JP2778697B2 - Ｆｅ基軟磁性合金 - Google Patents
Ｆｅ基軟磁性合金Info
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- JP2778697B2 JP2778697B2 JP63143756A JP14375688A JP2778697B2 JP 2778697 B2 JP2778697 B2 JP 2778697B2 JP 63143756 A JP63143756 A JP 63143756A JP 14375688 A JP14375688 A JP 14375688A JP 2778697 B2 JP2778697 B2 JP 2778697B2
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- alloy
- soft magnetic
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
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- H01F1/147—Alloys characterised by their composition
- H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
- H01F1/15308—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni
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- Power Engineering (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
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晶質磁性合金が、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、10〜5
0KHz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、10〜5
0KHz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、 FeaCubMcSidBe M:周期律表IVa,Va,VIa族元素または、Mn,Ni,Co,Alから
選ばれる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100（原子％） 0.01≦ｂ≦3.5 0.01≦ｃ≦15 10≦ｄ≦25 ３≦ｅ≦12 17≦ｄ＋ｅ≦30 で表わされ、微細結晶粒を有する合金が、軟磁性材料と
して優れた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、 FeaCubMcSidBe M:周期律表IVa,Va,VIa族元素または、Mn,Ni,Co,Alから
選ばれる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100（原子％） 0.01≦ｂ≦3.5 0.01≦ｃ≦15 10≦ｄ≦25 ３≦ｅ≦12 17≦ｄ＋ｅ≦30 で表わされ、微細結晶粒を有する合金が、軟磁性材料と
して優れた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。
特に微細結晶粒は、合金中に面積比で25〜90％以上存
在することが好ましく、さらに前記微細結晶中に50〜30
0Aの結晶粒が80％以上存在することが好ましい。
在することが好ましく、さらに前記微細結晶中に50〜30
0Aの結晶粒が80％以上存在することが好ましい。
以下に、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、透磁率など軟磁気特性を改善するのに有効な元素で
あるが、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ために、その範囲を
0.01〜3.5原子％とした。好ましくは、0.1〜３原子％で
あり、さらに好ましくは0.5〜2.5原子％である。
損、透磁率など軟磁気特性を改善するのに有効な元素で
あるが、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ために、その範囲を
0.01〜3.5原子％とした。好ましくは、0.1〜３原子％で
あり、さらに好ましくは0.5〜2.5原子％である。
Ｍ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、および温度
変化に対する磁気特性の改善に有効な元素であり、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0.01〜15原子％とした。好ましく
は１〜12原子％である。ここでＭにおける各添加元素は
上記効果と共にさらにそれぞれ、IVa族元素は最適磁気
特性を得るための熱処理条件の範囲の拡大、Va族元素お
よびMnは耐脆化性の向上および切断等の加工性の向上、
VIa族元素は耐食性の向上および表面性状の向上、Alは
結晶粒の微細化と共に磁気異方性の低減Co,Niは飽和磁
束密度の改善に有効であり、これらにより磁歪、軟磁気
特性の改善、等の効果を有している。
び磁気異方性を低減させ軟磁気特性の改善、および温度
変化に対する磁気特性の改善に有効な元素であり、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0.01〜15原子％とした。好ましく
は１〜12原子％である。ここでＭにおける各添加元素は
上記効果と共にさらにそれぞれ、IVa族元素は最適磁気
特性を得るための熱処理条件の範囲の拡大、Va族元素お
よびMnは耐脆化性の向上および切断等の加工性の向上、
VIa族元素は耐食性の向上および表面性状の向上、Alは
結晶粒の微細化と共に磁気異方性の低減Co,Niは飽和磁
束密度の改善に有効であり、これらにより磁歪、軟磁気
特性の改善、等の効果を有している。
SiおよびＢは製造時における合金の非結晶化または直
接微細結晶を析出するのを助成する元素であり、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
て有効であるが、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有効である。その量
が10原子％未満では軟磁気特性の改善が顕著でなく、25
原子％以上では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。またＢは３原子％未満では比較的粗大な結晶粒が析
出し良好な特性が得られず、12原子％以上では熱処理に
よりＢ化合物が析出しやすくなり、軟磁気特性を劣化さ
せるため好ましくない。なお、Si/B≧１が優れた軟磁気
特性を得るのに好ましい。
接微細結晶を析出するのを助成する元素であり、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
て有効であるが、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有効である。その量
が10原子％未満では軟磁気特性の改善が顕著でなく、25
原子％以上では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。またＢは３原子％未満では比較的粗大な結晶粒が析
出し良好な特性が得られず、12原子％以上では熱処理に
よりＢ化合物が析出しやすくなり、軟磁気特性を劣化さ
せるため好ましくない。なお、Si/B≧１が優れた軟磁気
特性を得るのに好ましい。
特に、Si量を17〜25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。さらにこ
の場合Ｍを8.5％以上にすることにより耐食性が大幅に
改善され実用上好ましい。
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。さらにこ
の場合Ｍを8.5％以上にすることにより耐食性が大幅に
改善され実用上好ましい。
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など
により急冷粉末を得た後、前記非晶質合金の結晶化温度
に対し−50℃までの範囲、好ましくは−30℃までの範囲
の温度で30分〜50時間、好ましくは１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となる。
より非晶質合金薄帯を得た後あるいはアトマイズ法など
により急冷粉末を得た後、前記非晶質合金の結晶化温度
に対し−50℃までの範囲、好ましくは−30℃までの範囲
の温度で30分〜50時間、好ましくは１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となる。
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
性の劣化が増大し、逆にその量があまり多いと特にＢ化
合物の析出の効果が顕著となり磁気特性を劣化させるた
め、合金中の微細結晶粒は面積比で25〜90％存在するこ
とが好ましい。より好ましくは40〜80％である。
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
性の劣化が増大し、逆にその量があまり多いと特にＢ化
合物の析出の効果が顕著となり磁気特性を劣化させるた
め、合金中の微細結晶粒は面積比で25〜90％存在するこ
とが好ましい。より好ましくは40〜80％である。
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、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、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、可飽和リアクトル、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、
高電圧パルス用ノイズフィルタ、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、可飽和リアクトル、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、
高電圧パルス用ノイズフィルタ、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） Fe72Cu1Cr2Si20B5なる合金を単ロール法によって非晶
質化し、幅5mm板厚14μｍの長尺薄帯を得た。その後、
この薄帯を巻回し外径18mm内径12mm高さ4.5mmのトロイ
ダル磁心に成形した後、種々の条件で熱処理を行なうこ
とにより微細結晶粒の析出割合を変化させた。得られた
磁心の合金中の微細結晶粒の割合と鉄損の関係を調べ
た。なお微細結晶粒の析出割合はTEM観察などにより求
めた。
質化し、幅5mm板厚14μｍの長尺薄帯を得た。その後、
この薄帯を巻回し外径18mm内径12mm高さ4.5mmのトロイ
ダル磁心に成形した後、種々の条件で熱処理を行なうこ
とにより微細結晶粒の析出割合を変化させた。得られた
磁心の合金中の微細結晶粒の割合と鉄損の関係を調べ
た。なお微細結晶粒の析出割合はTEM観察などにより求
めた。
第１図にその結果をまとめるが、25〜90％で鉄損（10
0kHz,2kG）大幅に低減していることがわかる。
0kHz,2kG）大幅に低減していることがわかる。
（実施例２） 第１表に示した各合金より単ロール法によって約15μ
ｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この薄帯を巻回し、
外径18mm,内径12mm,高さ4.5mmのトロイダル磁心に成形
した後、各材料の結晶化温度（昇温速度10deg/minで測
定）ので約120分間の熱処理を行い、測定に供した。
ｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この薄帯を巻回し、
外径18mm,内径12mm,高さ4.5mmのトロイダル磁心に成形
した後、各材料の結晶化温度（昇温速度10deg/minで測
定）ので約120分間の熱処理を行い、測定に供した。
また比較として前記巻回後の磁心に各結晶化温度（昇
温速度10deg/minで測定）より約70℃低い温度で約50分
間の熱処理を行った非晶質状態の磁心を作成した。
温速度10deg/minで測定）より約70℃低い温度で約50分
間の熱処理を行った非晶質状態の磁心を作成した。
得られた磁心を構成する薄帯中の微細結晶粒の割合
と、その中での30〜300Aの微細結晶粒の割合をそれぞれ
A,B（％）とし併せて第１表に示す。
と、その中での30〜300Aの微細結晶粒の割合をそれぞれ
A,B（％）とし併せて第１表に示す。
さらに、本発明の微細結晶粒が存在する磁心と比較と
して示した微細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞ
れ５個づつ用い、Ｂ＝2KG,f＝100KHzでの熱処理後の鉄
損と、磁歪、1KHz,2mOeでの透磁率、飽和磁束密度を併
せて第１表に示す。
して示した微細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞ
れ５個づつ用い、Ｂ＝2KG,f＝100KHzでの熱処理後の鉄
損と、磁歪、1KHz,2mOeでの透磁率、飽和磁束密度を併
せて第１表に示す。
また、さらに比較としてパーマロイとセンダストを用
いた磁心についても同様の試験を行った結果も併せて第
１表に示す（試料12,13） 上記第１表より明らかなように、本願発明の合金は、
微細結晶粒を設けることにより同組成の非晶質合金より
なる磁心または他の合金よりなる磁心に比べ、鉄損が低
く、低磁歪で高透磁率であり、高周波において優れた軟
磁気特性を示している。
いた磁心についても同様の試験を行った結果も併せて第
１表に示す（試料12,13） 上記第１表より明らかなように、本願発明の合金は、
微細結晶粒を設けることにより同組成の非晶質合金より
なる磁心または他の合金よりなる磁心に比べ、鉄損が低
く、低磁歪で高透磁率であり、高周波において優れた軟
磁気特性を示している。
また、これらの磁心をエポキシ系樹脂により含浸硬化
を行ったところ、本発明の微細結晶粒を有する磁心の鉄
損の増大はいずれも５％以下であり、良好な磁気特性を
保持しているが、比較として示した合金および非晶質合
金薄帯を用いた磁心の鉄損の増大は３倍程度となり、本
発明との差が一層顕著となった。
を行ったところ、本発明の微細結晶粒を有する磁心の鉄
損の増大はいずれも５％以下であり、良好な磁気特性を
保持しているが、比較として示した合金および非晶質合
金薄帯を用いた磁心の鉄損の増大は３倍程度となり、本
発明との差が一層顕著となった。
［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。
第１図は合金中の微細結晶粒の割合と鉄損の関係を示す
グラフである。
グラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】一般式 FeaCubMcSidBe M:周期律表IVa、Va、VIa族元素または、Mn、Ni、Co、Al
から選ばれる少なくとも１種以上 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝100（原子％） 0.01≦ｂ＜0.1 0.01≦ｃ≦15 10≦ｄ≦25 ３≦ｅ≦12 17≦ｄ＋ｅ≦30 で表わされ、微細結晶粒を有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。 - 【請求項２】微細結晶粒は合金中に面積比で25〜90％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請求項１に記載のFe基軟磁性合
金。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143756A JP2778697B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
| US07/362,134 US5067991A (en) | 1988-06-13 | 1989-06-06 | Fe-based soft magnetic alloy |
| EP89305804A EP0351051B1 (en) | 1988-06-13 | 1989-06-08 | Fe-based soft magnetic alloy |
| DE89305804T DE68911223T2 (de) | 1988-06-13 | 1989-06-08 | Weichmagnetische, auf Eisen basierende Legierung. |
| KR1019890008118A KR920007580B1 (ko) | 1988-06-13 | 1989-06-12 | Fe기 연자성 합금 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143756A JP2778697B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009842A Division JP2760539B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0277555A JPH0277555A (ja) | 1990-03-16 |
| JP2778697B2 true JP2778697B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=15346287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63143756A Expired - Lifetime JP2778697B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5067991A (ja) |
| EP (1) | EP0351051B1 (ja) |
| JP (1) | JP2778697B2 (ja) |
| KR (1) | KR920007580B1 (ja) |
| DE (1) | DE68911223T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0686646B2 (ja) * | 1990-03-05 | 1994-11-02 | 新日本製鐵株式会社 | 軟質磁性合金薄帯 |
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