JPS6012766B2 - 磁気ヘツドコア材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はセンダスト合金として知られるＦｅ−Ｎ−Ｓ
ｉ系合金磁性材料からなる磁気ヘッドコア材を鋳造によ
って製造する方法に関するものである。

従来のセンダスト合金製磁気ヘッドコアの鋳造による製
造法としては通常の大気圧下における鋳造が一般的であ
った。

しかるにセンダスト合金落陽の鋳造時においては凝固収
縮が著しく大きく、通常は１０〜１５％に及ぶから、従
来の通常の鋳造法では引け巣やボィドが多量に発生して
、鋳物が著しく低密度化する。このように引け巣やボィ
ドを含む低密度のセンダスト合金鋳物をそのまま磁気ヘ
ッドコアとして使用した場合、磁気特性が低く、しかも
磁気テープとの接触面における耐摩耗性が充分でなく、
さらには最終仕上加工時のポイドからのチッピングが生
じ、したがって磁気ヘッドコアの形状に近い鋳物を鋳造
して最終仕上加工のみで製品に仕上げることは実際上不
可能である。したがって従来は、製品形状よりも著しく
大きい銭塊を鋳込み、その銭塊から引け巣やボィドが含
まれない良品部分を選び、その部分を削り出して製品と
するのが通常であった。しかしながらこのような従来の
製造方法は、材料歩留りが著しく低いのみならず、セン
ダスト合金特有の性質から次のような問題があった。す
なわちセンダスト合金は極めて硬質であるため、切削加
工や研削加工が困難であり、したがって前述のように鏡
塊から削り出して製品を得るのは極めて困難であった。

そのため従来は加工に著しい長時間を要するから、生産
性が著しく低くならざるを得ず、また切削工具の消耗も
激しく、したがって製造コストが高くならざるを得ない
のが実情であった。また鏡塊から良品部分を選び出して
もある程度のボィド等が存在することは避け難く、その
ため必ずしも充分な磁気特性、耐摩耗性が得られるとは
限らず、また前述の如くボィドからチッピング（切欠き
）が生じて不良製品が発生することを完全には避け得な
かった。上述のようにセンダスト合金において困難な切
削・研削加工を不要とするためには「製品形状の鋳型を
用意して、その鋳型に溶湯を注いで製品形状の鋳物を直
接的に鋳造することが考えられる。

しかしながら前述のようにセンダスト合金溶湯はその凝
固時に引け巣やボィドが発生するから、直接的に製品形
状の鋳物を得ることは無理であり、したがって加工上の
問題と鋳造時における引け巣やボィ日こよる低密度化の
問題との両者を同時に解決することは従来は固難とされ
ていた。なお、従来センダスト合金を組成する主要元素
であるＦｅ、幻、Ｓｉのほか、イットリウムやチタン等
を添加して引け巣やボィドの発生を防止することも提案
されているが、この場合添加元素の影響により逆に磁気
特性が低下してしまう問題があり「そのため実用化は困
難であった。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、センダ
スト合金製磁気ヘッドコア材を鋳造によって製造するに
あたって、前述のような相反する問題を一挙に解決して
、鋳造時における低密度化の問題すなわち引け巣やボィ
ドの問題を解消すると同時に、切削加工を実質的に不要
として、優れた磁気特性を有する磁気ヘッドコア材を高
能率かつ低コストで得られるようにした磁気ヘッドコア
材の製造方法を提供することを目的とするものである。

すなわちこの発明の製造方法は、鋳型として磁気ヘッド
コア半割体の平面形状を断面形状とする異形柱状体に対
応するキャビティを有するものを用い、かつその鋳型を
所定の軸線に対しその半径方向に沿うように配置して、
前記軸線を中心として鋳型を回転させて鋳型内の溶湯に
遠心力を加えた状態で溶湯を凝固させ、これにより磁気
ヘッドコア半割体を断面形状とする異形柱状体を直接的
に鋳造することを要旨とするものである。以下、この発
明を詳細に説明する。

この発明で使用するＦｅ、ＡＩおよびＳｊの溶解原料と
しては、従来の通常のセンダスト合金製磁気ヘッドコア
材の製造に使用する原材料に純度よりも高純度のものを
使用することが望ましい。

従釆の例えば粉末冶金法によるセンダスト合金磁気ヘッ
ドコア材の製造においては、材料の純度がＳｉ９８．０
〜９９．０％、ＡＩ９９．８％、Ｆｅ９９．８％程度で
あるから、この発明において使用する原材料は、純度が
Ｓｉ９９．０％以上、ＡＩ９９．９％以上、Ｆｅ９９．
８％以上であることが望ましく、より最適な純度はＳｉ
９９．９〜９９．９９％、ＡＩ９９．９９％以上、Ｆｅ
９９．８〜９９．９％程度である。このように溶解原料
が高純度であることは、溶解原料中に含まれる酸化物複
合体等の不純物が著しく少ないことを意味する。したが
って高純度溶解原料を使用することによって後述するよ
うに柱傷時の湯流れ性が良好となる一因となり、また製
品の磁気特性が向上する一因となる。上述のような高純
度溶解原料は、最終的に得られる製品がＭ３〜８％（重
量％、以下同じ）、Ｓｉ３〜１２％、残部Ｆｅを主成分
とするＦｅ−ＡＩ−Ｓｉ系センダスト合金となるように
配合される。なお、これら各組成元素の内Ｓｉの成分量
は製品の磁気特性に大きな影響を及ぼし、特に９．７％
において磁気特性が良好となるから、Ｓｉ組成は９．７
％±０．２％であることが望ましい。また、Ｓｉ９．７
％の場合、ＡＩは５．８％、Ｆｅは８４．５％であるこ
とが望ましい。この発明において対象とするセンダスト
合金は基本的には前述のようにＦｅ，ＡＩ、及びＳｉの
３元合金であって、その他の微量成分を含まないことが
望ましいが、場合によっては製品の防錆のためＣｒ、Ｎ
ｉ等を総量で１．０％未満、望ましくは０．１％未満含
有しても良い。上述のような熔解原料は、高真空中にお
いて溶融することが望ましく、この際溶湯が接する外部
空間の減圧度は、１０‐３〜１０‐５Ｔｏｎ程度である
ことが望ましい。

すなわち従来のいわゆる通常の真空溶解においては減圧
度が１０‐かｏｍ程度であるから、これよりも更に真空
度を高くすることが望ましい。このように高真空中で溶
解することにより、溶融温度までの昇温過程や溶解温度
において原材料や溶湯の酸化が防止され、新たな酸化物
複合体がほとんど生じない。したがって、前述のような
高純度溶解原料の使用と相俊つて、溶湯中には酸化物複
合体等の不純物が極めて少なくなり、このため湯流れ性
が著しく良好となる。次いで溶湯を鋳型内へ注傷し、か
つその鋳型を回転させて熔湯に遠心力による加速度を与
えた状態で凝固させる。

この鋳造過程においては、第１図に示すような最終的に
得るべき磁気ヘッドコア１の半割体２の平面形状を断面
形状とする細長い異形柱状体３（第２図参照）を鋳造す
る。

すなわち、鋳型としては、第３図に示すように前記異形
柱状体３に対応するキャビティ４を有するセラミック鋳
型等の精密鋳型５を用いる。この鋳型５により鋳造され
た異形柱状体５はこれをワイヤソー等により薄肉に切断
することによりヘッドコア半割体２となる（第２図の仮
想線参照）。なお第１図、第３図には、磁気ヘッドコア
半割体２および鋳型５の代表的な寸法例（単位側）を併
記した。なおまた、前記精密鋳型５は、従来の精密鋳型
造型法と同様にロストワックス法等によって造型すれば
良い。上述のような異形柱状体鋳造用の鋳型５を回転さ
せるにあたっては、その鋳型５を回転軸線に対しその半
径方向に沿うように配置する。すなわちｔ磁気ヘッドコ
ア半割体２の平面形状を断面形状とするキャビティ４の
長さ方向が回転軸線の半径方向に沿うように配置する。
例えば第４図に示すように回転可能な鋳型保持枠６に前
記異形柱状体鋳造用の複数の細長い鋳型５を水平かつ鋳
型保持枠６の回転中心軸線に対し放射状に配置すると共
に適段上下に重ねれば良い。このように鋳型５を配置し
てその鋳型５に回転を与えることによって、鋳型５内の
熔湯には遠心力による圧力が有効に加わり、溶湯が高密
度化され、その回転を凝固まで持続させることにより鋳
物に引け巣やボィドが生じることが有効に防止されて、
鋳物内部が高密度となる。また上述のような遠心力によ
り落陽へ圧力を加えることによって、溶湯が鋳型キャビ
ティの隅々まで流し込み、これにより鋳型キャビテイに
対応した形状の小形かつ異形の柱状体の精密鋳造が可能
となる。そして特にこの発明の方法においては磁気ヘッ
ドコア半割体用の異形柱状体に対応するキャビティを有
する鋳型を回転軸線に対し半径方向に配置して、その異
形柱状体対応キャビティの長さ方向が遠心力の作用線方
向に沿うようにしているから、前述のような遠心力によ
る作用が極めて有効に作用する。したがって鋳物製品と
しては、引け巣やボィド等の内部欠陥が極めて少なくし
かも形状的にもキャビテイの形状に忠実な製品が得られ
、その結果鋳造後の製品に対する切削加工が殆ど不要と
なるのである。なお溶湯を加圧する手段としては、加圧
ピストンを用いて加圧する方法も考えられている。

しかるに加圧ピストンによる場合、鋳型とピストンとわ
ずかな隙間から溶湯が漏れることを避け難いが、第１図
に寸法例を記した如く磁気ヘッドコア半割体用の柱状体
はきわめて小型であってしかも異形断面を有するもので
あるから、小量の湯漏れが大きな影響を与え、したがっ
てピストンを用いても実際上有効な加圧力が与えられず
、また４・形かつ異形断面のキャビティ内溶湯を加圧す
るに通したピストンを高精度で得ることは形状、寸法の
点から実際上は到底実施不可能である。したがって鋳型
回転による遠心力を与えることによってはじめて小型か
つ異形断面の磁気ヘッドコア用柱状体の直接鋳造が可能
となるのである。なお第４図に示すように鋳型５を水平
かつ放射状に配簿するにあたっては、各鋳型５はヘッド
コア１のテープ摺擦部ＩＡ（第１図参照）を形成する部
分５８（第３図参照）を底面側に位置させることが望ま
しい。

この部分５Ｂには、回転による遠心力に加え、重力が大
きく作用するから、ボイドがきわめて少なくなる。した
がってテープ濯濠部ＩＡのポィドが特に少ないヘッドコ
ア１を得ることができる。テープ摺漆部ＩＡは通常精密
な研削、研磨加工を行うから、チッピングの問題が生じ
易いが、前述のようにすればテープ摺擦部ＩＡのチツピ
ングの発生を良好に防止できる。前記鋳型５の回転速度
は、５０〜３６０比．ｐ．ｍの範囲内とする。

遠心力は回転中心からの距離によつても異なるが、第３
図に示すような寸法の鋳型５を適当な位置、すなわち湯
口５Ａが回転中心から１００〜２０物帆の距離に位置す
るように配置した場合、回転数が５比．ｐ．ｍ未満では
引け巣やポィドの発生を防止し得る程度の充分な遠心力
が得られず、一方３６０仇．ｐ．ｍを越えれば鋳型強度
の点から通常のセラミック材料等を使用することが困難
となる。但し上述の範囲内でも特に１０００〜１８０仇
．ｐ■程度が望ましい。上述の鋳造工程においては、溶
解工程と同様に１０‐３〜１０‐５Ｔｏｍ程度の高真空
とすることが望ましい。

このような真空鋳造を採用することによって鋳造時にお
ける落陽の酸化も防止されるから、前述の高純度熔解原
料の使用および真空溶解と相挨つて、鋳造時における総
湯の湯流れが著しく良好となる。またこの場合溶湯が接
する外部空間が真空であることにより、落陽中の気泡が
外部へ容易に抜け出され、その結果ボィドの発生が有効
に防止されて、より高密度の製品を得ることができる。
特にこの発明の如く磁気ヘッドコア半割体に対応する異
形柱状体を鋳造する場合、鋳型キャビティが細長くかつ
外部閉口面積が小さいから「大気圧下では溶湯内の気泡
が抜け出にくくなるおそれがあるが、前述のように真空
中で鋳造することにより、遠０力による作用と相像って
、溶傷中の気泡が容易に脱出されて高密度製品を得るこ
とが可能となる。セラミック鋳型等の鋳型は注湯前に子
熱しておくことが望ましい。

鋳型を子熱しておけば、鋳型内壁に吸着された水分、有
機物、ガス等を除去でき、したがって洋湯時に水蒸気や
ガスが鋳型内壁から発生してこのガスによりボィドが生
じることを防止できるから、磁気ヘッドコアの磁気特性
を高めることができる。また、鋳型を予熱することによ
って注傷時における溶湯の湯流れが良好となり、これに
より精密鋳型に円滑に注濠することが容易となる。なお
、予熱温度は水分等の除去を効果的に行いしかも湯流れ
性を良好にするためには５０ｏｏ以上であることが望ま
しい。また、子熱温度が高過ぎる場合には溶湯が鋳型内
壁に暁付いてしまう問題があるから、鋳型の材料に応じ
て子熱温度の上限が定まる。例えばセラミック鋳型を用
いて遠Ｄ力利用鋳造を行う場合予熱温度は４００ｏｏ以
下であることが望ましい。以上のようなこの発明の方法
により得られた磁気ヘッドコァ材の磁気特性と従釆法に
よる磁気ヘッドコア材の磁気特性の良否を次のようにし
て判定した。

すなわち、この発明の方法に準じて得られた磁性材料お
よび従釆法（大気圧下普通鋳造法）により得られた磁性
材料からそれぞれの一定重量における磁化の強さＭを測
定し、一方同じくそれぞれの磁性材料から外径１０側、
内径６側、厚み１．０肋の○リング状の試験片を切出し
て、この０リング試験片の最大飽和磁束密度Ｂｓを測定
し、次式の如く４ｍｐＭ（但しｐは磁性材料の比重）の
値と、Ｂｓの値との比ｒを求めた。

ｒ：為亭Ｍ ここで○リング状試験片の飽和磁束密度は材料中のボィ
ドや若干の不純物により影響されないから比ｒの値はポ
ィドや不純物が存在しない理想状態で１になる。

しかるにこの発明の方法で得られた材料では、前記比ｒ
の値が０．９９以上となり、これに対し従来法により得
られた材料では０４９９以上となるものは少なく、ほと
んどは０．９８以下であった。このことから、遠心力を
附加した鋳造による高密度化が磁気特性の向上に寄与し
ていることが明らかである。次に、この発明を実施例に
より説明する。

実施例 １ 下記の組成を有するＦｅ−ＡＩ−Ｓｉ系合金の溶湯を１
５００こ０において、第１図および第４図に示す形状、
寸法の鋳型５および回転可能な鋳型保持枠６を使用して
遠心力を加えつつ鋳造を行った。

拍 ５．８％Ｓｉ
９．７％Ｆｅ
残部この際の鋳型保持枠６の回転数と得られた鋳
物の製品歩留との関系を調べてみた。

その結果を第１表に示す。第１表 ＊セラミック材料からなる鋳型が強度不足のため遠０力
に耐えきれず鋳物切断歩蟹が低下した。

第１表より、鋳型の回転数が５び．ｐ．ｍ未満では鋳物
は得られるものの引け巣やボィドのため歩留は悪く工業
的に不利であり、３６０仇．ｐ．ｍを越えると鋳型材料
の点から制約が生じる。

実施例 ２ Ｎ５．８％、Ｓｉ９．７％、Ｆｅ残部および不純物の組
成を有するＦｅ一ＡＩ−Ｓｉ系合金の溶湯を１５００℃
において実施例１と同様の鋳造装置を使用して鋳造した
。

その際の回転数は８０仇．ｐ．ｍ、セラミック鋳型の予
熱温度は１００ｑｏ、室内圧力は１０‐５Ｔｏｎであり
、材料の純度は第２表に示した通りである。第２表この
時の材料純度と鋳物の製品歩蟹との関係を調べた。

その結果を第３表に示した。第３表 この結果からこの発明の方法においては、材料の純度を
上げることにより鋳物切断歩留を向上させ得ることがわ
かる。

これは遠心力を加えた鋳造法では、低密度の原材料を使
用した場合に遠心力により／ロが溶傷内にまき込まれた
まま凝固して切断的の歩留が低下することがあるためと
思われる。実施例 ３ ＡＩ５．８％、Ｓｉ９．７％、Ｆｅ残部の組成を有する
Ｆｅ−Ｎ−Ｓｉ系合金の溶湯を１５００午０において、
実施例１と同様の鋳造装置を使用し、溶融および鋳造室
内の圧力を変えて鋳造を行ない、圧力と製品歩蟹との関
係を調べた。

その結果を第４表に示す。なお、鋳型の回転数は８０瓜
．ｐ．ｍで、セラミック鋳型の予熱温度は１００℃であ
る。第４表 第４表の結果から、この発明の方法による場合には、鋳
造室内の気圧によって歩蟹が大幅に変化することがわか
る。

これは、圧力が低下すると、溶湯成分が高温により複合
酸化を生じ湯口がつまる等により、原料溶湯の脱ガス効
果が不充分になる結果、鋳物にポィドが発生して歩留が
低下したものと思われる。この現象は回転数が小さく遠
心力の効果が小さいと特に影響が現われやすいので、回
転数の限界を規制する理由にもなっている。実施例 ４ Ｎ５．８％、Ｓｉ９．７％、Ｆｅ残部および不純物の組
成を有するＦｅ−ＡＩ−Ｓｉ系合金を第５表の条件にお
いて従釆法およびこの発明の製法によって鋳造して、試
験片を作り、その磁気特性を調べた結果を第５図および
第６図に示す。

第５表 ＊ 鋳造時の遠心力約１００Ｇ 本発明法により製造された磁性材料は第５図および第６
図によれば磁束密度と透磁率が向上していることがわか
る。

実施例 ５ ＡＩ５．８％、Ｓｉ９．７％、Ｆｅ残部の組成を有する
Ｆｅ一山一Ｓｉ系合金の溶湯を１５００℃において実施
例１と同様に鋳型保持枠６の回転数を変えて鋳造を行い
、得られた鋳物からヘッドコア半割体２を得た。

この半割体２より磁気ヘッドコアを製造し、この磁気ヘ
ッドコアの摩耗量を検討した。磁気テープはガンマヘマ
タィトを磁性材とした普通品を使用した。その結果を第
７図に示す。第７図より明らかなように、鋳型を回転さ
せて遠０力を溶湯に作用させつつ凝固させて得られた鋳
物から形成した磁気ヘッドコアは、回転させないものに
比べて摩耗量が少なく、さらに回転数の増大に伴って摩
耗量の減少度合が大きくなっていることがわかる。この
ことは、遠心力を与えることによって鋳物中のボィドが
少なくなって、高密度化されているためであると思われ
る。以上の説明で明らかなようにこの発明の製造方法に
よれば、磁気ヘッドコア半割体の平面形状に対応する断
面を有する柱状体を、低密度化することなく、すなわち
引け巣やボィドが発生することなく高密度の状態で直接
的に得ることができ、したがって材料歩留りが従来より
も著しく向上するばかりでなく、鋳造後に大幅な削り出
し作業を行う必要がないため、特に切削加工が困難なセ
ンダスト合金にあっては、作業能率の大幅な向上と切削
工具の消耗の大幅な削減を図ることができ、したがって
磁気ヘッドコアの製造コストを従来よりも格段に低減す
ることができる。

またこの発明の方法により得られた磁気ヘッドコア材は
前述のように極めて高密度であるため、磁気特性が極め
て良好な磁気ヘッドコアが得られ、また高密度とセンダ
スト合金自体の高密度とが相俊つて、耐摩耗性が著しく
高く、磁気テープとの摺糠面における摩耗が著しく少な
い高耐久性の磁気ヘッドコァが得られ、さらには磁気ヘ
ッドコアのテープ摺漆面側の精密な仕上加工においても
ボィドによりチッピングが発生して磁気ヘッドコアとし
て不良品を発生するおそれも少なくなる。図面の簡単な
説明第１図は磁気ヘッドコアの一例を示す平面図、第２
図はこの発明により製造する磁気ヘッドコァ材としての
異形柱状体の一例を示す斜視図、第３図は第２図の異形
柱状体を鋳造するための鋳型の一例を示す斜視図、第４
図はこの発明の方法にしたがって遠心力鋳造を行うため
の装置例を示す略解縦断斜視図、第５図および第６図は
この発明の製造方法と従来の製造方法による磁性材料の
磁気特性を示すグラフで、第５図は直流磁気特性を、第
６図は交流磁気特性を示すもの、第７図はこの発明の製
造方法と従来の製造方法によって得られた磁気ヘッドコ
アの耐摩耗性を鋳型の回転数を変化させて示すグラフで
ある。

１…・・・磁気ヘッドコア、ＩＡ・・・・・・テープ摺
擬部、２・・…・磁気ヘッドコア半割体、３・・・・・
・異形柱状体、４・・・・・・キャビティ、５・・…・
鋳型。

第１図第２図 第３図 第ム図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気ヘツドコア半割体の平面形状を断面形状とする
   異形柱状体に対応するキヤビテイを有する鋳型を、所定
   の軸線に対しその半径方向に沿うように配置し、かつ前
   記鋳型のキヤビテイにＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系磁性材料の溶
   湯を注湯し、前記軸線を中心として鋳型を５０〜３６０
   ０ｒ．ｐ．ｍの回転数で回転させて、溶湯に遠心力を加
   えた状態で凝固させ、これにより磁気ヘツドコア半割体
   の平面形状を断面形状とする異形柱状体を鋳造すること
   を特徴とする磁気ヘツドコア材の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の磁気ヘツドコア材の製
   造方法において、 材料の純度がＳｉ９９．０％以上、
   Ａｌ９９．９％以上およびＦｅ９９．８％以上であるこ
   とを特徴とする製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の磁気ヘ
   ツドコア材の製造方法において、 圧力１０＾−＾３〜
   １０＾−＾５Ｔｏｒｒの室内で鋳造することを特徴とす
   る製造方法。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の磁気ヘツドコア材の製造方において、 注湯時に鋳
   型を５０〜４００℃に予熱することを特徴とする製造方
   法。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載の磁気ヘツドコア材の製造方法において、前記軸線を
   垂直として前記鋳型を水平に配置し、かつ磁気ヘツドコ
   アのテープ摺擦部を形成する部分が底面側に位置するよ
   うに鋳型の配置を定めることを特徴とする製造方法。