JP2002285269A - 強磁性形状記憶合金 - Google Patents
強磁性形状記憶合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 室温での駆動時に十分な大きさの変形出力を
得ることができる強磁性形状記憶合金を提供する。 【解決手段】 強磁性形状記憶合金１０によれば、マル
テンサイト変態および強磁性を有するＮｉＭｎＧａ系３
元合金にコバルトＣｏ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ
などの９族金属元素が添加されることにより構成されて
いることから、常温において高いマルテンサイト変態温
度および高い磁化の強さが同時に得られるので、常温作
動可能であり且つ高い変形出力を備えた磁気駆動型アク
チュエータを構成することができる。
得ることができる強磁性形状記憶合金を提供する。 【解決手段】 強磁性形状記憶合金１０によれば、マル
テンサイト変態および強磁性を有するＮｉＭｎＧａ系３
元合金にコバルトＣｏ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ
などの９族金属元素が添加されることにより構成されて
いることから、常温において高いマルテンサイト変態温
度および高い磁化の強さが同時に得られるので、常温作
動可能であり且つ高い変形出力を備えた磁気駆動型アク
チュエータを構成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、双晶磁歪を示しう
るＮｉＭｎＧａＣｏ系４元合金に関し、外部磁場により
形状記憶効果を示す強磁性形状記憶合金に関するもので
ある。
るＮｉＭｎＧａＣｏ系４元合金に関し、外部磁場により
形状記憶効果を示す強磁性形状記憶合金に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉＮｉ合金やＣｕＺｎ合金が形状記憶
合金として知られている。このような形状記憶合金は、
マルテンサイト変態の逆変態に伴う顕著な形状記憶効果
および超弾性効果を示すものである。これによれば、た
とえば常温でのマルテンサイト相において外部から機械
的に受けた変形が加熱によって母相に逆変態させられる
ことにより元の形状に復帰させられる性質があり、温度
上昇により作動させられる換気口の開閉アクチュエー
タ、温度調節のために作動させられるサーモスタット、
体温により元の形状に復帰させられるメガネフレームや
ブラジャーの芯材などに多用されている。このような熱
駆動型の形状記憶合金は、比較的大きな応力による変位
或いは変形が可能であるが、その動作速度が材料の熱伝
導度により支配されることから、その応答速度はせいぜ
い１０Ｈｚが限界であるため、その応答範囲が制限され
ていた。
合金として知られている。このような形状記憶合金は、
マルテンサイト変態の逆変態に伴う顕著な形状記憶効果
および超弾性効果を示すものである。これによれば、た
とえば常温でのマルテンサイト相において外部から機械
的に受けた変形が加熱によって母相に逆変態させられる
ことにより元の形状に復帰させられる性質があり、温度
上昇により作動させられる換気口の開閉アクチュエー
タ、温度調節のために作動させられるサーモスタット、
体温により元の形状に復帰させられるメガネフレームや
ブラジャーの芯材などに多用されている。このような熱
駆動型の形状記憶合金は、比較的大きな応力による変位
或いは変形が可能であるが、その動作速度が材料の熱伝
導度により支配されることから、その応答速度はせいぜ
い１０Ｈｚが限界であるため、その応答範囲が制限され
ていた。
【０００３】これに対し、マルテンサイト相で数％程度
の巨大磁歪現象を発生するＮｉＭｎＧａ系３元合金が提
案されている。このような強磁性形状記憶合金は、外部
磁界によって磁化されることによりマルテンサイト組織
の双晶変形が発生させられて変形させられるものであ
り、応答速度の高い磁気駆動（磁気感応）型のアクチュ
エータを構成することができるようになる。たとえば、
特開平１０−２５９４３８号公報に記載されたＮｉＭｎ
Ｇａ系３元合金がそれである。
の巨大磁歪現象を発生するＮｉＭｎＧａ系３元合金が提
案されている。このような強磁性形状記憶合金は、外部
磁界によって磁化されることによりマルテンサイト組織
の双晶変形が発生させられて変形させられるものであ
り、応答速度の高い磁気駆動（磁気感応）型のアクチュ
エータを構成することができるようになる。たとえば、
特開平１０−２５９４３８号公報に記載されたＮｉＭｎ
Ｇａ系３元合金がそれである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
強磁性形状記憶合金は、常温においてそのマルテンサイ
ト変態温度の高さと磁化の強さとが両立せず、室温での
駆動時に十分な大きさの変形出力を得ることが困難であ
るため、磁気駆動型のアクチュエータに適用したとして
も必ずしも十分な特性が得られない場合があった。
強磁性形状記憶合金は、常温においてそのマルテンサイ
ト変態温度の高さと磁化の強さとが両立せず、室温での
駆動時に十分な大きさの変形出力を得ることが困難であ
るため、磁気駆動型のアクチュエータに適用したとして
も必ずしも十分な特性が得られない場合があった。
【０００５】すなわち、本発明者等の研究によれば、常
温において十分な変形出力が得られる強磁性形状記憶合
金を得るためには、(a) 双晶を含んだマルテンサイト構
造が安定なこと、すなわちマルテンサイト変態温度が室
温より高いこと、(b) 室温で強磁性であること、(c) 双
晶ドメインと磁気ドメインが十分に強くカップリングし
ていること、すなわち結晶磁気異方性エネルギが高いこ
と、(d) この機構で発生するエネルギは外部磁場と磁気
モーメントが揃うことでエネルギがどれだけ低下するか
によって決定されること、このエネルギはゼーマンエネ
ルギと称されるものであって外部磁場の大きさＨと磁化
の強さの積に比例するので、高い変形出力を得るために
は磁化の強さの大きい材料が望ましいこと、を兼ね備え
る強磁性形状記憶合金であることが必要とされる。しか
しながら、前記従来の強磁性形状記憶合金であるＮｉＭ
ｎＧａ系３元合金について、その合金組成、マルテンサ
イト変態温度および磁気変態温度（キュリー温度）、磁
化の相互関係についてさらに系統的な分析を行った結
果、それらの特性は合金の価電子濃度ｅ／ａ（但し、
ｅ：価電子数、ａ：原子）で系統的に整理されること、
キュリー温度はその価電子濃度ｅ／ａにあまり依存し
ないこと、マルテンサイト変態温度は価電子濃度ｅ／
ａとともに大きく上昇すること、磁化は価電子濃度ｅ
／ａとともに大きく減少することなどが明らかとなっ
た。すなわち、上記従来のＮｉＭｎＧａ系３元合金で
は、マルテンサイト変態温度と磁化とを同時に高くする
ことが困難であるのである。
温において十分な変形出力が得られる強磁性形状記憶合
金を得るためには、(a) 双晶を含んだマルテンサイト構
造が安定なこと、すなわちマルテンサイト変態温度が室
温より高いこと、(b) 室温で強磁性であること、(c) 双
晶ドメインと磁気ドメインが十分に強くカップリングし
ていること、すなわち結晶磁気異方性エネルギが高いこ
と、(d) この機構で発生するエネルギは外部磁場と磁気
モーメントが揃うことでエネルギがどれだけ低下するか
によって決定されること、このエネルギはゼーマンエネ
ルギと称されるものであって外部磁場の大きさＨと磁化
の強さの積に比例するので、高い変形出力を得るために
は磁化の強さの大きい材料が望ましいこと、を兼ね備え
る強磁性形状記憶合金であることが必要とされる。しか
しながら、前記従来の強磁性形状記憶合金であるＮｉＭ
ｎＧａ系３元合金について、その合金組成、マルテンサ
イト変態温度および磁気変態温度（キュリー温度）、磁
化の相互関係についてさらに系統的な分析を行った結
果、それらの特性は合金の価電子濃度ｅ／ａ（但し、
ｅ：価電子数、ａ：原子）で系統的に整理されること、
キュリー温度はその価電子濃度ｅ／ａにあまり依存し
ないこと、マルテンサイト変態温度は価電子濃度ｅ／
ａとともに大きく上昇すること、磁化は価電子濃度ｅ
／ａとともに大きく減少することなどが明らかとなっ
た。すなわち、上記従来のＮｉＭｎＧａ系３元合金で
は、マルテンサイト変態温度と磁化とを同時に高くする
ことが困難であるのである。
【０００６】本発明は以上の事情を背景としてなされた
ものであり、その目的とするところは、室温での駆動時
に十分な大きさの変形出力を得ることができる強磁性形
状記憶合金を提供することにある。
ものであり、その目的とするところは、室温での駆動時
に十分な大きさの変形出力を得ることができる強磁性形
状記憶合金を提供することにある。
【０００７】本発明者等は、前記課題を解決しようとし
て種々検討を重ねた結果、上記従来のＮｉＭｎＧａ系３
元合金のうち主としてマンガンＭｎの一部をコバルトＣ
ｏに置換すると、常温作動可能な磁気駆動型アクチュエ
ータに適用可能な強磁性形状記憶合金として優れた性質
が得られることを見いだした。本発明はかかる知見に基
づいて為されたものである。
て種々検討を重ねた結果、上記従来のＮｉＭｎＧａ系３
元合金のうち主としてマンガンＭｎの一部をコバルトＣ
ｏに置換すると、常温作動可能な磁気駆動型アクチュエ
ータに適用可能な強磁性形状記憶合金として優れた性質
が得られることを見いだした。本発明はかかる知見に基
づいて為されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、マルテンサイト変態および強磁性を有
するＮｉＭｎＧａ系合金に９族金属元素を添加したこと
にある。
とするところは、マルテンサイト変態および強磁性を有
するＮｉＭｎＧａ系合金に９族金属元素を添加したこと
にある。
【０００９】
【発明の効果】本発明の強磁性形状記憶合金によれば、
マルテンサイト変態および強磁性を有するＮｉＭｎＧａ
系合金にコバルトＣｏ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ
などの９族金属元素が添加されることにより構成されて
いることから、常温において高いマルテンサイト変態温
度および高い磁化の強さが同時に得られるので、常温作
動可能であり且つ高い変形出力を備えた磁気駆動型アク
チュエータを構成することができる。
マルテンサイト変態および強磁性を有するＮｉＭｎＧａ
系合金にコバルトＣｏ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ
などの９族金属元素が添加されることにより構成されて
いることから、常温において高いマルテンサイト変態温
度および高い磁化の強さが同時に得られるので、常温作
動可能であり且つ高い変形出力を備えた磁気駆動型アク
チュエータを構成することができる。
【００１０】
【発明の他の態様】ここで、好適には、ＮｉＭｎＧａ系
合金に対する添加剤として用いられる前記９族金属元素
はＣｏ（コバルト）であり、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ
（イリジウム）などを用いる場合に比較して、強磁性形
状記憶合金を安価に得られる。
合金に対する添加剤として用いられる前記９族金属元素
はＣｏ（コバルト）であり、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ
（イリジウム）などを用いる場合に比較して、強磁性形
状記憶合金を安価に得られる。
【００１１】前記強磁性形状記憶合金は、３〜５ａｔ％
（アトミック％）のＣｏを添加剤として含むものであ
る。このようにすれば、常温において高いマルテンサイ
ト変態温度および高い磁化の強さが同時に得られるの
で、常温作動可能であり且つ高い変形出力を備えた磁気
駆動型アクチュエータを構成することができる。コバル
トＣｏの添加量が５ａｔ％を越えると、母相（ＮｉＭｎ
Ｇａ３元合金）の規則構造であるホイスラー構造が維持
されなくなって高いマルテンサイト変態温度および高い
磁化の強さが同時に得られなくなる。また、コバルトＣ
ｏの添加量が３ａｔ％を下まわると、上記コバルトＣｏ
の添加効果が十分に得られなくなる。
（アトミック％）のＣｏを添加剤として含むものであ
る。このようにすれば、常温において高いマルテンサイ
ト変態温度および高い磁化の強さが同時に得られるの
で、常温作動可能であり且つ高い変形出力を備えた磁気
駆動型アクチュエータを構成することができる。コバル
トＣｏの添加量が５ａｔ％を越えると、母相（ＮｉＭｎ
Ｇａ３元合金）の規則構造であるホイスラー構造が維持
されなくなって高いマルテンサイト変態温度および高い
磁化の強さが同時に得られなくなる。また、コバルトＣ
ｏの添加量が３ａｔ％を下まわると、上記コバルトＣｏ
の添加効果が十分に得られなくなる。
【００１２】また、好適には、前記強磁性形状記憶合金
は、Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金のうち
主としてＭｎの一部がコバルトＣｏ添加剤により置換さ
れたものである。このようにすれば、母相（ＮｉＭｎＧ
ａ３元合金）の規則構造であるホイスラー構造が好適に
維持されるので、常温において高いマルテンサイト変態
温度および高い磁化の強さが同時に得られる。
は、Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金のうち
主としてＭｎの一部がコバルトＣｏ添加剤により置換さ
れたものである。このようにすれば、母相（ＮｉＭｎＧ
ａ３元合金）の規則構造であるホイスラー構造が好適に
維持されるので、常温において高いマルテンサイト変態
温度および高い磁化の強さが同時に得られる。
【００１３】また、好適には、前記強磁性形状記憶合金
は、ホイスラー構造を備えたものである。このようにす
れば、マルテンサイト相において双晶変形による磁歪効
果が得られるので、磁気駆動型アクチュエータとして適
用される。
は、ホイスラー構造を備えたものである。このようにす
れば、マルテンサイト相において双晶変形による磁歪効
果が得られるので、磁気駆動型アクチュエータとして適
用される。
【００１４】
【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の一実施例を
図面を参照して詳細に説明する。
図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】図１は、強磁性形状記憶合金１０を示す斜
視図である。この強磁性形状記憶合金１０は、マルテン
サイト変態および強磁性を有するＮｉＭｎＧａ系合金に
コバルトＣｏ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒなどの９
族金属元素、好ましくはコバルトＣｏが３〜５ａｔ％
（アトミック％）の範囲内で主として上記Ｍｎの一部が
置換されるように添加された４元合金により構成されて
いる。たとえば、Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇ
ａ３元合金を母材とし、その母材中のＭｎと置換するよ
うにコバルトＣｏが添加される。すなわち、コバルトＣ
ｏの添加量だけＭｎが予め減少させられる。このように
して得られた強磁性形状記憶合金１０は、所謂ホイスラ
ー構造を備えたものであり、たとえば図２に示すよう
に、常温でマルテンサイト相において双晶変形による磁
歪効果を従来のＮｉＭｎＧａ系３元合金以上の十分な大
きさで発生するものであるので、磁気駆動型アクチュエ
ータとして用いられ得る。
視図である。この強磁性形状記憶合金１０は、マルテン
サイト変態および強磁性を有するＮｉＭｎＧａ系合金に
コバルトＣｏ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒなどの９
族金属元素、好ましくはコバルトＣｏが３〜５ａｔ％
（アトミック％）の範囲内で主として上記Ｍｎの一部が
置換されるように添加された４元合金により構成されて
いる。たとえば、Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇ
ａ３元合金を母材とし、その母材中のＭｎと置換するよ
うにコバルトＣｏが添加される。すなわち、コバルトＣ
ｏの添加量だけＭｎが予め減少させられる。このように
して得られた強磁性形状記憶合金１０は、所謂ホイスラ
ー構造を備えたものであり、たとえば図２に示すよう
に、常温でマルテンサイト相において双晶変形による磁
歪効果を従来のＮｉＭｎＧａ系３元合金以上の十分な大
きさで発生するものであるので、磁気駆動型アクチュエ
ータとして用いられ得る。
【００１６】図２では、マルテンサイト相において、磁
界Ｈが零であるときに細かく交互に分割されていた歪み
の単位領域が、磁界の強さＨ（Ａ／ｍ）に応じて外部磁
界の方向に磁気モーメント（小矢印）が揃う様に歪みの
単位領域の数が拡大されることにより伸び方向の歪み
（変形出力）が増大させられる状態を示しており、図２
中の左側の図が磁界の強さが零（Ｈ＝０）とされた場合
を示し、中央の図が弱い磁界が付与された場合を示し、
右側の図が強い磁界が付与された場合を示している。
界Ｈが零であるときに細かく交互に分割されていた歪み
の単位領域が、磁界の強さＨ（Ａ／ｍ）に応じて外部磁
界の方向に磁気モーメント（小矢印）が揃う様に歪みの
単位領域の数が拡大されることにより伸び方向の歪み
（変形出力）が増大させられる状態を示しており、図２
中の左側の図が磁界の強さが零（Ｈ＝０）とされた場合
を示し、中央の図が弱い磁界が付与された場合を示し、
右側の図が強い磁界が付与された場合を示している。
【００１７】図３は、上記強磁性形状記憶合金１０或い
は後述のテストピースの製造工程を示している。先ず、
溶解工程１２では、マルテンサイト変態および強磁性を
有するＮｉＭｎＧａ系合金を構成するＮｉ（ニッケ
ル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｇａ（ガリウム）と、それに
添加するＣｏ（コバルト）とが所定の割合となるように
非消耗アーク溶解炉や、高周波溶解炉に投入された原料
がアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で十分に溶解され
る。続くインゴット作成工程１４では、溶解炉から所定
の容器或いは型内に溶湯が取り出されて冷却されること
によりＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ−Ｃｏ系４元合金のインゴット
が作成される。続く均質化熱処理工程１６では、アルゴ
ンなどの不活性ガス雰囲気内における８００℃程度の温
度で７２時間程度保持された後、水焼き入れされること
により均質化される。次いで、成形工程１８において、
放電加工などによる切断および研磨を施し、たとえば図
１に示すような所定の形状に成形される。そして、歪取
り均質化熱処理工程２０では、再度、不活性ガス雰囲気
内における８００℃程度の温度で１時間程度保持された
後、水焼き入れされることにより、歪取りおよび均質化
が行われる。
は後述のテストピースの製造工程を示している。先ず、
溶解工程１２では、マルテンサイト変態および強磁性を
有するＮｉＭｎＧａ系合金を構成するＮｉ（ニッケ
ル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｇａ（ガリウム）と、それに
添加するＣｏ（コバルト）とが所定の割合となるように
非消耗アーク溶解炉や、高周波溶解炉に投入された原料
がアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で十分に溶解され
る。続くインゴット作成工程１４では、溶解炉から所定
の容器或いは型内に溶湯が取り出されて冷却されること
によりＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ−Ｃｏ系４元合金のインゴット
が作成される。続く均質化熱処理工程１６では、アルゴ
ンなどの不活性ガス雰囲気内における８００℃程度の温
度で７２時間程度保持された後、水焼き入れされること
により均質化される。次いで、成形工程１８において、
放電加工などによる切断および研磨を施し、たとえば図
１に示すような所定の形状に成形される。そして、歪取
り均質化熱処理工程２０では、再度、不活性ガス雰囲気
内における８００℃程度の温度で１時間程度保持された
後、水焼き入れされることにより、歪取りおよび均質化
が行われる。
【００１８】以下、上記Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ−Ｃｏ系４元
合金に含まれるコバルトＣｏの添加量と、物性値すなわ
ち磁化の強さＭ（ｅｍｕ・ｇ-1）およびマルテンサイト
変態温度Ｍ* （Ｋ）との関係を求めるために本発明者等
が行った実験例を説明する。この実験では、Ｎｉ−２５
ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金を母材とし、その母材
内のＭｎが置換されるように添加したコバルトＣｏの添
加量が異なる４元合金の６種類のテストピースがたとえ
ば図３に示す工程により作成され、そのテストピースに
含まれるコバルトＣｏの添加量に対応して変化する４元
合金価電子濃度ｅ／ａが組成から次式（１）によって求
まる。組成はエネルギ分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を
用いて測定され、テストピースの構造解析が透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）により測定され、マルテンサイト変態
温度Ｍ* が示差走査熱測定装置（ＤＳＣ：１２３〜７８
０Ｋ、１０Ｋ／ｍｉｎ）により測定され、磁化の強さＭ
が振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によって測定された。上
記６種類のテストピースは、図６に示す実施例１〜４、
および比較例１、２で、コバルトＣｏの添加量が２．５
ａｔ％、３．３ａｔ％、３．４ａｔ％、４．１ａｔ％、
４．７ａｔ％．、５．６ａｔ％とされたものであり、た
とえば５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ（厚み）の形状に加工さ
れたものである。本実施例１〜４は、コバルトＣｏの添
加量が請求項３に記載の範囲内で、特に好ましい態様で
あるが、比較例１、２についても、請求項１、２に記載
の発明に属する。 ｅ／ａ＝ＣNiｅNi＋ＣMnｅMn＋ＣGaｅGa＋ＣCoｅCo ・・・(1) 但し、ＣNiは｛Ｎｉ（at％）/100｝、ＣNi＋ＣMn＋ＣGa
＋ＣCo＝１．０ ｅ＝価電子数（Ｎｉ＝１０、Ｍｎ＝７、Ｇａ＝３、Ｃｏ
＝９）
合金に含まれるコバルトＣｏの添加量と、物性値すなわ
ち磁化の強さＭ（ｅｍｕ・ｇ-1）およびマルテンサイト
変態温度Ｍ* （Ｋ）との関係を求めるために本発明者等
が行った実験例を説明する。この実験では、Ｎｉ−２５
ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金を母材とし、その母材
内のＭｎが置換されるように添加したコバルトＣｏの添
加量が異なる４元合金の６種類のテストピースがたとえ
ば図３に示す工程により作成され、そのテストピースに
含まれるコバルトＣｏの添加量に対応して変化する４元
合金価電子濃度ｅ／ａが組成から次式（１）によって求
まる。組成はエネルギ分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を
用いて測定され、テストピースの構造解析が透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）により測定され、マルテンサイト変態
温度Ｍ* が示差走査熱測定装置（ＤＳＣ：１２３〜７８
０Ｋ、１０Ｋ／ｍｉｎ）により測定され、磁化の強さＭ
が振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によって測定された。上
記６種類のテストピースは、図６に示す実施例１〜４、
および比較例１、２で、コバルトＣｏの添加量が２．５
ａｔ％、３．３ａｔ％、３．４ａｔ％、４．１ａｔ％、
４．７ａｔ％．、５．６ａｔ％とされたものであり、た
とえば５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ（厚み）の形状に加工さ
れたものである。本実施例１〜４は、コバルトＣｏの添
加量が請求項３に記載の範囲内で、特に好ましい態様で
あるが、比較例１、２についても、請求項１、２に記載
の発明に属する。 ｅ／ａ＝ＣNiｅNi＋ＣMnｅMn＋ＣGaｅGa＋ＣCoｅCo ・・・(1) 但し、ＣNiは｛Ｎｉ（at％）/100｝、ＣNi＋ＣMn＋ＣGa
＋ＣCo＝１．０ ｅ＝価電子数（Ｎｉ＝１０、Ｍｎ＝７、Ｇａ＝３、Ｃｏ
＝９）
【００１９】上記の実験例により測定されたコバルトＣ
ｏの添加量と、物性値すなわち磁化の強さＭ（ｅｍｕ・
ｇ-1）およびマルテンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）との関
係を示すために、図４および図５では、コバルトＣｏの
添加量（ａｔ％）に対応する合金の価電子濃度ｅ／ａを
用いて、価電子濃度ｅ／ａ（１原子当たりの価電子数）
と磁化の強さＭ（ｅｍｕ・ｇ-1）の関係、および価電子
濃度ｅ／ａとマルテンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）との関
係がそれぞれ示されている。母材（Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍ
ｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金）が共通し、その中のＭｎを置
換するようにコバルトＣｏが添加されると、コバルトＣ
ｏの添加量（ａｔ％）の増加に伴って価電子濃度ｅ／ａ
も増加するが、実際には図６に示すように母材の組成が
ばらつくため、その影響でコバルトＣｏの添加量（ａｔ
％）と価電子濃度ｅ／ａとの関係もばらついている。
ｏの添加量と、物性値すなわち磁化の強さＭ（ｅｍｕ・
ｇ-1）およびマルテンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）との関
係を示すために、図４および図５では、コバルトＣｏの
添加量（ａｔ％）に対応する合金の価電子濃度ｅ／ａを
用いて、価電子濃度ｅ／ａ（１原子当たりの価電子数）
と磁化の強さＭ（ｅｍｕ・ｇ-1）の関係、および価電子
濃度ｅ／ａとマルテンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）との関
係がそれぞれ示されている。母材（Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍ
ｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金）が共通し、その中のＭｎを置
換するようにコバルトＣｏが添加されると、コバルトＣ
ｏの添加量（ａｔ％）の増加に伴って価電子濃度ｅ／ａ
も増加するが、実際には図６に示すように母材の組成が
ばらつくため、その影響でコバルトＣｏの添加量（ａｔ
％）と価電子濃度ｅ／ａとの関係もばらついている。
【００２０】図４および図５から明らかなように、マル
テンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）は、コバルトＣｏの添加
量（ａｔ％）の増加に拘らず従来のＮｉＭｎＧａ系３元
合金と概略同じであるが、外部磁場の大きさＨと磁化の
強さＭの積で変形出力が決まることからその変形出力に
対応する磁化の強さＭ（ｅｍｕ・ｇ-1）は、コバルトＣ
ｏの添加量の増大により価電子濃度ｅ／ａが高くなって
も従来のＮｉＭｎＧａ系３元合金よりも高くなる。この
とき、コバルトＣｏの添加量が３ａｔ％を下まわるとコ
バルトＣｏの添加による効果が明確に得られ難くなり、
５ａｔ％を上まわると母相の規則構造が乱れて所謂ホイ
スラー構造とならなくなるためマルテンサイト変態温度
Ｍ* （Ｋ）は急激に増加するが磁化の強さＭ（ｅｍｕ・
ｇ-1）は急激に低下する。図４および図５のコバルトＣ
ｏの添加量が５．６ａｔ％のデータポイントはこの状態
を示している。
テンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）は、コバルトＣｏの添加
量（ａｔ％）の増加に拘らず従来のＮｉＭｎＧａ系３元
合金と概略同じであるが、外部磁場の大きさＨと磁化の
強さＭの積で変形出力が決まることからその変形出力に
対応する磁化の強さＭ（ｅｍｕ・ｇ-1）は、コバルトＣ
ｏの添加量の増大により価電子濃度ｅ／ａが高くなって
も従来のＮｉＭｎＧａ系３元合金よりも高くなる。この
とき、コバルトＣｏの添加量が３ａｔ％を下まわるとコ
バルトＣｏの添加による効果が明確に得られ難くなり、
５ａｔ％を上まわると母相の規則構造が乱れて所謂ホイ
スラー構造とならなくなるためマルテンサイト変態温度
Ｍ* （Ｋ）は急激に増加するが磁化の強さＭ（ｅｍｕ・
ｇ-1）は急激に低下する。図４および図５のコバルトＣ
ｏの添加量が５．６ａｔ％のデータポイントはこの状態
を示している。
【００２１】上述のように、本実施例の強磁性形状記憶
合金１０によれば、マルテンサイト変態および強磁性を
有するＮｉＭｎＧａ系３元合金にコバルトＣｏ、ロジウ
ムＲｈ、イリジウムＩｒなどの９族金属元素が添加され
ることにより構成されていることから、常温において高
いマルテンサイト変態温度および高い磁化の強さが同時
に得られるので、常温作動可能であり且つ高い変形出力
を備えた磁気駆動型アクチュエータを構成することがで
きる。
合金１０によれば、マルテンサイト変態および強磁性を
有するＮｉＭｎＧａ系３元合金にコバルトＣｏ、ロジウ
ムＲｈ、イリジウムＩｒなどの９族金属元素が添加され
ることにより構成されていることから、常温において高
いマルテンサイト変態温度および高い磁化の強さが同時
に得られるので、常温作動可能であり且つ高い変形出力
を備えた磁気駆動型アクチュエータを構成することがで
きる。
【００２２】また、本実施例の強磁性形状記憶合金１０
によれば、ＮｉＭｎＧａ系３元合金に対する添加剤とし
て用いられる９族金属元素がＣｏ（コバルト）であるの
で、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）などを用い
る場合に比較して、強磁性形状記憶合金１０を安価に得
られる。
によれば、ＮｉＭｎＧａ系３元合金に対する添加剤とし
て用いられる９族金属元素がＣｏ（コバルト）であるの
で、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）などを用い
る場合に比較して、強磁性形状記憶合金１０を安価に得
られる。
【００２３】また、本実施例の強磁性形状記憶合金１０
は、３〜５ａｔ％（アトミック％）のコバルトＣｏを添
加剤として含むものであることから、常温において高い
マルテンサイト変態温度および高い磁化の強さが同時に
得られるので、常温作動可能であり且つ高い変形出力を
備えた磁気駆動型アクチュエータを構成することができ
る。
は、３〜５ａｔ％（アトミック％）のコバルトＣｏを添
加剤として含むものであることから、常温において高い
マルテンサイト変態温度および高い磁化の強さが同時に
得られるので、常温作動可能であり且つ高い変形出力を
備えた磁気駆動型アクチュエータを構成することができ
る。
【００２４】また、本実施例の強磁性形状記憶合金１０
は、Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金のうち
主としてＮｉの一部がコバルトＣｏ添加剤により置換さ
れたものであることから、母相（ＮｉＭｎＧａ３元合
金）の規則構造であるホイスラー構造に好適に維持され
るので、常温において高いマルテンサイト変態温度およ
び高い磁化の強さが同時に得られる。
は、Ｎｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金のうち
主としてＮｉの一部がコバルトＣｏ添加剤により置換さ
れたものであることから、母相（ＮｉＭｎＧａ３元合
金）の規則構造であるホイスラー構造に好適に維持され
るので、常温において高いマルテンサイト変態温度およ
び高い磁化の強さが同時に得られる。
【００２５】また、本実施例の強磁性形状記憶合金１０
はホイスラー構造を備えたものであることから、図２に
示すように、マルテンサイト相において双晶変形による
磁歪効果が得られるので、磁気駆動型アクチュエータと
して好適に使用される。
はホイスラー構造を備えたものであることから、図２に
示すように、マルテンサイト相において双晶変形による
磁歪効果が得られるので、磁気駆動型アクチュエータと
して好適に使用される。
【００２６】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。
【００２７】例えば、前述の実施例において、コバルト
Ｃｏが添加される母材はＮｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａ
ｔ％Ｇａ３元合金であったが、必ずしもそのＮｉ−２５
ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金に限られる訳でなく、
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｇａの割合がそれと異なっていても差し支
えない。
Ｃｏが添加される母材はＮｉ−２５ａｔ％Ｍｎ−２５ａ
ｔ％Ｇａ３元合金であったが、必ずしもそのＮｉ−２５
ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金に限られる訳でなく、
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｇａの割合がそれと異なっていても差し支
えない。
【００２８】また、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ３元合金に添加さ
れる添加剤は必ずしもコバルトＣｏに限られる訳でな
く、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）などの９族
金属が用いられ得る。また、これらの元素を２種または
それ以上の組み合わせで添加しても用いられ得る。
れる添加剤は必ずしもコバルトＣｏに限られる訳でな
く、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）などの９族
金属が用いられ得る。また、これらの元素を２種または
それ以上の組み合わせで添加しても用いられ得る。
【００２９】その他、一々例示はしないが、本発明は、
その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るもので
ある。
その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るもので
ある。
【図１】本発明の一実施例の強磁性形状記憶合金を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１の強磁性形状記憶合金の外部磁界により発
生する磁歪現象を説明するモデル図である。
生する磁歪現象を説明するモデル図である。
【図３】図１の強磁性形状記憶合金の製造工程を説明す
る工程図である。
る工程図である。
【図４】図１の強磁性形状記憶合金においてコバルトＣ
ｏの添加量を変化させたときの、価電子濃度ｅ／ａ（１
原子当たりの価電子数）と磁化の強さＭ（ｅｍｕ・
ｇ-1）との関係を示す図である。
ｏの添加量を変化させたときの、価電子濃度ｅ／ａ（１
原子当たりの価電子数）と磁化の強さＭ（ｅｍｕ・
ｇ-1）との関係を示す図である。
【図５】図１の強磁性形状記憶合金におけるコバルトＣ
ｏの添加量を変化させたときの、価電子濃度ｅ／ａとマ
ルテンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）との関係を示す図であ
る。
ｏの添加量を変化させたときの、価電子濃度ｅ／ａとマ
ルテンサイト変態温度Ｍ* （Ｋ）との関係を示す図であ
る。
【図６】図４、図５に示すテストピースの組成や価電子
濃度、マルテンサイト変態温度Ｍ* 、磁化の強さＭを具
体的に示す図である。
濃度、マルテンサイト変態温度Ｍ* 、磁化の強さＭを具
体的に示す図である。
１０：強磁性形状記憶合金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 孝純 愛知県名古屋市南区大同町二丁目30番地 大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内 (72)発明者 森井 浩一 愛知県名古屋市南区大同町二丁目30番地 大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 マルテンサイト変態および強磁性を有す
るＮｉＭｎＧａ系合金に９族金属元素を添加したことを
特徴とする強磁性形状記憶合金。 - 【請求項２】 前記９族金属元素はＣｏである請求項１
の強磁性形状記憶合金。 - 【請求項３】 前記強磁性形状記憶合金は、３〜５ａｔ
％のＣｏを含むものである請求項２の強磁性形状記憶合
金。 - 【請求項４】 前記強磁性形状記憶合金は、Ｎｉ−２５
ａｔ％Ｍｎ−２５ａｔ％Ｇａ合金のうち主としてＭｎを
Ｃｏ添加剤により置換したものである請求項２または３
の強磁性形状記憶合金。 - 【請求項５】 前記強磁性形状記憶合金は、ホイスラー
構造を備えたものである請求項１乃至４のいずれかの強
磁性形状記憶合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091437A JP2002285269A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 強磁性形状記憶合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091437A JP2002285269A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 強磁性形状記憶合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002285269A true JP2002285269A (ja) | 2002-10-03 |
Family
ID=18946052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001091437A Pending JP2002285269A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 強磁性形状記憶合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002285269A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN100465314C (zh) * | 2007-03-28 | 2009-03-04 | 中国科学院物理研究所 | 一种具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料及其制备方法 |
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| US7688168B2 (en) | 2003-02-27 | 2010-03-30 | University Of Washington | Actuators based on ferromagnetic shape memory alloy composites |
| US7810326B2 (en) | 2003-02-27 | 2010-10-12 | University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Torque actuator incorporating shape memory alloy composites |
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| CN106521245A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-03-22 | 厦门大学 | 一种钴钒硅镓基高温形状记忆合金 |
| CN108677114A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-19 | 南京大学 | 一种在镍锰镓多晶中获得可回复大磁致伸缩效应的方法 |
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-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001091437A patent/JP2002285269A/ja active Pending
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