JP2002057021A

JP2002057021A - 軟磁性材料及び磁心

Info

Publication number: JP2002057021A
Application number: JP2000241615A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Kojima; 章伸小島; Kinshirou Takadate; 金四郎高舘; Akihisa Inoue; 明久井上
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】軟磁気特性に優れ、しかも飽和密度が高いと
ともにコアロスが小さく、トランス等の磁心に用いて好
適な軟磁性材料を提供する。【解決手段】Ｆｅ基合金及び金属酸化物が混合溶解さ
れてなる溶湯を急冷凝固した後に熱処理して形成される
軟磁性材料であり、平均結晶粒径１００ｎｍ以下のｂｃ
ｃ−Ｆｅの結晶粒からなる微細結晶質相を主体とする組
織からなることを特徴とする軟磁性材料を採用する。係
る軟磁性材料によれば、金属酸化物が微細結晶粒の核形
成能を有するので、均一な微細結晶質組織を形成でき、
軟磁気特性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟磁性材料及びこ
の軟磁性材料から構成された磁心に関するものであり、
特に、透磁率が高く軟磁気特性に優れた軟磁性材料に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、磁気ヘッド、トランス、チョ
ークコイル等に用いられる軟磁性合金としてケイ素鋼や
ＦｅＮｉ合金等が用いられ、最近ではＦｅ基アモルファ
ス合金が用いられるようになっている。また最近では、
本発明者らによって、飽和磁束密度が高いとともにコア
ロスが小さく、柱上トランス等の磁心に用いて好適な高
飽和磁束密度軟磁性合金が提案されている（例えば特開
平１−２４２７５７号公報明細書）。

【０００３】上記の高飽和磁束密度軟磁性合金は、組織
の少なくとも５０％以上が平均粒径１００ｎｍ以下の微
細な結晶粒からなり、組成式（Ｆｅ_1-aＭ5_a）
_100-x-y-z-tＣｕ_xＳｉ_yＢ_zＭ6_tで表されるものであった
（ただし、Ｍ5はＣｏおよび／またはＮｉであり、Ｍ6は
Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴｉのうちの
１種以上の元素であり、組成比a、x、y、z、tは、０≦a
≦０.３、０.１原子％≦x≦３原子％、０原子％≦y≦１
７原子％、４原子％≦z≦１７原子％、１０原子％≦y＋
z≦２８原子％、０.１原子％≦t≦５原子％である）。

【０００４】この高飽和磁束密度軟磁性合金は、例え
ば、上記組成の合金溶湯を急冷して非晶質な急冷薄帯を
形成した後、これを熱処理して微細な結晶粒を析出させ
ることにより得られるものである。この系の合金におい
て、Ｃｕを含有させることは必須の条件であり、Ｃｕの
添加により非晶質の急冷薄帯の組織中に組成の揺らぎを
生じさせ、熱処理の際にこの組成の揺らぎによってＦｅ
の微細結晶粒が生成して組織が微細化し、軟磁気特性が
向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにＣｕは、
微細結晶粒の生成の核となるｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を増
加する作用を有するものであるが、このような核形成能
を有する金属元素はＣｕの他には見つかっていないのが
現状であった。また、このような核形成能は金属元素に
限られず、特定の金属酸化物や金属炭化物等も有すると
考えられているが、一般に金属酸化物や金属炭化物は高
融点であるため、合金溶湯に完全に溶解させることがで
きず、合金とともに液体急冷することが困難であり、上
記の軟磁性合金に用いることができなかった。

【０００６】しかし、金属酸化物や金属炭化物にも比較
的低融点のものがあり、このような低融点の金属酸化物
等によれば、合金溶湯とともに急冷して非晶質な急冷薄
帯が形成される可能性があり、この急冷薄帯を熱処理す
れば微細結晶組織を有する軟磁性材料が得られる可能性
がある。そこで本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、
特定の金属酸化物を用いることにより、従来の高飽和磁
束密度軟磁性合金よりも優れた軟磁気特性を示すことが
判明し、本願発明に到達した。

【０００７】従って本発明は、軟磁気特性に優れ、しか
も飽和密度が高いとともにコアロスが小さく、トランス
等の磁心に用いて好適な軟磁性材料の提供を目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の軟磁性
材料は、Ｆｅ基合金及び金属酸化物が混合溶解されてな
る溶湯を急冷凝固した後に熱処理して形成される軟磁性
材料であり、平均結晶粒径１００ｎｍ以下のｂｃｃ−Ｆ
ｅの結晶粒からなる微細結晶質相を主体とする組織（以
下、微細結晶質組織と表記する）からなることを特徴と
する。この軟磁性材料の形状は、薄帯状、薄片状、薄板
状、あるいは粉末状、その他種々の形状であることが好
ましい。また、前記金属酸化物の融点は、１４００℃以
下であることが好ましい。この金属酸化物は、Ｖ₂Ｏ₅、
Ｍｏ₂Ｏ₅、ＭｏＯ₃、ＣｕＯのうちのいずれか１種また
は２種以上であることが好ましい。

【０００９】係る軟磁性材料によれば、溶湯に溶解した
金属酸化物が微細結晶粒の核形成能を有するので、平均
結晶粒径１００ｎｍ以下のｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒からな
る微細結晶質組織を均一に形成でき、軟磁気特性を向上
させることが可能になる。

【００１０】また、本発明の軟磁性材料は、先に記載の
軟磁性材料であって、前記の薄帯状もしくは粉末状の軟
磁性材料の組織中に、前記金属酸化物が分散しているこ
とを特徴とする。係る軟磁性材料によれば、核形成能を
有する金属酸化物が軟磁性材料の組織中に分散している
ので、均一な微細結晶質組織を得ることが可能になる。

【００１１】また、前記Ｆｅ基合金と前記金属酸化物の
混合比が、前記金属酸化物について５重量％以下である
ことが好ましい。金属酸化物の混合比が前記Ｆｅ基合金
に対して５重量％以下であれば、均一な微細結晶質組織
が得られるため、軟磁性材料の軟磁気特性を向上させる
ことが可能となる。

【００１２】また、本発明の軟磁性材料は、保磁力が１
６Ａ／ｍ以下であり、飽和磁化が１．５Ｔ以上であるこ
とが好ましい。

【００１３】更に本発明の軟磁性材料は、先に記載の軟
磁性材料であって、前記Ｆｅ基合金が下記の組成式で表
されるものであることを特徴とする（Ｆｅ_1-aＴ_a）_bＢ_x
Ｍ_yただし、ＴはＮｉ、Ｃｏのうち１種または２種の元
素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｍｎ、Ｗから選ばれた１種または２種以上の元素で
あり、組成比を示すａ、ｂ、ｘ、ｙは、０≦ａ≦０．
２、７５原子％≦ｂ≦９３原子％、０．５原子％≦ｘ≦
１８原子％、４原子％≦ｙ≦９原子％である。

【００１４】また本発明の軟磁性材料は、先に記載の軟
磁性材料であって、前記Ｆｅ基合金が下記の組成式で表
されるものであることを特徴とする。（Ｆｅ_1-aＴ_a）_b
Ｂ_xＭ_yＭ’_zただし、ＴはＮｉ、Ｃｏのうち１種または
２種の元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｗから選ばれた１種または２種以上
の元素であり、Ｍ’はＳｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃ、Ｃ
u、Ｃｒ、希土類元素、白金属元素から選ばれた１種ま
たは２種以上の元素であり、組成比を示すａ、ｂ、ｘ、
ｙ、ｚは、０≦ａ≦０．２、７５原子％≦ｂ≦９３原子
％、０．５原子％≦ｘ≦１８原子％、４原子％≦ｙ≦９
原子％、０原子％≦ｚ≦０．５原子％である。また、前
記の組成比を示すｚは０．１原子％≦ｚ≦０．５原子％
であってもよい。尚、希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのうちの１種または２種以上の
元素を例示でき、白金属元素としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔのうちの１種または２種以上の元
素を例示できる。

【００１５】そして、本発明の磁心は、Ｆｅ基合金及び
金属酸化物が混合溶解されてなる溶湯を急冷凝固した後
に熱処理して形成される平均結晶粒径１００ｎｍ以下の
ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒からなる微細結晶質相を主体とす
る組織（微細結晶質組織）からなる軟磁性材料から構成
されていることを特徴とする。また、本発明の磁心は、
請求項２ないし請求項９のいずれかに記載された軟磁性
材料から構成されたものであっても良い。

【００１６】また、本発明の磁心は、前記軟磁性材料の
薄帯を所定の形状に打ち抜いて薄片とした後、複数の薄
片を積層したものでもよい。また、本発明の磁心は、前
記軟磁性材料の薄板を所定の形状に打ち抜いたものでも
よい。更に本発明の磁心は、前記軟磁性材料の粉末を結
着材とともに固化成形してバルク状としたものでも良
い。そして本発明の磁心の形状は、環状、平面視略コ字
状、平面視略Ｉ字状、平面視略Ｅ字状もしくは平面視略
エ字状等、その他種々の形状であっても良い。

【００１７】係る磁磁心によれば、均一な微細結晶質組
織を有する上記の軟磁性材料から構成されているので、
軟磁気特性に優れるとともにコアロスが小さく、各種磁
気素子に用いて好適な磁心を構成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の軟磁性材料は、Ｆｅ基合
金及び金属酸化物が混合溶解されてなる溶湯を急冷凝固
した後に熱処理して形成されるものであり、平均結晶粒
径１００ｎｍ以下のｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒からなる微細
結晶質相を主体とする組織（微細結晶質組織）からなる
ものである。この軟磁性材料の形状は、薄帯状、薄片
状、薄板状、あるいは粉末状、その他種々の形状である
ことが好ましい。

【００１９】また、本発明の磁心は、上記の薄帯状の軟
磁性材料を所定の形状に打ち抜いて薄片とした後、複数
の薄片を積層したもの積層して形成してなるもの、ある
いは前記軟磁性材料の薄板を所定の形状に打ち抜いたも
の、さらには前記の粉末状の軟磁性材料を圧密化もしく
は結着材とともに固化成形してなるもので、環状、平面
視略コ字状、平面視略Ｉ字状、平面視略Ｅ字状もしくは
平面視略エ字状、その他種々の形状に成形されたもので
ある。

【００２０】上記の金属酸化物は、その融点が１４００
℃以下のもので、例えば、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₅、Ｍｏ
Ｏ₃、ＣｕＯのうちのいずれか１種または２種以上のも
のが好ましい。また金属酸化物は粉末状であることが好
ましい。金属酸化物が粉末状であれば、溶湯に素早く溶
解させることができる。

【００２１】また上記のＦｅ基合金は、インゴット、粉
末状、若しくはその他種々の形態からなるもので、下記
のいずれかの組成式で表されるものが好ましい。（Ｆｅ_1-aＴ_a）_bＢ_xＭ_y （Ｆｅ_1-aＴ_a）_bＢ_xＭ_yＭ’_z ただし、ＴはＮｉ、Ｃｏのうち１種または２種の元素で
あり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｍｎ、Ｗから選ばれた１種または２種以上の元素であ
り、組成比を示すａ、ｂ、ｘ、ｙは、０≦ａ≦０．２、
７５原子％≦ｂ≦９３原子％、０．５原子％≦ｘ≦１８
原子％、４原子％≦ｙ≦９原子％である。

【００２２】上記のＦｅ基合金には、上記ＦｅまたはＦ
ｅ−Ｔと、Ｂと、ＭにＭ’が添加されていても良く、そ
の場合のＭ’はＳｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃ、Ｃu、Ｃ
ｒ、希土類元素、白金属元素から選ばれた１種または２
種以上の元素である。尚、前記の組成比を示すｚは０原
子％≦ｚ≦０．５原子％が好ましく、０．１原子％≦ｚ
≦０．５原子％であることがより好ましい。

【００２３】上記の軟磁性材料は、平均結晶粒径１００
ｎｍ以下の体心立方構造（ｂｃｃ構造）のＦｅの結晶粒
からなる微細結晶質相を主相とし、該微細結晶質相と非
晶質相とから構成される組織からなるものであり、高飽
和磁束密度及び低保磁力を維持することができ、磁気ヘ
ッド、トランス、チョークコイル等に用いられるコア材
として好適であるが、特にトランスの磁心として用いる
ことが好ましい。

【００２４】また、上記の軟磁性材料は、保磁力が１６
Ａ／ｍ以下であり、飽和磁化が１．５Ｔ以上であること
が好ましい。

【００２５】上記の軟磁性材料は、Ｆｅ基合金と金属酸
化物とが混合溶解されてなる溶湯から得られるもので、
溶湯に溶解した金属酸化物が結晶核の形成能を有するた
め、平均結晶粒径１００ｎｍ以下のｂｃｃ−Ｆｅの結晶
粒を含む微細結晶質相を組織中に均一に形成させること
ができ、均一な微細結晶質組織を得ることができる。

【００２６】上記の金属酸化物の融点は、１４００℃以
下であることが好ましい。金属酸化物の融点が１４００
℃を越えると、溶湯に金属酸化物を溶解させることが困
難となり、例えば溶湯をノズルから回転ロール等に噴出
させて急冷薄帯とする際に、未溶解の金属酸化物がノズ
ルに目詰まりしてしまうので好ましくない。また金属酸
化物が溶湯に溶解しないと、結晶核の形成能を発揮でき
ないとともに、急冷薄帯が脆くなるので好ましくない。

【００２７】また、金属酸化物の混合比は、Ｆｅ基合金
に対して０重量％を越えて５重量％以下とすることが好
ましい。金属酸化物の混合比が前記Ｆｅ基合金に対して
５重量％以下であれば、均一な微細結晶質組織を得るこ
とができ、軟磁性材料の軟磁気特性を向上させることが
できる。金属酸化物の混合比が５重量％を越えると、過
剰な酸素がＦｅの結晶粒中に固溶して軟磁気特性が低下
し、また金属酸化物が溶湯中で完全に溶解せず非晶質薄
帯または非晶質粉体の製造が困難になるので好ましくな
い。また、金属酸化物は、軟磁性材料中で均一に分散し
ていることが好ましい。核形成能を有する金属酸化物が
軟磁性材料の組織中に分散すると、均一な微細結晶質組
織を形成することが可能になる。

【００２８】溶湯を急冷凝固して得られた非晶質薄帯ま
たは非晶質粉末を熱処理すると、平均結晶粒径１００ｎ
ｍ以下の体心立方構造（ｂｃｃ構造）のＦｅの結晶粒が
析出する。このとき、金属酸化物中に含まれる酸素がＮ
ｂ、Ｚｒ、Ｖ等の酸素と比較的結合しやすい元素と結び
ついて、酸素を比較的多く含む相が形成されることが予
想され、この酸素を含む相を核として更にｂｃｃ−Ｆｅ
等の結晶粒の核が形成されるものと考えられる。そし
て、ｂｃｃ−Ｆｅ等の結晶粒の核成長が進むと、酸素、
Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ等がｂｃｃ−Ｆｅ相から排出され、これ
によって純粋なｂｃｃ−Ｆｅ相が形成され、この純粋な
ｂｃｃ−Ｆｅ相の存在によって軟磁気特性のなかでも特
に透磁率が向上するものと考えられる。

【００２９】本発明に用いられるＦｅ基合金の組成系に
おいて、主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉは、軟磁性材料
の磁性を担う元素であり、高い飽和磁束密度と優れた軟
磁気特性を得るために重要である。

【００３０】これらの組成のＦｅ基合金においては、Ｆ
ｅの組成比を示すｂの値あるいはＦｅと、Ｃｏおよび／
またはＮｉの組成比の合計を示すｂの値は、９３原子％
以下である。ｂが９３原子％を超えると液体急冷法等に
よって非晶質単相を得ることが困難になり、この結果、
熱処理してから得られる合金の組織が不均一になって高
い透磁率が得られないので好ましくない。また、ｂが７
５原子％未満では、１Ｔ以上の飽和磁束密度を得ること
ができなくなるので好ましくない。従って、ｂの範囲を
７５原子％≦ｂ≦９３原子％とした。また、Ｆｅの一部
は、磁歪等の調整のためにＣｏ，Ｎｉのうち１種または
２種以上の元素Ｔで置換してもよく、この場合、好まし
くはＦｅの２０％以下とするのがよい。この範囲外であ
ると透磁率が劣化する。従って上記組成式においてＴの
組成比ａは、０．２以下の範囲が好ましい。

【００３１】Ｂには、軟磁性材料の非晶質形成能を高め
る効果、結晶質組織の粗大化を防ぐ効果、および熱処理
工程において磁気特性に悪影響を及ぼす化合物相の生成
を抑制する効果があると考えられる。また、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂは、α-Ｆｅ（ｂｃｃ−Ｆｅ）に対してほとん
ど固溶しないとされるが、溶湯を急冷して非晶質化する
ことで、ＺｒとＨｆまたはＮｂを過飽和に固溶させ、こ
の後に施す熱処理によりこれら元素の固溶量を調節して
一部結晶化し、微細結晶相として析出させることで、軟
磁性材料の軟磁気特性を向上させる作用がある。また、
微細結晶質相を析出させ、その微細結晶質相の結晶粒の
粗大化を抑制するには、結晶粒成長の障害となり得る非
晶質相を粒界に残存させることが必要であると考えられ
る。さらに、この粒界非晶質相は、熱処理温度の上昇に
よってα−Ｆｅ（ｂｃｃ−Ｆｅ）から排出されるＺｒ、
Ｈｆ、Ｎｂ等の元素Ｍを固溶することで軟磁気特性を劣
化させるＦｅ−Ｍ系化合物の生成を抑制すると考えられ
る。よって、Ｆｅ−Ｚｒ（Ｈｆ、Ｎｂ）系の合金へのＢ
の添加が重要となる。

【００３２】Ｂの組成比を示すｘが０．５原子％未満で
は、粒界の非晶質相が不安定となるため、十分な添加効
果が得られない。また、ｘが１８原子％を越えると、Ｂ
−Ｍ系およびＦｅ−Ｂ系において、ホウ化物の生成傾向
が強くなり、微細結晶質相を得るための熱処理条件が制
約され、良好な軟磁気特性が得られなくなる。このよう
にＢの組成比を適切にすることで、析出する微細結晶相
の平均結晶粒径を１００ｎｍ以下に調整することができ
る。

【００３３】また、非晶質相を得やすくするためには、
非晶質形成能の特に高いＺｒ、Ｈｆ、Ｎｂのいずれかを
含むことが好ましく、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂの一部は他の４
Ａ〜７Ａ族元素のうち、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｎ、
Ｗのいずれかと置換することができる。また、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂのうち、Ｈｆは非常に高価な元素であるため、
原料コストを考慮すると、Ｚｒ、Ｎｂのいずれか一方を
含むことがより好ましい。こうした元素Ｍは、比較的遅
い拡散種であり、元素Ｍの添加は、微細結晶核の成長速
度を小さくする効果、非晶質形成能を持つと考えられ、
組織の微細化に有効である。

【００３４】元素Ｍの組成比を示すｙが４原子％未満で
は、核成長速度を小さくする効果が失われ、結晶粒径が
粗大化して良好な軟磁気特性が得られない。Ｆｅ−Ｈｆ
−Ｂ系合金の場合、Ｈｆ＝５原子％での平均結晶粒径は
１３ｎｍであるのに対してＨｆ＝３原子％では３９ｎｍ
と粗大化する。元素Ｍの組成比を示すｙが９原子％を越
えると、Ｍ−Ｂ系またはＦｅ−Ｍ系の化合物の生成傾向
が大きくなり、良好な特性が得られない。

【００３５】またＭｏ及びＷは、酸化物の生成自由エネ
ルギーの絶対値が小さく、熱的に安定であり酸化物を生
成しにくい。よって、これらの元素を添加して軟磁性材
料を製造する場合には、製造時の雰囲気全体を不活性ガ
ス雰囲気ではなく大気中の雰囲気で、もしくは溶湯を急
冷する際に使用するるつぼのノズルの先端部に不活性ガ
スを供給しつつ大気中で製造することができるので、製
造条件が容易となり、上述のような用途に用いる磁心等
を安価に製造することができる。また、元素Ｍの組成比
を４原子％以上９原子％以下とすることが、非晶質形成
能が向上する点で好ましい。

【００３６】また、液体急冷法等によって非晶質相単相
が得られやすくするために、非晶質形成能を有するＳ
ｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃ、Ｃu、Ｃｒ、希土類元素、白
金属元素から選ばれた１種または２種以上の元素Ｍ’を
添加しても良い。ここで希土類元素としては、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのうちの１種または２種以
上の元素を例示でき、白金属元素としては、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔのうちの１種または２種以
上の元素を例示できる。これらの元素Ｍ’は、Ｂと同様
に非晶質形成能を有する元素であり、その組成比ｚは、
０．５原子％以下であることが好ましい。元素Ｍ’の組
成比が０．５原子％を越えると、軟磁性材料の軟磁気特
性が低下するので好ましくない。また特に組成比ｚを
０．１原子％以上０．５原子％以下とすると、高い飽和
磁束密度が得られる。

【００３７】元素Ｍ’のなかでも希土類元素であるＹ、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍは、希土類元素の種類や
添加量を調整することにより、軟磁性材料中の非晶質相
の体積分率をコントロールできる。これは、希土類元素
と上記Ｍとの親和力が強いため、希土類元素がＦｅを主
成分とするｂｃｃ相（体心立方の相）に固溶せず非晶質
相に残留し、また、希土類元素の種類を変更することに
より、軟磁性材料が示す磁歪を変更することができるか
らである。また、上記に列挙した希土類元素は比較的安
価であるので、この希土類元素を添加することにより、
高価なＢや元素Ｍの組成比ｘ、ｙを少なくすることがで
き、軟磁性材料のコストダウンが可能になる。希土類元
素は、Ｆｅを主成分とするｂｃｃ相（体心立方の相）に
固溶せず、非晶質相に残留してＢやＭと同様の役目をす
るため、その分、ＢやＭの添加量を減らすことができる
からである。

【００３８】また元素Ｍ’のなかでもＳｉ、Ａｌ、Ｇ
ｅ、Ｃ、Ｐは、半金属元素として知られており、Ｂと同
様に非晶質形成元素として用いることができる。また、
これらの半金属元素には軟磁性材料の電気抵抗を上昇さ
せ、コアロスを低下させる効果があるが、Ａｌはその効
果が大きい。またＧｅは結晶粒の径を微細化させる効果
がある。従ってＳｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐのうち、Ａ
ｌ、Ｇｅは添加した効果が特に大きく、Ａｌ、Ｇｅの単
独添加もしくはＡｌとＧｅの複合添加とすることがより
好ましい。

【００３９】またＣｕは、前記の金属酸化物と同様に結
晶核の形成能を有する元素であり、金属酸化物とともに
Ｃｕを添加すると、核形成能がより向上して均一な微細
結晶質組織を得ることができ、軟磁性材料の軟磁気特性
をより向上させることができる。Ｃuの添加により、軟
磁性材料の軟磁気特性が著しく改善される機構について
は明確にされていないが、結晶化温度を示差熱分析法に
より測定したところ、Ｃｕを添加したＦｅ基合金の結晶
化温度は、添加しない合金に比べてやや低い温度である
と認められた。これはＣｕの添加により非晶質相が不均
一となり、その結果、非晶質相の安定性が低下したこと
に起因すると考えられる。また不均一な非晶質相が結晶
化する場合、部分的に結晶化しやすい領域が多数でき不
均一核生成するため、得られる組織が微細結晶粒組織と
なると考えられる。またＣｕはＦｅに対する固溶度が著
しく低い元素であり、相分離傾向があるため、加熱によ
りミクロな組成ゆらぎが生じ、非晶質相が不均一となる
傾向がより顕著になると考えられ、組織の微細化に寄与
するものと考えられる。以上の観点から、Ｃuの他にＮ
ｉ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の元
素でも結晶化温度を低下させる効果があり、Ｃｕと同様
な効果が期待できる。また、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔについては、軟磁性材料の耐食性を改
善する効果もある。

【００４０】更に必要に応じて、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｌ
ｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等の元素を添加する
ことにより軟磁性材料の磁歪を調整することもできる。
その他、Ｈ,Ｎ,Ｏ,Ｓ等の不可避的不純物については所
望の特性が劣化しない程度に含有していても本発明の軟
磁性材料の組成と同一とみなすことができるのは勿論で
ある。

【００４１】本発明の軟磁性材料を製造するには、例え
ば、（Ｆｅ又はＦｅ−Ｔ）−Ｂ−Ｍ系、または（Ｆｅ又
はＦｅ−Ｔ）−Ｂ−Ｍ−Ｍ’系のＦｅ基合金（ただし、
ＴはＮｉ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、Ｍ
はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｗ
から選ばれた１種または２種以上の元素であり、Ｍ’は
Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃ、Ｃu、Ｃｒ、希土類元素、
白金属元素から選ばれた１種または２種以上の元素であ
る。）と、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₅、ＭｏＯ₃、ＣｕＯのうち
のいずれか１種または２種以上の金属酸化物とを混合
し、これらをアーク溶解、高周波誘導溶解等の手段で溶
解することにより合金溶湯を形成する。

【００４２】次に、この合金溶湯を急冷して、非晶質相
を主体とする薄帯もしくは粉末を作製する。ここで薄帯
もしくは粉末を作製する具体的方法としては、特開平４
−３２３３５１号公報に記載されているような流体冷却
法や、単ロールを用いた急冷法等を採用することができ
る。

【００４３】ついで、作製した薄帯または粉末を熱処理
することにより、上記薄帯中または粉末中の非晶質相の
一部が結晶化し、非晶質相と、平均粒径１００ｎｍ以下
の微細なｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒からなる微細結晶相
とが混合した組織が得られ、目的とする軟磁性材料が得
られる。

【００４４】熱処理により平均結晶粒径１００ｎｍ以下
の微細なｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒からなる微細結晶組
織が析出したのは、急冷状態の非晶質合金薄帯等が非晶
質相を主体とする組織となっており、これを加熱する
と、ある温度以上で平均結晶粒径が１００ｎｍ以下のＦ
ｅを主成分とする体心立方構造の結晶粒からなる微細結
晶相が析出するからである。このｂｃｃ構造を有するＦ
ｅの結晶粒からなる微細結晶相が析出する温度は、合金
の組成によるが４８０〜５５０℃程度である。またこの
Ｆｅの微細結晶相が析出する温度よりも高い温度では、
Ｆｅ₃Ｂ、あるいは軟磁性材料にＺｒが含まれる場合に
はＦｅ₃Ｚｒ等の軟磁気特性を悪化させる化合物相が析
出する。このような化合物相が析出する温度は、合金
の組成によるが７４０〜８１０℃程度である。したがっ
て、本発明において、非晶質合金薄帯等を熱処理する際
の熱処理温度は４８０℃〜８１０℃の範囲で、体心立方
構造を有するＦｅの結晶粒を主成分とする微細結晶相が
好ましく析出しかつ上記化合物相が析出しないように、
合金の組成に応じて好ましく設定される。

【００４５】上記の熱処理温度まで昇温するときの昇温
速度は、２０〜２００℃／分の範囲が好ましく、４０〜
２００℃／分の範囲とするのがより好ましい。昇温速度
が遅いと製造時間が長くなるので昇温速度は速い方が好
ましいが、加熱装置の性能上、２００℃／分程度が上限
とされる。

【００４６】また、非晶質合金薄帯等を上記熱処理温度
に保持する時間は、０〜６０分間とすることができ、合
金の組成によっては０分、すなわち昇温後直ちに降温さ
せて保持時間無しとしても、目的とする効果を得ること
ができる。また、保持時間は６０分より長くしても磁気
特性は向上せず、製造時間が長くなり生産性が悪くなる
ので好ましくない。また、特にＳｉを含まない組成の場
合には、１０分以下の保持時間としても目的とする効果
を得ることができる。これは、Ｓｉを添加した場合に
は、ＦｅにＳｉを充分に固溶させる必要があり、保持時
間を長くする必要があるからである。

【００４７】上記の軟磁性材料は、Ｆｅ基合金及び金属
酸化物が混合溶解されてなる溶湯を急冷凝固した後に熱
処理して形成される微細結晶質相を主体とする組織から
なるものであり、金属酸化物が微細結晶粒の核形成能を
有するので、平均結晶粒径１００ｎｍ以下のｂｃｃ−Ｆ
ｅの結晶粒からなる微細結晶質相を主相とする均一な組
織を形成でき、軟磁気特性を向上させることができる。

【００４８】

【実施例】（試料の作製）Ｆｅ₈₄Ｎｂ₇Ｂ₉、Ｆｅ₉₀Ｚｒ
₇Ｂ₃及びＦｅ_85.5Ｎｂ₄Ｚｒ₂Ｂ_8.5の組成になるように
原料をそれぞれ調整し、それを窒素ガス雰囲気中で高周
波溶解し、溶けた原料を鋳型に流し込んで上記の各組成
のＦｅ基合金インゴットを作製した。次に、各Ｆｅ基合
金インゴットに、金属酸化物としてＶ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃を
それぞれ加え、これらを窒素ガス雰囲気中においてノズ
ル内で高周波溶解し、合金溶湯とした。この合金溶湯
を、ノズルより高速回転している銅ロールに吹き出させ
て急冷する液体急冷法により、厚さ約２０μｍ、幅約１
５ｍｍの急冷薄帯を得た。次に得られた急冷薄帯を、外
径１０ｍｍ、内径６ｍｍの円環状に機械的に打ち抜き、
熱処理を行うことにより、表１に示すような軟磁性材料
（試料１〜１９及び試料２１〜３０）を得た。尚、熱処
理条件は、昇温速度１８０℃／分、熱処理温度６５０℃
〜７００℃、この熱処理温度での保持時間は５分とし、
熱処理炉の中でそのまま除冷した。表１に、各試料を構
成するＦｅ基合金インゴットの組成、金属酸化物の種類
および金属酸化物の混合比を示す。

【００４９】（磁気特性の測定）上記の試料１〜１９及
び試料２１〜３０の１ｋＨｚにおける実効透磁率
（μ’）、保磁力（Ｈｃ）及び飽和磁束密度（Ｂｓ）を
測定した。結果を表２及び表３に示す。また、急冷薄帯
の組織の状態をＸ線回折法により調査した。結果を表２
及び表３に併せて示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】（試料１〜１０について）表２及び表３に
示すように、得られた急冷薄帯の組織は非晶質相単相で
あることがわかる。また、Ｆｅ基合金に対するＶ₂Ｏ₅、
Ｍｏ₂Ｏ₃の混合比が高くなると、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃が溶
湯内で完全に溶解せず、ノズルのつまりが生じて急冷薄
帯を作成することができなくなることがわかる。

【００５４】また、表２及び表３に示すように、Ｆｅ基
合金に対するＶ₂Ｏ₅の混合比が０．５〜２．０重量％で
ある試料２〜４の透磁率（μ’）は、Ｖ₂Ｏ₅が０重量％
である試料１の透磁率（μ’）より向上し、また試料２
〜４の保磁力（Ｈｃ）が試料１の保磁力（Ｈｃ）より低
くなっていることがわかる。特にＶ₂Ｏ₅の混合比の増加
とともに透磁率（μ’）が増加し、保磁力（Ｈｃ）が低
くなっている。

【００５５】同様に、Ｆｅ基合金に対するＭｏ₂Ｏ₃が
０．５〜１．２重量％である試料７、８の透磁率
（μ’）は、Ｍｏ₂Ｏ₃が０重量％である試料１の透磁率
（μ’）より向上し、また試料７、８の保磁力（Ｈｃ）
は試料１の保磁力（Ｈｃ）より低くなっていることがわ
かる。特にＭｏ₂Ｏ₃の混合比の増加とともに透磁率
（μ’）が増加し、保磁力（Ｈｃ）が低くなっている。
なお、飽和磁束密度（Ｂｓ）については、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ
₂Ｏ₃の添加による変動は見られず、高いＢｓを維持して
いる。

【００５６】（試料１１〜１９について）表２及び表３
に示すように、試料１〜１０と同様、得られた急冷薄帯
の組織は非晶質相単相であることがわかる。また、Ｆｅ
基合金に対するＶ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃の混合比が高くなる
と、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃が溶湯内で完全に溶解せず、ノズ
ルのつまりが生じて急冷薄帯を作成することができなく
なることがわかる。

【００５７】また表２及び表３に示すように、Ｆｅ基合
金に対するＶ₂Ｏ₅が０．３〜１．５重量％である試料１
２〜１４の透磁率（μ’）は、Ｖ₂Ｏ₅が０重量％である
試料１１の透磁率（μ’）より向上していることがわか
る。特にＶ₂Ｏ₅の混合比の増加とともに透磁率（μ’）
が増加している。また、保磁力（Ｈｃ）については、Ｖ
₂Ｏ₅の混合比が０．３重量％（試料１２）で最も低くな
っている。

【００５８】同様に、Ｆｅ基合金に対するＭｏ₂Ｏ₃が
０．８〜１．２重量％である試料１６、１７の透磁率
（μ’）は、Ｍｏ₂Ｏ₃が０重量％である試料１１の透磁
率（μ’）より向上し、また試料１６、１７の保磁力
（Ｈｃ）は試料１１の保磁力（Ｈｃ）より低くなってい
ることがわかる。特にＭｏ₂Ｏ₃の混合比の増加とともに
透磁率（μ’）が増加し、保磁力（Ｈｃ）が低くなって
いる。なお、飽和磁束密度（Ｂｓ）については、Ｖ
₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃の添加による変動は見られず、高いＢｓ
を維持している。

【００５９】（試料２１〜３０について）表２及び表３
に示すように、試料１〜１９と同様、得られた急冷薄帯
の組織は非晶質相単相であることがわかる。また、Ｆｅ
基合金に対するＶ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃の混合比が高くなる
と、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃が溶湯内で完全に溶解せず、ノズ
ルのつまりが生じて急冷薄帯を作成することができなく
なることがわかる。

【００６０】また、表２及び表３に示すように、Ｆｅ基
合金に対するＶ₂Ｏ₅が０．５〜１．３重量％の範囲であ
る試料２２、２３の透磁率（μ’）は、Ｖ₂Ｏ₅が０重量
％である試料２１の透磁率（μ’）より向上しているこ
とがわかる。特にＶ₂Ｏ₅の混合比の増加とともに透磁率
（μ’）が増加している。また、保磁力（Ｈｃ）につい
ては、Ｖ₂Ｏ₅の混合比が０．５重量％（試料２２）で最
も低くなっている。

【００６１】同様に、Ｆｅ基合金に対するＭｏ₂Ｏ₃が
０．４〜０．８重量％である試料２６、２７の透磁率
（μ’）は、Ｍｏ₂Ｏ₃が０重量％である試料２１の透磁
率（μ’）より向上し、また試料２６、２７の保磁力
（Ｈｃ）が試料２１の保磁力（Ｈｃ）より低くなってい
ることがわかる。特にＭｏ₂Ｏ₃の混合比の増加とともに
透磁率（μ’）が増加し、保磁力（Ｈｃ）が低くなって
いる。なお、飽和磁束密度（Ｂｓ）については、Ｖ
₂Ｏ₅、Ｍｏ₂Ｏ₃の添加による変動は見られず、高いＢｓ
を維持している。

【００６２】以上のように、上記の軟磁性材料によれ
ば、適量のＶ₂Ｏ₅やＭｏ₂Ｏ₃をＦｅ基合金に添加するこ
とにより、Ｂｓを高く維持したままで透磁率（μ’）を
高くするとともに保磁力（Ｈｃ）を低くすることがで
き、軟磁気特性を改善することができることが判明し
た。

【００６３】また、図１には、試料７の急冷薄帯と、こ
の急冷薄帯を熱処理（６５０℃５分保持）して得られた
試料７の軟磁性材料の薄帯のＸ線回折結果を示す。急冷
薄帯においては、非晶質に特有なハローな回折パターン
が得られている。また、熱処理後の軟磁性材料の薄帯に
おいては、ｂｃｃ−Ｆｅ相による回折パターンが得られ
ており、熱処理によってＦｅを主体とする結晶質相が析
出していることが分かる。この結果から、本発明の軟磁
性材料の薄帯の組織の大部分が、熱処理により非晶質か
らｂｃｃ構造（体心立方構造）のＦｅ相に変化している
ことが分かる。また、このｂｃｃ構造のＦｅの結晶相
は、Ｘ線回折ピークの半値幅より求めた結果から１０〜
３０ｎｍ程度の微細な結晶粒であった。

【００６４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
軟磁性材料は、Ｆｅ基合金及び金属酸化物が混合溶解さ
れてなる溶湯を急冷凝固した後に熱処理して形成される
もので、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒からなる微細結晶質相を
主体とする組織からなり、金属酸化物が微細結晶粒の核
形成能を有するので、Ｆｅの結晶粒からなる微細結晶質
組織を均一に形成でき、軟磁気特性を向上させることが
できる。

【００６５】また本発明の軟磁性材料によれば、金属酸
化物の融点が１４００℃以下であるので、金属酸化物を
溶湯中で溶解させることができ、均一な微細結晶質組織
が形成され、軟磁気特性を向上させることができる。

【００６６】また、本発明の軟磁性材料によれば、軟磁
性材料の組織中に金属酸化物が分散しているので、均一
な微細結晶質組織を得ることができ、軟磁気特性をより
向上できる。

【００６７】そして、本発明の磁心は、上記の均一な微
細結晶質組織を有する軟磁性材料から構成されているの
で、軟磁気特性に優れるとともにコアロスが小さく、各
種磁気素子に用いて好適な磁心を構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料７の急冷薄帯と熱処理後の薄帯のＸ線
回折結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高舘金四郎東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者井上明久宮城県仙台市青葉区川内元支倉35番地川内住宅11−806 Ｆターム(参考） 5E041 AA11 AA19 CA02 HB11 HB17 NN01 NN06 NN12 NN13 NN17 NN18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ基合金及び金属酸化物が混合溶解
されてなる溶湯を急冷凝固した後に熱処理して形成され
る軟磁性材料であり、平均結晶粒径１００ｎｍ以下のｂ
ｃｃ−Ｆｅの結晶粒からなる微細結晶質相を主体とする
組織からなることを特徴とする軟磁性材料。
【請求項２】前記金属酸化物の融点が１４００℃以
下であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性材
料。
【請求項３】前記金属酸化物は、Ｖ₂Ｏ₅、Ｍｏ
₂Ｏ₅、ＭｏＯ₃、ＣｕＯのうちのいずれか１種または２
種以上であることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の軟磁性材料。
【請求項４】前記の薄帯状もしくは粉末状の軟磁性
材料の組織中に、前記金属酸化物が分散していることを
特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
軟磁性材料。
【請求項５】前記Ｆｅ基合金と前記金属酸化物の混
合比が、前記金属酸化物について５重量％以下であるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の軟磁性材料。
【請求項６】保磁力が１６Ａ／ｍ以下であり、飽和
磁化が１．５Ｔ以上であることを特徴とする請求項１な
いし請求項５のいずれかに記載の軟磁性材料。
【請求項７】前記Ｆｅ基合金が、下記の組成式で表
されるものであることを特徴とする請求項１ないし請求
項６のいずれかに記載の軟磁性材料。（Ｆｅ_1-aＴ_a）_bＢ_xＭ_y ただし、ＴはＮｉ、Ｃｏのうち１種または２種の元素で
あり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｍｎ、Ｗから選ばれた１種または２種以上の元素であ
り、組成比を示すａ、ｂ、ｘ、ｙは、０≦ａ≦０．２、
７５原子％≦ｂ≦９３原子％、０．５原子％≦ｘ≦１８
原子％、４原子％≦ｙ≦９原子％である。
【請求項８】前記Ｆｅ基合金が、下記の組成式で表
されるものであることを特徴とする請求項１ないし請求
項６のいずれかに記載の軟磁性材料。（Ｆｅ_1-aＴ_a）_bＢ_xＭ_yＭ’_z ただし、ＴはＮｉ、Ｃｏのうち１種または２種の元素で
あり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｍｎ、Ｗから選ばれた１種または２種以上の元素であ
り、Ｍ’はＳｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃ、Ｃu、Ｃｒ、希
土類元素、白金属元素から選ばれた１種または２種以上
の元素であり、組成比を示すａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚは、０
≦ａ≦０．２、７５原子％≦ｂ≦９３原子％、０．５原
子％≦ｘ≦１８原子％、４原子％≦ｙ≦９原子％、０原
子％≦ｚ≦０．５原子％である。
【請求項９】前記の組成比を示すｚが０．１原子％
≦ｚ≦０．５原子％であることを特徴とする請求項８に
記載の軟磁性材料。
【請求項１０】Ｆｅ基合金及び金属酸化物が混合溶
解されてなる溶湯を急冷凝固した後に熱処理して形成さ
れる平均結晶粒径１００ｎｍ以下のｂｃｃ−Ｆｅの結晶
粒からなる微細結晶質相を主体とする組織からなる軟磁
性材料から構成されていることを特徴とする磁心。