JP2005240060A - Compact, in-magnetic-field compacting apparatus, and method for manufacturing magnetostrictive element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪素子等を製造する際に用いる磁場中成形装置、磁歪素子の製造方法等に関する。 The present invention relates to a forming apparatus in a magnetic field used when manufacturing a magnetostrictive element or the like, a method for manufacturing a magnetostrictive element, or the like.
従来より、リニアアクチュエータ、振動子、圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等に磁歪素子が用いられている。
この磁歪素子は、リニアアクチュエータ、振動子等に用いる場合、付与する磁界を変化させることで、磁歪素子の寸法を変化させて駆動力を発生している。また、磁歪素子を圧力トルクセンサ、振動センサ、ジャイロセンサ等に用いる場合は、外部から加わった圧力によって磁歪素子の寸法が変化し、これに伴って変化する透磁率を検出することで、センシングを行っている。
Conventionally, magnetostrictive elements have been used for linear actuators, vibrators, pressure torque sensors, vibration sensors, gyro sensors, and the like.
When this magnetostrictive element is used for a linear actuator, a vibrator, or the like, a driving force is generated by changing the size of the magnetostrictive element by changing the magnetic field to be applied. When a magnetostrictive element is used for a pressure torque sensor, vibration sensor, gyro sensor, etc., the dimension of the magnetostrictive element changes due to externally applied pressure, and sensing is performed by detecting the magnetic permeability that changes accordingly. Is going.
このような磁歪素子は、所定の組成の合金粉を磁場中成形することで成形体を形成した後、この成形体を不活性ガス雰囲気中で焼結することで製造されている(例えば、特許文献1参照。)。
磁場中成形工程では、磁場を与えて合金粉を配向させつつ、型で合金粉を加圧成形しているが、この磁場中成形方法としては、加圧方向と与える磁場の方向を一致させた、いわゆる縦磁場成形と、加圧方向に対し直交する方向(横方向)から磁場を与える横磁場成形がある。
最終的に円柱状(いわゆる丸棒)の磁歪素子を得たい場合、横磁場成形を用いている。これに対し、一般的には、粉末冶金で丸棒を磁場中成形する場合は、成形性を重視して縦磁場成形を採用している。しかし縦磁場成形では、磁場中での粒子の結晶方位が乱れることから、異方性の配向度が下がり、磁気特性が低下する。このため、磁気特性を重視する磁歪素子等においては、横磁場成形を採用しているのである。
Such a magnetostrictive element is manufactured by forming a molded body by molding an alloy powder having a predetermined composition in a magnetic field, and then sintering the molded body in an inert gas atmosphere (for example, patents). Reference 1).
In the forming process in the magnetic field, the alloy powder is oriented with the mold while applying the magnetic field, and the alloy powder is pressure-molded. As the forming method in the magnetic field, the pressurizing direction and the direction of the applied magnetic field are matched. There are so-called longitudinal magnetic field shaping and transverse magnetic field shaping in which a magnetic field is applied from a direction (lateral direction) orthogonal to the pressing direction.
When it is desired to finally obtain a cylindrical (so-called round bar) magnetostrictive element, transverse magnetic field molding is used. On the other hand, in general, when a round bar is formed in a magnetic field by powder metallurgy, vertical magnetic field forming is adopted with emphasis on formability. However, in the vertical magnetic field shaping, the crystal orientation of the particles in the magnetic field is disturbed, so that the degree of anisotropic orientation is lowered and the magnetic properties are lowered. For this reason, transverse magnetic field shaping is employed in magnetostrictive elements that place importance on magnetic characteristics.
しかし、横磁場成形の場合、図5(a)および(b)に示すように、上下の型1、2によって合金粉を上下方向に加圧するとき、その加圧方向は、最終的に丸棒となる成形体3に対し「断面方向」となる。このため、成形体3の側面には、上下の型1、2の合わせ面4が位置することになる。すると、成形体3の断面形状を真円にするのは非常に困難であり、真円度を高めるには、型1、2の精度を大幅に高めなければならず、型コストの上昇、ひいては磁歪素子の製造コストの上昇につながる。また、合わせ面4に対応した位置には、成形体3に、いわゆるバリやパーティングラインが残ることになり、いずれにしろ、これらのバリやパーティングラインを除去することが品質面から要求される。
However, in the case of transverse magnetic field molding, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), when the alloy powder is pressed up and down by the upper and
このため、従来は、図6(a)および(b)に示すように、型1、2の合わせ面4に相当する部分に逃げ5を形成し、図7(a)に示すように、成形体3の側面に、平坦部(断面では直線部分)3sを形成し、磁場中成形が完了し、成形体3を型1、2から脱型した後に、図7(b)に示すように、平坦部3sを除去し、断面を真円にする加工を行っている。
Therefore, conventionally, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a
しかしながら、図7に示したような断面形状を有した成形体3(あるいはその成形体3から形成された磁歪素子)においては、クラックCが生じやすいという問題があった。
これは、平坦部3sを有する成形体3においては、上下の型1、2で加圧するときの圧縮比の分布が大きく異なることに起因する。ここで圧縮比とは、図6(a)に示した、加圧前の状態で、型1、2間に充填した合金粉の上面レベル9から型2の上面までの寸法H´と、図6(b)に示した、加圧完了時点での上下の型1、2の表面の隙間の寸法Hとの比H´ /Hである。
特に、成形体3の中央部の最大寸法部分Lと、成形体3の最小寸法部分Sである平坦部3sとでは、圧縮比H1´/H1と、圧縮比H2´/H2も大きく異なる。これにともない、成形が完了した成形体3における合金粉の充填度、密度も、最大寸法部分Lと最小寸法部分Sとで大きく異なる。
当然、成形体3の湾曲した側面(以下、これを湾曲面と称する)3wにおいても、圧縮比H´ /Hは最大寸法部分Lから両側の最小寸法部分Sに近づくにつれて変化しているが、その変化は連続的である。しかし、平坦部3sと、湾曲面3wとが隣接する部分においては、圧縮比H´ /H(すなわち密度)の変化が不連続的となる。このため、特に、焼成時に熱を加えたときに、内部応力により、この部分に成形体3にクラックCが生じやすいのである。
However, in the molded body 3 (or the magnetostrictive element formed from the molded body 3) having the cross-sectional shape as shown in FIG.
This is because, in the molded
In particular, the compression ratio H 1 ′ / H 1 and the compression ratio H 2 ′ / H 2 of the maximum dimension portion L at the center of the
Of course, also on the curved side surface (hereinafter referred to as a curved surface) 3w of the molded
このような問題に対し、希土類を原料とする、磁歪素子以外の、通常の磁石等であれば、パラフィン等の潤滑作用のあるワックス成分を添加するのが有効である。
ところが、磁歪素子の場合、原料の希土類元素がワックス成分に含まれる有機物と反応しやすいため、生成された反応物が焼結時に内部応力を生じさせ、これによって焼結体がひずみ、磁気特性(透磁率)が大幅に低下(半減)してしまう。このため、磁歪素子の製造に際しては、このような対策を用いることができない。
In order to solve such a problem, it is effective to add a wax component having a lubricating action such as paraffin in the case of a normal magnet or the like other than the magnetostrictive element using rare earth as a raw material.
However, in the case of a magnetostrictive element, since the rare earth element of the raw material easily reacts with an organic substance contained in the wax component, the generated reaction product generates an internal stress during sintering, which causes the sintered body to be distorted and magnetic properties ( Magnetic permeability) is greatly reduced (halved). For this reason, such a countermeasure cannot be used in manufacturing the magnetostrictive element.
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、磁気特性を低下させることなく、クラックの発生を有効に抑制することのできる磁場中成形装置、磁歪素子の製造方法等を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a technical problem, and provides a forming apparatus in a magnetic field, a method of manufacturing a magnetostrictive element, and the like that can effectively suppress generation of cracks without deteriorating magnetic characteristics. The purpose is to do.
かかる目的のもと、本発明の成形体は、Tb、Dy、Feを含み、焼結により磁歪素子となる成形体であって、この成形体は、断面略円形に形成された成形体本体と、成形体本体の中心を挟んでその両側に、成形体本体の外周面から外方に張り出すように形成された張り出し部と、を一体に備え、さらに、張り出し部は、一方の張り出し部と他方の張り出し部を結ぶ方向に対して直交する方向における張り出し部の寸法hが、成形体本体の外径φに対し、h/φ>0.5とされていることを特徴とする。
このようにして、張り出し部の寸法hを、成形体本体の外径φに対し、所定以上の寸法とすることで、成形体の断面寸法の分布、より具体的には最小断面寸法(張り出し部の寸法h)と最大断面寸法(成形体本体の外径φ)の差を抑えることができる。これにより、成形体における原料粉末の密度の分布が、部位によって大きく異なるのを抑制できる。
なお、h/φの上限は、h/φ<1.0である。h/φ=1.0である場合、成形体は一定厚を有した矩形断面となり、そのような場合、原料粉末の密度は一定になり、前記したような問題は発生しないからである。
For this purpose, the molded body of the present invention is a molded body that contains Tb, Dy, and Fe and becomes a magnetostrictive element by sintering, and this molded body has a molded body body that has a substantially circular cross section. And an overhanging portion formed so as to project outward from the outer peripheral surface of the molding body on both sides of the center of the molding body, and the overhanging portion includes one overhanging portion and The dimension h of the projecting portion in the direction orthogonal to the direction connecting the other projecting portion is characterized in that h / φ> 0.5 with respect to the outer diameter φ of the molded body.
In this way, by setting the dimension h of the overhanging portion to a predetermined size or more with respect to the outer diameter φ of the formed body, the distribution of the cross-sectional dimensions of the formed body, more specifically, the minimum cross-sectional dimension (the overhanging portion) The difference between the dimension h) and the maximum cross-sectional dimension (the outer diameter φ of the molded body) can be suppressed. Thereby, it can suppress that the distribution of the density of the raw material powder in a molded object changes greatly with parts.
The upper limit of h / φ is h / φ <1.0. When h / φ = 1.0, the compact has a rectangular cross section having a constant thickness. In such a case, the density of the raw material powder is constant, and the above-described problem does not occur.
ここで、張り出し部は、例えば、成形体を成形するときに用いる型の合わせ面に対応する位置に形成されるものであり、張り出し部自体を除去することで、この張り出し部に形成されたバリやパーティングラインを除去し、断面円形の成形体本体を得ることができる。そして、この成形体本体を焼結することで、磁歪素子を得ることができる。もちろん、張り出し部の用途はこれに限るものではなく、他の用途であっても、同様の張り出し部を有する成形体を形成するのであれば、本発明を適用できる。
また、張り出し部の形状は、いかなるものであっても良いが、例えば、成形体本体の中心を挟んでその両側に形成された張り出し部を、互いに略平行に形成された平坦面を有するものとすることができる。さらに、この平坦面は、成形体本体に外接するように形成することもできる。
Here, the overhanging portion is formed, for example, at a position corresponding to the mating surface of the mold used when the molded body is formed. By removing the overhanging portion itself, the burrs formed on the overhanging portion are formed. And the parting line can be removed to obtain a molded body having a circular cross section. And a magnetostrictive element can be obtained by sintering this molded object main body. Of course, the use of the overhang portion is not limited to this, and the present invention can be applied to other uses as long as a molded body having the same overhang portion is formed.
The shape of the overhanging portion may be any shape, for example, the overhanging portions formed on both sides of the center of the molded body have flat surfaces formed substantially parallel to each other. can do. Further, the flat surface can be formed so as to circumscribe the molded body.
本発明は、磁性を帯びた粉末に磁場を与えつつ、この粉末を上型と下型とで所定の形状に成形して成形体を形成する磁場中成形装置として捉えることもできる。この場合、この磁場中成形装置は、上型と下型が、それぞれその成形面に、所定の曲率半径を有した湾曲面部と、湾曲面部の両側から外周側に向けて形成された平面部と、を有し、成形体を形成するときの上型と下型の加圧完了位置が、上型の湾曲面部の上端部および下型の湾曲面部の下端部の間隔と、上型の平面部および下型の平面部の間隔とに基づいて設定されていることを特徴とすることができる。
加圧完了位置とは、上型および下型の少なくとも一方を作動させて粉末を加圧していったときの、成形体の成形が完了した時点での位置である。
これにより、磁場中成形装置によって成形される成形体の湾曲面とその両側の平面の厚さの差をコントロールする。この差を抑えることで、成形される成形体における粉末の密度の分布が大きく異なるのを抑制できるのである。
より具体的には、成形体を形成するときの上型と下型の加圧完了位置は、上型の湾曲面部の上端部および下型の湾曲面部の下端部の間隔S1と、上型の平面部および下型の平面部の間隔S2とが、S2/S1>0.5となるように設定するのが好ましい。
The present invention can also be regarded as a molding apparatus in a magnetic field in which a magnetic field is applied to a magnetic powder and the powder is molded into a predetermined shape by an upper mold and a lower mold to form a compact. In this case, in the magnetic field molding apparatus, the upper mold and the lower mold each have a curved surface portion having a predetermined radius of curvature on the molding surface, and a flat surface portion formed from both sides of the curved surface portion toward the outer peripheral side. And when the molded body is formed, the pressing completion position of the upper die and the lower die is determined by the distance between the upper end portion of the upper die curved surface portion and the lower end portion of the lower die curved surface portion, and the upper die plane portion. And the distance between the plane portions of the lower mold.
The pressurization completion position is a position when the molding of the molded body is completed when the powder is pressed by operating at least one of the upper mold and the lower mold.
Thereby, the difference in thickness between the curved surface of the molded body molded by the molding apparatus in a magnetic field and the planes on both sides thereof is controlled. By suppressing this difference, it is possible to suppress a significant difference in the powder density distribution in the molded body to be molded.
More specifically, a pressure end position of the upper mold and the lower mold, the distance S 1 of the lower end portion of the curved surface portion of the upper portion and the lower mold of the curved surface portion of the upper mold when forming the molded body, the upper die It is preferable that the distance S 2 between the flat surface portion and the lower mold flat surface portion is set so that S 2 / S 1 > 0.5.
このような磁場中成形装置は、希土類を原料とする、磁歪素子以外の、通常の磁石等を製造する際にも用いることは可能であるが、特に、式(1)RTy(ここで、Rは1種類以上の希土類金属、Tは1種類以上の遷移金属であり、yは1<y<4を表す。)で示す組成を有する磁歪素子を形成する成形体を形成するためのものとして用いるのが有効である。
さらに、この磁場中成形装置は、上型と下型による加圧方向に直交する方向の磁場を付与する磁場付与部をさらに備える、いわゆる横磁場成形を行うものとすることができる。
Such a forming apparatus in a magnetic field can be used for producing a normal magnet other than a magnetostrictive element using rare earth as a raw material, but in particular, the formula (1) RT y (where, R is one or more rare earth metals, T is one or more transition metals, and y is 1 <y <4.) For forming a molded body for forming a magnetostrictive element having the composition It is effective to use.
Further, this in-magnetic field molding apparatus can perform so-called transverse magnetic field shaping, further including a magnetic field applying unit that applies a magnetic field in a direction orthogonal to the pressing direction by the upper mold and the lower mold.
本発明は、磁性を帯びた粉末に磁場を与えつつ、粉末を所定の形状に成形して成形体を形成する磁場中成形装置であって、粉末を成形するため、所定の曲率半径を有した湾曲面部、および湾曲面部の両側から外周側に向けて形成された平面部をそれぞれ有する上下の金型と、上下の金型の少なくとも一方を、上下の金型間における湾曲面部と平面部に対応した領域への粉末の充填量に基づいて設定された作動終端位置まで作動させる金型駆動部と、を備えることを特徴とする磁場中成形装置として捉えることもできる。
ここで、上下の金型間における湾曲面部と平面部に対応した領域への粉末の充填量に基づいて設定された作動終端位置とは、湾曲面部に対応した領域と、平面部に対応した領域のそれぞれにおける粉末の充填量に基づき、設定された作動終端位置である。つまり、湾曲面部に対応した領域における粉末の圧縮比と、平面部に対応した領域における粉末の圧縮比とを考慮し、作動終端位置を設定するのである。
具体的には、平面部に対応した領域における粉末の圧縮比は、前記の上下の金型の少なくとも一方を作動させ、これが作動終端位置にある状態での上方の金型の平面部と下方の金型の平面部の間隔H1に対する、成形前の状態にて上方の金型の平面部と下方の金型の平面部の間の部分に充填される粉末のレベルH1´の比H1´/H1となる。
湾曲面部に対応した領域における粉末の圧縮比は、作動させた前記の上下の金型の少なくとも一方が作動終端位置にあるときの上方の金型の湾曲面部の上端部と下方の金型の湾曲面部の下端部の間隔H2に対する、成形前の状態にて上方の金型の湾曲面部の上端部と下方の金型の湾曲面部の下端部の間に充填される粉末のレベルH2´の比H2´/H2となる。
そこで、前記の比H1´/H1と、比H2´/H2に基づいて作動終端位置を設定するのである。
The present invention is a molding apparatus in a magnetic field that forms a compact by forming a powder into a predetermined shape while applying a magnetic field to the magnetic powder, and has a predetermined radius of curvature for molding the powder. Upper and lower molds each having a curved surface portion and a flat portion formed from both sides of the curved surface portion toward the outer periphery, and at least one of the upper and lower molds correspond to the curved surface portion and the flat portion between the upper and lower molds. It can also be understood as a molding apparatus in a magnetic field characterized by comprising a mold drive unit that operates to a working end position set based on the amount of powder filled in the region.
Here, the operation end position set based on the filling amount of the powder into the region corresponding to the curved surface portion and the flat surface portion between the upper and lower molds is the region corresponding to the curved surface portion and the region corresponding to the flat surface portion. The operation end position is set based on the filling amount of the powder in each of the above. That is, the operation end position is set in consideration of the powder compression ratio in the region corresponding to the curved surface portion and the powder compression ratio in the region corresponding to the flat surface portion.
Specifically, the compression ratio of the powder in the region corresponding to the plane portion is such that at least one of the upper and lower molds is operated, and the upper mold plane portion and the lower mold portion in the state where this is in the operation end position. Ratio H 1 of the level H 1 ′ of the powder filled in the portion between the plane portion of the upper mold and the plane portion of the lower mold in the state before molding with respect to the interval H 1 of the mold plane portion '/ H 1
The compression ratio of the powder in the region corresponding to the curved surface portion is determined by the bending of the upper end portion of the curved surface portion of the upper mold and the lower mold when at least one of the operated upper and lower molds is at the operation end position. The level H 2 ′ of the powder filled between the upper end portion of the curved surface portion of the upper mold and the lower end portion of the curved surface portion of the lower mold in the state before molding with respect to the interval H 2 of the lower end portion of the surface portion. The ratio becomes H 2 ′ / H 2 .
Therefore, the operation end position is set based on the ratio H 1 ′ / H 1 and the ratio H 2 ′ / H 2 .
このように、粉末の充填量に基づき、金型の作動終端位置を設定すると、形成される成形体の特定の部分において、粉末の圧縮比、言い換えれば成形体における粉末の密度が過度に高くなること等を防止できる。
これには、例えば、比H1´/H1を、比H2´/H2に対し、1.5倍を下回るように設定するのが好ましい。
As described above, when the operation end position of the mold is set based on the filling amount of the powder, the compression ratio of the powder, that is, the density of the powder in the molded body becomes excessively high in a specific portion of the formed molded body. Can be prevented.
For this purpose, for example, the ratio H 1 ′ / H 1 is preferably set to be less than 1.5 times the ratio H 2 ′ / H 2 .
このような磁場中成形装置も、希土類を原料とする、磁歪素子以外の、通常の磁石等を製造する際にも用いることは可能であるが、特に、式(1)RTy(ここで、Rは1種類以上の希土類金属、Tは1種類以上の遷移金属であり、yは1<y<4を表す。)で示す組成を有する磁歪素子を形成する成形体を形成するためのものとして用いるのが有効である。 Such a forming apparatus in a magnetic field can also be used when producing a normal magnet or the like other than the magnetostrictive element using rare earth as a raw material, but in particular, the formula (1) RT y (where, R is one or more rare earth metals, T is one or more transition metals, and y is 1 <y <4.) For forming a molded body for forming a magnetostrictive element having the composition It is effective to use.
本発明は、磁歪素子の製造方法として捉えることもできる。この方法は、上型と下型の間に磁歪材料を充填する工程と、予め設定された作動ストロークで、上型および下型の少なくとも一方を作動させて、磁歪材料を磁場中成形して成形体を形成する工程と、を備え、このときの作動ストロークは、上型と下型の間で磁歪材料の圧縮比が最大となる部分と、磁歪材料の圧縮比が最小となる部分における圧縮比の比に基づいて設定されたものであることを特徴とする。
なお、作動ストロークとは、上型および下型の少なくとも一方が作動するときの作動始端位置から作動終端位置までの寸法を言うが、作動始端位置については、それぞれの成形装置によって決まるものであり、ここでは特に作動終端位置を設定するのである。
この方法は、さらに、磁場中成形する工程を経ることで得られる成形体を断面略円形に加工する工程と、成形体を焼結する工程と、をさらに備えることができる。
ここで形成する成形体は、Tb、Dy、Feを含むことができる。
The present invention can also be understood as a method for manufacturing a magnetostrictive element. In this method, a magnetostrictive material is filled between the upper mold and the lower mold, and at least one of the upper mold and the lower mold is operated with a preset operation stroke, and the magnetostrictive material is molded in a magnetic field. Forming a body, and the operation stroke at this time is a compression ratio in a portion where the compression ratio of the magnetostrictive material is maximum between the upper die and the lower die and a portion where the compression ratio of the magnetostrictive material is minimum It is set based on the ratio.
The operating stroke refers to the dimension from the operation start position to the operation end position when at least one of the upper mold and the lower mold operates, and the operation start position is determined by each molding device, Here, the operation end position is set in particular.
This method can further include a step of processing the molded body obtained by the molding in a magnetic field into a substantially circular cross section and a step of sintering the molded body.
The molded body formed here can contain Tb, Dy, and Fe.
本発明によれば、成形体の形状に応じて粉末の圧縮比をコントロールして成形体を形成することで、ワックス成分が添加できない磁歪素子においても、クラックの発生を防止することができる。 According to the present invention, generation of cracks can be prevented even in a magnetostrictive element to which a wax component cannot be added, by forming a compact by controlling the powder compression ratio according to the shape of the compact.
以下、本実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
ここでまず、本実施の形態における磁歪素子の製造方法について説明する。
本実施の形態においては、式(1)RTy(ここで、Rは1種類以上の希土類金属、Tは1種類以上の遷移金属であり、yは1<y<4を表す。)で示す組成の合金粉を焼結して磁歪素子を得る。
ここで、Rは、Yを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類金属から選択される1種以上を表している。これらの中で、Rとしては、特に、Nd、Pr、Sm、Tb、Dy、Hoの希土類金属が好ましく、Tb、Dyがより一層好ましく、これらを混合して用いることができる。Tは、1種以上の遷移金属を表している。これらの中で、Tとしては、特に、Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mo等の遷移金属が好ましく、Fe、Co、Niが一層好ましく、これらを混合して用いることができる。
The present invention will be described in detail below based on the present embodiment.
First, a method for manufacturing a magnetostrictive element in the present embodiment will be described.
In this embodiment, it is represented by the formula (1) RT y (where R is one or more rare earth metals, T is one or more transition metals, and y represents 1 <y <4). A magnetostrictive element is obtained by sintering the alloy powder having the composition.
Here, R represents one or more selected from lanthanoid series and actinoid series rare earth metals including Y. Among these, R is particularly preferably a rare earth metal such as Nd, Pr, Sm, Tb, Dy, and Ho, and more preferably Tb and Dy. T represents one or more transition metals. Among these, as T, transition metals such as Fe, Co, Ni, Mn, Cr, and Mo are particularly preferable, Fe, Co, and Ni are more preferable, and these can be mixed and used.
式(1)RTyで表す合金で、yは、1<y<4を表す。RTyは、y=2で、RとTとが形成するRT2ラーベス型金属間化合物は、キュリー温度が高く、磁歪値が大きいため、磁歪素子に適する。ここで、yが1以下では、焼結後の熱処理でRT相が析出して磁歪値が低下する。また、yが4以上では、RT3相又はRT5相が多くなり、磁歪値が低下する。このため、RT2がリッチな相を多くするために、yは、1<y<4の範囲が好ましい。Rは、希土類金属を混合してもよく、特に、TbとDyを混合して用いることが好ましい。
さらに、式(2)TbaDy(1−a)で表される合金で、aは0.27<a≦0.50の範囲にあることが一層好ましい。これにより、式(3)(TbaDy(1−a))Tyで表される合金で、飽和磁歪定数が大きく、大きな磁歪値が得られる。ここで、aが0.27以下では室温以下では十分な磁歪値を示さず、0.50を超えると室温付近では十分な磁歪値を示さない。Tは、特に、Feが好ましく、FeはTb、Dyと(Tb、Dy)Fe2金属間化合物を形成することによって、大きな磁歪値を有し磁歪特性の高い焼結体が得られる。このときに、Feの一部をCo、Niで置換するものであってもよいが、Coは磁気異方性を大きくするが透磁率を低くし、また、Niはキュリー温度を下げ、結果として常温・高磁場での磁歪値を低下させるために、Feは70wt%以上、一層好ましくは80wt%以上が良い。
In the alloy represented by formula (1) RT y , y represents 1 <y <4. RT y is y = 2, and the RT 2 Laves type intermetallic compound formed by R and T is suitable for a magnetostrictive element because it has a high Curie temperature and a large magnetostriction value. Here, when y is 1 or less, the RT phase is precipitated by the heat treatment after sintering, and the magnetostriction value is lowered. When y is 4 or more, the RT 3 phase or the RT 5 phase increases, and the magnetostriction value decreases. Therefore, in order to RT 2 is more rich phase, y is 1 <range of y <4 is preferable. R may be mixed with rare earth metals, and it is particularly preferable to mix Tb and Dy.
Furthermore, in the alloy represented by the formula (2) Tb a Dy (1-a) , it is more preferable that a is in the range of 0.27 <a ≦ 0.50. Thus, the alloy represented by the formula (3) (Tb a Dy (1-a) ) T y has a large saturation magnetostriction constant and a large magnetostriction value. Here, when a is 0.27 or less, a sufficient magnetostriction value is not exhibited at room temperature or less, and when it exceeds 0.50, a sufficient magnetostriction value is not exhibited near room temperature. T is particularly preferably Fe. By forming Tb, Dy and (Tb, Dy) Fe 2 intermetallic compound, a sintered body having a large magnetostriction value and high magnetostriction characteristics can be obtained. At this time, a part of Fe may be substituted with Co and Ni. However, Co increases magnetic anisotropy but decreases magnetic permeability, and Ni lowers the Curie temperature. In order to reduce the magnetostriction value at room temperature and high magnetic field, Fe is 70 wt% or more, more preferably 80 wt% or more.
また、合金粉の一部に水素吸蔵処理される原料を含んでいることが好ましい。合金粉に水素を吸蔵させることにより、歪みが生じ、その内部応力によって割れが生ずる。このために、混合される合金粉は、成形体を形成する時に圧力を受け、混合した状態の内部で粉砕されて細かくなり、焼結したときに緻密な高密度焼結体を得ることができる。さらに、Tb、Dyの希土類は酸化されやすいために、わずかな酸素があっても表面に融点の高い酸化膜を形成し、焼結の進行を抑制するが、水素を吸蔵することで、酸化されにくくなる。したがって、合金粉の一部を水素吸蔵処理をして高密度焼結体を製造することができる。
ここで、水素を吸蔵する原料は、式(4)DybT(1−b)で、bが0.37≦b≦1.00で表される組成であることが好ましい。TはFe単独でも、Feの一部をCo、Niで置換されたものでもよい。これにより、原料の合金粉の焼結体密度を高くすることができる。
Further, it is preferable that a part of the alloy powder contains a raw material to be subjected to hydrogen storage treatment. By storing hydrogen in the alloy powder, distortion occurs and cracks occur due to the internal stress. For this reason, the alloy powder to be mixed is subjected to pressure when forming a compact, and is pulverized inside the mixed state to become fine, and when it is sintered, a dense high-density sintered body can be obtained. . Furthermore, since rare earths of Tb and Dy are easily oxidized, an oxide film having a high melting point is formed on the surface even if there is a slight amount of oxygen, and the progress of sintering is suppressed, but it is oxidized by occlusion of hydrogen. It becomes difficult. Therefore, a part of the alloy powder can be subjected to a hydrogen storage treatment to produce a high-density sintered body.
Here, the raw material for storing hydrogen preferably has a composition represented by the formula (4) Dy b T (1-b) and b is 0.37 ≦ b ≦ 1.00. T may be Fe alone, or a part of Fe may be substituted with Co or Ni. Thereby, the sintered compact density of the alloy powder of a raw material can be made high.
本実施の形態では、例えば、原料粉を650℃以上の昇温過程での温度区間又は/及び1150℃以上1230℃以下の安定温度区間で、水素ガス雰囲気又は水素ガス:アルゴン(Ar)ガス=X:100−Xと表す式(5)におけるXが、0<X<50である水素ガス及び不活性ガスの混合雰囲気で焼結する。
式(1)RTyで表す合金は、少なくとも原料粉を650℃以上の昇温過程で水素ガス及び不活性ガスの混合雰囲気にする。
焼結は、成形した原料粉を炉中で昇温して熱処理する。昇温速度は、3〜20℃/minで行う。昇温速度が、3℃/min未満では生産性が低く、昇温速度が20℃/minを超えると炉中で成形した原料粉の温度が均一にならず偏析や異相が生ずる。昇温過程の650℃以上とするのは、残留する微量の酸素による酸化を防止するためである。
焼結は、温度をほぼ一定に保持する安定温度にして行うのが好ましい。この安定温度は、1150〜1230℃の範囲が好ましい。安定温度が1150℃未満では、内部歪みを除去するために長時間が必要であり効率的ではないし、安定温度が1230℃を超えると、RTyで表される合金の融点に近くなるために焼結体が溶融することがあり、また、他のRT3相等の異相が析出することがあるからである。
In the present embodiment, for example, the raw material powder is heated in a temperature range of 650 ° C. or higher and / or in a stable temperature range of 1150 ° C. or higher and 1230 ° C. or lower in a hydrogen gas atmosphere or hydrogen gas: argon (Ar) gas = X: Sintering is performed in a mixed atmosphere of hydrogen gas and inert gas in which X in Formula (5) expressed as 100-X is 0 <X <50.
In the alloy represented by the formula (1) RT y , at least the raw material powder is made a mixed atmosphere of hydrogen gas and inert gas in the temperature rising process of 650 ° C. or higher.
Sintering is performed by heating the formed raw material powder in a furnace. The heating rate is 3 to 20 ° C./min. When the rate of temperature rise is less than 3 ° C./min, the productivity is low, and when the rate of temperature rise exceeds 20 ° C./min, the temperature of the raw material powder formed in the furnace is not uniform and segregation or heterogeneous phase occurs. The reason why the temperature is raised to 650 ° C. or higher is to prevent oxidation due to a small amount of remaining oxygen.
Sintering is preferably performed at a stable temperature that keeps the temperature substantially constant. This stable temperature is preferably in the range of 1150-1230 ° C. If the stable temperature is less than 1150 ° C., it takes a long time to remove internal strain, which is not efficient, and if the stable temperature exceeds 1230 ° C., it will be close to the melting point of the alloy represented by RT y. This is because the bonded body may melt and other phases such as other RT 3 phases may precipitate.
さらに、焼結は、水素ガス雰囲気又は水素ガス:アルゴン(Ar)ガス=X:1−Xと表す式(5)におけるXが、0<X<0.5である水素ガス及び不活性ガスの混合雰囲気下で行なうのが好ましい。
Rは、酸素と極めて容易に反応し、安定な希土類酸化物を形成する。これらの酸化物は、低い磁性を有するが実用上の磁性材料になるような磁気特性を示さない。高温焼結ではわずかな酸素であっても、焼結体の磁気特性を大きく低下するため、焼結等の熱処理では、特に水素ガスを含む雰囲気が好ましい。又、酸化を防ぐ雰囲気としては、不活性ガスによる雰囲気があるが、不活性ガスだけでは完全に酸素を除去することが難しく、酸素と反応性の大きい希土類金属では酸化物を形成するため、この酸化を防止するために、水素ガスと不活性ガスの混合ガスの雰囲気が好ましい。
Further, the sintering is performed in a hydrogen gas atmosphere or an inert gas in which hydrogen gas atmosphere or hydrogen gas: argon (Ar) gas = X: 1 in formula (5) represented by 1−X, where 0 <X <0.5. It is preferable to carry out in a mixed atmosphere.
R reacts very easily with oxygen to form a stable rare earth oxide. These oxides have low magnetic properties but do not exhibit magnetic properties that make them practical magnetic materials. In high-temperature sintering, even with a slight amount of oxygen, the magnetic properties of the sintered body are greatly reduced. Therefore, in heat treatment such as sintering, an atmosphere containing hydrogen gas is particularly preferable. In addition, as an atmosphere for preventing oxidation, there is an atmosphere of an inert gas. However, it is difficult to completely remove oxygen with an inert gas alone, and a rare earth metal having a high reactivity with oxygen forms an oxide. In order to prevent oxidation, an atmosphere of a mixed gas of hydrogen gas and inert gas is preferable.
水素ガスを含む還元性雰囲気としては、水素ガス:アルゴン(Ar)ガス=X:100−Xと表す式(5)で、X(vol%)が、0<X<50であることが好ましい。Arガスは不活性ガスでRを酸化することがないので水素ガスと混合して還元作用を有する雰囲気を得ることができる。このために、還元作用を有するために、X(vol%)は、少なくとも0<Xであることがよい。また、X(vol%)は、50≦Xでは還元作用が飽和するため、X<50であることがよい。ここで、昇温過程の650℃以上の温度区間で水素ガスとArガスの混合雰囲気にすることがよく、または、安定温度区間で水素ガスとArガスの混合雰囲気にすることがより好ましい。 As a reducing atmosphere containing hydrogen gas, it is preferable that X (vol%) is 0 <X <50 in the formula (5) represented by hydrogen gas: argon (Ar) gas = X: 100-X. Since Ar gas is an inert gas and does not oxidize R, it can be mixed with hydrogen gas to obtain an atmosphere having a reducing action. For this reason, in order to have a reducing action, X (vol%) is preferably at least 0 <X. Further, X (vol%) is preferably X <50 since the reducing action is saturated when 50 ≦ X. Here, a mixed atmosphere of hydrogen gas and Ar gas is preferably set in the temperature range of 650 ° C. or higher in the temperature rising process, or a mixed atmosphere of hydrogen gas and Ar gas is more preferable in the stable temperature range.
磁歪素子の製造工程の流れの詳細は、以下の通りである。
まず、原料の一つとして、Tb、Dy、Feを秤量して、Arガスの不活性雰囲気中で溶融して、合金を製造する(以下、これを「原料A」と記す。)。ここでは、原料Aとして、例えばTb0.4Dy0.6Fe1.94の組成にする。この原料Aを、アニールする熱処理を行い、合金製造時の各金属元素の濃度分布を一様にし、また、析出した異相を消滅させてから、例えばアトマイザーで粉砕する。
また、原料の一つとして、Dy、Feを秤量して、Arガスの不活性雰囲気中で溶融して、合金を製造する(以下、これを「原料B」と記す。)。ここでは、原料Bとして、例えばDy2.0Feの組成にする。この原料Bを、同様に、例えばアトマイザーで粉砕する。
さらに、原料の一つとして、Feを水素ガス雰囲気中で酸素を除去する還元処理を行ってから、例えばアトマイザーで粉砕して用いる(以下、これを「原料C」と記す。)。
The details of the flow of the magnetostrictive element manufacturing process are as follows.
First, as one of the raw materials, Tb, Dy, and Fe are weighed and melted in an inert atmosphere of Ar gas to produce an alloy (hereinafter referred to as “raw material A”). Here, the raw material A has a composition of, for example, Tb 0.4 Dy 0.6 Fe 1.94 . This raw material A is subjected to a heat treatment for annealing to make the concentration distribution of each metal element uniform during the manufacture of the alloy, and after annihilating the precipitated foreign phase, it is pulverized by, for example, an atomizer.
Further, as one of the raw materials, Dy and Fe are weighed and melted in an inert atmosphere of Ar gas to produce an alloy (hereinafter referred to as “raw material B”). Here, the raw material B has a composition of, for example, Dy 2.0 Fe. Similarly, the raw material B is pulverized by, for example, an atomizer.
Further, as one of the raw materials, Fe is subjected to a reduction treatment for removing oxygen in a hydrogen gas atmosphere, and then pulverized with, for example, an atomizer (hereinafter referred to as “raw material C”).
次いで、得られた原料A、B、Cを秤量した後、粉砕・混合処理して、組成を例えばTb0.3Dy0.7Fe1.88にした合金粉(原料粉末)を得る。
この後、得られた合金粉を型に入れ、所定強度、例えば8kOeの磁場中で成形し、成形体を得る。
そして、得られた成形体を、炉中で所定の温度プロファイルで昇温し、焼結体を得る。このとき、例えば、1150〜1230℃の安定温度区間で35vol%水素ガスと65vol%Arガスの混合雰囲気で焼成を行ない、焼結体を得る。
この焼結体に対し時効処理を行った後、焼結体を所定サイズに分割することで、磁歪素子を得ることができる。
Next, the obtained raw materials A, B, and C are weighed and then pulverized and mixed to obtain an alloy powder (raw material powder) whose composition is, for example, Tb 0.3 Dy 0.7 Fe 1.88 .
Thereafter, the obtained alloy powder is put into a mold and molded in a magnetic field having a predetermined strength, for example, 8 kOe to obtain a molded body.
And the obtained molded object is heated up with a predetermined | prescribed temperature profile in a furnace, and a sintered compact is obtained. At this time, for example, firing is performed in a mixed atmosphere of 35 vol% hydrogen gas and 65 vol% Ar gas in a stable temperature interval of 1150 to 1230 ° C. to obtain a sintered body.
A magnetostrictive element can be obtained by performing an aging treatment on the sintered body and then dividing the sintered body into a predetermined size.
本実施の形態において、断面の真円度が高い丸棒状の磁歪素子を形成するには、まず、図1に示すように、前記したような所定の組成の合金粉を磁場中成形することで、側面に平坦面12を有した断面形状の成形体10を形成した後、この成形体10を不活性ガス雰囲気中で焼結する。そして、焼結が完了した成形体10に対し、平坦面12の部分を削除する追加工を施すことで、円形断面の磁歪素子20を得るのである。
図1に示したように、合金粉を磁場中成形することによって得られる成形体10は、最終的に円形断面となる磁歪素子20の外周面を形成するための円弧状の湾曲面11と、成形体10の中心を挟んで平行な平坦面12と、平坦面12に直交し、平坦面12の両端部と湾曲面11との間に形成された直交面13とを有している。また、他の見方をすれば、この成形体10は、最終的に円形断面の磁歪素子20となる成形体本体14と、この成形体本体14の両側から外方に張り出すように形成された張り出し部15とからなり、成形体本体14が露出している部分(張り出し部15が形成されている以外の部分)が湾曲面11となり、張り出し部15は、平坦面12および直交面13によって形成されている。
In the present embodiment, in order to form a round bar-shaped magnetostrictive element having a high cross-sectional roundness, first, as shown in FIG. 1, an alloy powder having a predetermined composition as described above is formed in a magnetic field. After forming the cross-sectional molded
As shown in FIG. 1, a molded
このような形状の成形体10を形成するには、図2に示すような磁場中成形装置30を用いる。
この図2に示すように、磁場中成形装置30は、金型臼体31と、金型臼体31に形成された開口部32内に配置された金型下パンチ(下型、金型)40と、この金型下パンチ40の上方に金型下パンチ40に対向するよう設けられ、上下方向に昇降可能に設けられた金型上パンチ(上型、金型)50と、を備える。
In order to form the molded
As shown in FIG. 2, a
金型臼体31は、上下方向に貫通した所定形状の開口部32を有し、この開口部32は、一対の鉛直面32a、32aを有している。
The mold die 31 has an
金型下パンチ40は、開口部32の底部側から開口部32内に挿入されたようなかたちで設けられ、その上面の中央部に、成形体10の湾曲面11を形成する凹部状の湾曲面部41を備え、その両側には、開口部32の鉛直面32aとの間に、成形体10の直交面13を形成する平面部42が連続して形成されている。
The
一方、金型上パンチ50は、金型下パンチ40を上下反転させたような形状を有しており、成形体10の湾曲面11を形成する凹部状の湾曲面部51を備え、その両側に、成形体10の直交面13を形成する平面部52が連続して形成されている。この金型上パンチ50は、図示しない金型駆動部によって、所定のストロークで上下方向に駆動されるようになっている。そして、金型上パンチ50の駆動ストロークの下端位置(作動終端位置)50L(図2中、二点鎖線)は、金型下パンチ40より所定寸法上方の位置となっている。したがって、金型下パンチ40と金型上パンチ50との間で、その両側に、金型臼体31の開口部32の鉛直面32a、32aが露出した状態となり、これにより成形体10の平坦面12が形成される。
On the other hand, the mold
このような磁場中成形装置30では、成形体10を成形するに際し、金型臼体31の開口部32内に、所定レベル、例えば金型臼体31の上面レベル31aと同レベルまで、所定の組成の合金粉100を入れる。そして、金型上パンチ50を下降させ、合金粉100を金型下パンチ40との間で加圧成形する。このとき、図示しない磁場付与部によって、加圧方向に直交する方向、つまり水平方向の磁場を印加することで、合金粉100を磁場中成形する。
In such a
所定時間、磁場中成形を継続した後、金型上パンチ50を上昇させる。この時点で、磁場中成形された合金粉100は、図1に示したような所定形状の成形体10を形成する。このとき、金型下パンチ40の湾曲面部41および金型上パンチ50の湾曲面部51によって、成形体10の湾曲面11が形成され、金型下パンチ40の平面部42および金型上パンチ50の平面部52によって、成形体10の直交面13が形成され、金型下パンチ40と金型上パンチ50との間で、その両側に露出する金型臼体31の開口部32の鉛直面32a、32aによって、成形体10の平坦面12が形成される。
このようにして形成される成形体10において、平坦面12は、成形体10の中心を挟んでその両側に対向して、互いに平行に形成される。この平坦面12の高さhは、張り出し部15の、成形体10の加圧方向に沿った方向の寸法であり、この方向は、成形体本体14を挟んだ一方の張り出し部15と他方の張り出し部15を結ぶ方向に直交する方向である。
After the molding in the magnetic field is continued for a predetermined time, the
In the molded
さて、本実施の形態では、このようにして形成される成形体10の平坦面12の形状(寸法)を、以下のようにして設定する。ここで、図1に示したように、成形体10の高さ(上下の湾曲面11の最大寸法部分の寸法、つまり最終的な磁歪素子20の直径)を寸法φ、平坦面12の高さをh、直交面13の幅(湾曲面11の端部と平坦面12の端部の間隔)を寸法wとする。また、平坦面12は、最終的な磁歪素子20の表面(図1中、二点鎖線)に外接するように形成されているものとする。したがって、成形体10全体の幅も、寸法φとなる。
成形体10の平坦面12の寸法hを、湾曲面11の寸法φに対し、
h/φ ≧ 0.5
となるよう、高さhを設定するのが好ましい。
このような寸法を有する成形体10を形成するには、金型下パンチ40、金型上パンチ50の各部の寸法、および金型上パンチ50の作動下限位置(作動終端位置)を、上記成形体10の各部寸法に対応するように設定すればよい。
In the present embodiment, the shape (dimensions) of the
The dimension h of the
h / φ ≧ 0.5
It is preferable to set the height h so that
In order to form the molded
なおここで、直交面13の寸法wは、幾何学的に、平坦面12の寸法hと、成形体10の寸法φとから算出することができる。
すなわち、図1における成形体10において、対角方向に位置する、湾曲面11と直交面13とが接する2点P1、P2間の距離S1はφであり、また、平坦面12に平行な方向における湾曲面11と直交面13とが接する2点P1、P3間の距離S2はhである。
したがって、点P2、P3間の距離S3は、
S3=(φ2−h2)1/2
となる。
また、互いに平行な平坦面12、12間の距離S4はφであるが、
S4=φ=S3+2w
である。
したがって、これらの式から、
w=(φ−S3)/2
=(φ−(φ2−h2)1/2)/2
となる。
Here, the dimension w of the
That is, in the molded
Therefore, the distance S 3 between the
S 3 = (φ 2 −h 2 ) 1/2
It becomes.
Further, although the distance S 4 between the parallel
S 4 = φ = S 3 + 2w
It is.
Therefore, from these equations:
w = (φ−S 3 ) / 2
= (Φ− (φ 2 −h 2 ) 1/2 ) / 2
It becomes.
また、成形体10の成形条件を、合金粉100の圧縮比の分布から設定することもできる。
ここで、図2に示したように、金型下パンチ40と金型上パンチ50の間隔が最大となる、成形体10の中央部(圧縮比が最小となる部分:以下、最大寸法部分L)において、合金粉100は、加圧前の状態において、金型下パンチ40の湾曲面部41の下部頂部(下端部)41aから所定のレベル(例えば金型臼体31の上面レベル31a)までの高さH1´を有しており、加圧完了状態(図2中、二点鎖線の状態)では、金型下パンチ40の湾曲面部41の下部頂部41aから金型上パンチ50の湾曲面部51の上部頂部(上端部)51aまでの高さH1(間隔S1)に圧縮される。したがって、この最大寸法部分Lにおける合金粉100の圧縮比X1は、H1´/H1となる。
一方、金型下パンチ40と金型上パンチ50の間隔が最小となる、成形体10の両側の直交面13を形成する部分(圧縮比が最大となる部分:以下、最小寸法部分S)においては、合金粉100は、加圧前の状態において、金型下パンチ40の平面部42から所定のレベル(例えば金型臼体31の上面レベル31a)までの高さH2´を有しており、加圧完了状態(図2中、二点鎖線の状態)では、金型下パンチ40の平面部42から金型上パンチ50の平面部52までの高さH2(間隔S2)に圧縮される。したがって、この最小寸法部分Sにおける合金粉100の圧縮比X2は、H2´/H2となる。
In addition, the molding condition of the compact 10 can be set from the distribution of the compression ratio of the
Here, as shown in FIG. 2, the central portion of the molded body 10 (the portion having the smallest compression ratio: hereinafter, the largest dimension portion L) where the distance between the
On the other hand, in the portion (the portion where the compression ratio is maximized: hereinafter, the smallest dimension portion S) in which the
ここで、加圧完了状態における金型上パンチ50の位置、つまり金型上パンチ50の作動終端位置を、最大寸法部分Lの合金粉100の圧縮比X1(X1=H1´/H1)と、最小寸法部分Sの合金粉100の圧縮比X2(X2=H2´/H2)の比X2/X1に基づき、
X2/X1 ≦ 1.5
を満足するように設定するのが好ましい。
Here, the position of the
X 2 / X 1 ≦ 1.5
It is preferable to set so as to satisfy the above.
このように、成形体10の平坦面12の寸法hを、湾曲面11の寸法φに基づいて設定したり、金型上パンチ50の作動終端位置を、最大寸法部分Lの圧縮比X1と最小寸法部分Sの圧縮比X2の比に基づいて設定することにより、成形体10の平坦面12の部分、つまり成形体10の最小寸法部分Sにおいて、合金粉100の圧縮比(密度)が、他の部分、つまり湾曲面11の部分に対して極度に高くなるのを抑制できる。これによって、成形体10の焼成時に熱を加えたとき等に、内部応力により、成形体10にクラックが生じるのを抑制することが可能となる。
As described above, the dimension h of the
ここで、成形体10の寸法hと寸法φの比を変動させたとき、成形体10でのクラックの発生状況を調べたのでその結果を以下に示す。
まず、原料Aとして、Tb、Dy、Feを秤量して、Arガスの不活性雰囲気中で溶融して、Tb0.4Dy0.6Fe1.94の組成を有する合金を製造した。そして、この原料Aを、アニールする熱処理を行い、合金製造時の各金属元素の濃度分布を一様にし、また、析出した異相を消滅させてから、例えばアトマイザーで粉砕した。原料Bとして、Dy、Feを秤量して、Arガスの不活性雰囲気中で溶融し、Dy2.0Feの組成を有する合金を製造し、同様に、例えばアトマイザーで粉砕した。原料Cとして、Feを水素ガス雰囲気中で酸素を除去する還元処理を行ってから、例えばアトマイザーで粉砕した。
次いで、得られた原料A、B、Cを秤量した後、粉砕・混合処理して、組成をTb0.3Dy0.7Fe1.9にした合金粉を得た。
得られた合金粉を型に入れ、8kOeの磁場中で成形し、成形体10を得た。成形体10の寸法は、表1の通り、寸法φを3.5〜16mmとし、寸法hを1.85〜5.65mmとし、計7通りの試料(成形体10)を得た。
得られた成形体10を、焼結用容器に収めて炉中で昇温し、1150〜1230℃の安定温度区間で35vol%水素ガスと65vol%Arガスの混合雰囲気で焼成を行ない、焼結体を得た。
Here, when the ratio of the dimension h to the dimension φ of the molded
First, as raw material A, Tb, Dy, and Fe were weighed and melted in an inert atmosphere of Ar gas to produce an alloy having a composition of Tb 0.4 Dy 0.6 Fe 1.94 . Then, this raw material A was subjected to a heat treatment for annealing, to make the concentration distribution of each metal element uniform during the manufacture of the alloy, and to dissipate the precipitated foreign phase, and then pulverized with, for example, an atomizer. As the raw material B, Dy and Fe were weighed and melted in an inert atmosphere of Ar gas to produce an alloy having a composition of Dy 2.0 Fe, and similarly pulverized by, for example, an atomizer. As a raw material C, Fe was subjected to a reduction treatment for removing oxygen in a hydrogen gas atmosphere, and then pulverized by, for example, an atomizer.
Subsequently, the obtained raw materials A, B, and C were weighed and then pulverized and mixed to obtain an alloy powder having a composition of Tb 0.3 Dy 0.7 Fe 1.9 .
The obtained alloy powder was put in a mold and molded in a magnetic field of 8 kOe to obtain a molded
The obtained molded
上記のようにして得られた焼結体のクラックの発生の有無、およびクラックが発生していた場合にはクラック発生長さを計測した。その結果を表1および図3に示す。 The presence or absence of occurrence of cracks in the sintered body obtained as described above, and the occurrence length of cracks were measured. The results are shown in Table 1 and FIG.
表1および図3に示すように、寸法hと寸法φの比h/φ≧0.5とすることで、クラック発生長さが0、すなわちクラックの発生が認められないことが確認された。 As shown in Table 1 and FIG. 3, it was confirmed that when the ratio h / φ ≧ 0.5 of the dimension h and the dimension φ was set, the crack generation length was 0, that is, no crack was observed.
次に、最大寸法部分Lの圧縮比X1および最小寸法部分Sの圧縮比X2を変動させたときの、成形体10でのクラックの発生状況を調べたのでその結果を以下に示す。
なお、各試料の製作条件、製作情報は実施例1と同様にした。
成形体10を形成するときの金型上パンチ50の作動終端位置に応じて決まる最大寸法部分Lの圧縮比X1、最小寸法部分Sの圧縮比X2は表2に示す通りとした。
Then, the results are shown in the following were studied when varying the compression ratio X 2 compression ratio X 1 and the minimum dimension portion S of the largest dimension of L, and occurrence of cracks in the shaped
The production conditions and production information for each sample were the same as in Example 1.
Maximum compression ratio X 1 of dimension of L, the compression ratio X 2 of the smallest dimension of S determined according to the operating end position of the die on the
上記のようにして得られた焼結体のクラックの発生の有無、およびクラックが発生していた場合にはクラック発生長さを計測した。その結果を表2および図4に示す。 The presence or absence of occurrence of cracks in the sintered body obtained as described above, and the occurrence length of cracks were measured. The results are shown in Table 2 and FIG.
表2および図4に示すように、最大寸法部分Lの合金粉100の圧縮比X1、最小寸法部分Sの合金粉100の圧縮比X2(X2=H2´/H2)を、X2/X1≦1.5とすることで、試料10個あたりのクラックの発生数が0、すなわちクラックの発生が認められないことが確認された。
As shown in Table 2 and FIG. 4, the compression ratio X 1 of the
10…成形体、11…湾曲面、12…平坦面、13…直交面、14…成形体本体、15…張り出し部、20…磁歪素子、30…磁場中成形装置、31…金型臼体、31a…上面レベル、32…開口部、40…金型下パンチ(下型、金型)、41…湾曲面部、42…平面部、50…金型上パンチ(上型、金型)、51…湾曲面部、52…平面部、100…合金粉、L…最大寸法部分、S…最小寸法部分
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記成形体は、断面略円形に形成された成形体本体と、
前記成形体本体の中心を挟んでその両側に、当該成形体本体の外周面から外方に張り出すように形成された張り出し部と、を備え、
前記張り出し部は、一方の前記張り出し部と他方の前記張り出し部を結ぶ方向に対して直交する方向における当該張り出し部の寸法hが、前記成形体本体の外径φに対し、h/φ>0.5とされていることを特徴とする成形体。 A molded body that contains Tb, Dy, Fe and becomes a magnetostrictive element by sintering,
The molded body is a molded body body having a substantially circular cross section;
A projecting portion formed so as to project outward from the outer peripheral surface of the molded product body on both sides of the center of the molded product body,
The overhanging portion is such that the dimension h of the overhanging portion in a direction orthogonal to the direction connecting the one overhanging portion and the other overhanging portion is h / φ> 0 with respect to the outer diameter φ of the formed body. A molded product characterized in that it is .5.
前記上型と前記下型は、それぞれその成形面に、所定の曲率半径を有した湾曲面部と、前記湾曲面部の両側から外周側に向けて形成された平面部と、を有し、
前記成形体を形成するときの前記上型と前記下型の加圧完了位置が、前記上型の前記湾曲面部の上端部および前記下型の前記湾曲面部の下端部の間隔と、前記上型の前記平面部および前記下型の前記平面部の間隔とに基づいて設定されていることを特徴とする磁場中成形装置。 A magnetic field molding apparatus for forming a molded body by applying a magnetic field to a magnetic powder while molding the powder into a predetermined shape with an upper mold and a lower mold,
The upper mold and the lower mold each have a curved surface portion having a predetermined radius of curvature on the molding surface, and a flat surface portion formed from both sides of the curved surface portion toward the outer peripheral side,
The pressurization completion positions of the upper mold and the lower mold when forming the molded body are the distance between the upper end portion of the curved surface portion of the upper mold and the lower end portion of the curved surface portion of the lower mold, and the upper mold. An apparatus for forming in a magnetic field, which is set based on an interval between the flat portion of the lower plate and the flat portion of the lower mold.
前記粉末を成形するため、所定の曲率半径を有した湾曲面部、および前記湾曲面部の両側から外周側に向けて形成された平面部をそれぞれ有する上下の金型と、
上下の前記金型の少なくとも一方を、前記上下の金型間における前記湾曲面部と前記平面部に対応した領域への前記粉末の充填量に基づいて設定された作動終端位置まで作動させる金型駆動部と、
を備えることを特徴とする磁場中成形装置。 A magnetic field molding apparatus that forms a compact by forming the powder into a predetermined shape while applying a magnetic field to the magnetic powder.
In order to mold the powder, upper and lower molds each having a curved surface portion having a predetermined radius of curvature, and flat portions formed from both sides of the curved surface portion toward the outer peripheral side,
A mold drive that operates at least one of the upper and lower molds to an operation end position set based on the amount of the powder filled into the region corresponding to the curved surface part and the flat part between the upper and lower molds And
An apparatus for forming in a magnetic field, comprising:
前記作動終端位置における上方の前記金型の前記平面部と下方の前記金型の前記平面部の間隔H1に対する、成形前の状態にて上方の前記金型の前記平面部と下方の前記金型の前記平面部の間の部分に充填される前記粉末のレベルH1´の比H1´/H1と、
前記作動終端位置における上方の前記金型の前記湾曲面部の上端部と下方の前記金型の前記湾曲面部の下端部の間隔H2に対する、成形前の状態にて上方の前記金型の前記湾曲面部の上端部と下方の前記金型の前記湾曲面部の下端部の間に充填される前記粉末のレベルH2´の比H2´/H2と、
に基づいて設定されていることを特徴とする請求項9に記載の磁場中成形装置。 The operation end position of at least one of the upper and lower molds is:
The flat portion of the upper mold and the lower mold of the upper mold in the pre-molding state with respect to the distance H 1 between the flat section of the upper mold and the lower flat section of the mold at the operation end position. The ratio H 1 ′ / H 1 of the level H 1 ′ of the powder filled in the part between the flat parts of the mold;
With respect to the actuation end of the curved surface portion of the mold of the upper at the position upper and spacing of H 2 the lower end of the curved surface portion of the mold of the lower, the curvature of the upper of the mold at the previous molding conditions A ratio H 2 ′ / H 2 of the level H 2 ′ of the powder filled between the upper end portion of the surface portion and the lower end portion of the curved surface portion of the mold below;
The apparatus for forming a magnetic field according to claim 9, which is set based on
前記比H1´/H1が、前記比H2´/H2に対し、1.5倍を下回るように設定されていることを特徴とする請求項10に記載の磁場中成形装置。 The operation end position is:
The ratio H 1 '/ H 1 is the ratio H 2' / to H 2, the magnetic field in a molding apparatus according to claim 10, characterized in that it is set to less than 1.5 times.
前記上型と前記下型の間で前記磁歪材料の圧縮比が最大となる部分と、前記磁歪材料の圧縮比が最小となる部分における前記圧縮比の比に基づいて設定された作動ストロークで、前記上型および前記下型の少なくとも一方を作動させて、前記磁歪材料を磁場中成形する工程と、を備えることを特徴とする磁歪素子の製造方法。 Filling a powdered magnetostrictive material between the upper mold and the lower mold;
With the operation stroke set based on the ratio of the compression ratio of the portion where the compression ratio of the magnetostrictive material is maximum between the upper mold and the lower mold and the portion where the compression ratio of the magnetostrictive material is minimum, And a step of operating at least one of the upper mold and the lower mold to form the magnetostrictive material in a magnetic field.
前記成形体を焼結する工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の磁歪素子の製造方法。 A step of processing the molded body obtained by the molding in the magnetic field into a substantially circular cross section;
The method for manufacturing a magnetostrictive element according to claim 12, further comprising a step of sintering the molded body.
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