JP3357386B2

JP3357386B2 - 軟磁性合金およびその製造方法ならびに磁心

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Application number: JP36032191A
Authority: JP
Inventors: 政雄重田; 朝子梶田
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Filing date: 1991-12-28
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟磁性合金およびその
製造方法と、チョークコイルやトランスなどに用いられ
る磁心とに関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源の出力平滑用の整流平
滑回路やノーマルモードノイズフィルタなどに用いられ
ているチョークコイルの磁心には、バイアス直流磁界に
重畳して交流磁界が印加されるので、このようなチョー
クコイル用の磁心には、Ｂ−Ｈ特性図において不飽和領
域が０〜２５Ｏｅ程度と広いこと、すなわち透磁率が低
くＢ−Ｈループが寝ていることが要求される。透磁率が
高すぎると、印加磁界強度の僅かな変化で磁心が飽和す
るため、チョークコイルとしての性能が得られなくな
る。

【０００３】また、平滑用のチョークコイル等では、負
荷の変動等に対しても安定な直流重畳特性を示し、また
ノーマルモード用チョークコイル等、１次側では、商用
周波数に対して安定な特性を示すため、大電流（高磁
界）でも透磁率が低下せず、０〜２５Ｏｅ程度におい
て、透磁率が一定に近く、恒透磁率性を示すことが必要
である。さらには、チョークコイルを小型化するため
に、磁心材料には高飽和磁束密度が要求され、損失が少
ないことも重要である。

【０００４】チョークコイル用磁心材料に適した高飽和
磁束密度の軟磁性材料として、Ｆｅ基非晶質合金が注目
されている。例えば、特開昭６０−５２５５７号公報に
は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金にＣｕが添加された組成を有す
る低損失非晶質磁性合金が開示されている。この非晶質
磁性合金は、結晶化温度以下で熱処理されることによ
り、鉄損を減少することができるというものである。し
かし、同公報記載の非晶質磁性合金に施されているよう
な真空下での熱処理では、低透磁率を得ることはでき
ず、不飽和領域が狭く、２０Oeではすでに飽和してしま
い、磁心として使用できない。また、磁歪が高いため、
磁心としたときのうなりが問題となる。

【０００５】特開平６４−３９３４７号公報には、非晶
質合金に熱処理を施して微細結晶粒を形成したＦｅ基軟
磁性合金が開示されている。同公報には、特に優れた磁
気特性を示す場合は結晶粒径が５０ｎｍ以下であり、よ
り好ましくは２〜２０ｎｍの平均粒径を有する場合が多
い旨の記載がある。しかし、同公報に開示されている微
細結晶粒を有するＦｅ基軟磁性合金は、チョークコイル
用磁心材料としては透磁率が高すぎ、不飽和領域が狭
く、２０Ｏｅではすでに飽和していまい、不適当であ
る。また、このＦｅ基軟磁性合金はＣｕに加え例えばＮ
ｂなどが必須元素として含有されるが、これらの合計含
有率は４原子％程度となるため、薄帯状の非晶質合金を
製造することが困難である。

【０００６】これらのように透磁率の高い軟磁性合金か
ら構成される磁心の透磁率を低下させるためには、通
常、カットコアとしたり磁心の一部にギャップを形成す
ることなどにより、磁心の径方向に磁路を横断するよう
にギャップを形成し、Ｂ−Ｈループを寝かせる方法が採
られている。例えば、軟磁性薄板を巻回した巻磁心にギ
ャップを設ける場合、樹脂含浸を行なった後、径方向に
切断してカットコアとし、カットコア同士を突き合わせ
て磁心を形成する。

【０００７】しかし、巻磁心を切断する際に、切断面に
おいて薄板が変形して薄板同士が接触するため、使用時
に発熱し、損失が増大するという問題がある。また、樹
脂含浸により巻磁心には応力が発生するため、磁気特性
が劣化し、鉄損も増加するという問題が生じる。また、
ギャップ形成工程が加わるため、生産性が低くなってし
まう。また、磁歪により発生するうなりが、ギャップ部
において増幅されてしまう。

【０００８】ギャップを形成せずに低透磁率の磁心を作
製する方法としては、例えば、特開昭５７−１６９２０
９号公報や特開昭６３−２４０１６号公報などに開示さ
れているように、非晶質合金を部分的に結晶化させる方
法がある。しかし、特開昭６３−２４０１６号公報に記
載されている合金は表面付近だけが結晶化しているた
め、合金に内部応力が生じ、磁気特性が悪化し鉄損が増
大してしまう。また、これらの公報に記載されている合
金組成では、低磁歪が得られず、磁心としたときのうな
りが問題となる。

【０００９】なお、表面に酸化物層を形成することによ
り透磁率を減少させる等の提案もなされているが、この
場合も合金内部に応力が発生するため、保磁力が増大
し、やはり磁気特性の悪化や鉄損増大が生じてしまう。
また、これらでは、低い透磁率が実現しても、Ｂ−Ｈル
ープの原点の透磁率に対し、高磁界（大電流）印加時の
透磁率はそれよりきわめて小さくなってしまい、恒透磁
率性は実現しない。

【００１０】さらに、上記のようなＦｅ基非晶質軟磁性
合金は、重畳してマイナーループを画かせる実用周波数
帯域の１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度において、磁歪にも
とづく直流磁界重畳時に実効透磁率の共振を生じ、安定
した実効透磁率が得られないという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、整流
平滑回路やノーマルモードノイズフィルタ等に用いられ
るチョークコイル用あるいはトランス用の磁心材料とし
て好ましい高飽和磁束密度かつ低透磁率を有し、不飽和
領域が広く、高印加磁界でも透磁率が変化せず、恒透磁
率性を示し、実効透磁率の共振を殆ど生じない軟磁性合
金と、この軟磁性合金の製造方法と、これらの軟磁性合
金を用いた低透磁率、恒透磁率かつ低損失の磁心とを提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（１２）の本発明により達成される。（１）Ｆｅおよびガラス化元素とＣｕとを含有し、下
記式で表わされる原子比組成を有し、結晶相を０．１〜
１００％含み、１００kHz における透磁率が３０００以
下である軟磁性合金。［式］Ｆｅ_100-x-y-z Ｃｕ_x Ｓｉ_y Ｂ_z （ただし、上記式において、０．０１≦ｘ≦３、０≦ｙ≦２０、６≦ｚ≦２２および１８≦ｙ＋ｚ≦３０である。）（２）１４≦ｚ≦２０および１８≦ｙ＋ｚ≦２９であ
る上記（１）の軟磁性合金。（３）ｙ＋ｚ≦２８である上記（２）の軟磁性合金。（４）ｙ＋ｚ≧２２．５である上記（２）または
（３）の軟磁性合金。（５）Ｂ−Ｈループの原点での透磁率をμ₀ 、２５Oe
での透磁率をμ₂₅としたとき、μ₂₅／μ₀ ≧０．７であ
る上記（１）ないし（４）のいずれかの記載の軟磁性合
金。（６）１００kHz における透磁率が１０００以下であ
る上記（１）〜（５）のいずれかの軟磁性合金。（７）前記結晶相の平均結晶粒径が１０００nm以下で
ある上記（１）〜（６）のいずれかの軟磁性合金。（８）合金溶湯を高速急冷した後、非減圧下、３００
〜５２０℃の温度で熱処理し、上記（１）〜（７）のい
ずれかの軟磁性合金を得る軟磁性合金の製造方法。（９）請求項１ないし７のいずれかの軟磁性合金また
は上記（８）の製造方法によって得られた軟磁性合金を
巻回または積層した磁心。（１０）径方向にギャップを有しない上記（９）の磁
心。（１１）チョークコイルまたはトランスに用いられる
上記（９）または（１０）の磁心。（１２）２０Oeの直流バイアス磁界で１０mOe の測定
磁界で、５００kHz の実効透磁率をμ₅₀₀ 、１０〜５０
０kHz の共振に基づく最小透磁率をμ_min としたとき、
（μ₅₀₀ −μ_min ）×１００／μ₅₀₀ が２０％以下であ
る上記（９）ないし（１１）のいずれかの磁心。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【作用】本発明の軟磁性合金は、所定の組成のＣｕを含
有するアモルファス合金を熱処理し、アモルファス相の
一部ないし全部を結晶化することにより製造される。本
発明の軟磁性合金中の結晶相の含有率は０．１〜１００
％、好ましくは１０〜１００％であり、この範囲の結晶
化により付与されたミクロ構造と所定組成によって、整
流平滑回路やノーマルモードノイズフィルタなどのチョ
ークコイル用あるいはトランス用磁心として適当な低透
磁率が得られ、また、恒透磁率性を示し、実用周波数帯
域における透磁率の共振を防止することができる。また
磁歪も低くすることができる。そして、本発明の軟磁性
合金を用いた磁心は、ギャップを設けなくても低透磁率
が得られるので、ギャップ形成による損失がなく、極め
て低損失の低透磁率恒透磁率の磁心が実現する。また、
ギャップを設ける必要がないため、磁気特性の劣化がな
く、生産性も高い。この際、直流磁界重畳によるマイナ
ーループ駆動を行なうので、損失も低い。

【００２８】一般にアモルファス合金を熱処理して結晶
相の含有率を上記範囲内に制御することは極めて困難で
あるが、Ｃｕを含有する合金を比較的低温で適当な時間
熱処理することにより、結晶相の含有率を上記範囲にお
いて精度よく制御することができる。なお、米国特許
４，８１２，１８１号には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂアモルファ
ス合金を４１０℃以上で１０時間以上熱処理して、主に
表面を結晶化して磁化曲線を平坦化する旨が記載されて
いるが、このものでは共振を防止することができず、ま
た、熱処理にも長時間を要する。

【００２９】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。

【００３０】本発明の軟磁性合金は、Ｆｅおよびガラス
化元素とＣｕとを含有し、全体が結晶相であるか、ある
いは結晶相を部分的に含み残部がアモルファス相である
合金である。

【００３１】結晶相の含有率は０．１〜１００％、好ま
しくは１０〜１００％である。結晶相の含有率が０．１
％未満であると、所定の透磁率が得られず不飽和領域の
広さが不十分となり、また、恒透磁率性が低下し、実効
透磁率の共振を防止する効果が不十分となる。

【００３２】なお、本発明における結晶相の含有率は、
Ｘ線回折チャートを解析して下記のようにして求める。
すなわち、本発明の軟磁性合金の原料素材であるアモル
ファス合金のＸ線回折チャートには、アモルファス相の
存在を示すハローが現われている。このハロー高さをＨ
とする。一方、本発明の軟磁性合金は一部または全部が
結晶化している。一部結晶化のものでは、アモルファス
相の存在を示すハロー上に結晶相の存在を示すピークが
重なって現われる。このハローの下端からピークの上端
までの高さをＰ_Ｈとする。また、完全に結晶化させた結
晶質合金では、ハローが消失し、結晶相のピークが現わ
れる。このときには、このピークの高さをＰとし、結晶
相の含有率を１００％とする。一部結晶化した軟磁性合
金の結晶相の含有率は、これらの測定値を用いて（Ｐ_Ｈ−Ｈ）×１００／（Ｐ−Ｈ）［％］で算出される。

【００３３】Ｃｕは、結晶相の含有率を上記範囲内に制
御するために含有される。また、Ｃｕ添加により結晶化
させれば、微細結晶粒が形成されるので、透磁率が低下
すると同時に磁歪も減少する。

【００３４】結晶相の含有率を上記範囲とするために
は、下記式で表わされる原子比組成を選択することが好
ましい。

【００３５】［式］Ｆｅ_{１００−ｘ−ｙ−ｚ}Ｃｕ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚ

【００３６】ただし、上記式において、０．０１≦ｘ≦３、０≦ｙ≦２０、６≦ｚ≦２２および１８≦ｙ＋ｚ≦３０である。この場合、１４≦ｚ≦２０および１８≦ｙ＋ｚ≦２９とすることが好ましい。

【００３７】さらに、ｙ＋ｚ≦２８および／またはｙ＋
ｚ≦２２．５とするとさらに好ましい結果を得る。

【００３８】上記式において、Ｃｕの含有率を表わすｘ
が０．０１未満となると、結晶化の際の熱処理条件の制
御が難しくなり、結晶相の含有率を前記範囲とすること
が困難となる。また、ｘが０．３を超えると、原料素材
であるアモルファス合金を作製する際の急冷工程におい
て、合金を薄帯状とすることが困難となり、寸断された
片状の合金になってしまう。なお、ｘは０．１以上、特
に０．５以上が好ましい。また、ｘは１．５以下が好ま
しい。

【００３９】本発明では、原料合金の溶湯を単ロール法
などの高速急冷法により急冷してアモルファス合金を製
造し、このアモルファス合金に熱処理を施すことにより
結晶相を形成する。ＳｉおよびＢは、合金をアモルファ
ス化するためのガラス化元素であり、Ｓｉの含有量を表
わすｙ、Ｂの含有量を表わすｚおよびｙ＋ｚが上記範囲
内であれば、低保磁力が得られるため鉄損が小さくな
り、また、高い恒透磁率性が得られ、磁歪も低くなる。
また、ｙ、ｚおよびｙ＋ｚが上記範囲を外れると、この
ような特性が得られにくくなる他、合金のアモルファス
化が困難となってくる。

【００４０】ＳｉおよびＢの他、ガラス化元素として
Ｃ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、ＢｅおよびＡｓから
選ばれる元素の１種以上が含有されていてもよい。これ
らのガラス化元素は、ＳｉおよびＢと共にアモルファス
化を助長する作用を示し、また、キュリー温度および磁
歪の調整作用も有する。これらガラス化元素は、Ｓｉと
Ｂの含有量の合計の３０％以下を置換するように含有さ
れることが好ましい。これらのうち特にＣは、耐食性を
向上させ、かつアモルファス化を助長させる元素として
好ましい。

【００４１】上記の各元素を除いた残部がＦｅである
が、必要に応じてＦｅの一部をＣｏおよび／またはＮｉ
で置換してもよい。Ｃｏは飽和磁化を向上させる作用を
有する。Ｎｉは、アモルファス化を容易にし、また、飽
和磁化の調整を容易にする作用を有する。Ｆｅに対する
これらの元素の置換率は、５０％以下、特に２０％以下
とすることが好ましい。

【００４２】なお、本発明の軟磁性合金には、上記各元
素の他に、Ｍｎ、ＶおよびＣｒから選択される１種以上
の元素が添加されていてもよい。Ｍｎ添加は結晶化を助
長し、Ｖ添加は透磁率調整に用いることができ、Ｃｒは
耐食性を向上させる。ただし、添加量が増すと結晶が微
細化して透磁率が高くなってしまうことがあるので、こ
れらの元素の合計添加量は３原子％以下、特に１原子％
以下とすることが好ましい。なお、これらの、あるいは
後述の添加元素が含有される場合でも、上記式における
Ｃｕ、ＳｉおよびＢの含有率範囲に変りはない。

【００４３】また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏおよびＷから選択される元素の１種以上が含有されて
いてもよい。ただし、これらの添加は透磁率を高くして
しまい、またその恒透磁率性を低下させる。また、結晶
相析出のための熱処理温度を高めてしまい、表面酸化さ
れやすくなり、この点でも特性を低下させる。このた
め、これらの元素の合計添加量は０．１原子％未満、特
に０〜０．００８原子％、さらには０〜０．００５原子
％とすることが好ましい。

【００４４】以上に挙げた元素の他、本発明の軟磁性合
金には、Ａ１、白金族元素、Ｓｃ、Ｙ、希土類元素、Ａ
ｕ、Ｚｎ、ＳｎおよびＲｅから選択される１種以上の元
素が含有されていてもよい。これらの元素が含有される
場合、その含有量の合計は、上記式で表わされる組成に
対して１０原子％以下、特に１原子％以下であることが
好ましい。

【００４５】なお、本発明の軟磁性合金には、磁気特性
に悪影響を与えない限り、Ｎ、Ｏ、Ｓ等の不可避的不純
物が含有されていてもよい。

【００４６】本発明の軟磁性合金に含まれる結晶相の平
均結晶粒径は、１０００ｎｍ以下、特に１００ｎｍ以
下、さらには５０ｎｍ以下、そして３０ｎｍ以下である
ことが好ましい。また、０．５ｎｍ以上、特に１ｎｍ以
上が好ましい。結晶粒径が小さすぎると低透磁率や垣透
磁率性が得られず、結晶化が進み、粗大化すると保磁力
が増加してしまう。なお、結晶粒径は透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）により測定することができる。

【００４７】以下、本発明の軟磁性合金の製造方法を説
明する。

【００４８】本発明の軟磁性合金は、単ロール法、双ロ
ール法等の通常の液体急冷法によって製造されたアモル
ファス合金薄帯に、熱処理を施して一部を結晶化するこ
とにより製造される。

【００４９】液体急冷法により製造されるアモルファス
合金薄帯の厚さは、好ましくは５〜１００μｍ、より好
ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは１５〜２５μ
ｍとする。厚さが前記範囲を外れるアモルファス合金薄
帯は、製造が困難である。

【００５０】合金薄帯の熱処理は、空気中、あるいは窒
素、Ａｒ等の雰囲気中で行なうことができる。熱処理の
温度および時間は、熱処理される合金の組成、形状、寸
法などによっても変わるが、熱処理温度は３００〜５２
０℃、特に４００〜５００℃であることが好ましく、熱
処理時間は０．１〜１００時間、特に１．５〜１０時間
であることが好ましい。熱処理温度および熱処理時間が
上記範囲を外れると、所定の結晶化率を得ることが困難
となり、後述するような好ましい透磁率や、その恒透磁
率性や周波数特性、さらには磁歪定数を得られにくくな
ってくる。特に、熱処理温度が高すぎると、結晶化の粗
大化や、表面酸化が生じ、保磁力が高に、熱処理温度が
高すぎると、結晶化の粗大化や、表面酸化が生じ、保磁
力が高くなってしまい軟磁性合金としての使用が不可能
となってくる。本発明では、５２０℃以下の熱処理温度
とすることができるので、表面酸化による特性劣化がな
く、低透磁率で、広い不飽和領域をもち、恒透磁率性
と、良好な周波数特性をもつ合金が提供できる。この場
合、米国特許第４，８１２，１８１号のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ
系と比較して、熱処理時間は半分以下となり、８時間以
下、特に５時間以内とすることができ、量産上もきわめ
て好ましい。

【００５１】なお、この熱処理は、磁場中にて行なわれ
てもよい。

【００５２】以下、本発明の軟磁性合金の好ましい適用
例である本発明の磁心について説明する。

【００５３】本発明の磁心は、通常、チョークコイル用
の巻磁心に適用される。巻磁心は、軟磁性合金の薄帯を
巻回して形成される。

【００５４】巻磁心の形状および寸法に特に制限はな
く、形状は、トロイダル状、レーストラック状等の各種
形状から目的に応じて選択すればよく、また、寸法は、
例えば、外径３〜１０００ｍｍ程度、内径２〜５００ｍ
ｍ程度、高さ１〜１００ｍｍ程度である。

【００５５】結晶相を形成するための熱処理は、合金薄
帯巻回後に行なうことが好ましい。この熱処理は合金薄
帯の歪除去を兼ねているので、巻回後に熱処理すれば歪
除去後に新たな歪が発生することがない。熱処理は、基
本的には不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい
が、上記のとおり熱処理温度が比較的低いので、空気中
等の酸化性雰囲気にても可能である。

【００５６】なお、本発明の軟磁性合金は、巻磁心の
他、積層磁心に適用することもできる。

【００５７】本発明の磁心は、商用周波数〜１ＭＨｚの
周波数帯域で使用され、このうち直流磁界重畳でマイナ
ーループを画かせるときには、通常、１０ｋＨｚ〜１Ｍ
Ｈｚの周波数帯域で使用される。

【００５８】また、本発明の磁心は下記のような磁気特
性が得られるので、特に平滑用、ノーマルモード用等の
チョークコイル用磁心に好適である。

【００５９】バイアス磁界ゼロでの１００ｋＨｚにおけ
る実効透磁率（測定磁界１０ｍＯｅ）としては、３００
０以下、特に１０００以下、さらには５００以下の値が
容易に得られる。なお、実効透磁率は、通常、１０以
上、特に２０以上であることが好ましく、５０〜３００
が最も好適である。重畳の際のバイアス直流磁界の強度
は、一般に０〜１００Ｏｅ、通常は０〜３０Ｏｅであ
る。

【００６０】また、恒透磁率性としては、Ｂ−Ｈループ
の原点の透磁率をμ_ｏ、２５Ｏｅでの透磁率をμ_２５と
したとき、μ_２５／μ_ｏは０．７以上、特に０．８以
上、さらには０．８５以上、そして０．９以上が得られ
る。

【００６１】そして、周波数特性としては、２００ｋＨ
ｚの透磁率に対して、２００ｋＨｚから５００ｋＨｚお
よび１ＭＨｚまでの透磁率は、それぞれ±２５％、特に
±１５％以内、さらには±１０％以内の値を保つ。この
際、このような平坦な周波数特性は、５０Ｈｚ〜５０ｋ
Ｈｚの間でも実現する。

【００６２】また、直流磁界重畳時の周波数特性、特に
共振を含んだ周波数特性について言えば、２０Ｏｅの直
流バイアス磁界、１０ｍＯｅの測定磁界としたとき、５
００ｋＨｚの実効透磁率をμ_５００、１０ｋＨｚ〜５０
０ｋＨｚの共振に基づく最小透磁率をμ_ｍｉｎとしたと
き、（μ_５００−μ_ｍｉｎ）×１００／μ_５００は２０
％以下、特に１５％以下、さらには１０％以下、そして
８％以下にすることができる。

【００６３】なお、角形比（Ｂｒ／Ｂｓ）としては、３
０％以下、特に１０％以下の値を得ることができる。飽
和磁束密度としては、１０〜１８ｋＧ、特に１３〜１６
ｋＧの値が得られる。磁歪定数としては、３５×１０
^−６以下、特に２０×１０^−６以下の値が得られる。そ
して共振は前記のとおりきわめて少ない。

【００６４】本発明の巻磁心は、径方向にギャップを設
けなくても上記のような低透磁率が得られるが、巻線等
を容易にするために必要に応じてギャップを設けてもよ
い。ギャップ付磁心とする場合、磁心をエポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂に含浸後、熱硬化して被覆を形成し、次
いで切断してＵ字、Ｃ字、Ｉ字、Ｌ字状等のカットコア
とし、同一の磁心から作られたカットコア同士、あるい
は異なる磁心から作られたカットコア同士を突き合わせ
て、ギャップ付き磁心を形成する。

【００６５】また、本発明の巻磁心には、必要に応じて
隣り合う薄板の間に樹脂フィルム等の絶縁層が設けられ
てもよい。

【００６６】本発明の巻磁心は、スイッチング電源の出
力平滑用チョークコイルや、ノーマルモードノイズフィ
ルタなどのノイズフィルタ用チョークコイルに好ましく
適用され、また、トランス用磁心にも好適である。トラ
ンス用磁心としては、鉄損が低くて透磁率が１０００〜
３０００程度であることが要求されるが、本発明の軟磁
性合金はこのような要求を容易に満足することができ
る。

【００６７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。

【００６８】［実施例１］下記表１に示される組成を有する合金溶湯を単ロール法
により高速急冷し、アモルファス合金薄帯を作製した。
なお、表１に示す組成において、残部はＦｅである。

【００６９】得られた各アモルファス合金薄帯を巻回
し、内径１４ｍｍ、外径２２ｍｍ、高さ１０ｍｍのトロ
イダル形状の巻回体とした。

【００７０】これらの巻回体にＮ_２ガス雰囲気中にて熱
処理を施し、巻磁心サンプルとした。熱処理条件を表１
に示す。この場合、サンプルＮｏ．１（比較）が米国特
許第４，８１２，１８１号のＦｅ−Ｓｉ−Ｂアモルファ
ス合金に同明細書記載の熱処理を施したサンプル、サン
プルＮｏ．１０３（比較）が特開平６４−３９３４７号
の組成および熱処理のサンプル、サンプルＮｏ．１０４
〜１０７が本発明のサンプル、サンプルＮｏ．１０２
（比較）が熱処理による結晶化が不足したサンプルであ
る。

【００７１】各サンプルについて、２０Ｏｅの直流バイ
アス磁界を印加したときの透磁率の周波数特性（直流重
畳特性）を測定し、透磁率の共振の度合いを評価した。
なお、測定磁界は１０ｍＯｅ、測定周波数範囲は１０ｋ
Ｈｚ〜５００ｋＨｚとし、透磁率の共振は（μ_５００＝μ_ｍｉｎ）×１００／μ_５００［％］により評価した。なお、μ_５００は５００ｋＨｚにおけ
る実効透磁率であり、μ_ｍｉｎは１０ｋＨｚ〜５００ｋ
Ｈｚにおける最小透磁率である。サンプルＮｏ．１０１
および１０４それぞれの透磁率の周波数特性を、図１に
示す。

【００７２】また、各サンプル合金の飽和磁束密度Ｂ
ｓ、また巻磁心の直流バイアス磁界ゼロの１００ｋＨｚ
における実効透磁率μｅ、直流Ｂ−Ｈループでの原点の
実効透磁率（μ_ｏと２５Ｏｅでの実効透磁率μ_２５との
比（恒透磁率性）μ_２５／μ_ｏ（％）、角形比ＳＱを、
表１、表２に示す。

【００７３】また、各サンプル中の結晶相の含有率を、
Ｘ線回折を利用した前述の方法により算出した。結果を
表１に示す。

【００７４】

【表１】

【００７５】なお、図２に、サンプルＮｏ．１０７の合
金の薄帯中央部のＴＥＭ写真、図３に、その拡大ＴＥＭ
写真を示す。また、図４にはサンプルＮｏ．１０１の合
金におけるＴＥＭ写真を示す。これらから、サンプルＮ
ｏ．１０７では、平均粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶が
９８％（表１参照）生成していることがわかる。これに
対し、従来の比較サンプルＮｏ．１０１の合金では、そ
れより粗大な結晶が１０％の含有率（表１参照）で偏析
している。

【００７６】上記表１、図１〜図４に示される結果か
ら、本発明の効果が明らかである。すなわち、Ｃｕを適
量含有させ、適当な熱処理を施すことにより、図２、図
３に示されるような所定の微細結晶相を含むミクロ構造
をもつ低透磁率の軟磁性合金が得られる。そして、この
ような軟磁性合金を巻回した本発明の巻磁心サンプル
は、高飽和磁束密度であり、かつギャップを設けなくて
もチョークコイル用磁心に必要とされる低い透磁率が得
られており、しかも不飽和領域が広く、高磁界でも電磁
率が低下せず、きわめて良好な恒透磁率性を示し、しか
も透磁率の共振が殆どなく、平坦な周波数特性が得られ
ている。一方、結晶相の含有率や組成が本発明を外れる
サンプルでは、表１および図１に示されるように透磁率
の著しい共振が生じている。

【００７７】なお、上記表１に示される各サンプルに、
Ｍｎ、ＶおよびＣｒから選択される１種以上の元素を
０．０１原子％添加した場合でもほぼ同等の特性が得ら
れた。この際、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎでは０．１原子％以上の
添加も許容できるものであったが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷの元素では、添加量が０．１
原子％以上となると、透磁率が増大してしまった。さら
に、本発明のサンプルは熱処理時間も短いことがわか
る。

【００７８】［実施例２］原子比組成がＦｅ_７１Ｃｕ_１．５Ｓｉ_１２Ｂ_１５．５で
ある合金溶湯を単ロール法により高速急冷し、アモルフ
ァス合金薄帯を作製した。このアモルファス合金薄帯を
実施例１と同様に巻回し、Ｎ_２ガス雰囲気中で熱処理を
施した。熱処理時間は９０分間とし、熱処理温度を変え
て複数の巻磁心サンプルを作製した。熱処理温度と１０
０ｋＨｚにおける実効透磁率μｅとの関係を、図５に示
す。なお、比較のために、原子比組成がＦｅ_７８Ｓｉ_９
Ｂ_１３の合金を用い、上記と同様にして熱処理温度とμ
ｅとの関係を調べた。結果をそれぞれ図５中に示す。

【００７９】図５に示される結果から、本発明の軟磁性
合金を製造するための好ましい熱処理温度範囲が明らか
である。なお、６００℃を超える温度で熱処理した場
合、Ｆｅ_７１Ｃｕ_１．５Ｓｉ_１２Ｂ_１５．５合金の保磁
力は、約８０Ｏｅ程度以上にまで増加した。

【００８０】

【発明の効果】本発明の軟磁性合金は、高飽和磁束密度
を有し、また、低透磁率を有し、不飽和領域が広く印加
磁界が高くても透磁率が低下せず、磁界に対し恒透磁率
性を示し、また共振が小さく、透磁率の周波数特性も良
好である。このため、整流平滑回路やノーマルモードノ
イズフィルタのチョークコイル用磁心あるいはトランス
用磁心に適用する場合に、ギャップを設ける必要がな
い。このため、極めて低損失の低透磁率磁心が実現し、
また、高い生産性が得られる。

【００８１】また、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの実用周波数
帯域において直流磁界重畳時に透磁率の共振が殆ど生じ
ないので、設計通りの安定した性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】周波数ｆと実効透磁率μe との関係を表わすグ
ラフである。

【図２】図面代用写真であって、本発明の磁性合金の結
晶構造を示すＴＥＭ写真である。

【図３】図面代用写真であって、図２の拡大ＴＥＭ写真
である。

【図４】図面代用写真であって、比較用の磁性合金の結
晶構造を示すＴＥＭ写真である。

【図５】熱処理温度と実効透磁率μe との関係を表わす
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 45/10 C21D 6/00 H01F 27/24 H01F 1/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅおよびガラス化元素とＣｕとを含有
し、下記式で表わされる原子比組成を有し、結晶相を０．１〜１００％含み、１００kHz における透磁率が３０００以下である軟磁性
合金。［式］Ｆｅ_100-x-y-z Ｃｕ_x Ｓｉ_y Ｂ_z （ただし、上記式において、０．０１≦ｘ≦３、０≦ｙ≦２０、６≦ｚ≦２２および１８≦ｙ＋ｚ≦３０である。）
【請求項２】１４≦ｚ≦２０および１８≦ｙ＋ｚ≦２
９である請求項１の軟磁性合金。
【請求項３】ｙ＋ｚ≦２８である請求項２の軟磁性合
金。
【請求項４】ｙ＋ｚ≧２２．５である請求項２または
３の軟磁性合金。
【請求項５】Ｂ−Ｈループの原点での透磁率をμ₀ 、
２５Oeでの透磁率をμ₂₅としたとき、μ₂₅／μ₀ ≧０．
７である請求項１ないし４のいずれかの記載の軟磁性合
金。
【請求項６】１００kHz における透磁率が１０００以
下である請求項１〜５のいずれかの軟磁性合金。
【請求項７】前記結晶相の平均結晶粒径が１０００nm
以下である請求項１〜６のいずれかの軟磁性合金。
【請求項８】合金溶湯を高速急冷した後、非減圧下、
３００〜５２０℃の温度で熱処理し、請求項１〜７のい
ずれかの軟磁性合金を得る軟磁性合金の製造方法。
【請求項９】請求項１ないし７のいずれかの軟磁性合
金または請求項８の製造方法によって得られた軟磁性合
金を巻回または積層した磁心。
【請求項１０】径方向にギャップを有しない請求項９
の磁心。
【請求項１１】チョークコイルまたはトランスに用い
られる請求項９または１０の磁心。
【請求項１２】２０Oeの直流バイアス磁界で１０mOe
の測定磁界で、５００kHz の実効透磁率をμ₅₀₀ 、１０
〜５００kHz の共振に基づく最小透磁率をμ_min とした
とき、（μ₅₀₀ −μ_min ）×１００／μ₅₀₀ が２０％以
下である請求項９ないし１１のいずれかの磁心。