JP2777161B2 - Ｆｅ基軟磁性合金 - Google Patents
Ｆｅ基軟磁性合金Info
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- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
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- H01F1/147—Alloys characterised by their composition
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、Fe基軟磁性合金に関する。
（従来技術） 従来から、スイッチングレギュレータなど高周波で使
用する磁心としては、パーマロイ、フェライトなどの結
晶質材料が用いられている。
用する磁心としては、パーマロイ、フェライトなどの結
晶質材料が用いられている。
しかしながら、パーマロイは比抵抗が小さいので高周
波での鉄損が大きくなる。また、フェライトは高周波で
の損失は小さいが、磁束密度もせいぜい5000Gと小さ
く、そのため、大きな動作磁束密度での使用時にあって
は、飽和に近くなりその結果鉄損が増大する。近時、ス
イッチングレギュレータに使用される電源トランス、平
滑チョークコイル、コモンモードチョークコイルなど高
周波で使用されるトランスにおいては、形状の小形化が
望まれているが、この場合、動作磁束密度の増大が必要
となるため、フェライトの鉄損増大は実用上大きな問題
となる。
波での鉄損が大きくなる。また、フェライトは高周波で
の損失は小さいが、磁束密度もせいぜい5000Gと小さ
く、そのため、大きな動作磁束密度での使用時にあって
は、飽和に近くなりその結果鉄損が増大する。近時、ス
イッチングレギュレータに使用される電源トランス、平
滑チョークコイル、コモンモードチョークコイルなど高
周波で使用されるトランスにおいては、形状の小形化が
望まれているが、この場合、動作磁束密度の増大が必要
となるため、フェライトの鉄損増大は実用上大きな問題
となる。
このため、結晶構造を持たない非結晶磁性合金が、高
透磁率、低保磁力など優れた軟質磁気特性を示すので最
近注目を集め一部実用化されている。これらの非晶質磁
性合金、Fe、Co、Niなどを基本とし、これに非晶質化元
素（メタロイド）としてＰ、Ｃ、Ｂ、Si、Al、Geなどを
包含するものである。
透磁率、低保磁力など優れた軟質磁気特性を示すので最
近注目を集め一部実用化されている。これらの非晶質磁
性合金、Fe、Co、Niなどを基本とし、これに非晶質化元
素（メタロイド）としてＰ、Ｃ、Ｂ、Si、Al、Geなどを
包含するものである。
しかしながら、これを非晶質磁性合金の全てが高周波
領域で鉄損が小さいというわけではない。例えば、Fe基
非晶質合金は、安価であり50〜60Hzの低高周波領域では
ケイ素鋼の約1/4という非常に小さい鉄損を示すが、10
〜50KHzという高周波領域にあっては著しく大きな鉄損
を示し、とてもスイッチングレギュレータ等の高周波領
域での使用に適合するものではない。これを改善するた
めに、Feの一部をNb、Mo、Cr等の非磁性金属で置換する
ことにより低磁歪化し、低鉄損、高透磁率を図っている
が、例えば樹脂モールド時の樹脂の硬化収縮等による磁
気特性の劣化も比較的大きく、高周波領域で用いられる
軟磁性材料としては、十分な特性を得られるに至ってい
ない。
領域で鉄損が小さいというわけではない。例えば、Fe基
非晶質合金は、安価であり50〜60Hzの低高周波領域では
ケイ素鋼の約1/4という非常に小さい鉄損を示すが、10
〜50KHzという高周波領域にあっては著しく大きな鉄損
を示し、とてもスイッチングレギュレータ等の高周波領
域での使用に適合するものではない。これを改善するた
めに、Feの一部をNb、Mo、Cr等の非磁性金属で置換する
ことにより低磁歪化し、低鉄損、高透磁率を図っている
が、例えば樹脂モールド時の樹脂の硬化収縮等による磁
気特性の劣化も比較的大きく、高周波領域で用いられる
軟磁性材料としては、十分な特性を得られるに至ってい
ない。
一方、Co基非晶質合金は、高周波領域で低鉄損、高角
形比が得られるため可飽和リアクトルなどの電子機器用
磁性部品に実用化されているが、コストが比較的高いも
のである。
形比が得られるため可飽和リアクトルなどの電子機器用
磁性部品に実用化されているが、コストが比較的高いも
のである。
（発明が解決しようとする課題） 以上に述べたように、Fe基非晶質合金は安価な軟磁性
材料でありながら磁歪が比較的大きく、Co基非晶質合金
に比べ鉄損、透磁率とも劣っており、高周波領域におけ
る用途には問題があった。一方、Co基非晶質合金は磁気
特性は良好であるものの、素材の値段が高いため工業上
有利ではなかった。
材料でありながら磁歪が比較的大きく、Co基非晶質合金
に比べ鉄損、透磁率とも劣っており、高周波領域におけ
る用途には問題があった。一方、Co基非晶質合金は磁気
特性は良好であるものの、素材の値段が高いため工業上
有利ではなかった。
したがって本発明は、上記問題点に鑑み、高周波領域
において高飽和磁束密度で優れた軟磁気特性を有する軟
磁性合金を提供することを目的とする。
において高飽和磁束密度で優れた軟磁気特性を有する軟
磁性合金を提供することを目的とする。
［発明の概要］ （課題を解決するための手段と作用） 上記目的を達成するために種々の合金について検討を
重ねた結果、一般式、 FeaCubVcMdM′eSifBgM″ｈ M;Co,Niから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ′;Sc,Cr,Mn,Al,Y,希土類元素，白金属元素,Au,Sn,G
a,In,Sbから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ″;C,N,P,Geから選ばれる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｈ＝100（原子％） 0.1≦ｂ≦3.5 ５＜ｃ≦10 ０≦ｄ≦15 ０≦ｅ≦５ ３≦ｇ≦12 ｈ≦５ 17≦ｆ＋ｇ＋ｈ≦30 で表わされ、微細結晶を有し、該微細結晶は合金中に面
積比で50％以上存在し、その中で結晶粒径50〜300Åの
結晶が80％以上存在することを特徴とする合金が高飽和
磁束密度で優れた軟磁気特性を有することを初めて見い
出し、本発明に至ったものである。
重ねた結果、一般式、 FeaCubVcMdM′eSifBgM″ｈ M;Co,Niから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ′;Sc,Cr,Mn,Al,Y,希土類元素，白金属元素,Au,Sn,G
a,In,Sbから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ″;C,N,P,Geから選ばれる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｈ＝100（原子％） 0.1≦ｂ≦3.5 ５＜ｃ≦10 ０≦ｄ≦15 ０≦ｅ≦５ ３≦ｇ≦12 ｈ≦５ 17≦ｆ＋ｇ＋ｈ≦30 で表わされ、微細結晶を有し、該微細結晶は合金中に面
積比で50％以上存在し、その中で結晶粒径50〜300Åの
結晶が80％以上存在することを特徴とする合金が高飽和
磁束密度で優れた軟磁気特性を有することを初めて見い
出し、本発明に至ったものである。
本発明は上記組成を有する合金中に特に微細結晶粒を
有することを特徴とする。
有することを特徴とする。
以上に、本発明合金の組成限定理由および微細結晶粒
の限定理由について説明する。
の限定理由について説明する。
まず、組成限定理由について説明する。
Cuは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄
損、透磁率など軟磁性特性を改善するのに有効な元素で
ある。特にbcc相の低温での早期析出に有効である。こ
の量があまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあま
り多いと磁気特性の劣化を生じる傾向が増加すると共に
脆化により例えば薄帯の製造が困難であるため、その範
囲を0.1〜3.5原子％とした。
損、透磁率など軟磁性特性を改善するのに有効な元素で
ある。特にbcc相の低温での早期析出に有効である。こ
の量があまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあま
り多いと磁気特性の劣化を生じる傾向が増加すると共に
脆化により例えば薄帯の製造が困難であるため、その範
囲を0.1〜3.5原子％とした。
Ｖは結晶粒径の均一化に有効であると共に、磁歪およ
び磁気異方性を低減させ軟磁気特性の改善、温度変化に
対する磁気特性の改善、耐脆化性の向上および切断等の
加工性の向上に有効な元素である。特にbcc相を安定化
させるのに有効であり、Cuとの複合添加によりbcc相を
より広い温度範囲で安定化させることができる。その量
があまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあまり多
いと非結晶質化がなされず、さらに飽和磁束密度が低く
なるため、その量を５原子％より大きく10原子％以下と
した。好ましくは６〜８原子％である。さらにＶは角形
比の改善に有効であり、磁場熱処理を行なわなくとも、
90％以上の角形比を得ることができる。
び磁気異方性を低減させ軟磁気特性の改善、温度変化に
対する磁気特性の改善、耐脆化性の向上および切断等の
加工性の向上に有効な元素である。特にbcc相を安定化
させるのに有効であり、Cuとの複合添加によりbcc相を
より広い温度範囲で安定化させることができる。その量
があまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあまり多
いと非結晶質化がなされず、さらに飽和磁束密度が低く
なるため、その量を５原子％より大きく10原子％以下と
した。好ましくは６〜８原子％である。さらにＶは角形
比の改善に有効であり、磁場熱処理を行なわなくとも、
90％以上の角形比を得ることができる。
Ｍは軟磁気特性の改善に有効な元素であるが、その量
があまり多いと磁気異方性が増大するため、その量を15
原子％以下とした。Ｍの中でも特にNiは耐食性の改善に
も有効な元素であり、Coは飽和磁束密度の改善に有効な
元素である。
があまり多いと磁気異方性が増大するため、その量を15
原子％以下とした。Ｍの中でも特にNiは耐食性の改善に
も有効な元素であり、Coは飽和磁束密度の改善に有効な
元素である。
Ｍ′は軟磁気特性の改善に有効な元素である。しか
し、その量があまり多いと飽和磁束密度が低下するため
その量を５原子％以下とした。この中で特にAlは結晶粒
の微細化、磁気特性の改善およびbcc相の安定、Mnは耐
脆化性の改善に、Cuおよび白金属元素は耐食性、耐摩耗
性の改善に有効な元素である。
し、その量があまり多いと飽和磁束密度が低下するため
その量を５原子％以下とした。この中で特にAlは結晶粒
の微細化、磁気特性の改善およびbcc相の安定、Mnは耐
脆化性の改善に、Cuおよび白金属元素は耐食性、耐摩耗
性の改善に有効な元素である。
SiおよびＢは製造時における合金の非結晶化を促進す
る元素であり、結晶化温度の改善ができ磁気特性向上の
ための熱処理に対して有効である。その中でも特にSiは
微細結晶粒の主成分であるFeに固溶し磁歪、磁気異方性
の低減に効果があるが、その量があまり少ないと軟磁特
性の改善が顕著でなく、逆にその量があまり多いと超急
冷効果が小さく、μｍレベルの比較的粗大な結晶粒が析
出し良好な軟磁気特性は得られない。さらに規格格子を
構成する必須元素であり、この規則格子出現のためには
特に10〜22原子％が好ましい。またＢはあまりその量が
少ないと比較的粗大な結晶粒が析出し良好な特性が得ら
れず、逆にその量があまり多いと熱処理によりＢ化合物
が析出しやすくなり軟磁気特性を劣化させるため、その
量を３〜12原子％とした。なおSiとＢの比（Si/B）が１
以上の場合が特に優れた軟磁気特性を得るのに好まし
い。
る元素であり、結晶化温度の改善ができ磁気特性向上の
ための熱処理に対して有効である。その中でも特にSiは
微細結晶粒の主成分であるFeに固溶し磁歪、磁気異方性
の低減に効果があるが、その量があまり少ないと軟磁特
性の改善が顕著でなく、逆にその量があまり多いと超急
冷効果が小さく、μｍレベルの比較的粗大な結晶粒が析
出し良好な軟磁気特性は得られない。さらに規格格子を
構成する必須元素であり、この規則格子出現のためには
特に10〜22原子％が好ましい。またＢはあまりその量が
少ないと比較的粗大な結晶粒が析出し良好な特性が得ら
れず、逆にその量があまり多いと熱処理によりＢ化合物
が析出しやすくなり軟磁気特性を劣化させるため、その
量を３〜12原子％とした。なおSiとＢの比（Si/B）が１
以上の場合が特に優れた軟磁気特性を得るのに好まし
い。
特に、Si量を12〜20原子％にすることにより磁歪λｓ
〜０が得られ、樹脂モールドによる磁気特性劣化がなく
なり、初期の優れた軟磁気特性が有効になる。
〜０が得られ、樹脂モールドによる磁気特性劣化がなく
なり、初期の優れた軟磁気特性が有効になる。
また、Ｙの非晶質化するのに有効な元素であり、特に
薄帯の厚板化などに有効であるが、あまりその量が多す
ぎると軟磁気特性の劣化をまねくため、その量を５原子
％以下とした。
薄帯の厚板化などに有効であるが、あまりその量が多す
ぎると軟磁気特性の劣化をまねくため、その量を５原子
％以下とした。
特にＮ、Ｃは熱処理条件の拡大に、Geはbcc相の安定
化に有効である。
化に有効である。
上記本発明のFe基軟磁性合金は、例えば液体急冷法に
より非晶質合金薄帯を得た後あるいはアトマイズ法、メ
カニカルアロイング法などにより粉末を得た後、前記非
晶質合金の結晶化温度に対し−50〜150℃までの範囲、
好ましくは−30〜100℃までの範囲の温度で30分〜50時
間、好ましくは0.5時間〜25時間の熱処理を行い、意図
する微細結晶を析出させる方法、あるいは液体急冷法の
急冷速度を制御して微細結晶粒を直接析出させる方法等
により得ることが可能になる。
より非晶質合金薄帯を得た後あるいはアトマイズ法、メ
カニカルアロイング法などにより粉末を得た後、前記非
晶質合金の結晶化温度に対し−50〜150℃までの範囲、
好ましくは−30〜100℃までの範囲の温度で30分〜50時
間、好ましくは0.5時間〜25時間の熱処理を行い、意図
する微細結晶を析出させる方法、あるいは液体急冷法の
急冷速度を制御して微細結晶粒を直接析出させる方法等
により得ることが可能になる。
次に、本発明のFe基軟磁性合金の微細結晶粒について
述べる。
述べる。
本発明の合金中において、あまり微細結晶粒が少ない
と、すなわち非晶質相があまり多いと鉄損が大きく、透
磁率が低く、磁歪が大きく、樹脂モールドによる磁気特
性の劣化が増大するので微細結晶粒は面積比で50％以上
存在することが好ましい。
と、すなわち非晶質相があまり多いと鉄損が大きく、透
磁率が低く、磁歪が大きく、樹脂モールドによる磁気特
性の劣化が増大するので微細結晶粒は面積比で50％以上
存在することが好ましい。
さらに上記微細結晶粒中においても結晶粒径があまり
小さいと、磁気特性の改善が図れず、逆にあまり大きい
と磁気特性の劣化が発生するため、特に上記微細結晶粒
中においても、結晶粒径50〜300Aの結晶が80％以上存在
することが好ましい。
小さいと、磁気特性の改善が図れず、逆にあまり大きい
と磁気特性の劣化が発生するため、特に上記微細結晶粒
中においても、結晶粒径50〜300Aの結晶が80％以上存在
することが好ましい。
本発明のFe基軟磁性合金は高周波での軟磁気特性に優
れているため、例えば、磁気ヘッド、薄膜ヘッド、大電
力用を含む高周波トランス、可飽和リアルトル、コモン
モードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイ
ル、平滑チョークコイル、高電圧パルス用ノイズフィル
タ、平面インダクタ、ダストコア、レーザ電源等に用い
られる磁気スイッチなど高周波で用いられる磁心、電流
センサー、方位センサー、セキュリティセンサー、トル
クセンサー等の各種センサー用の磁性材料等、磁性部品
用の合金として優れた特性を示している。
れているため、例えば、磁気ヘッド、薄膜ヘッド、大電
力用を含む高周波トランス、可飽和リアルトル、コモン
モードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイ
ル、平滑チョークコイル、高電圧パルス用ノイズフィル
タ、平面インダクタ、ダストコア、レーザ電源等に用い
られる磁気スイッチなど高周波で用いられる磁心、電流
センサー、方位センサー、セキュリティセンサー、トル
クセンサー等の各種センサー用の磁性材料等、磁性部品
用の合金として優れた特性を示している。
（実施例） 第１表に示す本発明合金組成（試料１〜11）について
単ロール法によって幅5mm板厚14μｍの非晶質合金薄帯
を得た。得られた薄帯を巻回し、外径18mm、内径12mmの
トロイダル状磁心を得た。得られた磁心をそれぞれの合
金の結晶化温度（昇温速度10℃/minで測定）の80℃上で
120分間の熱処理を行った。
単ロール法によって幅5mm板厚14μｍの非晶質合金薄帯
を得た。得られた薄帯を巻回し、外径18mm、内径12mmの
トロイダル状磁心を得た。得られた磁心をそれぞれの合
金の結晶化温度（昇温速度10℃/minで測定）の80℃上で
120分間の熱処理を行った。
次に、これらの磁心についてＵ関数計、インピーダン
スアナライザを用い、2KG、100KHzでの鉄損Ｐ
2KG/100KHz（mW/cc）と1KHzの初透磁率μ′1KHz（励磁
界5mOe）を測定した。また、BHトレーサーを用いて50KH
zでのBH曲線から角形比Br/B1（％）と保磁力Hc（Oe）を
測定した。その結果を第１表に示す。
スアナライザを用い、2KG、100KHzでの鉄損Ｐ
2KG/100KHz（mW/cc）と1KHzの初透磁率μ′1KHz（励磁
界5mOe）を測定した。また、BHトレーサーを用いて50KH
zでのBH曲線から角形比Br/B1（％）と保磁力Hc（Oe）を
測定した。その結果を第１表に示す。
また比較として本願発明外の合金組成よりなる合金
（試料12,13）についても同様の工程により磁心を作成
し、同様の熱処理を施した後、同様の測定を行った。そ
の結果も併せて第１表に示す。
（試料12,13）についても同様の工程により磁心を作成
し、同様の熱処理を施した後、同様の測定を行った。そ
の結果も併せて第１表に示す。
上記結果より明らかなように、本願発明の合金は高透
磁率、低鉄損でかつ高周波で高角形比、高保磁力を有す
ることができる。
磁率、低鉄損でかつ高周波で高角形比、高保磁力を有す
ることができる。
なお本願発明の合金はＸ線の回析結果から規則析子の
回析線がみられている。
回析線がみられている。
［発明の効果］ 本発明の合金は、所望の合金組成において、微細結晶
粒を設けることにより、高周波領域において高飽和磁束
密度で、優れた軟磁気特性を有するFe基軟磁性合金を提
供することができる。
粒を設けることにより、高周波領域において高飽和磁束
密度で、優れた軟磁気特性を有するFe基軟磁性合金を提
供することができる。
Claims (1)
- 【請求項１】一般式 FeaCubVcMdM′eSifBgM″ｈ M;Co、Niから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ′;Sc、Cr、Mn、Al、Ｙ、希土類元素、白金族元素、A
u、Sn、Ga、In、Sbから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ″;C、Ｎ、Ｐ、Geから選ばれる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＝100（原子％） 0.1≦ｂ≦3.5 ５＜ｃ≦10 ０≦ｄ≦15 ０≦ｅ≦５ ３≦ｇ≦12 ｈ≦５ 17≦ｆ＋ｇ＋ｈ≦30 で表わされ、微細結晶を有し、該微細結晶は合金中に面
積比で50％以上存在し、その中で結晶粒径50〜300Åの
結晶が80％以上存在することを特徴とする高飽和磁束密
度で優れた軟磁気特性を有するFe基軟磁性合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009841A JP2777161B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009841A JP2777161B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02190454A JPH02190454A (ja) | 1990-07-26 |
| JP2777161B2 true JP2777161B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=11731350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009841A Expired - Fee Related JP2777161B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2777161B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63118336A (ja) * | 1987-10-27 | 1988-05-23 | Matsushita Electric Works Ltd | 金属箔張り積層板の製法 |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1009841A patent/JP2777161B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02190454A (ja) | 1990-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |