(57)【要約】本発明の非晶質合金粒子は、鉄系合金からなる非晶質の合金粒子であって、該粒子内に粒界層を有することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系合金からなる非晶質の合金粒子であって、
該粒子内に粒界層を有することを特徴とする非晶質合金粒子。
【請求項２】
前記粒界層の厚みが２００ｎｍ以下である請求項１に記載の非晶質合金粒子。
【請求項３】
前記鉄系合金がＦｅ、Ｓｉ及びＢを含む請求項１又は２に記載の非晶質合金粒子。
【請求項４】
鉄系合金からなる非晶質の材料に剪断加工を行うことにより、粒子状に塑性変形させるとともに、該粒子内に粒界層を導入することを特徴とする非晶質合金粒子の製造方法。
【請求項５】
前記剪断加工は、高速回転式粉砕機を用いて行われ、
前記高速回転式粉砕機のローターの周速は、４０ｍ／ｓ以上である請求項４に記載の非晶質合金粒子の製造方法。
【請求項６】
前記剪断加工は、鉄系合金からなる非晶質の合金薄帯に行われる請求項４又は５に記載の非晶質合金粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質合金粒子、及び、非晶質合金粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種リアクトル、モータ、トランス等に用いられる軟磁性材料として、鉄や珪素鋼等が用いられている。これらは高い磁束密度を有しているものの、結晶磁気異方性が大きいためヒステリシスが大きい。そのため、これらの材料を用いた磁性部品は、損失が大きくなる問題があった。【０００３】
このような問題に対し、特許文献１には、組成式：Ｆｅ１００−ｘ−ｙＣｕｘＢｙ（但し、原子％で、１＜ｘ＜２、１０≦ｙ≦２０）により表され、平均粒径６０ｎｍ以下の体心立方構造の結晶粒が非晶質母相中に体積分率で３０％以上分散した組織を有する軟磁性合金粉末が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６７８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明によると、飽和磁束密度が高く、かつ、優れた軟磁気特性を備えるという効果を奏するとされている。しかし、特許文献１に記載の発明においては、高周波特性が充分でないという問題がある。【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、良好な高周波特性が得られる非晶質合金粒子を提供することを目的とする。本発明はまた、上記非晶質合金粒子を製造する方法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】
本発明の非晶質合金粒子は、鉄系合金からなる非晶質の合金粒子であって、該粒子内に粒界層を有することを特徴とする。【０００８】
本発明の非晶質合金粒子においては、上記粒界層の厚みが２００ｎｍ以下であることが好ましい。【０００９】
本発明の非晶質合金粒子においては、上記鉄系合金がＦｅ、Ｓｉ及びＢを含むことが好ましい。【００１０】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法は、鉄系合金からなる非晶質の材料に剪断加工を行うことにより、粒子状に塑性変形させるとともに、該粒子内に粒界層を導入することを特徴とする。【００１１】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法において、上記剪断加工は、高速回転式粉砕機を用いて行われ、上記高速回転式粉砕機のローターの周速は、４０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。【００１２】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法において、上記剪断加工は、鉄系合金からなる非晶質の合金薄帯に行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、良好な高周波特性が得られる非晶質合金粒子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の非晶質合金粒子の一例を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の非晶質合金粒子について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
【００１６】
［非晶質合金粒子］
図１は、本発明の非晶質合金粒子の一例を模式的に示す部分断面図である。
図１に示す非晶質合金粒子１は、鉄系合金からなる非晶質の合金粒子であって、１つの粒子内に複数の粒界層１０を有している。言い換えると、図１に示す非晶質合金粒子１においては、複数の一次粒子１１によって１つの粒子を構成している。
【００１７】
本発明の非晶質合金粒子においては、粒子内に粒界層を導入することにより、高周波特性を改善することができる。その理由は、以下のように考えられる。
【００１８】
コイルやインダクターの損失であるコアロスＰｃｖは、以下の式（１）で表される。
Ｐｃｖ  ＝  Ｐｈｖ  ＋  Ｐｅｖ  ＝  Ｗｈ・ｆ  ＋  Ａ・ｆ２・ｄ２／ρ    （１）
Ｐｃｖ：コアロス（ｋＷ／ｍ３）
Ｐｈｖ：ヒステリシス損失（ｋＷ／ｍ３）
Ｐｅｖ：渦電流損失（ｋＷ／ｍ３）
ｆ：周波数（Ｈｚ）
Ｗｈ：ヒステリシス損失係数（ｋＷ／ｍ３・Ｈｚ）
ｄ：粒子径（ｍ）
ρ：粒内電気抵抗率（Ω・ｍ）
Ａ：係数
【００１９】
高周波における損失は、周波数の二乗で大きくなる渦電流損失Ｐｅｖが支配的となる。したがって、高周波特性を改善するためには、Ｐｅｖを下げることが必須である。上記の式（１）より、Ｐｅｖは、周波数、粒子径、粒内電気抵抗率の影響を受ける。本発明においては、粒子内に粒界層を導入することにより、粒内電気抵抗率を上げることができるため、Ｐｅｖを下げることができる。その結果、高周波特性が改善すると考えられる。
【００２０】
本発明の非晶質合金粒子は、軟磁性粒子であり、鉄系合金からなる非晶質の合金粒子である。本発明の非晶質合金粒子において、鉄系合金の組成は特に限定されないが、非晶質の合金粒子とする観点からは、鉄系合金がＦｅ、Ｓｉ及びＢを含むことが好ましい。鉄系合金の好ましい組成としては、例えば、ＦｅＳｉＢ、ＦｅＳｉＢＮｂＣｕ、ＦｅＳｉＢＣ等が挙げられる。
【００２１】
本発明の非晶質合金粒子は、１つの粒子内に少なくとも１つの粒界層を有していればよい。
粒子内に粒界層が存在することは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて粒子の断面を観察したとき、粒界層によって囲まれた一次粒子に相当する部分のコントラストが異なることから確認することができる。
【００２２】
本発明の非晶質合金粒子が有する粒界層は、鉄系合金に含まれる金属元素と、酸素元素とを含む酸化物からなる層である。
したがって、粒子の断面について、酸素の元素マッピングを行うことにより、粒界層の厚みを測定することが可能である。
【００２３】
本発明の非晶質合金粒子においては、粒界層を厚くすることによって、粒内電気抵抗率を高くすることができるが、一方で、粒界層が厚くなると飽和磁束密度が低下する。これは、非磁性の酸化物、又は、飽和磁束密度の低い酸化物の体積比率が高くなるためである。したがって、高周波特性と飽和磁束密度を両立させる観点からは、粒界層の厚みが２００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、粒界層の厚みは、１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。
なお、粒界層の厚みとは、１μｍ×１μｍの範囲に視野を定めて断面観察をし、粒界層の厚みを線分法で１０箇所以上測定したとき、当該視野における粒界層の厚みの平均値を意味する。
【００２４】
本発明の非晶質合金粒子の平均粒径は特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上であることが好ましく、また、１μｍ以下であることが好ましい。
なお、平均粒径とは、１μｍ×１μｍの範囲に視野を定めて断面観察をし、各粒子の粒径を線分法で１０箇所以上測定したとき、当該視野に存在する各粒子の円相当径の平均粒径を意味する。
【００２５】
［非晶質合金粒子の製造方法］
本発明の非晶質合金粒子の製造方法は、鉄系合金からなる非晶質の材料に剪断加工を行うことにより、粒子状に塑性変形させるとともに、該粒子内に粒界層を導入することを特徴とする。
【００２６】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法において、鉄系合金からなる非晶質の材料の形態は特に限定されず、例えば、薄帯状、繊維状、厚板状等が挙げられる。中でも、本発明の非晶質合金粒子の製造方法において、剪断加工は、鉄系合金からなる非晶質の合金薄帯に行われることが好ましい。
【００２７】
上記合金薄帯は、Ｆｅを含む合金を、アーク溶解、高周波誘導溶解等の手段で溶解して合金溶湯とし、この合金溶湯を急冷することによって、長尺のリボン状の薄帯として得られる。合金溶湯を急冷する方法としては、例えば、単ロール急冷法等の方法が用いられる。
【００２８】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法において、鉄系合金の組成は特に限定されないが、非晶質の合金粒子とする観点からは、鉄系合金がＦｅ、Ｓｉ及びＢを含むことが好ましい。鉄系合金の好ましい組成としては、例えば、ＦｅＳｉＢ、ＦｅＳｉＢＮｂＣｕ、ＦｅＳｉＢＣ等が挙げられる。
【００２９】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法において、剪断加工は、高速回転式粉砕機を用いて行われることが好ましい。高速回転式粉砕機とは、ハンマー、ブレード、ピン等を高速回転させ、剪断により粉砕を行う装置である。このような高速回転式粉砕機としては、例えば、ハンマーミル、ピンミル等が挙げられる。また、高速回転式粉砕機は、粒子を循環させる機構を有することが好ましい。
【００３０】
高速回転式粉砕機を用いた剪断加工では、粒子の粉砕に加えて、塑性変形や複合化が行われることによって、粒子内に粒界層を導入することができる。
【００３１】
高速回転式粉砕機のローターの周速は、粒子内に粒界層を充分に導入する観点からは、４０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。上記周速は、例えば、１５０ｍ／ｓ以下であることが好ましく、１２０ｍ／ｓ以下であることがより好ましい。
【００３２】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法においては、剪断加工の前に、鉄系合金からなる非晶質の材料に対して熱処理が行われてもよい。熱処理の条件を変化させることにより、粒界層の厚みを変化させることができる。
なお、上記熱処理は、剪断加工の後に得られる非晶質合金粒子に対して行われてもよい。また、剪断加工を行う際の温度を変化させることによっても、粒界層の厚みを変化させることができる。
【００３３】
本発明の非晶質合金粒子の製造方法においては、熱処理の温度が高くなるほど粒界層の厚みが大きくなる。熱処理の温度は特に限定されないが、例えば、８０℃以上であることが好ましく、また、６００℃以下であることが好ましい。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の非晶質合金粒子をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。【００３５】
［合金粒子の作製］
（実施例１−１）
原料として、単ロール急冷法により作製された、ＦｅＳｉＢの組成を有する合金薄帯を準備した。この合金薄帯を、高速回転式粉砕機を用いて粉砕することにより、合金粒子を作製した。
高速回転式粉砕機としては、ハイブリダイゼーションシステム（奈良機械製作所社製、ＮＨＳ−０型）を使用した。
表１には、処理時間（ローターの回転時間）及び周速（ローターの回転速度）を示している。【００３６】
（実施例１−２〜実施例１−８）
処理時間及び周速を表１に示す値に変更したことを除いて、実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００３７】
（比較例１−１〜比較例１−４）
処理時間及び周速を表１に示す値に変更したことを除いて、実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００３８】
（比較例１−５）
高速回転式粉砕機に代えて、高速衝突式粉砕機を用いて粉砕を行い、処理時間を表１に示す値に変更したことを除いて、実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。
高速衝突式粉砕機としては、ジェットミル（ホソカワミクロン社製、ＡＳ−１００型）を使用した。【００３９】
（比較例１−６〜比較例１−８）
処理時間を表１に示す値に変更したことを除いて、比較例１−５と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００４０】
［合金粒子の結晶性］
実施例１−１〜実施例１−８及び比較例１−１〜比較例１−８で作製した合金粒子について、Ｘ線回折パターンから結晶性を確認した。その結果、全ての合金粒子が非晶質であることが確認された。【００４１】
［粒界層の有無］
実施例１−１〜実施例１−８及び比較例１−１〜比較例１−８で作製した合金粒子をシリコーン樹脂中に分散し、熱硬化させた後、断面研磨を行った。得られた合金粒子の断面のＳＥＭ観察を行うことにより、粒子内に粒界層が存在するか否かを確認した。粒界層の有無を表１に示す。【００４２】
［粒内電気抵抗率］
上記で得られた合金粒子の断面に対し、四端子法により粒内電気抵抗率を測定した。その結果を表１に示す。【００４３】
［渦電流損失］
上記で測定した粒内電気抵抗率から、渦電流損失を算出した。上記の式（１）に基づきＰｃｖを測定し、同式に基づいてＰｈｖとＰｅｖを算出した。測定条件はＢｍ＝４０ｍＴ、ｆ＝０．１〜１ＭＨｚ、測定機は岩崎通信機社製Ｂ−ＨアナライザーＳＹ８２１８を用いた。その結果を表１に示す。【００４４】
【表１】
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【００４５】
実施例１−１〜実施例１−８では、高速回転式粉砕機を用いた粉砕により、粒子内に粒界層が導入されている。その結果、粒内電気抵抗率が高くなり、渦電流損失が減少するため、高周波特性が改善する効果が得られる。【００４６】
これに対し、比較例１−１〜比較例１−８では、粒子内に粒界層が導入されていないため、高周波特性が改善する効果は得られない。比較例１−１〜比較例１−４のように、高速回転式粉砕機を用いた場合でも、処理時間が短いと、粒子内に粒界層が導入されないと考えられる。また、比較例１−５〜比較例１−８のように、高速衝突式粉砕機を用いた場合、チッピングによる粉砕は起こるが、粒子内に粒界層を導入することはできないと考えられる。【００４７】
［合金粒子の作製］
（実施例２−１）
実施例１−１と同様に、原料として、単ロール急冷法により作製された、ＦｅＳｉＢの組成を有する合金薄帯を準備した。この合金薄帯に対して、表２に示す条件で熱処理を行った後、実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００４８】
（実施例２−２〜実施例２−８）
熱処理の条件を表２に示す値に変更したことを除いて、実施例２−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００４９】
（比較例２−１）
合金薄帯に対して熱処理を行わなかったことを除いて、比較例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００５０】
［合金粒子の結晶性］
実施例２−１〜実施例２−８及び比較例２−１で作製した合金粒子について、Ｘ線回折パターンから結晶性を確認した。その結果、全ての合金粒子が非晶質であることが確認された。【００５１】
［粒界層の厚み］
実施例２−１〜実施例２−８及び比較例２−１で作製した合金粒子をシリコーン樹脂中に分散し、熱硬化させた後、断面研磨を行った。得られた合金粒子の断面のＳＥＭ観察を行い、酸素の元素マッピングを行うことにより、粒界層の厚みを測定した。その結果を表２に示す。【００５２】
［飽和磁束密度］
実施例２−１〜実施例２−８及び比較例２−１で作製した合金粒子について、振動試料型磁力計（ＶＳＭ装置）を用いて飽和磁束密度を測定した。その結果を表２に示す。【００５３】
［粒内電気抵抗率］
実施例２−１〜実施例２−８及び比較例２−１で作製した合金粒子について、実施例１−１等と同様の方法により粒内電気抵抗率を測定した。その結果を表２に示す。【００５４】
【表２】
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【００５５】
合金薄帯に対する熱処理の条件を変化させることにより、表面の酸化物層の厚みを変化させることができる。具体的には、熱処理の温度が高くなるほど、また、熱処理の時間が長くなるほど、酸化物層の厚みは大きくなる。粒界層の厚みは酸化物層の厚みに対応するため、表２に示すように、合金薄帯に対する熱処理の条件を変化させることにより、粒界層の厚みを変化させることができる。【００５６】
実施例２−１〜実施例２−８及び比較例２−１の結果から、粒界層を厚くすることによって、粒内電気抵抗率を高くすることができるが、一方で、粒界層が厚くなると飽和磁束密度が低下する。表２より、粒界層の厚みを２００ｎｍ以下とすることにより、高い粒内電気抵抗率と飽和磁束密度を得ることができる。【００５７】
［合金粒子の作製］
（実施例３−１〜実施例３−３）
原料として、単ロール急冷法により作製された、ＦｅＳｉＢの組成を有する合金薄帯を準備し、表３に示す条件で実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００５８】
（実施例３−４〜実施例３−６）
原料として、単ロール急冷法により作製された、ＦｅＳｉＢＮｂＣｕの組成を有する合金薄帯を準備し、表３に示す条件で実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００５９】
（比較例３−１〜比較例３−３）
原料として、単ロール急冷法により作製された、ＦｅＳｉの組成を有する合金薄帯を準備し、表３に示す条件で実施例１−１と同様の処理を行うことにより、合金粒子を作製した。【００６０】
（比較例３−４〜比較例３−６）
原料として、単ロール急冷法により作製された、Ｆｅの組成を有する金属薄帯を準備し、表３に示す条件で実施例１−１と同様の処理を行うことにより、金属粒子を作製した。【００６１】
［合金粒子の結晶性］
実施例３−１〜実施例３−６及び比較例３−１〜比較例３−３で作製した合金粒子、並びに、比較例３−４〜比較例３−６で作製した金属粒子について、Ｘ線回折パターンから結晶性を確認した。その結果、実施例３−１〜実施例３−６で作製した合金粒子が非晶質であり、比較例３−１〜比較例３−３で作製した合金粒子、及び、比較例３−４〜比較例３−６で作製した金属粒子が結晶質であることが確認された。【００６２】
［粒界層の有無］
実施例３−１〜実施例３−６及び比較例３−１〜比較例３−３で作製した合金粒子、並びに、比較例３−４〜比較例３−６で作製した金属粒子について、実施例１−１等と同様の方法により粒子内に粒界層が存在するか否かを確認した。粒界層の有無を表３に示す。【００６３】
［粒内電気抵抗率］
実施例３−１〜実施例３−６及び比較例３−１〜比較例３−３で作製した合金粒子、並びに、比較例３−４〜比較例３−６で作製した金属粒子について、実施例１−１等と同様の方法により粒内電気抵抗率を測定した。その結果を表３に示す。【００６４】
［渦電流損失］
上記で測定した粒内電気抵抗率から、渦電流損失を算出した。上記の式（１）に基づきＰｃｖを測定し、同式に基づいてＰｈｖとＰｅｖを算出した。測定条件はＢｍ＝４０ｍＴ、ｆ＝０．１〜１ＭＨｚ、測定機は岩崎通信機社製Ｂ−ＨアナライザーＳＹ８２１８を用いた。その結果を表３に示す。【００６５】
【表３】
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【００６６】
表３より、鉄系合金がＦｅ、Ｓｉ及びＢを含むことにより、非晶質の合金粒子とすることができる。また、実施例３−１〜実施例３−６の結果から、Ｆｅ、Ｓｉ及びＢを含む鉄系合金では、組成が異なっていても同様の効果が発揮されると考えられる。【００６７】
一方、比較例３−１〜比較例３−６の結果から、合金粒子又は金属粒子が結晶質であると、粒内電気抵抗率が高くならず、渦電流損失が増加することが分かる。
【符号の説明】
【００６８】
１    非晶質合金粒子
１０  粒界層
１１  一次粒子
【図１】
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【国際調査報告】
2019124224.tif 000007
2019124224.tif 000008