JPH06132128A - 非晶質軟磁性積層膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波磁気特性並びに取り扱い性に優れる非
晶質軟磁性積層膜を提供する。 【構成】 電解または無電解法によって形成された非晶
質軟磁性層と電解酸化法によって形成された酸化層とが
交互に複数層積層されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非晶質軟磁性積層膜に
関する。本発明は、特に、各種の電子機器や産業機器に
用いられる磁性部品に使用され、優れた特性を発揮する
軟磁性材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクスの技術革新は目
覚しく、特に電子機器の小型化、軽量化および高密度化
は技術の中心課題になっている。電子機器の小型化にお
いては、インダクター素子の改善が一つの要素である。
例えば、磁気増幅器を利用したスイッチング電源では、
スイッチング周波数の高周波化によって飛躍的に電源を
小型化できることが予想される。そして、高周波化によ
ってインダクター素子を構成する磁性材料は、これまで
以上に高周波特性に優れたものであることが必要とされ
ている。

【０００３】高周波特性に優れた磁性材料を得るために
は、磁気損失を極力小さなものにする必要がある。高周
波に於ける磁気損失は、主に渦電流損失で支配され、下
記式によって表される。

【０００４】

【数１】

【０００５】この式から明らかな通り、材料の電気抵抗
率が高く、厚さが薄い程、磁気損失が小さいことがわか
る。現在、高周波特性に最も優れる材料の一つとして、
フェライトが挙げられる。フェライトの場合は、絶縁性
であることから、渦電流が小さく、高周波での特性がよ
い。しかしながら、軟磁気特性である飽和磁束密度、透
磁率などは、高いレベルにはなく、むしろ他の材料に劣
る点が多い。最近、急速冷却法による非晶質合金の製造
法が開発され、軟磁性材料として優れたものが得られて
いる。かかる材料は、比較的電気抵抗率も高く、諸特性
も良いことから、現在インダクター素子などの磁性部品
として多く用いられている。急速冷却法による非晶質合
金の製造法は、溶融金属を冷却した回転ロールに導き、
１０⁵ 〜１０⁶ ｄｅｇ／ｓで急冷することにより、結晶
化のための時間を与えずに固化させ、非晶質合金を形成
することからなる。しかし、急冷法によって作製される
非晶質合金は、現在、その製法上厚さが数１０μｍ以上
のものに限られている。これは、溶融金属が冷却ロール
に接触する際に表面に凹凸が生じ、薄膜化することが困
難なためである。（１）式からわかる通り、厚さをより
薄くすることが特性の良い材料を得る効果的な手段であ
るが、上記急冷法では限界がある。

【０００６】一方、薄膜の非晶質合金を製造する方法と
して、スパッタリング法、真空蒸着法およびイオンプレ
ーティング法などが検討されている。しかしながら、こ
れらの方法は、析出速度が遅く、生産性が悪い上、特殊
な装置が必要であり、設備投資も大きなものとなる。従
って、より安価に大量生産したい場合には、あまり適当
ではない。

【０００７】他方、電解めっきおよび無電解めっきを用
いた非晶質合金の製造法も、検討されている（特開昭５
２−１４０４０３号公報および特開昭５５−１６４０９
２号公報）。本出願人は、めっき法を用いて、軟磁性に
優れ、かつ、従来の非晶質合金に比較して格段に薄い鉄
−コバルト非晶質合金箔について開示した（特開平３−
１２６８８９号公報）。この合金は、数μｍの厚さのも
のであり、膜厚が薄いが故に高周波での磁気特性が極め
て優れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁性膜
が薄くなりすぎると取り扱い性に難点が生じる。例え
ば、製造時には、連続的にめっきを行い、その後薄膜を
電極から剥離することになるが、磁性膜が薄くなりすぎ
た場合は時々膜の切断を生じる。また、薄膜を磁性部品
への応用としてトロイダルコアに利用する場合、膜が薄
いとコアにうまく巻くことができず、コア内の膜間に空
隙を生じたりする。このように、薄すぎる磁性膜では、
作業性に問題点を残し、廉価な製品を製造することがで
きない。

【０００９】本発明者らは，高周波磁気特性が優れるも
のの作業性に問題があり、工業的規模で利用することが
困難であった、数μｍの厚さの磁性膜の改良について鋭
意検討した結果、本発明に到達した。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、電解または無電解法によって形成された非晶質軟
磁性層と電解酸化法によって形成された酸化層とが交互
に複数層積層されていることを特徴とする非晶質軟磁性
積層膜である。本発明は、まず、電解または無電解法に
よって高周波磁気特性に優れた、充分薄い非晶質軟磁性
層を形成することから始まる。非晶質軟磁性層は、それ
自体磁気特性に優れるものでなければならない。非晶質
合金の磁気特性は、その合金組成に支配される。軟磁性
に優れた特性を発現するためには、磁気特性パラメータ
である磁歪を極力小さくする必要がある。磁歪の大きさ
は、その合金組成と密接な関係を有する。例えば、強磁
性を示す組成物のうち（磁歪）＝０となる組成物として
は、Ｆｅ／Ｃｏ＝６／９４、Ｆｅ／Ｎｉ＝１８／８２お
よびＣｏ／Ｎｉ＝４６／５４がよく知られている。これ
らのうち、比較的高い飽和磁束密度の得られるＦｅ／Ｃ
ｏ系は、軟磁性材料の組成としては優れたもので好まし
い。このような合金組成の非晶質軟磁性層を非常に薄い
層として得るためには、電解または無電解法による必要
がある。前述したように、非晶質合金を製造する急速冷
却法では、２０〜２５μｍ以下の厚みとすることは難し
い。本発明の非晶質軟磁性層の厚みは、渦電流を軽減
し、優れた高周波磁気特性を示すために、好ましくは１
０μｍ以下、更に好ましくは４μｍ以下である。電解法
による非晶質軟磁性層の形成手段としては、特公昭６３
−１０２３３号公報に記載の次亜リン酸または次亜リン
酸塩を用いる方法、または特願平１−１１８５９１号公
報に記載の亜リン酸または亜リン酸塩を用いてＣｏ基を
主成分とする非晶質合金を析出させる方法を利用するこ
とができる。無電解法には、特願昭６３−２７６１９０
号公報記載の方法が適している。還元剤としては、次亜
リン酸塩やホウ水素化物を用いることができる。これら
の還元剤の種類によって、非晶質合金を安定化させる半
金属元素を選択することができる。無電解法であるか
ら、析出基材として、導電性に限らず、あらゆる種類の
材質を用いることができる。非常に薄いプラスチックフ
ィルムを用いれば、析出した非晶質軟磁性層を剥離する
ことなく、そのまま巻回して磁性コアを形成することが
できる。

【００１１】次に、上記非晶質軟磁性層表面に、電解酸
化法によって酸化層を設けることが必要である。一般
に、金属酸化物は絶縁性物質であることが多く、Ｃｏや
Ｆｅを含む非晶質合金であっても高い電気抵抗性を示
す。本発明の積層膜は、非晶質軟磁性表面に、電解酸化
法によって形成された高抵抗層を有することを特徴とす
る。これによって、高周波で発生する渦電流を阻止する
ことができる。この酸化層は、非常に薄いものであって
よい。渦電流はその電流経路に絶縁物があれば遮断する
ことができるから、厚みがいかに薄いものであっても効
果がある。その厚さは、渦電流がリークしない程度まで
薄くでき、数千Åまで、好ましくは数百Å、更に好まし
くは数十Åまで薄くすることができる。逆に酸化層が厚
すぎると、ＣｏやＦｅの酸化物は硬磁性の特性を示すよ
うになり、軟磁気特性が劣化する。

【００１２】電解酸化の方法は、通常の方法により、金
属の不働体形成電位を印加して行う。図１にＣｏを主成
分とする非晶質合金のアノード分極曲線を示す。０．５
ＭのＨ₂ ＳＯ₄ 溶液における不働体形成電位はＡｇ・Ａ
ｇＣｌ基準で０〜＋１．５Ｖであり、この範囲の電位を
作用極に印加して陽極酸化を行う。また、他の電解液を
用いる場合には、それぞれに適した不働体形成電位を用
いる。電解液としては、Ｈ₂ ＳＯ₄ ，ＨＣｌ，ＨＮＯ₃
などの酸性溶液、Ｎａ₂ ＳＯ₄ ，ＮａＣｌなどの中性溶
液、ＮａＯＨ，ＫＯＨなどのアルカリ溶液などが用いら
れ、またpH調整剤によって各種の塩の溶液を任意のpHに
調整したものも用いることもできる。

【００１３】かかる電解酸化法により得られた、高抵抗
層である酸化層上に、さらに電解法によって非晶質軟磁
性層を形成する場合、ガルバノスタット法を用いると、
酸化層表面により電極電位が変動しても、非晶質合金析
出のための過電圧が一定に保たれ、析出合金組成は酸化
層の無い場合と同一のものとなる。よって、酸化層を薄
くすることによって、容易に非晶質合金の電解析出を行
うことができる。

【００１４】他に、金属表面の酸化法として、熱酸化法
や溶液酸化法などが挙げられる。しかし、熱酸化法で
は、非晶質合金がある程度の耐食性を有することから、
酸化速度が遅すぎる。また、溶液酸化法では、酸化剤の
濃度や酸化時の温度に敏感で、酸化層厚みのコントロー
ル性が悪い。これに対して、電解酸化法では、印加電位
をコントロールすることによって、その酸化度合と酸化
層厚みを容易に調節することができる。

【００１５】本発明の積層膜を製造するに当たっては、
このように非晶質軟磁性層上に酸化層を設け、さらに酸
化層上に非晶質軟磁性層を形成するということを繰り返
し、後工程での作業性に問題がなくなる程度にまで積層
膜の膜厚を厚くする。本発明に係る非晶質軟磁性積層膜
は、図２の（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示す如き構造
を有する。（ａ）は、積層膜の両端が非晶質軟磁性層１
であり、少なくとも１層以上の酸化層２とを交互に積層
したものである。この場合、単体膜で用いるときは磁束
密度の点で有利であるが、積層膜を巻回して磁性コア等
を作成する場合には別途絶縁層を設ける必要がある。
（ｂ）は、酸化層２を両端に配置して交互に積層した構
造であり、上記磁性コアに巻回する場合には絶縁層２を
施す必要がなく、さらに非晶質軟磁性層１を酸化層で保
護することができる。（ｃ）は、非晶質軟磁性層１と酸
化層２とを交互に積層したものであり、一般にこのよう
な構造のものは、汎用性に優れている。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに説明す
る。 実施例１ 塩化第１鉄０．１ mol／ｌ、硫酸コバルト０．９ mol／
ｌ、ほう酸０．１ mol／ｌおよび亜リン酸０．１ mol／
ｌの濃度で各成分を含有する水溶液のpHを１．７に調整
し、電解液として用いた。電極として中心表面粗さ０．
５μ以下に鏡面仕上げを施したステンレス板を用い、電
流密度０．０５Ａ／cm² 、温度５０℃で６分間電解析出
を行った。析出層は、２．９７μの膜厚を有し、Ｘ線回
折の測定から非晶質であることが認められた。次、に
０．５ＭのＨ₂ ＳＯ₄ 溶液でＡｇ・ＡｇＣｌ基準で＋
０．５Ｖの電位を印加し、２５℃で３０秒間陽極酸化を
行った。表面は薄いこげ茶色に変色していた。

【００１７】上記の操作を６回くり返した後、析出層を
電極から剥離した。合計厚さ１９．４μの膜が得られ
た。この膜の合金組成の測定をＩＣＰ発光分析装置（日
本シャーレルアッシュ製ＩＣＡＰ・５７５ＭＫ型）を用
いて定量分析した。この結果を表１に示す。また、この
膜の磁気特性として以下の方法で初透磁率を測定した。
この膜を幅５mmのテープ状に切断した。この磁性薄膜
を、外径１０mm、長さ５mm、厚さ１mmの石英管に１周巻
回し、窒素雰囲気中、２５０℃で焼鈍した。この石英管
に０．５mmのエナメル線を１５ターン巻き付けた。横河
ヒューレットパッカード（株）製４２７５Ａ型マルチフ
リケンシＬＣＲメータによってインダクタンスを測定
し、下記の式によって初透磁率を求めた。但し、周波数
は１０kHz 〜１０MHz で、励磁を４mOe 換算で測定し
た。

【００１８】

【数２】

【００１９】ここで、Ｌはインダクタンス（Ｈ）、ωは
２πｆ（ｆ：周波数）、ｌは平均磁路長（cm）、ｎは巻
線回数、Ｓは磁性膜総断面積（cm² ）である。得られた
結果を図３に示す。

【００２０】比較例１ 実施例１と同一の電解液を用い、同一の電解条件で６分
間非晶質合金の電解析出を行った。得られた膜の組成分
析および初透磁率の測定を実施例１と同様に行った。
尚、初透磁率測定時においては、この膜の片面にアルミ
ナ粉末（１μ粒径）を有機溶剤に分散させ、塗布した
後、石英管に７周巻回して実施例１とほぼ同じ磁性断面
積とし、測定誤差を極力小さくした。この場合、石英管
に巻回するとき、磁性膜が薄いために、しわが入った
り、切れたりして簡単には巻けず、作業性は不良であっ
た。これらの結果をそれぞれ表１および図３に示す。

【００２１】比較例２ 実施例１と同一の電解液を用い、同一の電解条件で４０
分間非晶質合金の電解析出を行った。得られた膜の厚さ
は１９．９μｍであった。実施例１と同様に、初透磁率
の測定を石英管に１周巻回して行った。得られた結果を
図３に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１からわかる通り、酸化層上に電解析出
しても、電流密度を一定とすれば同一組成の非晶質合金
を電解析出せしめることができる（尚、小数点１位の変
動は測定精度内のものである）。図３に示す通り、比較
例２の１９．９μ膜は、ＭＨ_Z 帯での初透磁率の低下が
著しく、渦電流損失の大きなものと推察される。比較例
１の２．９７μ膜では、１０ＭＨ_Z まで全く低下がな
い。本発明の実施例１の１９．４μ膜は、ＭＨ_Z 帯での
低下を若干示すものの、優れた高周波磁気特性を示して
おり、酸化層による高周波での渦電流軽減があるものと
考えられる。

【００２４】比較例３ 実施例１と同一の電解液を用い、同一の電解条件で６分
間非晶質合金の電解析出を行った。得られた膜を空気中
２００℃でそれぞれ３０分間および１時間熱酸化した。
それぞれについて、これらの操作を６回くり返して電極
から剥離した。この膜の厚さは、双方共、１９．０μで
あった。これらの膜は硬く脆くなっていた。この膜の初
透磁率を実施例１と同様にして測定した。図４に示すか
らわかる通り、１時間熱酸化を行っても高周波磁気特性
の改善は不充分である。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、高周波磁気特性並びに
取り扱い性に優れる非晶質軟磁性積層膜が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｏを主成分とする非晶質合金のアノード曲
線。

【図２】本発明に係る非晶質軟磁性積層膜の構成例の模
式図。

【図３】実施例および比較例で得られた膜の高周波磁気
特性を示す図。

【図４】比較例で得られた膜の高周波磁気特性を示す
図。

【符号の説明】 １…非晶質軟磁性層 ２…酸化絶縁層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解または無電解法によって形成された
   非晶質軟磁性層と電解酸化法によって形成された酸化層
   とが交互に複数層積層されていることを特徴とする非晶
   質軟磁性積層膜。