JP2679069B2 - 高角形比軟磁性材料 - Google Patents

高角形比軟磁性材料

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JP2679069B2 JP62335005A JP33500587A JP2679069B2 JP 2679069 B2 JP2679069 B2 JP 2679069B2 JP 62335005 A JP62335005 A JP 62335005A JP 33500587 A JP33500587 A JP 33500587A JP 2679069 B2 JP2679069 B2 JP 2679069B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、小型磁気部品等に利用することができる磁
化が容易で鉄損の小さい高角形比軟磁性材料に関するも
のである。 [従来の技術] 珪素鋼などの軟磁性材料は、交流励磁に適応させるこ
とを目的として鋼板を一定の形に打ち抜き積層して使用
される。この様に積層して用いることによって鉄損即ち
渦電流損失並びにヒステリシス損失を小さくすることが
できる。しかして高周波領域において軟磁性材料を励磁
して使用する場合には、鉄損が大きくなるので鉄損の一
層の減少を図る必要があり、その一つの手段として軟磁
性材料をさらに細かく分割する方法がある。一方電子技
術に進歩により機器の小型化が益々進んでおり軟磁性材
料に対しても小型化の要請が強い。 そこで鉄損の減少並びに装置の小型化を目的とした小
形状軟磁性材料が必要となる訳であり、軟磁性材料を細
分割して小規模材料を形成するに当たっては細線化がそ
の一方法として例示される。しかるに伸線加工による軟
磁性材料の細線化には材質面からの限界があり、殊に直
径が500μm以下の細線状軟磁性材料を伸線加工によっ
て得ることは困難であった。又粉末材料を圧縮成形した
後焼結する粉末冶金の手法によって細線状軟磁性材料を
製造することも考えられるが、成形々状が小型化すると
圧縮成形操作が困難になり、やはり小型化には限界があ
る。 この結果、電磁気部品の分野における軟磁性材料細分
割の要請に対しては未だ十分に答えることができず、磁
気特性の改善と共に解決課題となっている。 [発明が解決しようとする問題点] 金属材料を細線化する一つの方法として回転液中紡糸
法があり、特に特許出願されている(特開昭55−64948
号)。この方法は、回転する円筒状ドラム内周面に冷却
用液体を注入し、これを遠心力によってドラム内周面に
押出し冷却用液体相を形成しておくと共に、該液体相内
へ溶融金属をジェット流として細線状に噴出させて急冷
凝固させる方法であり、軟磁性材料の細線化に当たって
もこの方法を適用することができる。 即ち上記回転液中紡糸法によると、伸線加工性に限界
のある軟磁性材料であっても、紡糸ノズル径を変えるこ
とによって任意の直径の細線状軟磁性材料を得ることが
でき、従来構造が困難であった直径500μm以下の領域
のものも製造することができる。こうした細線状軟磁性
材料を提供することができれば渦電流損失の減少,ヒス
テリシス損失の減少殊に高周波領域における鉄損の減少
といった電磁気部品分野での要請に答えることができる
と期待される。 しかるに上記回転液中紡糸法を適用さて軟磁性材料細
線を製造してみると、該細線の磁気性能は未だ十分なも
のではなく、特に磁化し易さ並びに角形比[残留磁束密
度(Br)/飽和磁束密度(Bs)]の点では最近の要求特
性を満足していない。例えばスイッチ素子,磁気増幅
器,磁気移相器,パルストランスなどでは角形比の優れ
たヒステリシスループを示す軟磁性材料が要求されるこ
とが多い。勿論磁化し易いことも重要な特性であり、保
磁力が小さい軟磁性材料が望まれる。かくして高角形比
で低保磁力を示す軟磁性材料が要望される訳であるが、
前記回転液中紡糸法によって製造される軟磁性材料細線
は上記磁性特性が不十分であり、市場の要求を満足する
に至っていない。 本発明はこうした事情に着目してなされたものであっ
て、回転液中紡糸法によって製造することのできる繊維
状軟磁性材料の磁気特性を向上させることによって市場
の要請に対応し得る様なコンパクトな高角形比軟磁性材
料を提供しようとするものである。 [問題点を解決する為の手段] しかして上記目的を達成した本発明材料は、直径が50
0μm以下の結晶質繊維状軟磁性材料であり、線径と同
じ直径の円柱状結晶が結晶粒界を境にして長手方向に連
結した結晶構造を有し、且つ直流磁化における角形比
(Br/Bs):0.7以上、および保持力が0.4エルステッド以
下を満足するものである。 但しBr:残留磁束密度 Bs:飽和磁束密度 [作用] 軟磁性材料を使用した各種電磁気部品の小型化を図
り、且つ使用される軟磁性材料の渦電流損失やヒステリ
シス損失の低減を達成する為には、軟磁性材料の細線化
が重要な手段であり、本発明においては繊維状軟磁性材
料の直径を500μm以下に規定している。本発明に係る5
00μm以下の繊維状軟磁性材料を製造する方法は限定さ
れるものではないが、代表的なものとしては、前述の回
転液中紡糸法によって製造する方法が挙げられる。尚直
径を500μm以下に規定したのは装置の小型化並びに鉄
損低減等の為の細分割を十分に行なう上で必要なレベル
であることが1つの理由であるが、回転液中紡糸法に適
用する場合、直径が500μmを越えると急速冷却が困難
であり、細線化できなくなるからでもある。ところが繊
維状軟磁性材料はジェット状に噴出された溶融金属が急
冷凝固されて形成されたものであり、その結晶構造は無
数の結晶が様々な方向を指向した多結晶構造であり、結
晶粒界が多く内部歪も大きい為にこれらが磁性の障害と
なって磁化され難い構造となっており、磁気特性はそれ
程高いものではない。従って保磁力が大きく角形比も低
い値を示す。 そこで本発明者等は、磁気特性改善の為に種々検討を
重ねた結果、例えば回転液中紡糸法によって得られる細
線状軟磁性材料を更に熱処理に付すと、結晶粒が成長す
るが、長軸と直交する方向への成長は線径が小さい為に
短時間に飽和し、成長は専ら長軸方向へ進行する結果、
結晶粒界が細線の長軸方向のある長さ迄は全く存在しな
い結晶組織からなる本発明の細線状軟磁性材料が得られ
ることを確認した。 即ち本発明の細線状軟磁性材料は、線径と同じ外径の
円柱状結晶粒が結晶粒界を境にして長手方向へ多数連結
した構造を呈しており、各円柱状結晶は磁化容易方向が
ほぼ同じであり、又磁化の障壁となる結晶粒界が非常に
少なくなっている。さらに内部歪が磁化の障壁になると
されているが、これについても熱処理によって殆んど解
消することができる。その結果、磁場を加えると本発明
の細線状軟磁性材料は磁化が非常に容易であり、角形比
が大きく保磁力の小さな材料を得ることができた。 即ち本発明に係る高角形比軟磁性材料は、直径が500
μm以下の繊維状軟磁性材料であり、直径が500μmを
超える大径のものになると、回転液中紡糸法において噴
出された細線状溶融金属を急冷することができず、細線
状の軟質磁性材料を形成することができない。 更に本発明に係る高角形比較磁性材料は、上述した要
件に加えて、直流磁化における角形比(Br/Bs):0.7以
上、且つ保持力:0.4エルステッド以下を満足することが
必要である。本発明の高透磁率軟磁性材料が角形比並び
に保磁力の点で優れた特性を有するのは基本的には前記
した様に線径と同じ直径の円柱状結晶が長軸方向に連続
した結晶構造を有するからである。 本発明の基本構成は上記の通りであるが、ここで本発
明に係る軟質磁性材料の合金組成については特に制限が
なく、Fe−Si合金,Fe−Al合金,Fe−Si−Al合金,Fe−Co
合金等のFe基合金やNi−Fe合金,Ni−Mn合金等のNi基合
金等が例示される。このうちFe−Si合金として特に好ま
しい合金は、例えばFe:70〜95原子%、Si:5〜30原子%
及び不可避不純物であるFe−Si合金を挙げることができ
る。 次に本発明を実施する上で重要な位置を占める回転液
中紡糸法についてより詳細に説明する。 この方法の基本的構成は前記特開昭55−64948号とし
て開示された回転液中紡糸法に従う。たとえば第1、2
図はその方法を例示する概略正面図及び一部破断側面図
であり、回転ドラム6を高速回転させることによってそ
の内周面側に回転液膜相8を形成する。そして該液膜相
8の液面9に向けてるつぼ1下面の噴出ノズル2から溶
融合金をジェット状に噴出させ、合金をフィラメント4
状にして急冷凝固させながら回転ドラム6の内周壁に巻
回していく。図中3は金属を溶融させるためのヒータ
ー、5は溶融合金噴出用の不活性ガス、7はモータ、10
はベルトを夫々示す。そして回転液膜相の周速度を、噴
出ノズル2からの溶融合金噴出速度と実質的に同一かま
たはそれよりやや早くしておけば、断面均一性の良好な
細線が得られ易い。ここで使用される冷却液は純粋な液
体、溶液、エマルジョン等のいずれであってもよいが、
コスト及び冷却効率を総合すると最も好ましいのは水で
ある。回転ドラムは横向きでも縦向きでもよいが、該ド
ラム中の液膜相表面速度は300〜900m分程度、溶融金属
の液膜相への侵入角度は40〜80゜、噴出ノズル2と冷却
液面9との距離は0.5〜10mm程度が夫々好適である。そ
して噴出ノズルの口径を任意に設定することにより500
μm以下の所望とする直径の繊維状軟磁性材料を得るこ
とができる。 次にこうして得た繊維状軟磁性材料の磁気特性(透磁
率等)を高める為に熱処理を行なうが、本発明の軟磁性
材料を得るに当たっての好ましい熱処理条件としては、
例えば水素気流中等において800〜1200℃で0.5〜10時間
加熱する条件が挙げられる。但し本発明はこうした熱処
理条件を特に限定するものではない。 [実施例] Fe−5.7重量%Siからなる軟磁性材料を回転液中紡糸
法によって細線化して直径200μmの細線状軟磁性材料
(A)を得た。次いでこれを1000℃で1時間熱処理して
本発明に係る細線状軟磁性材料(B)を得た。 熱処理前の軟磁性材料(A)及び熱処理した軟磁性材
料(B)について細線状軟磁性材料の長軸方向に最大10
エルステッドの磁場を印加して室温下における直径磁化
曲線を調べたところ第3図が得られた。保磁力について
は前者(A)が0.73エルステッドであるのに対し、後者
(B)は0.17エルステッドであり、4分の1以下の非常
に小さな値であった。又角形比については前者(A)が
0.56であるのに対し、後者(B)は0.86と高いことが分
かった。さらにヒステリシス曲線が囲む面積も熱処理後
の軟磁性材料(B)の方が小さく、熱処理前の軟磁性材
料(A)に比べてヒステリシス損失が減少したことを示
している。 第3図のように熱処理を施した本発明軟磁性材料が保
磁力並びに角形比において優れている理由については解
明し得た訳ではないが、次のような理由によるものと説
明することができる。 即ち前述した様に熱処理前の軟磁性材料の内部組織
が、どの断面をみても2個以上の結晶粒が存在するいわ
ゆる多結晶質構造である為、磁化の容易な方向は顕著に
ならず磁場を印加したときの磁化の反転の仕方が緩慢で
あるのに対し、熱処理後の本発明軟磁性材料は結晶粒界
が細線の長さ方向のある長さ迄は全く存在しない構造、
即ち円柱状結晶粒が長さ方向に連結された構造をとり、
主として結晶粒界が極端に減少すると共に、結晶粒が大
きく且つ少なくなって磁化の容易な方向が顕著になる為
に磁化の反転が迅速になったと考えられる。しかも結晶
粒界の減少によって靭性も優れたものとなっており、工
業的に取扱い易い材料となっている。尚熱処理によって
粒界が非常に少なくなるのは、おそらく紡糸時に細線に
導入された歪が熱処理における粒界移動の駆動力となり
大幅な結晶成長につながった為と考えられる。 このようにして得られた高角形比・低保磁力軟磁性材
料は一本のままでも小型軟磁性材料として利用できる
が、適当な方法で絶縁被覆した軟磁性材料細線を多数束
ねて、高周波特性の優れた軟磁性材料として使用するこ
とができる。 例えば得られた本発明の軟磁性材料を磁気増幅器の磁
心に応用したところ、内部電圧降下の非常に小さい磁気
増幅器を作製することができた。 [発明の効果」 本発明は以上の様に構成されており、細線化されてい
ると共に磁化の障害となる結晶粒界や内部歪が非常に少
ないので、高角形比・低保磁力を有する軟磁性材料を得
ることができた。かくして小型軟磁性材料として、ある
いは渦電流損失並びにヒステリシス損失の非常に小さい
特に高角形比が要求される各種変成器や磁気増幅器の磁
心に応用することができ、あるいはスイッチング素子な
どの電磁気分野への応用が容易且つ拡大される。
【図面の簡単な説明】 第1,2図は回転液中紡糸法を説明するための断面図であ
り、第1図は概略正面図、第2図は一部破断側面図、第
3図は実施例及び比較例軟磁性材料の室温下におけるヒ
ステリシスループを示したグラフである。 1……るつぼ、2……噴出ノズル 3……ヒーター、4……細線 5……不活性ガス、6……回転ドラム 7……モータ、8……冷却液体 9……冷却液面、10……ベルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 33/04 C22C 33/04 Z 38/02 38/02 H01F 1/14 H01F 1/14 Q (56)参考文献 特開 昭63−219182(JP,A) 特開 平1−150444(JP,A) 特開 昭59−64740(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.直径500μm以下の断面が円形の結晶質繊維状軟磁
    性材料であり、 線径と同じ直径の円柱状結晶が結晶粒界を境にして長手
    方向に連結した結晶構造を有し、且つ 直流磁化における角形比(Br/Bs):0.7以上、および 保持力が0.4エルステッド以下を満足するものであるこ
    とを特徴とする高角形比軟磁性材料。
JP62335005A 1987-12-28 1987-12-28 高角形比軟磁性材料 Expired - Lifetime JP2679069B2 (ja)

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