JP4434866B2 - 耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯およびこのアモルファス合金薄帯からなる高耐熱性磁性部品 - Google Patents

Description

本発明は、耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯およびこのアモルファス合金薄帯からなる高耐熱性磁性部品に関するものである。より詳細には、本発明は、磁歪がほぼゼロのアモルファス合金薄帯からなり、高温度環境に付された場合であっても、磁気特性の劣化が抑制されたアモルファス合金薄帯およびこのアモルファス合金薄帯からなる高耐熱性磁性部品に関するものである。

従来から、アモルファス合金は、各種の高周波磁性部品に応用されている。
通常、アモルファス合金は、結晶質の磁性合金と異なって本質的に決まった原子サイトを持たないため、比較的低温で原子移動が起こりやすく、たとえば磁歪がほぼゼロのＣｏ基アモルファス合金では比較的短時間であっても高温に曝されると、大きな誘導磁気異方性が発生して磁気特性が劣化してしまう場合がある。従って、熱安定性化への種々の合金設計、プロセス設計を行った結果、アモルファス合金の高周波磁性部品としての使用温度は、磁気特性の長期安定性を考慮すると、上限は１２０℃となっている。

一方、最近、回路基板上に各種部品を設置する場合、はんだリフロー工程を経ることが増えてきている。この際、各種の構成部品は２５０〜３００℃で数秒〜数十秒という高温の温度条件にさらされることがある。この温度と時間の条件では、特にアモルファス合金場合、前記工程の前後での特性変化が大きいことから、事実上アモルファス合金からなる部品を上記工程に適用することは困難であった。

アモルファス合金の熱によるこの特性劣化の原因は、主として、アモルファス合金における誘導磁気異方性の発生によるものと理解されている。そこで、現在、誘導磁気異方性の発生が抑制された耐熱性が高いアモルファス合金を提供する技術が求められている。

アモルファス合金の磁気異方性を制御する技術としては、磁場熱処理や圧延プロセスなどによる方法や、磁歪の比較的大きなアモルファス合金薄帯の表面にレーザー処理を行い、薄帯長手方向と４５度方向に溝をつける方法（特開平３−２０５５２５号公報）などが知られている。

また、最近、無線タグ、あるいは各種アンテナの小型化、高感度化の観点から、金属磁性体を用いたアンテナが検討され始めており、Ｑ値の熱安定性のいい磁性材料が要求されており、例えば鉛フリーはんだのリフロー工程の前後で特性劣化の少ないアンテナ材が必要となってきている。
特開平３−２０５５２５号公報

本発明は、上記のような技術背景に基づき、高温にさらされても磁気特性の変化が小さい耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯および高耐熱性磁性部品を提供しようとするものである。

本発明によるアモルファス合金は、磁歪がほぼゼロのアモルファス合金薄帯の少なくとも片方の表面に、溝が形成され、この溝によって前記アモルファス合金薄帯の表面に複数の配列した分割表面が形成されていること、を特徴とするものである。

このような本発明によるアモルファス合金は、好ましい態様として、溝の間隔が１０μｍ以上１ｍｍ以下のものを包含する。

このような本発明によるアモルファス合金は、好ましくは態様として、前記分割表面が、縦横比（短辺長さ／長辺長さ）＝０．０１以上０．４以下のものを包含する。

このような本発明によるアモルファス合金は、好ましくは態様として、前記アモルファス合金薄帯が、下記一般式〔Ｉ〕で表されるＣｏ基アモルファス合金からなるものを包含する。
(Ｃｏ_{１-ａ-ｂ-ｃ-ｄ}Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＭｎ_ｃＭ_ｄ)_ｘ(Ｓｉ_1-ｙＢ_ｙ)_{１００−ｘ} 〔Ｉ〕
〔ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の原子を表す。ａは０≦ａ≦０．１、ｂは０≦ｂ≦０．２、ｃは０≦ｃ≦０．１０、ｄは０≦ｄ≦０．１０、ｘは７０≦ｘ≦８３、ｙは０．３≦ｙ≦０．９５である。〕

そして、本発明による高耐熱性磁性部品は、前記の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯からなること、を特徴とするものである。

このような本発明による高耐熱性磁性部品は、好ましくは態様として、前記の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯を巻回してなるものを包含する。

本発明によれば、高温にさらされても磁気特性の変化が小さい耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯および高耐熱性磁性部品が得られる。

本発明におけるアモルファス合金薄帯は、磁歪がほぼゼロで軟磁気特性が優れており、かつＱ値も高いものであって、そして、これらの諸特性が高温に曝された後であっても良好に維持されたものである。

従って、本発明によるアモルファス合金薄帯およびこれからなる磁性部品は、従来適用が困難であった高温度環境下において、安定した磁気特性を維持したまま長期にわたって使用することができる。

そして、従来採用が困難であったはんだリフロー工程を経ることが可能になることから、回路基板上に設置する際に他の電子素子等と同様に取り扱うことが出来るので、回路設計や製造上の制約がなくなりかつ製造の効率化および製造コストの低減化を図ることができる。

＜アモルファス合金薄帯＞
本発明による耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯は、磁歪がほぼゼロのアモルファス合金薄帯の少なくとも片方の表面に、溝が形成され、この溝によって前記アモルファス合金薄帯の表面に複数の配列した分割表面が形成されていること、を特徴とするものである。

ここで、「磁歪がほぼゼロ」とは、磁歪が絶対値で１ｐｐｍ以下、であることをいう。また、「分割表面」とは、溝によって複数に分断されたアモルファス合金薄帯の表面において、その分断されたアモルファス合金薄帯表面上の一つの連続した表面領域を言うものである。

本発明では、上記の通りに磁歪がほぼゼロのアモルファス合金薄帯を使用するが、そのようなアモルファス合金として、例えばＣｏ基合金等を使用することができる。本発明において好ましいものはＣｏ基アモルファス合金薄帯であって、具体的には下記の一般式〔Ｉ〕で表されるＣｏ基アモルファス合金からなるものを特に好ましい例として挙げることができる。
(Ｃｏ_{１-ａ-ｂ-ｃ-ｄ}Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＭｎ_ｃＭ_ｄ)_ｘ(Ｓｉ_1-ｙＢ_ｙ)_{１００−ｘ} 〔Ｉ〕
〔ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の原子を表す。ａは０≦ａ≦０．１、ｂは０≦ｂ≦０．２、ｃは０≦ｃ≦０．１０、ｄは０≦ｄ≦０．１０、ｘは７０≦ｘ≦８３、ｙは０．３≦ｙ≦０．９５である。〕

リフロー工程などを経る等の特にＱ値などの磁気特性において高い耐熱性を得るためには、飽和磁束密度の高い材料を使用することが有利である。本発明では、飽和磁束密度が５ｋＧ以上であればよいが、特に７ｋＧ以上の飽和磁化を持つアモルファス合金で本発明の形態をもつことによる熱的安定性の効果が大きい。なお、Ｑ値は透磁率の実数部（μ’）と虚数部（μ’’）の比によって定義されるものである。

アモルファス合金薄帯の厚さは、例えばこのアモルファス合金薄帯から製造される磁性部品の用途、大きさ、要求性能、規格等に応じて適宜決定することができる。本発明では、アモルファス合金薄帯の厚さ（即ち、アモルファス合金薄帯１枚の厚さ）は、５μｍ以上４０μｍ以下、特に１０μｍ以上３５μｍ以下、が好ましい。

アモルファス合金薄帯の幅も、同様に、ばこのアモルファス合金薄帯から製造される磁性部品の用途、大きさ、要求性能、規格等に応じて適宜決定することができため、特に制限はない。

＜溝の形成＞
本発明による耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯は、前記のアモルファス合金薄帯の少なくとも片方の表面に、溝が形成され、この溝によって前記アモルファス合金薄帯の表面に複数の配列した分割表面が形成されているものである。

高温による磁気特性の変化を抑制して耐熱性の向上を図る観点からは、アモルファス合金薄帯の表面および裏面の両面に溝を形成することが有利であると言える。しかし、そのように薄帯の両面に溝を形成することは、薄帯の片面のみ溝を形成する場合に比べて、製造操作やコスト的に不利である場合が多い。また、本発明によるアモルファス合金薄帯を必要に応じて積層する場合には、各層間の積層強度、あるいは材料の占積率が低下し、片面のみ溝を形成した薄帯に比べて不利となる。

本発明では、アモルファス合金薄帯の片面のみに溝を形成すれば本発明の所定の効果が得られ、かつ実用上十分な耐熱性を有する磁性部品を得ることができることから、通常アモルファス合金薄帯の片面に溝が形成される。

溝の形成方向は任意であって、例えば必要とされる特性あるいは実際に使用される時の励磁方向等を考慮して適宜選択することができる。例えば、図１（ａ）に示されるように、アモルファス合金薄帯１の長手方向に対して直角方向に溝を形成することもでき、図１（ｂ）に示されるように、アモルファス合金薄帯１の長手方向と平行に溝を形成することもでき、また、図１（ｃ）に示されるように、アモルファス合金薄帯１に対して任意の角度を持つように溝を形成することができる。また、図１（ｂ）に示した薄帯を励磁方向と直角方向になるように、打ち抜き、切断して、配置しても良い。

溝は、図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、直線状を基本とするが、用途によっては屈曲していても湾曲していてもよい（図２（ａ）および図２（ｂ））。

溝の間隔（Ｌ）（即ち、ある一つの溝の中心と、この溝に隣接した他の溝の中心との距離）は、１０μｍ以上１ｍｍ以下、特に２０μｍ以上６００μｍ以下が好ましい。溝の間隔（Ｌ）が１０μｍ未満の場合、アモルファス合金薄帯のＱ値が低下してしまい、一方１ｍｍを超えると高温にさらされたときにＱ値が低下しやすくなってしまう。なお、各溝の間隔は全て同一であることが好ましいが、必ずしも常に同一である必要はなく、例えば各溝の間隔（Ｌ_１）と（Ｌ_２）とは異なっていてもよい。

溝の深さは任意であるが、例えばアモルファス合金薄帯の厚さや、溝が形成されたアモルファス合金薄帯の強度、および溝の形成によって実現される耐熱性向上効果等を考慮して適宜決定することができる。一般に、溝の深さは、アモルファス合金薄帯の厚さを１００％とした場合、その５％以上７０％以下、特に１０％以上５０％以下、とすることが好ましい。溝の太さ（即ち、溝の幅）および溝の断面形状は、主として溝の形成方法や使用された加工具等に応じて異なる。溝の太さが過度に大きい場合には、アモルファス合金薄帯の表面積および体積が過度に減少して、アモルファス合金薄帯および磁性部品としての磁気的特性に影響を与える場合がある。アモルファス合金薄帯や磁性部品としての磁気的特性ならびに用途に応じた十分な耐熱性を得るためには、通常、溝の幅は１０μｍ以上３００μｍ以下、特に２０μｍ以上２００μｍ以下、の範囲内が好ましい。

本発明においては、上記にように形成された溝によって、前記アモルファス合金薄帯１の表面（Ｓ）に複数の配列した分割表面（Ｓ_１）、（Ｓ_２）、（Ｓ_３）、（Ｓ_４）等が形成される。ここで、「配列した」とは、複数の分割表面が二次元的に共通した方向性を持って配置していることを意味するものである。例えば、図１（ａ）に示されるアモルファス合金薄帯では、分割表面（Ｓ_１）、（Ｓ_２）、（Ｓ_３）および（Ｓ_４）は、アモルファス合金薄帯１の長手方向に対して直角方向という二次元的に共通した方向性を持って配置されている。

図１（ａ）での分割表面（Ｓ_１）、（Ｓ_２）、（Ｓ_３）、（Ｓ_４）等は、好ましくは縦横比（短辺長さ／長辺長さ）＝０．０１以上０．４以下のものである。

この図１（ａ）に示されるように、複数の配列した分割表面が形成されたアモルファス合金薄帯１は、磁性部品として使用される際、図中の矢印方向と励磁方向とが一致する場合に本発明によるＱ値の高熱安定性効果が最大限に発揮される。これは、形状効果により発生させた磁気異方性によって、磁壁移動による磁化過程がほとんど起こらず、損失が小さいことと、形状効果による磁気異方性が安定であるためと推測される。また、場合によっては励磁方向と溝の方向が０〜９０°の適切な値をとってもよい。

なお、本発明では、各溝の間隔（Ｌ_１）と（Ｌ_２）とは、場合により異なっていてもよいことは前記した通りである。従って、そのようの各溝の間隔が異なる場合には、分割表面（Ｓ_１）と（Ｓ_２）、（Ｓ_３）、（Ｓ_４）等の表面積および縦横比は異なることになる。本発明ではこのような物も好ましい一具体例として包含するが、本発明における更に好ましい具体例は、各溝が実質的に等間隔で形成されて、各分割表面の表面積および縦横比が実質的に同一であるものである。

溝の形成は、任意の方法によって形成することができる。例えば、アモルファス合金薄帯の製造段階で溝を形成させることもできるし、常法に従ってアモルファス合金薄帯を製造し、その後に所定の溝が形成されるような加工を施すこともできる。本発明において好ましい方法は、先ず常法通りにアモルファス合金薄帯を製造し、その後にこのアモルファス合金薄帯をレーザー処理に付して所定の溝を形成させることからなる方法である。レーザーとしては、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザー等を利用することができる。

なお、形成される溝は連続した線が好ましいが、複数の配列した分割表面が形成可能ならば、ドットの集合体であってもよい。この場合は、ドットの大きさがドット間隔よりも大きいことが好ましい。

＜高耐熱性磁性部品＞
本発明による高耐熱性磁性部品は、前記の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯からなることを特徴とするものである。

本発明による高耐熱性磁性部品は、前記の所定の溝が形成されたアモルファス合金薄帯の少なくとも一枚を具備してなる。従って、本発明による高耐熱性磁性部品は、好ましい態様として、例えは、（イ）前記所定の溝が形成されたアモルファス合金薄帯の一枚を具備してなるもの、（ロ）前記所定の溝が形成されたアモルファス合金薄帯を複数積層した積層物を具備してなるもの、（ハ）前記所定の溝が形成されたアモルファス合金薄帯と他の層とが積層された積層物を具備してなるもの、等を包含する。図３は、上記（ロ）のアモルファス合金薄帯を複数積層した積層物を示すものである。

また、本発明による高耐熱性磁性部品は、前記の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯を巻回してなるものであって、好ましい態様として、前記（イ）〜（ハ）のアモルファス合金薄帯（積層物を含む）を巻回してなるものを包含するものである。

＜実施例１〜８、比較例１，２＞
表１に示すＣｏ基アモルファス合金薄帯を、単ロール法で作製した。
各アモルファス合金薄帯は、厚さが２０μｍのものであり、磁歪定数はいずれも絶対値で１ｐｐｍ以下であった。
それぞれの薄帯の表面に、溝を、表１の間隔および幅で、薄帯の長手方向と直角方向に、ＹＡＧレーザーを用いて形成した。

次いで、溝が形成された各薄帯を、１ｍｍ幅にスリットし、長尺薄帯にした後、一定長さ（２０ｍｍ）に切断した。こののち、実施例２〜８については、結晶化温度以下の温度で３０分間、熱処理を行っている。
このようにして得られた薄帯を１０枚重ね合わせてアモルファス合金薄帯の積層体を製造し、１３４ｋＨｚでのＱ値（Ｑ_０値）を測定した。

そして、このアモルファス合金薄帯の積層体を、２７０℃、２０秒の温度条件にさらした後のＱ値（Ｑ_１）を測定した。
前記（Ｑ_０値）と（Ｑ_１値）とから、特性維持度（Ｑ_１値／Ｑ_０値）を求めた。

一方、比較例として、溝の形成を行わない以外は実施例１と同様の方法でアモルファス合金薄帯を作製し、同様な温度条件にさらして、同様に特性維持度（Ｑ_１値／Ｑ_０値）を測定した。

結果は、表１に示される通りである。表１から明らかになるように、本発明の実施例はいずれも高Ｑが得られており、また高温にさらされてもその値の劣化は小さい。

＜実施例９〜１６、比較例３，４＞
表２に示すＣｏ基アモルファス合金を、単ロール法により作製した。
各アモルファス合金薄帯は、厚さが２５μｍのものであり、磁歪定数はいずれも絶対値で１ｐｐｍ以下であった。
それぞれの薄帯の表面に、溝を、表２の間隔および幅で、薄帯の長手方向と直角方向に、ＹＡＧレーザーを用いて形成した。
上記の溝が形成された薄帯を、３ｍｍ幅にスリットした後、外径８ｍｍ、内径６ｍｍのトロイダル状磁心に巻回した。
実施例１０〜１６については結晶化温度以下の温度で３０分間、それぞれ熱処理している。

これらのコア（巻回し物）について２６０℃、３０秒の温度条件に曝す前のＱ値（Ｑ_０値）および曝した後の値（Ｑ_１値）を測定し、実施例１と同様に特性維持度を評価した。

結果は、表２に示される通りである。表２から明らかになるように、本発明の実施例では極めてＱ値の劣化は小さく、高い熱安定性をもつことがわかる。

本発明による耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯の斜視図。 本発明による耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯の斜視図。 本発明による耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯の積層物の斜視図。

符号の説明

１ アモルファス合金薄帯
Ｌ_１、Ｌ_２ 溝の間隔
Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４ 分割表面

Claims (7)

1. 磁歪がほぼゼロのアモルファス合金薄帯の少なくとも片方の表面に、溝の幅が１０μｍ以上３００μｍ以下である溝が、溝の間隔が２０μｍ以上６００μｍ以下で形成され、この溝によって前記アモルファス合金薄帯の表面に複数の配列した分割表面が形成されてなり、この分割表面が縦横比（短辺長さ／長辺長さ）＝０．０１以上０．４以下のものであることを特徴とする、リフロー工程を経ることが可能な耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯。
2. 前記アモルファス合金薄帯の厚さが、５μｍ以上４０μｍ以下である、請求項１に記載の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯。
3. 前記アモルファス合金薄帯の厚さが、１０μｍ以上３５μｍ以下である、請求項１に記載の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯。
4. 溝の幅が、２０μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１に記載の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯。
5. 前記アモルファス合金薄帯が、下記一般式〔Ｉ〕で表されるＣｏ基アモルファス合金からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯。
   (Ｃｏ_{１-ａ-ｂ-ｃ-ｄ}Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＭｎ_ｃＭ_ｄ)_ｘ(Ｓｉ_1-ｙＢ_ｙ)_{１００−ｘ} 〔Ｉ〕
   〔ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の原子を表す。ａは０≦ａ≦０．１、ｂは０≦ｂ≦０．２、ｃは０≦ｃ≦０．１０、ｄは０≦ｄ≦０．１０、ｘは７０≦ｘ≦８３、ｙは０．３≦ｙ≦０．９５である。〕
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯からなることを特徴とする、高耐熱性磁性部品。
7. 前記の耐熱性の優れたアモルファス合金薄帯を巻回してなる、請求項６に記載の高耐熱性磁性部品。

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