JPH1171659A

JPH1171659A - アモルファス磁性材料およびそれを用いた磁気コア

Info

Publication number: JPH1171659A
Application number: JP17645898A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Sakai; 和美酒井; Takao Kusaka; 隆夫日下; Yasuaki Moriya; 泰明森谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP4298007B2

Abstract

(57)【要約】【課題】可飽和コア、低損失コア、高透磁率コアなど
として用いるアモルファス磁性材料において、製造コス
トの低減を図った上で、高周波域での使用に適合するよ
うな磁気特性およびその熱安定性を高めることが求めら
れている。【解決手段】（Ｆｅ_1-a-bＮｉ_aＭ_b）_100-x-yＳｉ
_xＢ_y（ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＷおよびＺｒから選ばれる少なくとも 1種の元素、
0.395≦ a≦0.7 、 0≦ b≦0.21、 1-a-b＜a 、 6≦ x
≦18at% 、10≦ y≦18at% ）で実質的に表される組成を
有するアモルファス磁性材料である。このようなＮｉリ
ッチなＦｅ−Ｎｉをベースとするアモルファス磁性材料
は、 473〜573Kのキュリー温度Ｔ_c、 0.5〜0.9Tの最大
磁束密度Ｂ_mを有する。残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密
度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_mは、要求特性に応じて制御する
ことができ、可飽和コアなどに用いられる場合には 60%
以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可飽和リアクトル
やノイズ抑制素子などとして用いられる可飽和コア、あ
るいは加速器やレーザー電源などに用いられる磁気コア
に好適なアモルファス磁性材料、およびそれを用いた磁
気コアに関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源は、電子機器の安定化
電源として多用されている。特に、出力制御用としてマ
グアンプを組み込んだスイッチング電源は、多出力化の
容易さと低ノイズのために広く用いられている。

【０００３】マグアンプは主として可飽和リアクトルに
より構成され、その主要部として可飽和コアが用いられ
ている。スイッチング電源では、ノイズ抑制素子などと
しても可飽和コアが使用されている。このような可飽和
コアの構成材料には、角形磁化特性に優れることが必要
とされるため、主にＦｅ−Ｎｉ系の結晶質合金（パーマ
ロイ）やＣｏ基アモルファス磁性合金が使用されてき
た。

【０００４】ところで、最近の電子機器に対する小形軽
量化、高性能化などの要求に伴って、スイッチング電源
にも小形軽量化が強く要望されている。このため、スイ
ッチング電源ではスイッチング周波数の高周波化が進め
られている。しかし、従来から使用されてきたＦｅ−Ｎ
ｉ系の結晶質合金は、高周波域において保磁力が大きく
なり、うず電流損が著しく増大するという欠点を有して
いる。このため、高周波域での使用に適合するものでは
ない。

【０００５】一方、Ｃｏをベースとするアモルファス磁
性合金は、優れた角形特性や熱安定性に加えて、高周波
域においても損失が小さいなどの優れた特性を有する。
しかしながら、高価なＣｏを多量に含有するため、可飽
和コアの製造コストが高くなるという難点を有してい
る。

【０００６】Ｃｏ基以外のアモルファス磁性材料として
は、Ｆｅ基アモルファス磁性合金が種々の分野で用いら
れており、さらに微結晶化したＦｅ基軟磁性合金なども
知られている。しかし、これらの磁性材料は保磁力や最
大磁束密度Ｂ_mが大きく、その結果として高周波域での
損失が大きくなるため、可飽和コア材料としては不向き
である。

【０００７】高周波域での損失の増大は、Ｆｅ基アモル
ファス磁性合金を可飽和コア以外の磁気コアに適用する
場合にも問題となる。Ｆｅ基アモルファス磁性合金は、
チョークコイルやトランスなどの構成材料として使用さ
れているが、使用周波数の高周波化により損失の増大が
問題となっている。Ｆｅ基アモルファス磁性合金は、磁
気特性の熱安定性が低いというような欠点も有してい
る。

【０００８】さらに、従来のＣｏ基アモルファス磁性合
金やＦｅ基アモルファス磁性合金は、いずれも融点が高
く、その結果として液体急冷法などで薄帯化した場合
に、表面粗さが大きくなりやすいという欠点を有してい
る。アモルファス磁性合金薄帯の表面性の低下は、それ
を巻回または積層して磁気コアとした場合に、角形比な
どの磁気特性の劣化原因となる。

【０００９】従来のアモルファス磁性材料としては、Ｃ
ｏ基やＦｅ基のアモルファス磁性合金以外に、Ｆｅ−Ｎ
ｉをベースとしたアモルファス磁性合金が知られてい
る。例えば、特開昭 58-193344号公報には、（Ｆｅ_1-a
Ｎｉ_a）_100-x-yＳｉ_xＢ_y（0.2≦ a≦0.4 、20≦ x+
y≦25at% 、 5≦ x≦20at% 、 5≦ y≦20at% ）で表さ
れる組成を有するアモルファス磁性合金が記載されてい
る。

【００１０】さらに、特表平4-500985号公報には、Ｆｅ
_aＮｉ_bＭ_cＢ_dＳｉ_eＣ_f（ＭはＭｏ、Ｃｒ、39≦ a
≦41at% 、37≦ b≦41at% 、 0≦ c≦3at%、17≦ d≦19
at%、 0≦ e≦2at%、 0≦ f≦2at%）で表される組成を
有し、少なくとも 70%がガラス質である磁性金属ガラス
合金が記載されている。特開平5-311321号公報には、Ｆ
ｅ_100-X-Y-ZＮｉ_XＳｉ_YＢ_Z（ 1≦ X≦30at% 、10≦
Y≦18at% 、 7≦ Z≦17at% 、 X+Y+Z＜80at% ）で表さ
れる組成を有する極薄軟磁性合金薄帯が記載されてい
る。

【００１１】上記した各アモルファス磁性合金は、Ｆｅ
−Ｎｉを磁性合金のベース成分としているものの、Ｆｅ
を主成分とするＦｅリッチの磁性合金である。このた
め、上述したＦｅ基アモルファス磁性合金と同様に損失
が大きく、さらに磁気特性の熱安定性が低いというよう
な欠点を有している。液体急冷法などで薄帯化した場合
に、表面粗さが大きくなりやすいという欠点についても
同様である。

【００１２】なお、特公昭60-16512号公報には、（Ｆｅ
_1-aＮｉ_a）_100-yＸ_y（ＸはＳｉおよびＢ、 0.3≦ a
≦0.65、15＜ y≦30at% ）で表される組成を有し、耐食
性がよく、かつ耐応力腐食割に優れるアモルファス磁性
合金が記載されている。特開昭 57- 13146号公報には、
（Ｆｅ_1-aＮｉ_a）_100-x-yＳｉ_xＢ_y（ 0.2≦ a≦0.
7 、 1≦ x≦20at% 、 5≦ y≦9.5at%、15≦ x+y≦30at
% ）で表されるアモルファス合金が記載されている。

【００１３】これらアモルファス磁性合金も上述したＦ
ｅ−Ｎｉ基アモルファス磁性合金と同様に、基本的には
Ｆｅリッチの合金組成を有している。さらに、高周波域
で使用される可飽和コア、低損失コア、高透磁率コアな
どの構成材料を想定していないため、ＳｉやＢの組成比
は高周波域での使用に対応しておらず、さらにこれら基
本成分以外の添加元素についても十分に検討されていな
い。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の可飽和コア材料として用いられてきたＣｏ基アモルフ
ァス磁性合金は、高価なＣｏを多量に含有するため、磁
気コアの製造コストが高くなるという難点を有してい
る。一方、Ｃｏ基以外の磁性材料のうち、Ｆｅ基アモル
ファス磁性合金やＦｅリッチのＦｅ−Ｎｉ基アモルファ
ス磁性合金は、高周波域での損失が大きい、熱安定性が
低いというような欠点を有している。さらに、これら従
来のアモルファス磁性合金はいずれも融点が高く、その
結果として液体急冷法などで薄帯化した場合に、表面粗
さが大きくなりやすいという欠点を有している。

【００１５】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、可飽和コア、低損失コア、高透磁率コ
アなどとして用いる場合に、高周波域での使用に適合す
るような磁気特性を有し、さらに磁気特性の熱安定性に
優れる、安価なアモルファス磁性材料、さらには液体急
冷法などで薄帯化した場合に、表面の平滑性を向上させ
ることが可能なアモルファス磁性材料を提供することを
目的としている。また、そのようなアモルファス磁性材
料を用いることによって、安価で磁気特性に優れる磁気
コアを提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のアモルファス磁
性材料は、請求項１に記載したように、一般式：（Ｆｅ_1-a-bＮｉ_aＭ_b）_100-x-yＳｉ_xＢ_y （式中、ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＷおよびＺｒから選ばれる少なくとも 1種の元素を
示し、 a、 b、 xおよび yはそれぞれ 0.395≦ a≦0.7
、 0≦ b≦0.21、 1-a-b＜a 、 6≦ x≦18at% 、10≦
y≦18at% を満足する値である）で実質的に表される組
成を具備することを特徴としている。

【００１７】本発明のアモルファス磁性材料において、
Ｍ元素は例えば請求項２に記載したように、Ｍｎ、Ｃｒ
およびＣｏから選ばれる 2種以上の元素を含むことが好
ましく、さらに請求項３に記載したように、Ｍｎ、Ｃｒ
およびＣｏを含むことが好ましい。Ｍ元素の含有量ｂ
は、請求項４に記載したように 0.001≦ b≦ 0.1を満足
することが好ましい。Ｓｉの含有量x およびＢの含有量
y は、請求項５に記載したように15≦ x+y≦30at% を満
足することが好ましく、また請求項６に記載したように
x＜ yの関係を満足することが好ましい。

【００１８】本発明のアモルファス磁性材料は、例えば
請求項７に記載したようにキュリー温度Ｔ_cが473K以上
573K以下、請求項８に記載したように最大磁束密度Ｂ_m
が0.5T以上0.9T以下、請求項９に記載したように残留磁
束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_mが 0.6
以上、あるいは請求項１１に記載したように残留磁束密
度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_mが 0.5以
下、請求項１２に記載したように融点が 1273K以下とい
うような特性を有する。

【００１９】本発明のアモルファス磁性材料は、請求項
１３に記載したように、例えばアモルファス磁性薄帯と
して使用される。この場合、請求項１４に記載したよう
に、アモルファス磁性薄帯は、その両平マイクロ板厚を
重さから換算した板厚で割った値で表される表面粗さＫ
_sが 1≦Ｋ_s≦1.5 を満足するような表面平滑性を有す
る。また、アモルファス磁性薄帯は、請求項１５に記載
したように30μm 以下の平均板厚を有することが好まし
い。

【００２０】そして、本発明の磁気コアは、請求項１６
に記載したように、上記した薄帯形状を有する本発明の
アモルファス磁性材料の巻回体または積層体を具備する
ことを特徴としている。

【００２１】本発明の磁気コアのより具体的な形態とし
ては、請求項１８に記載したように、コアの作製に用い
るアモルファス磁性材料は、キュリー温度Ｔ_cが473K以
上573K以下、最大磁束密度Ｂ_mが0.5T以上0.9T以下、残
留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_mが
0.6以上である磁気コアが挙げられる。他の形態として
は、請求項１９に記載したように、コアの作製に用いる
アモルファス磁性材料は、キュリー温度Ｔ_cが473K以上
573K以下、残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比
Ｂ_r／Ｂ_mが 0.5以下であるである磁気コアが挙げられ
る。

【００２２】本発明においては、アモルファス磁性材料
のベース成分としてＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉを用いてお
り、このようなベース成分にアモルファス化に必須のＳ
ｉおよびＢを所定の比率で配合している。このような合
金組成によれば、Ｃｏに比べて安価なＦｅ−Ｎｉをベー
ス成分とした上で、Ｃｏ基アモルファス磁性材料に匹敵
する可飽和磁気特性、低損失特性、高透磁率性などの優
れた磁気特性を得ることができる。

【００２３】さらに、本発明のアモルファス磁性材料で
は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗおよ
びＺｒから選ばれる少なくとも 1種の元素のＭ元素を配
合することによって、上記したような磁気特性の熱安定
性を高めることができる。特に、Ｍ元素としてＭｎ、Ｃ
ｒおよびＣｏから選ばれる 2種以上の元素を使用するこ
とによって、より一層良好な熱安定性が得られる。

【００２４】ＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉをベースとするア
モルファス磁性材料は、従来のＣｏ基やＦｅ基のアモル
ファス磁性材料に比べて融点が低い。従って、本発明の
アモルファス磁性材料は、液体急冷法などで薄帯化した
場合に、表面の平滑性を向上させることができる。表面
の平滑性に優れるアモルファス磁性材料は、それを巻回
または積層した磁気コアの特性向上に寄与する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００２６】本発明のアモルファス磁性材料は、一般式：（Ｆｅ_1-a-bＮｉ_aＭ_b）_100-x-yＳｉ_xＢ_y ……(1) （式中、ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＷおよびＺｒから選ばれる少なくとも 1種の元素を
示し、ａ、ｂ、ｘおよびｙはそれぞれ 0.395≦ a≦0.7
、 0≦ b≦0.21、 1-a-b＜ a、 6≦ x≦18at% 、10≦
y≦18at% を満足する値である）で実質的に表される組
成を有する。

【００２７】(1)式から明らかなように、本発明のアモ
ルファス磁性材料（アモルファス磁性合金）は、Ｎｉリ
ッチなＦｅ−Ｎｉをベース成分として含有するものであ
る。このようなアモルファス磁性材料は、単ロール法な
どの通常の液体急冷法を適用して、上記 (1)式の組成を
満足する合金溶湯を超急冷することにより得られる。本
発明のアモルファス磁性材料の具体的な形状としては薄
帯が挙げられる。

【００２８】アモルファス磁性薄帯の平均板厚は、損失
の低減を図る上で30μm 以下とすることが好ましい。ア
モルファス磁性薄帯の平均板厚は、さらに20μm 以下と
することが好ましい。アモルファス磁性薄帯の平均板厚
を20μm 以下とすることにより、うず電流損を十分に小
さくすることができるため、特に高周波域での損失低減
を図ることができる。アモルファス磁性薄帯のより好ま
しい平均板厚は15μm以下である。なお、ここで言う平
均板厚とは、平均板厚＝重量／（密度×長さ×薄帯の
幅）により求められる値を指すものである。

【００２９】上記 (1)式において、ＮｉおよびＦｅは磁
性合金のベースとなる元素である。本発明では、Ｎｉリ
ッチなＦｅ−Ｎｉをベース成分としている。従って、Ｎ
ｉの配合比を示す aの値は、Ｆｅの配合比を示す (1-a-
b)の値より大きく設定されている。言い換えると、 aの
値は (1-b)/2＜a を満足するものである。

【００３０】ここで、Ｎｉのみをベースとするアモルフ
ァス磁性合金では、十分な磁束密度を得ることができ
ず、さらにはキュリー温度Ｔ_cが低くなりすぎて、磁性
合金としての安定性が得られない。Ｆｅのみをベースと
するアモルファス磁性合金では、前述したように、保磁
力や最大磁束密度Ｂ_mが大きくなりすぎて、損失の増大
などを招き、さらには熱安定性などが低下する。また、
液体急冷法などで薄帯化した場合に、表面の平滑性も低
下する。

【００３１】そこで、本発明においては、高磁束密度化
などに寄与するＦｅを配合したＮｉを磁性合金のベース
成分として用いている。すなわち、本発明のアモルファ
ス磁性合金はＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉをベース成分とし
て含有する。このようなアモルファス磁性合金によれ
ば、従来のＣｏ基アモルファス磁性合金に近い磁気特性
を、安価なＦｅ−Ｎｉベースで得ることができる。さら
に、ＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉベースのアモルファス磁性
合金は、Ｃｏ基やＦｅ基のアモルファス磁性合金に比べ
て低融点であるため、アモルファス磁性合金を液体急冷
法などで薄帯化した場合に、表面の平滑性を向上させる
ことができる。

【００３２】上記 (1)式におけるＮｉの配合比a は、
(1-b)/2＜a の条件を満足させた上で、 0.395≦ a≦0.7
の範囲としている。Ｎｉの配合比を示す aの値が 0.39
5未満であると、ＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉベースによる
効果が得られない。すなわち、相対的にＦｅ量が増加す
ることによって、磁歪が大きくなると共に、損失の増大
や熱安定性の低下などを招く。さらに、液体急冷法で薄
帯化した場合に薄帯表面の平滑性も低下する。一方、 a
の値が 0.7を超えると最大磁束密度Ｂ_mが低くなりすぎ
ると共に、キュリー温度Ｔ_cが低下して実用的な磁気特
性の安定性が得られない。

【００３３】このように、アモルファス磁性合金のＦｅ
−Ｎｉベース中のＮｉ配合比a を、(1-b)/2＜a かつ 0.
395≦ a≦0.7 とすることによって、実用的な磁気特性
の安定性を確保した上で、低損失、低磁歪などの優れた
磁気特性を、Ｃｏ基アモルファス磁性合金に比べて安価
なＦｅ−Ｎｉベースで実現することが可能となる。さら
に、アモルファス磁性合金を液体急冷法などで薄帯化し
た場合に、表面の平滑性を向上させることができる。Ｎ
ｉの配合比a は、特に 0.5〜 0.7の範囲とすることが好
ましい。

【００３４】Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＷおよびＺｒから選ばれる少なくとも 1種のＭ元素
は、磁性合金の熱安定性や磁気特性の向上に寄与する成
分である。Ｍ元素は必ずしも添加しなければならないも
のではないが、アモルファス磁性合金の熱安定性を向上
させる上で添加することが望ましい。ただし、Ｍ元素の
配合比を示す bの値が0.21を超えると、安定した軟磁気
特性が得られにくくなるため、 bの値は0.21以下とす
る。一方、Ｍ元素による熱安定性の向上効果を有効に得
るためには、Ｍ元素の配合比b を 0.001以上とすること
が好ましい。さらに、Ｍ元素の配合比b は 0.001〜 0.1
の範囲とすることが望ましい。

【００３５】Ｍ元素は上記した元素のうち 2種以上の元
素を併用することが好ましい。特に、Ｍｎ、Ｃｒおよび
Ｃｏから選ばれる 2種以上の元素を、Ｍ元素として使用
することが好ましい。これらのうち、さらにＭｎとＣｒ
を使用することが望ましい。Ｍ元素としてＭｎ、Ｃｒお
よびＣｏの 3元素の配合した組成であってもよい。この
ようなＭ元素によれば、特にＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉベ
ースのアモルファス磁性合金の熱安定性をより一層高め
ることができる。熱安定性が向上すると経時変化に強い
磁性合金となり、使用環境の変化、特に温度変化に強い
磁性材料が得られる。Ｍｎは磁性合金の融点の低下に対
しても効果を発揮する。

【００３６】ここで、経時変化とは磁気コアが使用され
る環境下での磁気特性の変化の度合いを示す。経時変化
特性に優れるということは、使用環境、特に温度が高い
環境下に放置された後でも所定の磁気特性が保たれるこ
とを意味する。経時変化特性は、例えば［｛（一定時間
ある環境下に放置した後の常温での磁気特性）−（常温
で測定した初期の磁気特性）｝／（常温で測定した初期
の磁気特性）］×100(%) で表すことができる。例えば
本発明のアモルファス磁性材料は、393Kで 200時間放置
した後の常温での直流保磁力Ｈ_cの経時変化率を5%以下
とすることができる。

【００３７】本発明のアモルファス磁性材料は、温度変
化特性にも優れている。温度変化特性とは、常温から温
度を上げていったときの磁気特性の変化の割合である。
例えば、温度変化特性としての 50kHz，80A/m での磁束
密度Ｂ₈₀の293Kと373Kでの変化率を 20%以下とすること
ができる。

【００３８】Ｍ元素としてＭｎとＣｒを使用する場合、
これらの配合比はそれぞれ 0.001〜0.05の範囲とするこ
とが好ましい。すなわち、上記 (1)式において、Ｍｎの
配合比をb1、Ｃｒの配合比をb2としたとき、一般式：（Ｆｅ_1-a-bＮｉ_aＭｎ_b1Ｃｒ_b2）_100-x-yＳｉ_xＢ_y ……(2) （式中、ａ、ｂ1 、ｂ2 、ｘおよびｙはそれぞれ 0.395
≦ a≦0.7 、 0.001≦b1≦0.05、 0.001≦b2≦0.05、 1
-a-b＜ a、 6≦ x≦18at% 、10≦ y≦18at% を満足する
値である）で実質的に表される合金組成を適用すること
が好ましい。 (2)式で表される合金組成は、さらにＣｏ
もしくはＮｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、ＷおよびＺｒから選ば
れる少なくとも 1種のＭ′元素を含有することができ
る。これら元素の配合比b3は、Ｍ元素としての配合比b
が0.21以内となるように設定する。すなわち、b1＋b2＋
b3≦0.21とする。

【００３９】ＳｉおよびＢはアモルファス化のための必
須の元素である。Ｓｉの配合比x は6≦ x≦18at% 、Ｂ
の配合比y は10≦ y≦18at% とする。Ｓｉの配合比x が
6at%未満またはＢの配合比y が10at% 未満の場合は薄帯
が脆くなり、良質の磁性薄帯を得難くなり好ましくな
い。一方、Ｓｉの配合比x が18at% 超える、またはＢの
配合比y が18at% を超えると、最大磁束密度Ｂ_mおよび
熱安定性が低下する。

【００４０】これらＳｉとＢの合計量x+y は15〜30at%
の範囲とすることが好ましい。ＳｉとＢの合計量が 15a
t%未満であると、結晶化温度がキュリー温度と同等もし
くはそれ以下となり、低保磁力および高角形比が得られ
なくなるおそれがある。一方、ＳｉとＢの合計量が 30a
t%を超えると最大磁束密度Ｂ_mおよび熱安定性が低下す
る。ＳｉとＢの合計量のより好ましい範囲は18〜24at%
である。

【００４１】さらに、ＳｉとＢの比率はＢリッチ、すな
わち x＜ yとすることが好ましい。ＮｉリッチなＦｅ−
Ｎｉベースのアモルファス磁性材料においては、アモル
ファス元素をＢリッチとすることによって、磁気特性を
より一層高めることができる。従って、 xおよび yは 7
≦ x≦9at%、12≦ y≦16at% とすることが望ましい。

【００４２】上述したＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉをベース
とするアモルファス磁性材料は、473〜573Kの範囲のキ
ュリー温度Ｔ_cを有する。従って、実用的な磁気特性の
安定性を得ることができる。アモルファス磁性材料のキ
ュリー温度Ｔ_cが473K未満であると、熱安定性が大幅に
低下して可飽和コア、低損失コア、高透磁率コアなどの
磁気コアとしての実用性が損われる。一方、キュリー温
度Ｔ_cが573Kを超えると結晶化温度との兼合いから、所
望の磁気特性が得られにくくなる。

【００４３】さらに、上述した組成を満足するアモルフ
ァス磁性材料において、最大磁束密度Ｂ_mは 0.5〜0.9T
の範囲とすることができる。最大磁束密度Ｂ_mが0.9Tを
超えると損失の増大を招くことになる。一方、最大磁束
密度Ｂ_mが0.5T未満であると、アモルファス磁性合金を
例えば可飽和コアに適用する場合に、十分な角形比を得
ることができない。可飽和コア以外の用途に適用する場
合においても、最大磁束密度Ｂ_mが0.5T未満であると所
望の磁束を得るために、コア断面積を大きくする必要が
あり、その結果コアが大型化し、それを用いる磁性部品
をも大型化してしまうことになる。

【００４４】本発明のアモルファス磁性材料の角形比、
すなわち残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比
（Ｂ_r／Ｂ_m）は、使用用途に応じて適宜設定可能であ
る。なお、ここで言う角形比は直流角形比のことであ
り、以後単に角形比と呼ぶ。角形比は後述する熱処理温
度などにより制御することができる。本発明のアモルフ
ァス磁性材料を可飽和性が要求される用途に使用する場
合、角形比は 60%以上に設定することが好ましい。可飽
和コアなどに使用する場合の角形比は 80%以上であるこ
とがさらに好ましい。

【００４５】アモルファス磁性材料をチョークコイル、
高周波トランス、加速器やレーザ電源などに使用される
磁気コア、セキュリティーセンサやトルクセンサなどの
各種センサ用磁性材料などに用いる場合、角形比は各用
途に応じた値に設定される。具体的には、角形比を 50%
以下とすることができる。このような角形比も熱処理温
度などを制御することにより得られる。

【００４６】さらに、本発明のアモルファス磁性材料
は、ＮｉリッチなＦｅ−Ｎｉをベース成分としているた
め、融点を 1273K以下とすることができる。このよう
に、アモルファス磁性材料の融点を 1273K以下とするこ
とによって、液体急冷法などで薄帯化する場合に、薄帯
の表面性を向上させることができる。

【００４７】従来のＣｏ基やＦｅ基のアモルファス磁性
材料は、いずれも融点が1323〜1473K 程度と高い。液体
急冷法で表面性の高い薄帯を得るためには、通常、溶湯
の粘性が低い方がよい。従って、液体急冷法で薄帯を作
製する際に、溶湯温度は例えば1573〜 1773K程度に設定
する必要がある。しかし、溶湯温度が高いと冷却ロール
にかかる熱負荷が大きくなり、冷却が困難になるのみで
はなく、冷却ロールの表面が荒れ、結果として薄帯の表
面性が低下してしまう。

【００４８】これに対して、本発明のアモルファス磁性
材料は、融点が 1273K以下と低いため、従来より溶湯温
度を下げた状態で薄帯を作製することができる。従っ
て、冷却ロールなどにかかる熱負荷が軽減され、液体急
冷法による薄帯の製造性を向上させることができると共
に、薄帯表面の平滑性を高めることができる。

【００４９】本発明のアモルファス磁性材料によれば、
アモルファス磁性薄帯の表面粗さＫ_sを 1≦Ｋ_s≦1.5
の範囲とすることが可能となる。この表面粗さＫ_sと
は、Ｋ_s＝（両平マイクロ板厚／重さから換算した板厚）で表される値である。両平マイクロ板厚とは、両平マイ
クロメーターで測定した実測値で、具体的には薄帯の任
意の 5点を測定した各実測値の平均値であり、この値を
重さから換算した理論値の板厚で割ることによりＫ_s値
が算出される。

【００５０】表面粗さＫ_sが 1に近いほど表面性の高い
凹凸の少ない薄帯となる。アモルファス磁性薄帯のＫ_s
値が 1.5を超えると、例えば可飽和コアとして用いた場
合の角形比などの磁気特性が低下する。可飽和コア以外
の用途に適用する場合においても、Ｋ_s値が 1.5を超え
ると占積率が低下し見かけ上損失が増加する。このよう
に、表面粗さＫ_sが 1≦Ｋ_s≦1.5 の範囲のアモルファ
ス磁性薄帯によれば、優れた磁気特性を安定して得るこ
とが可能となる。

【００５１】上述したように、本発明によれば製造コス
トの低減が可能な安価なＦｅ−Ｎｉをベースとしたアモ
ルファス磁性材料で、Ｃｏ基アモルファス磁性材料に匹
敵する磁気特性を得ることができる。具体的には、低損
失、低磁歪、高透磁率、また可飽和性が要求される用途
に使用する場合には高角形比などの優れた磁気特性が得
られ、さらにはそのような磁気特性の経時変化特性や温
度変化特性などの熱安定性を高めることができる。加え
て、液体急冷法などで薄帯化したアモルファス磁性薄帯
は、優れた製造性および表面平滑性を有する。これらの
特性に基づいて、本発明のアモルファス磁性材料は種々
の磁気部品に有効に利用することができ、汎用性に優れ
るものである。

【００５２】本発明のアモルファス磁性材料は、例えば
液体急冷法などで薄帯化し、このアモルファス磁性薄帯
を所望の形状に巻回したり、あるいはアモルファス磁性
薄帯を所望の形状に打ち抜いた後に所望のコア形状に積
層することによって、磁気コアとして使用される。

【００５３】図１および図２は本発明の磁気コアの実施
形態の構成をそれぞれ示す断面図である。図１に示す磁
気コアは、薄帯化した本発明のアモルファス磁性材料、
すなわちアモルファス磁性薄帯１を所望の形状に巻回し
た巻回体２からなる。図２に示す磁気コアは、薄帯化し
た本発明のアモルファス磁性材料を所望の形状に打ち抜
いたアモルファス磁性体片３を積層した積層体４からな
る。

【００５４】巻回体２や積層体４からなる磁気コアに
は、歪取り熱処理を施すことにより、歪を取るだけでな
く角形比を制御することができる。この歪取り熱処理は
通常、キュリー温度〜結晶化温度の間で行われるが、例
えばキュリー温度に＋20〜30K程度で行えば 60%以上の
高い角形比を得ることができ、結晶化温度より -20〜30
K の温度で行えば 50%以下の低い角形比を得ることがで
きる。

【００５５】本発明のアモルファス磁性材料は、歪取り
熱処理の温度を制御することにより角形比を制御するこ
とができるが、より角形比を制御するために歪取り熱処
理の後に磁場中で熱処理を行うことが効果的である。

【００５６】この磁場中熱処理に関し、印加する磁場の
大きさは 1Ｏe 以上、好ましくは10Ｏe 以上であり、雰
囲気については窒素、アルゴンなどの不活性ガス中、真
空中や水素ガスなどの還元雰囲気中、大気中のいずれで
もよいが、好ましくは不活性ガス中である。熱処理時間
は10分〜 3時間程度が好ましく、特に好ましくは 1〜2
時間である。

【００５７】このような磁場中熱処理を施す際、例えば
角形比（Ｂ_r／Ｂ_m）を 80%以上と高める場合には、磁
性薄帯１の長さ方向Ｌに磁場Ｈを印加しながら熱処理を
行うと効果的である。また、角形比を磁気コアの用途に
応じて 50%以下、さらには40%以下とする場合には、例
えば図４に示すように、磁性薄帯１の幅方向Ｗに磁場Ｈ
を印加しながら熱処理を行うと効果的である。なお、磁
場を印加する方向を示す長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗと
は、必ずしもその方向に水平である必要はなく、多少の
傾きは許されるが、好ましくは±20°の範囲である。

【００５８】さらに、磁気コアの使用用途によっては、
歪取り熱処理や磁場中熱処理を省くこともできる。この
場合、磁気コアの製造工程を減らすことになるため、製
造コストを低減することが可能である。

【００５９】上述したような磁気コアは、可飽和コア、
低損失コア、高透磁率コア、低磁歪コアなどの種々の用
途に使用される。本発明の磁気コアを適用した可飽和コ
アは、マグアンプの可飽和リアクトルやノイズ抑制素
子、また電流センサや方位センサなどに用いられる可飽
和コアに好適である。可飽和コアに適用する場合には、
前述したように角形比を 60%以上、さらには 80%以上に
設定する。

【００６０】本発明の磁気コアは可飽和コア以外にも、
低損失性、高透磁率性、低磁歪などを利用して、大電力
用を含む高周波トランス、ＩＧＢＴ用コア、コモンモー
ドチョークコイル、ノーモルモードチョークコイル、加
速器やレーザ電源などに使用される磁気コア、セキュリ
ティーセンサやトルクセンサなどの各種センサ用磁性コ
アなどに使用することができる。

【００６１】なお、本発明のアモルファス磁性材料は、
アモルファス磁性薄帯の巻回体や積層体からなる磁気コ
アに限らず、種々の形状の磁性部品として使用すること
ができる。本発明のアモルファス磁性材料は、薄膜磁気
ヘッドなどに使用することも可能である。

【００６２】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその評
価結果について述べる。

【００６３】実施例１表１に示す各組成の合金組成物をそれぞれ調合した。こ
れら各合金組成物を母合金として溶融した後、単ロール
法で超急冷することによって、それぞれ幅20mm、板厚18
μm のアモルファス合金薄帯を作製した。これら各アモ
ルファス合金薄帯のキュリー温度Ｔ_c、励磁界10Ｏe で
の直流保磁力、磁界10Ｏe のときの最大磁束密度Ｂ₁₀を
測定した。その結果を表１に示す。

【００６４】表中の比較例１は、Ｎｉのみをベースとし
たアモルファス合金薄帯、Ｆｅのみをベースとしたアモ
ルファス合金薄帯、本発明の組成範囲外のＦｅ−Ｎｉを
ベースとしたアモルファス合金薄帯である。これら比較
例１の各アモルファス合金薄帯についても、実施例１と
同様に特性を評価した。それらの結果を併せて表１に示
す。

【００６５】

【表１】表１から明らかなように、本発明の組成を満足するアモ
ルファス合金薄帯は、磁性部品に適したキュリー温度Ｔ
_cを有し、さらに低保磁力と適度な最大磁束密度を有す
ることが分かる。

【００６６】実施例２表２に示す各組成の合金組成物をそれぞれ調合し、これ
ら各合金組成物を溶融した。各合金のキュリー温度Ｔ_c
および融点は表２に示す通りである。これら各母合金の
溶湯を単ロール法で超急冷することによって、それぞれ
幅20mm、板厚18μm のアモルファス合金薄帯を作製し
た。これら各アモルファス合金薄帯の表面粗さＫ_sを測
定した。その結果を表２に示す。表面粗さＫ_sは前述し
たように、両平マイクロ板厚と重さから換算した板厚と
から求めたものである。

【００６７】

【表２】表２に示すように、本発明の組成を満足するアモルファ
ス合金は、従来のＣｏ基やＦｅ基のアモルファス合金に
比べて融点が低く、それに基づいて表面の平滑性に優れ
ることが分かる。

【００６８】実施例３表３に示す各組成の合金組成物をそれぞれ調合し、これ
ら各合金組成物を溶融した。これら各母合金の溶湯を単
ロール法で超急冷することによって、それぞれ幅20mm、
板厚18μm のアモルファス合金薄帯を作製した。

【００６９】これら各アモルファス合金薄帯の 50kHz，
80A/m での磁束密度Ｂ₈₀を測定した。磁束密度Ｂ₈₀は、
まず293Kの温度環境下で測定した後、温度を373Kまで上
げて再度測定した。これら293Kでの磁束密度Ｂ₈₀と373K
での磁束密度Ｂ₈₀とから変化率を求め、温度変化特性を
評価した。これらの結果を表３に示す。

【００７０】

【表３】表３に示すように、本発明の組成を満足するアモルファ
ス合金は、従来のＦｅ基アモルファス合金に比べて温度
変化特性に優れ、従来のＣｏ基アモルファス合金と同等
の熱安定性を有することが分かる。

【００７１】実施例４表４に示す各組成の合金組成物をそれぞれ調合し、これ
ら各合金組成物を溶融した。これら各母合金の溶湯を単
ロール法で超急冷することによって、それぞれ幅20mm、
板厚18μm のアモルファス合金薄帯を作製した。

【００７２】これら各アモルファス合金薄帯の初期保磁
力Ｈ_c1と393Kで 200時間放置した後の保磁力Ｈ_c2をそれ
ぞれ常温下で測定した。これら初期保磁力Ｈ_c2と高温放
置後の保磁力Ｈ_c2とから変化率を求め、経時変化特性を
評価した。これらの結果を表４に示す。

【００７３】

【表４】表４に示すように、本発明の組成を満足するアモルファ
ス合金は、従来のＦｅ基アモルファス合金に比べて経時
変化特性に優れ、従来のＣｏ基アモルファス合金と同等
の熱安定性を有することが分かる。

【００７４】実施例５表５に示す各組成の合金組成物をそれぞれ調合し、これ
ら各合金組成物を溶融した。これら各母合金の溶湯を単
ロール法で超急冷することによって、それぞれ幅20mm、
板厚18μm のアモルファス合金薄帯を作製した。

【００７５】これら各アモルファス合金薄帯を幅 5mmに
スリットした後、それぞれ外径12mm×内径 8mmとなるよ
うに巻回して、上記した各組成のアモルファス合金薄帯
からなるトロイダルコアを作製した。これら各トロイダ
ルコアに683K×20分の条件で歪取り熱処理を施した後、
さらに励磁界10Ｏe の条件下で、各コアの薄帯の長さ方
向に磁場を印加しながら熱処理を行い、角形比（Ｂ_r／
Ｂ₁₀）を測定した。その結果を表５に示す。

【００７６】また、上記した磁場中熱処理を行わず、表
５の試料１と同様の組成（キュリー温度549K、結晶化温
度742K）で歪取り熱処理を593K（試料８）、663K（試料
９）、713K（試料１０）と変えたコアについても角形比
を測定した。その結果を併せて表５に示す。

【００７７】

【表５】表５に示すように、本発明の組成を満足するアモルファ
ス合金薄帯を用いたコアは高角形比を有し、従来のＣｏ
基アモルファス合金と同等の可飽和特性を示すことが分
かる。このような磁気コアは可飽和コアに好適である。
また、歪取り熱処理の温度を変えることにより、角形比
の制御が可能であることが分かる。

【００７８】実施例６表６に示す各組成の合金組成物をそれぞれ調合し、これ
ら各合金組成物を溶融した。これら各母合金の溶湯を単
ロール法で超急冷することによって、それぞれ幅25mm、
板厚15μm のアモルファス合金薄帯を作製した。

【００７９】これら各アモルファス合金薄帯を、表６に
示す層間絶縁用フィルムと共に巻回して、それぞれ外径
70mm×内径34mmの加速器用コアを作製した。これら各コ
アの角形比、比透磁率μｒおよび同価損失抵抗Ｒを測定
した。さらに、比透磁率μｒと同価損失抵抗ＲとからＲ
／μｒ値を求めた。ここでは、コア形成後の歪取り熱処
理を行った場合と行わない場合とで、比透磁率μｒおよ
び同価損失抵抗Ｒを測定した。

【００８０】また、本発明との比較例として、一般に鉄
損が低いＣｏ基アモルファス合金薄帯を用いて、同形状
のコアを作製した。これら比較例のコアについても比透
磁率μｒと同価損失抵抗Ｒを測定し、さらにＲ／μｒを
求めた。これらの測定結果を表６に併せて示す。

【００８１】

【表６】ここで、Ｒ／μｒ値は一般に加速器の損失と同意であ
り、この値が小さいほど損失が小さい。表６に示すよう
に、本発明の組成を満足するアモルファス合金薄帯を用
いた磁気コアはＲ／μｒ値が小さく、加速器の低損失化
に有効であることが分かる。

【００８２】さらに、本発明のアモルファス合金薄帯を
用いた磁気コアは、歪取り熱処理の有無にかかわらず、
良好な特性を示すことが分かる。このように、本発明に
よれば歪取り熱処理を施すことなく、低損失化した加速
器用コアを提供することができる。熱処理工程を省くこ
とは磁気コアの製造工程の簡素化につながるため、磁気
コアのより一層の低コスト化が達成される。

【００８３】なお、加速器用コアとして用いた実施例６
の磁気コアは、いずれも 45%以下の角形比を有するもの
である。このように角形比の低い材料の方が適する分野
においても良好な結果を示す。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアモルフ
ァス磁性材料によれば、高周波域での使用に適合する磁
気特性、熱安定性、表面平滑性などを、安価なＦｅ−Ｎ
ｉベースのアモルファス磁性材料で実現することができ
る。従って、そのようなアモルファス磁性材料を用いる
ことによって、各種用途に求められる特性を満足させた
上で、製造コストの低減を図った磁気コアなどを提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による磁気コアの構成を
示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施形態による磁気コアの構成
を示す断面図である。

【図３】本発明の磁場中熱処理における磁場印加方向
である薄帯の長さ方向を示す図である。

【図４】本発明の磁場中熱処理における磁場印加方向
である薄帯の幅方向を示す図である。

【符号の説明】

１……アモルファス磁性薄帯２……巻回体３……アモルファス磁性体片４……積層体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式：（Ｆｅ_1-a-bＮｉ_aＭ_b）
_100-x-yＳｉ_xＢ_y （式中、ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、ＷおよびＺｒから選ばれる少なくとも 1種の元素を
示し、ａ、ｂ、ｘおよびｙはそれぞれ 0.395≦ a≦0.7
、 0≦ b≦0.21、 1-a-b＜a 、 6≦ x≦18at% 、10≦
y≦18at% を満足する値である）で実質的に表される組
成を具備することを特徴とするアモルファス磁性材料。
【請求項２】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、前記Ｍ元素は、Ｍｎ、ＣｒおよびＣｏから選ばれる 2種
以上の元素を含むことを特徴とするアモルファス磁性材
料。
【請求項３】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、前記Ｍ元素は、Ｍｎ、ＣｒおよびＣｏを含むことを特徴
とするアモルファス磁性材料。
【請求項４】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、前記Ｍ元素の含有量ｂは 0.001≦ b≦ 0.1を満足するこ
とを特徴とするアモルファス磁性材料。
【請求項５】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、前記Ｓｉの含有量x および前記Ｂの含有量y は15≦ x+y
≦30at% を満足することを特徴とするアモルファス磁性
材料。
【請求項６】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、前記Ｓｉの含有量x と前記Ｂの含有量y は x＜ yの関係
を満足することを特徴とするアモルファス磁性材料。
【請求項７】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、キュリー温度Ｔ_cが473K以上573K以下であることを特徴
とするアモルファス磁性材料。
【請求項８】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、最大磁束密度Ｂ_mが0.5T以上0.9T以下であることを特徴
とするアモルファス磁性材料。
【請求項９】請求項１記載のアモルファス磁性材料に
おいて、残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_m
が 0.6以上であることを特徴とするアモルファス磁性材
料。
【請求項１０】請求項９記載のアモルファス磁性材料
において、前記Ｂ_r／Ｂ_m比が 0.8以上であることを特徴とするア
モルファス磁性材料。
【請求項１１】請求項１記載のアモルファス磁性材料
において、残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_m
が 0.5以下であることを特徴とするアモルファス磁性材
料。
【請求項１２】請求項１記載のアモルファス磁性材料
において、前記アモルファス磁性材料の融点は 1273K以下であるこ
とを特徴とするアモルファス磁性材料。
【請求項１３】請求項１記載のアモルファス磁性材料
において、前記アモルファス磁性材料は薄帯形状を有することを特
徴とするアモルファス磁性材料。
【請求項１４】請求項１３記載のアモルファス磁性材
料において、前記薄帯形状を有するアモルファス磁性材料は、その両
平マイクロ板厚を重さから換算した板厚で割った値で表
される表面粗さＫ_sが 1≦Ｋ_s≦1.5 を満足することを
特徴とするアモルファス磁性材料。
【請求項１５】請求項１３記載のアモルファス磁性材
料において、前記薄帯形状を有するアモルファス磁性材料は30μm 以
下の平均板厚を有することを特徴とするアモルファス磁
性材料。
【請求項１６】請求項１３記載の薄帯形状を有するア
モルファス磁性材料の巻回体または積層体を具備するこ
とを特徴とする磁気コア。
【請求項１７】請求項１６記載の磁気コアにおいて、前記アモルファス磁性材料は、前記Ｍ元素としてＣｏ、
ＣｒおよびＭｎから選ばれる 2種以上の元素を含むこと
を特徴とする磁気コア
【請求項１８】請求項１６記載の磁気コアにおいて、前記アモルファス磁性材料は、キュリー温度Ｔ_cが473K
以上573K以下、最大磁束密度Ｂ_mが0.5T以上0.9T以下、
残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_m
が 0.6以上であることを特徴とする磁気コア。
【請求項１９】請求項１６記載の磁気コアにおいて、前記アモルファス磁性材料は、キュリー温度Ｔ_cが473K
以上573K以下、残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mと
の比Ｂ_r／Ｂ_mが 0.5以下であることを特徴とする磁気
コアア。
【請求項２０】請求項１３記載の薄帯形状を有するア
モルファス磁性材料であって、キュリー温度Ｔ_cが473K
以上573K以下、最大磁束密度Ｂ_mが0.5T以上0.9T以下、
残留磁束密度Ｂ_rと最大磁束密度Ｂ_mとの比Ｂ_r／Ｂ_m
が 0.6以上であるアモルファス磁性材料の巻回体または
積層体を具備することを特徴とする可飽和コア。