JPH06316741A - 磁歪合金 - Google Patents

磁歪合金

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JPH06316741A
JPH06316741A JP27600593A JP27600593A JPH06316741A JP H06316741 A JPH06316741 A JP H06316741A JP 27600593 A JP27600593 A JP 27600593A JP 27600593 A JP27600593 A JP 27600593A JP H06316741 A JPH06316741 A JP H06316741A
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JP
Japan
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magnetostrictive
alloy
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magnetostriction
magnetic field
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Masashi Sahashi
政司 佐橋
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 コバルト(Co)0.01〜5重量%,鉄(Fe)2
5〜40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)の組成を有することを特徴とする磁歪合金
である。 【効果】 磁歪特性,特に低磁界印加磁歪特性に優れた
正磁歪合金を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁歪合金,特に正の磁歪
を有し、低磁界磁歪特性に優れた磁歪合金に関する。
【0002】
【従来の技術】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ある。光情報
処理、光記録機器などの発達と相まって、微小変位制御
素子はその必要性が増大する傾向にある。
【0003】各種の微小変位制御素子が提案される中
で、一方式として磁歪素子が有る。
【0004】すなわち外部磁場の印加により変位を生じ
る磁歪材料を用いた変位発生素子である。
【0005】磁歪材料としてはNiなど各種の材料が知
られているが、なかでもTbFe系の合金は極めて大き
い磁歪を示すため有望な材料である(米国特許第437537
2 号,米国特許第4378258 号,米国特許第4308474 号,
米国特許第4152178 号,特公昭61-33892号公報,特開昭
49-2094 号公報など)。
【0006】この様なR−Fe(R:希土類)合金系で
は大きい磁歪が得られるが、低磁場特性に問題が有っ
た。すなわち低い印加磁界での変位量が十分ではなかっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点を考
慮してなされたもので、R−Fe合金系の低磁場磁歪特
性の改善を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、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)
の組成を有することを特徴とする磁歪合金である。
【0009】この様な系の希土類−遷移金属合金系では
ラーベス型金属間化合物を形成し、室温以上で優れた磁
歪特性を発揮し、このTb−Dy−Fe−Mn系にCo
を微量添加することで更に大幅な低磁場磁歪特性の改善
効果を得ることができる。
【0010】本発明合金における各元素の組成範囲につ
いて以下に説明する。
【0011】鉄(Fe):25重量%未満では十分な磁
歪特性が得られず、また40重量%を越える場合は靭性
が著しく低下する。
【0012】マンガン(Mn):1重量%未満では十分
な磁歪特性が得られず、また15重量%を越える場合は
磁歪特性が低下してしまう。
【0013】テルビウム(Tb):Tbの添加によりD
yのみの場合に比べ磁歪特性の改善が図れるが、0.1
重量%未満ではTb添加効果が得られず、また25重量
%を越える場合はかえって磁歪特性の低下につながる。
【0014】なおDyは大きな磁歪を得るのに必須の元
素であり、Tbと相乗効果を発揮し優れた磁歪特性を発
現する合金を得ることができる。Tb,Dyは希土類
(ランタナイド)に属し、鉄,ニッケル等の3d遷移金
属と異なり、4f電子の強い軌道各運動量のため極めて
大きい結晶磁気異方性を有し、優れた磁歪特性を得るた
めの必須成分であると同時に優れた靭性を付与する合金
の主成分である。しかしながらTb,Dy単体若しくは
Tb−Dy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特性を示さない。
Tb−Dy−Fe−Mn系で室温以上の温度領域で優れ
た磁歪特性を得ることができる。
【0015】ここでこのTb−Dy−Fe−Mnの低磁
場磁歪特性の改善のために添加するコバルト(Co)で
あるが、0.01重量%未満ではその添加効果が得られ
ず、また5重量%を越えると合金全体として磁歪特性が
低下してしまうため、0.01〜5重量%の範囲とし
た。なお過剰のCoの添加はキュリー温度の低下を招く
が、この範囲のCo添加は合金全体のキュリー温度の上
昇の効果があり、温度特性の改善にもつながる。
【0016】なお上記組成を基本とするが、特性を劣化
させない程度の不純物元素の含有を妨げるものではな
く、また本発明の効果を損なわない範囲でのTb,Dy
以外の希土類元素,その他の元素の添加を妨げるもので
もない。
【0017】また製造方法は特に限定されるものではな
く、所定の組成比の合金材料を真空,不活性ガス若しく
は還元性ガス雰囲気中で融点以上の温度で溶解した後、
鋳造しインゴットを得て、所望の形状に切り出して使用
すれば良い。なおインゴット状態で均質化のための熱処
理を施すことが好ましい。またブリッジマン法,フロー
ティングゾーンメルト法等を用いることもできる。
【0018】この磁歪合金は正の大きな磁歪特性を示し
単独でも変位発生素子として使用することができるが、
負の磁歪特性を示す磁歪材(例えばNiなど)と一体化
することでバイメタルとして使用することもできる。
【0019】一般にバイメタルの湾曲特性は次式で表わ
される。
【0020】
【数1】S=(3/4)(L)2 (1/t) ・Δd・H (S:絶対ストローク(mm),L:板の長さ(mm),t:板
の厚み(mm)) 従って絶対ストロークとしてS=1mmを得るために
は、L=30mm,t=0.2 mmの条件でΔd・H=2.
96×10-4となる。
【0021】本発明者らが磁歪バイメタルの構成磁歪部
材について鋭意検討し、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、Δd(=
|d1 −d2 |,d1 は正の磁歪合金の磁気歪係数,d
2 は負の磁歪合金の磁気歪係数)と印加磁場(H)との
積Δd・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、著しい絶対ストローク
の改善を実現できた。
【0022】この様なバイメタルに好適な負の磁歪合金
としては例えばCo−Fe−Sm−Dy系合金が挙げら
れる。
【0023】組成としては例えばコバルト(Co)5〜40
重量%,鉄(Fe)2〜35重量%,サマリウム(Sm)0.0
1〜60重量%及び残部が実質的にジスプロシウム(Dy)
の組成である。
【0024】この様な系の希土類−遷移金属合金系もラ
ーベス型金属間化合物を形成し、室温以上で優れた磁歪
特性を発揮する。
【0025】この様な負の磁歪合金においては各組成範
囲は以下の理由による。
【0026】コバルト(Co):5重量%未満では十分
な低磁界印加時の磁歪特性が得られず、また40重量%
を越える場合は磁気特性がかえって低下してしまう。
【0027】鉄(Fe):2重量%未満では十分な磁歪
特性が得られず、また35重量%を越える場合は磁気特
性がかえって低下してしまう。
【0028】サマリウム(Sm):Smの添加によりD
yのみの場合に比べ磁歪特性の改善が図れるが、0.0
1重量%未満ではSm添加効果が得られず、また60重
量%を越える場合はかえって磁歪特性の低下につなが
る。
【0029】なおDyは大きな磁歪を得るのに必須の元
素であり、Smと相乗効果を発揮し優れた磁歪特性を発
現する合金を得ることができる。
【0030】また磁歪材間の接合には各種の方法を用い
ることができるが、Co3 Dy4 ,Co3 Dy4 などの
DyとFe,Coの共晶合金組成を有する粉末をフィラ
ーとして用い800〜1000℃程度の温度での拡散接
合を用いることができる。
【0031】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。 (実施例1)Co 1.2重量%,Mn 7.3重量%,Fe2
8.1重量%,Tb13重量%残部Dyの組成比の合金材料
を真空誘導溶解炉で溶解ののち鋳造しインゴットを得
た。
【0032】次いでこのインゴットより150μm厚×
3mm幅×30mm長の短冊状試料を切り出し、磁気歪
係数(d)が正の板状磁歪部材を得た。
【0033】この磁歪部材の磁歪特性を調べたところ、
100Oe印加までの低磁界印加で最大5×10-6Oe-1と低
磁場での磁歪特性は非常に良好な特性を示した。
【0034】比較のため上記組成でCoを含まない場合
についても同様の特性を調べたところ3×10-6Oe-1であ
った。
【0035】この様にCo添加により低磁場磁歪特性が
改善されることが分かる。
【0036】更に過剰のCo(15重量%)を含む場合
についても同様の特性を調べたところ0.7×10-6Oe-1
であり、過剰Co添加はかえって磁歪特性を低下させて
しまうことが分かる。
【0037】この正磁歪材と負の磁歪材として100μ
m厚×3mm幅×30mm長のNi(0.33×10-6Oe-1
薄板を用い、Co3 Dy4 金属間化合物組成を有する粉
末フィラー材を介して重ね合わせ、100torrアルゴン
圧減圧下で800℃,2時間の拡散処理により接合し、
バイメタルを得た。
【0038】この特性を調べたところ印加磁界H=100 Oe
の下でΔd・H=5×10-4であり、変位(ストローク)
特性は1.35mm、湾曲特性は13.5μmOe-1であった。 (実施例2)Co 0.5重量%,Mn 6.2重量%,Fe2
9.0重量%,Tb12.5重量%残部Dyの組成比の合金材
料を真空誘導溶解炉で溶解ののち鋳造しインゴットを得
た。
【0039】次いでこのインゴットより100μm厚×
3mm幅×30mm長の短冊状試料を切り出し、磁気歪
係数(d)が正の板状磁歪部材を得た。
【0040】この磁歪部材の磁歪特性を調べたところ、
低磁界磁歪特性は 6.2×10-6Oe-1と非常に良好な特性を
示した。 (実施例3)Co 2.2重量%,Mn 2.0重量%,Fe3
6.8重量%,Tb23.3重量%残部Dyの組成比の合金材
料を用い、実施例2と同様に磁歪部材を作成したとこ
ろ、低磁界磁歪特性は8×10-6Oe-1と非常に良好な特性
を示した。 (実施例4)実施例2で作成した正の磁歪合金を用いS
m−Dy−Fe−Co系合金を負の磁歪部材として用い
た磁歪バイメタルの例を説明する。
【0041】Co21.5重量%,Fe20.3重量%,Sm1
2.3重量%残部Dyの組成比の合金材料を真空誘導溶解
炉で溶解ののち鋳造しインゴットを得た。
【0042】次いでこのインゴットより100μm厚×
3mm幅×30mm長の短冊状試料を切り出し、磁気歪
係数(d)が負の板状磁歪部材を得た。
【0043】この磁歪部材の低磁界磁歪特性は-3.1×10
-6Oe-1であった。
【0044】次いでこの正負の磁歪部材を、Co3 Dy
4 金属間化合物組成を有する粉末フィラー材を介して重
ね合わせ、100torrアルゴン圧減圧下で800℃,2
時間の拡散処理により接合し、バイメタルを得た。
【0045】印加磁界H=100Oeの下でΔd・H=9
×10-4であった。
【0046】またこの構成で磁歪バイメタルの変位(ス
トローク)特性は、100Oe印加磁界で3mmであり、
湾曲特性は30μmOe-1であった。
【0047】比較のためFe-Co-V 合金(Permendur,d1
=0.7 ×10-6Oe-1)を正磁歪部材として用い、負磁歪部
材としてNi(d2 =-0.33 ×10-6Oe-1)を用い、圧延
により作成したクラッド材から、3mm幅×30mm長
の短冊状試料を切り出した磁歪バイメタルを作成し、特
性を調べたところ印加磁界H=100 Oeの下でΔd・H=1
×10-4であり、変位(ストローク)特性は0.34mm、湾
曲特性は3μmOe-1であった。
【0048】またこのように正負合金ともにCoを含有
する掲記組成の合金とするバイメタル構成を採ることに
より、絶対ストロークが大きく、線形性,変位履歴特性
に優れると共に、耐疲労強度,耐衝撃性などに優れたも
のとなる。
【0049】より詳細に説明すると、正負磁歪合金とも
にCo含有の金属間化合物で構成されるため、金属と金
属間化合物を組み合わせた場合に比べヤング率などの諸
特性がほぼ同程度となり、変位発生時に一方の側にスト
レスなどが集中することがないので耐疲労強度,変位履
歴特性などのバイメタルとしての信頼性を向上すること
ができる。変位特性,すなわち磁歪係数のオーダーも同
程度となるため、正側への変位,負側への変位をともに
大きくすることができ、結果として絶対ストロークの増
大とともに線形性の向上という効果を奏することができ
る。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば希土
類−鉄系合金の大きな正磁歪特性を維持し、かつ低磁場
特性を改善することができる。従って磁歪を用いた変位
発生素子として本発明合金を用いることで低磁界で大き
な変位を得ることができ、工業上寄与するところ大であ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コバルト(Co)0.01〜5重量%,鉄(F
    e)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)の組成を有することを特徴とする磁歪
    合金。
JP27600593A 1993-10-08 1993-10-08 磁歪合金 Expired - Lifetime JPH07122116B2 (ja)

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