JP2002285304A - 高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯 - Google Patents
高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、Ｆｅ含有割合が高い組成範囲にお
いても、高磁束密度を維持しながら交流における優れた
軟磁気特性を有することを可能にするＦｅ基非晶質合金
薄帯を提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素およ
び不可避不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、
組成が原子％で82＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦1
6、0.02≦Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であることを特徴とする
高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯であって、焼
鈍後のＢsが1.74Ｔ以上であり、さらに、Ｂ80が1.5Ｔ超
を有し、0.12Ｗ／ｋｇ以下の低鉄損を有することを特徴
とするＦｅ基非晶質合金薄帯。
いても、高磁束密度を維持しながら交流における優れた
軟磁気特性を有することを可能にするＦｅ基非晶質合金
薄帯を提供することを目的とする。 【解決手段】 Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素およ
び不可避不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、
組成が原子％で82＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦1
6、0.02≦Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であることを特徴とする
高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯であって、焼
鈍後のＢsが1.74Ｔ以上であり、さらに、Ｂ80が1.5Ｔ超
を有し、0.12Ｗ／ｋｇ以下の低鉄損を有することを特徴
とするＦｅ基非晶質合金薄帯。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力トランス、高
周波トランスなどの鉄心に用いられる非晶質合金薄帯に
関するものである。
周波トランスなどの鉄心に用いられる非晶質合金薄帯に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】合金を溶融状態から急冷することによっ
て、連続的に薄帯や線を製造する方法として、遠心急冷
法、単ロ−ル法、双ロ−ル法、などが知られている。こ
れらの方法は、高速回転する金属製ドラムの内周面また
は外周面に溶融金属をオリフィスなどから噴出させるこ
とによって、急速に溶融金属を凝固させて薄帯や線を製
造するものである。さらに、合金組成を適正に選ぶこと
によって、液体金属に類似した非晶質合金を得ることが
でき、磁気的性質あるいは機械的性質に優れた材料を製
造することができる。
て、連続的に薄帯や線を製造する方法として、遠心急冷
法、単ロ−ル法、双ロ−ル法、などが知られている。こ
れらの方法は、高速回転する金属製ドラムの内周面また
は外周面に溶融金属をオリフィスなどから噴出させるこ
とによって、急速に溶融金属を凝固させて薄帯や線を製
造するものである。さらに、合金組成を適正に選ぶこと
によって、液体金属に類似した非晶質合金を得ることが
でき、磁気的性質あるいは機械的性質に優れた材料を製
造することができる。
【０００３】この非晶質合金は、その優れた特性から多
くの用途において、工業材料として有望視されている。
その中でも、電力トランスや高周波トランスなどの鉄心
材料の用途としては、鉄損が低く、かつ、飽和磁束密度
や透磁率が高いこと、などの理由からＦｅ系非晶質合金
薄帯、例えば、Ｆｅ-Ｓｉ-Ｂ系が採用されている。しか
し、Ｆｅ-Ｓｉ-Ｂ系非晶質合金薄帯は、珪素鋼板と比較
して鉄損は優れているが、飽和磁束密度Ｂsは劣ってい
る。この理由は、飽和磁束密度を大きくすることを目的
としてＦｅの含有割合を増加させると非晶質形成能が低
下し、非晶質合金薄帯を安定して製造することが困難に
なってしまうためである。飽和磁束密度を大きくするこ
とが可能であるならば、鉄心の小型化が可能になり、さ
らに、トランスなどの鉄心の設計自由度が増えるため大
きなメリットが出てくる。このような要求に対し従来よ
り以下に記述する技術が提案されている。
くの用途において、工業材料として有望視されている。
その中でも、電力トランスや高周波トランスなどの鉄心
材料の用途としては、鉄損が低く、かつ、飽和磁束密度
や透磁率が高いこと、などの理由からＦｅ系非晶質合金
薄帯、例えば、Ｆｅ-Ｓｉ-Ｂ系が採用されている。しか
し、Ｆｅ-Ｓｉ-Ｂ系非晶質合金薄帯は、珪素鋼板と比較
して鉄損は優れているが、飽和磁束密度Ｂsは劣ってい
る。この理由は、飽和磁束密度を大きくすることを目的
としてＦｅの含有割合を増加させると非晶質形成能が低
下し、非晶質合金薄帯を安定して製造することが困難に
なってしまうためである。飽和磁束密度を大きくするこ
とが可能であるならば、鉄心の小型化が可能になり、さ
らに、トランスなどの鉄心の設計自由度が増えるため大
きなメリットが出てくる。このような要求に対し従来よ
り以下に記述する技術が提案されている。
【０００４】例えば、特開平5-140703号公報には、（Ｆ
ｅaＳｉbＢcＣd）100-XＳｎX、原子％でａ=0.80〜0.8
6、b=0.01〜0.12、c=0.06〜0.16、d=0.001〜0.04、ただ
し、a+b+c+d=1、X=0.05〜1.0なる組成を有する非晶質合
金薄帯が開示されている。この技術は、Ｓｎの添加によ
って高Ｆｅ領域でも非晶質形成能を高めたことである
が、得られた飽和磁束密度は1.73Ｔが限界である。
ｅaＳｉbＢcＣd）100-XＳｎX、原子％でａ=0.80〜0.8
6、b=0.01〜0.12、c=0.06〜0.16、d=0.001〜0.04、ただ
し、a+b+c+d=1、X=0.05〜1.0なる組成を有する非晶質合
金薄帯が開示されている。この技術は、Ｓｎの添加によ
って高Ｆｅ領域でも非晶質形成能を高めたことである
が、得られた飽和磁束密度は1.73Ｔが限界である。
【０００５】また、特開平6-220592号公報には、Ｆｅa
ＣｏbＳｉcＢdＭx、原子％で60≦a≦83、3≦b≦20、か
つ、80≦a+b≦86、1≦c≦10、11≦d≦16、XがＳｎの場
合には0.1≦X≦1.0、XがＣｕの場合には0.1≦X≦2.0、X
がSの場合には0.01≦X≦0.07で、かつ、a+b+c+d+X=10
0、なる組成を有する非晶質合金薄帯が開示されてい
る。この技術では、大きな飽和磁束密度が得られている
が、この高磁束密度はＣｏ添加によって得られたもので
ある。しかし、Ｃｏは非常に高価な元素であり、一部の
高級用途にはこのようなＣｏ含有Ｆｅ基非晶質合金薄帯
が使用されているが、素材コストが増加してしまうとい
う欠点を有している。
ＣｏbＳｉcＢdＭx、原子％で60≦a≦83、3≦b≦20、か
つ、80≦a+b≦86、1≦c≦10、11≦d≦16、XがＳｎの場
合には0.1≦X≦1.0、XがＣｕの場合には0.1≦X≦2.0、X
がSの場合には0.01≦X≦0.07で、かつ、a+b+c+d+X=10
0、なる組成を有する非晶質合金薄帯が開示されてい
る。この技術では、大きな飽和磁束密度が得られている
が、この高磁束密度はＣｏ添加によって得られたもので
ある。しかし、Ｃｏは非常に高価な元素であり、一部の
高級用途にはこのようなＣｏ含有Ｆｅ基非晶質合金薄帯
が使用されているが、素材コストが増加してしまうとい
う欠点を有している。
【０００６】更に、特開平6-264197号公報には、ＦｅX
ＢYＳｉZＭｎa、原子％でX=80超〜83、Y=6〜11、Z=8〜1
3、a=0.5〜3、なる組成を有する非晶質合金薄帯が開示
されている。この技術は、Ｍｎ添加によって絶縁皮膜処
理性を高めたことであるが、磁束密度は1.7Ｔまでは到
達し得ないレベルである。このように、従来技術では、
低コストで大きな飽和磁束密度を有する実用的なＦｅ基
非晶質合金薄帯は製造しえなかったものである。
ＢYＳｉZＭｎa、原子％でX=80超〜83、Y=6〜11、Z=8〜1
3、a=0.5〜3、なる組成を有する非晶質合金薄帯が開示
されている。この技術は、Ｍｎ添加によって絶縁皮膜処
理性を高めたことであるが、磁束密度は1.7Ｔまでは到
達し得ないレベルである。このように、従来技術では、
低コストで大きな飽和磁束密度を有する実用的なＦｅ基
非晶質合金薄帯は製造しえなかったものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｆｅ
基非晶質合金薄帯において、飽和磁束密度を大きくする
ことを目的としてＦｅの含有割合を増やした場合、非晶
質形成能が低下して部分的に結晶化が生じてしまうため
に、鋳造ままの状態、あるいは、焼鈍後の状態におい
て、安定して非晶質合金薄帯を得ることは困難であっ
た。
基非晶質合金薄帯において、飽和磁束密度を大きくする
ことを目的としてＦｅの含有割合を増やした場合、非晶
質形成能が低下して部分的に結晶化が生じてしまうため
に、鋳造ままの状態、あるいは、焼鈍後の状態におい
て、安定して非晶質合金薄帯を得ることは困難であっ
た。
【０００８】そこで、本発明は、薄帯の組成を限定する
ことによって、Ｆｅの含有割合が高い組成範囲において
も、非晶質合金薄帯を安定的に鋳造することを可能に
し、さらに、焼鈍においても、より低温での焼鈍を可能
にすることによって、高磁束密度を維持しながら、交流
における優れた軟磁気特性を有するＦｅ基非晶質合金薄
帯を提供することを目的とする。
ことによって、Ｆｅの含有割合が高い組成範囲において
も、非晶質合金薄帯を安定的に鋳造することを可能に
し、さらに、焼鈍においても、より低温での焼鈍を可能
にすることによって、高磁束密度を維持しながら、交流
における優れた軟磁気特性を有するＦｅ基非晶質合金薄
帯を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁気特性の中
で高飽和磁束密度を主眼において、先ず、Ｆｅ基非晶質
合金薄帯の高Ｆｅ組成領域においても急冷直後の薄帯が
非晶質化し易い成分を種々探索し、さらに、それらの中
で薄帯中の歪みが十分に緩和される焼鈍後においてもそ
の非晶質状態が安定に維持される成分範囲を特定できた
結果、成し得たものであって、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、および
Ｃの限られた組成範囲において特定範囲のＰを添加する
ことによって達成されたものである。これらの特徴を備
える本発明の要旨は、以下の通りである。 （１）Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素および不可避
不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、組成が原
子％で86＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦16、0.02≦
Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であることを特徴とする高磁束密
度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 （２）前記Ｆｅの組成が、原子％で86＜Ｆｅ≦88である
ことを特徴とする前項１記載の高磁束密度を有するＦｅ
基非晶質合金薄帯。 （３）前項１または２記載の薄帯であって、焼鈍後のＢ
sが1.74Ｔ以上であることを特徴とする高磁束密度を有
するＦｅ基非晶質合金薄帯。 （４）前項１、２または３記載の薄帯であって、焼鈍後
のＢ80が1.5Ｔ超を有することを特徴とする高磁束密度
を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 （５）前項４記載の高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合
金薄帯であって、さらに、焼鈍後の鉄損が0.12Ｗ／ｋｇ
以下であることを特徴とする高磁束密度を有するＦｅ基
非晶質合金薄帯。 （６） Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素および不可
避不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、組成が
原子％で82＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦16、0.02
≦Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であり、焼鈍後のＢsが1.74Ｔ以
上であることを特徴とする高磁束密度を有するＦｅ基非
晶質合金薄帯。
で高飽和磁束密度を主眼において、先ず、Ｆｅ基非晶質
合金薄帯の高Ｆｅ組成領域においても急冷直後の薄帯が
非晶質化し易い成分を種々探索し、さらに、それらの中
で薄帯中の歪みが十分に緩和される焼鈍後においてもそ
の非晶質状態が安定に維持される成分範囲を特定できた
結果、成し得たものであって、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、および
Ｃの限られた組成範囲において特定範囲のＰを添加する
ことによって達成されたものである。これらの特徴を備
える本発明の要旨は、以下の通りである。 （１）Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素および不可避
不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、組成が原
子％で86＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦16、0.02≦
Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であることを特徴とする高磁束密
度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 （２）前記Ｆｅの組成が、原子％で86＜Ｆｅ≦88である
ことを特徴とする前項１記載の高磁束密度を有するＦｅ
基非晶質合金薄帯。 （３）前項１または２記載の薄帯であって、焼鈍後のＢ
sが1.74Ｔ以上であることを特徴とする高磁束密度を有
するＦｅ基非晶質合金薄帯。 （４）前項１、２または３記載の薄帯であって、焼鈍後
のＢ80が1.5Ｔ超を有することを特徴とする高磁束密度
を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 （５）前項４記載の高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合
金薄帯であって、さらに、焼鈍後の鉄損が0.12Ｗ／ｋｇ
以下であることを特徴とする高磁束密度を有するＦｅ基
非晶質合金薄帯。 （６） Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素および不可
避不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、組成が
原子％で82＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦16、0.02
≦Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であり、焼鈍後のＢsが1.74Ｔ以
上であることを特徴とする高磁束密度を有するＦｅ基非
晶質合金薄帯。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、上述したように、Ｆ
ｅ、Ｓｉ、ＢおよびＣの限られた組成範囲において特定
範囲のＰを添加することにより、Ｆｅの含有可能な割合
を大幅に向上させ、その結果、飽和磁束密度Ｂs、およ
び80Ａ/ｍの磁場を印加した時の磁束密度Ｂ80を従来で
は成し得なかった値にまで高めることができたことにあ
る。さらに、高磁束密度と同時に優れた軟磁気特性の実
現も可能としたことにある。ここで言う優れた軟磁気特
性とは、周波数50Hz、磁束密度1.3Tでの単板測定による
鉄損が0.12Ｗ／ｋｇ以下であることである。
ｅ、Ｓｉ、ＢおよびＣの限られた組成範囲において特定
範囲のＰを添加することにより、Ｆｅの含有可能な割合
を大幅に向上させ、その結果、飽和磁束密度Ｂs、およ
び80Ａ/ｍの磁場を印加した時の磁束密度Ｂ80を従来で
は成し得なかった値にまで高めることができたことにあ
る。さらに、高磁束密度と同時に優れた軟磁気特性の実
現も可能としたことにある。ここで言う優れた軟磁気特
性とは、周波数50Hz、磁束密度1.3Tでの単板測定による
鉄損が0.12Ｗ／ｋｇ以下であることである。
【００１１】Ｂsの値は少なくとも1.74Ｔ以上あれば、
その薄帯を使用してトランスを作製した場合、高磁束密
度設計が可能になるため、高Ｂs非晶質合金薄帯の優れ
た性能がトランスに反映させることができる。Ｂ80は言
うなれば磁化率、あるいは透磁率などと同様に磁化のし
易さを表わすものであるが、1.5Ｔ超であればＢsが高く
なった効果をトランスに反映させることができる。さら
に、周波数50Hz、磁束密度1.3Tでの単板測定による鉄損
が0.12Ｗ／ｋｇ以下であれば、非晶質合金薄帯としての
優れた性能が得られる。
その薄帯を使用してトランスを作製した場合、高磁束密
度設計が可能になるため、高Ｂs非晶質合金薄帯の優れ
た性能がトランスに反映させることができる。Ｂ80は言
うなれば磁化率、あるいは透磁率などと同様に磁化のし
易さを表わすものであるが、1.5Ｔ超であればＢsが高く
なった効果をトランスに反映させることができる。さら
に、周波数50Hz、磁束密度1.3Tでの単板測定による鉄損
が0.12Ｗ／ｋｇ以下であれば、非晶質合金薄帯としての
優れた性能が得られる。
【００１２】トランスの設計において、磁束密度を優先
する場合、あるいは、鉄損を優先する場合の両者が考え
られるため、高磁束密度と低鉄損が全て重なる必要はな
いが、両者が同時に得られれば非晶質合金薄帯の性能を
最大限にトランスの性能に反映させることができる。こ
こで、組成の限定理由について説明するが、本発明の最
も特徴とするものは、２≦Ｓｉ＜４原子％の低Ｓｉの範
囲において、Ｐを添加したことにある。以下に、各元素
の組成範囲の限定理由を説明する。
する場合、あるいは、鉄損を優先する場合の両者が考え
られるため、高磁束密度と低鉄損が全て重なる必要はな
いが、両者が同時に得られれば非晶質合金薄帯の性能を
最大限にトランスの性能に反映させることができる。こ
こで、組成の限定理由について説明するが、本発明の最
も特徴とするものは、２≦Ｓｉ＜４原子％の低Ｓｉの範
囲において、Ｐを添加したことにある。以下に、各元素
の組成範囲の限定理由を説明する。
【００１３】Ｆｅは８２原子％超、９０原子％以下の範
囲にする。なぜならば、Ｆｅが８２原子％以下の場合に
は鉄心の小型化などへ反映される十分な磁束密度が得ら
れなくなり、９０原子％超の場合には非晶質形成が困難
になって良好な磁気特性が得られなくなるからである。
好ましくはＦｅを８６原子％超、９０原子％以下にすれ
ば、1.74Ｔ以上のＢsを安定して得ることができるよう
になる。さらに好ましくは、Ｆｅを８６原子％超、８８
原子％以下にすることによって、さらに安定した非晶質
化が可能となり、1.74Ｔ以上のＢsを安定して得ること
ができるようになる。Ｆｅ量を前記した範囲に規定する
ことによって、1.5Ｔ超のＢ80が安定して得られるよう
になる。
囲にする。なぜならば、Ｆｅが８２原子％以下の場合に
は鉄心の小型化などへ反映される十分な磁束密度が得ら
れなくなり、９０原子％超の場合には非晶質形成が困難
になって良好な磁気特性が得られなくなるからである。
好ましくはＦｅを８６原子％超、９０原子％以下にすれ
ば、1.74Ｔ以上のＢsを安定して得ることができるよう
になる。さらに好ましくは、Ｆｅを８６原子％超、８８
原子％以下にすることによって、さらに安定した非晶質
化が可能となり、1.74Ｔ以上のＢsを安定して得ること
ができるようになる。Ｆｅ量を前記した範囲に規定する
ことによって、1.5Ｔ超のＢ80が安定して得られるよう
になる。
【００１４】Ｓｉは２原子％以上、４原子％未満の範囲
に限定する。Ｓｉが２原子％未満の場合には、非晶質が
安定して形成され難くなり、また、Ｓｉが４原子％以上
の範囲では本願発明の特徴であるＰ添加による高Ｆｅ領
域での優れた磁気特性が得られなくなるからである。Ｂ
は５原子％超、１６原子％以下の範囲にする。Ｂが５原
子％以下では非晶質が安定して形成され難くなり、１６
原子％超としても更なる非晶質形成能の向上は認められ
なくなるからである。Ｐ添加による高Ｆｅ領域での優れ
た磁気特性をより有効に発現させるためには、Ｂを１４
原子％未満にする。すなわち、Ｂが５原子％超、１４原
子％未満の範囲において、磁気特性のばらつきがより少
ない優れた非晶質薄帯が得られる。
に限定する。Ｓｉが２原子％未満の場合には、非晶質が
安定して形成され難くなり、また、Ｓｉが４原子％以上
の範囲では本願発明の特徴であるＰ添加による高Ｆｅ領
域での優れた磁気特性が得られなくなるからである。Ｂ
は５原子％超、１６原子％以下の範囲にする。Ｂが５原
子％以下では非晶質が安定して形成され難くなり、１６
原子％超としても更なる非晶質形成能の向上は認められ
なくなるからである。Ｐ添加による高Ｆｅ領域での優れ
た磁気特性をより有効に発現させるためには、Ｂを１４
原子％未満にする。すなわち、Ｂが５原子％超、１４原
子％未満の範囲において、磁気特性のばらつきがより少
ない優れた非晶質薄帯が得られる。
【００１５】Ｃは薄帯の鋳造性に効果がある元素であ
る。Ｃを含有させることによって、溶湯と冷却基板の濡
性が向上して良好な薄帯を形成させることができる。Ｃ
が０．０２原子％未満の場合はこの効果が得られない。
また、Ｃを４原子％超含有させてもこの効果の更なる向
上は認められない。したがって、０．０２原子％以上４
原子％以下の範囲に限定した。
る。Ｃを含有させることによって、溶湯と冷却基板の濡
性が向上して良好な薄帯を形成させることができる。Ｃ
が０．０２原子％未満の場合はこの効果が得られない。
また、Ｃを４原子％超含有させてもこの効果の更なる向
上は認められない。したがって、０．０２原子％以上４
原子％以下の範囲に限定した。
【００１６】Ｐは本発明の最も重要な元素である。本発
明者らは、既に、特開平9-202946号公報において、０．
００８質量％以上、０．１質量％（０．１６原子％）以
下のＰは、ＭｎとＳの許容含有量を増加させて安価な鉄
源の使用を可能にする効果があることを見出している
が、本発明は、高Ｆｅ領域において、高磁束密度を維持
しながら交流における優れた軟磁気特性を有する薄帯を
製造することを目的として、Ｐ添加量、およびＦｅ、Ｓ
ｉ、Ｂ、Ｃ量を種々変化させた実験を積み重ねた結果成
し得た発明である。Ｐは０．２原子％以上、１２原子％
以下の範囲で含有させる。なぜならば、Ｐが０．２原子
％未満では、高磁束密度を維持した状態で優れた軟磁気
特性を得るためのアニ−ル条件が存在しなくなり、ま
た、Ｐを１２原子％超含有させても、Ｐのそれ以上の効
果が得られないばかりか磁束密度が低下してしまうから
である。Ｐが１原子％以上１２原子％以下であれば、Ｐ
の効果によって磁束密度のばらつきがより一層抑制で
き、さらに、好ましくは、Ｐが１原子％以上１０原子％
以下であれば磁束密度の低下も押さえられ、より一層Ｐ
の効果を発現させることが可能になる。
明者らは、既に、特開平9-202946号公報において、０．
００８質量％以上、０．１質量％（０．１６原子％）以
下のＰは、ＭｎとＳの許容含有量を増加させて安価な鉄
源の使用を可能にする効果があることを見出している
が、本発明は、高Ｆｅ領域において、高磁束密度を維持
しながら交流における優れた軟磁気特性を有する薄帯を
製造することを目的として、Ｐ添加量、およびＦｅ、Ｓ
ｉ、Ｂ、Ｃ量を種々変化させた実験を積み重ねた結果成
し得た発明である。Ｐは０．２原子％以上、１２原子％
以下の範囲で含有させる。なぜならば、Ｐが０．２原子
％未満では、高磁束密度を維持した状態で優れた軟磁気
特性を得るためのアニ−ル条件が存在しなくなり、ま
た、Ｐを１２原子％超含有させても、Ｐのそれ以上の効
果が得られないばかりか磁束密度が低下してしまうから
である。Ｐが１原子％以上１２原子％以下であれば、Ｐ
の効果によって磁束密度のばらつきがより一層抑制で
き、さらに、好ましくは、Ｐが１原子％以上１０原子％
以下であれば磁束密度の低下も押さえられ、より一層Ｐ
の効果を発現させることが可能になる。
【００１７】さらに、不可避不純物として、特開平9-20
2946号公報に示されているレベルのＭｎ、Ｓ、等の元素
は含有しても特段の問題は生じない。組成の特定に関し
て重要なことは、本発明におけるＰの効果は、Ｆｅ、Ｓ
ｉ、Ｂ、Ｃ系の限定された組成範囲に所定量のＰを添加
することによって、特に、２≦Ｓｉ＜４原子％の低Ｓｉ
の範囲において初めてＰの効果が発現されることであ
る。
2946号公報に示されているレベルのＭｎ、Ｓ、等の元素
は含有しても特段の問題は生じない。組成の特定に関し
て重要なことは、本発明におけるＰの効果は、Ｆｅ、Ｓ
ｉ、Ｂ、Ｃ系の限定された組成範囲に所定量のＰを添加
することによって、特に、２≦Ｓｉ＜４原子％の低Ｓｉ
の範囲において初めてＰの効果が発現されることであ
る。
【００１８】このような本発明のＦｅ基非晶質合金薄帯
をトランス用鉄心の素材として用いることによって、高
磁束密度設計が可能になるため、トランスの小型化、高
性能化を達成することが可能になる。本発明のＦｅ基非
晶質合金薄帯は、所定の合金成分を溶解し、溶湯を移動
している冷却基板上にスロットノズルを通して噴出させ
て、該合金を急冷凝固させる方法、例えば、単ロ−ル
法、双ロ−ル法によって製造することができる。単ロ−
ル装置にはドラムの内壁を使う遠心急冷装置、エンドレ
スタイプのベルトを使う装置、およびこれらの改良型で
ある補助ロ−ルを付属させたもの、減圧下あるいは真空
中、または不活性ガス中での鋳造装置も含まれる。本発
明では、薄帯の板厚、板幅、などの寸法は特に規定され
ないが、薄帯の板厚は、例えば、１０μｍ以上１００μ
ｍ以下が好ましい。板幅は２０ｍｍ以上が好ましい。
をトランス用鉄心の素材として用いることによって、高
磁束密度設計が可能になるため、トランスの小型化、高
性能化を達成することが可能になる。本発明のＦｅ基非
晶質合金薄帯は、所定の合金成分を溶解し、溶湯を移動
している冷却基板上にスロットノズルを通して噴出させ
て、該合金を急冷凝固させる方法、例えば、単ロ−ル
法、双ロ−ル法によって製造することができる。単ロ−
ル装置にはドラムの内壁を使う遠心急冷装置、エンドレ
スタイプのベルトを使う装置、およびこれらの改良型で
ある補助ロ−ルを付属させたもの、減圧下あるいは真空
中、または不活性ガス中での鋳造装置も含まれる。本発
明では、薄帯の板厚、板幅、などの寸法は特に規定され
ないが、薄帯の板厚は、例えば、１０μｍ以上１００μ
ｍ以下が好ましい。板幅は２０ｍｍ以上が好ましい。
【００１９】本発明の原料として、例えば、鉄鉱石を原
料とした製鉄プロセスで生産される一部の鋼種を鉄源に
使用することが可能である。合金組成としては、例え
ば、Ｆｅ83.5Ｓｉ3Ｂ12Ｃ1Ｐ0.5、Ｆｅ84.1Ｓｉ2.5Ｂ
11.4Ｃ1Ｐ1、Ｆｅ86.5Ｓｉ2.2Ｂ6 .8Ｃ0.5Ｐ4、Ｆｅ87Ｓ
ｉ2.1Ｂ5.6Ｃ0.3Ｐ5、Ｆｅ87.3Ｓｉ2.1Ｂ5.5Ｃ
0.3Ｐ4.8、等である。
料とした製鉄プロセスで生産される一部の鋼種を鉄源に
使用することが可能である。合金組成としては、例え
ば、Ｆｅ83.5Ｓｉ3Ｂ12Ｃ1Ｐ0.5、Ｆｅ84.1Ｓｉ2.5Ｂ
11.4Ｃ1Ｐ1、Ｆｅ86.5Ｓｉ2.2Ｂ6 .8Ｃ0.5Ｐ4、Ｆｅ87Ｓ
ｉ2.1Ｂ5.6Ｃ0.3Ｐ5、Ｆｅ87.3Ｓｉ2.1Ｂ5.5Ｃ
0.3Ｐ4.8、等である。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を実施例を使って詳細に説明す
る。 （実施例１）原子％で、ＦｅaＳｉbＢcＣdＰeおよび0.2
原子％のＭｎ、Ｓ等の不純物を含む組成の合金を使用し
た。ただし、a+b+c+d+e=99.8である。表１に示した各組
成の合金を単ロ−ル法で鋳造し、非晶質化できたかどう
かを調べた。
る。 （実施例１）原子％で、ＦｅaＳｉbＢcＣdＰeおよび0.2
原子％のＭｎ、Ｓ等の不純物を含む組成の合金を使用し
た。ただし、a+b+c+d+e=99.8である。表１に示した各組
成の合金を単ロ−ル法で鋳造し、非晶質化できたかどう
かを調べた。
【００２１】先ず、それぞれの組成からなる合金を石英
ルツボ中で高周波溶解し、ルツボ先端に取り付けた開口
形状が０．４ｍｍ×２５ｍｍの矩形状スロットノズルを
通じてＣｕ合金製冷却ロ−ルの上に溶湯を噴出した。冷
却ロ−ルの直径は５８０ｍｍ、回転数は８００ｒｐｍで
ある。この鋳造によって、厚さ約２５μｍ、幅約２５ｍ
ｍの薄帯が得られた。次に、鋳造した薄帯の自由面（ロ
−ルに接触しない面）、ロ−ル面（ロ−ルに接触する
面）をＸ線回折法によって回折プロファイルを測定し
た。回折プルファイルがブロ−ド化して非晶質状態にな
った場合には、○、鋭い結晶化ピ−クが現れた場合には
×、それらの中間的状態の場合には△とした。結果を表
1に示す。
ルツボ中で高周波溶解し、ルツボ先端に取り付けた開口
形状が０．４ｍｍ×２５ｍｍの矩形状スロットノズルを
通じてＣｕ合金製冷却ロ−ルの上に溶湯を噴出した。冷
却ロ−ルの直径は５８０ｍｍ、回転数は８００ｒｐｍで
ある。この鋳造によって、厚さ約２５μｍ、幅約２５ｍ
ｍの薄帯が得られた。次に、鋳造した薄帯の自由面（ロ
−ルに接触しない面）、ロ−ル面（ロ−ルに接触する
面）をＸ線回折法によって回折プロファイルを測定し
た。回折プルファイルがブロ−ド化して非晶質状態にな
った場合には、○、鋭い結晶化ピ−クが現れた場合には
×、それらの中間的状態の場合には△とした。結果を表
1に示す。
【００２２】
【表１】 表1からわかるように、Ｎｏ．1〜Ｎｏ．８では非晶質化
したが、Ｎｏ．７およびＮｏ．８では一部結晶相が混じ
っていると見られる部位が僅かながら存在した。Ｆｅが
90原子％超のＮｏ．９ではもはや非晶質化することは困
難となった。ただし、Ｎｏ．１の薄帯は実施例２で示す
ように磁束密度が本発明範囲に達していない。Ｐを含有
しないＮｏ．１０〜Ｎｏ．１２では、非晶質化は困難な
状況であり、Ｎｏ.１２に至っては連続した薄帯にする
ことができなかった。
したが、Ｎｏ．７およびＮｏ．８では一部結晶相が混じ
っていると見られる部位が僅かながら存在した。Ｆｅが
90原子％超のＮｏ．９ではもはや非晶質化することは困
難となった。ただし、Ｎｏ．１の薄帯は実施例２で示す
ように磁束密度が本発明範囲に達していない。Ｐを含有
しないＮｏ．１０〜Ｎｏ．１２では、非晶質化は困難な
状況であり、Ｎｏ.１２に至っては連続した薄帯にする
ことができなかった。
【００２３】Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１７は、高Ｆｅ領域で
ＢとＰを変えた場合であるが、ＢとＰが本発明範囲に入
っているＮｏ．１３とＮｏ．１４では非晶質化している
が、Ｂが５原子％以下であるＮｏ．１５〜Ｎｏ．１７で
は非晶質化することができなかった。Ｎｏ．１８〜Ｎ
ｏ．２１はＳｉ量を変えた場合であるが、Ｓｉ量が2原
子％未満であるＮｏ．１８では非晶質形成が一部不安定
になったが、Ｎｏ.１９〜Ｎｏ．２１では非晶質化し
た。ただし、Ｎｏ．２１では実施例２で示すように鉄損
が本発明範囲まで低下していない。
ＢとＰを変えた場合であるが、ＢとＰが本発明範囲に入
っているＮｏ．１３とＮｏ．１４では非晶質化している
が、Ｂが５原子％以下であるＮｏ．１５〜Ｎｏ．１７で
は非晶質化することができなかった。Ｎｏ．１８〜Ｎ
ｏ．２１はＳｉ量を変えた場合であるが、Ｓｉ量が2原
子％未満であるＮｏ．１８では非晶質形成が一部不安定
になったが、Ｎｏ.１９〜Ｎｏ．２１では非晶質化し
た。ただし、Ｎｏ．２１では実施例２で示すように鉄損
が本発明範囲まで低下していない。
【００２４】以上の例からわかるように、本発明範囲の
組成を用いることによって、従来では成し得なかった高
Ｆｅ領域での非晶質化が可能になることがわかる。 (実施例２)実施例1で鋳造した薄帯の中で非晶質化した
薄帯をそれぞれ１２０ｍｍの長さに切断し、２６０℃〜
４００℃の温度範囲において２０℃間隔の各温度で窒素
雰囲気中で１時間、磁場中で焼鈍した後、ＳＳＴ（単板
磁気測定器）を用いて交流磁気特性を評価した。評価項
目は、測定の最大印加磁場が80Ａ／ｍの時の最大磁束密
度Ｂ80、および最大磁束密度が1.3Ｔにおける鉄損であ
る。なお、測定周波数は50Ｈｚである。また、ＶＳＭを
用いて、飽和磁束密度Ｂsを測定した。
組成を用いることによって、従来では成し得なかった高
Ｆｅ領域での非晶質化が可能になることがわかる。 (実施例２)実施例1で鋳造した薄帯の中で非晶質化した
薄帯をそれぞれ１２０ｍｍの長さに切断し、２６０℃〜
４００℃の温度範囲において２０℃間隔の各温度で窒素
雰囲気中で１時間、磁場中で焼鈍した後、ＳＳＴ（単板
磁気測定器）を用いて交流磁気特性を評価した。評価項
目は、測定の最大印加磁場が80Ａ／ｍの時の最大磁束密
度Ｂ80、および最大磁束密度が1.3Ｔにおける鉄損であ
る。なお、測定周波数は50Ｈｚである。また、ＶＳＭを
用いて、飽和磁束密度Ｂsを測定した。
【００２５】結果を表２に示す。なお、表２には２６０
℃〜４００℃で焼鈍した中で最も軟磁気特性が優れた特
性値を示してある。ただし、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、およ
びＮｏ.１８では一部非晶質化が不完全であった部位が
存在したため、その部位を磁気特性の評価から外し、非
晶質化した部位での評価を実施した。
℃〜４００℃で焼鈍した中で最も軟磁気特性が優れた特
性値を示してある。ただし、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、およ
びＮｏ.１８では一部非晶質化が不完全であった部位が
存在したため、その部位を磁気特性の評価から外し、非
晶質化した部位での評価を実施した。
【００２６】
【表２】 表２の結果からわかるように、Ｆｅが82原子％超90原子
％以下の範囲であるＮｏ．２〜Ｎｏ．１４において、1.
74Ｔ以上のＢsと1.5Ｔ以上のＢ80が得られ、さらに、鉄
損も0.12Ｗ／ｋｇ以下の優れたものとなることが分か
る。Ｆｅが82原子％以下のＮｏ．１では高Ｂs材は得ら
れない。
％以下の範囲であるＮｏ．２〜Ｎｏ．１４において、1.
74Ｔ以上のＢsと1.5Ｔ以上のＢ80が得られ、さらに、鉄
損も0.12Ｗ／ｋｇ以下の優れたものとなることが分か
る。Ｆｅが82原子％以下のＮｏ．１では高Ｂs材は得ら
れない。
【００２７】Ｎｏ．１８〜Ｎｏ.２１のＳｉ量を変えた
場合についてみると、 Ｓｉ量が2原子％未満であるＮ
ｏ．１８では磁束密度が本発明範囲に達していない。Ｓ
ｉ量が４原子％以上であるＮｏ．２１では鉄損が本発明
の範囲まで低下していない。以上の例からわかるよう
に、本発明範囲の組成を用いることによって、従来では
成し得なかった高Ｆｅ領域での非晶質化が可能になると
ともに、優れた軟磁気特性が達成できることがわかる。
場合についてみると、 Ｓｉ量が2原子％未満であるＮ
ｏ．１８では磁束密度が本発明範囲に達していない。Ｓ
ｉ量が４原子％以上であるＮｏ．２１では鉄損が本発明
の範囲まで低下していない。以上の例からわかるよう
に、本発明範囲の組成を用いることによって、従来では
成し得なかった高Ｆｅ領域での非晶質化が可能になると
ともに、優れた軟磁気特性が達成できることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、本発明のＦｅ基非晶質
合金薄帯を用いて鉄心に巻回した巻鉄心、または、該薄
帯の打ち抜き片を積層した積鉄心を作製する場合、高磁
束密度を維持しながら交流における優れた軟磁気特性を
有することが可能になったため、トランスの小型化、高
性能化、および、その設計自由度が増す大きなメリット
が生じる。
合金薄帯を用いて鉄心に巻回した巻鉄心、または、該薄
帯の打ち抜き片を積層した積鉄心を作製する場合、高磁
束密度を維持しながら交流における優れた軟磁気特性を
有することが可能になったため、トランスの小型化、高
性能化、および、その設計自由度が増す大きなメリット
が生じる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年４月１７日（２００１．４．１
７）
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】
【表２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E041 AA02 AA19 BD03 CA02 NN01 NN13 NN15
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素およ
び不可避不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、
組成が原子％で86＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦1
6、0.02≦Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であることを特徴とする
高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 - 【請求項２】 前記Ｆｅの組成が、原子％で86＜Ｆｅ≦
88であることを特徴とする請求項１記載の高磁束密度を
有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の薄帯であって、
焼鈍後のＢsが1.74Ｔ以上であることを特徴とする高磁
束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 - 【請求項４】 請求項１、２または３記載の薄帯であっ
て、焼鈍後のＢ80が1.5Ｔ超を有することを特徴とする
高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯。 - 【請求項５】 請求項４記載の高磁束密度を有するＦｅ
基非晶質合金薄帯であって、さらに、焼鈍後の鉄損が0.
12Ｗ／ｋｇ以下であることを特徴とする高磁束密度を有
するＦｅ基非晶質合金薄帯。 - 【請求項６】 Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐの主要元素およ
び不可避不純物で構成される非晶質合金薄帯であって、
組成が原子％で82＜Ｆｅ≦90、2≦Ｓｉ＜4、5＜Ｂ≦1
6、0.02≦Ｃ≦4 、0.2≦Ｐ≦12であり、焼鈍後のＢsが
1.74Ｔ以上であることを特徴とする高磁束密度を有する
Ｆｅ基非晶質合金薄帯。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001083309A JP3709149B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯 |
| US09/957,899 US6416879B1 (en) | 2000-11-27 | 2001-09-21 | Fe-based amorphous alloy thin strip and core produced using the same |
| CN01144005A CN1124362C (zh) | 2000-11-27 | 2001-09-27 | 铁基无定形合金薄带及用它做的铁心 |
| KR10-2001-0073600A KR100447090B1 (ko) | 2000-11-27 | 2001-11-24 | Ｆｅ계 비정질 합금 박판 스트립 및 이를 사용하여 제조된 철심 |
| TW090129186A TW583320B (en) | 2000-11-27 | 2001-11-26 | Fe-based amorphous alloy thin strip and core produced using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001083309A JP3709149B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 高磁束密度を有するＦｅ基非晶質合金薄帯 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002285304A true JP2002285304A (ja) | 2002-10-03 |
| JP3709149B2 JP3709149B2 (ja) | 2005-10-19 |
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| JP (1) | JP3709149B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310787A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-11-09 | Hitachi Metals Ltd | 磁心ならびにそれを用いた応用品 |
| JP2007234714A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 配電用アモルファス変圧器 |
| WO2008105135A1 (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Nippon Steel Corporation | 軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金 |
| US7425239B2 (en) | 2004-07-05 | 2008-09-16 | Hitachi Metals, Ltd. | Fe-based amorphous alloy ribbon |
| US8198973B2 (en) | 2006-09-15 | 2012-06-12 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Transformer |
-
2001
- 2001-03-22 JP JP2001083309A patent/JP3709149B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US7425239B2 (en) | 2004-07-05 | 2008-09-16 | Hitachi Metals, Ltd. | Fe-based amorphous alloy ribbon |
| JP2006310787A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-11-09 | Hitachi Metals Ltd | 磁心ならびにそれを用いた応用品 |
| US8021498B2 (en) | 2005-03-29 | 2011-09-20 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetic core and applied product making use of the same |
| JP2007234714A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 配電用アモルファス変圧器 |
| JP4558664B2 (ja) * | 2006-02-28 | 2010-10-06 | 株式会社日立産機システム | 配電用アモルファス変圧器 |
| US9177706B2 (en) | 2006-02-28 | 2015-11-03 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Method of producing an amorphous transformer for electric power supply |
| US8198973B2 (en) | 2006-09-15 | 2012-06-12 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Transformer |
| WO2008105135A1 (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Nippon Steel Corporation | 軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金 |
| US7918946B2 (en) | 2007-02-28 | 2011-04-05 | Nippon Steel Corporation | Fe-based amorphous alloy excellent in soft magnetic properties |
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