JPH0442508A

JPH0442508A - 高周波磁心用非晶質合金及び高周波磁心

Info

Publication number: JPH0442508A
Application number: JP2151190A
Authority: JP
Inventors: Shun Sato; 駿佐藤; Kenichi Baba; 健一馬場; Toshio Yamada; 山田　利男; Satoshi Yamashita; 智山下; Hideo Hagiwara; 英夫萩原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2719978B2

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）本発明はスイッチング電源のマグアンプ（磁気増幅器）
やインダクタンス素子など高周波帯域で用いる非晶質軟
質磁性合金及び高周波磁心に関するものである。

（従来の技術）電子計算機やその周辺機器、通信機器などの電源に対す
る小型化の要請は年々高まっている。電源の小型化には
用いられる部品の小型化、高効率化が必要である。磁性
部分を小型化するためには周波数を高める、動作磁束密
度を高めるなどの手段をとればよい。しかし周波数や動
作磁束密度を上げると損失が大きくなり、結果として磁
心の発熱による問題が大きくなる。このため高周波で損
失の少ない磁性材料が求められる。

高周波における損失の少ない軟磁気特性材料として注目
されているのは非晶質合金である。非晶質合金は従来の
軟磁性金属に比べて電気抵抗が大きく、板厚の薄い材料
が容易に製造できる。すなわち高周波になるほど非晶質
合金は有利になるのである。なかでも磁歪がほとんどゼ
ロのＧｏｌＳ非晶質合金は保磁力Ｈａも小さいためマグ
アンプやコモンモードチョークのコアとして今日すでに
実用化されている。

今日、知られているゼロ磁歪ＣＯ基非晶質合金はいずれ
も菊池らの提案したＣｏＦｅＳｉ　Ｂ合金をベースに各
種の補助元素を含むものである。特開昭５８＝３１０５
３号公報に記載の合金、特公昭６３−２８４８３号公報
に記載の合金がその代表である。前者はＣｏＦｅ５ｉＢ
にＴｉ、　　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｎｉ、　Ｚｒ、　
Ｎｂ、　Ｍ０．　Ｒｕ、　Ｈｆ。

７ａ、　Ｗ、　Ｒｅを添加することにより熱的安定性を
改良するものであ゛す、後者は非晶質ＣｏＸ５ｉＢ合金
薄帯のトロイダルコアの周方向に平行な磁場中でアニー
ルした角型比の高いコアを製造する方法である。ただし
、ＸはＴｉ、　　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｎｉ、　Ｚｒ
、　Ｎｂ。

Ｍ０．　Ｒｕ、　Ｈｆ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｒｅ、　Ｆｅ
、　Ｙ、　Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄ。

Ｓｍ、　Ｅｕ、　Ｇｄ、　Ｔｂ、　Ｄｙの１種または２
種以上である。

実用成分としてはこの他さまざまな特性要求がある。例
えばロフトによる組成変動の影響を受けにくいこと、ア
ニール条件の範囲が広いこと、コア加工工程における劣
化の小さいこと、耐食性がすぐれていることなどが要求
される。しかしこれらの付加的要因をすべて考慮した場
合、今日提示されている合金では不満足な点が多い。

（発明が解決しようとする課題）本発明は磁気特性を満足するだけでなく、実用成分に対
して要求される緒特性をバランスよく保持する新規なＣ
ｏ基非晶質合金及び高周波磁心を提供することを目的と
するものである。

（課題を解決するための手段・作用）本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

（１）組成がＣｏ＠ＦｅＪｏｃＳｎａＳｉ＠　Ｂ　１か
らなる高周波磁心用非晶質合金。ここで、ａ＝６７〜７
１（原子％、以下おなじ）、ｂ−３〜６、ｃ＝１〜３、
ｄ−０，０５〜１．０、ｅ＝５〜１９、ｆ＝７〜１６か
つａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００である。

（２）表面に絶縁コーティングの施されていない前項１
記載の非合質合金からなる高周波磁心。

本発明の合金は従来から知られているＣｏＦｅＳｉ　Ｂ
合金をベースにＭｏとＳｎを複合添加したことが特徴で
ある。ＭｏとＳｎの複合添加により本発明が目的とする
軟磁気特性の向上とともに新たな効果が付加される。す
わなち、高周波における損失あるいは保磁力が従来の組
成に比べて低減できるだけでなく、従来の合金において
は不十分であった実用特性の改善がなされる。たとえば
、■アニール条件裕度の拡大、■歪み劣化の低減、■耐
食性の向上、■組成自由度の拡大が達成される。

第１図はＳｎを添加しないＣｏ基非晶貿合金（ｂ）とＳ
ｎを添加した本発明のＣｏ基非晶質合金（ａ）の磁気特
性のアニール温度依存性を比較したものである。図のよ
うにＳｎを添加しない合金では樹脂コーティング前（ア
ニール後）の角型比はアニール温度に依存して敏恣に変
化するとともに、樹脂コーテイング後（歪みが加わる）
の特性劣化が大きい。これに対して本発明の合金は樹脂
コーティング前の角型比が広いアニール温度範囲ですぐ
れた特性を示すとともに樹脂コーテイング後も特性劣化
が小さい。このようにＭｏの添加だけでは不十分であっ
た実用特性がＳｎの添加により一層の特性向上と製造安
定性の改善が達成される。

Ｓｎの添加がもたらす効果は主にＳｎの表面改質作用の
ためと考えられる。その根拠として、第２図に示すよう
にＳｎ添加非晶質合金薄帯の表面層にＳｉが異常に濃縮
されるという本発明者自身が見出した現象がある。すな
わち、高周波損失の低減はＳｉの異常な表面偏析が薄帯
表面の絶縁抵抗を高め、層間渦電流損の増大を抑制する
ためと考えられる。

耐食性の向上も同様にして説明できる。アニール裕度お
よび組成の自由度については明らがではないが、やはり
表面層が関与しているものと推定される。

以上説明したように本発明はＳｎの異常な挙動と特性の
関係を追究する過程を経て完成するに至ったのである。

次に、本発明の合金組成を限定する理由について述べる
。

Ｓｎは本発明の目的とするすぐれた実用特性を付与する
ための必須元素で０．０５〜１．０％（原子％、以下お
なじ）の範囲に規定した。その理由は０．０５％未満で
は本発明が目的とするＳｎの効果が顕著に発現せず、ま
た１、０％を超えて添加しても著しい効果は認められな
いからである。

ＭＯは非晶質合金の熱的安定性、非晶質形成能を高める
とともにＳｎと共存することにより高周波における磁気
特性を改善する効果をもつ元素で、その範囲を１〜３％
に限定した。１％を下回ると添加の効果が不十分なため
下限を１％とし、３％を超えると飽和磁束密度が低下す
るので上限を３％とした。

Ｃ０．　Ｆｅ、　Ｓｉ、　Ｂ　４元素の組成範囲は添加
するＳｎとＭｏの量を考慮して次の条件を満足するよう
に決められた。第１の条件は磁歪が１０−ｈ以下、第２
の条件は飽和磁束密度が０゜５Ｔ以上、第３の条件はコ
アの周方向に印加した磁場中アニール後の１００ｋＨｚ
における交流磁気特性が、少なくとも角型比Ｂｒ／Ｂｏ
＋＞０．９０、保磁力Ｈｃ＜３００　ｍＯｅ　。

好ましくはＢｒ　／　Ｂｍ　＞　０．９５、保磁力Ｈｃ
＜２００　ｍｏｅである（Ｂｒ−残留磁束密度、Ｂｍ−
印加最大磁場における磁束密度）。また、直角方向に印
加した磁界中アニール後の１００ｋＨｚにおける透磁率
が少なくとも２０．０００である。これらの条件を満足
する組成条件として、本発明においてはＣｏを６７〜７
１％、Ｆｅ３〜６％、Ｓｉ５〜１９％、８７〜１６％に
規定する。Ｃ０％　Ｆｅは規定した範囲をはずれると磁
歪および飽和磁束密度に対する条件を満足しなくなる。

また、ＳｔとＢが規定した範囲を外れると非晶質合金の
形成が困難になるとともに所定の交流磁気特性を満足し
なくなる。

次に本発明の実施態様について述べる。まず上述の組成
範囲となるように配合した原料あるいは母合金を溶解し
、通常の液体急冷法で非晶質の連続薄帯とする。このと
き使用するノズルは単一スリットノズルまたは多重スリ
ットノズル、あるいはラップした多孔ノズルを用いるこ
とができる。

鋳造する雰囲気は大気中、不活性ガス中、真空中のいず
れでもよい。以上説明した非晶質薄帯の製造法はとくに
限定するものではなく、他の方法を採用することもでき
る。

非晶質合金薄帯は所定の寸法の巻コアに成形された後ア
ニールされる。通常、コアに成形する前に非晶質薄帯は
眉間絶縁のため何らかのコーティングを施される。しか
し本発明の合金では急冷状態ですでに高い抵抗の表面皮
膜が形成されているので絶縁コーティングは不要である
。アニールは、高角型比が要求される場合はコアの周方
向に平行な磁界中で行われる。磁界の強さは合金の保磁
力の１０倍あれば十分である。アニール温度は合金の結
晶化開始温度をＴｘとするとき、Ｔｘ　−１２０°Ｃか
らＴｘ−２０℃の範囲、時間は３０〜１２０分が適当で
ある。また、高透磁率が要求される場合は磁界をコアの
周方向に直角に印加する。アニール温度と時間は高角型
比の場合とほとんど同じでよい。また、高透磁率を達成
するためにキエリー温度以上の温度でアニールしたのち
水冷する方法を採用することもできる。

（実施例）以下、実施例に基づいて説明する。

実施例１化学組成（Ｃ０．ｓ、５Ｆｅ３．ｓＳｉｘａＢａＭｏｚ
）　１０１１−ｘｓｎｘ合金（ｘ＝０．１．０．２．０
．５．　１．０）の薄帯を単ロール急冷法を用いて作製
した。薄帯の幅は５１ＩＩＩＩ＋、板厚は１５〜２０μ
ｍである。作製した薄帯はＸ線回折法により非晶質であ
ることが確認された。

二〇薄帯をそれぞれ内径１４ｎｎ＋、外径２１ａ＋ｍの
トロイダルコアに成形した後、約１０ｅの直流磁界をか
けなからＮ２気流中でアニールした。アニル条件は、保
定時間を１時間に固定し、温度はパラメーターとして４
００〜４８０°Ｃの範囲で変化させた。アニールしたコ
アの実用特性を評価するために樹脂コーティングの前後
で磁気特性を測定した。すなわち、アニール後のコアを
そのまま樹脂のケースに入れて巻き線したものと、コア
を樹脂コーティングしたのち巻き線したものそれぞれに
ついて磁気特性を測定した。

第１表に本発明の合金の最適アニール条件における磁気
特性を示した。また、比較のために本発明に属しないＳ
ｎを所定量含まない合金の特性も第１表に示した。第１
表から明らかなように本発明の合金は樹脂コーティング
前にすぐれた磁気特性（角型比＞０．９５、保磁力＜２
００ｍ０ｅ）を示すとともに樹脂コーテイング後も特性
の劣化はほとんどないことが分かる。これに対してＳｎ
を添加しない組成、およびＳｎが本発明の規定する範囲
にない組成は樹脂コーティング前の特性が不十分か、コ
ーティング前の特性がよくても樹脂コーテイング後の劣
化が大きいため（角型比＜０．９０、あるいは保磁力＞
　３００ｗｏｅ　）目標特性を達成できないことが分か
る。

また、本発明の合金は広いアニール温度の範囲で特性が
安定でかつ樹脂コーテイング後の特性もアニール条件の
自由度（裕度）が高いことが分かる。

実施例２実施例１と同じ組成の非晶質薄帯を成形したトロイダル
コアの周方向に直角な磁界を印加しながらアニールした
。樹脂コーティング前の透磁率および樹脂コーテイング
後の透磁率を第２表に記載した。第２表から明らかなよ
うに本発明の合金は樹脂コーティング前の透磁率がすぐ
れているだけでなく、樹脂コーテイング後の特性劣化が
比較合金に比べて小さいことが分かる。

（発明の効果）本発明のＳｎ添加Ｃｏ基ゼロ磁歪非晶質合金はすぐれた
軟磁気特性を示すとともに樹脂コーテイング後において
も特性の劣化がきわめて小さい。またアニール条件の自
由度が広い。このようにＳｎ　（！：Ｍ。

が共存するＣｏ基非晶質合金は従来Ｃｏ基非晶質合金に
比べて著しく実用特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＳｎ添加非晶質合金（ａ）と従来のＳ
ｎ添加なし非晶質合金Φ）の磁気特性（角型比）のアニ
ール温度依存性を比較する図である。第２図はグロー放
電発光分光法（ＧＤＳ）で分析した表面深さ方向の元素
濃度を比較する図（ただし、（ａ）は本発明のＳｎを含
有する非晶質合金、（ｂ）はＳｎを含まない合金）であ
る。特許出願人　新日本製鐵株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）組成がＣｏ＿ａＦｅ＿ｂＭｏ＿ｃＳｎ＿ｄＳｉ＿
ｅＢ＿ｆからなる高周波磁心用非晶質合金。ここで、ａ
＝６７〜７１（原子％、以下おなじ）、ｂ＝３〜６、ｃ
＝１〜３、ｄ＝０．０５〜１．０、ｅ＝５〜１９、ｆ＝
７〜１６かつａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００である。
（２）表面に絶縁コーティングの施されていない請求項
（１）記載の非合質合金からなる高周波磁心。