JPH03173751A

JPH03173751A - アモルファス合金

Info

Publication number: JPH03173751A
Application number: JP31267789A
Authority: JP
Inventors: Taku Meguro; 卓目黒
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-07-29

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、５０　Ｎ　
ｉ−Ｆ　ｅ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１５〜５０μ閣の薄肉リボンとして
使用されることから、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１０°’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ＣＯ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開発されてきた。前者の組成に関し
ては、例えば、Ｓ。

Ｏｈｎｕｍａ　ａｎｄ　Ｔ、Ｍａｓｕｍｏｔｏ　：　“
Ｒａｐｉｄｌｙ　ＱｕｅｎｃｈｅｄＭｅｔａｌｓ　ｍ”
（ｅｄ、Ｂ、Ｃａｎｔｏｒ、　Ｔｈｅ　Ｍｅｔａｌｓ　
５ｏｃｉｅｔｙ。

Ｌｏｎｄｏｎ　、１９７８）　Ｐ、１９７．において、
Ｆｅ／　（Ｃｏ　＋　Ｆｅ）の原子比が５７１００とな
るＧｏ−Ｆｅ−８ｉ−Ｂ、ないしＣ０−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、Ｎｆ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、Ｈ，Ｒ，Ｈｉｌｚｉｎｇｅｒ　ａｎｄ　
Ｗ、Ｋｕｎｇ　：　Ｊ／Ｍａｇｎ、Ｍａｔｅｒ。

１５＝１００、８（１９８０）　Ｐ、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
（１９７９）　Ｐ、７１に示されている。

これらの磁歪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、Ｈ，ＦｕｊｉｍｏｒＬ　　ａｎｄ　　
Ｔ、Ｍａｓｕｓ＋ｏｔｏ：５ｕｐｐ１．Ｓｃｉ、Ｒｅｐ
、ＲＩＴＵ。

Ａ（１９７８）、Ｐ、１８］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、Ｓｔ、Ｇｅなど半金属含有量を高めること、な
いしは０１９Ｍ０９Ｎｂ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。

これら磁歪零の高透磁率合金の実例としては、Ｇｏ、、
、　ｔ　Ｆ　Ｃ４，ｓ　Ｓ　ＩＩｔ　Ｂ　ｒｓ＊　Ｃｏ
＠（、＠　Ｆｅ４．＠　Ｎｉ４．＠Ｓ　ＩＩＩ　Ｂｌ＠
　Ｉ　ＣＯ＠＠、＠　Ｆｅ４＊＠　ＭＯｌ、＠　Ｓ　Ｌ
＠　Ｂ　ＩＩＩＧｏ、、、、Ｆｅ４．、Ｎｉ、、、Ｎｂ
、１Ｓｔ、、Ｂ、、、　Ｃｏ、。

Ｍｎ、Ｂ□等が挙げられる。これらの最適熱処理後のＩ
ＫＨｚにおける実効透磁率μ。□は、各々５５　Ｘ　１
０”　。

１２０　Ｘ　１０”　、１０　Ｘ　ｌｏ”　、２６　Ｘ
　１Ｇ”と豊前されている。

〔出典は各々、高欄、原点、増水：日本金属学会講演概
要（１９７７，４）Ｐ、３９３．　Ｓ、Ｏｈｎｏｍａ　
ａｎｄ　Ｔ、Ｍａｓｕｍ。

ｔＯ：“Ｒａｐｉｄｌｙ　Ｑｕｅｎｃｈｅｄ　Ｍｅｔａ
ｌｓ　ｍ”（ｅｄ、Ｂ、Ｃａｎｔｏｒ。

Ｔｈｅ　Ｍｅｔａｌｓ　５ｏｃｉｅｔｙ、　Ｌｏｎｄｏ
ｎ゛、１９７８）　Ｐ、１９７．船越、金森、真鍋：電
子通信学会講演概要（１９７７）　１−２２１　。

長谷用、島貫、猪俣二日本金属学会講演概要（１９７８
，４）ＰＩ３．金平、大沼、白用、井上、増水：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ず、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、宮崎二１１！気学会
マグネティクス研究会資料ＷＡＧ−８４＝１００、１５
（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Ｂｒ／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（Ｓ、３）
　、Ｓ、３＝１００、７　、１９８２に示された（Ｃｏ
＠、１＠　Ｆｅ＠、１ｍ”ｂ＠、＠４ＬＩ　Ｓｔ、、　
Ｅ３１１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ｌＯ＠’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、不純物元素としてＳを低減すること
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（Ｃｏ１−、−６−、Ｎｉ、Ｆｅ６Ｍｎ０）、Ｔ
ｖＭ。

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≦８゜１３≦Ｚ≦２８ａ、ｂ、ｃは原子比であって、０≦ａ≦０．２０．０≦ｂ≦０．２００≦ｃ≦０．２０である。

で示される組成を有する飽和磁歪定数が±５ｘ１０−６
以内のアモルファス合金であって、Ｓ含有量（重量）が
１０Ｐ、Ｐ、Ｎ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／ｆ３ｍが向
上する。Ｓが１０Ｐ、Ｐ、Ｎ以下でその効果が現れ、特
にＳが５Ｐ、Ｐ、Ｎ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、この母合金を上記
るつぼ内で再溶解することが多いので、母合金溶製時に
Ｓ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　１０’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、Ｃ：ｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎの原子比を適
当に調整してやればよく、（Ｃｏ、−ａ−ｂ−ｃ　Ｎｉ
、　Ｆｅ１．Ｍｎ（１）において、ａ、ｂ、ｃとも各々
０からら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＋５Ｘ１０’を越えて太きくなる。

遷移元素Ｔとしては、３Ａ、４Ａ、５Δ、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１０’
〜１０１℃／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
Ｊ日本金属学会セミナ＋、　（１９７９）　Ｐ、８５に
示されているように５Ｌ−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＊、ｓ＊　ｐｅ＊、＠＠Ｌｍ　Ｎｂｓ
　Ｓ　ｌｅａ　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、Ｃｏ、
Ｓｉ　、Ｂの原料を２種ずつ選択し、計６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、５ｍｍ１ｉＸ０．６ｍｍ厚さの矩形スリッ
トから噴出させ、３００ＭφのＣｒ銅単ロール上で急冷
凝固させ、５ｍｍ［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圓φ、内径１４Ｍφ、厚み５
ｍｔ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、４５０℃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、６種の母合金によるアモルファス合金薄帯の
Ｓ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２０ＫＨ２におけるＩ
ｌｃと、Ｂｒ１Ｂ１．（Ｂ、、：Ｈａｌ＝８０Ａ／ＩＩ
ＩのＢ）を示した。

Ｓ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９８％以上という特性を満足するのは、
Ｎｏ、４〜６である。すなわちＳが１０　Ｐ。

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５Ｐ、Ｐ、Ｍ以下のＮｏ、５．６は、Ｂｒ／Ｂ
、。

は９９％以上であり、　Ｈｃ　＝　３．０４ＯＡ／Ｉ１
１と優れている。

実施例２原子％で、（ＣＯ＠、１４　Ｆｅ＠、＠＠＞ｔ＠　Ｓ　
１１６　Ｂ　１６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、６種類の巻磁心としこれに３
００℃で３０分間加熱保保持水冷する熱処理を施した。

なお、母合金は同様にＧｏ、Ｓｉ　、Ｂの原料を２種ず
つ選択し、計６種とした。

第２表に、６種の母合金によるアモルファス合金薄帯の
Ｓ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の含有量が低くなるほど、μ。が各周波数で向上し、
特にＩＫＨｚで効果が大きい、特にＮｏ、４〜Ｎｏ、６
では、１０ＫＩＩｚまでのｕｅａが高く、Ｎｏ、１−２
では、明らかにμ。のレベルが低下する。すなわち、Ｎ
ｏ。

４−Ｎｏ、６のようにＳが１０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下で高透磁
率が得られ、特にＳが５Ｐ、Ｐ、Ｍ以下のＮｏ、５．６
は、７ＫＨｚにおけるμ。が７　Ｘ　１０’を越えてい
る。

実施例３原子％で、（ＣＯ＠　Ｈ＊＠　Ｆ　ｅ＠　Ｈ６％　ＭＬ
　Ｈ＠　？　Ｌ　Ｉ　Ｔａ１ＳＬＩＩＢ＠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Ｇｏ、Ｓｉ　、Ｂの原料を２種ずつ選
択して計６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が１０Ｐ、Ｐ、Ｍ以下であれば特性的に優れている。

特にＳが５Ｐ、Ｐ、Ｍ以下のＮｏ、５．６においては、
Ｂｒ／Ｂ０．は９８％以上という優れた特性が得られる
。

実施例４原子％で、（ｃｏｌ−ＩＳ　Ｆｅ、、、、Ｍｎ、、、＠
）、、Ｃｒ、Ｍ。

、Ｓｔ、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Ｃｏ、Ｓｔ　、Ｈの原料を２種
ずつ選択して計６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の含有量が低くなるほど、μ。が各周波数で向上して
いる。　Ｎｏ、４−６では、Ｉ　ＫＨｚのμｏが９Ｘ１
０’を越えており、Ｎｏ、６では１０　Ｘ　１０’を越
える高い値となっている。

Ｓ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９７％以上の特性を満足
するのは、Ｎ０１４〜６である。すなわち第４表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ど高周波にお
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
要求される用途で、優れた特性のコア材やセンサーが得
られ、手続補正書（自発）別紙平成匂、１１甜１日

Claims

【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、２は原子％であって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、０≦ｙ≦８、１３≦ｚ≦２８ａ、ｂ、ｃは原子比であつて、０≦ａ≦０．２０、０≦ｂ≦０．２００≦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１０Ｐ．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５Ｐ．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。