JP2005136091A - 磁歪素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 外力に対する機械的強度を改善することを目的とする。
【解決手段】 粉末冶金法により作製した磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中にフェノール樹脂、フェノール樹脂にシリカ等の無機物を分散した樹脂レジン、エポキシ系樹脂レジン又はアクリル系樹脂レジン等の含浸組成物を含浸固化したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁歪アクチュエータ、磁歪振動子等の磁気−機械変換デバイスに用いられる磁歪素子に関する。
近年、磁歪アクチュエータ、磁歪振動子等の磁気−機械変換デバイスに用いられる磁歪素子の材料として、ＲＥＦｅ2（但し、ＲＥはＬａ、Ｙを含む希土類元素物のうち、少なくとも１種以上の元素を示す。）にて表わされる金属間化合物は、例えば図２の曲線ａに示す如く従来のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の材料（曲線ｂ）に比べて１０〜１００倍の磁歪を発生し、超磁歪合金と呼ばれて注目され、そしてそのような超磁歪現象の多方面にわたる利用乃至は応用が種々報告されている。
そのなかでも、Ｔｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ1.9〜2.0合金は室温で１０００ｐｐｍ以上の磁歪を発生することが知られている。
従来このＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ1.9〜2.0合金を製造するのに単結晶法や一方向凝固法により、単結晶或は多結晶の丸棒として、その製造が行われていた。
然しながら、この単結晶法や一方向凝固法は製造コストが高いうえ、任意形状の磁歪素子を作製することが困難であった。そのため、かかる超磁歪材による磁歪素子を製造コストが安く、任意形状に作製できる粉末冶金法による作製が提案されている（特許文献１）。
この特許文献１によれば、先ず磁気異方性の大きい希土類−３ｄ元素の二元合金として、Ｆｅ2Ｔｂ，Ｆｅ2ＤｙをＡｒ雰囲気中で粉砕し、１０μメッシュ前後の粉末を製作する。
次にこの粉末をよく混合した後、１０〜１５キロエステッドの磁界中で磁場プレスを行い、所定形状の圧粉成形体を製作する。
更に、この圧粉成形体を１．１気圧Ａｒ雰囲気中で１２００℃〜１２５０℃で３０分間仮焼結し、その後９００℃〜１１００℃で２００時間焼結し、磁歪焼結体を作製した。
このできあがった磁歪焼結体はＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2の合金であり、１キロエルステッド以下の磁場中で１．２ｐｐｍの磁歪特性が得られた（図２曲線ａ参照）。
斯る特許文献１によれば比較的低コストで任意形状且つ高い磁歪特性を持つ磁歪素子を製作することができる。
斯る磁歪素子１を使用したアクチュエータの磁歪素子１の歪み量（アクチュエータロッド３の変位量）は図３に示す如くこの磁歪素子１の周囲に配置された磁界コイル２に流れる電流による磁界の強度に依存する。大きな歪み量（変位量）を得るには磁界強度を大きくする必要がある。この磁歪素子１中を貫く磁界強度は、この磁歪素子１の透磁率に比例して大きくなることから、この磁歪素子１自体の透磁率が大きいことが望ましい。
またこの磁歪素子１は、図３に示す如くあらかじめ、この磁歪素子１にプリストレス（図３において４はプリストレスを与えるための皿ばねである。）を印加した場合の方が、磁界強度に対する歪み量が大きくなることが知られている。例えば上述Ｔｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2合金を用いた磁歪素子１は、あらかじめこの磁歪素子１自体に約６ＭＰａの圧力を歪み方向に印加して歪み量を大きくしている。図３において、５はバイアス磁界を与える永久磁石、６はヨーク、７は電流端子である。
特開平１−１８０９４３号公報
ところで粉末冶金法により作製した磁歪焼結体による磁歪素子は、単結晶法や一方向凝固法で作製された磁歪素子に比較し、体積密度が約８０％と小さくなっている。これはこの磁歪焼結体中に空孔があり、この空孔が全体積の２０％程度を占めているからである。
このため、この磁歪焼結体による磁歪素子は、この単結晶法や一方向凝固法で作製された磁歪素子より透磁率が小さく、またプリストレスを印加した場合に折れる等外力に弱いという不都合があった。
本発明の一の目的は外力に対する機械的強度を改善することである。
また本発明の他の目的は透磁率を改善することである。
本発明磁歪素子は粉末冶金法により作製した磁歪焼結体の空孔中にフェノール樹脂、フェノール樹脂にシリカ等の無機物を分散した樹脂レジン、エポキシ系樹脂レジン又はアクリル系樹脂レジン等の含浸組成物を含浸固化したものである。
斯る本発明によれば磁歪焼結体の空孔中に含浸組成物を含浸するようにしたので、この磁歪素子の機械的強度を改善することができる。
また本発明磁歪素子は上述の含浸組成物に粉末状の高透磁率材料を分散したものである。
斯る本発明によれば磁歪焼結体の空孔中に粉末状の高透磁率材料を分散した含浸組成物を含浸固化したので、この磁歪素子の機械的強度を改善すると共に透磁率を改善することができる。
本発明によれば粉末冶金法により作製した磁歪素子の機械的強度を改善でき、また透磁率を改善できる。
以下図面を参照して本発明磁歪素子を実施するための最良の形態の例につき説明する。
本例においては、先ず従来と同様に粉末冶金法により所定形状の磁歪焼結体を形成する。即ち磁気異方性の大きい希土類−３ｄ元素の二元合金として、Ｆｅ2Ｔｂ，Ｆｅ2ＤｙをＡｒ雰囲気中で粉砕し、１０μメッシュ前後の粉末を製作する。
次にこの粉末をよく混合した後、１０〜１５キロエルステッドの磁界中で磁場プレスを行い、所定形状の圧粉成形体を製作する。この場合任意の形状の圧粉成形体を製作することができる。
更に、この圧粉成形体を１．１気圧Ａｒ雰囲気中で１２００℃〜１２５０℃で３０分間仮焼結し、その後９００℃〜１１００℃で２００時間焼結し、図１に示す如き所定形状の磁歪焼結体１０を作製した。
このできあがった磁歪焼結体１０はＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2の合金であり、図２曲線ａに示す如く、１キロエルステッド以下の磁場中で１．２ｐｐｍの磁歪特性が得られた。
上述によれば比較的低コストで、任意形状且つ高い磁歪特性を持つ磁歪焼結体１０を製作することができる。この粉末冶金法により作製した磁歪焼結体１０には図１に示す如く無数の極めて小さな空孔１０ａを有している。
本例においてはこの磁歪焼結体１０に以下述べる如き処理を施した。
含浸組成物として、含浸用フェノールレジン（住友ベークライト株式会社製ＰＲ−９１８３Ｂ）を用いて、この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中への含浸、硬化処理を次のように行った。
先ず、前処理工程で磁歪焼結体１０を洗浄し、その後、この磁歪焼結体１０をタンク内に置き、このタンク内を真空にして、この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中から空気を除き、その後このタンク内に含浸組成物である含浸用フェノールレジンを注入し、この磁歪焼結体１０をこの含浸用フェノールレジン中に浸す。
その後このタンク内を常圧にもどすことによりこの磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中にこの含浸用フェノールレジンを含浸する。
次にタンクからこの磁歪焼結体１０を取り出し、この磁歪焼結体１０の表面に付着している余分な含浸用フェノールレジンを洗浄して取り除き、その後空気中１５０℃で乾燥させて空孔１０ａの中の含浸用フェノールレジンを硬化させて含浸硬化処理を完了する。
この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中に含浸用フェノールレジンを含浸硬化した磁歪素子の曲げ強度を三点曲げ測定法により測定したところ強度は約２８ＭＰａで、この含浸用フェノールレジンを含浸硬化しない磁歪焼結体より成る磁歪素子の強度の２３．４ＭＰａに比し大きくなっていることが確認できた。
含浸組成物として、含浸用フェノールレジン（住友ベークライト株式会社製ＰＲ−９１８３Ｂ）を用い、この含浸用フェノールレジン中に強磁性体である鉄（Ｓ１５Ｃ相当）の粉末（粒径５〜２０ミクロン）を重量比で含浸用フェノールレジン「５」に対し「１」の割合で分散させ、これを用いて磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中への含浸、硬化処理を次のように行った。
先ず、前処理工程でこの磁歪焼結体１０を洗浄し、その後、この磁歪焼結体１０をタンク内に置き、このタンク内を真空にしてこの磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中から空気を除き、その後このタンク内に強磁性体の粉末が分散した含浸用フェノールレジンを注入し、この強磁性体の粉末が分散された含浸用フェノールレジン中にこの磁歪焼結体１０を浸す。
その後、タンク内を常圧にもどすことにより、この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中にこの強磁性体の粉末が分散された含浸用フェノールレジンを含浸する。
次にタンクからこの磁歪焼結体１０を取り出し、この表面に付着している余分強磁性体の粉末が分散された含浸用フェノールレジンを洗浄して取り除き、その後空気中１５０℃で乾燥させて、この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中の強磁性体の粉末が分散された含浸用フェノールレジンを硬化させて、含浸硬化処理を完了する。
この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中に強磁性体の粉末を分散した含浸用フェノールレジンを含浸硬化した磁歪素子の曲げ強度を三点曲げ測定法により測定したところ強度は約３０ＭＰａで、含浸用フェノールレジンを含浸硬化しない磁歪焼結体より成る磁歪素子の強度の２３．４ＭＰａに比し大きくなっていることが確認できた。
また、この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中に強磁性体粉末を分散した含浸用フェノールレジンを含浸硬化した磁歪素子の透磁率は、この磁歪焼結体１０の空孔１０ａ中にこの強磁性体粉末を分散した含浸用フェノールレジンを含浸硬化しない磁歪素子の透磁率より約５％増加していることが確認できた。
以上述べた如く本例によれば粉末冶金法により作製した磁歪素子の機械的強度を改善でき、またこの粉末冶金法で作製した磁歪素子の透磁率を改善できる。
尚上述例では含浸組成物として含浸用フェノールレジンを用いた例につき述べたが、この代わりにフェノール樹脂、フェノール樹脂にシリカ等の無機物を分散した樹脂レジン、エポキシ系樹脂レジン又はアクリル系樹脂レジン等が使用できる。
また上述例では強磁性体として鉄を用いた例につき述べたが、この代わりにパーマロイ、マグネタイト等であっても良い。
また、本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成が採り得ることは勿論である。
本発明磁歪素子の実施の形態の例を示す斜視図である。 磁歪素子の磁歪特性例を示す線図である。 アクチュエータの例を示す断面図である。
符号の説明
１０‥‥磁歪焼結体、１０ａ‥‥空孔

Claims (4)

  1. 粉末冶金法により作製された磁歪焼結体の空孔中に含浸組成物を含浸固化したことを特徴とする磁歪素子。
  2. Ｆｅ2Ｔｂ、Ｆｅ2Ｄｙを粉砕した粉末より、粉末冶金法によりＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2の磁歪焼結体を形成し、該磁歪焼結体の空孔中に含浸組成物を含浸固化したことを特徴とする磁歪素子。
  3. 請求項１又は２記載の磁歪素子において、
    前記含浸組成物が、フェノール樹脂、フェノール樹脂にシリカ等の無機物を分散した樹脂レジン、エポキシ系樹脂レジン、又はアクリル系樹脂レジンであることを特徴とする磁歪素子。
  4. 請求項１又は２記載の磁歪素子において、
    前記含浸組成物に粉末状の高透磁率材料を分散したことを特徴とする磁歪素子。
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