JPH05335154A

JPH05335154A - 磁心及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05335154A
Application number: JP4139391A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuoka; 孝松岡; Hiroshi Watanabe; 洋渡辺; Jun Saito; 準斉藤
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】高飽和磁束密度、低鉄損、高透磁率でこれら
の周波数特性が良好であり、経時安定性に優れた磁心を
得る。【構成】Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金に所定量のＡｌを添加
する。好適には更にＮｂ等の元素を所定量添加する。こ
のような組成の非晶質合金を急冷法により薄帯、粉末、
薄膜等の形状に形成した後、積層、巻回等して所望の磁
心形状に成型し、これをキュリー点以上ないしは近傍の
温度で熱処理することにより、組織の少なくとも３０％
が平均粒径１０００オングストローム以下の微細結晶粒
から成り、残部が非晶質である合金から成る磁心を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁石用ヨークや柱上
トランス等の低周波用途から、スイッチング電源を初め
とする高周波用途まで幅広い用途に使用するのに好適な
磁心に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、磁心の低周波用途には、珪素
鋼が使われているが、例えば柱上トランスでは、鉄損が
大きいため伝送効率の低さが問題であり、また、磁歪に
よるうなりが発生する。このため近年、鉄系アモルファ
スによる柱上トランスが低損失として注目されてはいる
が、磁歪が大きいため加工による磁気特性の劣化を生じ
材料ベースでの差ほど効果が出ていない。さらに、この
鉄系アモルファスを使用してトランスを構成した場合に
は磁歪によるうなりも大きい。

【０００３】また、磁心の高周波用途では、ダストコ
ア、パーマロイ、フェライトが使用されている。しかし
ながら、ダストコアは透磁率が５００以上にならない
し、パーマロイは機械的信頼性が低く衝撃や振動で磁気
特性が劣化する。フェライトは比較的多く使用されては
いるが、飽和磁束密度が小さく小形化に限界がある。ま
た、透磁率を高くすると周波数特性が劣化し、高周波の
透磁率は高くすることができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の難点を
解消するためになされたもので、その目的は、高飽和磁
束密度、低鉄損、高透磁率でこれらの周波数特性が良好
であり、磁歪が小さく、経時安定性に優れた磁心および
その製造方法を提供することである。さらに、本発明の
第２の目的は、高周波数特性が良好であり、高周波数領
域で鉄損が小さく、透磁率が高い磁心およびその製造方
法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の磁心は、一般式（Ｆｅ_1-xＭ_x）_100-a-b-c- _d
Ｓｉ_aＡｌ_bＢ_cＭ'_d(式中、ＭはＣｏ及び／又はＮｉ、
Ｍ'はＮｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｙ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐから
選ばれる１種類以上の元素を表わす。ｘは原子比を、
ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ原子％を示し、それぞれ０≦
ｘ≦０．１５、０≦ａ≦２４、２＜ｂ≦１５、４≦ｃ≦
２０、０≦ｄ≦１０を満たすものとする）で表わされ、
組織の少なくとも３０％以上が平均粒径１０００オング
ストローム以下の微細な結晶粒である合金から成るもの
である。ここで結晶質は鉄を主体としたｂｃｃ固溶体か
ら成るものである。

【０００６】まず本発明の磁心に用いられる上記合金の
組成について説明する。この合金においては磁性特性の
面から銅（Ｃｕ）は０．５原子％以下、好適には０．１
原子％以下であり、更に好ましくはＣｕは全く混入しな
いほうがよい。上記合金において、Ｆｅは原子比ｘが０
から０．１５の範囲でＣｏ及び／又はＮｉで置換するこ
とができる。Ｃｏ及びＮｉは、Ｆｅと負の相互作用パラ
メータを示すので、この合金を熱処理する際に生成する
Ｆｅを主体としたｂｃｃ固溶体に固溶し、ｂｃｃ構造格
子に置換されるものと考えられる。これにより、ｂｃｃ
固溶体が持つ、磁歪定数、結晶磁気異方性定数を低減で
きると考えられる。本発明の合金においてｘが０≦ｘ＜
０．０２、特にｘ＝０、即ちＮｉ（及び／又はＣｏ）を
全く含まない場合には高透磁率が得られるため、高透磁
率が要求される用途、例えばコモンモードチョークコイ
ル、フィルタ用インダクタ、信号用変成器等の磁心に好
適である。

【０００７】一方、Ｎｉ（及び又はＣｏ）の含有量ｘが
０．０２≦ｘ≦０．１５を満たすときは、高透磁率が得
られるだけでなく上述した磁歪定数、結晶磁気異方性定
数の低減という効果及び磁場熱処理により誘導異方性の
付与が大きいという効果が得られ、主としてコモンモー
ドチョークコイル、フィルタ用インダクタ、信号用変成
器、高周波トランス、マグアンプ等の磁心に好適であ
る。なお、Ｎｉ（及び又はＣｏ）の含有量ｘは好ましく
は０．０２≦ｘ≦０．１５、更に好ましくは０．０３≦
ｘ≦０．１である。

【０００８】Ａｌは本発明の磁心用の合金の必須元素で
あり、Ａｌを特定量（２原子％を超え１５原子％以下）
添加することにより、結晶磁気異方性の小さい軟磁性を
示す結晶（Ｆｅ基ｂｃｃ固溶体）の結晶化温度（ＴX₁）
と軟磁性を阻害する結晶（例えばＦｅ−Ｂ系結晶）の結
晶化温度（ＴX₂）との温度差（△Ｔ）を大きくすること
ができ、熱処理時のＦｅ−Ｂ系結晶等の生成を抑制する
と共に、比較的低い温度の熱処理で軟磁気特性を導出す
ることができる。

【０００９】Ａｌの含有量ｂは、２原子％を超え１５原
子％以下、好ましくは２．５〜１５原子％、更に好まし
くは３〜１２原子％である。３〜１２原子％の範囲にお
いて、特に透磁率が高く、鉄損の小さい磁心を得ること
ができる。なお、合金においてｘが０≦ｘ＜０．０２、
特にｘ＝０の場合には、Ａｌの含有量ｂは好ましくは６
〜１２原子％、更に好ましくは６〜１０原子％、最も好
ましくは７〜１０原子％とする。

【００１０】ＡｌはＮｉ（Ｃｏ）と同様にＦｅとの相互
パラメータが負であるため、Ａｌを添加することにより
Ｆｅを主体とした固溶体中に固溶され、即ちα−Ｆｅ結
晶構造のＦｅ原子の位置に置換される形で固溶されｂｃ
ｃ結晶を安定化するため、熱処置に結晶化されやすい環
境を作るものと推定される。従って、上述のようにＡｌ
添加によって結晶磁気異方性の小さい結晶粒が選択的に
作成されるので、これによって優れた軟磁気特性が発現
すると思われる。

【００１１】Ｓｉ、Ｂは上記合金を初期状態（熱処理
前）で非晶質化させる元素である。Ｓｉの含有量ａは０
〜２４原子％、好ましくは６〜１８原子％、更に好まし
くは１０〜１６原子％である。Ｓｉの含有量をこの範囲
とすることにより、初期状態（熱処理前）における非晶
質形成能を高めることができるので好ましい。Ｂの含有
量ｃは４〜２０原子％、好ましくは６〜１５原子％、更
に好ましくは１０〜１４原子％である。この範囲であれ
ば充分な結晶化温度の温度差が得られ、かつ非晶質化さ
せやすいので好ましい。なお、Ｂの含有量９原子％を境
にしてアモルファス形成能が異なり、Ｂが９．５〜１５
原子％、特に１０〜１４原子％の範囲ではＡｌを入れた
場合の上記組成のアモルファス合金のアモルファス形成
能に優れ、熱処理後均一な結晶粒が得られる。

【００１２】上記合金の基本的組成は上述のＦｅ
（Ｍ）、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌであるが、更に耐食性、磁気特
性を向上させるために他の元素Ｍ'を加えることができ
る。Ｍ'としては、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈ
ｆ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｙ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｇａ、Ｇ
ｅ、Ｃ、Ｐから選ばれる１種以上が挙げられる。さらに
Ｍ'の添加は、基本組成のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｂ合金の
非晶質形成能を向上させる働きがある。

【００１３】Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＭｏは特
に軟磁気特性を阻害するＦｅ−Ｂ系結晶の析出を抑制
し、又はＦｅ−Ｂ系結晶の析出温度を高い温度に移動さ
せる効果があり、合金の軟磁気特性を改善する。また上
記元素（金属）の添加は結晶粒の微細化に寄与する。
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｙ及びＲｕは特に合金の耐腐食性を改
善するのに効果的である。Ｃ、Ｇｅ、Ｐ及びＧａは特に
アモルファスを形成するのに効果がある。上記元素の１
以上を添加することができる。これら元素のうち特にＮ
ｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖが好ましい。このうち、
Ｎｂを加えた場合には軟磁気特性、特に抗磁力、透磁
率、鉄損が著しく改善される。これらの元素の添加量ｄ
は、１〜１０原子％、好ましくは１〜８原子％、更に好
ましくは１〜６原子％である。この範囲とすることによ
り、非晶質形成能および磁気特性が劣化することを防止
することができる。

【００１４】また、上記合金においてはＮ、Ｓ、Ｏなど
の不可避的不純物を、目的とする特性が劣化しない程度
に含有している合金も本発明に含むものである。以上の
ような組成の非晶質合金は後述する熱処理により組織全
体の少なくとも３０％以上（３０％〜１００％）が結晶
質（微細な結晶粒）と成るようにする。磁気特性の面か
ら、組織全体の少なくとも６０％以上が微細な結晶粒か
ら成ることが特に好ましく、８０％以上が微細な結晶粒
から成ることが最も好ましい。結晶粒の割合が上記範囲
にあるとき優れた（軟）磁気特性を示す。微結晶粒組織
以外の部分はアモルファス状態でもよいが、組織のほと
んどが微結晶粒構造になっていても構わない。微細結晶
粒の割合が実質的に１００％であっても優れた（軟）磁
気特性を示す。

【００１５】この結晶粒はｂｃｃ構造を有しており、Ｆ
ｅを主体としてＳｉ、Ｂ、Ａｌ（場合により更にＮｉ及
び／又はＣｏ）が固溶していると考えられる。結晶粒の
平均粒径は１０００オングストローム以下、好ましくは
５００オングストローム以下、更に好ましくは５０〜３
００オングストロームである。本発明では平均粒径が１
０００オングストローム以下であることにより、優れた
磁気特性が得られる。

【００１６】なお、上記合金において結晶粒の全体に占
める割合は、実験的に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。また、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線回折強度との比か
ら評価することもできる。また、本発明において平均粒
径はＸ線回折図形のｂｃｃピーク反射（１１０）を用
い、シェラーの式（ｔ＝０．９λ／βｃｏｓθ）によっ
て導出したものである（カリティ著、新版Ｘ線回折要論
（Element of X-ray Diffraction (Second Edition）、
B.D. Cullity）、９１〜９４頁)。

【００１７】以上述べた合金から本発明の磁心を製造す
るには、まず上記の合金組成の溶湯から一般にアモルフ
ァス金属を形成する液体急冷法、例えば単ロール法、双
ロール法、キャビテーション法、スパッタ法または蒸着
法等により上記組成の非晶質合金をリボン（薄帯）状、
粉末状、繊維状又は薄膜状等に形成する。このように形
成される非晶質合金は結晶相を含んでいてもよいが、後
述する熱処理により微細な結晶粒を均一に生成するため
には非晶質であることが望ましい。

【００１８】このように形成される非晶質合金は熱処理
前或いは後に、磁心形状に加工する。磁心形状に加工す
るには、薄帯或いは薄膜を巻回ないし積層した後、必要
に応じ切断、打抜き、エッチング等を施し、トロイダル
状、Ｅ型、Ｉ型、Ｃ型等の所定の形状にする。或いは合
金の粉末を所望磁心形状に成型する。巻回或いは積層す
るための薄帯の厚さは、薄い方が高周波の磁気特性が良
好となるので好ましくは１００μｍ以下、更に好ましく
は２０μｍ以下とする。粉体は液体急冷法により合金を
作成する際、直接粉体状としてもよいが薄帯状、繊維状
又は薄膜状にしたものを粉砕して粉体としてもよい。粉
体の粒径は、最大直径２００μｍ未満が好ましい。粉体
を成型する場合は、好適には無機系では水ガラス、変成
アルコレート等、有機系ではフェノール樹脂、エポキシ
樹脂等の接着剤を含浸して成型する。

【００１９】また得られる磁心のコア損失を低減するた
めに、薄帯、粒体の表面には絶縁層が形成されているこ
とが好ましい。絶縁層は薄帯、薄膜の少なくとも片面に
設けられていればよい。絶縁層を設けるには、無機酸化
物、窒化物、炭化物等、例えばＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓ
ｂ₂Ｏ₅等の絶縁粉体をコロイド、スラリー状の水系又は
有機溶剤系分散液とし、コールコート法、スプレー法、
ディッピング法等により塗布し、溶媒を乾燥除去して付
着させたり、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等を蒸着等する。

【００２０】このように所望の磁心形状に加工した後、
上述のように組織の３０％以上を結晶化する温度で熱処
理する。なお、熱処理は巻回、積層等の成型の前に行な
ってもよい。熱処理は真空中あるいはアルゴンガスもし
くは窒素ガスなど不活性ガス、Ｈ₂等の還元性ガスもし
くは空気等の酸化性ガス雰囲気中で行なう。好ましくは
真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で行なう。熱処理温
度は約２００〜８００℃程度、好ましくは４００〜７０
０℃程度、更に好ましくは５２０〜６８０℃程度とす
る。熱処理時間は０．１〜１０時間程度、好ましくは１
〜５時間程度とすることが好ましい。また、熱処理は無
磁場中でも、また磁場を印加して行なってもよいが、熱
処理中磁場を印可した場合には、得られる磁心に磁気異
方性を誘導することができる。従って、磁気異方性をも
つことが要求される用途、例えば送配電用電力トラン
ス、高周波電力変換装置用の高周波トランスや高周波リ
ップル平滑用コイルの磁心、ノイズフィルタに用いられ
るコモンモードチョークコイル用磁心等は磁場中で熱処
理する。なお、熱処理中磁場を印可した場合には、磁気
異方性を誘導するという材料としての効果の他に、用途
によって部品レベルで他の効果を得ることができる。例
えばトランス等では鉄損の低減、またコモンモード、セ
ンサ等の用途では透磁率の向上等が得られる。

【００２１】磁界の強度及び磁界が印加される方向はこ
れら目的とする用途（効果）により異なり、低周波での
鉄損低減を図るためには、磁路方向と平行に磁界を８
［Ａ／ｍ］以上印加することが好ましい。また高周波で
の低鉄損、高透磁率を発現させるためには、磁路方向と
角度をもたせて磁界を８００［Ａ／ｍ］以上印加するこ
とが好ましい。更に好ましくは８００００［Ａ／ｍ］以
上とする。なお磁路方向との角度は通常直角とするが、
直角でなくてもよい。また薄帯の場合、磁路方向がリボ
ンの長手方向であるとするとそれと角度をもつ磁界の印
加方向としては薄帯の面内でもあっても面直（９０度）
を含む面内であってもよい。

【００２２】磁界は直流、交流のいずれでもよいが、交
流磁界で磁心を励磁すると磁心内部に渦電流損失等の内
部損失が発生するため発熱する。これにより、大型の磁
心の熱処理の場合、磁心内部と表面の温度差が低減され
均一な熱処理を行なうことができ大型磁心でも小型磁心
の場合と同様の効果が得られる。本発明の磁心は、開磁
路、閉磁路のいずれの磁心にも適用できる。成型した磁
心の形状の具体例を図１〜図５に示した。図１（ａ）は
薄帯を巻回した閉磁路磁心を、図１（ｂ）、（ｃ）は
（ａ）に示す閉磁路磁心の磁路の途中を１または２箇所
以上切断したもので、切り離してＣ型コアとすることが
できる。またスペーサを介して、或いはスペーサなしで
突き合わせて組合せコアとしてもよい。図２〜図４は薄
帯を積層したもので、図２（ａ）及び図３（ａ）はそれ
ぞれ閉磁路磁心を、図２（ｂ）及び図３（ｂ）はそれぞ
れ磁路の途中を１または２箇所以上切断したコの字型及
びＥ型のものを示し、図４は棒状磁心を示す。また図５
は粉体成型したものを示す。

【００２３】磁路の途中を切断する場合、切断面は必要
に応じ研削或いは研磨し、表面が平滑で対向する切断面
が平行となるようにする。これにより積層体或いは巻回
したもの場合、薄帯の各層の切断面同士が接触し、各層
間の絶縁が壊れることを防止できる。また、トランスや
センサ用の磁心のように切断後の切断面をスペーサなし
に突き合わせものでは、突き合わせ面に余分な隙間を生
じることなく磁心を構成することができる。

【００２４】更に本発明の磁心は、以上述べたような積
層体、巻回したもの、粉体成型したもの、或いはこれら
に切断面を設けたものに絶縁、保護の目的でフェノール
樹脂、ＰＢＴ、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂から成る樹
脂製ケースの外装、樹脂塗装の外装等の外装を設けるこ
とができる。本発明の磁心がコモンモードチョークコイ
ルやトランスなどの場合には、磁心の周囲に巻かれる複
数のコイル間の電気的な絶縁距離を取るため、樹脂製ケ
ース外装にコイルを仕切る構造体を備えることが好まし
い。図６に円形の磁心の外装１０にそのような構造体と
して仕切部１０ａと仕切板１１とを設けた構成を示し
た。

【００２５】本発明の磁心は、コモンモードチョークコ
イル、フィルタ用インダクタ、信号用変成器、高周波ト
ランス、マグアンプ等の磁心に適用でき、合金の組成を
適当に変えることによりそれぞれの用途に応じた周波数
に好適な磁気特性を有する磁心を得ることができる。以
下、本発明の磁心の実施例を更に説明する。実施例１〜９単ロール法を用いて、Ｆｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、（Ｎｂ）
を含有する溶湯からアルゴンガス１気圧雰囲気中で幅
１．０〜５mm程度、板厚約１４〜２０μｍの急冷薄帯を
作成した。この薄帯を用いて内径１５mm、外径１９mm、
高さ２．８mmの巻磁心を作成し、窒素ガスの存在下で、
約１時間無磁場で熱処理した。

【００２６】表１に示すようにＦｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、
Ｎｂの組成を変えて同様の巻磁心を作成し最適温度で約
１時間熱処理した後、窒素気流中で冷却した。熱処理後
の各巻磁心の飽和磁歪定数λs（×１０^-6）をストレイ
ンゲージ法により決定した。なお組成はＩＣＰ分析によ
って決定した。また熱処理後の巻磁芯の鉄損を、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は周波数１０
０ｋＨｚ、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。結果
を併せて表１に示した。

【００２７】また比較例としてＦｅ₇₈Ｓｉ₉Ｂ₁₃（比較
例１、市販品）及びＦｅＣｕＳｉＢＮｂ（比較例２、特
開昭６４−７９３４２号公報に記載されるＣｕ含有する
Ｆｅ基軟磁性合金）の磁心の飽和磁歪、鉄損、透磁率を
併せて表１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１からも明らかなように、実施例３、４
では、透磁率及び飽和磁化を除いてＦｅＳｉＢ系アモル
ファス合金磁心と同等あるいはそれ以上の磁気特性を示
した。更に実施例９の磁心では、透磁率、鉄損、磁歪の
値において、すべて比較例１、比較例２よりも優れた磁
気特性が得られた。

【００３０】なお、実施例９の磁心の合金（窒素ガス雰
囲気中で１時間熱処理したもの）のｂｃｃ結晶の結晶粒
径は熱処理温度の上昇によらずほぼ１４０オングストロ
ーム程度であった。実施例９の磁心について更に印加磁
場１００ｅでの磁束密度Ｂ₁₀（Ｔ）及び抗磁力Ｈｃ（mO
e）の熱処理温度依存性を図７に示した。図から明らか
なように磁束密度Ｂ₁₀は５５０℃〜６７０℃の熱処理温
度の範囲で０．７Ｔ程度の値が得られる。また抗磁力Ｈ
ｃは５８０℃で１２mOeの最小値をとった後、熱処理温
度の上昇とともに増加する。

【００３１】この巻磁心について、各測定周波数での実
効透磁率μｅの熱処理温度依存性及び鉄損（１００ＫＨ
ｚ、０．１Ｔ）の熱処理温度依存性をそれぞれ図８及び
図９に示した。図８にみるように、実効透磁率μｅは低
周波領域（１０ＫＨｚ以下）では、５８０℃で最大値を
とった後、熱処理温度の上昇とともに徐々に減少するこ
とがわかる。一方、高周波領域（１００ＫＨｚ以上）に
なると、周波数が高くなるに従い最大値をとる温度も高
温側に移動することがわかった。また、図９にみるよう
に、鉄損は５８０℃〜６７０℃の熱処理温度の範囲でほ
ぼ１０W/kg程度の良好な値を示すことがわかった。

【００３２】窒素ガス雰囲気中で１時間熱処理した実施
例９の磁心の飽和磁歪定数λｓ（×１０^-6）の熱処理温
度依存性を図１０に示した。図１０から明らかなよう
に、飽和磁歪定数は、熱処理温度の上昇に伴い、徐々に
減少する。特に６００℃以上の温度範囲において、ほぼ
零磁歪が得られることがわかった。実施例９の巻磁心
（窒素ガス雰囲気中で１時間、５８０℃及び６００℃で
それぞれ熱処理したもの）について、実効透磁率μｅの
周波数特性を図１１に示した。比較例１及び比較例２の
合金及び代表的なＭｎ−Ｚｎフェライトの実効透磁率の
周波数特性も併せて図１１に示した。図にみるように、
本発明の磁心は従来の非晶質合金（比較例１）及びＭｎ
−Ｚｎフェライトを用いた磁心よりも大きな透磁率を示
すことがわかった。また、良好な周波数特性を示す微結
晶質軟磁性合金（比較例２）と比べて、１００ＫＨｚ以
上の周波数領域において高い実効透磁率が得られること
がわかった。これらの結果から明らかなように、本発明
の磁心は、高周波領域において優れた磁気特性を示す。

【００３３】更に実施例９の巻磁心（熱処理５８０℃）
について、鉄損（W/kg）の周波数依存性及び磁束密度依
存性をそれぞれ図１２及び図１３に示した。比較例１及
び比較例２の合金及び代表的なＭｎ−Ｚｎフェライトを
用いた磁心の鉄損の周波数特性及び磁束密度依存性も併
せて図１１及び図１２に示した。鉄損の周波数特性につ
いては図１１にみるように、１０ＫＨｚ〜７００ＫＨｚ
の周波数範囲において、従来の非晶質合金、Ｍｎ−Ｚｎ
フェライト及び微結晶質軟磁性合金よりも小さな鉄損を
示すことがわかった。また、鉄損の磁束密度依存性につ
いては、図１２に示すように磁束密度０．１Ｔ〜０．５
Ｔの範囲において、従来の非晶質合金、Ｍｎ−Ｚｎフェ
ライト及び微結晶質軟磁性合金より成る磁心よりも小さ
な鉄損を示すことがわかった。これらの結果から本発明
の磁心が従来の磁心に比べ、優れた磁気特性を有するこ
とがわかる。実施例１０〜２５単ロール法を用いて、Ｆｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｎｂを含
有する溶湯からアルゴンガス１気圧雰囲気中で幅１．３
mm、厚さ１８μｍの非晶質薄帯を作成した。この薄帯を
さらに内径１５mm、外径１９mm、高さ１．３mmの巻磁心
にし無磁場中で最適熱処理を行なった後、抗磁力Ｈｃ
（mOe）、飽和磁歪λs（×１０^-6）、実効透磁率μ（周
波数１００ｋＨｚ、励磁磁界５ｍＯｅ）及び鉄損（周波
数１００ｋＨｚ、最大磁束密度０．１Ｔ）を求めた。各
磁心の合金組成及び結果を表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】実施例10 Fe₆₉Si₁₂Al₇Nb₃B₉ 実施例11 Fe₆₈Si₁₂Al₈Nb₃B₉ 実施例12 Fe₆₇Si₁₂Al₉Nb₃B₉ 実施例13 Fe₆₆Si₁₂Al₁₀Nb₃B₉ 実施例14 Fe₆₈Si₁₃Al₇Nb₃B₉ 実施例15 Fe₆₇Si₁₃Al₈Nb₃B₉ 実施例16 Fe₆₆Si₁₃Al₉Nb₃B₉ 実施例17 Fe₆₅Si₁₃Al₁₀Nb₃B₉ 実施例18 Fe₆₇Si₁₄Al₇Nb₃B₉ 実施例19 Fe₆₅Si₁₄Al₉Nb₃B₉ 実施例20 Fe₆₄Si₁₄Al₁₀Nb₃B₉ 実施例21 Fe₆₆Si₁₅Al₇Nb₃B₉ 実施例22 Fe₆₅Si₁₅Al₈Nb₃B₉ 実施例23 Fe₆₄Si₁₅Al₉Nb₃B₉ 実施例24 Fe₆₅Si₁₆Al₇Nb₃B₉ 実施例25 Fe₆₄Si₁₆Al₈Nb₃B₉ 表２からも明らかなように、Ｎｉを含まない合金を用い
た実施例１０〜２５の磁心では非晶質合金中のＡｌが７
〜１０原子％の間で、極めて小さい磁歪を示した。実施例２６〜３９、比較例３実施例１０と同様の方法で幅２．８mm、厚さ１８μｍの
非晶質薄帯（Fe-Si-Al-B-Nb）を作成し、この薄帯をさ
らに内径１５mm、外径１９mm、高さ２．８mmの巻磁心に
し無磁場中で最適熱処理を行なった後、実効透磁率μ
（周波数１００ｋＨｚ、励磁磁界５ｍＯｅ）及び鉄損
（周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度０．１Ｔ）を求め
た。各試料の組成及び結果を表３に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】表３からも明らかなようにＢの含有量が９
原子％を超えた非晶質合金を用いた磁心では、鉄損が小
さく、透磁率が高くなった。実施例４０〜５９単ロール法を用いて、Ｆｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｍ’を含
有する溶湯からアルゴンガス１気圧雰囲気中で幅１．３
mm、厚さ１８μｍの非晶質薄帯を作成した。この薄帯を
さらに内径１５mm、外径１９mm、高さ１．３mmの巻磁心
にし無磁場中で最適熱処理を行なった後、抗磁力Ｈｃ
（mOe）、実効透磁率μ（周波数１００ｋＨｚ、励磁磁
界５ｍＯｅ）及び鉄損（周波数１００ｋＨｚ、最大磁束
密度０．１Ｔ）を求めた。各試料の組成及び結果を表４
に示す。

【００３８】

【表４】

【００３９】実施例40 Fe₆₆Si₁₄Al₈Mo₃B₉ 41 Fe₆₆Si₁₄Al₈Ta₃B₉ 42 Fe₆₆Si₁₄Al₈Cr₃B₉ 43 Fe₆₆Si₁₄Al₈V₃B₉ 44 Fe₆₆Si₁₄Al₈Ti₃B₉ 45 Fe₆₆Si₁₄Al₈W₃B₉ 46 Fe₆₆Si₁₄Al₈Mn₃B₉ 47 Fe₆₆Si₁₄Al₈Hf₃B₉ 48 Fe₆₆Si₁₄Al₈Zr₃B₉ 49 Fe₆₆Si₁₄Al₈Y₃B₉ 50 Fe₆₄Si₁₄Al₈Nb₂Mo₂B₁₀ 51 Fe₆₂Si₁₃Al₈Nb₃Ta₂B₁₂ 52 Fe₆₃Si₁₃Al₈Nb₃Zr₁B₁₂ 53 Fe₆₅Si₁₃Al₈Mo₂W₂B₁₀ 54 Fe₆₃Si₁₃Al₇Nb₄Pd₃B₁₀ 55 Fe₆₃Si₁₃Al₆Nb₄Ru₄B₁₀ 56 Fe₆₆Si₁₄Al₄Ga₄Nb₄B₁₀ 57 Fe₆₆Si₁₄Al₆Ge₃Nb₄B₁₀ 58 Fe₆₁Si₁₄Al₈Zr₄B₉C₄ 59 Fe₆₃Si₁₄Al₆Zr₄B₁₀P₃ 表４からもわかるようにＭ’としてＮｂ以外の元素を用
いた非晶質合金を用いた磁心（実施例４０〜４９及び実
施例５３、５８及び５９）においても、またＮｂとそれ
以外の元素を併用した磁心の場合にもいずれも優れた磁
気特性を示した。実施例６０〜６６実施例１０と同様の方法で幅１．３mm、厚さ１８μｍの
非晶質薄帯（Fe-Si-Al-B-Nb）を作成し、この薄帯をさ
らに内径１５mm、外径１９mm、高さ１．３mmの巻磁心に
し無磁場中で最適熱処理を行なった後、実効透磁率μ
（周波数１００ｋＨｚ、励磁磁界５ｍＯｅ）及び鉄損
（周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度０．１Ｔ）を求め
た。各試料の組成及び結果を表５に示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】実施例６７〜８１実施例１０と同様の方法で幅２．８mm、厚さ１８μｍの
非晶質薄帯（Fe-Ni-Si-Al-Nb-B）の試料を作成し、この
薄帯をさらに内径１５mm、外径１９mm、高さ２．８mmの
巻磁心にし無磁場中で最適熱処理を行なった後、さらに
この巻磁心を磁場中熱処理を行なった。磁場中熱処理前
後の実効透磁率μ（周波数１００ｋＨｚ、励磁磁界５ｍ
Ｏｅ）及び鉄損（周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度
０．１Ｔ）を求めた。各試料の組成及び結果を表６に示
す。

【００４２】

【表６】

【００４３】実施例67 Fe₆₆Ni_1.6Si₁₄Al_6.4Nb₃B₉ 68 Fe₆₆Ni_3.2Si₁₄Al_4.8Nb₃B₉ 69 Fe₆₆Ni₄Si₁₄Al₄Nb₃B₉ 70 Fe₆₆Ni_4.8Si₁₄Al_3.2Nb₃B₉ 71 Fe₆₆Ni_5.5Si₁₄Al_2.5Nb₃B₉ 72 Fe_69.4Ni_2.4Si_9.6Al_6.6Nb₃B₉ 73 Fe₆₆Ni_2.8Si_11.2Al₈Nb₃B₉ 74 Fe₆₅Ni₄Si₁₄Al₄Nb_3.5B_9.5 75 Fe₆₅Ni_4.8Si₁₄Al_3.2Nb_3.5B_9.5 76 Fe₆₄Ni₄Si₁₄Al₄Nb₄B₁₀ 77 Fe_64.5Ni_4.8Si_13.5Al_3.2Nb₄B₁₀ 78 Fe₆₄Ni₄Si₁₃Al₄Nb₄B₁₁ 79 Fe₆₃Ni_4.8Si₁₃Al_3.2Nb₄B₁₂ 80 Fe₆₂Ni_4.5Si₁₃Al₄Nb_4.5B₁₂ 81 Fe₅₉Ni₄Si₁₃Al₄Nb₆B₁₄ 表６からも明らかなように透磁率、鉄損ともに極めて優
れた値を示した。

【００４４】更に実施例６９の無磁場熱処理後（○）と
磁場中で熱処理後（●）の磁心について、実効透磁率
（μ）及び鉄損の周波数依存性を測定した。その結果を
図１４及び図１５に示した。また励磁磁界Ｈｍ１０Ｏ
ｅ、１Ｏｅ及び０．１ＯｅにおけるＢ−Ｈ曲線を図１６
及び図１７に示した。図１４からも明らかなように、本
発明の磁心は磁場中熱処理を行なうことにより、１００
kHz以上の高周波数領域で大きな透磁率を得ることがで
きた。特に２００kHz以上の領域においては、良好な周
波数特性を示す微結晶質軟磁性合金（比較例２）の幅５
mm、厚さ１８μmの薄帯を磁場熱処理して得られた値
（△）よりも大きな透磁率が得られた。

【００４５】また図１５からも明らかなように、本発明
の磁心は磁場中熱処理を行なうことにより、鉄損値を大
幅に低減することができる。この値は、比較例２の幅５
mm、厚さ１８μmの薄帯を磁場熱処理して得られた鉄損
値（△）よりも低かった。更に熱処理前のＢ−Ｈ曲線
（図１６）と磁場中熱処理のＢ−Ｈ曲線（図１７）との
比較からも明らかなように、本発明の磁心は磁場中熱処
理することにより、優れた軟磁性特性を示した。また実
施例６９の窒素ガス雰囲気中で１時間熱処理した後のＸ
線回折図形を図１８に示した。実施例８２〜８６実施例１０と同様の方法で幅２．８mm、厚さ１８μｍの
非晶質薄帯（Fe-Co-Si-Al-Nb-B）を作成し、この薄帯を
さらに内径１５mm、外径１９mm、高さ２．８mmの巻磁心
にし無磁場中で最適熱処理を行なった後、さらにこの巻
磁心を磁場中熱処理を行なった。磁場中熱処理前後の実
効透磁率μ（周波数１００ｋＨｚ、励磁磁界５ｍＯｅ）
及び鉄損（周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度０．１
Ｔ）を求めた。各試料の組成及び結果を表７に示す。

【００４６】

【表７】

【００４７】実施例82 Fe₆₆Co_1.6Si₁₄Al_6.4Nb₃B₉ 83 Fe₆₆Co_3.2Si₁₄Al_4.8Nb₃B₉ 84 Fe₆₆Co₄Si₁₄Al₄Nb₃B₉ 85 Fe₆₆Co_2.8Si_11.2Al₈Nb₃B₉ 86 Fe₆₆Co_5.6Si_8.4Al₈Nb₃B₉ 表７からも明らかなようにＮｉの代りにＣｏを用いた非
晶質合金を用いた磁心では、透磁率はＮｉを含むものに
比べ低いものもあるが、鉄損はＮｉを含むものと同様に
小さかった。

【００４８】なお、全ての実施例において結晶質（微細
な結晶粒）の含有割合は６０％以上であった。

【００４９】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明の磁心によれば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金にＡｌを添
加した新規なＦｅ基軟磁性合金を用いることにより、磁
気特性の優れた磁心を得ることができる。また本発明の
磁心によれば、用いるＦｅ基軟磁性合金としてＡｌを加
えるとともにＦｅの一部をＮｉ（Ｃｏ）で置換すること
により、極めて低磁歪となり、低鉄損の磁心を得ること
ができる。

【００５０】更に本発明によれば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ−
Ｂ系合金にＮｂ等の元素を添加した合金を用いることに
より、優れた磁気特性、特に極めて低抗磁力、低鉄損、
低磁歪でかつ高周波領域で高い透磁率を有する磁心を得
ることができる。本発明の磁心は上記のように優れた磁
気特性を有するため、例えば高周波トランス、コモンモ
ードチョークコイル、マグアンプ、フィルタ用インダク
タ、信号用変成器、磁気ヘッド等の磁心材料に好適に用
いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明による磁心の一実施例を示す斜視
図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ磁路の一部を切断した
磁心を示す図。

【図２】（ａ）本発明による磁心の他の実施例を示す斜
視図、（ｂ）は磁路の一部を切断した磁心を示す図。

【図３】（ａ）本発明による磁心の他の実施例を示す斜
視図、（ｂ）は磁路の一部を切断した磁心を示す図。

【図４】本発明による棒状磁心の一実施例を示す図。

【図５】（ａ）本発明による粉体成型磁心の一実施例を
示す図、（ｂ）は粉体成型磁心の他の実施例を示す図。

【図６】本発明による円形磁心とその外装の一実施例を
示す図。

【図７】本発明による磁心の磁束密度及び抗磁力の温度
依存性を示す図である。

【図８】本発明による磁心の実効透磁率の温度依存性を
示す図である。

【図９】本発明による磁心の鉄損の温度依存性を示す図
である。

【図１０】本発明係る合金の飽和磁歪の温度依存性を示
す図である。

【図１１】本発明による磁心の実効透磁率の周波数特性
を示す図である。

【図１２】本発明による磁心の鉄損の周波数特性を示す
図である。

【図１３】本発明による磁心の鉄損の磁束密度依存性を
示す図である。

【図１４】本発明による磁心の実効透磁率の周波数特性
を示す図である。

【図１５】本発明による磁心の鉄損の周波数特性を示す
図である。

【図１６】本発明に係る合金の熱処理前Ｂ−Ｈ曲線を示
す図である。

【図１７】本発明に係る合金の磁場中熱処理後Ｂ−Ｈ曲
線を示す図である。

【図１８】本発明に係る非晶質合金及び結晶合金の各Ｘ
線回折図形を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｆ 41/02 Ａ 8019−5Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（Ｆｅ_1-xＭ_x）_100-a-b-c-dＳｉ_aＡ
ｌ_bＢ_cＭ'_d(式中、ＭはＣｏ及び／又はＮｉ、Ｍ'はＮ
ｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｙ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐから選ばれる
１種類以上の元素を表わす。ｘは原子比を、ａ、ｂ、
ｃ、ｄはそれぞれ原子％を示し、それぞれ０≦ｘ≦０．
１５、０≦ａ≦２４、２＜ｂ≦１５、４≦ｃ≦２０、０
≦ｄ≦１０を満たすものとする）で表わされ、組織の少
なくとも３０％以上が平均粒径１０００オングストロー
ム以下の微細な結晶粒である合金からなることを特徴と
する磁心。
【請求項２】請求項１記載の合金の薄帯を巻回又は積層
してなることを特徴とする閉磁路磁心。
【請求項３】請求項２記載の閉磁路の途中が１または２
箇所以上切断されていることを特徴とする開磁路又は閉
磁路の磁心。
【請求項４】前記切断面を研削または研磨したことを特
徴とする請求項３記載の磁心。
【請求項５】前記薄帯の厚さが１００μｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項２記載の磁心。
【請求項６】前記薄帯の厚さが２０μｍ以下であること
を特徴とする請求項６記載の磁心好
【請求項７】前記磁心は樹脂製ケースの外装により囲繞
されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６何れ
か１項記載の磁心。
【請求項８】前記外装は前記磁心の周囲に巻かれるコイ
ルを仕切る構造体を備えたことを特徴とする請求項７記
載の磁心。
【請求項９】前記磁心は樹脂塗装の外装により囲繞され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項６何れか１
項記載の磁心。
【請求項１０】請求項１記載の磁心を製造するにあた
り、一般式（Ｆｅ_1-xＭ_x）_100-a-b-c-dＳｉ_aＡｌ_bＢ
_cＭ'_d(式中、ＭはＣｏ及び／又はＮｉ、Ｍ'はＮｂ、Ｍ
ｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｙ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐから選ばれる１種
類以上の元素を表わす。ｘは原子比を、ａ、ｂ、ｃ、ｄ
はそれぞれ原子％を占めし、それぞれ０≦ｘ≦０．１
５、０≦ａ≦２４、２＜ｂ≦１５、４≦ｃ≦２０、０≦
ｄ≦１０を満たすものとする）で表わされる合金の薄帯
を巻回又は積層し、キュリー点以上ないしは近傍の温度
で熱処理することを特徴とする磁心の製造方法。
【請求項１１】前記熱処理を磁界中で行うことを特徴と
する請求項１０記載の磁心の製造方法。
【請求項１２】前記磁界が直流及び／または交流である
ことを特徴とする請求項１１記載の磁心の製造方法。
【請求項１３】前記交流の周波数が磁心の発熱を促す程
度の高周波であることを特徴とする請求項１２記載の磁
心の製造方法。