JPH0543992A

JPH0543992A - 繊維状超磁歪材料及びその製造法

Info

Publication number: JPH0543992A
Application number: JP3205185A
Authority: JP
Inventors: Shuji Ueno; 修司上埜; Ryoji Mishima; 良治三島
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Unitika Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Unitika Ltd
Priority date: 1991-08-15
Filing date: 1991-08-15
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】電気・電子デバイス用素子ならびに機械素子
等として有用な引張り強度及び磁歪特性が高くかつ直径
０.５mm以下の超小型の繊維状超磁歪材料、を提供す
る。【構成】１種以上の希土類金属と１種以上の鉄族遷移
金属を含有する繊維状超磁歪材料に於いて、直径０.５m
m以下且つ印加磁界５ｋＯｅに於ける繊維の長手方向の
磁歪１００×１０^-6以上を有する、ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維状超磁歪材料及び
その製造法に関するものである。より詳しくは本発明
は、超小型の超磁歪材料として有用な繊維状超磁歪材
料、及びその製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超磁歪材料は、振動素子として超音波発
振子、ソナー等に応用される。またアクチュエーターと
して、ＶＴＲをはじめとする電子機器の駆動部、光学機
器のシャッターやフォーカス、ＯＡのプリンターヘッ
ド、流体制御機器などに応用される。さらにフィルタ素
子としても、遅延回路素子、可変周波数変換器、弾性波
素子などに応用が期待されている。

【０００３】そのような振動素子やアクチュエーターな
どに広く用いられている超磁歪材料は従来、希土類金
属、鉄およびコバルトの合金、例えばターフェノル(Ｔe
rfenol)合金を一方向凝固法で処理することにより、多
結晶材料として製造される。

【０００４】しかし、近年機器の超小型化・高性能化が
急速に進展するに伴い、機能性素子として重要な役割を
担う超磁歪材料も直径０.５mm以下のものの開発が要望
されているが、上記方法で得られる超磁歪材料は直径が
数mm以上の棒状のものや厚さが数mm以上の平板状のもの
である。特に、直径が０.５mm以下の超小型の超磁歪材
料を作製することは困難であった。また、上記のように
して得られる超磁歪材料は多結晶材料であるため、非常
に脆く引張り強度が非常に弱いものである。そのためこ
れを素子として利用するためには圧縮状態で使用しなけ
ればならず、各種素子への応用範囲を狭めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に着目してなされたものであって、市場の要請である
引張り強度が高くかつ直径０.５mm以下の超小型の繊維
状超磁歪材料を提供する、ことを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究の結果、液体冷媒中に溶融状
態の合金を繊維状に紡出して固化させる液体急冷法を用
いれば、引張り強度に優れた超小型の繊維状超磁歪材料
が得られることを見い出し、本発明を完成した。

【０００７】すなわち第１の発明は、１種以上の希土類
金属と１種以上の鉄族遷移金属を含有する繊維状超磁歪
材料に於いて、直径０.５mm以下且つ印加磁界５ｋＯｅ
に於ける繊維の長手方向の磁歪１００×１０^-6以上を有
することを特徴とする繊維状超磁歪材料、を要旨とする
ものである。又第２の発明は、１種以上の希土類金属と
１種以上の鉄族遷移金属を含有する溶融合金を繊維状に
紡出して固化させる液体急冷法で得ることを特徴とする
上記繊維状超磁歪材料の製造法、を要旨とするものであ
る。

【０００８】本発明の繊維状超磁歪材料は、１種以上の
希土類金属と１種以上の鉄族遷移金属を含有する。希土
類金属としては、例えばＣe、Ｐr、Ｄy、Ｈo、Ｔb、Ｓm
等が挙げられ、これらの１種以上を使用すればよい。鉄
族遷移金属としては、鉄コバルト、ニッケルが挙げら
れ、これらの１種以上使用すればよい。合金組成は適宜
選択されるが、例えば希土類金属１０〜７０原子％、鉄
族遷移金属３０〜９０原子％であればよい。また、上記
組成に添加物として、マンガン、アルミニウム、ニオ
ブ、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロム、
シリコンを１０原子％以下含む場合も優れた超磁歪特性
を有する繊維状材料が得られる。

【０００９】本発明の超磁歪材料の形状は、繊維状を有
し、好ましくは断面が楕円もしくは円形である。繊維長
さは、繊維直径の５倍以上であることが好ましい。尚、
本明細書中「繊維直径」とは、繊維状材料の任意の断面
の最大径と最小径の平均直径をいう。繊維直径は、高い
引張り強度を有する繊維状超磁歪材料を得るためには
０.５mm以下、好ましくは０.３mm以下である。直径が
０.５mmを越える場合、繊維状に紡出して液体冷媒によ
り冷却固化させても十分な急冷効果が得られず、良好な
繊維形状の材料を得ることが非常に困難になる。

【００１０】本発明の繊維状超磁歪材料の製造法として
は、上記１種以上の希土類金属と１種以上の鉄族遷移金
属を溶融合金とした状態で紡出した後、液体冷媒を用い
て急速冷却固化するのが望ましい。溶融合金とする方法
としては特に限定されず、例えばアーク溶解法や誘導溶
解法等であってもよい。液体急冷法としては、特開昭４
９−１３５８２０号公報で開示された方法など種々の方
法を適用することができるが、好ましい方法としては回
転液中紡糸法と呼ばれる特開昭５５−６４９４８号公報
で開示された方法がある。この方法は、回転ドラムの中
に冷却液体を入れ、遠心力でドラムの内壁に液膜を形成
させ、この液膜中に溶湯のジェットを噴出し、断面が円
形もしくは楕円の急冷凝固繊維を製造する方法である。
この回転液中紡糸法により本発明の繊維状超磁歪材料を
得るためには例えば、孔径が０.５mm以下のノズルを用
いて、ドラム中の冷媒表面速度を３〜３０m／sec(特に
５〜２０m／sec)、溶融合金の入射角を３５〜８０°(特
に４０〜６５°)、ノズル先端と冷媒表面との距離を０.
５〜３０mm(特に１〜１５mm)、噴き出し圧を２〜１０気
圧(特に４〜７気圧)の条件で合金を繊維状に紡出して急
冷凝固させることにより、所望とする直径の繊維状超磁
歪材料を得ることができる。

【００１１】上記液体冷媒としては、水や硫酸塩などの
各種水溶液ならびに焼き入れオイル、鉱物油、エステル
系オイルや各種シリコンオイルなど種々のオイルを用い
ることができるが、安価でありかつ冷却能に優れている
水や溶湯中に含まれる多量の希土類元素との反応を避け
るためＪＩＳ規格１種から３種の鉱物系焼入油、ジメチ
ルシリコンオイルやメチルフェニルシリコンオイルなど
の反応性の少ないシリコンオイルを用いる方が望まし
い。また、冷媒の粘性としては、１０００cp以下(特に
１００cp以下)のものが好ましい。１０００cp以上の冷
媒を用いた場合は、溶融状態で押し出した溶湯が冷媒中
に安定して潜らず、十分な急冷効果が得られないため、
冷却固化された繊維の磁歪特性ならびに引張り強度が悪
くなる。また、本発明による繊維状超磁歪材料に適当な
熱処理を施すことにより、繊維長手方向の磁歪特性をさ
らに優れたものに改善することも可能である。このとき
の熱処理条件としては、例えば２００〜１２００℃の温
度で０.０１〜１０時間の条件を採用すれば良い。

【００１２】上記のようにして得られる本発明の繊維状
超磁歪材料は、繊維直径０.５mm以下(特に０.３mm以
下)、引張強度１０kg／mm²以上(特に１５kg／mm²以
上)、且つ印加磁界５ｋＯｅに於ける繊維の長手方向の
磁歪１００×１０^-6以上(特に３００×１０^-6以上)を有
し得る。

【００１３】更に上記のような本発明の繊維状超磁歪材
料は、有機フィルムや樹脂と複合材料を形成したり、あ
るいは焼結によりバルク材料を製造しても高い負荷応力
に耐えうる超磁歪材料を得ることができる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００１５】実施例１アーク溶解によりＡr雰囲気中でＴb１０.３原子％、Ｄy
２４.１原子％、Ｆe６５.６原子％組成の母合金を作製
した。次に、作製した母合金を用い回転液中紡糸法によ
り急冷凝固繊維を作製した。作製に用いた回転ドラム径
は５００mmφ、紡出ノズル製孔径(石英)は１２５μm、
冷媒は竹本油脂製の粘性１０cpのジメチルシリコンオイ
ルであり冷媒温度は２０℃であった。製造条件は吹き出
しＡr圧４．５気圧、ドラム回転数３００rpm、溶湯温度
１４００℃、入射角６０度であった。

【００１６】得られた繊維状超磁歪材料の直径は１２０
μmであった。さらに、得られた繊維繊維状超磁歪材料
を長さ１cmに切断したものについて繊維軸長手方向の磁
歪特性を測定したところ、印加磁界５kＯeにおいて５０
０×１０^-6の磁歪が観測された。また、１０cmに切断し
たものの引張り強度は１５kg／mm²であった。

【００１７】比較例１アーク溶解によりＴb１０.３原子％、Ｄy２４.１原子
％、Ｆe６５.６原子％組成の母合金を作製した。次に、
Ａr雰囲気中でＣaＯルツボを用いて母合金を高周波溶解
し、直径１０mmの銅鋳型に傾注することにより直径３mm
の棒状合金を作製した。得られた棒状合金から長さ１０
cmの試料を切り出し引張り強度を測定したところ、引張
り強度は７kg／mm²であった。また、棒状試料の長手方
向の磁歪特性を測定したところ、印加磁界５kＯeにおい
て４９０×１０^-6の磁歪が観測された。

【００１８】比較例２孔径６００μmの石英ノズルを用い実施例１と同様にし
て回転液中紡糸法により、Ｔb１０.３原子％、Ｄy２４.
１原子％、Ｆe６５.６原子％組成の急冷凝固繊維の作製
を試みた。しかし、溶湯温度、吹き出し圧ならびにドラ
ム回転数を種々検討したにもかかわらず、長さ５mm以下
の不定形試料しか得られず、冷却速度が遅いため良好な
繊維形状の試料が作製できなかった。

【００１９】実施例２実施例１と同様にして回転液中紡糸法により、Ｔb３３.
３原子％、Ｆe６６.７原子％合金組成の繊維状超磁歪材
料を作製した。

【００２０】得られた繊維状超磁歪材料の直径は１２２
μmであった。さらに、得られた繊維状超磁歪材料を長
さ１cmに切断したものについて繊維軸長手方向の磁歪特
性を測定したところ、印加磁界５kＯeにおいて３４０×
１０^-6の磁歪が観測された。また、１０cmに切断したも
のの引張り強度は１７kg／mm²であった。

【００２１】比較例３アーク溶解によりＴb３３.３原子％、Ｆe６６.７原子％
組成の母合金を作製した。次に、比較例１と同様にして
直径３mmの棒状合金を作製した。得られた棒状合金から
長さ１０cmの試料を切り出し引張り強度を測定したとこ
ろ、引張り強度は５kg／mm²であった。また、棒状試料
の長手方向の磁歪特性を測定したところ、印加磁界５k
Ｏeにおいて３８０×１０^-6の磁歪が観測された。

【００２２】実施例１および２より明らかなように、繊
維状に紡出して固化された直径が０.５mm以下の急冷凝
固法による本発明の繊維状超磁歪材料は、優れた超磁歪
特性とともに優れた引張り強度を有していることが明ら
かである。それに対して急冷凝固法以外の製造方法で作
製された比較例１および３は優れた超磁歪特性は示すも
のの、引張り強度が弱く脆い材料である。

【００２３】実施例３孔径１０５μmの石英ノズルを用い、実施例１と同様の
回転液中紡糸法により、直径１００μmのＴb１０.３原
子％、Ｄy２４.１原子％、Ｆe６５.６原子％組成の繊維
状超磁歪材料を作製した。次に、作製した繊維状超磁歪
材料を１cmの長さに切断し、０.０４mm×５mm×１０mm
のポリエチレンフィルムに５本接着剤にて張り合わせ
た。また、フィルムの裏面にはストレインゲージを貼り
繊維軸長手方向の超磁歪特性により生じる歪量を測定し
た。

【００２４】なお、測定に用いたフィルムの引張り弾性
率は約０.１×１０⁵kg／mm²であった。磁歪の測定結果
を表−１に示す。表−１より明らかなように、本発明に
よるＴb−Ｄy−Ｆe系繊維状超磁歪複合材料は、フィル
ムからの大きな負荷応力がかかるにも拘わらず、印加磁
界４kＯeにおいて繊維長手方向に１００×１０^-6以上の
大きな歪を生ずることがわかった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、繊維軸長手方向に優れ
た磁歪特性と優れた引張り強度を有する非常に細い繊維
状超磁歪材料を製造することが出来、この材料は例えば
超小型の超磁歪振動素子、アクチュエーター用素子、フ
ィルム素子として種々のデバイスに応用可能である。

【００２７】また本発明の繊維状超磁歪材料は、薄いフ
ィルムや紙に接着して使用することや、超磁歪繊維を複
数本束ねて樹脂で固めたり、焼結して一体となし、高い
負荷応力に耐える超磁歪材として供給することも可能で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１種以上の希土類金属と１種以上の鉄族
遷移金属を含有する繊維状超磁歪材料に於いて、直径
０.５mm以下且つ印加磁界５ｋＯｅに於ける繊維の長手
方向の磁歪１００×１０^-6以上を有する、ことを特徴と
する繊維状超磁歪材料。
【請求項２】１種以上の希土類金属と１種以上の鉄族
遷移金属を含有する溶融合金を繊維状に紡出して固化さ
せる液体急冷法で得ることを特徴とする請求項１記載の
繊維状超磁歪材料の製造法。