特許 6245393 軟磁性合金

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6245393

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】軟磁性合金

(51)【国際特許分類】

   C22C 45/02 20060101AFI20171204BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20171204BHJP

   H01F 1/153 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   C22C45/02 A

   C22C38/00 303S

   H01F1/153 108

   H01F1/153 133

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-35386(P2017-35386)

(22)【出願日】2017年2月27日

【審査請求日】2017年5月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】吉留 和宏

(72)【発明者】

【氏名】松元 裕之

(72)【発明者】

【氏名】堀野 賢治

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 暁斗

(72)【発明者】

【氏名】米澤 祐

(72)【発明者】

【氏名】後藤 将太

(72)【発明者】

【氏名】野老 誠吾

【審査官】 河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特許第６１６０７５９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特許第６１６０７６０（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １／００ − ４９／１４

Ｈ０１Ｆ １／１５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｆｅを主成分とし、Ｂを有する軟磁性合金であって、
前記軟磁性合金の組成Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅＣ_ｆにおいてａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００、０．０≦ｂ≦３．０、０．０≦ｃ≦１０．０、０．０≦ｄ≦１７．５、５．０≦ｅ≦１３．０、０．０≦ｆ≦７．０であり、ＭがＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｐからなる群から選択される１種以上であり、
前記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、
前記軟磁性合金の下記式（１）に示す非晶質化率Ｘが８５％以上の非晶質である軟磁性合金。
Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶質性散乱積分強度

【請求項2】

前記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＭ含有量のバラツキσＭが２．８以上である請求項１に記載の軟磁性合金。

【請求項3】

Ｆｅを主成分とし、Ｂを有する軟磁性合金であって、
前記軟磁性合金の組成Ｆｅ_αＭ_βＢ_γＣ_Ωにおいてα＋β＋γ＋Ω＝１００、１．０≦β≦１４．１、２．０≦γ≦２０．０、０．０≦Ω≦７．０であり、ＭがＮｂ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上であり、
前記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、
前記軟磁性合金の下記式（１）に示す非晶質化率Ｘが８５％以上の非晶質である軟磁性合金。
Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶質性散乱積分強度

【請求項4】

前記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＭ含有量のバラツキσＭが２．８以上である請求項３に記載の軟磁性合金。

【請求項5】

前記式（１）に示す非晶質化率Ｘが９５％以上である請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性合金。

【請求項6】

前記軟磁性合金におけるＣの含有量が０．１〜７．０原子％である請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性合金。

【請求項7】

前記８００００個のグリッドのＦｅ含有量に関する累計頻度２０〜８０％のグリッドにおけるＦｅ含有量のバラツキσＦｅが３．８〜５．０である、請求項１〜６のいずれかに記載の軟磁性合金。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟磁性合金に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電子・情報・通信機器等において低消費電力化および高効率化が求められている。さらに、低炭素化社会へ向け、上記の要求が一層強くなっている。そのため、電子・情報・通信機器等の電源回路にも、エネルギー損失の低減や電源効率の向上が求められている。そして、電源回路に使用させる磁器素子の磁心には透磁率の向上およびコアロス（磁心損失）の低減が求められている。コアロスを低減すれば、電力エネルギーのロスが小さくなり、高効率化および省エネルギー化が図られる。

【0003】

特許文献１には、粉末の粒子形状を変化させることにより、透磁率が大きく、コアロスが小さく、磁心に適した軟磁性合金粉末を得たことが記載されている。しかし、現在ではよりコアロスが小さい磁心が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−３０９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

磁心のコアロスを低減する方法として、磁心を構成する磁性体の保磁力を低減することが考えられる。また、衝撃等によりクラックが発生するとそのクラックが磁壁の移動の際のピニングサイトとなるため軟磁気特性を悪化させるなどの理由で、磁心は靭性に優れることが求められる。

【0006】

したがって、本発明では、保磁力が低く、しかも靭性にも優れた軟磁性合金を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明に係る軟磁性合金は、
Ｆｅを主成分とし、Ｂを有する軟磁性合金であって、
前記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、
前記軟磁性合金の下記式（１）に示す非晶質化率Ｘが８５％以上の非晶質であることを特徴とする。
Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶質性散乱積分強度

【0008】

本発明に係る軟磁性合金では、Ｆｅを主成分とし、Ｂを有する軟磁性合金であって、上記バラツキσＢを上記範囲とし、また、非晶質化率Ｘを上記範囲とすることで、保磁力が低くなり、また靭性に優れる。

【0009】

本発明に係る軟磁性合金は、Ｆｅを主成分とし、Ｍを有し、
上記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＭ含有量のバラツキσＭが２．８以上であることが好ましい。ここで、Ｍは、好ましくは遷移金属元素であり、より好ましくは、Ｎｂ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上の遷移金属元素であり、さらに好ましくは、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上の遷移金属元素である。

【0010】

本発明に係る軟磁性合金では、上記式（１）に示す非晶質化率Ｘが９５％以上であることが好ましい。

【0011】

本発明に係る軟磁性合金は、Ｃを有し、Ｃの含有量が０．１〜７．０原子％であることが好ましい。

【0012】

本発明に係る軟磁性合金では、上記８００００個のグリッドのＦｅ含有量に関する累計頻度２０〜８０％のグリッドにおけるＦｅ含有量のバラツキσＦｅが３．８〜５．０であることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の実施形態における測定範囲およびグリッドを示す模式図である。

【図2】図２は、測定範囲におけるグリッドのＦｅ含有量（原子％）をｙ軸とし、各グリッドのＦｅ含有量が高い順で求めた累計頻度（％）をｘ軸としたときに得られるグラフの一例である。

【図3】図３は、Ｘ線結晶構造解析により得られるチャートの一例である。

【図4】図４は、図３のチャートをプロファイルフィッティングすることにより得られるパターンの一例である。

【図5】図５は、単ロール法の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について説明する。

【0015】

本実施形態に係る軟磁性合金は、Ｆｅを主成分とする軟磁性合金である。「Ｆｅを主成分とする」とは、具体的には、軟磁性合金全体に占めるＦｅの含有量が６５原子％以上である軟磁性合金を指す。

【0016】

本実施形態に係る軟磁性合金の組成は、Ｆｅを主成分とし、Ｂを有する以外には特に制限はない。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の軟磁性合金やＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金が例示されるが、その他の軟磁性合金でもよい。

【0017】

なお、以下の記載では、軟磁性合金の各元素の含有率について、特に母数の記載が無い場合は、軟磁性合金全体を１００原子％とする。

【0018】

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の軟磁性合金を用いる場合には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の軟磁性合金の組成をＦｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅＣ_ｆと表す場合に、以下の式を満たすことが好ましい。以下の式を満たすことにより、保磁力が低減され、靭性に優れる軟磁性合金を得ることが容易になる傾向にある。また、下記組成からなる軟磁性合金は原材料が比較的安価となる。本願におけるＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の軟磁性合金には、ｆ＝０、すなわち、Ｃを含有しない軟磁性合金も含まれるものとする。

【0019】

ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００
０．１≦ｂ≦３．０
１．０≦ｃ≦１０．０
０．０＜ｄ≦１７．５
６．０≦ｅ≦１３．０
０．０≦ｆ≦７．０

【0020】

Ｃｕの含有量（ｂ）は、０．１〜３．０原子％であることが好ましく、０．５〜１．５原子％であることがより好ましい。また、Ｃｕの含有量が少ないほど、後述する単ロール法により軟磁性合金からなる薄帯を作製し易くなる傾向にある。

【0021】

Ｍは遷移金属元素またはＰである。好ましくは遷移金属元素であり、さらに好ましくはＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｔａ，Ｍｏからなる群から選択される１種以上である。また、ＭとしてＮｂを含有することがさらに好ましい。

【0022】

Ｍの含有量（ｃ）は、１．０〜１０．０原子％であることが好ましく、３．０〜５．０原子％であることがより好ましい。Ｍを上記の範囲内で添加することで保磁力を低下させ、靭性を向上させることができる。

【0023】

Ｓｉの含有量（ｄ）は、好ましくは０．０〜１７．５原子％以下であり、より好ましくは１１．５〜１７．５原子％であり、さらに好ましくは１３．５〜１５．５原子％である。Ｓｉを上記の範囲内で添加することで保磁力を低下させ、靭性を向上させることができる。

【0024】

Ｂの含有量（ｅ）は、６．０〜１３．０原子％であることが好ましく、９．０〜１１．０原子％であることがより好ましい。Ｂを上記の範囲内で添加することで保磁力を低下させ、靭性を向上させることができる。

【0025】

Ｃの含有量（ｆ）は、好ましくは０．０〜７．０原子％であり、より好ましくは０．１〜７．０原子％であり、さらに好ましくは０．１〜５．０原子％である。Ｃを添加することで非晶質性が向上する。Ｃを上記の範囲内で添加することで保磁力を低下させ、靭性を向上させることができる。

【0026】

なお、Ｆｅは、いわば本実施形態にかかるＦｅ−Ｓｉ−Ｍ−Ｂ−Ｃｕ−Ｃ系の軟磁性合金の残部である。

【0027】

また、Ｆｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金を用いる場合には、Ｆｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金の組成をＦｅ_αＭ_βＢ_γＣ_Ωと表す場合に、以下の式を満たすことが好ましい。以下の式を満たすことにより、保磁力が低減され、靭性に優れる軟磁性合金を得ることが容易になる傾向にある。また、下記組成からなる軟磁性合金は原材料が比較的安価となる。本願におけるＦｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系の軟磁性合金には、Ω＝０、すなわち、Ｃを含有しない軟磁性合金も含まれるものとする。

【0028】

α＋β＋γ＋Ω＝１００
１．０≦β≦１４．１
２．０≦γ≦２０．０
０．０≦Ω≦７．０

【0029】

Ｍは遷移金属元素である。好ましくは、Ｎｂ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上である。また、ＭとしてＮｂ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上を含有することがさらに好ましい。

【0030】

Ｍの含有量（β）は、１．０〜１４．１原子％であることが好ましく、７．０〜１０．１原子％であることがさらに好ましい。

【0031】

Ｂの含有量（γ）は、２．０〜２０．０原子％であることが好ましい。また、Ｂの含有量（γ）は、ＭとしてＮｂを含む場合には４．５〜１８．０原子％であることが好ましく、ＭとしてＺｒおよび／またはＨｆを含む場合には２．０〜８．０原子％であることが好ましい。Ｂの含有量が小さいほど非晶質性が低下する傾向にある。そして、Ｂの含有量が所定の範囲内であることにより、保磁力Ｈｃを低下させ、靭性を高めることができる。

【0032】

Ｃの含有量（Ω）は、好ましくは０．０〜７．０原子％であり、より好ましくは０．１〜７．０原子％であり、さらに好ましくは０．１〜５．０原子％である。Ｃを添加することにより非晶質性が向上する傾向にある。そして、Ｃの含有量が所定の範囲内であることにより、保磁力Ｈｃを低下させ、靭性を高めることができる。

【0033】

ここで、本実施形態に係る軟磁性合金におけるＦｅ含有量およびＢ含有量のバラツキσＢについて説明する。

【0034】

本実施形態に係る軟磁性合金では、連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量のバラツキσＢは２．８以上である。

【0035】

以下に、本実施形態に係る軟磁性合金におけるＦｅ含有量およびＢ含有量のバラツキσＢの求め方について説明する。

【0036】

まず、図１に示すように、軟磁性合金１１において、各辺の長さが少なくとも４０ｎｍ×４０ｎｍ×５０ｎｍの直方体または立方体を測定範囲１２とし、当該直方体または立方体の測定範囲１２を１辺の長さが１ｎｍの立方体形状のグリッド１３に分割する。すなわち、一つの測定範囲にグリッドが４０×４０×５０＝８００００個以上存在する。なお、本実施形態にかかる測定範囲について、測定範囲の形状には特に制限はなく、最終的に存在する８００００個以上のグリッドが連続して存在していればよい。

【0037】

次に、各グリッド１３に含まれるＦｅ含有量（原子％）を３次元アトムプローブ（以下、３ＤＡＰと表記する場合がある）を用いて評価する。そして８００００個以上のグリッドにおいて、Ｆｅ含有量の低いほうから５％の範囲にあるグリッドを抽出する。たとえば、８００００個のグリッドにおいてＦｅ含有量の低いほうから５％の範囲にあるグリッドを抽出すると、４０００個のグリッドが抽出される。

【0038】

そして８００００個以上のグリッドから抽出されたＦｅ含有量の低いほうから５％の範囲にあるグリッドにおいて、Ｂ含有量を測定し、そのバラツキσＢを算出する。本実施形態では、８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量のバラツキσＢは、２．８以上であり、好ましくは３．０以上であり、より好ましくは３．２以上である。バラツキσＢを上記範囲とすることで、保磁力が低減され、靭性に優れる軟磁性合金を得ることができる。なお、Ｂ含有量のバラツキσＢは、３ＤＡＰを用いて測定したＢ含有量により算出する。

【0039】

Ｍ含有量のバラツキσＭについてもバラツキσＢと同様であり、８００００個以上のグリッドから抽出されたＦｅ含有量の低いほうから５％の範囲にあるグリッドにおいて、Ｍ含有量を測定し、そのバラツキσＭを算出する。ここで、Ｍは、好ましくは遷移金属元素であり、より好ましくは、Ｎｂ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上の遷移金属元素であり、さらに好ましくは、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上の遷移金属元素である。本実施形態では、８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＭ含有量のバラツキσＭは、好ましくは２．８以上であり、より好ましくは３．０以上であり、さらに好ましくは３．１以上である。バラツキσＭを上記範囲とすることで、保磁力が低減され、靭性に優れる軟磁性合金を得ることができる。なお、Ｍ含有量のバラツキσＭは、３ＤＡＰを用いて測定したＭ含有量により算出する。

【0040】

本実施形態では、上述の１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドのＦｅ含有量に関して累計頻度（％）を算出したときの、累計頻度２０〜８０％におけるグリッドのＦｅ含有量のバラツキσＦｅは、好ましくは３．８〜５．０、より好ましくは３．８〜４．５である。

【0041】

ここで、Ｆｅ含有量に関する累計頻度（％）は次のようにして求める。まず、上記グリッドをＦｅ含有量ごとに区分し、たとえばＦｅ含有量が高い順に並べる。次に、各含有量におけるグリッド数の全体に占める割合（頻度）を算出する。そして、最初の含有量（たとえば、最も高い含有量）から各含有量までの頻度の和（累積和）を百分率（％）で表示した値が累計頻度（％）である。上記グリッドについて、Ｆｅ含有量をｙ軸とし、各グリッドのＦｅ含有量が高い順で求めた累計頻度（％）をｘ軸としてプロットすると、たとえば、図２のようなグラフが得られる。図２のグラフからは、Ｆｅ含有量が９０原子％の累計頻度はおよそ２０％であるので、Ｆｅ含有量が９０原子％以上であるグリッドは、全体のおよそ２０％であることがわかる。同様に、Ｆｅ含有量が８０原子％の累計頻度はおよそ８０％であるので、Ｆｅ含有量が８０原子％以上であるグリッドは、全体のおよそ８０％であることがわかる。本実施形態では、累計頻度２０〜８０％におけるグリッドのＦｅ含有量のバラツキσＦｅを上記範囲とすることで、保磁力が低減され、靭性に優れる軟磁性合金を得ることができる。なお、Ｆｅ含有量のバラツキσＦｅは、３ＤＡＰを用いて測定したＦｅ含有量により算出する。

【0042】

なお、累計頻度が２０〜８０％の範囲としたのは、図２に示すように、累積頻度が２０％未満および８０％超の範囲のＦｅ含有量が、累計頻度が２０〜８０％の範囲におけるＦｅ含有量から大きく離れる傾向が強いため、その範囲を除く意図である。

【0043】

以上に示す測定は、それぞれ異なる測定範囲で数回行うことで、算出される結果の精度を十分に高いものとすることができる。好ましくは、それぞれ異なる測定範囲で３回以上、測定を行う。

【0044】

本実施形態に係る軟磁性合金において、下記式（１）に示す非晶質化率Ｘは８５％以上であり、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９６％以上、特に好ましくは９８％以上である。非晶質化率Ｘを上記範囲とすることにより、保磁力が低減され、靭性に優れる軟磁性合金を得ることができる。
Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶性散乱積分強度

【0045】

非晶質化率Ｘは、ＸＲＤによりＸ線結晶構造解析を実施し、相の同定を行い、結晶化したＦｅ又は化合物のピーク（Ｉｃ：結晶性散乱積分強度、Ｉａ：非晶性散乱積分強度）を読み取り、そのピーク強度から結晶化率を割り出し、上記式（１）により算出する。具体的には以下のとおりである。

【0046】

本実施形態に係る軟磁性合金についてＸＲＤによりＸ線結晶構造解析を行い、図３に示すようなチャートを得る。これを、下記式（２）のローレンツ関数を用いて、プロファイルフィッティングを行い、図４に示すような、結晶性散乱積分強度を示す結晶成分のパターンα_ｃ、非晶性散乱積分強度を示す非晶成分のパターンα_ａ、およびそれらを合わせたパターンα_ｃ＋ａを得る。得られたパターンの結晶性散乱積分強度および非晶性散乱積分強度から、上記式（１）により非晶質化率Ｘを求める。なお、測定範囲は、非晶質由来のハローが確認できる回析角２θ＝３０°〜６０°の範囲とする。この範囲で、ＸＲＤによる実測の積分強度とローレンツ関数を用いて算出した積分強度との誤差が１％以内になるようにする。

【数1】

【0047】

本実施形態において、軟磁性合金を後述する単ロール法による薄帯の形状で得る場合には、ロール面に接していた面における非晶質化率Ｘ_Ａとロール面に接していない面における非晶質化率Ｘ_Ｂとの平均値を非晶質化率Ｘとする。

【0048】

本実施形態に係る軟磁性合金では、Ｂ含有量のバラツキσＢを２．８以上とし、上記式（１）に示す非晶質化率Ｘを８５％以上とすること、すなわち、Ｆｅの含有量が小さい場所におけるＢ含有量のバラツキが大きく、また軟磁性合金が高度に非晶質化していることにより、保磁力Ｈｃが低下し、靭性が向上する。

【0049】

また、本実施形態に係る軟磁性合金では、Ｍ含有量のバラツキσＢを２．８以上とし、上記式（１）に示す非晶質化率Ｘを８５％以上とすること、すなわち、Ｆｅの含有量が小さい場所におけるＭ含有量のバラツキが大きく、また軟磁性合金が高度に非晶質化していることにより、保磁力Ｈｃが低下し、靭性が向上する。ここで、Ｍは、好ましくは遷移金属元素であり、より好ましくは、Ｎｂ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上の遷移金属元素であり、さらに好ましくは、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択される１種以上の遷移金属元素である。

【0050】

靭性とは、破壊に対する感受性や抵抗を意味する。本実施形態では、靭性は１８０度密着試験により評価する。具体的には、１８０度密着試験は、１８０°曲げ試験であり、曲げ角度が１８０°であり内側半径が零となるように試料を曲げるものである。本実施形態では、長さ３ｃｍの薄帯試料をその中心において折り曲げる１８０°曲げ試験において、試料を密着曲げできるか否かにより評価される。

【0051】

さらに、本実施形態に係る軟磁性合金では、Ｂ含有量のバラツキσＢを２．８以上とし、上記式（１）に示す非晶質化率Ｘは、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９６％以上、特に好ましくは９８％以上である。上記式（１）に示す非晶質化率Ｘを上記範囲とすることにより、保磁力Ｈｃが低下し、靭性が向上する。

【0052】

また、本実施形態に係る軟磁性合金は、Ｃを有することが好ましい。Ｃの含有量は、好ましくは０．０〜７．０原子％であり、より好ましくは０．１〜７．０原子％であり、さらに好ましくは０．１〜５．０原子％である。Ｃの含有量を上記範囲とすることで、保磁力Ｈｃが低下し、靭性が向上する。

【0053】

そして、本実施形態に係る軟磁性合金では、上記８００００個のグリッドのＦｅ含有量に関する累計頻度２０〜８０％のグリッドにおけるＦｅ含有量のバラツキσＦｅは、好ましくは３．８〜５．０、より好ましくは３．８〜４．５である。上記Ｆｅ含有量のバラツキσＦｅを上記範囲とすることで、保磁力Ｈｃが低下し、靭性が向上する。

【0054】

以下、本実施形態に係る軟磁性合金の製造方法について説明する。

【0055】

本実施形態に係る軟磁性合金の製造方法について、特に限定されないが、たとえば単ロール法により軟磁性合金の薄帯を製造する方法が挙げられる。

【0056】

単ロール法に用いられる装置の模式図を図５に示す。本実施形態に係る単ロール法において、チャンバー２５内部において、ノズル２１から溶融金属２２を矢印の方向に回転しているロール２３へ噴射し供給することでロール２３の回転方向へ薄帯２４が製造される。なお、本実施形態ではロール２３の材質には特に制限はない。例えばＣｕからなるロールが用いられる。

【0057】

従来、単ロール法においては、冷却速度を向上させ、溶融金属２２を急冷させることが好ましいと考えられており、熔融金属２２とロール２３との接触時間を長くすることで冷却速度を向上させることが好ましいと考えられていた。そこで本発明者らは、図８に示すとおり通常のロールの回転方向とは反対に回転させることにより、ロール２３と薄帯２４とが接している時間が長くなり、薄帯２４をより急激に冷却することができるようにした。

【0058】

さらに、ロール２３を図５に示す方向に回転させるメリットとしては、図５に示す剥離ガス噴射装置２６から噴射される剥離ガスのガス圧を制御することでロール２３による冷却の強さを制御できることである。例えば、剥離ガスのガス圧を強くすることでロール２３と薄帯２４とが接している時間を短くし、冷却を弱くすることができる。逆に、剥離ガスのガス圧を弱くすることでロール２３と薄帯２４とが接している時間を長くし、冷却を強くすることができる。

【0059】

単ロール法においては、主にロール２３の回転速度を調整することで得られる薄帯の厚さを調整することができるが、例えばノズル２１とロール２３との間隔や溶融金属の温度などを調整することでも得られる薄帯の厚さを調整することができる。薄帯の厚さには特に制限はないが、例えば１５〜３０μｍとすることができる。

【0060】

ロール２３の温度やチャンバー２５内部の蒸気圧には特に制限はない。ロール２３の温度を５０〜７０℃とし、露点調整を行ったＡｒガスを用いてチャンバー２５内部の蒸気圧を１１ｈＰａ以下としてもよい。

【0061】

従来、単ロール法においては、冷却速度を向上させ、溶融金属２２を急冷させることが好ましいと考えられており、熔融金属２２とロール２３との温度差を広げることで冷却速度を向上させることが好ましいと考えられていた。そのため、ロール２３の温度は通常、５〜３０℃程度とすることが好ましいと考えられていた。しかし、本発明者らは、ロール２３の温度を５０〜７０℃と従来の単ロール法より高温にし、さらにチャンバー２５内部の蒸気圧を１１ｈＰａ以下とすることで、溶融金属２２が均等に冷却され、得られる軟磁性合金の熱処理前の薄帯を均一な非晶質にしやすくなることを見出した。なお、チャンバー内部の蒸気圧の下限は特に存在しない。露点調整したＡｒガスを充填して蒸気圧を１ｈＰａ以下にしてもよく、真空に近い状態として蒸気圧を１ｈＰａ以下にしてもよい。

【0062】

このようにして得られた軟磁性合金は、熱処理をしてもよい。熱処理条件には特に制限はない。軟磁性合金の組成により好ましい熱処理条件は異なる。通常、好ましい熱処理温度は概ね５５０〜６００℃、好ましい熱処理時間は概ね１０分〜１８０分となる。しかし、組成によっては上記の範囲を外れたところに好ましい熱処理温度および熱処理時間が存在する場合もある。

【0063】

また、本実施形態に係る軟磁性合金を得る方法として、上記した単ロール法には限定されず、たとえば水アトマイズ法またはガスアトマイズ法により本実施形態に係る軟磁性合金の粉体を得てもよい。

【0064】

たとえば、ガスアトマイズ法では、上記した単ロール法と同様にして１２００〜１５００℃の溶融合金を得る。その後、前記溶融合金をチャンバー内で噴射させ、粉体を作製する。このとき、ガス噴射温度を５０〜１００℃、チャンバー内の蒸気圧を４ｈＰａ以下とすることが好ましい。ガスアトマイズ法で粉体を作製した後に、５５０〜６００℃で１０分〜１８０分、熱処理をしてもよい。

【0065】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。

【0066】

本実施形態に係る軟磁性合金の形状には特に制限はない。上記した通り、薄帯形状や粉末形状が例示されるが、それ以外にもブロック形状等も考えられる。

【0067】

本実施形態に係る軟磁性合金の用途には特に制限はない。例えば、磁心が挙げられる。インダクタ用、特にパワーインダクタ用の磁心として好適に用いることができる。本実施形態に係る軟磁性合金は、磁心の他にも薄膜インダクタ、磁気ヘッド、変圧トランスにも好適に用いることができる。

【0068】

特に、本実施形態に係る軟磁性合金は、靭性にも優れるため、高圧圧粉磁心にも好適に用いることができる。

【0069】

以下、本実施形態に係る軟磁性合金から磁心およびインダクタを得る方法について説明するが、本実施形態に係る軟磁性合金から磁心およびインダクタを得る方法は下記の方法に限定されない。

【0070】

薄帯形状の軟磁性合金から磁心を得る方法としては、例えば、薄帯形状の軟磁性合金を巻き回す方法や積層する方法が挙げられる。薄帯形状の軟磁性合金を積層する際に絶縁体を介して積層する場合には、さらに特性を向上させた磁芯を得ることができる。

【0071】

粉末形状の軟磁性合金から磁心を得る方法としては、例えば、適宜バインダと混合した後、金型を用いて成形する方法が挙げられる。また、バインダと混合する前に、粉末表面に酸化処理や絶縁被膜等を施すことにより、比抵抗が向上し、より高周波帯域に適合した磁心となる。

【0072】

成形方法に特に制限はなく、金型を用いる成形やモールド成形などが例示される。バインダの種類に特に制限はなく、シリコーン樹脂が例示される。軟磁性合金粉末とバインダとの混合比率にも特に制限はない。例えば軟磁性合金粉末１００質量％に対し、１〜１０質量％のバインダを混合させる。

【0073】

例えば、軟磁性合金粉末１００質量％に対し、１〜５質量％のバインダを混合させ、金型を用いて圧縮成形することで、占積率（粉末充填率）が７０％以上、１．６×１０^４Ａ／ｍの磁界を印加したときの磁束密度が０．４Ｔ以上、かつ比抵抗が１Ω・ｃｍ以上である磁心を得ることができる。上記の特性は、一般的なフェライト磁心よりも優れた特性である。

【0074】

また、例えば、軟磁性合金粉末１００質量％に対し、１〜３質量％のバインダを混合させ、バインダの軟化点以上の温度条件下の金型で圧縮成形することで、占積率が８０％以上、１．６×１０^４Ａ／ｍの磁界を印加したときの磁束密度が０．９Ｔ以上、かつ比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上である圧粉磁心を得ることができる。上記の特性は、一般的な圧粉磁心よりも優れた特性である。

【0075】

上記の磁心を成す成形体に対し、歪取り熱処理として成形後に熱処理することで、さらにコアロスが低下し、有用性が高まる。

【0076】

また、上記磁心に巻線を施すことでインダクタンス部品が得られる。巻線の施し方およびインダクタンス部品の製造方法には特に制限はない。例えば、上記の方法で製造した磁心に巻線を少なくとも１ターン以上巻き回す方法が挙げられる。

【0077】

軟磁性合金粒子を用いる場合には、巻線コイルが磁性体に内蔵されている状態で加圧成形し一体化することでインダクタンス部品を製造する方法がある。この場合には高周波かつ大電流に対応したインダクタンス部品を得やすい。

【0078】

また、軟磁性合金粒子を用いる場合には、軟磁性合金粒子にバインダおよび溶剤を添加してペースト化した軟磁性合金ペースト、および、コイル用の導体金属にバインダおよび溶剤を添加してペースト化した導体ペーストを交互に印刷積層した後に加熱焼成することで、インダクタンス部品を得ることができる。あるいは、軟磁性合金ペーストを用いて軟磁性合金シートを作製し、軟磁性合金シートの表面に導体ペーストを印刷し、これらを積層し焼成することで、コイルが磁性体に内蔵されたインダクタンス部品を得ることができる。

【0079】

軟磁性合金粒子を用いてインダクタンス部品を製造する場合には、最大粒径が篩径で４５μｍ以下、中心粒径（Ｄ５０）が３０μｍ以下の軟磁性合金粉末を用いることが、優れたＱ特性を得る上で好ましい。最大粒径を篩径で４５μｍ以下とするために、目開き４５μｍの篩を用い、篩を通過する軟磁性合金粉末のみを用いてもよい。

【0080】

最大粒径が大きな軟磁性合金粉末を用いるほど高周波領域でのＱ値が低下する傾向があり、特に最大粒径が篩径で４５μｍを超える軟磁性合金粉末を用いる場合には、高周波領域でのＱ値が大きく低下する場合がある。ただし、高周波領域でのＱ値を重視しない場合には、粒径分布の広い軟磁性合金粉末を使用可能である。粒径分布の広い軟磁性合金粉末は比較的安価で製造できるため、粒径分布の広い軟磁性合金粉末を用いる場合には、コストを低減することが可能である。

【実施例】

【0081】

以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。

【0082】

（実験１）
表１に示す各試料の組成の母合金が得られるように純金属材料をそれぞれ秤量した。そして、チャンバー内で真空引きした後、高周波加熱にて溶解し母合金を作製した。

【0083】

その後、作製した母合金５０ｇを加熱して溶融させ、１３００℃の溶融状態の金属とした後に、規定ロール温度および規定蒸気圧下で図５に示す単ロール法により前記金属をロールに噴射させ、薄帯を作成した。ロールの材質はＣｕとした。単ロール法はＡｒ雰囲気下、ロールの回転速度２５ｍ／ｓ、チャンバー内と噴射ノズル内との差圧１０５ｋＰａ、ノズル径５ｍｍスリット、流化量５０ｇ、ロール径φ３００ｍｍとすることで得られる薄帯の厚さを２０〜３０μｍ、幅を４ｍｍ〜５ｍｍ、長さを数十ｍとした。

【0084】

実験１では、ロールの温度を５０℃、蒸気圧を４ｈＰａとした上で、剥離噴射圧力（急冷能力）を変化させて表１に示す各試料を作製した。なお、露点調整を行ったＡｒガスを用いることで蒸気圧を調整した。

【0085】

得られた薄帯形状の試料について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。

【0086】

（１）非晶質化率Ｘ
得られた薄帯に対し、ＸＲＤによりＸ線結晶構造解析を実施し、相の同定を行った。具体的には、結晶化したＦｅ又は化合物のピーク（Ｉｃ：結晶性散乱積分強度、Ｉａ：非晶性散乱積分強度）を読み取り、そのピーク強度から結晶化率を割り出し、下記式（１）により非晶質化率Ｘを算出した。本実施例では、薄帯の、ロール面に接していた面と、接していない面との両方を測定し、その平均値を非晶質化率Ｘとした。
Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶性散乱積分強度

【0087】

（２）保磁力Ｈｃ
Ｈｃメーターを用いて、保磁力Ｈｃを測定した。なお、保磁力Ｈｃは５５Ａ／ｍ以下である場合を良好とした。

【0088】

（３）Ｂ（σ）
得られた薄帯において、１辺の長さが４０ｎｍ×４０ｎｍ×５０ｎｍの直方体を測定範囲とし、連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドのＦｅ含有量を測定し、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量を測定して、そのＢ含有量のバラツキσＢを算出した。Ｆｅ含有量およびＢ含有量は、３ＤＡＰにより測定した。

【0089】

（４）Ｍ（σ）
得られた薄帯において、１辺の長さが４０ｎｍ×４０ｎｍ×５０ｎｍの直方体を測定範囲とし、連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドのＦｅ含有量を測定し、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＭ含有量（Ｎｂ、ＺｒおよびＨｆの合計含有量）を測定して、そのＭ含有量のバラツキσＭを算出した。Ｆｅ含有量およびＭ含有量は、３ＤＡＰにより測定した。

【0090】

（５）１８０度密着試験
１８０度密着試験では、１８０°曲げ試験により評価した。１８０°曲げ試験とは、靭性を評価するための試験であり、曲げ角度が１８０°であり内側半径が零となるように試料を曲げるものである。本実施例では、長さ３ｃｍの薄帯試料１０個用意し、その中心において折り曲げる１８０°曲げ試験において、すべての試料が密着曲げされる場合は○、７〜９個密着曲げされる場合は△、４個以上破断される場合は×と評価した。

【0091】

【表1】

【0092】

表１の結果より、Ｂ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、非晶質化率Ｘが８５％以上の実施例は、全て保磁力Ｈｃが良好な値となった。これに対し、Ｂ含有量のバラツキσＢが２．８未満、または非晶質化率Ｘが８５％未満の比較例は、いずれも保磁力Ｈｃが良好な値とはならなかった。また、Ｍ含有量のバラツキσＭが２．８以上であり、非晶質化率Ｘが８５％以上の実施例は、Ｈｃがより良好であった。特に、非晶質化率Ｘが９５％以上である実施例１〜５は、Ｈｃがさらに良好であった。

【0093】

（実験２）
軟磁性合金の組成を変化させ、さらに下記の評価を行った以外は実験１と同様の条件で試験を行った。結果を表２に示す。

【0094】

（６）Ｆｅ（σ）
得られた薄帯において、１辺の長さが４０ｎｍ×４０ｎｍ×５０ｎｍの直方体を測定範囲とし、連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドのＦｅ含有量を測定し、Ｆｅ含有量に関する累計頻度を算出した。そして、その累計頻度２０〜８０％の範囲のグリッドにおけるＦｅ含有量のバラツキσＦｅを算出した。Ｆｅ含有量は３ＤＡＰにより測定した。

【0095】

【表2】

【0096】

【表3】

【0097】

表２、表３の結果より、Ｂ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、非晶質化率Ｘが８５％以上であって、Ｆｅ含有量のバラツキσＦｅが３．８〜５．０である実施例は、全て保磁力Ｈｃが良好な値となった。

【0098】

（実験４）
Ｆｅ：８４原子％、Ｂ：９．０原子％、Ｎｂ：７．０原子％の組成の母合金が得られるように純金属材料をそれぞれ秤量した。そして、チャンバー内で真空引きした後、高周波加熱にて溶解し母合金を作製した。

【0099】

その後、作製した母合金を加熱して溶融させ、１３００℃の溶融状態の金属としたのちガスアトマイズ法により下表４に示す組成条件下で前記金属を噴射させ、粉体を作成した。実験４では、ガス噴射温度を１００℃とし、チャンバー内の蒸気圧４ｈＰａとして試料を作製した。蒸気圧調整は露点調整をおこなったＡｒガスを用いることで行った。得られた粉体について、以下の評価を行った。結果を表４に示す。

【0100】

（１）非晶質化率Ｘ
得られた粉体に対し、ＸＲＤによりＸ線結晶構造解析を実施し、相の同定を行った。具体的には、結晶化したＦｅ又は化合物のピーク（Ｉｃ：結晶性散乱積分強度、Ｉａ：非晶性散乱積分強度）を読み取り、そのピーク強度から結晶化率を割り出し、下記式（１）により非晶質化率Ｘを算出した。本実施例では、粉末X線解析法を用いた。
Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶性散乱積分強度

【0101】

（２）保磁力Ｈｃ
Ｈｃメーターを用いて、保磁力Ｈｃを測定した。なお、保磁力Ｈｃは１００Ａ／ｍ以下である場合を良好とした。

【0102】

（３）Ｂ（σ）
得られた粉体において、１辺の長さが４０ｎｍ×４０ｎｍ×５０ｎｍの直方体を測定範囲とし、連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドのＦｅ含有量を測定し、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量を測定して、そのＢ含有量のバラツキσＢを算出した。Ｆｅ含有量およびＢ含有量は、３ＤＡＰにより測定した。

【0103】

（４）Ｍ（σ）
得られた粉体において、１辺の長さが４０ｎｍ×４０ｎｍ×５０ｎｍの直方体を測定範囲とし、連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドのＦｅ含有量を測定し、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＭ含有量（Ｎｂ、ＺｒおよびＨｆの合計含有量）を測定して、そのＭ含有量のバラツキσＭを算出した。Ｆｅ含有量およびＭ含有量は、３ＤＡＰにより測定した。

【0104】

【表4】

【0105】

表４で示す軟磁性合金粉末の実施例より、薄帯の時と同様、Ｂ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、非晶質化率Ｘが８５％以上であって、Ｆｅ含有量のバラツキσＦｅが３．８〜５．０である実施例は、全て保磁力Ｈｃが良好な値となった。

【符号の説明】

【0106】

１１… 軟磁性合金
１２… 測定範囲
１３… グリッド
２１… ノズル
２２… 溶融金属
２３… ロール
２４… 薄帯
２５… チャンバー
２６… 剥離ガス噴射装置

【要約】      （修正有）

【課題】保磁力が低く、しかも靭性に優れた軟磁性合金を提供する。
【解決手段】Ｆｅを主成分とし、Ｂを有する軟磁性合金であって、前記軟磁性合金の連続した測定範囲における１ｎｍ×１ｎｍ×１ｎｍの８００００個のグリッドの中で、Ｆｅ含有量が低いほうから４０００個のグリッドにおけるＢ含有量のバラツキσＢが２．８以上であり、下記軟磁性合金の式（１）に示す非晶質化率Ｘが８５％以上、好ましくは、９５％以上の非晶質である軟磁性合金。Ｘ＝１００−（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）Ｉｃ：結晶性散乱積分強度、Ｉａ：非晶質性散乱積分強度
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】