JP6107140B2 - Fe基アモルファスの製造方法及び鉄心の製造方法 - Google Patents
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Description
Fe基アモルファス合金からなるFe基軟磁性合金薄帯を単ロール法で製造する場合、溶湯ノズルと冷却ロールとの間に形成される溶湯パドルはどうしても振動する。溶湯パドルの振動は、溶湯パドルの粘度及び表面張力、溶湯ノズルの温度分布、冷却ロールの表面状態等に影響される。溶湯ノズルに温度分布があると、溶湯ノズルの局部的変形、溶湯ノズルと冷却ロールとの間隔の幅方向変動等が起きる。また溶湯パドルに温度分布があると、温度が低い溶湯パドル部分に接する冷却ロール表面に酸化物等が付着し、溶湯パドルの振動が大きくなる。溶湯パドルの振動は、製造すべきFe基アモルファス合金薄帯が幅広になるほど大きく、具体的には20 mm以上、特に50 mm以上の幅を有するFe基アモルファス合金薄帯では顕著になる。これは、Fe基アモルファス合金薄帯が幅広になるほど、溶湯パドルの温度分布の影響が大きくなるためであると考えられる。
図1は、Fe基アモルファス合金薄帯1の自由面の波状凹凸2を模式的に示す。波状凹凸2を構成する谷部3は磁区の細分化により渦電流損失の低減に寄与するので、波状凹凸2は薄帯1の幅方向全体に形成されているのが望ましいが、薄帯1の長手方向中心線を中心として幅方向に70%以上占めていれば十分な渦電流損失の低減効果が得られる。波状凹凸2の幅方向占有率は80%以上が好ましく、100%が最も好ましい。なお、谷部3が幅方向に断絶していても、波状凹凸2の幅方向占有率が全体的に70%以上であれば良い。波状凹凸2の幅方向占有率は、薄帯1の長手方向に任意の5つの領域(長手方向50 mm)を選択し、各領域において測定した幅方向占有率を平均化することにより求める。
図3(a) は本発明のFe基アモルファス合金薄帯を製造するのに用いる装置の一例を示す。この装置は、Fe基合金溶湯11を収容する坩堝12と、溶湯11を加熱するために坩堝12の外周に配置された高周波コイル13と、溶湯11を冷却ロール15上に噴出するために坩堝12の底面に設けられた溶湯ノズル14と、冷却ロール15上で急冷により形成されたFe基アモルファス合金薄帯を剥離するためのガスを噴出する剥離ノズル17と、Fe基アモルファス合金薄帯16を巻き取るリール18と、溶湯ノズル14の温度を一定に保つための加熱ガスを噴出する加熱ノズル21と、溶湯パドル11aより回転方向上流側で冷却ロール15に接触するように配置されたワイヤーブラシロール22とを具備する。溶湯11を噴出する溶湯ノズル14のオリフィスはスリット状である。
本発明の鉄心は、前記Fe基アモルファス合金薄帯を積層又は巻回してなる。本発明のFe基アモルファス合金薄帯の渦電流損失及びヒステリシス損失はともに低減されているので、それを用いた鉄心は低鉄損である。鉄心は、窒素ガス、Ar等の不活性ガス中、真空中又は大気中で熱処理する。熱処理中、鉄心の磁路方向に磁界を印加すると、高角形比で皮相電力及び鉄損が低い鉄心が得られる。高角形比を得る場合、鉄心が磁気的に飽和する強さの磁界を印加する。磁界の強さは好ましくは400 A/m以上であり、より好ましくは800 A/m以上である。印加する磁界は直流磁界が多いが、交流磁界でも良い。熱処理は単段でも多段でも良い。
図3(a) に示す装置において、長さ50 mm及び幅0.6 mmのスリット状開口部を有するセラミックス製溶湯ノズル14を用い、溶湯ノズル14の先端と冷却ロール15との間隔を250μmとした。Cu-Cr-Zr合金製の水冷ロール15は周速25.5 m/sで回転させた。加熱ノズル21から1250℃の炭酸ガスを噴出しながら、溶湯ノズル14から回転する水冷ロール15上に、11.5原子%のB、9.5原子%のSi及び0.3原子%のCを含有し、残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる1300℃の合金溶湯を噴出し、幅50 mm及び平均板厚24.3μmのFe基アモルファス合金薄帯を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の製造中、溶湯ノズル14の幅方向温度分布は1200℃±10℃と非常に均一であった。
加熱ノズル21から加熱炭酸ガスを噴出しない以外実施例1と同じ条件で、Fe基アモルファス合金薄帯を製造した。このFe基アモルファス合金薄帯はX線回折においてハローパターンを示し、その自由面に形成された波状凹凸2は薄帯の幅の80%の範囲にわたって連続した谷部3を有していた。波状凹凸2の平均長手方向間隔L及び谷部3と山部4の平均高低差tは実施例1とほぼ同じであったが、谷部3の平均振幅Dは24.0 mmと著しく大きかった。
ワイヤーブラシロール11を用いない以外実施例1と同じ条件で、Fe基アモルファス合金薄帯を製造した。このFe基アモルファス合金薄帯はX線回折においてハローパターンを示し、その自由面に形成された波状凹凸2は薄帯の幅の80%の範囲にわたって連続した谷部3を有していた。長時間の製造中に冷却ロール15に酸化物が付着したために、Fe基アモルファス合金薄帯の自由面における波状凹凸2は著しく乱れており、平均長手方向間隔Lは2.1 mmであり、谷部3と山部4の平均高低差tは7.3μmであり、谷部3の平均振幅Dは26.4 mmであった。
図3(a) に示す装置において、長さ30 mm及び幅0.5〜0.7 mmのスリット状開口部を有するセラミックス製溶湯ノズル14を用い、溶湯ノズル14の先端と冷却ロール15との間隔を150〜300μmとした。Cu-Be合金製の水冷ロール15は周速20〜35 m/sで回転させた。加熱ノズル21から1190℃の炭酸ガスを噴出しながら、溶湯ノズル14から回転する水冷ロール15上に、表2に示す組成(原子%)を有する1250〜1350℃の各合金溶湯を噴出し、幅30 mmのFe基アモルファス合金薄帯を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の製造中、溶湯ノズル14の幅方向温度分布は1200℃±10℃と非常に均一であった。
加熱ノズル21から加熱炭酸ガスを噴出しない以外実施例2〜19と同じ条件で、Fe基アモルファス合金薄帯を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の製造中、溶湯ノズル14の幅方向温度分布は1200℃±30℃と大きかった。
図3(a) に示す装置において、長さ30 mm及び幅0.5〜0.7 mmのスリット状開口部を有するセラミックス製溶湯ノズル14を用い、溶湯ノズル14の先端と冷却ロール15との間隔を150〜300μmとした。Cu-Be合金製の水冷ロール15は周速20〜35 m/sで回転させた。加熱ノズル21から1250℃の炭酸ガスを噴出しながら、溶湯ノズル14から回転する水冷ロール15上に、表4に示す組成(原子%)を有する1250〜1350℃の各合金溶湯を噴出し、幅30 mmのFe基アモルファス合金薄帯を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の製造中、溶湯ノズル14の幅方向温度分布は1200℃±10℃と非常に均一であった。
加熱ノズル21から加熱炭酸ガスを噴出しない以外実施例20〜39と同じ条件で、Fe基アモルファス合金薄帯を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の製造中、溶湯ノズル14の幅方向温度分布は1200℃±35℃と大きかった。
図3(a) に示す装置において、長さ25 mm及び幅0.6 mmのスリット状開口部を有するセラミックス製溶湯ノズル14を用い、溶湯ノズル14の先端と冷却ロール15との間隔を240μmとした。Cu-Cr合金製の水冷ロール15は周速25.5 m/sで回転させた。加熱ノズル21から1250℃の炭酸ガスを噴出しながら、溶湯ノズル14から回転する水冷ロール15上に、15.1原子%のB、3.5原子%のSi及び0.2原子%のCを含有し、残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる1280℃の合金溶湯を噴出し、幅25 mm及び平均板厚24.7μmのFe基アモルファス合金薄帯を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の製造中、溶湯ノズル14の幅方向温度分布は1195℃±10℃と非常に均一であった。
加熱ノズル21から加熱炭酸ガスを噴出しない以外実施例40と同じ条件で製造したFe基アモルファス合金薄帯を用いて、巻鉄心を製造した。Fe基アモルファス合金薄帯の自由面に形成された波状凹凸2における谷部3の平均振幅Dは24.6 mmであった。また1.3 T及び50 Hzにおける巻鉄心の鉄損P1.3/50は0.103 W/kgであり、励磁電力S1.3/50は0.123 VA/kgであった。これから、本発明の要件を満たさないと、鉄損及び励磁電力が大きくなることが分かる。
Claims (8)
- 長手方向にほぼ一定間隔で並ぶ幅方向谷部を有する波状凹凸が自由面に形成されており、前記谷部の平均振幅Dが20 mm以下であるFe基アモルファス合金薄帯を単ロール法により製造する方法であって、(a) 前記溶湯ノズルに加熱ガスを吹き付けるためにスリット状開口部を有する加熱ノズルを使用し、前記加熱ノズルのスリット状開口部の長さを前記溶湯ノズルのスリット状オリフィスの水平方向長さの1.2〜2倍とし、熱ノズルから噴出する加熱ガスの温度を1000〜1400℃とすることにより前記合金の溶湯パドルの温度分布ができるだけ小さくなるように溶湯ノズルの幅方向温度分布を±15℃以内に保つとともに、(b) ワイヤーブラシにより冷却ロール表面に無数の微細なスジを形成し、もって前記冷却ロールの研磨面が0.1〜1μmの平均粗さRa及び0.5〜10μmの最大粗さRmaxを有するようにすることを特徴とするFe基アモルファス合金薄帯の製造方法。
- 請求項1に記載のFe基アモルファス合金薄帯の製造方法において、前記溶湯ノズル及び前記加熱ノズルの開口部を収納し、かつ前記冷却ロールとの間に隙間を有するフードを設けることを特徴とする方法。
- 請求項1又は2に記載のFe基アモルファス合金薄帯の製造方法において、前記谷部に長手方向に隣接する領域に幅方向に延在する山部が形成されていることを特徴とする方法。
- 請求項3に記載のFe基アモルファス合金薄帯の製造方法において、前記Fe基アモルファス合金薄帯の前記谷部と前記山部との平均高低差tと前記薄帯の厚さTとの比t/Tが0.02〜0.2の範囲にあることを特徴とする方法。
- 請求項1又は2に記載のFe基アモルファス合金薄帯の製造方法において、前記谷部が形成されている領域が前記薄帯の全幅の70%以上であることを特徴とする方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のFe基アモルファス合金薄帯の製造方法において、前記谷部が前記薄帯の両側端まで連続して延在していることを特徴とする方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のFe基アモルファス合金薄帯の製造方法において、前記谷部の長手方向間隔Lが1〜5 mmの範囲にあり、前記薄帯の厚さTが15〜35μmの範囲にあることを特徴とする方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の方法によりFe基アモルファス合金薄帯を製造し、前記Fe基アモルファス合金薄帯を積層又は巻回することを特徴とする鉄心の製造方法。
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