JPH0270042A - 磁心材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コバルト基非晶質合金に関し、特に磁歪が小
さく透磁率の高い磁心用非晶質合金に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、弱電用小型磁心、例えば捲鉄心、磁気ヘッド等の
材料としては、Ｍｏパーマロイ　（ＪＴＳ−ＰＣ級パー
マロイ）が主として用いられているが、これらの合金は
その特性を得るためには極めて厳しい条件下での熱処理
が必要であり、特に捲鉄心として使用する際の鉄損をで
きるだけ少なくするために１００〜５０μｍという薄帯
にしなければならず、そのための圧延および熱処理の工
程が複雑である。又、磁気ヘッドとして長時間使用する
と磁気テープによる摩耗のために録音特性が著しく劣化
する点に問題があり、そのために現在では磁気ヘッド用
磁性合金としては前述のパーマロイ系合金のほかにフェ
ライトアルパームあるいはセンダストのような高硬度の
材料も用いられている。

これらのうちフェライトは高周波において優れた電磁気
特性を示し、かつ摩耗および変形は小さいが、一方飽和
磁化が低く記録歪みを生じやすい上に摺動ノイズが多く
信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を大きくすることができないこ
とが木質的欠陥となっている。またアルパームやセンダ
ストは磁気特性の点では優れているが、これらの材料は
展延性及び機械加工性に乏しいという欠点を有している
。

以上述べたように、従来用いられている小型磁心用材料
は種々の欠点があり、十分満足しろる材料は得られてい
ない。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 これに対し、最近、非晶質金属磁性材料が着目されてき
た。この材料は、高い磁気特性に加え電気抵抗の抵抗率
が高く、さらに製法上から本質的に薄帯状で得られるた
めに、交流磁心材料として注目されているものである。

すなわち、Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉとその他にＰ、Ｃ，Ｂ
、Ｓｉなどの非晶質化元素を約２０原子％含む成分組成
の非晶質合金は、上記の各種結晶質高透磁率金属材料に
比べ、保磁力が小さく、透磁率が大きい等価れた磁気特
性が得られることが知られている。

しかしながら、これらの非晶質合金は、磁気特性改善の
ために一般に結晶化温度以下の温度で熱処理を施す必要
があるが、前記熱処理によれば脆性は逆に大きくなり、
機械的性質、特に耐摩耗性は硬度が高い割には低いとい
う欠点がある。さらに、例えばＦｅ（ｏ　Ｎ１ｔｏ　Ｐ
　＋ａ　　Ｂ６非晶質合金に見られるように磁性の熱的
安定性が悪いという欠点もある。

しかも、Ｐ、Ｃ，Ｂ、Ｓｉ等の半金属元素を約２０原子
％も多量に含む非晶質合金は、硬度が８００〜１１００
Ｈｖと高いために所望の形状に打ち抜くためのダイスの
寿命が極めて短いことが問題となっている。

本発明は、従来実用されている結晶質の小型磁心用高透
磁率金属材料が有する前記諸欠点がなく、しかも既知の
非晶質合金が有する前記欠点をも同時に解消し、保磁力
および磁歪が小さく、透磁率が大きく、かつこれらの磁
気特性の熱的安定性に優れていることに加え、打ち抜き
あるいは切断等の機械加工性が良く、熱処理による脆化
が少ないという特長を備えた小型磁心用非晶質合金を提
供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的によく適合する非晶質合金として、本発
明は、原子比率で、Ｚｒを７〜１５％、Ｃｒ。

Ｍｏ、　Ｗ、　　Ｖ、　ＮｂおよびＴａの中から選ばれ
る何れか１種または２種以上を５〜２０％、下記（イ）
、’（Ｕ）（ハ）、（ニ）、（ホ）および（へ）の群の
中から選ばれる何れか１種または２種以上を２０％以下
、残部★質的にＣｏよりなる磁歪が小さく透磁率の高い
コバルト基非晶質合金。

（イ）　Ｆｅ　：　１０％以下 （ロ）　Ｎｉ　：　２０％以下 （ハ）　Ｍｎ　　Ｃｕ、の中から選ばれる何れか１種ま
たは２種：１０％以下 （＝）　Ｔｃ、　Ｒｕ、　Ｒｈ、　Ｐｄの中から選ばれ
る何れか１種または２種以上：１０％以下 （ネ）　Ｔｉ、　Ｈｆ、　Ｓｃ、　Ｙ、　　ランタニド
元素の中から選ばれる何れか１種または２種以上：５％
以下（へ’）　　Ｂ、　　　Ｃ，Ｐ、　　Ｂｅ、　　Ａ
Ｉ、　　Ｓｔ、　　Ｇｅ、　　Ｓｎ、　　Ｓｂ、　　Ｉ
ｎの中から選ばれる何れか１種または２種以上：４％未
満 を提案する。

〔作　用〕

通常、固体の金属２合金は結晶構造を有するが、適当な
組成をもつ合金を液体状態から急速に冷却するか、ある
いは蒸着法、スパッタ法、メツキ法等の種々の技術を用
いることにより液体に類似した周期的原子配列を持たな
い非結晶構造の固体が得られる。このような金属は、非
晶質金属あるいは非晶質合金と呼ばれる（以下、「非晶
質金属」あるいは「非晶質合金」を合わせて“非晶質合
金”と称す）。この非晶質合金は、前述のように種々の
技術を適当に用いても得られることがよく知られており
　（例えば特開昭４９−９１０１４号）、中でも気相か
ら超急冷するスパッタ法によれば液体急冷法により得ら
れる非晶質合金の組成範囲よりも広い組成範囲で非晶質
合金が得られることが知られている。

なお、液体急冷法の例としては、第１図（ａｌに示す如
く高速回転する１つの円板の外周面上または第１図（ｂ
ｌに示す如く高速に互いに逆回転する２つのロールの間
に液体金属を連続的に噴出させ、回転円板または双ロー
ルの表面上で１０４〜ｂ程度の冷却速度で急冷凝固させ
る方法がある。

この非晶質合金を組成的に見ると、遷移金属元素と半金
属元素とを組み合わせた合金系（半金属量は約１０〜３
０原子％）と、原子半径が異なる２種又は３種以上の遷
移金属元素を組み合わせた合金系との２種の合金系が知
られている。

後者の合金系の一例としては、遷移金属元素である鉄族
元素とジルコニウムからなる非晶質合金が知られており
、本発明者らは上記鉄族元素とジルコニウムを含む各種
非晶質合金の中に強磁性を有する合金があることを新規
に知見し、特願昭５４４３８３８号（特公昭６０−３０
７３４号；特許第１３１４３３９号）として、先に特許
出願した。

本発明者らは、上記鉄族元素とジルコニウムを含む非晶
質合金のうち特にＣｏを主成分とする非晶質合金につき
、主として小型磁心材料として用いるために、さらに詳
細な研究を行なった結果、所定成分組成を有する合金を
液相、気相から超急冷して得た非晶質合金、又はこれに
所定の熱処理を磁場中あるいは応力下で施した合金は、
保磁力および磁歪が小さく、透磁率が高く、熱的ならび
に経時的に安定した磁気特性を具え耐摩耗性に冨み、さ
らに半金属元素を多量に含む従来の非晶質合金に比べ脆
化し難く、かつ打ち抜き、研磨あるいは切断等の機械加
工性が良好であるということを、新規に知見して本発明
に想到した。

本発明の非晶質合金は、前記特長の他に次のような特長
をも有する。機械加工によってその上記特性がほとんど
変化しない。例えば透磁率、保磁力、残留磁束密度など
は合金に張力を加えても殆んど一定で変わらず、外部応
力に対して不感である。したがって、本発明の合金が、
切断、打ち抜きあるいは研磨等の機械加工によって磁気
特性が殆んど劣化しないので、合金を所定の寸法、形状
に打ち抜き、研磨あるいは切断して得られる薄片を使用
する際に非常に有利である。さらに本発明合金は、電気
抵抗が　１２０〜１４０μΩｃｍと高く、しかも２０〜
４０μｍ程度の薄帯状にも製造できるので、高周波特性
の良い小型磁心材料として非常に好適な合金である。

次に本発明の非晶質合金を実験データに基いて説明する
。

本実験において用いた非晶質合金は軸釣２ｆｌ、厚さ約
２０μｍの薄帯試料である。該試料は本発明の成分組成
を有する合金溶湯を、第１図（ａｌに示す如く高速回転
する１つの円板の外周面上に連続的に噴出させて、回転
円板の表面上で１０５〜ｂさらに前記超急冷してなる非
晶質合金を約、３５０〜５００°Ｃの温度範囲でかつそ
の合金の結晶化温度未満の温度において焼鈍した後、室
温まで冷却し磁気特性を測定した。

第１表に本発明の非晶質合金、既知の金属−半金属系非
晶質合金の一部ならびに従来一般に用いられている各種
結晶質高透磁率金属材料について、それらの成分組成お
よび磁気特性を示した。

（以下余白） 第１表において階１〜６は本発明合金、Ｎａ７゜８は既
知のＦｅ−Ｎ１−Ｐ−Ｂ系およびＣｏ−Ｆｅ−５ｔＢ系
非晶質合金、１１に９，１．０はそれぞれ市販の高硬度
パーマロイおよびフェライトである。

第１表から判るように、本発明合金は市販の高透磁率金
属材料に比べて優れた磁気特性を有している。例えば、
第１表階２の合金は、比較例隘９の高硬度パーマロイに
比べて保磁力は小さく、最大透磁率、実効透磁率も高く
、しかも飽和磁束密度もほぼ同等である。

また、上記本発明合金（第１表中、陽２）は、既知の非
晶質合金の一例である第１表嵐７の合金に比べても保磁
力は小さく、飽和磁束密度はほぼ同等であり、実効透磁
率は９倍であり、しかも磁歪は１０分の１以下であるよ
うな優れた磁気特性を有することが判る。

さらにまた、第１表階４の合金を第１表階８の非晶質合
金と比較すると、保磁力、最大透磁率は若干劣るものの
、実効透磁率はほぼ同等であり、飽和磁束密度は約２０
００　Ｇも高く、磁心材料としてより有利に使用するこ
とができる。

′本発明合金は、何れも硬度が高硬度パーマロイの約１
．７〜２倍と高く、またフェライトと比較するとほぼ同
等であることが判る。例えば、第１表階５あるいは階６
の合金のビッカース硬度はそれぞれ６６９　７１６であ
り、これらの値はフェライトの硬度とほぼ同等あるいは
それ以上である。

本発明合金であるＣｏ７６Ｍｏ、。Ｂ　、Ｚｒ、の非晶
質合金の薄帯試料をトロイダル状に巻き、１５０〜４９
０℃間の範囲で２０分間焼なました際のＩ　ＫＨｚにお
ける実効透磁率の変化を第２図に示す。

熱処理を施さない急冷材の実効透磁率は１５００〜５０
００程度であるが、この合金を非酸化性雰囲気あるいは
真空中において結晶化温度以下の温度範囲内で焼なまし
を施すことにより、磁気特性が大きく改善され、例えば
４５０〜５００℃で焼なましだ試料の実効透磁率は３０
　、０００〜４０　、０００程度にまで上昇することが
判る。

第３図に、本発明と共通する合金系であるＣＯｓＩＭＣ
０５ロｏ非晶質合金の急冷材について、保磁力および残
留磁束密度に対する張力の影響を調べた結果を示す。

この結果によれば、前記類似合金系では張力の影響はほ
とんど認められず、したがって、本発明合金の場合も、
切断、打ち抜きなどの機械加工によって磁気特性が殆ん
ど劣化しないことが予測でき、本発明合金を磁心材料と
して使用する点で極めて有利である。

第４図に示すように、Ｍｏパーマロイの実効透磁率は周
波数１０　ＫＨｚを超えると急激に低下するが、本発明
合金、例えばＣ０７６Ｗ８　Ｂ　、、Ｚｒ＋。非晶質合
金の実効透磁率は、周波数２０　ＫＨｚ付近までは変化
せず、可聴周波数範囲内で優秀な性質を有することカ判
った。一方、アルパームに比べても、広い周波数範囲で
はるかに高い実効透磁率を有することが判る。このこと
から本発明合金は、磁気ヘッドあるいは家電用小型トラ
ンス等に適した材料であることが判る。

次に本発明の合金の成分組成を限定する理由を説明する
。

本発明合金において、Ｚｒは、７％より少ないと、超急
冷しても高い透磁率を有する良好な非晶質合金を得るこ
とが困難であり、１５％より多いと、飽和磁束密度が著
しく低下するので、７〜１５％の範囲内にする必要があ
る。とくに、８〜１３％の範囲内で保磁力がより小さ（
飽和磁束密度が比較的大きい優れた磁気特性が得られる
。

Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ　（Ｖ族あ
るいは■族元素）は、非晶質化を助成し、キューリー温
度を下げる効果を有するために熱処理を容易にし、さら
に磁歪の低減効果をも有する。その量が５％以下である
とその効果は小さく、２０％よりも多いと飽和磁束密度
が著しく低下するので、これらの元素は５を超え２０％
以下の範囲内にする必要がある。

望ましくは、７〜１７％の範囲内にすることがより好適
である。

さて、本発明合金は、さらに次の成分 （イ）　Ｆｅ　：　１０％以下 （ロ）　Ｎｉ　：　２０％以下 （＋１）　Ｍｎ　　ＣｕＯ中から選ばれる何れか１種ま
たは２種：１０％以下 （＝）　Ｔｃ、　Ｒｕ、　Ｒｈ、　ＰｄＯ中から選ばれ
る何れか１種または２種以上＝１０％以下 （ネ）　Ｔｉ、　Ｈｆ、　Ｓｃ、　Ｙ、　　ランタニド
元素の中から選ばれる何れか１種または２種以上：５％
以下 （へ）　　Ｂ、　　　Ｃ，Ｐ、　　Ｂｅ、　　ＡＩ、　
　Ｓｉ、　　Ｇｅ、　　Ｓｎ、　　Ｓｂ、　　Ｉｎの中
から選ばれる何れか１種または２種以上：　４％未満 の１種または２種以上を選択的に含有させる。

これら各元素の限定理由を以下に述べる。

（イ）群に属するＦｅは、磁束密度を上昇させる効果を
有するが、磁歪も同時に上げるので１０％以下にするこ
とが好適であり、より好ましくは５％以下が良い。

（ｎ）群に属するＮｉ　は、磁歪を低減させるが、同時
に結晶化温度および磁束密度をも低下させてしまうので
２０％以下にすることが好適であり、より好ましくは１
０％以下が良い。

（ハ）群に属するＭｎは□、電気抵抗を高め、保磁力を
減少させる効果があり、又、Ｃｕは、透磁率保磁力を害
せず耐摩耗性を向上させる元素であるが、ともに１０％
より多くすると飽和磁束密度が低下し、合金が脆化する
ので１０％以下にすることが好ましい。

（＝）群に属するＴｃ　　Ｒｕ、　Ｒｈ　　Ｐｄは、そ
のいずれか少なくとも１種を１０％より多くすると、透
磁率は高くなるが、磁束密度が低下するので１０％以下
にすることを特徴とするが好ましい。

また、（＊）群に属するＴｉ、　Ｉｆ、　Ｓｃ、　Ｙお
よびランタニド元素は、非晶質化を助成し硬度を上昇さ
せる元素であるが、これらの元素の何れか少なくとも１
種が５％を超えると合金が脆化するので５％以下にする
ことを特徴とするが好ましい。

（へ）群に属するＢ、　　Ｃ，Ｐ、　Ｂｅ、　ＡＩ、　
Ｓｔ、　Ｇｅ。

Ｓｎ、　Ｓｂ、Ｉｎの各元素は、非晶質化を助ける元素
であるが、特に脆化温度が高く耐摩耗性に優れた合金を
得るために、この（へ）群から選ばれる少なくとも１種
又は２種以上の元素は、４％未満にすることが好ましい
。

そして、本発明においては、上記（イ）、（０）、（ハ
）（＝）、（ネ）、（へ）群の中から選ばれる何れか１
種または２種以上の元素は、合計で２０％より多くする
と磁束密度または透磁率が著しく低下するので、２０％
以下にする必要がある。

この合計量は、望ましくは１５％以下、さらに高い磁束
密度を得るためには１０％以下が好適であると言える。

なお、本発明非晶質合金は、前述の種々の技術を用いて
得た非晶質合金素材を、その合金素材の結晶化温度未満
の温度で焼鈍した後、急冷あるいは徐冷することによっ
て得ることができる。この場合、焼鈍雰囲気は非酸化性
あるいは真空中で行うことは有利である。ただし、若干
の酸素によって非晶質合金の表面が酸化されても磁気特
性をそこなうことがない場合には、むしろそれによって
形成される酸化被膜が絶縁被膜としての効果を有する。

本発明の非晶質合金を１５０℃〜結晶化温度未満の範囲
内で焼鈍した後、急冷あるいは徐冷すると非晶質合金に
ついて、軸釣１５鰭、厚さ約３０μｍの薄帯から１０ｆ
ｉφＸ６ｗｍφのリング試料を打ち抜き、無磁界中にて
各合金の結晶化温度より５０℃低い温度で２０分間加熱
後、水冷した後その磁気特性を調べた。

いずれも高い実効透磁率と低い保磁力が得られた。

本発明合金のうち、第３表に示す組成からなる非晶質合
金について、軸釣１０Ｍｍ、厚さ約３０μｍの加工歪が
除去され、磁気特性を向上させることができる。

また本発明の非晶質合金を磁場あるいは応力の少なくと
も１つの作用下において、結晶化温度以下の温度で焼鈍
した後、急冷あるいは徐冷すると、より優れた磁気特性
を有する合金を得ることができる。

なお、前記磁場生焼なましによる磁気特性改善方法とし
て本発明者の一人が発明し、特開昭５１７３９２３号公
報により開示された方法を用いることができる。

〔実施例〕

実施桝よ 本発明合金中Ｃｏ７７Ｍｏ、。Ｂ２Ｚｒ＋＋非晶質合金
を４２０℃×３０分間磁場中焼なましを施して、保磁力
１０ｍ０ｅ、実効透磁率（ＩＫＨｚ　）　２７，０００
を得たが、その後に１５０°Ｃで１０，０００分間時効
させたところ、保磁力、実効透磁率共に全く変化はなか
った。

尖施拠Ｉ 本発明合金のうち、第２表に示す組成からなる薄帯を長
平方向に２０００ｅの磁界を印加しながら、各合金の結
晶化温度より５０℃低い温度で２０分間加熱し冷却した
後、薄帯を巻いてトロイダル状試料となし、磁気特性を
調べた。何れの合金も８０００　Ｇ以上の高い飽和磁束
密度と低い保磁力及び高い最大透磁率が得られ、巻磁心
として有用である事がわかった。

〔発明の効果〕

以上本発明合金は、保磁力が小さく、透磁率が高い優れ
た軟磁気特性を有するだけでなく、耐摩耗性が特に大き
く、さらに非晶質合金本来の性質である薄帯状又は薄膜
状試料を容易に製造することができ、しかも従来知られ
ている半金属元素を多量に含む非晶質合金に比べ、切断
、打ち抜き研磨等の機械加工がはるかに容易であるとい
う大きな特長を兼ね備えているので、磁気ヘッド、高周
波トランス等の磁心材として極めて好適に使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明合金を溶融状態から超急冷するのに用
いられる２つの装置の例を示す路線図、第２図は、本発
明のＣＯｔ６ＭＯ＋ｏＢｓ　Ｚｒｑ非晶質合金を無磁場
中で、１５０〜４９０℃の間で２０分間焼なましだ際の
実効透磁率（ＩＫＨｚ）の変化を示す図、第３図は、Ｃ
ｏｅ　Ｉ　Ｍｏ、、Ｚｒ　Ｉ　ｏ非晶質合金の張力に対
する保磁力および残留磁束密度の影響を示す図、第４図
は、Ｃｏ７ＪＢ　Ｂｂ　Ｚｒ＋ｏ非晶質合金の周波数と
実効透磁率の関係を示す図である。 １・・・溶融合金、２・・・急冷凝固された合金、３・
・・冷却回転円板、４・・・ロール。 （Ｏ□ｕ＋ｃ）９ｙｌホ田ψ壕承 手続補正書 平成１年６月２８日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 第１項の規定による特許出願（１、 発明の名称 磁歪が小さく透磁率の高いコバルト基非晶質合金補正を
する者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　宮城県仙台市青葉区上杉３丁目８番２２号氏
名　　増　本　　健 住　所　　大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番１９号名
称　住友特殊金属株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子比率で、Ｚｒを７〜１５％、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、
   Ｖ、ＮｂおよびＴａの中から選ばれる何れか１種または
   ２種以上を５〜２０％、下記（イ）、（ロ）、（ハ）、
   （ニ）、（ホ）および（ヘ）の群の中から選ばれる何れ
   か１種または２種以上を２０％以下、残部実質的にＣｏ
   よりなる磁歪が小さく透磁率の高いコバルト基非晶質合
   金。 （イ）Ｆｅ：１０％以下 （ロ）Ｎｉ：２０％以下 （ハ）Ｍｎ、Ｃｕ、の中から選ばれる何れか１種または
   ２種：１０％以下 （ニ）Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄの中から選ばれる何れか
   １種または２種以上：１０％以下 （ホ）Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド元素の中から
   選ばれる何れか１種または２種以上：５％以下 （ヘ）Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ
   ｂ、Ｉｎの中から選ばれる何れか１種または２種以上：
   ４％未満