JPS61248507A - 非晶質合金積み鉄心の磁性改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は主として電カドランス、高周波トランスなど
の電力変換器に用いられる非晶質合金よりなる積み鉄心
の磁気特性を改善する方法に関する。

（従来の技術） 溶融状態から急冷凝固することによって作製される非晶
質合金薄板あるいは帯は種々の優れた性質を示し、応用
上注目されている。なかでも、Ｆｅ基非晶質合金は飽和
磁束密度が高く、鉄損が低いため配電トランスなど各種
鉄心の材料として利用されつつある。

上述のように非晶質金属は本来鉄損の低い材料であるが
、ざらに鉄損を改善する方法も提案されている。

鉄損を低減する方法としては従来から方向性けい素鋼板
に用いられている方法の適用がまず考えられる。たとえ
ばスクラッチ法である。これは硬い材質の尖った先端で
けい素鋼板の表面を罫書くもので、磁区が細分化され鉄
損が低減する。

また、他の方法として局部結晶化の方法が提案されてい
る。これは特開昭５７−９７８０８号公報にて開示され
る方法で、薄板の幅方向に線状あるいは点列状の結晶化
領域を形成させるものである。ここで結晶化の手法はレ
ーザ光や電子ビームを照射するか、あるいは金属針、金
属エツジの何れかを薄板表面に近接ないし接触させなが
ら通電加熱する方法を採用している。

ところで、上記スクラッチ法を非晶質合金薄板にこれを
適用しても必ずしも良好な結果を得なかった。たとえば
、ＮａｒｉｔａらはＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ４ｔ
ｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ　ｏｎ　ＲａｐｉｄｌｙＱｕｅｎｃｈｅｄ　Ｍｅｔａ
ｌｓ（１９８２）Ｐ　１００１ＮＰ　１００４において
、Ｆｅ基非晶質合金薄板に焼鈍を施した後ダイヤモンド
針で薄板の表面を罫書いて導入した線状の歪が鉄損にお
よぼす効果を報告している。それによれば歪の効果は５
ｋＨｚ以上の高周波数域で表われるが、電カスランス等
で重要な１００Ｈｚ以下の低周波数域では鉄損はむしろ
増大している。この理由としてけい素鋼板に比べて板厚
の薄い非晶質合金では低周波数域において元来、渦電流
損が小さいため磁区細分化による鉄損低減効果はわずか
であること、むしろヒステリシス損の増大によって全鉄
損が増大するためと推定される。

また、前記特開昭５７−９７ｆ１０８号公報で開示され
た局部結晶化領域を導入する方法は、磁区の細分化に有
効な手段ではある。しかし、低周波数域での鉄損低減に
対して必ずしも一定の効果を示さない欠点がある。すな
わち、この公報には商用周波数で効果を表わすと記載さ
れている。しかし、Ｎａｒｉｔａらの前記論文によれば
スクラッチ法に比べると低周波数側まで効果のある領域
は広がっているが、２００Ｈｚ以下では無効あるいはむ
しろ劣化している。

以上のように非晶質合金とくにＦｅ基非晶質合金薄板の
鉄損を改善するために従来試みられてきた方法はいずれ
も商用周波数帯域では効果を示さないことが多かった。

低周波数帯域で鉄損低減効果の大きな方法として、本発
明者らはすでに特願昭５９−８９３４７号に記載される
方法を提案している。その方法は非晶質合金薄板の表面
を局部的かつ瞬間的に溶解し、次いで急冷凝固させて再
び非晶質化させる方法である０局所溶解部の導入形態は
第３図に例示するように並列する線または点列状である
。線および点列の方向は第３図に示したように、薄帯の
幅方向が最もよく、３０°程度以内の傾きは許容される
。

また線または点列の平均間隔は商用周波数に対して１〜
２０ｍｍとするものであった。−さらに局所溶解部を導
入する具体的手段および溶解部の形態に関する詳細につ
いて、同様に本発明者らによる特願昭５９−１４８５８
９号に記載がある。

それによれば、非晶質合金薄帯の表面を局所的に溶解す
る手段は、ビーム径が０．５ｍｍφ以下に絞ったレーザ
光、好ましくはビーム径が０．３＋ｓｒａφ以下で単一
パルス当りのエネルギ密度が０．０２〜１．ＯＪ／ｍｍ
２であるパルスレーザを照射するものである。

これらの照射条件の下でレーザ照射された薄帯は、通常
、巻き鉄心に形成され、その後熱処理を施される。非晶
質合金は、板厚が２０〜３０μ腸で薄いために鉄心形状
はほとんど巻き鉄心に限られていた０巻き鉄心の場合用
いられる薄帯は、全長に亘すレーザが照射されるのが一
般的である。

ところが最近板厚が５０μｍを越え１００μｍにおよぶ
厚手の材料も製造可能となり、積み鉄心へ非晶質材料の
適用が検討されるようになった。

積み鉄心の場合にも局所溶解によって局部歪を導入する
ことによって鉄損の低減が図れることは＋−じ＠４旧！
ｌ−１へ４０旧長に塊示されている。

（発明が解決しようとする問題点） このように非晶質材料を積み鉄心に使用することは有効
な手段であるが、積層した場合、単板における測定値に
比較して特性が劣化することが認められた。すなわち占
積率（ビルディングファクター）が大きいことが認めら
れた。

本発明は積み鉄心において局部歪導入の効果を従来より
高め鉄損を大幅に低減する方法を提供しようとするもの
である。

（問題点を解決するための手段） この発明の方法は、板厚が５０μ厘以上のＦｅ基非晶質
合金を積み鉄心に構成したときの磁束方向に間隔をおき
、かつ磁束方向に対し８０＠〜１２０°の傾きをもって
延びる線に沿い、非晶質合金薄板を局部的かつ瞬間的に
溶解し、次いで急冷凝固させることによって、局所的に
歪を導入する。なお溶解部および周辺部は実質的に非晶
質状態を保持しなければならない。

導入される局所溶解部の形状および分布は、単相変圧器
鉄心では第１図（ａ）に例示するように、脚部およびヨ
ーク部では、幅方向に並列する線状または点列状であり
、コーナー部は局所溶解処理をしないままにしておく。

また三相変圧器鉄心においては、脚部およびヨーク部で
は単相変圧器鉄心の場合と同様の条件で局所溶解部を導
入するが、コーナー部およびＴ形波合部に該当する部分
には第２図（ａ）に例示するように局所溶解処理を施さ
ないままにしておくことが好ましい。

側々の溶解部の面積および深さは、加熱中あるいは溶解
後の再凝固過程において、溶解部および周辺部が結晶化
しないことを条件、に決められる。

照射強度、ビーム径、掃引速度、周波数（パルスモード
の場合）などが制御すべきパラメータである。

溶解部の線幅は０．３ｍｍ以下、点列の場合には１つの
スポットの径は０．５１層以下が好ましい、これら範囲
を越えると結晶化を生じることがあり、磁気特性の向上
も認められなくなる。

導入する局所溶解部の線または点列りの方向は第３図に
示したように薄板ｌの磁束方向Ｒに対して直角方向がよ
いが、この直角方向に対し前後に３０”程度までならば
傾いた方向でもよい。

隣り合う線または点列りは平行である必要はなく、また
直線である必要もない、上記直角方向に対する平均傾角
が所定数値以下で、隣り合う線または点列りの平均間隔
ｄが所定の範囲内であれば鉄損低減に効果をあられす、
したがって、第４図に示す正弦曲線りに沿って導入され
る溶解部も本発明の範囲に含まれる。　商用周波数に対
して効果を示す線または点列の平均間隔ｄは１〜２０ｍ
ｍ、上記直角方向に対する平均角度は３０°以下が好ま
しい。

本発明において、局所溶解部を導入する時期は非晶質合
金薄板ｌを熱処理する工程の前、中、後のいずれでもよ
い、ただし、最適条件は溶解部を導入する時期によって
異なる０例えばＹＡＧレーザのパルスモードを用いて幅
方向に局所溶解部を導入する場合、第５図および第６図
に示すように導入の時期によって宥効な溶解一部の径が
異なっている。すなわち、熱゛処理後に導入する場合に
は最適なスポット径は５０〜１００μｍであるが、熱処
理前に導入する場合は２００〜２５０μｍの付近で最も
効果的であった。この理由は溶解部導入の影響が熱処理
によって緩和することによると考えられる。導入の時期
による効果の違いは励磁特性にも現われる。

熱処理後に導入したものは、磁界１０ｅにおける磁束密
度が数２〜１ｏｚの低下を示すのに対して、熱処理前に
導入したものでは磁束密度の低下はほとんどなかった。

非晶質合金薄板の表面を局所溶解するために、急速加熱
すべき具体的手段はすでに述べてきたように細く絞った
レーザ光を短時間照射するのが最適である。その他の手
段では効果がないか、むしろ悪影響をもたらす、電子ビ
ームの照射や高温物体を接触させたり局部的に通電した
りする方法によって溶解しようとすると、入射エネルギ
密度が小さいために熱影響が拡がり結晶化が生ずるので
好ましくない。

本発明を適用するときの鉄損改善効果は材料の板厚に依
存し、第７図のように板厚が大きくなるほど改善効果が
大きい（図中０印は照射前、・印は照射後）、板厚８０
μ閣で４０〜５０にの鉄損低減効果を示すのに対して、
３０４ｇ厚以下では１０〜２０％程度である。この理由
は非晶質合金は一般に板厚が大きくなるほど磁区幅が大
きくなり、異常渦電流損の絶対値および全鉄損に占める
割合が増大するためである１本発明の局所溶解部の導入
によって磁区幅は板厚８０ｕｓの場合、局に細分化され
ることが走査型電子顕微鏡による観察によって検証され
た。

本発明においてレーザ光照射された部分が一旦溶解した
後再凝固したか否かは照射部を光学顕微鏡あるいは走査
型電子顕微鏡で観察することによって明瞭に区別できる
。パルスで照射した場合溶解した部分の中心部はくぼみ
となり、周辺はやや盛り上っている。急激な熱エネルギ
の入射により溶解された合金は周辺に溢れ出すためと考
えられる。

なお、本発明においてレーザ照射によって局部溶解され
再凝固した部分およびその周辺部が結晶化していないこ
とはｘ＆！回折、透過型電子顕微鏡、光学顕微鏡などに
よって確認された。

また、本発明方法は薄板表面に絶縁または目的とした表
面処理を施す前または後に適用しても同様の効果を示す
。

（作用） この発明では非晶質合金薄板を積み鉄心に構成したとき
に、そのコーナー部、Ｔ形波合部を除く部分の薄板の表
面を局部的かつ瞬間的に溶解し、次いで急冷凝固させて
再び非晶質化する。

このとき、局所溶解処理は磁束方向に対し６ｏ−１２０
′″の傾きをもって伸びる線に沿って行なわれる。この
結果、非晶質合金薄板の溶解処理部の磁区が細分化され
るとともに、磁壁が磁束方向に配列する。また、磁束が
湾曲するコーナー部およびＴ形波合部は溶解処理を行な
わずに非晶質の等方性を残すことによって、鉄損の増加
を防止できる。したがって、鉄心全体の鉄損を有利に低
減できる。

（実施例） 次に実施例をあげて説明する。

実施例１ 単ロール法で作製された、組成Ｆｅ５ｏ、　５ｓｉ６．
５Ｂ＋　２ＣＩ、板厚７５μｍ１幅５０層厘の鋳造まま
の非晶質合金薄板の自由面に、ＹＡＧレーザを用いて局
所溶解部を導入し、引き続き　３８０℃で６０分間Ｎ２
ガス中で磁場焼鈍した薄板の磁性の単板特性および単相
の積層鉄心の特性を比較する実験を行なった。レーザ照
射条件は１周波数４００Ｈｚのパルスモード、ビーム径
０．１５ｍｍ、パワー５１１１．掃引速度１０ｃＩＩ／
ｓｅｃ、照射部の形態は、単板の場合は第３図（ｂ）の
ように板の全面が、幅方向に平行で５ｍｍ間隔の点列か
ら成り、積み鉄心においては第１図（ａ）のようにコー
ナー部を除く部分すなわち脚部、ヨーク部に単板と同じ
条件で局所溶解部を導入した板を積み上げたもの（本発
明）と第２図（ｂ）のように全面に局所溶解部を導入し
た板を積み上げたもの（比較例）の磁気特性を測定して
、それらを比較した。

ただし、いずれも端層方法は一枚積みである。磁気特性
の測定結果を第１表に示す。

第１表から明らかにように、本発明の方法によって処理
された積層鉄心は、比較例に比べて鉄損したがってビル
ディングファクタが小さく、積層したときの特性がすぐ
れていることが分かる。

第　　１　　表 鉄損は５０Ｈｚ、　１．３丁ｅｓｌａにおける鉄損ビル
ディングファクタは（ｍｅ鉄心の鉄損）／（単板の鉄損
） 実施例２ 実施例１で用いた同一ロットの非晶質合金薄板を用いて
三相の積層鉄心の特性を比較する実験を行なった。照射
の形態は第２図（ａ）−（本発明）および（ｂ）−（比
較例）のごとくで、照射条件は実施例１のそれと同一で
あった。

各々の磁気特性の測定結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように本発明の方法によって処理さ
れた三相積層鉄心は、比較例に比べて鉄損したがってビ
ルディングファクタが小さく積層したときの特性がすぐ
れていることが分かる。

第２表 （発明の効果） 以上説明したように本発明の方法に従えば、非晶質合金
薄板を積み鉄心に構成したときの鉄損の劣化を最小限に
抑え、効率を高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第２図（ａ）は本発明の方法を適用
した単相変圧器鉄心および三相変圧器鉄心を示す説明図
、第１図（ｂ）および第２図（ｂ）はそれぞれ単相およ
び三相変圧器鉄心の比較例を示す説明図、第３図および
第４図は局所溶解部の導入形態を例示する説明図、第５
図および第６図は導入する溶解部の径と鉄損の関係を示
す図、ただし第５図は熱処理後に溶解部を導入する場合
を示し、第６図は熱処理前に導入する場合を示す。第７
図は非晶質合金薄板の板厚と鉄損の関係を示す図。 白丸は溶解処理なし、黒丸は処理後の特性を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　板厚が５０μｍ以上のＦｅ基非晶質合金薄板を積み鉄
   心に構成したときの積み鉄心のコーナー部および三相変
   圧器積み鉄心のＴ形接合部を構成する部分を除く部分の
   該薄板の表面に局部的溶解処理を施すことを特徴とする
   非晶質合金積み鉄心の磁性改善方法。