JPH01290744A

JPH01290744A - Ｆｅ基軟磁性合金

Info

Publication number: JPH01290744A
Application number: JP63118331A
Authority: JP
Inventors: Takao Sawa; 孝雄沢; Masami Okamura; 正巳岡村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1988-05-17
Publication date: 1989-11-22
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: DE68908768D1; EP0342921A2; JP2823203B2; KR930010639B1; EP0342921B1; EP0342921A3; DE68908768T2; KR890017729A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、Ｆｅ基基磁磁性合金関する。

（従来技術）従来から、スイッチングレギュレータなど高周波で使用
する磁心としては、パーマロイ、フェライトなどの結晶
質材料が用いられている。

しかしながら、パーマロイは比抵抗が小さいので高周波
での鉄損が大きくなる。また、フェライトは高周波での
損失は小さいが、磁束密度もせいぜい５０００　Ｇと小
さ（、そのため、大きな動作磁束密度での使用時にあっ
ては、飽和に近くなりその結果鉄損が増大する。近時、
スイッチングレギュレータに使用される電源トランス、
平滑チョークコイル、コモンモードチョークコイルなど
高周波で使用されるトランスにおいては、形状の小型化
が望まれているが、この場合、動作磁束密度の増大が必
要となるため、フェライトの鉄損増大は実用上大きな問
題となる。

このため、結晶構造を持たない非晶質磁性合金が、高透
磁率、低保磁力など優れた軟質磁気特性を示すので最近
注目を集め一部実用化されている。

これらの非晶質磁性合金は、Ｆ　ｅ　ｓ　Ｃｏ　ｓ　Ｎ
　ｉなどを基本とし、これに非晶質化元素（メタロイド
）としてＰｓ　Ｃ％　Ｂｓ　Ｓ　ｔＳＡＩＳＧｅなどを
包含するものである。

しかしながら、これら非晶質磁性合金の全てが高周波領
域で鉄損が小さいというわけではない。

例えば、Ｆｅ基非晶質合金は、安価であり５０〜６０Ｈ
ｚの低高波領域ではケイ素鋼の約１７４という非常に小
さい鉄損を示すが、１０〜５０ＫＨｚという高周波領域
にあっては著しく大きな鉄損を示し、とてもスイッチン
グレギュータ等の高周波領域での使用に適合するもので
はない。これを改善するために、Ｆｅの一部をＮｂ、Ｍ
ｏ、Ｃｒ等の非磁性金属で置換することにより低磁歪化
し、低鉄損、高透磁率を図っているが、例えば樹脂モー
ルド時の樹脂の硬化収縮等による磁気特性の劣化も比較
的大きく、高周波領域で用いられる軟磁性材料としては
、十分な特性を得られるに至っていない。

一方、Ｃｏ基非晶質合金は、高周波領域で低鉄損、高角
形比が得られるため可飽和リアクトルなどの電子機器用
磁性部品に実用化されているが、コストが比較的高いも
のである。

（発明が解決しようとする課題）以上に述べたように、Ｆｅ基非晶質合金は安価な軟磁性
材料でありなから磁歪が比較的大きく、Ｃｏ基非晶質合
金に比べ鉄損、透磁率とも劣っており、高周波領域にお
ける用途には問題があった。

一方、Ｃｏ基非晶質合金は磁気特性は良好であるものの
、素材の値段が高いため工業上有利ではなかった。

したがって本発明は、上記問題点に鑑み、高周波領域に
おいて高飽和磁束密度で優れた軟磁気特性を有するＦｅ
基基磁磁性合金提供することを目的とする。

［発明の概要］（課題を解決するための手段と作用）上記目的を達成するためにＦｅ基合金について種々検討
を重ねた結果、一般式、Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ　Ｍａ　Ｍ−ｂ　Ｍ−ｃ　
Ｍ′ｄＭ　　：Ｃｕ、＾ｇ、＾ｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、
Ｓｂ、Ｂｌから選ばれる少なくとも１種以上Ｍ′二周期律表ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｌａ、■ａ族元素また
はＣｏ、Ｎｔ、ＡＩから選ばれる少なくとも１種以上Ｙ　　：　Ｓｌ、Ｂ、Ｐから選ばれる少なくとも１種以
上Ｙ−：Ｑ、ｌＪから選ばれる少なくとも１種以上０．
０１≦ａ≦５　　　（原子％）０．１≦ｂ≦１０１５≦Ｃ≦２８ｄ≦８で表わされ、微細結晶粒を有する合金が、軟磁性材料と
して優れた特性を有することを初めて見い出し、本発明
に至ったものである。

本発明は上記組成を有する合金中に特に微細結晶粒を有
することを特徴とする特に微細結晶粒は、合金中に面積比で３０％以上存在す
ることが好ましく、さらには前記微細結晶中に５０〜３
００Å結晶粒が８０％以上存在することが好ましい。

以下に、本発明合金の組成限定理由および微細結晶粒の
限定理由について説明する。

まず組成限定理由について説明する。

Ｍは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄損
、透磁率など軟磁気特性を改善するのに有効な元素であ
るが、あまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあま
り多いと磁気特性の劣化を生じるために、その範囲を０
．０１〜５原子％とした。

好ましくは０．５〜３原子％である。Ｍ′は結晶粒径の
均一化に有効であると共に、磁歪および磁気異方性を低
減させ軟磁気特性の改善、および温度変化に対する磁気
特性の改善に有効な元素であるが、その量があまり少な
いと添加の効果が得られず、逆にあまり多いと飽和磁束
密度が低くなるため、その量を０．１〜１０原子％とし
た。好ましくは１〜７原子％、さらに好ましくは１．５
〜５原子％である。ここでＹ′における各添加元素は上
記効果と共に、さらにそれぞれ、Ｉ’／ａ族元素は最適
磁気特性を得るための熱処理条件の範囲の拡大、Ｖａ族
元素およびＭｎは耐脆化性の向上および切断等の加工性
の向上、ＶＩａ族元素は耐食性の向上および表面性状の
向上、Ａ１は結晶粒の微細化と共に磁気異方性の低減に
有効であり、これにより磁歪、軟磁気特性の改善、等の
効果を有している。

Ｙは製造時における合金の非晶質化または直接微細結晶
を析出させるのに有効な元素であり、その量があまり少
ないと製造時における超急冷の効果が得られにくく上記
状態が得られず、逆にあまり多すぎると飽和磁束密度が
低くなり上記状態が得られにくくなるため、優れた磁気
特性が得られなくなるため、その量を１５〜２８原子％
とした。好ましくは１８〜２Ｂ原子％である。特にＳｔ
／Ｂの比、またはＳＬ／Ｐの比は１以上が好ましい。

次にＹ′は最適磁気特性を得るための熱処理条件の範囲
を拡大するために有効な元素であり、その量があまり多
いと微細結晶を得るのが困難となるため、その量を８原
子％以下とした。好ましくは６原子％以下、さらに好ま
しくは４原子％以下である。

上記本発明のＦｅ基基磁磁性合金、例えば液体急冷法に
より非晶質合金薄帯を得た後、前記非晶質合金の結晶化
温度に対し一５０〜＋１２０℃、好ましくは一３０〜＋
１００℃の温度で１分〜１０時間、好ましくは１０分〜
５時間の熱処理を行い、意図する微細結晶を析出させる
方法、あるいは液体急冷法の急冷速度を制御して微細結
晶粒を直接析出させる方法等により得ることが可能とな
る。

次に、本発明のＦｅ基基磁磁性合金微細結晶粒について
述べる。

本発明の合金中において、あまり微細結晶粒が少ないと
、すなわち非晶質相があまり多いと鉄損が大きく、透磁
率が低く、磁歪が大きく、樹脂モールドによる磁気特性
の劣化が増大するため、合金中の微細結晶粒は面積比で
３０％以上存在することが好ましい。より好ましくは４
０％以上、さらに好ましくは５０％以上が良い。

さらに上記微細結晶粒中においても結晶粒径があまり小
さいと、磁気特性の改善が図れず、逆にあまり大きいと
磁気特性の劣化が発生するため、上記微細結晶粒中にお
いても、結晶粒径５０〜３００Å結晶が８０％以上存在
することが好ましい。

本発明のＦｅ基基磁磁性合金高周波での軟磁気特性に優
れているため、例えば磁気ヘッド、薄膜ヘッド、大電力
用を含む高周波トランス、可飽和リアクトル、コモンモ
ードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、
高電圧パルス用ノイズフィルタ、レーザ電源等に用いら
れる磁気スイッチなど高周波で用いられる磁心、電源セ
ンサー、方位センサー、セキュリティセンサー等の各種
センサー用の磁性材料等、磁性部品用の合金として優れ
た特性を示している。

（実施例）実施例ｌＦｅ７４Ｃｕ１．５　Ｎｂ２．５５ｉ１１Ｂ１０Ｃ１な
る合金より単ロール法により約１５μｍの非晶質合金薄
帯を得た。その後この非晶質合金を巻回し、外径１８關
、内径１２ｍｍ、高さ４．５ｍｍのトロイダル状磁心に
成形した後、約５７０℃で約４０分間の熱処理を行った
。なお本合金の結晶化温度は５２０　”Ｃ（昇温速度１
０ｄｅｇ／ｓｉｎで測定）である。

得られた磁心には合金全体の面積に対し約７０％の微細
結晶粒が存在しており、その中で５０〜３００Å微細結
晶粒は約９０％であった。

また比較として、熱処理条件を約４３０”Ｃで約４０分
間とし熱処理を行った磁心を製作した。

得られた磁心にはＴＥＭ観察により微細結晶粒は析出し
ていないことを確認した。

上記本発明の微細結晶粒が存在する磁心と比較例の微細
結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ５個用い、５
０ＫＨｚ、３ＫＧでの熱処理後の鉄損とエポキシコーテ
イング後の鉄損、磁歪、ＩＫＨｚ　２ｍＯｅでの透磁率
および飽和磁束密度を測定し、それらの平均値を第１表
に示す。

上記第１表より明らかなように、本願の合金は、微細結
晶粒を設けることにより、同組成の非晶質合金薄帯より
なる磁心に比べ鉄損、特に樹脂モールド後の鉄損が低く
、低磁歪で高透磁率であり高周波において優れた軟磁気
特性を示している。

また、上記合金組成よりなる磁心の熱処理温度を種々変
化させた磁心の鉄損をＵ関数計を用いて、５０ＫＨｚ、
３ＫＧについて測定し、その結果を第１図に示す。なお
比較としてＣを含まないＦ　ｅ　７４Ｃｕ１．５　Ｎｂ
２．５　””　１１”１１合金についても同様の磁心を
製作し、同様の測定を行い、併せて第１図に示す。

その結果、Ｃを含有することにより本発明の合金は、低
鉄損が得られる熱処理の温度範囲が拡大することは明ら
かである。

実施例２Ｆｅ７４ｃ　ｕ２ＭＯ２Ｓ　Ｌ１１８９　Ｎ２なる合金
より単ロール法により約１５μｍの非晶質合金薄帯を得
た。その後この非晶質合金を巻回し、外径１Ｂ＋１１１
１１内径１２ｍｍ、高さ４．５龍のトロイダル状磁心に
成形した後約５５０℃で約９０分間の熱処理を行った。

なお本合金の結晶化温度は昇温速度ｔｏ　ｄｅｇ／ｍｕ
で約５７５℃（上昇温速度１０ｄｅｇ／ｓｉｎで測定）
である。

得られた磁心には合金全体の面積に対し約８５％の微細
結晶粒が存在しており、その中で５０〜３００Å微細結
晶粒は約９０％であった。

また比較として、熱処理条件を約４５０”Ｃで約４０分
間とし熱処理を行った磁心を製作した。

上記本発明の微細結晶粒が存在する磁心と比較例の微細
結晶粒が存在しない磁心についてそれぞれ５個用い、１
００Ｋ　Ｈｚ、２ＫＧでの鉄損を測定した以外は実施例
１と同様の測定を行った。その結果を第２表に示す。

第２表上記第２表より明らかなように、本願の合金は、微細結
晶粒を設けることにより、同組成の非晶質合金薄帯より
なる磁心に比べ鉄損、特に樹脂モールド後の鉄損が低く
、低磁歪で高透磁率であり高周波において優れた軟磁気
特性を示している。

また、上記合金組成よりなる磁心の熱処理温度を種々変
化させた磁心の鉄損をＵ関数計を用いて、ＩＱＱＫ　Ｈ
ｚ　、　２　Ｋ　Ｇについて測定し、その結果を第２図
に示す。なお比較として、Ｎを含まないＦ　ｅ　７４　
Ｃｕ　２　Ｍ　Ｏａ　Ｓ　ｌ　ｔａ　Ｂ　１２について
も同様の磁心を作製し、同様の測定を行い、併せて第２
図に示す。

その結果、Ｎを含有することにより本発明の合金は、低
鉄損が得られる熱処理の温度範囲が拡大することは明ら
かである。

［発明の効果］本発明の合金は、所望の合金組成において、微細結晶粒
を設けることにより、高周波領域において高飽和磁束密
度で、優れた軟磁気特性を有するＦｅ基基磁磁性合金提
供することができると共に熱処理の温度範囲が広いため
容易に意図するＦｅ基基磁磁性材料製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明合金と比較例合金の熱処
理温度を変化した場合の鉄損の変化を示すグラフである
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一般式Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃ＿−＿ｄＭ
＿ａＭ′＿ｂＹ＿ｃＹ′＿ｄＭ；Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１
種以上Ｍ′；周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ族元素またはＭｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種以上Ｙ；Ｓｉ、Ｂ、Ｐから選ばれる少なくとも１種以上Ｙ′；Ｃ、Ｎから選ばれる少なくとも１種以上０．０１≦ａ≦５（原子％）０．１≦ｂ≦１０１５≦ｃ≦２８ｄ≦８で表わされ、微細結晶粒を有することを特徴とする高飽
和磁束密度で優れた軟磁気特性を有するＦｅ基軟磁性合
金。
（２）微細結晶粒は合金中に面積比で３０％以上存在し
、その中で結晶粒径５０〜３００Å結晶が８０％以上存
在することを特徴とする請求項１のＦｅ基軟磁性合金。