JP7452335B2 - Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法に関する。
Ｆｅ基ナノ結晶合金は、高い透磁率を実現できる優れた軟磁気特性を備えているため、コモンモードチョーク、高周波トランス等のコアに使用されている。
Ｆｅ基ナノ結晶合金の代表的な組成として、Ｆｅを主成分とするＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系のアモルファスナノ結晶の磁性材料が知られている（特許文献１）。このような磁性材を用いたコイルやコアは、一般的に、ナノ結晶化可能なＦｅ基非晶質合金のリボンを巻回して円柱状の磁心を形成し、熱処理することにより得られる。
透磁率をより高める方法としては、熱処理中に磁心に磁場を印加して結晶磁気異方性を調整する技術も知られている（特許文献２）。また、さらに高い透磁率を達成すべく、磁心に磁場印加を行う最適なタイミングについて検討が行われている（特許文献３～９）。
Ｆｅ基ナノ結晶合金の代表的な組成として、Ｆｅを主成分とするＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系のアモルファスナノ結晶の磁性材料が知られている（特許文献１）。このような磁性材を用いたコイルやコアは、一般的に、ナノ結晶化可能なＦｅ基非晶質合金のリボンを巻回して円柱状の磁心を形成し、熱処理することにより得られる。
透磁率をより高める方法としては、熱処理中に磁心に磁場を印加して結晶磁気異方性を調整する技術も知られている（特許文献２）。また、さらに高い透磁率を達成すべく、磁心に磁場印加を行う最適なタイミングについて検討が行われている（特許文献３～９）。
近年、広い周波数範囲でノイズを抑制するコモンモードチョークが開発されており、このようなコモンモードチョークに対応できるコア、すなわち、低周波領域から高周波領域にわたって高い透磁率を示すコアが求められている。
本発明は、上記問題を鑑みたものであり、低周波領域及び高周波領域のいずれにおいても高透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を製造する方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、Ｆｅ基合金リボンが巻回された磁心に熱処理を行う際に、Ｆｅ基合金の結晶化度が特定の範囲内にあるタイミングで磁場印加を行うことにより、低周波領域及び高周波領域のいずれにおいても高透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心が得られることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は以下を要旨とする。
［１］
Ｆｅ基合金のリボンが巻回された磁心を準備する磁心準備工程と前記磁心の熱処理工程とを含み、前記熱処理工程が、
前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向の磁場を印加する磁場印加工程と、
前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度でナノ結晶化を行うナノ結晶化工程と、
をこの順に含み、
前記磁場印加工程における磁場印加終了時の結晶化度が、８％以上４０％以下である、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
［２］
前記熱処理工程が、前記磁場印加工程の前に、前記磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度を保持する保温工程をさらに含み、
前記保温工程における前記一定温度が、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より６５℃低い温度以上、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より４５℃低い温度以下である、［１］に記載のＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
［３］
前記磁心準備工程で準備する前記磁心は、前記Ｆｅ基合金のリボンの表面に厚さ４ｎｍ以上の酸化被膜を有する、［１］又は［２］に記載のＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
Ｆｅ基合金のリボンが巻回された磁心を準備する磁心準備工程と前記磁心の熱処理工程とを含み、前記熱処理工程が、
前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向の磁場を印加する磁場印加工程と、
前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度でナノ結晶化を行うナノ結晶化工程と、
をこの順に含み、
前記磁場印加工程における磁場印加終了時の結晶化度が、８％以上４０％以下である、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
［２］
前記熱処理工程が、前記磁場印加工程の前に、前記磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度を保持する保温工程をさらに含み、
前記保温工程における前記一定温度が、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より６５℃低い温度以上、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より４５℃低い温度以下である、［１］に記載のＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
［３］
前記磁心準備工程で準備する前記磁心は、前記Ｆｅ基合金のリボンの表面に厚さ４ｎｍ以上の酸化被膜を有する、［１］又は［２］に記載のＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
本発明によれば、低周波領域及び高周波領域のいずれにおいても高い透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を製造する方法を提供することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
本発明の一実施形態に係るＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法は、Ｆｅ基合金のリボンが巻回された磁心を準備する磁心準備工程と前記磁心の熱処理工程とを含む。前記熱処理工程は、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向の磁場を印加する磁場印加工程と、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度でナノ結晶化を行うナノ結晶化工程とをこの順に含み、前記磁場印加工程における磁場印加終了時の結晶化度が、８％以上４０％以下である。
本実施形態に係る製造方法により得られるＦｅ基ナノ結晶合金磁心は、低周波領域及び高周波領域のいずれにおいても高い透磁率を示す。なお、本明細書では、「透磁率」の評価の指標として「比透磁率」を用いることがある。
本明細書において、低周波領域の透磁率は、周波数１０ｋＨｚにおける透磁率に基づい
て評価することができる。また、高周波領域の透磁率は、１００ｋＨｚ以上の周波数における透磁率に基づいて評価することができ、好ましい一例では１ＭＨｚにおける周波数に基づいて評価することができる。
本明細書において、低周波領域の透磁率は、周波数１０ｋＨｚにおける透磁率に基づい
て評価することができる。また、高周波領域の透磁率は、１００ｋＨｚ以上の周波数における透磁率に基づいて評価することができ、好ましい一例では１ＭＨｚにおける周波数に基づいて評価することができる。
Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率は、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心に巻線を施したコイルのインダクタンスを測定し、下記式（１）に基づいて算出することができる。
μｒ＝μ／μ０ （１）
μｒ：比透磁率
μ０：真空の透磁率＝４π×１０－７［Ｈ／ｍ］
μ：透磁率［Ｈ／ｍ］＝Ｌｌ／Ａ／Ｎ２
Ｌ：インダクタンス［Ｈ］
ｌ：磁路長［ｍ］
Ａ：コア有効断面積［ｍ２］
Ｎ：巻き数
μｒ＝μ／μ０ （１）
μｒ：比透磁率
μ０：真空の透磁率＝４π×１０－７［Ｈ／ｍ］
μ：透磁率［Ｈ／ｍ］＝Ｌｌ／Ａ／Ｎ２
Ｌ：インダクタンス［Ｈ］
ｌ：磁路長［ｍ］
Ａ：コア有効断面積［ｍ２］
Ｎ：巻き数
１．磁心準備工程
本工程で準備する磁心は、Ｆｅ基合金リボンが巻回されたものである。Ｆｅ基合金リボンを構成するＦｅ基合金は、熱処理によりナノ結晶化可能なＦｅ基合金であれば特に制限されず、例えばファインメット（登録商標）等のＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系合金が挙げられる。Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系合金の具体的な組成としては、下記一般式（Ｉ）で表される組成が好ましく例示される。この組成は、Ｃｒ、Ｍｎ等の不可避的不純物を含んでいてもよい。
本工程で準備する磁心は、Ｆｅ基合金リボンが巻回されたものである。Ｆｅ基合金リボンを構成するＦｅ基合金は、熱処理によりナノ結晶化可能なＦｅ基合金であれば特に制限されず、例えばファインメット（登録商標）等のＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系合金が挙げられる。Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系合金の具体的な組成としては、下記一般式（Ｉ）で表される組成が好ましく例示される。この組成は、Ｃｒ、Ｍｎ等の不可避的不純物を含んでいてもよい。
Ｆｅ１００－ａ－ｂ－ｃ－ｄＳｉａＢｂＣｕｃＮｂｄ （Ｉ）
一般式（Ｉ）中ａ～ｄは、それぞれ、原子％で、８．３≦ａ≦８．８、１．３≦ｂ≦１．６、１．１≦ｃ≦１．３及び５．３≦ｄ≦５．７を表し、かつ、１５≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≦２０を満たす。
一般式（Ｉ）中ａ～ｄは、それぞれ、原子％で、８．３≦ａ≦８．８、１．３≦ｂ≦１．６、１．１≦ｃ≦１．３及び５．３≦ｄ≦５．７を表し、かつ、１５≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≦２０を満たす。
Ｆｅ基合金リボンの厚さ及び幅は、巻回して実用的形状の磁心を形成できる限り特に制限されない。具体的には、リボンの厚さは、通常１２μｍ以上１６μｍ以下であり、リボンの幅は、通常５ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。
本工程における磁心の準備方法は、特に限定されず、例えば市販の磁心を本工程で準備する磁心として採用してもよく、市販のＦｅ基合金リボンを巻回することで準備してもよく、Ｆｅ基合金の溶湯を超急冷法により急冷凝固してＦｅ基合金リボンを作製し、当該リボンを巻回することで準備してもよい。
上記超急冷法においては、急冷時の溶湯の温度は、合金の融点よりも５０℃～３００℃高い程度の温度とすることが望ましい。超急冷法としては、特に限定されず、単ロール法、双ロール法、回転液中防止法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法等の公知の方法を採用することができる。
超急冷法によるＦｅ基合金リボンの作製は、大気等の酸化性雰囲気下で行ってもよく、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空条件下で行ってもよい。
なお、得られるＦｅ基合金リボンは、非晶質相からなり、結晶相を含まないことが好ましいが、一部に結晶相を含んでいてもよい。
超急冷法によるＦｅ基合金リボンの作製は、大気等の酸化性雰囲気下で行ってもよく、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空条件下で行ってもよい。
なお、得られるＦｅ基合金リボンは、非晶質相からなり、結晶相を含まないことが好ましいが、一部に結晶相を含んでいてもよい。
本工程で準備する磁心を構成するＦｅ基合金リボンは、表面に厚さ４ｎｍ以上の酸化被膜を有することが好ましい。以下、かかる酸化被膜を表面に有するＦｅ基合金リボンが巻回された磁心を「酸化被膜付き磁心」、かかる酸化被膜を表面に有しないＦｅ基合金リボ
ンが巻回された磁心を「未酸化の磁心」と称することがある。酸化被膜付き磁心の熱処理により、高周波領域でより高い透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得ることができる。
なお、本明細書において、特段明記しない限り、磁心準備工程で準備される磁心には、未酸化の磁心及び酸化被膜付き磁心の双方を含むものとする。
ンが巻回された磁心を「未酸化の磁心」と称することがある。酸化被膜付き磁心の熱処理により、高周波領域でより高い透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得ることができる。
なお、本明細書において、特段明記しない限り、磁心準備工程で準備される磁心には、未酸化の磁心及び酸化被膜付き磁心の双方を含むものとする。
ここで、Ｆｅ基合金リボンには、意図的に酸化被膜を形成した場合でなくとも、自然酸化により自然酸化被膜が形成されている場合がある。自然酸化被膜の厚さは、本実施形態における酸化被膜よりも薄く、一般的には４ｎｍ未満である。本明細書では、表面に自然酸化被膜のような厚さ４ｎｍ未満の酸化被膜が形成されたＦｅ基合金リボンが巻回された磁心は、未酸化の磁心として扱う。
酸化被膜付き磁心は、例えば未酸化の磁心を、酸化性雰囲気中で加熱することにより準備することができる。
酸化性雰囲気としては、酸素ガス、大気等の酸素含有雰囲気を採用することができ、好ましくは大気である。
加熱温度は、酸化性雰囲気の種類、加熱時間等にもよるが、通常３００℃以上、好ましくは４００℃以上であり、また、通常Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の温度であって、４５０℃以下、好ましくは４２０℃以下である。
また、加熱時間は、酸化性雰囲気の種類、加熱温度等にもよるが、通常１時間以上、好ましくは５時間以上、より好ましくは１０時間以上であり、また、通常３０時間以下、好ましくは２５時間以下、より好ましくは２０時間以下である。
加熱温度は、酸化性雰囲気の種類、加熱時間等にもよるが、通常３００℃以上、好ましくは４００℃以上であり、また、通常Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の温度であって、４５０℃以下、好ましくは４２０℃以下である。
また、加熱時間は、酸化性雰囲気の種類、加熱温度等にもよるが、通常１時間以上、好ましくは５時間以上、より好ましくは１０時間以上であり、また、通常３０時間以下、好ましくは２５時間以下、より好ましくは２０時間以下である。
酸化被膜の厚さは、通常４ｎｍ超、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは８ｎｍ以上であり、また、通常１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下である。なお、本明細書中において、酸化被膜の厚さは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によるＦｅ基合金リボンの酸素濃度のプロファイルにおいて、Ｆｅ基合金リボンの表面の酸素原子濃度が１０％以上の部分の厚さをいう。
酸化被膜の厚さは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）分析により求めることができる。より詳細には、ＸＰＳ分析装置を用い、酸化被膜付き磁心から巻き出したリボンの表面を一定時間スパッタリングによりエッチングし、エッチングした表面の元素分析を行う。一定時間としては、特に限定されず、例えば３０秒、６０秒又は９０秒であってよい。また、ＸＰＳ分析条件としては、例えば下記条件を採用することができる。この操作を繰り返すことで得られる酸素濃度プロファイルにおいて、リボン表面の酸素原子濃度が１０％以上の部分の厚さを酸化被膜の厚さとする。
（ＸＰＳ）
装置：アルバック・ファイ株式会社製、ＰＨＩ ５６００ＣＩＭ
Ｘ線源：単色化ＡｌＫα線
分析面積：４００μｍ２
（スパッタ条件）
イオン種：アルゴン（Ａｒ＋）
加速電圧：３ｋＶ
掃引領域：４ｍｍ×４ｍｍ
レート：１．９ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算）
装置：アルバック・ファイ株式会社製、ＰＨＩ ５６００ＣＩＭ
Ｘ線源：単色化ＡｌＫα線
分析面積：４００μｍ２
（スパッタ条件）
イオン種：アルゴン（Ａｒ＋）
加速電圧：３ｋＶ
掃引領域：４ｍｍ×４ｍｍ
レート：１．９ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算）
酸化被膜付き磁心に対して熱処理を行うことでＦｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率をより高めることができる理由としては、本発明者らは、以下のように推測している。
すなわち、Ｆｅ基合金リボンに絶縁性の酸化被膜を形成することにより、巻回したＦｅ基合金リボン間の電気的絶縁性が高くなり、Ｆｅ基合金リボン間に渦電流が流れることが抑制される。その結果、渦電流損失を低下し、高周波領域の透磁率を高めることができると考えられる。
すなわち、Ｆｅ基合金リボンに絶縁性の酸化被膜を形成することにより、巻回したＦｅ基合金リボン間の電気的絶縁性が高くなり、Ｆｅ基合金リボン間に渦電流が流れることが抑制される。その結果、渦電流損失を低下し、高周波領域の透磁率を高めることができると考えられる。
２．熱処理工程
熱処理工程は、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向の磁場を印加する磁場印加工程と、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度でナノ結晶化を行うナノ結晶化工程とをこの順に含む。
なお、熱処理工程において、磁場印加工程以外の工程では、意図的に磁場を印加することなく行われるものとする。
熱処理工程は、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向の磁場を印加する磁場印加工程と、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度でナノ結晶化を行うナノ結晶化工程とをこの順に含む。
なお、熱処理工程において、磁場印加工程以外の工程では、意図的に磁場を印加することなく行われるものとする。
２－１．磁場印加工程
磁場印加工程は、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向（すなわち、Ｆｅ基合金リボンの幅方向）の磁場を印加する工程である。磁場印加工程においては、磁場印加を、結晶化度が８％以上４０％以下の段階で終了する。
磁場印加工程は、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向（すなわち、Ｆｅ基合金リボンの幅方向）の磁場を印加する工程である。磁場印加工程においては、磁場印加を、結晶化度が８％以上４０％以下の段階で終了する。
磁場印加工程は、磁場印加終了時の結晶化度が特定範囲内となるよう、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら行われる。結晶化度は、熱処理温度及び熱処理時間により変動するものであるため、磁場印加を行う際の熱処理温度及び熱処理時間は、磁場印加終了時の所望の結晶化度に応じて選択すればよい。例えば後述する実施例で示すように、磁場印加終了時の結晶化度を２０％に設定する場合、磁心に４７８℃の熱を約１５０分間加える（実験例１－１６～実験例１－２０）、磁心に４８９℃の熱を約６０分間加える（実験例１－３１～実験例１－３５）等のように熱処理温度及び熱処理時間の組み合わせを選択すればよい。
以下、磁場印加工程、並びに後述するナノ結晶化工程及び保温工程の説明において言及する温度は、特段明記しない限り、磁心の熱処理に用いる熱処理炉の設定温度である。なお、磁心に加わる温度は、熱処理炉の設定温度よりも８℃～１０℃程度高く、磁心に熱電対を取り付けて測定することができる。
磁場印加終了時の結晶化度は、通常８％以上、好ましくは１０％以上、より好ましくは１２％以上、さらに好ましくは１５％であり、また、通常４０％以下、好ましくは３０％以下、より好ましくは２８％以下、さらに好ましくは２５％以下である。
磁場印加終了時の結晶化度が上記範囲内である状態で、磁場印加を行うことにより、高透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得ることができる。
磁場印加終了時の結晶化度が上記範囲内である状態で、磁場印加を行うことにより、高透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得ることができる。
また、磁場印加開始時の結晶化度は、磁場印加終了時の結晶化度より低ければ特に制限されず、例えば１％以上、５％以上、１０％以上、１５％以上又は２０％以上であってよく、また、２５％以下、２０％以下又は１５％以下であってよい。ただし、後述する保温工程を行う場合は、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつき抑制の観点から、磁場印加開始時の結晶化度の下限は、１０％以上、１５％以上又は２０％以上であることが好ましい。
本工程において磁心に印加する磁場の強度は、磁心を磁気的に飽和させるのに十分なほどに高ければ特に制限されず、通常５０ｍＴ以上、より好ましくは８０ｍＴ以上、好ましくは１００ｍＴ以上であり、また、通常１５０ｍＴ以下である。
磁場印加工程は、大気等の酸化性雰囲気下で行ってもよく、アルゴン、ヘリウム、窒素
等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空条件下で行ってもよいが、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空条件下で行ってもよいが、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
なお、本明細書において、結晶化度は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ；例えばブルカー・エイエックスエス株式会社製，Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を用いた分析により求めることができる。具体的には、磁場印加終了後に降温（冷却）した磁心についてＸＲＤ分析を行い、得られるＸＲＤパターンにおける結晶成分のピーク面積及び非晶質成分のピーク面積から、以下の式（２）に基づいて結晶化度を算出することができる。また、磁場印加開始時等その他のタイミングにおける結晶化度も、同様の手法により求めることができる。
２－２．ナノ結晶化工程
ナノ結晶化工程は、磁場印加工程の後、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度に昇温してナノ結晶化を行う工程である。本工程において、ナノ結晶化は、結晶化度が５０％以上６０％以下の範囲内となるよう行われる。本工程により、結晶相（ｂｃｃ相）からなる結晶粒と非晶質相とを含むＦｅ基ナノ結晶合金が形成される。
なお、本明細書において、結晶化開始温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）の測定条件を昇温速度１０℃／分で行ったときの、ナノ結晶化の開始による発熱反応が検出される温度として定義される。
ナノ結晶化工程は、磁場印加工程の後、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度に昇温してナノ結晶化を行う工程である。本工程において、ナノ結晶化は、結晶化度が５０％以上６０％以下の範囲内となるよう行われる。本工程により、結晶相（ｂｃｃ相）からなる結晶粒と非晶質相とを含むＦｅ基ナノ結晶合金が形成される。
なお、本明細書において、結晶化開始温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）の測定条件を昇温速度１０℃／分で行ったときの、ナノ結晶化の開始による発熱反応が検出される温度として定義される。
ナノ結晶化工程における熱処理温度の下限は、結晶化開始温度以上であれば特に制限されず、好ましくは結晶化開始温度より１４℃高い温度以上である。また、ナノ結晶化工程における熱処理温度の上限は、通常結晶化開始温度より５９℃高い温度以下、好ましくは結晶化開始温度より４４℃高い温度以下である。より具体的には、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度が５１５℃程度である場合、ナノ結晶化工程における熱処理温度は、通常５１５℃以上、好ましくは５３０℃以上であり、通常５７５℃以下、好ましくは５６０℃以下である。
当該温度での保持時間は、本工程の熱処理温度、磁心のサイズ等にもよるが、合金全体を均一に加熱する観点及び生産性の観点から、通常３０分以上、好ましくは５０分以上であり、また、通常１０時間以下、好ましくは２時間以下である。
ナノ結晶化工程は、大気等の酸化性雰囲気下で行ってもよく、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空条件下で行ってもよいが、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
２－３．保温工程
本実施形態における熱処理工程は、前記磁場印加工程の前に、前記磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度を保持する保温工程をさらに含んでいてもよい。当該一定温度は、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より６５℃低い温度以上、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より４５℃低い温度以下である。
本実施形態における熱処理工程は、前記磁場印加工程の前に、前記磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度を保持する保温工程をさらに含んでいてもよい。当該一定温度は、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より６５℃低い温度以上、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より４５℃低い温度以下である。
保温工程の後に行われる磁場印加工程では、結晶相の析出時の自己発熱により、熱処理炉の設定温度よりも熱処理炉内の実際の温度の方が高くなるオーバーシュートが発生する結果、得られるＦｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率にばらつきが生じる虞がある。しかるに
、保温工程を行うことにより、オーバーシュートが抑制され、熱処理炉内の温度も均一化される。そして、その結果、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきを抑制することができる。なお、オーバーシュートが抑制されるとは、保温工程を行った場合に、磁場印加工程の際の熱処理炉の設定温度と熱処理炉内の実際の温度との差が、保温工程を行わなかった場合よりも小さくなることを指す。
、保温工程を行うことにより、オーバーシュートが抑制され、熱処理炉内の温度も均一化される。そして、その結果、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきを抑制することができる。なお、オーバーシュートが抑制されるとは、保温工程を行った場合に、磁場印加工程の際の熱処理炉の設定温度と熱処理炉内の実際の温度との差が、保温工程を行わなかった場合よりも小さくなることを指す。
保温工程を行うことで磁場印加工程におけるオーバーシュートが抑制され、ひいてはＦｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきが抑制される理由としては、本発明者らは、以下のように推測している。
本実施形態に係る製造方法は、Ｆｅ基合金リボンが巻回された磁心に熱処理を行う際に、Ｆｅ基合金の結晶化度が特定の範囲内にあるタイミングで磁場印加を行うことにより、高透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得るものである。本製造方法では、磁場印加工程においてオーバーシュートが生じると、熱処理炉の設定温度以上の温度が磁心に加わり、結晶相の析出が過剰に進行する。そうすると、磁場印加を行う際の結晶化度を特定の範囲内に調整することが困難となり、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率にばらつきが生じる虞がある。ここで、磁場印加工程の前に保温工程を行うと、Ｆｅ基合金リボンが巻回された磁心に加わる熱エネルギー量が抑制されるため、結晶相の析出速度が緩やかになり、結晶相の析出に伴う自己発熱が抑制される結果、オーバーシュートが抑制されると推測される。そして、オーバーシュートが抑制されることで、熱処理を行う際のＦｅ基合金の結晶化度を特定の範囲内とすることができるため、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきが抑制されると考えられる。
本実施形態に係る製造方法は、Ｆｅ基合金リボンが巻回された磁心に熱処理を行う際に、Ｆｅ基合金の結晶化度が特定の範囲内にあるタイミングで磁場印加を行うことにより、高透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得るものである。本製造方法では、磁場印加工程においてオーバーシュートが生じると、熱処理炉の設定温度以上の温度が磁心に加わり、結晶相の析出が過剰に進行する。そうすると、磁場印加を行う際の結晶化度を特定の範囲内に調整することが困難となり、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率にばらつきが生じる虞がある。ここで、磁場印加工程の前に保温工程を行うと、Ｆｅ基合金リボンが巻回された磁心に加わる熱エネルギー量が抑制されるため、結晶相の析出速度が緩やかになり、結晶相の析出に伴う自己発熱が抑制される結果、オーバーシュートが抑制されると推測される。そして、オーバーシュートが抑制されることで、熱処理を行う際のＦｅ基合金の結晶化度を特定の範囲内とすることができるため、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきが抑制されると考えられる。
保温工程における熱処理温度は、磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度であれば特に限定されず、通常結晶化開始温度より６５℃低い温度以上、好ましくは結晶化開始温度より６０℃低い温度以上であり、また、通常結晶化開始温度より４５℃低い温度以下、好ましくは結晶化開始温度より４０℃低い温度以下である。より具体的には、Ｆｅ基合金の結晶化開始温度が５１５℃程度である場合、保温工程における熱処理温度は、通常４５０℃以上、好ましくは４５５℃以上であり、また、通常４７０℃以下、好ましくは４６５℃以下である。
また、当該温度の保持時間は、本工程の熱処理温度、磁心のサイズ等にもよるが、熱処理炉内の温度を均一化する観点から、通常３０分以上、好ましくは６０分以上、より好ましくは１００分以上であり、また、通常５時間以下、好ましくは３時間以下、より好ましくは２時間以下である。
保温工程は、磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度を保持しながら行われる。保温工程の際の結晶化度は、特に制限されないが、結晶化度が５％に到達する前に終了することが好ましい。
より詳細には、保温工程終了時の結晶化度は、好ましくは５％未満、より好ましくは３％以下であり、また、通常０％超である。保温工程開始時の結晶化度は特に制限されず、通常０％以上５％未満である。
より詳細には、保温工程終了時の結晶化度は、好ましくは５％未満、より好ましくは３％以下であり、また、通常０％超である。保温工程開始時の結晶化度は特に制限されず、通常０％以上５％未満である。
保温工程は、大気等の酸化性雰囲気下で行ってもよく、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、真空条件下で行ってもよいが、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
３．Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の用途
本実施形態に係る製造方法により製造されるＦｅ基ナノ結晶合金磁心は、リアクトル、コモンモードチョークコイル、トランス、通信用パルストランス、モータ又は発電機の磁心、ヨーク材、電流センサー、磁気センサー、アンテナ磁心、電磁波吸収シート等の各種
磁性部品に用いることができる。これらのうち、当該Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心は、低周波領域から高周波領域にわたって高い透磁率が要求されるコモンモードチョークコイル、ノイズフィルター、特にＡＣノイズフィルター等の用途に特に好適に用いられる。
本実施形態に係る製造方法により製造されるＦｅ基ナノ結晶合金磁心は、リアクトル、コモンモードチョークコイル、トランス、通信用パルストランス、モータ又は発電機の磁心、ヨーク材、電流センサー、磁気センサー、アンテナ磁心、電磁波吸収シート等の各種
磁性部品に用いることができる。これらのうち、当該Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心は、低周波領域から高周波領域にわたって高い透磁率が要求されるコモンモードチョークコイル、ノイズフィルター、特にＡＣノイズフィルター等の用途に特に好適に用いられる。
以下に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
＜実験例１－１～実験例１－５＞
（磁心準備工程）
Ｆｅ８２．７１８Ｓｉ８．６５５Ｂ１．４９３Ｃｕ１．２８７Ｎｂ５．５８４で表される組成を有する、幅５ｍｍ及び厚さ１４μｍのＦｅ基合金リボン（安泰科技社製，ナノクリスタル箔 ＲＮ５Ｇ－００５０Ｆ）を巻回し、外径２１ｍｍ、内径１２ｍｍ及び高さ５ｍｍの磁心を作製した。なお、Ｆｅ基合金リボンを構成するＦｅ基合金の結晶化開始温度を示差走査熱量計（ＤＳＣ）での測定により求めたところ、５１６℃であった。
（磁心準備工程）
Ｆｅ８２．７１８Ｓｉ８．６５５Ｂ１．４９３Ｃｕ１．２８７Ｎｂ５．５８４で表される組成を有する、幅５ｍｍ及び厚さ１４μｍのＦｅ基合金リボン（安泰科技社製，ナノクリスタル箔 ＲＮ５Ｇ－００５０Ｆ）を巻回し、外径２１ｍｍ、内径１２ｍｍ及び高さ５ｍｍの磁心を作製した。なお、Ｆｅ基合金リボンを構成するＦｅ基合金の結晶化開始温度を示差走査熱量計（ＤＳＣ）での測定により求めたところ、５１６℃であった。
（熱処理工程）
上記磁心準備工程で作製した磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、磁心の温度を１２０分かけて２０℃から４７８℃まで昇温させた後、４７８℃で３０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、磁心の温度を６０分かけて５５０℃まで昇温させ、５５０℃で６０分間保持した。その後、磁心の温度を１５０分かけて１００℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例１－１～実験例１－５の熱処理工程における温度プロファイルを図１に示す。
上記磁心準備工程で作製した磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、磁心の温度を１２０分かけて２０℃から４７８℃まで昇温させた後、４７８℃で３０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、磁心の温度を６０分かけて５５０℃まで昇温させ、５５０℃で６０分間保持した。その後、磁心の温度を１５０分かけて１００℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例１－１～実験例１－５の熱処理工程における温度プロファイルを図１に示す。
＜実験例１－２～実験例１－７５＞
磁場印加工程における熱処理温度及び熱処理時間を表１－１～表１－３に示す通りに変更した以外は、実験例１－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
磁場印加工程における熱処理温度及び熱処理時間を表１－１～表１－３に示す通りに変更した以外は、実験例１－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
［結晶化度の測定］
磁心準備工程で準備した磁心を、１２０分かけて２０℃から磁場印加工程における熱処理温度まで昇温し、磁場印加が行われた時間と同一時間、当該温度を保持した。その後、６０分かけて２０℃まで冷却した後の磁心をＸＲＤ分析装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製，Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を用いて分析した。ＸＲＤパターンにおける結晶成分のピーク面積及び非晶質成分のピーク面積から、上記式（２）に基づいて、磁場印加終了時の結晶化度を算出した。結果を表１－１～表１－３に示す。
磁心準備工程で準備した磁心を、１２０分かけて２０℃から磁場印加工程における熱処理温度まで昇温し、磁場印加が行われた時間と同一時間、当該温度を保持した。その後、６０分かけて２０℃まで冷却した後の磁心をＸＲＤ分析装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製，Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を用いて分析した。ＸＲＤパターンにおける結晶成分のピーク面積及び非晶質成分のピーク面積から、上記式（２）に基づいて、磁場印加終了時の結晶化度を算出した。結果を表１－１～表１－３に示す。
［比透磁率の評価］
実験例で得たＦｅ基ナノ結晶合金磁心を樹脂ケースに装填した後、当該樹脂ケースに線径０．５ｍｍの銅線を１０ターン巻くことでコイルを作製した。インピーダンス・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製，４２９４Ａ）を用い、周波数１０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにおいて、得られたコイルのインダクタンスを測定し、上記式（１）に基づいてＦｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率を求めた。なお、磁路長ｌは０．０５１ｍ、有効断面積Ａは１．８５×１０－５ｍ２、及び巻き数Ｎは５である。結果を表１－１～表１－３、図２及び図３に示す。
実験例で得たＦｅ基ナノ結晶合金磁心を樹脂ケースに装填した後、当該樹脂ケースに線径０．５ｍｍの銅線を１０ターン巻くことでコイルを作製した。インピーダンス・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製，４２９４Ａ）を用い、周波数１０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにおいて、得られたコイルのインダクタンスを測定し、上記式（１）に基づいてＦｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率を求めた。なお、磁路長ｌは０．０５１ｍ、有効断面積Ａは１．８５×１０－５ｍ２、及び巻き数Ｎは５である。結果を表１－１～表１－３、図２及び図３に示す。
表１－１～表１－３及び図２より、磁場印加工程において、結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、結晶化度が８％以上４０％以下に到達するまでの間、磁場を印加することで、周波数１０ｋＨｚにおいて高い比透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心が得られることがわかった。また、表１－１～表１－３及び図３より、磁場印加工程において、磁場印加終了時の結晶化度が８％以上であれば、１００ｋＨｚにおいて高い比透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心が得られることがわかった。
以上より、磁場印加終了時の結晶化度が８％以上４０％以下となるよう磁場印加を行うことで、低周波領域及び高周波領域のいずれにおいても高い透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心が得られることが示された。
以上より、磁場印加終了時の結晶化度が８％以上４０％以下となるよう磁場印加を行うことで、低周波領域及び高周波領域のいずれにおいても高い透磁率を示すＦｅ基ナノ結晶合金磁心が得られることが示された。
＜実験例２－１～実験例２－５＞
実験例１－１で作製した磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、温度を１２０分かけて２０℃から４６０℃まで昇温させた後、４６０℃で１５０分間保持した。次いで、６０分かけて４８５℃まで昇温し、４８５℃で１８０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、温度を６０分かけて５６０℃まで昇温させ、５６０℃で９０分間保持した。その後、温度を１０５分かけて２０℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例２－１～実験例２－５の熱処理工程における温度プロファイルを図４に示す。
実験例１－１で作製した磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、温度を１２０分かけて２０℃から４６０℃まで昇温させた後、４６０℃で１５０分間保持した。次いで、６０分かけて４８５℃まで昇温し、４８５℃で１８０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、温度を６０分かけて５６０℃まで昇温させ、５６０℃で９０分間保持した。その後、温度を１０５分かけて２０℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例２－１～実験例２－５の熱処理工程における温度プロファイルを図４に示す。
＜実験例２－５～実験例２－１０＞
４８５℃での保持を開始してから３０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
４８５℃での保持を開始してから３０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
＜実験例２－１１～実験例２－１５＞
４８５℃での保持を開始してから６０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
４８５℃での保持を開始してから６０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
＜実験例２－１６～実験例２－２０＞
４８５℃での保持を開始してから９０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
４８５℃での保持を開始してから９０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
＜実験例２－２１～実験例２－２５＞
実験例１－１で作製した磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、温度を１２０分かけて２０℃から４８０℃まで昇温させた後、４８０℃で１５０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、温度を６０分かけて５５０℃まで昇温させ、５５０℃で６０分間保持した。その後、温度を１５０分かけて１００℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例２－２１～実験例２－２５の熱処理工程における温度プロファイルを図５に示す。
実験例１－１で作製した磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、温度を１２０分かけて２０℃から４８０℃まで昇温させた後、４８０℃で１５０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、温度を６０分かけて５５０℃まで昇温させ、５５０℃で６０分間保持した。その後、温度を１５０分かけて１００℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例２－２１～実験例２－２５の熱処理工程における温度プロファイルを図５に示す。
＜実験例２－２６～～実験例２－３０＞
４８０℃での保持を開始してから３０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－２１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
４８０℃での保持を開始してから３０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－２１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
＜実験例２－３１～～実験例２－３５＞
４８０℃での保持を開始してから６０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－２１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
４８０℃での保持を開始してから６０分後に磁場印加を開始した以外は、実験例２－２１と同様にしてＦｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
［結晶化度の測定］
実験例１－１～実験例１－７５と同様の方法により、磁場印加開始時及び磁場印加終了時の結晶化度を算出した。結果を表２に示す。
実験例１－１～実験例１－７５と同様の方法により、磁場印加開始時及び磁場印加終了時の結晶化度を算出した。結果を表２に示す。
［比透磁率の評価］
実験例で得たＦｅ基ナノ結晶合金磁心を樹脂ケースに装填した後、当該樹脂ケースに線径０．５ｍｍの銅線を８ターン巻くことでコイルを作製した。インピーダンス・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製，４２９４Ａ）を用い、周波数１０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにおいて、得られたコイルのインダクタンスを測定し、上記式（
１）に基づいてＦｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率を求めた。なお、磁路長ｌは０．０５１ｍ、有効断面積Ａは１．８５×１０－５ｍ２、及び巻き数Ｎは５である。結果を表２に示す。
実験例で得たＦｅ基ナノ結晶合金磁心を樹脂ケースに装填した後、当該樹脂ケースに線径０．５ｍｍの銅線を８ターン巻くことでコイルを作製した。インピーダンス・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製，４２９４Ａ）を用い、周波数１０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにおいて、得られたコイルのインダクタンスを測定し、上記式（
１）に基づいてＦｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率を求めた。なお、磁路長ｌは０．０５１ｍ、有効断面積Ａは１．８５×１０－５ｍ２、及び巻き数Ｎは５である。結果を表２に示す。
［オーバーシュートの評価］
磁場印加工程において、オーバーシュートが発生した際の熱処理炉内の最高到達温度から熱処理炉の設定温度を差し引いた温度（ΔＴ）を求めた。結果を表２に示す。
磁場印加工程において、オーバーシュートが発生した際の熱処理炉内の最高到達温度から熱処理炉の設定温度を差し引いた温度（ΔＴ）を求めた。結果を表２に示す。
表２より、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率の標準偏差を比較すると、保温工程を行った実験例２－１～実験例２－２０では、１０ｋＨｚにおいて５７２～３８４０、１００ｋＨｚにおいて５３１～１１２２であったのに対し、保温工程を行わなかった実験例２－２１～実験例２－３５では、１０ｋＨｚにおいて２１０７～６１４６及び１００ｋＨｚにおいて５２７～１６５５であった。すなわち、保温工程を行うことにより、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきを抑制できることが示された。
また、表２より、結晶化度が２０％のときから３０％に至るまでの間に磁場印加を行うと、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつき抑制効果が特に高いことがわかった（実験例２－１１～実験例２－１５）。
また、表２より、結晶化度が２０％のときから３０％に至るまでの間に磁場印加を行うと、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつき抑制効果が特に高いことがわかった（実験例２－１１～実験例２－１５）。
さらに、保温工程を行わなかった実験例２－２１～実験例２－３５ではΔＴが６８℃であったのに対し、保温工程を行った実験例２－１～実験例２－２０ではΔＴが４℃と小さい値を示した。
以上より、保温工程を行うことにより磁場印加工程におけるオーバーシュートが抑制され、その結果、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきを抑制できることがわかった。
以上より、保温工程を行うことにより磁場印加工程におけるオーバーシュートが抑制され、その結果、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率のばらつきを抑制できることがわかった。
＜実験例３－１～実験例３－３＞
（磁心準備工程）
Ｆｅ８２．７１８Ｓｉ８．６５５Ｂ１．４９３Ｃｕ１．２８７Ｎｂ５．５８４で表される組成を有する、幅１３ｍｍ及び厚さ１４μｍのＦｅ基合金リボン（安泰科技社製，ナノクリスタル箔 ＲＮ５Ｇ－００５０Ｆ）を巻回し、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ及び高さ
１３ｍｍの未酸化の磁心を作製した。この未酸化の磁心を、大気雰囲気中、４００℃で１５時間加熱することで、酸化被膜付き磁心を作製した。なお、Ｆｅ基合金リボンを構成するＦｅ基合金の結晶化開始温度を示差走査熱量計（ＤＳＣ）での測定により求めたところ、５１６℃であった。
（磁心準備工程）
Ｆｅ８２．７１８Ｓｉ８．６５５Ｂ１．４９３Ｃｕ１．２８７Ｎｂ５．５８４で表される組成を有する、幅１３ｍｍ及び厚さ１４μｍのＦｅ基合金リボン（安泰科技社製，ナノクリスタル箔 ＲＮ５Ｇ－００５０Ｆ）を巻回し、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ及び高さ
１３ｍｍの未酸化の磁心を作製した。この未酸化の磁心を、大気雰囲気中、４００℃で１５時間加熱することで、酸化被膜付き磁心を作製した。なお、Ｆｅ基合金リボンを構成するＦｅ基合金の結晶化開始温度を示差走査熱量計（ＤＳＣ）での測定により求めたところ、５１６℃であった。
（熱処理工程）
上記磁心準備工程で作製した酸化被膜付き磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、温度を１２０分かけて２０℃から４９０℃まで昇温させた後、４９０℃で９０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、温度を６０分かけて５５０℃まで昇温させ、５５０℃で６０分間保持した。その後、温度を１５０分かけて１００℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例３－１～実験例３－３の熱処理工程における温度プロファイルを図６に示す。
上記磁心準備工程で作製した酸化被膜付き磁心を熱処理炉内に配置し、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行った。具体的には、温度を１２０分かけて２０℃から４９０℃まで昇温させた後、４９０℃で９０分間保持しながら磁心の高さ方向に磁場強度１００ｍＴの磁場を印加した。次いで、温度を６０分かけて５５０℃まで昇温させ、５５０℃で６０分間保持した。その後、温度を１５０分かけて１００℃まで降温し、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。実験例３－１～実験例３－３の熱処理工程における温度プロファイルを図６に示す。
＜実験例３－４～実験例３－６＞
酸化被膜付き磁心に代え、実験例３－１の磁心準備工程で作製した未酸化の磁心を用いた以外は、実験例３－１と同様にして熱処理工程を行い、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
酸化被膜付き磁心に代え、実験例３－１の磁心準備工程で作製した未酸化の磁心を用いた以外は、実験例３－１と同様にして熱処理工程を行い、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心を得た。
［酸化被膜の厚さの測定］
磁心準備工程で作製した酸化被膜付き磁心の酸化被膜の厚さ、及び未酸化の磁心の自然酸化被膜の厚さを、以下の手順で測定した。
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、酸化被膜付き磁心から巻き出したリボンの表面をスパッタリングしながら酸素濃度を分析することにより、酸化被膜の厚さを測定した。測定条件は下記の通りである。測定された酸素濃度プロファイルにおいて、リボン表面の酸素原子濃度が１０％以上の部分の厚さを酸化被膜の厚さとした。結果を表３に示す。
磁心準備工程で作製した酸化被膜付き磁心の酸化被膜の厚さ、及び未酸化の磁心の自然酸化被膜の厚さを、以下の手順で測定した。
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、酸化被膜付き磁心から巻き出したリボンの表面をスパッタリングしながら酸素濃度を分析することにより、酸化被膜の厚さを測定した。測定条件は下記の通りである。測定された酸素濃度プロファイルにおいて、リボン表面の酸素原子濃度が１０％以上の部分の厚さを酸化被膜の厚さとした。結果を表３に示す。
（ＸＰＳ）
装置：アルバック・ファイ株式会社製，ＰＨＩ ５６００ＣＩＭ
Ｘ線源：単色化ＡｌＫα線
分析面積：４００μｍ２
（スパッタ条件）
イオン種：アルゴン（Ａｒ＋）
加速電圧：３ｋＶ
掃引領域：４ｍｍ×４ｍｍ
レート：１．９ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算）
装置：アルバック・ファイ株式会社製，ＰＨＩ ５６００ＣＩＭ
Ｘ線源：単色化ＡｌＫα線
分析面積：４００μｍ２
（スパッタ条件）
イオン種：アルゴン（Ａｒ＋）
加速電圧：３ｋＶ
掃引領域：４ｍｍ×４ｍｍ
レート：１．９ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算）
［結晶化度の測定］
実験例１－１と同様にして、磁場印加終了時の結晶化度を算出した。結果を表３に示す。
実験例１－１と同様にして、磁場印加終了時の結晶化度を算出した。結果を表３に示す。
［比透磁率の評価］
実験例で得たＦｅ基ナノ結晶合金磁心を樹脂ケースに装填した後、当該樹脂ケースに線径０．５ｍｍの銅線を８ターン巻くことでコイルを作製した。インピーダンス・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製，４２９４Ａ）を用い、周波数１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ及び１ＭＨｚにおいて、得られたコイルのインダクタンスを測定し、上記式（１）に基づいてＦｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率を求めた。なお、磁路長ｌは０．０５１ｍ、有効断面積Ａは１．８５×１０－５ｍ２、及び巻き数Ｎは３である。結果を表３に示す。
実験例で得たＦｅ基ナノ結晶合金磁心を樹脂ケースに装填した後、当該樹脂ケースに線径０．５ｍｍの銅線を８ターン巻くことでコイルを作製した。インピーダンス・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製，４２９４Ａ）を用い、周波数１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ及び１ＭＨｚにおいて、得られたコイルのインダクタンスを測定し、上記式（１）に基づいてＦｅ基ナノ結晶合金磁心の比透磁率を求めた。なお、磁路長ｌは０．０５１ｍ、有効断面積Ａは１．８５×１０－５ｍ２、及び巻き数Ｎは３である。結果を表３に示す。
表３より、酸化被膜付き磁心の熱処理により得られたＦｅ基ナノ結晶合金磁心（実験例３－１～実験例３－３）は、未酸化の磁心の熱処理により得られたＦｅ基ナノ結晶合金磁心（実験例３－４～実験例３－６）に対し、１００ｋＨｚにおける比透磁率が平均１２％高く、１ＭＨｚにおける比透磁率が平均２０％高かった。また、１０ｋＨｚにおける比透磁率は、酸化被膜の有無によらず、同程度であった。
以上より、熱処理に供する磁心として酸化被膜付き磁心を用いることにより、高周波領域におけるＦｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率が向上することが示された。
以上より、熱処理に供する磁心として酸化被膜付き磁心を用いることにより、高周波領域におけるＦｅ基ナノ結晶合金磁心の透磁率が向上することが示された。
Claims (3)
- Ｆｅ基合金のリボンが巻回された磁心を準備する磁心準備工程と前記磁心の熱処理工程とを含み、前記熱処理工程が、
前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度未満の一定温度を保持しながら、前記磁心に対し、前記磁心の高さ方向の磁場を印加する磁場印加工程と、
前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度以上の温度でナノ結晶化を行うナノ結晶化工程と、
をこの順に含み、
前記磁場印加工程における磁場印加終了時の結晶化度が、８％以上４０％以下である、Ｆｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。 - 前記熱処理工程が、前記磁場印加工程の前に、前記磁場印加工程における熱処理温度未満の一定温度を保持する保温工程をさらに含み、
前記保温工程における前記一定温度が、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より６５℃低い温度以上、前記Ｆｅ基合金の結晶化開始温度より４５℃低い温度以下である、請求項１に記載のＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。 - 前記磁心準備工程で準備する前記磁心は、前記Ｆｅ基合金のリボンの表面に厚さ４ｎｍ以上の酸化被膜を有する、請求項１又は２に記載のＦｅ基ナノ結晶合金磁心の製造方法。
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