JP6399502B1 - 磁歪材料およびそれを用いた磁歪式デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
Fe(100−x−y)GaxSmy・・・(1)
(式(1)中、xおよびyは、それぞれGa含有率(at%)およびSm含有率(at%)であり、y≦0.35x−4.2、y≦−x+20.1かつy≧−0.1x+2.1を満たす)
で表されるFeGaSm合金からなる、
磁歪材料が提供される。
前記磁歪式デバイスの寸法変化の予定方向に対して、前記磁歪材料の最大歪み方向が0°以上10°以下の傾斜角度をなすように構成されている、
磁歪式デバイスが提供される。
本実施形態における磁歪材料は、
下記式(1)
Fe(100−x−y)GaxSmy・・・(1)
(式(1)中、xおよびyは、それぞれGa含有率(at%)およびSm含有率(at%)であり、y≦0.35x−4.2、y≦−x+20.1かつy≧−0.1x+2.1を満たす)
で表されるFeGaSm合金からなる。
本実施形態にかかる磁歪材料の製造方法は、該FeGaSm合金の磁歪材料が得られる方法であれば、任意の適切な合金製造方法を用いることができ、特に限定されない。例えば、チョクラルスキー法(CZ法)、ブリッジマン法、または急冷凝固法等が挙げられる。CZ法により製造すると、大型の結晶において、化学組成および結晶方位を精度良く製造することができる。
実施例1では、FeGa合金にSmを添加したFeGaSm合金の試料を作製して、機械的強度および磁歪量の測定を行い、Smの添加の有効性を確認する。
後の表1に示す、Ga含有率(at%)およびSm含有率(at%)と、残部のFe含有率(at%)とで構成される複数のFeGaSm合金の試料(実施例1−1〜実施例1−3および比較例1−1〜比較例1−3)を準備する。
機械的強度の測定は、引張試験機を用いて室温環境下(25℃)で行う。測定のための試料は、ダンベル形状の試験片とし、固定部を直径6mm×長さ20mmとし、くびれ部を直径3mm×長さ20mmとする。試験機のつかみ具間距離を20mmに設定し、試験片を固定後、破断するまで軸方向に荷重を加える。伸び(%)は、試験前のつかみ具間距離20mmに対する、破断時のつかみ具間距離の増加分の割合とする。例えば、試験片破断時のつかみ具間距離が40mmの場合、伸びは(40−20)/20×100=100(%)となる。
磁歪量測定は、一般的に用いられている歪みゲージ法によって室温環境下(25℃)で行う。磁場発生装置には振動材料型磁力計を用いる。磁場の強さは5000Oeとする。測定のための試料は、前述の単結晶合金(直径10mm×直胴部の長さ80mm)を、直径10mm×厚み1mmの形状に切り出したものを使用する。この際、結晶の磁化容易軸である<100>方位が、試料の厚み方向になるように切り出す。即ち、直径10mmである試料の上面及び底面方向、並びに1mmの厚み方向が、FeGaSm合金の<100>方位に対して、0°となるようにする。歪みゲージは直径10mmの試料の上面に、貼り付ける。この際、歪みゲージをFeGaSm合金の<100>方位に対して平行となるように貼付する。即ち、試料の磁歪量の特性は、磁歪エネルギーの取り出し方向に対しても、最大歪み方向と平行となる(0°の傾斜角度をなす)ように測定される。歪みゲージのゲージ軸に対して平行に磁場を印加した際の試料の歪み(λ//)と、歪みゲージのゲージ軸に対して垂直に磁場を印加した際の試料の歪み(λ⊥)とをデータロガーで記録する。記録された数値から、磁歪量λ(ppm)を、λ(ppm)=λ//−λ⊥として算出し、評価する。
実施例2では、FeGaSm合金においてSm含有率(at%)を変化させた様々な試料を作製して、磁歪量を測定し、Smの添加が有効となるSm含有率(at%)の範囲を明確化する。
測定用試料としては、後の表2に示すGa含有率(at%)およびSm含有率(at%)と、残部のFe(表2に数値は示さず)とで構成される複数のFeGaSm合金の試料(実施例2−1〜実施例2−15および比較例2−1〜比較例2−9)を準備する。FeGaSm単結晶合金の測定用試料の作製方法および測定用試料の切り出し方法(ワイヤー放電加工)は、前述した実施例1と同様である。
各試料の磁歪量(ppm)の測定用試料の形状および測定方法は前述した実施例1の方法と同様である。磁歪材料を振動発電デバイスに使用する場合、磁歪量が400ppm未満であると、発電密度が0.3mW/cm3未満となる。そのため、磁歪量(ppm)の有効性は、400ppm以上を〇とし、400ppm未満を×として判定する。さらに、磁歪材料をトルクセンサーに使用する場合、磁歪量が480ppm以上であれば1V/Nm以上の出力感度が得られ、電動アシスト自転車等に使用することができる。そのため、磁歪量が480ppm以上である試料を、◎と判定する。
実施例3では、FeGaSm単結晶合金の測定用の試料を切り出す際に、<100>方位に対する傾斜角度を変化させた様々な試料を作製して、磁歪量を測定し、合金の<100>方位に対する傾斜角度が磁歪量に及ぼす影響を調べる。
測定用試料としては、後の表3に示すように、Ga含有率20at%およびSm含有率0.1at%と、残部のFeとで構成されるFeGaSm合金の試料(実施例3−1〜実施例3−6および比較例3−1〜比較例3−2)を準備する。FeGaSm単結晶合金の測定用試料の作製方法および測定用試料の切り出し方法(ワイヤー放電加工)は前述した実施例1と同様である。
各試料の磁歪量(ppm)の測定用試料の形状は、直径10mm×厚み1mmの形状であり、実施例1と同様である。しかし、試料毎において、直径10mmの試料の上面および底面(試料の厚み方向に直交する面と平行な面)が、FeGaSm合金の単結晶の<100>方位に対して、以下の表3に示すように異なる傾斜角度をなすように切り出す。各試料の磁歪量(ppm)の測定方法は前述した実施例1の方法と同様であるが、傾斜角度を付して切り出される本実施例3に係る試料の場合であっても、歪みゲージは直径10mmの試料の上面において同様に貼り付けられる。従って、試料の磁歪量の特性は、磁歪エネルギーの取り出し方向に対して、磁歪材料の最大歪み方向が以下の表3と同様の傾斜角度をなすように測定されることになる。磁歪量(ppm)の有効性は、400ppm以上を〇とし、400ppm未満を×として判定する。
2、4 磁歪材料
Claims (4)
- 下記式(1)
Fe(100−x−y)GaxSmy・・・(1)
(式(1)中、xおよびyは、それぞれGa含有率(at%)およびSm含有率(at%)であり、y≦0.35x−4.2、y≦−x+20.1かつy≧−0.1x+2.1を満たす)
で表されるFeGaSm合金からなる、
磁歪材料。 - 前記式(1)中、xおよびyは、17≦x≦18かつ0.7≦y≦1.4を満たす、請求項1に記載の磁歪材料。
- 前記磁歪材料の最大歪み方向に対する、前記FeGaSm合金の<100>方位の方位差が、0°以上10°以下の範囲にある、請求項1または2に記載の磁歪材料。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁歪材料を含む磁歪式デバイスであって、
前記磁歪式デバイスの寸法変化の予定方向に対して、前記磁歪材料の最大歪み方向が0°以上10°以下の傾斜角度をなすように構成されている、
磁歪式デバイス。
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