WO2017169178A1 - 鉄基軟磁性材料、鉄基軟磁性材料の製造方法及び鉄基軟磁性コア - Google Patents

鉄基軟磁性材料、鉄基軟磁性材料の製造方法及び鉄基軟磁性コア Download PDF

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WO2017169178A1
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WO
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iron
soft magnetic
based soft
magnetic material
copper
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PCT/JP2017/005013
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塚原　誠
則和 岡田
Original Assignee
アイシン精機株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets 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
    • H01F1/14—Magnets 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
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition

Definitions

  • the present invention relates to an iron-based soft magnetic material, a method for producing an iron-based soft magnetic material, and an iron-based soft magnetic core.
  • Iron-based soft magnetic materials are widely used as cores for motors, transformers and reactors, for example.
  • an alternating magnetic field is applied to the core, an eddy current is generated.
  • the parent phase mainly composed of iron is divided into small regions (cells composed of one or more crystal grains). And individual cells are preferably electrically isolated.
  • a cell boundary phase With a material having a high electrical resistance.
  • Such a structure in which individual cells are covered by the cell boundary phase is called a “cell wall structure”.
  • the cell is divided along the boundary of the cell that includes the parent phase containing iron as a main component, at least one of molybdenum and tungsten, and iron and sulfur, and that constitutes the parent phase.
  • An iron-based soft magnetic material provided with a cell boundary phase has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this, it is possible to provide an iron-based soft magnetic material that can reduce costs while maintaining good magnetism and that has high electrical resistance and is less likely to cause eddy current loss.
  • it is necessary to strictly control the temperature conditions and the like when rapidly solidifying after melting the constituent material into a molten metal. The Moreover, it is difficult to increase the electrical resistance of the cell boundary phase to be formed.
  • a cell composed of a parent phase containing iron as a main component, and a cell boundary phase containing at least one of vanadium and chromium, iron and sulfur, and the parent phase is a boundary between cells constituting the parent phase.
  • a soft magnetic material characterized by being partitioned by the cell boundary phase has also been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to this, it is possible to provide a soft magnetic material having high electrical resistance and being less likely to cause eddy current loss while maintaining good magnetism and reducing costs. However, the electric resistance of the cell boundary phase formed in the iron-based soft magnetic material having such a composition is insufficient to sufficiently reduce the eddy current loss.
  • an object of the present invention is to provide an iron-based soft magnetic material capable of sufficiently reducing eddy current loss and a method for producing the iron-based soft magnetic material. Furthermore, another object of the present invention is to provide an iron-based soft magnetic core composed of the iron-based soft magnetic material as described above.
  • the present inventor has found that in an iron-based soft magnetic material containing iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) as main components, (Fe), copper (Cu) and chalcogen (Ch) content within a specific range, and by rapidly cooling a molten metal further blended with a predetermined amount of a specific element (fourth element), the main component of iron Achieves a cell wall structure that includes a parent phase as a component and a cell boundary phase mainly composed of sulfide containing copper existing at the boundary between cells constituting the parent phase, and sufficiently reduces eddy current loss. Found that you can.
  • the iron-based soft magnetic material according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the present invention material”) exists at the boundary between a parent phase containing iron as a main component and the cells constituting the parent phase.
  • An iron-based soft magnetic material having a structure including a cell boundary phase mainly composed of a sulfide containing copper. Furthermore, in the present invention material, when the total of iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) contained in the iron-based soft magnetic material is 100 at% The following conditions (1) and (2) are established.
  • a fourth element which is at least one element selected from the group consisting of aluminum (Al), gallium (Ga) and silicon (Si).
  • Al aluminum
  • Ga gallium
  • Si silicon
  • the content of the fourth element is 0.1 at% or more and less than 3.0 at%.
  • the fourth element is made of only silicon (Si)
  • the content of the fourth element is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%.
  • the fourth element includes silicon (Si) and an element other than silicon (Si)
  • the total content of the fourth element including silicon is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%.
  • the content of the fourth element other than silicon is less than 3.0 at%.
  • the material of the present invention is produced by, for example, a method for producing an iron-based soft magnetic material according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “method of the present invention”), which includes the steps listed below. be able to.
  • First step iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S), so that the combination of the mixing ratios is a combination corresponding to the specific region.
  • Fe iron
  • copper Cu
  • chalcogen Ch
  • a sulfur source that is at least one substance selected from the group consisting of:
  • Second step When the total of iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) is 100 at%, nitriding of the fourth element and the fourth element
  • the fourth element source which is at least one substance selected from the group consisting of substances, is weighed.
  • silicon (Si) is not included as the fourth element
  • the fourth element source is set so that the content of the fourth element is 0.1 at% or more and less than 3.0 at%. Weigh.
  • the fourth element is made of only silicon (Si)
  • the fourth element source is weighed so that the content of the fourth element is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%.
  • the fourth element includes silicon (Si) and an element other than silicon (Si)
  • the total content of the fourth element including silicon is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%.
  • the fourth element source is weighed so that the content of the fourth element other than silicon is less than 3.0 at%.
  • Third step heating and melting the iron (Fe), the copper (Cu), the sulfur source, and the fourth element source weighed in the first step and the second step. Use molten metal.
  • Fourth step The iron-based soft magnetic material is obtained by cooling the molten metal obtained in the third step at a temperature drop rate of at least 1 ° C. per second to solidify the molten metal.
  • the core according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the present invention core”) is an iron-based soft magnetic core constituted by the material of the present invention.
  • the mother is mainly composed of iron.
  • An eddy current by achieving a cell wall structure including a phase and a cell boundary phase (having a high electrical resistance) that is present at the boundary of the cell constituting the parent phase and is mainly composed of a sulfide containing copper Loss can be sufficiently reduced.
  • Respective contents of iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) in the iron-based soft magnetic material (first material) according to the first embodiment of the present invention is a ternary composition diagram showing the range of the combination. It is a flowchart for showing each process included in the manufacturing method (2nd method) of the iron group soft magnetic material which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • 2 is a micrograph of polished cross sections of samples 1a to 1c manufactured in Example 1.
  • FIG. 2 is a micrograph of polished cross sections of samples 2a and 2b manufactured in Example 2.
  • FIG. 4 is a photomicrograph of a polished cross section of samples 3a and 3b produced in Example 3.
  • FIG. 4 is a photomicrograph showing the SEM-EDS analysis location of each product phase in the polished cross section of samples 3a and 3b produced in Example 3.
  • FIG. 4 is a photomicrograph of a polished cross section of samples 4a and 4b produced in Example 4.
  • FIG. 4 is a photomicrograph of a polished cross section of samples 4a and 4b produced in Example 4.
  • first material an iron-based soft magnetic material (hereinafter, may be referred to as “first material”) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the first material is an iron-based soft magnetic material having a structure including a cell composed of a parent phase mainly composed of iron and a cell boundary phase mainly composed of a sulfide containing copper present at the cell boundary. is there. That is, the first material has a “cell wall structure” in which individual cells are covered by a cell boundary phase.
  • Iron as the main component of the parent phase is not necessarily limited to pure iron.
  • pure iron, iron-silicon alloy, iron-cobalt alloy, iron-aluminum alloy, iron-silicon-aluminum alloy, and At least one selected from the group consisting of iron-nickel alloys can be the main component of the parent phase.
  • nickel (Ni), cobalt (Co), and silicon (Si) may be included in the composition of iron as a part of iron (may be dissolved).
  • “iron” as the main component of the parent phase is an impurity such as nitrogen (N) and / or oxygen (O) as long as it does not adversely affect the magnetic properties of the resulting iron-based soft magnetic material. May be contained in a slight amount (for example, less than several hundred mass ppm).
  • “Sulfur containing copper”, which is the main component of the cell boundary phase, is represented by, for example, Cu 2 S, Cu 5 FeS 4 , CuFeS 2 , and a molecular formula in which iron (Fe) or copper (Cu) is lost. At least one substance selected from the group consisting of sulfides. Specific examples of the sulfide represented by the molecular formula in which iron (Fe) or copper (Cu) is deficient from Cu 2 S, Cu 5 FeS 4 , and CuFeS 2 include, for example, Cu 1.96 S, Cu 31 S 16.
  • the first material is an iron-based soft magnetic material containing iron, copper, and chalcogen as main components, and the chalcogen contains at least sulfur.
  • the first material is an iron-based soft magnetic material containing iron, copper, and sulfur as main components, and may further contain a chalcogen other than sulfur.
  • a cell wall structure is formed that includes a well-balanced cell boundary phase having resistance and a parent phase that is a magnetic part. As a result, eddy current loss can be sufficiently reduced.
  • a fourth element which is at least one element selected from the group consisting of aluminum (Al), gallium (Ga) and silicon (Si).
  • Al aluminum
  • Ga gallium
  • Si silicon
  • the content of the fourth element is 0.1 at% or more and less than 3.0 at%.
  • the fourth element is composed only of silicon (Si)
  • the content of the fourth element is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%.
  • the total content of the fourth element including silicon is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%, The content of the fourth element other than silicon is less than 3.0 at%.
  • the fourth element when only silicon (Si) is selected as the fourth element, the fourth element may be contained at a content rate of 0.1 at% or more and less than 7.0 at%. As described above, this corresponds to the fact that nickel (Ni), cobalt (Co), and silicon (Si) may be included in the iron composition as a part of iron. More specifically, when silicon (Si) is dissolved in the parent phase of the iron-based soft magnetic core manufactured using the first material, the maximum magnetization is reduced, but the magnetic susceptibility is improved. Therefore, when only silicon (Si) is selected as the fourth element, the upper limit of the content can be increased to 7.0 at%.
  • the total content of the fourth element containing silicon is 0.1 at% or more and less than 7.0 at%. And the content of the fourth element other than silicon is less than 3.0 at%.
  • this corresponds to the fact that nickel (Ni), cobalt (Co), and silicon (Si) may be included in the iron composition as a part of iron. More specifically, when silicon (Si) is dissolved in the parent phase of the iron-based soft magnetic core manufactured using the first material, the maximum magnetization is reduced, but the magnetic susceptibility is improved.
  • Second Embodiment a method for producing an iron-based soft magnetic material according to a second embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as “second method”) will be described with reference to the drawings.
  • the second method is a method for manufacturing the first material described above. As shown in FIG. 2, the second method includes first to fourth steps listed below.
  • the combination of the mixing ratios of iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) is a combination corresponding to the specific region described above. Iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) may be weighed.
  • Iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) containing at least sulfur (S) may be weighed.
  • iron ( A chalcogenide of Fe), a chalcogenide of copper (Cu), and / or a composite chalcogenide of iron (Fe) and copper (Cu) may be used.
  • iron (Fe) and / or copper (Cu) constituting the chalcogenide is also treated as iron (Fe) and / or copper (Cu) which is the main component of the first material (compounding) To be included in the rate).
  • the total content of the fourth element including silicon is 0.1 at% or more and less than 7.0 at% and silicon
  • the fourth element source is weighed so that the content of the fourth element other than is less than 3.0 at%.
  • the fourth element may be added as the fourth element itself (single element) or may be added as a nitride of the fourth element. In the latter case, it is considered that the cell wall structure formation promotion mechanism described later can act as a solidification nucleus for the crystallization of the parent phase as it is.
  • the execution order of the above-described steps S01 and S02 is not particularly limited, and may be the same as the above-described order or may be reverse to the above-described order.
  • step S03 heating and melting the iron (Fe), copper (Cu), sulfur source, and fourth element source weighed in the first step and the second step. Use molten metal.
  • This third step is executed after the weighing of all the raw materials constituting the first material is completed (that is, after the execution of step S01 and step S02 is completed).
  • Specific means for heating these raw materials is not particularly limited.
  • a container such as a crucible containing these raw materials may be placed in a melting furnace and heated using, for example, a heat source such as an infrared heater. it can.
  • the surrounding environment when heating these raw materials is not particularly limited, but it is desirable to heat in an inert atmosphere such as argon gas (Ar) or nitrogen gas (N 2 ).
  • Ar argon gas
  • N 2 nitrogen gas
  • Step S04 The molten metal obtained in the third step is cooled at a rate of temperature decrease of 1 ° C. or more per second to solidify the molten metal, thereby obtaining an iron-based soft magnetic material.
  • This fourth step is executed after all the raw materials constituting the first material are melted to form a molten metal (that is, after the execution of step S03 is completed).
  • the specific method for rapidly cooling the molten metal to solidify the molten metal as described above is not particularly limited.
  • the injection of the molten metal into a water-cooled copper mold, the low melting point metal of the investment mold into which the molten metal has been injected is used.
  • Various methods such as charging into molten metal and pouring on the surface of a water-cooled copper plate can be employed.
  • an iron-based soft magnetic material for example, the first material
  • an iron-based soft magnetic material for example, the first material
  • Mechanism for promoting the formation of cell wall structure by the fourth element As described above, the formation of the cell wall structure is further promoted by adding the fourth element at a content within the above-described range, and as a result, the effect of reducing eddy current loss is further enhanced.
  • This “mechanism for promoting the formation of the cell wall structure by the addition of the fourth element” has not been elucidated yet and is unknown at this time, but the following two types of presumed mechanisms (A) and (B) are conceivable.
  • the fourth element that has a strong tendency to form sulfides is preferentially taken into the cell boundary phase and lowers the freezing point of the cell boundary phase.
  • the cell boundary phase is solidified after the cell composed of the parent phase containing iron as a main component is solidified, and the formation of the cell wall structure is promoted.
  • the freezing point of the formed nitride and / or oxide is higher than the freezing point of the parent phase mainly composed of iron.
  • the nitride and / or oxide begin to crystallize at a temperature above the solidification point of the parent phase (ie, before the parent phase begins to solidify).
  • the fine crystals of nitride and / or oxide thus crystallized act as solidification nuclei for the crystallization of the parent phase.
  • a fine equiaxed grain structure is formed by distributing a nucleating agent on the inner surface of a mold or by adding solid particles from the outside to the molten metal and dispersing it in the molten metal.
  • the technology is already known (see, for example, Patent Document 3).
  • the role played by the nucleating agent and the solid particles in such a conventional technique is the same as that of the fine crystals of nitride and / or oxide in the estimation mechanism (B).
  • the fourth element dissolved in the molten metal is at a temperature higher than the solidification point of the parent phase (that is, before the parent phase starts to solidify) and Or it crystallizes out as a fine crystal of an oxide. Accordingly, such crystals are naturally uniformly dispersed in the molten metal. As a result, the fourth element used in the second method can effectively act as a solidification nucleus for crystallization of the parent phase.
  • nitrogen (N) and oxygen (O) constituting nitrides and oxides in the estimation mechanism (B) are, for example, impurities contained in iron (Fe), ambient atmosphere during melting in the third step described above And can be taken in from a container or the like containing molten metal. Therefore, the addition of the fourth element assumed to be the above estimation mechanism (B) consumes nitrogen (N) and oxygen (O) as impurities contained in iron (Fe) and increases the magnetic susceptibility of the parent phase. A secondary effect can also be obtained.
  • nitride and oxide of the fourth element generated in the estimation mechanism (B) as described above include, for example, titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), and silicon nitride (Si 3 N 4 ). And iron-chromium composite oxide (Fe, Cr) 3 O 4 , and composite compounds such as titanium oxynitride (Ti (N, O)) and zirconium oxynitride (Zr (N, O)).
  • borides such as titanium boride (TiB 2 ) and carbides such as titanium carbide (TiC) are also crystallized as fine crystals in the above estimation mechanism (B), and solidification nuclei for crystallization of the parent phase Can act as
  • the fourth element estimated to be applicable to both of the above estimation mechanisms (A) and (B) includes titanium (Ti), zirconium (Zr), and vanadium (V). Niobium (Nb), chromium (Cr), manganese (Mn), and aluminum (Al). Moreover, molybdenum (Mo), zinc (Zn), and gallium (Ga) can be mentioned as a 4th element estimated that only the said estimation mechanism (A) corresponds. Furthermore, silicon (Si) can be mentioned as the fourth element estimated to be applicable only to the estimation mechanism (B).
  • chalcogen (Ch) may evaporate in the process of heating and melting various raw materials in the third step to form a molten metal.
  • chalcogen (Ch) evaporation occurs, the combination of the mixing ratios of iron (Fe), copper (Cu), and chalcogen (Ch) as the sulfur source described above is in the specific region described above. Even if the raw materials are weighed and blended in a corresponding combination, the ternary composition in the first material may be different from the initial composition.
  • chalcogen for example, chalcogenide of iron (Fe), chalcogenide of copper (Cu), and / or iron (not only chalcogen (Ch) per se).
  • a composite chalcogenide of Fe) and copper (Cu) may be used as the sulfur source described above.
  • chalcogen (Ch) may evaporate in the process of heating and melting various raw materials in the third step to form a molten metal. In order to reduce such a problem, it is desirable to execute at least one of shortening the heating period of the sulfur source and lowering the heating temperature.
  • an iron-based soft magnetic material is obtained by rapidly cooling the molten metal obtained in the 3rd process at a cooling rate of at least 1 ° C. per second to solidify the molten metal.
  • a cell wall structure is formed by solidifying a cell boundary phase after a cell composed of a parent phase containing iron as a main component is solidified.
  • stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the cell (parent phase) and the cell boundary phase during the solidification process, causing distortion in the cell (parent phase) or cracking in the cell boundary phase. Or the like.
  • the hysteresis loss of the first material may increase.
  • the electrical insulation of the cell boundary phase may be reduced, leading to an increase in eddy current loss of the first material. Therefore, in order to reduce the hysteresis loss and eddy current loss of the first material, it is desirable to reduce defects such as strain in the cell and cracks in the cell boundary phase.
  • the second modification of the second method further includes a fifth step of holding the iron-based soft magnetic material obtained in the fourth step at a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 900 ° C. for 10 minutes or longer.
  • the strain caused by the stress due to the difference in the thermal expansion coefficient between the cell and the cell boundary phase is alleviated. Or defects such as cracks generated in the cell boundary phase can be eliminated. As a result, the hysteresis loss and eddy current loss of the first material can be reduced.
  • the iron-based soft magnetic core according to the third embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “third core”) will be described below.
  • the third core is an iron-based soft magnetic core composed of the material of the present invention including the first material described above. Therefore, the third core can be an iron-based soft magnetic core having good magnetic properties with little eddy current loss.
  • the size and shape of the third core can be appropriately determined according to the use of the core.
  • the manufacturing method of a 3rd core can be suitably selected from the various methods widely employ
  • a mold for injecting molten metal in the fourth step included in the above-described second method may be a third core corresponding to a desired size and shape, and the molten metal is cast in the fourth process.
  • the molded body obtained by injecting into the above may be processed as a third core according to a desired size and shape, or a combination of these manufacturing methods.
  • the surface of the third core molded and processed into a desired size and shape may be coated with an insulating resin or the like. Further details about the method of manufacturing the iron-based soft magnetic core are well known to those skilled in the art, so further explanation is omitted.
  • a ternary composition of 78.8 at% Fe-13.0 at% Cu-8.2 at% S corresponding to the specific region described above (see point P in FIG. 1) is obtained.
  • Zirconium nitride (ZrN) as a raw material was weighed (first step and second step). Various raw materials were put in a graphite crucible, heated to 1550 ° C.
  • sample 1a The iron-based soft magnetic material thus manufactured according to the example of the present invention is referred to as “sample 1a”.
  • TiN titanium nitride
  • ZrN zirconium nitride
  • This iron-based soft magnetic material is referred to as “Sample 1b”.
  • FIGS. 3A, 3B and 3C show micrographs of the polished cross sections of the samples 1a and 1b according to the example of the present invention manufactured as described above and the sample 1c according to the comparative example, respectively.
  • the parent phase mainly composed of iron is divided into smaller cells (bright portions) than the sample 1c according to the comparative example. And individual cells are covered by the cell boundary phase (dark areas). That is, it was confirmed that the formation of the cell wall structure was promoted in the samples 1a and 1b according to the example as compared with the sample 1c according to the comparative example. Therefore, in the samples 1a and 1b according to the example of the present invention, the eddy current loss is reduced as compared with the sample 1c according to the comparative example.
  • Example 2a As a raw material, iron (Fe), copper (Cu), iron sulfide (FeS) and iron ditelluride (FeTe 2 ) as a sulfur source, and silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a fourth element source Weighed (first step and second step).
  • the third step and the fourth step were performed in the same manner as in Example 1 described above to manufacture “Sample 2a”, which is an iron-based soft magnetic material according to an example of the present invention.
  • sample 2b an iron-based soft magnetic material according to a comparative example, which is manufactured by the same method as described above without adding the fourth element source and does not contain the fourth element, is referred to as “sample 2b”.
  • FIGS. 4A and 4B show micrographs of the polished cross sections of the sample 2a according to the example of the present invention manufactured as described above and the sample 2b according to the comparative example, respectively.
  • the parent phase mainly composed of iron is divided into smaller cells (bright portions) than in the sample 2b according to the comparative example.
  • Each cell is covered with a cell boundary phase (dark part). That is, it was confirmed that the formation of the cell wall structure was promoted in the sample 2a according to the example as compared with the sample 2b according to the comparative example. Therefore, in the sample 2a according to the embodiment of the present invention, eddy current loss is reduced as compared with the sample 2b according to the comparative example.
  • Content of 1 at% and the total mass is 1.4 g, iron (Fe), copper (Cu), iron sulfide (FeS) as a sulfur source, and zirconium nitride (ZrN as a fourth element source)
  • the third step and the fourth step were performed in the same manner as in Example 1 described above to produce “Sample 3a” which is an iron-based soft magnetic material according to this example.
  • sample 3b an iron-based soft magnetic material according to a comparative example, which is manufactured by the same method as described above without adding the fourth element source and does not contain the fourth element, is referred to as “sample 3b”.
  • the ternary composition of iron (Fe) -copper (Cu) -sulfur (S), which is the main component of the iron-based soft magnetic material according to the present embodiment, does not fall within a specific region.
  • Each sample 3b is an iron-based soft magnetic material according to a comparative example.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) Micrographs of the polished cross sections of samples 3a and 3b according to the comparative example manufactured as described above are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), respectively.
  • Each of these samples 3a and 3b has a ternary composition of iron (Fe) -copper (Cu) -sulfur (S) not corresponding to a specific region, but as is clear from FIG. 5, as the fourth element,
  • sample 3a containing a predetermined amount (1 at%) of zirconium (Zr) the parent phase containing iron as a main component is divided into smaller cells (bright parts) than sample 3b containing no fourth element. And individual cells are covered by the cell boundary phase (dark areas). That is, in the sample 3a containing the fourth element, it was confirmed that the formation of the cell wall structure was promoted compared to the sample 3b not containing the fourth element.
  • the parent phase is composed of iron (Fe) (Spectrum 1 to 3), and the cell boundary phase is porphyry (Cu 5 FeS). 4 ) (Spectrum 4 to 6), and the third phase was found to be composed of iron sulfide (FeS) (Spectrum 7 to 9). Since iron sulfide (FeS) has low electrical resistance, it is not desirable from the viewpoint of reducing eddy current loss.
  • the content of aluminum (Al) is 1 at% and the total mass is 0.12 g, so that iron (Fe), copper (Cu), iron sulfide (FeS) as a sulfur source, and the fourth element source as Aluminum (Al) was weighed as a raw material (first step and second step).
  • Various raw materials were put in an alumina crucible, heated to 1550 ° C. in an argon atmosphere and held for 10 minutes to completely melt the raw materials to form a molten metal, and then the molten metal was rapidly cooled (third and fourth steps). Process).
  • sample 4a The iron-based soft magnetic material according to the embodiment of the present invention manufactured as described above is referred to as “Sample 4a”. Furthermore, an iron-based soft magnetic material according to a comparative example, which is manufactured by the same method as described above without adding the fourth element source and does not contain the fourth element, is referred to as “sample 4b”.
  • FIGS. 7A and 7B show micrographs of the polished cross sections of the sample 4a according to the example of the present invention manufactured as described above and the sample 4b according to the comparative example, respectively.
  • the parent phase mainly composed of iron is divided into smaller cells (bright portions) than in the sample 4b according to the comparative example.
  • Each cell is covered with a cell boundary phase (dark part). That is, in the sample 4a according to the example, it was confirmed that the formation of the cell wall structure was promoted as compared with the sample 4b according to the comparative example. Therefore, in the sample 4a according to the embodiment of the present invention, the eddy current loss is reduced as compared with the sample 4b according to the comparative example.
  • one kind of element is employed as the fourth element, but a plurality of kinds of elements may be employed as the fourth element.
  • formation of a cell wall structure can be further promoted.
  • a combination of three elements of silicon (Si), aluminum (Al), and vanadium (V) may be employed as the fourth element.

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Abstract

鉄と、銅と、少なくとも硫黄を含むカルコゲンと、を主成分とする鉄基軟磁性材料において、これらの含有率を特定の範囲に収め、且つチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、亜鉛、硼素、アルミニウム、ガリウム及び珪素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む物質を更に配合してなる溶湯を急冷する。これにより、鉄を主成分とする母相からなるセルと、セルの境界に存在し銅を含む硫化物を主成分とするセル境界相と、を含むセルウォール構造を達成する。これにより、渦電流損失を十分に低減することができる鉄基軟磁性材料及び当該鉄基軟磁性材料によって構成された鉄基軟磁性コアを提供する。更に、上記のような鉄基軟磁性材料の製造方法を提供する。

Description

鉄基軟磁性材料、鉄基軟磁性材料の製造方法及び鉄基軟磁性コア
　本発明は、鉄基軟磁性材料、鉄基軟磁性材料の製造方法及び鉄基軟磁性コアに関する。
　鉄基軟磁性材料は、例えばモータ、トランス及びリアクトル等のコアとして広く使用されている。コアに交流磁場を印加すると渦電流が発生する。この渦電流に起因する電気エネルギー損失（渦電流損失）を低減するためには、鉄を主成分とする母相が小さい領域（１つ又は複数の結晶粒によって構成されるセル）に分割されており且つ個々のセルが電気的に絶縁されていることが望ましい。このように個々のセルを電気的に絶縁するためには、高い電気抵抗を有する物質によってセル境界相を形成させることが望ましい。このように個々のセルがセル境界相によって覆われている構造は「セルウォール構造」と称される。
　そこで、当該技術分野においては、鉄を主成分とする母相と、モリブデン及びタングステンのうちの少なくともいずれか一方と鉄と硫黄とを含み、母相を構成するセルの境界に沿ってセルを仕切るセル境界相と、を備えた鉄基軟磁性材料が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。これによれば、良好な磁性を保持しつつ、低コスト化を図ると共に、高い電気抵抗を有し且つ渦電流損失が発生し難い鉄基軟磁性材料を提供することができる。しかしながら、このような組成を有する鉄基軟磁性材料においてセルウォール構造を達成するためには、構成材料を熔解させて溶湯とした後に急冷凝固させる際の温度条件等の厳密な制御が必要とされる。また、形成されるセル境界相の電気抵抗を高めることが困難である。
　更に、鉄を主成分とする母相からなるセル、並びにバナジウム及びクロムのうちの少なくとも何れか一方と鉄と硫黄とを含むセル境界相を備え、母相が、母相を構成するセルの境界に沿って、セル境界相によって仕切られていることを特徴とする軟磁性材料も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。これによれば、良好な磁性を保持しつつ、低コスト化を図ると共に、高い電気抵抗を有し且つ渦電流損失が発生し難い軟磁性材料を提供することができる。しかしながら、このような組成を有する鉄基軟磁性材料において形成されるセル境界相の電気抵抗は、渦電流損失を十分に低減するには不十分である。
　加えて、インベストメント鋳造において、内面に核生成剤を含む鋳型に固体粒子を分散させた溶湯を注入し、当該鋳型を低融点液体冷却材金属中に迅速に浸漬して溶湯を急冷・凝固させることにより、微細な等軸結晶粒組織を生成させることが提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。これによれば、複雑な幾何学的形状を有する比較的大きい部材の鋳造を可能とすることができる。しかしながら、当該従来技術はインベストメント鋳造に限定され、また鋳型の内面に核生成剤を均一に分布させたり固体粒子を溶湯中に均一に分散させたりすることは現実には困難である。
特開２０１５－０４６５０６号公報 特開２０１４－０４９６３９号公報 特開２０１３－１３６０９７号公報
　前述したように、当該技術分野においては、鉄基軟磁性材料において微小なセルを生成させたり高い電気抵抗を有するセル境界相によってセルウォール構造を達成したりすることを目的として、種々の技術が提案されている。しかしながら、渦電流損失を十分に低減することを可能とするセルウォール構造の達成には至っていない。
　本発明は、上記課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明は、渦電流損失を十分に低減することができる鉄基軟磁性材料及び当該鉄基軟磁性材料の製造方法を提供することを１つの目的とする。更に、本発明は、上記のような鉄基軟磁性材料によって構成された鉄基軟磁性コアを提供することをもう１つの目的とする。
　そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、を主成分とする鉄基軟磁性材料において、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の含有率を特定の範囲に収め、且つ所定量の特定元素（第四元素）を更に配合してなる溶湯を急冷することにより、鉄を主成分とする母相と、当該母相を構成するセルの境界に存在し銅を含む硫化物を主成分とするセル境界相と、を含むセルウォール構造を達成し、渦電流損失を十分に低減することができることを見出した。
　本発明に係る鉄基軟磁性材料（以下、「本発明材料」と称される場合がある。）は、鉄を主成分とする母相と、前記母相を構成するセルの境界に存在し銅を含む硫化物を主成分とするセル境界相と、を含む構造を有する鉄基軟磁性材料である。更に、本発明材料において、前記鉄基軟磁性材料に含有される鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、の合計を１００ａｔ％とする場合、以下の条件（１）及び（２）が成立する。
　（１）鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの含有率の組み合わせが、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の原子濃度の三元組成図において、８７ａｔ％Ｆｅ－１２ａｔ％Ｃｕ－１ａｔ％Ｃｈを表すＡ点、９１．９ａｔ％Ｆｅ－７．１ａｔ％Ｃｕ－１ａｔ％Ｃｈを表すＢ点、７５ａｔ％Ｆｅ－１３．１ａｔ％Ｃｕ－１１．９ａｔ％Ｃｈを表すＣ点、及び７５ａｔ％Ｆｅ－２０ａｔ％Ｃｕ－５ａｔ％Ｃｈを表すＤ点によって囲まれる領域である特定領域に対応する組み合わせである。
　（２）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び珪素（Ｓｉ）からなる群より選択される少なくとも１種の元素である第四元素を更に含有している。上記において、前記第四元素として珪素（Ｓｉ）が含まれない場合は、前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ３．０ａｔ％未満である。前記第四元素が珪素（Ｓｉ）のみからなる場合は、前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満である。前記第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれる場合は、珪素を含む前記第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に珪素以外の前記第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満である。
　更に、本発明材料は、例えば、以下に列挙する各工程を含む、本発明に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（以下、「本発明方法」と称される場合がある。）によって製造することができる。
　第１工程：鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの配合率の組み合わせが前記特定領域に対応する組み合わせとなるように、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）、当該カルコゲン（Ｃｈ）と鉄（Ｆｅ）との化合物及び当該カルコゲン（Ｃｈ）と銅（Ｃｕ）との化合物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である硫黄源と、を秤量する。
　第２工程：鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、の合計を１００ａｔ％とする場合において、前記第四元素及び前記第四元素の窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である第四元素源を秤量する。このとき、前記第四元素として珪素（Ｓｉ）が含まれない場合は、前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ３．０ａｔ％未満となるように、第四元素源を秤量する。前記第四元素が珪素（Ｓｉ）のみからなる場合は、前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満となるように、第四元素源を秤量する。前記第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれる場合は、珪素を含む前記第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に珪素以外の前記第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満となるように、第四元素源を秤量する。
　第３工程：前記第１工程及び前記第２工程において秤量された前記鉄（Ｆｅ）と、前記銅（Ｃｕ）と、前記硫黄源と、前記第四元素源と、を加熱して熔解させることにより溶湯とする。
　第４工程：前記第３工程において得られた溶湯を少なくとも毎秒１℃以上の降温速度にて冷却して前記溶湯を凝固させることにより前記鉄基軟磁性材料を得る。
　加えて、本発明に係るコア（以下、「本発明コア」と称される場合がある。）は、本発明材料によって構成される鉄基軟磁性コアである。
　本発明によれば、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、を主成分とする鉄基軟磁性材料において、鉄を主成分とする母相と、当該母相を構成するセルの境界に存在し銅を含む硫化物を主成分とする（高い電気抵抗を有する）セル境界相と、を含むセルウォール構造を達成することにより、渦電流損失を十分に低減することができる。
　本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
本発明の第１実施形態に係る鉄基軟磁性材料（第１材料）における鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの含有率の組み合わせの範囲を示す三元組成図である。 本発明の第２実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（第２方法）に含まれる各工程を示すためのフローチャートである。 実施例１において製造したサンプル１ａ乃至１ｃの研磨断面の顕微鏡写真である。 実施例２において製造したサンプル２ａ及び２ｂの研磨断面の顕微鏡写真である。 実施例３において製造したサンプル３ａ及び３ｂの研磨断面の顕微鏡写真である。 実施例３において製造したサンプル３ａ及び３ｂの研磨断面における各生成相のＳＥＭ－ＥＤＳ分析箇所を示す顕微鏡写真である。 実施例４において製造したサンプル４ａ及び４ｂの研磨断面の顕微鏡写真である。
《第１実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る鉄基軟磁性材料（以下、「第１材料」と称される場合がある。）について説明する。
〈構成〉
　第１材料は、鉄を主成分とする母相からなるセルと、セルの境界に存在し銅を含む硫化物を主成分とするセル境界相と、を含む構造を有する鉄基軟磁性材料である。即ち、第１材料は、個々のセルがセル境界相によって覆われている「セルウォール構造」を有する。
　母相の主成分である「鉄」は必ずしも純鉄に限定されるものではなく、例えば、純鉄、鉄－ケイ素合金、鉄－コバルト合金、鉄－アルミニウム合金、鉄－ケイ素－アルミニウム合金、及び鉄－ニッケル合金からなる群より選択される少なくとも１種を母相の主成分とすることができる。特に、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及び珪素（Ｓｉ）は、鉄の一部として鉄の組成に含まれていてもよい（固溶されていてもよい）。更に、母相の主成分である「鉄」は、結果として得られる鉄基軟磁性材料の磁気特性に対する悪影響を及びさない限りにおいて、例えば窒素（Ｎ）及び／又は酸素（Ｏ）等の不純物を僅か（例えば、数百質量ｐｐｍ未満）に含有していてもよい。
　セル境界相の主成分である「銅を含む硫化物」は、例えば、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ５ＦｅＳ４、ＣｕＦｅＳ２、及びこれらから鉄（Ｆｅ）又は銅（Ｃｕ）が欠損した分子式によって表される硫化物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である。Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ５ＦｅＳ４、及びＣｕＦｅＳ２から鉄（Ｆｅ）又は銅（Ｃｕ）が欠損した分子式によって表される硫化物の具体例としては、例えば、Ｃｕ１．９６Ｓ、Ｃｕ３１Ｓ１６、Ｃｕ７Ｓ４、Ｃｕ９Ｓ５、ＣｕＳ、ＣｕＳ２、ＣｕＦｅ２Ｓ３、Ｃｕ３ＦｅＳ８、Ｃｕ５ＦｅＳ６、及びＣｕ８Ｆｅ９Ｓ１６等を挙げることができる。これらの硫化物は高い電気抵抗を有するので、渦電流損失の低減に有効である。
〈組成〉
　第１材料は、鉄と、銅と、カルコゲンと、を主成分とする鉄基軟磁性材料であり、このカルコゲンは少なくとも硫黄を含む。換言すれば、第１材料は、鉄と、銅と、硫黄と、を主成分とする鉄基軟磁性材料であり、硫黄以外のカルコゲンを更に含んでいてもよい。このような第１材料に含有される鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、の合計を１００ａｔ％とする場合、以下の条件（１）及び（２）が成立する。
　（１）鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの含有率の組み合わせが、図１の太い実線で囲まれた領域によって示すように、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の原子濃度の三元組成図において、８７ａｔ％Ｆｅ－１２ａｔ％Ｃｕ－１ａｔ％Ｃｈを表すＡ点、９１．９ａｔ％Ｆｅ－７．１ａｔ％Ｃｕ－１ａｔ％Ｃｈを表すＢ点、７５ａｔ％Ｆｅ－１３．１ａｔ％Ｃｕ－１１．９ａｔ％Ｃｈを表すＣ点、及び７５ａｔ％Ｆｅ－２０ａｔ％Ｃｕ－５ａｔ％Ｃｈを表すＤ点によって囲まれる領域である特定領域に対応する組み合わせである。
　上記三元組成図において、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線よりもカルコゲン（Ｃｈ）の含有率が低くなると、セル境界相を構成する原子の数が相対的に少なくなり、渦電流損失の低減に十分なセルウォール構造の形成が困難となるので望ましくない。一方、点Ｃと点Ｄとを結ぶ直線よりも鉄（Ｆｅ）の含有率が低くなると（具体的には、７５ａｔ％未満になると）、セル境界相を構成する原子の数が相対的に多くなり（具体的には、２５ａｔ％以上になり）、第１材料全体に占める磁性体部分である母相の比率が７５ａｔ％未満となる。その結果、第１材料を用いて製造される鉄基軟磁性コアの全体としての最大磁化が小さくなるので望ましくない。
　また、点Ｂと点Ｃとを結ぶ直線よりもカルコゲン（Ｃｈ）の含有率が高くなると、銅（Ｃｕ）の含有率が相対的に低下し、低い電気抵抗を有する硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）が粒界相において生成されて渦電流損失の低減効果の低下に繋がるので望ましくない。一方、点Ａと点Ｄとを結ぶ直線よりも銅（Ｃｕ）の含有率が高くなると、銅（Ｃｕ）の含有率が相対的に上昇し、低い電気抵抗を有する銅（Ｃｕ）が粒界相において生成されて渦電流損失の低減効果の低下に繋がるので望ましくない。
　逆に、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの含有率の組み合わせが、上記特定領域に対応する組み合わせである場合、高い電気抵抗を有するセル境界相と磁性体部分である母相とをバランス良く含むセルウォール構造が形成される。その結果、渦電流損失を十分に低減することができる。
　（２）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び珪素（Ｓｉ）からなる群より選択される少なくとも１種の元素である第四元素を更に含有している。上記において、第四元素として珪素（Ｓｉ）が含まれない場合は、第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ３．０ａｔ％未満である。第四元素が珪素（Ｓｉ）のみからなる場合は、第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満である。第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれる場合は、珪素を含む第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に、珪素以外の第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満である。
　第１材料に含有される鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の合計に対する第四元素の含有率が３．０ａｔ％以上であると、第１材料を用いて製造される鉄基軟磁性コアの全体としての最大磁化が小さくなるので望ましくない。一方、第１材料に含有される鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の合計に対する第四元素の含有率が０．１ａｔ％未満であると、第四元素の添加による渦電流損失の低減効果を十分に達成することが困難となるので望ましくない。
　但し、第四元素として珪素（Ｓｉ）のみを選択する場合は、０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満である含有率にて第四元素が含有されていてもよい。これは、前述したように、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及び珪素（Ｓｉ）は、鉄の一部として鉄の組成に含まれていてもよいことに対応する。より具体的には、第１材料を用いて製造される鉄基軟磁性コアの母相に珪素（Ｓｉ）が固溶することにより、最大磁化は低下するが、磁化率は向上する。従って、第四元素として珪素（Ｓｉ）のみを選択する場合は、その含有率の上限を７．０ａｔ％まで高めることができる。
　また、第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれている場合は、珪素を含む第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に珪素以外の第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満である。これは、前述したように、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及び珪素（Ｓｉ）は、鉄の一部として鉄の組成に含まれていてもよいことに対応する。より具体的には、第１材料を用いて製造される鉄基軟磁性コアの母相に珪素（Ｓｉ）が固溶することにより、最大磁化は低下するが、磁化率は向上する。従って、第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれている場合は、珪素以外の第四元素の含有率が３．０ａｔ％未満である限りにおいて、珪素を含む第四元素の総含有率の上限を７．０ａｔ％まで高めることができる。
　第四元素の含有率が上記範囲に入る場合、セルウォール構造の形成が更に促進され、その結果、渦電流損失の低減効果が更に高まる。尚、第四元素の添加によるセルウォール構造の形成促進メカニズムは現時点において未だ解明されておらず不明であるが、後に詳細に考察する。
《第２実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第２実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（以下、「第２方法」と称される場合がある。）について説明する。第２方法は、上述した第１材料の製造方法である。図２に示すように、第２方法は、以下に列挙する第１工程乃至第４工程を含む。
　第１工程（ステップＳ０１）：鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの配合率の組み合わせが上述した特定領域に対応する組み合わせとなるように、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）、当該カルコゲン（Ｃｈ）と鉄（Ｆｅ）との化合物及び当該カルコゲン（Ｃｈ）と銅（Ｃｕ）との化合物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である硫黄源と、を秤量する。
　具体的には、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの配合率の組み合わせが上述した特定領域に対応する組み合わせとなるように、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、を秤量してもよい。或いは、第３工程において各種原料を加熱して熔解させて溶湯を生成させる過程におけるカルコゲン（Ｃｈ）の蒸発を低減することを目的として、例えば、カルコゲン（Ｃｈ）そのもの（単体）ではなく、鉄（Ｆｅ）のカルコゲン化物、銅（Ｃｕ）のカルコゲン化物、及び／又は鉄（Ｆｅ）及び銅（Ｃｕ）の複合カルコゲン化物等を使用してもよい。当然のことながら、後者の場合、カルコゲン化物を構成する鉄（Ｆｅ）及び／又は銅（Ｃｕ）もまた第１材料の主成分となる鉄（Ｆｅ）及び／又は銅（Ｃｕ）として扱う（配合率に算入する）。
　第２工程（ステップＳ０２）：鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、の合計を１００ａｔ％とする場合において、前述した第四元素及び第四元素の窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である第四元素源を秤量する。このとき、第四元素として珪素（Ｓｉ）が含まれない場合は、第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ３．０ａｔ％未満となるように、第四元素源を秤量する。第四元素が珪素（Ｓｉ）のみからなる場合は、第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満となるように、第四元素源を秤量する。第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれる場合は、珪素を含む第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に珪素以外の第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満となるように、第四元素源を秤量する。
　第四元素の配合率が上記範囲に入る限りにおいて、第四元素は、第四元素そのもの（単体）として添加してもよく、或いは第四元素の窒化物として添加してもよい。後者の場合、後述するセルウォール構造の形成促進メカニズムにおいて、母相の晶出に対する凝固核として、そのまま作用することができるものと考えられる。
　尚、当然のことながら、上述したステップＳ０１及びステップＳ０２の実行順序は特に限定されず、上述した順序と同じであってもよく、或いは上述した順序とは逆であってもよい。
　第３工程（ステップＳ０３）：上記第１工程及び上記第２工程において秤量された鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、硫黄源と、第四元素源と、を加熱して熔解させることにより溶湯とする。
　この第３工程は第１材料を構成する全ての原材料の秤量が完了した後（即ち、ステップＳ０１及びステップＳ０２の実行が完了した後）に実行される。これらの原材料を加熱するための具体的な手段は特に限定されないが、例えば、これらの原材料を収容する坩堝等の容器を溶解炉中に入れ、例えば赤外線ヒータ等の熱源を用いて加熱することができる。また、これらの原材料を加熱する際の周囲環境も特に限定されないが、例えばアルゴンガス（Ａｒ）又は窒素ガス（Ｎ２）等の不活性雰囲気下において加熱することが望ましい。或いは、これらの原材料を大気雰囲気下において加熱する場合は、例えばフラックスを混ぜる等して、原材料と大気との反応を防ぐことが望ましい。
　第４工程（ステップＳ０４）：上記第３工程において得られた溶湯を少なくとも毎秒１℃以上の降温速度にて冷却して上記溶湯を凝固させることにより鉄基軟磁性材料を得る。
　この第４工程は第１材料を構成する全ての原材料が熔解して溶湯となった後（即ち、ステップＳ０３の実行が完了した後）に実行される。上記のように溶湯を急速に冷却して溶湯を凝固させるための具体的な手法は特に限定されないが、例えば、水冷式銅製鋳型への溶湯の注入、溶湯を注入したインベストメント鋳型の低融点金属の溶湯への投入、及び水冷された銅板の表面上への注湯等、種々の手法を採用することができる。
　以上説明してきた各工程を含む第２方法によれば、前述したような構成を有することにより渦電流損失が低減された鉄基軟磁性材料（例えば、第１材料）を製造することができる。
〈第四元素によるセルウォール構造の形成促進メカニズム〉
　前述したように、上述した範囲に入る含有率にて第四元素を添加することによりセルウォール構造の形成が更に促進され、その結果、渦電流損失の低減効果が更に高まる。この「第四元素の添加によるセルウォール構造の形成促進メカニズム」は現時点において未だ解明されておらず不明であるが、以下に列挙する２種の推定メカニズム（Ａ）及び（Ｂ）が考えられる。
　（Ａ）強い硫化物形成傾向を有する第四元素については、優先的にセル境界相に取り込まれ、セル境界相の凝固点を下げる。これにより、鉄を主成分とする母相からなるセルが凝固した後にセル境界相が凝固することとなり、セルウォール構造の形成が促進される。
　（Ｂ）強い窒化物形成傾向及び／又は強い酸化物形成傾向を有する第四元素については、形成される窒化物及び／又は酸化物の凝固点が鉄を主成分とする母相の凝固点よりも高く、母相の凝固点よりも高い温度において（即ち、母相が凝固を開始する前に）窒化物及び／又は酸化物が晶出を開始する。こうして晶出した窒化物及び／又は酸化物の微小な結晶が、母相の晶出に対する凝固核として作用する。
　尚、冒頭に述べたように、鋳型の内面に核生成剤を分布させたり固体粒子を外部から溶湯に添加して溶湯中に分散させたりすることによって微細な等軸結晶粒組織を生成させる従来技術が既に知られている（例えば、特許文献３を参照。）。このような従来技術において核生成剤及び固体粒子が果たす役割は、上記推定メカニズム（Ｂ）における窒化物及び／又は酸化物の微小な結晶と同様である。しかしながら、鋳型の内面に核生成剤を均一に分布させたり固体粒子を外部から溶湯に添加して均一に分散させたりすることは現実には困難である。
　これに対し、上記推定メカニズム（Ｂ）においては、溶湯中に熔解している第四元素が母相の凝固点よりも高い温度において（即ち、母相が凝固を開始する前に）窒化物及び／又は酸化物の微小な結晶として晶出する。従って、このような結晶は自ずと溶湯中に均一に分散された状態となる。その結果、第２方法において使用される第四元素は、母相の晶出に対する凝固核として有効に作用することができる。
　ところで、上記推定メカニズム（Ｂ）において窒化物及び酸化物を構成する窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）は、例えば、鉄（Ｆｅ）に含まれる不純物、上述した第３工程における熔解時の周囲雰囲気及び溶湯を収容する容器等から取り込まれ得る。従って、上記推定メカニズム（Ｂ）が想定される第四元素の添加により、鉄（Ｆｅ）に含まれる不純物としての窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）が消費されて母相の磁化率が高まるという副次的な効果も得ることができる。
　上記のように推定メカニズム（Ｂ）において生成される第四元素の窒化物及び酸化物の具体例としては、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、鉄－クロム複合酸化物（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｏ４、並びに酸窒化チタン（Ｔｉ（Ｎ，Ｏ））及び酸窒化ジルコニウム（Ｚｒ（Ｎ，Ｏ））等の複合化合物を挙げることができる。更に、例えば、硼化チタン（ＴｉＢ２）等の硼化物及び炭化チタン（ＴｉＣ）等の炭化物もまた、上記推定メカニズム（Ｂ）において微小な結晶として晶出して、母相の晶出に対する凝固核として作用することができる。
　尚、前述した種々の第四元素のうち、上記推定メカニズム（Ａ）及び（Ｂ）の両方が該当すると推定される第四元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及びアルミニウム（Ａｌ）を挙げることができる。また、上記推定メカニズム（Ａ）のみが該当すると推定される第四元素としては、モリブデン（Ｍｏ）、亜鉛（Ｚｎ）及びガリウム（Ｇａ）を挙げることができる。更に、上記推定メカニズム（Ｂ）のみが該当すると推定される第四元素としては、珪素（Ｓｉ）を挙げることができる。一方、タングステン（Ｗ）及び硼素（Ｂ）については、上記推定メカニズム（Ａ）及び（Ｂ）の何れにも該当しないと推定され、セルウォール構造の形成を促進するメカニズムは不明であるものの、何らかのメカニズムによりセルウォール構造の形成が促進される。
《第２実施形態の変形例１》
　前述したように、第３工程において各種原料を加熱して熔解させて溶湯を生成させる過程において、カルコゲン（Ｃｈ）が蒸発する場合がある。このようなカルコゲン（Ｃｈ）の蒸発が起こると、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、前述した硫黄源としてのカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの配合率の組み合わせが上述した特定領域に対応する組み合わせとなるように原材料を秤量して配合しても、第１材料における三元組成が初期の組成とは異なる虞がある。そこで、カルコゲン（Ｃｈ）の蒸発を低減することを目的として、例えば、カルコゲン（Ｃｈ）そのもの（単体）ではなく、鉄（Ｆｅ）のカルコゲン化物、銅（Ｃｕ）のカルコゲン化物、及び／又は鉄（Ｆｅ）及び銅（Ｃｕ）の複合カルコゲン化物等を前述した硫黄源として使用してもよい。
　しかしながら、上記のようなカルコゲン化物を硫黄源として使用する場合においてもなお、第３工程において各種原料を加熱して熔解させて溶湯を生成させる過程において、カルコゲン（Ｃｈ）が蒸発する場合がある。このような問題を低減するためには、硫黄源の加熱期間の短縮及び加熱温度の低下の少なくとも何れかを実行することが望ましい。
　そこで、第２方法の変形例１においては、上記第３工程において、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及び第四元素源が熔解して溶湯となった後に、又は、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及び第四元素源を熔解させてなる溶湯の温度を低下させ始めた後に、硫黄源を当該溶湯に添加して熔解させる。
　これによれば、硫黄源の加熱期間の短縮及び加熱温度の低下の少なくとも何れかを実行することができるので、第３工程におけるカルコゲン（Ｃｈ）の蒸発を低減して、最終的に得られる第１材料における鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）のそれぞれの含有率の組み合わせを、より確実且つ容易に、上述した特定領域に対応する組み合わせとすることができる。
《第２実施形態の変形例２》
　ところで、上述した第４工程においては、第３工程において得られた溶湯を少なくとも毎秒１℃以上の降温速度にて急速に冷却して溶湯を凝固させることにより、鉄基軟磁性材料が得られる。この凝固過程においては、鉄を主成分とする母相からなるセルが凝固した後にセル境界相が凝固することによってセルウォール構造が形成される。その結果、凝固過程におけるセル（母相）とセル境界相との間における熱膨張係数の違い等に起因する応力が発生して、セル（母相）に歪みを生じたり、セル境界相にクラック等の欠陥を生じたりする虞がある。
　セルに歪みが生ずると、例えば第１材料のヒステリシス損失の増大を招く虞がある。一方、セル境界相にクラック等の欠陥が生ずると、例えばセル境界相の電気的絶縁性が低下して、第１材料の渦電流損失の増大を招く虞がある。従って、第１材料のヒステリシス損失及び渦電流損失を低減するためには、セルにおける歪み及びセル境界相にけるクラック等の欠陥を低減することが望ましい。
　そこで、第２方法の変形例２は、上記第４工程において得られた鉄基軟磁性材料を７００℃以上であり且つ９００℃未満である温度において１０分間以上保持する第５工程を更に含む。
　これによれば、第４工程において溶湯を急速に冷却して溶湯を凝固させる過程においてセルとセル境界相との間における熱膨張係数の違い等に起因する応力によってセルに生じた歪みを緩和させたり、セル境界相に生じたクラック等の欠陥を消失させたりすることができる。その結果、第１材料のヒステリシス損失及び渦電流損失を低減することができる。
《第３実施形態》
　以下、本発明の第３実施形態に係る鉄基軟磁性コア（以下、「第３コア」と称される場合がある。）について説明する。第３コアは、上述した第１材料を始めとする本発明材料によって構成される鉄基軟磁性コアである。従って、第３コアは、渦電流損失が少ない、良好な磁気特性を有する鉄基軟磁性コアとすることができる。
　尚、第３コアの大きさ及び形状は、当該コアの用途に応じて適宜定めることができる。また、第３コアの製造方法は、鉄基軟磁性コアの製造方法として当該技術分野において広く採用されている各種方法の中から適宜選択することができる。
　具体的には、例えば、上述した第２方法に含まれる第４工程において溶湯を注入する鋳型を第３コアとして所望の大きさ及び形状に対応したものとしてもよく、第４工程において溶湯を鋳型に注入して得られた成形体を第３コアとして所望の大きさ及び形状に対応して加工してもよく、或いはこれらの製造方法を組み合わせてもよい。更に、必要に応じて、所望の大きさ及び形状に成形・加工された第３コアの表面を絶縁性樹脂等によってコーティングしてもよい。鉄基軟磁性コアの製造方法についての更なる詳細については当業者に周知であるので、これ以上の説明は省略する。
《鉄基軟磁性材料サンプルの製造》
　上述した特定領域に該当する７８．８ａｔ％Ｆｅ－１３．０ａｔ％Ｃｕ－８．２ａｔ％Ｓの三元組成となり（図１の点Ｐを参照）、当該三元組成１００ａｔ％に対して第四元素としてのジルコニウム（Ｚｒ）の含有率が１ａｔ％となり、合計質量が１．４ｇとなるように、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、硫黄源としての硫化鉄（ＦｅＳ）及び第四元素源としての窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）を原材料として秤量した（第１工程及び第２工程）。各種原材料をグラファイト製の坩堝に入れ、アルゴン雰囲気下にて１５５０℃に加熱して１分間保持し、原材料を完全に熔解させて溶湯とした後、当該溶湯を水中に落下させることにより急冷した（第３工程及び第４工程）。このようにして製造した、本発明の実施例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル１ａ」と称する。
　また、第四元素源として窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）に代えて窒化チタン（ＴｉＮ）を採用し、上記と同様の方法によって製造した、第四元素としてチタン（Ｔｉ）を含有する、本発明の実施例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル１ｂ」と称する。更に、第四元素源を添加せず、上記と同様の方法によって製造した、第四元素を含有しない、比較例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル１ｃ」と称する。
《鉄基軟磁性材料サンプルのセルウォール構造》
　上記のようにして製造した本発明の実施例に係るサンプル１ａ及び１ｂ並びに比較例に係るサンプル１ｃの研磨断面の顕微鏡写真を図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示す。図３からも明らかであるように、実施例に係るサンプル１ａ及び１ｂにおいては、比較例に係るサンプル１ｃに比べて、鉄を主成分とする母相がより小さいセル（明るい部分）に分割されており且つ個々のセルがセル境界相（暗い部分）によって覆われている。即ち、実施例に係るサンプル１ａ及び１ｂにおいては、比較例に係るサンプル１ｃに比べて、セルウォール構造の形成が促進されていることが確認された。従って、本発明の実施例に係るサンプル１ａ及び１ｂにおいては、比較例に係るサンプル１ｃに比べて、渦電流損失が低減される。
《鉄基軟磁性材料サンプルの製造》
　上述した特定領域に該当する７８．７ａｔ％Ｆｅ－１３．０ａｔ％Ｃｕ－８．２ａｔ％Ｓ－０．１ａｔ％Ｔｅの三元組成（硫黄（Ｓ）及びテルル（Ｔｅ）を併せてカルコゲン（Ｃｈ）一元とみなす）となり（図１の点Ｑを参照）、当該三元組成１００ａｔ％に対して第四元素としての珪素（Ｓｉ）の含有率が１ａｔ％となり、合計質量が１．４ｇとなるように、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、硫黄源としての硫化鉄（ＦｅＳ）及び二テルル化鉄（ＦｅＴｅ２）、並びに第四元素源としての窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を原材料として秤量した（第１工程及び第２工程）。上述した実施例１と同様に第３工程及び第４工程を実行して、本発明の実施例に係る鉄基軟磁性材料である「サンプル２ａ」を製造した。
　更に、第四元素源を添加せず、上記と同様の方法によって製造した、第四元素を含有しない、比較例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル２ｂ」と称する。
《鉄基軟磁性材料サンプルのセルウォール構造》
　上記のようにして製造した本発明の実施例に係るサンプル２ａ及び比較例に係るサンプル２ｂの研磨断面の顕微鏡写真を図４の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。図４からも明らかであるように、実施例に係るサンプル２ａにおいては、比較例に係るサンプル２ｂに比べて、鉄を主成分とする母相がより小さいセル（明るい部分）に分割されており且つ個々のセルがセル境界相（暗い部分）によって覆われている。即ち、実施例に係るサンプル２ａにおいては、比較例に係るサンプル２ｂに比べて、セルウォール構造の形成が促進されていることが確認された。従って、本発明の実施例に係るサンプル２ａにおいては、比較例に係るサンプル２ｂに比べて、渦電流損失が低減される。
《鉄基軟磁性材料サンプルの製造》
　上述した特定領域に該当しない９０ａｔ％Ｆｅ－５ａｔ％Ｃｕ－５ａｔ％Ｓの三元組成となり（図１の点Ｒを参照）、当該三元組成１００ａｔ％に対して第四元素としてのジルコニウム（Ｚｒ）の含有率が１ａｔ％となり、合計質量が１．４ｇとなるように、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、硫黄源としての硫化鉄（ＦｅＳ）及び第四元素源としての窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）を原材料として秤量した（第１工程及び第２工程）。上述した実施例１と同様に第３工程及び第４工程を実行して、本実施例に係る鉄基軟磁性材料である「サンプル３ａ」を製造した。
　更に、第四元素源を添加せず、上記と同様の方法によって製造した、第四元素を含有しない、比較例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル３ｂ」と称する。尚、上記のように本実施例に係る鉄基軟磁性材料の主成分である鉄（Ｆｅ）－銅（Ｃｕ）－硫黄（Ｓ）の三元組成は特定領域に該当しないので、サンプル３ａ及びサンプル３ｂは何れも比較例に係る鉄基軟磁性材料である。
《鉄基軟磁性材料サンプルのセルウォール構造》
　上記のようにして製造した比較例に係るサンプル３ａ及び３ｂの研磨断面の顕微鏡写真を図５の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。これらのサンプル３ａ及び３ｂは何れも特定領域に該当しない鉄（Ｆｅ）－銅（Ｃｕ）－硫黄（Ｓ）の三元組成を有するが、図５からも明らかであるように、第四元素としてのジルコニウム（Ｚｒ）を所定量（１ａｔ％）含有するサンプル３ａにおいては、第四元素を含有しないサンプル３ｂに比べて、鉄を主成分とする母相がより小さいセル（明るい部分）に分割されており且つ個々のセルがセル境界相（暗い部分）によって覆われている。即ち、第四元素を含むサンプル３ａにおいては、第四元素を含まないサンプル３ｂに比べて、セルウォール構造の形成が促進されていることが確認された。
《鉄基軟磁性材料サンプルの生成相の構成元素分析》
　ところで、図６に示すように、サンプル３ａ及び３ｂの何れの研磨断面においても、３つの相が生成していることが確認された。具体的には、母相からなるセル（明るい部分）、セルの境界に存在するセル境界相（暗い部分）、セル境界相中に見られる更に暗い部分（第三相）が観察された。そこで、ＳＥＭ／ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法）により、各生成相の構成元素を調べた。その結果、以下の表１に示すように、サンプル３ａ及び３ｂの何れにおいても、母相は鉄（Ｆｅ）によって構成されており（スペクトル１乃至３）、セル境界相は斑銅鉱（Ｃｕ５ＦｅＳ４）によって構成されており（スペクトル４乃至６）、第三相は硫化鉄（ＦｅＳ）によって構成されていることが判った（スペクトル７乃至９）。硫化鉄（ＦｅＳ）は電気抵抗が低いため、渦電流損失を低減する観点からは望ましくない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
《纏め》
　以上より、たとえ所定量の第四元素を含有することによりセルウォール構造が形成されていても、鉄（Ｆｅ）－銅（Ｃｕ）－硫黄（Ｓ）の三元組成が特定領域に該当しないと、上記のように低い電気抵抗を有する物質からなる相がセル境界相に生成し、セル境界相の電気的絶縁性を低下させ、渦電流損失の低減効果を損なう虞があることが確認された。
《鉄基軟磁性材料サンプルの製造》
　上述した特定領域に該当する９０ａｔ％Ｆｅ－８．２ａｔ％Ｃｕ－１．８ａｔ％Ｓの三元組成となり（図１の点Ｓを参照）、当該三元組成１００ａｔ％に対して第四元素としてのアルミニウム（Ａｌ）の含有率が１ａｔ％となり、合計質量が０．１２ｇとなるように、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、硫黄源としての硫化鉄（ＦｅＳ）及び第四元素源としてのアルミニウム（Ａｌ）を原材料として秤量した（第１工程及び第２工程）。各種原材料をアルミナ製の坩堝に入れ、アルゴン雰囲気下にて１５５０℃に加熱して１０分間保持し、原材料を完全に熔解させて溶湯とした後、当該溶湯を急冷した（第３工程及び第４工程）。
　上記のようにして製造した、本発明の実施例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル４ａ」と称する。更に、第四元素源を添加せず、上記と同様の方法によって製造した、第四元素を含有しない、比較例に係る鉄基軟磁性材料を「サンプル４ｂ」と称する。
《鉄基軟磁性材料サンプルのセルウォール構造》
　上記のようにして製造した本発明の実施例に係るサンプル４ａ及び比較例に係るサンプル４ｂの研磨断面の顕微鏡写真を図７の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。図７からも明らかであるように、実施例に係るサンプル４ａにおいては、比較例に係るサンプル４ｂに比べて、鉄を主成分とする母相がより小さいセル（明るい部分）に分割されており且つ個々のセルがセル境界相（暗い部分）によって覆われている。即ち、実施例に係るサンプル４ａにおいては、比較例に係るサンプル４ｂに比べて、セルウォール構造の形成が促進されていることが確認された。従って、本発明の実施例に係るサンプル４ａにおいては、比較例に係るサンプル４ｂに比べて、渦電流損失が低減される。
　以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例並びに実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例並びに実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
　例えば、上述した各種実施例においては第四元素として１種の元素を採用したが、第四元素として複数種の元素を採用してもよい。特に、推定メカニズム（Ａ）が該当する元素と推定メカニズム（Ｂ）が該当する元素との組み合わせを第四元素として採用することが好ましい。これによれば、セルウォール構造の形成を更に促進することができる。この場合、推定メカニズム（Ａ）及び推定メカニズム（Ｂ）の両方が該当する元素を採用してもよい。例えば、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）及びバナジウム（Ｖ）の３種の元素の組み合わせを第四元素として採用してもよい。

Claims (5)

  1. 　鉄を主成分とする母相からなるセルと、前記セルの境界に存在し銅を含む硫化物を主成分とするセル境界相と、を含む構造を有する鉄基軟磁性材料であって、
    　前記鉄基軟磁性材料に含有される鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、の合計を１００ａｔ％とする場合、
    　　鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの含有率の組み合わせが、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の原子濃度の三元組成図において、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びカルコゲン（Ｃｈ）の原子濃度の三元組成図において、８７ａｔ％Ｆｅ－１２ａｔ％Ｃｕ－１ａｔ％Ｃｈを表すＡ点、９１．９ａｔ％Ｆｅ－７．１ａｔ％Ｃｕ－１ａｔ％Ｃｈを表すＢ点、７５ａｔ％Ｆｅ－１３．１ａｔ％Ｃｕ－１１．９ａｔ％Ｃｈを表すＣ点、及び７５ａｔ％Ｆｅ－２０ａｔ％Ｃｕ－５ａｔ％Ｃｈを表すＤ点によって囲まれる領域である特定領域に対応する組み合わせであり、且つ
    　　チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び珪素（Ｓｉ）からなる群より選択される少なくとも１種の元素である第四元素を含有しており、
    　　前記第四元素として珪素（Ｓｉ）が含まれない場合は、前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ３．０ａｔ％未満であり、
    　　前記第四元素が珪素（Ｓｉ）のみからなる場合は、前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であり、
    　　前記第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれる場合は、珪素を含む前記第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に珪素以外の前記第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満である、
    鉄基軟磁性材料。
  2. 　請求項１に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
    　鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、のそれぞれの配合率の組み合わせが前記特定領域に対応する組み合わせとなるように、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）、当該カルコゲン（Ｃｈ）と鉄（Ｆｅ）との化合物及び当該カルコゲン（Ｃｈ）と銅（Ｃｕ）との化合物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である硫黄源と、を秤量する、第１工程と、
    　鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）と、の合計を１００ａｔ％とする場合において、前記第四元素として珪素（Ｓｉ）が含まれない場合は前記第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ３．０ａｔ％未満となるように、前記第四元素が珪素（Ｓｉ）のみからなる場合は第四元素の含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満となるように、前記第四元素として珪素（Ｓｉ）及び珪素（Ｓｉ）以外の元素が含まれる場合は珪素を含む前記第四元素の総含有率が０．１ａｔ％以上であり且つ７．０ａｔ％未満であると共に珪素以外の前記第四元素の含有率は３．０ａｔ％未満となるように、前記第四元素及び前記第四元素の窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の物質である第四元素源を秤量する、第２工程と、
    　前記第１工程及び前記第２工程において秤量された前記鉄（Ｆｅ）と、前記銅（Ｃｕ）と、前記硫黄源と、前記第四元素源と、を加熱して熔解させることにより溶湯とする、第３工程と、
    　前記第３工程において得られた溶湯を少なくとも毎秒１℃以上の降温速度にて冷却して前記溶湯を凝固させることにより前記鉄基軟磁性材料を得る、第４工程と、
    を含む、鉄基軟磁性材料の製造方法。
  3. 　請求項２に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
    　前記第３工程において、前記鉄（Ｆｅ）、前記銅（Ｃｕ）及び前記第四元素源が熔解して溶湯となった後に、又は、前記鉄（Ｆｅ）、前記銅（Ｃｕ）及び前記第四元素源を熔解させてなる溶湯の温度を低下させ始めた後に、前記硫黄源を当該溶湯に添加して熔解させる、
    鉄基軟磁性材料の製造方法。
  4. 　請求項２又は請求項３に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
    　前記第４工程において得られた前記鉄基軟磁性材料を７００℃以上であり且つ９００℃未満である温度において１０分間以上保持する、第５工程、
    を更に含む、鉄基軟磁性材料の製造方法。
  5. 　請求項１に記載の鉄基軟磁性材料によって構成される鉄基軟磁性コア。
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