(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子％で
Fe：75.0％以上、77.0％以下および
Ｃ：2.5 ％以上、3.5 ％未満
を含み、かつＢとＰとをそれぞれ、
0.5≦Ｂ＜2.5 ％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0％、
2.5≦Ｂ＜4.5 ％の場合は 6.0≦Ｐ≦12.0％、
4.5≦Ｂ≦6.0 ％（但し、6.0 ％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0％
の範囲で含有し、残部はSiおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金。
【請求項２】
原子％で
Fe：75.0％以上、77.0％以下および
Ｃ：1.5 ％以上、2.5 ％未満
を含み、かつＢとＰとをそれぞれ、
0.5≦Ｂ＜1.5 ％の場合は10.0≦Ｐ≦12.0％、
1.5≦Ｂ＜3.5 ％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0％、
3.5≦Ｂ＜4.5 ％の場合は 4.0≦Ｐ≦12.0％、
4.5≦Ｂ≦6.0 ％（但し、6.0 ％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0％
の範囲で含有し、残部はSiおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金。
【請求項３】
原子％で
Fe：75.0％以上、77.0％以下および
Ｃ：0.5 ％以上、1.5 ％未満
を含み、かつＢとＰとをそれぞれ、
2.5≦Ｂ＜4.5 ％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0％、
4.5≦Ｂ＜5.5 ％の場合は 2.0≦Ｐ≦12.0％、
5.5≦Ｂ≦6.0 ％（但し、6.0 ％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0％
の範囲で含有し、残部はSiおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金。
【請求項４】
請求項１，２または３において、厚み：15〜30μm におけるアモルファス合金の鉄損値Ｗ13/50 が 0.1 W/kg 以下である軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、優れた軟磁気特性を有する安価なトランス用鉄基アモルファス合金、特にFe−Ｂ−Si系アモルファス合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟磁気特性に優れたアモルファス合金として、種々のFe−Ｂ−Si系合金組成が知られている。
例えば、Chenらの米国特許第4300950 号明細書には、80〜84原子％の鉄、12〜15原子％のボロンおよび１〜８原子％の珪素を含む組成になるアモルファス合金が開示されている。また、特開昭57−116750号公報には、原子％で75〜78.5％の鉄、11〜21％のボロンおよび４〜10.5％の珪素よりなるアモルファス合金が開示されている。
このように、従来知られているFe−Ｂ−Si系アモルファス合金は、ほとんどがボロンを10原子％以上の範囲で含有するものであった。
【０００３】
一方、ボロンを10原子％以下で含有するFe−Ｂ−Si系アモルファス合金に関する出願としては、特開昭49-91014号公報があるが、これには機械的高強度等の特性に関する記述はあるものの、磁性に関する記述は飽和磁化とキュリー温度の記述があるのみで、鉄損値はおろか軟磁気特性に関する記述も見られない。しかも、その飽和磁化について記載されている実施例は、鉄の含有量が80〜86原子％という比較的高い鉄含有組成についてのものである。
【０００４】
その他、特開昭57−145964号公報および特開昭58-42751号公報には、Ｃを経年変化の安定化および非晶質形成能の改善を目的として添加したものが、特開昭61−136660号公報には、表面処理性の改善を目的としてMnを添加したものが、特開昭62−192561号公報には、加工性の改善を目的としてCr, Mo, Ta, Mn, Ni, Ｖ，NbおよびＷのうちから選んだ一種または二種を添加したものが、特開昭58−210154号公報には、鋳造性の改善を目的としてCrを添加したものが、特開平８−193252号公報には、表面粗度の改善を目的としてＰを添加したものが、さらに特願平９-16396号明細書には、低ボロン組成における磁気特性を改善する目的で高射出圧力で製板を行う技術がそれぞれ開示されている。
しかしながら、これらの技術はいずれも、ボロンを６原子％以上含む組成に関するものであり、さらにボロン含有量の少ない組成について、実用上十分な磁気特性を付与することについては報告されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
周知のとおり、ボロンは高価な元素であり、その使用量を低減できれば、その経済的効果は計り知れない。
この発明は、上記の実情に鑑み開発されたもので、従来、余儀ないものとされてきたボロン含有量の低減に伴う軟磁気特性の劣化を効果的に抑制して、ボロン量の低減にもかかわらず優れた軟磁気特性を有するトランス用の鉄基アモルファス合金を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、Fe−Ｂ−Si合金にリン（Ｐ）および炭素（Ｃ）を添加し、かつＰ量をＢ量に応じて所定の範囲に制限すると共に、鉄含有量を低減し、しかも単ロール法のリボン作製時に従来よりも格段に高い射出圧力で製板することによって、ボロン量の低減にもかかわらず、鉄損特性が有利に改善されることの知見を得た。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００７】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．原子％で
Fe：75.0％以上、77.0％以下および
Ｃ：2.5 ％以上、3.5 ％未満
を含み、かつＢとＰとをそれぞれ、
0.5≦Ｂ＜2.5 ％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0％、
2.5≦Ｂ＜4.5 ％の場合は 6.0≦Ｐ≦12.0％、
4.5≦Ｂ≦6.0 ％（但し、6.0 ％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0％
の範囲で含有し、残部はSiおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金（第１発明）。
【０００８】
２．原子％で
Fe：75.0％以上、77.0％以下および
Ｃ：1.5 ％以上、2.5 ％未満
を含み、かつＢとＰとをそれぞれ、
0.5≦Ｂ＜1.5 ％の場合は10.0≦Ｐ≦12.0％、
1.5≦Ｂ＜3.5 ％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0％、
3.5≦Ｂ＜4.5 ％の場合は 4.0≦Ｐ≦12.0％、
4.5≦Ｂ≦6.0 ％（但し、6.0 ％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0％
の範囲で含有し、残部はSiおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金（第２発明）。
【０００９】
３．原子％で
Fe：75.0％以上、77.0％以下および
Ｃ：0.5 ％以上、1.5 ％未満
を含み、かつＢとＰとをそれぞれ、
2.5≦Ｂ＜4.5 ％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0％、
4.5≦Ｂ＜5.5 ％の場合は 2.0≦Ｐ≦12.0％、
5.5≦Ｂ≦6.0 ％（但し、6.0 ％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0％
の範囲で含有し、残部はSiおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金（第３発明）。
【００１０】
４．上記の第１、第２または第３発明において、厚み：15〜30μm におけるアモルファス合金の鉄損値Ｗ13/50 が 0.1 W/kg 以下である軟磁気特性に優れたトランス用鉄基アモルファス合金。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明において、合金の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Fe：75.0at％以上、77.0at％以下
鉄量が75.0at％に満たないと、磁束密度が低下するためトランスの鉄芯としては不充分であり、一方77.0at％を超えるとボロン含有量が少ない場合における非晶質形成能およびキュリー点が低下するためトランス作動温度における熱的安定性が不充分となる。そこで、鉄含有量は75.0〜77.0at％の範囲に限定した。より好ましい範囲は75.0〜76.0at％である。
【００１２】
Ｃ：0.5 at％以上、3.5 at％未満
炭素は、軟磁気特性の改善とリンおよびボロンの歩留り向上に有効な元素であるが、含有量が 0.5at％に満たないとその添加効果に乏しく、一方 3.5at％以上になると薄帯の熱的安定性が低下するので、 0.5at％以上、3.5 at％未満の範囲で含有させるものとした。より好適な範囲は 0.5〜2.5 at％である。
【００１３】
Ｂ：0.5 at％以上、6.0 at％以下（但し、6.0 at％を除く）    Ｐ：０〜12.0at％
ボロンとリンはどちらも非晶質形成に重要な元素であり、ボロンとリンの合計が少ないと非晶質化が困難となるため、炭素量を勘案しつつ、ボロンの含有量に応じて必要なリンの添加量を下記の範囲に定めることにした。
なお、高価なフェロボロンの含有量が多くなると、コスト高の問題が生じるのでボロンの含有量の上限は６at％に制限した。また、リンの添加量が多すぎると磁束密度の低下をきたすので、添加量の上限は12.0at％とした。
記
(1) Ｃ：2.5 at％以上、3.5 at％未満の時
0.5≦Ｂ＜2.5 at％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0at％、
2.5≦Ｂ＜4.5 at％の場合は 6.0≦Ｐ≦12.0at％、
4.5≦Ｂ≦6.0 at％（但し、6.0 at％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0at％。
(2) Ｃ：1.5 at％以上、2.5 at％未満の時
0.5≦Ｂ＜1.5 at％の場合は10.0≦Ｐ≦12.0at％、
1.5≦Ｂ＜3.5 at％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0at％、
3.5≦Ｂ＜4.5 at％の場合は 4.0≦Ｐ≦12.0at％、
4.5≦Ｂ≦6.0 at％（但し、6.0 at％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0at％。
(3) Ｃ：0.5 at％以上、1.5 at％未満の時
2.5≦Ｂ＜4.5 at％の場合は 8.0≦Ｐ≦12.0at％、
4.5≦Ｂ＜5.5 at％の場合は 2.0≦Ｐ≦12.0at％、
5.5≦Ｂ≦6.0 at％（但し、6.0 at％を除く）の場合は  ０≦Ｐ≦12.0at％。
上記した(1), (2), (3) の各場合において、Ｂ量が上限値に近い場合におけるＰ含有量の下限を０at％と定めたが、この理由は、Ｂを比較的多量に含有する場合にはそれなりの非晶質形成能が得られるので、Ｐは必ずしも含有させる必要がないからである。
【００１４】
以上、好適成分組成範囲について説明したが、この発明では、かような組成の非晶質合金薄帯を製造するに際し、特に単ロール法により製板する場合には、その射出圧力は 0.3〜0.6 kg/cm2程度とすることが重要である。
というのは、射出圧力が 0.3 kgf/cm2より小さいと磁気特性の改善効果に乏しく、一方 0.6 kgf/cm2より大きくなるとパドルブレークが生じ易くなるからである。
【００１５】
その他の製造条件については特に制限はなく、常法に従って処理すれば良い。ここに、好適製造条件を掲げると次のとおりである。
・ロール周速：24〜40 m/s
・ロール・ノズル間隔：0.1 〜0.4 mm
・ノズルスリット幅：0.3 〜1.0 mm
・ノズルスリット長さ：５〜50 mm
【００１６】
なお、この発明では、厚み：15〜30μm におけるアモルファス合金の鉄損値Ｗ13/50 を 0.1 W/kg 以下とすることが好ましく、鉄損値をこのレベルまで低減することができれば、高ボロンアモルファス合金と遜色ない特性といえる。
【００１７】
【実施例】
表１〜３に示す組成になる合金溶湯から、単ロール法を用いて厚み：20μm の非晶質合金薄帯を製造した。薄帯の製造条件は次のとおりである。
・ロール周速：30〜40 m/s
・ロール・ノズル間隔：0.1 〜0.2 mm
・ノズルスリット幅：0.5 〜0.9 mm
・ノズルスリット長さ：20 mm
・射出圧力：0.3 〜0.6 kgf/cm2
ついで、 300℃から 460℃の温度範囲で、それぞれの組成に対して最適な温度を選択し、真空中で 1600A/mの磁場を試料長手方向に印加しつつ、１時間の熱処理を施した。
かくして得られた各合金薄帯の鉄損について調べた結果を表１〜３に併記する。
【００１８】
【表１】
0003644248.tif 000002
【００１９】
【表２】
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【００２０】
【表３】
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【００２１】
表１〜３から明らかなように、この発明に従い得られたアモルファス合金薄帯は、ボロン含有量が少ないにもかかわらず、優れた鉄損特性が得られている。
【００２２】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、高価な原料であるボロンの使用量を低減することによって低コストを実現できるだけでなく、鉄損値を効果的に低減させることができ、従って、トランス用鉄心材料として有用な鉄基アモルファス合金において、大幅な低価格化と特性向上の両者を同時に実現することができる。