JP3230581B1 - 微小重力環境下での超磁歪材料の製造方法 - Google Patents
微小重力環境下での超磁歪材料の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
【要約】
【課題】 短時間でかつ簡単な処理で高性能磁歪材料を
製造する方法を提供する。 【解決手段】 微小重力環境下及び磁場の存在下におい
て、超磁歪合金の融液を少なくとも５０℃／秒の降温速
度で急速冷却し、一方向凝固させることを特徴とする超
磁歪材料の製造方法であって該超磁歪合金の融液を、急
冷用の固体表面上に落下衝突させることによって急冷さ
せることからなり、該固体表面の温度が該融液の凝固点
よりも１０００℃以上低い温度であり、該固体表面上の
磁力が０．０１テスラ以上である。
製造する方法を提供する。 【解決手段】 微小重力環境下及び磁場の存在下におい
て、超磁歪合金の融液を少なくとも５０℃／秒の降温速
度で急速冷却し、一方向凝固させることを特徴とする超
磁歪材料の製造方法であって該超磁歪合金の融液を、急
冷用の固体表面上に落下衝突させることによって急冷さ
せることからなり、該固体表面の温度が該融液の凝固点
よりも１０００℃以上低い温度であり、該固体表面上の
磁力が０．０１テスラ以上である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は微小重力環境と磁場
を利用して超磁歪材料を短時間で製造する方法に関す
る。
を利用して超磁歪材料を短時間で製造する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】単結晶の作製には従来チョクラルスキー
（Ｃｚ）法や浮遊帯溶融法（Ｆｚ）法が用いられて来
た。融液中の熱対流は凝固時、結晶の組成・組織の不均
一性をもたらす。このため対流を抑制する方向に最大８
テスラまでの磁場を印加する研究が報告されているが、
１テスラ以下の磁場で完全に対流を抑制することは困難
である。また、一般に、磁歪材料を溶融凝固にて作製す
る場合、特にテルビウム−鉄系合金あるいはディスプロ
シウム−鉄系合金等の場合、１段〜２段の包晶反応を経
て凝固するため、高性能の磁歪材料である単相のバルク
磁歪材料を製造することは困難である。このため、一般
には蒸着法をはじめとする薄膜技術において磁歪材料開
発が行われてきた。微小重力環境下での融液の一方向凝
固処理においては単結晶をはじめとする高品質結晶材料
が製造可能であることが、インジウムアンチモン合金や
ゲルマニウムの溶融凝固研究により明らかとなっている
が、磁区をはじめ磁気異方性の制御は困難である。秒単
位の短時間で高性能磁歪特性を有する磁歪材料を合成す
る技術は現在のところ開発されていない。
（Ｃｚ）法や浮遊帯溶融法（Ｆｚ）法が用いられて来
た。融液中の熱対流は凝固時、結晶の組成・組織の不均
一性をもたらす。このため対流を抑制する方向に最大８
テスラまでの磁場を印加する研究が報告されているが、
１テスラ以下の磁場で完全に対流を抑制することは困難
である。また、一般に、磁歪材料を溶融凝固にて作製す
る場合、特にテルビウム−鉄系合金あるいはディスプロ
シウム−鉄系合金等の場合、１段〜２段の包晶反応を経
て凝固するため、高性能の磁歪材料である単相のバルク
磁歪材料を製造することは困難である。このため、一般
には蒸着法をはじめとする薄膜技術において磁歪材料開
発が行われてきた。微小重力環境下での融液の一方向凝
固処理においては単結晶をはじめとする高品質結晶材料
が製造可能であることが、インジウムアンチモン合金や
ゲルマニウムの溶融凝固研究により明らかとなっている
が、磁区をはじめ磁気異方性の制御は困難である。秒単
位の短時間で高性能磁歪特性を有する磁歪材料を合成す
る技術は現在のところ開発されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、短時間でか
つ簡単な処理で高性能磁歪材料を製造する方法を提供す
ることをその課題とする。
つ簡単な処理で高性能磁歪材料を製造する方法を提供す
ることをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、微小重力環境下及び
磁場の存在下において、超磁歪合金の融液を少なくとも
５０℃／秒の降温速度で急速冷却し、一方向凝固させる
ことを特徴とする超磁歪材料の製造方法が提供される。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、微小重力環境下及び
磁場の存在下において、超磁歪合金の融液を少なくとも
５０℃／秒の降温速度で急速冷却し、一方向凝固させる
ことを特徴とする超磁歪材料の製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明において用いる原料は、希
土類元素−金属元素系合金であり、好ましくはテルビウ
ムの原子数が３３．３％で、鉄の原子数が６６．７％の
テルビウム−鉄系、ディスプロシウムの原子数が３３．
３％、鉄の原子数が６６．７％のディスプロシウム−鉄
系、テルビウムの原子数が２６．６％、ディスプロシウ
ムの原子数が６．７％、鉄の原子数が６６．７％のター
フェノール系等が用いられる。
土類元素−金属元素系合金であり、好ましくはテルビウ
ムの原子数が３３．３％で、鉄の原子数が６６．７％の
テルビウム−鉄系、ディスプロシウムの原子数が３３．
３％、鉄の原子数が６６．７％のディスプロシウム−鉄
系、テルビウムの原子数が２６．６％、ディスプロシウ
ムの原子数が６．７％、鉄の原子数が６６．７％のター
フェノール系等が用いられる。
【０００６】本発明の超磁歪材料の製造方法において
は、微小重力環境下及び磁場の存在下において、前記材
料の融液を、急速に冷却し、一方向凝固させる。この場
合の冷却方法としては、融液を急速に冷却し得る方法で
あれば任意の方法を用いることができるが、一般的に
は、冷却した固体表面にその融液を接触させる方法が採
用される。また、この場合、その冷却用の固体として、
磁化した固体を用いることにより、磁場の存在下での急
速冷却を達成することができる。
は、微小重力環境下及び磁場の存在下において、前記材
料の融液を、急速に冷却し、一方向凝固させる。この場
合の冷却方法としては、融液を急速に冷却し得る方法で
あれば任意の方法を用いることができるが、一般的に
は、冷却した固体表面にその融液を接触させる方法が採
用される。また、この場合、その冷却用の固体として、
磁化した固体を用いることにより、磁場の存在下での急
速冷却を達成することができる。
【０００７】冷却用の固体としては、鉄やニッケル等の
金属及びそれらの合金等の強磁性金属の使用が好まし
い。これらの固体には、その一部に電気コイルを巻成し
て電流を流すことにより、電磁磁石として用いることが
できる。また、前記固体としては永久磁石を用いること
ができる。
金属及びそれらの合金等の強磁性金属の使用が好まし
い。これらの固体には、その一部に電気コイルを巻成し
て電流を流すことにより、電磁磁石として用いることが
できる。また、前記固体としては永久磁石を用いること
ができる。
【０００８】落下する融液と、冷却用固体との接触方法
は、両者が接触する方法であればよく、任意の方法であ
ることができるが、一般的には、融液を、固体表面上に
落下衝突させる方法が採用される。このような方法によ
れば、固体表面に衝突した融液は、その衝突面から外方
に向けて急冷され、一方向凝固が達成される。
は、両者が接触する方法であればよく、任意の方法であ
ることができるが、一般的には、融液を、固体表面上に
落下衝突させる方法が採用される。このような方法によ
れば、固体表面に衝突した融液は、その衝突面から外方
に向けて急冷され、一方向凝固が達成される。
【０００９】本発明においては、融液の急冷速度は、少
なくとも５０℃／秒の降温速度、好ましくは１００℃／
秒以上の降温速度、より好ましくは１５０℃／秒以上の
降温速度である。その上限値は、特に制約されないが、
実用的観点からは、約３００℃／秒程度である。融液の
急冷に際して存在させる磁場は、その固体の磁力で、
０．０１テスラ以上、好ましくは０．０４テスラ以上で
ある。その上限値は、特に制約されないが、実用的観点
から、通常、１．０テスラ程度である。本発明において
は、融液は、５０〜２００℃／秒の降温速度で、０．０
４０〜１．０テスラの磁場の存在下で冷却させるのが好
ましい。
なくとも５０℃／秒の降温速度、好ましくは１００℃／
秒以上の降温速度、より好ましくは１５０℃／秒以上の
降温速度である。その上限値は、特に制約されないが、
実用的観点からは、約３００℃／秒程度である。融液の
急冷に際して存在させる磁場は、その固体の磁力で、
０．０１テスラ以上、好ましくは０．０４テスラ以上で
ある。その上限値は、特に制約されないが、実用的観点
から、通常、１．０テスラ程度である。本発明において
は、融液は、５０〜２００℃／秒の降温速度で、０．０
４０〜１．０テスラの磁場の存在下で冷却させるのが好
ましい。
【００１０】冷却用の固体表面は、その融液の温度の凝
固点よりも、１０００℃以上、好ましくは１３００℃以
上低い温度である。その下限値は、融液の凝固点より
も、１５００℃程度低い温度である。
固点よりも、１０００℃以上、好ましくは１３００℃以
上低い温度である。その下限値は、融液の凝固点より
も、１５００℃程度低い温度である。
【００１１】微小重力環境は、落下、飛行機の弾道飛
行、ロケットの打ち上げ等により形成することができ
る。また、材料を微小重力に保持する時間は１秒以上で
あればよく、通常１〜１０秒である。
行、ロケットの打ち上げ等により形成することができ
る。また、材料を微小重力に保持する時間は１秒以上で
あればよく、通常１〜１０秒である。
【００１２】材料を溶融する場合や、材料融液を冷却す
る場合の条件としては、真空、常圧、加圧の条件が採用
される。本研究の好ましい態様においては、加熱装置に
より材料を急速に加熱溶融して融液となし、微小重力環
境下で磁界中において冷却固体と接触させることにより
急速凝固させる。この方法によると、凝固速度１ｍｍ／
秒〜１０ｍｍ／秒で一方向凝固が進行し、短時間で磁歪
材料を合成することが出来る。
る場合の条件としては、真空、常圧、加圧の条件が採用
される。本研究の好ましい態様においては、加熱装置に
より材料を急速に加熱溶融して融液となし、微小重力環
境下で磁界中において冷却固体と接触させることにより
急速凝固させる。この方法によると、凝固速度１ｍｍ／
秒〜１０ｍｍ／秒で一方向凝固が進行し、短時間で磁歪
材料を合成することが出来る。
【００１３】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
する。
【００１４】実施例１ この実施例において、微小重力発生施設としては１．２
秒落下実験施設と１０秒落下実験施設を用いた。この落
下実験施設に冷却固体に電磁石を用いた一方向凝固装置
を搭載し、圧力０．１５ＭＰａ（約１．５気圧）、アル
ゴン流量３０ｓｃｃｍ（０．０５Ｐａｍ3／ｓｅｃ）に
て試料の磁界中一方向凝固処理を行った。試料にはＴｂ
Ｆｅ2合金を用いた。試料は予め直径１０ｍｍφ×厚さ
３ｍｍに成形加工して実験に用いた。試料の溶融は常重
力下において開始するが、試料昇温処理は４０秒間の加
熱により室温から１３５０℃まで行う。微小重力実験は
１３５０℃に達した段階で落下開始とし、１０秒落下実
験装置の場合２秒間、一方、１．２秒落下実験施設の場
合０．２秒間の追加熱の後、冷却用鉄ブロック上に溶融
試料を直接落下衝突させることで冷却を行った。衝突接
触時に冷却用鉄ブロック（温度：１００℃）を電磁磁石
とし、約０．０４テスラの磁場を発生させた。微小重力
環境下において冷却開始から約１．０秒で試料温度は１
３５０℃から１１００℃まで降温する。つまり初期溶融
は常重力環境下で行い、磁界中一方向凝固過程を微小重
力環境下にて行うことになる。
秒落下実験施設と１０秒落下実験施設を用いた。この落
下実験施設に冷却固体に電磁石を用いた一方向凝固装置
を搭載し、圧力０．１５ＭＰａ（約１．５気圧）、アル
ゴン流量３０ｓｃｃｍ（０．０５Ｐａｍ3／ｓｅｃ）に
て試料の磁界中一方向凝固処理を行った。試料にはＴｂ
Ｆｅ2合金を用いた。試料は予め直径１０ｍｍφ×厚さ
３ｍｍに成形加工して実験に用いた。試料の溶融は常重
力下において開始するが、試料昇温処理は４０秒間の加
熱により室温から１３５０℃まで行う。微小重力実験は
１３５０℃に達した段階で落下開始とし、１０秒落下実
験装置の場合２秒間、一方、１．２秒落下実験施設の場
合０．２秒間の追加熱の後、冷却用鉄ブロック上に溶融
試料を直接落下衝突させることで冷却を行った。衝突接
触時に冷却用鉄ブロック（温度：１００℃）を電磁磁石
とし、約０．０４テスラの磁場を発生させた。微小重力
環境下において冷却開始から約１．０秒で試料温度は１
３５０℃から１１００℃まで降温する。つまり初期溶融
は常重力環境下で行い、磁界中一方向凝固過程を微小重
力環境下にて行うことになる。
【００１５】図１に、溶融凝固実験で得られた試料の磁
歪特性を示す。常重力環境下において溶融凝固した試料
は、磁場強度０テスラと０．０４テスラのいずれの環境
で凝固した試料も磁歪特性に大きな違いはない。しかし
ながら、微小重力環境下、磁場強度０．０４テスラにお
いて凝固した試料は、同様の条件で常重力環境下で凝固
した試料よりさらに約６０％磁歪特性が優れている。ま
たこの磁歪特性は常重力環境で凝固した試料は約１０ｋ
Ｏｅから磁歪率が飽和する傾向が現れているのに対し、
微小重力環境下磁場強度０．０４テスラで凝固した試料
の磁歪率は１６ｋＯｅでも飽和することがない。
歪特性を示す。常重力環境下において溶融凝固した試料
は、磁場強度０テスラと０．０４テスラのいずれの環境
で凝固した試料も磁歪特性に大きな違いはない。しかし
ながら、微小重力環境下、磁場強度０．０４テスラにお
いて凝固した試料は、同様の条件で常重力環境下で凝固
した試料よりさらに約６０％磁歪特性が優れている。ま
たこの磁歪特性は常重力環境で凝固した試料は約１０ｋ
Ｏｅから磁歪率が飽和する傾向が現れているのに対し、
微小重力環境下磁場強度０．０４テスラで凝固した試料
の磁歪率は１６ｋＯｅでも飽和することがない。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、微小重力環境下におい
て均一融液を維持し、かつ磁界中で一方向凝固を行うこ
とで、従来の超磁歪材料よりも磁気異方性を有した優れ
た性能の超磁歪材料を短時間で合成可能となるものであ
る。本発明は、精密機械の微少変位制御部の駆動材料、
超音波発生装置の高性能化に有用な技術となり、さらに
生産価格も低減できる。
て均一融液を維持し、かつ磁界中で一方向凝固を行うこ
とで、従来の超磁歪材料よりも磁気異方性を有した優れ
た性能の超磁歪材料を短時間で合成可能となるものであ
る。本発明は、精密機械の微少変位制御部の駆動材料、
超音波発生装置の高性能化に有用な技術となり、さらに
生産価格も低減できる。
【図１】微小重力環境下と常重力環境下それぞれにおい
て磁界中にて一方向凝固した試料の磁歪率を示す線図で
ある。
て磁界中にて一方向凝固した試料の磁歪率を示す線図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｄ 27/02 Ｂ２２Ｄ 27/02 Ｕ Ｈ０１Ｌ 41/20 Ｈ０１Ｌ 41/20 // Ｃ２２Ｃ 33/04 Ｃ２２Ｃ 33/04 Ｚ 38/00 ３０３ 38/00 ３０３Ｚ (73)特許権者 598033066 鶴江 孝 北海道札幌市豊平区西岡５条１丁目15番 11号 (73)特許権者 598033055 中田 善徳 北海道札幌市清田区里塚２条３丁目16番 43号 (74)上記５名の代理人 100074505 弁理士 池浦 敏明 (72)発明者 皆川 秀紀 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 奥谷 猛 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 永井 秀明 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 鶴江 孝 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 中田 善徳 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 鎌田 恵司 東京都新宿区西早稲田３−30−16 審査官 金 公彦 (56)参考文献 特開 平５−306425（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−37182（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−37181（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−298605（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−126775（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238425（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261517（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−37442（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−122229（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 27/04 B22D 21/00 B22D 23/00 B22D 25/00 B22D 27/02 H01L 41/20 C22C 33/04 C22C 38/00 303
Claims (2)
- 【請求項１】 微小重力環境下及び磁場の存在下で超磁
歪合金の融液を少なくとも５０℃／秒の降温速度で急速
冷却し、一方向凝固させることを特徴とする超磁歪材料
の製造方法。 - 【請求項２】 該超磁歪合金の融液を、急冷用の固体表
面上に落下衝突させることによって急冷させることから
なり、該固体表面の温度が該融液の凝固点よりも１００
０℃以上低い温度であり、該固体表面上の磁力が０．０
１テスラ以上である請求項１の方法。
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