JP7396434B2 - 非晶質金属薄帯 - Google Patents

Description

本発明は、非晶質金属薄帯、その加工方法、及び、積層体の製造方法に関する。

非晶質金属薄帯は、様々な分野で活用されている。一例を挙げれば、軟磁性を有する非晶質金属薄帯は、情報機器、自動車、家電／民生機器、産業機械などの分野で用いられ、具体的には、回転機やリアクトル、電力用トランス、ノイズ対策用部品、磁性アンテナ等の高効率化や高利得化に有用な材料として用いられている。

非晶質金属薄帯は、一般的に、硬度が高く延性が低いことが知られている。例えば、軟磁性を有する非晶質金属薄帯は、通常、溶融した金属を単ロール法などの溶湯急冷法により、長尺で帯状のものが製造される。薄帯の厚さは５～７０μｍのものが主流である。これらの金属薄帯は硬度がビッカース硬さＨＶで５００以上である。そのため非晶質金属薄帯は、機械加工が著しく困難であるという欠点を有する。
従来、これらの非晶質金属薄帯は、ほぼ機械加工せずに製造できる、トロイダル状に巻き回した巻磁心を主な適用対象としていた。近年では、巻磁心に加え、非晶質金属薄帯を積層し、回転機やリアクトル、アンテナなどの磁性部材として活用することが検討されている。

非晶質金属薄帯はリボン状の形態のものが製造されるため、非晶質金属薄帯を積層して積層体にする場合では、帯状の非晶質金属薄帯を所定の形状に加工し、その後、それを積層するという工程がとられることがある。非晶質金属薄帯を所定の形状に加工する手段として、エッチング加工や放電加工、レーザ加工等がある。しかし、これらの加工方法は加工効率が著しく低く、工業生産上の問題がある。また、非晶質金属薄帯は脆いため、亀裂や割れの発生が避けられず、加工歩留まりが悪いという問題点もある。

非晶質金属薄帯に対して汎用性がある加工手段は、やはり、厚さ方向に金型や加工工具を動かす打ち抜き加工や切断加工等の機械加工である。しかし、非晶質金属薄帯を被加工物とした機械加工は、前記の加工方法に対して、さらに亀裂や割れが発生しやすい。

その対策として、例えば、特許文献１は、打抜き加工を非晶質金属薄帯に施すことを前提とした発明であり、厚さが８～３５μｍの軟磁性金属薄帯を複数枚積層した積層板を作製し、かつ、金属薄帯間に熱硬化性樹脂を所定の厚さで形成することが開示されている。また、その効果として、打抜き加工性に優れており、高性能の積層体を容易に提供できると記載されている。

特開２００８－２１３４１０号公報

しかしながら、亀裂や割れの対策として、特許文献１のような、非晶質金属薄帯以外の部材で機械的強度を補強する検討だけでなく、機械加工自体の改善策も検討する必要がある。

本発明の課題は、非晶質金属薄帯の機械加工において、非晶質金属薄帯に発生する亀裂や割れの抑制が可能な方法を提供することである。また、その非晶質金属薄帯を用いた、積層体の製造方法を提供することである。また、その機械加工により得られる非晶質金属薄帯を提供することである。

本発明は、非晶質金属薄帯の加工方法であって、
前記非晶質金属薄帯を振動させた後、または振動させながら機械加工するものである。

前記の本発明において、前記非晶質金属薄帯は１ｐｐｍ以上の飽和磁歪を有するものであり、前記振動は、前記非晶質金属薄帯の磁歪による振動とすることができる。
前記振動は、その周波数が１Ｈｚ以上５００ｋＨｚ以下とすることができる。
前記振動は、前記非晶質金属薄帯に１Ａ／ｍ以上の交流磁場を付与することで発生させることができる。
前記非晶質金属薄帯は長尺な帯状であり、前記非晶質金属薄帯を前記長尺な方向に搬送させながら機械加工することができる。

前記の本発明において、
前記非晶質金属薄帯に対し、加工工具により局所的に振動を与えられた部分を機械加工することができる。
前記加工工具は、前記非晶質金属薄帯の上下面を挟持可能な、パンチャーとパンチ枠を備え、前記パンチャーとパンチ枠の少なくとも一方は、前記非晶質金属薄帯の厚さ方向で摺動可能であり、前記パンチャーとパンチ枠が、前記非晶質金属薄帯の上下面を挟持し、かつ、その少なくとも一方が前記厚さ方向に振動することで、前記非晶質金属薄帯の前記パンチャーとパンチ枠の摺動部に位置する部分で前記非晶質金属薄帯に振動を与え、前記振動により繰り返し疲労が与えられた部分を前記パンチャーにより打ち抜き加工を施す加工方法とすることができる。

前記非晶質金属薄帯は、ロール冷却により製造されたＦｅを主成分とするものを用いることができる。
前記非晶質金属薄帯は、厚さが５μｍ以上７０μｍ以下とすることができる。
前記非晶質金属薄帯は、ビッカース硬さＨＶが５００以上のものを用いることができる。

これらの非晶質金属薄帯の加工方法により加工された非晶質金属薄帯を積層して、積層体とすることができる。

上記の非晶質金属薄帯の加工方法により、次の本発明の非晶質金属薄帯が得られる。
薄帯の加工面に械加工によるせん断面を有する非晶質金属薄帯であって、前記加工面において、薄帯表面のダレ面側の輪郭が波型を有する、非晶質金属薄帯。
この波型の輪郭は、平均で０．１～２０μｍの周期で凹凸を有するものとすることができる。
また、前記加工面において、前記せん断面は４０％以上の面積を占めるものとすることができる。
また、前記薄帯表面のダレ面側の輪郭に対し、前記せん断面におけるダレ面側の輪郭が、相関する波型を有するものとすることができる。

また、別の本発明の非晶質金属薄帯は、次のものである。
薄帯の加工面に機械加工によるせん断面及び破断面を有し、厚みが５μｍ～７０μｍのＦｅを主成分とする非晶質金属薄帯であって、機械加工された前記薄帯の加工面において、破断面が６０％以上の面積を占める、非晶質金属薄帯。
また、前記非晶質金属薄帯は、ビッカース硬さＨＶが７００以上であることが好ましい。

本発明によれば、非晶質金属薄帯の機械加工において、非晶質金属薄帯に発生する亀裂や割れの抑制が可能である。よって、寸法精度の高い機械加工された非晶質金属薄帯を得ることができ、さらにはそれを積層した積層体を得ることができる。

本発明に用いた加工装置の模式図である。 本発明に用いた別の加工装置の模式図である。 本発明に用いた別の加工装置の模式図である。 本発明に用いた別の加工装置の模式図である。 合格と判断した亀裂や割れの無い機械加工後の非晶質金属薄帯の模式図である。 不合格と判断した亀裂や割れの有る機械加工後の非晶質金属薄帯の模式図である。 実施形態で用いた非晶質金属薄帯の軟磁気特性を示すＢＨループである。 図７の横軸の一部を拡大した図である。 実施例１の非晶質金属薄帯（表１Ｎｏ．２）の加工面の写真である。 図９の拡大写真である。 図１０の模式図である。 比較用の非晶質金属薄帯（表１Ｎｏ．８）の加工面の写真である。 図１２の拡大写真である。 図１３の模式図である。 実施例４の非晶質金属薄帯の加工面の写真である。 図１５の模式図である。 別の比較用の非晶質金属薄帯の加工面の写真である。 図１７の模式図である。

本発明を実施形態によって具体的に説明するが、これら実施形態により本発明が限定されるものではない。

本発明の実施形態は、非晶質金属薄帯の加工方法であって、
前記非晶質金属薄帯を振動させた後、または振動させながら機械加工するものである。
非晶質金属薄帯は、破壊靭性が極めて高い材料である。そのため、機械加工で薄帯に破壊が始まる際に、破壊クラックの先端には大きな塑性変形が起こり、その結果、非晶質金属薄帯と加工工具の間には大きな衝撃が発生する。また、非晶質金属薄帯は、前記のように硬度が極めて高いので、その衝撃により切断部位で亀裂や割れが発生しやすい。特に複雑な形状に加工する場合、曲率の小さいコーナー部等で、亀裂や割れが生じやすい。
しかし、本発明では、上記の加工方法を採用することで、その問題を抑制できることを知見した。

以下に、本発明の効果が得られるメカニズムについて推察する。
一般的にガラスの切断は表面にケガキ傷を入れ、ケガキ傷を起点にして、クラックを伝播させる弾性破壊を主とする加工方法を採用することが多い。ガラス全体の原子の配列が共有電子結合を主としており、ガラスはいずれの部位も硬いため、上記の加工方法を採用できる。
非晶質金属薄帯は、金属ガラスとも呼ばれるように、ガラスと同様、原子の配列がランダムである。但し、一般のガラスと異なり、主に遷移金属どうし（例えばFe-Fe間）の結合形態は金属結合であるが、半金属（メタロイド元素）を含む結合では共有電子結合となり、薄帯の原子レベルで場所によって硬さが異なる。また、金属（合金）内では、フリーボリュームと呼ばれる原子が存在した空間（結晶相における格子欠陥）が多く存在し、これらのフリーボリュームを介して、原子が移動できるため、大きな塑性変形を許容する。他方、薄帯の表面は、フリーボリュームが存在せず、非常に硬いという特徴を有する。そのため、非晶質金属薄帯は、ガラスと同様の加工方法を適用することは難しく、せん断変形によって機械加工する必要があると推察される。
そこで、本発明者は、非晶質金属薄帯を振動させた後、または振動させながら機械加工する加工方法を着想した。ここで、非晶質金属薄帯を振動させながら機械加工する、とは、加工工具を振動させながら非晶質金属薄帯を機械加工するものも含む。

上記の加工方法は、次の（１）～（３）の効果が得られると考えられる。
（１）非晶質金属薄帯を振動させることで、非晶質金属薄帯の脆性を高めることができる。そのため、振動後に機械加工することで、振動させないものに対して加工性を向上できる。
（２）非晶質金属薄帯を振動させることで、非晶質金属薄帯の脆性を高めることができる。そのため、加工工具を振動させながら機械加工する、つまり、非晶質金属薄帯を振動させながら機械加工することで、振動させないものに対して加工性を向上できる。
（３）非晶質金属薄帯を振動させながら機械加工することで、非晶質金属薄帯と加工工具とが当接した際に相対的に振動するので、非晶質金属薄帯の硬い表面が研磨されるのと同様の状態で機械加工され始め、高精度の加工が可能である。なお、その後は、機械加工によって、薄帯の内部がせん断変形される

なお、加工工具として鋭利な切断刃を用いる場合、通常は、切断刃は被加工物に押し当てられ、その状態で相対的に移動させることで切断される。この場合、切断刃と被加工物は所定の方向に所定の距離だけ移動させる必要がある。また、曲線や複雑形状の加工は極めて困難である。
本発明のように振動を利用する場合、切断刃は、刃先部分がミクロ的にはのこぎり状になっていることが知られており、このような切断刃と非晶質金属薄帯が相対的に振動すると、被加工物と切断刃を相対的に長い距離を移動させなくても、非加工物の表面に切欠を発生させることができる。

また、本発明は、副次的な効果として、加工工具の寿命を長くできるという効果が期待できる。圧入速度が抑えられるため、硬いリボン表面にたたきつけられる際のインパクトが大きく低減される。

なお、本発明において機械加工とは、加工工具や工作機械を用いて被加工物を加工する、既知の加工方法を指す。例えば、打ち抜き加工、せん断加工、切断加工、スリット加工等が該当する。

以下、具体的な非晶質金属薄帯の加工方法について述べる。
本発明の実施形態において、前記非晶質金属薄帯は１ｐｐｍ以上の飽和磁歪を有するものであり、前記振動は、前記非晶質金属薄帯の磁歪による振動とすることができる。

この加工方法の特徴は、非晶質金属薄帯を外部からの応力で振動させるのではなく、交流磁場を印加して磁歪により薄帯を振動させる点である。このように振動させることで、非晶質金属薄帯のみを容易に振動させることができる。そのため、加工工具を振動させるより、小さなエネルギーで被加工物を振動させることができる。また、非晶質金属薄帯自身が振動源となるので、確実に振動させることができ、亀裂や割れの抑制効果を高めることができる。つまり、樹脂を間に挟んだ非晶質金属薄帯の積層体を加工する場合等では、外部からの応力で振動させる場合は樹脂によって振動が吸収されてしまい、積層方向で内側の非晶質金属薄帯には十分な振動が付与されない可能性があるが、そのような被加工物であっても、非晶質金属薄帯を振動させ、本発明の亀裂や割れの抑制効果を得られやすい。
また、この加工方法の特徴は、非晶質金属薄帯を複数方向に振動させる点である。本実施形態では、磁歪により非晶質金属薄帯を振動させるので、磁場を印加する方向では圧縮・膨張による振動が発生し、かつ、磁場を印加する方向の垂直方向においては膨張・圧縮による振動が同時に発生する。つまり、加工工具と非晶質金属薄帯がどのような方向に接触したとしても、単一方向の振動よりも、安定して両者が相対的に摺動する状態となるので、亀裂や割れの抑制効果を得られやすい。

また、この加工方法は、従来の機械加工よりも加工が容易である。以下にその理由を述べる。
非晶質金属薄帯の多くは、工業的生産性の観点から、ロール急冷によって作製されることが多い。ロール急冷とは、高熱伝導の金属製（例えばCu合金）のロールに溶融状態の液体金属をたらし、密着させ、急速に凝固させる方法である。１×１０^５～１×１０^７℃／ｓ程度の極めて高い冷却速度が得られることから、ロール急冷は非晶質金属薄帯の鋳造方法として広く適用されている。
しかし、極めて短時間で溶湯を凝固するため、部分的な冷却速度の不均一性を反映して、薄帯の表面は凹凸が生じやすい。これらの薄帯を積層して同時に打抜こうとする場合、その内の１枚の薄帯表面の凸部は、対向する薄帯表面に接しやすく面内方向に滑りが生じにくいので、加工工具の刃の形状に沿って加工されやすくなるが、一方で凹部は滑りが生じやすいので、加工工具からの応力が分散し、加工工具の刃の形状に沿って加工されにくい。
特に非晶質金属薄帯は、硬度が高いので、機械加工の際に、加工工具との相対速度を速くする必要があるが、非晶質金属薄帯は引きちぎられるように破壊されるため、切断線上から外れた欠陥が生じる。
本実施形態の非晶質金属薄帯の加工方法では、薄帯が振動した状態で機械加工されるので、両者が相対的かつ積極的に動くことにより、加工工具が当接する部位から細かい切欠が発生し、そこを起点としてせん断変形を進行させていくことができる。そのため、薄帯の凹部がある箇所も、周囲の拘束が強い箇所の拘束力により固定され、切断が容易になる。

本実施形態において、非晶質金属薄帯は飽和磁歪が１ｐｐｍ以上のものを用いる。飽和磁歪が１ｐｐｍ未満であると、十分な振動が発生せず、本発明の効果が得られにくい。飽和磁歪は、３ｐｐｍ以上が好ましく、５ｐｐｍ以上がより好ましく、１０ｐｐｍ以上がより好ましく、１５ｐｐｍ以上がより好ましい。

前記振動は、その周波数が１Ｈｚ以上５００ｋＨｚ以下であることが好ましい。周波数が１Ｈｚ未満、又は５００ｋＨｚ超であると、亀裂や割れの抑制効果が得られづらい。
周波数の下限値は、１０Ｈｚが好ましく、１００Ｈｚがより好ましく、１ｋＨｚがより好ましい。周波数の上限値は、４００ｋＨｚ好ましく、３００ｋＨｚがより好ましく、８０ｋＨｚがより好ましく、６０ｋＨｚがより好ましく、４０ｋＨｚがより好ましい。

前記振動は、前記非晶質金属薄帯に１Ａ／ｍ以上の交流磁場を付与することで発生させることが好ましい。交流磁場の下限値が１Ａ／ｍ未満であると、亀裂や割れの抑制効果が得られづらい。
交流磁場の下限値は、１０Ａ／ｍが好ましく、３０Ａ／ｍがより好ましく、７０Ａ／ｍがより好ましく、１００Ａ／ｍがより好ましく、１３０Ａ／ｍがより好ましい。

また、前記非晶質金属薄帯は長尺な帯状であり、前記非晶質金属薄帯を前記長尺な方向に搬送させながら機械加工することができる。尚、搬送させながら機械加工する際には、機械加工時に非晶質金属薄帯の移動を止めておき、機械加工後、移動を再開するようにして、連続的に機械加工を行うこともできる。
搬送中の薄帯は破断しやすいことが知られている。外部からの応力で薄帯を振動させる場合、搬送中の薄帯は、応力を付与する場所を中心にさらに破断しやすくなることが懸念される。一方、磁歪で振動させる場合は、磁束が非晶質金属薄帯の面内方向で流れ、局部的な内部応力を発生させにくいので、外部から応力をかけて振動させる場合よりも、搬送中の薄帯が切れることを抑制できる。

なお、本発明は、被加工物の対象が非晶質金属薄帯に限定されているが、本実施形態の加工方法においては、その限りで無く、非晶質金属薄帯以外の磁歪を有する材料であっても、亀裂や割れの抑制効果が得られる。
つまり、別の発明として、金属薄帯、又は、加工に用いる加工工具の少なくとも一方に振動を付与しながら機械加工する、金属薄帯の加工方法であって、
前記金属薄帯は１ｐｐｍ以上の飽和磁歪を有するものであり、前記振動は、前記金属薄帯の磁歪による振動とすることで、本発明と同様の効果を持つ金属薄帯の加工方法を提供できる。

上記した非晶質金属薄帯の加工方法により、次の実施形態の非晶質金属薄帯が得られる。
本実施形態の非晶質金属薄帯は、薄帯の加工面に機械加工によるせん断面を有する非晶質金属薄帯であって、前記加工面において、薄帯表面のダレ面側の輪郭が波型である。なお、加工面とは打ち抜き加工や切断加工では、打ち抜きされた面（側面）や切断された面（切断面）に相当する。
具体的には、波型の輪郭は、平均で０．１～２０μｍの周期で凹凸を有するものとすることができる。このように、凹凸が０．１～２０μｍの周期で存在する理由は、以下のことが推定される。この磁歪振動法では、磁場の極性を数十kHzの周期で入れ替えている。つまり、プラスの磁化状態とマイナスの磁化状態が高周波数で入れ替わっていることになる。磁化状態では磁歪も大きくなり、磁化がゼロの状態では磁歪もゼロとなる。この高速の磁化反転は磁壁移動によって起きており、磁壁上は、磁歪が最も小さい箇所となる。高速の磁化反転に追随できるように、磁区幅（磁壁と磁壁の間隔であり、磁壁移動距離の約２倍）が０．２～４０μｍとなる。上面から刃で押さえつけられた状態で、周囲と体積がことなる磁壁が移動することにより、あたかも、刃がのこぎり状に動いた状態になっていると予想している。凹凸の平均の周期の測定方法は、隣接する凹部の最深部の間隔を、少なくとも５箇所測定し、その間隔の平均値を測定するものである。なお、凹凸は、凹部と凸部の薄帯の厚さ方向の高さで０．３μｍ以上の差があるものを一つの凹凸とする。
また、本実施形態の非晶質金属薄帯は、加工面において、せん断面が４０％以上の面積を占めることがある。せん断面は５０％以上、更には６０％以上、更には６５％以上の面積を占めることがある。なお、加工面におけるせん断面が占める面積の数値は、次の測定方法で算出できる。まず、加工面の任意の複数個所において、薄帯の厚さＴ（Ｔ１，Ｔ２，・・・Ｔｎ）と、せん断面の幅Ｗ（ｗ１，ｗ２，・・・ｗｎ）と、を測定する。その後、Ｔ１からＴｎの総和Ｔｓｕｍと、ｗ１からｗ２の総和Ｗｓｕｍから、ｗｓｕｍ／Ｔｓｕｍ×１００（％）を算出する。本実施形態においては、加工面の幅４５０μｍの範囲において任意の測定箇所を５箇所として、上記数値を算出した。
また、本実施形態の非晶質金属薄帯は、加工面において薄帯表面のダレ面側の輪郭に対し、せん断面におけるダレ面側の輪郭が、相関する波型を有することがある。相関する波型とは、凹凸の周期（隣接する凹部の最深部の間隔）の変動が、両者の輪郭において、同様に現れるものを指す。このように、両者の波型の輪郭に相関が存在する理由は、以下のことが推定される。上述したように、この周期性の起源は、磁壁間の距離に依存していると考えらえる。ここで見られる磁歪は線磁歪であり、磁壁近傍の周囲と異なる磁歪状態の領域が、鉛直方向に広がっており、ダレと破面が形成された箇所、すなわち、刃の直下では、同様の周期的体積変動を繰り返していたため、両者の輪郭は酷似すると考えらえる。

本発明の非晶質金属薄帯の加工方法に関し、別の実施形態について説明する。この実施形態では、非晶質金属薄帯に対し、加工工具により局所的に振動を与えられた部分を機械加工する手段を用いるものである。
この実施形態によれば、脆性を高めた部分を機械加工するので、加工性を向上でき、亀裂や割れの抑制効果を得られやすい。

この実施形態は、例えば、加工工具は、非晶質金属薄帯の上下面を挟持可能な、パンチャーとパンチ枠を備えたものとし、
前記パンチャーとパンチ枠の少なくとも一方は、前記非晶質金属薄帯の厚さ方向で摺動可能であり、
前記パンチャーとパンチ枠が、非晶質金属薄帯の上下面を挟持し、かつ、少なくとも一方が前記厚さ方向に振動することで、非晶質金属薄帯の前記パンチャーとパンチ枠の摺動部に位置する部分で非晶質金属薄帯に振動を与え、振動により繰り返し疲労が与えられた部分を前記パンチャーにより打ち抜き加工を施す工程を採用できる。

この実施形態により、次の非晶質金属薄帯が得られる。
本実施形態の非晶質金属薄帯は、薄帯の加工面に機械加工によるせん断面を有する非晶質金属薄帯であって、機械加工された薄帯の加工面において、破断面が５０％以上の面積を占める。破断面は６０％以上、さらには６５％の面積を占めることがある。
なお、加工面における破断面が占める面積の数値は、次の測定方法で算出できる。まず、加工面の任意の複数個所において、薄帯の厚さＴ（Ｔ１，Ｔ２，・・・Ｔｎ）と、破断面の幅Ｗ（Ｗ１，Ｗ２，・・・Ｗｎ）と、を測定する。その後、Ｔ１からＴｎの総和Ｔｓｕｍと、Ｗ１からＷ２の総和Ｗｓｕｍから、Ｗｓｕｍ／Ｔｓｕｍ×１００（％）を算出する。本実施形態においては、加工面の幅４５０μｍの範囲において任意の測定箇所を５箇所として、上記数値を算出した。

以下に、本実施形態に用いる非晶質金属薄帯について説明する。
非晶質金属薄帯の製造手段は特に限定されない。
一例を挙げれば、ロール冷却により製造されたＦｅを主成分とするものを用いることができる。なお主成分とは、含有量が最も多い成分のことである。

本実施形態の非晶質金属薄帯は、例えば、Ｆｅ、ＳｉおよびＢの合計量を１００原子％としたとき、Ｓｉが、０原子％以上１０原子％以下、Ｂが、１０原子％以上２０原子％以下であり、残部をＦｅが占める組成を有するものを用いることができる。
Ｓｉ量およびＢ量がこの範囲を外れると、ロール冷却で製造する際にアモルファス合金とすることが難しくなったり、量産性が低下したりしやすい。添加物あるいは不可避的不純物として、Ｍｎ、Ｓ、Ｃ、Ａｌ等、Ｆｅ、ＳｉおよびＢ以外の元素を含んでいてもよい。非晶質金属薄帯は上述の組成を有していることが好ましく、結晶構造を持たないアモルファス（非晶質）であり、軟磁性体であることが好ましい。なお、Ｓｉ量は、３原子％以上１０原子％以下が好ましい。また、Ｂ量は、１０原子％以上１５原子％以下が好ましい。また、Ｆｅ量は、高い飽和磁束密度Ｂｓを得るために、７８原子％以上、さらには７９．５原子％以上、さらには８０原子％以上、さらには８１原子％以上とすることが好ましい。なお非晶質金属薄帯は、不可避不純物を含むことができるが、Ｆｅ、ＳｉおよびＢの合計の割合は、９５質量％以上であることが好ましく、さらには９８質量％以上であることがより好ましい。尚、非晶質金属薄帯は非晶質合金薄帯と称されることもあり、アモルファス合金リボンや軟磁性アモルファス合金リボン等と称されることもある。
上記組成の非晶質金属薄帯は、飽和磁歪が５ｐｐｍ以上、かつ、ビッカース硬さＨＶが７００以上である。

また、ナノ結晶化が可能な非晶質金属薄帯を用いることもできる。ナノ結晶化が可能な非晶質金属薄帯としてＦｅ基のものを用いることができる。具体的には、Ｆｅ基のアモルファス合金リボンとして、一般式：（Ｆｅ_1-aＭ_a）_{100-x-y-z-α-β-γ}Ｃｕ_xＳｉ_yＢ_zＭ’_αＭ”_βＸ_γ（原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ｍ’はＮｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｍ”はＡｌ，白金族元素，Ｓｃ，希土類元素，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ＸはＣ、Ｇｅ、Ｐ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ａｓからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγはそれぞれ０≦ａ≦０．５，０．１≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３０，０≦ｚ≦２５，５≦ｙ＋ｚ≦３０、０≦α≦２０，０≦β≦２０及び０≦γ≦２０を満たす。）により表される組成の合金を使用することができる。好ましくは、上記一般式において、ａ，ｘ，ｙ，ｚ，α，β及びγは、それぞれ０≦ａ≦０．１，０．７≦ｘ≦１．３，１２≦ｙ≦１７，５≦ｚ≦１０，１．５≦α≦５，０≦β≦１及び０≦γ≦１を満たす範囲である。
上記組成の非晶質金属薄帯は、飽和磁歪が５ｐｐｍ以上、かつ、ビッカース硬さＨＶが７００以上である。

上記のナノ結晶化が可能な非晶質金属薄帯に、結晶化開始温度以上で熱処理を行うことで、非晶質金属薄帯がナノ結晶化される。
ナノ結晶化した合金は、その少なくとも５０体積％、さらには８０体積％が、最大寸法で測定した粒径の平均が１００ｎｍ以下の微細な結晶粒で占められる。また、合金のうちで微細結晶粒以外の部分は主にアモルファスである。微細結晶粒の割合は実質的に１００体積％とすることもできる。

これらの組成の合金を、融点以上に溶融し、ロール法により急冷凝固することで、長尺状の非晶質金属薄帯を得ることができる。

非晶質金属薄帯は、厚さが５μｍ以上７０μｍ以下のものを用いることができる。厚さが５μｍ未満であると、非晶質金属薄帯の機械的強度が不十分となり、機械加工の際のハンドリングや、長尺方向への連続的な搬送が難しくなりやすい。厚さは、１５μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましい。一方、リボンの厚さが７０μｍを超えると、組成によっては、薄帯中の非晶質相を安定して得ることが難しくなる傾向がある。厚さは、５０μｍ以下が好ましく、３５μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。

機械加工を行う際の実施形態の装置について説明する。
例えば、装置は、図１、図２、図３に記載のものを用いることができる。但し、本発明に用いることができる装置はこれらに限定されない。

図１の装置は、実施形態の非晶質金属薄帯の加工方法（磁歪を有する非晶質金属薄帯を磁歪により振動させながら機械加工）に適用するための装置の模式図である。
図１の装置は、非晶質金属薄帯１と、非晶質金属薄帯１に磁束が流れるように巻いたコイル２と、非晶質金属薄帯１を機械加工することが可能な加工工具６を備える。コイル２は、アンプ４により増幅された、交流電源３から流れる交流電流が流される。
図１の実施形態においては、長尺の非晶質金属薄帯１が、少なくとも外周側が柔軟性を有する円環状のボビン５に周方向に巻かれている。加工工具６は、切断刃である。加工工具６は、ボビン５の径方向に移動可能であり、ボビン側に移動させた際、切断刃の先端が、ボビン５の周面に巻かれた非晶質金属薄帯１に当接可能である。また、ボビン５の外周側の柔軟性を有する材質に食い込んでボビンの外周面より内径側にまで移動できるように、構成されている。

図１の装置の使用方法について述べる。コイル２に交流電流を流すことで、コイルの軸方向に交流磁場を発生させ、コイルの内部に配置された非晶質金属薄帯１に交流磁束を流し、非晶質金属薄帯１を磁歪振動させる。その状態を維持したまま、切断刃６の先端を非晶質金属薄帯１の表面に押し付けることで、非晶質金属薄帯１に切断、スリット、打ち抜き等の機械加工が施される。

なお、図１の実施形態において、ボビンに巻かれた非晶質金属薄帯１は円環状にする必要はなく、円弧状を形成していても良い。その場合、非晶質金属薄帯に流れる磁束を還流させるための、ヨークを用いても良い。

図２の装置は、図１と同様に、実施形態の非晶質金属薄帯の加工方法（磁歪を有する非晶質金属薄帯を磁歪振動させながら機械加工）に適用するための別の装置の模式図である。
図２の装置は、図１と同様に、非晶質金属薄帯１と、非晶質金属薄帯１に磁束が流れるように巻いたコイル２と、非晶質金属薄帯１を機械加工することが可能な加工工具を備える。
図２の実施形態においては、加工工具は、図中６ａが打ち抜き用のパンチャー、６ｂが打ち抜き用のパンチ枠である。長尺の非晶質金属薄帯１の一部は、加工工具６ａ，６ｂで打ち抜き可能な位置に配置される。図においては、長尺の非晶質金属薄帯１は、巻き出しロール７から巻きだされて加工工具６ａ，６ｂに搬送されている。加工工具６ａ，６ｂは、搬送された非晶質金属薄帯１に打ち抜き加工を行う。これにより、非晶質金属薄帯１を連続的に搬送させながらの機械加工が可能である。
図中、コイル２は、その軸方向が非晶質金属薄帯１の長尺方向と平行になるように形成される。
交流電源３とアンプ４は、図１と同じ構成であり、説明を省略する。

図２の装置の使用方法について述べる。図１と同様に、コイル２に交流電流を流すことで、コイルの軸方向に交流磁場を発生させ、コイルの内部に配置された非晶質金属薄帯１に交流磁束を流し、非晶質金属薄帯１を磁歪振動させる。その状態を維持したまま、加工工具６ａ，６ｂを摺動させることで、打ち抜き加工が行われる。

なお、図２の実施形態において、非晶質金属薄帯に流れる磁束を還流させるためのヨーク８を用いた。

図３の装置は、実施形態の非晶質金属薄帯の加工方法（非晶質金属薄帯に対し、加工工具により局所的に振動を与えられた部分を機械加工する加工方法）に適用するための装置の模式図である。振動を与えられた部分は、繰り返し疲労により、脆化する。そのため、機械加工が容易となる。
図３の装置は、非晶質金属薄帯１と、非晶質金属薄帯１を機械加工することが可能な加工工具を備える。加工工具は、非晶質金属薄帯の上下面をそれぞれ挟持可能な、パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９ｂを備える。

図３の装置の使用方法について述べる。パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９ｂは、どちらも非晶質金属薄帯の厚さ方向で摺動可能である。パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９ｂが非晶質金属薄帯１をそれぞれ挟持し、かつ、その少なくとも一方が厚さ方向に振動（図３ではパンチ枠９ａ、９ｂの矢印が振動を示す）することで、前記パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９ｂの摺動部に位置する部分で非晶質金属薄帯に振動を与え、振動により繰り返し疲労を与える。その後、図４に示すように、パンチャー８ａ，８ｂが非晶質金属薄帯の厚さ方向に移動することで、非晶質金属薄帯１は、繰り返し疲労が与えられた部位で打ち抜き加工が施される。
巻き出しロール７と非晶質金属薄帯１は、図２と同じ構成であり、説明を省略する。

加工工具として、前記に記載の他、例えば、切断用の切断刃、スリット加工用のカッター刃等も用いることができる。

非晶質金属薄帯、又は、前記加工に用いる加工工具の少なくとも一方に振動を付与する手段として、前記コイルによる磁歪振動の他、超音波発生装置等を用いることができる。超音波発生装置は、既知のものを使用することができ、特に限定されない。

以上に記載の非晶質金属薄帯の加工方法において、非晶質金属薄帯の少なくとも一面に、樹脂を塗布したり、樹脂シートを接着させた状態で、非晶質金属薄帯に機械加工を施すこともできる。

以上に記載の非晶質金属薄帯の加工方法により加工された非晶質金属薄帯を積層して、積層体とすることができる。

（実施例１）
図１に記載の装置により、非晶質金属薄帯に機械加工を施した。具体的には、次の条件で行った。
非晶質金属薄帯は、２５ｍｍ幅にスリットされたものを用いた。
非晶質金属薄帯として、ＦｅとＳｉとＢを１００原子％として、Ｆｅ：８２原子％、Ｓｉ：４原子％、Ｂ：１４原子％の組成のものを用いた。なお、Ｃｕ、Ｍｎ等の不可避不純物は、０．５質量％以下である。
この非晶質金属薄帯は、厚さが２０μｍであり、飽和磁歪が２７ｐｐｍであり、ビッカース硬さＨＶが８００である。
この組成の非晶質金属薄帯は、軟磁性材料として高透磁率を有することも知られており、交流磁場に磁化が追随しやすく、磁化過程を介して、磁性体そのものを振動させることが可能である。

加工工具６として先端が鋭利な切断刃を用いた。
ボビン５は紙管を用いた。紙管は外周側が柔軟性を有するため、切断刃の先端を外径部よりも内周側に食い込ませることができる。ボビンの外径は１００ｍｍである。
このボビンの周方向に前記のスリットした非晶質金属薄帯１を２周分巻きつけた。巻きつけた非晶質金属薄帯１の磁路長は約０．３１４ｍである。

コイル２の巻き数は１０とした。交流電源３から１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚの交流電流をアンプ４に送り、アンプ４で電流を増幅し、コイルで発生する交流磁場の最大値が７０Ａ／ｍ、１３０Ａ／ｍとなるように、コイル２に交流電流を流した。
上記条件で、非晶質金属薄帯１を磁歪振動させ、その状態を維持したまま、切断刃６に１０ｋｇｆ（腕で軽く押すぐらい１００N）の加重をかけて、その先端を非晶質金属薄帯１の表面に押し当てた。
また、比較として、磁歪振動させない以外は、本実施形態１と同様にして機械加工を行った。

上記の条件で、非晶質金属薄帯にどの程度の磁歪が生じているかを確認した。
図７及び図８は、用いた非晶質金属薄帯の軟磁性を示すＢ－Ｈ曲線であり、図８は図７の横軸を一部拡大したものである。図７に示すように、この非晶質金属薄帯は、８００Ａ／ｍでの磁束密度が、飽和磁束密度に近いＢ＝１．５Ｔである。また、図８に示すように、１３０Ａ／ｍにおける磁束密度は、Ｂ＝１．１Ｔとなることが伺え、この磁束密度は、飽和磁束密度の約７３．３％である。この非晶質金属薄帯の飽和磁歪は２７ｐｐｍであるため、１３０Ａ／ｍの交流磁場を非晶質金属薄帯に印加した場合、２７ｐｐｍ×７３．３％で計算される、１９．８ｐｐｍの磁歪で磁歪振動させることになる。
同様に、７０Ａ／ｍの交流磁場を非晶質金属薄帯に印加した場合を計算すると、１６ｐｐｍの磁歪で磁歪振動させることになる。

表１に、交流電源３の周波数ｆ、コイルで発生する最大の磁場強度Ｈ、外周側の非晶質金属薄帯の機械加工の合格率Ｏｕｔ、内周側の非晶質金属薄帯の機械加工の合格率Ｉｎを示す。
なお、機械加工の合格率は、図５に示すような、切断跡１２から亀裂や割れが発生していないものを合格、図６に示すような、切断跡１２から亀裂１０や割れ１１が発生したものは不合格とした。機械加工の実験回数は１０回とした。

非晶質金属薄帯を磁歪振動させずに機械加工したＮｏ．８の測定結果では、外周側の合格率は僅か１０％、内周側の合格率も５０％しか無かった。
対して、非晶質金属薄帯を磁歪振動させながら機械加工したＮｏ．１－７の実施形態は、外周側の合格率はすべて６０％以上、内周側の合格率は全て８０％以上であり、比較例の合格率よりも全ての実施形態で合格率が向上した。
特に、磁歪振動の周波数が１０～６０ｋＨｚのＮｏ．１－４の実施形態では、外周側の合格率はすべて８０％以上に向上した。さらには、周波数が１０～４０ｋＨｚのＮｏ．１－３の実施形態では、外周側の合格率はすべて９０％以上に向上した。さらには、周波数が２０～４０ｋＨｚのＮｏ．２，３の実施形態では、内周側の合格率はどちらも１００％に向上した。

また、表１には誘導加熱による４０℃以上の発熱の有無も示す。４０℃以上の発熱が無い実施形態の方が、合格率が高くなる傾向が見て取れる。この理由は、発熱がない場合は、磁化が磁場に追従し、磁場の振動が機械的な振動に効率よく変換されている状態と考えられる。一方、交流磁場の周波数が増加すると、磁場に対する磁化の応答に大きな遅れ、すなわちロスが生じ、ロスが熱として放出されているためと考えられる。ロスが生じているということは、印加された磁場のエネルギーが効率よく磁歪振動のエネルギーに変換されていないと推察される。

図９は、表１のＮｏ．２の非晶質金属薄帯における加工面の写真である。倍率は５００倍である。図１０は図９の拡大写真である。倍率は３０００倍である。図において薄帯の上側がボビンに巻いた時の外周側である。図中、薄帯の厚さ方向中央部に斜線状の機械加工痕を有するせん断面が確認できる。
図１１は、図１０の模式図である。図中、Ｂはせん断面である。Ｂ２は切断刃の移動方向に線状の加工痕が観察できるせん断面であり、Ｂ１はそれが観察できなかったせん断面である。また、Ａはダレ面であり、Ｃは破断面であり、Ｄはバリ面である。
本実施形態の非晶質金属薄帯は、薄帯の加工面に機械加工によるせん断面を有する非晶質金属薄帯であって、前記加工面において、薄帯表面のダレ面側の輪郭が波型を有する。
波型の輪郭は、平均で５．２μｍの周期で形成されている。
さらに、加工面において、せん断面は７０．４％を占めている。
また、本実施形態の非晶質金属薄帯は、図１０の写真の全幅４５μｍにおいて、薄帯表面のダレ面側の輪郭に対し、前記せん断面におけるダレ面側の輪郭が、相関する波型を有する。

図１２は、表１のＮｏ．８の比較例の非晶質金属薄帯における加工面の写真である。倍率は５００倍である。図１３は図１２の拡大写真である。倍率は３０００倍である。図において薄帯の上側がボビンに巻いた時の外周側である。図中、薄帯の厚さ方向中央部に斜線状の機械加工痕を有するせん断面が確認できる。
図１４は、図１３の模式図である。図中、Ｂはせん断面である。また、Ａはダレ面であり、Ｃは破断面であり、Ｄはバリ面である。
この比較用の非晶質金属薄帯は、本実施形態のものと異なり、薄帯表面のダレ面側の輪郭が平坦であり、波型ではなかった。また、せん断面におけるダレ面側の輪郭が、薄帯表面のダレ面側の輪郭と、相関する形状ではなかった。
また、せん断面の占める割合は２７．２％であり、非常に少ないものである。

（実施例２）
実施例２では、印加する交流磁場の強さを変え、それによる機械加工の合格率を調べた。
図１に記載の装置により、非晶質金属薄帯に機械加工を施した。磁歪振動の周波数は３０ｋＨｚとした。また、コイルで発生する交流磁場の最大値が３０Ａ／ｍ、７０Ａ／ｍ、１００Ａ／ｍ、１３０Ａ／ｍとなるように、コイルに交流電流を流した。この場合、非晶質金属薄帯は１２ｐｐｍ、１６ｐｐｍ、１８ｐｐｍ、１９．８ｐｐｍの磁歪で磁歪振動する。
それ以外は、実施形態１と同様の条件で合格率を調べた。
この交流磁場の強さの範囲においては、非晶質金属薄帯を磁歪振動させながら機械加工したＮｏ．１－４の実施形態は、外周側の合格率はすべて６０％以上、内周側の合格率は全て７０％以上であり、表１のＮｏ．８の比較例の合格率よりも全ての実施形態で合格率が向上した。
なお、この交流磁場の強さの範囲においては、磁場強度が大きくなるほど、機械加工の合格率が高くなる傾向があった。

（実施例３）
図１に記載の装置により、非晶質金属薄帯に機械加工を施した。
ボビン５は実施形態１と同じものを用いた。このボビンの周方向に前記のスリットした非晶質金属薄帯１を４周分巻きつけた。
交流電源３から３０ｋＨｚの交流電流をアンプ４に送り、アンプ４で電流を増幅し、コイル（１４ターン）で発生する交流磁場の最大値が１８０Ａ／ｍとなるように、コイル２に交流電流を流した。この場合、非晶質金属薄帯は２４ｐｐｍの磁歪で磁歪振動する。
それ以外は、実施形態１と同様の条件で機械加工の合格率を調べた。
その結果、４層とも、亀裂や割れの発生が無い状態で切断できた。
また、比較として、コイル２に交流電流を流さず、磁歪振動させない状態で機械加工の合格率を調べたが、上記実施形態よりも、非晶質金属薄帯への切断刃６の入りが悪く、４層とも割れ又は亀裂が広範囲にわたり入った。交流磁場を発生させた場合の合格率が９０％、磁場がない場合の合格率は０％であった。

なお、実施例１－３では、前記のＦｅＳｉＢ系の軟磁性を有する非晶質金属薄帯を用いたが、ナノ結晶化が可能な前記の非晶質金属薄帯も、ナノ結晶化前であれば同程度の飽和磁歪を有するので、本発明を適用することで同様の効果が期待できる。

実施例１－３では、非晶質金属薄帯にスリット状を設ける機械加工を施しているが、例えば、長尺の薄帯を切断したり、打ち抜きをして、複数の同形状の加工薄帯とし、それを積層することもできる。

（実施例４）
実施例４では、上記した実施形態の非晶質金属薄帯の加工方法（非晶質金属薄帯に対し、加工工具により局所的に振動を与え、前記振動による繰り返し疲労が与えられた部分を機械加工する加工方法）により、機械加工された非晶質金属薄帯を得た。
ロール冷却により、合金組成が、原子％でＦｅ_８１．５Ｓｉ_４Ｂ_１４．５の、アモルファス金属薄帯を製造した。アモルファス金属薄帯は、厚みが２２．７μｍのものを用意した。薄帯の厚さは、密度と重量および寸法（長さ×幅）より算出した。また、薄帯の幅は、８０ｍｍであった。
打抜き装置として、図３に示すものを用いた。
打抜き金型として、パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９ｂともに、超硬材（富士ダイス社製フジロイＶＦ－１２材）を用いた。パンチは、先端が長方形の柱状であり、その寸法は５×１５ｍｍで、角部がアール処理（Ｒ部０．３ｍｍ）されている。ダイは、パンチが挿入される加工孔が形成されている。また、パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９ｂが非晶質金属薄帯１をそれぞれ挟持し、かつ、パンチャー８ａ，８ｂが厚さ方向に振動する。パンチャー８ａ，８ｂの振動は、超音波発生装置による、超音波振動とした。また、パンチャー８ａ，８ｂとパンチ枠９ａ、９は、非晶質金属薄帯の厚さ方向で摺動可能となっている。
パンチ枠９ａ、９ｂとパンチャー８ａ，８ｂで、１枚のアモルファス金属薄帯を挟持した。この状態において、パンチャー８ａ，８ｂを超音波振動させ、パンチ枠とパンチャーの摺動部で、アモルファス金属薄帯に振動による繰り返し疲労を与えた。その後、パンチャー８ａ，８ｂを超音波振動させたまま、加重１４００Ｎの条件でパンチャー８ａ，８ｂを稼動し、打抜き加工を行った。この非晶質金属薄帯を振動させながら機械加工する加工方法により、薄帯の側面部が機械加工された非晶質金属薄帯を得た。

図１５は、実施例４で得られた非晶質金属薄帯における加工面（側面部）の写真である。倍率は５００倍である。図１６は図１５の模式図である。図中、薄帯の厚さ方向中央部に斜線状の機械加工痕を有するせん断面が確認できる。
この非晶質金属薄帯は、機械加工された薄帯の加工面（側面部）において、破断面が７３．４％の面積を占めていた。

比較として、パンチャー８ａ，８ｂを振動させない以外は、実施例４と同様にして、機械加工された非晶質金属薄帯を得た。
図１７は、得られた非晶質金属薄帯における加工面（側面部）の写真である。図１８は図１７の模式図である。一般的に言われるように、打ち抜き加工による断面は、ダレ面Ａ（斜線部）、せん断面Ｂ（縦線部）、破断面Ｃ（白色部）、バリＤ（グレー部）が形成されている。
しかしながら、この比較用の非晶質金属薄帯は、本実施形態のものと異なり、薄帯表面のダレ面側の輪郭が平坦であり、波型ではなかった。また、加工面において、破断面の占める割合は７０％未満（４６．２％）であり、非常に少ないものである。なお、加工面において、せん断面の占める割合は４８．０％であった。

なお、実施例４では、前記のＦｅＳｉＢ系の軟磁性を有する非晶質金属薄帯を用いたが、ナノ結晶化が可能な前記の非晶質金属薄帯も、本発明を適用することで同様の効果が期待できる。
また、上記実施形態において、アモルファス金属薄帯に振動による繰り返し疲労を与えた後、パンチャー８ａ，８ｂの超音波振動を止めて打抜き加工を行う、つまり、非晶質金属薄帯を振動させた後に機械加工する、加工方法を適用することもできる。

１：非晶質金属薄帯、２：コイル、３：交流電源、４：アンプ、５：ボビン、６：加工工具、７：巻き出しロール、８：パンチャー、９：パンチ枠、１０：亀裂、１１：割れ、１２：切断跡、Ａ：ダレ面、Ｂ：せん断面、Ｃ：破断面、Ｄ：バリ面

Claims (2)

1. 薄帯の加工面に、機械加工によるせん断面及び破断面を有し、厚みが５μｍ～７０μｍのＦｅを主成分とする非晶質金属薄帯であって、
   機械加工された前記薄帯の加工面において、前記破断面が６０％以上の面積を占める、非晶質金属薄帯。
2. 前記非晶質金属薄帯は、ビッカース硬さＨＶが７００以上であることを特徴とする請求項１に記載の非晶質合金薄帯。
   

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