JPH0260753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は非晶質磁性合金の熱処理方法に関す
る。さらに詳しくは、誘導磁気異方性が等方的で
あり、高透磁率を有し、また磁気損失が少ない非
晶質磁性合金の薄板を効率良く、しかも大量に得
ることのできる熱処理方法に関する。 従来、結晶構造を有する高透磁率性合金材料と
して、Fe−Si合金、Fe−Ni合金、Fe−Al合金、
Fe−Si−Al合金等が知られており、それぞれの
特性に応じて多くの分野で使用されている。しか
し、これら結晶質磁性合金もなお特性上のそして
使用上の欠点を持つている。 このうち、Fe−Si−Al系合金であるセンダス
トは、Si約10％を含有する透磁率の大きい合金で
あるが、塑性加工ができないという欠点を持つて
いる。そこで、その用途は、高い硬度が活かされ
る特殊な用途、例えばVTR用磁気ヘツド素子等
に限つて、特殊の加工を施した上で使用されてい
るにすぎない。また透磁率の周波数特性も満足で
きるものではない。 また、パーマロイ系の合金は、種々の弱電関係
の鉄心として使用されているが、その製造方法
が、非常に多数の工程を経なければならず、高価
であるという欠点を持つている。また、その飽和
磁束密度も小さく、その用途を限られたものとし
ている。 このような実情から、すぐれた特性を有し、し
かも使用上の欠点のない磁性合金材料の開発が望
まれている。その中で、非晶質磁性合金が最近大
きな注目を集め、活発な研究が行われてきてい
る。 金属は、通常、固体状態においては原子が規則
配状態をとる結晶として存在しているものである
が、ある種の合金融液を、例えば10⁴〜10⁶℃／
secという大きい速度で冷却凝固させた場合、固
体状態でも溶融状態に類似した原子配列をもつ非
晶質の合金が得られる。この非晶質合金は、Ｘ線
回折や電子線回折によつても、結晶構造を示すよ
うな回折像は得られず、結晶質とは構造的に異な
る長範囲規則性を持たない原子配列を有するもの
である。このような非晶質合金からなる磁性材料
は、通常の結晶質とは異なり結晶磁気異性を有さ
ず、特に遷移金属−半金属非晶質合金において
は、保磁力（Hc）が小さく、すぐれた軟磁性が
期待され、しかも電気抵抗が大きく、硬度が高
く、薄板加工等の加工性が良好で、製造方法も容
易かつ安価である等の、種々の軟磁性材料として
のすぐれた特性と使用上の有利さをあわせ持つも
のである。 従来、このような非晶質磁性合金としては遷移
金属成分としてFe、Co、Niを含み、これにSi、
Ｂ、Ｃ、Ｐ等の半金属成分を含むものが知られて
いる。これらはその組成に応じた特性を有し、そ
の特性に応じた用途が考えられ、一部実用化され
ている。この内、遷移金属としてFeを主成分と
するFe系は、磁歪は大きいが、飽和磁束密度
（Bs）が大きくまたコストが安いという点から、
トランス材としての用途に適している。遷移金属
としてCoを主成分とするCo係は、Fe系よりもBs
は低く、コストが高いが、磁歪零の組成が得られ
るので、磁気ヘツド用材料に適している。Niを
ある量以上含むNi系は、Fe、CoをNiがある程度
置換しているので、透磁率は前２者よりも大きい
が、Bsが前２者と比べて低く、実用用途はあま
り期待されていない。 このように、非晶質磁性合金としては、種々の
組成のものが知られているが、その透磁率および
飽和磁束密度ともに結晶質磁性合金を大きくは凌
駕するものが出現していないのが実情である。こ
のため、これらの組成の磁性合金を非晶質化した
後、何らかの処理を施し、特にその透磁率を高
め、磁気損失を少なくすることができれば、磁気
ヘツド用材料、トランス材等として好ましいもの
となりそのような技術の開発が期待されている。 従来行われてきたこのような技術の一つとして
は、熱処理を挙げることができる。この熱処理
は、液相からの超急冷により非晶質の薄板を得た
後、この薄板に施すものであり、熱処理として
は、無磁場中で、合金のキユリー点（Tc）以上、
結晶化温度（Tcry）以下の温度に加熱保持した
後冷却し、これにより、超急冷による薄帯製造の
際の内部歪を除去するとともに、透磁率を高める
ものである。しかし、この熱処理は、Tc＞Tcry
の合金に対しては施すことができないという欠点
がある。一般に、TcとBsは正の相関関係にあ
り、特に、磁歪零のCo系合金では、1000Oe程度
以上の高保磁力媒体への記録用磁気ヘツドとして
最低限必要とされる飽和磁束密度10KGでTcが
Tcryとほぼ等しくなり、これ以上の飽和磁束密
度を有する合金の透磁率向上のための技術となり
得ないという欠点がある。また、逆にTc＜Tcry
の合金についても、Tcが大となると大きな透磁
率を得るためには、熱処理後急冷したり、複雑な
冷却温度コントロールを行つたりしなければなら
ない。このような熱処理によれば、Tc＜Tcryの
合金では確かに透磁率は向上するものではある
が、冷却時に内部歪が生起し、このため特に初透
磁率は、従来の結晶質合金を比較して、格段すぐ
れた値が得られるわけではない。また、この内部
歪のため、透磁率の経時変化を生ずるという欠点
があることも判明している。従つてこのような熱
処理技術は有効ではない。 これに対し、超急冷法によつて得られた薄板
を、磁場中で熱処理する技術が、特開昭51−
73923号公報、同52−114421号公報等に開示され
ている。特に、特開昭52−114421号公報において
は、この磁場中の熱処理により、最大透磁率μｍ
が格段と向上する旨が記載されている。この場合
熱処理温度は結晶化温度以下であり、しかも用い
る磁場の強さは500Oe以下で十分であるとされて
おり、さらに磁界印加についての具体的方法につ
いては言及されていないが、磁界が「磁区図形を
容易軸方向に整列させる」と記載（同公報第６頁
左上欄）されていることから、磁界は一定方向の
みから印加されていると推量されるものである。 そこで本発明者らは、上記公報に記載された磁
場中熱処理技術につき、種々の幅広い追試および
検討を行つてみた。その結果以下の事実が判明し
た。すなわち、一定方向に磁界を印加すれば、非
晶質磁性合金薄板中には磁界印加方向を容易軸と
する誘導磁気異方性が生起される。この場合、磁
化容易軸は配向しやすく、このため残留磁束密度
（Br）は大きくなる。このとき逆方向に磁界を印
加すると、磁化と磁界のエネルギーを減少させる
ため、180°磁壁の移動により、容易に磁化反転が
おこり、保磁力（Hc）は小さいものとなる。 従つて、前述のごとく残留磁束密度（Br）は
大きくなるので、静磁化特性としての最大透磁率
μｍBr／Hcが増大するのは当然のことであ
る。しかし、この磁場中熱処理を施し、磁気特性
を測定したところ、交流下での透磁率は減少する
ことが確認された。すなわち、初透磁率が逆に減
少し、また10mOe程度の磁場下の透磁率（μ10）
もほとんど増大しないのである。 他方、従来より、各種イオン、電子、陽子等の
荷電粒子を電界または磁界を用いて加速し、高い
運動エネルギーを与える粒子加速器としては、コ
ツククロフト形、バンデグラーフ形等の直流形加
速器の他、変化する電界または磁界を用いる線形
加速器や、サイクロトロン、シンクロトロン、ベ
ータトロン等の回転形加速器が知られている。こ
のうち、線形加速器は、交番電界で何度も荷電粒
子の加速を繰返し、高エネルギーに達せしめるも
のであり、一般には20〜100MHzの高圧交番電界
を発生させその中心を通過する粒子を加速するも
のである。 一方、この線形加速器のうち、大電流を加速す
るためのものとして、線形誘導加速器が知られて
いる（レウユウ オブ サイエンテイフイツク
インストウルメンツ第35巻886頁1964年）。これは
軟磁性材料からなるトロイダル磁芯を１ターンの
電界変換器として、パルス電流を通電することに
よりトロイダルに垂直方向に電界を発生する方式
をとるものであり、核融合の高温プラズマ加熱の
手段等として有望視されているものである。この
場合、このような磁芯では、荷電粒子への印加加
速力は磁化変化幅を磁化反転速度で除した値で決
定するので、磁化反転速度は高速で、しかも磁化
変化幅は大きくなければならない。 このような線形誘導加速器の他、シンクロトロ
ン等の回転形加速器でも、交番電流を印加したと
き、例えば一定周波数で変化する加速用の電界ま
たは磁界を発生する磁芯が、電界または磁界変換
器用に用いられており、この場合にも、上記同様
に、磁芯には高速での磁化反転と大きな磁束変化
幅とが要求されることになる。 また、各種粒子線制御器においても、励磁用の
パルス電流等を、パルス状のあるいは交番的に変
化する電界または磁界に変換し、この電界または
磁界により粒子線束を種々制御するための磁芯が
用いられておりこのようなときにも高い磁化反転
速度と大きな磁束変化幅とが要求されている。 ところで、結晶質軟磁性材料としては、Si−
Fe合金、Fe−Ni合金、センダスト、フエライト
等が知られている。この中で上記したところの、
高速磁化反転速度を有し、荷電粒子の加速または
制御を行う磁芯用の材料としては、主にフエライ
トまたはFe−Ni合金が用いられている。しかる
に、フエライトは飽和磁束密度（Bs）が5kG程
度と小さく、磁化反転による磁速変化幅が小さ
く、加速力およびエネルギー変換効率は十分とは
いえない。また、Fe−Ni合金はフエライトより
も大きいBsを有するが、磁化反転速度はフエラ
イトより小さく、加速力およびエネルギー変換効
率は十分ではない。また、電気抵抗が小さく、そ
のうち電気抵抗が最も大きい方に属するFe₅₀Ni₅₀
でも35μΩ・cmと小さいので、磁芯に適用するに
あたり、渦電流損失を減少させるため薄板化する
必要があり、その薄板難加工性のため材料価格が
高価となる。さらに、磁歪が０でないため、外部
からの圧力に大きく影響を受けやすいという欠点
もある。 これに対し、非晶質磁性合金は、上述のような
荷電粒子の加速または制御用磁芯に適用したと
き、既存の結晶質軟磁性材料の場合の特性を凌駕
するには至つていない。 すなわち、上述のような荷電粒子の加速または
制御用磁芯では、磁芯を構成する軟磁性材料の残
留磁化（Br）、あるいは飽和磁化（Bs）の状態か
ら、パルス電流により、あるいは交番電流によ
り、磁化反転させて加速のための電界、磁界を発
生させる。従つて、上述のように、このような磁
芯用材料には、荷電粒子への加速力を決定する
（磁束変化幅）／（磁化反転時間）、特にパルス電
流励磁を行うときには（Br＋Bs）／（磁化反転
時間）が大きくなければならない。 他方、遷移金属としてFeを主成分とするFe系
の非晶質磁性合金は、上述のように、Bsが高く、
結晶質Fe−Ni系合金と同等以上のBsを有し、ま
た保磁力Hcも小さく、さらには電気抵抗が大き
く、それ自体薄板として得られ、磁気損失が小さ
く、しかも非晶質構造の故に外部からの圧力に対
する敏感性が小さい等のすぐれた特性を有するも
のであり、例えばパルス電流励磁の際の磁束変化
幅Br＋Bsも結晶質Fe−Ni系合金に近い値を示
す。しかし、その磁化反転時間は、フエライトや
結晶質Fe−Ni系合金より大であり、このため、
磁束変化幅を磁化反転時間で除した値で決定する
加速力は、結晶質軟磁性材料のそれを凌駕するに
は至つてない。 ところで、Bsは非晶質磁性合金の組成によつ
て決定されるものであるが、磁気反転時間やBr
は履歴によつて変化する。従つて、高Bs材であ
るFe系非晶質合金に対し何らかの処理を施し、
その処理における履歴により、磁化反転時間や
Br値を改良することができれば、荷電粒子に対
する加速力は向上し、上記のような磁芯として好
ましいものとなり、また結晶質軟磁性材料の特性
を凌駕することもできる筈である。 本発明者らは、このような実情に鑑み、超急冷
法によつて得られた非晶質磁性合金の薄板を熱処
理する際の従来生起していた種々の不郡合の原因
を究明すべく種々検討を行つた。 その結果、以下のことが判明した。すなわち、
従来の磁場中熱処理では、一定方向から磁界を印
加するため、前述のように磁化容易軸が誘起す
る。この場合、準静的に磁界を変化させるときに
は、透磁率の移動速度（ｖ）の影響は現われな
い。従つて高いμｍが得られる。しかし、交流磁
界下での透磁率は、磁壁の移動速度に依存し、し
かもそれとほぼ比例する。また、この移動速度を
低下させる制動係数（β）は磁気異方性(K)の平方
根に比例する。このため、磁場中熱処理により薄
板に磁化容易軸を誘起し、異方性を生起せしめる
と、磁壁移動速度は小さくなり、交流磁場下での
透磁率、すなわち透磁率の動特性値、特に初透磁
率が減少するのである。 そこで、本発明者はこのような知見に基づき、
従来の磁場中熱処理における不郡合を解消するた
め、先に、非晶質磁性合金のキユリー点以下でし
かも結晶温度以下の温度に加熱保持した状態で、
磁界を回転させながら印加する熱処理方法を提案
している。この熱処理方法によれば、薄板中に誘
起される磁気異方性が等方的になるように、印加
磁界の薄板面方向成分の向きを一回転させるの
で、磁気異方性が局所的にも存在せず、それに伴
い、磁壁移動の制動係数が減少し、また局所的に
も異方性がなくなる結果、還流磁区構造をとりや
すくなり、透磁率の動的特性値、特に初透磁率の
減少が阻止されるのみならず、逆に格段と向上
し、またその静的値も格段と向上する。しかも磁
気損失も格段と減少するものである。 しかし、この本発明者の先の提案では、印加磁
界の回転による誘導磁気異方性の等方化を行うと
いう構成により、上述のすぐれた効果が実現する
という原理の発見および実証には成功したもの
の、その具体的手段としては薄板試料に印加する
外部磁界を回転するか、あるいは静磁界中で薄板
を回転するかのいずれかしか開示することができ
なかつた。そして、このような手段に従うかぎり
においては格段とすぐれた磁気特性を得ることが
できても、効率よく大量に処理する点において若
干難点がある。すなわち、被処理試料は平板状に
配置しなければならないため、例えば薄板を磁気
ヘツド用に適用するときには、ヘツド用に所定形
状に切断した薄板や、あるいは比較的小さな薄板
を被処理試料としなければならない。また、トラ
ンス用に適用するため、巻磁芯として形成したと
きには、このような手段を用いることはできない
からである。 本発明はこのような実情に鑑みてなさたもので
あつて、本発明者の先の提案における回転磁界中
での熱処理による、誘導磁気方性の巨視的・微視
的範囲での等方化、そしてそれに基づく非晶質磁
性合金薄板の透磁率の動的および静的特性値の向
上、その経時変化の減少、さらには磁気損失の減
少という原理を利用して、等しくその効果を実現
するとともに、効率よく大量に熱処理することの
できる具体的方法を提案することを主たる目的と
する。 本発明者は、このような目的につき種々検討を
行つた結果、本発明をなすに至つたものである。 すなわち本発明者は、式Fe_aM_b （式中、ａ＋ｂ＝100at％であり、15≦ｂ≦30at
％である。ＭはＢ、SiおよびＣの１種以上を含む
ガラス化元素である。 また、Fe量のうち、20at％以下を遷移金属元
素の１種以上が置換してもよい。） で表わされる組成を有する非晶質磁性合金薄板の
熱処理方法において、薄板をほぼ筒状に巻き、し
かもこの薄板には巻線を施し、薄板の一方向に磁
界が発生するようになし、さらに上記ほぼ筒状に
巻かれた薄板を外部磁界中に配置し、非晶質磁性
合金のキユリー点以下でしかもその結晶化温度以
下の温度に薄板を加熱保持した状態で、上記巻線
に流れる電流を変化させて、上記薄板に発生する
磁界を変化させ、この薄板に発生する磁界と、上
記外部磁界との合成磁界の向きを回転させ、しか
る後冷却し、、上記合成磁界による誘導磁気異方
性を等方的となすことにある。 本発明によれば、本発明者の先の提案同様得ら
れる非晶質磁性合金薄板の磁気特性はよりすぐれ
たものとなる。すなわち、上述の無磁場中での熱
処理と比べ、透磁率の静的および動的特性値は格
段と向上する。しかも磁気損失も格段と減少す
る。また、一定方向から磁界を印加する磁場中熱
処理のように透磁率の動的特性値、特に初透磁率
が減少してしまうということはなく、逆に動的特
性が格段と向上し、しかも磁気損失も減少する。
従つて、これまで用途に従い限定されていた非晶
質合金の組成の制限が緩和され、その結果すぐれ
た特性を有する種々の用途に対する実用材料が可
能となる。 加えて、薄板製造時の内部歪も有効に除去する
ことができる。さらに、Tc＞Tcryの合金につい
ても本発明が適用でき、その結果、高透磁率、低
磁気損失を得ることが可能となる。このため、特
にCo系の磁歪の小さい非晶質合金材料について、
センダスト合金以上の高飽和磁束密度で高透磁率
という実用上きわめてすぐれた特性を得る。ま
た、Tc＜Tcryの合金についても熱処理後除冷が
可能となるので透磁率は格段と向上する。さらに
は、Tc以上の熱処理ではTcの高いものではぜい
化や酸化が生起するが、本発明ではTc以下の比
較的低い温度で熱処理を施せばよいので、ぜい化
は生じず、また空気中で実施しても酸化は生じな
い。 なお、このような透磁率および磁気損失が格段
と向上するという効果は、非晶質磁性合金特有の
効果であり、本発明を結晶質磁性合金に適用して
も、結晶質ではK₁またはK₂のどちらかが
10³erg／cm³程度の結晶磁気異方性が存在すること
に帰因して、そのような効果は実現しない。ま
た、歪除去の熱処理は、Tcryが存在しないため、
Tc以上の高温で可能である。 さらに本発明により得られるFe系非晶質磁性
合金は、飽和磁束密度（Bs）が大きく、その値
は結晶質Fe−Ni系合金における16KG（Fe₅₀Ni₅₀）
と同等以上であり、しかも磁気損失が小さく、保
磁力（Hc）は小さく電気抵抗率ρも30μΩcm程度
と低い。また本発明においては、このような組成
の非晶質磁性合金に対し、実質的に磁気異方性を
有しない等方的となるよう、その物性が改良され
るので、残留束密度（Br）がほぼBs／２程度と
なり、磁化反転時間が格段を短かくなり、この反
転時間で磁束反転幅、例えばBr＋Bsを除した値
は格段と大きくなる。さらには、磁気損失および
Hcもより小さくなる。このため、このような非
晶質磁性合金から形成した荷電粒子の加速または
制御用磁芯は、結晶質軟磁性材料から形成した場
合と比較して、格段と大きな加速力を発揮する。 本発明においては、このように本発明者の先の
提案に基づく効果がすべて実現する他、その処理
はきわめて効率よく、かつ一挙に大量に施すこと
ができる。すなわち、液相からの超急冷により非
晶質磁性合金薄板を大量生産する場合、薄板化し
た合金を連続的にロールに巻きつけることが好ま
しいが、そのとき本発明はこのロールに巻きつけ
た薄板自体に適用することができ、一挙に大量の
処理が可能となる。そして、本発明の処理を施し
た薄板を、磁気ヘツドや各種磁芯となすには、そ
の後切断し、積層したり、巻磁芯となしたりすれ
ばよい。また、特に巻磁芯として用いるときに
は、薄板を巻磁芯として形成した後、本発明を適
用することができ、処理後の巻磁芯をそのまま各
種コアとして用いることができるという利点があ
る。さらに、上述のロールに巻きつけた薄板に本
発明を適用する他、スパイラル状に薄板を連続移
動せしめながら本発明を適用するとこともでき、
そのとき、同様に大量の連続処理が可能となる。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明はおよそ全ての実質的に非晶質の磁性合
金の薄板に適用可能である。ただ、本発明を適用
して、種々の実用材料として好ましい特性を得る
ためにはFe、Co、Niの少なくとも１種以上を含
み、これにSi、Ｂ、Ｃ、Ｐ等の半金属成分を含む
ものが好ましく、特に特開昭55−152164号（特願
昭54−60359）号に記載の組成のものが好ましい。
このとき、非晶質磁性合金の磁気等方性が格段と
向上し、磁気損失が格段と低下し、あるいは透磁
率が格段と向上するものである。 さらに、荷電粒の加速または制御用磁芯等に用
いる非晶質磁性合金としては、下記に示される組
成を有するものであることが好ましい。 すなわち、非晶質磁性合金の組成は、85〜56at
％のFeと、総量15〜30at％の１種以上の、ガラ
ス化元素とを含むものである。この場合、ガラス
化元素としては、Ｂ、Si、Ｃ、Ｐ、Al、Ge等を
挙げることができる。 また、Feとガラス化元素以外に、他の添加元
素を含むことができ、その場合、他の添加元素と
してはCo、Ni、Cr、Ti、Nb、Ｗ、Mo、Rh、
Ru等の遷移金属を挙げることができ、その１種
以上の含有量は総量17at％程度以下の範囲であ
る。このような組成において、下記式で示される
組成は、特に好ましい。 式Fe_aM_b 式中、ａ＋ｂ＝100at％であり、15≦ｂ≦30at
％である。Ｍはガラス化元素の１種以上であり、
主にＢ、Si、Ｃの１〜３種からなり、これを必要
に応じAl、Ｐ、Ge、Ga、In、Sn、As、Sb、Bi、
Pb等の１種以上が置換してもよい。また、Feの
うち、20at％以下を、Ni、Co、Cr、Ti、Nb、
Ｗ、Mo、Zr、Ｖ、Ta、Zn等遷移金属の１種以
上が置換してもよい。この場合、Feを置換する
元素は、Feに対し、総量5at％以下のNi、Cr、
NO、Nb、Ｗの１種以上、あるいは15at％以下
のCoであることが好ましい。 このように、本発明におけるFe系非晶質磁性
合金の組成が限定されるのは以下の理由による。 遷移金属のうちFeは最も磁化が大きいものと
して知られ、高いBsを得るためには、Feが主成
分となる必要がある。Feに対し総量20at％以下
の範囲で他の遷移金属が置換することができる
が、この場合Ni、Cr、Mo、Nb、Ｗ等は、Feを
置換して耐食性等を向上させたり、結晶化温度を
上げたりする効果があるが、そのFe置換量が5at
％以上となる飽和磁束密度（Bs）を下げ、結晶
質Fe₅₀Ni₅₀合金のBs＝16KGより小さくなるの
で、5at％以下が好ましい。また、Coはある程度
Feを置換すると、そのBsを上げるが、ある程度
以上では逆にBsを下げ、また高価な元素である
ので、その置換量は０〜15t％が好ましい。一方、
ガラス化元素は、非晶質化を助長するものである
が、15at％より小あるいは30at％より大となる
と、逆に非晶質化度が悪化し、15〜30at％である
必要がある。この場合、ガラス化元素はその成分
比には無関係にSi、Ｂ、Ｃの１〜３種からなり、
これらに対し半量以下をAl、Ge、Ｐ等が置換す
ることが好ましい。 このような組成を有するFe系非晶質磁性合金
は、特に荷電粒子の加速または制御用磁芯として
きわめてすぐれた特性を発揮するものである。 このような種々の組成の合金の薄板は液相から
超急冷することによつて得られる。 液相から超急冷して非晶質磁性合金薄板を得る
には、対応する組成の合金を溶融して融液とな
し、この融液を溶融状態から概ね10⁴℃／sec以
上、通常10⁴〜10⁶℃／secの冷却速度で超急冷し、
冷却凝固させることによればよい。溶融状態の合
金融液を超急冷するには、公知の双ロール法、片
ロール法、あるいはインサイドインジエクシヨン
法等種々の方式に従えばよい。従つて、合金の溶
融条件、合金融液の噴出条件、噴出の際のノズル
の形状・寸法等、双ロール等の冷却体の形体、寸
法、材質等は公知の超急冷法における条件範囲の
中から適宜決定すればよい。また、合金の溶融に
際しては、アルゴン等の不活性ガス中で行うか、
あるいは不活性ガスを流入させながら行うことが
好ましいが、この融液の噴出は、不活性ガスある
いは空気のいずれかの雰囲気に対して行つてもよ
い。なお、このような非晶質磁性合金薄板は、５
〜200μｍ、特に20〜60μｍ程度の厚さであればよ
く、一般に板状の形状とすればよく、その寸法は
種々のものとすることができる。 本発明においては、特開昭55−152164号（特願
昭54−60359号）に従い、このような非晶質磁性
合金薄板をほぼ筒状に巻き、これに所定の処理を
施す。この場合、ほぼ筒状に巻くには、通常はそ
の長手方向に巻くものであり、そのときある仮想
軸を中心に、薄板の巾方向線分がこの仮想軸に対
し常にほぼ平行となるように、中心部に中空を残
し、その断面が輪状、通常は円輪状となるごと
く、１回ないしそれ以上巻回すれば十分である。
この場合、輪状の断面は開口を有さず閉じた輪状
となし、例えば後述の巻線通電等により巻線によ
り発生する磁界に対する反磁界を極力減少する方
がよい。また、ほぼ筒状に巻く場合には、断面輪
状、通常ほど円輪状に薄板をその長手方向または
巾方向に重畳して巻回する他、長手方向にスパイ
ラル状に巻く場合が含まれる。このスパイラル状
に巻く場合は後述のように薄板をスパイラル状の
軌跡内において連続的に移動させつつ、熱処理を
連続的に行うという構成をとることができるとい
う点で有効である。 一方、重畳して巻回するには、超急冷直後の薄
板を中空の巻き取りロールの回りに巻きつけ固定
したものや、絶縁体層を介して薄板を複数回巻回
し、それ自身内部中空の角形ないしは円形の巻磁
心として形成したもの等を用いることができ、そ
のとき本発明による効率の良い熱処理という効果
が実現することになる。 このようにしてほぼ筒状に巻いた薄板には薄板
の一方向に磁界が発生するように巻線が施され
る。この巻線は、一般には、巻線に通電した時に
薄板のほぼ巻き方向、すなわち通常は長手方向に
磁界が発生するようにすればよい。 従つて、この巻線は筒状に巻かれた薄板巻き方
向、通常長手方向全域に亘つて、あるいはそのう
ちに所定部分に、薄板巾および厚さ方向を包囲す
るように施せばよい。なお、このように施される
巻線には、あえて外部電源から通電を行わず、巻
線を必要に応じンデンサまたはコイルを介し短絡
しても、筒状に巻かれた薄板の一方向には磁界が
発生するようになすことかでき、そのように構成
してもよい。この場合は、後述の外部磁界を印加
することにより、薄板の一方向、通常はその巻き
方向に誘起電流が生じ、この誘起電流により、巻
線には２次誘起電流が生じ、この巻線に生じた２
次誘起電流が薄板巻き方向に磁界を発生させるか
らである。 一方、この筒状に巻き、しかも巻線を施された
薄板は外部磁界中に配置される。この場合、外部
磁界印加方向は、薄板面内におけるその薄板巻き
方向と直角の方向、通常その巾方向の成分を有す
れば十分である。ただ、上述の巻線により薄板に
発生する磁界と、この外部磁界との合成磁界を回
転させて、その合成磁界による誘導磁気異方性を
等方的にするという本発明の目的をより有効に実
現するには、外部磁界は薄板巻き方向、すなわち
長手方向とほぼ直角、すなわち巻かれた薄板の面
内における巾方向とほぼ平行となるよう印加する
ことが好ましい。この外部磁界は、公知の電磁
石、ヘルムホツコイル、ソレノイドコイル、永久
磁石等によつて印加すればよい。 このような構成において、本発明の熱処理は、
薄板を形成する非晶質磁性合金の結晶化温度以下
に保持しなければならない。非晶質磁合金として
の特性が失われてしまうためである。同時に、そ
の保持温度は、キユリー点以下でなればならな
い。キユリー点以上では自発磁化が発生せず、誘
導磁気異方性が発生しないからである。一方、保
持温度の下限としては、一般に100℃以上、より
好ましくは150℃以上とすることが好ましい。ま
た、保持時間は、一般に500時間以内、好ましく
は１分〜500時間程度である。加熱方式としては、
抵抗型の電気炉中で行う他、高周波加熱や赤外線
加熱を施したり、その他種々の方式が可能であ
る。 このような温度保持の条件下で、薄板に上記外
部磁界を印加し、また上記巻線により薄板に磁界
を発生させる。このとき、外部磁界と巻線により
薄板に発生する磁界との少なくとも一方を変化せ
しめ、薄板に印加される、あるいは発生する上記
２つの磁界の合成磁界の向きを回転させ、この合
成磁界により誘起される磁気異方性を等方的にす
る。この場合、この合成磁界の向きが回転しさえ
すれば、薄板内に誘起される誘導磁気異方性は等
方的となり本発明所定の効果が実現することにな
る。ただ、異方性をより等方化して、磁気特性を
より向上するには、上記合成磁界により誘起され
る誘導磁気異方性軸を少なくとも１回転させるこ
とが好ましく、このためには合成磁界は少なくと
もほぼ180゜回転させればよい。このとき、合成磁
界はほぼ等速回転することが好ましいが、その回
転は連続的であつても、間けつ的であつてもよ
い。また、その際正・逆回転を交互に繰返しても
よい。さらに回転速度は、極端な高速としないか
ぎり、また上記加熱保持時間内に所望の回転が行
われるかぎりにおいて、特に制限はないが、一般
には10〜10⁵rpm程度で行えばよい。このように
合成磁界の回転の態様については、種々の場合が
存在するが、これらのうち、合成磁界は、上記加
熱保持時間内に、ほぼ180゜あるいはそれ以上の回
転角の回転を一方向に行うか、あるいはこのよう
な回転を正方向、逆方向の順序で交互に繰返すこ
とが好ましい。 このように合成磁界を回転させるには、外部磁
界と巻線により発生する磁界のうちの少なくとも
一方、通常好ましくは両者を変化させばよい。外
部磁界を変化させるには、通常、その磁界軸は一
定にして、その磁界強度を変化させる。このため
には電磁石、コイル等への通電電流を変化させれ
ばよい。また、磁界強度の変化は一方向でもよ
く、正および負方向に変化させてもよい。一方、
巻線により発生する磁界を変化させるには、通常
は、巻線への通電電流を変化させて、発生磁界の
大きさを正および負方向または一方向のみに変化
させればよいが、その他、上述のように巻線を必
要に応じ容量またはインダクタンスを介し短絡す
るときには、外部磁界強度の変化に対応して、巻
線により発生する磁界の大きさも変化することに
なる。なお、この正負に、または一方のみにその
少なくとも一方が大きさを変化する外部磁界と、
巻線により発生する磁界との両磁界軸は、両者が
直交するとき得られる効果が大となるのは上述の
とおりである。 このようにして合成磁界はその向きを回転する
ことになり、この回転の態様および回転を与える
ための手段については種々の態様が存在するもの
であるが、具体的には一般に以下のようにして行
うことが好ましい。以下のような好ましい態様で
合成磁界を少くとも180゜回転させたときには、誘
導磁気異方性は巨視的に等方的になるばかりでな
く、微視的にみたときにも100μｍ程度の磁区内
において等方的となり、巨視的に等方的にしたと
き期待される以上の透磁率および磁気損失の向上
が観察されるからである。 まず合成磁界を連続的に回転する場合について
いえば、通常、外部磁界（H₁）と巻線により発
生する磁界（H₂）とを直交させ、しかも第１図
ａに示されるように、ともに交番正弦波として変
化させ、さらに両者の周波数を一致させ、一方両
者の位相を±π／２変化させることが好ましい。
このような構成をとつたとき、合成磁界は一定方
向に連続的に180゜以上回転することになる。一
方、合成磁界を連続的に回転する場合でも、正・
逆回転を周期的に行うこともでき、そのときには
第１図ｂに示されるように、あるいはそれから容
易に類推される態様で、周波数が等しく、±π／
２だけ位相の異なる交番正弦波H₁、H₂のうち、
一方を半周期またはその整数倍を単位として、反
転させるのが好ましい。他方、合成磁界を間けつ
的に回転する場合には、上記H₁、H₂とをパルス
状に発生させればよい。この場合、等パルス巾の
H₁とH₂とを等間隔に同期させて発生させ、しか
も両者のパルス高がそれぞれ第１図ａ，ｂ等に示
される上記H₁とH₂との正弦波を包絡線として有
するようになし、その合成磁界を間けつ的に回転
させてもよいが、第１図ｃ，ｄのごとく、等パル
ス巾のH₁とH₂とを等間隔に交互に発生させ、そ
のとき少なくともH₁とH₂のうち一方を順次正負
交互に発生させ、合成磁界がH₁またはH₂そのも
のとなるようにして、これを間けつ的に回転させ
てもよい。 このような場合、外部磁界H₁の大きさは非晶
質磁性合金をほぼ飽和させる50Oe程度またはそ
れ以上の範囲内で変動させればよい。 ただ、薄板厚みや、その表面に存在する凹凸に
基づく反磁界を考慮に入れれば、概ね200Oe以
上、より好ましくは500Oe程度以上をその最大値
とすることが好ましい。一方、巻線通電により、
あるいは巻線内に生起する２次誘起電流により発
生する磁界は、反磁界が小さいので、一般に１〜
100Oe程度の範囲に変動させれば十分である。 このような加熱保持状態において上述の磁界印
加を行つた後、薄板または薄膜は冷却される。こ
の冷却は磁場印何を停止した後行つてもよいが、
上に述べた磁場中で行うことが好ましい。また、
冷却速度としては種々変更可能であるが、一般に
徐冷とすることが好ましい。 なお、以上詳述したような磁場中熱処理は真空
中で行つても、また不活性ガス中で行つても、さ
らには空気中で行つてもよい。 本発明における上記の熱処理を施した非晶質合
金の薄板を試料として、常法に従い強磁性共の測
定を行えば、巨視的に等方的であることから外部
磁界の角度によつて共鳴磁界が実質的に不変であ
り、共鳴磁界の角度依存性は非常に小であり、ま
た微視的にも等方的であることから、共鳴線の半
値巾は非常に小さくなつている。この場合、通常
は、強磁性共鳴は、円板状の試料を強磁性共鳴キ
ヤビテイ内にセツトし9.34GHzのマイクロ波を当
て、また1300Oe程度の外部磁場を試料面内に印
加し、磁場印加方向を面内で回転させて測定すれ
ばよく、このとき、共鳴磁界の角度依存性とし
て、異方性磁界Haと固有共鳴磁界Hoとの比
Ha／Hoを測定すれば、本発明により得られる薄
板材料ではHa／Hoは10％以下、特に５％以下程
度の値が得られる。これに対し、急冷直後の薄板
ではHa／Hoは概ね20％程度、また前記静磁場中
での熱処理を施した場合にはHa／Hoは概ね15％
程度である。また、このとき共鳴線の半値巾ΔH
をHoで規格化した値ΔH／Hoは、本発明により
得られる薄板材料では約30％程度以下であり、一
方急冷直後および静磁場処理後の場合にはそれぞ
れ概ね50％以上および30〜40％程度である。従つ
て、このような強磁性共鳴の測定を行い、その共
鳴磁界の角度依存性、特にHa／Hoと共鳴線の半
値巾、特にΔH／Hoとを観測すれば、本発明に
おける実質的に磁気異方性を有さず、等方的であ
るか否かの確認手段となるとともに、他の従来の
非晶質磁性合金薄板に対する処理方法による場合
には上記のような結果を得るので、これらが本発
明における非晶質磁性合金と従来のものとの区別
性の指標となるものである。 以上詳述した熱処理方法に用いる装置の好まし
い例が第２図に示される。第２図において、非晶
質磁性合金の薄板１は例えば巻磁芯としてあるい
は超急冷直後の状態で巻取りロールの回りに長手
方向に円輪状に巻かれている。 一方、円輪状に巻かれた薄板１は、電磁石２
１，２３内に電源Ｅから交番正弦波電流i₁を通電
したき、それにより発生する外部磁界H₁が、薄
板巾方向、すなわち巻き軸と平行となるよう配置
される。一方、円輪状の薄板１には、被覆導線か
らなる巻線３が施され、巻線３は位相制御器Ｐを
介して交流電源Ｅと接続され、交流電源により、
上記i₁とπ／２位相の異なる正弦波電流i₂が通電
可能となしてある。さらに、薄板１全体は電気炉
４内に配置されている。このような構成におい
て、電気炉４に通電し、薄板１を所定の温度に加
熱保持し、同時に電源Ｅを投入すると電磁石２
１，２３にはi₁が流れ、第１図ａの外部磁界H₁が
薄板１巾方向に印加され、一方、巻線３にはi₂が
流れ、薄板１長手方向に第１図ａの磁界H₂が発
生する。これによりH₁とH₂との合成磁界は一定
方向に一定周期で回転する。一定時間後電気炉４
の通電を切り、冷却すれば、非晶質磁性合金薄板
１内に誘起される磁気異方性は局所的にも等方的
になり、本発明所定の効果が実現する。 一方、第３図には、第２図のようにバツチ処理
を行う場合でなく、連続処理を行う場合が示され
る。この場合、図示しない薄板は、例えばガラス
製案内路５中をスパイラル状に矢印ａ方向に連続
的に移動可能とされている。一方、この案内路５
のスパイラル軸に平行に外部磁界H₁がソレノイ
ドコイル２５から印加可能となしてあり、また案
内路５には巻線３が施され、案内路５を通過する
薄板の長手方向に磁界H₂が発生可能となしてあ
る。このような構成でソレノイドコイル２５と巻
線３の通電端子３３，３５とへの通電電流を変化
させ、H₁とH₂を前期のような好ましい態様で変
化せしめ、H₁とH₂との合成磁界を回転させ、し
かも電気炉４により連続移動する薄板を加熱すれ
ば、薄板を連続移動させつつ、本発明の熱処理を
連続的に施することができる。 さらに第４図には、他の１例が示される。 この場合、第４図に示される例が第２図と異な
るのは、巻線３を外部電源と接続せず、容量また
はインダクタンス、この場合は容量Ｃを介して短
絡した点である。このような場合、前記同様外部
電源Ｅから電磁石２１，２３に例えば交番正弦波
電流i₁を印加すれば、磁界H₁が発生し、薄板１長
手方向には誘起電流i₁′が発生する。一方この誘起
電流i₁′は巻線３内に容量Ｃで定まる位相の異なる
２次誘起電流i₂′を発生させる。この２次誘起電流
i₂′により薄板１長手方向にはH₁と位相の異なる
磁界H₂が発生し、H₁の強度を変化させれば、H₁
とH₂との合成磁界は時間とともに回転し、本発
明所定の効果が実現する。 以上詳述してきた本発明法を施した非晶質磁性
合金薄板は、そのまま、あるいは所定の加工を施
し、荷電粒子の加速または制御のための磁芯等の
各種芯、磁気ヘツドあるいはその他の用途に用い
てきわめてすぐれた特性を発揮する。 すなわち、本発明は下記の効果を奏するもので
ある。 本発明により得られる非晶質磁性合金薄板は、
透磁率の静的および動的特性値は格段と向上す
る。しかも磁気損失も格段と減少する。 また、一定方向から磁界を印加する磁場中熱処
理のように透磁率の動的特性値、特に初透磁率が
減少してしまうということはなく、逆に動的特性
が格段と向上し、しかも磁気損失も減少する。従
つて、これまで用途に従い限定されていた非晶質
合金の組成の制限がが緩和され、その結果すぐれ
た特性を有する種々の用途に対する実用材料が可
能となる。加えて、薄板製造時の内部歪も有効に
除去することができる。さらに、Tc＞Tcryの合
金についても本発明が適用でき、その結果高透磁
率、低磁気損失を得ることが可能となる。 このため、特にCo系の磁歪の小さい非晶質合
金材料について、センダスト合金以上の高飽和磁
束密度で高透磁率という実用上きわめてすぐれた
特性を得る。またTc＜Tcryの合金についても熱
処理後徐冷が可能となるので透磁率は格段と向上
する。さらには、Tc以上の熱処理ではTcの高い
ものではぜい化や酸化が生起するが、本発明では
Tc以下の比較的低い温度で熱処理を施せばよい
ので、ぜい化は生じず、また空気中で実施しても
酸化は生じない。 さらに本発明により得られる非晶質磁性合金
は、飽和磁束密度（Bs）が大きく、しかも磁気
損失が小さく、保磁力（Hc）は小さく電気抵抗
率ρも低い。また本発明においては、このような
組成の非晶質磁性合金に対し、実質的に磁気異方
性を有しない等方的となるよう、その物性が改良
されるので、残留磁密度（Br）がぼBs／２程度
となり、磁化反転時間が格段と短かくなり、この
反転時間で磁束反転幅、例えば、Br＋Bsを除し
た値は格段と大きくなる。さらには、磁気損失お
よびHcもより小さくなる。このため、このよう
な非晶質磁性合金から形成した荷電粒子の加速ま
たは制御磁芯は、結晶質軟磁性材料から形成した
場合と比較して、格段と大きな加速力を発揮す
る。 以下本発明の実施例を掲げ、本発明をさらに詳
細に説明する。 実施例 １ Fe₈₃B₁₂Si₅からならる組成を有し、30μｍ厚の
非晶質磁性合金のリボン状連続薄板を公知の高速
急冷法により得た。次いで、この薄板から内径40
mm、外径50mm、厚さ10mmのトロイダル巻磁芯を形
成した。 次いで得られた磁芯に対し、第２図に示される
装置を用い、本発明における磁場中熱処理を施し
た。すなわち、装置全体を10^-1Torrの真空下に
おき、巻線３を施し、これを電気炉４内に配置
し、また薄板１の長手方向と直角に磁界が印加さ
れるように電磁石２１，２３を配置した。、巻線
３により第１図ａのような最大値20Oe、周期１
秒の正弦波磁界H₂を発生させ、また電磁石２１，
２３によりH₂とπ／２位相の異なる第１図ａの
ような最大値5000Oeの正弦波磁界H₁を発生させ
ながら、電気炉４により磁芯を300℃に加熱した。
30分後電気炉を断として、H₁、H₂の合成磁界を
回転させながら真空中で徐冷した。このようにし
て処理した試料１につき、残留磁束密度Br、飽
和磁束密度BsおよびBs＋Brを測定した。また、
試料１と同様に処理を施した磁芯を構成する薄板
から1.2mmφの円板サンプルをエツチングにより
得、これを強磁性共鳴吸収装置のキヤビテイー内
にセツトし、マイクロ波周波数9.34GHzにて、
1300Oe程度の外部磁場をサンプル面内において
回転し、強磁性共鳴測定を行い固有共鳴磁界Ho、
異方性磁界Ha、共鳴線の半値巾ΔHを測定し、
Ha／HoおよびΔH／Hoを計算した。これらの結
果を表１に示す。さらに上記の試料１に１ターン
の１次コイルおよび２次コイルを施し、１次コイ
ルに通電し、それぞれ10¹、10³および10⁵AT／ｍ
の距形状の励磁磁場を印加し、２次コイルに誘起
される電圧を測定して、その立ち上り時間Δtを
測定して、磁化反転時間を測定した。結果をやは
り表１に示す。 なお、表１には、Ｕ関数計を用いて測定した60
Hz、1KGでの磁気損失を併記する。 これとは別に比較のため上記の磁場中熱処理を
全く行わずに急冷直後の薄板から試料２を得た。 また、急冷直後の薄板から得た磁芯に対し、上
記H₁は何ら印加することなく上記と同様に熱処
理を施し、静磁場中での熱処理を施した試料３を
得た。 これら試料２および３につき、試料１と全く同
様に測定を行い、表１の結果を得た。 さらに比較のため、100μｍ厚の結晶質Fe₅₀Ni₅₀
合金薄板およびNi−Zn系フエライトを用い、試
料１と全く同寸法のトロイダル巻磁芯を形成（試
料４、５）し、上記と同様にBs、Br、Br＋BsΔt
および磁気損失を測定し、表１の結果を得た。 表１の結果から、本発明による場合、誘導磁気
異方性が等方的となり、すぐれた磁気特性を示
し、またきわめて高い励磁磁場に至るまでΔtが
きわめて小さく、きわめて大きな（Br＋Bs）／
Δt、すなわち、荷電粒子の加速のための磁芯と
して使用した場合の荷電粒子の大きな加速力が得
られることがわかる。

【表】 実施例 ２ 実施例１の組成にかえ （Fe_0.85Co_0.15）₈₀B₂₀（試料６）、 （Fe_0.85Co_0.15）₈₀（Si_0.25B_0.75）₂₀（試料７）、 Fe₇₈Mo₂B₂₀（試料８）、 Fe₇₈Ni₂B₂₀（試料９） の組成を有する薄板を得、これを試料１と全く同
様に巻線芯とした後、熱処理温度を350℃とした
他は全く同様の回転磁場中の熱処理を施して、試
料６〜９を得た。これらについて、試料１と全く
同様にして、Br、Bs、Br＋Bs、Ha／Ho、
ΔH／Ho、ΔH、Δtおよび磁気損失を測定したと
ころ、表１の結果を得た。 表１の結果から本発明の効果が明白である。 なお、本発明により得た試料（試料No.１、６〜
９）は、透磁率が比較例（試料No.２〜５）に比べ
格段と向上していることが確認されている。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ本発明におけ
る外部磁界（H₁）と巻線により発生する磁界
（H₂）との磁界強度(H)の時間（ｔ）変化の例を示
す線図であり、第２図、第３図および第４図はそ
れぞれ、本発明において用いる装置の一例を示す
概略図である。 符号の説明、１……非晶質磁性合金薄板、２
１，２３……電磁石、２５……ソレノイドコイ
ル、３……巻線、４……電気炉、５……案内路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 式Fe_aM_b （式中、ａ＋ｂ＝100at％であり、15≦ｂ≦30at
   ％である。ＭはＢ、SiおよびＣの１種以上を含む
   ガラス化元素である。また、Fe量ａのうち、
   20at％以下を遷移金属元素の１種以上が置換して
   もよい。） で表わされる組成を有する非晶質磁性合金薄板を
   熱処理するにあたり、当該薄板をほぼ筒状に巻
   き、しかもこの薄板には巻線を施して薄板の一方
   向に磁界が発生するようになし、さらに上記ほぼ
   筒状に巻かれた薄板を外部磁界中に配置し、非晶
   質磁性合金のキユリー点以下でしかもその結晶化
   温度以下の温度に薄板を加熱保持した状態で、上
   記巻線に流れる電流を変化させて、上記薄板に発
   生する磁界を変化させ、この薄板に発生する磁界
   と、上記外部磁界との合成磁界の向きを回転さ
   せ、しかる後冷却し、上記合成磁界による誘導磁
   気異方性を等方的となすことを特徴とする非晶質
   磁性合金薄板の熱処理方法。