JPH02190454A - Ｆｅ基軟磁性合金 - Google Patents

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５０００Ｇと小さ
く、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、形状の小形化が
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、Ｆ　ｅ　ｓ　Ｃｏ　ｓＮｉ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　Ｃｓ　ＢＳ
Ｓ　ｉ、Ａｄ、Ｇｅなどを包含するものである。

しかしながら、これを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５０〜６０Ｈｚ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、ｌＯ〜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ＮｂＳＭｏ。

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軟磁
性合金を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種々の合金について検討を重
ねた結果、一般式、 Ｆｅ、ＣｕｂＶｏＭｄＭ’。ＳｆｒＢｇＭ”ｈＭ　　；
（０，Ｎｉから選ばれる少なくとも１種以上 Ｍ−；　Ｓ　ｃ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ａｊ！、　Ｙ、希
土類元素、白金属元素、Ａｕ、Ｓｎ。

Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｂから選ばれる少な くとも１種以上 Ｍ’　　；　Ｃ，Ｎ、Ｐ、Ｇｅから選ばれる少なくとも
１種以上 ０．１≦ｂ≦３，５ ３≦Ｃ≦１０ ０≦ｄ≦１５ ０≦ｅ≦５ ３≦ｇ≦１２ ｈ≦５ １７≦ｆ＋ｇ十ｈ≦３０ で表わされ、微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。

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。

Ｃｕは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄
損、透磁率など軟磁性特性を改善するのに有効な元素で
ある。特にｂｃｃ相の低温での早期析出に有効である。

この量があまり少ないと添加の効果が得られず、逆にあ
まり多いと磁気特性の劣化を生じる傾向が増加すると共
に脆化により例えば薄帯の製造が困難であるため、その
範囲を０．１〜３．５原子％とした。

■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、温度変化に対
する磁気特性の改善、耐脆化性の向上および切断等の加
工性の向上に有効な元素である。特にｂｃｃ相を安定化
させるのに有効であり、Ｃｕとの複合添加によりｂｃｃ
相をより広い温度範囲で安定化させることができる。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
り多いと非結晶質化がなされず、さらに飽和磁束密度が
低くなるため、その量を３〜１０原子％とした。好まし
くは４〜８原子％である。さらにＶは角形比の改善に有
効であり、磁場熱処理を行なわなくとも、９０％以上の
角形比を得ることができる。

Ｍは軟磁気特性の改善に有効な元素であるが、その量が
あまり多いと磁気異方性が増大するため、その量を１５
原子％以下とした。Ｍの中でも特にＮｉは耐食性の改善
にも有効な元素であり、ＣＯは飽和磁束密度の改善に有
効な元素である。

Ｍ′は軟磁気特性の改善に有効な元素である。

しかし、その量があまり多いと飽和磁束密度が低下する
ためその量を５原子％以下とした。この中で特にＡｌは
結晶粒の微細化、磁気特性の改善およびｂｃｃ相の安定
、Ｍｎは耐脆化性の改善に、Ｃｕおよび白金属元素は耐
食性、耐摩耗性の改善に有効な元素である。

ＳｉおよびＢは製造時における合金の非結晶化を促進す
る元素であり、結晶化温度の改善ができ磁気特性向上の
ための熱処理に対して有効である。その中でも特にＳｔ
は微細結晶粒の主成分であるＦｅに固溶し磁歪、磁気異
方性の低減に効果があるが、その量があまり少ないと軟
磁特性の改善が顕著でなく、逆にその量があまり多いと
超急冷効果が小さく、μｍレベルの比較的粗大な結晶粒
が析出し良好な軟磁気特性は得られない。さらに規則格
子を構成する必須元素であり、この規則格子出現のため
には特に１０〜２２原子％が好ましい。またＢはあまり
その量が少ないと比較的粗大な結晶粒が析出し良好な特
性が得られず、逆にその量があまり多いと熱処理により
Ｂ化合物が析出しやすくなり軟磁気特性を劣化させるた
め、その量を３〜１２原子％とした。なおＳｉとＢの比
（Ｓｔ／Ｂ）が１以上の場合が特に優れた軟磁気特性を
得るのに好ましい。

特に、Ｓｉ量を１２〜２０原子％にすることにより磁歪
λＳ〜０が得られ、樹脂モールドによる磁気特性劣化が
なくなり、初期の優れた軟磁気特性が有効になる。

また、Ｙは非晶質化するのに有効な元素であり、特に薄
帯の厚板化などに有効であるが、あまりその量が多すぎ
ると軟磁気特性の劣化をまねくため、その量を５原子％
以下とした。

特にＮ、Ｃは熱処理条件の拡大に、Ｇｅはｂｃｃ相の安
定化に有効である。

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あるいはアトマイズ法、メ
カニカルアロイング法などにより粉末を得た後、前記非
晶質合金の結晶化温度に対し一５０〜１５０℃までの範
囲、好ましくは一３０〜１００℃までの範囲の温度で３
０分〜５０時間、好ましくは０．５時間〜２５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になる。

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
の劣化が増大するので微細結晶粒は面積比で５０％以上
存在することが好ましい。

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、特に上記微細結晶粒中
においても、結晶粒径５０〜３００Ａの結晶が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
、平滑チョークコイル、高電圧パルス用ノイズフィルタ
、平面インダクタ、ダストコア、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丸 る磁心、重篤センサー、方位センサー、セキュリティセ
ンサー　トルク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） 第１表に示す本発明合金組成（試料１〜１１）について
単ロール法によって幅５＋ｕ板厚１４μｍの非晶質合金
薄帯を得た。得られた薄帯を巻回し、外径１８ｍｍ、内
径１２龍のトロイダル状磁心を得た。得られた磁心をそ
れぞれの合金の結晶化温度（昇温速度１０℃／ａ＋ｉｎ
で測定）の８０℃上で１２０分間の熱処理を行った。

次に、これらの磁心についてＵ関数計、インピーダンス
アナライザを用い、２ＫＧ、１００ＫＨｚでの鉄損Ｐ２
ＫＧｌｌｏｏＫＨ２（ＩＩｗｌｃｃ）とＩＫＨｚの初透
磁率μ″ＩＫＨｚ　（励磁界５ｍ０ｅ）を測定した。ま
た、ＢＨＩ−レーサーを用いて５０ＫＨｚでのＢＨ凸曲
線ら角形比Ｂｒ／Ｂｌ（％）と保磁力Ｈｃ　（Ｏｅ）を
ｎ１定した。その結果を第１表に示す。

また比較として本願発明外の合金組成よりなる合金（試
料１２．１３）についても同様の工程により磁心を作成
し、同様の熱処理を施した後、同様の測定を行った。そ
の結果も併せて第１表に示す。

以下余白 第 表 上記結果より明らかなように、本願発明の合金は高透磁
率、低鉄損でかつ高周波で高角形比、高保磁力を有する
ことができる。

なお本願発明の合金はＸ線の回折結果から規則折子の回
折線がみられている。

［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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 Ｆｅ＿ａＣｕ＿ｂＶ＿ｃＭ＿ｄＭ′＿ｅＳｉ＿ｆＢ＿ｇ
   Ｍ″＿ｈＭ；Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる少なくとも １種以上 Ｍ′；Ｓｃ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｙ，希土 類元素，白金属元素，Ａｕ，Ｓｎ， Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｂから選ばれる少な くとも１種以上 Ｍ″；Ｃ，Ｎ，Ｐ，Ｇｅから選ばれる少な くとも１種以上 ０．１≦ｂ≦３．５ ３≦ｃ≦１０ ０≦ｄ≦１５ ０≦ｅ≦５ ３≦ｇ≦１２ ｈ≦５ １７≦ｆ＋ｇ＋ｈ≦３０ 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。