JPH049453A - アモルファス合金リボン - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波磁界において、優れた高透磁率特性な
いし高角形磁気特性を発揮するＣＯ系アモルファス合金
の靭性の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、スイッチング電源のコモンモードチョークコイル
、磁気ヘッド、磁気センサー等の高透磁率材料には、フ
ェライトが、また、スイッチング電源の可飽和リアクト
ルやノイズアブソーバ等高角形比材料には、５０　Ｎ　
ｉ−Ｆ　ｅ合金ストリップよりなる巻磁心が、それぞれ
使われてきた。

フェライトは、渦電流損が少ない利点はあるが、飽和磁
束密度が低く、温度特性が悪いという欠点があった。ま
た、５ＯＮｉ−Ｆｅ合金は、飽和磁束密度が高く、低周
波数域における角形比は高いものの、渦電流損、ヒステ
リシス損が大きく、高周波用途には対応できない。

このため、フェライトに比して磁束密度が高く、５ＯＮ
ｊ−Ｆｅ合金など結晶金属に比して渦電流損を含むコア
損失が小さい高周波磁性材料として、アモルファス磁性
合金が有望視され、主に巻磁心として上記二様の用途に
実用されるようになった。

特にＧｏを主元素とし、これにＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ等原子
の最外殻電子数がＣｏに近い元素を少量添加することに
よって、飽和磁歪定数を零に近づけたＣｏ系のアモルフ
ァス合金は、保磁力が小さく、軟磁性材料として最も優
れた素材ということができる。高周波帯域においても、
電気抵抗が高くかつ１５〜５０μｍの薄肉リボンとして
使用されることから、渦電流損失が低くフェライトと同
等以上の低損失特性を有している。

上記磁歪が零ないし零に近いＣｏ系アモルファス合金は
、キューリー温度以上、結晶化温度以下の温度で加熱保
持後、常温に】０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷する
熱処理を施すことによって、透磁率を高めて、コモンモ
ードチョークコイル、磁気ヘッド、各種磁気センサーに
供したり、磁界中焼なまし一冷却処理によって磁路方向
に一軸異方性を付与して角形比を高め、可飽和リアクト
ルやノイズアブソーバ等に実用されている。なお、両用
途とも添加元素として、上記以外の広義の遷移金属元素
を一種以上含むことによって、熱的安定性を高めたり、
飽和磁歪定数を微細に調整することが行なわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来各種インダクター、センサー等磁性部品は、単ロー
ル法により、１５〜３０μ山の厚みのアモルファスリボ
ンを製造した後、主に以下２様の方法で製品形状に仕上
げられている。

一つは、巻磁心とする方法で、所定幅のアモルファスリ
ボンを、コア占積率を高めるため、適当の張力（数社ｆ
）■１〜数１０ｋｇｆノｍ’）を負荷しつつトロイダル
形状に巻き回した後、最適熱処理が施される。一つは、
積層磁心とする方法で、リボンを打抜きプレス（金型）
で打抜くか、フォトエツチングにより強酸等で化学的に
成形した一枚ずつのコア単位に、最適熱処理を施した後
、接着剤等により複数枚積層し、コアとするものである
。両者とも、加工に供されるリボンは、溶湯急冷時に予
め所定の幅に製造されるか、ないしは広幅リボンを超硬
合金、高速度鋼等のスリッター刃によって切断して所定
幅に調整される。

したがって、アモルファスリボンを加工して製品化する
には、コア巻き工程での張力に耐えつつコア巻きルーテ
ィング途中のベンディングに破断のないこと、打抜きプ
レスやスリット中にリボンの破断、割れ等が発生しない
ことが要求され、これには溶湯急冷ままのリボンに高い
靭性があり、かつそれが均一に確保されていることが要
求される。局部的にせよ脆い部分が存在することは、加
工中の割れ、破断に直結し、加工の停止、加工歩留の低
下等を来たし好ましくない。

上記アモルファスリボンの靭性の確保は、従来上として
化学組成とリボン製造条件の両面からアモルファス形成
能として指針が与えられてきた。

組成の面では、アモルファス形成元素としての半金属、
および熱的安定性、磁気特性の向上に寄与する遷移金属
の種類、組合せ、配合量の最適化がなされ、アモルファ
スを得るための臨界冷却速度やアモルファスとなるため
の臨界最大板厚との相関が求められた。例えば、　Ｍ、
Ｎａｋａ、　Ａ、Ｉｎｏｕｅ　ａｎｄＴ、？ｌａｓｕｍ
ｏｔｏ　：　Ｓｃｉ、　Ｒｅｐ、　ＲＩＴＵＡ２９（１
９８１）１８４．では、最も形成能の高いとされる５ｉ
−Ｂの半金属組合せで、Ｃｏ−５ｉ−８３元合金の臨界
厚さが実験的に求められ、Ｃｏｔｔ、ｉ　５Ｌｔ−ｓ　
Ｂｒｓで最大値を示すことが示されている。また、Ｍ、
Ｈａｇｉｗａｒａ、　Ａ、Ｉｎｏｕｅａｎｄ　Ｔ、Ｍａ
ｓｕｍｏｔｏ　：　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　５ｃｉｅｎｃ
ｅ　ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＋　５４（１９８２
）　１９７−２０７．では、（ＣＯ１＊Ｉ−１ＭＫ＞１
１．＊　５ｉ１１．＠　Ｂｌ。でＭとして、１２元素を
最大Ｘ＝２０まで添加したときの臨界厚さが報告され、
臨界厚さを高めるためにはＴ　ａ　＋　Ｎ　ｂ　＋　Ｖ
　＋　Ｍ　ｏ　＋　Ｗ　＋Ｆｅの各元素の一定量までの
添加が有効で、効果はこの順に高いことが述べられてい
る。

リボン製造条件の面では、具体的な単ロール法の製造パ
ラメータに触れるものはないが、たとえば増本健、鈴木
謙爾、藤森啓安、橋本功二：アモルファス金属の基礎、
オーム社刊（１９８２）　Ｐ、３４には、各組成固有の
臨界冷却速度を超える冷却速度が確保されることが必要
であること、また同文献Ｐ、１５には、冷却速度は主と
して、冷却用回転体の材質（熱伝導度、熱容量など）と
融体の厚さは噴出量（ノズル孔寸法と噴出圧力に依存）
と回転体の周速との相互関係により決まることが述べら
れている。

しかしながら上記の知見は、アモルファス形成能に対す
る主元素および板厚の一般的影響を記述するに留まり、
アモルファスリボンの靭性確保、なかんずく局部的な脆
性の改良という品質の均一性の観点では不十分なもので
ある。すなわぢ、現実に適用し得る材料組成は、靭性よ
りも最適熱処理後の高周波磁性の観点から設定されるた
め、必ずしも最大板厚をなす組成とはならないこと、仮
に最大板厚ないしその近傍組成となっても高周波磁性上
有効な１５〜３０μＩのリボンの局部的な脆性の改良と
は直接つながらないという問題があった。

本発明の目的は、磁歪の低いＣＯ系アモルファス合金リ
ボンのコア、センサー等最終製品に至るまでの各種加工
工程で必要な靭性を向上させること、特に局部的な脆性
を改良して、均一な品質を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み、鋭意検討の結果、本発明者は、いわゆ
る磁歪を零ないし零近傍に調整し、磁場中熱処理を施し
て高角形比と低損失特性を得る。あるいは高透磁率を得
るためキュリー温度以上結晶化温度以下の温度において
加熱保持後常温に１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷
する熱処理を施して実用に供されるＣｏ系アモルファス
合金において、不純物元素としてＭｇを低減することに
よって、該Ｃｏ系アモルファス合金の溶湯急冷状態の靭
性が向上することを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明は、 基本組成（Ｃｏ、−ａ−ｂ−ｃ　Ｎ　ｉ、　Ｆ　ｅｂＭ
ｎｃ）ｘ　Ｍｚここに、 Ｍ　：　Ｃ，Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の一種以
上 で、ｘ、ｚは原子％であって、 Ｘ　十Ｚ　＝１００゜ １３≦Ｚ≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０．　Ｏ≦ｂ≦０．２００≦Ｃ≦０．２
０ で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０４以
内のアモルファス合金であって、不可避不純物であるＭ
ｇ含有量（重量）が１５Ｐ、Ｐ、Ｍ以下であることを特
徴とするアモルファス合金である・本発明において、Ｍ
ｇの低減によって、溶湯急冷ままのアモルファスリボン
の靭性が向上する。

この場合の靭性とは、従来なされてきたような１８０°
密着曲げ可能か否かとか、あるいは完全弾塑性体を仮定
しての曲げ歪等では検知できない程度のものである。

本発明の靭性評価は、リボン長手方向の任意の位置で、
リボンを幅方向に１０＋ｎａ＋／ｓｅｃ以下のスピード
で引き裂いた場合のクラック進展の様相によってなされ
る。すなわち、第１図に示すように十分な靭性を有して
いる場合は、クラックの進展が引き裂き速度に同じて、
破断線が微細なピッチてジグザグだが、マクロ的にはま
っすぐ進む。第２図に示す脆い場合は、クラックの進展
が引き裂き速度より速くなり、破断線が直線的だが、マ
クロ的には方向が反れたり、一部リボンの欠けが発生す
ることもある。同様の分類は、たとえば通常の引張試験
における破断面の観察によってもなすことができるが、
１０ｍ／ｓｅｃ以下もゆっくりした引張速度で多数の試
験を行なうことは工数が甚大であるという難点があり、
実際の検萱ては前述の引き裂きによる方法が簡便である
。なおこの引き裂き試験に選って脆性と判断される場合
でも、いわゆる１８０°密着曲げ可能な場合があること
、また脆性部分も第３図に示すようにリボン方向全長で
なく一部に限られる場合もある。

本発明者はＭｇ含有量の低減によって、上記脆性部分の
発生頻度が低減することを新たに見出したものである。

引き裂く部分に非金属介在物が存在する場合は、リボン
は脆くなるため、ノズルを通過する溶湯中のガス成分、
ＡＩ、Ｓなどの含有量は十分低くシ（例えば０．＜５０
ｐｐｍ、　Ｎ２＜２５ｐｐｍ、　Ａｌ＜４０ｐｐｍ、　
　Ｓ＜３０ｐｐ１１１）、また母合金中の介在物面積率
をＪＩＳ法によって点算しても０．０１２％以下であり
、長尺リボンの箇所箇所に非金属介在物が現れるほどに
汚れていない状態であることが好ましい。

Ｍｇ低減によるリボン靭性向上のメカニズムは解明され
ていないが、アモルファスリボンの不純物分析を行なう
ことによって、Ｍｇの含有量を検知し、前記引き裂き試
験結果と対照することでその結果を検証し得る。

本発明のＭｇの含有量の少ない前記組成のアモルファス
合金は、通常溶湯から急冷する工程によって製造するこ
とができる。工業的には、高周波炉ないしは電気炉によ
り合金を溶解し、その溶融合金をガス圧によりるつぼの
先端孔（丸形、矩形）から噴出させ、回転する冷却用回
転体の表面上で接触凝固させリボンとする方法が適用さ
れる。特に、単ロール法と呼称されている方法、すなわ
ち冷却用回転体としてロールの外表面を用いる方法が一
般的である。

通常は、予め母合金を溶製しておき、この母合金を上記
るつぼ内で再溶解することが多いので、母合金溶製時に
Ｍｇ量の低減を図ることが必要である。このための手法
は種々あるが、原料の純度、溶解−除滓−鋳造の温度管
理を含めた諸条件、鋳型、特に砂型の場合は防砂等の吟
味によって、不純物を低減し得る。

これらＭｇ量の低減を図るべきベースとなる組成の限定
理由について、以下に述べる。

前述のように、高周波における低損失を得るため磁歪は
、零ないし零に近いことが必要≠、具体的には、±５×
１０′内の飽和磁歪定数とすることが必要である。その
ためには、Ｃｏ　＋　Ｎ　ｌ　ｌ　Ｆ　ｅ　＋　Ｍ　ｎ
の原子比を適当に調整してやればよく、　（Ｃｏ、　−
ａｂ−ｃ　Ｎ　ｉ、　ｌ’ｅｂＭｎｅ）において、ａ、
ｂ、ｃとも各々０からら０．２０の範囲の組合せで実施
することができる。ａ、ｂ、ｃのいずれが一つ以上が０
．２０を越えると飽和磁歪定数は＋５Ｘ１０＝を越えて
大きくなる。

非金属元素Ｍは、Ｃ＋　　Ｂ　＋　　Ｐ　＋　　Ｓ　１
　！　Ｇ　ｅからなる一種以上が１３原子％以上２８Ｍ
子％以下含有される必要がある。

１３原子％未満では、アモルファス形成が困難になり５
２８原子％を越えるとアモルファス形成の困難性ととも
に飽和磁化の減少が著しくなる。また、これらＣ，Ｂ、
Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅは、通常の単ロール法の冷却速度１０’
〜１０”Ｃ／ｓｅｃでは、単独でアモルファス形成が可
能なのはＢ、Ｐで、その他は２種以上の複合添加が必要
となる。総合的には、種本：「非晶質材料の特性と応用
」日本金属学会セミナ、　（１９７９）　Ｐ、８５に示
されているように５ｉ−Ｂの組合せが最も望ましい。

本発明において、（Ｃｏ＋−５−ｂ−ｃＮｉａ　Ｆｅｂ
Ｍｎｃ）の一部を遷移元素Ｔとして、３Ａ、４Ａ、５Ａ
。

６Ａ、Ｍｎを除＜　７Ａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを除く８族
の元素で置換することができる。これらは、１種以上で
合計８原子％以下まで含むことができるが、８原子％を
越えると飽和磁化の著しい減少ないしアモルファス形成
が困難になる。

〔実施例〕

以−ド、本発明の詳細を実施例により説明する。

実施例１ 原子％で、（ＣＯＤ、１４　Ｆｅｅ、ａｍ）ｙａ〜１ｏ
、Ｓｉ、、Ｂ、。

のアモルファス合金薄帯を製造した。

薄帯製造に先立ち母合金を溶製した。溶解は、Ｃｏ、Ｂ
の原料を２種ずつ選択した上でその配合を変え、計６種
の原料により不純物の含有量を変化させた。他のＦｅ、
Ｍｏは一定とした。溶解は１４５０℃とし、１３５０℃
で生成した溶滓を除去して１３００℃にて鋳鉄製鋳型へ
鋳造した。

上記母合金２．５結を石英るつぼ内で再溶解し、１３０
０℃の溶湯とした後、５ｗ幅Ｘ０．６ｍｍ厚さの矩形ス
リットから噴出させ、３００閤φのベリリウム鋼単ロー
ル上で急冷凝固させ、ｂＩＩＩＩＩ１幅Ｘ２０〜２４μ
ｍ厚さで長さ約３０００　ｍのアモルファス合金リボン
とした。

この合金リボンを、全長にわたって３００ｍ毎に引き裂
き、靭性の判定を行なった。各位置で２０回の引き裂き
を行ない、引き裂き方向に対して２ｒｍ以上ずれたもの
を脆性部分が存在するとして、各位置ごとの脆性破断率
（％）を求め、各々を比較した。

第１表に、・６種の母合金によるアモルファス合金のＭ
ｇ含有量と、このアモルファスリボンの脆性破断率を示
す。

Ｍｇの含有量が低くなるほど、各位置での脆性破断率が
減少する。

これら６種のリボンを外径２２ＩＩＩＩｌｌφ、内径１
４ｍｍφ、厚み５　ｔｔｒｍ　ｔのトロイダル形状に巻
き回した時の巻取中のリボン離断による停止回数を求め
た。この場合、リボンに負荷される張力は約１２ｋｇｆ
／ｗ’で、リボンは装置内で１０　ＩＩＩＩＩＲのガイ
ドリールによって３回１８０°進行方向を転換する。こ
のような巻磁心製造装置は、特に一般的なものがあるわ
けではなく、装置、製品仕様毎にリボンにががる負荷は
種々異なっているが、一つの目安として例示するもので
ある。

各々のリボンの長さ１０００ｍ当りの破断停止回数は、
Ｎｏ、］−Ｎｏ、６で、各々３，９，１６，４９，８０
，１１７回であった。

以上から、Ｍｇ含有量は、１５Ｐ、Ｐ、Ｍ以下とすると
急冷ままのリボンの靭性向上、殊に局部的な脆性の低減
が図られ、その効果は大きい。

実施例２ 原子％で、（Ｃｏ、、、４Ｆｅ。、５ｊｙｓ　５ｉｔｓ
　Ｂ１０のアモルファス合金リボンを用い、実施例１と
同様の方法により、６種類のリボンとし同様の評価を行
なった。

なお、母合金は同様にＧｏ、Ｂの原料を２種ずつ選択し
た上でその配合を変え、計６種とした。

第２表に、６種の母合金によるアモルファス合金リボン
のＭｇ含有量と、このアモルファスリボンの脆性破断率
を示す６ Ｍｇの含有量が低くなるほど、各位置での脆性破断率が
減少し、はぼ１５Ｐ、Ｐ、Ｍを境に、これ以下とすれば
、局部的な脆化が大きく改善されることがわかる。

実施例３ 原子％で、（Ｃｏ。、　、　ｐ　ｅ。、。、Ｍｎ６．ｓ
＋ＬｓＮｂ＋Ｓｉ、６Ｂ、のアモルファス合金リボンを
用い、実施例１と同様の方法により同様にリボンを製造
し評価を行なった。

母合金は、Ｂ原料を変えて２種とした。第３表に２種の
母合金によるアモルファス合金リボンのＭｇ含有量と、
脆性破断率を示す。

Ｍｇの含有量が低い本発明例では、脆性破断率が減少し
て、脆性が改善されることがわかる。

実施例４ 原子％で、（Ｃｏ＊、ｓｓ　Ｆｅ、、、、Ｍｎ、、、ｓ
）、、　Ｃｒｔ５１１１　Ｂ　Ｓのアモルファス合金リ
ボンを用い、実施例１と同様の方法により同様にリボン
を製造し評価を行なった。

母合金はＢ原料を変えて２種とした。第４表に２種の母
合金によるアモルファス合金リボンのＭｇ含有量と、脆
性破断率を示す。

Ｍｇの含有量が低い本発明例では脆性破断率が減少して
、脆性が改善されることがわかる。

実施例５ 原子％で、（ＣＯ＊、ｓｔ　Ｎｌａ、ａｚ　Ｆｅｅ、ｓ
ｓ）ｙｓＮＥ）ｇ５１１６Ｂ１１のアモルファス合金リ
ボンを用い、実施例１と同様の方法により同様にリボン
を製造し評価を行なった。

母合金はＢ原料を変えて２種とした。第４表に２種の母
合金によるアモルファス合金リボンのＭｇ含有量と、脆
性破断率を示す。

Ｍｇの含有量が低い本発明例では脆性破断率が減少して
、脆性が改善されることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明のアモルファス合金によれば、高周波用の各種コ
ア、センサー等最終製品に至る各加工工程で必要なリボ
ンの靭性が向上し、生産歩留と効率向上が図られ、その
工業的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の目標とする局部的な脆性のないリボ
ンの引き裂き状態を示した模式図、第２図は脆性な引き
裂き状態を示した模式図、第３図は靭性、脆性が混在す
る状態を示す模式図である。 第 図 第 図 第 図 脚ＰＩ−都す 岬雁部伊

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基本組成（Ｃｏ＿１＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＮｉ
   ＿ａＦｅ＿ｂＭｎ＿ｃ）＿ｘＭ＿ｚここに、 Ｍ：Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の一種以上で
   、 ｘ、ｚは原子％であって、 ｘ＋ｚ＝１００、 １３≦ｚ≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０、０≦ｂ≦０．２０ ０≦ｃ≦０．２０ で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０＾−
   ＾６以内のアモルファス合金であって、不可避不純物で
   あるＭｇ含有量（重量）が１５Ｐ．Ｐ．Ｍ以下であるこ
   とを特徴とするアモルファス合金。 ２　基本組成（Ｃｏ＿１＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＮｉ
   ＿ａＦｅ＿ｂＭｎ＿ｃ）＿ｘＴ＿ｙＭ＿ｚここに、Ｔ：
   遷移金属、 Ｍ：Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の一種以上 で、ｘ、ｙ、ｚは原子％であって、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、ｙ≦８、 １３≦ｚ≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０、０≦ｂ≦０．２０ ０≦ｃ≦０．２０ で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０＾−
   ＾６以内のアモルファス合金であって、不可避不純物で
   あるＭｇ含有量（重量）が１５Ｐ．Ｐ．Ｍ以下であるこ
   とを特徴とするアモルファス合金。