JPS62167851A

JPS62167851A - 低損失Ｆｅ基非晶質合金

Info

Publication number: JPS62167851A
Application number: JP61215031A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Yoshizawa; 克仁吉沢; Kiyotaka Yamauchi; 山内　清隆; Susumu Nakajima; 晋中島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1986-09-13
Publication date: 1987-07-24
Also published as: JPH0468382B2

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、非晶質合金の改良に関するものであり、特に
２０ｋＨｚ以上の高い周波数において使用される高周波
トランス、コモンモードチョークその他の電子部品の磁
心材料として好適な低損失Ｆｅ基非晶質合金に係るもの
である。

［従来の技術］従来、高周波用のトランス、チョーク等の磁心材料とし
ては、高抵抗であってうず電流積が少ない等の利点を有
するため、フェライトが主に用いられていた。しかし、
フェライトは飽和磁束密度が低く、温度特性も悪いため
、磁心を小形化することが困難であるという欠点があっ
た。

近年、従来の磁心材料に対抗できる可能性があるものと
して非晶質磁性合金は高い飽和磁束密度を有するため、
優れた磁心材料として有望視されている。しかしながら
、Ｆｅ系の非晶質合金は一般的に高周波の鉄損が大きい
という問題点がある。

このため、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ等を添加することにより磁
歪定数を小さくし、低損失化を図ることが行なわれてい
る。すなわち、下記のような技術の流れが低損失Ｆｅ５
ｉＢ系非晶質合金にある。

■Ｆｅ−Ｎ１−Ｐ−Ｂ−８ｉ　−Ｃ−ＡＱ系（Ｆｅ以外
の元素は必須ではなくＦｅ５ｉＢ系を包含する。）にお
いて添加元素としてＣ０１Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｕ
を加えることにより、誘導形電気機器の軽量小形化が図
れることが知られている（特開昭５５−３６９５号公報
参照）。しかし、各添加元素の作用効果については、上
記公報には具体的に何の記載もなく、またこれら添加元
素のどの程度の量が損失低減に寄与するかについて示唆
するものは全くない。

■次に、Ｍ−Ｃ−８ｉＢ系（ここにＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、ＰｔでありＣ（炭
素）は必須）に添加元素としてＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ
、Ｃｄ、Ｈｇを加えることにより結晶化温度Ｔｘを向上
できることも知られている（特開昭５６−１０５４５２
号公報）。しかし、この発明は０．０ｌ−１０ａｔ％の
Ｃ（炭素）を必須とするものでありＣはアモルファス形
成能を向上するがヒステリシス損を増大させるので損失
低減の点からすると好ましくない（ＣＭ　Ｃ発行「応用
間発進アモルファス金属材料」第４頁、昭和５７年参照
）。

■同様にＦｅ−Ｌ−Ｎ系（ここにＬはＧｏ、Ｎｉであっ
て必ずしも必須ではなく、ＮはＢ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１
種又は２種以上）に添加元素ΔＵ。

Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎを加え、磁気特性、熱安定性を改善す
ることも知られている。（特開昭５８−１５１４５２号
公報参照）。しかし、これら添加元素による損失低減に
ついては具体的記載はない。

■またＦｅ−Ｃｒ−３ｉＢ系にＣ０１Ｎｉ、Ｃｕ。

Ｎｂ、ＭＯ他を添加して疲労特性に加え、電気磁気特性
、耐熱性、耐腐食性および機械的性質を向上させること
も知られている。（特開昭５８−２１３８５７号公報参
照）。しかし、損失低減に関して具体的な言及はない。

■最近、Ｃｕの添加効果として高周波における鉄損減少
を開示した発明が出てきた（特開昭６０−５２５５７号
公報）。これはＦ　ｅ　−Ｓ　ｉ　−Ｂ系に１．５ａｔ
％以下のＣ’ｕを添加して、ＣｕがＦｅに殆ど固溶しな
い性質を利用して析出させ磁区を微細化することにより
鉄損の低減を図ったものである。

■また、別の添加元素としてＭＯ又はＮｂによって低磁
歪化を図り、併せて低損失化する試みがある（Ｉｎｏｍ
ａｔａ　ｅｔ　ａｌ、　、　Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
５４（１１）、　Ｎｏｖ。

１９８３第６５５３〜６５５７頁）。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、これら従来技術によって低損失化を図ったもの
は未だ必ずしも充分な特性を有せず、ＣＯ系非晶質合金
に比べると著しく鉄損が大きいという問題があった。

このようにＦｅ系非晶質合金はＧｏ系非晶質合金に比べ
て経時変化が小さいという特長を有するものの、高周波
における鉄損がＣｏ系の合金に比べて大きいため、高周
波になるに従って鉄損の増加による磁心の温度上昇が目
立ってくる。このためＦｅ系の合金は出来る限り鉄損を
低くすることが重要な課題である。

また、Ｆｅ系非晶質合金は透磁率についてもＣＯ系非晶
質合金に比べると劣っている。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、高周波特に
５０ｋ　Ｈｚ以上の周波数の用途に用いる高周波トラン
スやコモンモードチョーク用は心等に好適な低損失のＦ
ｅ系非晶質合金を提供することを目的とするものである
。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するために本発明は、Ｆｅ−３ｉ−Ｂ系
非晶質合金にＣｕを添加し、更にＮｂ又はＭＯを複合添
加することにより、Ｃｏ基非晶Ｉα合金と同等程度の低
損失特性を有するＦｅ非晶質合金としたことを特徴とす
るものである。

すなわち、本発明の非晶質合金は次の組成式で表わされ
ることを特徴とするものである。

（Ｆ　ｅ、４Ｍａ）ｘｎａ−ｘ−ｙ−ｚ　Ｃｕ　ｘ　　
Ｓ　ｉ　ｙ　　Ｂ　ｚここで、ＭはＮｂ及び／又はＭＯ
であり、ａは０゜００１〜０．１．　　ｘは０．１−３
、ｙは１９以下、Ｚは５〜２５、ｙ＋ｘは１５〜３０で
ある。

［作用］本発明において、Ｃｕは必須の元素であり、その含有量
Ｘを０．ｌ〜３原子２に限定したのは、　Ｏ、Ｉ　）Ｍ
子％より小さいとＣｕ添加による鉄損減少の効果がほと
んどなく、一方３原子％より大きいと鉄損が未添加のも
のより大きくなるからである。また本発明において特に
好ましいＸの範囲は０．２〜２原子％であり、この範囲
では鉄損が特に小さい。

また本発明におけるｙおよび２についての限定理由は、
主として前記ｙが１９原子％以下、２が５〜２５原子％
の範囲を外れると合金の非晶質化が困難となるためであ
る。しかして、本発明において。

ｙのより好ましい範囲は８〜１９　ＪＭ子％であり、Ｚ
のより好ましい範囲は７〜１０原子％であって、ｙ＋２
の範囲が工８〜２６ＪＭ子ガの範囲内であることが望ま
しい。この範囲であると鉄損が小さく、またその経時変
化も小さい。特に２が８〜９．５原子％の範囲の場合は
鉄損の経時変化が著しく小さい。

また本発明において、Ｆｅの一部を置換する添加成分Ｍ
のｆｔａを０．００１〜０．１に限定したのは、０゜０
０１より小さいとＭを添加したことによる鉄損減少効果
がほとんどなく、Ｏｌｌよりも大きいと飽和磁束密度の
著しい低下を招くとともに脆化しやすくなり、リボン作
製が困難となるためである。

Ｍの添加により、低損失であるだけでなく　Ｃ。

基の高透磁率材料並の高い透磁率を示す。このため、高
周波トランスだけでなく、通常のコモンモードチョーク
用磁心に適する。また低周波領域での透磁率も高いため
ＭＣカートリッジ用昇圧トランス等にも適している。

なお、本発明の非晶質合金は完全な非晶質である必要は
なく、高周波磁気特性を劣化させない程度の結晶を含ん
でいてもよい。また不可避不純物が含まれていても本発
明の効果を充分得ることができることは勿論である。

また、本発明の非晶質合金は、片ロール法・双ロール法
・その他の公知の液体急冷法により製造ことかできるも
のである。通常、片ロール法等により製造される非晶質
リボンの板厚は８〜１００μｍ程度であるが、板厚が２
５μ■以下のものが高周波において使用される磁心材料
としてはより適している。

また、Ｎｂ又はＭＯの一部を必要に応じてＴｉ。

Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｖ、　Ｔａ、　Ｃｒ、Ｗ、　Ｍｎ、　
Ｎｉの１種又は２種以上で置換してもよい。特にＣｒ又
はＭｎは低角形比で恒速磁率特性に優れ、かつ飽和磁界
が大きい磁気特性となるため、フォワードコンバータ用
の高周波トランスや高電圧のパルス状ノイズに対して優
れた特性を示すコモンモードチョーク用磁心に適する。

［実施例コ以下１本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

（実施例１）第１表は、本発明によるＦｅ基非晶質合金と。

従来の磁心材料であるＦｅ基非晶質合金、Ｃｏ基非晶質
合金およびＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトの鉄損を比較し
た表である。

本実施例において、非晶質合金リボンは片ロール法にお
いて作製した。リボン幅は５ｍｍ、厚さ約１８μｍであ
る。作製した非晶質合金リボンを巻き回し、内径１５ｍ
ｍ、外径１９ｍｍの巻磁心とした後窒素ガス雰囲気中で
熱処理を行い、Ｕ函数針により磁束密度の波高値Ｂｍが
２ＫＧ、周波数ｆが１００ｋＨｚ第１表まで鉄損Ｗ２／１゜。ｋを測定した。

第１表かられかるように本発明非晶質合金の鉄損は、従
来のＦｅ基非晶質合金やフェライト等に比べて鉄損が小
さく優れている。

（実施例２）第１図は本発明による（　Ｆ　ｅｏ、、、Ｍ　Ｏｏ、ａ
ｚ）　、。

、５−ｘｃ　ｕ　ｘ　　Ｓ　ｉ　、３．５　Ｂｇ非晶質
合金Ａおよび比較例としてＦｅ、、、、−ｘＣｕｘ　　
Ｓｉ、、、、Ｂ、非晶質合金Ｂについて、磁束密度の波
高値Ｂｍ＝２ＫＧ、周波数ｆ　＝１００ｋＨｚでの鉄損
Ｗｚ／１ｏｏｋのＣｕ含有量Ｘが０．１〜３原子％の範
囲の組成において無添加のものより鉄損が低く良好な特
性を示すことが明らかであり、またＭＯを添加した合金
Ａの方がさらに低い鉄損の、より好ましい特性が得られ
ることがわかる。

（実施例３）第２図（ａ）は（Ｆ　６□−ａＭａ）　ｖＧ、ｓＣｕ、
　Ｓｉ　、３．ｓＢ、非晶質合金について磁束密度の波
高値Ｂｍ＝２ＫＧ、周波数ｆ　＝ｌＯＯｋＨｚにおける
鉄損Ｗ２／１゜。ｋのＭ量ａ依存性を示した図である。

図において、ＣはＭがＭＯの場合、ＤはＭがＮｂの場合
、また比較例としてＣｕを添加せずＮｂ単独添加した（
Ｆ　ｅｌ−ＢＮｂ　ａ）　ｖｖ、ｓ　Ｓ　ｌｘｉ、ｓＢ
、の場合を同図のＥに示す。

図かられかるように、ａが０．００１原子ｘ以上におい
て鉄損が小さくなりＭ添加の効果が認められることがわ
かる。Ｅと比べＣ又はＤの鉄損低減効果が著しいことが
わかる。

なお、ａが０．１を越えると非晶質合金リボンの脆化が
著しくなり、非晶質合金リボンの作製が困難となる。こ
のため本発明におけるａの範囲は０゜００１〜０．１と
した。

また第２図（ｂ）に、周波数ｆをパラメータ（２０ＫＨ
ｚ　、　１００ＫＨｚ　）にして鉄損のＢｍ（磁束密度
の波高値）依存性を示す。本発明の場合は合金組成が（
Ｆｅｏ、ｓｓＭ　０１１．０２）　７Ｇ、ＳＣｕｌＳ　
１ｔ３０．Ｂ９の場合に１周波数ｆが２０ｋ　Ｈｚの場
合は、同図Ｆ、１００ｋＨｚの場合は同図Ｈに示す。合
金組成が（ＦＢ、、ＨＮ　ｂｏ、Ｂ）７６．５Ｃｕ、　
Ｓ　ｉ、３．５Ｂ、の場合は各々同図Ｇ、Ｉに示す。

これら本願発明による非晶質合金においては。

比較例として示す同図Ｊ（合金組成が（Ｆｅ０．９４Ｎ
　ｂａ、ｏｉ）＊：＋　Ｓ　ｉｓ　Ｂ１２でｆ　＝　１
００ｋ　Ｈｚ）又はＫ（合金組成Ｆ　ｅｔｓ、ｓｃ　ｕ
ａ、５Ｂ１ｓ　ｉ、でｆ　＝２０ｋＨｚ）と比べて著し
く鉄損が低減している。なお、鉄損の８ｍ依存性は両対
数目盛紙で、合金組成に拘らず。

平行の直線群で表されることがわかる。

（実施例４）第３図は本発明による各種組成のＦｅ基非晶質合金の直
流Ｂ−Ｈカーブと、Ｂｍ＝２ＫＧ、ｆ＝ｌｏｏｋ　Ｈｚ
での鉄損Ｗｚ／ｘｏｏｋと、１ｋＨｚの実効透磁率μｅ
、ｋを比較した図である。

図において、Ｌは（Ｆ　ｅ　Ｏ、Ｉ　４　Ｍｏ　６　、
６６　）　７　ｇ　、　５　ｃｕｌ　Ｓ　ｘ　１３．ｓ
　Ｂｓ非晶質合金、Ｍは（Ｆ　ｅ、、、４Ｎ　ｂＯ，Ｏ
Ｇ）　ｔｓ、５ｃｕ１Ｓ　ｉ１３．ｓＢ！１　の非晶質
合金の場合である。比較例としてＣｏ基非晶質合金Ｃｏ
、７、、Ｆｅ４Ｓｉ、、、５Ｂ１ｏＭｏ、（第１表の比
較例参照）の場合を示す。

Ｍｏ又はＮｂを添加したＬまたはＭ合金は飽和磁束密度
がＣＯ基非晶質合金よりも高く、かつ該合金値の高い透
磁率を示すため、高周波トランスの磁心材料としてだけ
でなく１通常のコモンモードノイズに対して優れた特性
を示すコモンモードチョーク用磁心や、ＭＣカートリッ
ジ用昇圧トランスの磁心等に適する。

（実施例５）第４図は本発明による（　Ｆ　ｅ　０　、９５　Ｍ　Ｏ
Ｏ、ＯＳ　）　’ＩＴＣｕ、５ｉ１３Ｂ、非晶質合金Ｎ
、ＣＦ８１１．９５　Ｍ　ｏ　ｏ。

Ｏ３）、、Ｃｕ１Ｓ　１ｌｌＢ９非晶質合金Ｏと従来の
Ｆｅ基非晶質合金（Ｆ　ｅ７ｔ、５　Ｓ　ｌ　ｚｖ、ｓ
　Ｂり　Ｐ　、　ＣＯ基非晶質合金（ＧｏＧ、Ｆｅ、Ｓ
　１１ｓＢｔ。Ｍｏ、）Ｑの実効透磁率μｅの周波数ｆ
依存性を示した図である。

Ｍｏ、Ｎｂを添加含有する本発明合金Ｎ、Ｏの透磁率は
従来のＦｅ基非晶質合金Ｐよりかなり大きく、Ｃｏ基非
晶質合金Ｑと比較しても同等以上の値を示す。

（実施例６）第５図は本発明による（　Ｆ　ｅ　６　、　ＩＩ　Ｓ　
Ｍ　Ｏ０，ＯＳ　）　７７Ｃｕ１Ｓｉ１．Ｂ、非晶質合
金Ｒと従来の　Ｆ　Ｏ７，、。

Ｓ　ｉｌ、、、Ｂ、非晶質合金Ｓ、Ｃｏ、。Ｆｅ、Ｓｉ
、。

Ｂ　９Ｍ　ｏ　、非晶質合金Ｔの１ｋＨｚでの実効透磁
率μｅ、にの励磁磁場Ｈｍ依存性を示した図である。

本発明によるＮｂを添加した合金Ｒはμｅ、ｋが大き〈
従来のＣｏ基非晶質合金Ｔより励磁磁場依存性が優れて
いる。

（実施例７）第６図は本発明による（　Ｆ　ｅ６．、．５Ｍ　Ｏｏ、
０５）　７７ＣｕＩＳｉ、、Ｂｇ非晶質合金により作製
したコモンモードチョークＵと、従来のフェライトによ
り作製したコモンモードチョークＶのインピーダンスＩ
Ｚ１の周波数依存性を示した図である。巻線は４０ター
ン０．７φとした。

特に低周波側で本発明の合金を用いたチョークのインピ
ーダンスＩＺ１がフェライトより大きく優れており、コ
モンモードチョーク用磁心に適していることがわかる。

また高周波側ではインピーダンスＩＺ１それ自体は若干
高いのであるが、後述（第７図参照）のようにスイッチ
ング電源に実装した場合のノイズ低減効果は大きい。

（実施例８）第７図は本発明によるＦｅ基非晶質合金（Ｆ　ｅ。

、ｓｓＮ　ｌ）ｏ、ｏｓ）　？７Ｃｕｌ　Ｓ　ｌ　１３
　Ｂｓ　を用いたコモンモードチョークＷをスイッチン
グ電源に実装した場合のスイッチング電源入力端子漏出
コモンモードノイズレベル特性を、従来のフェライトを
用し）たコモンモードチョークＸの場合と比較して示し
た図である。

本発明による合金を用いたものは、低周波側および高周
波側においてフェライトを用いたもの番こ比べてノイズ
レベルが低くなっており１本発明による合金を用いたも
のは、コモンモードチョークとして優れていることがわ
かる。

（実施例９）第８図は本発明による（Ｆ　ｅｏ、’ｌｓ　Ｎ　ｂｏ、
０ｓ）　、Ｉｎ。

＠−ｚＣｕ　ｘ　Ｓ　ｌ　１３．ｓ　Ｂｚの鉄損の経時
変化率（ｗ２．−Ｗｏ）　／Ｗ、とＢ含有量Ｚとの関係
を示した図である。

ここでＷｏは１５０℃で２４時間保持した後の１００ｋ
Ｈｚ、２ＫＧの鉄損を表わし、Ｗｏは保持前の１００ｋ
　Ｈｚ、２ＫＧの鉄損を表わす。

図かられかるように、Ｂ含有量が変化しても鉄損の経時
変化率は大きく変動せず、特に８〜９．５原子％の範囲
では経時変化率はほとんど０である。

［発明の効果］以上述べたように本発明のＦｅ基非晶質合金は、従来の
Ｆｅ基非晶質合金より高周波における損失が低く透磁率
が優れているため、高周波トランスコモンモードチョー
ク等に用いた場合優れた特性が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明非晶質合金における鉄損Ｗ、／、。。ｋ
のＣｕ含有量Ｘ依存性を示した図、第２図（ａ）は本発
明非晶質合金における鉄損Ｗ、／□。。１（のＭ量ａ依存性を示した図、第２図（ｂ）は同じく
鉄損の磁束密度８ｍ依存性を示した図、第３図は本発明
非晶質合金の直流Ｂ−Ｈカーブ、鉄損Ｗ２／、、。ｋ、
１ｋＨｚの実効透ｔｔｌ率μｃ、ｋを比較した図、第４
図は本発明非晶質合金Ｎ、Ｑと従来の非晶質合金Ｐ、Ｑ
の実効透磁率μＣの周波数ｆ依存性を示した図、第５図
は本発明非晶質合金尺と従来の非晶質合金ｉＴの励磁磁
場Ｈｍ依存性を示した図、第６図は本発明非晶質合金に
より作製したコモンモードチョークＵと従来のフェライ
トにより作製したコモンモードチョークＶのインピーダ
ンス＋２１の周波数ｆ依存性を示した図、第７図は本発
明非晶質合金を用いたコモンモートチョークＷと従来の
フェライトを用いたコモンモードチョークＸのスイッチ
ング電源入力端子漏出コモンモードノイズレベル特性を
比較した図、第８図は本発明非晶質合金の鉄損の経時変
化率（Ｗ２゜−Ｗ。）／ＷｏとＢ含有量Ｚとの関係を示
した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）その組成が、一般式（Ｆｅ＿１＿−＿ａＭａ）＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−＿
ｙ＿−＿ｚＣｕｘＳｉｙＢｚ［ここで、ＭはＮｂ及び／
又はＭｏであり、かつ０．００１≦ａ≦０．１、０．１
≦ｘ≦３、ｙ≦１９、５≦ｚ≦２５、１５≦ｙ＋ｚ≦３
０］であることを特徴とする低損失Ｆｅ基非晶質合金。
（２）上記組成式において、０．００１≦ａ≦０．１、
０．２≦ｘ≦２、８≦ｙ≦１９、７≦ｚ≦１０、１８≦
ｙ＋ｚ≦２６であることを特徴とする特許請求の範囲１
第１項記載の低損失Ｆｅ基非晶質合金。
（３）Ｎｂ又はＭｏの一部をＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔ
ａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｎ、Ｎｉのうちの１種又は２種以上で
置換したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項に記載の低損失Ｆｅ基非晶質合金。