JPH03173750A - アモルファス合金 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波磁界において、優れた高透磁率特性な
いし高角形磁気特性を発揮するＣｏ系アモルファス合金
に関する。

〔従来の技術〕

従来、スイッチング電源のコモンモードチョークコイル
、磁気ヘッド、磁気センサー等の高透磁率材料には、フ
ェライトが、また、スイッチング電源の可飽和リアクト
ルやノイズアブソーバ等高角形比材料には、５ＯＮｉ−
Ｆｅ合金ストリップよりなる巻磁心が、それぞれ使われ
てきた。

フェライトは、渦電流損が少ない利点はあるが、飽和磁
束密度が低く、温度特性が悪いという欠点があった。ま
た、５ＯＮｉ−Ｆｅ合金は、飽和磁束密度が高く、低周
波数域における角形比は高いものの、渦電流損、ヒステ
リシス損が大きく、高周波用途には対応できない。

このため、フェライトに比して磁束密度が高く、５ＯＮ
ｉ−Ｆｅ合金など結晶金属に比して渦電流損を含むコア
損失が小さい高周波磁性材料として、アモルファス磁性
合金が有望視され、主に巻磁心として上記二様の用途に
実用されるようになった。

特にＧｏを主元素とし、これにＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ等原子
の最外殻電子数がＣｏに近い元素を少量添加することに
よって、飽和磁歪定数を零に近づけたＣｏ系のアモルフ
ァス合金は、保磁力が小さく、軟磁性材料として最も優
れた素材ということができる。高周波帯域においても、
電気抵抗が高くかつ１５〜５０μｍの薄肉リボンとして
使用されることがら、渦電流損失が低くフェライトと同
等以上の低損失特性を優している。

上記磁歪が零ないし零に近いＣＯ系アモルファス合金は
、キューリー温度以上、結晶化温度以下の温度で加熱保
持後、常温にｌＯ°’Ｃ／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷
する熱処理を施すことによって、透磁率を高めて、コモ
ンモードチョークコイル、磁気ヘッド、各種磁気センサ
ーに供したり、磁界生焼なまし一冷却処理によって磁路
方向に一軸異方性を付与して角形比を高め、可飽和リア
クトルやノイズアブソーバ等に実用されている。なお、
両用途とも添加元素として、上記以外の広義の遷移金属
元素を一種以上含むことによって、熱的安定性を高めた
り、飽和磁歪定数を微細に調整することが行なわれてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の中で、高透磁率化すること、および高角
形化することは、以下のようになされてきた。

組成的にＧｏを主体とし、これに強磁性元素としてＦｅ
、Ｎｉ、反強磁性元素Ｍｎを適宜添加し、磁気異方性の
原因である磁歪を零ないし零に近づけること、および熱
処理による内部応力の除去の２点により種々の高透磁率
アモルファス合金が１ｊ）ｊ　’１されてきた。前者の
組成に関しては、例えば、Ｓ。

０ｈｎｕＩＩｌａ　ａｎｄ　Ｔ、Ｍａｓｕｍｏｔｏ　：
　　Ｒａｐｉｄｌｙ　Ｑｕｅｎｃｔ＋ｅｄＭｅｔａｌｓ
　ＩＩＩ”（ｅｄ、Ｂ、１ｃａｎｔｏｒ、　Ｔｈｅ　Ｍ
ｅｔａｌｓ　５ｏｃｉｅｔｙ。

Ｌｏｎｄｏｎ　、１９７８）　Ｐ、１９７．において、
Ｆｅ／　（Ｇｏ　十Ｆｅ）の原子比が５／１００となる
Ｃｏ−Ｆｅ−８ｉ−Ｂ、ないしＧ。

−Ｆｅ−Ｐ−Ｂの合金では、はぼ飽和磁歪定数が零とな
ること、これら合金が良好な軟磁気特性を示すことが示
されている。また、Ｆｅばかりでなく、Ｎｉについても
上記文献の中で提案され、Ｆｅの代わりにＭｎによって
も同様の効果が得られることが、１１．Ｒ，Ｉｌｉｌｚ
ｉｎｇｅｒ　ａｎｄ　Ｗ、Ｋｕｎｇ　：　Ｊ／Ｍａｇｎ
、Ｍａｔｅｒ。

１５−１８（１９８０）　ｌ’、１３５７．先納、榊間
、広田：第３回日本応用磁気学会学術講演概要集３（１
９７９）　Ｐ、７１に示されている。

これらの磁束零合金でもより高透磁率の特性を得るには
、磁区の固着化を回避しつつ焼なまし処理する必要があ
る。すなわち、−軸磁気異方性の生成を避けながら、磁
区の固着を取り除く熱処理として、キュリー点以上で焼
なましした後、急冷（水焼入など）する方法が有効であ
る。この指針は、１１、Ｆｕｊｉｍｏｒｉ　ａｎｄ　Ｔ
、Ｍａｓｕｍｏｔｏ：５ｕｐｐ１．Ｓｃｉ、Ｒｅｐ、Ｒ
ＩＴＬｌ。

＾（１９７８）　、Ｐ、　１８１によって実験的に明ら
かにされた。

この場合、キュリー点が結晶化温度を越えていると、こ
のような焼なましが不可能となるので、合金組成をキュ
リー点く結晶化温度の条件を充たすよう調整する必要が
あり、一定程度飽和磁束密度の減少を犠牲にして、Ｃ，
Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅなど半金属含有量を高めること、な
いしはＣｒ　＋　Ｍ　ｏ　＋　Ｎ　ｂ等遷移金属を添加
することなどがなされている。特に後者の遷移金属の添
加は、キュリー点の低下だけでなく、一般に結晶化温度
をも高めるので、より有効であり、また軟磁性の熱的安
定性を高める面でも効果的である。

これら磁束零の高透磁率合金の実例としては、ＣＯ＠＠
、１　Ｆｅ４．　ｓ　Ｓ　ｌｔｔ　Ｂ　＋ｓ　＋　Ｇｏ
、、、、　Ｆ　”４＋　ｘ　Ｎ　１４．ｘＳ　Ｌ　＠　
Ｂ　ｔｏ　＋　ＣＯｓ＊−＠　Ｆ　ｅ４．＠　ＭＯｌ、
＠　Ｓ　１１　Ｂ　１ｇ　＋Ｇ　０ｍ５９ｗ　Ｆ　ｅ＊
、＊　Ｎ　ｌ＋１ｍ　Ｎｂ＊、ｘ　Ｓ　ｌ＋＊　Ｂ　＋
ａ　ｒ　Ｇｏ、。

Ｍｎ、Ｂ、、等が挙げられる。これらの最適熱処理後の
［ＩＩｚにおける実効透磁率μ。、は、各々５５　Ｘ　
１０”　。

１２０Ｘ１０”、ｌ０ＸＩＯ”、２６Ｘ１０”トＮ告す
レテイ６゜〔出典は各々、高橋、原点、増水：日本金属
学会講演概要（１９７７，４）Ｐ、３９３．　Ｓ、Ｏｈ
ｎｏｍａ　ａｎｄ　Ｔ、Ｍａｓｕｍ。

ｔｏ：　　”Ｒａｐｉｄｌｙ　　Ｑｕｅｎｃｂｅｄ　　
Ｍｅｔａｌｓ　　　ＩＩＩ”（ｅｄ、Ｂ、Ｃａｎしｏｒ
。

Ｔｈｅ　Ｍｅｔａｌｓ　５ｏｃｉｅｔｙ、　Ｌｏｎｄｏ
ｎ　、１９７８）　Ｐ、１９７．船越、金森、真鍋：電
子通信学会講演概要（１９７？）　１−２２１　。

艮谷用、島貫、猪俣：日本金屈学会講演概要（１９７８
，４）ＰＩ３．金平、大沼、白用、井上、増本二日本金
属学会講演概要（１９８１，４）Ｐ、　１６２による〕
以上が、高透磁率化に関する従来技術であるが、磁区の
固着化を回避させる熱処理条件として、むしろ当初考え
られたのは、アモルファス巻磁心の磁路方向に磁場を印
加しつつ、キュリー温度以下で熱処理するいわゆる磁界
中焼なまし→冷却処理である。これは、磁界中では磁壁
が存在しないので、磁壁の固着化が起こり得す、軟磁性
が向上することに依っている。しかし、この場合には、
−軸磁気異方性が誘発導されるためＢ　−Ｈヒステリシ
スループが角形性となり、最大透磁率は高いが、初透磁
率は大きくならない。したがって、磁化初期の急峻な立
上がりを利用する高透磁率用途には、磁界中焼なまし一
冷却処理は適用されず、むしろこの方法は、高角形性を
積極的に利用して、スイッチング電源の可飽和リアクト
ルやノイズアブソーバ等へ適用されるように至った。

しかしながら、山内、吉沢、中高、宮崎：電気学会マグ
ネティクス価究余資料ＭＡＧ−８４−１１５（１９８４
）に指摘されるように、一般に高角形比となるとコア損
失が大きくなる。たとえば、８０％以上の高い角形比Ｂ
ｒ／Ｂｓ≧８０％を維持しつつ、低損失化するには、磁
歪原因による誘導異方性を排除する（すなわち飽和磁歪
定数を零とする）ことが前提となる。したがって、組成
的には、高角形比材料と高透磁率材料は、基本的には同
−範躊の組成が適用されている。具体的には、猪俣、沢
：電気学会全国大会シンポジウム［５，３］　、５．３
−１７．１９８２に示された（Ｃｏ１、　＠＠　Ｆ　ｅ
、、　＠Ｉ　Ｎ　ｂ＠、＠４）？Ｉ　Ｓ　Ｌｓ　Ｂ　Ｉ
　＠合金などを挙げることができる。

本発明の課題は、これら磁歪の低いＣｏ系アモルファス
合金の高透磁率ないし高角形比用途の合金の性能をさら
に向上させようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を鑑み、鋭意検討の結果、本発明者は、いわゆ
る磁歪を零ないし零近傍に調整し、磁場中熱処理を施し
て高角形比と低損失特性を得る。あるいは高透磁率を得
るためキュリー温度以上結晶化温度以下の温度において
加熱保持後常温に１０’’Ｃ／ｓｅｃ以上の冷却速度で
急冷する熱処理を施して実用に供されるＣｏ系アモルフ
ァス合金において、不純物元素どしてＳ、およびＡ１を
同時に低減することによって、該Ｃｏ系アモルファス合
金の高周波磁性が向上することを見出し、本発明に想到
した。

すなわち、本発明は、 一般式（Ｃｏｔ　−ａ　−ｂ　−ｃ　Ｎ　ｌａ　Ｆｅｂ
Ｍｒｌｏ）ｘＴｙＭｚここに、Ｔ：遷移金属。

Ｍ：Ｃ，Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元素の一種以上 で、Ｘ＋　　Ｖ＋　　Ｚは原子％であって、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１００．０≦ｙ≦８１ １３≦２≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０．　Ｏ≦ｂ≦０，２００≦ｃ≦０．２
０ である。

で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０’以
内のアモルファス合金であって、Ｓ含有量（重量）が３
０Ｐ、Ｐ、？［以下、かつＡｌ含有量（重量）が、４０
Ｐ、Ｐ、Ｍ以下であることを特徴とするアモルファス合
金である。

本発明において、ＳとＡＩの低減によって、急冷熱処理
後の透磁率あるいは磁場中熱処理後の角形比Ｂｒ／Ｂａ
＋が向上する。Ｓが３０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下かつＡＩが４０
Ｐ、Ｐ、Ｍ以下でその効果が現れ、特にＳが１０Ｐ．Ｐ
．Ｍ以下で顕著となる。このメカニズムについて明確な
ところは解明されていないが、アモルファス薄帯を分析
することによって、これらＳ。

ＡＩの含有量を検知し、巻磁心とし所定の急冷熱処理ま
たは磁場中熱処理を施した後の磁気特性と対照すること
で、その効果を検証し得る。

本発明のＳ、ＡＩの含有量の少ない前記組成のアモルフ
ァス合金は、通常溶湯から急冷する工程によって製造す
ることができる。工業的には、高周波炉ないしは電気炉
により合金を溶解し、その溶融合金をガス圧によりるつ
ぼの先端孔（丸形、矩形）から噴出させ、回転する冷却
用回転体の表面上で接触凝固させ薄帯とする方法が適用
される。特に、単ロール法と呼称されている方法、すな
わち冷却用回転体としてロールの外表面を用いる方法が
一般的である。

通常は、予め母合金を溶製しておき、この母合金を」二
記るつば内で再溶解することが多いので、母台全溶製時
にＳ、Ａｌ量の低減を図ることが必要である。このため
の手法は種々あるが、原料の純度、溶解−除滓−鋳造の
温度管理を含めた諸条件、鋳型、特に砂型の場合は鋳砂
等の吟味によって、不純物を低減し得る。

これらＳ、Ａｌ量の低減を図るべきベースとなる組成の
限定理由について、以下に述べる。

前述のように、高周波における低損失を得るため磁歪は
、零ないし零に近いことが必要で、具体的には、±５　
Ｘ　１０４内の飽和磁歪定数とすることが必要である。

そのためには、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎの原子比を適当
に調整してやればよく、（Ｃｏ１−。

−ｂ−ｃ　Ｎ　ｉａ　ＦｅｂＭｎｏ）において、ａ、ｂ
、ｃとも各々０からも０．２０の範囲の組合せで実施す
ることができる。ａ、ｂ、ｃのいずれか一つ以上が０．
２０を越えると飽和磁歪定数は＋５×１０″１′を越え
て大きくなる。

遷移元素Ｔとしては、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ。

Ｍｎを除（７Ａ、Ｆｅ、Ｇｏ、Ｎｉを除く８族の元素が
含まれる。これらは、１種以上で合計８原子％以下まで
含むことができるが、８原子％を越えると飽和磁化の著
しい減少ないしアモルファス形成が困難になる。

非金属元素Ｍは、Ｃ，Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる一種
以上が１３原子％以上２８原子％以下含有される必要が
ある。

１３原子％未満では、アモルファス形成が困難になり、
２８原子％を越えるとアモルファス形成の困難性ととも
に飽和磁化の減少が著しくなる。また、これらＣ，Ｂ、
Ｐ、ＳＬ、Ｇｅは、通常の単ロール法の冷却速度１０４
〜１０“’Ｃ／ｓｅｃでは、単独でアモルファス形成が
可能なのはＢ、Ｐで、その他は２種以上の複合添加が必
要となる。総合的には、増水：「非晶質材料の特性と応
用」日本金属学会セミナー、　（１９７９）　Ｐ、８５
に示されているように５ｔ−Ｂのの組合せが最も望まし
い。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細を実施例により説明する。

実施例１ 原子％で、（Ｃｏ＠、１４　Ｆｅ、、、、）、、Ｍｏ、
　Ｓ　Ｉｔｓ　Ｂｌ＠のアモルファス合金薄帯を製造し
た。

薄帯製造等に先立ち母合金を溶製した。溶解は、Ｇｏ、
ＳＬ　、Ｂの原料を２種ずつ選択し、計８種の原料によ
り不純物の含有量を変化させた。他のＦｅ、Ｍｏは一定
とした。溶解は１４５０℃とし、１３５０℃で生成した
鉱滓を除去して１３００℃にて鋳鉄製鋳型へ鋳造した。

上記母合金を石英るつぼ内で再溶解し、１３００℃の溶
湯とした後、５ｆｆｉＩｌ１幅Ｘ０．６ａｕｎ厚さの矩
形スリットから噴出させ、３００闘φのＣｒ銅単ロール
上で急冷凝固させ、５−幅Ｘ２０〜２３μｍ厚さのアモ
ルファス合金薄帯とした。

この合金薄帯を、外径２２咽φ、内径１４ｍｍφ、厚み
５ｍｍｔの形状に巻まわし巻磁心とした後、巻磁心の円
周方向に８００Ａ／　ｍの直流磁界を印加しつつ、４５
０℃で１時間加熱後、２００℃まで徐冷するパターンで
、磁場中熱処理を施した。磁界は、銅製の棒に巻磁心を
はめこみ、棒に電流を流すことによって印加した。

第１表に、８種の母合金によるアモルファス合金薄帯の
Ｓ、ＡＩ含有量と、このアモルファス合金による磁場中
熱処理後の巻磁心（各１５ケの平均）の２０ＫＩＩｙ、
におけるＨｅと、Ｂｒ／Ｂ、、　（Ｂ、、　：　）（ｏ
＋＝８０Ａ　／　［０のＢ）を示した。

第１表 Ｓ、ＡＩの含有量が低くなるほど、Ｈｅが低減し、Ｂｒ
／Ｂ、。が向上するが、Ｂｒ／Ｂ、、でその傾向が大で
ある。可飽和リアクトルやノイズアブソーバとして最も
重要なりｒ／Ｂ、、が９５％以上という特性を満足する
のは、Ｎｏ、３〜８である。すなわちＳが３０Ｐ、Ｐ、
Ｍ以下、かつＡｌが４０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下であれば特性的
に優れていることがわかる。特にＳが１０Ｐ、Ｐ、Ｍ以
下のＮｏ、６−８は、Ｂｒ／Ｂ、、は９８％以上であり
、Ｈｃ　＝　３．０４０Ａ／ｍと優れている。

実施例２ 原子％で、（ｃｏｅ、５４Ｆｅ＠、＠、）？ｌ　３１１
６８　Ｉ＠のアモルファス合金薄帯を用い、実施例１と
同様の方法により、８種類の巻磁心としこれに３００℃
で３０分間加熱保持後水冷する熱処理を施した。

なお、母合金は同様にＣｏ、Ｓｉ　、Ｂの原料を２種ず
つ選択し、計８種とした。

第２表に、８種の母合金によるアモルファス合金薄帯の
Ｓ、ＡＩ含有量と、このアモルファス合金による熱処理
後の巻磁心（各１５ケの平均）の各周波数における実効
透磁率μ。を示した。

第２表 Ｓ、ＡＩの含有量が低くなるほど、ＩＬｅが各周波数で
向上し、特にＩＫＨｚで効果が大きい。特にＮｏ。

３−Ｎｏ、８では、１０ＫＩＩｚまでのμ。が高く、Ｎ
ｏ、１．２では、明らかにμ。のレベルが低下する。す
なわち、Ｎｏ、３−Ｎｏ、８ではＳは３０Ｐ、Ｐ、Ｍ以
下、Ａ１４０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下で高透磁率が得られ、特に
Ｓが１０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下のＮｏ、７．８は、７ＫＩＩｚ
におけるμｅａが７Ｘ１０’を越えている。

実施例３ 原子％で、（Ｃｏ１、　＠＠　Ｆ　ｅ＠　、＠Ｓ　Ｍｎ
＠−ｍＶ　Ｌ　ａ　Ｎｂ、５ｉｌｌＢＩのアモルファス
合金薄帯を実施例１と同様に製造し、角形比の評価をし
た。

母合金は、同様にＣｏ、Ｓｉ　、Ｂの原料を２種ずつ選
択して計８種とした。熱処理は、保持温度を４００℃と
した。第３表に結果を示す。

第３表 Ｓ、ＡＩの含有量が低くなるほど、Ｈｅが低減し、Ｂｒ
／Ｂ、、が向上する。可飽和リアクトルやノイズアブソ
ーバとして最も重要なりｒ／Ｂ＠＊が９５％以上の特性
を満足するのは、Ｎ　ｏ　、５−８である。すなわちＳ
が３０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下、ＡＩが４０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下テ、
？ｌ　しば、特性的に優れている。特にＳが１０Ｐ、Ｐ
、Ｍ以下のＮｏ。

７．８においては、Ｂｒ／Ｂ、、は９７％以上という優
れた特性が得られる。

実施例４ 原子％で、（ｃｏｅ、ａｓ　Ｆｅ、、、、Ｍｎ、、、、
）、、　ＣｒｙＳｉ、４Ｂ、のアモルファス合金薄帯を
実施例２と同様に製造し評価した。

母合金は同様に、同様にＧｏ、ＳＬ　、Ｂの原料を２種
ずつ選択して計８種とした。熱処理は、保持温度を４７
０℃とした。第４表に結果を示す。

Ｓ、ＡＩの含有量が低くなるほど、μ０が各周波数で向
上している。Ｎｏ、４〜８では、ＩＫＨｚのμ。が７×
１０４を越えており、Ｎｏ、７．８では９Ｘ１０’を越
える高い値となっている。

第 ４ 表 途で、優れた特性のコア材やセンサーが得られ、その工
業的価値が高い。

〔発明の効果〕

本発明のアモルファス合金によれば、スイッチング電源
の可飽和リアクトルやノイズアブソーバなと高周波にお
ける高角形比が要求される用途、あるいはスイッチング
電源のコモンモードチョークや、磁気ヘッド、各種磁気
センサーなど、高周波における実効透磁率の高いことが
要求される用手続補正書（自発） 平成　　年２．１１！＋２１ １、事件の表示 ｉ（を成１年　特許願　第３１２６７６号２、発　明　
の　名　称　アモルファス合金３、補正をする者 名　　称 （５０８） 日立金属株式会社 ４、補正の対象 日 別紙 「発明の詳細な説明」の欄を以下のとうりに補正する。

１、明細書第３頁１５行の［損失特性を優している」の
記載を「損失特性を有している」に訂正する。

２、明細書第９頁第１行〜２行の「低損失特性を得る。

あるいは」の記載を［低損失特性を得る。あるいは」に
訂正する。

３、明細書第１２頁第２行「からら０．２０の範囲」の
記載を［から０．２０の範囲」に訂正する。

４、明細書第１３頁第４行の「の組合せ」の記載を「組
合せ」に訂正する。

５、明細書第１３頁第１４頁の「鉱滓」の記載を「溶滓
」に訂正する。

以上 発明の詳細な説明の欄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一般式（Ｃｏ＿１＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＮｉ＿
   ａＦｅ＿ｂＭｎ＿ｃ）＿ＸＴ＿ＹＭ＿Ｚここに、Ｔ：遷
   移金属、 Ｍ：Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅからなる元 素の一種以上 で、ｘ、ｙ、ｚは原子％であって、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、０≦ｙ≦８、 １３≦ｚ≦２８ ａ、ｂ、ｃは原子比であって、 ０≦ａ≦０．２０、０≦ｂ≦０．２０ ０≦ｃ≦０．２０ である。 で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５×１０＾−
   ＾６以内のアモルファス合金であって、Ｓ含有量（重量
   ）が３０Ｐ．Ｐ．Ｍ以下、かつＡｌ含有量（重量）が、
   ４０Ｐ．Ｐ．Ｍ以下であることを特徴とするアモルファ
   ス合金。 ２　Ｓ含有量（重量）が１０Ｐ．Ｐ．Ｍ以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアモルファス
   合金。