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公開番号2025116929
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2024011462
出願日2024-01-30
発明の名称軟磁性複合材料板およびその製造方法
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H01F 1/153 20060101AFI20250804BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】従来のFe基アモルファス合金板やFe基ナノ結晶合金板よりも低いPiを示す軟磁性複合材料板、該軟磁性複合材料板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る軟磁性複合材料板は、軟磁性Fe基合金板と該軟磁性Fe基合金板の表面に形成された電気絶縁皮膜とを有し、前記軟磁性Fe基合金板は、Fe基アモルファス合金板またはFe基ナノ結晶合金板であり、前記電気絶縁皮膜は、無鉛のガラス組成物を含み、前記軟磁性Fe基合金板の線膨張係数未満の線膨張係数を有し、前記ガラス組成物は、前記軟磁性Fe基合金板の微細組織が維持される温度以下の軟化点を有することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
軟磁性Fe基合金板と該軟磁性Fe基合金板の表面に形成された電気絶縁皮膜とを有する軟磁性複合材料板であって、
前記軟磁性Fe基合金板は、Fe基アモルファス合金板またはFe基ナノ結晶合金板であり、
前記電気絶縁皮膜は、無鉛のガラス組成物を含み、前記軟磁性Fe基合金板の線膨張係数未満の線膨張係数を有し、
前記ガラス組成物は、前記軟磁性Fe基合金板の微細組織が維持される温度以下の軟化点を有する、
ことを特徴とする軟磁性複合材料板。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載の軟磁性複合材料板において、
前記ガラス組成物は、名目成分を酸化物で表したときに、
40質量％以上70質量％以下のV
2
O
5
と、10質量％以上35質量％以下のP
2
O
5
とを含み、前記V
2
O
5
と前記P
2
O
5
との合計が50質量％以上98質量％以下であり、
BaO、Sb
2
O
3
、WO
3
、ZnO、K
2
O、Fe
2
O
3
、TeO
2
、Ag
2
O、およびLi
2
Oからなる群のうちの二種以上を合計2質量％以上50質量％以下で含み、
残部が不可避不純物である、
ことを特徴とする軟磁性複合材料板。
【請求項３】
請求項２に記載の軟磁性複合材料板において、
前記電気絶縁皮膜は、酸化物粒子の充填材を75体積％以下で含み、
前記充填材は、SiO
2
、ZrO
2
、Al
2
O
3
、Nb
2
O
5
、ZrSiO
4
、Zr
2
(WO
4
)(PO
4
)
2
、2MgO・2Al
2
O
3
・5SiO
2
、3Al
2
O
3
・2SiO
2
、およびLiAlSiO
4
からなる群のうちの一種以上である、
ことを特徴とする軟磁性複合材料板。
【請求項４】
請求項３に記載の軟磁性複合材料板において、
前記電気絶縁皮膜の前記線膨張係数が10 ppm／℃未満であり、
前記ガラス組成物の前記軟化点が500℃以下である、
ことを特徴とする軟磁性複合材料板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の軟磁性複合材料板において、
前記軟磁性Fe基合金板は、その面内方向に沿って1μST以上1000μST以下の範囲で引張ひずみが生じていることを特徴とする軟磁性複合材料板。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の軟磁性複合材料板の製造方法であって、
軟磁性Fe基合金板を用意する軟磁性Fe基合金板用意工程と、
前記電気絶縁皮膜の元となるガラスペーストを用意するガラスペースト用意工程と、
前記軟磁性Fe基合金板の少なくとも一方の主表面に前記ガラスペーストを塗布して軟磁性複合材料前駆体を形成する軟磁性複合材料前駆体形成工程と、
前記軟磁性複合材料前駆体に熱処理を施して前記電気絶縁皮膜を形成する電気絶縁皮膜形成工程と、
を有することを特徴とする軟磁性複合材料板の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の軟磁性複合材料板の製造方法において、
前記電気絶縁皮膜形成工程の前記熱処理は、120℃以上200℃以下に加熱して保持する乾燥プロセスと、前記ガラス組成物の前記軟化点よりも20℃から50℃高い温度に加熱して保持する焼成プロセスとを有し、
前記焼成プロセスの最高温度が、前記ガラス組成物の結晶化ピーク温度未満であり、かつ前記軟磁性Fe基合金板の第二結晶化温度未満である、
ことを特徴とする軟磁性複合材料板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性材料の技術に関し、特に、低い鉄損を示す軟磁性複合材料板、および該軟磁性複合材料板の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電気機械装置（例えば、回転電機や変圧器）には、電磁純鉄板や電磁鋼板などの軟磁性材料板（例えば、厚さ0.01～3 mm）を複数枚積層成形した積層鉄心が広く利用されている。地球環境保護の観点から、軟磁性材料を利用する電気機械装置の適用分野が近年拡大傾向にあり、それに伴って該電気機械装置に対する高出力化および小型化の要求が強まっている。言い換えると、当該電気機械装置の出力密度（単位質量あたりの出力、W／kg）を高める要求が強まっている。
【０００３】
電気機械装置として回転電機を想定した場合、その出力は、稼働時の回転数とトルクとの積に比例するため、回転数かトルクかのいずれかを高めることで高出力化を図ることができる。トルクは、磁束密度と電流値との積に比例する。磁束密度を高めるためには、高い飽和磁束密度Bsを達成する軟磁性材料を使用することが望ましい。そして、Bsを高めるために、軟磁性材料の組成制御や微細組織制御が種々行われている。
【０００４】
一方、稼働時の回転数を高める場合、電気エネルギーと磁気エネルギーとの変換効率が重要であり、軟磁性材料板における損失（鉄損Pi）の低減が課題となる。Piはヒステリシス損失と渦電流損失との和であり、ヒステリシス損失の低減には保磁力Hcが小さいことが望ましく、渦電流損失の低減には高電気抵抗化や薄板化が有効である。
【０００５】
これらのことから、当該電気機械装置の出力密度を高めるためには、軟磁性材料において高いBsと低いPiとを両立させることが望ましい。
【０００６】
比較的高いBsと比較的低いPiとがよくバランスされた材料として、Fe-Si合金系の電磁鋼板が現在広く利用されている。一方、Fe-Si合金系電磁鋼板よりも低いPiを示す材料として、近年、Fe（鉄）基アモルファス合金板やFe基ナノ結晶合金板が注目されている。また、軟磁性材料を利用する電気機械装置は用途やサイズが非常に多岐に亘ることから、該電気機械装置の設計上の種々の要求特性を満たすため、軟磁性材料を安定して製造する技術開発も従来から活発に行われてきた。
【０００７】
例えば、特許文献１（特開2022-113111）には、合金組成が、組成式(Fe
1-x
A
x
)
a
Si
b
B
c
Cu
d
M
e
で表され、AはNiおよびCoの少なくとも１種であり、MはNb，Mo，V，Zr，HfおよびWからなる群から選択される１種以上であり、原子％で82.4≦a≦86、0.2≦b≦2.4、12.5≦c≦15.0、0.05≦d≦0.8、0.4≦e≦1.0、0≦x≦0.1である軟磁性合金薄帯であって、前記軟磁性合金薄帯は粒径60 nm以下の結晶粒がアモルファス相中に存在する組織を有し、飽和磁束密度が1.74 T以上、1 kHz，1 Tでの鉄損が25 W／kg以下である軟磁性合金薄帯、が教示されている。
【０００８】
特許文献１によると、飽和磁束密度が高く、鉄損が低い軟磁性合金薄帯およびその製造方法を得ることができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２２－１１３１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したように、電気機械装置の出力密度（W／kg）を高める要求が強まっている。該電気機械装置の出力を高める手段として、最近では、稼働時の高回転数化や高周波数化が進められている。しかしながら、高回転数化／高周波数化による高出力化は、軟磁性材料のPiに起因するエネルギー損失や効率低下が大きな問題となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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