JP2006322057A

JP2006322057A - 軟質磁性材料

Info

Publication number: JP2006322057A
Application number: JP2005148211A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Saito; 章彦齋藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】高磁束密度、高抵抗で、かつ冷間加工性に優れ、パルス応答性に優れた軟質磁性材料を提供する。
【解決手段】Ｃｏ：８．０質量％以上１０．０質量％未満、Ａｌ：０．４質量％以上１．０質量％以下、Ｃｒ：３．０質量％以上５．０質量％以下、Ｖ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含み、残部が実質的にＦｅである軟質磁性材料。
【選択図】なし

Description

本発明は軟質磁性材料に関し、更に詳しくは、パルス応答性が優れ、冷間加工性にも優れ、小型形状の磁性部材の製造にとって好適な軟質磁性材料に関する。

例えばワイヤドットプリンタの高速印字化を設計する場合、それに組み込まれるヘッド用ヨーク材に関しては、ヘッドコイルにパルス電流を通電したときに、ヨーク材に励起される磁束の磁束密度が大きく、また時間遅れを示すことなく立ち上がりが急峻であり、同時に、パルス電流を遮断したときに、磁束の減衰が迅速に進むという動作特性が要求される。

そのため、このようなヨーク材の製造に用いられる磁性材料に対しては、高透磁率であり、磁束密度が高く、また比抵抗の高いことが必要とされる。
このような磁性材料としては、従来から、パーメンジュール（Ｆｅ−５０％Ｃｏ−２％Ｖ）が一般的に使用されている。しかしながら、パーメンジュールは、磁束密度の高い材料であるが、他方では比抵抗が４０μΩ・ｃｍ程度と低いので、パルス電流の通電時に反磁界を誘導する渦電流が発生しやすいという問題がある。

このような問題の解決を目的として、Ｃｏ含有量を従来のパーメンジュールに比べて少なくし、同時にＳｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉなどの所定量を第３元素として添加することにより、飽和磁束密度を実質的に低下させずに比抵抗を高めた軟質磁性材料が提案されている（特許文献１を参照）。
特開昭６１−２５３３４８号公報

最近、例えば人体動作を模擬する各種ロボットにおいては、そのマグネティックアクチュエータに組み込まれる各種のヨーク材に対しては、従来にまして迅速な応答性が要求され、また形状の小型化が要求されている。
このような要求を満たすためには、用いる磁性材料は、小型形状にしても、高い磁束密度を示し、また高い比抵抗を有する材料であることが必要である。同時に、小型形状の部材に加工することができるような優れた加工性を備えていることが必要である。

このような観点から前記した特許文献１の材料を検討すると、必ずしも満足すべき特性を備えた材料であるとは言いがたい。
本発明は上記した点に鑑みて開発された軟質磁性材料であって、高い磁束密度と大きな比抵抗を有し、したがってパルス電流の通電時に優れた応答性を示し、同時に例えば冷間鍛造や冷間圧延などの冷間加工性も良好である新規な軟質磁性材料の提供を目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明においては、
Ｃｏ：８．０質量％以上１０．０質量％未満、Ａｌ：０．４質量％以上１．０質量％以下、Ｃｒ：３．０質量％以上５．０質量％以下、Ｖ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含み、残部が実質的にＦｅであることを特徴とする軟質磁性材料が提供される。

この材料は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖがバランスよく含有されているので、高い磁束密度、高い比抵抗、そして良好な冷間加工性を備えていて、小型形状でパルス応答性に優れた磁性部材の製造を可能にする。

本発明の材料組成において、Ｃｏの含有量は８．０質量％以上１０．０質量％未満に設定される。Ｃｏ含有量が８．０質量％より少なくなると、材料の磁束密度と比抵抗はいずれも小さくなって迅速なパルス応答性が得られない。しかも、磁束密度が小さくなるので、その材料から実使用に耐え得る磁束密度を有する小型形状の部材を加工することは事実上不可能になる。

またＣｏ含有量が１０．０質量％以上になると、材料は脆性になりはじめて冷間加工が困難になるとともに、例えば実使用時に他部材との接触したときにその衝撃で損壊することも起こるようになる。
好ましいＣｏの含有量は８．５〜９．５質量％である。
Ａｌは材料の比抵抗を高めるための成分であって、その含有量は０．４〜１．０質量％に設定される。Ａｌ含有量が０．４質量％より少なくなると比抵抗は小さくなり、逆に１．０質量％より多くすると材料の磁束密度は小さくなり、また材料の冷間加工性が劣化する。

好ましいＡｌ含有量は０．５〜０．８質量％である。
Ｃｒは主として材料の耐食性と比抵抗を確保するための成分であり、その含有量は３．０〜５．０質量％に設定される。Ｃｒ含有量を３．０質量％より少なくすると、材料の耐食性と比抵抗が劣化して例えば使用環境の制限を受けるとともに使用寿命の短縮化をもたらす。またＣｒ含有量を５．０質量％より多くすると、材料の磁束密度の低下が起こりはじめる。好ましいＣｒ含有量は３．５〜４．５質量％である。

Ｖは、比抵抗を高め、また冷間加工性を向上させるための成分であり、その含有量は１．０〜３．０質量％に設定される。Ｖ含有量が１．０質量％より少ないと、上記した効果は発現せず、また３．０質量％より多いと磁束密度が下がる。好ましいＶ含有量は１．５〜２．５質量％である。
本発明の材料は上記した成分を必須成分とし、残部は実質的にＦｅである。

この材料は、上記した各成分を例えば真空溶解炉で溶解して調製されるが、その溶製時に各種の成分が例えば不純物として含有されてくる。
例えば、溶製時にＣが不純物として含まれてくる。この含有量が多すぎると、磁束密度の低下、および保磁力（Ｈｃ）の劣化を招くのでその上限値は０．０３質量％に規制すべきである。またＳｉも炉壁などから不純物として含有されてくるが、その含有量が多くなると冷間加工性の劣化を招くので、その上限値は０．２質量％に規制すべきである。

また溶製時には脱酸剤としてＭｎが添加されるが、材料におけるＭｎ含有量が多くなると、やはり材料の冷間加工性の劣化を招くので、その上限値は０．３質量％に規制すべきである。
Ｐ、Ｓも溶製時に不純物として含有されてくるが、これらの含有量が多くなると、磁束密度の低下や冷間加工性の劣化、更には保磁力（Ｈｃ）の劣化を招くので、その上限値は０．０２質量％に規制すべきである。

また、Ｎｉ、Ｃｕも不純物として含有されてくるが、この含有量が多くなると磁束密度の低下を招いてパルス応答性が劣化するので、その上限値は両者の合計量で０．２質量％に規制すべきである。
またＮも不純物として含有されてくるが、その含有量が多くなると、磁束密度の低下と保磁力（Ｈｃ）の劣化を招くので、その上限値は０．０２質量％に規制すべきである。

更にＯの含有量が多くなると、材料には酸化物系非金属介在物が生成して磁気特性の劣化を招き、また冷間加工性の劣化も招くので、その上限値は０．０２質量％に規制すべきである。
（実施例）
実施例１〜１０、比較例１〜１０
真空溶解炉で表１で示した各種組成の合金材料を溶製したインゴットを温度１１００℃で２時間の加熱後に鋳造して丸棒にし、それぞれの丸棒に温度７５０℃で２時間の焼鈍処理を施した。

なお、得られた合金材料は、いずれもＣｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｖの必須成分以外の不純物は、下記の含有量となるように溶製時の条件を制御して調製されている。
Ｃ：０．０１０質量％、Ｓｉ：０．１０質量％、Ｍｎ：０．２５質量％、Ｐ：０．０１２質量％、Ｓ：０．００３質量％、Ｃｕ：０．０７質量％、Ｎｉ：０．０８質量％、Ｍｏ：０．０１質量％未満、Ｏ：０．００５質量％未満、Ｎ：０．０１５質量％未満。

各丸棒を機械加工して、これらの材料から外径２８ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み４ｍｍの磁気リング試験片、５ｍｍ角、長さ２０ｍｍの比抵抗測定用試験片、および引張試験部直径が５ｍｍ、高さが５ｍｍである変形抵抗試験片をそれぞれ製作した。
各試験片につき、比抵抗（μΩ・ｃｍ）を測定し、各変形抵抗試験片については室温下で６０％変形時の割れを測定して冷間加工性を評価した。また、各試験片に温度８５０℃の磁気焼鈍を２時間行い、各焼鈍処理後における磁束密度を測定した。

なお、試料２、試料４、および試料１３については、表示の温度でそれぞれ２時間の磁気焼鈍を行ない、そのときの磁束密度を測定し、その結果も示した。
以上の結果を一括して表１に示した。
なお、磁束密度は、試験片に１次コイルと２次コイルを巻回し、試験片に１００００Ａ／ｍの磁界を印加して測定したときの値（Ｂ₁₀₀₀₀）である。

また、各試験片に対し、温度８０℃、相対湿度９０％の雰囲気下における耐食試験を行って耐食性を調査したが、ほとんどの試験片は、表１の試料１１を除いて発錆することはなかった。

表１から次のことが明らかである。
（１）Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖの含有量を本発明で規定する値にした試料は、いずれも、Ｂ₁₀₀₀₀が１．７Ｔ以上で、かつ比抵抗が６０μΩ・ｃｍ以上になっている。そして変形率も６０％以上であり、冷間加工性が良好な材料になっている。
（２）Ｃｏ含有量が規定値よりも少ない試料１は、Ｂ₁₀₀₀₀、比抵抗がいずれも小さくなり、パルス応答性は悪くなっている。また、Ｃｏ含有量が規定値よりも多い試料５は、Ｂ₁₀₀₀₀は高い値を示すものの、変形性が劣化し、小型形状に加工することが困難な材料になっている。
（３）Ａｌ含有量が規定値よりも少ない試料６の場合、Ｂ₁₀₀₀₀は１．７Ｔ以上であっても比抵抗が低いのでパルス応答性は悪い。またＡｌ含有量が規定値よりも多い試料１０はＢ₁₀₀₀₀が低い値になると同時に変形性が小さく冷間加工性は悪い。
（４）Ｃｒ含有量が規定値よりも少ない試料１１は耐食性に難があり、また比抵抗も低い。またＣｒ含有量が規定値よりも多い試料１４はＢ₁₀₀₀₀が低い値になってパルス応答性が悪くなっている。
（５）Ｖ含有量が規定値よりも少ない試料１５は、比抵抗が小さく、また変形性も小さい。逆にＶ含有量が規定値よりも多い試料１８はＢ₁₀₀₀₀と変形性が悪くなっている。

本発明の材料は、Ｂ₁₀₀₀₀が１．７Ｔ以上、かつ比抵抗が６０μΩ・ｃｍ以上であるため優れたパルス応答性を有している。また冷間加工性も良好である。
このようなことから、本発明の軟質磁性材料は、優れたパルス応答性を確保した状態で小型形状の磁性部材の製造が可能であり、例えば、高速印字するワイヤドットプリンタのヨーク材や各種のマグネティックマニュピレータ用の磁性部材の材料として有用である。

Claims

Ｃｏ：８．０質量％以上１０．０質量％未満、Ａｌ：０．４質量％以上１．０質量％以下、Ｃｒ：３．０質量％以上５．０質量％以下、Ｖ：１．０質量％以上３．０質量％以下を含み、残部が実質的にＦｅであることを特徴とする軟質磁性材料。
１００００Ａ／ｍの磁界を印加したときの磁束密度が１．７Ｔ以上であり、かつ比抵抗が６０μΩ・ｃｍ以上である請求項１の軟質磁性材料。