JPH0230375B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁心材料に関し、特に電気抵抗が高
く、しかも磁歪が小さくて透磁率の高いコバルト
基非晶質合金からなる磁心材料に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 従来弱電用小型磁心、例えば捲鉄心、磁気ヘツ
ド等の材料としては、Moパーマロイ（JIS−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、磁気ヘツ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
ツド用磁性合金としては前述のパーマロイ系合金
のほかにフエライト、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
れらのうちフエ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本質的欠陥となつ
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磁心用
材料は種々の欠点があり、十分満足しうる材料は
得られていない。 〔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、従来の結晶質磁性金属
材料にみられた磁気特性に加え電気抵抗が高く、
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
い等優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Fe₄₀−Ni₄₀−P₁₄−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〜
1100Hv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つて
いる。 本発明は、従来実用されている結晶質の磁心用
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、磁心材料として要求される高い電気抵
抗を有するだけでなく、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非晶質合金からな
る磁心材料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磁心材料とし
て、本発明は、原子比率で、Zrを７〜15％、Cr、
Mo、Ｗ、Ｖ、Nb、Taの中から選ばれる何れか
１種または２種以上を５超〜20％以下、残部実質
的にCoよりなる非晶質合金であつて、電気抵抗
が120〜140μΩcmである磁心材料を提案する。 より好ましくは、Zrを８〜13％、Cr、Mo、
Ｗ、Ｖ、Nb、Taの中から選ばれる何れか１種ま
たは２種以上を７〜17％、残部実質的にCoより
なる非晶質合金であつて、電気抵抗が120〜140μ
Ωcmを示す磁心材料、を提案する。 〔作用〕 通常、固体の金属、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、スパツタ法、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
ら超急冷するスパツ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ａに示
す如く高速回路する１つの円板の外周面上または
第１図ｂ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10⁴〜10⁶℃／秒
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10〜30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
54−43838号（特公昭60−30734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、主として磁心材料として用いる
ために、さらに詳細な研究を行なつた結果、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、電気抵抗が
高く、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
え耐摩耗性に富み、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。 本発明の磁心材料は、前記特長の他に次のよう
な特長をも有する。機械加工によつてその上記特
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この磁心材料に張力を加
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。したがつて、本発明の磁心材料が、
切断、打ち抜きあるいは研磨等の機械加工によつ
て磁気特性が殆んど劣化しないので、磁心材料を
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。さらに本発明磁心材料は、電気抵抗がが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材料である。 次に本発明の磁心材料を実験データに基いて説
明する。 本実験において用いた磁心材料は幅約２mm、厚
さ約20μｍの非晶質合金からなる薄帯試料であ
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ａ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10⁵〜10⁶℃／秒程度の冷却速度で急冷凝固
させて得た。さらに前記超急冷してなる磁心材料
を約350〜500℃の温度範囲でかつその材料の結晶
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からなる磁心材
料、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。

【表】 第１表においてNo.１〜６は本発明磁心材料、No.
７、８は既知のFe−Ni−Ｐ−Ｂ系およびCo−Fe
−Si−Ｂ系非晶質合金、No.９、10はそれぞれ市販
の高硬度パーマロイおよびフエライトである。 第１表から判るように、本発明磁心材料は、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No.３の磁心材料は比
較例No.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、第１表No.３の本発明磁心材料は、既知の
非晶質合金の一例である第１表No.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３倍以上であり、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No.４の磁心材料を第１表No.
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、実効透磁率は同等であり、
飽和磁束密度は約2000G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。 以上説明した本発明材料は、第１表から判るよ
うに、磁歪と透磁率とに優れるのみならず、さら
に高い電気抵抗をも有するものであり、そのため
に磁心材料として必要な鉄損値の低い優れた磁気
特性を有するものである。 特に、電気抵抗については、Co−Zr系（メタ
ル−メタル系）であるにも拘わらず、第１表中に
比較例として示したメタル−メタロイド系のもの
と遜色のない程高い値を示すものであり、それ故
に、従来のメタル−メタル系非晶質合金では知見
されていなかつた磁心材料として好適であること
が判る。 本発明の磁心材料は、何れも硬度が高硬度パー
マロイの約1.7〜２倍と高く、またフエライトと
比較するとほぼ同等であることが判る。例えば、
第１表No.２あるいはNo.３の磁心材料のビツカース
硬度はそれぞれ657、698であり、これらの値はフ
エライトの硬度とほぼ同等である。 本発明中Co₇₈Cr_10.5Zr_11.5、Co_79.5Mo_9.5Zr₁₁の２
種の非晶質合金の薄帯試料をトロイダル状に巻
き、それぞれ150〜490℃間の範囲で各20分間焼な
ました際の1KHz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〜
5000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℃で焼なました試料
の実効透磁率は30000〜40000程度にまで上昇する
ことが判る。 第３図に、本発明の磁心材料の一例として
Co₈₁Mo₉Zr₁₀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、張力の影響はほとんど認め
られず、本発明の磁心材料は切断、打ち抜きなど
の機械加工によつて磁気特性が殆んど劣化しない
ことが判る。 また、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10KHzを超えると急激に低
下するが、本発明の磁心材料、例えば
Co₈₀Mo₉Nb₂Zr₉非晶質合金の実効透磁率は、周
波数50KHz付近までは10000以上の値を示し、可
聴周波数範囲内で優秀な性質を有することが判つ
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の磁心材料は、磁気ヘツ
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。 次に本発明の磁心材料の成分組成を限定する理
由、とくに磁心材料として好ましい高い電気抵抗
を有する一方で、それと共に優れた磁気特性を得
るために必要な各成分組成の範囲についてを説明
する。 本発明において、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く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（族あるいは族
元素）は非晶質化を助成し、キユーリー温度を下
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、飽和磁速密度が著しく低下するので、これら
の元素は５を越え20％以下の範囲内にする必要が
あり、望ましくは７〜17％の範囲内にすることが
より好適である。また、上記各成分組成範囲内に
おいては120〜140μΩcmの高電気抵抗を有する磁
心材料を得ることができることを確認した。 本発明の磁心材料は、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
することによつ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、若干の酸素によつて非晶
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、むしろそれによつて形成さ
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からなる磁心材料を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からなる磁心材料を磁
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、前記磁場中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51
−73923号公報により開示された方法を用いるこ
とができる。 次に本発明を実施例について説明する。 実施例 １ 本発明の磁心材料のCo₈₀Mo₁₀Zr₁₀非晶質合金
と、比較例としてFe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆非晶質合金を360
℃及び400℃で各30分間熱処理を施した後、曲げ
試験を行なつた結果を第２表に示す。 なお、実施例１〜３において用いた非晶質合金
は幅約２mm、厚さ約20μｍの薄帯試料である。 一般に非晶質合金の脆化の評価方法として、２
枚の平行板の間隔Ｌを測定し、試片が破壊した際
のＬ値を求め、次式により破壊ひずみ ε_f＝ｔ／Ｌ−ｔ （ここでｔは試片の厚さを示す）を求めるという
手段が採用されているが、第２表の結果もこの方
法によつた。なお、第２表中ε_f＞１は試料を完全
に密着する迄曲げても破壊しないことを表わす。 第２表から明らかなように、所定の磁気特性を
得るための熱処理によつても本発明の磁心材料は
ほとんど脆化しないことが判る。

【表】 実施例 ２ 本発明の磁心材料の１つであるCo₈₀Mo_9.5Zr_10.5
非晶質合金、および比較例としてCo_70.3Fe_4.7
Si₁₅B₁₀非晶質合金について、磁気テープに対す
る耐摩耗性を試験し、その結果を第３表に示す。 使用した非晶質合金の試料はすべて厚さが約
20μｍ、幅約２mmであり、所定の磁気特性が得ら
れるようにそれぞれの最適熱処理をした後、オー
トリピート型カセツトテープレコーダー（アカイ
GXC−715D）の磁気ヘツド部に装着し、磁気テ
ープの摺動速度4.95cm／秒で50時間および100時
間試験した後、試片の摩耗量を測定した。 第３表にみる如く、本発明の磁心材料の摩耗量
は、比較例のCo_70.3Fe_4.7Si₁₅B₁₀非晶質合金に比べ
て、1/3以下という優れた耐摩耗性を有すること
がわかる。

【表】 実施例 ３ 本発明の磁心材料中Co₈₀Cr₁₀Zr₁₀、および
Co₈₀V₁₀Zr₁₀非晶質合金と、比較例としてCo_70.3
Fe_4.7Si₁₅B₁₀非晶質合金の３種の非晶質合金につ
いての切断試験の結果を第４表に示す。 試験方法は、厚さ約20μｍ、幅約２mmの試片を
シエアー（剪断機）により切断をくり返し、刃の
摩耗によつて上下の刃が試片をかみ込み、切断が
不可能な状態に至るまでの切断回数を調べたもの
である。なお使用した刃のビツカース硬度は650
である。 第４表にみる如く、本発明の磁心材料はいずれ
もCo−Fe−Si−Ｂ系非晶質合金に比べシエアー
の刃の寿命が４倍以上であり、本発明の磁心材料
の機械加工性は従来から知られている非晶質合金
のそれに比べて優れていることがわかる。

【表】 実施例 ４ 本発明の磁心材料中第５表に示す組成からなる
磁心材料について、幅約15mm、厚さ約30μｍの薄
帯から10mmφ×６mmφ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。

【表】 実施例 ５ 本発明の磁心材料のうち、第６表に示す組成か
らなる磁心材料について、幅約10mm、厚さ約30μ
ｍの薄帯を長手方向に200Oe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
9000G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
る事がわかつた。

【表】 実施例 ６ 本発明の磁心材料のCo₈₃Nb₂Mo₆Zr₉磁心材料
の薄帯（幅約15mm、厚さ約30μｍ）からフオトエ
ツチング法により磁気ヘツドコアの形状に抜き、
市販のセンダスト及びパーマロイ製の同一形状コ
アと共にカセツトテープ用磁気ヘツドコアに一緒
に組み込んで23℃、相対湿度50％及び40℃、相対
湿度75％の２種類の環境下でそれぞれカセツトデ
ツキを用いてγ−酸化鉄テープによる耐摩耗試験
を行つた。その結果を第５図に示す。 本発明の磁心材料はパーマロイ、センダストの
いずれの合金よりも耐摩耗性に優れ、特に高温多
湿の環境で他の合金が非常に摩耗され易くなるの
に対して特に優れた耐摩耗性を示すことがわか
る。 実施例 ７ 実施例６で使用した本発明のCo₈₃Nb₂Mo₆Zr₉
磁心材料と同一組成の磁心材料並びに比較例とし
てセンダスト合金をスパツタ法で作製した。アル
ゴンガス圧は６ｍTorr、RF500Wで1μｍの各合
金膜をガラス基板上に付着させた。 これを結晶化温度より50℃低い温度で20分間加
熱し冷却した後、試料の皮相透磁率を測定したと
ころ、下記の第７表に示すように20MHz迄センダ
ストよりも高い透磁率が得られた。

〔発明の効果〕

以上本発明の磁心材料は、高い電気抵抗を有す
るとともに、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、さららに磁心材料としての適用にあた
つて好適な形態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、
磁気ヘツド、高周波トランス等の磁心材料として
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、本発明の磁心材料を溶融状態から超
急冷するのに用いられる装置の２つの例を示す略
線図、第２図は、本発明の磁心材料中、Co_79.5
Mo_9.5Zr₁₁、Co₇₈Cr_10.5Zr_11.5非晶質合金を無磁場
中で、それぞれ150〜490℃の間で20分間焼なまし
た際の実効透磁率（1KHz）の変化を示す図、第
３図はCo₈₁Mo₉Zr₁₀本発明磁心材料の張力に対す
る保磁力および残留磁束密度の影響を示す図、第
４図は各種磁気ヘツドコア材の耐摩耗性の比較を
示す図、第５図は、各種磁気ヘツドコア材の耐摩
耗性の比較を示す図である。 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。

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、Taの中から選ばれる何れか１種または
   ２種以上を５超〜20％以下、残部実質的にCoよ
   りなる非晶質合金であつて、電気抵抗が120〜
   140μΩcmである磁心材料。 ２ Zrを８〜13％、Cr、Mo、Ｗ、Ｖ、Nb、Ta
   の中から選ばれる何れか１種または２種以上を７
   〜17％にしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の磁心材料。