JPH0461065B2

JPH0461065B2 -

Info

Publication number: JPH0461065B2
Application number: JP57028936A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Inomata; Tadahiko Kobayashi; Michio Hasegawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1992-09-29
Also published as: JPS58147543A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕本発明は、高周波領域における低鉄損非晶質合
金に関し、更に詳しくは、高周波領域で鉄損が小
さいという磁気特性を有し、且つ、熱安定性が優
れ、高周波用トランス材又は磁心等に好適な低損
失晶質合金に関する。〔発明の技術的背景とその問題点〕従来から、スイツチングレギユレータ等の高周
波で使用する磁心には、パーマロイ、フエライト
等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という問題点を有
している。又、フエ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つて
は、飽和に近くなり、その結果鉄損が増大すると
いう問題点を有している。近時、スイツチングレ
ギユレータに使用される電源トランス等の高周波
で使用されるトランスにおいては、形状の小型化
が望まれているが、その場合、動作磁束密度の増
大が必要となるため、フエライトの鉄損増大は実
用上大きな問題となる。一方、結晶構造を持たない非晶質磁性合金は、
高透磁率、低保磁力等の優れた軟質磁性特性を示
すので、最近注目を集めている。これらの非晶質
性合金は、鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニツケル
（Ni）等を基本とし、これに非晶質化元素（メタ
ロイド）として、リン(P)、炭素(C)、ホウ素(B)、ケ
イ素（Si）、アルミニウム（Al）、ゲルマニウム
（Ge）等を包含せしめたものである。しかしながら、これら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系非晶質合金は、50〜60Hzの低周波
領域ではケイ素鋼の約1/4という非常に小さい鉄
損を示すが、10〜50KHzという高周波領域にあつ
ては著しく大きな鉄損を示し、とてもスイツチン
グレギユレータ等の高周波領域での使用に適合す
るものではない。又、従来のFe系非晶質合金に
あつて、低損失を得るためには該合金を磁場中で
熱処理することが必要であり、そのため処理工程
が複雑化する等の製造上の煩雑さや、その結晶化
温度が低いため熱安定性にも欠けるという問題点
を有している。更に、Fe系非晶質合金は、一般
に磁歪が大きいため、鉄心製造時における不可避
の工程である樹脂モールドにより、鉄損が著しく
増大するという問題点を有している。従来、非晶質合金に製造に際して、ニオブ
（Nb）を添加すると、得られる非晶質合金の特性
の中で、キユリー温度及び飽和磁化が低下するこ
とが知られている。又、Fe系非晶質合金におい
て、Feの一部をニオプ（Nb）、クロム（Cr）、モ
リブデン（Mo）、タングステン(W)又はバナジウ
ム(V)等の金属元素で置換すると、得られる非晶質
合金は高透磁率を有することが知られている。しかしながら、非晶質合金の鉄損や熱安定性等
に関してNbがどのような影響を与えるかという
点については知られていない。本発明者らの検討
によれば、Fe系非晶質合金において、高透磁率
を与える組成は必ずしも鉄損が小さいものではな
いとの結論に到達した。〔発明の目的〕本発明の目的は、10KHz以上の高周波領域にお
いて鉄損が小さく、樹脂モールド後においても鉄
損の増加がなく、且つ、熱安定性が優れた非晶質
合金を提供することにある。〔発明の概要〕本発明者らは、上記の非晶質合金に関する問題
点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、Fe
系非晶質合金においてFeの一部を所定量の原子
％のNb、更にはＶ、Cr、Mo、Ta、Ｗの元素で
置換し、且つ、Fe含有量を一定範囲内に制御す
ることにより、得られる非晶質合金が、高周波領
域においても、鉄損が小さく、又、磁歪が小さい
ために樹脂モールド後の鉄損の増加がなく、且
つ、熱安定性に優れたものであり、更に無磁場中
において熱処理することにより製造できるとの事
実を見出し、本発明を完成するに到つた。即ち、本発明の低損失非晶質合金は、次式
〔〕（Fe_1-aNb_a）_100-bXb 〔〕（式中、ＸはＢもしくはＢ及びSiから成る非晶質
化元素（ただし、Siは式中10原子％以下である。）
を表わし、ａ及びｂはそれぞれ 0.02≦ａ≦0.05及び12≦ｂ＜15 の関係を満足する数を表わす。）で示されることを特徴とするものである。又、本発明の低損失非晶質合金は、次式〔〕（Fe_1-c-dNb_cM_d）₁₀₀−_eXe 〔〕（式中、ＭはＶ、Cr、Mo、Ta及びＷから成る
群より選ばれた少なくとも１種の金属元素を表わ
し、ＸはＢもしくはＢ及びSiから成る非晶質化元
素（ただし、Siは式中10原子％以下である。）を
表わし、ｃ、ｄ及びｅはそれぞれ 0.01≦ｃ≦0.05、0.01≦ｄ≦0.05、 0.02≦ｃ＋ｄ≦0.075及び12≦ｅ＜15 の関係を満足する数を表わす。）で示されることを特徴とするものである。以下において、本発明を更に詳しく説明する。本発明の上記式〔〕及び〔〕で示される非
晶質合金において、各元素の添加理由、組成比並
びにその限定理由は以下のとおりである。本発明の式〔〕及び〔〕で示される非晶質
合金は、鉄（Fe）を主体とし、これに種々の添
加元素を配合したものである。式〔〕で示される非晶質合金において、ニオ
ブ（Nb）は、高周波領域での鉄損の低下及び結
晶化温度の上昇に寄与する成分であり、そのFe
に対する組成比ａは、原子濃度で0.02≦ａ≦
0.075の範囲に設定される。ａが0.02未満である
と上記の効果が充分得られず、一方、0.05を超え
ると比晶質合金のキユリー温度が低下して実用性
が低下する。式〔〕で示される非晶質合金において添加さ
れる、記号Ｍで示される金属元素は、Nbと共に、
高周波領域での鉄損の低下に寄与する成分であ
り、このＭは、パナジウム(V)、クロム（Cr）、モ
リブデン（Mo）、タンタル（Ta）及びタングス
テン(W)から成る群より選ばれた少なくとも１種の
金属元素を表わす。式〔〕で示される非晶質合
金において、Nb及びＭのFeに対する組成比ｃ及
びｄは、それぞれ原子濃度で0.01≦ｃ≦0.065、
0.01≦ｄ≦0.05且つ0.02≦ｃ＋ｄ≦0.075を満足す
るように設定される。ｃ又はｄが0.01未満もしく
はｃ＋ｄが0.02未満であると上記の効果が充分得
られず、一方、ｃが0.05、ｄが0.05もしくはｃ＋
ｄが0.075を超えると鉄損が増大する。式〔〕及び〔〕で示される非晶質合金にお
いて、Ｘは共に、本発明合金の非晶質化に不可欠
の元素であり、ホウ素(B)もしくはホウ素(B)及びケ
イ素（Si）を表わす。本発明非晶質合金におい
て、Ｘの配合量ｂ（式〔〕においてはｅ）は、
原子濃度で12≦ｂ(e)＜15を満足する値に設定され
る。ｂ(e)が12未満であるとキユリー温度の低下が
著しいため実用的ではなく、一方、15以上である
と磁歪が大きくなり、樹脂モールド後の鉄損が増
大する。尚、従来はｂ(e)が15未満であると、合金
の非晶質化が困難であつたが、本発明においては
製造方法を改良するとともに、結晶化温度の増大
をはかることにより非晶質合金化を可能とした。
本発明において、Ｂ及びSiの両者を包含せしめた
場合には、Si量を〔〕式又は〔〕式中におい
て10原子％以下にする必要がある。Si量が10原子
％を超えると得られる非晶質合金の鉄損が増大す
る。本発明の非晶質合金は、上記したFe、Nb及び
Ｘ（ＢもしくはＢ及びSi）或いは更にＭ（前記と同
意である）の各成分を所定の割合で混合した後、
溶融し、これを、例えば、溶湯急冷法によつて非
晶質合金化し、更に、無磁場中において、例え
ば、380〜520℃の温度領域で加熱処理を施すこと
により、容易に製造することができるものであ
る。〔発明の実施例〕実施例１第１表に示した組成の非晶質合金５種類（試料
番号１〜５）を圧延急冷法により作製した。即
ち、上記組成の溶融合金を、２個の高速回転する
ロールの間に、石英管ノズルからアルゴンガス圧
（1.0〜2.0Kg／cm²）で噴出させ、得られた薄帯を
急冷して、厚さ30μｍ、幅２mm及び長さ10ｍの薄
帯試料として得た。この試料から長さ100cmの薄
帯を切り取り、これを直径20mmのアルミナ製ボビ
ンに巻回した後、これら全体を無磁場中におい
て、460℃で30分間熱処理した。次いで、これら
に、１次コイル及び２次コイルを巻き付け（巻き
数はいずれも70回）、鉄損を測定した。又、これ
らの非晶質合金について、それぞれ磁束密度及び
磁歪定数を測定した。尚、鉄損は、ワツトメーターを使用して、Bm
（動作磁束密度）＝3KG（キロガウス）における鉄
損（ｍＷ／c.c.）を周波数10KHz、20KHz、50KHz
及び100KHzに対して測定した。又、磁束密度は
試料振動形磁力形を用い、磁歪定数はストレイン
ゲージ法を用いて、それぞれ測定した。これらの
結果を組成と共に第１表に示した。比較例１非晶質合金の組成が異なる他は、実施例１とす
べて同様の操作にて３種類（試料番号６〜８）の
試料を作製した。又、従来からスイツチング電源
用に使用されているMn−Znフエライト（試料番
号９）を比較品として使用した。上記４種類の試料について、実施例１と同様の
方法にて鉄損、磁束密度及び磁歪定数を測定し
た。それらの組成及び測定結果を実施例と共に、第
１表に併記した。

【表】表から明らかなように、本発明の非晶質合金
は、従来品であるフエライトと比較して、磁束密
度が大きく、且つ、鉄損が小さいものであること
が確認された。又、比較例の非晶質合金と比べて
も結晶化温度が上昇し、その熱安定性が向上した
ものである。実施例２ Nbの添加量ａを０〜0.125まで変化させた
（Fe_1-aNb_a）₈₆Si₂B₁₂の組成を有する非晶質合金
を、実施例１と同様の操作にて作製した。これら
６種類の非晶質合金について、Bm＝3KGの動作
磁束密度下において10KHz、20KHz、50KHz及び
100KHzのそれぞれの周波数で鉄損を測定した。
その結果をNb添加量に対する鉄損値として第１
図に示した。図から明らかなように、0.02≦ａ≦0.075の範
囲において、その鉄損が特に小さくなることが確
認された。実施例３第２表に示した組成の非晶質合金６種類（試料
番号10〜15）を実施例１と同様にして圧延急冷法
により作製した。これらを実施例１と同様にして
加工し、熱処理を施した後、鉄損、磁束密度及び
磁歪定数を測定した。これらの結果を、その組成
と共に第２表に示した。比較例２非晶質合金の組成が異なる他は、実施例１とす
べて同様の操作にて、２種類（試料番号16、17）
の試料を作製した。これらの試料についても同様
に鉄損、磁束度及び磁歪定数を測定した。その組
成及び測定結果について、実施例と共に第２表に
示した。尚、従来品であるMn−Znフエライトの
結果についても再掲した。

【表】

【表】表から明らかなように、本発明の非晶質合金
は、従来品であるフエライト及び比較品と比べ
て、磁束密度が大きく、且つ、鉄損が小さいもの
であることが確認された。実施例４ＭとしてCrを選択し、その添加量ｄを０〜0.06
まで変化させた（Fe_0.98-dNb_0.02Crd）₈₆Si₂B₁₂の組
成を有する非晶質合金を、実施例１と同様の操作
にて作製した。これら７種類の非晶質合金につい
て、Bm＝3KGの動作磁束密度下において、10K
Hz及び20KHzのそれぞれの周波数で鉄損を測定し
た。その結果をCr添加量に対する鉄損として第
２図に示した。図から明らかなように、0.01≦ｄ≦0.05の範囲
において、その鉄損が特に小さくなることが確認
された。尚、上記非晶質合金においては、Nbの
添加量ｃを0.02としているため、ｃ＋ｄの好まし
い範囲は、0.03≦ｃ＋ｄ≦0.07であり、これは、
本発明範囲に包含される。ＭとしてCrの代わりに、Ｖ、Mo、Ta又はＷ
をそれぞれ選択し、上記と同様の操作にて非晶質
合金化し、鉄損の測定を行なつたところ、Crの
場合とほぼ同等の結果が得られた。実施例５第１表に示した組成の非晶質合金を用いてそれ
ぞれコアを作製し、これらをエポキシ樹脂を用い
てモールドした後、80℃で熱硬化させた。これら
について、実施例１と同様の方法にて、モールド
前及びモールド後におけるBm＝3KG、ｆ＝50K
Hzでの鉄損を測定した。その結果を第３表に示し
た。尚、比較例のものについても、同様にして測
定した結果を併記した。

【表】表から明らかなように、本発明の非晶質合金
は、比較品に比べて、樹脂モールド後における鉄
損の増加が極めて小さいものであることが確認さ
れた。実施例６第２表に示した組成の非晶質合金を用いてそれ
ぞれコアを作製し、実施例５と同様にして樹脂モ
ールド後、熱硬化させた。これらについて、実施
例１と同様にして、モールド前及びモールド後に
おけるBm＝3KG、ｆ＝50KHzでの鉄損を測定し
た。その結果を第４表に示した。尚、比較例のも
のについても、同様にして測定した結果を併記し
た。

〔発明の効果〕

本発明の非晶質合金は、従来のフエライトに比
較して、磁束密度が大きく、高周波領域において
鉄損が小さいものである。又、樹脂モールド後に
おいても、殆んど鉄損が増加することのないもの
であり、且つ、熱安定性にも優れたものである。
しかも、鉄を主体とした材料であるために低価格
であり、高周波トランス等の小型化が可能となる
ため、工業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の非晶質合金の動作磁束密度
Bm＝3KGにおける各周波数でのNb添加量と鉄
損の関係図、第２図は、同じく本発明の非晶質合
金の動作磁束密度Bm＝3KGにおける10KHz及び
20KHzでのCrの添加量と鉄損の関係図である。

Claims

【特許請求の範囲】１次式：（Fe_1-aNb_a）_100-bX_b （式中、ＸはＢもしくはＢ及びSiから成る非晶質
化元素（ただし、Siは式中10原子％以下である。）
を表わし、ａ及びｂはそれぞれ 0.02≦ａ≦0.05及び12≦ｂ＜15 の関係を満足する数を表わす。）で示されることを特徴とする高周波領域における
低鉄損非晶質合金。２無磁場中において、結晶化温度以下の温度で
熱処理されて成る特許請求の範囲第１項記載の高
周波領域における低鉄損非晶質合金。３次式：（Fe_1-c-dNb_cM_d）_100-eX_e （式中、ＭはＶ、Cr、Mo、Ta及びＷから成る
群より選ばれた少なくとも１種の金属元素を表わ
し、ＸはＢもしくはＢ及びSiから成る非晶質化元
素（ただし、Siは式中10原子％以下である。）を
表わし、ｃ、ｄ及びｅはそれぞれ 0.01≦ｃ≦0.05、0.01≦ｄ≦0.05、 0.02≦ｃ＋ｄ≦0.075及び12≦ｃ＜15 の関係を満足する数を表わす。）で示されることを特徴とする高周波領域における
低鉄損非晶質合金。４無磁場中において、結晶化温度以下の温度で
熱処理されて成る特許請求の範囲第３項記載の高
周波領域における低鉄損非晶質合金。