JPH04280949A - 磁性薄帯 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｆｅ系軟磁性合金材料
に関し、さらに詳しくは、高飽和磁束密度および優れた
軟磁気特性を有するＦｅ系軟磁性合金材料に関する。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】高周波
用のチョーク、トランスなどの磁心用材料としては、小
さな印加磁界でただちに大きな磁束密度が得られ、かつ
そのヒステリシスループの囲む面積が小さく、電力損失
の小さな材料、いわゆる軟磁性材料が用いられている。 従来、このような軟磁性材料としては、Ｆｅ系アモルフ
ァス合金、Ｃｏ系アモルファス合金、モリブデンパーマ
ロイ、ハードパーマロイ等のパーマロイ系合金、フェラ
イト、アルパーム、センダスト等が主に用いられている
。この中でも、Ｆｅ系アモルファス合金は高飽和磁束密
度が期待できる材料の一つである。しかしながら、Ｆｅ
−半金属系アモルファス合金（ＦｅＳｉＢ系、ＦｅＰＣ
系等）においては飽和磁歪が大きく、また、Ｆｅ−遷移
金属系アモルファス合金（ＦｅＺｒ系等）においては、
キュリー温度が室温近傍と低いため、いずれの系におい
ても、良好な軟磁気特性が実現されず、磁心用材料とし
て十分な特性を有しているとはいえなかった。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、上記のような従来技術に鑑み
てなされたものであって、低飽和磁歪および低損失等の
優れた軟磁気特性を有し、かつ作製しやすく、生産性に
優れたＦｅ系磁性材料を提供することを目的としている
。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＦｅＢ系非
晶質合金に添加元素を加えた非晶質合金を熱処理により
結晶化させることにより、飽和磁歪がＦｅ−半金属系ア
モルファス合金と比較して一桁小さく、かつ軟磁気特性
に優れた磁性合金材料が存在することを見い出して本発
明を完成するに至ったものである。

【０００５】すなわち、本発明に係る磁性合金材料は、
組成式 Ｆｅ１００ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＢｂＣｕｃＭｄ（ただ
し、式中、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以上
の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原子％で０
＜≦ａ≦２０、８≦ｂ≦２５、０≦ｃ≦３、０．１≦ｄ
≦３０である。）で示される組成を有し、かつ組織の２
０％以上が結晶化されているものである。

【０００６】本発明に係る磁性合金材料は、上記のよう
に、ＦｅＢ系磁性合金材料にＡｌ、Ｃｕおよび特定の元
素Ｍを特定量添加するとともに、少なくとも組織の一部
を結晶化することにより、飽和磁歪を小さくし、磁心損
失、透磁率等の軟磁気特性を向上させ、しかも作製しや
すくしたものである。以下、本発明の磁性合金材料につ
いて詳述する。

【０００７】本発明の磁性合金材料に添加されるＭは、
Ｆｅ系結晶粒の微細化に寄与し、これによって得られる
磁性合金材料における軟磁気特性を向上させると考えら
れるもので、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ
、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以上の元
素であるが、好適にはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも一種以上の元素である
。

【０００８】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ
、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以上の元
素は、磁性合金材料中に含まれる全原子数に対して、０
．１原子％以上、好適には２原子％以上、３０原子％以
下、さらに好適には１５原子％以下、最も好ましくは８
原子％以下とする。このような範囲とすることによって
、得られる磁性合金材料の飽和磁束密度が著しく低下す
ることなく所期の効果を得ることができ、飽和磁束密度
の著しい低下を防止でき、非結晶質合金を作製すること
が容易になる。

【０００９】次にＣｕは本発明の磁性合金材料に必須の
成分ではないが、Ｃｕを更に添加することにより軟磁気
特性の向上が認められる。このＣｕの軟磁気特性への作
用は明確ではないが、次のように考えられる。ＣｕはＦ
ｅ、Ｂ（ホウ素）、Ｍ（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ）いずれに対しても固溶度
が低いため、非晶質合金中でＣｕ原子同士でクラスター
を多数形成しているものと考えられる。このクラスター
は非晶質から結晶化するＦｅ系結晶の核となり、このた
め、クラスターの非晶質合金中での分布に対応した多数
のＦｅ系結晶が同時に生成を開始するため、Ｆｅ系微結
晶が得られる。このようなＦｅ系微結晶が存在すること
により、得られる磁性合金材料の軟磁気特性が向上する
と考えられる。このＣｕの結晶粒微細化作用は、上記の
所定量のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｍｎ等の存在により著しくなり、特に所定量の
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等の存在によ
りさらに著しくなると考えられる。

【００１０】Ｃｕの添加量は、磁性合金材量中に含まれ
る全原子数に対して３原子％以下、好適には１．５原子
％以下とする。即ち、Ｃｕの添加量は０〜３原子％、好
ましくは０．５〜１．５原子％の範囲にあることが望ま
しい。Ｃｕの添加量をこのような範囲にすることにより
、得られる磁性合金材料の軟磁気特性の劣化が少なく、
また非晶質合金を容易に作製することができる。

【００１１】また、本発明の磁性合金材料に含まれるＡ
ｌ原子は、上記の元素を含む合金にさらに加えることに
より、生成する結晶粒をさらに微細化する効果をもち、
かつ結晶粒の軟磁性をも向上させる効果を持つ。これら
の効果は低Ｎｂ濃度組成領域で特に顕著である。Ａｌの
添加量（ａ）はこのような効果を得るためにａ＜０、好
ましくは０．１原子％以上であり、さらに好適には１原
子％以上とする。また、Ａｌ原子の数は磁性合金材料中
に含まれる全原子数に対して２０原子％以下であること
が好ましく、さらに好適には１０原子％以下とする。Ａ
ｌの添加量をこのような範囲とすることにより、所期の
効果を得ることができ、しかも得られる磁性合金材料の
飽和磁束密度の低下を防止し、また非晶質合金を容易に
作製することできる。

【００１２】Ｂ（ホウ素）は、本発明の磁性合金材料を
まず非晶質化するのに必須の元素である。即ち、本発明
の磁性合金材料は、一般に非晶質の薄膜、薄帯、粉末、
ファイバー等の形状をもった合金を作製した後、得られ
た非晶質合金に熱処理を施し、少なくともその一部を結
晶化させることにより製造されるものであるが、この非
晶質合金を製造する際、Ｂ原子が所定の範囲にないと、
非晶質合金を作製することが困難になる傾向が生じ、得
られる磁性合金材料の磁気特性が劣化することがある。 従って、Ｂの添加量は、磁性合金材料に含まれる全原子
数に対して８〜２５原子％であることが好ましく、更に
好ましくは１２〜１８原子％の範囲である。

【００１３】なお、当然のことではあるが、Ｎ（窒素）
、０（酸素）、Ｓ（イオウ）、Ｃ（炭素）、Ｐ（リン）
等の元素については、所望の特性が劣化しない程度に少
量含有されていても本発明の合金組成とみなすことがで
きる。本発明に係わる磁性合金材料は上記のような組成
を有するものであるが、かつ少なくともその組織の一部
が結晶化されているものである。その結晶化度は軟磁気
特性の向上という所期の効果を得るために２０％以上で
あり、好ましくは５０％以上であり、特に好ましくは、
７０％以上である。７０％以上であると、磁性合金材料
には優れた軟磁気特性が付与される。合金組織のうち微
細結晶粒以外の部分は主として非晶質である。微細結晶
粒の割合が実質的に１００％になっても、本発明の磁性
合金材料は十分に優れた磁気特性を示す。

【００１４】なお、ここで結晶化度とは結晶化物の全体
の体積に占める割合であるが、実験的にはＸ線回折法等
により評価することができる。即ち、完全に結晶化した
状態（Ｘ線回折強度が飽和した状態）のＸ線回折強度を
基準とし、これに対する測定すべき磁性合金材料のＸ線
回折強度の割合をもって実験的に評価することができる
（評価法１）。また結晶化度は、結晶化に伴い生じるＸ
線回折線のＸ線回折強度と、結晶化に伴い減少する非晶
質特有のハローによるＸ線回折強度の比から評価するこ
ともできる（評価法２）。

【００１５】このような結晶化している組織は、ｂｃｃ
構造のα−Ｆｅを主体としＡｌ、Ｂ（ホウ素）およびＭ
（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ
、Ｍｎ）が固溶している結晶粒から構成されていると考
えられる。この結晶粒は１０００オングストローム以下
の平均粒系を有し、合金組織中に均一に分布している。 結晶粒の平均粒径とは各粒子の最大寸法を平均したもの
である。平均粒径は良好な軟磁気特性を得るためには１
０００オングストローム以下が好ましい。さらに好まし
い平均粒径は５００オングストローム以下であり、特に
好ましくは５０〜２００オングストロームである。

【００１６】このように非晶質合金の少なくとも一部を
結晶化させることにより優れた軟磁気特性が付与される
。次に本発明に係る磁性合金材料の製造方法について説
明する。本発明に係る磁性合金材料は、単ロール法、双
ロール法、その他公知の液体急冷法により非晶質合金を
作製した後、得られた非晶質合金を熱処理し、少なくと
もその一部を結晶化させることにより製造される。ここ
で、非晶質合金、例えば薄帯の板厚は、特に限定はされ
ないが、２５μｍ以下であることが好ましい。

【００１７】非晶質合金、例えば薄帯は熱処理の前に巻
回、抜き打ち、エッチング等により所定の形状に加工す
る。この加工は熱処理後に行ってもよいが、一旦熱処理
し結晶化すると加工性が著しく低下することがあるため
、加工性のよい熱処理前の非晶質状態で加工を施すこと
が好ましい。所定の形状に加工された非晶質合金の熱処
理は、非晶質合金が酸化しない程度の真空中、あるいは
十分に真空排気した後のアルゴンガスもしくは窒素ガス
などの不活性ガス雰囲気中等で行う。熱処理温度は４５
０〜７００℃、好ましくは５００〜６５０℃である。 熱処理温度を４５０℃以上とすることにより結晶化を起
こしやすく、比較的短時間で熱処理できるようになる。 また熱処理温度を７００℃以下にすることにより粗大な
結晶粒の生成を防止し、均一で微細な結晶粒を得ること
ができる。

【００１８】また熱処理時間は０．２〜３時間とするこ
とが好ましい。即ち加工した合金全体を均一な温度にす
るためには０．２時間以上、好適には０．５時間以上と
し、また結晶粒の過剰な成長による磁気性低下を防止し
、生産性良く製造するためには３時間以内、さらに好適
には１時間以内とすることが好ましい。上記のような条
件下で熱処理を行うことにより、非晶質合金は少なくと
もその一部が結晶化され、本発明の磁性合金材料が得ら
れる。

【００１９】なお本発明においては、非晶質合金を熱処
理する際に磁場中で行なってもよく、また熱処理する際
に磁場を印加してもよい。磁場中で熱処理を行うことに
より、磁気異方性を生じさせることができる。本発明の
磁性合金材料からなる磁心あるいは本発明の合金組成よ
り成る熱処理前の非晶質合金からなる磁心の磁路方向に
磁場を印加し熱処理を施した場合は、Ｂ−Ｈループの角
形性のよいものが得られ、可飽和リアクトル用磁心、磁
気スイッチ、パルス圧縮用コア、スパイク電圧防止用リ
アクトル等に好適となる。一方磁路方向と直角方向に磁
場を印加し熱処理した場合は、Ｂ−Ｈループが傾斜し、
低各形比で恒透磁率性に優れたものが得られ動作範囲が
広がるので、トランスやノイズフィルター、チョークコ
イル等に好適となる。

【００２０】磁場は熱処理の間中かける必要はなく、合
金のキュリー温度Ｔｃより低い温度のときであればよい
。本発明の磁性合金材料の場合、結晶化しているので、
非晶質合金のキュリー温度より高い温度でも磁場中の熱
処理を行うことができる。さらに磁場中の熱処理を２段
階以上で行うこともできるし、また回転磁場中で熱処理
を行うこともできる。

【００２１】本発明の磁性合金材料は、単ロール法、双
ロール法等の公知の液体急冷法のみならず、スパッター
法等の薄膜化技術を用いて製造することも可能であり、
薄膜磁気ヘッド等を製造することもできる。また回転液
中紡糸法やガラス被覆紡糸法等によりファイバー状のも
のも作成することができる。またキャビテーション法や
アトマイズ法あるいは、単にロール法等により作成した
薄帯を粉砕する等の方法により粉末状のものを製造する
ことが可能である。このような粉末状の合金は圧粉成形
することにより圧粉磁心やバルク体を製造することがで
きる。

【００２２】また本発明に係る磁性合金材料を磁心に使
用する場合、表面に熱処理や化学処理により酸化物層を
形成したり、絶縁物を塗布あるいは付着させる等の方法
により層間絶縁を行えば、特に良好な物性が得られる。 このようにして得られた本発明に係る磁性合金材料は、
飽和磁束密度が大きく、低飽和磁歪や低損失等の優れた
軟磁気特性を併せもち、かつ作製しやすく生産性に優れ
るため、高周波用磁心材料等、トランス材料またはチョ
ークコイル用の磁心に好適に用いることができ、この結
果、電力ロスの低減を図ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明をさらに実施例によって説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない
。なお、以下の実施例における磁性合金材料の結晶化度
は前述の評価法１によって評価した。 実施例１ 単ロール法を用いて、アルゴンガス１気圧雰囲気中で、
ＦｅＢ合金にＡｌ、Ｎｂ及びＣｕを複合添加した非晶質
合金薄帯を作製した。得られた薄帯の幅は１ｍｍ、板厚
は１５μｍ〜２０μｍ程度であった。得られた非晶質合
金薄帯の組成分析をプラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によ
り行った。作製した薄帯を約１０ｃｍに切断し、石英管
中に真空排気後Ａｒガスを導入し封入して、種々の熱処
理温度（５００℃〜６５０℃）で磁場を印加することな
く熱処理し、結晶化させた後、直流磁化曲線を測定し、
薄帯の抗磁力Ｈｃを求めた。熱処理合金の結晶化度はい
ずれも７０％以上であった。この場合熱処理は、熱処理
時間に１時間保持した後、薄帯を封入した石英管ごと水
中に入れ、急冷させることにより行なった。また、磁化
曲線の測定に際し、磁場は薄帯の長手方向に印加した。

【００２４】また抗磁力Ｈｃが最小値を示した薄帯につ
いて、その飽和磁束密度Ｍｓを振動試料型磁力計を用い
て決定した。結果の一例を図１、図２に示す。図１、図
２は、Ｃｕ濃度、Ｂ濃度を各々１原子％、１４原子％と
一定にして、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｂの組成比を変化させたも
のである。尚、図１において、抗磁力Ｈｃは各組成の最
小値を示した。

【００２５】図からも明らかなように、これらＦｅＡｌ
ＮｂＣｕＢ合金は、１００ｍＯｅ以下、１３０ｅｍｕ／
ｇ以上の良好な軟磁気特性を広い範囲で示し、特に高い
飽和磁束密度Ｍｓ（１５０ｅｍｕ／ｇ程度）を示す組成
範囲においても、抗磁力が５０ｍＯｅ以下を示し、軟磁
性特性が良好であることがわかる。 実施例２ 単ロール法を用いて作製した上記非晶質合金薄帯を内径
１５ｍｍ、外径１８ｍｍ程度の巻磁心とした後、窒素ガ
ス雰囲気中で熱処理温度５００℃〜５５０℃、熱処理時
間１時間にて磁場を印加することなく熱処理を行なった
。熱処理後、巻磁心を窒素気流中で冷却した。熱処理後
の巻磁心の損失を、周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度
０．１Ｔにて、デジタルオシロスコープを用いて測定し
た交流ヒステリシスループの囲む面積から決定した。 また透磁率μを周波数１００ｋＨｚ、励磁磁界５ｍＯｅ
にて、ＬＣＲメータを用いてインダクタンスＬを測定す
ることにより決定した。また同時に、ストレンゲージ法
により飽和磁歪定数λｓ（ｐｐｍ）を決定した。用いた
試料は、長さ約４０ｍｍ、幅約１ｍｍであり、先に述べ
た封入石英管中で熱処理したものである。結果を表１に
示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】比較例１ 従来の軟磁性材料であるＦｅ系非晶質合金により作製し
た巻磁心の磁心損失、透磁率μおよび飽和磁歪定数λｓ
を実施例１と同様に決定した。結果を表１に示す。以上
の結果からも明らかなように、本発明に係わる磁性合金
材料は、従来材と比較して低い磁心損失と大きな透磁率
と小さな飽和磁歪定数を併せて有していた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
磁性合金材料は、ＦｅＢ系合金にＡｌ、ＣｕおよびＴｉ
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ
から選ばれる少なくとも一種以上の元素とを特定量添加
して得られた非晶質合金を熱処理し、少なくともその一
部を結晶化させることによって製造されており、低飽和
磁歪と低損失等の優れた軟磁気特性を併せもち、かつ作
製しやすく生産性に優れるため、高周波用磁心材料など
に好ましく用いられる磁性合金材料を提供することが可
能になる。

【００２９】また本発明による高周波磁心材は、上記軟
磁気特性の優れた磁性合金材料を用いているので、電力
ロスが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性合金材料の種々の組成における抗
磁力Ｈｃを示す図

【図２】本発明の磁性合金材料の種々の組成における飽
和磁束密度Ｍｓを示す図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】組成式 Ｆｅ１００ａ−ｂ−ｃ−ｄＡｌａＢｂＣｕｃＭｄ（ただ
   し、式中、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
   Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎから選ばれる少なくとも一種以上
   の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原子％で０
   ＜ａ≦２０、８≦ｂ≦２５、０≦ｃ≦３、０．１≦ｄ≦
   ３０である。）で示される組成を有し、かつ組織の２０
   ％以上が結晶化されていることを特徴とする磁性合金材
   料。