JPH0277555A - Ｆｅ基軟磁性合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、Ｆｅ基基磁磁性合金関する。

（従来技術） 従来から、スイッチングレギュレータなど高周波で使用
する磁心としては、パーマロイ、フェライトなどの結晶
質材料が用いられている。

しかし、なから、パーマロイは比抵抗が小さいので高周
波での鉄損が大きくなる。また、フェライトは高周波で
の損失は小さいが、磁束密度もせいぜい５０００Ｇと小
さく、そのため、大きな動作磁束密度での使用時にあっ
ては、飽和に近くなりその結果鉄損が増大する。近時、
スイッチングレギュレータに使用される電源トランス、
平滑チョークコイル、コモンモードチョークコイルなど
高周波で使用されるトランスにおいては、形状の小形化
が望まれているが、この場合、動作磁束密度の増大が必
要となるため、フェライトの鉄損増大は実用上大きな問
題となる。

このため、結晶構造を持たない非晶質磁性合金が、高透
磁率、低保磁力など優れた軟質磁気特性を示すので最近
注目を集め一部実用化されている。これらの非晶質磁性
合金、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを基本とし、これに非晶質
化元素（メタロイド）としてＰ、ＣＳＢ、Ｓ　ｉ、ＡＩ
、Ｇｅなどを包含するものである。

しかしながら、これを非晶質磁性合金の全てが高周波領
域で鉄損が小さいというわけではない。例えば、Ｆｅ基
非晶質合金は、安価であり５０〜６０Ｈｚの低高波領域
ではケイ素鋼の約１７４という非常に小さい鉄損を示す
が、１０〜５０ＫＨｚという高周波領域にあっては著し
く大きな鉄損を示し、とてもスイッチシグレギュータ等
の高周波領域での使用に適合するものではない。これを
改善するために、Ｆｅの・一部をＮ　ｂ　ＳＭ　Ｏ％Ｃ
ｒ等の非磁性金属で置換することにより低磁歪化し、低
鉄損、高透磁率を図っているが、例えば樹脂モールド時
の樹脂の硬化収縮等による磁気特性の劣化も比較的大き
く、高周波領域で用いられる軟磁性材料としては、十分
な特性を得られるに至っていない。

一方、Ｃｏ基非晶質合金は、高周波領域で低鉄損、高角
形比が得られるため可飽和リアクトルなどの電子機器用
磁性部品に実用化さているが、コストが比較的高いもの
である。

（発明が解決しようとするる課題） 以上に述べたように、Ｆｅ基非晶質合金は安価な軟磁性
材料でありなから磁歪が比較的大きく、Ｃｏ基非晶質合
金に比べ鉄損、透磁率とも劣っており、高周波領域にお
ける用途には問題があった。一方、Ｃｏ基非晶質合金は
磁気特性は良好であるものの、素材の値段が高いため工
業上有利ではなかった。

したがって本発明は、上記問題点に鑑み、高周波領域に
おいて高飽和磁束密度で優れた軟磁気特性をＨする軟磁
性合金を提供することを目的とする。

［発明の概要］ （課題を解決するための手段と作用） 上記目的を達成するために種々の合金について検討を重
ねた結果、一般式、 Ｆｅ　　Ｃｕｂ　Ｍｏ　Ｓｉｄ　Ｂｅ Ｍ　；周期律表ＩＶａ、　Ｖａ、　Ｖｌａ族元素または
、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＡＩから選ば れる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ十ｃ＋ｄ＋ｅ−１００（原子％）０．０１≦ｂ≦
３．５ ０．０１≦Ｃ≦１５ １０≦ｄ≦２５ ３≦ｅ≦１２ １７≦ｄ＋ｅ≦３０ で表わされ、微細結晶粒を有する合金が、軟磁性材料と
して優れた特性を有することを初めて見い出し、本発明
に至ったものである。

本発明は上記組成を有する合金中に特に微細結晶粒を有
することを特徴とする 特に微細結晶粒は、合金中に面積比で２５〜９０％以上
存在することが好ましく、さらに前記微細結晶中に５０
〜３００Ａの結晶粒が８０％以上存在することが好まし
い。

以下に、本発明合金の組成限定理由および微細結晶粒の
限定理由について説明する。

まず組成限定理由について説明する。

Ｃｕは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄
損、透磁率など軟磁気特性を改善するのに有効な元素で
あるが、あまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあ
まり多いと磁気特性の劣化を生じるために、その範囲を
０．０１〜３．５原子％とした。好ましくは、０．１〜
３原子％であり、さらに好ましくは０．５〜２．５原子
％である。

Ｍは結晶粒径の均一化に有効であると共に、磁歪および
磁気異方性を低減させ軟磁気特性の改善、および温度変
化に対する磁気特性の改善に有効な元素であり、その量
があまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあまり多
いと非結品質化がなされず、さらに飽和磁束密度が低く
なるため、その量を０．０１〜１５原子％とした。好ま
しくは１〜１２原子％である。ここでＭにおける各添加
元素は上記効果と共にさらにそれぞれ、ＩＶａ族元素は
最適磁気特性を得るための熱処理条件の範囲の拡大、Ｖ
ａ族元素およびＭｎは耐脆化性の向上および切断等の加
工性の向上、Ｖｌａ族元素は耐食性の向上および表面性
状の向上、ＡＩは結晶粒の微細化と共に磁気異方性の低
減Ｃｏ、Ｎｉは飽和磁束密度の改善に有効であり、これ
らにより磁歪、軟磁気特性の改善、等の効果を有してい
る。

ＳｉおよびＢは製造時における合金の非結晶化または直
接微細結晶を析出するのを助成する元素であり、結晶化
温度の改善ができ、磁気特性向上のための熱処理に対し
て有効であるが、特にＳｔは微細結晶粒の主成分である
Ｆｅに固溶し磁歪、磁気異方性の低減に有効である。そ
の量が１０原子％未満では軟磁気特性の改善が顕著でな
く、２５原子％以上では超急冷効果が小さく、μｍレベ
ルの比較的粗大な結晶粒が析出し良好な軟磁気特性は得
られない。またＢは３原子％未満ては比較的粗大な結晶
粒が析出し良好な特性が得られず、１２原子％以上では
熱処理によりＢ化合物が析出しやすくなり、軟磁気特性
を劣化させるため好ましくない。なお、Ｓｉ／Ｂ≧１が
優れた軟磁気特性を得るのに好ましい。

特に、Ｓｉ量を１７〜２５原子％にすることにより磁歪
λｓ＝０が得られ、樹脂モールドによる磁気特性劣化が
なくなり、初期の優れた軟磁気特性が有効になる。さら
にこの場合Ｍを８．５％以上にすることにより耐食性が
大幅に改善され実用上好ましい。

上記本発明のＦｅ基基磁磁性合金、例えば液体急冷法に
より非晶質合金薄帯を得た後あるいはアトマイズ法など
により急冷粉末を得た後、前記非晶質合金の結晶化温度
に対し一５０℃までの範囲、好ましくは一３０℃までの
範囲の温度で３０分〜５０時間、好ましくは１時間〜２
５時間の熱処理を行い、意図する微細結晶を析出させる
方法、あるいは液体急冷法の急冷速度を制御して微細結
晶粒を直接析出させる方法等により得ることが可能とな
る。

次に、本発明のＦｅ基基磁磁性合金微細結晶粒について
述べる。

本発明の合金中において、あまり微細結晶粒が少ないと
、すなわち非晶質相があまり多いと鉄損が大きく、透磁
率が低く、磁歪が大きく、樹脂モールドによる磁気特性
の劣化が増大し、逆にその量があまり多いと特にＢ化合
物の析出の効果が顕著となり磁気特性を劣化させるため
、合金中の微細結晶粒は面積比で２５〜９０％存在する
ことが好ましい。より好ましくは４０〜８０％である。

さらに上記微細結晶粒中においても結晶粒径があまり小
さいと、磁気特性の改善が図れず、逆にあまり大きいと
磁気特性の劣化が発生するため、上記微細結晶粒中にお
いても、結晶粒径５０〜３００Ａの結晶が８０％以上存
在することが好ましい。

本発明のＦｅ基基磁磁性合金高周波での軟磁気特性に優
れているため、例えば磁気ヘッド、薄膜ヘッド、大電力
用を含む高周波トランス、可飽和リアクトル、コモンモ
ードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、
高電圧パルス用ノイズフィルタ、レーザ電源等に用いら
れる磁気スイッチなど高周波で用いられる磁心、電流セ
ンサー、方位センサー、セキュリティセンサー等の各種
センサー用の磁性材料等、磁性部品用の合金として優れ
た特性を示している。

（実施例） Ｆ　ｅ７２ｃ　ｕｔ　Ｃｒ２Ｓ　１２０Ｂ５なる合金を
単ロール法によって非晶質化し、幅５ＩＩｌｆｆｌ板厚
１４μｍの長尺薄帯を得た。その後、この薄帯を巻回し
外径１８ｍｍ内径１２ｍｍ高さ４，５■のトロイダル磁
心に成形した後、種々の条件で熱処理を行なうことによ
り微細結晶粒の析出割合を変化させた。得られた磁心の
合金中の微細結晶粒の割合と鉄損の関係を調べた。なお
微細結晶粒の析出割合はＴＥＭ観察などにより求めた。

第１図にその結果をまとめるが、２５〜９０％で鉄損（
１００ｋＨｚ、　２ｋＧ）大幅に低減していることがわ
かる。

（実施例２） 第１表に示した各合金より単ロール法によって約１５１
１ｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この薄帯を巻回し
、外径１８■、内径１２ｍｍ、高さ４．５ｍｍのトロイ
ダル磁心に成形した後、各材料の結晶化温度（昇温速度
１０ｄｅｇ／ｌｌ１ｎで、’１１１ｊ定）ので約１２０
分間の熱処理を行い、測定に供した。

また比較として前記巻回後の磁心に各結晶化温度（昇温
速度１０ｄｅｇ／ｌ１ｉｎで測定）より約７０℃低い温
度で約５０分間の熱処理を行った非晶質状態の磁心を作
成した。

得られた磁心を構成する薄帯中の微細結晶粒の割合と、
その中での３０〜３００Ａの微細結晶粒の割合をそれぞ
れＡ、Ｂ（％）とし併せて第１表に示す。

さらに、本発明の微細結晶粒が存在する磁心と比較とし
て示した微細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ
５個づつ用い、Ｂ−２ＫＧ。

ｆ　−１００Ｋｌｌｚての熱処理後の鉄↑Ｈと、磁歪、
ＩＫＩＩｚ。

２ｍ０ｃでの透磁率、飽和磁束密度を併せて第１表に示
す。

また、さらに比較としてパーマロイとセンダストを用い
た磁心についても同様の試験を行った結果も併せて第１
表に示す。（試料１２．１３）以下余白 第　　　１　　　表 上記第１表より明らかなように、本願発明の合金は、微
細結晶粒を設けることにより同組成の非晶質合金よりな
る磁心または他の合金よりなる磁心に比べ、鉄損が低く
、低磁歪で高透磁率であり、高周波においＣ優れた軟磁
気特性を示している。

また、これらの磁心をエポキシ系樹脂により含浸硬化を
行ったところ、本発明の微細結晶粒を有する磁心の鉄損
の増大はいずれも５％以下であり、良好な磁気特性を保
持しているが、比較として示した合金および非晶質合金
薄帯を用いた磁心の鉄損の増大は３倍程度となり、本発
明との差が一層顕著となった。

［発明の効果］ 本発明の合金は、所望の合金組成において、微細結晶粒
を設けることにより、高周波領域において高飽和磁束密
度で、優れた軟磁気特性を有するＦｅ基基磁磁性合金提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金中の微細結晶粒の割合と鉄損の関係を示す
グラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 Ｆｅ＿ａＣｕ＿ｂＭ＿ｃＳｉ＿ｄＢ＿ｅ Ｍ：周期律表ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族元素または、Ｍｎ
   ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌから選ば れる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００（原子％） ０．０１≦ｂ≦３．５ ０．０１≦ｃ≦１５ １０≦ｄ≦２５ ３≦ｅ≦１２ １７≦ｄ＋ｅ≦３０ で表わされ、微細結晶粒を有することを特徴とする高飽
   和磁束密度で優れた軟磁気特性を有するＦｅ基軟磁性合
   金。
2. （２）微細結晶粒は合金中に面積比で２５〜９０％存在
   し、その中で結晶粒径５０〜３００Ａの結晶が８０％以
   上存在することを特徴とする請求項１に記載のＦｅ基軟
   磁性合金。