JPS63240003A - 非晶質金属細線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は新規な双安定磁気特性を有する非晶質金属細線
およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） これまで双安定型磁気特性を有する細線としては、ウィ
ーｊンド効果を利用したウィーガンドワイヤが知られて
いる（特開昭４７−８９５６号公報）。これは、芯部を
軟質磁性体で、股部を硬質磁性体でそれぞれ構成された
二重構造の金属線であり、適当な磁場による励起すると
単位時間当たりの磁束が大きく変化し、これによって前
記金属線の周囲に巻きつけられたピックアップコイルに
パルス電圧を生じるという現象を利用したものである。

（発明が解決しようとする問題点） このウィーガンドワイヤは、磁束変化を生じるのに必要
な磁界が数ｌθエルステッドと大きいこと、およびそれ
に伴ってピックアップコイルに誘起されるパルス電圧の
位相位置にズレ（ジッタ）があること等の致命的欠点を
有しているため、現在まで実用化されるまでには至って
いない。

また、水中急冷法により作製された非晶質金属繊維は、
そのままの状態で双安定磁気特性を示すことが知られて
いる（日本応用磁気学会誌、Ｖｏｌ。

９、Ｎｏ、２．Ｐ２Ｓ５，１９８５）。この非晶質金属
繊維は作製時の急冷凝固時に内部応力が緩和されずに、
そのまま凍結されることによって、繊維表面と中央部の
応力状態が異なり、急激な磁化反転を生じる。それに伴
って鋭い、ジッタの少ない高パルスを発生するが、磁化
反転を生じる磁界が地球磁場の値（０，４〜０．５エル
ステッド）より小さく、外乱の影響を受けやすいこと、
また線径が０゜１２ｚｍ程度と太く、反磁界の影響を強
く受け、パルス発生に必要な長さが６ｃｘ以上必要であ
るため、小型素子には不適当である等の欠点を有してい
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は上記問題点を解決すべく、鋭意研究の結果
、水中急冷法により得られた非晶質金属繊維に特殊な工
程を施して処理した場合、特異な双安定磁気特性を有す
る非晶質金属細線が得られることを見出し、本発明をな
すに到った。

即ち、本発明は逆磁区形成限界磁界が磁壁移動限界磁界
より大きく、その差が、０．１エルステッド以上、２エ
ルステッド以下であって、残留磁化と飽和磁化との比が
０．５以上であることを特徴とする直径が１００ミクロ
ン以下の双安定磁気特性を有する非晶質金属細線および
水中急冷法で得た非晶質金属繊維を最終減面率３０％以
上にダイス線引した後、破断強度の１０％以上の応力を
印加した状態で、２５０℃以上結晶化温度以下の温度で
熱処理を行ない、次いで毎分１０℃以上の冷却速度で急
冷することを特徴とする直径が１００ミクロン以下の双
安定磁気特性を有する非晶質金属細線の製造方法を要旨
とするものである。

本発明に用いられる水中急冷法としては、例えば、特開
昭５７−５２５５０号公報に示されているように、回転
ドラムの中に水を入れ、遠心力でドラム内壁に水膜を形
成させ、この水膜中に溶融合金を約８０〜２００μ肩の
紡糸ノズルより噴出して円形断面を有する細線を得る方
法があげられ、作製された非晶質金属繊維は通常約１１
０〜１５０μ屑の線径を有している。

本発明の双安定磁気特性を有する非晶質金属細線を得る
ための第１の工程は、上記水中急冷法により作製された
非晶質金属繊維を、例えば特開昭５７−１６０５１３号
公報に示された方法によって、最終的な減面率が３０％
以上になるような最終線径にまで線引細線化し、非晶質
金属細線とすることである。

本発明に用いられる非晶質金属繊維としては、例えば、
実質的にＦｅよりなる金属元素を７０〜９０原子％、非
金属元素としてＳｔ、Ｂ、Ｐ、Ｃもしくはこれら三元素
以上の混合成分を３０〜１０原子％の合金組成よりなる
ものがあげられる。実質的とは金属元素の５０原子％以
上がＦｅ元素であることを意味している。Ｆｅ元素以外
にはＣｏ。

Ｎｉ等の遷移金属、耐食性付与のためのＣｒ、　Ｍ。

等、また磁気安定性向上のためのＭｎ、　Ｎｂ、　Ｔｉ
。

Ｗ等が挙げられる。

減面率とは、線引前の非晶質金属繊維の断面積をＳｏ、
線引後の非晶質金属細線の断面積をＳとすると、下記の
以下で示される。

本発明において、この減面率は３０％以上であることが
好ましい。これは、線引処理による多軸応力の印加の度
合がある程度以上に必要なこと、および作製されたまま
の非晶質金属繊維が有している糸長方向の線径の斑を吸
収するためである。

第１工程の線引によって得られる非晶質金属細線は、数
十エルステッド以上の大きな保磁力を有し、また双安定
磁気特性も示さない。言わば磁気的には半硬質的特性を
有する。

第２の工程は、線引処理を施した該非晶質金属細線を （１）破断強度の１０５以上の応力印加した状態で （２）温度２５０℃以上かつ結晶化温度以下の温度範囲
で熱処理を行ない （３）１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で急冷することよ
りなる。

２５０℃以下の温度では、線引時の内在応力が充分緩和
されないため磁気特性が改善されず、また結晶化温度以
上の温度では、ワイヤが脆くなり磁気特性が悪化する。

応力を印加した状態で熱処理し、次いで急冷することに
より、非晶質金属細線に応力に基因する大きな磁気異方
性が付与される。少なくとも極細線の表層部において、
急冷時に応力緩和が生じない条件が必要であり、そのた
め応力としては破断強度の１０％以上、急冷条件として
は１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度が必要である。

熱処理時に応力印加と同時に直流バイアス磁界を印加し
ておくこともできる。この場合応力の作用と磁界の作用
との合算された磁気異方性の効果となる。応力印加の方
法としては、繊維軸方向への張力の印加の他に、一定角
度の捻り応力を印加する方法でもよい。

！θ℃／ｌｌ１ｉｎ以上の冷却速度は、例えば所定温度
の熱処理炉から直ちに炉外に取り出し、水中冷却もしく
は大気冷却を行なうことによって達成される。

一般に一方向（例えばプラス方向）に飽和した磁性体に
逆方向（例えばマイナス方向）の外部磁界をかけていく
と、逆磁区形成限界磁界（Ｈ＊で表わす）で逆方向すな
わちマイナス方向の磁区が発生し、さらに外部磁界を増
大していくと該逆磁区が次第に大きくなって、遂には磁
壁伝播臨界磁界（Ｈｏで表わす）に達し、マイナス方向
の磁区が急速に拡大する。そして、さらに、外部磁界を
増大するとプラス方向の磁区はますます小さくなり、最
後に消滅していわゆるマイナス方向の飽和状態となる。

しかし、磁壁伝播臨界磁界Ｈｏよりも逆磁区形成限界磁
界Ｈ＊の方が大きい磁性体の場合は、プラス方向に磁化
していても、マイナス方向の磁区が少しでも発生すれば
ただちに磁化反転する状態となっているため、外部磁界
が逆磁区形成限界磁界よりも大きくなると、マイナス方
向の磁区が形成されるや否や直ちに磁壁が移動し、マイ
ナス方向の磁区が瞬間的に拡大し、−瞬のうちに・磁化
反転が行われることになる。

水中急冷法により作製されたままの非晶質金属繊維は、
第２図のヒステリシスループに示されるように、外部磁
界Ｈが逆磁区形成限界磁界Ｈ＊の所で磁化反転が急激に
生じている。しかしＨ＊＝Ｏ，ＯＳエルステッドと小さ
い磁界であり、また残留磁化（Ｍｒで表わす）と飽和磁
化（Ｍｓで表わす）との比Ｍｒ／Ｍｓ＝０．５と反転の
程度も低い。

該非晶質金属繊維を線引処理した非晶質金属細線のヒス
テリシスループを第３図に示す。線径は５０μ肩、減面
率は８３％である。線引時の強い不規則応力が導入され
、保磁力（＃Ｈｏ）は約２０エルステッドに増加し、Ｈ
＊＜Ｈｏであるため磁化の急激な反転は生じなくなって
いる。

磁壁の伝播速度は（Ｈ＊−Ｈｏ＞に比例する。従って磁
化の反転を急激に生じるためには、（Ｈ＊−Ｈｏ）を増
加させれば良い。熱処理によって、線引時に導入された
不規則な内部応力を緩和することによってＨＯを減少し
、一方、印加された応力による表面層と中央部との応力
平衡を保持してＨ＊の減少を抑制することによって、（
Ｈ＊−Ｈｏ）の大きな値を有する本発明の非晶質金属細
線となる。

−例として、該５０μ肩線径の線引細線に１５０ｋｇ、
Ｉｔｓ”の応力（破断強度の４５％）を印加した状態で
、３５０℃で３０分間熱処理し、処理後直ちに炉外に取
り出し、大気にて急冷した本発明の非晶質金属細線のヒ
ステリシスループを第１図に示す。Ｈ＊は０．８１エル
ステッドと比較例の第２図の非晶質金属繊維の値の約１
０倍と高く、またＭｒ／Ｍｓ＝０．８７であり、はぼ完
全な磁化の反転が生じている。双安定磁気特性として非
常に優れた特性を有している。

双安定磁気特性を示す磁性体の回りにピックアップコイ
ルを設けて、磁化の反転に伴う誘導起電力をパルス電圧
として発生させる方法が実用的にはよく用いられる。

本発明の非晶質金属細線をパルス発生素子として使用し
た場合のパルス電圧波形を第４図に示す。

比較として線径１２０μ肩の水中急冷法により作製され
たままの非晶質金属繊維のパルス電圧波形を第５図に示
す。本発明の非晶質金属細線は、断面積が比較例の約６
分の１であるにもかかわらず、パルス電圧はほぼ固定度
であり、しかもパルス半値幅の非常に小さい鋭い急峻な
パルスを発生する。

このパルス波形を周波数解析すれば、本発明の非晶質金
属細線は高調波成分の非常に多いパルスを発生すること
になる。

双安定磁気特性を実用に供する場合、素子をどれだけ小
型にできるかは非常に大きな問題である。

本発明の非晶質金属細線は磁気素子の小型に最適であり
、双安定磁気特性を示す限界の細線長さが非常に小さい
という優れた特徴を有している。

−例として本発明の非晶質金属細線（線径５０μ肩）の
長さ２ｃｘにおけるヒステリシスループを第６図に示す
。磁性体の反磁界により見かけ上Ｈ＊は０．４エルステ
ッドに減少はするが、Ｍｒ／Ｍｓ−０，９の大きな磁化
の反転が急激に生じている。

比較のために、水中急冷法により作製されたままの非晶
質金属繊維（線径１２０μｌ）の長さ６Ｃｊ！における
ヒステリシスループを第７図に示す。長さ６ｃｘでは、
もはや、Ｈ＊＞Ｈａの条件を満足することができず、急
激な磁化反転は生じなくなっている。

（実施例） 本発明を実施例により更に詳細に説明する。

実施例１〜６および比較例１〜３ 水中急冷法により、Ｆ　ｅｒｔ、ｓＳ　ｉｔ、ｓＢ　＋
ｓ（添字は原子％）組成の非晶質金属繊維を作製した。

線径は１２０μｌであり、結晶化温度は５５３℃である
。この作製されたままの非晶質金属繊維の磁気特性は表
−１中の比較例１で示しである。

上記非晶質金属繊維を室温にてダイス線引により、表−
１に示す種々の線径まで冷間線引処理を施した。次いで
該線引処理後の試料を表−１に示すような応力（線引後
試料の常温での破断強度に対するパーセントで示す）を
印加した状態に保持したまま、種々の温度で熱処理し、
その後直ちに炉外に取り出し大気急冷した。

各試料の磁気特性を表−１に示す。

逆磁区形成限界磁界Ｈ＊は試料長１０ｃｘのヒステリシ
スループより、また磁壁伝播臨界磁界Ｈａは、シックス
タスートンクス（Ｓ　１ｘｔｕｓ−Ｔｏｎｋｓ）の方法
（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｖｏｌ、３７　、
Ｐ、　９３０　。

１９３１）により磁壁伝播速度と外部磁界の関係を測定
し、速度イコールゼロにまで外挿することによって求め
た。

（発明の効果） 本発明の非晶質金属細線は、急激な磁化反転を生じる双
安定磁気特性を有するものであり、磁化反転を生じる限
界磁界が地球磁場より大きいので、外乱を受けにくく、
しかもパルス発生の位相のズレ（ジッタ）が少なく、例
えば２ｃｍの短さでもパルスが発生し、小型化に最も適
したものとなる。

本発明の非晶質金属細線は、パルス発生素子、パルスト
ランス用コア、パルス回転計、回転数計測センサ、交番
磁界センサ、高調波発生素子、盗難防止識別マーカー等
広汎な応用に最適な素材となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による非晶質金属細線の双安定特性を示
す、磁化−磁界のヒステリシスループを示す図である。 第２図は比較例としての水中急冷法により作製されたま
まの非晶質金属繊維のヒステリシスループを示す図であ
る。 第３図は同じく比較例としての５０μｌまでダイス線引
しただけの非晶質金属細線のヒステリシスループを示す
図である。 第４図は本発明による非晶質金属細線を使用した場合の
ピックアップコイルに誘起されるパルス出力の電圧波形
図を示す図である。 第５図は比較例としての水中急冷法により作製されたま
まの非晶質金属繊維を使用した場合のピックアップコイ
ルに誘起されるパルス出力の電圧波形図を示す図である
。 第６図は本発明による非晶質金属細線の試料長２ＣｊＩ
でのヒステリシスループを示す図である。 第７図は比較例としての水中急冷により作製されたまま
の非晶質金属繊維の試料長６ｃｘでのヒステリシスルー
プを示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）逆磁区形成限界磁界が磁壁伝幡限界磁界より大き
   く、その差が、０．１エルステッド以上、２エルステッ
   ド以下であって、残留磁化と飽和磁化との比が０．５以
   上であることを特徴とする直径が１００ミクロン以下の
   双安定磁気特性を有する非晶質金属細線。
2. （２）水中急冷法で得た非晶質金属繊維を最終減面率３
   ０％以上にダイス線引した後、破断強度の１０％以上の
   応力を印加した状態で、２５０℃以上結晶化温度以下の
   温度で熱処理を行ない、次いで毎分１０℃以上の冷却速
   度で急冷することを特徴とする直径が１００ミクロン以
   下の双安定磁気特性を有する非晶質金属細線の製造方法
   。