JPH0219962B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、変圧器等の電気装置用の磁性材料
に関するものであり、特にアモルフアス磁性材料
とその動作中の損失の低減のための構成に関する
ものである。 遷移金属をベースとするアモルフアス（非晶
質）合金を磁気コア材料（例えば変圧器のため
の）として使用することについては、従来かなり
の関心が持たれてきた。これらの合金は、一般に
高速回転している円筒の表面で、液体金属噴流を
急速冷却させて製造され、結晶磁気異方性を示さ
ない。一般に、在来のFe−SiまたはNi−Fe磁性
合金系のものに比べて２−３倍も高い電気抵抗を
持ち、鋳放し状態で保磁力と鉄損とが小さい。更
に、応力除去焼なましおよび磁界中での冷却によ
つて磁気特性が更に良くなる。保磁力の低いこと
と抵抗の高いこととにかかわらず、従来、市販さ
れている４−79パーマロイに比べて、損失（非常
に良いのだが）が一般的に劣つていた。 アモルフアス磁性材料は種々市販されている
（例えば、アライド・ケミカル社の商品名で
「Metglas」）。ここで2605Aと呼ばれるものは、
Fe₇₈Mo₂B₂₀の組成を持ち、比較的に高い飽和磁
化を持つている。また、ここで2826と呼ばれるも
の（米国特許第4144058号参照）は、
Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆の組成といくらか低い飽和磁化と
を持つている。また、ここで2826MBと呼ばれる
タイプのものは、2826に似たアモルフアス磁性合
金であつて、Fe₄₀Ni₃₈Mo₄B₁₈の組成を持つてい
る。 アモルフアス磁性合金コアの鉄損は、アモルフ
アス金属表面に大体その磁化の方向を横切る方向
に走る一連の溝を設けることによつて、減少でき
ることがわかつている。かような溝は、ことに高
周波数（約1000Hz以上）で効果的であるが、その
溝の寸法と間隔とを適当に選べば、これより低い
周波数にでも有効であろう。溝の形成は、高い或
いは低い飽和磁化のアモルフアス磁性合金につい
て有効であるが、特により高い飽和磁化を持つ合
金において、その効果が顕著である。これらの一
連の溝（少くとも３）は磁性合金ストリツプの少
くとも一方の表面に（好しくは両面に）設けられ
るべきである。それらの溝は、ストリツプの厚さ
の約0.1％乃至４％の深さを持ち、全体として磁
化の方向を横切る方向に走るように形成されるべ
きである。 図面を参照する次の実施例によつて、この発明
がよく理解されよう。 磁化の方向を横切るスクラツチ（溝）によつ
て、アモルフアス合金の静電気エネルギー
（magnetostatic energy）は、閉じた磁区が形成
され、180゜磁壁間隔が細分されるように、その大
きさが増すことが知られている。このような細分
が成されると、渦電流損が減り、表面に溝を設け
ることによるヒステリシス損の増大よりも、渦電
流損の減少が大きければ、全体として損失が少く
なる。説明はどうであろうと、磁化の方向を横切
る一連の溝によつて、損失が全体にかなり減るこ
とが試験により明らかにされた。 どの様なメカニズムにしろ、ハイバシル
（hypersil）の様な材料に対するボツクスアニー
ル（box anneal）の前の成される表面スクラツ
チとは、それが粒子の微細化のために成されるも
のであり、アモルフアス磁性材料は勿論粒子を持
たないから、何の関係もない（勿論、粒子微細化
のスクラツチの方向と磁化の方向との間には、直
接の関係がない）。 実験をしやすくするために、両側の表面に、紙
やすりでスクラツチを与える方法により溝を形成
した。紙やすりの砂のサイズの変化の効果も調べ
られた。磁化の方向を横切るスクラツチの成され
た試料と、スクラツチの成されていない試料と、
磁化の方向に平行なスクラツチの施された試料と
が比較された。 磁界中で焼なましされた2605Aに於けるスクラ
ツチの方向の効果が、40ミル（約1.02mm）幅の２
ミル（約0.05mm）厚さの合金2605Aの称呼５グラ
ムの長さのものについて評価された。表に、
2605A（及び2826と2826MB）の性質が示されて
いる。試料１は、マグネシウム・メチレート絶縁
が施され、巻いて長方形のコアを形成した。試料
２は、その両面に、ストリツプの長手方向に平行
なスクラツチが（即ち、磁化の方向に平行に）、
280グリツト（grit）の紙やすりで施された。試
料３は、そのストリツプの長手方向を横切る方向
のスクラツチが、同じく280グリツトの紙やすり
で施された。

【表】 ストリツプ２と３の両方を絶縁し、巻いて長方
形コアを形成した。三つのコアの全てを、325℃
の窒素雰囲気中で２時間磁気的焼なましし、炉内
で冷却した。冷却速度は、325℃から150℃までの
温度範囲で４℃／分より低くかつた。三つのスト
リツプを1kHzから10kHzまでの範囲の周波数で試
験した。その結果を表に示す。第１図には、
4kGでのデータが、モリ・パーマロイ（Moly
Permalloy）コアと比較して、第１図に示されて
いる。これらのデータによつて、横方向にスクラ
ツチを施すことで鉄損にかなりの減少が見られる
こと、縦方向のスクラツチは鉄損に殆んど影響し
ないこと及びコア３の高周波範囲でモリ・パーマ
ロイより優れていることが示されている。第２図
からは、コア３はテストされた周波数より高い周
波数でも、モリ・パーマロイより優れているであ
ろうことが示されている。

【表】 磁界中焼なましをしない場合の合金2605Aへの
横方向スクラツチの影響の評価のために、合金
2605Aから二つの巻コアを作つた。一つのストリ
ツプは、マグネシウム・メチレートでコーテイン
グして巻いた。他方のストリツプは、両面に細か
い（280グリツト）紙やすりでスクラツチを与え
た。その方向は、ストリツプの軸に対して横方向
である。次に、この材料を絶縁して巻いた。これ
らの二つのコアを炉内で乾いた水素中で、325℃
で２時間焼なました。この焼なましの間には磁界
は与えられなかつた。試験の結果が表に示され
ている。また4kG損失が周波数の関数として、第
３図に示されている。横方向スクラツチにより鉄
損が改善されている。

【表】

【表】 低い飽和磁化の合金2826への微細スクラツチの
影響の評価のために、次の試験をした。もし横方
向表面スクラツチがアモルフアス磁性合金の静磁
気エネルギーを交互させることによる損失を減少
させるなら、合金の磁気飽和度が低い程、このタ
イプの表面処理に期待できる効果は小さいであろ
う。合金2826は合金2605Aより遥かに低い飽和磁
化を持つ。前に述べた様に、二つの2826のコアが
用意され、325℃で磁界なしで焼なました。一方
のコアの表面はそのままで、他方のコアの表面に
は280グリツト紙やすりを用いて、横方向にスク
ラツチを施こした。表にその試験結果が示され
ているが、これから明らかな如く、二つのコアの
間には殆んど差が無い。むしろスクラツチの成さ
れたコアは、スクラツチの無いコアより僅かによ
くない。この違いは、残留スクラツチ・ストレス
の除去の不完全なことまたは試料或いは試験のバ
ラツキによるものであろう。これらの結果によつ
て、静磁気エネルギー仮説が支持されよう。

【表】 横方向表面スクラツチが静磁気エネルギーの交
替によつて損失を減少させるのならば、焼なまし
によつてスクラツチを施すことによる残留ストレ
スが除去されるとすれば、まだ明確でない或る範
囲内で、スクラツチが深い程、損失が低下するこ
とが期待される。合金2605Aを用いて３個のコア
を巻き、これらを前に述べたように325℃で磁気
的に焼なまされた、コア１はスクラツチが施され
ず、コア２と３とには横方向にスクラツチが施さ
れた。コア２は280グリツト紙やすりを用いてス
クラツチされ、コア３はより粗い中間グリツトの
紙やすりでコア２より深くスクラツチされた。そ
の結果が表に示されている。又、第４図と第５
図とに、1kGと4kGのデータが示されている。よ
り粗い紙やすりの使用によつて、損失が更に減つ
ていることが判かる。明らかに、より粗い紙やす
りで形成されるより深い溝の利用による損失の減
少は、残留ストレスに原因する損失の増大よりも
大きい。

【表】 損失の値は、同じ条件で処理されたとしてもコ
アごとに異るから、この例に示されるデータは、
異る日に巻かれ、焼なまされ、試験された６個の
2605Aのコアの平均の値である。これら全てのコ
アは絶縁し、巻き、325℃で２時間磁気的に焼な
ました。６個のコアにはスクラツチを施こさず、
６個のコアには280グリツト紙やすりで横方向ス
クラツチを施こした。第６図および第７図から、
横方向にスクラツチすることが鉄損の改善につな
がることが確められる。更に、スクラツチされた
ものとスクラツチされないものとの間の損失の違
いが、磁化周波数の増大に応じて大きくなること
が見られる（第８図および第９図）。 鉄損が、スクラツチ深さの関数として減少する
ように見えるので、より深い（より粗い）スクラ
ツチにより低い飽和磁化の合金、2826の損失特性
を改良できるとの期待が持たれるかも知れない。
そこで、３個の合金2826のコアを用意し、325℃
で磁気的に焼なました。コア１の表面は元のまま
の状態であり、コア２は280グリツト紙やすりで
横方向にスクラツチが施こされ、コア３は中程度
の粗さの紙やすりで横方向にスクラツチが施こさ
れた。この結果は、表と第１０図に示されてい
る様に、より粗い紙やすりを用いた時、鉄損に僅
かな改善が見られる。高周波鉄損については、コ
ア２にコア１に比べてごく僅かな改善が見られる
が、これはたぶん試料作成中の或いは試験のバラ
ツキによるものであろう。

【表】 第２の低飽和磁化合金2826MBについても調べ
た。同じ様に、３個のコアが用意され、340℃で
磁気的に焼なました。一つのコアの表面は始まの
ままの状態であり、第２のコアにはストリツプの
長軸を横切る方向に、中程度の粗さの紙やすりで
スクラツチを施こし、第３のコアはもつと粗いグ
リツトの紙やすりを用いて更に深いスクラツトを
施こした。その結果、表と第１１図とに示され
ている様に、損失は中程度の粗さの紙やすりでの
スクラツチにより減つたが、より粗いグリツトの
紙やすりによるスクラツチによつては始めのまま
のものに比べて改善されなかつた。一番尤もらし
い説明としては、粗い紙やすりのスクラツチによ
り発生する残留ストレスは、その後の焼なましに
よつて完全には除去されないということである。

【表】 以上にあげた実験結果によつて、表面に磁化の
方向を横切る様に溝を設けることによつて静磁気
エネルギーが変化し、アモルフアス磁性合金の鉄
損が減少するという仮説が支持されよう。紙やす
りスクラツチを施こすことで得られる結果は明ら
かに最適のものではないが、損失はかなり減らす
ことができる。長い溝（例えば、ストリツプの幅
全体）が望ましく、溝は少くともその深さの10倍
の長さと、その深さの1/4から50倍までの幅を持
つべきである。任意の角度に傾けて（磁化の方向
に平行であることを除いて）溝を設けることでい
くらかの改良は得られようが、スクラツチが横方
向にあるとき最適の結果が得られる。溝の間隔
は、大体として、約0.02cmから２cmとすべきであ
る。紙やすりで得られる比較的小さい間隔では比
較的に高いヒステリシス損の増大が生じ、ことに
低い周波数では大きい溝間隔が望ましい。ヒステ
リシス損が周波数に比例し（また溝を設けること
で増す）、渦電流損が周波数の２乗に比例する
（かつ、横方向溝で減る）から、溝の間の間隔は
周波数の関数であり、より低い周波数についてよ
り大きい間隔を用いるべきであることがわかる。 溝は、第１２図に示す如く、表と裏の両面に設
けられるのが好ましい。また、第１２図で手前あ
るいは向側の側縁には殆んど効果が無いので溝は
設けない。 溝は勿論色々なやり方でできよう。紙やすりで
スクラツチを施こすことは有効であるが、アモル
フアス磁性合金の表面に溝を形成するのに、色々
なタイプの道具が利用できる。鋳造中に表面に溝
を設けることも可能である（例えば、熔融金属の
急速冷却に用いられるシリンダの表面に形成した
突出した筋を用いる）。 本願発明によれば、溝の深さはストリツプの厚
さの0.1％乃至４％、溝の幅は溝の深さの1/4乃至
50倍、そして溝の間隔は0.02cm乃至２cmである。 溝の深さおよび幅がそれぞれの下限を越えて深
さがが0.1％より浅く、幅が溝の深さの1/4より小
さくなると、溝による鉄損の減少効果が少なくあ
るいは無くなつてしまう。 反対に、溝の深さおよび幅がそれぞれの上限を
越えて深さが４％より深く、幅が溝の深さの50倍
より大きくなると、残留応力が後に行う焼なまし
によつても除去できない程に大きくなり、アモル
フアス合金表面がひどく劣化して高周波鉄損が改
善されなくなつてしまう。 次に、溝の間隔は0.02cm乃至２cmであるが、望
ましい溝間隔は周波数によつて変わり、周波数が
低い程間隔を大きくしなければならない。さもな
いと紙ヤスリによりできた比較的小さい間隔の場
合にはヒステリシス損が相当大幅に増大してしま
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は高飽和磁化合金（2605A）とモリ・パ
ーマロイとについて、4kGの磁束密度での、磁化
周波数に関する鉄損の変化を示す図、第２図は
4kGの磁束密度での、モリ・パーマロイと横方向
に溝の形成された（スクラツチされた）2605Aと
の損失と周波数との比較を示す図、第３図は焼な
ました2605Aの（4kGでの）磁気特性に対する表
面スクラツチの影響を示す図、第４図は磁気的に
焼なました2605Aについて、1kG損失に対するス
クラツチ粗さの影響を示す図、第５図は磁気的に
焼なました2605Aについて、4kG損失に対するス
クラツチ粗さの影響を示す図、第６図は磁気的に
焼なました2605Aの1kG鉄損（Pc）に対する、表
面スクラツチの平均的影響（と６個の異る焼なま
しのデータ範囲と）を示す図、第７図は磁気的に
焼なました2605Aの4kG鉄損に対する第６図と同
様の図、第８図は磁気的に焼なました2605Aの
1kG損失／サイクルに対する、表面スクラツチの
平均的影響を示す図、第９図は磁気的に焼なまし
た2605Aの4kG損失／サイクルに対する、表面ス
クラツチの平均的影響を示す図、第１０図は磁気
的に焼なました2826の4kG損失に対するスクラツ
チ粗さの影響を示す図、第１１図は磁気的に焼な
ました2826MBの4kG損失に対するスクラツチ粗
さの影響を示す図、第１２図は両面にそれぞれ３
つの横方向溝が設けられたアモルフアス磁性合金
ストリツプの一部分を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的にアモルフアス磁性合金から成り、所
   定の方向に磁化されるアモルフアス磁性合金スト
   リツプに於て、前記ストリツプの少くとも一表面
   に少くとも３つの溝が設けられており、前記溝
   は、ストリツプの厚さの0.1％乃至４％の深さを
   持ち、溝の深さの1/4乃至50倍の幅を持ち、磁化
   の方向に計つて0.02cm乃至２cmの間隔で設けられ
   ており、かつ磁化の方向を略々横切る方向に走る
   ものであることを特徴とするアモルフアス磁性合
   金ストリツプ。 ２ 前記ストリツプが、その両面に少くとも３つ
   の、磁化方向を横切る溝を備えている特許請求の
   範囲第１項記載のアモルフアス磁性合金ストリツ
   プ。