは、いくつかの方法を試みた。詳細は実
施例の項で述べるが、その一例を示す。図2に示すよう
に、Fe:49wt%、Co:49wt%、V:2wt%の成
分を持つ合金を溶製し、外径45mm、内径33mm、厚さ
5mmのリング1を鋳造により作成した。このリングを8
50℃に加熱して熱膨張させた後、外周方向に長さ5m
m、深さ3mmの切り欠き3を持つ外径33.05mm、厚
さ5mmの円盤2を室温のままはめ込んだ。この試料を大
気中で徐冷し、円盤の切り欠きの中に励磁コイル4と2
次コイル5をまいて、小形トランスを作成した。その時
の最大透磁率は10000であった。リング試料の中に
円盤をはめ込まずに同じ熱処理を行った時の最大透磁率
は、5500であった。この効果はいわゆる焼きばめに
よってリングの円周方向に与えられた張力が、本発明の
効果を発現したものである。このように、鋼板状試料だ
けでなくブロック状試料においても本発明の効果は確認
されている。なお、この時用いた材料の弾性定数は15
00kgf/mm2 であったので、印加された張力は、2.3
kgf/mm2 程度ということになる。
3%からなり、冷間圧延法によって得られた板厚0.1
mmの鋼板の表面に、小さなSiO2 の粒子を分散させた
燐酸塩を塗布し、800℃の温度で焼き付けた。この鋼
板から、内径20mm、外径40mmのリング試料を打ち抜
き、20枚積層してリングコアを作成した。このコアに
1次巻き線と2次巻き線を施して簡易トランスを作り、
鉄損を測定した。また、スパッタ法により、表面にTi
Nをコーティングした鋼板からも同様のトランスを作成
した。比較材として、表面に何もつけなかった鋼板でも
測定を行った。結果を表1に示す。
かかる。これをリング状に加工すると張力はリングの円
周方向、即ち磁化の方向に付与されることになる。表中
本発明に相当する2試料の片面を酸洗し、被膜を除去す
ると、鋼板は被膜を除去した面側に反るのが観察され
た。これは、上記2試料に、被膜張力が付与されている
ことを意味する。反り具合と鋼板の弾性定数から被膜張
力を計算し、表中に合わせて示した。このようにして張
力の効果を有するFe−Co軟磁性鋼板を得ることがで
きた。
%、C:0.5%の成分を持ち、冷間圧延法によって得
られた、板厚0.3mmの鋼帯を、幅10mmにスリット
し、外径50mm、肉厚2mm、長さ10mmの非磁性ステン
レスパイプに、張力を加えながら巻き付け、巻き厚20
mmになった時点で端部をスポット溶接し、トロイダルコ
アを作成した。また、鋼帯を脱炭焼鈍し、C:0.05
%とした素材も用いて同様のコアの作成した。表2に、
巻き取り張力を各種に変えたときの直流最大透磁率と、
磁化力1Oeのときの磁束密度を示す。表に示した通り、
張力が付与された材料をコアに用いると、特性が各段に
良くなることがわかる。また、張力は2.0kgf/mm2 で
ほぼ飽和している。
%、V:5%、Si:1%、Al:2%含んだ鋼板につ
いて作成した。この時の特性を表3に示す。
49wt%、V:2wt%、板厚0.2mmの鋼帯を図3に示
すElコア6に加工した。このコア6を、図4に示すよ
うに、コア6と同形に加工した上下の押え板(非磁性ス
テンレス鋼板)7,8に挟んで、四隅をボルト9で締め
付けて、面圧がかかった状態でトランスを作成した。こ
のときの面圧力と鉄損の測定結果を表4に示す。面圧を
かけると鉄損特性が良好になることがわかる。板厚方向
に圧力をかけると、弾性の法則により、板面方向には張
力成分が生じ、この結果、本発明で得られた効果が発現
することになる。
極めて高く、かつ軟磁気特性の良好なFe−Co系材料
を提供することができる。その結果、これまでになく、
極めて高性能な電気的アクチュエータを製造することが
可能となる。
って、それぞれ張力と(a)は鉄損(W17/50 )、
(b)は直流での最大透磁率(B8 )、(c)は直流で
の磁束密度(磁化力1Oe)、(d)は直流での磁束密度
(磁化力0.1Oe)との関係を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 組成比でCo30〜70wt%を含むFe
−Co系軟磁性材料に、磁化方向に張力を付与したこと
を特徴とする軟磁性の良好なFe−Co系軟磁性材料。 - 【請求項2】 V,Cr,C,Si,Alの一種または
二種以上を0.01〜4%を含むFe−Co系軟磁性材
料であることを特徴とする請求項1記載の軟磁性の良好
なFe−Co系軟磁性材料。 - 【請求項3】 張力付与手段が鋼板表面の張力被膜であ
ることを特徴とする請求項1記載の軟磁性の良好なFe
−Co系軟磁性材料。 - 【請求項4】 張力が0.1〜80kgf/mm2 であること
を特徴とする請求項1記載の軟磁性の良好なFe−Co
系軟磁性材料。 - 【請求項5】 組成比でCo30〜70wt%を含むFe
−Co系軟磁性材料を、磁化方向に張力付与状態に組立
てたことを特徴とする軟磁性の良好なFe−Co系軟磁
性電気部品組立体。 - 【請求項6】 V,Cr,C,Si,Alの一種または
二種以上を0.01〜4%を含むFe−Co系軟磁性材
料であることを特徴とする請求項5記載の軟磁性の良好
なFe−Co系軟磁性電気部品組立体。 - 【請求項7】 張力付与手段が焼嵌め或いは張力下での
巻付け等組立体として付与されることを特徴とする請求
項5記載の軟磁性の良好なFe−Co系軟磁性電気部品
組立体。 - 【請求項8】 張力が0.1〜80kgf/mm2 であること
を特徴とする請求項5記載の軟磁性の良好なFe−Co
系軟磁性電気部品組立体。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP3332109A JP2941534B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 軟磁性の良好なFe−Co系軟磁性材料及び軟磁性電気部品組立体 |
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JPH05304014A JPH05304014A (ja) | 1993-11-16 |
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1991
- 1991-12-16 JP JP3332109A patent/JP2941534B2/ja not_active Expired - Fee Related
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