JP2790277B2 - 極薄アモルフアス合金の製造方法 - Google Patents

極薄アモルフアス合金の製造方法

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JP2790277B2 JP62046900A JP4690087A JP2790277B2 JP 2790277 B2 JP2790277 B2 JP 2790277B2 JP 62046900 A JP62046900 A JP 62046900A JP 4690087 A JP4690087 A JP 4690087A JP 2790277 B2 JP2790277 B2 JP 2790277B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637Accessories therefor
    • B22D11/0697Accessories therefor for casting in a protected atmosphere

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、ノイズフィルター、可飽和リアクトル、
スパイクノイズ低減用超小形インダクタンス素子、零相
変流器、磁気ヘッド等の高周波で高透磁率が要求される
用途に適した極薄アモルファス合金の製造方法に関す
る。 (従来の技術) 電子機器の高性能化に伴い、重要な機能部分として用
いられている磁性部品にも高性能化が必要となってい
る。したがって、これら磁性部品に用いられる磁性材料
にも優れた磁気特性が要求されており、特に零相変流器
等の電流センサ、ノイズフィルターなど多くの磁性部品
に対しては、透磁率の高い材料が有効である。 まずノイズフィルタについて説明する。 電子計算機の周辺機器や一般通信機用の安定化電源と
しては、スイッチング電源が広く用いられている。スイ
ッチング電源では、電源電圧を電源ラインから機器に入
力する際、所定の電源電圧以外に雑音電圧が機器内部に
侵入し、入力されることがある。また、スイッチング周
波数を基本周波数とする高周波ノイズ、あるいは負荷、
例えばパソコンの論理回路から発生するMHz域のノイズ
が問題となる。 これらの伝導ノイズを低減するために、例えば第1図
に示すようなコモンモードチョークコイルがノイズフィ
ルタとして用いられている。第1図において、チョーク
コイル1は往復電流による磁束が相殺されるように磁心
2に一対の巻線3a,3bを施したもので、巻線3a,3b間にコ
ンデンサ4a,4b,4cが接続され、コンデンサ4b,4cの接続
点は接地されている。このフィルタを電源ラインに挿入
した場合、雑音入力電圧に対する雑音出力電圧の大きさ
は磁心の透磁率に関係し、透磁率が大きいほど雑音出力
電圧は小さくなる。さらに低周波領域だけでなく1MHz以
上の高周波領域でも有効に機能する必要があり、このた
めに透磁率の周波数特性も良好であることが必要であ
る。 従来、コモンモードチョークコイルの磁心を構成する
材料としては、フェライトが用いられてきた。しかし、
最近では比較的低周波数域(10〜450kHz)でのノイズ規
制が厳しくなっているのに対し、フェライトは低周波域
での透磁率が小さいため、ノイズを十分に低減すること
ができないという欠点がある。そこで、特に低周波域で
の透磁率が大きく、周波数特性に優れた磁心が要望され
ていた。 また近年、磁気増幅器を組込んだスイッチング電源が
広く用いられている。 この磁気増幅器を構成する主要部は可飽和リアクトル
であり、角形磁化特性に優れた磁心材料が必要とされて
いる。従来、このような磁心材料としてはFe−Ni結晶質
合金からなるセンデルタ(商品名)が使用されてきた。 しかしながら、センデルタは角形磁化特性には優れて
いるものの、20kHz以上の高周波においては保磁力が大
きくなり、うず電流損が増大して発熱し、使用不能とな
る。このため、磁気増幅器を組込んだスイッチング電源
のスイッチング周波数は20kHz以下に限られていた。 一方、近年においては、スイッチング電源の小型化・
軽量化に対する要望とあいまって、スイッチング周波数
をより高周波化することが求められているが、現在のと
ころアモルファス合金を用いて実用的には最高200〜500
kHzに限られており、一層の高周波化に対応した材料が
望まれている。 これに対し一般に金属材料では板厚を薄くすることに
より渦電流損を抑え、高周波特性を改善できることが知
られている。金属材料の中で高周波特性の良好なアモル
ファス合金は、通常液体急冷法により作製されるが、通
常その手段として単ロール法(第2図)が用いられてい
る。ある程度幅がないと実用上問題があり、従来の条件
では2mm幅以上の薄帯では、11〜12μm程度が板厚の限
界であり、このような薄帯はピンホールが比較的多く存
在しており高周波化を含めた実用性の面で問題があっ
た。 (発明が解決しようとする問題点) このように各種磁心用として高透磁率、低鉄損が高周
波(〜MHz域)まで要求され、これらは機器の高効率、
小形軽量化、また磁心の小形化、高性能化などにつなが
る。 この発明は上記磁気特性を満足するように、ピンホー
ル等のない良好な状態で板厚が10μm以下の極薄アモル
ファス合金を得ることができる製造方法を提供すること
を目的とする。 〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段及び作用) この発明はFe基又はCo基合金溶湯をノズルより回転冷
却体の表面に噴出し超急冷することによりアモルファス
磁性合金薄帯を製造するに際し、前記ノズルから噴出さ
れる合金溶湯が回転冷却体に接触する間の雰囲気が60to
rr未満の不活性ガス雰囲気又は0.01torr以下の減圧雰囲
気であることを特徴とする極薄アモルファス合金の製造
方法である。 本発明者らはアモルファス合金の板厚の極薄化に対
し、鋭意研究を重ねた結果、薄帯作製時の雰囲気が重要
であることを見出した。具体的には母合金を入れた石英
ノズルまわりを10-2torr以下に真空排気すること、また
はその後不活性ガスを60torr以下まで置換しCo基アモル
ファス合金の場合はFe基ロール、Fe基アモルファス合金
の場合はFe基ロール、あるいはCu基ロール(真鍮など)
を用いることにより極薄アモルファス合金薄帯を作製す
ることができる。 ここで減圧下あるいは不活性ガス雰囲気をそれぞれ10
-2torr,60torr以下としたのは、特に1.5mm以上の幅広薄
帯を作製する際に薄くて表面性にすぐれピンホールのな
いものが得られるからであり、この範囲外では幅方向に
うねり(凸凹)が生じたり、ピンホールが多かったり、
10μm以下の薄帯が得られなかったりする。なお不活性
ガスは好ましくはHe,ArでありさらにはHeがもっとも好
ましい。 またロール材質はFe基アモルファス極薄薄帯を作製す
る場合にはFe基合金あるいはCu基合金が好ましく、Co基
アモルファス極薄薄帯を作製する場合はFe基合金を用い
ると表面性が良好で板厚の極めて薄いものが得られる。 ここで用いるアモルファス合金は一般式 (Co1-aFea100-bYb Y:Si,B,P,Cから選ばれる1種以上 0≦a≦1 10≦b≦35 で表わされる。Yはアモルファス化に必須であり、10原
子%未満35原子%以上ではアモルファス化し難い。特
に、Fe基アモルファス合金の組成範囲は (Fe1-cMc100-dYd M:Ni,Cr,Mo,Nb,W,Coから選ばれる少なくとも1種以上 Y:Si,B,P,Cから選ばれる少なくとも1種以上 0≦c≦0.5 ただしMとしてNi,Coを除く場合は 0≦c≦0.15 1.5≦d≦30 である。Mは熱安定性向上、磁気特性の改善に有効な元
素であり、Mo,Nb,Cr,Wから選ばれる場合はc>0.15とな
るとキュリー温度が低下しすぎてしまい実用的ではな
く、NiあるいはCoが少なくとも1種選ばれる場合はc>
0.5の時磁気特性の改善が見られなくなる。またY量は1
5at%未満30at%以上では結晶化温度が低くなりすぎま
た合金組成によっては得られた試料に結晶質が混在して
しまう。 また、Co基アモルファス合金は一般式 (Co1-eNe100-fYf N:Ti,V,Cr,Fe,Ni,Cu,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,白金族元素か
ら選ばれる少なくとも1種以上 Y:Si,B,P,Cから選ばれる少なくとも1種以上 0≦e≦0.5 ただしMとしてFe,Coを除く場合は、 0≦e≦0.3 10≦f≦35 で表わされる。Nは熱安定性向上、磁気特性の改善に有
効な元素でありTi,V,Cr,Cu,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,白金族元
素から選ばれる場合はe>0.3ではキュリー温度が低下
し実用的ではない。また、Fe,Niの場合e>0.5では磁気
特性の改善が見られなくなる。またYはアモルファス化
に必須な元素であり10at%未満35at%を越えるとアモル
ファス化し難くなる。さらに、可飽和リアクトルやノイ
ズフィルタ磁気ヘッドなど特に優れた高周波特性を要求
される場合は (Co1-g-hMgMh100-i(Si1-jBj M:Fe,Mnの少なくとも1種 M:Ti,V,Cr,Ni,Cu,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,白金族元素から
選ばれる少なくとも1種 0.03≦g≦0.15 0≦h≦0.10 20≦i≦35 0.2≦j≦1.0 で表わされる。上記組成において磁気特性の熱安定性を
考慮すると好ましくは25≦i≦32,0.3≦j≦0.8であ
る。 また、ノズル先端のスリット形状は第3図におけるa
は得られる薄帯の幅を決めるものであり、2mm以上の適
当な値に設定できる。またbは薄帯の板厚を決める重要
な値であり0.2mm以下が好ましく、さらに0.15mm以下が
極薄薄帯作製に対しては好ましい。 ロール周速は10m/s以上であれば良く、20m/s以上が好
ましい。 射出圧は極薄薄帯を作製するのに0.05kg/cm2以上であ
れば良く、好ましくは0.025kg/cm2以下でありさらに好
ましくは、0.020kg/cm2以下であるが0.001kg/cm2未満で
は溶融金属の射出がしにくい。 上記の様にして、得られたアモルファス磁性合金薄帯
は巻回または積層して磁心の形状に成形し、歪取り熱処
理を行なった後冷却するが、この冷却速度は0.5deg/min
〜水中急冷の範囲であれば良く、好ましくは1〜50deg/
minである。この後さらに熱処理として無磁場中あるい
は磁場中熱処理(薄帯軸方向、幅方向、板厚方向、回転
磁場熱処理)をさらに追加してもよい。これらの熱処理
における雰囲気は特に問わず、N2,Ar等の不活性ガス、
真空中、H2等の還元雰囲気中、大気中等のいずれでも良
い。 (実施例) 以下に本発明の実施例を説明する。 実施例−1 Co70.3Fe4.7Si15B10なる合金組成の調合、溶解を行な
いアモルファス合金作製用母合金とした。用いたノズル
形状は5mm×0.15mmのスリットを有しアモルファス合金
作製にあたりロール材質としてFeを用い単ロール装置を
チャンバー内に入れ5×10-5torrまで予備真空排気後、
Heガスを30torrまで封入した。ロール風速を57m/secと
し、射出ガス圧を0.02kg/cm2として、溶融金属を超急冷
したところ表面性の良好な板厚8.4μm、幅4.8mmの長尺
極薄アモルファス合金薄帯を得た。 同様の手段により真空排気状態で(5×10-5torr)で
アモルファス合金を作製しても同様のピンホールのない
長尺極薄薄帯が得られた。 比較として、He雰囲気を90torrとして同一条件で作製
したところ長手方向に部分的に裂けた薄帯が得られ実用
に供し難い。 またさらに比較として大気中で同一作製条件により薄
帯作製を試みたが、ピンホールが極めて多い薄帯が得ら
れこれも実用には供し難い。 なお、本発明の製造方法により作製した上記極薄アモ
ルファス合金を巻回した後最適熱処理を施し、初透磁率
の周波数特性および高周波鉄損を測定した。第4図に
は、励磁界2mOeでの透磁率の周波数特性を示す。比較と
して同一組成の板厚15μmのアモルファス合金の結果も
示してある。同図より明らかなように透磁率は100kHz以
上で板厚の効果が顕著であり、本発明の製造方法による
8.4μmのアモルファス合金は比較例に比べ1MHz,10MHz
でそれだれ2.5倍高くなっている。 また、鉄損は1MHzにおいて0.1(T)の励磁振幅条件
で板厚15.0μm材に比べ約半減している。また幅1mm以
下の薄帯に比べ幅2mm以上の薄帯は低鉄損となっており
たとえば200kHzでは約20%低減できる。 さらに角形比は500kHz以上でほぼ100(%)となって
おり可飽和リアクトルなどに有効である。 実施例2 (Fe0.95Nb0.05)83Si5B12なる組成のアモルファス合
金を実施例1と同一の単ロール装置を用いて作製した。
作製条件としては、ノズル形状8mm×0.15mmの雰囲気は
5×10-5torrまで予備真空排気後、Heガスを50torrまで
封入、ロール材質は鉄、ロール周速65m/s、射出ガス圧
0.02kg/cm2である。得られた薄帯は板厚7.8μm、幅7.8
mmの長尺状であり表面性が極めて良好でピンホールのな
いものであった。 なおロール材質を銅に変えても同様の極薄薄帯が得ら
れた。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、極めて板厚の薄
いアモルファス磁性合金が溶融状態から直接得られ、こ
のアモルファス磁性合金を用いることにより磁気特性の
高周波特性にすぐれた磁心が得られ、可飽和リアクト
ル、半導体回路用リアクトルなど各種リアクトル、ノイ
ズフィルタ(コモンモード用、ノーマルモード用、高電
圧パルス用)、メイントランス磁気ヘッドなど高周波で
用いられる磁心あるいはセンサー(電流方位、圧力な
ど)に好適である。
【図面の簡単な説明】 第1図は回路図、第2図は装置概略図、第3図はスリッ
ト平面図、第4図は特性曲線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−76431(JP,A) 特開 昭54−93500(JP,A) 特開 昭57−11752(JP,A) 特公 昭59−11164(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/06 360

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.Fe基又はCo基合金溶湯をノズルより回転冷却体の表
    面に噴出し超急冷することによりアモルファス磁性合金
    薄帯を製造するに際し、前記ノズルから噴出される合金
    溶湯が回転冷却体に接触する間の雰囲気が60torr未満の
    不活性ガス雰囲気又は0.01torr以下の減圧雰囲気である
    ことを特徴とする極薄アモルファス合金の製造方法。 2.前記回転冷却体はFe基合金からなることを特徴とす
    る特許請求の第1項記載の極薄アモルファス合金の製造
    方法。 3.前記不活性ガスはAr,Heの少なくとも一種であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の極薄アモル
    ファス合金の製造方法。 4.板厚が10μm以下であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の極薄アモルファス合金の製造方法。 5.前記ノズルの形状はほぼ長方形であり短辺の長さが
    0.2mm以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の極薄アモルファス合金の製造方法。
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