JP3313386B2 - 超磁歪合金および磁気−機械変異変換デバイス - Google Patents
超磁歪合金および磁気−機械変異変換デバイスInfo
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気−機械変位変換デ
バイス等に用いられる超磁歪合金に係わり、特にキュリ
ー温度の向上を図った超磁歪合金に関する。
バイス等に用いられる超磁歪合金に係わり、特にキュリ
ー温度の向上を図った超磁歪合金に関する。
【0002】
【従来の技術】磁性体に外部磁場を印加した際、磁性体
が変形する磁歪の応用として変位制御アクチュエータ、
磁歪振動子、磁歪センサー、磁歪フィルタ、超音波遅延
線等がある。従来はNi基合金、Fe−Co合金、フェ
ライト等が用いられている。
が変形する磁歪の応用として変位制御アクチュエータ、
磁歪振動子、磁歪センサー、磁歪フィルタ、超音波遅延
線等がある。従来はNi基合金、Fe−Co合金、フェ
ライト等が用いられている。
【0003】近年、計測工学の進歩および精密機械分野
の発展にともない、ミクロンオーダーの微小変位制御に
不可欠の変位駆動部の開発が必要とされている。この変
位駆動部の駆動機構の一つとして磁歪合金を用いた磁気
−機械変換デバイスが有力である。しかしながら従来の
磁歪合金では、変位の絶対量が充分でなく、ミクロンオ
ーダーの精密変位制御駆動部材料としては絶対駆動変位
量のみならず精密制御の点からも満足し得るものではな
かった。
の発展にともない、ミクロンオーダーの微小変位制御に
不可欠の変位駆動部の開発が必要とされている。この変
位駆動部の駆動機構の一つとして磁歪合金を用いた磁気
−機械変換デバイスが有力である。しかしながら従来の
磁歪合金では、変位の絶対量が充分でなく、ミクロンオ
ーダーの精密変位制御駆動部材料としては絶対駆動変位
量のみならず精密制御の点からも満足し得るものではな
かった。
【0004】このような要求に対し、希土類−遷移金属
系の磁歪合金が高磁歪材料として注目され、研究されて
いる。(特公昭61−33892号公報、米国特許第4
378258号明細書など)
系の磁歪合金が高磁歪材料として注目され、研究されて
いる。(特公昭61−33892号公報、米国特許第4
378258号明細書など)
【0005】しかしながら、このような磁歪合金ではキ
ュリー温度が十分高くなく、例えば希土類−鉄合金は低
温域では磁歪特性が低下してしまい、また希土類−コバ
ルト合金では高温環境下での使用が困難で、広範囲の温
度領域で優れた磁歪特性を有する磁歪材料は得られてい
なかった。
ュリー温度が十分高くなく、例えば希土類−鉄合金は低
温域では磁歪特性が低下してしまい、また希土類−コバ
ルト合金では高温環境下での使用が困難で、広範囲の温
度領域で優れた磁歪特性を有する磁歪材料は得られてい
なかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の希土
類−遷移金属系の磁歪合金では、キュリー温度が十分高
くなく、広範囲の温度領域で良好な磁歪特性が得られな
いという問題があった。本発明は以上の点を考慮してな
されたものであり、キュリー温度が高く、優れた磁歪特
性を持つ超磁歪合金を提供することを目的とする。
類−遷移金属系の磁歪合金では、キュリー温度が十分高
くなく、広範囲の温度領域で良好な磁歪特性が得られな
いという問題があった。本発明は以上の点を考慮してな
されたものであり、キュリー温度が高く、優れた磁歪特
性を持つ超磁歪合金を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超磁歪合金
は、原子%で表した一般式:RxT100-x-yMy(RはY
を含む希土類元素のうちの少なくとも1種、TはFe,
Coのうちの少なくとも1種の元素、MはN元素、20
≦x≦60、0<y≦30)で示されることを特徴とす
るものである。本発明に係る超磁歪合金において、主相
がラーベス相で、Nを侵入型元素として主相の格子内に
侵入されていることを許容とするものである。本発明に
係る磁気−機械変異変換デバイスは、前述した超磁歪合
金を備えたことを特徴とするものである。
は、原子%で表した一般式:RxT100-x-yMy(RはY
を含む希土類元素のうちの少なくとも1種、TはFe,
Coのうちの少なくとも1種の元素、MはN元素、20
≦x≦60、0<y≦30)で示されることを特徴とす
るものである。本発明に係る超磁歪合金において、主相
がラーベス相で、Nを侵入型元素として主相の格子内に
侵入されていることを許容とするものである。本発明に
係る磁気−機械変異変換デバイスは、前述した超磁歪合
金を備えたことを特徴とするものである。
【0008】前記Yは含む希土類元素(R)としては、
Y,La,Ce,Pr,Nb,Pm,Sm,Eu,C
d,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luが用い
られ、これらのうち少なくとも1種としては、Pr,N
d,Sm,Tb,Dy,Ho,Er,TbDy,TbH
o,TbPr,SmYb,TbDyHo,TbDyP
r,TbPrHoが好ましい。
Y,La,Ce,Pr,Nb,Pm,Sm,Eu,C
d,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luが用い
られ、これらのうち少なくとも1種としては、Pr,N
d,Sm,Tb,Dy,Ho,Er,TbDy,TbH
o,TbPr,SmYb,TbDyHo,TbDyP
r,TbPrHoが好ましい。
【0009】Fe、Coのうち少なくとも1種の元素
(T)としては、Fe及び又は、Coが用いられる。こ
の一部をNi,Mn等他の遷移元素で置換することも可
能であるが、過剰に置換するとキュリー温度が低下して
しまうため、Fe,Coに対し原子%で50%以下であ
る必要がある。前記一般式におけるxは、20未満か6
0を越えると、主相が減少し、磁歪特性が低下する。よ
り好ましいxは、25〜40の範囲である。
(T)としては、Fe及び又は、Coが用いられる。こ
の一部をNi,Mn等他の遷移元素で置換することも可
能であるが、過剰に置換するとキュリー温度が低下して
しまうため、Fe,Coに対し原子%で50%以下であ
る必要がある。前記一般式におけるxは、20未満か6
0を越えると、主相が減少し、磁歪特性が低下する。よ
り好ましいxは、25〜40の範囲である。
【0010】前記超磁歪合金は、一般に磁歪特性を担う
主相であるラーベス相及び粒界から構成されているがM
元素は主相の格子中に侵入するいわゆる浸入型元素で、
遷移元素のバンド構造に変調を与え、特にd電子の磁気
分極の増加及びd電子スピン間の交換相互作用を強化
し、ひいては超磁歪合金のキュリー温度を向上させる。
この効果は極少量のM元素の添加で得られるが、特に、
上記一般式におけるyが3以上で顕著となる。一方、含
有量を増してゆくと、主相中での固溶が困難となり粒界
に析出してくるが、粒界に存在した際は、抵抗率が増加
し、周波数特性を向上させる。しかし、30を超えると
粒界において過剰に存在することにより磁歪特性を劣化
させる。より好ましいyは、10〜25の範囲である。
なお、水素、酸素、リンなども同様の侵入型元素であ
り、同程度の量までの含有が許容される。前記一般式に
おけるMがNである超磁歪合金の製造方法を以下に説明
する。
主相であるラーベス相及び粒界から構成されているがM
元素は主相の格子中に侵入するいわゆる浸入型元素で、
遷移元素のバンド構造に変調を与え、特にd電子の磁気
分極の増加及びd電子スピン間の交換相互作用を強化
し、ひいては超磁歪合金のキュリー温度を向上させる。
この効果は極少量のM元素の添加で得られるが、特に、
上記一般式におけるyが3以上で顕著となる。一方、含
有量を増してゆくと、主相中での固溶が困難となり粒界
に析出してくるが、粒界に存在した際は、抵抗率が増加
し、周波数特性を向上させる。しかし、30を超えると
粒界において過剰に存在することにより磁歪特性を劣化
させる。より好ましいyは、10〜25の範囲である。
なお、水素、酸素、リンなども同様の侵入型元素であ
り、同程度の量までの含有が許容される。前記一般式に
おけるMがNである超磁歪合金の製造方法を以下に説明
する。
【0011】まず、所定原子比のR元素およびFe、C
oの少なくとも1種の元素を調合し、高周波誘導溶解な
どにより溶解する。つづいて、このインゴットを切削加
工等を施すことにより所望の形状の試料とした後、窒素
または窒素を含む気体化合物中において結晶制御溶解、
例えば浮遊帯域溶解、ブリッジマン溶解を行なう。前記
窒素または窒素を含む気体の圧力としては、0.01a
tm〜10atmで行えどよく、結晶の育成速度として
は0.1mm/hr〜300mm/hrにすることが望
ましい。前記窒素または窒素を含む気体としては、例え
ば窒素、アンモニアガス、シアン系ガスが望ましい。
oの少なくとも1種の元素を調合し、高周波誘導溶解な
どにより溶解する。つづいて、このインゴットを切削加
工等を施すことにより所望の形状の試料とした後、窒素
または窒素を含む気体化合物中において結晶制御溶解、
例えば浮遊帯域溶解、ブリッジマン溶解を行なう。前記
窒素または窒素を含む気体の圧力としては、0.01a
tm〜10atmで行えどよく、結晶の育成速度として
は0.1mm/hr〜300mm/hrにすることが望
ましい。前記窒素または窒素を含む気体としては、例え
ば窒素、アンモニアガス、シアン系ガスが望ましい。
【0012】このような方法により得られた単結晶また
は一方向凝固材はその結晶格子中に侵入しているもので
ある。かかる窒素化合物は、通常、粉末状の試料を窒素
雰囲気中で熱処理することにより得られるが、その場合
バルク状の試料、特に一方向凝固材や単結晶を作製する
ことは非常に困難である。これに対し、前述した方法は
結晶制御溶解、例えば浮遊帯域溶解、ブリッジマン溶解
中に、溶湯が雰囲気中に含まれる窒素を巻き込むため、
合金中に窒素が均質に取り込まれ、前記一方向凝固材や
単結晶においても窒素を均質に含む合金が得られる。
は一方向凝固材はその結晶格子中に侵入しているもので
ある。かかる窒素化合物は、通常、粉末状の試料を窒素
雰囲気中で熱処理することにより得られるが、その場合
バルク状の試料、特に一方向凝固材や単結晶を作製する
ことは非常に困難である。これに対し、前述した方法は
結晶制御溶解、例えば浮遊帯域溶解、ブリッジマン溶解
中に、溶湯が雰囲気中に含まれる窒素を巻き込むため、
合金中に窒素が均質に取り込まれ、前記一方向凝固材や
単結晶においても窒素を均質に含む合金が得られる。
【0013】
【作用】本発明に係る超磁歪合金は、原子%で表した一
般式:RxT100-x-yMy(RはYを含む希土類元素のう
ちの少なくとも1種、TはFe,Coのうちの少なくと
も1種の元素、MはN元素、20≦x≦60、0<y≦
30)で示されるものであるため、キュリー温度が高
く、優れた磁歪特性を有する。
般式:RxT100-x-yMy(RはYを含む希土類元素のう
ちの少なくとも1種、TはFe,Coのうちの少なくと
も1種の元素、MはN元素、20≦x≦60、0<y≦
30)で示されるものであるため、キュリー温度が高
く、優れた磁歪特性を有する。
【0014】すなわち、前記一般式におけるMを窒素
(N)とした超磁歪合金は前記窒素により希土類−鉄系
ラーベス型化合物の磁気異方性に作用し、しかもその結
晶組織に作用するため、磁歪特性その他の磁気特性を劣
化させることなく保磁力を低減することができる。
(N)とした超磁歪合金は前記窒素により希土類−鉄系
ラーベス型化合物の磁気異方性に作用し、しかもその結
晶組織に作用するため、磁歪特性その他の磁気特性を劣
化させることなく保磁力を低減することができる。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。参照 例1
【0016】表1に示すような組成の合金を、アーク溶
解にて作成した後、900℃、1週間の均質化熱処理を
施した試料を切削加工することにより寸法が10×10
×5mmで、下記表1に示す組成の試験片(No.1〜
7)とした。ここでNo.6,7は従来のBもしくはC
を含まないもので、比較例として作製している。
解にて作成した後、900℃、1週間の均質化熱処理を
施した試料を切削加工することにより寸法が10×10
×5mmで、下記表1に示す組成の試験片(No.1〜
7)とした。ここでNo.6,7は従来のBもしくはC
を含まないもので、比較例として作製している。
【0017】前記方法により作製した各試験片につい
て、磁歪値およびキュリー温度を測定した。その結果を
下記表1に併記した。なお、前記磁歪値およびキュリー
温度は以下のように評価した。磁歪特性は、抗磁性ゲー
ジを用い、磁界は対向磁極型電磁石により発生させ、2
kOe印加磁界中で評価した。なお、磁歪値はNo.6
の磁歪値を1として規格化して表示してある。キュリー
温度は、磁化の温度特性より求めた。
て、磁歪値およびキュリー温度を測定した。その結果を
下記表1に併記した。なお、前記磁歪値およびキュリー
温度は以下のように評価した。磁歪特性は、抗磁性ゲー
ジを用い、磁界は対向磁極型電磁石により発生させ、2
kOe印加磁界中で評価した。なお、磁歪値はNo.6
の磁歪値を1として規格化して表示してある。キュリー
温度は、磁化の温度特性より求めた。
【0018】
【表1】
【0019】前記表1から明らかなように参照例1の超
磁歪合金からなる試験片(No.1〜5)は比較例のそ
れ(No.6、7)と比較してキュリー温度が高く、ま
た磁歪値としても比較例より大きくなることがわかる。
磁歪合金からなる試験片(No.1〜5)は比較例のそ
れ(No.6、7)と比較してキュリー温度が高く、ま
た磁歪値としても比較例より大きくなることがわかる。
【0020】さらに、参照例1の超磁歪合金であるN
o.1と比較例の超磁歪合金であるNo.6について直
径10mm、長さ30mmのロッド状試料を作製し、変
位量の周波数特性を評価した。磁界印加手段としては、
空心コイルに正弦波交流を流し、定電流で周波数を可変
した。変位量は、光式変位計を用い、非接触で計測し、
10Hz時の変位量で規格化した。その結果、図1に示
す。
o.1と比較例の超磁歪合金であるNo.6について直
径10mm、長さ30mmのロッド状試料を作製し、変
位量の周波数特性を評価した。磁界印加手段としては、
空心コイルに正弦波交流を流し、定電流で周波数を可変
した。変位量は、光式変位計を用い、非接触で計測し、
10Hz時の変位量で規格化した。その結果、図1に示
す。
【0021】図1から明らかなように、参照例1の超磁
歪合金は比較例のそれに比較して周波数に対する変位量
の変化が小さく、高周波領域においても良好な変位量が
得られることがわかる。 実施例1
歪合金は比較例のそれに比較して周波数に対する変位量
の変化が小さく、高周波領域においても良好な変位量が
得られることがわかる。 実施例1
【0022】下記表2に示した組成の合金をアーク溶解
にて作成した後、粒径100μm以下まで粉砕し1気圧
窒素雰囲気中にて500℃×1時間の熱処理を行い、プ
レス成形後に1気圧の窒素雰囲気中にて1200℃×2
時間で焼結し、Nを15原子%含有させた片験片(N
o.8〜12)とした。このようにして作製した試験片
(No.8〜12)の磁歪値及びキュリー温度を、参照
例1と同様の方法により求めた。その結果、下記表2に
併記した。
にて作成した後、粒径100μm以下まで粉砕し1気圧
窒素雰囲気中にて500℃×1時間の熱処理を行い、プ
レス成形後に1気圧の窒素雰囲気中にて1200℃×2
時間で焼結し、Nを15原子%含有させた片験片(N
o.8〜12)とした。このようにして作製した試験片
(No.8〜12)の磁歪値及びキュリー温度を、参照
例1と同様の方法により求めた。その結果、下記表2に
併記した。
【0023】
【表2】 前記表2から明らかなように本発明の超磁歪合金からな
る試験片(No.8〜12)は、前述した参照例1と同
様の効果が得られることがわかる。 実施例2
る試験片(No.8〜12)は、前述した参照例1と同
様の効果が得られることがわかる。 実施例2
【0024】Tb、Dy、Sm、Ho、Pr、Er、F
e、Co、Mn、Al、Zr、Ni、B、Pの各成分元
素を下記表3に示す組成になるように配合し、アルゴン
雰囲気中でアルミナるつぼを使用して高周波誘導溶解を
行って9種の合金を調製した。つづいて、前記各合金か
ら直径6mm、長さ50mmの試料を切り出した後、1
気圧の窒素雰囲気中にて浮遊帯域溶解を育成速度10μ
m/secの条件で行った。
e、Co、Mn、Al、Zr、Ni、B、Pの各成分元
素を下記表3に示す組成になるように配合し、アルゴン
雰囲気中でアルミナるつぼを使用して高周波誘導溶解を
行って9種の合金を調製した。つづいて、前記各合金か
ら直径6mm、長さ50mmの試料を切り出した後、1
気圧の窒素雰囲気中にて浮遊帯域溶解を育成速度10μ
m/secの条件で行った。
【0025】得られた試料(No.1〜9)の保磁力
を、振動試料型磁力計を用いてそれぞれ測定した。ま
た、前記試料から実施例1と同様な試験片を取り出し、
磁歪値及びキュリー温度を実施例1と同様の方法により
求めた。これらの結果、下記表3に示した。なお、表3
には窒素雰囲気中にて浮遊帯域溶解を行わない前の各合
金の保磁力を併記した。
を、振動試料型磁力計を用いてそれぞれ測定した。ま
た、前記試料から実施例1と同様な試験片を取り出し、
磁歪値及びキュリー温度を実施例1と同様の方法により
求めた。これらの結果、下記表3に示した。なお、表3
には窒素雰囲気中にて浮遊帯域溶解を行わない前の各合
金の保磁力を併記した。
【0026】
【表3】
【0027】前記表3から明らかなように本発明の超磁
歪合金からなる試験片(No.1〜9)は10〜20
Oeと低い保磁力を有し、かつ高いキュリー温度、大き
い磁歪値を有することがわかる。
歪合金からなる試験片(No.1〜9)は10〜20
Oeと低い保磁力を有し、かつ高いキュリー温度、大き
い磁歪値を有することがわかる。
【0028】さらに、前記表3のNo.1の組成からな
り窒素雰囲気中で浮遊帯域溶解して得た本発明の合金と
前記表3のNo.1の組成からなり窒素雰囲気中で浮遊
帯域溶解前の合金(比較例)から直径4mm、長さ10
mmのロッド状試料を作製し、磁歪式アクチュエータに
組み込み、微小変位特性を評価した。前記アクチュエー
タは、磁界発生手段としての空心コイルと、直流バイア
ス印加用永久磁石と、温度管理用スパイラル水冷パイプ
と、ヨークと、ステーから構成されている。測定は、前
記空心コイルに制御電流を供給し、その際の微小変位を
測定した。なお、測定中は恒温槽より一定の温度に管理
された冷却水を供給し、温度を一定に保持した。図2に
本発明のロッド状試料による変位量の変化を、図3に比
較例のロッド状試料による変位量の変化をそれぞれ示
す。図2、図3から明らかなように本発明の試料は比較
例の試料に比べてヒステリシスの非常に小さな変位特性
が得られることがわかる。
り窒素雰囲気中で浮遊帯域溶解して得た本発明の合金と
前記表3のNo.1の組成からなり窒素雰囲気中で浮遊
帯域溶解前の合金(比較例)から直径4mm、長さ10
mmのロッド状試料を作製し、磁歪式アクチュエータに
組み込み、微小変位特性を評価した。前記アクチュエー
タは、磁界発生手段としての空心コイルと、直流バイア
ス印加用永久磁石と、温度管理用スパイラル水冷パイプ
と、ヨークと、ステーから構成されている。測定は、前
記空心コイルに制御電流を供給し、その際の微小変位を
測定した。なお、測定中は恒温槽より一定の温度に管理
された冷却水を供給し、温度を一定に保持した。図2に
本発明のロッド状試料による変位量の変化を、図3に比
較例のロッド状試料による変位量の変化をそれぞれ示
す。図2、図3から明らかなように本発明の試料は比較
例の試料に比べてヒステリシスの非常に小さな変位特性
が得られることがわかる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればキ
ュリー温度の高い優れた磁歪特性を有する超磁歪合金を
提供することができる。特に、前記一般式におけるMが
窒素(N)である超磁歪合金によれば前記窒素により希
土類−鉄系ラーベス型化合物の磁気異方性に作用し、し
かもその結晶組織に作用するため、磁歪特性その他の磁
気特性を劣化させることなく保磁力を低減することがで
きる。
ュリー温度の高い優れた磁歪特性を有する超磁歪合金を
提供することができる。特に、前記一般式におけるMが
窒素(N)である超磁歪合金によれば前記窒素により希
土類−鉄系ラーベス型化合物の磁気異方性に作用し、し
かもその結晶組織に作用するため、磁歪特性その他の磁
気特性を劣化させることなく保磁力を低減することがで
きる。
【図1】表1に示されるNo.1の試料片およびNo.
6(比較例)の試料片の周波数特性を示す線図。
6(比較例)の試料片の周波数特性を示す線図。
【図2】表3に示されるNo.1の組成からなり窒素雰
囲気中で浮遊帯域溶解して得た合金(本発明)のロッド
状試料の微小変位特性を示す線図。
囲気中で浮遊帯域溶解して得た合金(本発明)のロッド
状試料の微小変位特性を示す線図。
【図3】表3に示されるNo.1の組成からなり、窒素
雰囲気中で浮遊帯域溶解前の合金(比較例)のロッド状
試料の微小変位特性を示す線図。
雰囲気中で浮遊帯域溶解前の合金(比較例)のロッド状
試料の微小変位特性を示す線図。
フロントページの続き (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平3−281757(JP,A) 特開 昭58−3294(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C22C 19/03 C22C 19/07 C22C 28/00
Claims (3)
- 【請求項1】 原子%で表した一般式:RxT100-x-yM
y(RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも1種、
TはFe,Coのうちの少なくとも1種の元素、MはN
元素、20≦x≦60、0<y≦30)で示されること
を特徴とする超磁歪合金。 - 【請求項2】 主相がラーベス相で、Nを侵入型元素と
して主相の格子内に侵入されていることを特徴とする請
求項1記載の超磁歪合金。 - 【請求項3】 請求項1または2の超磁歪合金を備えた
ことを特徴とする磁気−機械変異変換デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01306592A JP3313386B2 (ja) | 1991-05-08 | 1992-01-28 | 超磁歪合金および磁気−機械変異変換デバイス |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-102493 | 1991-05-08 | ||
JP10249391 | 1991-05-08 | ||
JP01306592A JP3313386B2 (ja) | 1991-05-08 | 1992-01-28 | 超磁歪合金および磁気−機械変異変換デバイス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0551704A JPH0551704A (ja) | 1993-03-02 |
JP3313386B2 true JP3313386B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=26348786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01306592A Expired - Fee Related JP3313386B2 (ja) | 1991-05-08 | 1992-01-28 | 超磁歪合金および磁気−機械変異変換デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3313386B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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