(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料層が巻回または積層されたカレントトランス用コアであって、
前記軟磁性材料層は、厚さが１５μｍ以下のＦｅ基ナノ結晶合金リボンから形成されており、
前記Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンの組成は、以下の一般式で表され、
一般式：（Ｆｅ１−ａＭａ）１００−ｘ−ｙ−ｚ−α−β−γＣｕｘＳｉｙＢｚＭ’αＭ”βＸγ（原子％）
ここで、ＭはＣｏおよび／またはＮｉであり、Ｍ’はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、およびＭｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素、Ｍ”はＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、白金族元素、Ｓｃ、Ｙ、希土類元素、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、およびＲｅからなる群から選択される少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ａｓ、およびＢｅからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
組成比率を規定するａ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β、およびγは、それぞれ、以下の関係を満足し、
０≦ａ＜０．５
０．１≦ｘ≦３
１０≦ｙ≦２０
５≦ｚ≦１０
０．１≦α≦５
０≦β≦１０
０≦γ≦１０、
周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０Ａ／ｍの交流磁場が印加された状態において、温度Ｔ（℃）で測定される前記コアの振幅透磁率をμｒ（Ｔ）とし、
｜μｒ（１００）−μｒ（０）｜／μｒ（０）をΔμｒ（１００−０）とするとき、
Δμｒ（１００−０）が０．５以下であり、かつ、μｒ（２５）≧４×１０５であり、
磁場Ｈが８０Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ（８０）を飽和磁束密度Ｂｍと定義するとき、
残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂｍとの比Ｂｒ／Ｂｍが０．９未満であるカレントトランス用コア。
【請求項２】
前記Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンと実質的に同一の組成と形状とを有するＦｅ基非晶質合金リボンを、前記コアと実質同一の形状に形成したコア材に対して、磁路方向に磁場を印加しながら前記コア材を結晶化温度以上に加熱して熱処理（縦磁場中熱処理）することによって付与されるμｒ（Ｔ）の飽和値をμｒ（ｍａｘ）（Ｔ）とするとき、μｒ（２５）は、０．４×μｒ（ｍａｘ）（２５）と０．９×μｒ（ｍａｘ）（２５）との間の値を有する、請求項１に記載のカレントトランス用コア。
【請求項３】
μｒ（１００）−μｒ（０）は正の値を有する請求項１または２に記載のカレントトランス用コア。
【請求項４】
磁束密度Ｂは磁場Ｈの増加に伴って曲線的に変化する、請求項１から３のいずれかに記載にカレントトランス用コア。
【請求項５】
Ｂｒ／Ｂｍが０．５９以上、０．９未満である、請求項１から４のいずれかに記載のカレントトランス用コア。
【請求項６】
前記組成において、ａ＝０である、請求項５に記載のカレントトランス用コア。
【請求項７】
カレントトランス用コアの製造方法であって、
液体急冷法により得られた、厚さが１５μｍ以下のナノ結晶化可能なＦｅ基非晶質合金リボンが巻回または積層されたコア材を用意する工程と、
前記コア材の磁路方向に振幅透磁率が飽和する磁場を印加しながら前記コア材を結晶化温度以上に加熱して熱処理を行いコアとする縦磁場中熱処理工程と、
前記縦磁場中熱処理工程の後、前記コアの磁路方向に垂直な方向に磁場を印加しながら前記コアを結晶化温度未満に加熱して熱処理を行うことによって、カレントトランス用コアを形成する横磁場中熱処理工程と、を含み、
前記Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンの組成は、以下の一般式で表され、
一般式：（Ｆｅ１−ａＭａ）１００−ｘ−ｙ−ｚ−α−β−γＣｕｘＳｉｙＢｚＭ’αＭ”βＸγ（原子％）
ここで、ＭはＣｏおよび／またはＮｉであり、Ｍ’はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、およびＭｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素、Ｍ”はＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、白金族元素、Ｓｃ、Ｙ、希土類元素、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、およびＲｅからなる群から選択される少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ａｓ、およびＢｅからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
組成比率を規定するａ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β、およびγは、それぞれ、以下の関係を満足し、
０≦ａ＜０．５
０．１≦ｘ≦３
１０≦ｙ≦２０
５≦ｚ≦１０
０．１≦α≦５
０≦β≦１０
０≦γ≦１０、
周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０Ａ／ｍの交流磁場が印加された状態において、温度Ｔ（℃）で測定される前記コアの振幅透磁率をμｒ（Ｔ）とし、
前記縦磁場中熱処理工程によって得られるμｒ（Ｔ）の飽和値をμｒ（ｍａｘ）（Ｔ）とするとき、
前記横磁場中熱処理工程により、μｒ（２５）を、０．４×μｒ（ｍａｘ）（２５）と０．９×μｒ（ｍａｘ）（２５）との間の値で、かつ、μｒ（２５）≧４×１０５に調整する、カレントトランス用コアの製造方法。
【請求項８】
製造されたカレントトランス用コアの｜μｒ（１００）−μｒ（０）｜／μｒ（０）をΔμｒ（１００−０）とするとき、
Δμｒ（１００−０）が０．５以下である、請求項７に記載のカレントトランス用コアの製造方法。
【請求項９】
磁束密度Ｂは磁場Ｈの増加に伴って曲線的に変化する、請求項７または８に記載にカレントトランス用コアの製造方法。
【請求項１０】
前記組成において、ａ＝０である、請求項７に記載のカレントトランス用コアの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から６のいずれかに記載のカレントトランス用コアと、
前記カレントトランス用コアに設けられた巻線と、
前記巻線に接続された検知回路と、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はカレントトランス用コアおよびその製造方法に関する。また、本開示はカレントトランス用コアを備える装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
カレントトランス（ＣT:  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、計測用の電流変成器であり、例えば電流計測器や漏電遮断器などに用いられている。カレントトランスは、閉磁路に用いられる軟磁性材料のコア（磁心）を有している。このカレントトランス用のコアとして、Ｆｅ基ナノ結晶合金のリボン（薄帯）から作製したコアが好適であることが特許文献１に開示されている。Ｆｅ基ナノ結晶合金はパーマロイやＣｏ基非晶質合金に比べて高い飽和磁束密度を示し、Ｆｅ基非晶質合金に比べて高い透磁率を有する。【０００３】
Ｆｅ基ナノ結晶合金の代表的な組成は、例えば特許文献２および特許文献３に開示されている。Ｆｅ基ナノ結晶合金を用いたコアの製造方法の典型例は、所望の組成を有する原料合金の溶湯を急冷して非晶質合金リボンを生成する工程と、この非晶質合金リボンを巻回してリング状のコア材とする工程と、熱処理によって非晶質合金リボンを結晶化してナノ結晶組織を有するコアを得る工程とを含む。【０００４】
特許文献４には、Ｆｅ基ナノ結晶合金の鋼帯を巻回してなり、透磁率が１２,０００より大きく３５０,０００より小さく、飽和磁束密度Ｂｓと残留磁束密度Ｂｒの比（Ｂｒ／Ｂｓ）が小さく、透磁率の温度依存性の小さい磁心が開示されている。【０００５】
なお、本明細書においては、縦磁場中での熱処理が完了していない状態にあるＦｅ基合金リボンから形成されているリング状構造物を「コア材」と称し、熱処理が完了した状態にあるＦｅ基ナノ結晶合金リボンから形成されている「コア」から厳密に区別する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５０１８６０号公報
【特許文献２】特公平４−４３９３号公報
【特許文献３】特公平７−７４４１９号公報
【特許文献４】特表２００２−５３０８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したカレントトランスについて、電流計測器等の装置の小型化およびコスト低減のため、コアの透磁率を更に向上させることが求められている。コアの透磁率向上により計測したい電流に対する感度が良くなるばかりでなく、コアの小型化およびコアに対する巻線の巻数低減が可能になるからである。【０００８】
従来、Ｆｅ基ナノ結晶合金の透磁率を高める手段として、熱処理による結晶化の工程において、コア材の磁路方向に磁場を印加することが行なわれている。しかし、このようにして作製されたコアは、残留磁束密度Ｂｒが大きいために偏磁が生じやすくなるという問題がある。コアが偏磁すると動作点における透磁率が低くなるため、カレントトランスとして所望の特性が得られない。【０００９】
また、カレントトランスについては、使用温度等の装置の環境の変動に対応させるため、コアの高い透磁率を使用温度域において変動を小さくするという優れた温度特性も必要である。【００１０】
本開示の実施形態は、例えば漏電を検知する用途において必要な特性を実現するカレントトランス用コアおよびその製造方法、ならびに当該コアを備える装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示によるカレントトランス用コアは、軟磁性材料層が巻回または積層されたカレントトランス用コアであって、前記軟磁性材料層は、厚さが１５μｍ以下のＦｅ基ナノ結晶合金リボンから形成されており、
周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０Ａ／ｍの交流磁場が印加された状態において、温度T（℃）で測定される前記コアの振幅透磁率をμｒ（T）とし、
｜μｒ（１００）−μｒ（０）｜／μｒ（０）をΔμｒ（１００−０）とするとき、
Δμｒ（１００−０）が０．５以下であり、
磁場Ｈが８０Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ（８０）を飽和磁束密度Ｂｍと定義するとき、
残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂｍとの比Ｂｒ／Ｂｍが０．９未満である。【００１２】
ある実施形態では、前記Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンと実質的に同一の組成と形状とを有するＦｅ基非晶質合金リボンを、前記コアと実質同一の形状に形成したコア材に対して、磁路方向に１００Ａ／ｍ以上の磁場を印加しながら前記コア材を結晶化温度以上に加熱して熱処理（縦磁場中熱処理）することによって付与されるμｒ（T）をμｒ（ｍａｘ）（T）とするとき、μｒ（２５）は、０．４×μｒ（ｍａｘ）（２５）と０．９×μｒ（ｍａｘ）（２５）との間の値を有する。【００１３】
ある実施形態において、μｒ（２５）≧４×１０5を満たす。【００１４】
ある実施形態において、μｒ（１００）−μｒ（０）は正の値を有する。【００１５】
本開示によるカレントトランス用コアの製造方法は、
厚さが１５μｍ以下のナノ結晶化可能なＦｅ基非晶質合金リボンが巻回または積層されたコア材を用意する工程と、
前記コア材の磁路方向に１００Ａ／ｍ以上の磁場を印加しながら前記コア材を結晶化温度以上に加熱して熱処理を行いコアとする縦磁場中熱処理工程と、
前記縦磁場中熱処理工程の後、前記コアの磁路方向に垂直な方向に磁場を印加しながら前記コアを前記結晶化温度未満に加熱して熱処理を行うことによって、カレントトランス用コアを形成する横磁場中熱処理工程と、
を含み、
周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０Ａ／ｍの交流磁場が印加された状態において、温度T（℃）で測定される前記コアの振幅透磁率をμｒ（T）とし、
前記縦磁場中熱処理工程によって得られるμｒ（T）をμｒ（ｍａｘ）（T）とするとき、
前記横磁場中熱処理工程により、μｒ（２５）を、０．４×μｒ（ｍａｘ）（２５）と０．９×μｒ（ｍａｘ）（２５）との間の値に調整する。【００１６】
ある実施形態において、製造されたカレントトランス用コアの｜μｒ（１００）−μｒ（０）｜／μｒ（０）をΔμｒ（１００−０）とするとき、Δμｒ（１００−０）が０．５以下である。【００１７】
本開示による装置は、上記のいずれかに記載のカレントトランス用コアと、前記カレントトランス用コアに設けられた巻線と、前記巻線に接続された検知回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本開示によると、高い透磁率を有しながら、偏磁が生じにくく、優れた温度特性を有するＦｅ基ナノ結晶合金層から構成されたカレントトランス用コアを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】透磁率の測定に際して使用した測定システムの構成を示す図である。
【図２Ａ】Ｆｅ74Ｃｕ1Ｎｂ3Ｓi15.5Ｂ6.5の組成を有するＦｅ基非晶質合金リボン（厚さ:１８μｍ）を巻回することによってコア材を形成した場合における、縦磁場中熱処理の温度とコアの透磁率μｒ（２５）との関係を示すグラフである。
【図２Ｂ】Ｆｅ74Ｃｕ1Ｎｂ3Ｓi15.5Ｂ6.5の組成を有するＦｅ基非晶質合金リボン（厚さ:１３μｍ）を巻回することによってコア材を形成した場合における、縦磁場中熱処理の温度とコアの透磁率μｒ（２５）との関係を示すグラフである。
【図３】Ｆｅ74Ｃｕ1Ｎｂ3Ｓi15.5Ｂ6.5の組成を有するＦｅ基非晶質合金（厚さ:１３μｍ）を巻回することによってコア材を形成した場合における、縦磁場中熱処理工程中の縦磁場とコアの透磁率μｒ（２５）との関係を示すグラフである。
【図４】図３に示す縦磁場を１９Ａ／ｍとしたときのサンプルＡおよび縦磁場を２３０Ａ／ｍとしたときのサンプルＢのそれぞれについて、コアの透磁率μｒ（T）の温度特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態における横磁場中熱処理の温度および磁場強度のプロファイルの例を示すグラフである。
【図６】図５に示されるプロファイルのうち、４００℃の熱処理温度に保持する期間（保持時間）を、６０分、９０分、１２０分に設定したときに得られた各サンプルのＢ−Ｈ曲線と、横磁場中熱処理を行う前のサンプルのＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【図７】図５に示されるプロファイルのうち、４００℃の熱処理温度に保持する期間（保持時間）を、６０分、９０分、１２０分に設定したときに得られた各サンプルの透磁率を示すグラフである。
【図８】図７に示すサンプルのうち、４００℃の熱処理温度に保持する期間（保持時間）を９０分に設定したサンプルについて、透磁率の測定温度依存性を示すグラフである。
【図９】横磁場中熱処理における磁場強度と透磁率μｒ（２５）との関係を示す図である。
【図１０】本開示によるカレントトランス用コアの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】本開示が適用され得るカレントトランス１００の基本構成の一例を示す斜視図である。
【図１１Ｂ】カレントトランス１００を零相変流器に適用した例を示す斜視図である。
【図１２】図１１Ｂに示すカレントトランス１００を備える漏電遮断器２０の回路構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項および実質的に同一の構成の説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、本発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
【００２１】
（実施形態）
＜カレントトランス用コア＞
本実施形態におけるカレントトランス用コアは、軟磁性材料層の巻回または積層によって構成されたカレントトランス用コアである。リボン状の軟磁性材料層を巻回したり、リング状に打ち抜いて複数枚積層したりしている。本実施形態におけるカレントトランス用コアを構成する軟磁性材料層は、厚さが８μｍ以上１５μｍ以下の範囲（典型的には１３μｍ程度）にあるＦｅ基ナノ結晶合金リボンから形成されている。後述するように、Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンの厚さは、漏電検知に用いられるカレントトランス用コアの特性を大きく左右する重要な要素であることが本発明者の実験によって明らかになった。
＜Ｆｅ基ナノ結晶合金リボン＞
本実施形態におけるカレントトランス用コアに用いられるＦｅ基ナノ結晶合金は、基本的には、合金溶湯を急冷することによって、所定の組成を有する非晶質合金リボンを得る工程と、この非晶質合金リボンを加熱して微細な結晶粒を形成する熱処理工程とを含む方法によって製造される。X線回折および透過電子顕微鏡による分析の結果、微細な結晶粒は、Ｓｉなどが固溶した、体心立方格子構造のＦｅであることがわかっている。合金の少なくとも８０体積％は、最大寸法で測定した粒径の平均が１００ｎｍ以下の微細な結晶粒で占められる。また、合金のうちで微細結晶粒以外の部分は主に非晶質である。微細結晶粒の割合は実質的に１００体積％であってもよい。
【００２２】
本開示の実施形態に用いられるＦｅ基ナノ結晶合金の組成は、以下の一般式で表される。
一般式：（Ｆｅ1-aＭａ）100-x-y-z-α-β-γＣｕxＳｉyＢzＭ’αＭ”βＸγ（原子％）
【００２３】
ここで、ＭはＣｏおよび／またはＮｉであり、Ｍ’はＮｂ、Ｗ、Ｔａ、Zｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、およびＭｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素、Ｍ”はＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、白金族元素、Ｓｃ、Ｙ、希土類元素、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、およびＲｅからなる群から選択される少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ａｓ、およびＢｅからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。
【００２４】
組成比率を規定するａ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β、およびγは、それぞれ、以下の関係を満足する。
０≦ａ＜０．５
０．１≦ｘ≦３
１０≦ｙ≦２０
５≦ｚ≦１０
０．１≦α≦５
０≦β≦１０
０≦γ≦１０
【００２５】
本開示の実施形態に用いられるＦｅ基ナノ結晶合金は、０．１〜３原子％のＣｕを含有する。Ｃｕが０．１原子％より少ないと、Ｃｕの添加によるコア損失低下および透磁率上昇の効果がほとんど得られない。一方、Ｃｕが３原子％より多いと、Ｃｕ未添加の合金よりもコア損失がかえって大きくなることがある。また、透磁率も劣化する。本開示において、特に好ましいＣｕの含有量ｘは０．５〜２原子％である。この範囲において、コア損失が特に小さい。
【００２６】
Ｃｕの添加によるコア損失低下および透磁率上昇の原因は明らかではないが、次のように考えられる。ＣｕとＦｅの相互作用パラメータは正であり、固溶度が低く、分離する傾向がある。このため、非晶質状態の合金を加熱すると、Ｆｅ原子同士またはＣｕ原子同士が寄り集まりクラスターを形成し、組成ゆらぎが生じる。このため、部分的に結晶化しやすい多数の領域が生じ、そこを核とした微細な結晶粒が生成される。この結晶は、Ｆｅを主成分とし、Ｃｕの固溶はほとんどない。従って、結晶化により、Ｃｕは微細結晶粒の周囲にはき出され、結晶粒周辺のＣｕ濃度が高くなる。このため、結晶粒が成長しにくいと考えられる。
【００２７】
Ｃｕ添加による結晶粒微細化の作用は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉなどの存在により特に著しくなると考えられる。Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉなどが存在しない場合、結晶粒はあまり微細化されない。微細化促進の効果は、特に、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏにおいて大きい。これらの元素のうち、Ｎｂを添加した場合に特に結晶粒が微細になりやすく、軟磁気特性も優れた合金が得られる。また、Ｎｂを添加すると、Ｆｅを主成分とする微細結晶相が生ずる。そのため、Ｆｅ基非晶質合金に比べて磁歪が小さくなり、内部応力−歪による磁気異方性が小さくなる。これらの現象も、軟磁気特性が改善される理由のひとつと考えられる。これらの元素は、０．１〜５原子％の範囲で含有される。好ましくは２〜５原子％の範囲である。０．１原子％未満では結晶粒の微細化が不十分となる可能性がある。５原子％を超えると飽和磁束密度の低下が大きくなる。
【００２８】
ＳｉおよびＢは、Ｆｅ基ナノ結晶合金の結晶粒微細化に特に有用な元素である。Ｆｅ基ナノ結晶合金は、例えば、Ｓｉ、Ｂの添加効果により非晶質合金を得た後、熱処理により、微細結晶粒を形成させることにより得られる。Ｓｉは１０〜２０原子％の範囲で含有される。好ましいＳｉは１４〜２０原子％の範囲である。Ｓｉ含有量が１０原子％未満では合金の非晶質形成能が低く、非晶質を安定して得にくくなる。また、合金の結晶磁気異方性の低下が不十分であるため、優れた軟磁性特性（例えば、低保磁力）が得られにくい。Ｓｉ含有量が２０原子％超では合金の飽和磁束密度の低下が大きく、また、得られた合金が脆化しやすくなる。なお、Ｂは５〜１０原子％の範囲で含有される。Ｂは非晶質形成に必須の元素であり、Ｂ含有量が５原子％未満では非晶質形成能が低く、非晶質を安定して得にくくなる。Ｂ含有量が１０原子％超では飽和磁束密度の低下が大きい。更に好ましいＢ含有量は７原子％以下である。ＳｉおよびＢの含有量が多すぎると、合金の飽和磁束密度の著しい減少が生じる。
【００２９】
Ｆｅ基ナノ結晶合金は、Ｃ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、およびＡｓからなる群から選択される少なくとも１種の元素を１０原子％以下含んでもよい。これらの元素は、非晶質合金リボン形成における非晶質化に有効な元素である。これらの元素を、Ｓｉ、Ｂと共に添加することにより、合金の非晶質化を助けるとともに、磁歪およびキュリー温度の調整の効果が得られる。
【００３０】
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、白金族元素、Ｓｃ、Ｙ、希土類元素、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｒｅなどの元素は、耐食性改善、磁気特性改善、磁歪調整の効果を有する。その含有量は、せいぜい１０原子％以下である。含有量が１０原子％を超えると、飽和磁束密度の著しい低下を招く。これらの元素の特に好ましい含有量は８原子％以下である。これらの元素の中で、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、およびＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を添加した場合、特に耐食性に優れたコアが得られる。
【００３１】
残部は不純物を除いて実質的にＦｅが主体である。Ｆｅの一部は、Ｃｏおよび／またはＮｉによって置換することもできる。上述の一般式におけるＭ（Ｃｏおよび／またはＮｉ）の含有量ａは０≦ａ＜０．５である。ａが０．３を超えると、コア損失が増加する場合があるため、好ましくは、０≦ａ≦０．３である。ここで、高い透磁率を得るにはａ＝０が好ましい。
【００３２】
次に、本開示によるカレントトランス用コアの製造方法の実施形態を説明する。
【００３３】
まず、上記の組成を有する合金溶湯から、単ロール法、双ロール法などの公知の液体急冷法（超急冷法）により、軟磁性材料層となるリボン状の非晶質合金を形成する。本開示では、非晶質合金リボンの厚さを１５μｍ以下とする。厚さの下限は、量産性の観点から、例えば８μｍに設定され得る。冷却ロールの周速度は、例えば１５〜５０ｍ／秒程度に設定され得る。冷却ロールは、熱伝導が良好な純銅、またはＣｕ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｃｒなどの銅合金から形成され得る。大量生産の場合、冷却ロールは水冷され得る。冷却速度に応じて合金の非晶質組織の形成に差が生じることがあるので、非晶質合金リボンの形成においては、ロールの温度変化が小さく保たれる。なお、非晶質合金リボンの厚さｔは重量換算法にて得られる値である。例えば長尺の非晶質合金リボンから２ｍ（長手方向）×５０ｍｍ（幅方向）の試料の重量Ｍを計測し、また、密度ｄ［ｋｇ／ｍ3］は、定容積膨張法による乾式密度測定（例えば島津製作所製アキュピックＩＩ １３４０ シリーズによる測定）により求めることにより、厚さｔ［ｍ］＝Ｍ／（（２×５０-3）×ｄ）を算出することができる。
【００３４】
液体急冷法で工業的に製造される非晶質合金リボンの長さは数ｋｍを超える。そのため、長時間の鋳造において、溶湯の冷却ロールへの吐出直後の十分な冷却能力を維持することが重要である。つまり、前記十分な冷却能力により、安定して非晶質組織の合金を得ることができる。製造される合金リボンの厚さについて、薄い程冷却が容易となり、安定して非晶質が得られると推測されるが、発明者の検討によれば、合金リボン厚さを１５μｍ以下とすることで、作製するコアにおいて安定して高透磁率を得られることが分かった。この理由は明確ではないが、合金リボンの厚さが薄くなることにより、極めて安定して非晶質組織が得られ、更に熱処理によるナノ結晶化組織の生成において、組織の結晶粒径がほぼ均一かつ微細であるためと推測される。
【００３５】
液体急冷法による非晶質合金の作製工程は、この合金が活性な金属を含まない場合、大気中で行うことが可能である。合金が活性な金属を含む場合は、ＡｒもしくはＨｅなどの不活性ガス中、または減圧中で非晶質合金の作製を行ってもよい。窒素ガス、一酸化炭素ガス、または二酸化炭素ガスを含む雰囲気中で急冷を行ってもよい。急冷によって凝固した非晶質合金の表面粗さが小さいと有益である。非晶質合金リボンの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、例えば５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μm以下に設定され得る。
【００３６】
非晶質合金リボンを巻回または積層することにより、リング形状を有する構造物を作製することができる。このようにして作製されたリング状構造物（コア材）は、複数の非晶質合金層を積層した構造を有している。各非晶質合金層の間に僅かな隙間または他の物質が存在していてもよい。コア材に占める非晶質合金層の体積占積率は、例えば７０％〜９０％程度である。
【００３７】
本実施形態では、非晶質合金リボンを巻くことによって形成されたコア材を用意する。しかし、本開示は、このような例に限定されない。
【００３８】
次に、非晶質合金層が巻回または積層されたコア材を非反応性雰囲気ガス中で加熱して結晶化熱処理を行う。本発明者らの検討によれば、窒素ガス中で熱処理した場合は十分な透磁率が得られ、窒素ガスを実質的に非反応性ガスとして扱える。非反応性ガスとして、不活性ガスも使用することもできる。また、熱処理を真空中で行ってもよい。
【００３９】
上記の結晶化熱処理の温度は、５１０℃〜６００℃の範囲に設定され得る。結晶化熱処理の温度は、好ましくは、５５０℃〜６００℃に設定される。熱処理温度が５１０℃より低いか、あるいは６００℃よりも高いと、磁歪が大きくなる。上記の熱処理温度における保持時間（熱処理時間）は、５分〜２４時間程度の範囲内に設定され得る。熱処理時間が５分未満になると、コアを構成する合金の全体を均一な温度にすることが困難であるので、磁気特性がばらつきやすくなる。一方、熱処理時間が２４時間よりも長いと、生産性が悪くなるだけではなく、結晶粒の過剰な成長、または不均一な形態の結晶粒の生成により、磁気特性の低下が起こりやすい。
【００４０】
本実施形態では、結晶化熱処理を直流または交流の磁場中で行う。このような磁場中熱処理により、カレントトランス用コアに用いられている合金に磁気異方性を生じさせる。磁場は、熱処理中の全期間にわたって印加してもよいし、熱処理中の一部の期間において印加してもよい。非晶質合金層が巻回されたコア材における合金層の長手方向（リング状コア材の円周方向）に磁場を印加し、印加する磁場の強度は合金層を磁気飽和する程度に、例えば１００Ａ／ｍ以上に設定される。このような磁場を「縦磁場」と称し、縦磁場を印加しながら結晶化熱処理を行うことを「縦磁場中熱処理」と称する。縦磁場を強くするにつれ透磁率μｒ（T）が上昇し、縦磁場がある程度まで強くなると、μｒ（T）は飽和する（後述する図３参照）。
【００４１】
一方で、合金層が磁気飽和する程度に縦磁場をリング状コア材に与えると、残留磁束密度Ｂｒが大きく増加し、残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂｍとの比Ｂｒ／Ｂｍが大きくなる。本願において、飽和磁束密度Ｂｍは、磁場Ｈ＝８０Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ（８０）と定義される。Ｂｒ／Ｂｍは角形比とも呼ばれる。
【００４２】
縦磁場中熱処理後、コアの高さ方向に磁場を印加する。例えば熱処理温度が２００℃以上であって、非晶質合金の結晶化温度未満の温度で２０分以上、印加する磁場の強度は例えば８０ｋＡ／ｍ以上で印加される。このような磁場を「横磁場」と称し、横磁場を印加しながら熱処理を行うことを「横磁場中熱処理」と称する。縦磁場および横磁場は、直流磁場、交流磁場、またはパルス磁場のいずれでもよい。横磁場中熱処理によって、透磁率が低下するものの残留磁束密度Ｂｒが低下して、Ｂｒ／Ｂｍを小さくできて、偏磁が生じにくいカレントトランス用コアとなる。また縦磁場中熱処理で高い透磁率が得られているため、横磁場中熱処理後のコアの透磁率を従来のものよりも大きくすることができ、また使用温度域で高い透磁率が維持され温度特性も優れたものとなる。
【００４３】
＜透磁率＞
本願における「透磁率」という用語は、「比透磁率」と同義である。また、周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０アンペア／メートル（Ａ／ｍ）の交流磁場が印加された状態において、温度T（℃）のもとで測定される透磁率を振幅透磁率といい透磁率μｒ（T）、あるいは単にμｒ（T）と表記する。特に測定温度を明示しない場合、その透磁率は、２５℃で測定した値、すなわちμｒ（２５）を意味する。簡単のため、図面中ではμｒ（２５）を単にμｒと表記する場合がある。
【００４４】
また、縦磁場中熱処理において、印加する縦磁場を増加させても透磁率の変化（増加）が認められなくなった磁場強度で熱処理したコアの透磁率を、μｒ（ｍａｘ）（T）と定義する。本開示の実施形態では、結晶化熱処理中の縦磁場の強度を１００Ａ／ｍとした場合、より低い磁場強度（例えば９０Ａ／ｍ）に対して透磁率の変化（増加）は認められない。このため、本願におけるμｒ（ｍａｘ）（T）は、結晶化熱処理中の縦磁場強度が１００Ａ／ｍのときに得られるコアの透磁率を意味する。
【００４５】
図１は、透磁率μｒ（T）の測定に際して使用した測定システムの構成を示す図である。図示する構成において、カレントトランスの一次側導体１４は、広範囲の直流電圧、直流電流、交流電圧、および電気抵抗の測定が可能なデジタルマルチメータ（ＤＭＭ）５２および抵抗Rを介して、任意の周波数と波形を持った交流電圧信号を生成するファンクションジェネレータ５４に接続されている。一方、カレントトランスの二次側導体１２は、一次側導体１４側のデジタルマルチメータ５２とは別のデジタルマルチメータ（ＤＭＭ）５６に接続されている。本願における測定では、抵抗Rの値を４７オームに設定し、デジタルマルチメータ５２および５６としてアジレント社製のデジタルマルチメータ３４４０１Ａを用いた。ファンクションジェネレータ５４としてエヌエフ回路設計ブロック社製のマルチファンクションジェネレータＷＦ１９７３を用い、マルチファンクションジェネレータによって交流電圧信号を生成した。
【００４６】
デジタルマルチメータ（ＤＭＭ）５６により測定された電圧値をＶｏ（Ｖ）、コアの有効断面積をＡｅ（ｍ2）、真空の透磁率をμ０、周波数をｆ（Ｈｚ）、一次側導体１４により印加される交流磁場強度をＨ（Ａ／ｍ）とした場合、透磁率μｒ（T）は温度Tにおいて測定された結果に基づいて下記の式により求められる。
【数１】
0006491666.tif 000002
【００４７】
本実施形態では、熱処理を２段階に分け、それぞれの段階において、互いに異なる方向の磁場を印加する。このように特殊な磁場中熱処理を行うことにより、優れた磁気特性を示すカレントトランス用コアを実現することができる。第１段階の磁場中熱処理では、リング状のコア材に形成される磁路の方向に磁場を形成する（「縦磁場中熱処理」）。この熱処理により、コア材はコアとなる。そして、第２段階の磁場中熱処理では、上記の磁路の方向に対して垂直な方向に磁場を形成しコアに印加する（「横磁場中熱処理」）。このような２段階の磁場中熱処理を適切に行うことにより、磁気特性に優れたカレントトランス用コアを得ることができる。以下、この点を詳細に説明する。
【００４８】
＜縦磁場中熱処理による透磁率μｒ（２５）への影響＞
本発明者による検討の結果、Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンの厚さにより縦磁場中熱処理後の透磁率μｒ（２５）に大きく差が生じることがわかった。まず、この点を説明する。
【００４９】
図２Ａは、Ｆｅ74Ｃｕ1Ｎｂ3Ｓｉ15.5Ｂ6.5の組成を有するＦｅ基非晶質合金リボン（厚さ:１８μｍ、幅:１０ｍｍ）を巻回することによってコア材を形成した場合の透磁率μｒ（２５）を示すグラフである。この例におけるコアのサイズは、内径:２０ｍｍ、外径:３０ｍｍ、高さ:１０ｍｍである。縦磁場中熱処理工程における熱処理温度（保持温度）を５２０℃、５４０℃、５６０℃とし、各保持温度で４サンプルについて透磁率μｒ（２５）を評価した。保持温度における保持時間はそれぞれ１時間、保持温度までの昇温レートは６℃／分、保持温度からの降温レートは１．５℃／分、印加磁場は２３０Ａ／ｍで、全温度範囲で磁場を印加するように設定した。この熱処理工程により、Ｆｅ基非晶質合金リボンは結晶化し、Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンに変化した。
【００５０】
図２Ａからわかるように、縦磁場中熱処理の保持温度を５６０℃から５２０℃に低下させると、透磁率μｒ（２５）の平均は、約４×１０5から約５．５×１０5に上昇したが、ばらつきが大きくなった。また、Ｂ−Ｈ曲線等から求められる飽和磁束密度Ｂｍと残留磁束密度ＢｒからＢｒ／Ｂｍを求めたところ、各サンプルともに０．９３であった。
【００５１】
図２Ｂは、Ｆｅ74Ｃｕ1Ｎｂ3Ｓｉ15.5Ｂ6.5（上記１８μｍ厚さＦｅ基非晶質合金リボンと同組成）の組成を有するＦｅ基非晶質合金リボン（厚さ:１３μｍ、幅:１０ｍｍ）を巻回することによってコア材を形成した場合の透磁率μｒ（２５）を示すグラフである。コアのサイズおよび熱処理条件は、図２Ａのコアと同様である。縦磁場中熱処理工程における熱処理温度（保持温度）を５２０℃、５４０℃、５６０℃とし、各保持温度で４サンプルについて透磁率μｒ（２５）を評価した。縦磁場中熱処理工程により、Ｆｅ基非晶質合金リボンは結晶化し、Ｆｅ基ナノ結晶合金リボンに変化した。
【００５２】
図２Ｂからわかるように、縦磁場中熱処理の温度によらず、透磁率μｒ（２５）の平均は、約９×１０5のほぼ同等の値を示す。また、Ｂ−Ｈ曲線等から求められる最大磁束密度Ｂｍと残留磁束密度ＢｒからＢｒ／Ｂｍを求めたところ、各サンプルともに０．９３であった。なお、Ｂｍは、磁場Ｈ＝８０Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ（８０）である。このように、比較的薄い厚さが１３μｍのＦｅ基非晶質合金リボンを用いた場合に、透磁率μｒ（２５）が大きく上昇し、しかも、その値が安定化した。他方、リボンの厚さに係らずＢｒ／Ｂｍは０．９を超え、０．９３と同等であった。厚さ１３μｍでの高い透磁率μｒ（２５）は予想を超えるものであった。本開示は、この知見に基づき、透磁率を高める一つの手段としてＦｅ基ナノ結晶合金リボンの厚さを規定する。
【００５３】
図２Ｂに示すサンプルのうち、５６０℃で熱処理して得られたサンプルを、以下、「サンプル１」ということとする。サンプル１を用いて磁気特性に与える縦磁場の強度の影響を検討した。
【００５４】
図３は、縦磁場の強度を除きコアのサイズおよび熱処理条件をサンプル１と同じとしたコアの透磁率μｒ（２５）の変化を示すグラフである。縦磁場中熱処理に際してリング状のコア材の中央開口部を貫通するように配置された導体線（縦磁場形成用導体線）を流れる縦磁場形成電流を調整することにより、縦磁場の強度を６Ａ／ｍ〜１１５Ａ／ｍに調整した。図３に示す縦磁場強度７５Ａ／ｍ以上でのコアのμｒ（２５）は、約９．５×１０5である。この値は、図２Ｂに示されるサンプル１のμｒ（２５）の値（約８．７×１０5）に比べて大きい。このような値の差は、コアサンプルのばらつきによるものと思われる。
【００５５】
図３からわかるように、縦磁場の強度が８０Ａ／ｍ以上になると、透磁率μｒ（２５）は飽和する。
【００５６】
図４は、縦磁場熱処理中の縦磁場を１９Ａ／ｍとしたときのサンプルＡ、および２３０Ａ／ｍとしたときのサンプルＢ（サンプル１）のそれぞれについて、コアの透磁率μｒ（T）の温度特性を示すグラフである。グラフの横軸は測定温度Tであり、縦軸は透磁率μｒ（T）である。
【００５７】
図４からわかるように、縦磁場強度が相対的に小さいサンプルＡでは、測定温度Tの上昇に伴って急減に透磁率μｒ（T）が低下した。温度１００℃で測定されるコアの振幅透磁率をμｒ（１００）とし、温度０℃で測定されるコアの振幅透磁率をμｒ（０）として、｜μｒ（１００）−μｒ（０）｜／μｒ（０）をΔμｒ（１００−０）とするとき、Δμｒ（１００−０）は約０．５５であった。他方、縦磁場強度が相対的に大きく透磁率μｒ（２５）が飽和し、最大値を示すサンプルＢ（サンプル１）では、測定温度Tの上昇に伴って透磁率μｒ（T）が減少する傾向はサンプルＡと同様であるが、Δμｒ（１００−０）は０．１４と小さく、０℃〜１００℃の使用温度範囲での透磁率の変動が抑制され、温度特性が優れたものとなった。
【００５８】
サンプルＡも、サンプルＢ（サンプル１）と同様に、直流Ｂ−Ｈ曲線によれば、Ｂｒ／Ｂｍが０．９３と高い角形性を示しており、偏磁しやすい磁気特性を有していた。
【００５９】
上記の結果より、縦磁場強度を変化させてもＢｒ／Ｂｍの低減はできないことが分かった。
【００６０】
以上のことからわかるように、Ｆｅ基非晶質合金の厚さを１５μｍ以下とし、合金が十分な磁気異方性を付与される程度に結晶化熱処理中の縦磁場強度を与えることで、大きな透磁率と優れた温度特性を得ることができる。しかしながら、Ｂｒ／Ｂｍの低減はなされてなく、偏磁しやすい。カレントトランス用コアの用途には更なる改善が必要である。
【００６１】
本発明者が鋭意検討した結果、以下の製造工程を実行することにより、縦磁場熱処理で得られる透磁率に比べて低下するものの、使用温度域で実用上十分高い透磁率を安定に得られ、かつＢｒ／Ｂｍを大きく低減したカレントトランス用コアを実現できることが分かった。すなわち、まず、Ｆｅ基非晶質合金の厚さを１５μｍ以下に制御し、かつ、縦磁場中熱処理工程中の縦磁場強度を合金の磁気異方性が十分に付与される程度（例えば１００Ａ／ｍ以上）に設定することにより、相対的に高い値の透磁率μｒ（２５）を実現し得るコアを作製する。その後、コアに対して適正な横磁場中熱処理を実行することによりＢｒ／Ｂｍの低減を実現する。以下、測定結果を詳しく説明する。
【００６２】
図５は、本実施形態における横磁場中熱処理の温度および磁場強度のプロファイルの例を示すグラフである。グラフ中、温度プロファイルは実線で示され、磁場強度プロファイルは点線で示されている。この例では、コアの温度が上昇する期間、所定の熱処理温度に保持される期間、および、温度が下降する期間の全体を含む期間（約４時間）にわたって１６０ｋＡ／ｍの横磁場がコアに印加された。また、図５の例では、熱処理温度は４００℃であり、保持時間は１時間３０分（９０分）であった。
【００６３】
図６は、コアのサイズが内径:２０ｍｍ、外径:３０ｍｍ、高さ:１０ｍｍであるサンプル１に、さらに図５に示されるプロファイルにて横磁場を印加したものであって、４００℃の熱処理温度に保持する期間（保持時間）を、６０分、９０分、１２０分に設定したときに得られたカレントトランス用コアのＢ−Ｈ曲線と、横磁場中熱処理を行う前のサンプル１のコアのＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。保持時間を６０分、９０分、１２０分としたサンプルを、それぞれ、実施例１、実施例２、実施例３とした。下記の表１は、図６のＢ−Ｈ曲線等から求められる最大磁束密度Ｂｍ、残留磁束密度Ｂｒ、保磁力Ｈｃ、角形比Ｂｒ／Ｂｍを各サンプルについて示している。Ｂｍは、磁場Ｈ＝８０Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ（８０）である。
【００６４】
【表１】
0006491666.tif 000003
【００６５】
図６および表１からわかるように、横磁場中熱処理を付加することにより、前記熱処理前に比べて、残留磁束密度Ｂｒは低下する。Ｂｍの変動は小さいため、Ｂｒ／Ｂｍは低下し、０．９未満とすることができる。また、熱処理の保持時間を長くすることにより、残留磁束密度ＢｒおよびＢｒ／Ｂｍはより低下する。
【００６６】
図７は、実施例１〜３の横磁場中熱処理（４００℃）の保持時間とμｒ（２５）の関係を示すグラフである。測定したコアの縦磁場熱処理後（磁場強度：１００Ａ／ｍ）の透磁率μｒ（２５）は、磁場強度に対して飽和し、最大値を示す。この最大値であるμｒ（ｍａｘ）（２５）は、９．５×１０5であった。各保持時間について、それぞれ２つのサンプルのμｒ（２５）を測定した。表２は、保持時間と透磁率μｒ（２５）との関係、μｒ（２５）／μｒ（ｍａｘ）（２５）を示している。
【００６７】
【表２】
0006491666.tif 000004
【００６８】
図７および表２からわかるように、横磁場中熱処理の保持時間が長くなるほど、透磁率μｒ（２５）が低下した。透磁率μｒ（２５）は保持時間に対して単調に減少している。透磁率をμｒ（２５）、保持時間（分）をｔとするとき、この例では、μｒ（２５）＝（１０．５−０．０５×ｔ）×１０5の式によって透磁率を見積もることができる。言い換えると、横磁場中熱処理の保持時間を制御することにより、透磁率を調整することができる。
【００６９】
図８は、上記のサンプルのうち、４００℃の熱処理温度に保持する期間（保持時間）を９０分に設定した実施例２のサンプルについて、透磁率の測定温度依存性を示すグラフである。
【００７０】
このグラフからわかるように、−５０℃から１００℃程度の広い範囲にわたって、透磁率は測定温度の増加に応じてほぼ単調増加しており、μｒ（１００）−μｒ（０）は正の値を有している。周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０Ａ／ｍの交流磁場が印加された状態において、温度T（℃）で測定されるカレントトランス用コアのΔμｒ（１００−０）は、約０．２５であった。同様に、実施例１および実施例３のサンプルも同様にΔμｒ（１００−０）が０．５以下となっていた。
【００７１】
図９は、横磁場中熱処理における磁場強度と透磁率μｒ（２５）との関係を示す図である。サンプル１と同じＦｅ74Ｃｕ1Ｎｂ3Ｓｉ15.5Ｂ6.5の合金組成で、製造ロットが異なるＦｅ基非晶質合金リボン（厚さ:１３μｍ、幅:１０ｍｍ）を作製した。前記合金リボンを巻回しコア材を作製し、サンプル１と同様の条件で縦磁場中熱処理を行なった。前記縦磁場中熱処理を行ったコアに更に横磁場中熱処理を行った。熱処理での保持温度は３８０℃、保持時間は９０分とした。横磁場強度を８０ｋＡ／ｍ（実施例４）、１６０ｋＡ／ｍ（実施例５）、３２０ｋＡ／ｍ（実施例６）、とした場合の各サンプルのμｒ（２５）を図示している。磁場強度が大きくなるに従ってμｒ（２５）は単調に減少している。熱処理での横磁場強度を制御することにより、コアの透磁率を調整することができることがわかる。実施例４〜６でのＢｒ／Ｂｍを評価したところ、いずれも０．９未満であり、磁場強度が大きい程Ｂｒ／Ｂｍは低下する傾向があった。また、実施例４〜６いずれもΔμｒ（１００−０）は０．５以下となっていた。更に、実施例４〜６において、μｒ（２５）／μｒ（ｍａｘ）は０．５〜０．７となった。ここで、コアの縦磁場熱処理後（磁場強度：１００Ａ／ｍ）の透磁率μｒ（２５）は、磁場強度に対して飽和し、最大値を示し、μｒ（ｍａｘ）（２５）は、８×１０5であった。
【００７２】
以上の説明から理解されるように、本開示によるカレントトランス用コアの製造方法は、厚さが１５μｍ以下の、ナノ結晶化可能なＦｅ基非晶質合金リボンが巻回または積層されたコア材を用意する工程と、コア材の磁路方向に磁場を印加しながらコア材の熱処理を行い非晶質合金を結晶化させコアとする縦磁場中熱処理工程と、縦磁場中熱処理工程の後のコアに、前記コアの磁路方向に垂直な方向に磁場を印加しながら熱処理を行うことによりカレントトランス用コアを形成する横磁場中熱処理工程とを含む。そして、周波数ｆ＝５０Ｈｚ、振幅Ｈ＝１．０Ａ／ｍの交流磁場が印加された状態において、温度 T（℃）で測定される振幅透磁率をμｒ（T）とし、縦磁場中熱処理工程後（横磁場中熱処理前）のμｒ（T）をμｒ（ｍａｘ）（T）とするとき、横磁場中熱処理工程により、μｒ（２５）を、０．４×μｒ（ｍａｘ）（２５）と０．９×μｒ（ｍａｘ）（２５）との間の値に調整する。その結果、製造後に測定される｜μｒ（１００）−μｒ（０）｜／μｒ（０）をΔμｒ（１００−０）とするとき、Δμｒ（１００−０）が０．５以下、Ｂｒ／Ｂｍが０．９未満であるような優れた温度特性を有するカレントトランス用コアが得られる。
【００７３】
図１０は、本開示によるカレントトランス用コアの製造方法の一例を示すフローチャートである。上述したように、工程Ｓ１２０において、厚さが１５μｍ以下のＦｅ基非晶質合金リボンが巻回または積層されたコア材を用意する。
【００７４】
次に、工程Ｓ１４０において、縦磁場中熱処理を行う。縦磁場中熱処理の処理温度は、結晶化温度以上、例えば５１０〜６００℃の範囲に設定され得る。また、その処理温度の保持時間は、５分から２４時間の範囲に設定され得る。５分未満では、各コアのばらつきの小さい磁気特性を得られ難く、２４時間超では生産性が著しく低下する。印加される縦磁場の強度は、１００Ａ／ｍ以上の範囲に設定され得る。縦磁場強度が１００Ａ／ｍ未満であると、磁気異方性の付与が不十分の可能性がある。また、縦磁場強度が３００Ａ／ｍを超えると、安定した処理が困難となる。
【００７５】
次に、工程Ｓ１６０において、横磁場中熱処理を行う。横磁場中熱処理の処理温度は、結晶化温度未満、例えば２００℃以上前記縦磁場中熱処理温度未満の範囲に設定され得る。２００℃未満では磁場処理の効果が不十分の可能性がある。また縦磁場中熱処理温度以上では、縦磁場処理の効果が激減し、本開示における縦磁場処理後の横磁場処理という異なる磁場処理で奏される効果を得られない可能性がある。前記処理温度の保持時間は、２０分〜１２０分の範囲に設定され得る。２０分未満では、磁場印加効果（磁気異方性付与）が不十分となる可能性がある。１２０分を超えると生産性が低下する。印加される横磁場の強度は、８０〜３２０ｋＡ／ｍの範囲に設定され得る。横磁場強度が８０ｋＡ／ｍ未満であると、磁気異方性の付与が不十分の可能性がある。また、横磁場強度が３２０ｋＡ／ｍを超えると安定した磁場強度が得られにくくなり処理が困難となる。
【００７６】
工程Ｓ１４０と工程Ｓ１６０との間において、コアは、室温程度に冷却され得る。コアが２００℃以下の温度に充分冷却されるまで横磁場は印加し続けることが望ましい。
【００７７】
一般に、カレントトランス用コアは、カレントトランス用コア自体の保護および巻線と他の回路要素との絶縁のために、樹脂などから形成されたケースに入れて使用され得る。合金リボンを巻くことによって形成されたコア材は、長く延びたリボン形状の連続した合金層から形成されているため、取り扱いやすい点で有利である。本実施形態のカレントトランス用コアを樹脂などから形成されたケースに挿入した後、検知用の巻線を施すことにより、カレントトランスを作製することができる。
【００７８】
＜カレントトランス＞
（実施例７）
図１１Ａは、本開示が適用され得るカレントトランス１００の基本構成の一例を示す。カレントトランス１００は、一般に、図１１Ａに示すようなリング状（円筒状）のコア１０と、コア１０に巻線された二次側導体（二次側巻線）１２とを備える。電流測定の対象となる一次側導体１４は、典型的には、コア１０が有する中央開口部を貫通するように挿入され得る。一次側導体１４は、二次側導体１２と同様に、コア１０に２ターン以上巻かれていてもよい。一次側導体１４および二次側導体１２は、表面が絶縁被覆された公知の任意の配線であり得る。
【００７９】
図１１Ａの例では、一次側導体１４および二次側導体１２の各々の一部のみが模式的に示されている。図示されている一次側導体１４は、直線的な棒状の形状を有しているが、一次側導体１４の現実の形状は、このような形状に限定されない。一次側導体１４の両端は、不図示の配線、回路、電圧源または電流源に対して電気的に接続される。
【００８０】
図１１Ａに示されている一次側導体１４を電流が流れると、一次側導体１４の回りには磁場が形成され、透磁率の高い、リング状のコア１０内に閉磁路が形成される。一次側導体１４に交流電流が流れているとき、コア１０内の磁束密度が周期的に変化することにより、二次側導体１２に交流電圧が生じる。この結果、二次側導体１２に接続された不図示の回路に電流が流れる。二次側導体１２に出力される電圧または電流に基づいて、一次側導体１４を流れる電流を計測できる。
【００８１】
図１１Ｂは、カレントトランス１００を零相変流器（ＺＣＴ: Ｚｅｒｏ−ｐｈａｓｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）に適用した例を示している。図１１Ｂの例では、単相２線式の一次側導体１４を流れる電流が測定対象である。単相３線式の場合、図示されていないが、３本の一次側導体がコア１０の開口部を貫通するように配置される。零相変流器は、漏電による異常電流が一次側導体１４を流れたとき、漏電電流を検知することができる。一次側導体１４を、例えば５０Ｈｚの周波数で３０ミリアンペア（ｍＡ）の漏電電流が流れたとき、二次側導体１２に４ミリボルト（ｍＶ）の電圧が発生するようにカレントトランス１００の構成が設計され得る。
【００８２】
＜漏電遮断器＞
（実施例８）
図１２は、図１１Ｂに示されるようなカレントトランス１００を備える漏電遮断器２０の回路構成例を示している。この漏電遮断器２０は、カレントトランス用コア１０と、このコア１０に巻かれた二次側導体１２と、二次側導体１２に接続された検知回路１６と、検知回路１６に接続されたトリップ装置１８とを備えている。
【００８３】
図１２の例では、トランス３０から供給される交流電流が単相２線式の配線を介して漏電遮断器２０に与えられる。トランス３０は、例えば商用の電力系統または他の交流電源に接続されている。漏電遮断器２０は、負荷４０に接続される電路上に配置されている。負荷４０は、交流電力を受け取って動作する電子機器または電気機械であり得る。漏電遮断器２０は、例えば分電盤内に配置される。
【００８４】
平常時、一対の一次側導体１４を流れる電流の和は零である。このとき、漏電遮断器２０のトリップ装置１８は、電路を導通状態に維持し、負荷４０は、トランス３０からの交流電力を受け取る。負荷４０の絶縁が悪くなるなどして漏電が発生した場合、負荷４０から地絡電流が流れる。すると、一対の一次側導体１４を流れる電流が全体としてゼロを超える有意な値を示し、その結果、二次側導体１２に電圧が発生する。前述した例に基づけば、例えば５０Ｈｚの周波数で３０ｍＡの交流電流が漏電電流として流れたとき、二次側導体１２に４ｍVの電圧が発生するようにカレントトランス１００の構成が設計され得る。このときの３０ｍＡの漏電電流とは、一対の一次側導体１４の各々を流れる電流ではなく、その差分である。
【００８５】
検知回路１６は、二次側導体１２に発生する電圧または電流に基づいて、トリップ装置１８を動作させる。二次側導体１２に発生する電圧または電流が、予め設定された基準値を超えたとき、検知回路１６は、トリップ装置１８を動作させることによってトランス３０から負荷４０に流れる電流を遮断する。漏電遮断器２０は、漏電によって所定値以上の大きさを有する異常な電流が一次側導体１４を流れると、例えば０．１秒以下の短時間で自動的に電流を遮断するように構成されている。
【００８６】
このような漏電遮断器２０に用いられるカレントトランス１００には、微弱な漏電電流の発生を適切に検知することが要求される。検知すべき漏電電流の大きさは各国の規格によって規定されている。コア１０の透磁率が低いと、微弱な漏電電流が発生したときに二次側導体１２に生じる電圧が低く、漏電の発生を適切に検知できない。コア１０の透磁率の上限は検知すべき漏電電流の下限に基づいて適宜設定され得る。例えば、Ｂｒ／Ｂｍが０．９未満で、高い透磁率を有することより漏電遮断機能に優れた漏電遮断器２０を得ることができる。更に、前述したように０℃〜１００℃の温度範囲での透磁率の変動が小さいことから、温度変動に対して安定した漏電遮断機能に優れた漏電遮断器２０を得ることができる。
【００８７】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記の実施形態について説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。
【００８８】
そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本開示は、漏電遮断器に使用され得るカレントトランス、および当該カレントトランスに好適なコアに利用され得る。
【符号の説明】
【００９０】
１０  カレントトランス用コア
１２  二次側導体（二次側巻線）
１４  一次側導体
１６  検知回路
１８  トリップ装置
２０  漏電遮断器
３０  トランス
４０  負荷
１００  カレントトランス
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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