JPH03183738A

JPH03183738A - 希土類コバルト系超磁歪合金

Info

Publication number: JPH03183738A
Application number: JP2237874A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sahashi; 政司佐橋; Tadahiko Kobayashi; 忠彦小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1991-08-09
Also published as: DE69014049T2; EP0419098B1; DE69014049D1; EP0419098A1; US5565830A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は磁歪が大きく、磁気−機械変位変換デバイス
などに使用される磁歪素子の構成に好適な超磁歪合金に
係り、特に室温以下の低温を含む広い温度領域での応用
に適する希土類コバルト系超磁歪合金に関する。

（従来の技術）たとえばＮ１基合金、ｒｅ−Ｃｏ合金もしくはフェライ
トなどの磁性体に、外部磁場を印加した際に生じる歪、
すなわち磁歪の応用として、磁歪フィルタ、磁歪センサ
、超音波遅延線もしくは磁歪振動子などが知られている
。

近年、計測工学の進歩や精密機械分野の発展に伴い、ミ
クロンオーダーの微小変位制御が不可欠な問題となって
おり、前記微小変位制御用の変位駆動部の開発を必要と
している。そして、前記駆動部の駆動機構の一手段とし
て、磁歪物質の磁歪性を利用する磁気−機械変位変換デ
バイスの使用が有力視される。

（発明が角ダ決しようとする課題）しかしながら、従来知られている磁歪材料（磁歪物質）
の場合は、変位の絶対量が一般的に低く、実用に供し得
るものとはいえない。すなわち、従来の磁歪材料は、絶
対駆動変位量の点だけでなく、精密制御の点でもミクロ
ンオーダーの精密変位制御駆動手段として満足し得るも
のでない。

一方、高磁歪材料としては、たとえば米国特許第４３７
８２５８号明細書および特公昭６１−３３８９２号公報
などによって、希土類系の磁歪合金が知られている。し
かし、前記希土類−鉄系合金の場合は、低温領域で磁歪
特性が低下するという問題があり、また希土類−コバル
ト系合金の場合は、キュリー温度が低く高温環境下での
使用に問題がある。すなわち、前記希土類系の磁歪合金
は、一般的に室温以下の低温領域から高温領域に亘る広
い温度領域で、ミクロンオーダーの精密変位制御駆動手
段などとして、所要の機能を十分に果し得るものとはい
えない。

特例的に、この種の希土類−鉄系合金系において、磁化
容易軸が＜Ｉｌｌ＞にあるＴｂＦｅ２は、室温以下の温
度領域でもすぐれた磁歪特性を保持・発揮することが知
られている。しかし、このＴｂＦｅ２の場合は、耐酸化
性が劣り焼結性に難があること、さらに所要の磁歪作用
を得るためには、比較的大きな磁昇を必要とし、装置の
大型化およびコストアップを招来するという不都合があ
る。また、前記ＴｂＦｅｚにおいて、Ｐｅの一部をＣｏ
で置換し耐酸化性などを改良した、同じく磁化容易軸が
（１１１＞にあるＴｔ）　（Ｐｅ□、Ｂ　ＣＯｏ、２　
）　２も知られている。しかし、このＴｂ　（Ｐｅｏ、
　Ｂ　Ｃｏｏ、　２　）　２の場合も素材的に高価で、
経済的な点から特殊の用途の場合は別として汎用に適さ
ないという問題がある。

したがって、本発明は低温領域から高温領域に亘る広い
温度領域ですぐれた磁歪特性を保持・発揮し、かつ比較
的安価で汎用的なまた、ミクロンオーダーの精密変位制
御駆動手段などの用途に好適する希土類−コバルト系超
磁歪合金の提供を目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明に係る希土類−コバルト系超磁歪合金は、（１）
原子比で表わした一般式％式％）（ただし　０．００１５　Ｘ≦　０．８．０．２≦ｚ≦
１５、ＲはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐａ＋
、Ｓｓ、Ｅｕ、Ｇｄ、　Ｔｂ、Ｄｙ、ｌｌｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｓ、ＹｂおよびＬｕから成る群より選ばれた少なくとも
１種の元素）で示され、かつ磁化容易軸がおおむね＜１００）もしく
は（１１０＞方向の立方晶を主成分とし、または（２〉
原子比で表わした一般式％式％）（ただし　ｏ、ｏｏｔ≦ｘ≦　０．８．０．２≦ｚ≦１
５、ＲはＳｅ、Ｙ、ｌ、ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂおよび１．ｕから成る群より選
ばれた少なくとも１種の元素）で示されて成るものであ
る。

（作用）上記構成の希土類−コバルト系超磁歪合金は、従来の希
土類−鉄系の磁歪値を遥かに上回る超磁歪特性が発現さ
れ、しかもその超磁歪特性は０．２Ｔ（テラス）　（２
ｋｏｅ）という低磁界で出現する。

さらに、４．２に〜液体窒素温度のような極低温領域で
も充分な磁歪特性を呈するばかりでなく、焼結性など良
好でフィルム状の薄型化や任意な形状化など容易になし
得る。

（実施例）先ず本発明がなされた経緯について説明すると、前記米
国特許第４３７８２５８号明細書などに、すぐれた磁歪
特性を有することおよび（ＩＩＤ方向が磁化容易軸であ
ることが開示されているＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅ系の立方晶ラ
−ベ型金属間化合物について、本発明者らはさらに鋭意
研究を進めた。すなわち、従来Ｆｅ系磁歪合金の場合、
磁化容易軸が（１００＞方向にあると磁歪特性が小さい
という定説に対し、換言すると磁化容易軸が＜１００＞
方向に存在す場合、超磁歪発現が観測されないと指摘さ
れているＤｙεｒｅとのラーベス型金属間化合物ＤｙＦ
ｅ２を中心にし、ＦｅをＣＯで置換した系について鋭意
研究した結果、磁化容易軸がおおむね＜ｉｏｏ＞もしく
は＜１１０＞などにある場合において、次のような知見
を得た。そして、本発明はこのような知見に基づいて完
成されたものである。

■希土類−鉄系の磁歪値を遥かに上回る超磁歪特性が発
現される。

■前記超磁歪特性は０．２７　（テラス）　（２ｋｏｅ
）という低磁界で出現する。

■希土類−コバルトのみの金属間化合物よりすぐれた磁
歪特性が出現する。

■４，２に〜液体窒素温度のような極低温領域でも充分
な磁歪特性を有する。

■焼結性など良好でフィルム状の薄型化や任意な形状化
などをなし得る。

本発明に係る希土類−コバルト系超磁歪合金、すなわち
原子比で表わした一般式％式％）において、希土類元素と遷移金属の原子数を表わす２が
、ｚ＞１５では１Ｏ−４以上の超磁歪特性を実現するこ
とが困難であり、また０、２＞　ｚでは鉄の置換効果が
認められないので常に上記範囲内、好ましくは２≦ｌＯ
１さらには１．５≦ｚ≦　５の範囲に選択される。なお
、ｚ　＝２　、　ｚ　＝２３７６、　ｚ−１３の立方晶
の系で良好な特性が期待できる。

また、鉄の置換ｍｘが、Ｘ＜　　０．００１では置換効
果が認められず、ｘ＞０．８では遷移金属である鉄の磁
歪への寄与が支配的となって、温度の低下とともに磁歪
値の低下が顕著となり、実用に供し得なくなる。したが
って前記鉄の置換ｆｆ１ｘは、常に０．００１〜０．８
の範囲以内、好ましくは０．〜０．５の範囲で選択され
る。

さらに、本発明に係る希土類−コバルト系超磁歪合金の
特性を損わない範囲で、機械的な特性を改善するため、
（Ｃｏｄ−＊　Ｐｅｗ　）成分の一部をＮｌ。

Ｍｎ、　Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴＩ、Ｚｒ
、Ｈｆ、Ａ１．Ｇａ、Ｓｍ、Ｓｉ、Ｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒ
ｅ、Ｃｕなどの元素（Ｍ元素とする）で置換してもよい
。すなわち（Ｃｏ、□−７ＦｅヨＭ、）の形にしてもよ
いが、この場合Ｘ≦　０５が限界である。

実施例１Ｔｂ、　Ｄｙ、　　Ｎｄ、　Ｇｄ、　Ｓｓ、　　Ｐｒ、
　Ｃｅ、　　Ｌａ、　Ｙ、　　Ｅｒ、ＣｏおよびＲｅを
表−１に示す組成比（ａｔ％）に、それぞれ選択秤取し
た後、アーク溶解法によって比較例を含めて１２種の希
土類系磁歪合金を作成した。なお、このアーク溶解は、
銅製の容器を用い、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中
で行った。

前記作成した希土類系磁歪合金について、９００’ＣＸ
７日間（１８８ｈｒ）の均一化熱処理を施した後、それ
ぞれの試料を切削加工し、ＩＯＸ　ＩＯＸ　５ｓ＋ａの
試験片を得た。

上記で得たそれぞれの試験片について、抗磁性ゲージを
用い室温下（ＲＴ）および液体窒素温度下（Ｎ２）での
磁歪特性を評価した結果を表−１に併せて示した。

なお、前記磁歪特性の評価は、対向磁極型電磁石によっ
て発生させた２　ｋｏｅ磁界中で行ない、また磁歪値は
室温におけるＤｙＰｅ２（比較例）の磁歪値を１として
比較表示しである。

前記衣−１から明らかなように、本発明に係る希土類−
コバルト系超磁歪合金は、室温および液体窒素温度のい
ずれでも、低磁界で極めて大きな磁歪特性を有している
。すな６ち、本発明に係る希土類−コバルト系超磁歪合
金は、比較例に比べて室温および液体窒素温度の広い温
度範囲においてすぐれた磁歪特性を示す。しかも、この
値は超磁歪合金中の不純物、たとえば０２　、Ｎ、　Ｃ
ａなとの含有量をたとえばｌＯ〜１１０００ｐｐ程度に
制御することによってさらに５〜５０％程度向上させる
ことができる。

また、この実施例中、Ｄｙ（Ｃｏｄ−、Ｐｅｗ　）　ｘ
おいて、ｚ−２３／６の場合（実施例１１）およびｚ−
１３の場合（実施例１２）も他の実施例の場合（実施例
１〜１０）と同様に室温下（ＲＴ）および液体窒素温度
下（Ｎ２）で、良好な磁歪特性を示した。

実施例２Ｄｙ　、　Ｃｏおよびｒｅを所定の組成化（ａｔ％）に
、それぞれ選択秤取した後、前記実施例１の場合と同様
に、アーク溶解法によって比較例を含めて６種の希土類
系磁歪合金を作成した。前記作成した希土類系磁歪合金
について、９００℃×７日間（１６８ｈｒ）の均一化熱
処理を施した後、それぞれの試料を切削加工し、ＩＯＸ
　ＩＯＸ　５ｓｍの試験片とした。

上記で得たそれぞれの試験片について、抗磁性ゲージを
用い液体窒素温度（７７Ｋ）下での磁歪特性を評価した
結果を第１図に示した。なお、前記磁歪特性の評価は、
対向磁極型電磁石によって発生させた　５　ｋＯｅ磁界
中で行なった。

また、この実施例におけるＤｙ（Ｃｏ＋−１Ｆｅ＊　）
　２のＸが０．６〜０．８の範囲の場合は、ＤｙＣｏ　
２に比べ磁歪値自体低いが良好な耐酸化性や安定性を有
しており、たとえば超電導マグネットのアクチュエータ
用の磁歪振動子として使用した場合、ＤｙＣｏ　２磁歪
振動子に比べ、すぐれた安定性ないし信頼性が認められ
る。

［発明の効果］上記説明および実施例から分るように、本発明に係る希
土類−コバルト系超磁歪合金は、従来の磁歪材料に比べ
すぐれた焼結性、安定性ないし信頼性などとともに極め
てすぐれた磁歪特性を有しているため、精密加工用のア
クチュエータのみならず、モータ、スピーカ、ダンパー
　ソナーなど多くの応用に適する。特に液体窒素温度領
域など極低温の温度域でも実用上充分な磁歪特性を有し
、かつ熱安定性にもすぐれているため、超電導コイルと
の組み合せによる各種のデバイス、たとえばスイッチン
グアクチュエータなどへの応用も可能である。

特に所要の磁歪特性を比較的低い０．２〜０．５Ｔ（テ
ラス）・・・２〜５　ＫＯｅ・・・程度の磁界で、容易
にかつ確実に発現し得ることは、周辺装置ないし装置本
体の小形化に寄与することになるとともに、駆動源のコ
ンパクト化および駆動力の低減ともなり実用上多くの利
点をもたらすものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る希土類−コバルト系超磁歪合金の
磁歪特性例を示す曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原子比で表わした一般式Ｒ（Ｃｏ＿１＿−＿ｘＦｅ＿ｘ）＿ｚ（ただし０．００１≦ｘ≦０．８、０．２≦ｚ≦１５、
ＲはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂおよ
びＬｕから成る群より選ばれた少なくとも１種の元素）で示され、かつ磁化容易軸がおおむね＜１００＞もしく
は＜１１０＞方向の立方晶を主成分として成ることを特
徴とする希土類コバルト系超磁歪合金。
（２）原子比で表わした一般式Ｒ（Ｃｏ＿１＿−＿ｘＦｅ＿ｘ）＿ｚ（ただし０．００１≦ｘ≦０．８、０．２≦ｚ≦１５、
ＲはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ，Ｇｄ、
Ｄｙ、Ｅｒ、ＹｂおよびＬｕから成る群より選ばれた少
なくとも１種の元素）で示されことを特徴とする希土類
コバルト系超磁歪合金。