JPH04246150A - 磁歪材料 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
性の両磁歪特性に優れ、かつ機械的強度も高い自己バイ
アス磁界型の磁歪材料に関する。
によって変形するため、この磁歪を応用して以下のよう
な磁気−機械変位変換デバイス(以下「デバイス」とい
う)が開発された。すなわち、振動分野では磁歪振動子
としてスピーカ、ソナー、パーツフィーダ、超音波遅延
線、超音波加工機、モータの除振・防振機構などへ応用
でき、機械応用分野では変位制御アクチュエータとして
精密位置決め機構、バルブ制御弁、機械スイッチ、マイ
クロポンプ、プリンタヘッドなどへ応用できる。また磁
歪センサとして、圧力センサ、ノックセンサ、音圧セン
サなどに使用可能であり、さらには表面弾性波応用素子
への応用など工業上極めて有用な材料となる。
材料としては、従来からNi基合金、Fe−Co合金、
フェライト系材料などが知られていたが、最近ではこれ
らの磁歪材料より磁歪の絶対量(磁歪量)においてはる
かに優れた(飽和磁歪λsが1000×10−6以上)
希土類−鉄系のラーベス型金属間化合物(一般式AB2
で、MgCu2(立方晶系)またはMgZn2,MgN
i2(いずれも六方晶系)の結晶構造をもつ合金相で、
磁歪を示す)が報告されている(特公昭61−3389
2号など)。
類−鉄系の巨大磁歪合金は、機械的強度が弱くて非常に
脆いために、割れや欠けが生じやすく、形状の任意性に
乏しい(限られた形状のものしか成形できない)という
欠点があった。
2に示すような磁歪特性を有するため、ゼロ磁界付近で
の印加磁界応答性がよくない(一定量の磁界を印加した
ときの磁歪の変化量が少ない)。さらに正の磁界におい
ても負の磁界においても正の磁歪を生じて印加磁界応答
性が単調増加または単調減少でない。
を何ら加えないときの磁歪量がゼロとなるように印加磁
場を変化させたのでは、所望の磁歪量が得られず、また
磁界の印加による磁歪量の制御も難しい。このため、上
述の磁気−機械変位変換デバイスに用いる際には、磁歪
量制御のための磁界とは別に外部からバイアス磁界をか
けて、図中の破線で示すように、制御のため変化させる
磁界の範囲をゼロの近傍を含まず、例えば正の領域だけ
となるようにずらし、変化させる磁界の範囲では磁歪の
印加磁界応答性が高く、磁歪量も印加磁界量に対して単
調に変化するようにしていた。
、この磁歪合金を利用するデバイス1において、矢印の
方向に磁歪・伸縮する磁歪合金片1と、磁歪合金片1の
磁歪量を制御する磁界を印加する電磁石2の他に、外部
バイアス磁界を形成するための永久磁石3を含む磁気回
路等を設置しなければならず、コスト高およびデバイス
の大型化が避けられなかった。
、機械的強度に優れ、かつ磁歪特性の良好な磁歪材料を
提供することを目的とする。 〔発明の構成〕
課題を解決するために、例えばRFex(Rは少なくと
も1種の希土類元素、1.5≦x≦4)磁歪合金粉末と
永久磁石粉末の混合粉末を一体化したことを特徴とする
磁歪材料を提供する。
は、上記の如くRFexの超磁歪合金が挙げられるが、
これを構成するR元素が1種の元素である場合は、La
、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luなどの希土類元素
とすることができる。またR元素とすることができ2種
以上の希土類元素の組み合わせである場合は、Tb−D
y、Tb−Ho、Tb−Pr、Sm−Yb、Tb−Dy
−Ho、Tb−Dy−Pr、Tb−Pr−Hoなどの組
み合わせが考えられる。
であるが、耐蝕性改善のためFeの一部をCoで置換す
ることが可能である。ただし、あまり置換量が多くなる
と磁歪特性の低下(磁歪量の縮小と印加磁界応答性の減
少)を招くため、CoによるFeの置換量は95at%
(95原子%)以下とする。
Mnで置換してもよい。R−Fe系の磁歪合金は、Mn
を含有させると、希土類原子の磁気異方性が変化し、高
磁界のみならず低磁界においても優れた磁歪特性が得ら
れる。MnによるFeの置換量の上限は50at%であ
り、この上限値を越えるとキュリー温度が低下し、磁歪
特性が劣化する。
耐蝕性、飽和磁歪などの向上を目的としてNi、Mg、
Al、Ga、Zn、V、Zr、Hf、Ti、Nb、Cu
、Ag、Sn、Mo、Cr、Ta、Pd、In、Sb、
Ir、Pt、Au、Pb、W、Si、Bなどでさらに置
換してもよい。ただし、これら置換元素の量は、Mnに
よる置換量も含めて、Feの50at%程度までが限度
であり、これを超えると磁歪量が減少する。
≦x≦4としたが、これは1.5未満だと十分な磁歪特
性が得られず、他方4を超えると、靭性が著しく低下し
て脆くなるためである。
石、Sm−Co系磁石、Nd−Fe−B系磁石等の粉末
を使用することができるが、少量の粉末で十分な磁界を
得るためにはSm−Co系およびNd−Fe−B系磁石
の粉末が好ましい。
粉末に対して5〜50重量%とするのが好ましい。5重
量%未満では永久磁石粉末を着磁しても十分な自己バイ
アス磁界を得ることが難しく、また50重量%を超える
と磁歪合金について十分な磁歪量を得ることが難しくな
るからである。この混合比は、さらに好ましくは10〜
30重量%である。
径は、1〜800μmが好ましい。1μm未満だと粉末
全体の表面積が大きくなりすぎて酸化による磁歪特性お
よび磁石特性の劣化を招きやすくなり、他方800μm
を超えると磁歪材料の機械的強度が低下し、また超薄片
に成形するのが困難になるなど、形状の任意性が劣化す
る。
明する。
らに必要に応じて上述のCo、Mnなどを調製してアー
ク溶解などにより溶湯とした後、超急冷法、水素吸蔵法
などによって磁歪合金粉末を得る。超急冷法は、一般に
非晶質合金を製造する際に使用される単ロール法、双ロ
ール法、ガスアトマイズ法、RDP(Rotating
Disk Process;回転円盤上に溶湯金属を
噴出させる方法)などにより、合金の溶湯を超急冷して
粉末化する方法である。 なお超急冷は酸化防止の観点から、Ar、Heなどの不
活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
ールミル、ブラウンミル、スタンプミルなどの機械的手
段で粉砕可能な形状の合金インゴットにした後、この合
金インゴットを上述の機械的粉砕手段で粉砕しても磁歪
合金粉末を得ることができる。
、粉砕の前後に300℃ないし超磁歪合金の融点の温度
範囲で0.1〜500時間程度熱処理を施すと、磁歪特
性の向上を図ることができる。
ら、つぎは同様にして永久磁石の粉末を得、両粉末を混
合する。そして、この混合粉末を例えば所望形状の金型
に挿入後、ホットプレスやHIP(熱間静水圧プレス)
等により一体化し磁歪材料を得る。本発明で一体化した
混合粉末とは、磁歪合金粉末と永久磁石粉末が互いに粉
末の形状を保ったまま高密度で凝集したものをいう。
ットプレス温度は、600〜1200℃が好ましく、ま
たプレス圧は1t/cm2 以上とするのが好ましい。 600℃未満では液相が生じにくく高密度化が困難にな
り、機械的強度の低下を招く。他方1200℃を超える
と磁歪合金と永久磁石は粉末の形状を保てず固溶化する
が、この固溶化した材料は永久磁石の保磁力および磁歪
合金の磁歪特性が劣化するためである。また、プレス圧
が1t/cm2 未満の場合も高密度が難しい。さらに
、ホットプレスを行う場合は、磁歪合金粉末が酸化して
磁歪特性が劣化しないように、Ar、Heなどの不活性
ガス雰囲気中で行うのが好ましい。
にホットプレスで成形一体化すると、結晶粒径が均一化
されるとともに、組成の偏析なども防止されるため、良
好な磁歪特性が安定して得られ、かつ機械的強度も向上
する。また粉末成形のため、形状の任意性にも優れる。
含む場合、例えばR1p R21−p Fex(R1と
R2は互いに異なる希土類元素で、0<p<1)の場合
には、上述の合金インゴットを粉砕する方法に倣って、
まずR1pFex1とR21−p Fex2(x1+x
2=x)の組成の合金インゴットからそれぞれ合金粉末
を製造し、この一体化の段階で両粉末を混合すると、ホ
ットプレス時の粒成長によって所望の組成の磁歪合金粉
末を得ながら、磁歪材料を形成することができる。
加して磁歪合金の磁化容易軸方向に磁気的に異方性化す
ると磁歪特性の向上が図れる。R元素が2種以上の元素
を含み、かつ個々のR元素含有合金がそれぞれ磁気異方
性方向を異にする場合は、上述のように所望の組成とな
るように2種以上の希土類−鉄系の合金粉末を混合し、
この混合粉末を磁場成形(磁場中で成形体をつくる)し
てそれぞれの合金について磁気異方性化を達成した後、
ホットプレスを施せば、全体として磁気異方性方向を同
じくする磁歪合金が得られ、磁歪特性に富む磁歪材料を
形成できる。
例えばAlなどの低融点金属もしくは合金を添加または
粉末表面に被覆した後に行うと、ホットプレス温度を低
下させることができ、ホットプレスに係るコストを節約
できる。また、ホットプレス後に、300℃〜磁歪合金
の融点の温度で熱処理をすると上記合金インゴット粉砕
後の熱処理と同様、磁歪特性の向上を図れる。
バイス化前に磁歪材料に磁場を印加して永久磁石粉末を
着磁することにより、磁歪材料中にバイアス磁界を有す
る自己バイアス磁界型磁歪材料とすることができる。自
己バイアス磁界、およびこの自己バイアス磁界による当
初磁歪量(例えば図3の電磁石2などにより適宜磁歪量
を変化させる以前の磁歪量)は、永久磁石粉末量を調整
することにより調節することができる。
キなどの金属コーティングまたはエポキシ樹脂などで樹
脂コーティングすることにより、さび防止等耐候性の改
善を図るのが望ましい。
末と永久磁石粉末との混合粉末をホットプレス等により
一体化するため、デバイスに組込む前に磁歪材料に磁界
を印加すれば磁歪材料中の永久磁石粉末を着磁し、バイ
アス磁界として作用させることができる。したがって、
本発明の磁歪材料を用いるデバイスにおいては、外部か
らバイアス磁界を加えるための永久磁石等は不要になる
。
る。
y0.65(Fe0.85Mn0.15)2 となるよ
うに、各原子を調製した後Ar雰囲気下で水冷銅ボート
中においてアーク溶解を行い、上記組成の合金インゴッ
トを得た。ついで、この合金インゴットをブラウンミル
で平均粒径30μmまで粉砕し、磁歪合金粉末を得た。 そして、この磁歪合金粉末に対して、20重量%のNd
−Fe−B系永久磁石粉末(平均粒径100μm)を混
合した。
ルゴン雰囲気中で900℃、1.5t/cm2 の条件
でホットプレスを行い、直径6mm、長さ30mmの円
柱状の磁歪合金ロッドを得た。最後に、この磁歪合金ロ
ッドに30kOeの磁界を印加して含有する永久磁石を
着磁し、磁歪合金ロッドを自己バイアス磁界型磁歪材料
とした。
向磁極型電磁石により、±300Oeの範囲で印加磁界
を変化させ、歪みゲージを用いて磁歪特性を評価した。 その結果を図1に示す。図1から明らかなように、この
磁歪材料は−300Oe〜+300Oeの印加磁界範囲
においてゼロ磁界(自己バイアス磁界は存在する)付近
をも含めてほぼ線形で約120〜130ppm/kOe
の印加磁界応答性を示し、かつこの印加磁界範囲におけ
る磁歪量も約−400ppmないし+400ppm と
、合計して約800ppm 近い大きなものになる。し
たがって、本実施例に係る磁歪合金ロッドは優れた磁歪
特性を有するものであり、かつ印加磁界範囲全般におい
て印加磁界応答性がよいため、新たに永久磁石等による
バイアス磁界を設ける必要がない。
ら製造した10本の磁歪合金ロッドについて、10kO
e印加磁界中の磁歪量(λ10kOe )を測定したと
ころ、1200±20ppm とばらつきが少なく、か
つ絶対的な値としても良好な値が得られた。
ドは、所望の形状についての寸法精度がよいため後加工
を施す必要がなかった。そして、3点曲げ試験で機械的
強度を測定したところ、17kg/mm2 と良好な値
が得られた。
の方法によって、下記表1に示す組成の各合金のインゴ
ットを製造し、ついで各合金インゴットを溶融して得ら
れた各合金の混合溶湯について、Ar雰囲気中で直径3
00mm、ロール速度25m/sec のCuロールに
よる単ロール法で超急冷を行い、平均粒径100μmの
磁歪合金粉末を得た。
同様な方法で表1に示す種類・混合比の永久磁石粉末と
ホットプレスにより一体化して磁歪材料のロッドを成形
し、実施例1と同様の方法により30kOeの自己バイ
アス磁界を印加した後、±0.3kOeの磁界中におい
て磁歪の測定を行った。その結果を表1に併せて示す。
材料は、いずれも±0.3kOeの磁界範囲においてゼ
ロ磁界を中心に対称な磁歪量(絶対値が同じで正負の符
号が反対)を示してほぼ線形の印加磁界応答性をもち、
磁歪の絶対量も大きい。よって、実施例2〜15の磁歪
材料も良好な磁歪特性を有することが確認された。
は、自己バイアス磁界を有し、磁歪量と印加磁界応答性
の両面において優れた磁歪特性を発揮する。そして本発
明の磁歪材料は外部バイアス磁界が不要のため、デバイ
ス構造を簡略化できる。
ドの磁歪特性図。
図。
Claims (1)
- 【請求項1】 磁歪合金粉末と永久磁石粉末の混合粉
末を一体化したことを特徴とする磁歪材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03009305A JP3105929B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 磁歪材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
JP2009302318A (ja) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Hitachi Metals Ltd | RL−RH−T−Mn−B系焼結磁石 |
JP2013058648A (ja) * | 2011-09-09 | 2013-03-28 | Railway Technical Research Institute | 超磁歪素子を用いた機械式永久電流スイッチ |
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1991
- 1991-01-29 JP JP03009305A patent/JP3105929B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2009302318A (ja) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Hitachi Metals Ltd | RL−RH−T−Mn−B系焼結磁石 |
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