(57)【要約】      （修正有）【課題】主要成分の少なくとも１種が強磁性成分を含み、他の少なくとも１種がガラス形成元素を含むアモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法を提供する。【解決手段】２種以上の主要成分を含むアモルファス金属材料を含む陽極を準備し、陽極から離隔して配置された陰極を準備し、陽極及び陰極と接触する７０〜９０重量％のリン酸を含む水溶液などの電解質を準備し、陽極と陰極の間に２Ｖ〜５Ｖの範囲の電位を印加することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法であって、
２種以上の主要成分を含むアモルファス金属材料を含む陽極を準備し、
陽極から離隔して配置された陰極を準備し、
陽極及び陰極と接触する電解質を準備し、
陽極と陰極の間に電位を印加する
ことを含む方法。
【請求項２】
前記主要成分の少なくとも１種が強磁性成分を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記主要成分の他の少なくとも１種がガラス形成元素を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記強磁性成分が、鉄、コバルト及びニッケルからなる群から選択される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記電解質がｐＨ２〜４の酸を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電解質が、７０重量％〜９０重量％のリン酸を含む水溶液である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電位が２Ｖ〜５Ｖの範囲である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法であって、
２種以上の主要成分を含むアモルファス金属材料を含む陽極原料を準備し、
陰極を準備し、
互いに離隔して配置された陽極原料の一部及び陰極と接触する電解質を準備し、
電解質中に配置された陰極と陽極原料の一部の間に電位を印加し、
電解質中に陽極原料を連続的に供給する
ことを含む方法。
【請求項９】
前記陽極原料が金属ガラスリボンを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
金属ガラスリボンの厚さを均一に減少させる方法であって、
金属ガラスリボンを陽極原料として準備し、
リン酸を含む電解質浴に金属ガラスリボンを配置し、
金属ガラスリボンから離隔した陰極を準備し、
金属ガラスリボンと陰極の間に電位を印加して、金属ガラスリボンから２種以上の主要成分の少なくとも一部を除去する
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義にはアモルファス金属材料に関し、具体的にはアモルファス金属材料の寸法を変更する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アモルファス金属材料は高い透磁率を示し、磁化が容易である。通例、変圧器、インダクタ又はモータのような電気装置のコアは、スタック又はコイルを形成するように構成されたアモルファス金属材料で形成される。これらのスタック又はコイルを次いで所望の形状にカットしてコアに用いる。
【０００３】
従来のアモルファス金属材料は、合金の急冷凝固、つまり有意の核形成及び結晶化が起こる前に、ガラス転移温度未満の温度まで合金を冷却することによって形成される。ある程度の延性を有する金属リボン又はテープの製造には溶融紡糸法が通常用いられる。
【０００４】
アモルファス金属材料は、結晶化を抑制するのに十分な速度で熱を除去しなければならないので、概して小さな寸法で製造される。ただし、溶融紡糸法のような現在用いられているプロセスには、加工限界が存在し、所望の寸法の製品を製造することができないことが多々ある。例えば、溶融紡糸法を用いて製造されるアモルファス金属材料リボンの厚さは、幾つかの高周波数用途で望まれる値よりも厚い。厚さの薄い金属ガラスリボンは、渦電流損失（これは金属ガラスリボンの断面積に比例する。）が低いので、低い磁心損失特性を達成するのに有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５４２９７２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態では、アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法を提供する。本方法は、２種以上の主要成分を含むアモルファス金属材料を含む陽極を準備し、陽極から離隔して配置された陰極を準備し、陽極及び陰極と接触する電解質を準備し、陽極と陰極の間に電位を印加することを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法を提供する。本方法は、２種以上の主要成分を含むアモルファス金属材料を含む陽極原料を準備し、陰極を準備し、互いに離隔して配置された陽極原料の一部及び陰極と接触する電解質を準備し、電解質中に配置された陰極と陽極原料の一部の間に電位を印加し、電解質中に陽極原料を連続的に供給することを含む。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、金属ガラスリボンの厚さを均一に減少させる方法を提供する。本方法は、金属ガラスリボンを陽極原料として準備し、リン酸を含む電解質浴に金属ガラスリボンを配置し、金属ガラスリボンから離隔した陰極を準備し、金属ガラスリボンと陰極の間に電位を印加して、金属ガラスリボンから２種以上の主要成分の少なくとも一部を除去することを含む。
【００１０】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法に関する様々な段階の例を示すフローチャートである。
【図２】金属ガラスリボンの寸法を変更する連続法に用いられるシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態には、アモルファス金属材料からなる部材の寸法を変更する方法がある。本明細書で用いる「アモルファス金属材料」という用語は、連続マトリックス相が非晶質である（すなわち、原子スケールでの構造が無秩序で長期的な結晶学的規則性をもたない）磁性材料をいう。アモルファス金属材料は、アモルファスマトリックス中に結晶相を含んでいてもよい。ある実施形態では、アモルファス金属材料は、軟磁性を示す金属ガラスリボンである。本方法は、電解加工（ＥＣＭ）の原理に基づく。ＥＣＭは、ワーク（陽極）から材料を除去する化学反応を駆動するのに電位エネルギーを用いる。ＥＣＭでは、通例、電解質媒体中で陰極（工具）と陽極（ワーク）とを備える電解セルが形成される。
【００１３】
一般に、アモルファス金属材料は、所望の形状に機械加工又は塑性加工するのが容易でない。従来の機械加工は、材料の磁気特性を損なう欠陥又は応力を誘起するおそれがある。そのため、かかる材料の製造方法（例えば溶融紡糸法）は所望の形状の物品を生じさせることに依拠し、機械的な後加工を全く又はほとんど用いないことが多い。しかし、加工限界のため、所望の形状及び寸法を有する部品を直接製造できないことも多々ある。
【００１４】
従来、ＥＣＭプロセスは、強固で概して結晶質の金属から複雑な部品を形成するのに用いられている。しかし、アモルファス金属材料にＥＣＭを応用するには、適切な結果を達成するために特殊な考慮事項が必要とされる。本発明の実施形態では、ＥＣＭプロセスの使用は、陽極に構造的損傷を全く又はほとんど生じない電解質を慎重に選択することを含む。電解質は、選択した電解質溶液の存在下で、陽極の各構成材料が実質的に同じ除去速度を示し、陽極の組成及び特性を損なわないように、選択される。ある実施形態では、この方法では、材料形状及び寸法を変えても、アモルファス金属材料がその磁気特性を保持することができる。
【００１５】
ある実施形態では、本方法は、アモルファス金属材料を含む陽極を準備することを含む。陽極のアモルファス金属材料は２種以上の主要成分を含む。主要成分は、本プロセスに際して酸化させることができる。陰極は、陽極から離隔して配置される。陽極と陰極は共に電解質と接触する。電解質を通して陽極と陰極の間に所定期間電位を加える。ある実施形態では、高アンペア低電圧電流を用いて、陽極から主要成分を電解質中に溶解させる。一実施形態では、電流はパルス電流である。電圧を加えると、陽極の主要成分の少なくとも一部が酸化される。成分は主に陽極の表面から酸化され、酸化された成分（金属イオン）は水酸化物を形成して電解質中に溶解又は取り込まれる。
【００１６】
電解質中の金属水酸化物は、電解質中で不都合／不要なスラッジを形成する。ある実施形態では、水酸化物含有スラッジは、遠心分離によって電解質から除去される。電解質及びスラッジは共にリサイクルされ、再生される。電解質の再生は、連続法を用いる場合に特に有用である。電解質の再生の非限定的な例としては、濾過、逆メッキ、及び電解質の導電性を特定のプロセス限界内に維持するための「補充用」の新鮮な電解質を用いる化学モニタリングが挙げられる。ある実施形態では、電解質の再生のため、濾過と新鮮溶液の定期的追加を用いる。濾過には、多孔質媒体を使用する。一例では、フィルターは、沈殿水酸化物を保持して除去するバッグ又はチューブである。一実施形態では、陽極及び陰極は、流動する電解質溶液中に配置され、流動電解質溶液によって陽極から金属イオンが洗い流される。流動電解質溶液は定期的にリサイクルして再生してもよい。
【００１７】
幾つかの実施形態では、陽極の厚さを均一に減少させるのに本発明の方法を用いる。本明細書で用いる「均一」という用語は、任意の部位での厚さの減少が、肉厚を減少すべき部品の表面全体の５％の偏差内にあることをいう。これらの実施形態では、陽極と陰極との距離は、陽極本体と陰極の全域で実質的に同一である。一例では、陽極の厚さは約３０μｍから約１０μｍに減少させることができる。
【００１８】
別の実施形態では、部材の寸法は不均一に変更される。例えば、厚さを意図的に不均一に減少させることによって、陽極の少なくとも一部を所望の形状にすることができる。これらの実施形態では、陽極と陰極との距離は、陽極及び陰極の様々な部分で変化させてもよい。電解質の電気抵抗のため、所定の電極形状では、電流密度は通例陽極と陰極の間隔が最も小さい位置で最も高くなる。その結果、陰極に最も近い陽極の領域が最大の速度で溶解される。すなわち、距離が異なると、陽極からの材料除去速度が異なり、陽極の様々な部分での肉厚減少量に差が生じる。従って、この技術を用いると、部材に様々な形状、輪郭、角度、エッジ、キャビティなどを形成することができる。
【００１９】
図１のフローチャートに示すように、本方法では、最初にアモルファス金属材料を含む陽極を準備する。アモルファス金属材料は２種以上の主要成分を含む（ブロック１２）。一実施形態では、主要成分の少なくとも１種は強磁性成分を含む。この実施形態では、主要成分の他の少なくとも１種はガラス形成元素を含む。強磁性成分は、鉄、コバルト及びニッケルからなる群から選択される。ガラス形成元素として、ホウ素、ケイ素、炭素、リン、ゲルマニウム、ジルコニウム、ニオブ又はモリブデンの１種以上が挙げられる。一例では、アモルファス金属材料は、鉄及びコバルトを強磁性成分として含む。別の例では、アモルファス金属材料は、鉄を強磁性成分として含み、ホウ素、ケイ素及びニオブをガラス形成元素として含む。別の例では、アモルファス金属材料は、鉄及びコバルト強磁性成分として含み、ホウ素、ケイ素、リン、炭素及びモリブデンをガラス形成元素として含む。好適なアモルファス金属材料の例としては、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５ＳＣ、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５Ｓ−３Ａ、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２７０５Ｍ、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２８２６ＭＢ、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５ＣＯ及びＦＩＮＥＭＥＴを始めとする日立金属（株）から市販の製品が挙げられる。
【００２０】
ブロック１４で、陰極を、陽極から離隔して配置する。陰極材料の非限定的な例としては、銅、銅タングステン、黄銅、ステンレス鋼、チタン、金、白金、グラファイトなどが挙げられる。陰極と陽極との距離は比較的小さい。陰極と陽極の初期間隔はわずか数ｍｍとし得る。例えば、プロセスを開始する前の陰極と陽極との距離は約１ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内とすることができる。
【００２１】
一実施形態では、陰極と陽極の間隔は、プロセス中、実質的に一定に保たれる。本明細書で用いる「実質的に一定」という用語は、工業的に認められた製造公差及びプロセスで予測される通常の寸法のバラツキの範囲内にあると定義され、約±５％のばらつきを包含する。この実施形態では、プロセスの途中で陽極の寸法が変化したときも一定の距離を保つように陽極又は陰極を互いに移動させてもよい。例えば、プロセスで陽極の厚さが次第に減少するに伴って、陰極を陽極に向けて移動させてもよい。陽極又は陰極の移動速度は、陽極表面からの材料除去速度に依存する。一例では、加工の進行に伴って、陽極に向けての陰極の同時移動を約０．０２ｍｍ／秒に設定する。一実施形態では、陽極と陰極の距離はプロセスを通して約０．４ｍｍに維持される。
【００２２】
別の実施形態では、陰極と陽極の距離をプロセス中に変化させてもよい。例えば、陰極及び陽極の位置が固定されていれば、部材の寸法変化によって陽極と陰極との間隔が広がる。一例では、陽極と陰極との距離は、陽極の厚さの減少に伴って増大する。一実施形態では、プロセス開始前の陽極と陰極の距離は約１ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲である。
【００２３】
ブロック１６で、電解質を陽極及び陰極と接触せしめる。従来のＥＣＭプロセスの電解質としては天然塩が好ましい。しかし、本発明の実施形態では、陽極から２種以上の主要成分を溶解させるのに、水性酸性電解質を用いる。ある実施形態では、電解質のｐＨは約２〜約６の範囲であり、特定の実施形態ではｐＨは約２〜約４の範囲である。一実施形態では、電解質はリン酸の水溶液である。一例では、電解質は、約７０重量％〜約９０重量％のリン酸水溶液を含む。
【００２４】
電解質は、陰極材料に過度の損傷を与えずに陽極材料の妥当な除去レベルを達成できるように選択される。大量（例えば、８５重量％以上）のリン酸を有する電解質は、その毒性のため安全に取り扱う必要がある。また、電解質は、望ましくは、加工中にその組成及びｐＨ値のような幾つかの重要な特性を維持することができる。電解質は、アモルファス金属材料の主要成分に対して実質的に同じエッチイング速度を有する。電解質組成だけでなく、２種以上の主要成分の除去速度は、主要成分の原子量及びイオン電荷、陽極を流れる電流量並びに通電時間に依存する。２種以上の主要成分のエッチイング速度が実質的に同じであると、陽極でのピンホールその他の構造欠陥の形成を防止しながら、陽極の寸法を変更することができるとともに、残りの陽極材料の組成及び特性を実質的に変化させずに、材料を除去できる。
【００２５】
電解質中の陰イオンは、通常、溶解プロセスに際して陽極の表面での不動態膜の形成を回避又は最小限に抑制するように選択される。ただし、用途によっては、非常に薄い酸化物層を有する製品を得ることが望ましいこともある。かかる場合は、プロセスの最後に陽極表面に不動態酸化物層が残るように、プロセス条件を調整すればよい。また、陰極形状が変化しないように、電解質中の陽イオンは陰極に堆積すべきではない。
【００２６】
一実施形態では、電解質は、前方流、逆流又は側方流とし得る。前方流では、電極と電解質を同じ方向に移動する。逆流では、電極と電解質は逆方向に移動する。逆流は向流であってもよい。側方流では、電解質は電極の移動方向と垂直に流れる。流動方法の選択は陽極の形状に基づく。通例、前方流及び逆流は穿孔又はキャビティ形成に用いられ、側方流は、形状形成、肉厚減少のような、非キャビティ成形に用いられることが多い。寸法変更に付される陽極の表面全体に電解質を均一に流すのが望ましい。
【００２７】
ある実施形態では、電解質を電極間の間隙を通して送液して、電解生成物が運び去られるようにする。電解質を強制的に動かすと、電解質の電気加熱（電流の流れに起因する）及び水素ガスの形成が共に低減するが、これら２つの作用は電解質の実効導電性をそれぞれ増大及び低下させる。電解質は、プロセスで生じた熱を取り去り、電極及びその周囲の温度を一定に保つ。さらに、電解質の流れは、電気化学反応の残渣を陽極と陰極の間の間隙から除去することができる。
【００２８】
ブロック１８では、陽極と陰極の間に電位を所定期間印加する。電位は、陽極と陰極との電気化学反応を駆動し、その結果、陽極でその２種以上の主要成分が酸化されて、電解質溶液中に溶解する。２種以上の主要成分が電解質中に溶解すると、陽極の寸法が変化する。例えば、２種類の主要成分が電解質中に溶解すると、陽極の厚さが減少する。一実施形態では、印加される電位は約２Ｖ〜約５Ｖである。電位の印加時間は、陽極での望ましい寸法変化量に依存する。この時間は約２分〜約６０分とし得る。一実施形態では、時間は３０分程度である。印加電位の値は、陽極の化学組成に依存する。例えば、Ｆｅ６２．４％、Ｃｏ１５．６％、Ｍｏ１％、Ｐ１０％、Ｂ３％、Ｃ７％及びＳｉ１％の重量％化学組成では、印加電位は約４Ｖである。
【００２９】
本プロセスの電流は約５０ｍＡ〜約１０Ａとすることができる。一般に、電流の大半が金属の溶解に起因する加工条件下では、電流密度が高くなると、材料の除去速度が速くなる。電流は直流電流であってもよい。電流はパルス電流であってもよい。一例では、電位の周期的な印加と除去によって、陽極溶解の短パルスをもたらす。陽極溶解の短パルスから次の陽極溶解のパルスまでに、何の反応も起こらない短い間隔があってもい。
【００３０】
図２に、金属ガラスリボンの寸法を変更する連続法の構成２０を示す。本明細書で用いる「リボン」という用語は、長さに比べて横寸法が格段に小さい実質的に矩形断面を有する細長い物体をいう。金属ガラスリボンは通例溶融紡糸法で製造される。図示した実施形態では、金属ガラスリボン２２は、電解質浴２４に沿ってスプール２６と２８の間で動く。電解質は、符号３０で示すように、前方流を有する。
【００３１】
金属ガラスリボン２２は、電解質浴２４中で一定速度で移動する。金属ガラスリボン２２の速度は、電解質浴２４中の陽極から所要量の材料が溶解できるように、金属ガラスリボン２２の所定の部分が電解質浴２４中に所定期間配置されるようにする。
【００３２】
陰極（図示せず）は、電解質浴２４の底部３２に配置される。陰極（図示せず）は、電解質浴２４の長さ方向に延在し、電解質浴２４の幅方向に底部の少なくとも一部を覆う帯の形態とし得る。
【００３３】
任意には、電解質浴２４を通過した後の金属ガラスリボン２２を脱イオン（ＤＩ）水浴３４中で水洗してもよい。図示した実施形態では、脱イオン水浴３４は、電解質浴２４に隣接して配置されている。スプール３６を用いて、電解質浴２４から脱イオン水浴３４に金属ガラスリボン２２を送る。脱イオン水浴３４中で、金属ガラスリボンは、スプール３８と４０の間で動く。脱イオン水は定期的に交換又は補充される。
【００３４】
さらに、フィルターを電解質浴２４に作動可能に付属させて、電解質浴２４を定期的に濾過してスラッジの少なくとも一部を除去するようにしてもよい。濾過した電解質２４を、ポンプを用いて電解質浴２４に戻してもよい。電解質は、濾過する前に沈殿させてもよい。沈殿は、金属水酸化物の沈殿によって電解質から金属スラッジ量を低減させるために実施し得る。新鮮（汚染されていない）電解質を定期的に送液するため、電解質貯留槽をシステムに接続してもよい。
【００３５】
図示していないが、広いスペースを必要とする簡単な構成では、脱イオン水浴３４を電解質浴２４と直線的な構成で連結してもよい。
【００３６】
ある実施形態では、上述の方法で処理したアモルファス金属部材は、変圧器、インダクタ又はモータに用いられるコアのような電気装置に用いられる。金属ガラスリボン製の磁心で最適な磁気特性を得るため、まず、トロイダル磁心をその最終的な構成に巻回し、次いで、（多くの場合、磁場を印加した状態で）アニールする。アニールは、リボンの溶融紡糸の際の急冷と、トロイダル磁心でのリボンの湾曲による金属ガラスリボン内の曲げ応力とに起因する金属ガラスリボンの応力を緩和するように機能する。
【００３７】
本発明の技術で得られるアモルファス金属材料部品のその他の用途としては、電源トランス、コモンモードチョーク、磁気増幅器、電力量計用精密変流器、ＩＳＤＮトランス、並びにフラックスゲート磁力計、応力センサ、セキュリティセンサのようなセンサが挙げられる。
【実施例】
【００３８】
実施例１
金属ガラスリボンの溶解に関して、４種類の異なる電解質組成の効果を調べた。金属ガラスリボンの公称化学組成（重量％）は、Ｆｅ６２．４％、Ｃｏ１５．６％、Ｍｏ１％、Ｐ１０％、Ｂ３％、Ｃ７％、Ｓｉ１％であった。金属ガラスリボンは、溶融紡糸装置を用いて製造した。リボンの厚さは約２３μｍであった。
【００３９】
リボンを４つの断片に切断し、脱イオン水で水洗した後、各断片を４種類の異なる電解質浴に浸漬した。陰極は無酸素銅からなるものであった。陰極は、電解質溶液に浸漬されるリボンの面積よりも約５倍大きい面積を有していた。第１の電解質浴は１０％硝酸ナトリウム水溶液であった。第２の電解質浴は１Ｍ硫酸であった。第３の電解質浴は、フッ化水素と硝酸と塩化水素の混液であった。第４の電解質浴は、８５重量％リン酸水溶液であった。リボンは１０分間浸漬させた。４Ｖの電位を電解質浴に加えた。
【００４０】
第１、第２及び第３の電解質浴中のリボンは、その表面又は断面全体で酸化された。この酸化は、磁心としての用途には望ましくない。リン酸水溶液を用いた第４の電解質浴中のリボンは、表面酸化物を全く生じず、良好な表面仕上げ（ピンホールの形成が実質的にない）と、均一に減少した約１０μｍの厚さをもたらした。
【００４１】
実施例２
ＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５ＳＣ、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５Ｓ−３Ａ、ＭＥＴＧＬＡＳ２７０５Ｍ、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２８２６ＭＢ及びＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５ＣＯを含む日立金属（株）製の金属ガラスリボンを８５％リン酸溶液に付した。各リボンサンプルを、８５％リン酸中に浸漬して４Ｖの印加電圧に１０分開付した。本発明の方法を用いて、すべてのサンプルが成功裡にエッチングされた。サンプルの磁気特性に悪影響はみられなかった。
【００４２】
本明細書では本発明の幾つかの特徴について例示し説明してきたが、当業者には数多くの修正及び変更があきらかであろう。特許請求の範囲は、本発明の技術的思想に属するかかるあらゆる修正及び変更を包含する。
【図１】
2011074486.tif 000003
【図２】
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