JPH0736943B2 - 高透磁率軟磁性繊維及びその製造方法 - Google Patents

高透磁率軟磁性繊維及びその製造方法

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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、磁化の非常に容易な高透磁率軟磁性繊維及び
その製造方法に関するものである。
[従来の技術] 珪素鋼などの磁性材料は、交流励磁に適合する様に薄肉
のものを一定の形に打ち抜いた後複数枚を積層して使用
される。即ち交流励磁における渦電流損失及びヒステリ
シス損失を小さくする主旨であり、高周波数領域で磁性
材料が励磁される場合には、磁性材料をさらに細分割し
て鉄損の低減を図ると共に、透磁率の動特性を向上させ
る必要がある。
ところで技術革新が進むにつれて電子・電磁機器の小型
化・軽量化に対する要請は益々強くなっており、こうし
た要望に沿うため小型磁性材料に関する改良研究も盛ん
に行なわれている。
電磁機器を小型化し、あるいは細分割するための一つの
方法として、磁性材料を繊維状に形成することが考えら
れるが、繊維状磁性材料の磁気特性を高めるうえでは、
結晶粒界や不純物などの欠陥や内部歪を少なくして磁化
され易い構造にすることが大切である。しかも繊維軸方
向に異方性を有する高透磁性の軟磁性繊維を得るには、
結晶の磁化容易軸の方向を軟磁性繊維の繊維軸の方向に
揃えることが必要になってくる。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は上記のような状況の下で、磁性材料からなる繊
維状物の結晶粒界や内部歪を極力少なくすることによっ
て磁化を容易にし、また磁化容易軸の方向が繊維軸方向
に揃った構造特性を与えることによって、比透磁率が非
常に大きく高レベルの透磁性を示す様な軟磁性繊維及び
その製造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] 本発明に係る高透磁率軟磁性繊維は、直径が100μm以
下であり、且つ直流磁化状態における比透磁率が90,000
以上であるところに要旨を有するものであり、この様な
高透磁率の軟磁性繊維は、磁化の容易な磁性材料を使用
し、溶融紡糸によって、樹枝状晶の一次アームが繊維軸
方向に対して角度20度以内、好ましくは5度以内で揃っ
た樹枝状組織を有する直径100μm以下の磁性繊維を作
製し、その後熱処理によって結晶粒界や内部歪を極力少
なくすることによって得ることができる。
[作用及び実施例] 上記の様に本発明の高透磁率の軟磁性繊維は、直径が10
0μm以下と非常に細いものであり、直流磁化状態にお
いて90,000以上といった高レベルの比透磁率を有してい
る。ここで繊維の直径を100μm以下に定めたのは、こ
の値を超える太径繊維では、追って詳述する如く繊維組
織に十分な方向性が与えられず、上記の様な高レベルの
比透磁率を確保することができないからである。また直
流磁化状態における比透磁率の下限を90,000に定めたの
は、90,000を下回るものでは本発明の意図する高透磁率
軟磁性繊維としての要求特性を満足すことができないか
らである。
本発明で使用される磁性材料としては種々のものが考え
られるが、中でも本発明の特徴を最も有効に発揮するの
はFe−Si系合金、Fe−Al系合金、Fe−Si−Al系合金であ
り、これらの鉄合金中に適量の希土類金属を1種または
2種以上含有させたものも好ましいものとして挙げられ
る。尚希土類金属として特に好ましいのは、原子番号が
57〜71のランタン系列から選択されるものであって、具
体的にはLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,
Luであり、これらは単独で含有させてもよく、あるいは
2種以上を複合して含有させることもできる。上記希土
類金属の中でも特に好ましいのはCeである。また本発明
を実施するに当たっては、軟磁性繊維の用途や要求特性
に応じて更に他の成分を配合することも可能である。
ところで前述の様な高透磁率の軟磁性繊維を製造する方
法としては、磁性材料を溶融紡糸して樹枝状晶の一次ア
ームが繊維軸方向に対して20度以内の角度で揃って成長
した軟磁性繊維(第4図(a)、(b)参照)とした
後、これを熱処理して内部歪を除去するとともに樹枝状
晶を消失せしめ、均質化する方法が挙げられる。
溶融紡糸法としては、たとえガラス被覆紡糸法、水流中
紡糸法、回転液中紡糸法等が例示されるが、中でも特に
好ましいのは特開昭55−64948号公報に開示された様な
回転液中紡糸法である。第1、2図はその方法を例示す
る概略正面図及び一部断面側面図であり、回転ドラム6
を高速回転させることによってその内周面側に冷却液体
層8を形成する。そして該液体層8の液面9に向けて、
るつぼ1下面の噴出ノズル2から溶融した磁性材料を噴
出させ、磁性材料を細線状4にして急冷凝固させながら
回転ドラム6の内周壁に巻き取っていく。図中3は磁性
材料を溶融させるためのヒーター、5は溶融磁性材料噴
出用の不活性ガス、7はモータ、10はベルトを夫々示
す。そして回転する冷却液体層の周速度を、噴出ノズル
2からの溶融磁性材料の噴出速度と実質的に同一かまた
はそれよりやや早くしておけば、断面均一性の良好な磁
性繊維が得られ易い。ここで使用される冷却液体は純粋
な液体の他、溶液、エマルジョン等のいずれであっても
よいが、コスト及び冷却効率を総合すると最も好ましい
のは水である。回転ドラムは横向きでも縦向きでもよい
が、該ドラム中の冷却液体層の表面速度は300〜900m/mi
n程度、溶融磁性材料の冷却液体層への侵入角度は40〜8
0゜、噴出ノズル2と冷却液体層8の液面9との距離は
0.5〜10mm程度が夫々好適である。この場合、特に注意
しなければならないのは、噴出ノズル2の口径を100μ
m以下とし、紡糸される磁性繊維の直径が100μm以下
としなければならないことである。しかして噴出ノズル
2の口径が100μmを超える場合は、その内部組織にお
いて、繊維軸方向に対する樹枝状晶一次アームの成長方
向が20度以内の角度で揃わなくなり、後述する様な熱処
理を行なって結晶粒界や内部歪を極力少なくしたとして
も、前述の如き高透磁率の軟磁性繊維は得られない。該
繊維の直径を100μm以下とすることによって何故上述
のような組織が形成されるのか、その機構の詳細は明ら
かではないが、得られた繊維の内部組織や結晶方位等の
観察結果からすると次の様に考えることができる。即
ち、溶融磁性材料の噴出流の太さの違いによって冷却液
体層中における冷却速度が変わり、結晶の生成及び成長
状況が変化することによって結晶の成長方向が繊維軸方
向に揃い、その後の熱処理で樹枝状晶が消失した後も一
次アームの方向性が保たれており結晶の方向性に好まし
い影響を及ぼしたためと推定される。
尚熱処理は、内部歪を解消すると共に魚冷凝固時に生成
した樹枝状晶を実質的に消失せしめ、均質化の目的を果
たし得る様、磁性材料の種類に応じて適宜定めるべきで
あるが、一般的な基準としては、繊維を溶融させること
なく短時間で均質化し得る様、[当該磁性材料の固相線
温度−10℃]よりも低く且つ[当該磁性材料の融点の1/
3]以上の温度の範囲で行なうのがよい。また熱処理
は、繊維表面の酸化を防止するため真空もしくはアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気で行なうことが望まれる。
例えば、磁性材料としてFe−5.7重量%Si合金を使用
し、上記のような回転液中紡糸時における噴出ノズルの
口径(紡出繊維の直径に対応する)を150μmまたは95
μmに設定して磁性繊維とした後、1000℃で1時間熱処
理したものについて、繊維軸方向に直流磁場を印加した
時の室温における直流磁化曲線を調べたところによる
と、直径150μmに太径磁性繊維の比最大透磁率は53,00
0と低い値しか得られていないのに対し、直径が95μm
の細径磁性繊維の比最大透磁率は121,000と2倍以上に
大きい値が得られた。また第3図は、上記と同じ材料を
使用し、上記と同じ方法で紡糸した磁性繊維を、1100℃
で2時間熱処理した磁性繊維について、比透磁率(縦
軸)の励磁周波数(横軸)特性を示したものであり、直
径95μmの細径磁性繊維は、直径150μmの太径磁性繊
維に比べて、各周波数帯で大きな比透磁率を示してい
る。
磁性繊維の直径を細くすることによって軟磁気特性が著
しく改善される理由を解明するため、繊維の内部組織を
調べてみたところ、次の様な事実が確認された。即ち直
径100μmを超える太径の磁性繊維は、熱処理前の状態
で樹枝状晶の一次アームの成長方向が繊維軸方向に対し
て角度20度を超えるものが多数存在しているのに対し、
直径100μm以下の細径の磁性繊維における樹枝状晶の
一次アームの成長方向は繊維軸方向に対して全てが20度
以内の角度にあった。そしてこれらをさらに熱処理して
結晶粒界や内部歪を減少させた後エッチピット法により
結晶方位を調べてみると、熱処理繊維の結晶方位は熱処
理前の組織を反映しており、太径磁性繊維には、特定の
結晶方位が繊維軸方向に対して20度を超えるものが多数
存在するのに対し、細径磁性繊維では、特定の結晶方位
が繊維軸方向に対して20度以内の角度で一様に揃ってい
ることが確認された。磁化の容易な方向は結晶方位と一
定の関係を有することが知られており、直径100μm以
下の細径磁性繊維では、前述の如く繊維軸方向に対して
20度以内の角度で揃った熱処理前の樹枝状晶一次アーム
が結晶粒界や内部歪の減少後も有効に反映されて、磁化
が容易で且つ極めて強い異方性をもつた磁性繊維とな
り、これらが透磁率の向上に好影響をもたらしたものと
考えられる。
又、結晶粒界が非常に少ないということはとりもなおさ
ず靭性や柔軟性にも優れたものであることを意味してお
り、2次加工を含めて非常に取扱い易い材料である。
このようにして得られる高透磁率の軟磁性繊維は、一本
のままで小型軟磁性材料として利用できるだけでなく、
適当な方法で絶縁皮膜を施した当該繊維を多数束ね、高
周波特性の優れた軟磁性材料として使用すこともでき
る。
例えば、当該軟磁性材料を磁気増幅器の磁心に応用すれ
ば、時定数の非常に小さい優れた性能の磁気増幅器を作
製することができる。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、細径で、磁化の障
害となる結晶粒界や内部歪が非常に少なく、高透磁率、
低保磁力の要求特性を共に満足する軟磁性繊維とその製
造方法を提供し得ることになった。そしてこの高透磁率
軟磁性繊維は、小型軟磁性材料として、或いは渦電流損
失やヒステリシス損失の非常に小さなものとして各種変
圧器や磁気増幅器の磁心材料として有用であり、その他
様々の電磁器分野に幅広く活用することが期待される。
【図面の簡単な説明】
第1、2図は回転液中紡糸法を説明するための図であ
り、第1図は概略正面図、第2図は一部断面側面図、第
3図は実施例で得た軟磁性繊維の室温における比透磁率
と励磁周波数の関係を対比して示すグラフである。また
第4図(a)および(b)は、一次アームと繊維軸との
なす角度が20度以下である樹枝状組織を有する軟磁性繊
維の説明図である。 1:るつぼ、2:噴出ノズル 3:ヒーター、4:細線 5:不活性ガス、6:回転ドラム 7:モータ、8:冷却液体 9:冷却液面、10:ベルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−138517(JP,A) 特開 昭61−123448(JP,A) 特開 昭55−64948(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直径100μm以下で、樹枝状晶の一次アー
    ムが繊維軸方向に対して20度以内の角度で成長した樹枝
    状組織を有する磁性繊維を、熱処理によって内部歪を除
    去すると共に樹枝状組織を消失させたものであり、且つ
    直流磁化状態における比透磁率が90,000以上であること
    を特徴とする高透磁率軟磁性繊維。
  2. 【請求項2】磁性材料を溶融紡糸し、直径100μm以下
    で、樹枝状晶の一次アームが繊維軸方向に対して20度以
    内の角度で成長した樹枝状組織を有する磁性繊維を得た
    後、熱処理によって該繊維の内部歪を除去すると共に樹
    枝状組織を消失させて、直流磁化状態における比透磁率
    を90,000以上にすることを特徴とする高透磁率軟磁性繊
    維の製造方法。
JP62310261A 1987-12-08 1987-12-08 高透磁率軟磁性繊維及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH0736943B2 (ja)

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