(57)【要約】【課題】  Ｆｅを主体とする軟磁性合金薄帯を用いた積層体で、高飽和磁束密度、高比初透磁率、かつ低保磁力を特徴とする積層体を提供する。【解決手段】  Ｆｅを主体とする厚さ５０μｍ以下の軟磁性合金薄帯を複数枚接合した積層体であって、密度が６．２ｇ／ｃｍ３以上であり、飽和磁束密度が１．４２Ｔ以上であり、保磁力が１０Ａ／ｍ以下のものを提供する。印加磁界８０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８０００が１．４Ｔ以上とすることが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを主体とする厚さ５０μｍ以下の軟磁性合金薄帯を複数枚接合した積層体であって、密度が６．２ｇ／ｃｍ３以上であり、飽和磁束密度が１．４２Ｔ以上であり、保磁力が１０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする積層体。
【請求項２】
印加磁界８０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８０００が１．４Ｔ以上であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
磁束密度1.6T、周波数400Hzでの鉄損が１５W/kg以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の積層体。
【請求項４】
前記軟磁性合金薄帯が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の積層体。
【請求項５】
前記軟磁性合金薄帯が無機系バインダで接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の積層体。
【請求項６】
前記軟磁性合金薄帯は、組成がFeaSibBcCdで表され、原子％でFe量aが80≦a≦83%、Si量bが0＜b≦5%、B量cが12≦c≦18%、C量ｄが0≦d≦3%であり、飽和磁束密度が1.60T以上の非晶質合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の積層体。
【請求項７】
Fe量の30%以下をCo,Niの1種または2種で置換したことを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟磁性合金薄帯を積層して構成される積層体に関するものであり、特に車載用、電子部品用などの回転機用磁心として活用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
トランスやモータ、発電機等に用いられる磁心には、安価でかつ優れた磁気特性を得るために、電磁鋼板を積層した積層磁心が多く用いられている。この積層磁心は電磁鋼板をロータ形状などに打ち抜き加工し、その後所望の厚さまで積層し、溶接やかしめ加工などにより一体化して作られている。現在、モータは小形化、高速化、高効率化が進み、高周波でより鉄損の小さい材料が要求される、溶接やかしめ加工した電磁鋼板の溶接部やかしめ部近傍では歪などによる磁性劣化が生じるため、鉄損が増大したり、透磁率が低下したりするという問題がある。また電磁鋼板では、板厚０．５ｍｍや０．３５ｍｍ程度のものが通常使われるが、モータが高速化するに伴い渦電流損失が増加するという問題点がある。この問題点を解決する手段として、近年０．１ｍｍ程度のさらに薄い電磁鋼板も製造されているが、薄くなればなるほど薄板化のための冷間圧延工程が複雑となり製造価格が高くなり、安価なトランスやモータが製造できないという問題がある。
【０００３】
渦電流損失は磁性薄帯の板厚にほぼ比例するため、板厚が薄いほど、渦電流損を小さくできることが知られている。エネルギー・環境問題に対して高効率化が求められているモータでは、特に低鉄損、高透磁率化が可能な材質が必要である。そのため、特許文献１、特許文献２に記載されるような、軟磁性合金薄帯を複数枚積層し、薄帯同士を樹脂で結着させた磁性積層板が検討され始めてきた。
【特許文献１】特開平２００４−４８８５９号公報（（００３４）〜（００３５）、図２）
【特許文献２】特公表２００３／０６０１７５号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの軟磁性合金薄帯を複数枚接合した積層体は、高回転モータ用として要望される低渦電流損、高比透磁率で、低保磁力かつ高飽和磁束密度とするために、アモルファス材料を用いることが好ましいが、従来のＣｏ基アモルファス材料では、飽和磁束密度が１Ｔ以下でありコアの大きさが大きくなるという問題点がある、また高価なＣｏを主材料とするため高コストとなる。またコスト的に電磁鋼板に近い材料として、従来Ｆｅ基アモルファス材料として、飽和磁束密度が１．５６Ｔ程度の材料が、生産されており低損失電力用トランス材料として利用されているが、この材料の積層体の磁束密度は１．４Ｔ以下であり、電磁鋼板による積層体と比較して、必ずしも十分な磁気特性が得られていないという問題点がある。したがって本発明の目的は、Ｆｅを主体とする軟磁性合金薄帯を用いた積層体であっても、高飽和磁束密度、高比透磁率、低保磁力、低渦電流損を特徴とする積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の積層体は、Ｆｅを主体とする厚さ５０μｍ以下の軟磁性合金薄帯を複数枚接合した積層体であって、密度が６．２ｇ／ｃｍ３以上であり、飽和磁束密度が１．４２Ｔ以上であり、保磁力が１０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする。また、密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上、飽和磁束密度が１．５Ｔ以上とすることも可能である。
【０００６】
本発明にて適用する非晶質の軟磁性合金薄帯は、B8000が高く熱安定性に優れ、かつ脆化を抑制したものであり、本発明の積層体は印加磁界８０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８０００が１．４Ｔ以上であることを特徴とする。
【０００７】
また、軟磁性合金薄帯は、磁束密度が1.6T以上、周波数400Hzでの鉄損が10W/kg以下、さらには８W/kg以下の特性を有するため、積層体での鉄損も15W/kg以下、さらには10W/kg以下とすることができる。
【０００８】
軟磁性合金薄帯として、組成がFeaSibBcCdで表され、原子％でFe量aが80≦a≦83%、Si量bが0＜b≦5%、B量cが12≦c≦18%、C量ｄが0≦d≦3%であり、アニール後の飽和磁束密度が1.60T以上の非晶質合金を用いることが好ましい。これにより高い特性を有する積層体を得ることが可能である。
【０００９】
また、前記軟磁性合金薄帯が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で接合されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記軟磁性合金薄帯が無機系バインダで接合されていることを特徴とする。
【００１１】
Fe量の30%以下をCo,Niの1種または2種で置換したものでも本発明の積層体を安価に作成可能である。
【００１２】
組成を限定する理由を以下に示す。以下、単に％と記載のものは原子％を表す。
Fe量aは80％より少ないと鉄心材料として十分な飽和磁束密度が得られずまた83％を超えると熱安定性が低下し、安定した非晶質合金薄帯が製造できなくなるためである。高飽和磁束密度を得るためにはaは81％以上82.5％以下が好ましい。さらにFe量の30%以下をCo,Niの１種または2種で置換してもよく、高飽和磁束密度を得るためには置換量をCoは25％以下、Niは10％以下とするのが好ましい。
Si量bは非晶質形成能に寄与する元素で飽和磁束密度を向上させるためには5％以下とする必要があり、高飽和磁束化するためには3%以下であることが好ましい。
B量cは非晶質形成能に最も寄与し、12％未満では熱安定性が低下してしまい、18%より多いと添加しても非晶質形成能などの改善効果が見られない。高飽和磁束密度な非晶質の熱安定性を保つには14％以上であることが好ましく、かつ17％以下とすることが好ましい。
Cは角形性および飽和磁束密度の向上に効果があり、3％より多くすると脆化と熱安定性が低下する。C量dは0.01％未満ではほとんど効果がないため、0.01%以上とすることが好ましい。0.05%〜2.8%がさらに好ましく、0.08%〜2.5%がさらに好ましい。
またCr,Mo,Zr,Hf,Nbの1種以上の元素を0.01〜5％含んでもよく、不可避な不純物としてMn,S,P,Sn,Cu,Al,Tiから少なくとも1種以上の元素を0.50％以下含有してもよい。
【００１３】
これらの磁心において、鋳造時ロールにCO2、He、またはArガスを吹き付けるか、もしくはCOガスを吹き付け燃焼還元させ、溶湯噴出口周辺の酸素濃度を10％以下の雰囲気にして作製し、非晶質合金薄帯のロール面の表面粗さRaを0.6μm以下にしたFe基非晶質合金薄帯を用いた積層磁心は励磁による騒音が低下するという特徴もある。
【００１４】
磁心の低磁界の実効磁束密度を向上させ、励磁電流を低減させるには、温度、時間を制御してアニールをすることが有効である。アニール温度、時間は250℃以上500℃以下で0.5h以上で行うことが好ましい。さらに好ましいアニール温度は280℃から380℃である。アルゴン、窒素雰囲気または真空中で熱処理することが好ましいが、場合によっては大気中でも構わない。
【００１５】
積層体とするには、軟磁性合金薄帯の少なくとも一面にエポキシ系やアクリル系、シリコン系などの熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を塗布し、その後、複数枚の軟磁性合金薄帯を積層する。塗布の方法は、軟磁性合金薄帯を溶剤で希釈した樹脂中に浸漬する方法や、スプレーによる吹き付け方法、ドクターブレード用いた塗布方法など、公知の手法を採用できる。また樹脂として、ＰＥＥＫやフッ素系樹脂、イミド系樹脂などの耐熱性樹脂を使用することは、積層後２８０℃以上で応力緩和のアニールを行うことが出来るので好ましい。接着用バインダとしては、融点の低い非鉛系のガラスなどの無機系材料を使用することも可能である。
【００１６】
樹脂による軟磁性合金薄帯の接合と、磁気特性最適化のための焼鈍処理は同時に処理することが生産性を高める上で好ましい。例えば熱硬化性樹脂を使用した場合、積層した軟磁性合金薄帯を熱処理し、焼鈍すると共に樹脂を硬化させて軟磁性合金薄帯同士を積層させる。その際、積層体の両面から圧を加えることが好ましい。ヒートプレートなどで熱圧着させる手法も採用できる。このように処理することで、熱処理による軟磁性合金薄帯の反りを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述の如く、所定の組成である軟磁性合金薄帯を使用したことで、高回転モータ用として要望される低渦電流損、高比透磁率で、低保磁力かつ高飽和磁束密度のヨークを提供できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
（実施例１）
表１に示す組成の母合金200gを作製し、高周波溶解した溶湯を25-30m/sで回転するCuロールに噴出し、非晶質の軟磁性合金薄帯を作製した。なおCuロールの噴出口後方10cmの位置にCO2ガス吹き付け口をロール表面と45°になるように設置し、CO2ガスの噴出圧を調整し、噴出口ロール付近のガス圧力が0.1MPaとなるようにして鋳造をおこなった。噴出口近傍（溶湯とロールが接触する場所から３ｃｍ以内）での酸素濃度は8.5%であった。この非晶質合金薄帯は、幅5mm、厚さ23-25μmであった。
磁気特性を調べるため、この軟磁性合金薄帯を、アルゴン雰囲気中で300-400℃の温度で、保持１時間の熱処理を施し、その後炉内で放冷した。得られた軟磁性合金薄帯の磁気特性を表１に示す。BSは単板試料を振動型試料型磁力計(VSM)で5kOeの磁場をかけて測定をおこなった。また、サンプルＮｏ．１〜３，２２については、B800,B8000,保持力および最大透磁率を測定した。
また、図１に、１ｋＨｚと４００Ｈｚでの、無方向性電磁鋼板、スーパーコア（ＪＦＥスチール社製：ＪＮＨＦ）、および本発明で用いた軟磁性合金薄帯（単板）の磁束密度と鉄損の関係を示す。本発明に用いた軟磁性合金薄帯は、従来の材質に比べて鉄損が小さく、４００Ｈｚ、磁束密度1.6Tでの鉄損は５W/kgであった。
また、図２に、無方向性電磁鋼、スーパーコア（ＪＦＥスチール社製：ＪＮＨＦ）、および本発明で用いた軟磁性合金薄帯（単板）のＢＨ特性を示す。本発明で用いた軟磁性合金薄帯は従来材よりも低磁界で高い磁束密度が得られていることが解る。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
これらの軟磁性合金薄帯を用いて、積層体を製造した。サンプルＮｏ．２の軟磁性合金薄帯（幅８０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、平均厚さ２５μｍのリボン状薄帯）を複数枚積層し、一体化した。本実施例では、アセトンで１０〜５０％に希釈した1液性のエポキシ樹脂を用い、この樹脂中に軟磁性合金薄帯を浸漬した後、乾燥機中８０℃で３分乾燥した。その後、この軟磁性合金薄帯を５枚積層し、窒素雰囲気中で、１ＭＰａの圧力、１２０℃で熱プレスしながら熱硬化させた。アセトンでの希釈率によって樹脂層の厚さを変え、積層体の占積率を８２〜９４％になるようにした。
その後、この積層体に回転機用ロータおよびステータの形状になるよう打ち抜き加工を施した。この積層体をさらに重ねて固着し、軟磁性合金薄帯の枚数が計８００枚の回転機用ロータ、回転機用ステータを製造した。
この回転機用ロータ、回転機用ステータの磁気特性を測定したところ、占積率を８８％以上とすることで、密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上、飽和磁束密度が１．４５Ｔ以上、保磁力が１０Ａ／ｍ以下で、かつ印加磁界８０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８０００が１．４Ｔ以上の特性値が測定された。また、占積率９４％の積層体の鉄損を測定したところ、５．２Ｗ／ｋｇであった。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
（実施例２）
サンプルＮｏ．２の軟磁性合金薄帯（幅８０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、平均厚さ２５μｍのリボン状薄帯）を複数枚積層し、一体化した。本発明では、ＰＥＥＫ（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ポリエーテルエーテルケトン）の粉体状の樹脂を用い、スプレー塗装により均一に塗布した。その後、この軟磁性合金薄帯を５枚積層し、窒素雰囲気中で、１ＭＰａの圧力、３７０℃×０．５ｈで熱プレスしながら熱圧着させた。その後磁気特性を改善するための焼鈍熱処理として、３３０℃で１ｈ保持した。スプレー塗装によるＰＥＥＫ樹脂の厚さを変えることにより、積層体の占積率を８２〜９４％になるようにした。
その後、この積層体に回転機用ロータおよびステータの形状になるよう打ち抜き加工を施した。この積層体をさらに重ねて固着し、軟磁性合金薄帯の枚数が計８００枚の回転機用ロータ、回転機用ステータを製造した。
この回転機用ロータ、回転機用ステータの磁気特性を測定したところ、占積率を８８％以上とすることで、密度が６．５ｇ／ｃｍ３以上、飽和磁束密度が１．４５Ｔ以上、保磁力が５Ａ／ｍ以下で、かつ印加磁界８０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８０００が１．４Ｔ以上の特性値が測定された。また、占積率９４％の積層体の鉄損を測定したところ、３．３Ｗ／ｋｇであった。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
（比較例１）
表１のサンプルＮｏ．２１，２２に示す組成の非晶質の軟磁性合金薄帯を実施例１と同様に作製し、磁気特性を測定した。Cを4％添加すると保磁力が増加していることから軟磁性合金薄帯の鉄損が大きくなることが予想され、また、非晶質合金薄帯が脆くなり、磁心を製造する際に問題が生じることが懸念される。またMnを0.7at%添加するとBSが低下するとともに角形性の低下、および保磁力の増加が見られ、鉄損がすることが懸念される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】磁束密度と鉄損の関係を示す図である。
【図２】磁束密度と磁化力の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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