JPS6031084B2 - 積層型コアの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は磁気録音、録画、再生装置等の磁気ヘッドや
その他の磁気回路に使用される積層型コアの製造法に関
するものである。

周知の如くＦｅ−Ｎ−Ｓｉ系合金すなわちいわゆるセン
ダスト合金やパーマロィ等の合金系磁性材料は導電率が
高く、このため磁気ヘッドとして使用した時に高周波領
域での渦電流損失が大きいから、実効透磁率が低下する
問題がある。

この問題を解決するため、Ｆｅ−ＡＩ−Ｓｉ系合金等の
磁性材料の薄層と絶縁材料の薄層とを交互に薄層して、
積層型コアを作ることが従来から行なわれている。この
ような積層型コアを粉末冶金法によって製造する方法と
しては、磁性材料の焼結原料となる１種または２種以上
の金属粉末と絶縁材料とを交互に積層して静水圧プレス
等により圧粉成形した後これを焼結するか、または各層
を充填するたびごとにプレスを行って予備成形した後こ
の予備成形体について静水圧プレス等により圧粉成形し
、しかる後焼結する方法、あるいはまた前記金属粉末を
予め１層ごとに予備プレス成形して単層体を作り、この
単層体と絶縁材料とを交互に積層した後静水圧プレス等
により最終成形し、次いで競結する方法等が開発されて
いる。

このように積層後膝結する方法においては、絶縁材料と
して焼結温度における耐熱性を有することが要求される
ため、合成樹脂材料やゴム系材料を使用することは実際
上不可能であり、通常はアルミナ（ＡＩ２０３）、シリ
力（Ｓｉ０２）、マグネシア（Ｍｇ０）等の酸化物粉末
が使用されている。

ところがこのような酸化物粉末を層間絶縁に使用した場
合、絶縁層の厚み制御が困難であるから、絶縁層の厚み
が製品ごとにばらつくと共に同一の製品においても局部
的に絶縁層の厚みがばらつき、このため絶縁層の平均厚
みを厚くせざるを得ないのが実情である。

しかるに磁気ヘッドコアにおいてはその全厚みが磁気テ
ープのトラック幅によって規定されるから、絶縁層の厚
みが厚ければ磁性材料層が相対的に薄くなって磁気コア
の有効断面積が少なくなり、この結果充分な磁気特性を
得ることができない問題が生じる。また前述のように製
品ごとに絶縁層の厚みがばらつくため各製品の磁気特性
を均一にすることが困難となる問題もある。そしてまた
、ァルミナ等の酸化物粉末は焼結温度が１７００ｑｏ〜
３０００ｏｏ程度の比較的高温であるのに対し、磁性材
料の焼結原料となるＦｅ−Ｎ−Ｓｉ母合金粉末やＦｅ粉
末、ＡＩ粉末等の金属粉末は暁結温度が比較的低く、通
常は数百℃〜１５００℃程度であるから、金属粉末層と
絶縁材料粉末層との積層体を焼結するために金属粉末の
焼結温度に加熱保持しても酸化物粉末は嘘結されず、酸
化物粉末層の各粒子相互間は単に機械的に結合されるだ
けである。したがってヘッドコア形成のための研摩工程
等の加工作業時において絶縁層の一部が欠け落ちて製品
不良が生じることが多く、このため製品歩留りが低い問
題がある。さらに前述のように酸化物粉末を層間絶縁に
使用する場合、製造工程における酸化物粉末の取扱いが
厄介であるため量産に通しない問題もある。この発明は
以上のような事情に鑑みてなされたもので、金属箔の表
面を酸化処理し、この金属箔を層間絶縁として使用する
ようにし、これによって絶縁層の厚み制御を容易に行え
るようにして、絶縁層を薄質化すると共に厚みを均一に
し、磁気コアの特性向上を図ると共に特性のばらつきを
解消し、併せて研削、研摩工程等の加工作業時に絶縁部
分が欠け落ちることを防止して、製品歩留りの向上を図
り、かつ磁気コア製造工程における絶縁材料の取扱いを
容易にして量産を行い得るようにするものである。

すなわちこの発明の積層型コア製造法は、金属箔の表面
に酸化膜を形成し、この金属箔と磁性材料の嫁結原料と
なる金属粉末の層とを交互に積層して圧粉成形および競
緒を行うことを特徴とするものである。

以下にこの発明を具体的に説明する。

この発明において対象とする磁性材料は、粉末冶金法に
より製造可能なものであれば良く、例えばＦｅ−ＡＩ−
Ｓｉ系合金すなわちいわゆるセソダスト合金や、パーマ
ロィあるいはアルバーム等に適用可能であるが、特に前
記セソダスト合金が最適である。

ここでセンダスト合金とは、Ｎｂ ｏ．０１
〜６．０％（重量％、以下同じ）Ｍｏ ｏ．１
〜５．０％Ｔｉ ｏ．１ 〜５．０％ Ｃｒ ｏ．１ 〜７．０％ Ｖ Ｏ．１ 〜５．０％ Ｎｉ ｏ．１ 〜７．０％ Ｃｕ ｏ．０５ 〜６．０％ Ｗ Ｏ．１ 〜５．０％ Ｔａ ｏ．１ 〜５．０％ Ｃｅ ｏ．１ 〜５．０％ Ｈｆ ｏ．１ 〜５．０％ Ｚｒ ｏ．１ 〜５．０％ 希士類元素 ０．０１ 〜３．０％ Ｍｎ ｏ．１ 〜５．０％ Ｐ Ｏ．００１〜０．５％ Ｙ Ｏ．０１ 〜５．０％ Ｂ Ｏ．００１〜０．５％ Ｐｂ ｏ．１ 〜５．０％ の群より選ばれた成分の１種以上を必要に応じて総量で
０．００１〜８．０％、およびＮ ３〜８％ Ｓｉ ３〜１２％ Ｆｅ 残 部 からなる組成を有する磁性合金として定義されるＦｅ−
ＡＩ−Ｓｉ系合金であり、初透磁率、最大透磁率が高い
のに加えて硬度が著しく高く耐摩耗性に優れた磁性材料
として知られるものである。

前述のようなセンダスト合金製の積層型ヘッドコアを製
造する場合、金属粉末材料としてはセンダスト合金組成
の粉末、あるいはＦｅ−ＡＩ−Ｓｉ系母合金粉末にＦｅ
粉末を添加混合したもの、あるいはＦｅ−ＡＩ母合金粉
末およびＦｅ−Ｓｉ母合金粉末を混合したもの等を用い
ることができ、要するに最終的にセンダスト合金の組成
が得られるように１種または２種以上の金属粉末を配合
したものであれば良い。また、絶縁層の素材となる金属
箔としては、陽極酸化電解処理または加熱酸化処理等の
酸化処理によって容易に表面のみを酸化させ得るもので
あれば良く、例えばアルミニウム、チタン、ジルコニウ
ム、マグネシウム、鉄、クロム等の箔が使用される。

この発明においては、先ず前記金属箔を酸化処理して、
金属箔の表面に酸化物層を生成する。

このように金属箔の表面（通常は表面２面）に酸化物層
を生成することによって、金属箔はその２面間が絶縁さ
れ、磁気コアの層間絶縁に使用され得る状態となる。金
属箔に酸化処理を施す手段としては、金属箔の種類に応
じて、陽極酸化電解処理や酸化性雰囲気中における加熱
処理等を適宜採用すれば良いが、いずれの場合において
も金属箔が内部まで完全に酸化されないよう、換言すれ
ば表面のみが酸化されて内部に金属層が残るように酸化
処理を施す。このようにして酸化処理が施された金属箔
は、その表面の酸化層が内部の金属層によって支持され
た状態となり、打抜き加工が可能となる。したがってこ
の発明を実施する際には、大面積を有する金属箔に酸化
処理を施した後、この金属箔から製品の平面形状に対応
する小片状の金属箔を多数打抜くか、又は長い帯状の金
属箔に連続的に酸化処理をほどこし、引き続き連続的に
打抜くことが望ましい。次いで前述のように酸化処理が
施された金属箔と磁性材料の焼結原料となる前記金属粉
末とを、所定の閉口形状例えば磁気ヘッドコアの半割体
形状を有するプレス金型内に交互に充填・渚層して積層
体を作る。

この際、金属粉末を充填するたびごとに予備圧粉して、
各金属粉末層を繊密化することが望ましい。また、前述
のように積層体を作る際には、各金属箔によってその上
下の金属粉末層が全面的に遮られるように積層体を形成
しても良いが、この発明の発明者等が既に特願昭５２−
４２４３６号で提案したように、各磁性材金属層の相互
間の一部を、絶縁層すなわち酸化処理が施された金属箔
を介さずに、金属粉末によって連続させることが望まし
い。すなわち、第１図に示すように、金属粉末をプレス
金型１の下底面に散布して所定の厚みの金属粉末第１層
２１を形成した後、この金属粉末第１層２１の上面に、
プレス金型の底面面積すなわち金属粉末第１層２１の面
積よりも小さい面積を有する金属箔３を金属粉末第１層
２１の中央に敦置して、金属粉末第１層２１の周辺部が
金属箔３によって覆われないようにし、次いで再び金属
粉末を散布して、金属箔３の上面および金属粉末第１層
２１の周辺部とを覆う金属粉末第２層２２を形成し、以
下順次同様にすれば良い。このようにすれば金属粉末の
各層２１，２２，２３がその周辺部において連続するこ
とになる。上述の如く各金属粉末層の一部を連続させれ
ば、前述の特顔昭５２一４２４３６号発明と同様に、実
効透磁率をさほど低下させることなく、焼結時や焼結後
の冷却過程あるいは後の研摩工程等の加工作業時におい
て各金属層が層間剥離することを有効に防止し得る。上
述のようにして積層体が得られた後、これを圧粉成形す
る。

この圧粉成形手段としては、例えばラバープレスを用い
た静水圧プレスを用いれば良い。この場合静水圧プレス
を複数回繰返して行うと共に、各回のプレスの間に中間
暁鈍処理を行うことが望ましく、このようにすればきわ
めて高密度の圧粉積層体を得ることができる。なお各粉
末層を充填する際のプレス圧力が高く、充分に密度の高
い圧粉体が得られる場合には、この後に更に圧粉成形を
行なわなくても良い。すなわちこの場合には粉末の充填
と圧粉成形とを同一の工程で行うことになる。次いで、
積層体を加熱して煉結する。

この際の焼結条件としては金属粉末層が焼結される温度
および時間等の条件を選定すれば良い。例えば金属粉末
がセンダスト合金を生成するものである場合には、９０
０〜１３５０ｑ０の温度で３０分〜１畑寺間焼結すれば
良く、また嫌結雰囲気としては１０‐４柳Ｈｇ以下の高
真空または霧点が−４０こ○以下の水素ガス、あるいは
不活性ガス等を用いれば良い。このように暁結すること
によって、各金属粉末層の粒子相互が焼結結合され、磁
性材料層となる。

なお前述のように各金属粉末層の相互間の一部を連続さ
せた場合には、この連続部分により各金属粉末層が一体
化される。前述のように表面に酸化膜を形成した金属箔
は、この焼結過程において中央の金属部分が拡散して消
失し、両側の酸化物層のみとなることもある。この後に
は、従来の磁気コア製造法と同様に、研削、研摩加工等
を行って製品の形状とし、磁気暁鈍等を行って製品とす
れば良い。

例えば磁気ヘッドコアの場合、特に磁気テープに接触す
る面を研摩加工する必要がある。このようにして各磁性
材料層の層間が、表面に酸化層を形成した金属箔、また
は暁結過程により金属箔中央の金属部分が消失して残留
した両側の酸化物層によって絶縁された積層型磁気コァ
の製品が得られる。

以下にこの発明の実施例を示す。

実施例 金属箔として約９〆ｍ厚のアルミニウム箔を用意し、こ
のアルミニウム箔を次の条件で陽極酸化電解処理した。

電解俗 １５％ＷＳ０４溶液温 度 ２０ｑｏ±２
℃ 電流密度 ＩＡ／ｄ力 処理時間 ６分 陰極 純アルミニウム板 これにより第２図に示すように金属箔３の表面（両面）
に、厚みｔ′が０．５〜１．０〆ｍ程度の酸化アルミニ
ウム（Ｎ２０３）４が形成された。

なお箔３の全厚みｔは約５．秋ｍ程度となり、またその
内部５は純アルミニウムのままである。次いでこの酸化
処理済みの金属箔を所定の形状に打抜き、複数枚の金属
箔を得た。

そしてセンダスト合金粉末を磁気ヘッドコアの半割体形
状のプレス金型の底部に散布し、２．５ｔｏｎ／洲の圧
力で予備圧粉して合金粉末第１層を形成し、しかる後こ
の第１層の上面に１枚目の金属箔を戦遣し、再びこの金
属箔の上面にセンダスト合金粉末を散布して２．５ｔｏ
ｎ／ｃその圧力で予備圧粉し、合金粉末第２層を形成し
た。この後合金粉末第２層の上面に２枚目の金属箔を鼓
置して、再びこの金属箔の上面に合金粉末を散布して合
金粉末第３層を形成し、７．０ｔｏｎ／ｃ杉の圧力で最
終的の圧粉成形した。得られた積層圧粉体を暁鈍した後
、サィジングし、水素気流中において１２９０００×２
時間加熱して焼結し、次いでテープ接触面に相当する部
分及び半割コアの付き合せ面を研削・研摩加工した後、
滋性焼鈍を行って製品（磁気ヘッドコアの半割体）を得
た。なおテープ接触面及び付き合せ面の研削は水落性研
削液を用いて湿式で行った。その研削条件は次の通りで
ある。使用した砥石 ＤＡ１２０日 砥石回転数 １８０仇．Ｐ．ｍ． １パスの研削代 ３仏ｍ 総研削代 ０．１側 以上実施例において、研削加工による欠け落ちの発生率
、すなわち研削加工による製品不良の発生率は１％程度
であった。

酸化物粉末を絶縁層に用いた従来法では前記発生率が１
０％程度であるから、この発明の方法では従来法に比較
し欠け落ちによる不良品発生率が格段に低いことが明ら
かである。また、酸化物粉末を使用した従来法では平均
絶縁層の厚みが１叫ｍから４妙ｍ程度までばらついたが
、前記実施例では１叫ｍから２呼ｍ程度の範囲内に収ま
った。なおこの発明の方法においてプレス成型を行なう
前の段階では金属箔の厚みはほぼ完全に均一であるが、
プレス成型圧により若干絶縁層の厚みがばらつく。しか
しながら前記の如くその程度は従来法に比較し格段に少
ないことが明らかである。なおこの実施例により得られ
た磁気コアの断面を第３図Ａに示し、また絶縁層として
酸化物粉末を用いた従来法により得られた磁気コアの断
面を第３図Ｂに示す。

第３図の写真Ａ、Ｂにおいて断面の黒い部分（２層）が
それぞれ酸化物層（絶縁層）である。但し、実施例によ
り得られた磁気コア（写真Ａ）は、前述の如く焼結過程
において金属箔中央の金属部分が拡散により消失したた
め金属箔両側の絶縁物が一体化して各１層に見えている
。また、実施例の磁気コア（写真Ａ）と従来法による磁
気コア（写真Ｂ）の厚みが異なるのは、前者が未切削で
あるのに対し後者が切削済みであるためであり、両者と
も絶縁層間の厚みはほぼ同一（約０．２側）である。こ
の写真から、従来法による磁気コアにおいては絶縁層が
厚くかつその厚みがばらついているのに対し、実施例に
よる磁気コァにおいては絶縁層が薄くかつその厚みのば
らつきが少ないことが明らかである。以上の説明で明ら
かなようにこの発明の方法は、金属箔の表面を酸化させ
、この表面が酸化された金属箔を層間絶縁に用いて積層
型磁気コアを製造するものであるから、絶縁層の厚みを
容易に制御することができ、したがって絶縁層の厚みが
製品ごとにばらつくおそれがないと共に、同一製品にお
いても絶縁層の厚みのばらつきが少なく、このため絶縁
層を従来法に比較して薄くすることができる。

したがって磁気ヘッドコアのようにその全厚みが磁気テ
ープのトラック幅によって有限値に限定される場合にお
いて、絶縁層を薄くすることによって磁性材層の厚みを
相対的に厚くして磁気コアの有効断面積を増加させ、良
好な磁気特性を得ることができる。また、研削・研摩工
程等の加工作業時において絶縁層が薄いため欠け不良品
が発生することが少なく、したがって製品歩留りが高く
なる。さらに、製品ごとに絶縁層の厚みがばらつかない
ため、各製品の磁気特性を均一にすることができる。そ
してまた、この発明の方法は、絶縁層に粉末を使用する
従来法と比較して積層工程やその前工程での取扱いが容
易であると共に、打被加工によって所定の形状の金属箔
を容易に作ることができ、したがって量産に最適である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造法の積層工程を示す略解図、第
２図はこの発明の実施例において酸化処理を行った金属
箔を示す断面図、第３図はこの発明の実施例により得ら
れた製品および従来法により得られた製品の拡大断面写
真（倍率５０倍）で、Ａはこの発明の実施例の製品、Ｂ
は従来法の製品をそれぞれ示す。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属箔の表面に酸化膜を形成し、この金属箔と磁性
   材料の粉末の層とを交互に積層して圧粉成形および焼結
   する積層型コアの製造法。