JPS6345318A - 非晶質合金の部分断熱焼鈍方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は非晶質合金製環状磁気鉄心（以下、鉄心と呼ぶ
）の焼鈍方法に関するものである。

［従来の技術］ 非晶質合金は、溶融金属を約り０６℃／秒で急冷するこ
とにより製作され、その形状は厚さ２０〜３０μｎ１幅
２５〜１００　ｍｍ程度の箔状のものである。

非晶質合金は通常の結晶構造の磁気材料よりも励磁損失
がきわめて少ないことより配電用変圧器等にも用いるこ
とが提案されている。

鉄心は非晶質合金を巻回して製作され、通常その断面は
４角形（長方形または正方形）であり、その表面は４面
よりなっている。

すなわち、鉄心軸と同軸の中央開口部の面（以下、内周
面と呼ぶ）、鉄心軸と同軸の鉄心の外周面（以下、外周
面と呼ぶ）、さらに鉄心軸と直角で内周面と外周面とで
囲まれた２つの面（以下、上部面、下部面と呼ぶ）より
なっている。

鉄心は成形後加工歪による磁気特性の劣化を回復するた
めに焼鈍を行う。

一般的には磁場焼鈍と呼ばれていてる鉄心に励磁コイル
を巻きつけ励磁をかけた状態で焼鈍する方法が行われて
いる。

鉄心の酸化を防ぐために、不活性ガス雰囲気中で焼鈍を
行い、鉄心焼鈍温度は３５０℃前後が採用されている。

鉄心の半径方向（積層方向）の熱伝導は鉄心軸方向の熱
伝導よりもはるかに悪いために、鉄心の内周面および外
周面付近は炉内雰囲気温度によく追随するが、鉄心半径
方向中央部の温度の追随は非常に遅い。

鉄心内に温度差が生じると熱応力が大きくなり、磁気特
性に悪影響を及ぼす。

このために鉄心内の温度差を大きくすることは避けなく
てはならず、炉内雰囲気温度か急最に上がらないように
しなければならない。

第３図は、従来の方法における炉内雰囲気温度と鉄心温
度の時間特性例であり、これによると炉内雰囲気の最高
保持温度は４００″Ｃ付近であるが、そこに達するまで
に３００℃付近の中間的な保持温度の時間帯が設けられ
ている。

このような中間的な保持温度の時間帯を設けることによ
り焼鈍時間が長くなる。

３００℃付近の中間的な保持時間帯の後に、再び炉内雰
囲気の昇温を行い炉内雰囲気の最高保持温度（４００℃
付近）まで達すると、このｌＨ度で所定時間一定に保っ
た後、鉄心焼鈍ｉｎ　ａ　３６０℃よりも若干高い温度
まで下げ、この；８度で一定に保つ。

鉄心焼鈍温度３６０℃よりも若干高い温度に炉内雰囲気
が保たれている間に鉄心温度が一様になり、鉄心焼鈍温
度３６０℃に達し、この状態がしばらく保たれた後、冷
却に入る。

鉄心温度は最終的には室温まで下るか、焼鈍を開始して
から前述の過程をへて鉄心温度が２００℃まで冷却され
る間を焼鈍時間としている。第３図における焼鈍時間は
約１０時間を要している。

第３図における鉄心温度をみると前述のような炉内雰囲
気温度の調整を行っているにも拘わらず、鉄心の中心部
と内周面、外周面の間にはかなりの温度差が発生してい
ることが分る。

焼鈍過程で生じる鉄心の中心部と内周面、外周面の間の
２８度差は非晶質合金積層厚さが厚いほど大きくなるの
で、鉄心が大形になるほど熱応力による磁気特性劣化の
危険性が増える。

［発明が解決しようとする問題点］ 鉄心の中央部と内外周面部との雰囲気温度に対する応答
差が大きい（中央部が遅く、内外周面部は速い）ため、
焼鈍時に鉄心内温反差による熱応力が発生しやすい。

この熱応力抑制のために炉内雰囲気の温度上昇過程で温
度上昇速度の調整などを行わなければならず、このため
炉内雰囲気１８度の制御が１ｊ２Ｗであり、かつ焼鈍に
長時間を要していた。

また、上記のような温度上昇速度の：Ａ整などを行って
も、焼鈍過程において鉄心内の温度差により発生する熱
応力により焼鈍の磁気特性向上効果が阻害されるという
問題点があった。

［問題点を解決するための手段コ 本発明においては、焼鈍時に鉄心の内周面および外周面
に耐熱性の断熱材をとりつけて、雰囲気温度変化時の鉄
心内温反差を小さくする。

また、本発明における炉内雰囲気の；Ｒ度条件は従来よ
りも炉内雰囲気温度、およびその上昇速度とも大きくと
る。

これらにより鉄心焼鈍時間を従来よりも短くするととも
に、焼鈍による磁気特性向上の効果が熱応力により阻害
される危険性も排除される。

［作用］ 金属板を積層した物体の熱伝導率は、積層面と直角な方
向（積層方向）の方が積層面と十行な方向よりもはるか
に小さい。これは、積層面と平行方向の熱伝導は、その
金属板にそって行われるのに対し、積層方向の熱伝導は
積層板間の空間を経由して、または積層板同志の接触部
を経由して行われるが、上記空間は焼鈍時においては空
気または窒素等で満されており、これら気体の熱伝導率
は金属よりもはるかに小さく、また上記接触部において
は接触熱抵抗が存在するからである。

鉄心の４００℃における熱伝導率を鉄心の軸方向と鉄心
の半径方向とについて測定した結果によると、軸方向の
方が半径方向よりも２０倍の熱伝導率を有していた。

これより鉄心の内周面および外周面を断熱して焼鈍すれ
ば半径方向の温度はほとんど均一になり、軸方向には温
度差を生じるが、上記の断熱を行わなかった場合に生じ
る半径方向の温度差よりもはるかに小さくなり、鉄心内
に発生する熱応力も小さなものとなる。

また、鉄心の内周面および外周面を断熱しない場合でも
半径方向の熱流は軸方向の熱流に対しきわめて小さいの
で、前記の断熱を行っても鉄心中心部の熱応答（この部
分が最も遅い）の遅れはごくわずかである。

上記の断熱処理により、焼鈍時の鉄心焼温度差がきわめ
て小さくなるので、炉内雰囲気温度の上ガ速度を大きく
することができる。

また、鉄心内周面および外周面付近の雰囲気温度に対す
る応答が遅くなるので過渡的な高温雰囲気によく耐える
ようになり、従来よりも炉内雰囲気の最高保持温度を大
きくとることかできる。

以上のことにより、焼鈍時間の短縮を図ることができる
。

上記の断熱を行うために、鉄心の内周面の内側および外
周面の外側に耐熱性断熱材（熱伝導率０．０３〜０．１
４Ｗ／ｍ’Ｃ，５００℃までの収縮率１〜３９６）を取
付ける。

これらの断熱材としては、ガラスウールやその他無機！
錐材料が適当である。

鉄心に取付ける方法としては、シート状断熱材を巻付け
る方法や形枠を用いて断熱材を充填する方法等がある。

シート状断熱材を巻付ける方法は容易に行えるものであ
り、巻付は厚さは２５〜７５．鰭とする。

このように内周面および外周面に断熱材を取付けた鉄心
に磁場焼鈍を行うための励磁コイルを巻付ける。

励磁コイルは５００℃以上の、Ｈ度に耐えるものを用い
る。

鉄心は窒素ガス等不活性ガス雰囲気下におき励磁コイル
に直流通電を行いながら所定の温度条件で焼鈍を行う。

鉄心は通常磁場焼鈍すべきであるが、ある種の非晶質合
金、たとえば（ＣＯ６６Ｃ「 Ｆ　ｅ　４Ｎ　ｌ　ＩＢ　１４　Ｓ　ｌ　ｔ５）や（Ｆ
ｅ７Ｂ、８５　　２Ｂ　　　Ｓｉ　　　Ｃ）などを用い
た場合は磁場ｌＧ、ｌ　　　４．ａ　　Ｏ，２５ をかけずに焼鈍してもよい。

第１図に本発明における内周面および外周面に断熱材を
取付けた鉄心（磁場焼鈍用励磁コイルを巻付ける前の状
態）の概略図を示し、第２図に本発明による焼鈍時のｌ
晶度時間特性例を示す。

以下、第２図に基いて本発明の詳細な説明する。

Ｔｓは鉄心焼鈍温度で、非晶質合金の加工歪み除去に充
分な温度で、かつ結晶化温度よりも低い範囲（３２５°
Ｃ〜４００°Ｃ）内から選定する。

炉内雰囲気の最高保持温度（Ｔｍａｘ）はＴｓよりも１
００℃〜１６０℃高く設定する。

焼鈍開始後炉内雰囲気温度を急速かつ一様にＴ　ａ＋ａ
ｘまで上昇し温度Ｔ　ＩＩＩａＸで保持（一定温度に保
つ）にはいる。

鉄心温度がＴｓに近づいたとき、炉内雰囲気温度をＴｓ
まで下げる。

鉄心温度がＴｓに達して所定時間経過後に、焼鈍炉の熱
入力を停止し冷却に入る。

鉄心温度の冷却速度は０．１〜ｂ 囲内で鉄心の形状により選択する。

鉄心の磁場焼鈍用通電は、鉄心温度が２００℃程度に低
下するまで継続する。

［実施例］ 元素組成（Ｆｅ７８Ｂ１３Ｓ１９）よりなる非晶質合金
Ｍｅｔｇｌａｓ（商品名）２６０５Ｓ−２の１００ｍｍ
巾リボンをす回して変圧器用環状鉄心を装作した。

鉄心寸法、重２は第１表〜第３表に示す。

第−表の鉄心は、本発明の実施例によるもので、鉄心内
周部および外周面にガラスウールを巻付けて断熱を行う
。

断熱材を巻付けた鉄心に、耐高熱電線を用い磁場焼鈍用
励磁コイルを巻回する。

コイルの巻回数は６ターンとし、通電時（直流）の磁化
力は８００ＡＴ／ｍとする。

第２図は、第１表の鉄心を本発明の方法により焼鈍した
ときの温度時間特性例であり、実線は炉内雰囲気の７Ｈ
度、一点鎖線は鉄心中心部の温度、破線は鉄心軸方向中
心部で、内周面より５　ｍｍ鉄心内部に入った点および
外周面より５１１１１鉄心内部へ入った点を熱雷対によ
って測定した温度である。

鉄心焼鈍温度は３６０℃とする。

鉄心は焼鈍炉中において窒素ガス雰囲気中で磁場焼鈍を
行う。

焼鈍開始とともに励磁コイルに通電し、炉内雰囲気温度
を一様かつ急激に上昇せしめ、５００℃より若干低目の
最高保持）晶度に保つ。

鉄心温度が鉄心焼鈍温度の３６０℃に近づき、それより
若干低目のときに、炉内雰囲気温度を降下させて３６０
℃まで下げこの温度を保持する。

炉内雰囲気温度が３６０℃に保持されている間に鉄心の
ｆ８度も３６０℃に達する。

鉄心温度が３６０℃近くの状態で１時間程度保持した後
に、焼鈍炉への熱入力を停止し、冷却に入る。

鉄心温度が２００℃程度に下ったならば励磁コイルの通
電を停止し磁場焼鈍が終了する。

鉄心が２００℃まで下る間の平均冷却速度は、１．５℃
／分である。

このようにして、本発明による焼鈍を行った鉄心の磁気
特性データを第１表に示す。

第２表および第３表の鉄心は、本発明によらないもので
、本発明の効果を確認するために装作したものである。

ここで本発明の焼鈍方法と従来の焼鈍方法とを比較する
ために、従来の焼鈍方法についても特性を測定した。

第３図は、第２表の鉄心を従来の方法により焼鈍したと
きの温度時間特性例であり、実線は炉内雰囲気１８度、
一点鎖線は鉄心中心部温度、破線は鉄心軸方向中心部で
鉄心内周部および鉄心外周部の温度であり（測定は熱雷
対による）、第２表に磁気特性を示している。

第３表は焼鈍時の鉄心は従来と同様断熱材の取付けは行
わず、焼鈍の温度時間条件は第２図に示す炉内雰囲気温
度条件によるものであるが、鉄心の温度データは示して
いない。

第２図の本発明の特性と第３図の従来の特性とを比較す
ると、本発明においては炉内雰囲気温度の上昇を急激に
行い、炉内雰囲気の最高保持温度自体も高くとって、従
来よりも焼鈍時間が短縮されて、かつ焼鈍時の鉄心内温
反差も従来の焼鈍方法よりも小さくなっている。

また、本発明の方法によれば、炉内雰囲気：３度の制御
も簡単である。

第１表と第２表とを比較すると、本発明による焼鈍時間
の短縮、磁気特性の向上の効果（保磁力、励磁損失とも
に減少）が数値的に明確に表われている。

なδ、本発明による磁気特性の向上は、鉄心の外周面お
よび内周面に断熱材を取付けたことによるものであり、
単に従来の焼鈍時の鉄心の姿（断熱材の取付なし）のま
まで、焼鈍時間を短縮するために、第２図に示すような
本発明の焼鈍１ｍ度時間条件を適用しても、磁気特性は
向上するどころか、低下してしまう。

これは理論的にも推定されることであるが、第３表と第
１表、第２表とのデータを比較すると、これが実証され
ている。

第１表　　本発明の方法による鉄心 ＊　材料Ｍｃｔｇｌａｓ　２６０５Ｓ−２リボン巾　１
０ｈｍ＊＊　焼鈍開始時より冷却過程において鉄心温度
が２００℃まで降下するまでの概略時間第２表　　従来
の方法による鉄心 ＊　材料Ｍｅｔｇｌａｓ　２６０５Ｓ−２リボンＩＩＩ
　　Ｉ　ＯＯ！ＩＩＩ＊＊　焼鈍開始時より冷却過程に
おいて鉄心温度が２００℃まで降下するまでの概略時間
第３表　焼鈍時の鉄心の姿は従来のままで焼鈍条件のみ
本発明の方法による鉄心 率　材料Ｍｅｔｇｌａｓ　２６０５８−２　　リボン巾
　１００　ｍｍ＊＊　焼鈍開始時より冷却過程において
鉄心）Ｒ度が２００℃まで降下するまでの概略時間［発
明の効果コ 本発明によれば、焼鈍時間が短かくてすみ、炉内雰囲気
温度制御か簡単であり、磁気特性の優れた（保磁力およ
び励磁（ｉ失が小さい）鉄心を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焼鈍時の鉄心への断熱材取付の概
略図、第２図は本発明による焼鈍の温度時間例を示すグ
ラフ、第３図は従来の方法による焼鈍の温度時間例を示
すグラフである。 １・・・鉄心、　２・・・断熱材、　ａ・・・炉内雰囲
気温度を示す曲線、　ｂ・・鉄心中心部温１文を示す曲
線、Ｃ・・・鉄心軸方向中心部で、鉄心の内周面よる５
１１Ｍ鉄心内部に入った部分の温度および鉄心の外周面
より５　ｍｒａ鉄心内部に入った部分の温度を示す曲線
、Ｃ゛・・鉄心軸方向中心部で、鉄心内周面の温度およ
び鉄心外周面の温■を示す曲線 代理人　　弁理士　　中　井　　宏 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、箔状の非晶質合金を巻回した環状磁気鉄心の焼鈍に
   おいて、前記環状磁気鉄心の外周面および内周面の表面
   を耐熱材で被い、前記非晶質合金の加工歪み除去に充分
   でかつ結晶化温度をこえない温度の範囲内で鉄心焼鈍温
   度を設定し、焼鈍初期の加熱時には炉内雰囲気温度を急
   速かつ一様に上昇せしめ、前記鉄心焼鈍温度よりも高い
   温度まで上げたのち、この温度で保持し、前記環状磁気
   鉄心の温度が前記鉄心焼鈍温度に近づいたときに、炉内
   雰囲気温度をこの鉄心焼鈍温度まで下げて、この温度で
   保持し、前記環状鉄心を前記鉄心焼鈍温度付近に所定の
   時間保持した後に、炉内雰囲気温度を下げ前記環状磁気
   鉄心を冷却する環状磁気鉄心の焼鈍方法。 ２、断熱材の取付けられた環状磁気鉄心に励磁用コイル
   を巻回し、前記励磁コイルに通電を行うことにより前記
   環状磁気鉄心に磁場を発生させながら焼鈍を行う特許請
   求の範囲第１項に記載の環状磁気鉄心の焼鈍方法。