JPH0472900B2

JPH0472900B2 -

Info

Publication number: JPH0472900B2
Application number: JP58110165A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sahashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-06-21
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1992-11-19
Also published as: JPS602645A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は磁歪バイメタルに関する。

より詳しくは、湾曲特性、特にその絶対ストロ
ーク特性に優れたTb−Dy−Fe系／Sm−Dy−Fe
系より構成される磁歪バイメタルに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年の機械工作における加工精度の向上には、
目覚しいものがあり、ミクロンからサブミクロン
の時代に入りつつある。電子デバイスなどにおい
ては、サブミクロンの加工精度が求められること
はめずらしくない昨今であるが、メカトロニクス
の時代を迎え、電子工学の分野だけでなく機械工
学の分野においても超微細加工、微小変位制御の
問題が重要になりつつなる。光情報処理、光記録
機器などの発達と相まつて、微小変位制御素子は
ますますその必要性が増大する傾向にある。

従来微小変位制御素子としては熱膨張型、圧電
型、電歪型、磁歪型のものが提案されているが、
いずれもサブミクロンの精度を有し、微小変位制
御素子としての優れた特性を有しているが、その
絶対ストロークに関しては、十分満足のゆくもの
がないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明は、絶対ストローク特性に優れた磁歪バ
イメタルを提供するもので、より詳しくは線形
性、変位履歴特性に優れ、安定した特性を示す磁
歪バイメタルを提供するもので、以つて微小変位
制御素子のストローク特性を著じるしく改善し、
小型、軽量化を計ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、小型高性能の磁歪型微小変位素
子を実現することを目途に、バイメタル化を検討
し、構成磁歪部材およびバイメタル構造を鋭意検
討した結果、磁気歪係数（ｄ＝dε／dH、歪量／
印加磁場）の絶対値が１×10^-6Oe^-1以上でその
符号が正負反対の二種類の合金から構成され、△
ｄ（＝｜d₁−d₂｜）と印加磁場との積△ｄ・Ｈが
２×10^-4以上の磁歪バイメタルを試作し、その特
性を評価したところ、従来の微小変位素子の欠点
であつた絶対ストローク量が著じるとく改善され
る事実を見い出し本発明を完成するに到つた。

すなわち本発明は、dε／dH（歪量／印加磁場）
で表わされる磁気歪係数(d)の絶対値が１×
10^-6Oe^-1以上でその符号が正負反対の二種類の
合金から構成され、△ｄ（（＝｜d₁−d₂｜）と印加
磁場との積△ｄ・Ｈが２×10^-4以上である磁歪バ
イメタル、より詳しくは、コバルト（Co）0.01〜
５重量％、鉄（Fe）25〜40重量％、マンガン
（Mn）１〜15重量％、テルビウム（Tb）0.1〜25
重量％及び残部が実質的にジスプロシウム（Dy）
よりなる磁気歪係数(d)が正の合金とコバルト
（Co）５〜40重量％、鉄（Fe）２〜35重量％、サ
マリウム（Sm）0.01〜60重量％及び残部が実質
的にジスプロシウム（Dy）より成る磁気歪係数
(d)の負の合金とで、構成されることを特徴とする
磁歪バイメタルである。

以下本発明を詳細に説明する。まず本発明磁歪
バイメタルの主要要素である磁歪合金において、
テルビウム、デイスプロシウム、サマリウムは希
土類（ランタナイド）に属し、鉄、ニツケル等の
3d遷移金属と異なり、4f電子の強い軌道角運動量
のため極めて大きい結晶異方性を有し、すぐれた
磁歪特性を得るための必須成分であると同時にす
ぐれて靭性を付与する合金主成分でもある。しか
しながらテルビウム、デイスプロシウム、サマリ
ウム単体、あるいはテルビウム−デイスプロシウ
ム合金、サマリウム−デイスプロシウム合金で
は、低温領域では優れた磁歪特性を示すものの、
室温以上の温度領域では磁歪を示さず、満足した
特性を得ることが不可能である。

本発明に係る合金の主要合金（添加）元素であ
る鉄、コバルトおよびマンガンはテルビウムおよ
びデイスプロシウム等とラーベス型金属間化合物
を形成し、室温以上の温度領域における磁歪特性
を著しく向上せしめ満足し得る特性に至らしめる
ものである。

磁気歪係数(d)が正の合金において、鉄、マンガ
ン及びコバルトの合金成分範囲をそれぞれ25重量
％以上40重量％以下の鉄、１重量％以上15重量％
以下のマンガン、0.01重量％以上５重量％以下の
コバルトと限定する理由は、鉄、マンガンともに
それぞれ25重量％未満の鉄、１重量％未満のマン
ガンでは十分な磁歪特性の向上が得られず、40重
量％を超える鉄では靭性が著しく劣下し、脆弱に
なり、15重量％を超えるマンガンでは磁歪特性が
劣下する。また、低磁場特性の改善のために添加
されるコバルトは、５重量％を超えると磁歪特性
が劣下するため上記合金成分範囲に限定する。

さらにテルビウムの合金成分範囲を0.1重量％
以上25重量％以下と限定する理由は、テルビウム
の合金化によりデイスプロシウムのみの場合に較
べ鉄、マンガンおよびコバルトによる特性の向上
が一層高められ、磁気歪係数(d)が正の優れた磁歪
合金が実現されるわけであるが、0.1重量％未満
のテルビウムでは磁歪特性の向上が得られず、25
重量％を越えるテルビウムにおいては、かえつて
磁歪特性の劣下が認められることから、0.1重量
％以上25重量％以下の範囲に限定した。

次に磁気歪係数(d)が負の合金において、鉄及び
コバルトの合金成分範囲をそれぞれ２重量％以上
35重量％以下の鉄、５重量％以上40重量％以下の
コバルトと限定する理由は、鉄、コバルトともに
それぞれ２重量％未満の鉄５重量％未満のコバル
トでは十分な磁歪特性の向上が得られず、35重量
％を超える鉄、40重量％を超えるコバルトにおい
ては、磁歪特性の劣下が認められるため上記組成
範囲に限定した。

さらにサマリウムの合金成分範囲を0.01重量％
以上、60重量％以下と限定する理由は、サマリウ
ムの合金化によりデイスプロシウムのみの場合に
比べ、鉄、コバルトによる特性の向上が一層高め
られ、磁気歪係数(d)が負の優れた磁歪合金が実現
されるわけであるが、0.01重量％未満のサマリウ
ムでは負の磁歪特性の向上が顕著でなく、60重量
％を越えるサマリウムにおいては、かえつて磁歪
特性の劣下が認められることから0.01重量％以
上、60重量％以下の範囲に限定した。

本発明の磁歪バイメタルは、前述のをとき正、
負二種類の磁気歪係数(d)を有する磁歪合金から構
成されるわけであるが、近年富みにその要求度が
高まつている微小変位素子、例えば自動焦点機構
用変位素子の場合、mmオーダの絶対ストロークが
とれることが望ましいとされている。

一般にバイメタルの湾曲特性は次式で表わさ
れ、Ｓ×（変位量）＝３／４l²／ｔ・△ｄ・Ｈ（ここでｌは板の長さ（mm）、ｔは板の厚み（mm）
である。△d₁はバイメタルを構成する各々の磁歪
合金の磁気歪係数の差（｜d₁−d₂｜）であり、Ｈ
は印加磁場（Oe）である。）絶対ストローク（Sx）として、mmオーダ例え
ばSx＝１mmを得るためには、ｌ＝30mm、ｔ＝0.2
mmの条件で、△ｄ・Ｈ＝2.96×10^-4となる。

このように、実用上の諸条件を考慮し、本発明
磁歪バイメタル構成部材の磁気歪係数(d)およびバ
イメタルの湾曲係数（△ｄ・Ｈ）は規制される。

次に本発明の磁歪バイメタルの製造方法につい
て例示する。

本発明の磁歪バイメタルは、上記組成の正、負
各々の符号の磁気歪係数を有する合金材料を周知
の方法によつて真空、不活性ガス、もしくは還元
ガス雰囲気中、融点以上の温度で溶解した後、鋳
造することにより、正負二種類の符号を有する磁
歪合金の鋳造インゴツトを各々得る。

この得られたインゴツトより、適当な寸法の板
を各々切断した後、これらの板の間にCo₃Dy₄、
Co₄Dy₇等のDyとFe、Coの共晶合金組成を有す
る粉末をフイラー材に用い、800℃〜1000℃の間
で、拡散接合を行なうことにより磁歪バイメタル
が得られる。

このようにして得られた磁歪バイメタルは、湾
曲係数（△ｄ・Ｈ）が２×10^-4以上と極めて大き
く、小型にして、mmオーダの絶対ストロークを可
能とし、かつ合金のため耐疲労強度、耐衝撃性に
優れたものであるため、特に大出力、高負荷の微
小変位素子用駆動バイメタルに適するものであ
る。

〔発明の実施例〕以下、本発明の磁歪バイメタルを実施例によつ
て詳述する。

実施例１ Co 1.2重量％、Mn 7.3重量％、Fe 28.1重量
％、Tb 13重量％及び残部がDyから成る合金材
料を真空誘導溶解炉で溶解後鋳造を行ない、鋳造
インゴツトを得た。

次いで、この鋳造インゴツトより150μm厚×３
mm巾×30mm長さの短柵状試料を切り出し、磁気歪
係数(d)正の板状磁歪部材を得た。

なお上記短柵状試料切り出し前に、インゴツト
を800℃で均質化処理することが望ましい。

上記板状磁歪部材と100μm厚×３mm巾×30mm長
さで磁気歪係数(d)負のニツケルの薄板を重ね合わ
せ、その境界面にCo₃Dy₄金属間化合物組成を有
する粉末フイラー材を挿入後、100Torrアルゴン
圧減圧下で800℃、２時間、拡散処理を行ない、
両部材の接合を行ない、バイメタルを得た。

本バイメタルを構成する両磁歪部材の各々の磁
気歪係数(d)は、Tb−Dy−Fe−Mn−Co合金がd₁
＝＋５×10^-6Oe^-1、Niがd₂＝0.33×10^-6Oe^-1であ
り、印加磁界Ｈ＝100Oeの下で、本磁歪バイメタ
ルの△ｄ（＝｜d₁−d₂｜）×Ｈの値は、５×10^-4で
あつた。

本磁歪バイメタルの変位（ストローク）特性と
しては、100Oeの印加磁界においてSx（ストロー
ク）＝1.35mmであり、湾曲特性は13.5μm・Oe^-1で
あつた。

実施例２ Co 22.0重量％、Fe 9.50重量％、Sm 49.3重量
％及び残部がDyから成る合金材料を真空誘導溶
解炉で溶解後鋳造を行ない、鋳造インゴツトを得
た。

なお上記短柵状試料切り出し前にインゴツトを
800℃で均質化処理することが望ましい。

上記板状磁歪部材と100μm厚×３mm巾×30mm長
さで磁気歪係数(d)正のFe−Co−Ｕ合金
（Permendur）の薄板を重ね合わせ、その境界面
にCo₃Dy₄金属間化合物組成を有する粉末フイラ
ー材を挿入後、100Torrアルゴン圧減圧下で800
℃、２時間、拡散処理を行ない、両部材の接合を
行ない、バイメタルを得た。

本バイメタルを構成する両磁歪部材の各々の磁
気歪係数(d)は、Sm−Dy−Fe−Co合金がd₂＝2.5
×10^-6Oe^-1、Fe−Co−Ｖがd₁＝＋0.7×10^-6Oe^-1
であり、印加磁界Ｈ＝100Oeの下で、本磁歪バイ
メタルの△ｄ（＝｜d₁−d₂｜）×Ｈの値は３×10^-4
であつた。

本磁歪バイメタルの変位（ストローク）特性と
しては、100Oeの印加磁界においてSx（ストロー
ク）＝0.8mmであり、湾曲特性としては、
8.0μmOe^-1であつた。

実施例３ Co 0.5重量％、Mn 6.2重量％、Fe 29.0重量
％、Tb 12.5重量％及びDyから成る合金材料を真
空誘導溶解炉で溶解後鋳造を行ない、鋳造インゴ
ツトを得た。

次いで、この鋳造インゴツトより100μm厚×３
mm巾×30mm長さの短柵状試料を切り出し、磁気歪
係数(d)正の板状磁歪部材を得た。

またCo 21.5重量％、Fe 20.3重量％、Sm 12.3
重量％及び残部がDyからなる合金材料を同様に
真空誘導溶解後鋳造を行ない、鋳造インゴツトを
得た。

次いで、この鋳造インゴツトより100μm厚×３
mm巾×30mm長さの短柵状試料を切り出し、磁気歪
係数(d)負の板状磁歪部材を得た。

上記磁気歪係数(d)が正負両符号の板状磁歪部材
を重ね合わせ、その境界面にCo₃Dy₄金属間化合
物組成を有する粉末フイラー材を挿入後、
100Torrアルゴン圧減圧下で800℃、２時間の拡
散処理を行ない、両部材の接合を行ない、バイメ
タルを得た。

本バイメタルを構成する両磁歪部材の各々の磁
気歪係数(d)は、Tb−Dy−Fe−Mn−Co合金がd₁
＝＋6.2×10^-6Oe^-1、Sm−Dy−Fe−Co合金がd₂
＝−3.1×10^-6Oe^-1であり、印加磁界Ｈ＝100Oe
の下で、本磁歪バイメタルの△ｄ（＝｜d₁−d₂｜）
×Ｈの値は、９×10^-4であつた。

本磁歪バイメタルの変位（ストローク）特性と
しては、100Oeの印加磁界において、Sx（ストロ
ーク）＝３mmであり、湾曲特性としては、
30μmOe^-1であつた。

比較例１磁気歪係数(d)正の前記Fe−Co−Ｖ合金と磁気
歪係数(d)負のニツケルとのクラツド材を圧延によ
り作製した後、３mm巾×30mm長さの短柵状試料を
切り出し、磁歪バイメタルを得た。得られたバイ
メタルの厚さは2.00μmであつた。

このバイメタルを構成する両磁歪部材の各々の
磁気歪係数(d)は、Fe−Co−Ｖ合金がd₁＝＋0.7×
10^-6Oe^-1であり、ニツケルがd₂＝−0.33×
10^-6Oe^-1であり、印加磁界Ｈ＝100Oeの下で、本
磁歪バイメタルの△ｄ（＝｜d₁−d₂｜）×Ｈの値は
１×10^-4であつた。

本磁歪バイメタルの変位（ストローク）特性と
しては、100Oe印加磁界において、Sx（ストロー
ク）＝0.34mmであり、湾曲特性としては、
3μmOe^-1であつた。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな通り、本発明の磁歪バ
イメタルは、絶対ストローク特性に優れ、かつ線
形性、変位履歴特性に優れていると伴に、耐疲労
強度、耐衝撃性にも優れているため、高負荷でか
つmmオーダーの絶対ストロークを必要とする例え
ば自動焦点機構用微小変位素子等として、その工
業的価値は極めて大である。

Claims

【特許請求の範囲】１ dε／dH（歪量／印加磁場）で表わされる磁気
歪係数(d)の符号が正負反対の二種類の合金から構
成され、かつ一方の磁気歪係数(d)が正の合金がコ
バルト（Co）0.01〜５重量％、鉄（Fe）25〜40
重量％、マンガン（Mn）１〜15重量％、テルビ
ウム（Tb）0.1〜25重量％及び残部が実質的にジ
スプロシウム（Dy）よりなることを特徴とする
磁歪バイメタル。２磁気歪係数(d)の符号が正負反対の二種類の合
金から構成され、磁気歪係数(d)が負の合金がコバ
ルト（Co）５〜40重量％、鉄（Fe）２〜35重量
％、サマリウム（Sm）0.01〜60重量％及び残部
が実質的にジスプロシウム（Dy）よりなること
を特徴とする磁歪バイメタル。３コバルト（Co）0.01〜５重量％、鉄（Fe）
25〜40重量％、マンガン（Mn）１〜15重量％、
テルビウム（Tb）0.1〜25重量％及び残部が実質
的にジスプロシウム（Dy）よりなる磁気歪係数
(d)が正の合金とコバルト（Co）５〜40重量％、
鉄（Fe）２〜35重量％、サマリウム（Sm）0.01
〜60重量％及び残部が実質的にジスプロシウム
（Dy）よりなる磁気歪係数(d)が負の合金とで構成
されることを特徴とする磁歪バイメタル。