JP7234809B2 - 合金薄帯片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法に関する。

従来、単ロール法、双ロール法等の方法で製造された連続したアモルファス合金薄帯から加工されたアモルファス合金薄帯片が、例えば、モータのコア等に用いられている。また、アモルファス合金薄帯片を結晶化したナノ結晶合金薄帯片は、高い飽和磁束密度及び低い保磁力の両立が可能な軟磁性材料であるため、近年、ナノ結晶合金薄帯片が、それらのコアに用いられるようになっている。

ナノ結晶合金薄帯片は、アモルファス合金薄帯片をアモルファス合金の結晶化が起こる温度に加熱することにより製造される。例えば、特許文献１には、このようにアモルファス合金薄帯片を加熱することにより結晶化した合金薄帯片を製造する方法として、アモルファス合金薄帯片を３９０℃以上４８０℃以下の温度に加熱する熱処理で結晶化する方法が記載されている。

特開２０１８－５００５３号公報

しかしながら、アモルファス合金薄帯片を加熱することにより結晶化した合金薄帯片製造を製造する方法において、アモルファス合金薄帯片の全体をアモルファス合金の結晶化が合金薄帯片の広範囲の部位で完了する温度に同時に昇温させる場合には、アモルファス合金薄帯片の広範囲の部位で結晶化に伴う自己発熱が同時に起こり、アモルファス合金薄帯片が過昇温する結果、合金薄帯片が燃焼する等の問題が生じることがある。そこで、このような問題を生じさせずに、軟磁気特性に優れたナノ結晶合金薄帯片を容易に製造できる方法が求められている。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軟磁気特性に優れた合金薄帯片を容易に製造できる合金薄帯片の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に係る合金薄帯片の製造方法は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、アモルファス合金薄帯片を準備する準備工程と、上記アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度まで昇温させる第１昇温工程と、上記アモルファス合金薄帯片を上記結晶化開始温度から結晶化完了温度以下の結晶化処理終了温度まで昇温させる第２昇温工程と、を備え、上記第２昇温工程における上記アモルファス合金薄帯片の昇温速度は、単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の自己発熱量をΔＱ_ｓｅｌｆ、上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の放熱量をΔＱ_ｏｕｔ、上記アモルファス合金薄帯片の質量及び比熱をそれぞれｍ及びｃ、上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の昇温幅をΔＴとしたときに、下記式（１）を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、軟磁気特性に優れた合金薄帯片を容易に製造できる。

本実施形態の合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。 本実施形態の合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。 本実施形態の合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。 本実施形態の合金薄帯片の製造方法の一例における加熱炉の温度履歴を従来の合金薄帯片の製造方法に係る例における加熱炉の温度履歴とともに概略的に示すグラフである。 示差走査型熱量分析計（ＤＳＣ）により測定されるアモルファス合金薄帯片のＤＳＣ曲線の一例を概略的に示すグラフである。

以下、本発明の合金薄帯片の製造方法に係る実施形態について説明する。

本実施形態の合金薄帯片の製造方法は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、アモルファス合金薄帯片を準備する準備工程と、上記アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度まで昇温させる第１昇温工程と、上記アモルファス合金薄帯片を上記結晶化開始温度から結晶化完了温度以下の結晶化処理終了温度まで昇温させる第２昇温工程と、を備え、上記第２昇温工程における上記アモルファス合金薄帯片の昇温速度は、単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の自己発熱量をΔＱ_ｓｅｌｆ、上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の放熱量をΔＱ_ｏｕｔ、上記アモルファス合金薄帯片の質量及び比熱をそれぞれｍ及びｃ、上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の昇温幅をΔＴとしたときに、下記式（１）を満たすことを特徴とする。

ここで、「結晶化開始温度」とは、アモルファス合金薄帯片の昇温時にアモルファス合金の結晶化がいずれかの部位で開始する温度を指し、「結晶化完了温度」とは、アモルファス合金薄帯片の昇温時にアモルファス合金の結晶化が全ての部位で完了する温度を指す。なお、アモルファス合金の結晶化とは、アモルファス合金の材質等によって異なり、Ｆｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、微細なｂｃｃＦｅ結晶を析出させることを意味する。また、「結晶化処理終了温度」とは、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の飽和磁束密度及び保磁力等のような特性値が所望の値になるように設定される、結晶化完了温度以下の温度を指す。

また、「上記第２昇温工程における上記アモルファス合金薄帯片の昇温速度」とは、結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温過程（以下では単に「昇温過程」と略すことがある。）におけるアモルファス合金薄帯片の昇温速度であって、外部環境からアモルファス合金薄帯片へ移動する熱による昇温の速度を指す。このため、「上記第２昇温工程における上記アモルファス合金薄帯片の昇温速度」には、アモルファス合金薄帯片の結晶化に伴う自己発熱で生じる熱による昇温の速度は含まれない。

さらに、「単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の自己発熱量」とは、昇温過程において、単位時間でアモルファス合金薄帯片の結晶化に伴う自己発熱により生じる熱量を指す。また、「上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の放熱量」とは、昇温過程において、上記単位時間でアモルファス合金薄帯片から外部環境に放出される熱量を指す。さらに、「上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の昇温幅」とは、昇温過程において、上記単位時間で外部環境からアモルファス合金薄帯片へ移動する熱によりアモルファス合金薄帯片が昇温する場合の昇温幅を指す。このため、「上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の昇温幅」には、昇温過程において、上記単位時間でアモルファス合金薄帯片の結晶化に伴う自己発熱により生じる熱によってアモルファス合金薄帯片が昇温する場合の昇温幅は含まれない。

本実施形態の合金薄帯片の製造方法について、まず、例示して説明する。
ここで、図１（ａ）～図３（ｉ）は、本実施形態の合金薄帯片の製造方法の一例を示す概略工程図である。図４は、本実施形態の合金薄帯片の製造方法の一例における加熱炉の温度履歴を従来の合金薄帯片の製造方法に係る例における加熱炉の温度履歴とともに概略的に示すグラフである。図５は、示差走査型熱量分析計（ＤＳＣ）により測定されるアモルファス合金薄帯片のＤＳＣ曲線の一例を概略的に示すグラフである。

本実施形態の一例においては、まず、図１（ａ）に示されるように、一般的な方法で作製された連続したシート状のアモルファス合金薄帯１をプレス機Ｐで打ち抜くことによって、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを作製し、準備する（準備工程）。それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａは、モータのステータコアを構成する環状の合金薄帯が周方向で１／３に分割された形状を有する薄帯である。

次に、図１（ｂ）に示されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを積層することで積層体１０Ａを形成する。次に、図１（ｃ）及び図２（ｄ）に示されるように、積層体１０Ａを横向きとし、一組の板状部材からなる治具Ｊを用いて、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態で周方向の両端を挟むことで固定する。

次に、図２（ｅ）及び図４の温度履歴Ａに示されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、常温の環境から温度を４００℃に設定した加熱炉Ｆ内に移動させることにより４００℃まで昇温させる。

次に、図２（ｆ）及び図４の温度履歴Ａに示されるように、加熱炉Ｆの温度を均一な昇温速度（６℃／秒）において１０秒間で４００℃から４６０℃まで昇温させる。これにより、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態において、均一な昇温速度（６℃／秒）で４００℃から４１９．１９℃（結晶化開始温度）まで昇温させた後に、均一な昇温速度（６℃／秒）で４１９．１９℃（結晶化開始温度）から結晶化完了温度（５００℃）以下の４６０℃（結晶化処理終了温度）まで昇温させる（第１昇温工程及び第２昇温工程）。

一枚のアモルファス合金薄帯片において、アモルファス合金が結晶化する温度は各部位で異なり分布を有している。すなわち、一枚のアモルファス合金薄帯片では、アモルファス合金が相対的に低い温度で結晶化する部位と相対的に高い温度で結晶化する部位とがある。よって、アモルファス合金薄帯片１の昇温時には、図５に示されるＤＳＣ曲線からわかるように、アモルファス合金の結晶化がいずれかの部位で開始する４１９．１９℃（結晶化開始温度）からアモルファス合金の結晶化が全ての部位で完了する５００℃（結晶化完了温度）まで連続して、結晶化に伴う自己発熱が起こり、熱が生じることになる。なお、図５に示されるＤＳＣ曲線では、発熱量がピークとなる温度が、例えば、４２７．２２℃になる。本段落で説明したアモルファス合金薄帯片の特性を以下では「アモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性」として参照する。

このようなアモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性を前提として、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａにおいて、隙間Ｓにより十分に放熱されることで、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度は、単位時間でのアモルファス合金薄帯片２Ａの自己発熱量をΔＱ_ｓｅｌｆ、上記単位時間でのアモルファス合金薄帯片２Ａの放熱量をΔＱ_ｏｕｔ、アモルファス合金薄帯片２Ａの質量及び比熱をｍ及びｃ、上記単位時間で加熱炉Ｆ内の外部環境からアモルファス合金薄帯片２Ａへ移動する熱によりアモルファス合金薄帯片２Ａが昇温する場合の昇温幅（上記単位時間でのアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温幅）をΔＴとしたときに、下記式（１）を満たす。なお、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度とは、第２昇温工程での４１９．１９℃（結晶化開始温度）から４６０℃（結晶化処理終了温度）までの昇温過程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度であって、加熱炉Ｆ内の外部環境からアモルファス合金薄帯片２Ａへ移動する熱による昇温の速度を指す。

このような第２昇温工程によって、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａをそれぞれの全体が結晶化した複数枚の合金薄帯片２Ｃとする。

次に、図３（ｇ）に示されるように、複数枚の合金薄帯片２Ｃを加熱炉Ｆ内から出して常温の環境に移動させることで常温まで冷却することで結晶化した結晶粒の成長を停止させ、複数枚の合金薄帯片２Ｃを圧力で互いに密着させて積層体１０Ｂを形成する（冷却工程）。以上により、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａそれぞれの全体が結晶化した複数枚のナノ結晶合金薄帯片２Ｃを製造する。なお、本実施形態の一例においては、続けて、図３（ｈ）及び図３（ｉ）に示されるように、複数枚のナノ結晶合金薄帯片２Ｃを転積することによりステータコア１２を作製した後に、ステータコア１２を、ロータ１４、コイル（図示せず）、及びケース（図示せず）と組み合わせることにより、モータ２０を作製する。

ここで、従来の合金薄帯片の製造方法に係る例として従来例１～４を説明する。

従来例１においては、図４の温度履歴Ｂに表されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、４００℃まで昇温させた後に、加熱炉Ｆの温度を１０秒間４００℃に維持することにより１０秒間４００℃に維持する点を除いて、本実施形態の一例と同様の製造方法を行うことにより、複数枚の合金薄帯片を製造する。この場合には、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａが４００℃までしか昇温されないため、上記のようなアモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性から、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａはそれぞれの全体が結晶化することはない。

従来例２においては、図４の温度履歴Ｃに表されるように、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、常温の環境から温度を４６０℃に設定した加熱炉Ｆ内に移動させることにより４６０℃まで昇温させた後に、加熱炉Ｆの温度を１０秒間４６０℃に維持することにより１０秒間４６０℃に維持する点を除いて、本実施形態の一例と同様の製造方法を行う。この場合には、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａは、それぞれの広範囲の部位が同時に結晶化する温度以上の温度に昇温されるために、上記のようなアモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性から、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａそれぞれの広範囲の部位で結晶化に伴う自己発熱が同時に起こる結果、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａが過昇温することで燃焼する等の問題が生じる。

従来例３においては、図４の温度履歴Ｄに示されるように、第１昇温工程及び第２昇温工程において、加熱炉Ｆの温度を均一な昇温速度（１２℃／秒）において５秒間で４００℃から４６０℃まで昇温させることにより、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態において、均一な昇温速度（１２℃／秒）で４００℃から４１９．１９℃（結晶化開始温度）まで昇温させた後に、均一な昇温速度（１２℃／秒）で４１９．１９℃（結晶化開始温度）から４６０℃（結晶化処理終了温度）まで昇温させる点を除いて、本実施形態の一例と同様の製造方法を行う。

従来例３では、上記のようなアモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性を前提として、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａにおいて、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度は、本実施形態の一例と比較して速いために、ΔＱ_ｓｅｌｆ、ΔＱ_ｏｕｔ、ｍ、及びｃ、並びにΔＴの意味を上記式（１）と同様とし、さらに上記単位時間でアモルファス合金薄帯片２Ａの結晶化に伴う自己発熱により生じる熱によってアモルファス合金薄帯片２Ａが昇温する場合の昇温幅をΔＴ_ｓｅｌｆしたときに、下記式（２）を満たす。

第２昇温工程における複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度が上記式（２）を満たし上記式（１）を満たさない場合には、上記単位時間でのアモルファス合金薄帯片２Ａの自己発熱量及び放熱量の差分（ΔＱ_ｓｅｌｆ－ΔＱ_ｏｕｔ）が、上記単位時間で加熱炉Ｆ内の外部環境からアモルファス合金薄帯片２Ａへ移動する熱によりアモルファス合金薄帯片２Ａが昇温幅ΔＴで昇温する場合に必要な熱量ｍｃΔＴより大きくなる。このため、アモルファス合金薄帯片２Ａは、上記単位時間において、自己発熱量及び放熱量の差分（ΔＱ_ｓｅｌｆ－ΔＱ_ｏｕｔ）に応じて、外部環境からアモルファス合金薄帯片２Ａへ移動する熱による昇温幅ΔＴを超える昇温幅ΔＴ_ｓｅｌｆで昇温する。これにより、上記のようなアモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性から、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａそれぞれで結晶化に伴う自己発熱が連鎖的に起こる結果、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａが過昇温することで燃焼する等の問題が生じる。

従来例４においては、図４の温度履歴Ｅに示されるように、第１昇温工程及び第２昇温工程において、加熱炉Ｆの温度を均一な昇温速度（０．２℃／秒）において３００秒間で４００℃から４６０℃まで昇温させることにより、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態において、均一な昇温速度（０．２℃／秒）で４００℃から４１９．１９℃（結晶化開始温度）まで昇温させた後に、均一な昇温速度（０．２℃／秒）で４１９．１９℃（結晶化開始温度）から４６０℃（結晶化処理終了温度）まで昇温させる点を除いて、本実施形態の一例と同様の製造方法を行うことにより、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａそれぞれが結晶化した複数枚の合金薄帯片２Ｃを製造する。この場合には、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温時間が長過ぎるため、結晶化した結晶粒が長時間にわたって成長し粗大化する結果、複数枚の合金薄帯片２Ｃの軟磁気特性が劣化することがある。

これに対し、本実施形態の一例では、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度が、従来例３と比較して遅いことで上記式（１）を満たすことにより、上記単位時間でのアモルファス合金薄帯片２Ａの自己発熱量及び放熱量の差分（ΔＱ_ｓｅｌｆ－ΔＱ_ｏｕｔ）が、上記単位時間で加熱炉Ｆ内の外部環境からアモルファス合金薄帯片２Ａへ移動する熱によりアモルファス合金薄帯片２Ａが昇温幅ΔＴで昇温する場合に必要な熱量ｍｃΔＴ以下となる。このため、アモルファス合金薄帯片２Ａは、従来例３とは異なり、上記単位時間において、外部環境からアモルファス合金薄帯片２Ａへ移動する熱による昇温幅ΔＴを超える昇温幅で昇温することはない。これにより、上記のようなアモルファス合金薄帯片の結晶化反応の特性から、複数枚のアモルファス合金薄帯片２Ａそれぞれで結晶化に伴う自己発熱が連鎖的に起こることを抑制することで、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａが過昇温することを抑制できる。

さらに、本実施形態の一例では、従来例４とは異なり、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温時間が長過ぎないため、結晶化した結晶粒が長時間にわたって成長し粗大化することを抑制できる。よって、軟磁気特性に優れたナノ結晶合金薄帯片２Ｃを製造できる。

よって、本実施形態の一例では、複雑な加熱設備を使用せずに、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度を調整することのみによって、過昇温及び結晶粒の粗大化を抑制し、軟磁気特性に優れたナノ結晶合金薄帯片を製造できる。

本実施形態によれば、本実施形態の一例のように、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片の昇温速度を、上記式（１）を満たすように調整することのみによって、過昇温を抑制し、軟磁気特性に優れた合金薄帯片を容易に製造できる。さらに、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片の昇温速度を所定の速度以上に調整すれば、結晶粒の粗大化を抑制し、軟磁気特性にさらに優れた合金薄帯片を容易に製造できる。

続いて、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法について、各工程の条件を中心に詳細に説明する。

１．準備工程
準備工程においては、アモルファス合金薄帯片を準備する。
ここで、「アモルファス合金薄帯片」とは、例えば、単ロール法、双ロール法等の一般的な方法で製造された連続したシート状のアモルファス合金薄帯片から、例えば、モータ等の最終製品におけるコア等の部品に用いられる所望の形状に打ち抜かれた薄帯片を指す。

アモルファス合金薄帯片は、所望の形状に打ち抜かれた薄帯片であれば特に限定されないが、例えば、モータにおけるステータコア又はロータコアを構成する薄帯、ステータコアを構成する薄帯がさらに周方向で分割された薄帯等が挙げられる。

アモルファス合金薄帯片の材質は、アモルファス合金であれば特に限定されないが、例えば、Ｆｅ基アモルファス合金、Ｎｉ基アモルファス合金、Ｃｏ基アモルファス合金等が挙げられる。中でもＦｅ基アモルファス合金等が好ましい。ここで、「Ｆｅ基アモルファス合金」とは、Ｆｅを主成分とし、例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ等の不純物を含有するものを意味する。「Ｎｉ基アモルファス合金」とは、Ｎｉを主成分とするものを意味する。「Ｃｏ基アモルファス合金」とは、Ｃｏを主成分とするものを意味する。

Ｆｅ基アモルファス合金は、例えば、Ｆｅの含有量が８４原子％以上の範囲内であるものが好ましく、中でもＦｅの含有量がより多いものが好ましい。Ｆｅの含有量により、アモルファス合金薄帯片が結晶化した合金薄帯片の磁束密度が変わるからである。

アモルファス合金薄帯片の平面サイズは、特に限定されないが、例えば、モータにおけるステータコア又はロータコアを構成する薄帯、ステータコアを構成する薄帯がさらに周方向で分割された薄帯の一般的な平面サイズ等が挙げられる。アモルファス合金薄帯片の厚さは、特に限定されないが、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であり、中でも２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内が好ましい。

２．第１昇温工程
第１昇温工程においては、上記アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度まで昇温させる。

結晶化開始温度は、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるものであるが、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、４００℃以上４５０℃以下の範囲内となる。

アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度まで昇温させる方法としては、特に限定されないが、例えば、図１（ａ）～図３（ｉ）に示される一例のように、アモルファス合金薄帯片を移動させた加熱炉内の温度を結晶化開始温度まで昇温させる方法の他、アモルファス合金薄帯片を、炉内の入口側の所定位置の温度が結晶化開始温度に設定され、炉内の出口付近の温度が結晶化処理終了温度に設定され、炉内の入口付近から出口付近まで温度が連続的に変化する連続式の加熱炉（例えば、トンネル炉等）において、入口から炉内の所定位置に移動させる方法等が挙げられる。

３．第２昇温工程
第２昇温工程においては、上記アモルファス合金薄帯片を上記結晶化開始温度から結晶化完了温度以下の結晶化処理終了温度まで昇温させる。上記第２昇温工程における上記アモルファス合金薄帯片の昇温速度は、単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の自己発熱量をΔＱ_ｓｅｌｆ、上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の放熱量をΔＱ_ｏｕｔ、上記アモルファス合金薄帯片の質量及び比熱をそれぞれｍ及びｃ、上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の昇温幅をΔＴとしたときに、下記式（１）を満たす。

ここで、「単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の自己発熱量」、「上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の放熱量」、及び「上記単位時間での上記アモルファス合金薄帯片の昇温幅」における「単位時間」とは、結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温時間／ｎ（ｎ：自然数）を指す。このような単位時間は、例えば、結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温時間以下の範囲内の時間に設定され、中でも１秒以下の範囲内の時間に設定されることが好ましい。

結晶化開始温度は、第１昇温工程と同様であるため、ここでの説明を省略する。結晶化完了温度は、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるものであるが、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、４５０℃以上５５０℃以下の範囲内となる。結晶化処理終了温度は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の飽和磁束密度及び保磁力等のような特性値が所望の値になるように設定される、結晶化完了温度以下の温度であれば特に限定されず、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるものであるが、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、図１（ａ）～図３（ｉ）に示される一例のように４６０℃に設定される。なお、この場合には、結晶化の進行及び結晶粒の成長をさらに抑制して保磁力を低減するために４６０℃未満の温度に設定されてもよいし、結晶化をさらに進行させて飽和磁束密度を向上させるために４６０℃を超える温度に設定されてもよい。

昇温速度は、過昇温を抑制し、所望の軟磁気特性を有する合金薄帯片を製造できれば、上記式（１）を結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温過程で常に満たしていてもよいし、上記式（１）を昇温過程で常に満たしていなくてもよいが、上記式（１）を昇温過程で常に満たしていることが好ましい。過昇温を効果的に抑制できるからである。

昇温速度は、結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温過程で一定でもよいし、昇温過程で変化してもよい。例えば、図５に示されるようなＤＳＣ曲線で発熱量が相対的に小さい温度範囲で相対的に速くし、上記ＤＳＣ曲線で発熱量が相対的に大きい温度範囲で相対的に遅くしてもよい。

上記第２昇温工程における上記アモルファス合金薄帯片の平均昇温速度は、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるものであるが、上記アモルファス合金薄帯片の材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、０．５℃／秒以上２０℃／秒以下の範囲内であり、中でも０．５℃／秒以上１０℃／秒以下の範囲内であることが好ましい。平均昇温速度がこれらの範囲の下限以上であることにより、結晶粒の粗大化を効果的に抑制できるからであり、平均昇温速度がこれらの範囲の上限以下であることにより、過昇温を効果的に抑制できるからである。なお、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片の平均昇温速度とは、結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温過程における昇温速度の平均を指し、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なるものであるが、材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、４００℃以上４５０℃以下の範囲内の結晶化開始温度から結晶化処理終了温度までの昇温過程における昇温速度の平均を指す。

アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度から結晶化処理終了温度まで昇温させる方法としては、特に限定されないが、例えば、図１（ａ）～図３（ｉ）に示される一例のように、アモルファス合金薄帯片を移動させた加熱炉の温度を結晶化開始温度から結晶化処理終了温度まで所望の速度で昇温させる方法の他、アモルファス合金薄帯片を、炉内の入口側の所定位置の温度が結晶化開始温度に設定され、炉内の出口付近の温度が結晶化処理終了温度に設定され、炉内の入口付近から出口付近まで温度が連続的に変化する連続式の加熱炉において、入口から炉内の所定位置に移動させた後にその出口まで移動させる方法等が挙げられる。

４．その他の工程
合金薄帯片の製造方法は、通常、例えば、図１（ａ）～図３（ｉ）に示される一例のように、第２昇温工程において、上記アモルファス合金薄帯片を結晶化開始温度から結晶化処理終了温度まで昇温させた後に、上記アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片を、該合金薄帯片で結晶化した結晶粒の成長が停止する温度まで冷却する冷却工程を備える。

アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片を、該合金薄帯片で結晶化した結晶粒の成長が停止する温度まで冷却する方法としては、特に限定されないが、例えば、図１（ａ）～図３（ｉ）に示される一例のように、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片を加熱炉内から出して常温の環境に移動させることで常温まで冷却する方法等が挙げられる。

５．合金薄帯片の製造方法
合金薄帯片の製造方法は、過昇温を抑制し、所望の軟磁気特性を有する合金薄帯片を製造できる方法であれば特に限定されないが、所望の軟磁気特性を有するナノ結晶合金薄帯片を製造する方法が好ましい。

（１）ナノ結晶合金薄帯片
ここで、「ナノ結晶合金薄帯片」とは、結晶粒の粗大化及び化合物相の析出を実質的に生じさせずに微細な結晶粒を析出させることによって、所望の保磁力等の軟磁気特性が得られるものを意味する。ナノ結晶合金薄帯片の材質は、アモルファス合金薄帯片の材質等によって異なり、アモルファス合金薄帯片の材質がＦｅ基アモルファス合金である場合には、例えば、Ｆｅ又はＦｅ合金の結晶粒（例えば、微細なｂｃｃＦｅ結晶等）及び非晶質相の混相組織を有するＦｅ基ナノ結晶合金となる。

ナノ結晶合金薄帯片の結晶粒の粒径は、所望の軟磁気特性が得られるのであれば特に限定されないが、材質等によって異なり、材質がＦｅ基ナノ結晶合金である場合には、例えば、２５ｎｍ以下の範囲内が好ましい。粗大化すると保磁力が劣化するからである。なお、結晶粒の粒径は、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた直接観察により測定できる。また、結晶粒の粒径は、ナノ結晶合金薄帯片の保磁力又は温度履歴から推定できる。

ナノ結晶合金薄帯片の飽和磁束密度は、ナノ結晶合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基ナノ結晶合金である場合には、例えば、１．７Ｔ以上が好ましい。例えば、モータ等のトルクを大きくできるからである。ナノ結晶合金薄帯片の保磁力は、ナノ結晶合金薄帯片の材質等によって異なり、材質がＦｅ基ナノ結晶合金である場合には、例えば、２０Ａ／ｍ以下であり、中でも１０Ａ／ｍ以下が好ましい。保磁力をこのように低くすることにより、例えば、モータ等のコアにおける損失を効果的に低減できるからである。なお、飽和磁束密度及び保磁力は、例えば、ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて測定できる。

（２）合金薄帯片の製造方法
合金薄帯片の製造方法は、アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、準備工程と第１昇温工程と第２昇温工程とを備え、第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片の昇温速度が上記式（１）を満たす方法であれば特に限定されないが、例えば、図１（ａ）～図３（ｉ）に示される一例のように、上記準備工程において、複数枚の上記アモルファス合金薄帯片を準備し、上記第１昇温工程において、上記複数枚の上記アモルファス合金薄帯片を上記結晶化開始温度まで昇温させ、上記第２昇温工程において、上記複数枚の上記アモルファス合金薄帯片の昇温速度がそれぞれ上記式（１）を満たすように、上記複数枚の上記アモルファス合金薄帯片を隣接する合金薄帯片の間に隙間を設けた状態において上記結晶化開始温度から上記結晶化処理終了温度まで昇温させる方法が好ましい。一回の昇温過程において、複数枚のアモルファス合金薄帯片をそれらの過昇温を抑制しつつ同時に結晶化できるため、軟磁気特性に優れた合金薄帯を容易に量産できるからである。

第２昇温工程において、複数枚のアモルファス合金薄帯片を隣接する合金薄帯片の間に隙間を設けた状態において昇温させる方法で合金薄帯片の間に設ける隙間は、それぞれのアモルファス合金薄帯片が隙間により十分に放熱されることで、それぞれの過昇温を抑制し、所望の軟磁気特性を有する複数枚の合金薄帯片を製造できれば特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上が好ましい。放熱が効果的に生じるからである。

合金薄帯片の製造方法が備える工程を行う雰囲気は、特に限定されないが、例えば、大気雰囲気等を挙げることができる。

合金薄帯片の製造方法は、所望の軟磁気特性を有する合金薄帯片を製造できれば特に限定されないが、例えば、過昇温による燃焼並びに結晶粒の粗大化及び化合物相の析出を実質的に生じさせずに、アモルファス合金薄帯片の全体を結晶化し、結晶化した合金薄帯片の結晶粒を所望の粒径にする製造方法が好ましい。合金薄帯片の製造方法においては、過昇温による燃焼並びに結晶粒の粗大化及び化合物相の析出を実質的に生じさせずに、アモルファス合金薄帯片の全体を結晶化し、結晶化した合金薄帯片の結晶粒を所望の粒径にするために、ここまでに説明した条件だけではなく他の条件も好適に設定することができる。また、各条件を独立に好適に設定するだけでなく、各条件の組み合わせを好適に設定することもできる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本実施形態に係る合金薄帯片の製造方法をさらに具体的に説明する。

［実施例］
まず、図１（ａ）に示されるように、一般的な方法で作製された連続したシート状のアモルファス合金薄帯（株式会社東北マグネット インスティテュート製ＮＡＮＯＭＥＴ）をプレス機Ｐで打ち抜くことによって、４００枚（正確に図示せず）のアモルファス合金薄帯片２Ａを作製し、準備した（準備工程）。それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａは、モータのステータコアを構成する環状の合金薄帯が周方向で１／３に分割された形状を有する薄帯であり、そのサイズ、結晶化開始温度、及び結晶化完了温度、並びに平面方向の各位置の飽和磁束密度及び保磁力は下記の通りである。

厚さ：２５μｍ
径方向の長さ：３５ｍｍ
内縁の長さ：１３０ｍｍ
外縁の長さ：２１０ｍｍ
結晶化開始温度：４１９．１９℃
結晶化完了温度：５００℃
飽和磁束密度：１．７Ｔ未満
保磁力：６Ａ／ｍ未満

次に、図１（ｂ）に示されるように、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを積層することで積層体１０Ａを形成した。次に、図１（ｃ）及び図２（ｄ）に示されるように、積層体１０Ａを横向きとし、一組の板状部材からなる治具Ｊを用いて、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを隣接する合金薄帯片２Ａの間に１ｍｍの隙間Ｓを設けた状態で周方向の両端を挟むことで固定した。

次に、図２（ｅ）及び図４の温度履歴Ａに示されるように、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、常温の環境から温度を４００℃に設定した加熱炉Ｆ内に移動させることにより４００℃まで昇温させた。

次に、図２（ｆ）及び図４の温度履歴Ａに示されるように、加熱炉Ｆの温度を均一な昇温速度（６℃／秒）において１０秒間で４００℃から４６０℃まで昇温させた。これにより、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態において、均一な昇温速度（６℃／秒）で４００℃から４１９．１９℃（結晶化開始温度）まで昇温させた後に、均一な昇温速度（６℃／秒）で４１９．１９℃（結晶化開始温度）から結晶化完了温度以下の４６０℃（結晶化処理終了温度）まで昇温させた（第１昇温工程及び第２昇温工程）。このような第２昇温工程によって、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａをそれぞれの全体が結晶化した４００枚の合金薄帯片２Ｃとした。

次に、図３（ｇ）に示されるように、４００枚の合金薄帯片２Ｃを加熱炉Ｆ内から出して常温の環境に移動させることで常温まで冷却することで結晶化した結晶粒の成長を停止させ、４００枚の合金薄帯片２Ｃを圧力で互いに密着させて積層体１０Ｂを形成した（冷却工程）。以上により、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａそれぞれの全体が結晶化した４００枚の合金薄帯片２Ｃを製造した。

［比較例１］
図４の温度履歴Ｂに表されるように、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、４００℃まで昇温させた後に、加熱炉Ｆの温度を１０秒間４００℃に維持することにより１０秒間４００℃に維持した点を除いて、実施例と同様の製造方法を実施することにより、４００枚の合金薄帯片を製造した。

［比較例２］
図４の温度履歴Ｃに表されるように、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、常温の環境から温度を４６０℃に設定した加熱炉Ｆ内に移動させることにより４６０℃まで昇温させた後に、加熱炉Ｆの温度を１０秒間４６０℃に維持することにより１０秒間４６０℃に維持した点を除いて、実施例と同様の製造方法を実施した。この結果、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａは赤熱され燃焼した。アモルファス合金薄帯片２Ａの全体が、同時にアモルファス合金が結晶化する温度以上の温度に昇温されたために、アモルファス合金薄帯片２Ａの全体で結晶化に伴う自己発熱が起こった結果、アモルファス合金薄帯片２Ａが過昇温したと考えられる。

［比較例３］
図４の温度履歴Ｄに示されるように、第１昇温工程及び第２昇温工程において、加熱炉Ｆの温度を均一な昇温速度（１２℃／秒）において５秒間で４００℃から４６０℃まで昇温させることにより、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態において、均一な昇温速度（１２℃／秒）で４００℃から４１９．１９℃（結晶化開始温度）まで昇温させた後に、均一な昇温速度（１２℃／秒）で４１９．１９℃（結晶化開始温度）から４６０℃（結晶化処理終了温度）まで昇温させた点を除いて、実施例と同様の製造方法を実施した。この結果、それぞれのアモルファス合金薄帯片２Ａは赤熱され燃焼した。第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度が上記式（１）を満たさなかったために、アモルファス合金薄帯片２Ａで結晶化に伴う自己発熱が連鎖的に起こった結果、アモルファス合金薄帯片２Ａが過昇温したと考えられる。

［比較例４］
図４の温度履歴Ｅに示されるように、第１昇温工程及び第２昇温工程において、加熱炉Ｆの温度を均一な昇温速度（０．２℃／秒）において３００秒間で４００℃から４６０℃まで昇温させることにより、４００枚のアモルファス合金薄帯片２Ａを、隣接する合金薄帯片２Ａの間に隙間Ｓを設けた状態において、均一な昇温速度（０．２℃／秒）で４００℃から４１９．１９℃（結晶化開始温度）まで昇温させた後に、均一な昇温速度（０．２℃／秒）で４１９．１９℃（結晶化開始温度）から４６０℃（結晶化処理終了温度）まで昇温させた点を除いて、実施例と同様の製造方法を実施した。これにより、４００枚の合金薄帯片２Ｃを製造した。

［評価］
実施例及び比較例のうちアモルファス合金薄帯片２Ａが燃焼しなかった実施例、比較例１、及び比較例４で製造された４００枚の合金薄帯片から一枚の合金薄帯片を選択した上でその一部を切り出し、飽和磁束密度及び保磁力をＶＳＭ（振動試料型磁力計）により測定した。それらの測定値を下記表１に示す。

上記表１に示されるように、実施例では、飽和磁束密度が目標範囲の下限（１．７Ｔ）以上となり、保磁力が目標範囲の上限（１０Ａ／ｍ）を超えることなく目標範囲内となった。第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温速度が上記式（１）を満たしたために、アモルファス合金薄帯片２Ａで結晶化に伴う自己発熱が連鎖的に起こることを抑制したことで、アモルファス合金薄帯片２Ａが過昇温することを抑制でき、かつ第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温時間が長過ぎなかったため、結晶化した結晶粒が長時間にわたって成長し粗大化することを抑制できたと考えられる。

一方、比較例１では、保磁力は目標範囲の上限を超えなかったが、飽和磁束密度は目標範囲の下限未満となった。アモルファス合金薄帯片２Ａの全体が４００℃までしか昇温されなかったため、アモルファス合金薄帯片２Ａの全体が結晶化しなかったと考えられる。また、比較例４では、飽和磁束密度は目標範囲の下限以上となったが、保磁力が目標範囲の上限を大きく超えた。第２昇温工程におけるアモルファス合金薄帯片２Ａの昇温時間が長過ぎたため、結晶化した結晶粒が長時間にわたって成長し粗大化したと考えられる。

以上、本発明に係る合金薄帯片の製造方法の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

２Ａ アモルファス合金薄帯片
２Ｃ アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片（ナノ結晶合金薄帯片）
Ｓ 合金薄帯片の間に設ける隙間
Ｆ 加熱炉

Claims (3)

1. アモルファス合金薄帯片を結晶化した合金薄帯片の製造方法であって、
   アモルファス合金薄帯片を準備する準備工程と、
   前記アモルファス合金薄帯片を加熱炉内に移動する移動工程と、
   前記加熱炉の温度を結晶化開始温度まで昇温させることにより、前記加熱炉内の前記アモルファス合金薄帯片を前記結晶化開始温度まで昇温させる第１昇温工程と、
   前記加熱炉の温度を前記結晶化開始温度から結晶化完了温度以下の結晶化処理終了温度まで昇温させることにより、前記加熱炉内の前記アモルファス合金薄帯片を前記結晶化開始温度から前記結晶化処理終了温度まで昇温させる第２昇温工程と、
   を備え、
   前記第２昇温工程における前記アモルファス合金薄帯片の昇温速度は、単位時間での前記アモルファス合金薄帯片の自己発熱量をΔＱ_ｓｅｌｆ、前記単位時間での前記アモルファス合金薄帯片の放熱量をΔＱ_ｏｕｔ、前記アモルファス合金薄帯片の質量及び比熱をそれぞれｍ及びｃ、前記単位時間での前記アモルファス合金薄帯片の昇温幅をΔＴとしたときに、下記式（３）を満たすことを特徴とする合金薄帯片の製造方法。
   

   
2. 前記準備工程において、複数枚の前記アモルファス合金薄帯片を準備し、
   前記移動工程において、前記複数枚の前記アモルファス合金薄帯片を前記加熱炉内に移動し、
   前記第１昇温工程において、前記加熱炉内の前記複数枚の前記アモルファス合金薄帯片を前記結晶化開始温度まで昇温させ、
   前記第２昇温工程において、前記複数枚の前記アモルファス合金薄帯片の昇温速度がそれぞれ前記式（３）を満たすように、前記加熱炉内の前記複数枚の前記アモルファス合金薄帯片を隣接する合金薄帯片の間に隙間を設けた状態において前記結晶化開始温度から前記結晶化処理終了温度まで昇温させることを特徴とする請求項１に記載の合金薄帯片の製造方法。
3. 前記アモルファス合金薄帯片の材質がＦｅ基アモルファス合金であり、
   前記第２昇温工程における前記加熱炉内の前記アモルファス合金薄帯片の平均昇温速度が０．５℃／秒以上２０℃／秒以下の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の合金薄帯片の製造方法。

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