JP4623400B2

JP4623400B2 - 軟磁性合金薄帯ならびにそれを用いた磁心及び装置

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Publication number: JP4623400B2
Application number: JP2000061441A
Authority: JP
Inventors: 克仁吉沢
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: JP2000328206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁心材料に好適な単ロール法により製造される表面性状に優れた軟磁性合金薄帯、この合金薄帯を使用した高性能な磁心、これを用いた装置および表面性状に優れた軟磁性合金薄帯の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単ロール法により製造されるアモルフアス合金、ナノ結晶合金などの軟磁性合金薄帯は軟磁気特性に優れているために、各種トランス、チョークコイル、可飽和リアクトル、センサーや磁気シールドシートなどの各種磁性部品に使用されている。単ロール法は双ロール法などの方法に比べ量産性に優れるために、現在アモルフアス軟磁性合金薄帯などの製造方法の主流となっている。図１に単ロール装置の概略図の一例を示す。母合金をセラミックスや石英製のノズル中で溶解し、圧力ｐで加圧し合金溶湯をノズル下部のスリットから高速に回転している冷却ロール上に噴出し、超急冷することにより合金薄帯を製造する。
この単ロール法はアモルフアス軟磁性合金薄帯の製造方法に用いられているが、ナノ結晶合金用のアモルフアス合金薄帯を製造する工程にも使用されている。
【０００３】
ナノ結晶軟磁性合金は優れた軟磁気特性を示すため、コモンモードチョークコイル、高周波トランス、パルストランス等の磁心に使用されている。代表的材料としては特公平４−４３９３号公報や特開平１−２４２７５５号公報に記載のＦｅ−Ｃｕ−（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）−Ｓｉ−Ｂ系合金やＦｅ−Ｃｕ−（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）−Ｂ系合金等が知られている。これらのナノ結晶合金は、液相や気相から急冷しアモルフアス合金とした後、これを熱処理により微結晶化することにより製造される。液相から急冷する方法としては単ロール法、双ロール法、遠心急冷法、回転液中紡糸法、アトマイズ法やキヤビテーション法等が知られている。また、気相から急冷する方法としては、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーテイング法等が知られている。ナノ結晶軟磁性合金はこれらの方法により作製したアモルフアス合金を微結晶化したもので結晶粒径は軟磁気特性が良好な合金では５０ｎｍ以下であり、アモルフアス合金にみられるような熱的不安定性がほとんどなく、Ｆｅ系アモルフアス合金と同程度の高い飽和磁束密度と低磁歪で優れた軟磁気特性を示すことが知られている。更にナノ結晶軟磁性合金は経時変化が小さく、温度特性にも優れていることが知られている。ナノ結晶軟磁性合金用のアモルフアス合金を製造する方法としては前述のように種々の製造方法が存在するが、ナノ結晶軟磁性合金用に使用されるアモルフアス合金薄帯も量産性の観点から現在はほとんど単ロール法により製造が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単ロール法により作製される軟磁性合金薄帯は、薄帯製造中にロールと接触し凝固する側に空気巻き込みにより形成されると考えられているエアポケットが形成することが知られている。図２にロールと接触し擬固する側に形成するエアポケットの形状の概略図を示す。このエアポケットは、一般的には薄帯長手方向に伸びた形状をしておりロールと直接接触し凝固した部分よりも窪んでいる。このため、この合金薄帯を磁心に使用する場合には占積率の低下の原因になるため、エアポケットの数をできる限り減少させることが重要である。しかし、多量に広幅の薄帯を製造する量産においてはエアポケットの数を減少させ、エアポケットの面積率を減少させただけでは、小規模の装置で製造した場合に得られるような本来得られるはずの優れた磁気特性が得られないことが分った。サイズの大きいエアポケットの形成を防ぎ、エアポケットのサイズを小さくしなければ、薄帯を製造中にロール温度が上昇するとサイズの大きいエアポケット部が結晶化し磁気特性が劣下する問題があることが分った。更に、これに加えてエアポケットのくぼみの深さと相関がある面粗さＲａも小さくしないと磁気特性が劣下する問題があることが分った。
【０００５】
この影響は、特にナノ結晶軟磁性材料の母材となる広幅のＦｅ−（Ｃｕ，Ａｕ）−Ｍ−Ｓｉ−Ｂ系やＦｅ−（Ｃｕ，Ａｕ）−Ｍ−Ｂ系アモルフアス合金薄帯を多量に製造する場合に顕著となり、高性能のナノ結晶磁心を量産する上で問題が生ずることが分った。また、アモルフアス状態で磁心に使用する場合であっても、特に低周波の磁気特性がエアポケット部の結晶化により劣下する問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明者らは鋭意検討の結果、単ロール法により製造される厚さ５０μｍ以下の軟磁性合金薄帯であって、ロールと接触した面に形成されるエアポケットの幅が３５μｍ以下、エアポケットの長さが１５０μｍ以下、ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ以下である軟磁性合金薄帯が軟磁気特性において良好であることを知見したものであって、ロール接触面のエアポケットと面粗さを同時に抑制したことに特徴がある。この薄帯は合金溶湯をスリットを有するノズルから回転する金属製の冷却ロール上に噴出し、合金溶湯出湯中の冷却ロールとノズル先端との間隔を２０μｍ以上２００μｍ以下、合金溶湯を出湯中の出湯圧力を２７０ｇｆ／ｃｍ^２以上、冷却ロールの周速が２２ｍ／ｓ以上に制御することによって、上記したロールと接触した面に形成されるエアポケットの幅が３５μｍ以下、エアポケットの長さが１５０μｍ以下、ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ以下とした軟磁性合金薄帯を多量に製造できることを見出し、またこの薄帯を使用すれば優れた軟磁気特性を示す磁心及びこれを用いた装置を実現できることを確認し本発明を想到した。
尚、エアポケットは多数形成しており、サイズにもかなり分布があるが、ここで定義するエアポケットの幅はロール接触面の０．４ｍｍ×０．５ｍｍの範囲内において多数形成しているエアポケットの中で最も幅が大きいエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さはロール接触面の０．４ｍｍ×０．５ｍｍの範囲内において多数形成しているエアポケットの中で最も長さが長いエアポケットの長さＬと定義する。ＷおよびＬは図２の模式図に示したように定義される。
またロールと接触した面の中心線平均粗さＲａは、前記軟磁性合金薄帯の幅方向において、ＪＩＳＢ０６０１にて規定されるカットオフ値λｃを０．８ｍｍとし、測定長をカットオフ値の少なくとも５倍として求めた値である。
【０００７】
特に、Ｆｅを６０原子％以上９１原子％以下、Ｂを２原子％以上２５原子％以下、Ｍで表されＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖから選ばれた少なくとも１種の元素を必須元素として含む軟磁性合金薄帯はナノ結晶合金磁心用として優れた特性を示し、本発明の効果が顕著に現れる。
更に、組成式：Ｆｅ_{１００−ｘ−ａ−ｙ−ｚ}Ａ_ｘＭ_ａＳｉ_ｙＢ_ｚ（原子％）で表され、式中ＡはＣｕ，Ａｕから選ばれた少なくとも一種の元素、ＭはＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、ｘ，ｙ，ｚおよびａはそれぞれ０．１≦ｘ≦３、２≦ａ≦１０、０≦ｙ≦２０、２≦ｚ≦２５を満足する組成である軟磁性合金薄帯が、高い透磁率を実現でき本発明の効果がより顕著となる。
【０００８】
ＡはＣｕ，Ａｕから選ばれた少なくとも一種の元素であり、熱処理後に形成する結晶粒を微細化する効果および透磁率を向上させる効果がある。Ａ量ｘが０．１原子％未満もしくは３原子％を越えると熱処理を行った磁心において透磁率の著しい減少が起こり好ましくない。特に好ましいｘの範囲は０．４〜２原子％であり、この範囲で特に軟磁気特性に優れたものが実現できる。ＭおよびＢはアモルフアス形成を促進し、熱処理しナノ結晶軟磁性合金とした後に形成する結晶粒を微細化する効果を有する元素である。Ｍ量ａは１．５〜１０原子％の範囲にある場合にナノ結晶軟磁性合金とした後に特に高透磁率を示し好ましい。Ｓｉ量ｙは２０原子％以下が好ましくこの範囲で高い透磁率が得られる。Ｂ量ｚが２原子％未満もしくは２５原子％を越えると、製造性の低下や軟磁気特性の劣下があり好ましくない。より好ましいＢ量ｚの範囲は４〜１５原子％である。この範囲で高い透磁率が得られる。特に好ましいＢ量ｚの範囲は６〜１０原子％の範囲である。この範囲で特に高い透磁率が得られる。
【０００９】
Ｆｅの一部をＣｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１種の元素で置換しても良く、磁歪や飽和磁束密度の調整あるいは耐食性の改善に効果がある。
Ｂの一部をＡｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｐ，Ｃ，Ｂｅ，Ｎから選ばれた少なくとも１種の元素で置換しても良く、磁歪調整、高周波磁気特性の改善などに効果がある。
Ｍの一部をＭｎ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｙ，白金族元素，Ｃａ，Ｎａ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｌｉ，希土類元素から選ばれた少なくとも１種の元素で置換しても良く、耐食性の改善、薄帯の表面性状の改善、磁気特性の調整等に効果がある。
本発明において、原料や溶解中に混入するＯ，Ｓ等の不可避不純物を含んでも良い。なお、本発明の軟磁性合金薄帯はアモルフアス状態の薄帯だけでなく、熱処理により結晶を形成したいわゆるナノ結晶合金になったものも含む。
【００１０】
前記軟磁性合金薄帯を巻き回し、あるいは積層し磁心形状とし、これを熱処理し、組織の少なくとも一部に平均粒径５０ｎｍ以下の結晶粒を存在させた軟磁性合金薄帯から構成された磁心は透磁率が高いあるいは低損失の高性能な磁心を実現可能であり、磁心の小型化が可能である。また、本発明は軟磁性合金薄帯を使用中すれば磁界中熱処理を行った場合は高角形比あるいは低角形比のＢ−Ｈ曲線を示す磁心が容易に製造可能となる。
磁心を構成する合金薄帯に形成する結晶は、Ｆｅ系の合金薄帯の場合は主にｂｃｃＦｅ相であり、Ｓｉ，Ｂ，Ｇｅ等を固溶している場合もある。また、ＤＯ_３相などの規則相を一部に含むあるいは完全に規則化している場合もある。前記結晶相以外の残部は主にアモルフアス相であるが、実質的に結晶相だけからなる合金薄帯からなる磁心も本発明に含まれる。また、ｂｃｃ相以外にｆｃｃ構造のＣｕやＡｕを主成分とする結晶粒が存在する合金薄帯からなる磁心も本発明に含まれる。また、強磁性化合物相は含まない方が望ましいが、比較的低い透磁率が要求されるチョークコイルなどの用途では熱処理後の磁心において一部にＦｅ_２Ｂなどの化合物相を含んでも良い。
【００１１】
合金薄帯あるいは磁心の熱処理は通常アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス中で行なうが大気中等酸素を含む雰囲気で行っても良い。また、必要に応じて熱処理期間の少なくとも一部の期間、合金がほぼ飽和する程度以上の強さの磁界を印加して磁界中熱処理を行い誘導磁気異方性を付与しても良い。合金磁心の形状にも依存するが一般には高角形比とするために薄帯の長手方向（巻磁心の場合は磁心の磁路方向）に磁界を印加する場合は８Ａ／ｍ以上、低角形比とするために薄帯の幅方向（巻磁心の場合は磁心の高さ方向）に印加する場合は８０ｋＡ／ｍ以上の磁界を印加する場合が多い。熱処理は露点が−３０℃以下の不活性ガス雰囲気中で行なうことが望ましく、特に露点が−６０℃以下の不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なうと透磁率もより高くなり、高透磁率が必要とされる用途に対してはより好ましい結果が得られる。熱処理の際の最高到達温度は結晶化温度以上であり、通常４５０℃から６５０℃の範囲である。一定温度に保持する熱処理パターンで熱処理を行う場合は、一定温度での保持時間は通常は量産性の観点から２４時間以下であり、好ましくは４時間以下である。熱処理の際の平均昇温速度は好ましくは０．１℃／ｍｉｎから２００℃／ｍｉｎ、より好ましくは１℃／ｍｉｎから４０℃／ｍｉｎ、平均冷却速度は好ましくは０．１℃／ｍｉｎから３０００℃／ｍｉｎ、より好ましくは１℃／ｍｉｎから１０００℃／ｍｉｎであり、この範囲で特に優れた軟磁気特性が得られる。
【００１２】
また、熱処理は１段ではなく多段の熱処理や複数回の熱処理を行なうこともできる。更には合金薄帯に直流、交流あるいはパルス電流を流して合金を発熱させ熱処理することもできる。また、合金薄帯に張力や圧力を印加しながら熱処理し異方性を付与することにより磁気特性を改良することも可能である。
本発明の軟磁性合金薄帯およびそれを用いた磁心は必要に応じてＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の粉末あるいは膜で合金薄帯表面を覆ったり、化成処理により表面に絶縁層を形成したり、アノード酸化処理により表面に酸化物層を形成し層間絶縁を行っても良い。層間絶縁処理は特に高周波における渦電流の影響を低減し、透磁率や磁心損失を更に改善する効果がある。
【００１３】
また、盗難防止センサー、識別センサーなどの磁気センサーなどにも使用可能である。更に、本発明の磁心は必要に応じて樹脂含浸を行ったり、磁心の周囲のコーティングを行なったり、樹脂含浸後切断してギャップを形成し、インバータ用トランスやチョークコイル用のカットコアを作製することもできる。
前記磁心を使用したトランス、チョークコイル、可飽和リアクトル、センサーなどの磁性部品を少なくとも一部に使用した電源、インバータ、漏電ブレーカ、パソコン、通信機器、などの装置は装置の小型化、効率の向上あるいは低ノイズ化などが可能となる。
【００１４】
前記軟磁性合金薄帯は、１１５０℃〜１４５０℃程度に加熱した合金溶湯をスリットを有するノズルから回転する金属製の冷却ロール上に噴出し、軟磁性合金薄帯を製造するいわゆる単ロール法により製造される。通常のアモルフアス合金薄帯では、１１００℃から１４５０℃程度に合金溶湯を加熱し出湯するが、ナノ結晶軟磁性材料用のアモルフアス合金を作製する場合は１２５０℃から１４００℃程度に合金溶湯を加熱し出湯するのが望ましい。出湯用のノズルのスリットは製造する薄帯の幅×０．３〜０．８ｍｍ程度の形状が好ましい。ノズル材質は石英、シリコンナイトライド、ＢＮ等のセラミックスが用いられる。ロールは量産では水冷され、ＣｕおよびＣｕ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｃｕ−ＣｒなどのＣｕ合金が主に使用される。
この単ロール法において、合金溶湯出湯中の冷却ロールとノズル先端との間隔（ギャップ）が２０μｍ以上２００μｍ以下、出湯圧力を２７０ｇｆ／ｃｍ^２以上、冷却ロールの周速を２２ｍ／ｓ以上とすることにより、製造される薄帯のロールと接触した面に形成されるエアポケットの幅を３５μｍ以下、エアポケットの長さを１５０μｍ以下、ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａを０．５μｍ以下とすることが可能であり、この薄帯で磁心を作製した場合優れた磁気特性を示す磁心が製造可能であることを見出した。特に好ましい出湯圧力は３５０ｇｆ／ｃｍ^２以上４５０ｇｆ／ｃｍ^２以下、特に好ましい冷却ロールの周速は２２ｍ／ｓ以上、４０ｍ／ｓ以下であり、この範囲で特に高い透磁率が得られやすい。必要に応じて製造はＨｅ、Ａｒなどの不活性ガス中で行っても良い。また、製造中にノズル付近にＨｅガス、ＣＯガスやＣＯ_２ガスを流し製造するとより面が改善され好ましい結果が得られる。
【００１５】
特に、軟磁性合金薄帯が組成式：Ｆｅ_{１００−ｘ−ａ−ｙ−ｚ}Ａ_ｘＭ_ａＳｉ_ｙＢ_ｚ（原子％）で表され、式中ＡはＣｕ，Ａｕから選ばれた少なくとも一種の元素、ＭはＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈf，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、ｘ，ｙ，ｚおよびａはそれぞれ０．１≦ｘ≦３、２≦ａ≦１０、０≦ｙ≦２０、２≦ｚ≦２５を満足する組成である場合に本発明の軟磁性合金薄帯の製造方法の効果が顕著となる。
Ｆｅの一部をＣｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１種の元素で置換する、Ｂの一部をＡｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｐ，Ｃ，Ｂｅ，Ｎから選ばれた少なくとも１種の元素で置換する、Ｍの一部をＭｎ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Iｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｙ，白金族元素，Ｃａ，Ｎａ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｌｉ，希土類元素から選ばれた少なくとも１種の元素で置換しても本発明の製造方法の効果は有効である。
【００１６】
幅が１０ｍｍ以上の軟磁性合金薄帯を単ロール法により製造する場合に本発明の製造方法は有効である。１０ｍｍ幅以上の薄帯を多量に製造した場合、本発明の製造条件をはずれるとエアポケット部が大きくなり薄帯製造中に結晶が形成するため影響が顕著に現れ、軟磁気特性が著しく劣下し好ましくない。特に、本発明の製造方法は、ナノ結晶合金に使用されるアモルフアス合金薄帯を製造する場合に効果が顕著である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下本発明を実施例にしたがって説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
原子％でＳｉ１５．６％、Ｂ６．８％、Ｎｂ２．９％、Ｃｕ０．９％、残部実質的にＦｅからなる合金溶湯を図１と同様な単ロール装置を用いセラミックス製のノズルのスリットから外径８００ｍｍのＣｕ−Ｂｅ合金製の冷却ロール上に出湯し、幅１５ｍｍのアモルフアス合金薄帯５０ｋｇを作製した。溶湯の出湯温度は１３００℃、ノズルのスリットは１５ｍｍ×０．６ｍｍ、ノズル先端と冷却ロール間のギャップは８０μｍとし、出湯圧力およびロール周速を変えて、幅１５ｍｍのアモルフアス合金薄帯を作製した。
次にこのアモルフアス合金薄帯の冷却ロールと接触して凝固した面（以下ロール接触面と呼ぶ）側の組織をレーザ顕微鏡で観察し、ロール面に形成したエアポケットのサイズを求めた。エアポケットは薄帯長手方向に伸びた形で凹部を形成しており、視野内に存在するもっとも大きいエアポケットの幅Ｗと長さＬを測定した。更にロール面側のＸ線回折および面粗さ計により中心線平均粗さＲａの測定を行った。
次に得られた薄帯をロール接触面側を外側にし、外径２５ｍｍ内径２０ｍｍに巻き回し巻磁心を作製し、図３に示す熱処理パターンで磁界中熱処理を行った。磁界は巻磁心の高さ方向に印加した。この場合、角形比は磁界中熱処理しない場合に比べ低くなる。熱処理後の磁心を構成している軟磁性合金薄帯は、透過電子顕微鏡による組織観察の結果、組織の７０％程度が粒径１２ｎｍ程度の微細な結晶粒からなることが確認された。
【００１８】
次にこの巻磁心をフェノール樹脂製のコアケースに入れ巻線を施し、直流Ｂ−Ｈループと５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃを測定した。
図４に作製した前記軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、最大のエアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、熱処理後の前記磁心の角形比Ｂｒ／Ｂｓおよび５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃのロール周速依存性を示す。出湯圧力は３５０ｇｆ／ｃｍ^２一定とした。ロール周速を変えた場合、最大のエアポケットの幅Ｗは３５μｍ以下であり、特に大きくなることはない。エアポケットの長さＬはロール周速が２２ｍ／ｓ以上の範囲において１５０μｍ以下であるが、２２ｍ／ｓ未満になると急激に大きくなり１５０μｍを超える。ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａはロール周速が２２ｍ／ｓ以上では０．５μｍ以下となるが、２２ｍ／ｓ未満では急激に大きくなる。ロール接触面のエアポケットの長さが小さくＲａの小さいロール周速が２２ｍ／ｓ以上において角形比Ｂｒ／Ｂｓが２０％以下、５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃが１０００００以上の優れた特性が得られる。これに対して、ロール周速が２２ｍ／ｓ未満ではＬ、Ｒａが大きくかつ、これを用い製造した磁心の角形比Ｂｒ／Ｂｓが低下しにくく、比初透磁率μ_ｉａｃも低下することが分る。
【００１９】
図５に作製した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、最大のエアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、熱処理後の前記磁心の角形比Ｂｒ／Ｂｓおよび５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃの出湯圧力依存性を示す。ロール周速は３０ｍ／ｓ一定とした。出湯圧力を２７０ｇｆ／ｃｍ^２以上の範囲においてロールと接触した面に形成されるエアポケットの幅が３５μｍ以下、ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ以下となり、角形比Ｂｒ／Ｂｓが２０％以下、５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃが１０００００以上の優れた特性が得られる。これに対して、出湯圧力が２７０ｇｆ／ｃｍ^２未満ではＷ、Ｒａが大きくかつ磁心の磁気特性も角形比Ｂｒ／Ｂｓが低下しにくく、比初透磁率μ_ｉａｃも低下することが分る。
以上から、出湯圧力を２７０ｇｆ／ｃｍ^２以上、冷却ロールの周速を２２ｍ／ｓ以上とすることにより、ロールと接触した面に形成されるエアポケットの幅が３５μｍ以下、エアポケットの長さが１５０μｍ以下、ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ以下の軟磁性合金薄帯を実現でき、これを用いた磁心が優れた磁気特性を実現できることが分った。特に、出湯圧力が３５０ｇｆ／ｃｍ^２以上４５０ｇｆ／ｃｍ^２以下、冷却ロールの周速が２２ｍ／ｓ以上、４０ｍ／ｓ以下の範囲において角形比Ｂｒ／Ｂｓが低く、特に高い透磁率が得られ好ましいことが分る。
【００２０】
図６に作製した熱処理前の軟磁性合金薄帯のロール接触面側の組織の例を示す。出湯圧力４００ｇｆ／ｃｍ^２、ロール周速３２ｍ／ｓ本発明の製造条件で作製した軟磁性合金薄帯は、エアポケットの幅および長さが小さくエアポケットのサイズが小さいことが分る。これに対して本発明の製造条件をはずれている出湯圧力２８０ｇｆ／ｃｍ^２、ロール周速２０ｍ／ｓの条件で製造した合金薄帯では長い形状のサイズの大きいエアポケットが多数存在していることが分る。
図７に図６で示した軟磁性合金薄帯のロール接触面側のＸ線回折パターンを示す。本発明の製造条件で作製した本発明軟磁性合金薄帯はハローパターンのみであり結晶ピークが認められないのに対して、本発明外の製造方法で製造した軟磁性合金薄帯はハローパターン以外にｂｃｃＦｅ−Ｓｉ相の（２００）ピークが認められ結晶が一部存在していることが分る。透過電子顕微鏡による断面観察の結果、結晶はロール面側のエアポケット部に存在しており、熱処理後に形成する結晶よりも粒径が大きいことが確認された。このことから、本発明外の軟磁性合金薄帯からなる磁心の磁気特性が劣っている理由の一つは、エアポケット部のサイズが小さい場合に比べて、エアポケット部のサイズがある大きさより大きくなると薄帯製造の際に冷却ロールと直接接触していないこの部分の冷却がより悪くなり、薄帯を製造する際に表面結晶化が起こりやすくなるためであると考えられる。
【００２１】
（実施例２）
表１に示す種々の組成の幅２５ｍｍのアモルフアス合金薄帯を図１に示す単ロール法により本発明の製造方法と本発明以外の製造方法により作製した。一方は本発明の製造方法の出湯圧力４５０ｇｆ／ｃｍ^２、冷却ロールの周速３２ｍ／ｓで製造した場合、もう一方は本発明外の製造方法である出湯圧力３５０ｇｆ／ｃｍ^２、冷却ロールの周速２０ｍ／ｓで作製した。作製した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａを測定した。次に、この合金薄帯を外径５０ｍｍ、内径４５ｍｍに巻き回してトロイダル磁心を作製し、結晶化温度以上の温度に昇温し図８に示すパターンで熱処理を行った。その際、低角形比の特性が要求される用途に適する特性とするために図８に示す期間磁心の高さ方向に４００ｋＡ／ｍの直流磁界を印加した。熱処理後の磁心材の少なくとも一部には粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒が形成していた。次にこの磁心の直流Ｂ−Ｈループと５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃを測定した。表１に作製した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、角形比Ｂｒ／Ｂｓおよび５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃを示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
本発明製造方法で製造した合金薄帯はロール接触面側のエアポケットの長さやＲａが小さく、この薄帯から構成した本発明磁心は角形比Ｂｒ／Ｂｓが小さく、比初透磁率μ_ｉａｃも高く優れている。これに対して、本発明外の製造方法で製造した合金薄帯はロール接触面側のエアポケットサイズやＲａが大きく、この薄帯から作製した磁心は角形比Ｂｒ／Ｂｓが十分小さくならず、比初透磁率μ_ｉａｃも低い傾向があり、本発明磁心の方が低角形比で高い透磁率が得られ優れていることが確認された。
【００２４】
（実施例３）
表２に示す種々の組成のアモルフアス合金薄帯を図１に示す単ロール法により本発明の製造方法と本発明外の製造方法により作製した。一方は本発明の製造方法の出湯圧力４５０ｇｆ／ｃｍ^２、冷却ロールの周速３２ｍ／ｓで製造した場合、もう一方は本発明外の製造方法である出湯圧力２５０ｇｆ／ｃｍ^２、冷却ロールの周速３５ｍ／ｓで作製した。作製した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａを測定した。次に、この合金薄帯を外径５０ｍｍ、内径４５ｍｍに巻き回してトロイダル磁心を作製し、結晶化温度以上の温度に昇温し図９に示すパターンで熱処理を行った。その際、高角形比の特性が要求される可飽和リアクトルなどの用途に適する特性とするために図９に示す期間磁心の磁路方向に最大値が４００Ａ／ｍの５０Ｈｚの交流磁界を印加した。熱処理後の磁心材の少なくとも一部には粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒が形成していた。次にこの磁心の直流Ｂ−Ｈループと周波数１００ｋＨｚ、磁束密度の波高値０．２Ｔにおける単位体積当たりの磁心損失Ｐｃｖを測定した。表２に作製した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、角形比Ｂｒ／Ｂｓおよび周波数１００ｋＨｚ，磁束密度の波高値０．２Ｔにおける単位体積当たりの磁心損失Ｐｃｖを示す。
【００２５】
【表２】

【００２６】
本発明製造方法で製造した合金薄帯はロール接触面側のエアポケットの幅やＲａが小さく、この薄帯から構成した本発明磁心は角形比Ｂｒ／Ｂｓが高く優れている。これに対して、本発明外の製造方法で製造した合金薄帯はロール接触面側のエアポケットサイズやＲａが大きく、この薄帯から作製した磁心は角形比Ｂｒ／Ｂｓが十分高くならず、本発明磁心の方が高角形比が得られ、磁気スイッチ、可飽和リアクトル用磁心として優れていることが確認された。
【００３０】
（実施例５）
表４に示す種々の組成の幅１５ｍｍ、厚さ約１８μｍのアモルファス合金薄帯を図１に示す単ロール法により本発明の製造方法と本発明以外の製造方法により作製した。一方は本発明の製造方法の出湯圧力４５０ｇｆ／ｃｍ^２、冷却ロールの周速３３ｍ／ｓで製造し、もう一方は本発明外の製造方法である出湯圧力４５０ｇｆ／ｃｍ^２、冷却ロールの周速２０ｍ／ｓで作製した。作製した軟磁性合金薄帯の冷却ロールと接触しない方(自由面側)の合金薄帯の表面粗さＲｚ及び合金薄帯の重量より求めた平均板厚Ｔを測定しＲf＝Ｒz／Ｔなるパラメータの値を求めた。一方、冷却ロールと接触した面(ロール接触面側)に形成されるエアポケットの幅Ｗ、長さＬ、及びロールと接触した面の中心線平均粗さＲａを測定した。また、製造時にロール面側のエアポケット部に形成する結晶の有無を調べるためにロール面側のＸ線回折を行った。その結果、表４に示すように本発明の製造方法で作製した本発明合金薄帯はハロ−パターンのみで結晶ピークが認められなかったが、本発明以外の製造方法で作製した合金薄帯は一部にｂｃｃＦｅ-Ｓｉ相と考えられる結晶ピークが観察された。
【００３１】
次に、この合金薄帯を外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍに巻き回し、巻磁心を作製した。次にこの巻磁心を結晶化温度以上に昇温し図８に示すパターンで熱処理を行った。その際、磁心の高さ方向に４００ｋＡ／ｍの直流磁界を印加した。次に熱処理後の試料の５０Ｈｚにおける比初透磁率μ_ｉａｃを測定した。熱処理後の合金薄帯は、透過電子顕微鏡による観察の結果、組織の５０％以上が粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒からなることが確認された。表に作製した軟磁性合金薄帯の凹部の面積占有率、自由面側のＲf＝Ｒz／Ｔ、冷却ロール接触面側のエアポケットの幅Ｗ、長さＬ、中心線平均粗さＲａ、ロール面側のＸ線回折による結晶ピークの有無、熱処理後のμ_ｉａｃを示す。
【００３２】
【表４】

【００３３】
自由面側のＲfの値については本発明範囲内のものと範囲外のものと大差は見られないが、ロール接触面側のエアポケットの幅Ｗ、長さＬ及び中心線平均粗さＲａが本発明範囲内の合金薄帯であれば製造直後の薄帯ロール面側のＸ線回折パターンに結晶ピークが認められない。これに対して、本発明の範囲を外れると結晶ピークが認められ、μ_ｉａｃも低下することが分る。以上のことより薄帯の凹部の面積占有率やＲfが小さくても本発明範囲を外れるとμ_ｉａｃが低下し好ましくないことが分かる。エアポケットの幅Ｗ、長さＬおよびＲａが本発明範囲を外れると、アモルファス合金薄帯製造の際、エアポケット部に粗大な結晶が形成しやすくなり、μ_ｉａｃの低下を招くものと考えられる。
【００３４】
（実施例６）
原子％でＣｕ１．１％、Ｎｂ２．３％、Ｍｏ０．７％、Ｓｉ１５．７％、Ｂ７．１％、残部実質的にＦｅからなる幅２５ｍｍ厚さ１８μｍの本発明アモルフアス合金薄帯を単ロール法により作製した。製造の際の出湯圧力は４００ｇｆ／ｃｍ２、ロール周速は３２ｍ／ｓとした。製造した本発明軟磁性合金薄帯を幅１０ｍｍにスリット後巻き回し、トロイダル磁心とし図３と同様な熱処理を行いナノ結晶粒からなる本発明磁心を作製し、図１１に示す本発明の漏電警報器を構成した。比較のために、同組成のアモルフアス合金薄帯を出湯圧力２５０ｇｆ／ｃｍ^２、ロール周速２０ｍ／ｓで製造し、同様な工程で本発明外の磁心を作製した。表５に本発明軟磁性合金薄帯および比較した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａを示す。
【００３５】
【表５】

【００３６】
本発明軟磁性合金薄帯はエアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａが小さい。構成した漏電警報器で漏電電流に対する試験を行ったところ本発明漏電警報器の方が比較した漏電警報器よりも３０％小さい電流でも動作させることができ、高感度であることが確認された。
【００３７】
（実施例７）
原子％でＣｕ０．８％、Ｎｂ２．８％、Ｗ０．２％、Ｓｉ１３．５％、Ｂ８％、残部実質的にＦｅからなる幅３０ｍｍ、厚さ１７μｍの本発明アモルフアス合金薄帯を単ロール法により作製した。製造の際の出湯圧力は４００ｇｆ／ｃｍ２、ロール周速は３２ｍ／ｓとした。製造した本発明軟磁性合金薄帯を幅２５ｍｍにスリット後巻き回し、トロイダル磁心とし図３と同様な熱処理を行いナノ結晶粒からなる本発明磁心を作製し、図１２に示す構成のインバータ回路のトランスとしてに実装した。比較のために、同組成のアモルフアス合金薄帯を出湯圧力２００ｇｆ／ｃｍ２、ロール周速３０ｍ／ｓで製造し、同様な工程で本発明外の磁心を作製した。インバータトランスを作製し、図１２に示す回路に実装した。表６に本発明軟磁性合金薄帯および比較した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａおよびトランス体積比を示す。
【００３８】
【表６】

【００３９】
トランスの体積比は比較したトランスの体積を１とした。本発明トランスは体積を１５％小さくでき優れていることが確認できた。
【００４０】
（実施例８）
原子％でＣｕ１．１％、Ｎｂ２．５％、Ｍｏ１．５％、Ｓｉ１５．４％、Ｂ６．７％、残部実質的にＦｅからなる幅２５ｍｍの本発明アモルフアス合金薄帯を単ロール法により作製した。製造の際の出湯圧力は４００ｇｆ／ｃｍ^２、ロール周速は３３ｍ／ｓとした。製造した本発明軟磁性合金薄帯を幅５ｍｍにスリット後巻き回し、トロイダル磁心とし図９と同様な熱処理を行いナノ結晶粒からなる本発明磁心を作製し、１００ｋＨｚスイッチング電源の出力電圧の制御に用いる可飽和リアクトルに使用した。比較のために、同組成のアモルフアス合金薄帯を出湯圧力２６０ｇｆ／ｃｍ^２、ロール周速２０ｍ／ｓで製造し、同様な工程で本発明外の可飽和リアクトルを作製し、制御用の可飽和リアクトルを使用したスイッチング電源を作製した。表７に本発明軟磁性合金薄帯および比較した軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、エアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、出力電流が５Ａの時の出力電圧を示す。なお、この電源の可飽和リアクトルを使用している側の定格出力電圧は１２Ｖ、最大出力電流は５Ａである。
【００４１】
【表７】

【００４２】
本発明軟磁性合金薄帯はエアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａが小さい。また、本発明磁心を使用した制御用の可飽和リアクトルでは、制御電圧が低下しにくく制御範囲が広く優れており、高出力電流まで電圧が一定な高性能な電源が実現できることが分った。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、磁心材料に好適な単ロール法により製造される表面性状に優れた軟磁性合金薄帯、およびこの合金薄帯を使用した高性能な磁心、装置および表面性状に優れた軟磁性合金薄帯の製造方法を提供できるためその効果は著しいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軟磁性合金薄帯を製造する単ロール装置の概略を示した図である。
【図２】ロール接触面側に形成するエアポケットの形状の概略図である。
【図３】本発明に係る熱処理パターンを示した図である。
【図４】本発明に係わる軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、最大のエアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、熱処理後の前記磁心の角形比Ｂｒ／Ｂｓおよび５０Ｈｚにおける比初透磁率μｉａｃのロール周速依存性を示した図である。
【図５】本発明に係わる軟磁性合金薄帯のロール接触面側の最大のエアポケットの幅Ｗ、最大のエアポケットの長さＬ、中心線平均粗さＲａ、熱処理後の前記磁心の角形比Ｂｒ／Ｂｓおよび５０Ｈｚにおける比初透磁率μｉａｃの出湯圧力依存性を示した図である。
【図６】本発明に係わる熱処理前の軟磁性合金薄帯のロール接触面側の組織の例を示した図である。
【図７】本発明に係わる軟磁性合金薄帯のロール接触面側のＸ線回折パターンの例を示した図である。
【図８】本発明に係る他の熱処理パターンを示した図である。
【図９】本発明に係る他の熱処理パターンを示した図である。
【図１０】本発明に係る他の熱処理パターンを示した図である。
【図１１】本発明に係る漏電プレーカの回路構成の一例を示した図である。
【図１２】本発明に係るインバータ回路の一例を示した図である。

Claims

単ロール法により製造される組成式：Ｆｅ_{１００−ｘ−ａ−ｙ−ｚ}Ａ_ｘＭ_ａＳｉ_ｙＢ_ｚ（原子％）で表され、式中ＡはＣｕ，Ａｕから選ばれた少なくとも一種の元素、ＭはＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、ｘ，ｙ，ｚおよびａはそれぞれ０．１≦ｘ≦３、２≦ａ≦１０、０≦ｙ≦２０、２≦ｚ≦２５を満足する組成で、組織の少なくとも一部に平均粒径５０ｎｍ以下の結晶粒が存在する軟磁性合金薄帯であって、軟磁性合金薄帯の幅が１５ｍｍ以上で、ロールと接触した面に形成されるエアポケットの幅が３５μｍ以下、エアポケットの長さが１５０μｍ以下、ロールと接触した面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ以下であることを特徴とする軟磁性合金薄帯。
Ｆｅの一部をＣｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１種の元素で置換したことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性合金薄帯。
Ｂの一部をＡｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｐ，Ｃ，Ｂｅ，Ｎから選ばれた少なくとも１種の元素で置換したことを特徴とする請求項１または２に記載の軟磁性合金薄帯。
Ｍの一部をＭｎ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｙ，白金族元素，Ｃａ，Ｎａ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｌｉ，希土類元素から選ばれた少なくとも１種の元素で置換したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の軟磁性合金薄帯。
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性合金薄帯を巻き回す、あるいは積層することにより構成されていることを特徴とする磁心。
請求項５に記載の磁心から構成された磁性部品を少なくとも一部に使用したことを特徴とする装置。