JP2001279357A - マグネティックシェープメモリー合金 - Google Patents
マグネティックシェープメモリー合金Info
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- JP2001279357A JP2001279357A JP2000091022A JP2000091022A JP2001279357A JP 2001279357 A JP2001279357 A JP 2001279357A JP 2000091022 A JP2000091022 A JP 2000091022A JP 2000091022 A JP2000091022 A JP 2000091022A JP 2001279357 A JP2001279357 A JP 2001279357A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶変態の際に生じる歪み率および変位量が
大きいマグネティックシェープメモリー合金を提供す
る。 【解決手段】 一般式Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z（ここで、Ｍ１
はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種、Ｍ２はＭ
ｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１種、Ｍ
３はＭ１およびＭ２を除き、電気陰性度が１．０以上の
元素から選ばれる少なくとも１種からなり、０＜Ｘ≦
０．５、０＜Ｙ≦１．５、０＜Ｚ≦１．５を満たす）で
表され、かつ結晶構造が空間群Ｆｍ−３ｍに属し、外部
磁場により形状が変化するマグネティックシェープメモ
リー合金。
大きいマグネティックシェープメモリー合金を提供す
る。 【解決手段】 一般式Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z（ここで、Ｍ１
はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種、Ｍ２はＭ
ｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１種、Ｍ
３はＭ１およびＭ２を除き、電気陰性度が１．０以上の
元素から選ばれる少なくとも１種からなり、０＜Ｘ≦
０．５、０＜Ｙ≦１．５、０＜Ｚ≦１．５を満たす）で
表され、かつ結晶構造が空間群Ｆｍ−３ｍに属し、外部
磁場により形状が変化するマグネティックシェープメモ
リー合金。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として通常の生
活環境温度近傍で外部磁場により形状記憶効果を示すマ
グネティックシェイプメモリー（ＭＳＮ）合金に関す
る。
活環境温度近傍で外部磁場により形状記憶効果を示すマ
グネティックシェイプメモリー（ＭＳＮ）合金に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉＮｉ合金やＣｕＺｎ合金などの形状
記憶合金は、マルテンサイト変態によって顕著な形状記
憶効果及び超弾性を示すことが一般に知らされている。
形状記憶効果とは、マルテンサイト相において外部応力
により受けた変形が、母相に逆変態すると同時に回復す
る現象である。ＴｉＮｉ合金は性能の優れた形状記憶合
金として知られており、例えばエアコンのルーバーや，
シャワーのバルブ，メガネのフレーム，携帯電話のアン
テナなどに幅広く使用されている。しかし、これらの形
状記憶合金は熱を加えて変形させるため、レスポンスが
悪いことが欠点である。
記憶合金は、マルテンサイト変態によって顕著な形状記
憶効果及び超弾性を示すことが一般に知らされている。
形状記憶効果とは、マルテンサイト相において外部応力
により受けた変形が、母相に逆変態すると同時に回復す
る現象である。ＴｉＮｉ合金は性能の優れた形状記憶合
金として知られており、例えばエアコンのルーバーや，
シャワーのバルブ，メガネのフレーム，携帯電話のアン
テナなどに幅広く使用されている。しかし、これらの形
状記憶合金は熱を加えて変形させるため、レスポンスが
悪いことが欠点である。
【０００３】一方、K. Ulakkoらによると（Appl. Phs.
Lett., 69, 1966(1996)）、Ｎｉ2ＭｎＧａに外部磁場を
印加すると、マルテンサイト変態に基づく結晶構造変化
により、歪みを得ることができることが報告されてい
る。このＮｉ2ＭｎＧａ合金は低温相からホイスラー型
の高温相に逆変態するときに、常磁性から強磁性に変わ
ることが知られている。このような合金は、マグネティ
ックシェープメモリー合金（ＭＳＭ）、磁気形状記憶合
金または磁場誘起形状記憶合金と呼ばれている。上記の
ようにマグネティックシェープメモリー合金は、外部磁
場を印加して変形させるため、通常の形状記憶合金に比
較してレスポンスが良好であるという利点を有する。
Lett., 69, 1966(1996)）、Ｎｉ2ＭｎＧａに外部磁場を
印加すると、マルテンサイト変態に基づく結晶構造変化
により、歪みを得ることができることが報告されてい
る。このＮｉ2ＭｎＧａ合金は低温相からホイスラー型
の高温相に逆変態するときに、常磁性から強磁性に変わ
ることが知られている。このような合金は、マグネティ
ックシェープメモリー合金（ＭＳＭ）、磁気形状記憶合
金または磁場誘起形状記憶合金と呼ばれている。上記の
ようにマグネティックシェープメモリー合金は、外部磁
場を印加して変形させるため、通常の形状記憶合金に比
較してレスポンスが良好であるという利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｎｉ
2ＭｎＧａ合金は低温相から高温相に変態する際に常磁
性から強磁性に変化する性質を有する。しかし、その歪
み率は０．１５％程度と未だに非常に小さく、十分な変
位量が得られないため、形状記憶効果を利用した素子に
応用することができない。
2ＭｎＧａ合金は低温相から高温相に変態する際に常磁
性から強磁性に変化する性質を有する。しかし、その歪
み率は０．１５％程度と未だに非常に小さく、十分な変
位量が得られないため、形状記憶効果を利用した素子に
応用することができない。
【０００５】本発明の目的は、結晶変態の際に生じる歪
み率および変位量が大きいマグネティックシェープメモ
リー合金を提供することにある。
み率および変位量が大きいマグネティックシェープメモ
リー合金を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のマグネティック
シェープメモリー合金は、下記一般式 Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z （ここで、Ｍ１はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１
種、Ｍ２はＭｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ばれる少なく
とも１種、Ｍ３はＭ１およびＭ２を除き、電気陰性度が
１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１種からな
り、０＜Ｘ≦０．５、０＜Ｙ≦１．５、０＜Ｚ≦１．５
を満たす）で表され、かつ結晶構造が空間群Ｆｍ−３ｍ
に属し、外部磁場により形状が変化することを特徴とす
る。
シェープメモリー合金は、下記一般式 Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z （ここで、Ｍ１はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１
種、Ｍ２はＭｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ばれる少なく
とも１種、Ｍ３はＭ１およびＭ２を除き、電気陰性度が
１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１種からな
り、０＜Ｘ≦０．５、０＜Ｙ≦１．５、０＜Ｚ≦１．５
を満たす）で表され、かつ結晶構造が空間群Ｆｍ−３ｍ
に属し、外部磁場により形状が変化することを特徴とす
る。
【０００７】本発明のマグネティックシェープメモリー
合金は、ホイスラー構造を有し、マルテンサイト変態を
生じるものであることが好ましい。
合金は、ホイスラー構造を有し、マルテンサイト変態を
生じるものであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明のＭＳＭ合金は、下記一般
式 Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z で表される。
式 Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z で表される。
【０００９】ここで、Ｍ１はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少
なくとも１種、Ｍ２はＭｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ば
れる少なくとも１種、Ｍ３はＭ１およびＭ２を除き、電
気陰性度が１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１
種からなる。また、０＜Ｘ≦０．５、０＜Ｙ≦１．５、
０＜Ｚ≦１．５を満たす。
なくとも１種、Ｍ２はＭｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ば
れる少なくとも１種、Ｍ３はＭ１およびＭ２を除き、電
気陰性度が１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１
種からなる。また、０＜Ｘ≦０．５、０＜Ｙ≦１．５、
０＜Ｚ≦１．５を満たす。
【００１０】Ｍ１はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも
１種からなる。Ｘが０．５を超えると、空間群Ｆｍ−３
ｍに属する結晶構造を維持するのが困難となる。より好
ましいＸの範囲は、０．０５≦Ｘ≦０．４である。
１種からなる。Ｘが０．５を超えると、空間群Ｆｍ−３
ｍに属する結晶構造を維持するのが困難となる。より好
ましいＸの範囲は、０．０５≦Ｘ≦０．４である。
【００１１】Ｍ２はＭｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ばれ
る少なくとも１種である。特に好ましいＭ２はＭｎ，Ｓ
ｎ，またはＴｉである。Ｙが１．５を超えると磁化に対
する変位量が著しく減少する。より好ましいＹの範囲
は、０，４５≦Ｙ≦１．４である。
る少なくとも１種である。特に好ましいＭ２はＭｎ，Ｓ
ｎ，またはＴｉである。Ｙが１．５を超えると磁化に対
する変位量が著しく減少する。より好ましいＹの範囲
は、０，４５≦Ｙ≦１．４である。
【００１２】Ｍ３はＭ１およびＭ２を除き、電気陰性度
が１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１種からな
る。Ｍ３としては、Ｓｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｇ
ａ，Ｉｎなどが挙げられ、特に好ましくはＡｌ，Ｇａ，
Ｍｇである。これらの元素は空間群Ｆｍ−３ｍに属する
結晶構造を構成することができる。Ｚが１．５を超える
と、マルテンサイト変態を生じることができなくなる。
より好ましいＺの範囲は、０．６５≦Ｚ≦１．４であ
る。
が１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１種からな
る。Ｍ３としては、Ｓｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｇ
ａ，Ｉｎなどが挙げられ、特に好ましくはＡｌ，Ｇａ，
Ｍｇである。これらの元素は空間群Ｆｍ−３ｍに属する
結晶構造を構成することができる。Ｚが１．５を超える
と、マルテンサイト変態を生じることができなくなる。
より好ましいＺの範囲は、０．６５≦Ｚ≦１．４であ
る。
【００１３】本発明においては、Ｍ１としてＮｉ、Ｍ２
としてＭｎ、Ｍ３としてＧａを含む合金が好ましいが、
これらのうち少なくとも１つの元素が他の元素で置換さ
れている必要がある。すなわち、（１）Ｍ１としてＮｉ
の一部がＣｕで置換されている、（２）Ｍ２としてＭｎ
の一部がＳｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選択される少なくとも１
種で置換されている、または（３）Ｍ３としてＧａの一
部がＳｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｉｎから選択され
る少なくとも１種で置換されている、という（１）〜
（３）の条件のいずれかを満たしている必要がある。
としてＭｎ、Ｍ３としてＧａを含む合金が好ましいが、
これらのうち少なくとも１つの元素が他の元素で置換さ
れている必要がある。すなわち、（１）Ｍ１としてＮｉ
の一部がＣｕで置換されている、（２）Ｍ２としてＭｎ
の一部がＳｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選択される少なくとも１
種で置換されている、または（３）Ｍ３としてＧａの一
部がＳｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｉｎから選択され
る少なくとも１種で置換されている、という（１）〜
（３）の条件のいずれかを満たしている必要がある。
【００１４】本発明のマグネティックシェープメモリー
合金は、空間群Ｆｍ−３ｍに属する結晶構造を有してい
ることにより、磁場を印加した際に大きな歪みが生じ
る。特に、ホイスラー構造を有し、かつマルテンサイト
変態を生じる合金は、結晶構造が安定しているため、耐
久性を著しく向上させることが可能となる。
合金は、空間群Ｆｍ−３ｍに属する結晶構造を有してい
ることにより、磁場を印加した際に大きな歪みが生じ
る。特に、ホイスラー構造を有し、かつマルテンサイト
変態を生じる合金は、結晶構造が安定しているため、耐
久性を著しく向上させることが可能となる。
【００１５】本発明に係るマグネティックシェープメモ
リー合金の作製方法としては、鋳造法、急冷法、スパッ
タ法、焼結法、ゾルゲル法、めっき法などが挙げられ
る。これらのうちでは、鋳造法、急冷法が特に好まし
い。
リー合金の作製方法としては、鋳造法、急冷法、スパッ
タ法、焼結法、ゾルゲル法、めっき法などが挙げられ
る。これらのうちでは、鋳造法、急冷法が特に好まし
い。
【００１６】鋳造法では、各元素を秤量し、不活性ガス
例えばアルゴン雰囲気中で高周波誘導溶解させ、金型な
どに鋳造することにより目的組成の合金インゴットを得
る。また、はじめに母合金を作製した後、目的組成にな
るようにこれらの母合金を秤量して高周波誘導溶解さ
せ、金型などに鋳造することにより目的組成の合金イン
ゴットを得るようにしてもよい。鋳造後に急冷してもよ
い。急冷法には、単ロール法、双ロール法などの溶湯急
冷法、またはガスアトマイズ法などの超急冷法が含まれ
る。このような方法で得られた合金を真空中または不活
性ガス雰囲気中において、融点未満の温度で０．１〜１
０００時間熱処理してもよい。
例えばアルゴン雰囲気中で高周波誘導溶解させ、金型な
どに鋳造することにより目的組成の合金インゴットを得
る。また、はじめに母合金を作製した後、目的組成にな
るようにこれらの母合金を秤量して高周波誘導溶解さ
せ、金型などに鋳造することにより目的組成の合金イン
ゴットを得るようにしてもよい。鋳造後に急冷してもよ
い。急冷法には、単ロール法、双ロール法などの溶湯急
冷法、またはガスアトマイズ法などの超急冷法が含まれ
る。このような方法で得られた合金を真空中または不活
性ガス雰囲気中において、融点未満の温度で０．１〜１
０００時間熱処理してもよい。
【００１７】本発明のＭＳＭ合金は、外部磁場によって
マルテンサイト変態の逆変態を誘起させて、形状を変化
させることが可能である。また、マルテンサイト変態の
逆変態終了温度およびキューリー温度も所望の範囲で比
較的自由に設定することができる。したがって、通常の
生活環境温度近傍において、形状記憶効果を利用した様
々な分野への応用が可能になる。
マルテンサイト変態の逆変態を誘起させて、形状を変化
させることが可能である。また、マルテンサイト変態の
逆変態終了温度およびキューリー温度も所望の範囲で比
較的自由に設定することができる。したがって、通常の
生活環境温度近傍において、形状記憶効果を利用した様
々な分野への応用が可能になる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明のＭＳＭ合金
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
【００１９】表１に示される一般式Ｍ１2-XＭ２YＭ3Zで
表されるＭＳＭ合金の構成元素を用意し、表１に示す組
成となるように秤量した。次に、これらの元素を混合
し、アルゴンアーク法で溶解して鋳造して合金インゴッ
トを得た。合金インゴットを粉砕して合金粉末を得た
後、合金粉末を篩別けして３５０メッシュパスのものを
得た。得られた合金粉末をプレスし、融点直下で５０時
間焼結して、口径５ｍｍの棒状サンプルを作製した。な
お、表１の比較例１は、上記と同様な方法により作製さ
れた従来のＭＳＭ合金のサンプルである。
表されるＭＳＭ合金の構成元素を用意し、表１に示す組
成となるように秤量した。次に、これらの元素を混合
し、アルゴンアーク法で溶解して鋳造して合金インゴッ
トを得た。合金インゴットを粉砕して合金粉末を得た
後、合金粉末を篩別けして３５０メッシュパスのものを
得た。得られた合金粉末をプレスし、融点直下で５０時
間焼結して、口径５ｍｍの棒状サンプルを作製した。な
お、表１の比較例１は、上記と同様な方法により作製さ
れた従来のＭＳＭ合金のサンプルである。
【００２０】得られた棒状サンプルを液体窒素中で１０
度程度曲げた後、逆変態終了温度以上の温水中に入れ、
外部から磁場を印加することにより生じるそれぞれの形
状変化を観察して形状記憶効果を調べた。その結果、こ
れらのサンプルは、外部磁場の印加によって変態が誘起
され、予め受けた歪みの解放を起こさせる形状記憶効果
を示すことがわかった。表１には、比較例１のサンプル
の歪みを１として各サンプルの歪みを規格化して表示し
ている。表１から、実施例１〜６のサンプルは比較例１
のサンプルよりも大きな歪みを生じることが明らかであ
る。
度程度曲げた後、逆変態終了温度以上の温水中に入れ、
外部から磁場を印加することにより生じるそれぞれの形
状変化を観察して形状記憶効果を調べた。その結果、こ
れらのサンプルは、外部磁場の印加によって変態が誘起
され、予め受けた歪みの解放を起こさせる形状記憶効果
を示すことがわかった。表１には、比較例１のサンプル
の歪みを１として各サンプルの歪みを規格化して表示し
ている。表１から、実施例１〜６のサンプルは比較例１
のサンプルよりも大きな歪みを生じることが明らかであ
る。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のマグネティ
ックシェープメモリー合金は、構成元素およびその組成
比を変化させることにより、外部磁場を印加してマルテ
ンサイト変態の逆変態を誘起させて形状記憶効果を生じ
させたときに従来のものよりも大きな歪みを得ることが
できる。そのため、通常の生活環境下で使用できる形状
記憶合金としての様々な分野への応用が可能になる。
ックシェープメモリー合金は、構成元素およびその組成
比を変化させることにより、外部磁場を印加してマルテ
ンサイト変態の逆変態を誘起させて形状記憶効果を生じ
させたときに従来のものよりも大きな歪みを得ることが
できる。そのため、通常の生活環境下で使用できる形状
記憶合金としての様々な分野への応用が可能になる。
Claims (2)
- 【請求項１】 下記一般式 Ｍ１2-XＭ２YＭ3Z （ここで、Ｍ１はＮｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１
種、Ｍ２はＭｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｓｂから選ばれる少なく
とも１種、Ｍ３はＭ１およびＭ２を除き、電気陰性度が
１．０以上の元素から選ばれる少なくとも１種からな
り、０＜Ｘ≦０．５、０＜Ｙ≦１．５、０＜Ｚ≦１．５
を満たす）で表され、かつ結晶構造が空間群Ｆｍ−３ｍ
に属し、外部磁場により形状が変化することを特徴とす
るマグネティックシェープメモリー合金。 - 【請求項２】 ホイスラー構造を有し、マルテンサイト
変態を生じることを特徴とする請求項１記載のマグネテ
ィックシェープメモリー合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091022A JP2001279357A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | マグネティックシェープメモリー合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091022A JP2001279357A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | マグネティックシェープメモリー合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001279357A true JP2001279357A (ja) | 2001-10-10 |
Family
ID=18606539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000091022A Pending JP2001279357A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | マグネティックシェープメモリー合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001279357A (ja) |
Cited By (15)
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-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000091022A patent/JP2001279357A/ja active Pending
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