(57)【要約】【課題】Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯を用いて積層した磁心における課題を解決するものであり、磁気性能を引き出すための磁性焼鈍である熱処理が施され、それらが積層された電動機の積層磁心を提供すること。【解決手段】被膜２の低融点金属である亜鉛（Ｚｎ）を、非晶質金属薄帯の基材１の片面又は両面の少なくとも一部に付着させる方法について説明する。基材１への被膜２形成の工程の一例としては、例えば広く用いられている亜鉛メッキ鋼板の製造に用いられている方法である、溶融メッキ法と電気メッキ法が挙げられる。溶融メッキ法を用いる場合は亜鉛（Ｚｎ）を融点まで加熱した溶融槽に基材１を浸漬して皮膜を形成する方法であることから、基材１も亜鉛（Ｚｎ）の溶融温度である４２０℃まで加熱される。そのため基材１の磁性焼鈍を同時に行うことも可能となる。【選択図】図１
2019153716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質金属磁性薄帯からなる基材と、前記基材の片面又は両面に具備する低融点合金からなる被膜とを含む非晶質金属磁性材料。
【請求項２】
請求項１記載の非晶質金属磁性材料において、前記非晶質金属磁性薄帯はＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯のいずれかである非晶質金属磁性材料。
【請求項３】
非晶質金属磁性薄帯からなる基材と、前記基材の片面又は両面に具備する低融点合金からなる被膜とを含む非晶質金属磁性材料と、前記非晶質金属磁性材料からなる複数のコアシートと、前記複数のコアシートを互いに積層する積層体を含む非晶質金属磁心。
【請求項４】
請求項３に記載の非晶質金属磁心の製造方法において、前記非晶質金属磁心を大気中において、３５０℃から４５０℃の温度で、３０分以下の磁性焼鈍する工程を含む非晶質金属磁心の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の非晶質金属磁心を、電動機の固定子又は／及び電動機の回転子に含む電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械分野に用いられる電動機、例えば直流電動機、三相誘導電動機、単相誘導電動機、永久磁石式同期電動機、スイッチドリラクタンスモータ、整流子電動機、ブラシレスモータなどの固定子又は回転子に含む磁心及び当該磁心を構成するコアシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機の低消費電力化はそれを搭載する機器側から強く求められる要求事項であり、またエネルギー資源の消費削減の社会的要請も強い。このような技術的、社会的背景から、電動機の素材の進化も著しい。現状、モータ用の軟磁性材料として一般的に用いられている材料は、価格や性能面から電磁鋼板が主に使用されている。電磁鋼板は珪素などを添加して基材の電気抵抗を高め、電動機で生じる損失を低減させる機能を有しており、機器の高性能化には欠かせない材料となっている。そのため、更なる損失抑制のために、素材の電気抵抗をより高めた６．５％珪素の材料や、薄板化による渦電流損失低減効果を高めた０．１５ｍｍなどの薄板電磁鋼板なども生産されている。
【０００３】
以上のように、電磁鋼板はモータ用途として多用されているが、電磁鋼板以外の軟磁性材料としては、電磁軟鉄、パーマロイ、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯などもある。特に、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯は電磁軟鉄やパーマロイよりも、鉄損や透磁率が上回る特性を有しており、電動機に用いた場合は、その性能向上に期待される材料である。
【０００４】
しかしながら、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯材料は、その厚みが１０μｍから３０μｍの薄帯が製品として入手可能であるが、従来使用していた電磁鋼板に比べると板厚が１／１０と非常に薄く、積層体を構成することが難しく、また磁気性能を引き出すための磁性焼鈍が３００℃から６００℃の高温での熱処理が必要である。
【０００５】
なお、特許文献１及び特許文献２は、従来技術を記述する文献の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１２６０４号公報
【特許文献２】特開２００４−４２３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯材料は、その厚みが１０μｍから３０μｍの薄帯が製品として入手可能であるが、従来から採用されていた電磁鋼板に比べると板厚が１／１０と非常に薄く、積層体を構成することが難しい。また、磁気性能を引き出すための磁性焼鈍が必要であり、その温度は３００℃から６００℃の高温となる。薄帯積層に関しては、積層体としての剛性を得るために層間に有機系接着剤を介して積層体を構成する手段が提案されているが、前述のとおり磁性焼鈍を施した場合、有機系樹脂の熱分解が生じ、積層体としての剛性が損なわれる。また、有機系樹脂の熱分解を抑制するために磁性焼鈍の温度を最小化した場合は、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯材料がもつ磁気性能を十分に発揮させることが難しく課題として認識されていた。
【０００８】
本発明は上述のＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯を用いて積層した磁心における課題を解決するものであり、磁気性能を引き出すための磁性焼鈍である熱処理が施され、それらが積層された電動機の積層磁心を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明の電動機に用いる積層磁心は、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯を用いて積層した磁心における課題である磁気性能を引き出すための磁性焼鈍である熱処理に耐え得る材料として低融点合金を選択することで、磁性焼鈍を実施しても積層体としての剛性を失うことなく、層間を結合する作用を有するとともに、磁気性能も同時に向上させることが可能な磁心を提供できる。具体的にはロータ、ステータの少なくとも一方がＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯で構成され、その非晶質金属磁性薄帯表面に低融点合金被膜が形成された非晶質金属磁性材料を積層してなる磁心を作製し、大気中において、３５０℃から４５０℃の温度で、３０分以下の磁性焼鈍を施すことによって、積層体としての剛性と、磁心としての磁気特性とを両立することを図った電動機に好適な磁心を得ることが可能である。
【００１０】
詳述すると、課題を解決する第１の発明は、非晶質金属磁性薄帯からなる基材と、前記基材の片面又は両面に具備する低融点合金からなる被膜とを含む非晶質金属磁性材料である。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明の非晶質金属磁性材料において、前記非晶質金属磁性薄帯はＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯のいずれかである非晶質金属磁性材料である。
【００１２】
また、第３の発明は、非晶質金属磁性薄帯からなる基材と、前記基材の片面又は両面に具備する低融点合金からなる被膜とを含む非晶質金属磁性材料と、前記非晶質金属磁性材料からなる複数のコアシートと、前記複数のコアシートを互いに積層する積層体を含む非晶質金属磁心である。
【００１３】
また、第４の発明は、第３の発明の非晶質金属磁心の製造方法であり、前記非晶質金属磁心を大気中において、３５０℃から４５０℃の温度で、３０分以下の磁性焼鈍する工程を含む非晶質金属磁心の製造方法である。
【００１４】
また、第５の発明は、第３の発明の非晶質金属磁心を、電動機の固定子又は／及び電動機の回転子に含む電動機である。
【発明の効果】
【００１５】
Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯の表面に低融点合金を被覆することで、薄帯の場合は積層体を構成する層間結合剤として機能するとともに、結合剤が溶融する温度においてＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯の結晶化が開始し、磁心として磁気的性質を向上させるとともに、積層体としての剛性を同時に得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の非晶質金属磁性材料を構成する基材の概要を示す図
【図２】本発明の非晶質金属磁性材料製造工程の一例を説明する図
【図３】本発明の非晶質金属磁性材料の断面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態）
なお、以下の実施の形態は好ましい例示であって、その用途の範囲を限定するものではない。
【００１９】
（非晶質金属薄帯について）
始めに非晶質金属薄帯について説明する。図１は本発明の基材１に使用される非晶質金属磁性薄帯の厚み方向の断面を図示したものである。基材１としては、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯が用いられる。これらの非晶質金属磁性薄帯は、通常各成分に調整された合金塊を高周波溶解により溶融し、１０6℃／秒の急冷速度により得られるものであり、その合金溶湯を急冷する方法は単ロール法により行う。一般的に単ロール法は、溶融状態の金属を高速回転する銅製ロール表面に噴射することで、結晶の核形成速度により急速に冷却される方法であり、この手法を用いることで急冷薄帯金属を容易に得ることができる。他に、双ロール法などもある。なお、単ロール法における冷却部の雰囲気は、合金溶湯に活性な金属元素を含まない場合は大気中で実施をするが、例えばアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気で行っても良い。ただし、薄帯表面に酸化被膜を積極的に形成させる場合は、酸素含有雰囲気として、例えば大気中で実施することが好ましい。一方、合金溶湯に活性な金属元素を含む場合は、アルゴンや窒素やヘリウムなどの不活性ガスまたは真空雰囲気で実施することが好ましい。
【００２０】
ここで基材１に使用されるＦｅ系非晶質金属材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒなど、Ｃｏ系非晶質金属材料としては、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂなどを一例として示す。
【００２１】
（被膜について）
次に、基材１の表面に形成する被膜２について説明する。本発明に用いられる基材１表面に形成する被膜２には低融点合金が用いられる。低融点合金を被膜２として使用する理由として、非晶質金属材料である基材１の磁気性能を引き出すためには磁性焼鈍と言う熱処理が必要となるからである。ここで、非晶質金属材料である基材１の磁気性能を引く出すために必要となる磁性焼鈍温度は、一般的に３５０℃から４５０℃の範囲が好ましい。３５０℃より低い温度では、基材１の結晶成長が不十分となり、また４５０℃を超える温度域では結晶粒成長が進行しすぎ、逆に磁気性能を低下させてしまう。本発明においては、磁性焼鈍を実施する際に、積層体を同時に形成させることを目的としているため、磁性焼鈍の温度範囲において溶融する材料を選定する必要がある。そのため低融点金属を基材１の表面に被膜２として形成するためには、例えばビスマス（Ｂｉ）２７１℃、鉛（Ｐｂ）３２７℃、インジウム（Ｉｎ）１５６℃、亜鉛（Ｚｎ）４２０℃などを挙げることができる。なお、これらの材料につては単体又は合金として利用することができる。
【００２２】
本発明に用いられる被膜２としての低融点合金としては、上述の金属材料から選定すれば磁性焼鈍の温度域を考慮しても特に問題はないが、亜鉛（Ｚｎ）以外の金属材料は磁性焼鈍の範囲として好ましいとされる温度３５０℃から４５０℃の範囲内と比べると下限温度よりも低い温度域となるため、ここでは亜鉛（Ｚｎ）を好適な材料と考える。
【００２３】
（被膜形成について）
次に、上述で好適な材料として選定した被膜２の低融点金属である亜鉛（Ｚｎ）を、非晶質金属薄帯の基材１の片面又は両面の少なくとも一部に付着させる方法について説明する。基材１への被膜２形成の工程の一例としては、例えば広く用いられている亜鉛メッキ鋼板の製造に用いられている方法である、溶融メッキ法と電気メッキ法が挙げられる。溶融メッキ法を用いる場合は亜鉛（Ｚｎ）を融点まで加熱した溶融槽に基材１を浸漬して皮膜を形成する方法であることから、基材１も亜鉛（Ｚｎ）の溶融温度である４２０℃まで
加熱される。そのため基材１の磁性焼鈍を同時に行うことも可能となる。
【００２４】
また、電気メッキ法を用いる場合はメッキ液中に存在する亜鉛（Ｚｎ）イオンを金属原子に還元して基材１の表面に被膜を形成する方法となる。この方法では基材１を加熱する工程が含まれていないので、工程的には磁性焼鈍は別工程として行うこととなる。上述した亜鉛メッキの方法を用いての被膜２の形成方法によって、本発明の課題は解決可能ではあるが、しかし基材１が２０μｍから３０μｍの厚さであり、メッキの厚みは２０μｍ程度あることから、積層体を構成する際に基材１の占積率が低下してしまう可能性がある。なお、ここで言う占積率とは積層体の体積における基材１の比率のことである。
【００２５】
そのため、基材１への被膜２の形成方法としては、占積率を低下させないすなわち膜厚を基材より薄く形成できる蒸着法が好ましいと考える。蒸着法は一般的に真空にした容器の中で、蒸着材料を加熱し気化又は昇華させて、基材１表面に付着させて被膜２を薄膜で形成する方法である。処理時間などの条件により被膜２の厚さは可変となるが、１μｍから２μｍ程度が本発明の基材１表面に形成するのに好ましい厚さと考える。なお、基材１の表面に被膜２を付着形成させる場合は、その厚みにむらが生じないように形成されることが好ましい。
【００２６】
被膜２を形成するための真空蒸着設備の構成について説明する。真空蒸着設備は真空チャンバー６で囲われており、その内部は真空雰囲気となる。蒸着材料３となる低融点金属である亜鉛（Ｚｎ）を装置下部に配し、これを加熱する。なお、加熱する工程の一例については抵抗加熱、電子ビーム加熱、高周波誘導加熱、レーザビーム加熱などの手法が挙げられる。これらの加熱工程により熱せられた蒸着材料３は気化し、亜鉛気化物４となり放出される。放出された亜鉛気化物４は図中上部に配された基材１を巻きためた基材ロール５の表面に付着する。基材ロール５は被膜２の厚さによって送り速度を可変できるものである。この方法を用いることによって図１に示す基材１の表面に被膜２が形成された材料を製造することができる。なお、被膜２については基材１の片面又は両面、またはマスキングなどを用いて部分的に形成することもできる。
【００２７】
（積層による一体化に関する製造方法について）
次に、上述で説明した基材１に被膜２が形成された非晶質金属薄帯を積層する方法について説明する。基材１に被膜２が形成された材料を電動機の固定子磁心及び回転子磁心の形に型取りをしてコアシート７とする。なお、コアシート７の型取りの工程の一例としては、生産性を考慮すると金型での打ち抜きが好ましい。このように金型で打ち抜きをしたコアシート７を軸方向に所定枚数を積み重ねることで電動機の固定子磁心及び回転子磁心を構成するが、電磁鋼板などの厚みのある磁性鋼板を用いる場合は、かしめなど機械的に締結する工程が一般的に用いられるが、非晶質金属薄帯は２０μｍから３０μｍの厚みとなり、また基材１自体が非常に硬い材料であることからかしめを行うことは不可能ではないが、製造上難易度があがる。そのために、本発明では、基材１を層間接合するために、低融点金属である亜鉛（Ｚｎ）の被膜２形成している。
【００２８】
このように、層間に被膜２が存在することから、基材１を積み重ねると、基材１と被膜２が交互に構成される。この交互に構成された基材１と被膜２を熱源を用いて加熱し、亜鉛（Ｚｎ）が溶融する温度である３５０℃から４５０℃の範囲に保つ。加熱保持された被膜２は溶融し、その温度が溶融温度を下回ることで固化して、積層体８を得ることができる。なお、保持する時間は３０分以下にすることが好ましい。このように、基材１が積層体８を形成するために加熱保持される際に、構造体として積層体８を得られると同時に、前述した磁性焼鈍も同じく行うことができる。非晶質金属薄帯の結晶化温度は３５０℃から４５０℃の範囲内にあり、亜鉛（Ｚｎ）が溶融する温度域と一致し、且つ、積層体８に対して磁性焼鈍を施す工程をも兼ねている。
【００２９】
以上のように本発明によって得られた積層体８は、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯の表面に低融点合金を被覆することで、薄帯の場合は積層体を構成する層間結合剤として機能する。また、低融点合金が溶融する温度においてＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯の結晶化が開始し、磁心としての磁気的性質を向上させることができ、積層体としての剛性と磁気性能向上を同時に得ることが可能である。そして、積層体８を電動機の固定子磁心及び回転子磁心に用いることによって、電動機の特性向上を図ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る磁心を搭載した電動機において、Ｆｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯の表面に低融点合金を被覆することで、薄帯の場合は積層体を構成する層間結合剤として機能する。更には、結合剤が溶融する温度においてＦｅ系非晶質金属薄帯又はＣｏ系非晶質金属薄帯の結晶化が開始し、磁心としての磁気的性質が向上させることが可能となることで、電動機の損失を大幅に低減することができる薄帯を、電動機の固定子磁心及び回転子磁心の積層体として用いることが可能となり、機器の性能向上、消費電力低減などに貢献可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  基材
２  被膜
３  蒸着材料
４  亜鉛気化物
５  基材ロール
６  真空チャンバー
７  コアシート
８  積層体
【図１】
2019153716.tif 000003
【図２】
2019153716.tif 000004
【図３】
2019153716.tif 000005