CN116867934A - 磁致伸缩构件以及磁致伸缩构件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高、构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小的磁致伸缩构件以及磁致伸缩构件的制造方法。所述磁致伸缩构件由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，所述磁致伸缩构件是具有长边方向以及短边方向的板状体，长边方向的<100>方位的晶格常数为由长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。

Description

磁致伸缩构件以及磁致伸缩构件的制造方法
技术领域
本发明涉及磁致伸缩构件以及磁致伸缩构件的制造方法。
背景技术
磁致伸缩材料作为功能性材料而受到关注。例如，作为铁系合金的Fe-Ga合金是显示出磁致伸缩效应以及逆磁致伸缩效应的材料，显示出100～350ppm左右的较大的磁致伸缩。因此，近年来，作为能量收集领域的振动发电用材料而受到关注，期待在可穿戴终端、传感器类等中的应用。作为Fe-Ga合金的单晶的制造方法，已知有基于提拉法(切克劳斯基法，以下简称为“Cz法”)的单晶的培育方法(例如，专利文献1)。另外，作为Cz法以外的制造方法，已知有垂直布里奇曼法(VB法)、垂直温度梯度凝固法(VGF法)(例如，专利文献2、专利文献3)。
Fe-Ga合金在晶体的<100>方位具有易磁化轴，能够在该方位呈现出较大的磁致伸缩。以往，Fe-Ga合金的磁致伸缩构件通过从Fe-Ga的多晶以所期望的尺寸切割<100>方位取向的单晶部分来制造(例如，非专利文献1)，但由于晶体方位对磁致伸缩特性影响较大，因此认为使需要磁致伸缩构件的磁致伸缩的方向与晶体的磁致伸缩最大的<100>方位一致的单晶作为磁致伸缩构件的材料是最佳的。
Fe-Ga合金的单晶在相对于单晶的<100>方位平行地施加磁场时，呈现出正磁致伸缩(以下，称为“平行磁致伸缩量”)。另一方面，在相对于<100>方位垂直地施加磁场时，呈现出负磁致伸缩(以下，称为“垂直磁致伸缩量”)。若逐渐增强所施加的磁场的强度，则平行磁致伸缩量或者垂直磁致伸缩量分别饱和。磁致伸缩常数(3/2λ100)由饱和的平行磁致伸缩量与饱和的垂直磁致伸缩量之差决定，通过下述的式(1)求出(例如，专利文献4、非专利文献2)。
3/2λ100＝ε(//)-ε(⊥)…式(1)
3/2λ100：磁致伸缩常数
ε(//)：相对于<100>方向平行地施加磁场而饱和时的平行磁致伸缩量
ε(⊥)：相对于<100>方向垂直地施加磁场而饱和时的垂直磁致伸缩量
据认为Fe-Ga合金的磁致伸缩特性对磁致伸缩/逆磁致伸缩效应以及磁致伸缩式振动发电器件的特性产生影响，在进行器件设计方面成为重要的参数(例如，非专利文献4)。尤其是，已知磁致伸缩常数依赖于Fe-Ga合金单晶的Ga组成，在Ga组成为18～19at％和27～28at％时，磁致伸缩常数变得极大(例如，非专利文献2)，期望将这样的Ga浓度的Fe-Ga合金用于器件。进一步地，近年来，报告了在磁致伸缩常数较大的基础上，存在平行磁致伸缩量越大则输出电压等器件特性越高的倾向(例如，非专利文献3)。
磁致伸缩式振动发电器件例如由卷绕于线圈的Fe-Ga磁致伸缩构件、磁轭、励磁用永久磁铁构成(例如，专利文献5、非专利文献4)。在该磁致伸缩式振动发电器件中，形成为如下结构：若使器件的可动部的磁轭振动，则固定于磁轭的中央的Fe-Ga磁致伸缩构件连动地振动，通过逆磁致伸缩效应，卷绕于Fe-Ga磁致伸缩构件的线圈的磁通密度发生变化，产生电磁感应电动势而发电。在磁致伸缩式振动发电器件中，由于在磁轭的长边方向上施加力而引起振动，因此用于器件的Fe-Ga磁致伸缩构件期望以使作为易磁化轴的<100>成为长边方向的方式进行加工。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-28831号公报
专利文献2：日本特开2016-138028号公报
专利文献3：日本特开平4-108699号公报
专利文献4：日本特表2015-517024号公报
专利文献5：国际公开第2011-158473号
非专利文献
非专利文献1：Etrema公司，State of the Art of Galfenol Processing.
非专利文献2：A.E.Clark et al.,Appl.Phys.93(2003)8621.
非专利文献3：Jung Jin Park,Suok-Min Na,Ganesh Raghunath,and AlisonB.Flatau.,AIP ADVANCES 6,056221(2016).
非专利文献4：上野敏幸，精密工学会志Vol.79,No.4,(2013)305-308.
发明内容
发明所要解决的问题
由于磁致伸缩式振动发电器件等的器件特性受到磁致伸缩构件的磁致伸缩特性的影响，因此要求磁致伸缩构件具有较高的磁致伸缩特性，磁致伸缩特性的偏差较小。其中，据认为若Fe-Ga合金的单晶的晶体方位为<100>，Ga浓度均匀，则能够得到磁致伸缩常数均匀的磁致伸缩构件。但是，如非专利文献3所记载的那样，公开了器件特性不仅受到磁致伸缩常数的影响，还受到平行磁致伸缩量的影响。本发明的发明人的研究结果是，判明了如上述那样制造的磁致伸缩构件即使磁致伸缩常数均匀，平行磁致伸缩量(或者垂直磁致伸缩量)也存在偏差，另外，磁致伸缩常数本身也存在偏差。
因此，本发明的目的在于提供一种磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高、构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小的磁致伸缩构件以及磁致伸缩构件的制造方法。
用于解决问题的方法
根据本发明的方式，提供一种磁致伸缩构件，其中，所述磁致伸缩构件由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，所述磁致伸缩构件是具有长边方向以及短边方向的板状体，长边方向的<100>方位的晶格常数为由长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。
另外，根据本发明的方式，提供一种磁致伸缩构件，其中，所述磁致伸缩构件由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，所述磁致伸缩构件是具有长边方向以及短边方向的板状体，在长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数中，长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。
本发明的方式的磁致伸缩构件也可以是如下结构：铁系合金是Fe-Ga合金，长边方向的<100>方位的晶格常数为以下，长边方向以外的<100>方位的晶格常数的一方比长边方向的<100>方位的晶格常数大/>以上，磁致伸缩常数为250ppm以上，在相对于长边方向施加平行的磁场而使长边方向的磁致伸缩量饱和时的磁致伸缩量即平行磁致伸缩量为250ppm以上。另外，也可以是，板状体的厚度为0.3mm以上且2mm以下的结构。
另外，根据本发明的方式，提供一种磁致伸缩构件的制造方法，其中，所述磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割单晶，以使长边方向的<100>方位的晶格常数成为由长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。
另外，根据本发明的方式，提供一种磁致伸缩构件的制造方法，其中，所述磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割单晶，以使在长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数中，长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。
发明效果
本发明的方式的磁致伸缩构件具有磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高、构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小的特性。本发明的方式的磁致伸缩构件的制造方法能够容易地制造磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高、构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小的磁致伸缩构件。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的磁致伸缩构件的一个例子的图。
图2是表示以使六面均成为{100}面且为镜面研磨面的方式加工为10mm×10mm×1mm的磁致伸缩构件的示意图。
图3是表示实施方式所涉及的磁致伸缩构件的制造方法的一个例子的流程图。
图4是表示单晶、薄板构件、磁致伸缩构件的第一例的图。
图5是表示单晶、薄板构件、磁致伸缩构件的第二例的图。
图6是表示单晶、薄板构件、磁致伸缩构件的第三例的图。
图7是表示在实施例中使用的应变计法的图。
具体实施方式
以下，对本发明的具体的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于以下的实施例，能够在不变更本发明的主旨的范围内进行适当变更。此外，在各附图中，适当地示意性地记载有一部分或全部，并变更比例尺而记载。另外，在以下的说明中，“A～B”的记载是指“A以上且B以下”。
[实施方式]
以下，对本实施方式的磁致伸缩构件以及磁致伸缩构件的制造方法进行说明。首先，对本实施方式的磁致伸缩构件进行说明。图1是表示实施方式所涉及的磁致伸缩构件的一个例子的图。如图1所示，磁致伸缩构件1是具有长边方向D1以及短边方向D2的板状体。板状体在俯视观察时为长方形。板状体具有正面(表面)3、背面4以及侧面5、6。优选正面3以及背面4相互平行，但也可以相互不平行。
磁致伸缩构件1由铁系合金的晶体构成。铁系合金只要具有磁致伸缩特性，就没有特别限定。磁致伸缩特性是指在施加磁场时产生形状的变化的特性。铁系合金例如是Fe-Ga、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co、Tb-Fe、Tb-Dy-Fe、Sm-Fe、Pd-Fe等合金。另外，也可以是在上述合金中添加有第三成分的合金。例如，也可以是在Fe-Ga合金中添加有Ba、Cu等的合金。在这些铁系合金中，Fe-Ga合金与其他合金相比磁致伸缩特性较大且加工也很容易，因此可应用于能量收集领域的振动发电用材料、可穿戴终端、传感器类等。在以下的说明中，作为磁致伸缩构件1的一个例子，对磁致伸缩构件1由Fe-Ga合金的单晶构成的结构的例子进行说明。
Fe-Ga合金的单晶具有体心立方晶格结构，以密勒指数中的方向指数中的第一至第三的<100>轴(参照图4至图6)等价、密勒指数中的面指数中的第一至第三的{100}面(参照图4至图6)等价(即，(100)、(010)以及(001)等价)为基本。另外，Fe-Ga合金具有在晶体的特定方位呈现出较大的磁致伸缩的特性。在将该特性利用于磁致伸缩式振动发电器件的情况下，优选在器件中使需要磁致伸缩构件1的磁致伸缩的方向设为与晶体的磁致伸缩最大的方位(方向)一致。具体而言，如上所述，优选将单晶中的易磁化方向即<100>方向设定为磁致伸缩构件1的长边方向D1。将单晶中的易磁化方向即<100>方向设为磁致伸缩构件1的长边方向D1，例如能够通过如下方式实施，通过公知的晶体方位解析算出单晶的晶体方位，并基于算出的单晶的晶体方位来切割单晶。
磁致伸缩构件1例如作为能量收集领域的振动发电器件用的材料(部件)、可穿戴终端、传感器类等的材料(部件)而使用。例如，如上述的专利文献5所示的磁致伸缩式振动发电器件由线圈、卷绕于线圈的Fe-Ga合金的磁致伸缩构件、磁轭以及励磁用永久磁铁构成。该磁致伸缩式振动发电器件形成为如下结构：若使作为器件的可动部的磁轭振动，则固定于磁轭的中央部的磁致伸缩构件连动地振动，通过逆磁致伸缩效应而使卷绕于磁致伸缩构件的线圈的磁通密度发生变化，产生电磁感应电动势，由此进行发电。在以这样的结构使用的情况下，磁致伸缩构件1的形状优选设定为薄板状，在俯视观察时为细长的长方形。磁致伸缩构件1的厚度没有特别限定。厚度的下限优选为0.3mm以上，更优选为0.4mm以上，进一步优选为0.5mm以上。另外，磁致伸缩构件1的厚度的上限优选为2mm以下，更优选为1.8mm以下，进一步优选为1.5mm以下。磁致伸缩构件1的厚度优选为0.3mm以上且2mm以下，更优选为0.4mm以上且1.8mm以下，进一步优选为0.5mm以上且1.5mm以下。如上述说明的那样，基于磁致伸缩构件1的发电的结构是通过对磁致伸缩构件施加应力(振动)而通过逆磁致伸缩效应进行发电的结构。在磁致伸缩构件1的厚度小于0.3mm的情况下，在振动中容易破损。相反地，在磁致伸缩构件1的厚度超过2mm的情况下，需要增大由振动引起的应力，效率变差。磁致伸缩构件1的形状以及大小根据作为目的的器件的大小而适当设定。例如，磁致伸缩构件1的大小为，长边方向D1的长度(尺寸)L1为16mm，短边方向D2的宽度(尺寸)L2为4mm，厚度为1mm。
此外，磁致伸缩构件1的形状以及尺寸分别没有特别限定。例如，磁致伸缩构件1也可以在俯视观察时不是长方形。例如，磁致伸缩构件1的形状也可以在俯视观察时为椭圆状、跑道状、不定形。此外，在磁致伸缩构件1的形状在俯视观察时为长方形以外的形状的情况下，长边方向D1是长径方向、长轴方向等，短边方向D2是与长边方向D1正交的方向。
如上述那样，本发明的发明人制作了多个板状的磁致伸缩构件，所述多个板状的磁致伸缩构件由Fe-Ga合金的单晶构成，主面为{100}面，将作为易磁化方向的<100>方向设为磁致伸缩构件的长边方向的俯视观察时的形状为长方形。针对从Ga浓度均匀的Fe-Ga合金的单晶切取而制成的多个磁致伸缩构件确认了磁致伸缩特性的结果是，可知所制成的多个磁致伸缩构件的磁致伸缩常数为高位，但平行磁致伸缩量存在较大的偏差。另外，发现了这些磁致伸缩构件的磁致伸缩常数本身有时也存在偏差，磁致伸缩常数根据从单晶切取磁致伸缩构件的位置而存在偏差。进一步研究的结果是，发现了磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量与单晶的各方向的晶格间距离相关联。本发明是基于上述见解而完成的。
磁致伸缩构件例如通过将所培育的铁系合金的晶体沿一定方向切割而制成薄板状的构件，并将制成的薄板状的构件切割成预定的大小来制造。以往的磁致伸缩构件对磁致伸缩构件的正背面实施研磨加工等，正背面被精加工至平滑。
如图1所示，本实施方式的磁致伸缩构件1的特征在于，所述磁致伸缩构件由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，所述磁致伸缩构件是具有长边方向以及短边方向的板状体，长边方向的<100>方位的晶格常数为由长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。以下进行详细说明。
如上所述，针对从Ga浓度均匀的Fe-Ga单晶切取的多个磁致伸缩构件确认了磁致伸缩特性的结果是，可知磁致伸缩常数为高位，但平行磁致伸缩量存在偏差的情况，另外，磁致伸缩常数本身有时也存在偏差的情况。因此，对磁致伸缩构件的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量与单晶的各方向的晶格间距离进行研究的结果是，发现了磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量与单晶的各方向的晶格间距离相关联。
如图4所示，以与第一的<100>轴方向平行且与第三的<100>轴方向平行的方式从培育的单晶切取薄板构件，制备多个样品A～F而进行了研究。此外，上述样品的制备按照以下的步骤进行。通过游离磨粒方式的多线锯，以与第一的<100>轴方向平行且与第三的<100>轴方向平行的方式从培育的单晶线切割而制备薄板构件，从而切割为了如图2所示的10mm×10mm×1mm的大小。进一步地，对切割的磁致伸缩构件的各面的每一面镜面研磨50μm，将其作为磁致伸缩构件样品。
为了评价三方向的(100)面的晶格常数，针对磁致伸缩构件样品的正面以及两个侧面的总计三面，利用在二维X射线衍射装置(XRD)的(100)面的X射线衍射，利用(200)衍射峰而测定衍射角2θ，由衍射角计算d值，进一步通过使d值设为二倍而计算了晶格常数。其结果是，确认到了三方向的晶格常数不是一定的而是成为非对称。以往，认为Fe-Ga合金具有体心立方晶格结构，因此密勒指数中的方向指数中的第一至第三的<100>轴等价。然而，在实际培育的晶体中判明了，在第一至第三的<100>轴方向的三方向的晶格常数(以下有时省略为“三方向的晶格常数”)中存在差异。进一步地，可知即使是同一晶体的同一薄板构件内的样品，在晶格常数的倾向中也能观察到不同。将详细内容示于表1。从该结果可以认为，晶格常数的偏差是磁致伸缩特性的偏差的原因。此外，晶格常数的平均值方面，由于将三方向的晶格常数相乘的单位晶格的体积不取决于晶体部位而是等同的，因此将单位晶格的体积的立方根的值设为了晶格常数的平均值。
接着，针对样品A～F，在磁致伸缩构件的样品的正面粘贴应变计，测定了培育轴方向以及第三的<100>轴方向的磁致伸缩常数和平行磁致伸缩量。将其结果示于表1。此外，磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的测定以与后述的实施例1同样的方法进行。
表1
根据表1可知，将培育的晶体加工为薄板构件，进一步地，设为磁致伸缩构件的样品在磁致伸缩构件的各轴方向的晶格常数的大小方面存在差异。在样品A、样品B中，存在第三的<100>轴方向的晶格常数变小，厚度方向(第二的<100>轴方向)的晶格常数变大的倾向。在样品C、样品E、样品F中，存在第一的<100>轴方向(培育轴方向)的晶格常数变小，厚度方向(第二的<100>轴方向)的晶格常数变大的倾向。在样品D中，存在第一的<100>轴方向(培育轴方向)的晶格常数变小，第三的<100>轴方向的晶格常数变大的倾向。作为样品整体，存在成为最大的晶格常数成为第二的<100>轴方向的倾向。
将这些样品的磁致伸缩特性以第一的<100>轴方向(培育轴方向)和第三的<100>轴方向进行比较，在样品A、样品B中，在磁致伸缩常数中无大差异，但在平行磁致伸缩量方面，存在第三的<100>轴方向的平行磁致伸缩量变得比第一的<100>轴方向的平行磁致伸缩量略大的倾向。在样品C中，平行磁致伸缩量存在第一的<100>轴方向的平行磁致伸缩量变得比第三的<100>轴方向的平行磁致伸缩量大的倾向。在样品E、样品F中，平行磁致伸缩量为第一的<100>轴方向与第三的<100>轴方向的平行磁致伸缩量在高位上几乎等同。在样品D中，可知第一的<100>轴方向的平行磁致伸缩量为高位，但第三的<100>轴方向的平行磁致伸缩量成为极端的低位。
根据上述结果，晶格常数与磁致伸缩特性具有关联性，根据样品D、样品C的结果，在将晶格常数大的方向设为平行磁致伸缩量的测定方向的情况下，存在平行磁致伸缩量变小的倾向。相反地，可知在将变得比各方向的晶格常数的平均值小的方向设为平行磁致伸缩量的测定方向的情况下，存在平行磁致伸缩量在高位稳定的倾向。尤其是，可知通过将在各方向的晶格常数中成为最小值的方向设为平行磁致伸缩量的测定方向，从而能够在高位稳定。
磁致伸缩构件在俯视观察时为长方形，具有长边方向、短边方向。通常，磁致伸缩构件通过在该长边方向上施加变形，从而使磁致伸缩特性变化。因此，磁致伸缩量优选设定为磁致伸缩构件的长边方向最大。在此，根据上述结果，本实施方式的磁致伸缩构件设置为，磁致伸缩构件的长边方向的<100>方位的晶格常数为由长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。另外，根据上述结果，本实施方式的磁致伸缩构件设置为，长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。
表2、表3表示根据上述结果指定了晶格常数的磁致伸缩构件的实施例。通过将磁致伸缩构件的长边方向的<100>方位的晶格常数设为由长边方向、短边方向、以及与长边方向以及所述短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下，从而使磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量在高位稳定。
对上述的磁致伸缩构件1的特性进行说明。根据上述的结构，本实施方式的磁致伸缩构件1能够使磁致伸缩常数为200ppm以上，优选为250ppm以上。另外，根据上述的结构，磁致伸缩构件1能够使平行磁致伸缩量为200ppm以上，优选为250ppm以上。在使磁致伸缩构件1的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量为上述的范围的情况下，优选由Fe-Ga合金的单晶形成磁致伸缩构件1。能够以磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的双方在高位且抑制构件间的偏差地制造本实施方式的磁致伸缩构件1。
另外，如实施例所示，从使磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的双方在高位且抑制构件间的偏差的观点出发，磁致伸缩构件1的长边方向的<100>方位的晶格常数为以下，更优选为/>以下，更优选为/>以下，更优选为/>以下，优选为所述长边方向以外的<100>方位的晶格常数的一方比所述长边方向的<100>方位的晶格常数大/>以上，更优选为大/>以上，更优选为大/>以上，更优选为大以上。
本例的单晶是通过VB法培育的晶体，在从培育初期至培育完成部的期间，培育条件几乎等同。然而，如上所述，根据从单晶切取磁致伸缩构件的位置，晶格常数在各方向上存在偏差。在本例中，从所培育的多个单晶确认了切取磁致伸缩构件的位置的晶格常数。其结果是，晶格常数虽存在偏差，但存在如下倾向，根据从单晶切取磁致伸缩构件的位置，最小值的方向相同。尤其是，在培育初期和培育完成部附近稳定。与此相对地，晶体中央部附近(固化率为50％～60％部分)在晶格常数的最小值的轴方向上存在差异，成为晶格常数的最小值的轴方向不稳定。因此，可以根据需要削除晶体中央部(固化率为50％～60％)。
在本发明中，在如上述那样能够根据切取来自单晶的磁致伸缩构件的位置而事先预测各方向的晶格常数的情况下，可以不进行各方向的晶格常数的确认而基于预测从单晶切取磁致伸缩构件。
另外，磁致伸缩构件的磁致伸缩特性受到基于表面加工应变的影响，因此平行磁致伸缩量优选为镜面研磨精加工。另外，在测定晶格常数的情况下，其测定面必须为镜面研磨精加工面。因此，本发明的磁致伸缩构件的表面优选为镜面研磨精加工。此外，如前述那样，在能够根据切取来自单晶的磁致伸缩构件的位置而事先预测各方向的晶格常数的情况下，可以不进行各方向的晶格常数的确认而基于预测从单晶切取磁致伸缩构件。在这样的情况下，磁致伸缩构件的表面不需要设为镜面研磨精加工，可以是不对磁致伸缩特性产生影响的加工面。例如可以是放电加工面等。另外，磁致伸缩构件的侧面通过侧面的加工方法而对磁致伸缩特性的影响较少，因此也可以是放电加工、线锯加工等的加工面。
接着，对本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法进行说明。本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法是上述的本实施方式的磁致伸缩构件1的制造方法。本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割单晶，以使所述长边方向的<100>方位的晶格常数成为由所述长边方向、所述短边方向、以及与所述长边方向以及所述短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。另外，本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法也可以包括：切割单晶，以使在长边方向、短边方向、以及与长边方向以及短边方向正交的方向这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。此外，在以下的说明中，将由Fe-Ga合金的单晶锭制造磁致伸缩构件1的方法作为一个例子进行说明，但本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法并不限定于以下的说明。另外，本说明书中的记载中的能应用于本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法的内容也可应用于本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法。
图3是表示本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法的一个例子的流程图。图4至图6是表示单晶、薄板构件以及磁致伸缩构件的第一例至第三例的图。本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法具备晶体准备工序(步骤S1)、晶体切割工序(步骤S2)、晶格常数获取工序(步骤S3)以及切割工序(步骤S4)。
在本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法中，首先，在晶体准备工序(步骤S1)中，准备具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶。另外，所准备的单晶可以是培育的单晶，也可以使用市售品。例如，在晶体准备工序中，准备Fe-Ga合金的单晶。Fe-Ga合金的单晶的培育方法没有特别限定。Fe-Ga合金的单晶的培育方法例如可以是提拉法、单向凝固法等。例如，在提拉法中能够使用Cz法，在单向凝固法中能够使用VB法、VGF法以及微下拉法等。
Fe-Ga合金的单晶通过将镓的含量设为18.5at％或27.5at％而使磁致伸缩常数变得极大。因此，在Fe-Ga的单晶中，镓的含量优选为16.0～20.0at％或25.0～29.0at％，更优选培育为使镓的含量成为17.0～19at％或26.0～28.0at％。所培育的单晶的形状没有特别限定，例如可以是圆柱状，也可以是四棱柱状。此外，所培育的单晶也可以根据需要利用切割装置切割晶种、增径部或肩部(从晶种增加至预定的单晶的直径为止的部分)等，由此制成柱状的单晶。所培育的单晶的大小只要是能够在预定的方向上确保实现磁致伸缩构件的大小就没有特别限定。在培育Fe-Ga单晶的情况下，以使培育轴方向成为<100>的方式使用以{100}面加工晶种的上表面或下表面的晶种进行培育。所培育的Fe-Ga合金单晶，在相对于晶种的上表面或下表面垂直的方向上培育晶体，且继承晶种的方位。
在晶体准备工序(步骤S1)之后，实施晶体切割工序(步骤S2)。晶体切割工序是切割晶体而制作薄板构件的工序。薄板构件是成为本实施方式的磁致伸缩构件1的材料的构件。晶体切割工序例如是使用切割装置切割具有磁致伸缩特性的Fe-Ga合金的单晶而制作以{100}面为主面的薄板构件的工序。切割装置能够使用线放电加工机、内周刃切割装置、线锯等切割装置。其中，尤其是使用多线锯能够同时切割多个薄板构件，因此优选。在Fe-Ga的单晶的情况下，单晶的切割方向为<100>，以切割面即薄板构件的主面成为{100}面的方式进行切割。单晶的切割方向只要是三方向的<100>方向的任一种就没有特别限定。例如如图4至图6所示，单晶的切割方向相对于单晶的培育方向(晶体被培育的方向)，可以是垂直方向，也可以是平行方向。
在晶体切割工序(步骤S2)之后，实施晶格常数获取工序(步骤S3)。晶格常数获取工序是获取上述的第一至第三的<100>轴方向的三方向的晶格常数的工序。获取晶格常数的方法只要是能获取上述三方向的晶格常数的方法就没有特别限定，能够利用公知的方法，例如如上述那样，能够利用在二维X射线衍射装置(XRD)的(100)面的X射线衍射，由衍射角来计算d值，进一步通过将d值设为二倍而获取晶格常数。此外，在测定晶格常数的情况下，优选将测定的面精加工为镜面研磨面。另外，根据从单晶切取的位置而使晶格常数有偏差，因此期望多次改变测定位置而进行测定。
在晶格常数获取工序(步骤S3)之后，实施切割工序(步骤S4)。切割工序是基于通过晶格常数获取工序获取的晶格常数而切割单晶的薄板构件而得到本实施方式的磁致伸缩构件1的工序。
在切割工序中，切割单晶的薄板构件，以使磁致伸缩构件1的长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为三方向的<100>方位的晶格常数的平均值以下。由此，能够得到本实施方式的磁致伸缩构件1。
此外，在切割工序中，也可以是切割单晶的薄板构件，以使长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向)这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为最小。由此，能够得到本实施方式的磁致伸缩构件1。
此外，可知根据从单晶切取磁致伸缩构件的位置，在晶格常数上有偏差，但是基于从以相同的制造方法得到的单晶切取磁致伸缩构件的位置的晶格常数的偏差的倾向相同。因此，在本发明中，在根据切取来自单晶的磁致伸缩构件的位置能够事先预测各方向的晶格常数的情况下，也可以省略晶格常数获取工序(步骤S3)。
即，通过上述的切割工序而得到的本实施方式的磁致伸缩构件1由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，是具有长边方向以及短边方向的板状体，长边方向D1的<100>方位的晶格常数为由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。另外，通过上述的切割工序而得到的本实施方式的磁致伸缩构件1也可以是，在长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向)这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为最小。
如以上所述，本实施方式的磁致伸缩构件1由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，是具有长边方向以及短边方向的板状体，长边方向D1的<100>方位的晶格常数为由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。另外，本实施方式的磁致伸缩构件1由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，是具有长边方向以及短边方向的板状体，在长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向)这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。此外，在本实施方式的磁致伸缩构件中，上述以外的结构是任意的结构。本实施方式的磁致伸缩构件的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高，构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小。
另外，本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割单晶，以使长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。另外，本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割单晶的薄板构件，以使在长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方D2向正交的方向D3(厚度方向)这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为最小。此外，在本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法中，上述以外的结构是任意的结构。本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高，能够抑制构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差。
实施例
以下，使用实施例对本发明进行具体说明，但本发明不受这些实施例的任何限定。
[实施例1～6]
以化学计量比计，以铁与镓的比率为81：19对原料进行调整，准备了通过垂直布里奇曼(VB)法培育的圆柱状的Fe-Ga合金的单晶。将单晶的培育轴方向设为了<100>。通过X射线衍射对与晶体培育轴方向垂直的单晶的上表面或下表面的{100}面确认了方位。此外，此时，通过岛津顺序型等离子体发光分析装置(ICPS-8100)对晶体的上表面以及下表面样品进行测定的结果是，单晶的浓度中的镓的含量为17.5～19.0at％。
如下所述，由所培育的单晶制造了磁致伸缩构件。首先，使用游离磨粒式线锯装置，沿相对于单晶培育方向平行的方向(相对于<100>方位平行)切割单晶，制作了切割面即主面为{100}的薄板构件。接着，对所得到的薄板构件的正面以及背面实施平面磨削加工，调整了薄板构件的厚度。接着，对所得到的薄板构件的各面实施了镜面加工。
针对实施镜面加工的薄板构件中的长边方向、短边方向以及厚度这三方向的<100>轴方向评价了晶格常数。使用二维X射线衍射装置D8DISCOVER(Bruker公司制造)，利用(200)衍射峰而测定了衍射角2θ而算出d值，通过将d值设为二倍而评价了晶格常数。乘以三方向的晶格常数，计算立方根，设为了晶格常数的平均值。
接着，从薄板构件中切取了长边方向的尺寸16mm×短边的尺寸4mm×厚度1mm的大小的磁致伸缩构件。通过外周刃切割装置，从薄板构件切取了长边方向的尺寸16mm×短边的尺寸4mm×厚度1mm的大小的磁致伸缩构件，得到了本实施方式的磁致伸缩构件。从薄板构件的磁致伸缩构件的切取是基于所获取的三方向的<100>轴的晶格常数，并且以使切取后的磁致伸缩构件中的晶格常数满足下述(条件1)或(条件2)的方式进行。
(条件1)长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。
(条件2)在长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向)这三方向中的<100>方位的晶格常数中，长边方向D1的<100>方位的晶格常数成为最小。
接着，针对选定的磁致伸缩构件测定了磁致伸缩特性。磁致伸缩特性的测定通过应变计法实施。如图7所示，在所制造的磁致伸缩构件的主面即{100}面，通过粘接剂粘接应变计(共和电业株式会社制造)。此外，由于应变计的长边方向成为磁致伸缩的检测方向，因此以使应变计的长边方向与磁致伸缩构件的长边方向以及<100>方位平行的方式粘接。
磁致伸缩测定器(共和电业株式会社制造)由钕系的永久磁铁、桥箱、紧凑型记录系统、应变单元、动态数据采集软件构成。
磁致伸缩量是通过应变系数对实际的应变检测值进行校正而决定的。
此外，应变系数设为了下式的式(3)。
ε＝2.00/Ks×εi…式(3)
(ε：应变系数，εi：测定应变值，Ks：使用应变计的应变系数)
另外，将磁场方向相对于应变计的长边方向平行时的磁致伸缩量设为了平行磁致伸缩量。另一方面，将磁场方向相对于应变计长边方向垂直时的磁致伸缩量设为了垂直磁致伸缩量。磁致伸缩常数根据式(1)，由平行磁致伸缩量与垂直磁致伸缩量之差来决定。将制造条件以及评价结果示于表2。如表2所示，磁致伸缩常数为271ppm～291ppm。另外，平行磁致伸缩量为222ppm～289ppm。另外，长边方向的<100>方位的晶格常数为另外，“由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值”为/>
此外，表2以及表3中的“差”是从“三方向的<100>轴的晶格常数的三方向的长边方向以外的方向的晶格常数的最大值”减去“长边方向的晶格常数”的值。另外，在“差”一栏中，以“ppm”的单位表示的值(在实施例1的情况下，344ppm)是将所述“差”除以“长边方向的晶格常数”的值换算为ppm的值。如表2所示，表示磁致伸缩常数/平行磁致伸缩量(单位％)的比率为82％～101％。如表2所示，表示从“三方向的<100>轴的晶格常数的三方向的长边方向以外的方向的晶格常数的最大值”减去“长边方向的晶格常数”的值的“差”为以ppm换算为207ppm～758ppm。另外，“由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值”与“长边方向的<100>方位的晶格常数”的差为
表2
[比较例1～4]
在实施例1中，以切取后的磁致伸缩构件中的晶格常数不满足上述(条件1)以及(条件2)中的任一个的方式进行。除此以外，与实施例1同样地进行，进行了磁致伸缩构件的制造、评价。将制造条件以及评价结果示于表3。如表3所示，磁致伸缩常数为281ppm～291ppm。另外，平行磁致伸缩量为51ppm～179ppm。另外，长边方向的<100>方位的晶格常数为另外，“由长边方向D1、短边方向D2、以及与长边方向D1以及短边方向D2正交的方向D3(厚度方向D3)这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值”为/>如表3所示，表示磁致伸缩常数/平行磁致伸缩量(单位％)的比率为18％～62％。如表3所示，表示从“三方向的<100>轴的晶格常数的三方向的长边方向以外的方向的晶格常数的最大值”减去“长边方向的晶格常数”的值的“差”为-0.0012～0.0003，以ppm换算为-413ppm～103ppm。
表3
[总结]
根据实施例以及比较例的结果，可确认通过晶体内的残留应变，三方向的{100}面的晶格常数成为非对称。据考虑，这是因为磁化方向配置于晶格常数大的<100>方向上。另外，根据实施例以及比较例的结果，可确认通过以使满足上述的条件1或条件2的方式进行加工，从而能够得到平行磁致伸缩量大的磁致伸缩材料。另外，根据实施例以及比较例的结果，可确认本实施方式的磁致伸缩构件1具有磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高，构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小的特性。另外，根据实施例的结果，可确认本实施方式的磁致伸缩构件的制造方法能够制造磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量较高、构件间的磁致伸缩常数以及平行磁致伸缩量的偏差较小的磁致伸缩构件。
此外，本发明的技术范围并不限定于在上述的实施方式等中说明的方式。在上述的实施方式等中说明的要件的一个以上有时被省略。另外，在上述的实施方式等中说明的要件能够适当组合。另外，只要法令允许，援引日本专利申请的特愿2021-019133以及在上述的实施方式等中引用的全部文献的公开，作为本文的记载的一部分。
附图标记说明
1：磁致伸缩构件；
3：正面；
4：背面；
5、6：侧面；
D1：长边方向；
D2：短边方向。

Claims (6)

1.一种磁致伸缩构件，其中，
所述磁致伸缩构件由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，
所述磁致伸缩构件是具有长边方向以及短边方向的板状体，
所述长边方向的<100>方位的晶格常数为由所述长边方向、所述短边方向、以及与所述长边方向以及所述短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。
2.根据权利要求1所述的磁致伸缩构件，其中，
所述磁致伸缩构件由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，
所述磁致伸缩构件是具有长边方向以及短边方向的板状体，
在所述长边方向、所述短边方向、以及与所述长边方向以及所述短边方向正交的方向这三方向中的<100>方位的晶格常数中，所述长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。
3.根据权利要求1或2所述的磁致伸缩构件，其中，
所述铁系合金是Fe-Ga合金，
所述长边方向的<100>方位的晶格常数为以下，所述长边方向以外的<100>方位的晶格常数的一方比所述长边方向的<100>方位的晶格常数大/>以上，
所述磁致伸缩构件的磁致伸缩常数为250ppm以上，
在相对于所述长边方向施加平行的磁场而使所述长边方向的磁致伸缩量饱和时的磁致伸缩量即平行磁致伸缩量为250ppm以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁致伸缩构件，其中，
所述板状体的厚度为0.3mm以上且2mm以下。
5.一种磁致伸缩构件的制造方法，其中，
所述磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，
所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割所述单晶，以使所述长边方向的<100>方位的晶格常数成为由所述长边方向、所述短边方向、以及与所述长边方向以及所述短边方向正交的方向这三方向的<100>方位的晶格常数计算的晶格常数的平均值以下。
6.一种磁致伸缩构件的制造方法，其中，
所述磁致伸缩构件的制造方法是由具有磁致伸缩特性的铁系合金的单晶构成，且具有长边方向以及短边方向的形状的磁致伸缩构件的制造方法，
所述磁致伸缩构件的制造方法包括：切割所述单晶，以使在所述长边方向、所述短边方向、以及与所述长边方向以及所述短边方向正交的方向这三方向中的<100>方位的晶格常数中，所述长边方向的<100>方位的晶格常数成为最小。
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