JP6631658B2 - 軟磁性合金および磁性部品 - Google Patents

Description

本発明は、軟磁性合金および磁性部品に関する。

近年、電子・情報・通信機器等において低消費電力化および高効率化が求められている。そして、低消費電力化および高効率化の実現のために、良好な軟磁気特性（低い保磁力および高い飽和磁束密度）を有する軟磁性合金が求められている。

また、一般的に軟磁性合金を作製する際には原料金属を溶融させた溶融金属を用いる。このときの溶融金属の温度を低くすることで製造コストの削減が可能となる。製造プロセスに用いられる耐火物等の資材の寿命が長くなり、また、用いられる耐火物自体も、より安価なものを用いることができるようになるためである。

特許文献１には、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｂ，ＣおよびＰを含有する鉄系非晶質合金等の発明が記載されている。

特開２００２−２８５３０５号公報

本発明は、溶融金属の温度が従来よりも低くても作製可能であり、良好な軟磁気特性を有する軟磁性合金等を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る軟磁性合金は、
組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））}Ｍ_ａＴｉ_ｂＢ_ｃＰ_ｄＳｉ_ｅＳ_ｆＣ_ｇで表される組成を有する軟磁性合金であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶから選択される１種以上であり、
０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０
０．００１≦ｂ≦０．１４０
０．０２０＜ｃ≦０．２００
０．０１０≦ｄ≦０．１５０
０≦ｅ≦０．０６０
ａ≧０
ｆ≧０
ｇ≧０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＜１
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
初期微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有することを特徴とする。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金は、溶融金属の温度が従来よりも低くても作製可能である。また、熱処理により低い保磁力および高い飽和磁束密度を同時に有する軟磁性合金としやすい。

前記初期微結晶の平均粒径が０．３〜１０ｎｍであってもよい。

本発明の第２の観点に係る軟磁性合金は、
組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））}Ｍ_ａＴｉ_ｂＢ_ｃＰ_ｄＳｉ_ｅＳ_ｆＣ_ｇで表される組成を有する軟磁性合金であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶから選択される１種以上であり、
０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０
０．００１≦ｂ≦０．１４０
０．０２０＜ｃ≦０．２００
０．０１０≦ｄ≦０．１５０
０≦ｅ≦０．０６０
ａ≧０
ｆ≧０
ｇ≧０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＜１
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
Ｆｅ基ナノ結晶からなる構造を有することを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る軟磁性合金は、溶融金属の温度が従来よりも低くても作製可能である。また、低い保磁力および高い飽和磁束密度を同時に有する。

前記Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が５〜３０ｎｍであってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、０≦ｆ≦０．０２０および０≦ｇ≦０．０５０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、０．７３０≦１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）≦０．９５０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、０≦α｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）｝≦０．４０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、α＝０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、０≦β｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）｝≦０．０３０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、β＝０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、α＝β＝０であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、薄帯形状であってもよい。

本発明の第１の観点に係る軟磁性合金および第２の観点に係る軟磁性合金は、粉末形状であってもよい。

本発明に係る磁性部品は上記の軟磁性合金からなる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る軟磁性合金は、組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））}Ｍ_ａＴｉ_ｂＢ_ｃＰ_ｄＳｉ_ｅＳ_ｆＣ_ｇで表される組成を有する軟磁性合金であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶから選択される１種以上であり、
０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０
０．００１≦ｂ≦０．１４０
０．０２０＜ｃ≦０．２００
０．０１０≦ｄ≦０．１５０
０≦ｅ≦０．０６０
ａ≧０
ｆ≧０
ｇ≧０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＜１
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
初期微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有する。

上記の原子数比で表した組成を有する軟磁性合金は、非晶質からなり、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶からなる結晶相を含まない軟磁性合金としやすい。そして、第１実施形態に係る軟磁性合金は、初期微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有する。なお、初期微結晶とは、粒径が１５ｎｍ以下（好ましくは０．３〜１０ｎｍ）である微結晶のことである。また、ナノヘテロ構造とは、前記初期微結晶が前記非晶質中に存在する構造のことである。

本実施形態に係る軟磁性合金がナノヘテロ構造を有することにより、後述する熱処理時にＦｅ基ナノ結晶を析出させやすくなる。そして、Ｆｅ基ナノ結晶を含む軟磁性合金（後述する第２実施形態に係る軟磁性合金）は良好な磁気特性を有しやすい。

言いかえれば、上記の組成を有する軟磁性合金は、Ｆｅ基ナノ結晶を析出させた軟磁性合金（後述する第２実施形態に係る軟磁性合金）の出発原料としやすい。

以下、本実施形態に係る軟磁性合金の各成分について詳細に説明する。なお、以下に記載する保磁力および飽和磁束密度は、後述する熱処理によってＦｅ基ナノ結晶を含む軟磁性合金（第２実施形態に係る軟磁性合金）を得る場合における第２実施形態に係る軟磁性合金の保磁力および飽和磁束密度を指す。

ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶからなる群から選択される１種以上である。Ｍ全体に対するＮｂの含有割合が５０ａｔ％以上であることが飽和磁束密度を向上させる観点から好ましい。また、ＭとＴｉとの合計に対しＭの含有割合が５０％を超えることが飽和磁束密度を向上させる観点から好ましい。

Ｍの含有量（ａ）は実質的に任意であり、ａ≧０を満たしていればよい。ａ＝０、すなわち、Ｍを含有しなくてもよい。しかし、後述するＴｉの含有量（ｂ）との関係で、０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０である。０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０であることにより飽和磁束密度が高くなりやすくなり、保磁力が低くなりやすくなる。ａ＋ｂが小さすぎる場合には保磁力が高くなりやすくなる。ａ＋ｂが大きすぎる場合には保磁力が高くなりやすくなり、飽和磁束密度が低くなりやすくなる。

Ｔｉの含有量（ｂ）は０．００１≦ｂ≦０．１４０である。好ましくは０．０２０≦ｂ≦０．１００である。Ｔｉは特に後述する溶融金属の粘性を低下させることができる。ｂが小さすぎる場合には後述する溶融金属の粘性が上昇する。そして、低温での軟磁性合金の製造が困難となりやすい。ｂが大きすぎる場合には飽和磁束密度が低くなりやすくなる。

なお、ＭとＴｉとの合計に対しＴｉの含有割合が１％以上５０％以下であることが好ましい。すなわち０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００を満たすことが好ましい。より好ましくは０．０１４≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００であり、さらに好ましくは０．０７１≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００である。ｂ／（ａ＋ｂ）が上記の範囲内であることにより、さらに保磁力が低くなりやすくなり飽和磁束密度が高くなりやすくなる。

Ｂの含有量（ｃ）は０．０２０＜ｃ≦０．２００である。０．０２５≦ｃ≦０．２００であることが好ましく、０．０２５≦ｃ≦０．０８０であることがさらに好ましい。ｃが小さすぎる場合には後述する熱処理前の軟磁性合金に粒径３０ｎｍよりも大きい結晶からなる結晶相が生じやすく、結晶相が生じる場合には、熱処理によりＦｅ基ナノ結晶を析出させることができず、保磁力が高くなりやすくなる。ｃが大きすぎる場合には飽和磁束密度が低下しやすくなる。

Ｐの含有量（ｄ）は０．０１０≦ｄ≦０．１５０を満たす。０．０１０≦ｄ≦０．０３０であることが好ましい。Ｐは特に後述する溶融金属の融点を低下させることができる。ｄが小さすぎる場合には後述する溶融金属の融点が上昇する。そして、低温での軟磁性合金の製造が困難となりやすい。ｄが大きすぎる場合には飽和磁束密度が低下しやすくなる。

Ｓｉの含有量（ｅ）は０≦ｅ≦０．０６０を満たす。ｅ＝０、すなわち、Ｓｉを含まなくてもよい。ｅが大きすぎる場合には飽和磁束密度が低下し易くなる。

Ｓの含有量（ｆ）およびＣの含有量（ｇ）は実質的に任意であり、ｆ≧０、ｇ≧０を満たしていればよい。ｆ＝０、すなわち、Ｓを含有しなくてもよい。ｇ＝０、すなわち、Ｃを含有しなくてもよい。

Ｓおよび／またはＣを含む場合には、ＳもＣも含まない場合と比較して後述する溶融金属の粘性をより低くすることが可能となり、溶融金属の温度をより低くして軟磁性合金を製造することが可能となる。溶融金属の温度をより低くすることで、保磁力をさらに低下させることができる。

Ｓの含有量（ｆ）については、０．００５≦ｆ≦０．０２０とすることが好ましく、０．００５≦ｆ≦０．０１０とすることがより好ましい。Ｃの含有量（ｇ）については、０．０１０≦ｇ≦０．０５０とすることが好ましく、０．０１０≦ｇ≦０．０３０とすることがより好ましい。

Ｆｅの含有量（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））については、任意の値とすることができる。また、０．７３０≦１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）≦０．９５０であることが好ましい。

また、本実施形態に係る軟磁性合金においては、Ｆｅの一部をＸ１および／またはＸ２で置換してもよい。

Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上である。Ｘ１の含有量に関してはα＝０でもよい。すなわち、Ｘ１は含有しなくてもよい。また、Ｘ１の原子数は組成全体の原子数を１００ａｔ％として４０ａｔ％以下であることが好ましい。すなわち、０≦α｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）｝≦０．４００を満たすことが好ましい。

Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上である。Ｘ２の含有量に関してはβ＝０でもよい。すなわち、Ｘ２は含有しなくてもよい。また、Ｘ２の原子数は組成全体の原子数を１００ａｔ％として３．０ａｔ％以下であることが好ましい。すなわち、０≦β｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）｝≦０．０３０を満たすことが好ましい。

ＦｅをＸ１および／またはＸ２に置換する置換量の範囲としては、原子数ベースでＦｅの半分以下とする。すなわち、０≦α＋β≦０．５０とする。α＋β＞０．５０の場合には、熱処理によりＦｅ基ナノ結晶合金とすることが困難となる。

なお、本実施形態に係る軟磁性合金は上記以外の元素を不可避的不純物として含んでいてもよい。例えば、軟磁性合金１００重量％に対して０．１重量％以下、含んでいてもよい。

以下、第１実施形態に係る軟磁性合金の製造方法について説明する。

第１実施形態に係る軟磁性合金の製造方法には特に限定はない。例えば単ロール法により第１実施形態に係る軟磁性合金の薄帯を製造する方法がある。また、薄帯は連続薄帯であってもよい。

単ロール法では、まず、最終的に得られる軟磁性合金に含まれる各金属元素の純金属を準備し、最終的に得られる軟磁性合金と同組成となるように秤量する。そして、各金属元素の純金属を溶解し、混合して母合金を作製する。なお、前記純金属の溶解方法には特に制限はないが、例えばチャンバー内で真空引きした後に高周波加熱にて溶解させる方法がある。なお、母合金と初期微結晶を含む軟磁性合金（第１実施形態に係る軟磁性合金）とは通常、同組成となる。また、初期微結晶を含む軟磁性合金（第１実施形態に係る軟磁性合金）と当該初期微結晶を含む軟磁性合金を熱処理して得られるＦｅ基ナノ結晶を含む軟磁性合金（後述する第２実施形態に係る軟磁性合金）とは通常、同組成となる。

次に、作製した母合金を加熱して溶融させ、溶融金属（溶湯）を得る。本実施形態に係る軟磁性合金を作製する場合には、溶融金属の温度を従来よりも低くすることができる。例えば１１００℃以上１２００℃未満とすることができる。好ましくは１１５０℃以上１１７５℃以下である。本実施形態に係る軟磁性合金を作製しやすくする観点からは溶融金属の温度が高いほど好ましい。製造コストを低下させる観点および保磁力を低下させる観点からは溶融金属の温度が低いほど好ましい。

単ロール法においては、主にロールの回転速度を調整することで得られる薄帯の厚さを調整することができるが、例えばノズルとロールとの間隔や溶融金属の温度などを調整することでも得られる薄帯の厚さを調整することができる。薄帯の厚さは任意であるが、本実施形態に係る軟磁性合金を作製する場合には、薄帯の厚さを従来よりも厚くすることができる。薄帯の厚さは、例えば２０〜６０μｍ、好ましくは５０〜５５μｍとすることができる。薄帯の厚さを従来よりも厚くすることで、薄帯を巻いたトロイダルコアを作製する際に、充填密度を向上できるため直流重畳特性が良好となる。本実施形態に係る軟磁性合金は従来の軟磁性合金と比較して非晶質性が高い。そのため、薄帯の厚さを厚くしても熱処理前の段階で粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が生じにくい。さらに、熱処理後の段階でＦｅ基ナノ結晶を含む軟磁性合金としやすい。

第１実施形態に係る軟磁性合金は、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が含まれていない非晶質である。非晶質である合金に対して後述する熱処理を施すことにより、後述する第２実施形態に係るＦｅ基ナノ結晶合金を得ることができる。

なお、軟磁性合金の薄帯に粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が含まれているか否かを確認する方法には特に制限はない。例えば、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶の有無については、通常のＸ線回折測定により確認することができる。

また、第１実施形態に係る軟磁性合金は、非晶質および該非晶質中に存在する該初期微結晶とからなるナノヘテロ構造である。なお、初期微結晶の粒径に特に制限はないが、平均粒径が０．３〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

また、上記の初期微結晶の有無および平均粒径の観察方法については、特に制限はないが、例えば、イオンミリングにより薄片化した試料に対して、透過電子顕微鏡を用いて、制限視野回折像、ナノビーム回折像、明視野像または高分解能像を得ることで確認できる。制限視野回折像またはナノビーム回折像を用いる場合、回折パターンにおいて非晶質の場合にはリング状の回折が形成されるのに対し、非晶質ではない場合には結晶構造に起因した回折斑点が形成される。また、明視野像または高分解能像を用いる場合には、倍率１．００×１０^５〜３．００×１０^５倍で目視にて観察することで初期微結晶の有無および平均粒径を観察できる。

ロールの温度、回転速度およびチャンバー内部の雰囲気には特に制限はない。ロールの温度は４〜３０℃とすることが非晶質化のため好ましい。ロールの回転速度は速いほど形成される薄帯の厚みが薄くなる。チャンバー内部の雰囲気は不活性雰囲気中（アルゴンや窒素等）もしくはコスト面を考慮すれば大気中とすることが好ましい。

また、第１実施形態に係る軟磁性合金を得る方法として、上記した単ロール法以外にも、例えば水アトマイズ法またはガスアトマイズ法により第１実施形態に係る軟磁性合金の粉体を得る方法がある。以下、ガスアトマイズ法について説明する。

ガスアトマイズ法では、上記した単ロール法と同様にして１１００℃以上１２００℃未満の溶融合金を得る。その後、前記溶融合金をチャンバー内で噴射させ、粉体を作製する。

このとき、ガス噴射温度を５０〜９０℃とし、チャンバー内の蒸気圧を４ｈＰａ以下とすることで、本実施形態に係るナノヘテロ構造を得やすくなる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明するが、第１実施形態と重複する部分については適宜、説明を省略する。

本発明の第２実施形態に係る軟磁性合金は、組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））}Ｍ_ａＴｉ_ｂＢ_ｃＰ_ｄＳｉ_ｅＳ_ｆＣ_ｇで表される組成を有する軟磁性合金であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶから選択される１種以上であり、
０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０
０．００１≦ｂ≦０．１４０
０．０２０＜ｃ≦０．２００
０．０１０≦ｄ≦０．１５０
０≦ｅ≦０．０６０
ａ≧０
ｆ≧０
ｇ≧０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＜１
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
当該軟磁性合金は、Ｆｅ基ナノ結晶からなる構造を有する。

上記の組成は、第１実施形態に係る軟磁性合金と同組成である。そして、第２実施形態に係る軟磁性合金は第１実施形態に係る軟磁性合金とは異なり、Ｆｅ基ナノ結晶からなる構造を有する。

Ｆｅ基ナノ結晶とは、粒径がナノオーダーであり、Ｆｅの結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子構造）である結晶のことである。本実施形態においては、平均粒径が５〜３０ｎｍであるＦｅ基ナノ結晶を析出させることが好ましい。このようなＦｅ基ナノ結晶を析出させた軟磁性合金は、飽和磁束密度が高くなりやすく、保磁力が低くなりやすい。

以下、第２実施形態に係る軟磁性合金の製造方法について説明する。

第２実施形態に係る軟磁性合金の製造方法は任意である。例えば第１実施形態に係るナノヘテロ構造を有する軟磁性合金に対して熱処理を行うことにより製造することができる。しかし、ナノヘテロ構造を有さず、初期微結晶を含めて結晶が観察されない軟磁性合金に対して熱処理を行うことによっても製造することができる。

Ｆｅ基ナノ結晶合金を製造するための熱処理条件には特に制限はない。軟磁性合金の組成や、熱処理前の軟磁性合金におけるナノヘテロ構造の有無等により好ましい熱処理条件は異なるが、好ましい熱処理温度は概ね５００〜６５０℃、好ましい熱処理時間は概ね０．１〜３時間となる。しかし、組成および形状等によっては上記の範囲を外れたところに好ましい熱処理温度および熱処理時間が存在する場合もある。例えば、ナノヘテロ構造を有する軟磁性合金（第１実施形態に係る軟磁性合金）を熱処理する場合には、ナノヘテロ構造を有しない軟磁性合金を熱処理する場合と比較して好ましい熱処理温度が下がる傾向にある。また、熱処理時の雰囲気はＡｒガス中のような不活性雰囲気下が好ましい。

また、得られたＦｅ基ナノ結晶合金における平均粒径の算出方法には特に制限はない。例えば透過電子顕微鏡を用いて観察することで算出できる。また、結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子構造）であること確認する方法にも特に制限はない。例えばＸ線回折測定を用いて確認することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。

第１実施形態および第２実施形態に係る軟磁性合金の形状には特に制限はない。上記した通り、薄帯形状や粉末形状が例示されるが、それ以外にもブロック形状等も考えられる。

第２実施形態に係る軟磁性合金（Ｆｅ基ナノ結晶合金）の用途には特に制限はない。例えば、磁性部品が挙げられ、その中でも特に磁心が挙げられる。インダクタ用、特にパワーインダクタ用の磁心として好適に用いることができる。第２実施形態に係る軟磁性合金は、磁心の他にも薄膜インダクタ、磁気ヘッドにも好適に用いることができる。

以下、第２実施形態に係る実施形態に係る軟磁性合金から磁性部品、特に磁心およびインダクタを得る方法について説明するが、第２実施形態に係る軟磁性合金から磁心およびインダクタを得る方法は下記の方法に限定されない。また、磁心の用途としては、インダクタの他にも、トランスおよびモータなどが挙げられる。

薄帯形状の軟磁性合金から磁心を得る方法としては、例えば、薄帯形状の軟磁性合金を巻き回す方法や積層する方法が挙げられる。薄帯形状の軟磁性合金を積層する際に絶縁体を介して積層する場合には、さらに特性を向上させた磁芯を得ることができる。

粉末形状の軟磁性合金から磁心を得る方法としては、例えば、適宜バインダと混合した後、金型を用いて成形する方法が挙げられる。また、バインダと混合する前に、粉末表面に酸化処理や絶縁被膜等を施すことにより、比抵抗が向上し、より高周波帯域に適合した磁心となる。

成形方法に特に制限はなく、金型を用いる成形やモールド成形などが例示される。バインダの種類に特に制限はなく、シリコーン樹脂が例示される。軟磁性合金粉末とバインダとの混合比率にも特に制限はない。例えば軟磁性合金粉末１００質量％に対し、１〜１０質量％のバインダを混合させる。

例えば、軟磁性合金粉末１００質量％に対し、１〜５質量％のバインダを混合させ、金型を用いて圧縮成形することで、占積率（粉末充填率）が７０％以上、１．６×１０^４Ａ／ｍの磁界を印加したときの磁束密度が０．４５Ｔ以上、かつ比抵抗が１Ω・ｃｍ以上である磁心を得ることができる。上記の特性は、一般的なフェライト磁心と同等以上の特性である。

また、例えば、軟磁性合金粉末１００質量％に対し、１〜３質量％のバインダを混合させ、バインダの軟化点以上の温度条件下の金型で圧縮成形することで、占積率が８０％以上、１．６×１０^４Ａ／ｍの磁界を印加したときの磁束密度が０．９Ｔ以上、かつ比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上である圧粉磁心を得ることができる。上記の特性は、一般的な圧粉磁心よりも優れた特性である。

さらに、上記の磁心を成す成形体に対し、歪取り熱処理として成形後に熱処理することで、さらにコアロスが低下し、有用性が高まる。なお、磁心のコアロスは、磁心を構成する磁性体の保磁力を低減することで低下する。

また、上記磁心に巻線を施すことでインダクタンス部品が得られる。巻線の施し方およびインダクタンス部品の製造方法には特に制限はない。例えば、上記の方法で製造した磁心に巻線を少なくとも１ターン以上巻き回す方法が挙げられる。

さらに、軟磁性合金粒子を用いる場合には、巻線コイルが磁性体に内蔵されている状態で加圧成形し一体化することでインダクタンス部品を製造する方法がある。この場合には高周波かつ大電流に対応したインダクタンス部品を得やすい。

さらに、軟磁性合金粒子を用いる場合には、軟磁性合金粒子にバインダおよび溶剤を添加してペースト化した軟磁性合金ペースト、および、コイル用の導体金属にバインダおよび溶剤を添加してペースト化した導体ペーストを交互に印刷積層した後に加熱焼成することで、インダクタンス部品を得ることができる。あるいは、軟磁性合金ペーストを用いて軟磁性合金シートを作製し、軟磁性合金シートの表面に導体ペーストを印刷し、これらを積層し焼成することで、コイルが磁性体に内蔵されたインダクタンス部品を得ることができる。

ここで、軟磁性合金粒子を用いてインダクタンス部品を製造する場合には、最大粒径が篩径で４５μｍ以下、中心粒径（Ｄ５０）が３０μｍ以下の軟磁性合金粉末を用いることが、優れたＱ特性を得る上で好ましい。最大粒径を篩径で４５μｍ以下とするために、目開き４５μｍの篩を用い、篩を通過する軟磁性合金粉末のみを用いてもよい。

最大粒径が大きな軟磁性合金粉末を用いるほど高周波領域でのＱ値が低下する傾向があり、特に最大粒径が篩径で４５μｍを超える軟磁性合金粉末を用いる場合には、高周波領域でのＱ値が大きく低下する場合がある。ただし、高周波領域でのＱ値を重視しない場合には、バラツキの大きな軟磁性合金粉末を使用可能である。バラツキの大きな軟磁性合金粉末は比較的安価で製造できるため、バラツキの大きな軟磁性合金粉末を用いる場合には、コストを低減することが可能である。

以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。

（実験例１）
下表に示す各実施例および比較例の合金組成となるように原料金属を秤量し、高周波加熱にて溶解し、母合金を作製した。

その後、作製した母合金を加熱して溶融させ、下表の噴射温度での溶融状態の金属とした後に、不活性雰囲気（Ａｒ雰囲気）において２５℃のロールを回転速度１５ｍ／ｓｅｃ．で用いた単ロール法により前記金属をロールに噴射させ、厚さ５０μｍの薄帯を作成した。なお、噴射の可否について評価を行った。下表では薄帯を作製できた場合には噴射欄に○、薄帯を作製できなかった場合には噴射欄に×を記入した。また、薄帯の幅を約１ｍｍ、薄帯の長さを約１０ｍとした。

得られた各薄帯について、ロールにより急冷された面をロール面、ロール面とは反対側の面を自由面とする。得られた各薄帯の自由面に対してＸ線回折測定を行い、２θ＝４０°〜５０°においてα−Ｆｅ起因によるピークの有無を確認した。そして、α−Ｆｅ起因のピークが存在しない場合には非晶質相からなるとした。α−Ｆｅ起因のピークが存在する場合にはさらに当該α−Ｆｅ起因のピークを解析し、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在する場合には結晶相からなるとした。なお、粒径が１５ｎｍ以下である初期微結晶のみが含まれている場合も非晶質相からなるとしたが、後述する実験例１および実験例２の各実施例では初期微結晶が確認されなかった。

その後、各実施例および比較例の薄帯に対し、６００℃で３０分間、熱処理を行った。熱処理後の各薄帯に対し、保磁力および飽和磁束密度を測定した。融点は示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定した。保磁力（Ｈｃ）は直流ＢＨトレーサーを用いて磁場５ｋＡ／ｍで測定した。飽和磁束密度（Ｂｓ）は振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて磁場１０００ｋＡ／ｍで測定した。本実施例では、保磁力は３．０Ａ／ｍ以下を良好とし、２．５Ａ／ｍ未満をさらに良好とした。飽和磁束密度は１．４０Ｔ以上を良好とし、１．５５Ｔ以上をさらに良好とした。

なお、以下に示す実施例では特に記載の無い限り、全て平均粒径が５〜３０ｎｍであり結晶構造がｂｃｃであるＦｅ基ナノ結晶を有していたことをＸ線回折測定、および透過電子顕微鏡を用いた観察で確認した。

表１は噴射温度（溶融金属の温度）を１２００℃または１１７５℃としてＴｉおよび／またはＰの有無による相違点について確認した結果である。

ＴｉおよびＰを含み、噴射温度を１１７５℃である試料番号７は、保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、ＴｉもＰも含まない場合については、噴射温度が１２００℃である試料番号１および２は薄帯の厚みのみが異なる。試料番号１では薄帯が薄いため均一な非晶質相からなる薄帯を作製できた。試料番号２では薄帯の厚みを試料番号１よりも厚くしたことにより、薄帯の熱容量が大きく、薄帯全体を均一に急冷できなかった。その結果、試料番号２では、均一な非晶質を形成することができなかった。そのため、試料番号２では熱処理前の薄帯が結晶相からなり、熱処理後の薄帯の保磁力が著しく大きくなった。噴射温度が１１７５℃である試料番号３では、薄帯を作製できなかった。また、ＴｉまたはＰを含まず噴射温度が１１７５℃である試料番号４および５も、薄帯を作製できなかった。さらに、ＴｉおよびＰを含み噴射温度が１２００℃である試料番号６は、熱処理前の薄帯が結晶相からなり、熱処理後の保磁力が著しく大きくなった。

（実験例２）
実験例２では、後述する試料番号５２、５９〜６４を除いて噴射温度を１１７５℃として母合金の組成を変化させた点以外は実験例１と同様にして薄帯を作製した。結果を表２〜表６に示す。

表２の試料番号１２〜２５はＭの含有量（ａ）、Ｔｉの含有量（ｂ）およびａ＋ｂを変化させた実施例および比較例である。

０．００１≦ｂ≦０．１４０かつ０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０である各実施例は保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、ｂ＝０である試料番号１２は薄帯を作製できなかった。ａ＋ｂ＝０．０１５である試料番号２０は保磁力が大きくなった。ａ＋ｂ＝０．１５０である試料番号１９は保磁力が大きくなり、飽和磁束密度が低下した。ｂ＝０．１５０である試料番号２５は飽和磁束密度が低下した。

表２の試料番号２６〜３３はＢの含有量（ｃ）を変化させた実施例および比較例である。

０．０２０＜ｃ≦０．２００を満たす各実施例は保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、ｃ＝０．０２０である試料番号２６は熱処理前の薄帯が結晶相からなり、熱処理後の保磁力が著しく大きくなった。ｃ＝０．２１０である試料番号３３は飽和磁束密度が低下した。

表２の試料番号３４〜４０はＰの含有量（ｄ）を変化させた実施例および比較例である。

０．０１０≦ｄ≦０．１５０を満たす各実施例は保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、ｄ＝０である試料番号３４は薄帯を作製できなかった。ｄ＝０．１６０である試料番号４０は飽和磁束密度が低下した。

表２の試料番号４１〜４４は試料番号２９からＳｉの含有量（ｅ）を変化させた実施例および比較例である。

０≦ｅ≦０．０６０を満たす各実施例は保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、ｅ＝０．０７０である試料番号４４は飽和磁束密度が低下した。

表３の試料番号４５〜５１はａ＋ｂを０．０７０で一定としながらａとｂとの割合を変化させた実施例および比較例である。

０．００１≦ｂ≦０．１４０である各実施例は保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、ｂ＝０である試料番号４５は薄帯を作製できなかった。また、０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００を満たす試料番号４６〜４９はｂ／（ａ＋ｂ）＞０．５００を満たす試料番号５０〜５１と比較して飽和磁束密度が優れていた。

表４の試料番号５３〜５８は試料番号２９からＳの含有量（ｆ）、Ｃの含有量（ｇ）を変化させた実施例である。また、試料番号５２は試料番号２９から噴射温度を１１５０℃に変化させた比較例であり、試料番号５９〜６４は試料番号５３〜５８から噴射温度を１１５０℃に変化させた実施例である。

表４より、Ｓおよび／またはＣを添加しても保磁力および飽和磁束密度が良好であることが確認できた。さらに、Ｓおよび／またはＣを添加しない場合と比較して、Ｓおよび／またはＣを添加することで、より低い噴射温度で薄帯を作製できることが確認できた。さらに、噴射温度を低下させることで、保磁力がさらに良好になることが確認できた。

表５の試料番号６５〜７３は試料番号２９からＭの種類を変化させた実施例である。Ｍの種類を変化させても保磁力および飽和磁束密度が良好であった。

表６の試料番号７４〜９０は試料番号２９からＸ１および／またはＸ２の種類および含有量を変化させた実施例である。Ｘ１および／またはＸ２の種類および含有量を変化させても保磁力および飽和磁束密度が良好であった。

（実験例３）
実験例３は、ロールの回転速度を変化させ、さらに、熱処理温度を変化させた点以外は実験例２の試料番号２９と同条件で実施した。結果を下表に示す。なお、下表に記載の各試料は全て薄帯の厚みが５０〜５５μｍであった。

表７より、ロールの回転速度を低下させることで、熱処理前の薄帯に初期微結晶が発生することが確認された。また、初期微結晶の平均粒径が小さいほどＦｅ基ナノ結晶の平均粒径が小さくなり、熱処理温度が低いほどＦｅ基ナノ結晶の平均粒径が小さくなることが確認された。そして、Ｆｅ基ナノ結晶を有する全ての実施例では保磁力および飽和磁束密度が良好であった。これに対し、Ｆｅ基ナノ結晶を有さなかった試料番号９１ａでは保磁力が上昇し飽和磁束密度が低下した。さらに、試料番号９１ａと９２との比較より、初期微結晶が存在する場合には初期微結晶が存在しない場合よりもＦｅ基ナノ結晶が生成しやすいことが確認できた。

Claims (13)

1. 組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））}Ｍ_ａＴｉ_ｂＢ_ｃＰ_ｄＳｉ_ｅＳ_ｆＣ_ｇで表される組成を有する軟磁性合金であって、
   Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上、
   Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上、
   ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶから選択される１種以上であり、
   ０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０
   ０．００１≦ｂ≦０．１４０
   ０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００
   ０．０２０＜ｃ≦０．２００
   ０．０１０≦ｄ≦０．１５０
   ０≦ｅ≦０．０６０
   ａ≧０
   ｆ≧０
   ｇ≧０
   ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＜１
   α≧０
   β≧０
   ０≦α＋β≦０．５０
   であり、
   初期微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有し、
   前記初期微結晶の平均粒径が０．３〜１０ｎｍであることを特徴とする軟磁性合金。
2. 組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ））}Ｍ_ａＴｉ_ｂＢ_ｃＰ_ｄＳｉ_ｅＳ_ｆＣ_ｇで表される組成を有する軟磁性合金であって、
   Ｘ１はＣｏおよびＮｉから選択される１種以上、
   Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素から選択される１種以上、
   ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶから選択される１種以上であり、
   ０．０２０≦ａ＋ｂ≦０．１４０
   ０．００１≦ｂ≦０．１４０
   ０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５００
   ０．０２０＜ｃ≦０．２００
   ０．０１０≦ｄ≦０．１５０
   ０≦ｅ≦０．０６０
   ａ≧０
   ｆ≧０
   ｇ≧０
   ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＜１
   α≧０
   β≧０
   ０≦α＋β≦０．５０
   であり、
   Ｆｅ基ナノ結晶からなる構造を有することを特徴とする軟磁性合金。
3. 前記Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が５〜３０ｎｍである請求項２に記載の軟磁性合金。
4. ０≦ｆ≦０．０２０および０≦ｇ≦０．０５０である請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性合金。
5. ０．７３０≦１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）≦０．９５０である請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性合金。
6. ０≦α｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）｝≦０．４０である請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性合金。
7. α＝０である請求項１〜６のいずれかに記載の軟磁性合金。
8. ０≦β｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）｝≦０．０３０である請求項１〜７のいずれかに記載の軟磁性合金。
9. β＝０である請求項１〜８のいずれかに記載の軟磁性合金。
10. α＝β＝０である請求項１〜９のいずれかに記載の軟磁性合金。
11. 薄帯形状である請求項１〜１０のいずれかに記載の軟磁性合金。
12. 粉末形状である請求項１〜１０のいずれかに記載の軟磁性合金。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の軟磁性合金からなる磁性部品。