JP2002531701A - 不純物が増加された高性能な希土類遷移金属磁歪材料 - Google Patents
不純物が増加された高性能な希土類遷移金属磁歪材料Info
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-
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Abstract
(57)【要約】
式(Ｒx1Ｒx2...Ｒx11)1(Ｍy1Ｍy2...Ｍy6)zを有する、不純物が増加された高性能の希土類遷移金属磁歪材料が提供される。各Ｒは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム及びイットリウムからなる元素の群より選択され、０≦ｘ１≦１、０≦ｘ２≦１...０≦ｘ11≦１、かつｘ１＋ｘ２＋...＋ｘ11＝１である。各Ｍは、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム及びケイ素からなる元素の群より選択され、０≦ｙ１≦１、０≦ｙ２≦１...０≦ｙ６≦１、ｙ１＋ｙ２＋...＋ｙ６＝１、かつ1.8≦ｚ≦2.1である。この材料は、酸素不純物、窒素不純物及び炭素不純物を有する。酸素不純物は、6,011〜34,000ppmの範囲の原子パーセントを有する。窒素不純物は、575〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する。炭素不純物は、939〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有する。この材料は、低コストで、許容可能な磁気歪み性能を示す。
Description
【０００１】 本発明は、高性能な磁歪材料に係り、さらに詳細には、希土類遷移金属巨大磁
歪材料に関する。 これまでに、希土類遷移金属磁歪材料が提供されている。例えば、米国特許第
4,308,474号を参照せよ。希土類遷移金属磁歪材料の製造方法も提供されている
。例えば、米国特許第4,609,402号、第4,770,704号、第4,849,034号及び第4,813
,304号を参照せよ。このような巨大磁歪材料の現在の製造方法は、かなり低レベ
ルの不純物を要求し、その結果の合金が通常の取扱いに耐える十分な靱性を有す
ることを確実にしている。例えば、このような巨大磁歪材料の少なくとも１つの
製造業者は、該希土類出発材料の酸素、窒素及び炭素の不純物レベルが、それぞ
れ6,011、575及び939ppm以下であることを要求する。しかし、高レベルの磁気歪
みを示す、より安価な磁歪材料が要望されている。
歪材料に関する。 これまでに、希土類遷移金属磁歪材料が提供されている。例えば、米国特許第
4,308,474号を参照せよ。希土類遷移金属磁歪材料の製造方法も提供されている
。例えば、米国特許第4,609,402号、第4,770,704号、第4,849,034号及び第4,813
,304号を参照せよ。このような巨大磁歪材料の現在の製造方法は、かなり低レベ
ルの不純物を要求し、その結果の合金が通常の取扱いに耐える十分な靱性を有す
ることを確実にしている。例えば、このような巨大磁歪材料の少なくとも１つの
製造業者は、該希土類出発材料の酸素、窒素及び炭素の不純物レベルが、それぞ
れ6,011、575及び939ppm以下であることを要求する。しかし、高レベルの磁気歪
みを示す、より安価な磁歪材料が要望されている。
【０００２】 一般に、本発明の目的は、低コストで合金を製造するために、原材料中の不純
物の量が増加されているにもかかわらず、高レベルの磁気歪みを与える新規かつ
改良された巨大磁歪材料又は合金を提供することである。 本発明の他の目的は、原材料中の酸素、窒素及び炭素不純物の量が増加された
、上記特徴の巨大磁歪材料を提供することである。 本発明のさらなる目的及び特徴は、好ましい実施形態が添付図面と関連して詳
述されている以下の説明から明らかになるだろう。
物の量が増加されているにもかかわらず、高レベルの磁気歪みを与える新規かつ
改良された巨大磁歪材料又は合金を提供することである。 本発明の他の目的は、原材料中の酸素、窒素及び炭素不純物の量が増加された
、上記特徴の巨大磁歪材料を提供することである。 本発明のさらなる目的及び特徴は、好ましい実施形態が添付図面と関連して詳
述されている以下の説明から明らかになるだろう。
【０００３】 一般に、式(Rx1Rx2...Rx11)1(My1My2...My6)zを有する、不純物が増加された
希土類遷移金属磁歪材料又は合金が提供される。式中の各Ｒはランタン、セリウ
ム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプ
ロシウム、ホルミウム、エルビウム及びイットリウムからなる元素の群より選択
され、0≦x1≦1、0≦x2≦1...0≦x11≦1かつx1+x2+...+x11=1である。式中の各M
は、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム及びケイ素からなる元素
の群より選択され、0≦y1≦1、0≦y2≦1...0≦y6≦1かつy1+y2+...+y6=1かつ1.8
≦z≦2.1である。この材料は酸素不純物、窒素不純物及び炭素不純物を有する。
酸素不純物は、6,011〜34,000ppmの範囲の原子パーセントを有する。窒素不純物
は、575〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する。炭素不純物は、939〜21,0
00ppmの範囲の原子パーセントを有する。この材料は低コストで許容可能な磁気
歪み性能を示す。
希土類遷移金属磁歪材料又は合金が提供される。式中の各Ｒはランタン、セリウ
ム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプ
ロシウム、ホルミウム、エルビウム及びイットリウムからなる元素の群より選択
され、0≦x1≦1、0≦x2≦1...0≦x11≦1かつx1+x2+...+x11=1である。式中の各M
は、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム及びケイ素からなる元素
の群より選択され、0≦y1≦1、0≦y2≦1...0≦y6≦1かつy1+y2+...+y6=1かつ1.8
≦z≦2.1である。この材料は酸素不純物、窒素不純物及び炭素不純物を有する。
酸素不純物は、6,011〜34,000ppmの範囲の原子パーセントを有する。窒素不純物
は、575〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する。炭素不純物は、939〜21,0
00ppmの範囲の原子パーセントを有する。この材料は低コストで許容可能な磁気
歪み性能を示す。
【０００４】 さらに詳細には、本発明の低コストの希土類遷移磁歪材料又は合金は、式(Rx1 Rx2...Rx11)1(My1My2...My6)zを有し、式中、各Rは希土類元素、好ましくはラン
タン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、
ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エ
ルビウム(Er)又はイットリウム(Y)のいずれかである。後述の実施例により理解
されるように、前記式にこれら元素のいずれの組合せも与えうる。前記式におい
て、0≦x1≦1、0≦x2≦1...0≦x11≦1、すなわち、0≦x1≦1、0≦x2≦1、0≦x3
≦1、0≦x4≦1、0≦x5≦1、0≦x6≦1、0≦x7≦1、0≦x8≦1、0≦x9≦1、0≦x10
≦1及び0≦x11≦1である。さらに、x1+x2+...+x11=1、すなわちx1+x2+x3+x4+x5+x
6+x7+x8+x9+x10+x11=1である。該希土類原子の組成は、磁歪の異方性、すなわち
合金の巨大磁歪応答を生じる特質を与える。
タン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、
ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エ
ルビウム(Er)又はイットリウム(Y)のいずれかである。後述の実施例により理解
されるように、前記式にこれら元素のいずれの組合せも与えうる。前記式におい
て、0≦x1≦1、0≦x2≦1...0≦x11≦1、すなわち、0≦x1≦1、0≦x2≦1、0≦x3
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6+x7+x8+x9+x10+x11=1である。該希土類原子の組成は、磁歪の異方性、すなわち
合金の巨大磁歪応答を生じる特質を与える。
【０００５】 前記式の各Ｍは遷移金属又は半金属（metalloid）であり、好ましくは以下の
元素の１つである：鉄(Fe)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、アル
ミニウム(Al)又はケイ素(Si)。後述の実施例により理解されるように、前記式に
これら元素のいずれの組合せも与えうる。前記式において、0≦y1≦1、0≦y2≦1
...0≦y6≦1、すなわち、0≦y1≦1、0≦y2≦1、0≦y3≦1、0≦y4≦1、0≦y5≦1
及び0≦y6≦1である。さらに、y1+y2+...+y6=1、すなわちy1+y2+y3+y4+y5+y6=1
であり、かつ1.8≦z≦2.1である。最終的な合金中の該遷移金属及び／又は半金
属の組成は、種々多様な用途に合金を最適化する合金の磁気特性に影響を与える
。
元素の１つである：鉄(Fe)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、アル
ミニウム(Al)又はケイ素(Si)。後述の実施例により理解されるように、前記式に
これら元素のいずれの組合せも与えうる。前記式において、0≦y1≦1、0≦y2≦1
...0≦y6≦1、すなわち、0≦y1≦1、0≦y2≦1、0≦y3≦1、0≦y4≦1、0≦y5≦1
及び0≦y6≦1である。さらに、y1+y2+...+y6=1、すなわちy1+y2+y3+y4+y5+y6=1
であり、かつ1.8≦z≦2.1である。最終的な合金中の該遷移金属及び／又は半金
属の組成は、種々多様な用途に合金を最適化する合金の磁気特性に影響を与える
。
【０００６】 本発明の巨大磁歪材料の代替式は、R1Mzであり、式中、RはLax1Cex2Prx3Ndx4S
mx5Gdx6Tbx7Dyx8Hox9Erx10Yx11であり、かつMはFey1Mny2Coy3Niy4Aly5Siy6であ
る。前記代替式において、0≦x1≦1、0≦x2≦1、0≦x3≦1、0≦x4≦1、0≦x5≦1
、0≦x6≦1、0≦x7≦1、0≦x8≦1、0≦x9≦1、0≦x10≦1及び0≦x11≦1であり、
かつx1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11=1である。さらに、0≦y1≦1、0≦y2≦
1、0≦y3≦1、0≦y4≦1、0≦y5≦1及び0≦y6≦1である。さらに、y1+y2+y3+y4+y
5+y6=1、かつ1.8≦z≦2.1である。理解されるように、前記代替式のRは、希土類
元素の群の１種以上であり、好ましくは元素ランタン、セリウム、プラセオジム
、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミ
ウム、エルビウム及びイットリウムの１種以上である。前記代替式のMは、遷移
金属又は半金属の群の１種以上であり、好ましくは元素鉄、マンガン、コバルト
、ニッケル、アルミニウム及びケイ素の１種以上である。
mx5Gdx6Tbx7Dyx8Hox9Erx10Yx11であり、かつMはFey1Mny2Coy3Niy4Aly5Siy6であ
る。前記代替式において、0≦x1≦1、0≦x2≦1、0≦x3≦1、0≦x4≦1、0≦x5≦1
、0≦x6≦1、0≦x7≦1、0≦x8≦1、0≦x9≦1、0≦x10≦1及び0≦x11≦1であり、
かつx1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11=1である。さらに、0≦y1≦1、0≦y2≦
1、0≦y3≦1、0≦y4≦1、0≦y5≦1及び0≦y6≦1である。さらに、y1+y2+y3+y4+y
5+y6=1、かつ1.8≦z≦2.1である。理解されるように、前記代替式のRは、希土類
元素の群の１種以上であり、好ましくは元素ランタン、セリウム、プラセオジム
、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミ
ウム、エルビウム及びイットリウムの１種以上である。前記代替式のMは、遷移
金属又は半金属の群の１種以上であり、好ましくは元素鉄、マンガン、コバルト
、ニッケル、アルミニウム及びケイ素の１種以上である。
【０００７】 前記式及び前記代替式の巨大磁歪材料の特に好ましい式は、(TbxDy1-x)1Fe1.8 -2.1 であり、式中0≦x≦1である。このような特に好ましい巨大磁歪材料は、一
般にTERFENOL-Dと呼ばれている。前記式又は前記代替式の普遍性を制限するもの
ではないが、前記式及び前記代替式に包含される他の材料又は合金としては以下
が挙げられる： (Smx1Dy1-x1)1Fe1.8-2.1、式中0≦x1≦1; (Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1Fe1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦x2≦1かつx1+x2≦0.5; (Smx1Ho1-x1)1Fe1.8-2.1、式中0≦x1≦1; (Smx1Ho1-x1)1(Coy1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦1; (Tbx1Dy1-x1)1(Mny1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦0.5; (Tbx1Dy1-x1)1(Coy1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦1; (Tbx1Dy1-x1)1(Niy1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦1; (Tbx1Dy1-x1)1(Aly1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦0.1; (Tbx1Dy1-x1)1(Aly1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦y1≦1かつ0≦y2
≦0.5; (Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1(Aly1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦x2≦0.5、x1+x2≦
1かつ0≦y1≦0.1; (Tbx1Dy1-x1)1(Coy1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦y2≦0.
5かつy1+y2≦1;及び (Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1(Coy1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦x2≦0.5、
x1+x2≦1、0≦y1≦1、0≦y2≦0.5かつy1+y2≦1。
般にTERFENOL-Dと呼ばれている。前記式又は前記代替式の普遍性を制限するもの
ではないが、前記式及び前記代替式に包含される他の材料又は合金としては以下
が挙げられる： (Smx1Dy1-x1)1Fe1.8-2.1、式中0≦x1≦1; (Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1Fe1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦x2≦1かつx1+x2≦0.5; (Smx1Ho1-x1)1Fe1.8-2.1、式中0≦x1≦1; (Smx1Ho1-x1)1(Coy1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦1; (Tbx1Dy1-x1)1(Mny1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦0.5; (Tbx1Dy1-x1)1(Coy1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦1; (Tbx1Dy1-x1)1(Niy1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦1; (Tbx1Dy1-x1)1(Aly1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1かつ0≦y1≦0.1; (Tbx1Dy1-x1)1(Aly1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦y1≦1かつ0≦y2
≦0.5; (Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1(Aly1Fe1-y1)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦x2≦0.5、x1+x2≦
1かつ0≦y1≦0.1; (Tbx1Dy1-x1)1(Coy1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦y2≦0.
5かつy1+y2≦1;及び (Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1(Coy1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1、式中0≦x1≦1、0≦x2≦0.5、
x1+x2≦1、0≦y1≦1、0≦y2≦0.5かつy1+y2≦1。
【０００８】 本発明の巨大磁歪材料又は合金は、限定するものではないが、フリースタンデ
ィングゾーンメルト法、ブリッジマン(Bridgman)若しくは改良ブリッジマン法、
焼結粉末加工法及びチョクラルスキー(Czochralski)結晶成長法を含む、磁歪材
料製造の公知のいずれの方法によっても調製することができ、高分子マトリック
スコンポシット又は金属マトリックスコンポジットに配合（compound）できる。
そのように調製されて整列化結晶構造又は多結晶構造が生じると、各材料又は合
金は磁気歪みを有し、該材料の磁歪の異方性を利用して、印加磁場に応じて最適
化された長さの巨視的変化を与える。
ィングゾーンメルト法、ブリッジマン(Bridgman)若しくは改良ブリッジマン法、
焼結粉末加工法及びチョクラルスキー(Czochralski)結晶成長法を含む、磁歪材
料製造の公知のいずれの方法によっても調製することができ、高分子マトリック
スコンポシット又は金属マトリックスコンポジットに配合（compound）できる。
そのように調製されて整列化結晶構造又は多結晶構造が生じると、各材料又は合
金は磁気歪みを有し、該材料の磁歪の異方性を利用して、印加磁場に応じて最適
化された長さの巨視的変化を与える。
【０００９】 本発明の材料及び合金は、それぞれ酸素不純物、窒素不純物及び炭素不純物を
有する。磁歪材料の技術の当業者には明かなように、このような材料又は合金は
、それぞれ、Ｒ1Ｍ2ラーベス相Ｃ15型構造に結晶化する(希土類)1(金属)2金属間
化合物相と、希土類に富む共融相とから成る。以前は、合金の製造に使用される
原材料に存在する酸素、窒素及び炭素不純物は、おそらく、熱力学的に安定な化
合物の形態で、分散粒子として希土類に富む共融相内に存在すると考えられてい
た。磁歪合金の共融相が、この合金系の主要な強化メカニズムであることは知ら
れているので、共融相内のこれら粒子の存在は、この強化メカニズムを妨害し、
それによって最終的な合金の靱性をかなり減少させると考えられた。最終的な合
金の磁歪のメカニズムは、(希土類)1(遷移金属)2相内の磁区壁の移動に関係する
。従って、共融相内の不純物の濃度は、その材料の磁歪性能に影響しないと考え
られた。
有する。磁歪材料の技術の当業者には明かなように、このような材料又は合金は
、それぞれ、Ｒ1Ｍ2ラーベス相Ｃ15型構造に結晶化する(希土類)1(金属)2金属間
化合物相と、希土類に富む共融相とから成る。以前は、合金の製造に使用される
原材料に存在する酸素、窒素及び炭素不純物は、おそらく、熱力学的に安定な化
合物の形態で、分散粒子として希土類に富む共融相内に存在すると考えられてい
た。磁歪合金の共融相が、この合金系の主要な強化メカニズムであることは知ら
れているので、共融相内のこれら粒子の存在は、この強化メカニズムを妨害し、
それによって最終的な合金の靱性をかなり減少させると考えられた。最終的な合
金の磁歪のメカニズムは、(希土類)1(遷移金属)2相内の磁区壁の移動に関係する
。従って、共融相内の不純物の濃度は、その材料の磁歪性能に影響しないと考え
られた。
【００１０】 巨大磁歪合金製造の生産プロセスの制御における最近の進歩により、合金製造
に使用する原材料内の最初の不純物レベルを含む、種々のプロセス変更の影響に
ついての優れた解決法が確立された。図１〜５には、TERFENOL-D製造用の希土類
出発原料中の酸素、窒素及び炭素不純物レベルに対するTERFENOL-Dの磁気歪みの
関係が示されている。図１〜５のそれぞれについて５つのデータ点が示され、対
応するデータ点が、図中に対応する番号で表示されている。 図２〜５から最も明らかにわかるように、最終的な合金の磁気歪みは、その原
材料中の酸素、窒素及び炭素不純物のレベルが増加するにつれて減少している。
この、不純物含量の関数としての磁歪性能の減少は、これらの不純物が(希土類) 1 (金属)2相内に位置し、かつ最終的な合金の希土類に富む共融相内には本来集中
しないにちがいないことを示している。(希土類)1(金属)2相内のこれらのさらな
る粒子の存在は、壁の動きを制限するこれら粒子による磁区壁の押さえつけのた
め、最終的な合金の性能を阻害する。このように、所定の入力ドライブ磁場によ
り、このような最終的な合金内で生成される磁気歪みの量は、不純物が低レベル
でかつ同一の入力ドライブ磁場がかけられている、匹敵する磁歪合金の磁気歪み
の量に比し、低い。
に使用する原材料内の最初の不純物レベルを含む、種々のプロセス変更の影響に
ついての優れた解決法が確立された。図１〜５には、TERFENOL-D製造用の希土類
出発原料中の酸素、窒素及び炭素不純物レベルに対するTERFENOL-Dの磁気歪みの
関係が示されている。図１〜５のそれぞれについて５つのデータ点が示され、対
応するデータ点が、図中に対応する番号で表示されている。 図２〜５から最も明らかにわかるように、最終的な合金の磁気歪みは、その原
材料中の酸素、窒素及び炭素不純物のレベルが増加するにつれて減少している。
この、不純物含量の関数としての磁歪性能の減少は、これらの不純物が(希土類) 1 (金属)2相内に位置し、かつ最終的な合金の希土類に富む共融相内には本来集中
しないにちがいないことを示している。(希土類)1(金属)2相内のこれらのさらな
る粒子の存在は、壁の動きを制限するこれら粒子による磁区壁の押さえつけのた
め、最終的な合金の性能を阻害する。このように、所定の入力ドライブ磁場によ
り、このような最終的な合金内で生成される磁気歪みの量は、不純物が低レベル
でかつ同一の入力ドライブ磁場がかけられている、匹敵する磁歪合金の磁気歪み
の量に比し、低い。
【００１１】 酸素、窒素及び炭素不純物が磁歪合金の共融相内にだけ集中しないという発見
により、最終的な合金の靱性に悪影響を及ぼすことなく、これら不純物のレベル
を緩和できる。合金によって生じる磁気歪みの量に対するこれら不純物の相関に
より、個々の不純物についてもまた不純物を組み合わせても、最適の歪み性能を
有する磁歪合金の製造に使用するのに従前認められていたよりも、さらに多い酸
素、窒素及び炭素不純物を有する原材料が可能となる。原材料中の不純物レベル
の緩和は、原材料のコスト、ひいては最終的な合金のコストを実質的に低減する
ことができる。
により、最終的な合金の靱性に悪影響を及ぼすことなく、これら不純物のレベル
を緩和できる。合金によって生じる磁気歪みの量に対するこれら不純物の相関に
より、個々の不純物についてもまた不純物を組み合わせても、最適の歪み性能を
有する磁歪合金の製造に使用するのに従前認められていたよりも、さらに多い酸
素、窒素及び炭素不純物を有する原材料が可能となる。原材料中の不純物レベル
の緩和は、原材料のコスト、ひいては最終的な合金のコストを実質的に低減する
ことができる。
【００１２】 本発明の材料又は合金は、少なくとも6,011ppm、好ましくは6,011〜34,000ppm
の範囲の原子パーセントを有する酸素不純物、少なくとも575ppm、好ましくは57
5〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純物及び少なくとも939ppm
、好ましくは939〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素不純物（図２
〜４参照）、かつ少なくとも7,525ppm、好ましくは7,525〜59,400ppmの酸素、窒
素及び炭素の総計不純物レベル（図５参照）を有する。このような好ましい範囲
内で、種々のさらに好ましい範囲が存在する。
の範囲の原子パーセントを有する酸素不純物、少なくとも575ppm、好ましくは57
5〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純物及び少なくとも939ppm
、好ましくは939〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素不純物（図２
〜４参照）、かつ少なくとも7,525ppm、好ましくは7,525〜59,400ppmの酸素、窒
素及び炭素の総計不純物レベル（図５参照）を有する。このような好ましい範囲
内で、種々のさらに好ましい範囲が存在する。
【００１３】 さらに好ましい１つの範囲は、10,000〜16,000ppmの範囲の原子パーセントを
有する酸素不純物、1,200〜2,000ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純
物及び4,800〜9,000ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素不純物、かつ16,00
0〜27,000ppmの範囲の酸素、窒素及び炭素の総計不純物レベルを必要とする。こ
れら範囲内で製造される合金は、最適の磁気歪み性能を示し、かつ現在製造され
ている磁歪合金に比し、50〜70％も節約して生産できる。フリースタンディング
ゾーンメルト法で調製された場合の最適な磁気歪み性能は、39500A/m(500エルス
テッド)の磁場が材料に印加され、かつ該材料が７MPa(1000ポンド／平方インチ)
の圧縮プレストレス下にあるときに測定される900ppm以上と定義される。ブリッ
ジマン若しくは改良ブリッジマン法で調製された合金の最適な磁気歪み性能は、
39500A/m(500エルステッド)の磁場が材料に印加され、かつ該材料が７MPa(1000
ポンド／平方インチ)の圧縮プレストレス下にあるときに測定される600ppm以上
と定義される。
有する酸素不純物、1,200〜2,000ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純
物及び4,800〜9,000ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素不純物、かつ16,00
0〜27,000ppmの範囲の酸素、窒素及び炭素の総計不純物レベルを必要とする。こ
れら範囲内で製造される合金は、最適の磁気歪み性能を示し、かつ現在製造され
ている磁歪合金に比し、50〜70％も節約して生産できる。フリースタンディング
ゾーンメルト法で調製された場合の最適な磁気歪み性能は、39500A/m(500エルス
テッド)の磁場が材料に印加され、かつ該材料が７MPa(1000ポンド／平方インチ)
の圧縮プレストレス下にあるときに測定される900ppm以上と定義される。ブリッ
ジマン若しくは改良ブリッジマン法で調製された合金の最適な磁気歪み性能は、
39500A/m(500エルステッド)の磁場が材料に印加され、かつ該材料が７MPa(1000
ポンド／平方インチ)の圧縮プレストレス下にあるときに測定される600ppm以上
と定義される。
【００１４】 他のさらに好ましい範囲は、6,011〜10,000ppmの範囲の原子パーセントを有す
る酸素不純物、575〜1,200ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純物及び9
39〜4,800ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素素不純物、かつ7,525〜16,00
0ppmの範囲の酸素、窒素及び炭素の総計不純物レベルを必要とする。これらの範
囲内で製造される合金は、現在製造されている磁歪合金に比し、10〜20％製造コ
ストが低減され、より良い最適の磁気歪み性能を示す。
る酸素不純物、575〜1,200ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純物及び9
39〜4,800ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素素不純物、かつ7,525〜16,00
0ppmの範囲の酸素、窒素及び炭素の総計不純物レベルを必要とする。これらの範
囲内で製造される合金は、現在製造されている磁歪合金に比し、10〜20％製造コ
ストが低減され、より良い最適の磁気歪み性能を示す。
【００１５】 他のさらに好ましい範囲は、16,000〜34,000ppmの範囲の原子パーセントを有
する酸素不純物、2,000〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純物
及び9,000〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素素不純物、かつ27,0
00〜59,400ppmの範囲の酸素、窒素及び炭素の総計不純物レベルを必要とする。
これら範囲内で製造される合金は、現在製造されている磁歪合金に比し、70〜90
％製造コストが低減され、最適性は劣るが競合的な磁気歪み性能を示す。
する酸素不純物、2,000〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有する窒素不純物
及び9,000〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有する炭素素不純物、かつ27,0
00〜59,400ppmの範囲の酸素、窒素及び炭素の総計不純物レベルを必要とする。
これら範囲内で製造される合金は、現在製造されている磁歪合金に比し、70〜90
％製造コストが低減され、最適性は劣るが競合的な磁気歪み性能を示す。
【００１６】 本発明の合金に必要とされる不純物の範囲は、それぞれ酸素、窒素及び炭素不
純物の量が増加された希土類出発原料で作られた材料の10〜14試料の５つの試験
バッチから得られた５つのデータ点から生成した。集めたデータのノイズ又はバ
ラツキを排除するため、かつ合金材料中の不純物レベルと、得られる歪み性能と
の間に何らかの関係があるかどうかを決定するため、その一般データセットをこ
れら５つのバッチに対してより正確にして、出発原料中の不純物レベルを除き同
一の条件下で製造される試料を含ませた。製造時に整えられる条件は、結晶成長
の方法、システムオペレーター、試料の直径、試料の長さ及び材料の測定に用い
る試験備品を含む。また、一般データセットをより正確にし、短い時間をカバー
して製造設備の一般状態を一定に保った。各データ点は、出発原料の公知の組合
せから作られた試料の集合から得られた情報を表し、データ点は、試料のこのよ
うな集合の平均不純物レベルにある。このような平均不純物レベルに対する平均
的な歪み性能は、試料のこのような集合のそれぞれについての単一のデータ点に
よって示される。
純物の量が増加された希土類出発原料で作られた材料の10〜14試料の５つの試験
バッチから得られた５つのデータ点から生成した。集めたデータのノイズ又はバ
ラツキを排除するため、かつ合金材料中の不純物レベルと、得られる歪み性能と
の間に何らかの関係があるかどうかを決定するため、その一般データセットをこ
れら５つのバッチに対してより正確にして、出発原料中の不純物レベルを除き同
一の条件下で製造される試料を含ませた。製造時に整えられる条件は、結晶成長
の方法、システムオペレーター、試料の直径、試料の長さ及び材料の測定に用い
る試験備品を含む。また、一般データセットをより正確にし、短い時間をカバー
して製造設備の一般状態を一定に保った。各データ点は、出発原料の公知の組合
せから作られた試料の集合から得られた情報を表し、データ点は、試料のこのよ
うな集合の平均不純物レベルにある。このような平均不純物レベルに対する平均
的な歪み性能は、試料のこのような集合のそれぞれについての単一のデータ点に
よって示される。
【００１７】 図１〜５は、希土類出発原料、ひいてはそれによって製造される磁歪合金中の
酸素、窒素及び炭素の総量が、生成合金の磁気歪み性能に影響することを示して
いる。さらに、出発原料中の酸素、窒素及び炭素の個々の不純物は、それぞれ磁
歪材料の歪み性能に影響を与える。酸素については、図２に示されるように、酸
素不純物レベルと歪み性能との間の強い相関、及び窒素と炭素不純物に相対して
実質的に多く存在することは、希土類出発原料中の酸素不純物レベルが、生成す
る磁歪合金の歪み性能に影響するという結論を支持している。
酸素、窒素及び炭素の総量が、生成合金の磁気歪み性能に影響することを示して
いる。さらに、出発原料中の酸素、窒素及び炭素の個々の不純物は、それぞれ磁
歪材料の歪み性能に影響を与える。酸素については、図２に示されるように、酸
素不純物レベルと歪み性能との間の強い相関、及び窒素と炭素不純物に相対して
実質的に多く存在することは、希土類出発原料中の酸素不純物レベルが、生成す
る磁歪合金の歪み性能に影響するという結論を支持している。
【００１８】 窒素と炭素については、図１及び５から、データ点２と３の材料が、非常に類
似した歪み性能レベルと、非常に類似した不純物レベルを有することがわかる。
しかし、このような材料は両方とも非常に類似した酸素レベルを有するが（図１
〜２参照）、データ点２の材料はデータ点３の材料よりも少量の窒素と、多量の
炭素不純物を有する（図１及び３〜４参照）。この相関は、希土類出発原料の窒
素不純物レベルと炭素不純物レベルは、それぞれ磁歪材料製品の歪み性能に影響
を与え、さらに具体的には、それぞれ歪み性能に同様の影響を与えることを示し
ている。
似した歪み性能レベルと、非常に類似した不純物レベルを有することがわかる。
しかし、このような材料は両方とも非常に類似した酸素レベルを有するが（図１
〜２参照）、データ点２の材料はデータ点３の材料よりも少量の窒素と、多量の
炭素不純物を有する（図１及び３〜４参照）。この相関は、希土類出発原料の窒
素不純物レベルと炭素不純物レベルは、それぞれ磁歪材料製品の歪み性能に影響
を与え、さらに具体的には、それぞれ歪み性能に同様の影響を与えることを示し
ている。
【００１９】 データ点２及び３に対してデータ点４を比較すると、図１〜２から、データ点
４の材料が、データ点２及び３の材料よりほんの僅かに酸素不純物の量が多いこ
とがわかり、図１と４から、データ点４の材料が、データ点２及び３の材料に対
してかなり多量の炭素不純物を有することがわかる。図１と５は、データ点４の
材料が、データ点２及び３の材料より低い歪み性能を有することを示している。
前述のことは、磁歪材料の歪み性能は、歪み低下の量が酸素不純物の量の変化だ
けに比例するわけではなく、全不純物レベルの全体的な変化に比例するので、酸
素不純物の量だけで決定されないという結論を支持している。
４の材料が、データ点２及び３の材料よりほんの僅かに酸素不純物の量が多いこ
とがわかり、図１と４から、データ点４の材料が、データ点２及び３の材料に対
してかなり多量の炭素不純物を有することがわかる。図１と５は、データ点４の
材料が、データ点２及び３の材料より低い歪み性能を有することを示している。
前述のことは、磁歪材料の歪み性能は、歪み低下の量が酸素不純物の量の変化だ
けに比例するわけではなく、全不純物レベルの全体的な変化に比例するので、酸
素不純物の量だけで決定されないという結論を支持している。
【００２０】 データ点１をデータ点５と比較して証明されるように、歪み性能に及ぼす酸素
、窒素及び炭素不純物の個々の影響を一般化して、これら元素の全不純物レベル
を表すことができる。データ点５の材料は、データ点１の材料の３倍多い窒素（
図１と３参照）、２と１／２倍多い酸素（図１〜２参照）及び３倍多い炭素（図
１と４参照）を含んでいた。図５は、データ点５の材料の歪み性能が、データ点
１の材料に比し、存在する酸素、窒素及び炭素不純物の全量に比例して、かつこ
れら不純物の個々の量に相対的に比例するように、減少することを示している。
、窒素及び炭素不純物の個々の影響を一般化して、これら元素の全不純物レベル
を表すことができる。データ点５の材料は、データ点１の材料の３倍多い窒素（
図１と３参照）、２と１／２倍多い酸素（図１〜２参照）及び３倍多い炭素（図
１と４参照）を含んでいた。図５は、データ点５の材料の歪み性能が、データ点
１の材料に比し、存在する酸素、窒素及び炭素不純物の全量に比例して、かつこ
れら不純物の個々の量に相対的に比例するように、減少することを示している。
【００２１】 図１〜５から、希土類出発原料中の不純物が適度に増加すると、歪み性能の減
少がほんのわずかであることが分かる。このような不純物レベルの適度な増加は
、希土類出発原料、ひいては結果として生成される磁歪合金のコストを実質的に
低減することになる。希土類出発原料中の不純レベルが僅かに多く増加すると、
歪み性能はかなり減少するが、コストを有意に減少することになる。このような
不純物レベルのさらなる増加は、歪み性能をさらに減少させるが、製造コストを
実質的に低減することにもなる。
少がほんのわずかであることが分かる。このような不純物レベルの適度な増加は
、希土類出発原料、ひいては結果として生成される磁歪合金のコストを実質的に
低減することになる。希土類出発原料中の不純レベルが僅かに多く増加すると、
歪み性能はかなり減少するが、コストを有意に減少することになる。このような
不純物レベルのさらなる増加は、歪み性能をさらに減少させるが、製造コストを
実質的に低減することにもなる。
【００２２】 前述のことから、合金製造用原材料中の不純物の量が増加されているにもかか
わらず、低コストで、磁気歪みの高レベルを与える新規かつ改良された巨大磁歪
材料が提供されることがわかる。具体的には、この巨大磁歪材料は、原材料中の
酸素、窒素及び炭素不純物が増量されている。
わらず、低コストで、磁気歪みの高レベルを与える新規かつ改良された巨大磁歪
材料が提供されることがわかる。具体的には、この巨大磁歪材料は、原材料中の
酸素、窒素及び炭素不純物が増量されている。
【図１】 ５つの試験バッチの希土類出発材料中の不純物レベル及びそれによって生成さ
れた５つの試験バッチの平均磁気歪みを示す表である。
れた５つの試験バッチの平均磁気歪みを示す表である。
【図２】 図１のデータから作成したグラフで、磁気歪み対合金中の酸素不純物レベルを
示す。
示す。
【図３】 図１のデータから作成したグラフで、磁気歪み対合金中の窒素不純物レベルを
示す。
示す。
【図４】 図１のデータから作成したグラフで、磁気歪み対合金中の炭素不純物レベルを
示す。
示す。
【図５】 図１のデータから作成したグラフで、磁気歪み対合金中の酸素、窒素及び炭素
の総計の不純物レベルを示す。
の総計の不純物レベルを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０３ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０３Ｚ Ｈ０１Ｌ 41/20 Ｈ０１Ｌ 41/20 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (18)
- 【請求項１】 式(Rx1Rx2...Rx11)1(My1My2...My6)zを有する、不純物が増
加された希土類遷移金属磁歪材料であって、 式中、 各Ｒは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリ
ニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム及びイットリウ
ムからなる元素の群より選択され、0≦x1≦1、0≦x2≦1...0≦x11≦1、かつx1+x
2+...+x11=1であり、かつ 各Ｍは、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、アルミニウム及びケイ素からな
る元素の群より選択され、0≦y1≦1、0≦y2≦1...0≦y6≦1、y1+y2+...+y6=1、
かつ1.8≦z≦2.1であり、 該材料は、整列化結晶構造又は多結晶構造を生じるように調製されると磁気歪
みを有し、該材料の磁歪の異方性を利用して、印加磁場に応じて最適化された長
さの巨視的変化を与え、該材料は、酸素不純物、窒素不純物及び炭素不純物を有
し、前記酸素不純物が、6,011〜34,000ppmの範囲の原子パーセントを有し、前記
窒素不純物が、575〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有し、かつ前記炭素不
純物が、939〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有することによって、低コス
トで、許容可能な磁気歪み性能を示す材料。 - 【請求項２】 式(Smx1Dy1-x1)1Fe1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1である請求
項１に記載の材料。 - 【請求項３】 式(Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1Fe1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1、0
≦x2≦0.5かつx1+x2≦1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項４】 式(Smx1Ho1-x1)1Fe1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1である請求
項１に記載の材料。 - 【請求項５】 式(Smx1Ho1-x1)1(Coy1Fe1-y1)1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1
かつ0≦y1≦1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項６】 式(Tbx1Dy1-x1)1(Mny1Fe1-y1)1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1
かつ0≦y1≦0.5である請求項１に記載の材料。 - 【請求項７】 式(Tbx1Dy1-x1)1(Coy1Fe1-y1)1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1
かつ0≦y1≦1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項８】 式(Tbx1Dy1-x1)1(Niy1Fe1-y1)1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1
かつ0≦y1≦1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項９】 式(Tbx1Dy1-x1)1(Aly1Fe1-y1)1.8-2.1を有し、式中0≦x1≦1
かつ0≦y1≦0.1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項１０】 式(Tbx1Dy1-x1)1(Aly1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1を有し、式
中0≦x1≦1、0≦y1≦0.1かつ0≦y2≦0.5である請求項１に記載の材料。 - 【請求項１１】 式(Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1(Aly1Fe1-y1)1.8-2.1を有し、式
中0≦x1≦1、0≦x2≦0.5、x1+x2≦1かつ0≦y1≦0.1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項１２】 式(Tbx1Dy1-x1)1(Coy1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1を有し、式
中0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦y2≦0.5かつy1+y2≦1である請求項１に記載の材料。 - 【請求項１３】 式(Tbx1Dy1-x1-x2Hox2)1(Coy1Mny2Fe1-y1-y2)1.8-2.1を有
し、式中0≦x1≦1、0≦x2≦0.5、x1+x2≦1、0≦y1≦1、0≦y2≦0.5かつy1+y2≦1であ
る請求項１に記載の材料。 - 【請求項１４】 前記酸素不純物が10,000〜34,000ppmの範囲の原子パーセ
ントを有し、前記窒素不純物が1,200〜4,400ppmの範囲の原子パーセントを有し
、かつ前記炭素不純物が4,800〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有すること
によって、前記材料が、有意に低コストで、許容可能な磁気歪み性能を示す請求
項１に記載の材料。 - 【請求項１５】 式(TbxDy1-x)1Fe1.8-2.1（式中、0≦x≦1）を有する、不
純物が増加された希土類遷移金属磁歪材料であって、該材料は、整列化結晶構造
又は多結晶構造が生じるように調製されると磁気歪みを有し、該材料の磁歪の異
方性を利用して、印加磁場に応じて最適化された長さの巨視的変化を与え、かつ
該材料は、酸素不純物、窒素不純物及び炭素不純物を有し、前記酸素不純物が、
6,011〜34,000ppmの範囲の原子パーセントを有し、前記窒素不純物が、575〜4,4
00ppmの範囲の原子パーセントを有し、かつ前記炭素不純物が、939〜21,000ppm
の範囲の原子パーセントを有することによって、低コストで、許容可能な磁気歪
み性能を示す材料。 - 【請求項１６】 前記酸素不純物が、6,011〜16,000ppmの範囲の原子パーセ
ントを有し、前記窒素不純物が、575〜2,000ppmの範囲の原子パーセントを有し
、かつ前記炭素不純物が、939〜9,000ppmの範囲の原子パーセントを有し、該材
料は、フリースタンディングゾーンメルト法で調製された場合、39500A/m(500エ
ルステッド)の磁場が該材料に印加され、かつ該材料が７MPa(1000ポンド／平方
インチ)の圧縮プレストレス下にあるときに、少なくとも約900ppmの磁気歪みを
有することによって、該材料中の比較的高レベルのこれら酸素不純物、窒素不純
物及び炭素不純物の組合せが、該材料の磁気歪み性能に実質的に有害でない、請
求項１５に記載の材料。 - 【請求項１７】 前記酸素不純物が、6,011〜16,000ppmの範囲の原子パーセ
ントを有し、前記窒素不純物が、575〜2,000ppmの範囲の原子パーセントを有し
、かつ前記炭素不純物が、939〜9,000ppmの範囲の原子パーセントを有し、該材
料は、ブリッジマン若しくは改良ブリッジマン法で調製された場合、39500A/m(5
00エルステッド)の磁場が該材料に印加され、かつ該材料が７MPa(1000ポンド／
平方インチ)の圧縮プレストレス下にあるときに、少なくとも約600ppmの磁気歪
みを有することによって、該材料中の比較的高レベルのこれら酸素不純物、窒素
不純物及び炭素不純物の組合せが、該材料の磁気歪み性能に実質的に有害でない
、請求項１５に記載の材料。 - 【請求項１８】 前記酸素不純物が、10,000〜34,000ppmの範囲の原子パー
セントを有し、前記窒素不純物が、1,200〜4,4000ppmの範囲の原子パーセントを
有し、かつ前記炭素不純物が、4,800〜21,000ppmの範囲の原子パーセントを有す
ることによって、有意に低コストで、許容可能な磁気歪み性能を示す請求項１５
に記載の材料。
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