JP2007214297A

JP2007214297A - 磁歪複合合金

Info

Publication number: JP2007214297A
Application number: JP2006031784A
Authority: JP
Inventors: Yasubumi Furuya; 泰文古屋; Sadako Okazaki; 禎子岡崎; Nobuo Imaizumi; 伸夫今泉; Genichi Nakamura; 元一中村; Nobuyuki Miyazaki; 伸幸宮崎; Chihiro Saito; 千尋斉藤
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】剛性が高く、変位量の大きい磁歪複合合金を提供する。
【解決手段】急冷凝固法によって得られる薄帯状のＦｅ−Ｇａ合金と、Ｎｉ基合金とを接合して得られること、さらには、薄帯状のＦｅ−Ｇａ合金におけるＧａのモル百分率が１５〜２０％であること、さらには、接合する複数の合金の板厚が、それぞれ１０〜２００μｍとしたことにより、剛性が高く、十分な変位量を得ることのできる磁歪複合合金を作製することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁歪材料を用いた磁歪複合合金に関する。

従来より、磁歪の符合が正負反対の二種類の合金を組み合わせて構成する磁歪バイメタルが考案されている。これは、Ｃｏ・Ｆｅ・Ｍｎ・Ｔｂ・Ｄｙから構成される正磁歪材と、Ｃｏ・Ｆｅ・Ｓｍ・Ｄｙから構成される負磁歪材との合金で構成される磁歪バイメタルである。これは、微小変位制御素子のストローク特性を著しく改善し、小型、軽量化を図るものであった（特許文献１）。

また、本発明者らは、磁歪材料の開発において、急冷凝固法により、薄帯の厚み方向に柱状結晶集合組織を有するＦｅ−Ｇａ合金を得ることに成功している。これによると、本発明者らは、急冷凝固法と、その後の熱処理にて、磁歪量の大きなＦｅ−Ｇａ合金を得ている（特許文献２）。また、図６に、Ｆｅ_{１００−ｘ}Ｇａ_ｘ（１３＜ｘ＜２５）急冷凝固薄帯の最大磁歪のＧａ濃度依存を示す。それぞれの組成において観察された最大磁歪は、Ｇａのモル百分率が１３〜１７％まではＧａ濃度が高くなるにつれて磁歪も大きくなり、１７％付近で最大２１０ｐｐｍが得られ、それ以上のＧａのモル百分率になると磁歪は逆に減少した。この磁歪の組成依存性は単結晶に似た傾向であることが判明している。
特開昭６０−００２６４５特開２００３−２８６５５０

しかしながら、上記特許文献１による磁歪バイメタルでは、その合金に希土類合金を用いていることにより、脆く、更には製造コストが非常に高価であるという欠点がある。また、上記特許文献２による磁歪材料においても単体では十分に大きな変位量を得ることができないという問題があった。

したがって、本発明は、上記の問題点を解決するため、剛性が高く、十分な変位量を持たせることが可能な磁歪複合合金を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、磁歪の符合が正負反対の二種類の合金から構成される磁歪複合合金において、急冷凝固法によって得られる薄帯状Ｆｅ−Ｇａ合金と、Ｎｉ基合金とを接合して得られることを特徴とする磁歪複合合金としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁歪複合合金において、急冷凝固法によって得られる薄帯状のＦｅ−Ｇａ合金におけるＧａのモル百分率が１５〜２０％であることを特徴とする磁歪複合合金としている。

請求項３記載の発明は、請求項１乃至２記載の磁歪複合合金において、接合する複数の合金の板厚が、それぞれ１０〜２００μｍであることを特徴とする磁歪複合合金としている。

本発明では、急冷凝固法にて得られた薄帯状Ｆｅ−Ｇａ合金を用いることにより、液相からの急速凝固にて、通常では高温でのみ現れる相、すなわち、７００℃付近での不規則ｂｃｃ相を常温で発現させることができる。つまり、規則相（Ｄ０_３、Ｌｌ_２）の析出を制御して薄帯状Ｆｅ−Ｇａ合金を得ることができるため、磁歪複合合金として、より大きな変位量を得ることができる。

また、本発明の薄帯状Ｆｅ−Ｇａ合金では、Ｇａのモル百分率を１５〜２０％とすることにより、最も大きな磁歪量を得ることができることから、Ｆｅ−Ｇａ合金とＮｉ基合金からなる磁歪複合合金は、さらに、より大きな変位量を得ることができる。

また、本発明の薄帯状Ｆｅ−Ｇａ合金及びＮｉ基合金の板厚は、およそ１０〜２００μｍとする。これは、急冷凝固法で得られる薄帯状Ｆｅ−Ｇａ合金の作製可能範囲である。

以下、本発明の最良の形態に係る磁歪複合合金について、添付図面を参照して説明する。

本発明における磁歪複合合金１は、図１に示すような、正磁歪材である薄帯状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金２と、負磁歪材であるＮｉ合金３とを接合して構成される。この薄帯状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金２は、図２に示すような単ロール液体急冷凝固法にて得られる。これは、高周波誘導コイル５の内側に石英ノズル４を配置し、その中にバルク状のＦｅ_８２Ｇａ_１８合金２’を投入し、前記高周波誘導コイル５に電流を流し、前記Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金２’を溶解させる。その後、矢印ａ方向にＡｒガスを噴射し、溶解した前記Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金２’は、矢印ｂ方向へ高速回転するロール６の外周面に当てられ、回転方向へ飛散して冷却される。以上の工程により、薄帯状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金２が形成される。

また、さらに、前記薄帯状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金２の曲がりを除去するため、約２５ｍｍ長さに切断後アルミナ板で挟持し、８５０℃〜９００℃で短時間熱処理を施した。これにより幅６ｍｍで板厚１００μｍの薄帯状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金が得られた。さらに、幅６ｍｍで板厚５０μｍ、板厚１００μｍのＮｉ合金を作り、これらをそれぞれエポキシ樹脂にて接着することにより磁歪複合合金を作製した。

この時、Ｆｅ_８２Ｇａ_１８（板厚１００μｍ）／Ｎｉ合金（板厚１００μｍ）で構成された磁歪複合合金を、磁歪複合合金Ａ、Ｆｅ_８２Ｇａ_１８（板厚１００μｍ）／Ｎｉ合金（板厚５０μｍ）で構成された磁歪複合合金を、磁歪複合合金Ｂとする。

次に、上記磁歪複合合金Ａ、Ｂと、Ｆｅ_８２Ｇａ_１８（板厚１００μｍ）を２枚積層した正磁歪材Ｃ、Ｎｉ合金（板厚１００μｍ）を２枚積層した負磁歪材Ｄとの４種の複合合金にて、変位測定実験を行った。

図３にその実験の概念図を示す。これは樹脂の固定台７上に磁界発生用ソレノイドコイル８を設置した。この時、磁歪複合合金Ａ、Ｂ、正磁歪材Ｃ、負磁歪材Ｄは長さ約２５ｍｍであったが、固定台への固定部分が約５ｍｍあるため、実際の変位可能長さは約２０ｍｍであった。そのコイル８中に磁歪複合合金Ａ、Ｂ、正磁歪材Ｃ、負磁歪材Ｄのいずれかを配置し、前記コイル８に電流を流し、磁界Ｈ＝１６ｋＡ／ｍ（約２００Ｏｅ）を印加し、その時の各複合合金の振幅を近傍に配置したレーザ変位計９にて変位Δｄ_１を測定した。

例えば磁歪複合合金Ａの測定を行う場合は、負磁歪をもつＮｉ合金側にレーザーを当てて変位を測定した。図４の変位波形図に示すように、磁界Ｈ＝０ｋＡ／ｍの時を基準点とすると、機械的共振時以外の周波数では負方向にのみ変位し（図中ｐ点）、機械的共振周波数では正負両方向に変位した（図中ｑ点、ｒ点）。

ここでの入力周波数とは磁界発生用コイルに投入する交流電流の周波数を示す。磁歪は正負の電流に対して符号に依存せずに発現するため、磁歪複合合金は入力周波数に対して２倍の周波数で変位しており、図4で示す通りである。

また、各合金の入力周波数ｆに対する振幅Δｄ₂を図５に示す。これによると、入力周波数ｆ＝１００Ｈｚ付近にて、各合金とも振幅のピークが見られる。なかでも、磁歪複合合金Ａ、Ｂは、ｆ＝８２Ｈｚ、１１４Ｈｚにて、最大振幅Δｄ₂maxは、９２４μｍ、７１４μｍ、となり（図中ｓ点、ｔ点）、正磁歪材Ｃ、負磁歪材Ｄは、ｆ＝１２８Ｈｚ、１８０Ｈｚにて、最大振幅Δｄ₂maxは、９４μｍ、１５μｍ（図中ｕ点、ｖ点）を大きく上回る（下記表１参照）。

ここで、磁歪複合合金ではない、正磁歪材Ｃおよび負磁歪材Ｄでの振幅は、磁界への吸引が要因と考えられる。よって、磁歪複合合金ＡおよびＢにも、正磁歪材Ｃおよび負磁歪材Ｄの振幅程度の誤差が含まれている可能性がある。しかし、磁歪複合合金ＡおよびＢの最大振幅の値は、正磁歪材Ｃおよび負磁歪材Ｄの最大振幅の値に比べて一桁大きいことから、磁歪複合効果は十分大きいものと考えられる。

本発明の磁歪複合合金は、薄帯状のＦｅ−Ｇａ合金とＮｉ基合金での複合合金であるため、延性もあり、剛性も高い。且つ、Ｆｅ−Ｇａ合金は正磁歪材であり、さらに負磁歪材であるＮｉ基合金と接合して得られるため、磁界の印加により、Ｆｅ−Ｇａ合金の伸長とＮｉ基合金の収縮という各材料の変形が逆方向へ発生する為、磁歪複合合金として大きな変位が得られた。この時、本実施形態のように、片端での片持ち梁構造とすると、自由端側では振幅が大きな変位となって現われ、磁歪複合合金として、様々な用途に使用可能となる。

本発明における磁歪複合合金１を示す模式断面図である。単ロール液体急冷凝固法を示す模式説明図である。本発明における変位測定実験を示す概念図である。本発明における変位測定実験による変位波形図である。本発明における変位測定実験による各合金の入力周波数ｆに対する振幅Δｄ₂を示すグラフである。Ｆｅ_{１００−ｘ}Ｇａ_ｘ（１３＜ｘ＜２５）急冷凝固薄帯の最大磁歪のＧａ濃度依存を示すグラフである。

符号の説明

１磁歪複合合金
２薄帯状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金
２’ バルク状Ｆｅ_８２Ｇａ_１８合金
３Ｎｉ合金
４石英ノズル
５高周波誘導ノズル
６ロール
７固定台
８ソレノイドコイル
９レーザ変位計

Claims

磁歪の符合が正負反対の二種類の合金から構成される磁歪複合合金において、
急冷凝固法によって得られる薄帯状のＦｅ−Ｇａ合金と、Ｎｉ基合金とを接合して得られることを特徴とする磁歪複合合金。
請求項１記載の磁歪複合合金において、
急冷凝固法によって得られる薄帯状のＦｅ−Ｇａ合金におけるＧａのモル百分率が１５〜２０％であることを特徴とする磁歪複合合金。
請求項１乃至２記載の磁歪複合合金において、
接合する複数の合金の板厚が、それぞれ１０〜２００μｍであることを特徴とする磁歪複合合金。