JPS5934781B2 - 軟質磁性非晶質合金の薄帯材の磁気ヒステリシス損失低減方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軟質磁性非晶質合金から成る薄帯材における
磁気ヒステリシス損失の低減方法に関するもので、かか
る合金においては帯材または帯材を巻いた磁心が先ずキ
ュリー温度より上で結晶化温度より下の温度で機械的な
歪の除去のために焼鈍され、それからキュリー温度以下
の温度に調整下に冷却される。

非晶質合金は、対応する溶融体から結晶することなく凝
固が起るほど速く冷却されることによつてつくられる。

この合金はその際生成と同時に薄い帯の形に得られ、そ
の厚さは例えば１００分の数關、その幅は数羽になり得
る（例えば西ドイツ特許出願公開第２５００８４６号お
よび第２６０６５８１号公報参照）。

非晶質合金は結晶質合金とはレントゲン回折検査によつ
て区別される。

特徴ある鋭い回折像を示す結晶質材料とは異なり非晶質
合金においては、レントゲン回折像における強度が液体
又は普通のガラスと同様に回折角度によつて徐々に変る
だけである。製造条件に従つて非晶質合金は完全に非晶
質にもできるし、また非晶質状態と結晶質状態の二相混
合物をも包含することもできる。一般に・「非晶質合金
」とは、少くとも５０％まで、特に少くとも８０％まで
非晶質である合金を意味する。すべての非晶質合金に対
して特定の温度、いわゆる結晶化温度が存在する。非晶
質合金をその温度で又はそれ以下で加熱すれば結晶質状
態に移る。これに反して結晶化温度以下の熱処理では非
晶質状態に維持される。従来公知の軟質磁性非晶質合金
はＭｙＸｌ−ッの組成を持ち、その際Ｍは鉄、コバルト
およびニツケル金属の少なくとも一つであり、Ｘはいわ
ゆるガラス生成元素の硼素、炭素、珪素および燐の少く
とも一つを意味し、そしてｙは約０．６０と０．９５の
間である。

金属Ｍに加えて非晶質合金はなお別の金属、特にチタン
、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデン、タングステン、マンガン、パラジウム
、白金、銅、銀又は金も含み、一方ガラス生成元素Ｘに
加えて、又は場合によつてはその代りにアルミニウム、
ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、錫、砒素、アン
チモン、ビスマス又はベリリウム元素を設けることもで
きる（西ドイツ特許出願公開第２５４６６７６号、第２
５５３００３号、第２６０５６１５号および第２６２８
３６２号公報参照）。

技術的な応用に対しては適当な磁気特性における非晶質
軟質磁性合金＆叙すでに述べたようにそれが薄帯の形に
直接作ることができるから非常に関心がもたれている。

従来の技術では普通の結晶質軟質磁性合金は薄帯の製造
のために多数の中間焼鈍を含む多数の圧延工程が必要で
ある。軟質磁性非晶質合金の磁気的性質は結晶化温度以
下の温度における熱処理によつて影響されることが公知
である。

一連のコバルトを含む軟質磁性非晶質合金においては合
金を技術上飽和するのに十分な処理される帯材の長さ方
向に対して平行に通る磁場、いわゆる縦磁場中でヘリウ
ムの下での適当な熱処理が高い残留磁化と小さい抗磁力
に導く。これに対し処理される帯材の長さ方向に直角で
帯材の面に平行に通る磁場、いわゆる横磁場中での適当
な熱処理は磁場強度零の近くでほぼ直線的に磁場強度と
ともに磁気を変化する物体を生じる（西ドイツ特許出願
公開第２５４６６７６号公報）。非晶質軟質磁性合金Ｆ
ｅＯ．４ＯＮｉＯ．４ＯｐＯ．ｌ４ＢＯ．Ｏ！５の帯材
および環状巻鉄心の詳細な研究によつて、キユリ一温度
と結晶化温度の間における焼鈍処理が合金の機械的な歪
の除去をもたらし、対応する処理合金の磁気的性質が、
合金が焼鈍処理につづいてキユリ一温度以下の温度へ冷
却される条件に著しく依存することが確かめられた。

焼鈍処理を虱この公知の研究では窒素下および真空下で
実施された。焼鈍とそれに続く縦磁場中での冷却の調整
によつて残留磁化と残留磁化率が結晶質軟質磁性材料で
通常であるように焼鈍されない磁心に比して高められた
。それに対し焼鈍をそれにつづく横磁場中での冷却によ
つては（結晶質軟質磁性材料の場合と同様に）残留磁化
と残留磁化率が焼鈍されない磁心に対して小さくなり、
その結果対応する磁気誘導一磁場強度曲線が焼鈍されな
い磁心のそれよりも平坦になり、その平坦な経過により
いわゆるＦ特性を示す。窒素の下での焼鈍処理において
はその他に抗磁力と磁気ヒステリシス損失が焼鈍されな
い磁心にくらべて非常に小さくなり、一方真空下での焼
鈍における対応する効果はそれほど著しくなかつた「Ｉ
ＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉＯｎｓＯｎＭａｇｎｅｔｉｃ
ｓＪｖＯｌ．Ｍａｇ−１１，Ｎ０６，１９７５年、１６
４４〜１６４９頁、および「ＣＯｎｆｅｒｅｎｃｅＯｎ
ＲａｐｉｄｌｙＱｕｅｎｃｈｅｄＭｅｔａｌｓｌｖＯｌ
．ｌ，ＢＯｓｔＯｎｌ９７５年、４６７頁以下参照）。

窒素中の焼鈍によつてこの公知の研究においてはしかし
例外として磁気ヒステリシス損失は、比較し得る軟質磁
性合金の帯材における磁気ヒステリシス損失よりも約２
倍高い値に低下させられるにすぎなかつた。

そこで例えば０．１Ｔの最大磁気誘導と１０ｋＨｚの周
波数における交番磁場において、低損失の市販の結晶質
軟質磁性合金の場合の対応する損失が約１Ｗ／Ｋｆであ
るのに対して、最も条件の良い場合に１８ｍＷ／Ｃｒｊ
ｌ（＝２．４Ｗ／Ｋｆ）の損失値が得られた。上述の場
合においてのみ上記の交番磁場において１．３３Ｗ／Ｋ
ｆの値が得られた。しかし対応する磁心は技術上実際に
は制御できない高い冷却速度で冷却され、そしてそのほ
かにもはや平らなＦループを生じない０．２の残留磁化
率を示した。従来結晶質軟質磁性合金に留保された一連
の技術的応用のためには、同時にできるだけ低い磁気ヒ
ステリシス損失においてＦループの形にあるヒステリシ
ス曲線が正に望まれる。本発明＆ζ冒頭に述べた種類の
方法において軟質磁性非晶質合金の磁気ヒステリシス損
失を更に一層低減し、同時にできるだけ平坦なビスセリ
ンス曲線のＦ特性を得ることを目的としている。本発明
によりこれは焼鈍および冷却が空気又は他の酸化媒質の
下で行われることによつて達せられる。空気中の焼鈍と
冷却の調整は驚く程低い磁気ヒステリシス損失と同様に
驚く程低い残留磁化ならびに残留磁化率をもたらす。

空気中の熱処理のどのような作用にこの効果が帰因する
かはまだこれまでに十分明らかにされていない。しかし
おそらくは非晶質合金の帯材表面の薄い酸化層による張
力がその役割を果しているのであろう。対応する効果は
他の酸化媒質によつても得られる。ＦｅＯ．４ＯＮｌＯ
．４ＯｐＯ．ｌ４ＢＯ．Ｏ６の組成の合金の帯材又は巻
磁心を約２８０〜３５『Ｃの温度において少くとも約０
．５〜２時間焼鈍し、それから２００℃又はそれ以下の
温度まで冷却させると、残留磁化、残留磁化率および磁
化曲線に対する好適な達成可能値に関して特に有効であ
ることが判明した。

２８０〜３５０℃の間の温度では０．５〜２時間の上記
最小焼鈍時間において帯材の完全な機械的歪除去が達せ
られる。

その場合長い方の最小焼鈍時間は低い方の、短い方は高
い方の温度において適用される。温度はさらに約２３０
℃の合金のキユリ一温度以上で３６０℃の結晶化温度以
下であれば十分である。冷却の調整には上記の場合にお
いてさらに１時間当り約１００〜２５０℃の冷却速度が
磁気特性値に関して有効であることが判明した。空気中
での焼鈍と冷却に関しては冷却が磁場なしにあるいは磁
場中で行われることが著しい影響をもつ。

磁場無しに焼鈍および冷却されると、非常に小さい残留
磁化率と非常に低い損失を得る。やや高い残留磁化率に
おいてさらに損失を低減することは非晶質合金の帯材も
しくは巻磁心を冷却調整中に帯材の長さ方向に通る磁場
においてほぼ飽和まで磁化することによつて得られる。
それ故縦磁場中の冷却はできるだけ低い損失を達しなけ
ればならないときに特に好都合である。

冷却中ほぼ飽和まで横磁場中で帯材もしくは相当する磁
心を磁化することによつて、縦磁場中での冷却における
場合と磁場なしの冷却において得られる場合との値の間
の磁気特性値が達せられる。それに対し磁気ヒステリシ
ス損失は他の磁化方法におけるより幾分高い。ほぼ飽和
までの磁化はすべての場合キユリ一温度以上の温度から
キユリ一温度以下の温度までの冷却調整中に行われる。

しかし純粋に実質的の理由から対応する磁場は大部分が
すでに機械的な歪の除去のための焼鈍中にかけられる。
ほぼ飽和までの磁化とは飽和の６０％以上の磁化を意味
する。磁化をできるだけ飽和に近づけるのが望ましい。
本発明により処理された環状巻磁心の磁気誘導一磁場強
度曲線を示す図をもとに本発明の実施例を詳細に説明す
る。ＦｅＯ●４０Ｎ１０．４０Ｐ０．１４Ｂ０．０６の
組成の軟質磁性の非晶質合金の約２ｕの幅で０．０５Ｖ
Ｉ１の厚さの帯材から外径２０ｖｔ、内径１０ｕの複数
個の環状巻磁心がつくられた。

個々の巻磁帯は酸化マグネシウム粉によつて互いに絶縁
された。それぞれ７０〜８０巻からなる巻磁心はアルミ
ニウムの適合した保護器中に挿入された。磁心はそれか
ら保護器内で約２３０℃の合金のキユリ一温度と約３６
０℃の結晶化温度の間にある約３２５℃の温度で３０分
の歪取焼鈍にかけられた。焼鈍に続いて磁心は１時間約
２００℃の冷却速度でキユリ一温度以下の温度、この実
施例の場合は約１０『Ｃまで調整のもとに冷却された。
それから室温までの冷却は調整しないで行われた。焼鈍
とそれにつづく調整冷却は種々の条件の下で空気中で行
われた。

磁心の一部は個々の磁心の周方向に、すなわち巻取られ
た帯材の長さ方向に平行に通る磁心に巻かれたコイルで
つくられ、１６Ａ／ＣＴＩＬの磁場強度で非晶質合金を
その飽和値の近くまで磁化する磁場、いわゆる縦磁場中
で焼鈍冷却された。磁心の他の一部は、帯材の長さ方向
に直角で磁心の巻軸に平行な磁場、いわゆる横磁場中で
焼鈍冷却された。この目的には磁心はＡｌＮｉＣＯ２６
／６の１０ｃ１ｎ長さで４Ｘ４？の断面積の棒磁石の磁
場中に置かれた。磁心の別の一部は磁場無しに焼鈍冷却
された。比較の目的で別の磁心は、焼鈍とそれにつづく
調整冷却が水素の下で行われる処理にかけられた。

そのように処理された磁心においては５０Ｈｚにおける
磁気誘導一磁場強度曲線がベクトルメータで測定された
。この曲線から交番磁場相対透磁率μ、すなわち４ｍＡ
／ＣＴＩＬの磁場強度における透磁率とμＭａｘ、すな
わち最大透磁率が算定された。そのほかに静的に抗磁力
ＨＯと残留磁化Ｂｒが算定された。後者と使用合金では
約０．８Ｔになる飽和磁化Ｂｓからヒステリシス曲線の
勾配に対して、従つてまたヒステリシスループのＦ特性
に対して良好な尺度になる残留磁化Ｂｒと飽和磁化Ｂｓ
との比、いわゆる残留磁化率Ｂｒ／Ｂｓが算定された。
そのほかに０．１Ｔの最大磁気誘導と１０ｋＨｚの周波
数を持つ交番磁場中と０．２Ｔの最大磁気誘導と２０ｋ
Ｈｚの周波数を持つ交番磁場中での磁気ヒステリシス損
失ＰＦｅが測定された。測定結果は同じ非晶質合金の焼
鈍されない環状巻鉄心において測定された値と共に次表
にまとめられる。

図には空気中で焼鈍冷却された環状巻磁心の５０Ｈｚで
測定された磁気誘導一磁場強度曲線が示されている。

横座標には対数目盛で実効磁場強度ＨｅｆｆがＡ／αで
、縦座標には同様に対数目盛でその都度の磁気誘導の最
大振幅登がＴで示される。曲線ａは縦磁場中で焼鈍冷却
された磁心、曲線ｂは磁場無しに焼鈍冷却された磁心、
そして曲線ｃは横磁場中で焼鈍冷却された磁心について
測定された。各曲線は磁場強度と共に磁気誘導が直線状
に上昇することを示す。それらは非常に平坦な経過をと
り、従つてすぐれたＦ特性を示す。表にまとめられた値
を比較すると、特に空気中で焼鈍冷却された磁心におい
ては残留磁化と残留磁化率が焼鈍されない磁心および水
素中で焼鈍冷却された磁心に対して著しく小さいことが
目立つ。特に空気中で縦磁場中で焼鈍処理にかけられた
磁心は焼鈍さ￥ない磁心の値に対する両値の低下が顕著
である。゛通常はそれ故上述の縦磁場中の調整冷却を伴
なう焼鈍によつて残留磁化と残留磁化率ｊこ＝責需鋼種
＝奪−１゛０゜１さらに表は、空気中の焼鈍とそれに続
く調整冷却により磁気ヒステリシス損失が焼鈍されない
鉄心に対して水素下での焼鈍処理で得られる低減をはる
かに凌駕する程度に低減することを示す。

空気中で縦磁場中および磁場無しで焼鈍冷却された磁心
における損失は特に低い。市販の結晶質パーマロイ合金
（約７６．５重量％のニツケル、４．５重量％の銅、３
〜３．５重量％のモリブデン、残りは鉄）の０．０５０
厚の帯材から成る磁心では０．２Ｔおよび２０ｋＨｚに
おいて１０〜１２Ｗ／Ｋｑの磁気ヒステリシス損失が得
られる。縦磁場もしくは磁場無しに空気中で焼鈍冷却さ
れた非晶質合金から成る磁心は従つて市販のパーマロイ
合金に損失値に関して十分同価値である。透磁率μは空
気中の焼鈍冷却によつて焼鈍されない磁心に対し水素の
下での焼鈍によるほど強くはないけれども著しく高めら
れる。

それに対し最大透磁率μＮｌａｘは縦磁場中での空気中
の焼鈍冷却の際に焼鈍されない磁心に対しわずかに、磁
場無しもしくは横磁場中での空気中の焼鈍の際には約５
ないし１０倍程度減少する。抗磁力の減少は空気中での
焼鈍冷却の際には水素の下での焼鈍冷却におけるほど著
しく現われない。空気中で焼鈍冷却された磁心の０．１
Ｔおよび１０ｋＨｚにおける磁気ヒステリシス損失は、
同時に非常に低い残留磁化と低い残留磁化率のために既
に述べた公知の窒素の下で焼鈍冷却された磁心のそれよ
りも著しく下にある。ヒステリシス曲線の平坦なＦ特性
が同時に得られる磁気ヒステリシス損失の対応する減少
をζ本発明による方法を用いて他の軟質磁性非晶質合金
の場合にも得られる。

特に好都合な作用はその磁歪が零でない合金において期
待される。冷却速度の影響の研究のために既に説明した
種類の二つの環状巻鉄心が、縦磁場中の約３２５℃の３
０分の歪取焼鈍の後１時間当り１２００℃の冷却速度（
これは技術的にかなり困難である）および１時間当り１
０℃の冷却速度で冷却された。

この場合１時間当り２００℃の冷却速度での縦磁場中の
冷却に対して残留磁化と残留磁化率は約３０もしくは４
５％減少し、それによつてそれぞれ平坦なヒステリシス
曲線が得られたが、相対透磁率μおよびμＮｌａＸは１
時間当り１２００℃の冷却速度においては１時間当り２
００℃の冷却の際に得られる値の約５０もしくは３０％
に、そして１時間当り１０℃の冷却速度においては約６
もしくは７％に低下する。磁気ヒステリシス損失は１時
間当り２００℃の冷却における損失に対し１時間当り１
２００℃冷却の際には約３０％、１時間当り１０℃の冷
却の際にはそれ以上に増加する。１時間当り約１００〜
２５０℃の平均的冷却速度の範囲は従つて、比較的高い
透磁率と低い磁気ヒステリシス損失並びに非常に平坦な
ヒステリシス曲線の経過により空気中の縦磁場中の冷却
のためには特に好都合である。

本発明により処理された帯材もしくは巻磁心１１ζ例え
ば２０ｋＨｚの周波数のためのいわゆる中間周波数電流
電源における変圧器磁心に対し特に好適である。

そのような応用のための前提である低い磁気ヒステリシ
ス損失と共に、このような電流電源のための一連の回路
原理においては変圧器磁心のヒステリシス曲線の平坦な
Ｆ特性も実際上極めて重要である。５０Ｈｚの周波数を
もつ電流電源に対して中間周波数電流電源はそれに属す
る変圧器が実質的に小さく構成でき、その上５０Ｈｚに
おいてしばしば障害となるハムが無くなるという利点を
持つ。

中間周波数電流電源は例えばしばしばデータ処理装置、
事務電算機、金銭登録機およびテレタイプライタにおい
て使用される。そのほかに本発明により処理された非晶
質軟質磁性合金の帯材もしくは巻磁心は、同様にヒステ
リシス曲線の平坦な経過を必要とする単極制御における
応用にも適する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に基ずく３種類の処理を施された環状巻鉄心
の磁気誘導一磁場強度曲線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 帯材もしくは帯材の巻磁心が差当りキュリー温度よ
   り上で合金の結晶化温度より下の温度において機械的な
   歪の除去のために焼鈍され、次いでキュリー温度以下の
   温度まで冷却される軟質磁性非晶質合金の薄帯材の処理
   方法において、焼鈍および冷却が空気又は他の酸化媒質
   の下で行われることを特徴とする軟質磁性非晶質合金の
   薄帯材の磁気ヒステリシス損失低減方法。 ２ Ｆｅ＿０＿．＿４＿０Ｎｉ＿０＿．＿４＿０Ｐ＿０
   ＿．＿１＿４Ｂ＿０＿．＿０＿６の組成の合金の帯材又
   は帯材の巻鉄心が約２８０〜３５０℃の温度において少
   くとも約０．５〜２時間焼鈍され、次いで２００℃又は
   それ以下の温度まで調整下に冷却されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 冷却が１時間当り約１００〜２５０℃の冷却速度で
   行われることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ４ 帯材もしくは巻磁心が冷却の間にほぼ飽和まで磁化
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項のいずれかに記載の方法。 ５ 帯材もしくは巻磁心が帯材の長さ方向にある磁場中
   で磁化されることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の方法。