(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明では、非晶質合金リボンから所定形状の非晶質合金片を打抜き加工する際、打抜き加工に使用する工具の寿命を延ばしつつ、ハンドリングしやすい非晶質合金片の製造方法を提供する。【解決手段】本発明である非晶質合金片の製造方法は、非晶質合金リボン表面に、所定形状の打抜き輪郭線となる線状の脆化部を形成し、打抜き用パンチ及びダイにより、前記所定形状の非晶質合金片に打抜き加工する、非晶質合金片の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質合金リボン表面に、所定形状の打抜き輪郭線となる線状の脆化部を形成し、打抜き用パンチ及びダイにより、前記所定形状の非晶質合金片に打抜き加工する、ことを特徴とする非晶質合金片の製造方法。
【請求項２】
前記脆化部を、前記非晶質合金リボン表面の前記打抜き輪郭線位置に熱吸収層を配置し、当該熱吸収層を加熱することで形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の非晶質合金片の製造方法。
【請求項３】
前記熱吸収層に、熱線を吸収する塗料を用いる、ことを特徴とする請求項２に記載の非晶質合金片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
非晶質合金リボンから所定形状の非晶質合金片に打抜き加工する、非晶質合金片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非晶質合金は、通常の結晶質合金と同じ組成でも、機械的特性、磁気特性、耐食性等において、優れた特性を示すことが知られている。特に、Ｆｅ基やＣｏ基の非晶質合金は、結晶粒界が形成されないことから、保磁力の小さい軟磁性材料にできることが知られている。
非晶質合金は、結晶粒が合金中に形成されないよう、合金溶湯を急冷凝固する必要があり、例えば、回転する冷却ロール表面に合金溶湯を供給し、合金溶湯をロール表面にて連続的に凝固させて作製する。この製法は、単ロール法と呼ばれ、リボン状の非晶質合金が得られる。また、リボン状の非晶質合金から形成される磁心としては、非晶質合金を巻き回したトロイダルコアが容易に作製できることで知られている。
【０００３】
非晶質合金は、モータのステータコアやローターコアに適用拡大されることが期待されているものの、これらのコアは、形状が複雑なので、トロイダルコアにて形成することは困難であった。そこで、非晶質合金リボンを所定形状に打抜いて非晶質合金片とし、この非晶質合金片を積層してコアを形成する手法が適用されている（例えば、特許文献１）。
しかし、非晶質合金リボンを、通常の打抜き装置にて所定形状に打抜こうとすると、非晶質合金リボンは難加工材のため、パンチやダイスの工具寿命が短くなるということが知られていた。これに対し、非晶質合金リボンに熱処理を施し、合金そのものの構造を緩和して、材料のねばさを減少させ、材料を適度に脆くして加工性を改善する手法が提案されている（例えば、特許文献２）。この手法によれば、工具とリボンの摩擦を低減させることができ、工具寿命を延ばせるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１９６１３号公報
【特許文献２】特開２００２−０５３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載されている方法は、非晶質合金リボンの加工性を改善して工具寿命を延ばすことが期待できる。しかし、本発明者は、この方法では非晶質合金リボン全体が脆くなり、ハンドリングしにくくなるという課題を認識した。
【０００６】
そこで本発明では、非晶質合金リボンから所定形状の非晶質合金片を打抜き加工する際、工具寿命を延ばしつつ、ハンドリングしやすい非晶質合金片の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明である非晶質合金片の製造方法は、非晶質合金リボン表面に、所定形状の打抜き輪郭線となる線状の脆化部を形成し、打抜き用パンチ及びダイにより、前記所定形状の非晶質合金片に打抜き加工する、非晶質合金片の製造方法である。
【０００８】
また、本発明では、前記脆化部を、前記非晶質合金リボン表面の前記輪郭線位置に熱吸収層を配置し、当該熱吸収層を加熱することで形成することが好ましい。
【０００９】
また、本発明では、前記熱吸収層に、熱線を吸収する塗料を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、全体として靱性の高い非晶質合金リボンのまま打抜き加工ができるため、工具寿命を延ばしつつハンドリング性も改善できる。従って、モータのステータコアやローターコア等の複雑形状用の非晶質合金片の製造にとって、きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例において、非晶質合金リボンから非晶質合金片を打抜き加工するのに用いた打抜き装置１の概要を示す図である。
【図２】本実施例において、脆化部形成加工された非晶質合金片の打抜き加工後における端面を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述した通り、本発明の重要な特徴の一つは、非晶質合金リボン全体ではなく、非晶質合金リボン表面に所定形状の打抜き輪郭線となる線状の脆化部を形成したことにある。
本構成により、打抜き工具の剪断力を、上述の脆化部に作用させることができ、低い打抜き荷重で打抜き加工を施すことができる。これが本発明における工具寿命を延ばすことができる一つの作用である。
【００１３】
加えて、脆化部以外は全体として靱性の高い非晶質合金リボンのままであるため、ハンドリンク性の劣化を抑えることができる。
また、打抜き加工時に上述の脆化部に亀裂が発生したとしても、脆化部の範囲で亀裂進展を止めることができ、不良の発生の抑制を行うことができる。
【００１４】
また、一般的に、打抜き加工における、パンチとダイとのクリアランス、いわゆる片側クリアランスには、材料にあった適正範囲が存在し、板厚の３％〜２０％程度とされる。そして、適正範囲を外れると工具寿命は短くなることが知られている。従って、工具寿命を保ちつつ、打抜き加工するためには、予め、適正なクリアランス範囲を確認し、その後、加工が適正範囲内で行われるように、厳正に管理をしながら加工をしなければならなかった。
上述した非晶質合金は、通常５〜５０μｍ程度の厚さであるため、適正なクリアランス範囲は極めて狭く、クリアランスの調整はかなり難しい。
【００１５】
本発明者の検討によれば、所定形状の打抜き輪郭線となる線状の脆化部を形成したことで、従来よりも広いクリアランス、具体的には板厚よりも広いクリアランスであっても、正常な打抜き加工ができることを確認した。
これにより、工具寿命を短くする要因のひとつである打抜き工具のカジリを抑制することができる。これが本発明における工具寿命を延ばすことができるもう一つの作用である。
なお、クリアランスは広すぎると形状が悪くなるため、板厚の５００％程度にとどめることが望ましい。
【００１６】
本発明における、上述した脆化部の幅としては、形成のしやすさと、非晶質合金リボン全体の靱性を大きく低下せず、亀裂の進展を止めるために制限された幅とすることが有効である。好ましくは、１ｍｍ以下である。
【００１７】
脆化部の形態に制限はないが、パルスレーザーを使った場合は、蒸発若しくは突沸によって溝が形成される場合がある。これに伴って、スパッタ等が表面付着する場合がある。表面に付着したスパッタ等の異物は、積層して使用する場合の層間絶縁の悪化につながるため、避けたほうがよい。本発明では、好ましくは連続発振レーザーなどを使った加熱による組織の変性のみで脆化部を形成する。
なお、脆化部としては、結晶化による脆化、あるいは構造緩和による脆化が適用できる。
【００１８】
加熱による脆化部の形成には、熱源としてレーザや赤外線といった照射による加熱、加熱した型を押し付けることスタンプ式の接触加熱などを利用することができる。
【００１９】
使用するレーザとしては、ファイバーレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ダイオードレーザ等が適用できる。
レーザ等の収束された高エネルギービームの場合は、ガルバノスキャナ等によって脆化対象部を走査して加熱する方法が適用できる。
【００２０】
本発明が打抜き加工の対象とするのは、非晶質合金リボンであるため、照射による加熱では、反射によるエネルギーロスが大きい。また、接触加熱においても熱伝導性が高いことから、そのままでは所定の加熱が得られにくい場合がある。
そのため、脆化部を、非晶質合金リボン表面の前記輪郭線位置に熱吸収層を配置し、当該熱吸収層を加熱することが好ましい。
【００２１】
熱吸収層の設置により、レーザの精密な走査による部分加熱ではなく、例えばシリンドリカルレンズを用いた非晶質合金リボンの幅方向の照射、あるいは赤外線ランプの広面積照射によって、熱吸収層に対応する所定形状の打抜き輪郭線位置の加熱が可能となる。これらの手法によれば、照射位置を固定し、非晶質合金リボンを搬送しながら加熱を行うことも可能となる。
【００２２】
熱吸収層としては、非晶質合金リボンよりも加熱手段の熱を吸収しやすい特性あるいは熱伝達しにくい特性を有することが好ましい。もっとも簡単な熱吸収層の形成は、熱線を吸収する塗料を塗布することである。ここで、熱線とは、熱エネルギーを与えるものであればよい。例えば、赤外線やレーザービームが挙げられる。
【００２３】
塗料の塗布方法としては、刷毛塗りでもよいが、非晶質合金リボン表面にパターンマスクを配置してスプレー塗布する方法が効率的である。
また、印刷による方法で塗布をすれば、短時間で均一な塗料の塗布が可能になるので、作業工数の削減が期待できる。
【００２４】
塗料としては、例えばアルコール系油性染料インクは、塗布時のにじみを抑制することができるため好ましい。熱の吸収率を上げるために、顔料としてカーボンブラックを配合した塗料を用いてもよい。
【００２５】
以下、本発明の他の特徴について説明する。
本発明は、非晶質合金リボンを打抜き対象とする。特に組成や寸法に制限はないが、Ｆｅ基の非晶質合金であれば、典型的には、（Ｆｅ1-aＭａ）bＳｉcＢd（原子％）で表される組成を有する合金が適用できる。ここで、ＭはＣｏ及び/又はＮｉであり、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ０≦ａ≦０．３、７６≦ｂ≦８４、１≦ｃ≦１２、８≦ｄ≦１８を満たす。また、Ｆｅの一部はＣ、Ｐ、Ｓ、Ｇａなどの元素と３原子％以下の範囲で置換することができる。また、Ｆｅの一部はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎなどの元素と１０原子％以下の範囲で置換することもできる。
【００２６】
また、非晶質合金リボンを扱うという点において、加工後にナノ結晶化処理を行う非晶質合金リボンにも適用できる。ナノ結晶化処理を適用する非晶質リボンは典型的には、
（Ｆｅ1-aＭa）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ'αＭ"βＸγ（原子％）で表される組成を有する合金が適用できる。ここで、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ'はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ"はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ａｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ，Ｇｅ，Ｐ，Ｇａ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｂｅ，Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素である。また、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγは、それぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０，０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満足する。
【００２７】
非晶質合金リボンの幅は、広いほどモータ用コアとして大きいコアを作れるので好ましい。
また、非晶質合金リボンの厚さは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。厚さが５μｍ未満であると、軟磁性合金薄帯の機械的強度が不十分となる傾向がある。厚さは、１０μｍ以上であることがより好ましく、更に、１５μｍ以上であることがより好ましい。一方、軟磁性合金薄帯の厚さが５０μｍを超えると、ロール冷却で作製する際、非晶質相を安定して得ることが難しくなる傾向がある。厚さは、３５μｍ以下であることがより好ましく、更に、３０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２８】
本発明で使用する打抜き用パンチ及びダイについても、特に制限はしない。冷間ダイス鋼製、超硬合金製の工具を使用することができる。なお、硬度を高める窒化処理や各種コーディングを組み合わせて使用することもできる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を説明する。
まず、単ロール法によって形成された、幅６０ｍｍ、厚さ２４．８μｍの日立金属株式会社製のＭｅｔｇｌａｓ  ２６０５ＨＢ１Ｍ（組成：Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ）の非晶質合金リボンを準備した。
上述した「Ｍｅｔｇｌａｓ」は、日立金属株式会社のグループ会社であるＭｅｔｇｌａｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄの登録商標である。
【００３０】
次に、非晶質合金リボンの表面に、黒色塗料を、打抜き輪郭線となる円状を描くように塗布をした。具体的には、打抜き輪郭線となる円状パターンの穴が開いたパターンマスクを、固定した非晶質合金リボンに押し当てて、黒色のマーカーペンで、前述のパターンマスク上を塗ることにより、打抜き輪郭線となるφ９．３ｍｍの円を描画した。描画した円における打抜き輪郭線描画の線幅は、０．２ｍｍとした。
また、使用した黒色のインクは、アルコール系油性染料である。
【００３１】
次に、描画した打抜き輪郭線となる円状パターンに、波長１０６４ｎｍのファイバーレーザのレーザービーム光を照射して、脆化部を形成した。
ここで、レーザービーム光のデフォーカスを１０ｍｍ、ガルバノスキャナによってレーザービーム光を走査しながら照射を行った。ガルバノスキャナによる走査は、走査方向を非晶質合金リボンの幅方向、走査距離を非晶質合金リボンの幅である６０ｍｍ、走査速度を２０００ｍ／ｓとして、順次に走査することにより実行した。
なお、レーザービーム光の幅は２．２ｍｍとなり、塗料の幅よりも１０倍程度大きい状態であった。
【００３２】
レーザービーム光の照射による、脆化部である熱影響部の幅は０．２５ｍｍ程度であった。
一方、描画した打抜き輪郭線となる円状パターンには、蒸発若しくは突沸によって形成される溝は見られなかった。
【００３３】
上述の非晶質合金リボンに対して、レーザー切断加工によって、φ９．３ｍｍの打抜き輪郭線と同心円状に、φ１６ｍｍの円板形状をくり抜いて非晶質合金リボンサンプルＳとした。
【００３４】
次に、本発明の打抜き性を評価するために、レーザービーム光の出力を変えて、非晶質合金リボンサンプルＳを作製して、打抜き荷重を確認した。具体的には、非晶質合金リボンサンプルＳに対して、図１に示す打抜き装置１により打抜き加工を試みた。
【００３５】
図１における打抜き装置１は、下板２、上板３、ダイ４、ワーク押え５、ガイドリング６、逆押し７、パンチ８、接続棒９を備え、ダイ４とワーク押え５との間に、サンプルＳを配置できるようにしている。
【００３６】
また、下板２、上板３は、非晶質合金リボンサンプルＳを押える側と逆側に、それぞれ配置され、接続棒９により接近固定できるようにしている。これにより、サンプルＳが、ダイ４とワーク押え５との間に、強く挟まれるようにしている。
【００３７】
打抜き装置１において、下板２、上板３、ダイ４、ワーク押え５は、それぞれ貫通孔を有し、これらは、打抜き装置１において、それぞれの貫通孔の軸が揃うように配置されている。
【００３８】
また、ガイドリング６は、内径を非晶質合金リボンサンプルＳと同じ径とし、ダイ４、ワーク押え５の貫通孔と軸を同じにして配置されている。これにより、非晶質合金リボンサンプルＳの中心が、ダイ４、ワーク押え５の貫通孔の軸に一致し、打抜き輪郭線となるφ９．３ｍｍの円と、ワーク押え５の貫通孔との位置決めができるようにしている。
【００３９】
また、下板２、上板３、ダイ４、ワーク押え５の貫通孔には、下板２側から逆押し７、上板３側からパンチ８が挿入され、非晶質合金リボンサンプルＳの両面に、逆押し７、パンチ８の先端面が接触できるようにしている。
【００４０】
非晶質合金リボンサンプルＳをセットした打抜き装置１は、逆押し７、パンチ８を挿入した後、逆押し７、パンチ８を外側からクランプして、非晶質合金リボンサンプルＳの両面に、逆押し７、パンチ８の先端面が強く接触されるようにした。そして、不図示のプレス装置により、下板２を支持しつつ、パンチ８に荷重を印加して打抜き加工した。
【００４１】
ここで、打抜き装置１における、下板２、上板３、ダイ４、ワーク押え５の貫通孔の内径を９．３ｍｍとし、逆押し７、パンチ８の外径を９．２ｍｍとした。すなわち、ダイ４とパンチ８との間に片側５０μｍのクリアランスを形成した。
なお、本実施例では、ＪＩＳ-ＳＫＤ１１製のダイ４とパンチ８を使用した。
【００４２】
本実施例で適用した上記クリアランスの値は、非晶質合金リボンサンプルＳの厚みに対して、著しく広いため、摩耗の影響が小さくなる点において、工具寿命の改善が期待される一方、通常の打抜き加工では形状良く打抜き加工できないことが想定される値である。
【００４３】
表１に、本実施例における打抜き加工の結果を示す。
脆化部が形成された本発明の非晶質合金リボンサンプルＳ1およびS2において、打抜き荷重が大きく低減できていることが分かった。
これは、打抜き輪郭線となる線状の脆化部は局所的に結晶化あるいは構造緩和をしており、せん断時の亀裂進展を促進しているためであると推測される。
なお、表１には、脆化部を形成しなかった非晶質合金片リボンサンプルＳに対して、同様の打抜き加工を行った結果をＳ０として付記している。
【表１】
2020082116.tif 000003
【００４４】
図２は、光学顕微鏡で観察した、脆化部を形成した非晶質合金片リボンサンプルＳ１及びＳ２の、打ち抜き後の端面における加工面を示している。
非晶質合金片リボンサンプルＳ１は、平滑なせん断面が見られ、正常な打抜き面となっていることが分かる。
なお、非晶質合金片リボンサンプルＳ２には、せん断面以外に凹凸のある破断面が見られる結果となっている。そのため、形状を重視する場合には、レーザの出力を上げすぎないことが好ましいと推定される。
【００４５】
以上より、予め、非晶質合金リボン表面に打抜き輪郭線となる線状の脆化部を形成することで、工具にかかる負荷を小さくできるため、工具寿命を改善できることが分かった。また、本発明により、全体として非晶質合金リボンのまま打抜き加工が可能となるため、ハンドリング性も改善することができる。更に、通常よりも大きなクリアランスで打抜き加工ができるため、工具の調整に掛かる工数の削減も期待できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  打抜き装置
２  下板
３  上板
４  ダイ
５  ワーク押え
６  ガイドリング
７  逆押し
８  パンチ
９  接続棒
【図１】
2020082116.tif 000004
【図２】
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