JPH0332886B2 - - Google Patents

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JPH0332886B2
JPH0332886B2 JP59089947A JP8994784A JPH0332886B2 JP H0332886 B2 JPH0332886 B2 JP H0332886B2 JP 59089947 A JP59089947 A JP 59089947A JP 8994784 A JP8994784 A JP 8994784A JP H0332886 B2 JPH0332886 B2 JP H0332886B2
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iron loss
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melted
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Toshio Yamada
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Nippon Steel Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は主として電力トランス、高周波トラン
スなどの電力変換器の鉄心として用いられるFe
基非晶質合金薄帯の磁気特性、とくに鉄損を改善
する方法に関するものである。
(従来の技術) 溶融状態から急冷凝固することによつて作製さ
れる非晶質合金薄帯は種々のすぐれた性質を示
し、応用上注目されている。なかでもFe基非晶
質合金は磁束密度が高く鉄損が低いため各種鉄心
の材料として利用されつつある。非晶質合金の鉄
損が低い理由として、非晶質合金は原理的に異方
性がなく、結晶粒界等の欠陥がないためヒステリ
シス損が小さい上に、板厚が薄く、電気抵抗が大
きいため渦電流損も小さいことが挙げられてい
る。しかし鉄損値から直流ヒステリシス損を差し
引いた広義の渦電流損は、一様磁化を仮定して計
算される古典的渦電流損に比べて数十倍から100
倍も大きい。これは磁区幅が大きいために不均一
磁化変化に起因する異常渦電流損の割合が大きい
ことを示す。
異常渦電流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
まず考えられ試みられた。例えばスクラツチ法で
ある。これは硬い材質の尖つ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。しかし、非晶質合金薄帯にこれを適用
しても必ずしも良好な結果を得なかつた。例えば
NaritaらはProceedings of 4th International
Conference on Rapidly Quenched Metals
(1982)P1001〜1004において、Fe基非晶質合金
薄帯に焼鈍を施した後ダイヤモンド針で薄帯の表
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
5kHz以上の高周波数域で表われるが、電力トラ
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
による鉄損低域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つて全鉄損が増大する
ためと推定される。
非晶質材料に独特の鉄損低減法としては、局部
結晶化の方法が提案されている。これは特開昭57
−97606号公報にて開示される方法で、薄帯の幅
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ー
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帯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。こ
の局部結晶化領域を導入する方法は磁区の細分化
に有効な手段であるが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つ
た。例えば前記特開昭57−97606号公報において
は、商用周波数で効果を表わしているのに対して
Naritaらの前記論文は線状結晶化領域を付与す
る効果についても述べているが、それによればス
クラツチ法に比べれば低周波数側まで効果のある
領域は広がつているが、200Hz以下では無効ない
しむしろ劣化している。
以上のように非晶質磁性合金とくにFe基非晶
質合金薄帯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つた。
これに対して本発明は非晶質合金の鉄損低減に
対して低周波数帯域においても安定した効果をも
たらし、かつ、効果の大きな新しい方法を提案す
るものである。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は非晶質磁性合金の鉄損を著しく、かつ
安定に低減する方法を提供することを目的とす
る。
(問題点を解決するための手段作用) 本発明は非晶質合金薄帯の表面を局所的かつ瞬
間的に溶解し、次いでその部分を急冷凝固させて
再び非晶質化することにより、著しい鉄損の低減
を安定して達成するものである。薄帯の表面を局
所的に溶解するには細く絞られたパルスレーザー
光を用いる。
導入される局所溶解部の形状および分布は、第
1図に例示するように並列する点列状が好まし
い。個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。パルスレーザー光を用いる場合、照射強度、
ビーム径、掃引速度、周波数などが制御すべきパ
ラメータである。
パルスレーザー光を用いて局所溶解する場合、
1つのスポツトの径は0.5mm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点列の方向は第1図に示
したように薄帯の幅方向がよいが、30゜程度まで
ならば傾いた方向でもよい。また隣り合う点列は
平行である必要はない。薄帯幅方向に対する平均
傾角が所定数値以下で、隣り合う点列の平均間隔
が所定の範囲内であれば鉄損低減に効果をあらわ
す。したがつて第2図に示す正弦曲線状の溶解部
も本発明の範囲に含まれる。商用周波数に対して
効果を示す点列の平均間隔は1〜20mm、幅方向に
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
非晶質合金薄帯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
する時期によつて異なる。例えばYAGレーザー
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3図、および第4図に示すように
導入の時期によつて有効な溶解部の径が異なつて
いる。すなわち熱処理後に導入する場合、最適な
スポツト径は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
であつた。この理由は溶解部導入の影響が熱処理
によつ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表われ
る。熱処理後に導入したものは、磁界1エルステ
ツドにおける磁束密度が数%〜10%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つた。
非晶質合金薄帯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
うに細く絞つたパルスレーザー光を短時間照射す
るのが最適である。その他の手段では効果がない
が、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
る方法によつて溶解しようとすると、入射エネル
ギー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5図のように板厚が大きくなる
ほど改善効果が大きい(図中〇印は照射前、●印
は照射後)。板厚60μmで40〜50%の鉄損低減効
果を示すのに対して、30μm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。本発明の局所溶解部の導入によつ
て磁区幅は板厚60μmの場合、1/3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つて検
証された。
本発明においてパルスレーザー照射された部分
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
とによつ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
はやや盛り上つている。急激な熱エネルギーの入
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。パルス・レーザーにより導入された
溶解部の一例を第6図に示した。
なお、本発明においてパルスレーザー照射によ
つて局所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線回折、透過型電
子顕微鏡、光学顕微鏡などによつて確認された。
また、本発明方法は薄帯表面に絶縁乃至防錆を
目的とした表面処理を施す前または後に適用して
も同様の効果を示した。
(実施例) 実施例 1 単ロール法で作製された組成Fe80.5Si6.5B12C1
板厚65μmの非晶質合金薄帯を360℃で60分間N2
ガス中で磁場焼鈍後その自由面に、YAGレーザ
ーを用いて局所溶解部を導入し、鉄損におよぼす
影響を調べる実験を行なつた。照射条件は周波数
400Hzのパルスモード、掃引速度10cm/sec、点列
の方向は薄帯の幅方向に平行で、点列の間隔は5
mmとし、溶解部の大きさは、照射エネルギーのパ
ワーおよびビーム径によつて制御した。導入され
たスポツト状溶解部の直径と鉄損の関係を第3図
に示す。溶解部の直径が30〜150μmの範囲で鉄
損低減の効果が大きい。ここで鉄損の測定には単
板試験器を用いた。鉄損低減効果の大きな照射条
件で照射された個所およびその周囲が結晶化して
いないことは幅0.5mmのスリツトを通したX線を
点列に沿つて照射した時の回折像から確認され
た。
実施例 2 実施例1で用いたものと同じロツトの鋳造まま
の非晶質合金薄帯の自由面に実施例1と同じ照射
条件でパルスレーザーを照射した。照射後360℃
で60分間N2ガス中で磁場焼鈍した後の鉄損と溶
解部の直径との間係は第4図のようであつた。溶
解部の直径が200μm付近で鉄損低減の効果が著
しい。磁場焼鈍後の前記薄帯の溶解部を実施例1
で述べた方法でX線回折を行なつたが結晶の存在
は認められなかつた。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば低周波数帯
域においても鉄損の低減をはかることができるの
で、本発明は極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明方法を適用した非
晶質合金薄帯を示す説明図、第3図および第4図
は本発明方法における溶解部径と鉄損との関係を
示す説明図、第5図は本発明方法における板厚と
鉄損との関係を示す説明図、第6図は本発明方法
による溶解部の金属組織の状態を示す顕微鏡写真
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 パルスレーザーを非晶質合金薄帯の幅方向に
    照射することにより、該非晶質合金薄帯の表面を
    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た円ないし楕円状の領域を点
    列状に導入することを特徴とする非晶質合金薄帯
    の磁性改善方法。 2 200〜250μm径の溶解部を導入した薄帯を焼
    鈍することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の非晶質合金薄帯の磁性改善方法。 3 焼鈍した非晶質合金薄帯に50〜100μm径の
    溶解部を導入することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の非晶質合金薄帯の磁性改善方法。
JP59089947A 1984-05-04 1984-05-04 非晶質合金薄帯の磁性改善方法 Granted JPS60233804A (ja)

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