JPH0476483B2 - - Google Patents

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JPH0476483B2
JPH0476483B2 JP60208328A JP20832885A JPH0476483B2 JP H0476483 B2 JPH0476483 B2 JP H0476483B2 JP 60208328 A JP60208328 A JP 60208328A JP 20832885 A JP20832885 A JP 20832885A JP H0476483 B2 JPH0476483 B2 JP H0476483B2
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magnetic core
magnetic
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temperature
control
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JP60208328A
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Katsuto Yoshizawa
Susumu Nakajima
Kyotaka Yamauchi
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/04General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
    • 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
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15316Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Co
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0213Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
    • H01F41/0226Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s) from amorphous ribbons

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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、スイツチング電源等に用いられてい
る可飽和リアクトル等に使用される経時変化が小
さく、特に高周波の制御磁化特性に優れた制御用
アモルフアス磁心の製造方法に関するものであ
る。 従来の技術 従来、制御用磁心としては50%Niパーマロイ
や80%Niパーマロイ巻磁心が主に使用されてい
たが、近年、高周波磁気特性に優れたアモルフア
ス巻磁心が望まれている。 制御用磁心に適したアモルフアス磁心として
は、たとえば特公昭60−19125に開示されている
(Fe−Ni−Co)90〜70−(Si、B、P、C)30〜10材、
(Feの含有量が3〜13%)や特公昭58−1183に開
示されているFe−Ni0.1〜40Si3〜16B5〜24材料等が知
られている。これらの材料の熱処理は、磁場中冷
却熱処理や急冷(空冷)熱処理等が行なわれてお
り、冷却途中で温度を一定に保持し、再び冷却す
るような多段の熱処理は行なわれていなかつた。 発明が解決しようとする問題点 前記従来の材料を使用し、冷却中に温度を一定
に保持せず1段階に熱処理して製造した磁心は、
制御用磁心として重要な特性である制御磁化特性
が高周波、特に50kHz以上で十分でない。すなわ
ち50kHz以上の高周波で駆動しているスイツチン
グ電源用可飽和リアクトル等に使用した場合、コ
アゲインが十分でなく、さらに温度上昇が激しい
という問題点を有する。このためリセツト電流の
増加や信頼性が低下するという問題点があつた。 そこで本発明は、材料および熱処理方法を各種
試験することにより、高周波の制御磁化特性に優
れたアモルフアス磁心の製造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 本発明は片ロール法等の液体急冷法により作成
した組成式:(Co1-a-b-cFeaMnbMoc100-x-ySixBy
で表わされ、 0≦a≦0.05、0.03≦b≦0.08、0.01≦c≦
0.04、0.04≦b+c≦0.10、 13≦x≦16、7.5≦Y≦9.5(at%) の関係を有する組成のアモルフアス合金からなる
磁心素材をキユーリ温度以上で保持後、磁路方向
に0.10e以上の交流あるいは直流の磁界を印加し
ながら、ステツプ状に温度を150℃以下にまで下
げ、多段熱処理を行ない制御磁化特性に優れた
Co基アモルフアス磁心を製造するものである。 本発明においてMnおよびMoは必須の元素で
あり、制御磁化特性および経時変化改善に大きな
硬化を有する。この硬化は磁心をキユリー温度以
上で保持後、磁路方向に0.10e以上の交流あるい
は直流の磁界を印加しながら、ステツプ状に温度
を150℃以下まで下げ、大段熱処理を行なつた場
合に最も顕著となる。また磁界の強さは、少なく
とも0.10e以上である必要があるが、これは磁界
が0.10e未満の場合に制御磁化特性改善の効果が
小さいためである。 ここで上記手段の熱処理を従来の熱処理と比較
して説明する。第1図は本発明による制御磁化特
性に優れたアモルフアス磁心の熱処理パターン(a)
と、従来の熱処理パターン(b)、(c)を比較した図面
である。 本発明による熱処理パターンはまず磁心をキユ
リー温度以上に保持し、次に磁路方向に磁場をか
けながら冷却し、キユリー温度以下になつた時点
からステツプ状に温度を下げていくパターンであ
る。 磁界はキユリー温度以上の温度であればどの時
点から印加しても良く、ステツプ状に温度を下げ
始めるのはキユリー温度以上からでも同様の効果
が得られ、本発明とは一とみなせる。 (b)はキユリー温度以上の温度で保持後急冷する
従来の熱処理パターンであり、角形性が悪く制御
磁化特性が劣るだけでなく経時変化が大きいため
実用的でない。 (c)は磁場をかけながらある温度で保持後一定速
度で冷却する従来のパターンであり、直流B−H
カーブの角形性は上昇し、直流のB−Hカーブの
保磁力は小さくなるが、高周波の制御磁化特性が
悪く好ましくない。 次に本発明の制御用磁心を評価するのに適した
測定回路を第2図により説明する。なお第3図は
任意の直流の制御電流Icが制御回路に流れている
場合の磁心の動作模式図である。第2図に示すよ
うに、試料の磁心にNL、Nc、Nvの3種類の巻
線を設ける。NLは磁気増幅器の出力巻線に相当
し、抵抗Rおよび、整流器Dを介し、周波数f
(周期Tp)の交流電源Egに接続されている。Eg
の値はゲート半周期Tgにおいて印加電圧の正弦
波電圧の90°以内の位相角で磁心が飽和に達する
ように大きな値に設定する。 Ncは制御巻線で、制御回路よりみた磁心イン
ダクタンスに比較し、十分大きな値のインダクタ
ンスLcを通して直電源Ecに接続し、拘束磁化条
件の直流起磁力を与えている。Nvは制御入力に
対応するリセツト磁束量Δφcm測定用巻線で、平
均値整流方式の交流電圧径Vに接続されている。
第4図に本測定回路により測定して得られる制御
磁化曲線の模式図を示す。 Hrmを逆数でわしβ0とおくとβ0=1/Hrm制
御用磁心としてはβ0大(Hr小)のほど制御電流
小となり特性が良いことになる。一方磁心の磁化
特性の角形の程度を示すパラメータをα0と置く。
α0=1−ΔBd/ΔBm 制御用磁心としてはα0大(ΔBd/ΔBm小)の
ほど制御不能磁束密度が小さく特性が良いことに
なる。 α0とβ0の積をGoで表わし、specific core gain
と呼ぶがGo=α0・β0 が大きいほど総合的にみて制御用磁心としてすぐ
れていると判断できる。 第4図においてゲート磁界の最大値 Hm=Nl・iL(max)/le ……(1) le;試料の平均磁路長 に対応する磁束密度の最大値Bmと制御磁界 Hrm=Nc・Ic/le ……(2) によつて決まる磁束密度のBcとの差の磁束密度
量をΔBcmとし、周期とTpとすれば、Nv回路の
磁束電圧計Vの読みは Ev∝f・Nv・A・Bcm ……(3) A;磁心の有効断面積 実際の制御用磁心においては磁界Hが正の領域
の特性、Hm−ΔBd特性と、磁界Hが負の領域の
特性、Hr−ΔB特性を把握することが必要であ
る。 ΔBd=Bm−Br ……(4) であり Ev∝f・Nv・A・Bd ……(5) である。 一方 ΔB=Bcm−ΔBd ……(6) である。 制御用磁心としては第4図に示す第1象限の曲
線が下側にある方がよく、また第2象限の曲線が
右側にありかつ傾斜が急なものが良い。 実施例 実施例 1 MnとMoとを含む6種類のCo基アモルフアス
磁心をキユリー温度以上に保持した後、磁路方向
に10eの交流の電界を印加しながら冷却し、キユ
リー温度以下から、2段階のステツプ状に温度を
150℃以下まで熱処理した。このようにして製造
した磁心の50kHzのspecific core gain Goを第1
表に示した。なお比較のため、従来の材料を使用
した磁心を1段階に熱処理し、その従来例のGo
を示した。 本発明のCo基アモルフアス合金中のSiは、合
金の鉄損を低減するのに効果があるが、過多に含
有されると合金のキユリー温度(Tc)を下げ、
角形比(Br/Bs)を著しく低下させる。以上の
様なことから、Si含有量は合金に望ましい特性を
付与するために13〜16原子%が望ましい。またB
含有量については7.5原子%より少ないと合金を
アモルフアス状態にすることがむずかしく、逆に
9.5原子%より多いと飽和磁束密度(Bs)の低下
をもたらすので、7.5〜9.5原子%が望ましくこの
範囲内で実施した。
【表】
【表】 実施例 2 本発明の材料を使用した5種類の磁心を、第1
実施例のようにステツプ状に熱処理し、さらに同
組成の磁心を従来のように1段階に熱処理して、
熱処理の影響を調べた。できあがつた磁心の50k
HzでのCoを測定し、第2表に示す。
【表】
【表】 本発明の磁心の組成では、従来熱処理でもGo
が従来材より大きいが、本発明の熱処理を行なう
ことにより更にGoが改善されており、本発明で
行なつている熱処理が非常に有効であることがわ
かる。 実施例 3 Mn量bを変化させた(Co0.942-bFe0.025Mnb
Mo0.0376Si15B9アモルフアス磁心に対して本発明
に用いる磁場中の3段階の熱処理を行ない、さら
に従来の磁場中熱処理を行なつた。できた磁心の
50kHzのspecific core gain GoのMn量b依存性
を第5図に示す。図中、Aは本発明の熱処理によ
るものであり、Bは従来熱処理によるものであ
る。 第5図からわかるようにMn量bが0.03を越え
るとGoが急激に大きくなり、制御用磁心として
好ましくなる。時に本発明に用いる多段の熱処理
を行なつた方(A)が、Goが大きく優れている。た
だしbが0.08を越えるとリボンは、製造の際脆化
してしまい好ましくない。 実施例 4 Mo量cを変化させた(Co0.918-CFe0.005Mn0.077
MoC76Si15B9アモルフアス磁心に対して、本発
明に用いる磁場中の3段階の熱処理を行なつた。
できた磁心の50kHzのspecific core gain Goの
Mn量c依存性を第6図に示す。 第6図からわかるようにMo量cが0.01を越え
ると急激にGoが大きくなり、制御用磁心として
好ましい傾向になる。ただしcが0.04を越える
と、飽和磁束密度がフエライト並以下になり好ま
しくない。 上記でCo基アモルフアス合金中のMn量bと
Mo量cとの適正量について説明したが、Fe量a
については次のことがいえる。Co基アモルフア
ス合金においては、Coの一部をFeおよびMnで置
換することにより、磁束λsが小さい磁心材料と
することができ、Coの一部をFeで置換すること
により、飽和磁束密度Bsを増大させことができ
るが、Fe量aが0.05を越えると経時変化が大きく
なるためaは0.05以下が望ましい。 実施例 5 (Co0.93Fe0.03Mn0.0472Mo3Si15B9アモルフアス
を材料にし、多段熱処理回数を変えて6個の磁心
を製造した。できた磁心の50kHzにおけるspecifc
core gain Goを測定し、第3表に示す。
【表】 第3表からわかるように、多段熱処理の回数が
3回以上になると、Goが特に大きくなり制御用
磁心として好ましくなる。 実施例 6 本発明の4種類の組成の材料を使用し、3段熱
処理の角ステツプの保持時間を低い温度になるほ
ど長くなるようにして磁心を製造した。この場合
の保持時間は温度の高いほうから順次10分、60
分、240分とした。また比較のため同一組成の材
料を使用し、3段熱処理の各ステツプの時間を一
定(10分)にして磁心を製造した。このように製
造したアモルフアス磁心の120℃の経時変化率
ΔGoを測定し、第4表に示した。 ここでΔGoは(Go10000−Go0)/Go0×100と
表わす。Go0;初期値 Go10000;10000時間後の
【表】 第4表から明らかなように、低い温度になるほ
ど保持時間が長くなるように多段熱処理したほう
が、経時変化が改善されより好ましい。 実施例 7 本発明の磁心と、従来の磁心との制御磁化特性
(ΔB−Hr特性、ΔBd−Hm特性)を比較するた
め、次の磁心を製造してその制御磁化曲線を第7
図に示した。本発明の磁心Cは、(Co0.87Fe0.04
Mn0.05Mo0.0476Si15B9を材料とし、3段熱処理と
した。また従来の磁心D、Eは、それぞれ材料を
Co70.3Fe5.4Mb1.6Si8.0B14.7アモルフアス、Co69.5
Fe4.5Mo1Si15B10アモルフアスとし、1段階の熱
処理とした。 第7図からわかるように、本発明の磁心Cの
ΔB−Hr特性の曲線は磁心D、Eより右側によつ
ており、制御電流が小さく従来の磁心より優れて
いる。 一方、本発明の磁心CのΔBd−Hm特性の曲線
は、磁心D、Eより下側に位置しており、角形性
が従来のものに比べて同等以上となつており、制
御用磁心として優れている。 発明の効果 本発明によれば、従来不十分であつたCo基ア
モルフアス磁心の制御磁心特性が大幅に改善でき
るため、高周波駆動のスイツチング電源の可飽和
リアクトルに使用した場合に、制御電流を小さく
でき、磁心の温度上昇も低くできる。また角形性
も良いので制御性も良く経時変化も小さくでき
る。このため、磁気制御型スイツチング電源を高
周波化し、小型化することが可能となり、その効
果は著しいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図a,b,cは本発明のアモルフアス磁心
の熱処理パターンと従来のアモルフアス磁心の熱
処理パターンの比較した図、第2図は制御磁化特
性測定回路を示した図、第3図は制御する際のB
−Hカーブを模式的に示した図、第4図は制御磁
化特性のカーブを模式的に示した図、第5図は
(Co0.942-bFe0.025MnbMo0.0376Si15B9アモルフア
ス磁心の50kHzにおけるspecific core gain Goの
Mn量b依存性を示した図、第6図は(Co0.918-C
Fe0.005Mn0.077MoC76Si15B9アモルフアス磁心の
50kHzのspecific core gain GoのMo量c依存性
を示した図、第7図は本発明による磁心(Co0.87
Fe0.04Mn0.05Mo0.0476Si15B9アモルフアス磁心の
制御磁化曲線を従来の熱処理を行なつたアモルフ
アス磁心の制御磁化曲線と比較した図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 組成式(Co1-a-b-cFeaMnbMoc100-X-YSiXBY
    で表わされ、 0≦a≦0.05、0.03≦b≦0.08、 0.01≦c≦0.04、0.04≦b+c≦0.10、13≦x
    ≦16、 7.5≦Y≦9.5(at.%) の関係を有する組成のアモルフアス合金からなる
    磁心素材に、キユリー温度以上で保持後、磁路方
    向に0.10e以上の交流あるいは直流の磁界を印加
    しながら冷却し、キユリー温度以下から、ステツ
    プ状に温度を150℃以下まで下げる多段熱処理を
    施すことを特徴とするCo基アモルフアス磁心の
    製造方法。 2 多段熱処理を少なくとも3段以上行なうこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のCo基
    アモルフアス磁心の製造方法。 3 多段熱処理の各ステツプの保持時間を低い温
    度になるほど長くしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項又は2項記載のCo基アモルフアス
    磁心の製造方法。
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JPS59147415A (ja) * 1983-02-09 1984-08-23 Hitachi Metals Ltd 巻鉄心

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