JP2004515644A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 重量％の単位で、
Ｃｏを１０から２０％と、
Ｓｉを微量から２．５％と、
Ａｌを微量から２％と、
Ｍｎを０．１から１％と、
Ｃを微量から０．０１００％と、
Ｏ、Ｎ、およびＳの含有率の合計が微量から０．００７０％と、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、およびＭｎの含有率の合計が１．１から３．５％と、
Ｃｒ、ＭｏおよびＶの含有率の合計が微量から３％と、
ＴａおよびＮｂの含有率の合計が微量から１％と、
を含み、残分は鉄と精錬で生じる不純物であり、
１．２３（Ａｌ＋Ｍｏ）％＋０．８４（Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｖ）％−０．１５（Ｃｏ％−１５）≦２．１であり、
１４．５（Ａｌ＋Ｃｒ）％＋１２（Ｖ＋Ｍｏ）％＋２５Ｓｉ％≧４０
であることを特徴とする鉄−コバルト合金。
【請求項２】 Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、ＭｏおよびＭｎの含有率の合計が１．５から３．５％であることを特徴とする請求項１に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項３】 １４から２０％のＣｏを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項４】 ＴａおよびＮｂの含有率の合計が０．０５から０．８％であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項５】 ＣｒおよびＶの含有率の合計が１．１から３％であり、Ｓｉ、Ａｌ、およびＭｏの含有率の合計が微量から１％であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項６】 ＣｒおよびＶの含有率の合計が１．５から３％であることを特徴とする請求項５に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項７】 破断時伸びが３５％以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項８】 ＳｉおよびＡｌの含有率の合計が１から２．６％であり、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、およびＮｂの含有率の合計が微量から２％であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項９】 焼きなまし後硬度ＨＶが２００以上であることを特徴とする請求項８に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項１０】 飽和磁化が１５０℃で２．１Ｔ以上、２０℃で２．１２Ｔ以上であり、抵抗率が１５０℃で３５μΩ・ｃｍ以上、２０℃で３１μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項１１】 ２０℃および１５０℃における保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅ ｆｉｅｌｄ）が１．５Ｏｅ未満であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項１２】 ２０℃および１５０℃における保磁力が１．０Ｏｅ未満であることを特徴とする請求項１１に記載の鉄−コバルト合金。
【請求項１３】 鉄−コバルト合金から製造されるバー、ロッド、またはプレートであって、前記合金は請求項１から１２のいずれか１項に記載の種類のものであり、バー、ロッド、またはプレートのグレイン（ｇｒａｉｎｓ）の少なくとも３０％（材料の体積％）が、熱間圧延方向に対して２０°未満でずれた優先的な＜１００＞軸繊維集合組織を有することを特徴とするバー、ロッド、またはプレート。
【請求項１４】 バー、ロッド、またはプレートのグレインの少なくとも５０％が、熱間圧延方向に対して２０°未満でずれた優先的な＜１００＞軸繊維集合組織を有することを特徴とする請求項１３に記載のバー、ロッド、またはプレート。
【請求項１５】 鉄−コバルト合金から製造される圧延プレートまたはシートであって、前記合金は請求項１から１２のいずれか１項に記載の種類のものであり、グレインの少なくとも３０％（材料の体積％）が、熱間圧延方向に対して２０°未満でずれた、＜１００＞軸集合組織成分を有することを特徴とする圧延プレートまたはシート。
【請求項１６】 グレインの少なくとも５０％が、熱間圧延方向に対して２０°未満でずれた、＜１００＞軸集合組織成分を有することを特徴とする請求項１５に記載の圧延プレートまたはシート。
【請求項１７】 請求項１３から１６のいずれか１項に記載の圧延バー、ロッド、プレート、またはシートの製造方法であって、フェライト相の少なくとも３０％の変形比で圧延作業を行うことによって、請求項１から１２のいずれか１項に記載の合金から製造したブランクから圧延バー、ロッド、プレート、またはシートが製造され、後の任意の焼きなましがオーステナイト変態温度より低温で実施されることを特徴とする製造方法。
【請求項１８】 フェライト相の少なくとも５０％の変形比で圧延作業を行うことを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】 請求項１３から１６のいずれか１項に記載の圧延バーまたはロッドまたはプレートまたはシートから製造されたことを特徴とする電磁アクチュエータ用可動コア。
【請求項２０】 鉄−コバルト合金から製造された可動コアを含む電磁アクチュエータであって、前記コアは請求項１９に記載の種類のものであって、前記コアの優先的な集合組織は、励起場の主方向とほぼ平行な＜１００＞軸を有することを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２１】 電磁アクチュエータを含む、電子制御によって制御される内燃機関用インジェクタであって、前記アクチュエータは請求項２０に記載の種類のものであることを特徴とするインジェクタ。
【請求項２２】 請求項２０に記載の種類のものであることを特徴とする内燃機関の電子制御バルブ用電磁アクチュエータ。

可動コアは、電気パルスが発生した瞬間の位相変化によって動く。アクチュエータの動作を最適化するために、高電気抵抗で低保磁力となるよう構成される金属が必要であることを示すことができる。これらの条件によって、ヨークおよび磁気コアにおける低い誘導電流を得ることが可能となり、コアを移動させる最小磁化に迅速に到達することが可能になる。パルス終了時にできる限り高い最大力が得られるようにするためコアが高い飽和磁化を有することも重要である。というのはこの力によってアクチュエータが開放位置または閉鎖位置に維持されることを確実にするからである。このことは、高圧流体流の完全な停止および／または１つ以上のばねの復元力の補償などが問題となる場合には特に重要である。

第３の分類は、約６から３０％のコバルトと種々の他の合金元素とを含む鉄−コバルト合金からなる。文献の欧州特許出願第７１５ ３２０号にはこのような合金の例が挙げられている。この特許は、６から３０％のコバルトと、クロム、モリブデン、バナジウム、およびタングステンから選択される３から８％の１種類以上の元素と、残部の鉄とを含む電磁アクチュエータコア用鉄−コバルト合金を開示している。好ましくは、コバルト含有率は１０から２０％であり、クロム、モリブデン、バナジウム、および／またはタングステンの含有率は４から８％である。これらの合金は５０μΩ・ｃｍを超えることもある良好な電気抵抗を有するが、飽和磁化は約１．９から２Ｔと比較的低く、例外は最高コバルト含有率の種類のもの（したがって最も高価である）でこの飽和磁化は２．３Ｔに達することもある。一般に、この文献の実施例で挙げられている合金の保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅ ｆｉｅｌｄ）も高く、実質的に１．５Ｏｅを超える。一般に、この文献の実施例で挙げられている合金では、高飽和磁化、低保磁力、および高抵抗率の間の最適な妥協が達成されていない。

文献ＷＯ ９６／１９００１号は、５から２０％のコバルトを含有し、アルミニウム、およびマンガン、またはバナジウムの含有率が数％に到達することがあり、すなわち最大７％のアルミニウム、最大８％のマンガンまたは最大４％のバナジウムとなる鉄／コバルト合金の使用を提案している。その文献で開示されている合金は非常に高い抵抗率（６０μΩ・ｃｍを超える）および非常に高い飽和磁化（２から２．２Ｔ）を有する。しかしながら、これらの合金の機械的性質、および保磁力に関する正確な情報は提供されていない。

本発明の目的は、電磁アクチュエータ用コアを経済的に製造するのに特に好適である鉄／コバルト合金を提供することである。これらのコアは、種々の電磁特性、すなわち飽和磁化、抵抗率、および保磁力の間で既存の材料よりも好都合な妥協点が存在する必要がある。これらの材料は製造を特に容易にするための機械的性質を有する必要もある。

本発明による合金の飽和磁化は１５０℃で少なくとも２．１Ｔ、２０℃で少なくとも２．１２Ｔであり、抵抗率は１５０℃で少なくとも３５μΩ・ｃｍ、２０℃で少なくとも３１μΩ・ｃｍであり、保磁力は２０℃および１５０℃で１．５Ｏｅ未満、好ましくは１Ｏｅ以下である。

本発明による合金は、２から３％のケイ素を含有する鉄／ケイ素合金とほぼ同様の抵抗率を有する。この抵抗率は１５０℃で３５μΩ・ｃｍより大きく、そのため、動作温度において受ける応力に対するアクチュエータの反応性が良好に保たれる。２０℃では、この抵抗率は３１Ω・ｃｍより大きい。同時に、このアクチュエータの良好な反応性には、２０℃および１５０℃で１．５Ｏｅに制限される低い保磁力も寄与している。この低い保磁力値は、合金の炭素含有率を０．０１００％未満にして、酸素、窒素、および硫黄の全含有率を７０ｐｐｍに制限することによって本発明により得ることができる。この低い保磁力はパルス時間をさらに短縮する。同じ目的で、コアが製造される部分に優先的な＜１００＞軸集合組織が形成されることも推奨され、それによってコアの使用中に、この優先的な集合組織は場の主励起方向とほぼ平行となる。

２０℃と１５０℃の間の前述のパラメータの値の差は、保磁力と飽和磁化は２０℃から１５０の間でそれぞれ最大４％および１％変化するが、抵抗率は２０℃から１５０℃の間で約１６％増加すると説明される。従ってこの性質は実質的に変動し、温度の影響を考慮する必要があり、１５０℃における最小抵抗率３５Ω・ｃｍは２０℃における最小抵抗率３１Ω・ｃｍに対応する。１５０℃における保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅ ｆｉｅｌｄ）は２０℃における値よりも常に約４％小さいため、２０℃で十分低い場合（最大１．５Ｏｅ）、１５０℃の場合にはいっそう低い値になると言える。一方、温度が上昇すると飽和磁化が減少するので、１５０℃で２．１Ｔ以上の飽和磁化を保証するためには、２０℃における飽和磁化は１５０℃の値よりも１％を超えて高くなる必要があり、すなわち２．１２Ｔ以上となる必要がある。

高温形状変換を促進するため、ケイ素含有率は２．５％を超えず、アルミニウム含有率は２％を超えず、クロム、モリブデン、およびバナジウムのそれぞれの含有率およびこれらの含有率の合計は３％を超えず、マンガン含有率は０．１から１％、好ましくは０．１から０．５％である。これらの元素のそれぞれ（マンガンは除く）は、精錬で生じる微量としてのみ存在していてもよい。

タンタルおよびニオブの含有率、ならびにこれらの含有率の合計のそれぞれは１％以下となる必要がある。好ましくはこれらの含有率の合計は０．０５から０．０８％である。タンタルの作用は合金の延性を増加させることであり、ニオブの作用は機械的強度、耐摩耗性、および抵抗率を増加させることである。上限の１％は、材料の飽和磁化の低下を避ける必要性によるものである。これらの元素は精錬で生じる微量としてのみ存在していてもよい。

炭素含有率は１００ｐｐｍ以下となる必要があり、酸素、窒素、および硫黄の含有率の合計は７０ｐｐｍ以下となる必要がある。これらの条件によって、保磁力を減少させ、合金の動的透過率を増加させることが可能になる。これらの炭素、酸素、窒素、および硫黄の元素は不純物と見なされ、精錬で生じる微量としてのみ存在していてもよい。

表１は、本発明による合金と従来技術の合金の例について、それらの化学組成と、これらの組成物から得られる破断時伸び、焼きなまし後硬度、飽和磁化、抵抗率、および保磁力の性質を示している。組成物の１００％に達するまでの残部は、鉄と精錬によって生じる不純物とからなる。式（１）および（２）の左辺の計算結果も示している。

対照合金１１は、３％のケイ素を含有する鉄／ケイ素合金である。抵抗率と保磁力は満足できる値であるが、飽和磁化は比較的低い。さらに、破断時伸びは非常に制限される。

対照合金１２は、約２０％のコバルトを有し、バナジウムを含有する合金である。その組成は式（１）を満たし、そのため良好な飽和磁化を有する。しかし、式（２）は満たさず、そのため抵抗率は不十分である。さらに、Ｏ＋Ｎ＋Ｓ含有率が比較的高いため、保磁力が高くなりすぎる。

対照合金１３は、クロムを含有する１８％コバルト合金である。式（２）を満たし（元素Ａｌ、Ｖ、Ｍｏ、およびＳｉの混入が避けられない場合は不純物とみなす）、式（１）も満たす。したがって飽和磁化と抵抗率は十分である。破断時伸びが高いため、塑性変形による成形に好適である。しかしながら、Ｏ＋Ｎ＋Ｓ含有率が高いため、保磁力が高くなりすぎる。

対照合金１４は、タンタルが加えられたことを除けば上記合金と同様である。破断時伸びはさらに向上したが、保磁力はなお高すぎるため、この組成は本発明の範囲内ではない。

対照合金１５は、ケイ素とアルミニウムも含有する１５％コバルト合金である。式（２）を満たし良好な抵抗率が得られるが、式（１）は満たさず、そのため飽和磁化は望ましい値と比較して極めて小さい。Ｏ＋Ｓ＋Ｎ含有率が低いため、保磁力が非常に低くなり、ケイ素とアルミニウムによって焼きなまし後硬度が高くなったことに注目されたい。

対照合金１８は、１５％のコバルトを含有するが、その他の合金元素は有意量を含有しない鉄−コバルト合金である。飽和磁化と保磁力は良好であるが（式（１）を満たし、Ｏ＋Ｎ＋Ｓ含有率が低い）、抵抗率が不十分である（式（２）は満たさない）。さらに、破断時伸びまたは焼きなまし後硬度に関して機械的性質も特に優れているわけでもない。