JP2003277900A - レゾネータ用アモルファス合金薄帯の熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストでより確実に有角度磁場処理を行う
ことができるレゾネータ用アモルファス合金薄帯の熱処
理方法、および熱処理装置を提供する。 【解決手段】 アモルファス合金薄帯を、該アモルファ
ス合金薄帯の長手方向の磁場中で熱処理し、次いでアモ
ルファス合金薄帯面に対し所定の角度を有する磁場中で
熱処理するレゾネータ用アモルファス合金薄帯の熱処理
方法である。また、磁場を発生するソレノイドコイルを
有する予備熱処理炉と、永久磁石を有する有角度磁場処
理炉を具備し、予備処理炉は巻出されたアモルファス合
金薄帯がソレノイドコイルの軸方向に移動可能に配さ
れ、有角度磁場処理炉はアモルファス合金薄帯を予備熱
処理炉に連続して熱処理可能に配されてなるレゾネータ
用アモルファス合金薄帯の熱処理装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪振動を利用す
る防犯センサ等のレゾネータとして用いられるアモルフ
ァス合金薄帯の熱処理方法および熱処理装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】スーパーマーケット等で商品の不正な持
ち出しの防止等に用いられる防犯センサの一つとして、
磁歪材料を用いたの防犯センサがある。この防犯センサ
については、例えば米国特許第4510489号公報に提案さ
れている。この方式の防犯センサは、商品等に取り付け
るマーカと、マーカの通過を1つの送信器と2つの受信回
路を具備する受信機により検出するゲートから構成され
ている。

【０００３】マーカは軟磁気特性を有するレゾネータ材
と、このレゾネータ材と隣接して配された半硬質の磁気
特性を有するバイアス材から構成されている。一般にレ
ゾネータ材にはアモルファス合金材料、バイアス材には
結晶材料が用いられていることが多い。このレゾネータ
材とバイアス材とが隣接した状態でバイアス材を磁化す
ると、レゾネータ材は活性（マーカが活性）となり、逆
にバイアス材を消磁するとレゾネータ材は不活性（マー
カは不活性）となる。出入り口に配されたゲートで活性
なレゾネータ材を検出することで、不正な持ち出しのみ
をゲートで検出することが可能となる。具体的なゲート
でのマーカの検出方法を以下に説明する。

【０００４】発信器と受信器はゲートの内部に隣接して
設置されており、発信器は特定の無線周波数の微弱な交
流磁場をある時間ごとに繰り返し発生している。また、
受信器は発信器から発せられる交流磁場の休止期間ごと
に動作するように設定されている。活性なレゾネータ材
は、発信器から発生する前記の特定周波数の交流磁場を
受けて共振し、信号を発信する。発信器からの交流磁場
が休止すると、このレゾネータ材の共振及びレゾネータ
材から発信される信号は指数関数的に減衰する。この指
数関数的に表される減衰特性は、レゾネータ材に用いる
材料により決まる特性である。

【０００５】ゲート内の2つの受信回路では、送信器の
休止期間にレゾネータ材から発信される信号をそれぞれ
時間差をもって検出する。この時間差は2つの受信回路
の間隔とマーカの移動速度により決まるものであり、ゲ
ートではこれら2つの信号の強度と時間差から信号の減
衰特性を特定する。特定した信号の減衰特性が、予め調
べられているレゾネータ材の減衰特性と一致する場合に
は警報が発生する。この方式では、レゾネータ材以外の
物体から発生される信号（減衰特性の異なる信号）との
区別が可能となるため、ゲートでの誤動作を抑制するこ
とができる点で優れた方式である。

【０００６】上記マーカに用いるレゾネータ材では、基
本特性として活性な状態において発信器から交流磁場に
より発生する信号出力が大きく、減衰時間が長いことを
要求される。

【０００７】加えて、レゾネータ材はバイアス材が消磁
された状態、すなわち外部磁場のない状態での残留磁化
が小さいことが好ましい。これは残留磁化が大きいと、
本方式の防犯センサとは関係ない他のセンサ等に影響を
及ぼす可能性があるからである。また、ヒステリシス損
を低減し、信号出力を増加する為にも残留磁化は小さい
ことが好ましい

【０００８】レゾネータ材に必要な上記の特性、すなわ
ち交流磁場により発生する信号出力の減衰時間、残留磁
化を向上する方法として、米国特許第6011475号には、
アモルファス合金薄帯を垂直方向（薄帯の厚さ方向）で
且つ、アモルファス合金薄帯面に対して所定の角度を持
たせた磁場中での熱処理（以下、有角度磁場処理と呼
ぶ。）することが開示されている。米国特許第6011475
号に記載の方法は、有角度磁場処理によりアモルファス
合金薄帯の垂直方向（実際には薄帯では反磁界の作用が
大きいため幅方向）に異方性を付与して、水平方向（薄
帯の厚さ方向と直交する方向）の磁区幅を狭め、渦電流
損失を低減する。これにより信号出力を増加し、信号出
力の減衰時間を長くすることを達成する。さらにこの方
法によれば残留磁化も小さくすることもできる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第6011475号
に記載の方法は、交流磁場により発生する信号出力の減
衰時間、残留磁化を向上するにおいて優れた方法であ
る。しかしながら、有角度磁場処理により十分な磁気特
性の向上を達成するには高い磁場強度で行うことが必要
であり、磁場強度が十分でないと有角度磁場処理後の磁
気特性にバラツキを生じる。FeCoSiB系アモルファス合
金を用いた本発明者の検討によれば、磁場強度：120kA/
m、処理時間：6s程度では有角度磁場処理として十分で
なく、磁気特性にバラツキを生じる。バラツキを許容で
きる程度に小さくするには、この2倍程度の磁場強度で
行うか、処理時間を長くすることが必要であるが、有角
度磁場でこのような高い磁場強度を達成するにはNdFeB
等の高価な磁石が必要となり、製造コストを増加させ
る。また、処理時間を長くすることは生産性を低下させ
る。

【００１０】さらに、工業的に有角度磁場処理を行いレ
ゾネータ材を量産する場合には、バッチ式の熱処理炉を
用いることは非効率的であり、連続炉を用いてアモルフ
ァス合金薄帯を連続的に有角度磁場処理することが必要
となる。この場合、連続炉により処理速度を落とすこと
なく有角度磁場処理を行うには、大量の磁石を炉の周囲
に配することが不可欠なため、連続炉の製造コストが大
幅に増加することが避けられない。これは結果としてレ
ゾネータ材の製造コストの大幅な増加をもたらす。

【００１１】本発明の目的は、低コストでより確実に有
角度磁場処理を行うことができるレゾネータ用アモルフ
ァス合金薄帯の熱処理方法、および熱処理装置を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、有角度磁場
処理後のレゾネータ用アモルファス合金薄帯における磁
気特性のバラツキの原因を検討し、このバラツキは有角
度磁場処理前のアモルファス合金薄帯における磁区の状
態に起因し、この有角度磁場処理前の磁区の状態を管理
することで、バラツキが小さく優れた磁気特性を達成で
きることを見出し、本発明に到達した。

【００１３】すなわち本発明は、アモルファス合金薄帯
を、該アモルファス合金薄帯の長手方向の磁場中で熱処
理し、次いでアモルファス合金薄帯面に対し所定の角度
を有する磁場中で熱処理するレゾネータ用アモルファス
合金薄帯の熱処理方法である。また、磁場を発生するソ
レノイドコイルを有する予備熱処理炉と、永久磁石を有
する有角度磁場処理炉を具備し、予備処理炉は巻出され
たアモルファス合金薄帯がソレノイドコイルの軸方向に
移動可能に配され、有角度磁場処理炉はアモルファス合
金薄帯を予備熱処理炉に連続して熱処理可能に配されて
なるレゾネータ用アモルファス合金薄帯の熱処理装置で
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】上述したように、本発明の重要な
特徴は、磁気特性を向上するために行う所定の角度を有
する磁場中での熱処理（有角度磁場処理）の前に、アモ
ルファス合金薄帯の長手方向の磁場中で熱処理（予備熱
処理）を行う2段階の熱処理を採用したことにある。本
発明で予備熱処理を行うのは、アモルファス合金薄帯に
予め一定方向の異方性を付与しておくことにより、磁場
強度の低い有角度磁場処理であっても処理後の特性磁気
特性のバラツキが小さく、十分な効果を達成できるから
である。

【００１５】本発明では予備熱処理をアモルファス合金
薄帯の長手方向の磁場により行うが、本発明の予備熱処
理において重要なことは、特性を向上する上では予備熱
処理の磁場方向には特に制限は無く、また磁場強度が有
角度磁場処理の磁場強度と比べて1/100以下であっても
磁気特性改善の効果が得られることである。磁場方向に
制限が無いにも関わらず、本発明で予備熱処理の磁場の
方向をアモルファス合金薄帯の長手方向とするのは、本
発明の目的の一つが製造コストの低減に有るからであ
る。すなわち、アモルファス合金薄帯の長手方向であれ
ば、高価な磁石を用いなくても、安価なソレノイドコイ
ルにより必要な磁場を容易に発生することが出来るの
で、装置コスト、製造コストの低減を達成できる。特に
連続炉を用いて熱処理を行う場合にはコスト低減の効果
は顕著である。なお、上記予備熱処理の磁場方向につい
ての知見は以下に説明する発見に基づくものである。

【００１６】本発明者は磁場強度が十分でない有角度磁
場処理における磁気特性のバラツキの原因を調査した。
その結果、有角度磁場処理後に磁気特性が高いものは、
低いものに比べて熱処理前における薄帯の長手方向の最
大透磁率が大きく、逆に熱処理後には最大透磁率は小さ
いことが判明した。これは、有角度磁場処理前にある方
位（上記本発明者が行った調査の例では薄帯の長手方
向）に異方性がついているものほど、有角度磁場処理に
よって幅方向に異方性がつきやすくなるためと推測され
る。換言すると、有角度磁場処理前の状態で磁区方向が
ランダムなもの程、有角度磁場処理により幅方向に異方
性を付与するために必要なエネルギが大きく、磁区方向
が揃っているほど必要なエネルギは小さくなると推測さ
れる。この知見に基づき、低いコストで行うことができ
るアモルファス合金薄帯の長手方向の磁場により予備熱
処理を行い、有角度磁場処理前にある程度の異方性を付
与する本発明を想到するに至った。

【００１７】上記知見に基づく本発明によれば、磁場強
度が十分ではない有角度磁場処理により生じるバラツキ
を低減することができるのは勿論のこと、有角度磁場処
理の磁場強度が十分な場合であっても、本発明の予備熱
処理により一層の磁気特性のバラツキ低減を、低コスト
で達成することができる。

【００１８】本発明でアモルファス合金薄帯の長手方向
の磁場とは、アモルファス合金の長手方向に配したソレ
ノイドコイルにより付与することが可能な磁場である。
このアモルファス合金薄帯の長手方向の磁場中で行う予
備熱処理は１５０〜３５０℃の温度範囲で行うことが好
ましい。１５０℃以上の温度で行うことで、長手方向の
異方性がより明確になるからである。一方、予備熱処理
温度を高くしすぎると、アモルファスの構造緩和や結晶
化により長手方向の異方性が強固になりすぎ、有角度磁
場処理の効果を逆に低減する場合があるので、３５０℃
以下で行うことが好ましい。

【００１９】また所定の角度を有する磁場とは、アモル
ファス合金薄帯の長手方向の磁場よりもレゾネータ材の
磁区幅を狭め、渦電流損失を低めることによって、信号
出力を高めるための磁場である。この有角度磁場処理の
磁場の好ましい角度はアモルファス合金薄帯の水平方向
（アモルファス合金薄帯面）に対して７０〜８８°であ
る。磁区幅を狭めるには７０°以上の角度を有する磁場
中で行うことが特に有効だからである。一方、垂直にし
すぎると、残留磁化が大きくなり易いので上限は８８°
とする。この所定の角度を有する磁場中で行う有角度磁
場処理は、３００〜４００℃の温度範囲で行うことが好
ましい。

【００２０】以上に説明したレゾネータ用アモルファス
合金薄帯の熱処理方法に加えて、もう一つの本発明は、
磁場を発生するソレノイドコイルを有する予備熱処理炉
と、磁石を有する有角度磁場処理炉を具備し、予備処理
炉は巻出されたアモルファス合金薄帯がソレノイドコイ
ルの軸方向に移動可能に配され、有角度磁場処理炉はア
モルファス合金薄帯を予備熱処理炉に連続して熱処理可
能に配されてなるレゾネータ用アモルファス合金薄帯の
熱処理装置である。本発明のレゾネータ用アモルファス
合金薄帯の熱処理装置は、先に述べた熱処理方法を実施
する為の装置である。本発明の装置を図１に示す一例に
より以下に説明する。

【００２１】本発明の熱処理装置は先に説明した予備熱
処理を行う為の予備熱処理炉３と、有角度磁場処理を行
う為の有角度磁場処理炉５を具備する。予備熱処理炉で
は、低コストで効率的に予備熱処理を行う為に、ソレノ
イドコイル６と電源７により磁場を発生する。リール１
（予備熱処理炉側）から巻出されたアモルファス合金薄
帯２は予備熱処理炉３をソレノイドコイル６の軸方向に
移動し、この間にソレノイドコイルから発生する磁場に
より長手方向に異方性が付与される。予備熱処理炉３を
通過したアモルファス合金薄帯２は巻取られること無
く、引続き有角度磁場処理炉５を通過し、レゾネータ材
としての磁気特性を向上するための有角度磁場処理が行
われる。そして有角度磁場処理炉を通過後、リール１
（有角度磁場処理炉側）により連続的に巻取られる。

【００２２】以上に説明したように、ソレノイドコイル
を用いた低コストな予備熱処理炉を具備する装置によ
り、磁気特性のバラツキの小さいレゾネータ用アモルフ
ァス合金薄帯を連続して効率的に製造することが出来
る。

【００２３】

【実施例】一般的なアモルファス合金薄帯の製造方法で
ある単ロール法にて、at%で24Fe12Co2Si16B、残部Ni（a
t%）からなる幅35mm、厚さ24μmのアモルファス合金薄
帯を50kg作製した。次いで、このアモルファス合金薄帯
を6mm幅に切断後、図１に記載の熱処理装置を用いて連
続して熱処理を行った。主な熱処理条件は下記のとおり
である。

【００２４】予備熱処理条件 ・炉内温度：250℃ ・炉内磁場強度：1000A/m ・熱処理時間：6sec 有角度磁場処理条件 ・炉内温度：360℃ ・磁場強度 ：120kA/m ・薄帯表面と磁場のなす角度：82° ・熱処理時間：6sec

【００２５】上記熱処理条件で連続熱処理した薄帯か
ら、任意の位置で長さ37mmの試験片を2枚１組で5組採取
した。次いで、前記2枚1組の試験からなる片を板厚方向
に重ねたものを直流バイアス磁界中にセットした。さら
に磁界強度1.4A/m、周波数50〜65kHzの微弱な交流磁場
を付加した。なお、上記薄帯に加えられる磁場の向きは
いずれも薄帯長手方向である。このとき、直流バイアス
磁界強度を80〜800A/mまで40A/mずつ増加させたときの
各直流バイアス磁場において、上記交流磁場遮断後の信
号出力の時間的変化を計測した。加えて、上記5組の試
験片を採取した位置で120mm長さの試験片を採取し、直
流磁気特性も評価した。また、比較として予備熱処理を
行わずに処理したものを作製し、同様の評価を行った。

【００２６】評価結果を表１に示す。μ_mは最大透磁
率、B_rは残留磁束密度である。A1はH_bが520A/mにおい
て、交流磁場遮断後1ms経過後の信号出力強度、A2は2ms
経過後の信号出力強度である。また、Qは下記数式で表
されるもので、その値が大きい程減衰し難いことを意味
する。数式中のf_rは、A1およびA2を測定したときのH_bに
おける共振周波数である。Q=πf_r/ln(A1/A2)

【００２７】

【表１】

【００２８】有角度磁場処理前の最大透磁率μ_mを比較
すると、予備熱処理を行った本発明例１〜５は、最大透
磁率μ_mの値が48600〜63000の範囲にあるのに対して、
予備熱処理を行っていない比較例６〜１０ではその範囲
は13600〜65000と値の低い側に大きく広がっており、本
発明例では比較例と比べて有角度磁場処理前のアモルフ
ァス合金薄帯における長手方向の異方性のバラツキが小
さいことが分かる。

【００２９】次に有角度磁場処理後の残留磁束密度B_r、
及び1ms経過後の信号出力強度A1を比較すると、何れも
本発明例は比較例と比べてバラツキが小さく、比較例に
おける値のバラツキ範囲で好ましい値の側、すなわちB_r
では低い側の値、A1では高い側の値と同等の値が全ての
本発明例で得られている。これから本発明によれば優れ
た残留磁化と出力信号をばらつき無く達成できることが
分かる。さらに、B_r、A1と同様に減衰特性を示すQも、
本発明ではバラツキが小さく優れた値となっている。ま
た、比較例の有角度磁場処理後における磁気特性のバラ
ツキは、有角度磁場処理前の最大透磁率のバラツキにほ
ぼ対応している。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、有角度磁場処理したレ
ゾネータ用アモルファス合金で発生する信号出力のばら
つきを低減し、低コストで確実に有角度磁場処理を行え
ることから、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

1.リール、2.アモルファス合金薄帯、3.予備熱処理炉、
4.磁石、5.有角度磁場処理炉、6.ソレノイドコイル、7.
電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６６０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６６０Ｃ ６９１ ６９１Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アモルファス合金薄帯を、該アモルファ
   ス合金薄帯の長手方向の磁場中で熱処理し、次いでアモ
   ルファス合金薄帯面に対し所定の角度を有する磁場中で
   熱処理することを特徴とするレゾネータ用アモルファス
   合金薄帯の熱処理方法。
2. 【請求項２】 磁場を発生するソレノイドコイルを有す
   る予備熱処理炉と、永久磁石を有する有角度磁場処理炉
   を具備し、予備処理炉は巻出されたアモルファス合金薄
   帯がソレノイドコイルの軸方向に移動可能に配され、有
   角度磁場処理炉はアモルファス合金薄帯を予備熱処理炉
   に連続して熱処理可能に配されてなることを特徴とする
   レゾネータ用アモルファス合金薄帯の熱処理装置。