JPH05117821A - 高周波磁心用非晶質合金および高周波磁心 - Google Patents

高周波磁心用非晶質合金および高周波磁心

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JPH05117821A
JPH05117821A JP3274324A JP27432491A JPH05117821A JP H05117821 A JPH05117821 A JP H05117821A JP 3274324 A JP3274324 A JP 3274324A JP 27432491 A JP27432491 A JP 27432491A JP H05117821 A JPH05117821 A JP H05117821A
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amorphous alloy
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magnetic
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Shun Sato
駿 佐藤
Toshio Yamada
利男 山田
Satoshi Yamashita
智 山下
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15316Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Co

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波用磁気コアに使用される非晶質合金に
おいて、コア加工プロセスによる特性劣化が小さく、熱
処理条件裕度の大きな非晶質合金およびそれを用いる磁
心を提供する。 【構成】 組成がCoa Feb Nbc Snd Sief
(a=67〜71、b=3〜6、c=0.5〜3.0、
d=0.05〜1.0、e=1〜19、f=7〜18か
つa+b+c+d+e+f=100)で、熱処理後に優
れた高周波軟磁気特性を有する非晶質合金。 【効果】 NbとSnの複合効果により、樹脂コーティ
ングによる磁気特性の劣化がきわめて小さく、かつアニ
ール温度の適正範囲が拡大される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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)のコアやインダクタンス素子など
高周波帯域での使用に適した非晶質軟質磁性合金および
高周波磁心に関するものである。
【0002】
【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。磁性部品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。
【0003】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Co基非晶質合金は保磁力Hc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。
【0004】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CoFeSiB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
−31053号公報に記載の合金、特公昭63−284
83号公報に記載の合金がその代表である。前者はCo
FeSiBにTi、V、Cr、Mn、Ni、Zr、N
b、Mo、Ru、Hf、Ta、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り、後者は非晶質
CoXSiB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、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Re、F
e、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。例えばロットによる組
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。
【0005】
【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諸特性
をバランスよく保持する新規なCo基非晶質合金および
高周波磁心を提供することを目的とするものである。
【0006】
【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Coa Feb Nbc Snd Sie f で表
示される熱処理後の高周波における軟磁気特性のすぐれ
た非晶質合金。ここで、a=67〜71(原子%、以下
同じ)、b=3〜6、c=0.5〜3.0、d=0.0
5〜1.0、e=1〜19、f=7〜18 かつa+b
+c+d+e+f=100である。
【0007】(2)表面に絶縁コーティングの施されて
いない前項1記載の非晶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CoFeSiB合金
をベースにNbとSnを複合添加したことが特徴であ
る。Nb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。すな
わち、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。
【0008】図1はSnを添加しないCo基非晶質合金
(図1(b))とSnを添加した本発明のCo基非晶質
合金(図1(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、より敏感に変化するとともに、樹脂コーテ
ィング後(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
コーティング後も特性劣化が小さい。このようにNb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。
【0009】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、図2
に示すようにSn添加非晶質合金薄帯の表面層にSnと
ともに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
の異常な表面偏析により形成されたSiO2 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かでは
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。
【0010】Nb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ある。N
bのかわりに、Cr、Al、V、Zrなど前記の先行例
において有効とされる元素を用いるとよい結果が得られ
なかった。この事実は、NbとSnの共存が本発明の目
的を達成するために不可欠の構成要因であることを裏付
けるものである。本発明者は特願平2−151190号
においてSnとMoの複合添加を提案しているが、本発
明のSnとNbの複合効果はさらに著しい。また、Sn
とMoの場合、角型比95%以上が得られる適正アニー
ル温度範囲が420〜480℃であったが、SnとNb
の組み合わせでは、440〜520℃に広くなる。また
保磁力においても、本発明の合金は、上記特願平2−1
51190号の合金に比べて10%以上保磁力が低い。
これは、本発明の合金がより高い周波数で使用できるこ
とを意味する。
【0011】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%の
範囲に規定した。その理由は、Sn量が0.05%未満
では本発明が目的とするSnの表面改質効果が顕著に表
れず、また1.0%を超えても著しい効果は認められな
いからである。
【0012】Snとの共存のもとで、本発明が規定する
Nbの適正範囲は0.5〜3.0%である。Nb量が
0.5%を下回ると添加の効果が不十分であるため下限
を0.5%とし、3.0%を超えると飽和磁束密度が低
下するので上限を3.0%とした。Co、Fe、Si、
B4元素の組成範囲は添加するSnとNb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10-6以下、第2の条件は飽和磁束密度が0.4
T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/Bs>0.90、保磁力Hc<300
mOe、好ましくはBr/Bm>0.95、保磁力Hc<
200mOe である。また、直角方向に印加した磁界中ア
ニール後の100kHz における初透磁率が少なくとも3
0、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67〜71%、Fe3〜
6%、Si1〜19%、B7〜18%に規定する。C
o、Feは規定した範囲を外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、Si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。
【0013】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特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。
【0014】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
非晶質薄帯は層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−1
20℃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結晶化温度以下かつキュリー温度以
上の温度でアニールした後、水冷する方法を採用するこ
ともできる。
【0015】
【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(CO68.2Fe3.8 Si179 Nb2 100-x
Snx 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
5mm、板厚は15〜20μm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。
【0016】この薄帯をそれぞれ内径14mm、外径21
mmのトロイダルコアに成形した後、約1Oeの直流磁界を
かけながらN2 気流中でアニールした。アニール条件
は、保定時間を1時間に固定し、温度はパラメータとし
て400〜540℃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後、巻き線したものそれぞれ
について磁気特性を測定した。
【0017】表1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Snを所定量含まない合金の特性も表1に示し
た。表1から明らかなように本発明の合金はケース入り
ですぐれた磁気特性(角型比>0.95、保磁力<20
0mOe )を示すとともに樹脂コーティング後も特性の劣
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
い組成は樹脂ケース入りの特性が不十分(角型比<0.
95、あるいは保磁力>200mOe)か、樹脂ケース
入りの特性がよくても樹脂コーティング後の劣化が大き
いため目標特性を達成できないことが分かる。
【0018】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ィング後の特性もア
ニール条件の自由度(裕度)が高いことが分かる。
【0019】
【表1】
【0020】実施例2 実施例1と同じ組成の非晶質合金薄帯を成形したトロイ
ダルコアに長手方向に直角な磁界を印加しながらアニー
ルした。ケース入りの初透磁率および樹脂コーティング
後の初透磁率を表2に記載した。表2にみるように本発
明の合金はケース入りの初透磁率がすぐれているだけで
なく、樹脂コーティング後の特性劣化が比較合金に比べ
て小さいことが示されている。
【0021】
【表2】
【0022】
【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ィ
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とNbが共
存するCo基非晶質合金は従来の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】
【図1】磁気特性(角型比)のアニール温度依存性を比
較する図で、(a)は本発明のSn添加非晶質合金、
(b)は従来のSnなし非晶質合金に関するものであ
る。
【図2】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で、(a)は本発明
のSn添加非晶質合金、(b)はSnなしの非晶質合金
に関するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成がCoa Feb Nbc Snd Sie
    f で表示される熱処理後の高周波における軟磁気特性
    のすぐれた非晶質合金。ここで、a=67〜71(原子
    %、以下同じ)、b=3〜6、c=0.5〜3.0、d
    =0.05〜1.0、e=1〜19、f=7〜18 か
    つa+b+c+d+e+f=100である。
  2. 【請求項2】 表面に絶縁コーティングの施されていな
    い請求項1記載の非晶質合金からなる高周波磁心。
JP3274324A 1991-07-30 1991-10-22 高周波磁心用非晶質合金および高周波磁心 Withdrawn JPH05117821A (ja)

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JP3274324A JPH05117821A (ja) 1991-10-22 1991-10-22 高周波磁心用非晶質合金および高周波磁心
US08/286,246 US5456770A (en) 1991-07-30 1994-08-08 Amorphous magnetic alloy with high magnetic flux density

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105825991A (zh) * 2016-03-23 2016-08-03 山东大学(威海) 一种少组元低成本高饱和磁感应强度的铁基软磁非晶合金及其制备工艺

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