(57)【要約】【課題】母相からなるセルの大きさを小さくすると共に高い電気抵抗率を有する物質によって構成されるセル境界相によって個々のセルを電気的に絶縁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鉄基軟磁性材料の製造方法を提供する。【解決手段】鉄からなる第１元素と、銅からなる第２元素と、少なくとも硫黄を含むカルコゲンからなる第３元素と、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合に２ａｔ％以下のチタン及び２ａｔ％以下の窒素と、を含有する鉄基軟磁性材料の製造方法において、当該鉄基軟磁性材料の溶湯の冷却過程において、所定の中間温度までは徐冷し、それ以降は急冷する。これにより、鉄を主成分とする母相からなる微細なセルと金属の硫化物等を主成分とするセル境界相とを備える良好なセルウォール構造を達成する。上記に加えてアルミニウムを更に配合してもよい。【選択図】図１
2019161025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄（Ｆｅ）からなる第１元素と、銅（Ｃｕ）からなる第２元素と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）からなる第３元素と、を含有し、且つ、鉄（Ｆｅ）を主成分とする母相からなるセルと、少なくとも前記第２元素を含む金属と前記第３元素とからなるカルコゲン化物を主成分として含み前記セルの境界に存在するセル境界相と、を含む構造を有する鉄基軟磁性材料であって、
前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合、２ａｔ％以下のチタン（Ｔｉ）及び２ａｔ％以下の窒素（Ｎ）を更に含む、
鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記第１元素と、前記第２元素と、前記第３元素、前記第３元素と前記第１元素とを含む化合物、前記第３元素と前記第２元素とを含む化合物及び前記第３元素と前記第２元素と前記第１元素とを含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質であるカルコゲン源と、チタン（Ｔｉ）及びチタン（Ｔｉ）を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質であるチタン源と、を原材料として秤量する、第１工程と、
前記第１工程において秤量された前記原材料を窒素（Ｎ２）と接触させつつ所定の温度である第１温度に加熱して熔解させることにより溶湯とする、第２工程と、
前記第２工程において得られた前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させつつ前記第１温度から１４００℃よりも高く且つ１４８０℃よりも低い所定の温度である第２温度までの温度域である第１ゾーンにおいて所定の降温速度である第１速度にて冷却する、第３工程と、
前記第３工程において前記第２温度まで冷却された前記溶湯を前記第２温度から前記第２温度よりも低い所定の温度である第３温度までの温度域である第２ゾーンにおいて前記第１速度よりも速い所定の降温速度である第２速度にて冷却す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。
【請求項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、
前記第２温度は１４２０℃以上であり且つ１４７０℃以下である所定の温度である、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記第１速度は０．１℃／秒以上であり且つ１０℃／秒以下である、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記第３温度は１１００℃であり、
前記第２速度は５０℃／秒以上であり且つ６００℃／秒以下である、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項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、前記窒素含有雰囲気中に前記溶湯を保持することにより前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させる、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記窒素含有雰囲気は、窒素の圧力が１ｋＰａ以上であり且つ大気圧未満である窒素雰囲気又は窒素の分圧が１ｋＰａ以上であり且つ大気圧未満である窒素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気である、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項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、窒素を含むガスを前記溶湯中に吹き込むことにより前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させる、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項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、前記溶湯を撹拌及び／又は振動に付す、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記母相内に窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物が分散している、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記第１工程において、アルミニウム（Ａｌ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質であるアルミニウム源を原材料として更に秤量する、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記母相内に窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物が分散しており、
前記窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物がアルミニウム（Ａｌ）の酸化物を含む、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記第１工程において、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素とのそれぞれの含有率の組み合わせが、前記第１元素、前記第２元素及び前記第３元素の原子濃度の三元組成図において、第１元素９１．９ａｔ％−第２元素７．１ａｔ％−第３元素１．０ａｔ％を表すＡ点、第１元素８７．０ａｔ％−第２元素１２．０ａｔ％−第３元素１．０ａｔ％を表すＢ点、第１元素７５．０ａｔ％−第２元素２０．０ａｔ％−第３元素５．０ａｔ％を表すＣ点、及び第１元素７５．０ａｔ％−第２元素１３．１ａｔ％−第３元素１１．９ａｔ％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ように、前記第１元素と、前記第２元素と、前記カルコゲン源と、前記チタン源と、を前記原材料として秤量する、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の鉄基軟磁性材料の製造方法であって、
前記第１元素は、鉄（Ｆｅ）の一部が、ニッケル（Ｎｉ）及び／又はコバルト（Ｃｏ）によって置き換えられている、
鉄基軟磁性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄基軟磁性材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（母相）を電気的に絶縁するためには、高い電気抵抗率を有する物質によってセル境界相（粒界相）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。
【０００３】
そこで、当該技術分野においては、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且つ銅を含む硫化物等を主成分とするセル境界相と、を備えたセルウォール構造を有する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、１４００℃以下且つ１０００℃以上の温度である急冷開始温度から１０℃／秒以上の冷却速度にて溶湯を急冷することにより、セル境界相におけるＦｅＳの生成を抑制し、Ｃｕ２Ｓ及びＣｕ５ＦｅＳ４等の高い電気抵抗率を有する硫化物を膜状に生成させて渦電流損失を良好に低減することができる。
【０００４】
しかしながら、急冷開始温度よりも高い温度域における冷却速度が過度に速い場合、鉄の柱状晶（デンドライト）が生成し成長する。その後、急冷開始温度以下の温度域において上記のように急冷しても柱状晶の結晶形態が維持される。また、鉄の初晶のための凝固核となるものが溶湯に添加されない場合、溶湯の冷却過程において過冷却が起こり、その後、過冷却状態が解消されると鉄の柱状晶が急速に生成し成長する。合金の構成成分の大部分又は全てが凝固し得る低い温度にまで過冷却状態が維持された後に凝固が開始する場合、セル（鉄相）及びセル境界相（硫化物相）等が同時且つ急速に凝固するため、連続的な硫化物の膜がセルの境界に晶出することができず、セルウォール構造が形成されない。一方、急冷開始温度よりも高い温度域における冷却速度が過度に遅い場合、成長した鉄の結晶同士が接合してセルが大きくなってしまう。これらの何れの場合においても、結果として交流磁場における渦電流損失が大きいという問題を生ずる。
【０００５】
また、鉄を主成分とする母相、並びにバナジウム及びクロムのうちの少なくともいずれか一方と鉄と硫黄とを含む粒界相を備え、母相が、その粒界に沿って、粒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において、粒界相が液相であり且つ母相が固相である温度に保持して急冷することにより、セルウォール構造を形成することが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
更に、金属軟磁性材の構成元素から選ばれる少なくとも一種と、Ｂ、Ｐ、及びＳのうち少なくとも一種と、から形成された高抵抗物質によって鉄の結晶粒からなるセルの境界を覆うことにより、高周波帯域において優れた直流重畳特性と低いコア損失特性とを有する鉄系の鋳造複合軟磁性材料を実現することが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。この従来技術においては、組織制御のために溶解鋳造後の当該複合軟磁性材料を急冷した場合に高抵抗物質の分解温度より低い温度における更なる熱処理を施すことにより、急冷処理によって低下した鉄の結晶性を高めたり、高抵抗物質からなるセル境界相の連続性を改善したりすることが開示されている。
【０００７】
これらの従来技術によれば、高い電気抵抗率を有するセル境界相（粒界相）が分解されず液相の状態にあり且つセルを構成する母相が固相である温度に保持することによりセル境界相に生じた亀裂等の欠陥が修復されてセル境界相の連続性が高まることが期待される。しかしながら、鉄基軟磁性材料の組成（例えば、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓの三元系等）及びセル境界相を液相の状態に保つ温度によっては、セル境界相を構成する高抵抗物質の母相に対する濡れ性が不十分であるために例えば球状に凝集し、セルウォール構造を形成することが困難となる場合がある。
【０００８】
加えて、Ｆｅ−Ｓｉ又はＦｅ−Ｃｏからなる金属強磁性体相がＦｅＳからなる半導体相により分け隔てられたセルウォール構造を有する磁心材料において、９００℃以上の温度域においては１０℃／秒以下の冷却速度にて溶湯を徐冷して凝固させることによりセル境界相の連続性を高めることが提案されている（例えば、特許文献４を参照）。
【０００９】
しかしながら、９００℃付近の温度まで１０℃／秒以下の冷却速度にて溶湯を徐冷すると、鉄の結晶の成長する方向における液相中の鉄が結晶の成長に伴って消費されても、周囲の液相からの拡散による鉄の補充が間に合うため、鉄の結晶の成長する方向における液相中の鉄の濃度が十分に低下しない。即ち、鉄の結晶の成長方向における鉄の欠乏（鉄濃度の低下）が不十分となる。その結果、成長した鉄の結晶同士が接合してセルが大きくなったり、鉄の結晶によって構成されたネットワークが鋳塊内に形成されたりして、交流磁場における渦電流損失が大きくなるという問題を生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１６−０２７６２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−０４９６３９号公報
【特許文献３】特開２００４−３２７７６２号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したように、金属の硫化物を主成分とするセル境界相を備えるセルウォール構造を有する鉄基軟磁性材料において、鉄を主成分とする１つ又は複数の結晶粒によって構成されるセル（母相）の大きさを小さくすると共に高い電気抵抗率を有する物質によって構成されるセル境界相によって個々のセルを電気的に絶縁することにより渦電流損失を確実に低減することができる技術は未だ確立されていない。
【００１２】
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、母相からなるセルの大きさを小さくすると共に高い電気抵抗率を有する物質によって構成されるセル境界相によって個々のセルを電気的に絶縁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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、鉄（Ｆｅ）を主成分とする母相からなるセルと金属の硫化物等を主成分とするセル境界相とを備えるセルウォール構造を有する鉄基軟磁性材料の原料として所定量のチタン（Ｔｉ）及び窒素（Ｎ）を更に配合すると共に、当該鉄基軟磁性材料の溶湯の冷却過程において、所定の中間温度までは徐冷し、それ以降は急冷することにより、個々のセルの大きさを小さくすると共にセル境界相連続性を高めて、渦電流損失を低減することができることを見出した。
【００１４】
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。）によって製造される鉄基軟磁性材料（以下、「本発明材料」と称される場合がある。）は、以下に列挙する第１元素乃至第３元素を含有する。
第１元素：鉄（Ｆｅ）。
第２元素：銅（Ｃｕ）。
第３元素：少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）。
【００１５】
更に、本発明材料は、セルとセル境界相とを含む構造である「セルウォール構造」を有する。セルは、鉄（Ｆｅ）を主成分とする母相からなる。セル境界相は、少なくとも前記第２元素を含む金属と前記第３元素とからなるカルコゲン化物を主成分として含み、前記セルの境界に存在する。加えて、本発明材料は、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合、２ａｔ％以下のチタン（Ｔｉ）及び２ａｔ％以下の窒素（Ｎ）を更に含む。
【００１６】
そして、本発明方法は、以下に列挙する第１工程乃至第４工程を含む。
【００１７】
第１工程：前記第１元素と、前記第２元素と、カルコゲン源と、チタン源と、を原材料として秤量する。カルコゲン源は、前記第３元素、前記第３元素と前記第１元素とを含む化合物、前記第３元素と前記第２元素とを含む化合物及び前記第３元素と前記第２元素と前記第１元素とを含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質である。チタン源は、チタン（Ｔｉ）及びチタン（Ｔｉ）を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質である。より具体的には、第１元素、第２元素、第３元素及びチタン（Ｔｉ）のそれぞれの配合率が所望の組み合わせとなるように、これらの原材料を秤量する。
第２工程：前記第１工程において秤量された前記原材料を窒素（Ｎ２）と接触させつつ所定の温度である第１温度に加熱して熔解させることにより溶湯とする。
【００１８】
第３工程：前記第２工程において得られた前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させつつ前記第１温度から第２温度までの温度域である第１ゾーンにおいて所定の降温速度である第１速度にて冷却する。第２温度は、１４００℃よりも高く且つ１４８０℃よりも低い所定の温度である。
第４工程：前記第３工程において前記第２温度まで冷却された前記溶湯を前記第２温度から第３温度までの温度域である第２ゾーンにおいて第２速度にて冷却することにより前記鉄基軟磁性材料を得る。第３温度は、前記第２温度よりも低い所定の温度である。第２速度は、前記第１速度よりも速い所定の降温速度である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、母相からなるセルの大きさを小さくすると共に高い電気抵抗率を有する物質によって構成されるセル境界相によって個々のセルを電気的に絶縁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鉄基軟磁性材料の製造方法を提供することができる。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（第１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。
【図２】第１方法の第２工程乃至第４工程における溶湯の温度変化を示す模式的なタイムチャートである。
【図３】第１方法の第２工程乃至第４工程の実行に伴ってセルウォール構造が生ずる様子を示す模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（第３方法）における第１元素（Ｆｅ）、第２元素（Ｃｕ）及び第３元素（Ｃｈ）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。
【図５】本発明の実施例１に係る鉄基軟磁性材料（サンプルＥ１）の研磨断面の顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施例２に係る鉄基軟磁性材料（サンプルＥ２）の研磨断面の顕微鏡写真である。
【図７】比較例１に係る鉄基軟磁性材料（サンプルＣ１）の研磨断面の顕微鏡写真である。
【図８】比較例２に係る鉄基軟磁性材料（サンプルＣ２）の研磨断面の顕微鏡写真である。
【図９】比較例３に係る鉄基軟磁性材料（サンプルＣ３）の研磨断面の顕微鏡写真である。
【図１０】比較例４に係る鉄基軟磁性材料（サンプルＣ４）の研磨断面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（以下、「第１方法」と称される場合がある。）について説明する。
【００２３】
〈構成〉
第１方法によって製造される鉄基軟磁性材料（以下、「第１材料」と称される場合がある。）は、以下に列挙する第１元素乃至第３元素を含有する。
第１元素：鉄（Ｆｅ）。
第２元素：銅（Ｃｕ）。
第３元素：少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）。
【００２４】
第１元素は、必ずしも純鉄に限定されず、鉄（Ｆｅ）以外の一種以上の元素を更に含有していてもよい。このような鉄（Ｆｅ）以外の元素の具体例としては、例えば、珪素（Ｓｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）及びニッケル（Ｎｉ）を挙げることができる。
【００２５】
第２元素は、第３元素と化合してカルコゲン化物を生成し、渦電流損失を低減するのに十分に高い体積固有抵抗（電気抵抗率）を有するセル境界相を形成することができる金属元素である。具体的には、第１材料が含有する第２元素は銅（Ｃｕ）である。
【００２６】
第３元素は、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）である。換言すれば、第１材料は、少なくとも硫黄（Ｓ）を第３元素として含み、酸素（Ｏ）、セレン（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）からなる群より選ばれる一種以上の元素を第３元素として更に含んでいてもよい。
【００２７】
更に、第１材料は、セルとセル境界相とを含む構造である「セルウォール構造」を有する。セルは、鉄（Ｆｅ）を主成分とする母相からなる。セル境界相は、少なくとも前記第２元素を含む金属と少なくとも前記第３元素とからなるカルコゲン化物を主成分として含み、前記セルの境界に存在する。
【００２８】
母相の主成分である「鉄」は必ずしも純鉄に限定されず、例えば、純鉄、鉄−珪素合金、鉄−コバルト合金、鉄−アルミニウム合金、鉄−珪素−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一種を母相の主成分とすることができる。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ぼさない限りにおいて、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。
【００２９】
セル境界相の主成分である「少なくとも第２元素を含む金属と少なくとも第３元素とからなるカルコゲン化物」は、例えば第２元素のカルコゲン化物及び第１元素及び第２元素の複合カルコゲン化物等、並びにこれらから第１元素及び／又は第２元素が欠損した分子式によって表されるカルコゲン化物からなる群より選択される少なくとも一種の物質である。このようなカルコゲン化物は高い電気抵抗率を有するので、渦電流損失の低減に有効である。
【００３０】
加えて、第１材料は、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合、２ａｔ％以下のチタン（Ｔｉ）及び２ａｔ％以下の窒素（Ｎ）を更に含む。好ましくは、第１材料におけるチタン（Ｔｉ）の含有率は、第１元素と第２元素と第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合、０．５ａｔ％以上であり且つ１．２ａｔ％以下である。
【００３１】
そして、第１方法は、図１のフローチャートに示すように、以下に列挙する第１工程乃至第４工程を含む。
【００３２】
第１工程（ステップＳ１）：前記第１元素と、前記第２元素と、カルコゲン源と、チタン源と、を原材料として秤量する。カルコゲン源とは、前記第３元素、前記第３元素と前記第１元素とを含む化合物、前記第３元素と前記第２元素とを含む化合物及び前記第３元素と前記第２元素と前記第１元素とを含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質である。チタン源とは、チタン（Ｔｉ）及びチタン（Ｔｉ）を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質である。より具体的には、第１元素、第２元素、第３元素及びチタン（Ｔｉ）のそれぞれの配合率が所望の組み合わせとなるように、これらの原材料を秤量する。
【００３３】
後述する第２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）の蒸発を低減する観点からは、例えば、カルコゲン（Ｃｈ）そのもの（単体）ではなく、第１元素のカルコゲン化物、第２元素のカルコゲン化物、及び／又は第１元素及び第２元素の複合カルコゲン化物等をカルコゲン源として使用してもよい。この場合、当然のことながら、カルコゲン化物を構成する第１元素及び／又は第２元素もまた第１材料の主成分となる第１元素及び／又は第２元素として扱われる（配合率に算入される）。
【００３４】
例えば、第３元素として硫黄（Ｓ）が採用される場合、カルコゲン源の具体例としては、例えば、硫黄（Ｓ）、硫化鉄（ＦｅＳ）、硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）、斑銅鉱（Ｃｕ５ＦｅＳ４）及び黄銅鉱（ＣｕＦｅＳ２）等を挙げることができる。チタン源の具体例としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、鉄チタン（ＦｅＴｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）等を挙げることができる。
【００３５】
第２工程（ステップＳ２）：前記第１工程において秤量された前記原材料を、例えばアルミナ製の坩堝等の容器に入れて、窒素（Ｎ２）と接触させつつ所定の温度である第１温度に加熱して熔解させることにより溶湯とする。
【００３６】
この第２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Ｓ１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。
【００３７】
第１温度は、第１工程において秤量された全ての原材料を熔解させることができる温度である。具体的には、第１温度は、第１材料を構成する全ての原材料の配合率（組成）に対応する凝固点以上の温度として適宜定めることができる。より具体的には、第１温度は、例えば１５９０℃とすることができる。
【００３８】
第３工程（ステップＳ３）：前記第２工程において得られた前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させつつ前記第１温度から第２温度までの温度域である第１ゾーンにおいて所定の降温速度である第１速度にて冷却する。第２温度は、１４００℃よりも高く且つ１４８０℃よりも低い所定の温度である。
【００３９】
この第３工程は、第１材料を構成する全ての原材料が第１温度に加熱され熔解されて溶湯となった後（即ち、ステップＳ１及びステップＳ２の実行が完了した後）に実行される。溶湯を冷却するための具体的な手法は特に限定されないが、例えば上述した赤外線ヒータ等の熱源への供給電力の低減及び／又は例えば窒素（Ｎ２）等の雰囲気ガスの流量の増大等により、所定の降温速度（第１速度）にて溶湯を冷却することができる。
【００４０】
第１速度は、第１材料の組成において、十分な量の窒化チタン（ＴｉＮ）が溶湯中に晶出し且つ粒子状の鉄（Ｆｅ）の等軸晶が晶出し成長するように定められる。好ましくは、第１速度は０．１℃／秒以上であり且つ１０℃／秒以下である。これにより、溶湯中に晶出した窒化チタン（ＴｉＮ）を核とする鉄（Ｆｅ）の等軸晶の晶出及び成長が促進される。
【００４１】
更に、第２温度が１４００℃以下であると、成長した鉄（Ｆｅ）の結晶粒同士が接合してセルが過度に大きくなったり、高抵抗物質としての硫化物相からなるセル境界相のセル（母相）に対する濡れ性が不十分であるために硫化物相が例えば球状に凝集してセルウォール構造を形成することが困難となったりする虞がある。これらの何れの場合においても、結果として交流磁場における渦電流損失が大きいという問題を生ずる。一方、第２温度が１４８０℃以上であると、後述する第４工程における急冷に伴って鉄（Ｆｅ）相が樹枝状の柱状晶として成長するため、セルにおける柱状晶の占める割合が高まり、結果として交流磁場における渦電流損失が大きいという問題を生ずる。即ち、第２温度は、セルを構成する鉄（Ｆｅ）の結晶粒同士の接合を低減し、セル境界相のセル（母相）に対する十分な濡れ性を確保し、鉄（Ｆｅ）の柱状晶の成長を低減することができる温度域に含まれる所定の温度として定義される。好ましくは、第２温度は１４２０℃以上であり且つ１４７０℃以下である所定の温度である。
【００４２】
尚、第２工程において原材料を窒素（Ｎ２）と接触させるための具体的な方法及び第３工程において溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させるための具体的な方法は特に限定されない。例えば、前記第２工程において、窒素（Ｎ２）を含む雰囲気である窒素含有雰囲気中に前記原材料を保持することにより前記原材料を窒素（Ｎ２）と接触させてもよい。また、前記第３工程において、前記窒素含有雰囲気中に前記溶湯を保持することにより前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させてもよい。この場合、前記窒素含有雰囲気は、窒素（Ｎ２）の圧力が５ｋＰａ以上であり且つ大気圧以下である窒素雰囲気とすることができる。或いは、前記窒素含有雰囲気は、分圧が５ｋＰａ以上であり且つ大気圧以下である窒素（Ｎ２）と不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）等）との混合ガス雰囲気とすることができる。また、第２工程及び第３工程のみならず、第４工程もまた、窒素含有雰囲気において実行してもよい。
【００４３】
或いは、前記第３工程において、上記のように窒素含有雰囲気中に溶湯を保持することに代えて、又は、窒素含有雰囲気中に溶湯を保持することに加えて、窒素を含むガスを前記溶湯中に吹き込むことにより前記溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させてもよい。
【００４４】
尚、上記のように第３工程において溶湯を窒素（Ｎ２）と接触させることにより、例えば、チタン源として採用された窒化チタン（ＴｉＮ）の分解により溶湯中に生成した窒素（Ｎ）が溶湯から雰囲気中へと放出されることを抑制することができる。また、窒素含有雰囲気等から溶湯へと窒素（Ｎ）が供給され続けるので溶湯中の窒素濃度は溶湯の温度Ｔにおける飽和窒素濃度［Ｎ］に等しい。従って、以下に示す反応速度式からも明らかであるように、窒化チタン（ＴｉＮ）の生成に伴う溶湯中のチタン濃度［Ｔｉ］の減少及び窒化チタン濃度［ＴｉＮ］の増大により当該反応速度式の右辺が左辺（Ｋ（Ｔ））よりも小さい値となるまで窒化チタン（ＴｉＮ）の晶出が継続する。
【００４５】
【数１】
2019161025.tif 000003
【００４６】
ところで、第３工程において冷却される溶湯においては、溶湯の他の部分に比べて表面の温度が低いという温度斑が生じがちである。その結果、溶湯の表面近傍における窒素（Ｎ）の溶解度が低下して、溶湯の表面から気体としての窒素（Ｎ２）が雰囲気中へと排出される場合がある。このような温度斑は、第３工程における降温速度が速くなるほど大きくなる。従って、溶湯の表面からの窒素（Ｎ２）の排出を低減して窒化チタン（ＴｉＮ）の晶出を促進する観点からは、第３工程における降温速度を遅くすることが望ましい。また、第３工程において冷却される溶湯の温度と雰囲気温度との差を小さくするように温度管理を実行することも有用である。
【００４７】
尚、上記のように十分な量の窒化チタン（ＴｉＮ）を溶湯中に晶出させる観点からは、前記第３工程において、前記溶湯を撹拌及び／又は振動に付すことが好ましい。これにより、第２工程において得られた溶湯と窒素（Ｎ２）との接触が促進され、母相における微細な等軸晶の成長の核となる窒化チタン（ＴｉＮ）の生成が更に促進される。また、生成した窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物の溶湯内における分散が促進され、母相における微細な等軸晶の均一な成長に繋がる。好ましくは、結果として得られる鉄基軟磁性材料において、窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物が母相内に分散している。
【００４８】
第４工程（ステップＳ４）：前記第３工程において前記第２温度まで冷却された前記溶湯を前記第２温度から第３温度までの温度域である第２ゾーンにおいて第２速度にて冷却することにより前記鉄基軟磁性材料を得る。第３温度は、前記第２温度よりも低い所定の温度である。第２速度は、前記第１速度よりも速い所定の降温速度である。
【００４９】
この第４工程は第１材料を構成する全ての原材料が第１温度に加熱され熔解されて溶湯となり更に窒素（Ｎ２）と接触しつつ第２温度まで冷却された後（即ち、ステップＳ１乃至ステップＳ３の実行が完了した後）に実行される。上記のように溶湯を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、例えば上述した赤外線ヒータ等の熱源への供給電力の低減及び／又は例えば窒素（Ｎ２）等の雰囲気ガスの流量の増大等により、所定の降温速度（第２速度）にて溶湯を冷却することができる。また、窒素（Ｎ２）等の雰囲気ガスに代えて或いは窒素（Ｎ２）等の雰囲気ガスに加えて、例えばヘリウムガス（Ｈｅ）等、高い冷却効率を呈する不活性ガスを雰囲気ガスとして採用してもよい。
【００５０】
第２速度は、第１材料の組成において、鉄の結晶の成長方向における鉄の欠乏（鉄濃度の低下）が不十分となり成長した鉄の結晶同士が接合してセルが大きくなったり鉄の結晶によって構成されたネットワークが鋳塊内に形成されたりしないように定められる。換言すれば、鉄の結晶の成長する方向における液相中の鉄の消費に対して周囲の液相からの拡散による鉄の補充が間に合わない程度に第２速度を速めて（急冷して）、鉄の結晶の成長する方向における液相中の鉄の濃度を十分に低下させる（鉄の欠乏を生じさせる）必要がある。また、このように急冷することにより、セル（鉄を主成分とする母相）に対するセル境界相となる硫化物相（液相）の界面エネルギーに起因するセル境界相の連続性の低下によりセル同士が互いに接触してセルが大きくなる可能性を低減することもできる。このようにして、微細化されたセルがセル境界相によって分離・絶縁された構造（セルウォール構造）を良好に形成させることができる。好ましくは、第２速度は５０℃／秒以上であり且つ６００℃／秒以下である。
【００５１】
また、第３温度は、第３温度へと冷却することにより、セル境界相となる硫化物相が液相から固相へと十分に変態してセルウォール構造が確立されるように定められる。典型的には、第３温度は１１００℃である。第３温度未満の温度（例えば、室温等）へと鉄基軟磁性材料を冷却するときの降温温度等については特に限定されない。
【００５２】
尚、上述した各工程における所定の降温速度である第１速度及び第２速度は、それぞれの降温過程において必ずしも一定である必要は無く、例えば、それぞれの降温過程の途中において、温度が一定に保たれる期間（保温期間）及び／又は降温速度が変化する期間（変速期間）等が設けられていてもよい。更に、上述した各工程の間及び／又は途中に保温期間が設けられていてもよい。
【００５３】
〈セルの微細化メカニズム〉
ここで、鉄を主成分とする母相からなる個々のセルの大きさが第１方法によって小さくなる（微細化する）メカニズムについて詳しく説明する。図２は、第１方法の第２工程乃至第４工程における溶湯の温度変化を示す模式的なタイムチャートである。また、図３は、第１方法の第２工程乃至第４工程の実行に伴ってセルウォール構造が生ずる様子を示す模式図である。
【００５４】
上述したように、第２工程においては、第１工程において秤量された第１元素と第２元素とカルコゲン源とチタン源とからなる原材料を、窒素（Ｎ２）と接触させつつ、第１温度に加熱して熔解させることにより溶湯とする。図２に示す例においては、第１温度は１５９０℃であり、５ｋＰａ以上であり且つ大気圧以下である圧力の窒素（Ｎ２）を含む窒素含有雰囲気中において第２工程が実行される。また、第１工程において溶湯の温度が第１温度（１５９０℃）に到達してから１０分間に亘って溶湯の温度を一定に保つ保温期間が設けられている。これにより、図３の（ａ）に示すように、第１材料を構成する全ての原材料が確実に熔解されて溶湯（液相）となる。また、窒素含有雰囲気中において第２工程が実行されるので、溶湯中に窒素（Ｎ）が溶け込む。
【００５５】
次に、第３工程においては、第２工程において得られた溶湯を、窒素（Ｎ２）と接触させつつ、第１温度から第２温度までの温度域（第１ゾーン）において第１速度にて冷却（徐冷）する。図２に示す例においては、第２温度は１４２０℃以上であり且つ１４７０℃以下である所定の温度である。また、第１速度は０．１℃／秒以上であり且つ１０℃／秒以下である所定の降温速度に固定されている。更に、第３工程もまた、上述した第２工程と同様の窒素含有雰囲気中において実行される。これにより、図３の（ｂ）に示すように十分な量の窒化チタン（ＴｉＮ）が溶湯中に晶出し、図３の（ｃ）に示すように粒子状の鉄（Ｆｅ）の等軸晶が窒化チタン（ＴｉＮ）を核として晶出し、成長を始める。
【００５６】
やがて溶湯の温度が第２温度に到達した時点においては、図３の（ｄ）において矢印によって示すように、粒子状の鉄（Ｆｅ）の等軸晶が液相中の鉄（Ｆｅ）を消費しながら成長し続けている。従って、このまま溶湯を徐冷し続けると、前述したように、鉄の結晶の成長する方向における鉄の欠乏が不十分となり、成長した鉄の結晶同士が接合してセルが大きくなったり鉄の結晶によって構成されたネットワークが鋳塊内に形成されたりする。その結果、交流磁場における渦電流損失が大きくなるという問題を生ずる。
【００５７】
そこで、次の第４工程においては、第３工程において第２温度まで冷却された溶湯を第２温度から第３温度までの温度域（第２ゾーン）において第２速度にて冷却（急冷）することにより鉄基軟磁性材料を得る。第３温度は第２温度よりも低い所定の温度である。また、第２速度は第１速度よりも速い所定の降温速度である。図２に示す例においては、第３温度は１１００℃である。また、第２速度は５０℃／秒以上であり且つ６００℃／秒以下である所定の降温速度に固定されている。これにより、鉄の結晶の成長する方向における鉄の欠乏が生じ、図３の（ｅ）に示すように、成長した鉄の結晶同士の接合が低減される。
【００５８】
また、第４工程の開始時における溶湯の温度は第２温度である。第２温度は、前述したように、セルを構成する鉄（Ｆｅ）の結晶粒同士の接合を低減し、セル境界相のセル（母相）に対する十分な濡れ性を確保し、鉄（Ｆｅ）の柱状晶の成長を低減することができる温度域に含まれる所定の温度として定義される。第４工程においては、このような第２温度から溶湯が急冷される。従って、図３の（ｆ）に示すように、主として等軸晶からなる鉄（Ｆｅ）の結晶粒によって構成されるセル（母相）が高抵抗物質である硫化物相からなるセル境界相によって覆われた良好なセルウォール構造が達成される。第４工程においては上記のように溶湯が急冷されるので、図３の（ｇ）に示すように、良好なセルウォール構造が維持されたままセル境界相が液相から固相へと凝固する。即ち、良好なセルウォール構造が固定化される。
【００５９】
尚、図２に示す例においては、第４工程もまた、上述した第２工程及び第３工程と同様に、窒素含有雰囲気中において実行される。しかしながら、第４工程は必ずしも窒素含有雰囲気中において実行される必要は無く、例えばアルゴン（Ａｒ）及びヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガス雰囲気中において第４工程を実行してもよい。
【００６０】
以上のようにして、第１方法によれば、鉄基軟磁性材料において、セルの微細化及びセル境界相の連続性の向上を達成することにより良好なセルウォール構造を形成させて、渦電流損失を十分に低減することができる。
【００６１】
〈効果〉
以上説明してきたように、第１方法によれば、鉄からなる第１元素と、銅からなる第２元素と、少なくとも硫黄を含むカルコゲンからなる第３元素と、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合に２ａｔ％以下のチタン及び２ａｔ％以下の窒素と、を含有する鉄基軟磁性材料において、母相からなるセルの大きさを小さくすると共に高い電気抵抗率を有する物質によって構成されるセル境界相によって個々のセルを電気的に絶縁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。
【００６２】
《第２実施形態》
以下、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。
【００６３】
〈構成〉
第２方法においては、前記第１工程において、上述した第１元素、第２元素、カルコゲン源及びチタン源に加えて、アルミニウム源を原材料として更に秤量する。アルミニウム源は、アルミニウム（Ａｌ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質である。この点を除き、第２方法は、上述した第１方法と同様である。
【００６４】
尚、第２方法によって製造される鉄基軟磁性材料の原材料にアルミニウム（Ａｌ）を添加するための具体的な手法は、上記のように必要な量のアルミニウム（Ａｌ）を含むアルミニウム源を秤量して添加する手法に限定されない。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム（Ａｌ）を含む材料によって形成された坩堝等の容器の中でアルミニウム源以外の原材料を熔解させることにより、当該容器を形成する材料から溶湯へとアルミニウム（Ａｌ）を供給してもよい。或いは、撹拌棒等によって当該容器の内壁を摩擦することにより、当該容器を形成する材料の粉末（摩耗粉）を溶湯中に混入させてもよい。
【００６５】
〈効果〉
上記のように鉄基軟磁性材料の原材料がアルミニウム（Ａｌ）を含む場合、第３工程における溶湯の冷却時に、窒化チタン（ＴｉＮ）の析出に先立ってアルミニウム（Ａｌ）の酸化物が析出する。そして、これらのアルミニウム（Ａｌ）の酸化物の析出物を核として、多数の微細な窒化チタン（ＴｉＮ）が析出する。その結果、溶湯における母相の凝固時に、窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物を核として、より確実に母相の微細な等軸晶が成長し、当該母相からなる個々のセルの大きさが小さくなる。これにより、当該鉄基軟磁性材料における渦電流損失をより確実に低減することができる。
【００６６】
尚、上記アルミニウム（Ａｌ）の酸化物を構成する酸素（Ｏ）は、当該鉄基軟磁性材料の原材料に敢えて添加する必要は無い。例えば、上述した第３元素としてのカルコゲン（Ｃｈ）に酸素（Ｏ）が含まれる場合は、当該酸素（Ｏ）の一部によってアルミニウム（Ａｌ）の酸化物を生成することができる。当該カルコゲン（Ｃｈ）に酸素（Ｏ）が含まれない場合であっても、例えば、母相の主成分である鉄（Ｆｅ）を始めとする他の原材料が不純物として微量（例えば、数百質量ｐｐｍ未満）の酸素（Ｏ）を含有している場合は、当該酸素（Ｏ）の少なくとも一部によってアルミニウム（Ａｌ）の酸化物を生成することができる。或いは、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム（Ａｌ）の酸化物をアルミニウム源として当該鉄基軟磁性材料の原材料に添加する場合は、当該酸化物を構成する酸素（Ｏ）によってアルミニウム（Ａｌ）の酸化物を生成することができる。
【００６７】
好ましくは、第２方法によって製造される鉄基軟磁性材料において、前記母相内に窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物が分散しており、前記窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物がアルミニウム（Ａｌ）の酸化物を含む。
【００６８】
尚、第２方法においても、第１方法に関して前述したように、第３工程において溶湯を撹拌（誘導加熱による撹拌を含む）及び／又は振動に付すことが好ましい。これにより、窒化チタン（ＴｉＮ）の析出に先立って析出したアルミニウム（Ａｌ）の酸化物の溶湯内における分散が促進され、母相における微細な等軸晶の成長の核となる窒化チタン（ＴｉＮ）の均一な析出に繋がる。また、前述したように、第２工程において得られた溶湯と窒素（Ｎ２）との接触が促進され、窒化チタン（ＴｉＮ）の生成が更に促進される。更に、生成した窒化チタン（ＴｉＮ）の析出物の溶湯内における分散が促進され、母相における微細な等軸晶の均一な成長に繋がる。
【００６９】
《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材料の製造方法（以下、「第３方法」と称される場合がある。）について説明する。
【００７０】
〈構成〉
上述したように、第１材料は、鉄（Ｆｅ）からなる第１元素と、銅（Ｃｕ）からなる第２元素と、少なくとも硫黄（Ｓ）を含むカルコゲン（Ｃｈ）からなる第３元素と、を含有する。
【００７１】
第３方法においては、前記第１工程において、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素との合計を１００ａｔ％とする場合、前記第１元素と前記第２元素と前記第３元素とのそれぞれの含有率の組み合わせが、図４の太い実線によって囲まれた領域に示すように、前記第１元素、前記第２元素及び前記第３元素の原子濃度の三元組成図における以下のＡ点乃至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ように、前記第１元素と、前記第２元素と、前記カルコゲン源と、前記チタン源と、を前記原材料として秤量する。
【００７２】
Ａ点：第１元素９１．９ａｔ％−第２元素７．１ａｔ％−第３元素１．０ａｔ％。
Ｂ点：第１元素８７．０ａｔ％−第２元素１２．０ａｔ％−第３元素１．０ａｔ％。
Ｃ点：第１元素７５．０ａｔ％−第２元素２０．０ａｔ％−第３元素５．０ａｔ％。
Ｄ点：第１元素７５．０ａｔ％−第２元素１３．１ａｔ％−第３元素１１．９ａｔ％。
【００７３】
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第３元素の含有率を高くする（具体的には、１ａｔ％より多くする）ことにより、第２元素及び／又は第３元素の含有率を相対的に高めて、セル境界相を構成する原子の数を相対的に増やすことができる。その結果、渦電流損失の低減に十分な量のセルウォール構造を、第１材料において、より確実に形成することができる。一方、点Ｃと点Ｄとを結ぶ直線よりも第１元素の含有率を高くする（具体的には、７５ａｔ％よりも多くする）ことにより、第１材料全体に占める磁性体部分である母相の比率を高めることができる。その結果、例えば、第１材料からなる鉄基軟磁性コアの全体としての最大磁化を大きくすることができる。
【００７４】
また、点Ｂと点Ｃとを結ぶ直線よりも第３元素の含有率に対する第２元素の含有率を低くすることにより、低い電気抵抗率を有する銅基固溶体のセル境界相における生成を防ぐことができる。その結果、渦電流損失の低減に必要な高い電気抵抗率を有するセル境界相を備えるセルウォール構造を、第１材料において、より確実に形成することができる。一方、点Ｄと点Ａとを結ぶ直線よりも第３元素の含有率に対する第２元素の含有率を高くすることにより、低い電気抵抗率を有する第１元素のカルコゲン化物（例えば、硫化鉄（ＦｅＳ））のセル境界相における生成を防ぐことができる。その結果、渦電流損失の低減に必要な高い電気抵抗率を有するセル境界相を備えるセルウォール構造を、第１材料において、より確実に形成することができる。
【００７５】
〈効果〉
上記のように、第３方法においては、鉄基軟磁性材料に含有される第１元素としての鉄（Ｆｅ）と、第２元素としての銅（Ｃｕ）と、第３元素としてのカルコゲン（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となる。その結果、高い電気抵抗率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、軟磁性材料として良好な磁気特性を達成しつつ、渦電流損失を十分に低減することができる。
【００７６】
《第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（以下、「第４方法」と称される場合がある。）について説明する。
【００７７】
〈構成〉
上述したように、母相の主成分である「鉄」は必ずしも純鉄に限定されず、例えば、純鉄、鉄−珪素合金、鉄−コバルト合金、鉄−アルミニウム合金、鉄−珪素−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一種を母相の主成分とすることができる。これらの中でも、特に、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及び／又は珪素（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）。
【００７８】
かかる観点から、第４方法において、前記第１元素は、鉄（Ｆｅ）に加えて、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及び／又は珪素（Ｓｉ）を更に含んでいてもよい。
【００７９】
〈効果〉
第４方法によれば、軟磁性材料として良好な磁気特性（例えば、高い比透磁率等）を達成しつつ、鉄を主成分とする母相からなるセルを微細化すると共に、高い体積固有抵抗（電気抵抗率）を有するセル境界相を形成して、より確実に渦電流損失を低減することができる。
【実施例】
【００８０】
《鉄基軟磁性材料サンプルの製造》
先ず第１工程（Ｓ１）において、本発明の第３実施形態に係る鉄基軟磁性材料の製造方法（第３方法）に関する説明において上述した特定領域に該当する第１元素（Ｆｅ）９０．０ａｔ％−第２元素（Ｃｕ）８．２ａｔ％−第３元素（Ｓ）１．８ａｔ％の三元組成となるように（図４の点Ｐを参照）、第１元素としての鉄（Ｆｅ）、第２元素としての銅（Ｃｕ）、及びカルコゲン源（硫黄源）としての硫化鉄（ＦｅＳ）を秤量した。更に、これらの三元組成１００ａｔ％に対してチタン（Ｔｉ）が１．２ａｔ％又は１．０ａｔ％となるように窒化チタン（ＴｉＮ）を秤量した。次に、第２工程（Ｓ２）において、これらの原材料をアルミナ製の坩堝に入れ、赤外加熱炉内に設置し、大気圧（０．１ＭＰａ）又は０．０２５ＭＰａの窒素（Ｎ２）雰囲気下において加熱して熔解させて、第１温度（Ｔ１＝１５９０℃）において１０分間保持することにより溶湯を得た。
【００８１】
その後、以下に示す表１に列挙するように第１速度（Ｖ１）、第２温度（Ｔ２）、第２速度（Ｖ２）及び第３温度（Ｔ３）が様々に設定された各種冷却パターンに従って第３工程（Ｓ３）及び第４工程（Ｓ４）を実行することにより、実施例１及び実施例２並びに比較例１乃至比較例４に係る各種鉄基軟磁性材料サンプルを製造した。尚、何れのサンプルの製造方法の第３工程及び第４工程も、第２工程と同様の窒素雰囲気下において実行した。また、上述した各サンプルの組成、並びに第１工程における第１温度（Ｔ１）、第１温度の保持時間（ＨＰ）及び窒素（Ｎ２）の圧力についても表１に併せて列挙する。
【００８２】
【表１】
2019161025.tif 000004
【００８３】
表１に示すように、本発明に係る実施例１については、第３工程（Ｓ３）において０．５℃／秒の第１速度（Ｖ１）にて１４２０℃の第２温度（Ｔ２）まで溶湯を冷却し、続く第４工程（Ｓ４）において２００℃／秒の第２速度（Ｖ２）にて１１００℃の第３温度（Ｔ３）まで溶湯を冷却した。実施例２については、第３工程（Ｓ３）における第２温度（Ｔ２）が１４７０℃である点を除き、実施例１と同様である。実施例１及び実施例２の何れについても、全ての製造条件が本発明の構成要件を満たしている。
【００８４】
一方、比較例１については、第３工程（Ｓ３）における溶湯の降温速度である第１速度（Ｖ１）が２５℃／秒であり、本発明の構成要件としての第１速度（Ｖ１）の範囲の上限よりも著しく速い。また、比較例２については、第３工程（Ｓ３）における第２温度（Ｔ２）が７００℃であり、本発明の構成要件としての第２温度（Ｔ２）の下限よりも著しく低い。比較例３については、第３工程（Ｓ３）における第２温度（Ｔ２）が１４００℃であり、本発明の構成要件としての第２温度（Ｔ２）の下限よりも僅かに低い。比較例４については、第３工程（Ｓ３）における第２温度（Ｔ２）が１５００℃であり、本発明の構成要件としての第２温度（Ｔ２）の上限よりも高い。
【００８５】
尚、これ以降の説明において、上記のようにして製造された実施例１及び実施例２並びに比較例１乃至比較例４に係る各種鉄基軟磁性材料サンプルは、それぞれ「サンプルＥ１及びサンプルＥ２並びにサンプルＣ１乃至サンプルＣ４」と称される。
【００８６】
《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されたサンプルＥ１及びＥ２並びにサンプルＣ１乃至Ｃ４の研磨断面の顕微鏡写真を図５乃至図１０にそれぞれ示す。図５及び図６から明らかであるように、サンプルＥ１及びＥ２においては、鉄（Ｆｅ）を主成分とする母相（明るい部分）が微細なセルに分割されている（等軸晶の形成による粒状化が進んでいる）。また、高い電気抵抗率を有する硫化物によって構成されるセル境界相（粒界相）については、部分的には不連続な箇所も見受けられるものの、全体としては十分な厚み及び連続性が達成されている。即ち、全ての製造条件が本発明の構成要件を満たしているサンプルＥ１及びＥ２によれば、良好なセルウォール構造の形成により渦電流損失を十分に低減することができる。
【００８７】
一方、第３工程（Ｓ３）において溶湯が急冷（Ｖ１＝２５℃／秒）されたサンプルＣ１においても、セル境界相は、部分的には不連続な箇所も見受けられるものの、全体としては十分な厚み及び連続性が達成されている。しかしながら、図７から明らかであるように、鉄（Ｆｅ）の柱状晶によって長い柱状のセルが形成されているため、渦電流損失を十分に低減することが困難である。
【００８８】
また、サンプルＣ２については、図８から明らかであるように、第３工程（Ｓ３）において溶湯が急冷（Ｖ１＝５℃／秒）された結果として、サンプルＥ１及びＥ２と同様に母相が微細なセルに分割されている。しかしながら、第３工程（Ｓ３）において過度に低い第２温度（Ｔ２＝７００℃）まで徐冷が継続されたため、セル境界相を構成する高抵抗物質のセル（母相）に対する濡れ性の不足に起因する凝集が起こり、良好なセルウォール構造が形成されなかった。
【００８９】
更に、サンプルＣ３については、図９から明らかであるように、第３工程（Ｓ３）において僅かに低い第２温度（Ｔ２＝１４００℃）まで徐冷が継続されたため、サンプルＣ２に比べて軽度ではあるものの、セル境界相を構成する高抵抗物質のセル（母相）に対する濡れ性の不足に起因する凝集が起こり、良好なセルウォール構造が形成されなかった。
【００９０】
加えて、サンプルＣ４については、図１０から明らかであるように、第３工程（Ｓ３）における溶湯の徐冷が過度に高い第２温度（Ｔ２＝１５００℃）において終了されて次の第４工程における急冷へと切り替えられたため、第４工程における急冷に伴って鉄（Ｆｅ）相が樹枝状の柱状晶（デンドライト）として成長した。その結果、セルにおける柱状晶の占める割合が高く、交流磁場における渦電流損失を十分に低減することが困難である。
【００９１】
《纏め》
各種鉄基軟磁性材料サンプルのセルウォール構造（ＣＷ）についての上記評価結果もまた表１に纏めて示されている。以上のように、全ての製造条件が本発明の構成要件を満たしているサンプルＥ１及びＥ２においては、鉄（Ｆｅ）の等軸晶の生成によるセルの微細化及び高い電気抵抗率を有する硫化物からなるセル境界相の連続性の確保により良好なセルウォール構造が形成され、渦電流損失を十分に低減することができることが確認された。一方、何れかの製造条件が本発明の構成要件を満たしていないサンプルＣ１乃至Ｃ４においては、鉄（Ｆｅ）の柱状晶の生成によるセルの大型化及び／又はセル境界相の連続性の低下により良好なセルウォール構造が形成されず、渦電流損失を十分に低減することが困難となることが確認された。
【００９２】
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。
【図１】
2019161025.tif 000005
【図２】
2019161025.tif 000006
【図３】
2019161025.tif 000007
【図４】
2019161025.tif 000008
【図５】
2019161025.tif 000009
【図６】
2019161025.tif 000010
【図７】
2019161025.tif 000011
【図８】
2019161025.tif 000012
【図９】
2019161025.tif 000013
【図１０】
2019161025.tif 000014