JP2823203B2 - Ｆｅ基軟磁性合金 - Google Patents
Ｆｅ基軟磁性合金Info
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- JP2823203B2 JP2823203B2 JP63118331A JP11833188A JP2823203B2 JP 2823203 B2 JP2823203 B2 JP 2823203B2 JP 63118331 A JP63118331 A JP 63118331A JP 11833188 A JP11833188 A JP 11833188A JP 2823203 B2 JP2823203 B2 JP 2823203B2
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- magnetic
- soft magnetic
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- 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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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、飽和の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、形状の小型化が
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、飽和の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、形状の小型化が
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ている。これらの非晶質磁性
合金は、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ている。これらの非晶質磁性
合金は、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、これら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レータ等の高周波領域で
の使用に適合するうものではない。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レータ等の高周波領域で
の使用に適合するうものではない。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Fe
基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Fe
基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Fe基合金について種々検討
を重ねた結果、一般式、 Fe100-a-b-c-dMaM′bM′cM′ｄ Ｍ :Cu,Ag,Au,Zn,Sn,Pd,Sb,Biから選ばれる少なくとも
１種以上 Ｍ′：周期律表IV a,V a,VI a,VII a族元素またはCo,
Ni,Alから選ばれる少なくとも１種以上 Ｙ :Si,B,Pから選ばれる少なくとも１種以上 Ｙ′:C,Nから選ばれる少なくとも１種以上 0.01≦ａ≦５ （原子％） 0.1≦ｂ≦10 15≦ｃ≦28 ｄ≦８ 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。
を重ねた結果、一般式、 Fe100-a-b-c-dMaM′bM′cM′ｄ Ｍ :Cu,Ag,Au,Zn,Sn,Pd,Sb,Biから選ばれる少なくとも
１種以上 Ｍ′：周期律表IV a,V a,VI a,VII a族元素またはCo,
Ni,Alから選ばれる少なくとも１種以上 Ｙ :Si,B,Pから選ばれる少なくとも１種以上 Ｙ′:C,Nから選ばれる少なくとも１種以上 0.01≦ａ≦５ （原子％） 0.1≦ｂ≦10 15≦ｃ≦28 ｄ≦８ 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30％以上存在す
ることが好ましく、さらには前記微細結晶中に50〜300
Åの結晶粒が80％以上存在することが好ましい。
ることが好ましく、さらには前記微細結晶中に50〜300
Å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。
Ｍ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
0.01〜５原子％とした。好ましくは0.5〜３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る
が、その量があまり少ないと添加の効果が得られず、逆
にあまり多いと飽和磁束密度が低くなるため、その量を
0.1〜10原子％とした。好ましくは１〜７原子％、さら
に好ましくは1.5〜５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、IV a
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、V a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、VI a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
低減に有効であり、これにより磁歪、軟磁気特性の改
善、等の効果を有している。
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
0.01〜５原子％とした。好ましくは0.5〜３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る
が、その量があまり少ないと添加の効果が得られず、逆
にあまり多いと飽和磁束密度が低くなるため、その量を
0.1〜10原子％とした。好ましくは１〜７原子％、さら
に好ましくは1.5〜５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、IV a
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、V a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、VI a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
低減に有効であり、これにより磁歪、軟磁気特性の改
善、等の効果を有している。
Ｙは製造時における合金の非晶質化に有効な元素であ
り、その量があまり少ないと製造時における超急冷の効
果が得られにくく上記状態が得られず、逆にあまり多す
ぎると飽和磁束密度が低くなり上記状態が得られにくく
なるため、優れた磁気特性が得られなくなるため、その
量を15〜28原子％とした。好ましくは18〜26原子％であ
る。特にSi/Bの比、またはSi/Pの比は１以上が好まし
い。
り、その量があまり少ないと製造時における超急冷の効
果が得られにくく上記状態が得られず、逆にあまり多す
ぎると飽和磁束密度が低くなり上記状態が得られにくく
なるため、優れた磁気特性が得られなくなるため、その
量を15〜28原子％とした。好ましくは18〜26原子％であ
る。特にSi/Bの比、またはSi/Pの比は１以上が好まし
い。
次にＹ′は最適磁気特性を得るための熱処理条件の範
囲を拡大するために有効な元素であり、その量があまり
多いと微細結晶を得るのが困難となるため、その量を８
原子％以下とした。好ましくは６原子％以下、さらに好
ましくは４原子％以下である。
囲を拡大するために有効な元素であり、その量があまり
多いと微細結晶を得るのが困難となるため、その量を８
原子％以下とした。好ましくは６原子％以下、さらに好
ましくは４原子％以下である。
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、前記非晶質合金の結晶化
温度に対し−50〜＋120℃、好ましくは−30〜＋100℃の
温度で１分〜10時間、好ましくは10分〜５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、前記非晶質合金の結晶化
温度に対し−50〜＋120℃、好ましくは−30〜＋100℃の
温度で１分〜10時間、好ましくは10分〜５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
性の劣化が増大するため、合金中の微細結晶粒は面積比
で30％以上存在することが好ましい。より好ましくは40
％以上、さらに好ましくは50％以上が良い。
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ため、合金中の微細結晶粒は面積比
で30％以上存在することが好ましい。より好ましくは40
％以上、さらに好ましくは50％以上が良い。
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、上記微細結晶粒中に
おいても、結晶粒径50〜300Å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50〜300Å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、電源セ
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、電源セ
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） 実施例１ Fe74Cu1.5Nb2.5Si11B10C1なる合金より単ロール法に
より約15μｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この非晶
質合金を巻回し、外径18mm、内径12mm、高さ4.5mmのト
ロイダル状磁心に成形した後、約570℃で約40分間の熱
処理を行った。なお本合金の結晶化温度は520℃（昇温
速度10deg/minで測定）である。
より約15μｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この非晶
質合金を巻回し、外径18mm、内径12mm、高さ4.5mmのト
ロイダル状磁心に成形した後、約570℃で約40分間の熱
処理を行った。なお本合金の結晶化温度は520℃（昇温
速度10deg/minで測定）である。
得られた磁心には合金全体の面積に対し約70％の微細
結晶粒が存在しており、その中で50〜300Åの微細結晶
粒は約90％であった。
結晶粒が存在しており、その中で50〜300Åの微細結晶
粒は約90％であった。
また比較として、熱処理条件を約430℃で約40分間と
し熱処理を行った磁心を製作した。
し熱処理を行った磁心を製作した。
得られた磁心にはTEM観察により微細結晶粒は析出し
ていないことを確認した。
ていないことを確認した。
上記本発明の微細結晶粒が存在する磁心と比較例の微
細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ５個用い、
50KHz、3KGでの熱処理後の鉄損とエポキシコーティング
後の鉄損、磁歪、1KHz2mOeでの透磁率および飽和磁束密
度を測定し、それらの平均値を第１表に示す。
細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ５個用い、
50KHz、3KGでの熱処理後の鉄損とエポキシコーティング
後の鉄損、磁歪、1KHz2mOeでの透磁率および飽和磁束密
度を測定し、それらの平均値を第１表に示す。
上記第１表より明らかなように、本願の合金は、微細
結晶粒を設けることにより、同組成の非晶質合金薄帯よ
りなる磁心に比べ鉄損、特に樹脂モールド後の鉄損が低
く、低歪磁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。
結晶粒を設けることにより、同組成の非晶質合金薄帯よ
りなる磁心に比べ鉄損、特に樹脂モールド後の鉄損が低
く、低歪磁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、上記合金組成よりなる磁心の熱処理温度を種々
変化させた磁心の鉄損をＵ関数計を用いて、50KHz、3KG
について測定し、その結果を第１図に示す。なお比較と
してＣを含まないFe74Cu1.5Nb2.5Si11B11合金について
も同様の磁心を製作し、同様の測定を行い、併せて第１
図に示す。
変化させた磁心の鉄損をＵ関数計を用いて、50KHz、3KG
について測定し、その結果を第１図に示す。なお比較と
してＣを含まないFe74Cu1.5Nb2.5Si11B11合金について
も同様の磁心を製作し、同様の測定を行い、併せて第１
図に示す。
その結果、Ｃを含有することにより本発明の合金は、
低鉄損が得られる熱処理の温度範囲が拡大することは明
らかである。
低鉄損が得られる熱処理の温度範囲が拡大することは明
らかである。
実施例２ Fe74Cu2Mo2Si11B9N2なる合金より単ロール法により約
15μｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この非晶質合金
を巻回し、外径18mm、内径12mm、高さ4.5mmのトロイダ
ル状磁心に成形した後約550℃で約90分間の熱処理を行
った。なお本合金の結晶化温度は昇温速度10deg/mmで約
575℃（上昇温速度10deg/minで測定）である。
15μｍの非晶質合金薄帯を得た。その後この非晶質合金
を巻回し、外径18mm、内径12mm、高さ4.5mmのトロイダ
ル状磁心に成形した後約550℃で約90分間の熱処理を行
った。なお本合金の結晶化温度は昇温速度10deg/mmで約
575℃（上昇温速度10deg/minで測定）である。
得られた磁心には合金全体の面積に対し約85％の微細
結晶粒が存在しており、その中で50〜300Åの微細結晶
粒は約90％であった。
結晶粒が存在しており、その中で50〜300Åの微細結晶
粒は約90％であった。
また比較として、熱処理条件を約450℃で約40分間と
し熱処理を行った磁心を製作した。
し熱処理を行った磁心を製作した。
得られた磁心にはTEM観察により微細結晶粒は析出し
ていないことを確認した。
ていないことを確認した。
上記本発明の微細結晶粒が存在する磁心と比較例の微
細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ５個用い、
100KHz、2KGでの鉄損を測定した以外は実施例１と同様
の測定を行った。その結果を第２表を示す。
細結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ５個用い、
100KHz、2KGでの鉄損を測定した以外は実施例１と同様
の測定を行った。その結果を第２表を示す。
上記第２表より明らかなように、本願の合金は、微細
結晶粒を設けることにより、同組成の非晶質合金薄帯よ
りなる磁心に比べ鉄損、特に樹脂モールド後の鉄損が低
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。
結晶粒を設けることにより、同組成の非晶質合金薄帯よ
りなる磁心に比べ鉄損、特に樹脂モールド後の鉄損が低
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、上記合金組成よりなる磁心の熱処理温度を種々
変化させた磁心の鉄損をＵ関数計を用いて、100KHz、2K
Gについて測定し、その結果を第２図に示す。なお比較
として、Ｎを含まないFe74Cu2Mo3Si9B12についても同様
の磁心を作製し、同様の測定を行い、併せて第２図に示
す。
変化させた磁心の鉄損をＵ関数計を用いて、100KHz、2K
Gについて測定し、その結果を第２図に示す。なお比較
として、Ｎを含まないFe74Cu2Mo3Si9B12についても同様
の磁心を作製し、同様の測定を行い、併せて第２図に示
す。
その結果、Ｎを含有することにより本発明の合金は、
低鉄損が得られる熱処理の温度範囲が拡大することは明
らかである。
低鉄損が得られる熱処理の温度範囲が拡大することは明
らかである。
［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と共に熱処理の温度範囲が広いため
容易に意図するFe基軟磁性材料を製造することができ
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と共に熱処理の温度範囲が広いため
容易に意図するFe基軟磁性材料を製造することができ
る。
第１図および第２図は、本発明合金と比較例合金の熱処
理温度を変化した場合の鉄損の変化を示すグラフであ
る。
理温度を変化した場合の鉄損の変化を示すグラフであ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】Fe100-a-b-c-dMaM′bYcY′ｄ M;Cu,Ag,Au,Zn,Sn,Pd,Sb,Biから選ばれる少なくとも１
種以上 Ｍ′；周期律表IV a、V a、VI a族元素またはMn,Co,Ni,
Alから選ばれる少くなくとも１種以上 Y;Si,B,Pから選ばれる少なくとも１種以上 Ｙ′;C,Nから選ばれる少なくとも１種以上 0.01≦ａ≦５ （原子％） 0.1≦ｂ≦10 15≦ｃ≦28 0.15＜ｄ≦８ 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30％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 (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118331A JP2823203B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
| DE89304925T DE68908768T2 (de) | 1988-05-17 | 1989-05-16 | Weichmagnetische Legierung auf Eisenbasis. |
| EP89304925A EP0342921B1 (en) | 1988-05-17 | 1989-05-16 | Fe-based soft magnetic alloy |
| KR1019890006741A KR930010639B1 (ko) | 1988-05-17 | 1989-05-17 | Fe 기(基) 연자성 합금 |
| US07/713,592 US5225006A (en) | 1988-05-17 | 1991-06-11 | Fe-based soft magnetic alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118331A JP2823203B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Ｆｅ基軟磁性合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290744A JPH01290744A (ja) | 1989-11-22 |
| JP2823203B2 true JP2823203B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=14734016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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