KR20230144015A

KR20230144015A - 자왜 부재 및 자왜 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230144015A
Application number: KR1020237026335A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 오쿠보; 가즈타카 오사코; 기요시 이즈미
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-10-13
Also published as: CN116867934A; WO2022172876A1; JPWO2022172876A1; US20240099146A1; EP4293146A1

Abstract

(과제) 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적은 자왜 부재 및 자왜 부재의 제조 방법을 제공하는 것.
(해결 수단) 자왜 부재는, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체이고, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하이다.

Description

자왜 부재 및 자왜 부재의 제조 방법

본 발명은, 자왜 부재 및 자왜 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

자왜 재료는, 기능성 재료로서 주목받고 있다. 예를 들어, 철계 합금인 Fe-Ga 합금은, 자왜 효과 및 역자왜 효과를 나타내는 재료이고, 100 ∼ 350 ppm 정도의 큰 자왜를 나타낸다. 그 때문에, 최근, 에너지 하베스트 분야의 진동 발전용 재료로서 주목받아, 웨어러블 단말이나 센서류 등에 대한 응용이 기대되고 있다. Fe-Ga 합금의 단결정의 제조 방법으로서, 인상법 (초크랄스키법, 이하「Cz 법」이라고 약기한다) 에 의한 단결정의 육성 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1). 또, Cz 법 이외의 제조 방법으로서, 수직 브리지먼법 (VB 법) 이나 수직 온도 구배 응고법 (VGF 법) 이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 2, 특허문헌 3).

Fe-Ga 합금은, 결정의 ＜100＞ 방위에 자화 용이축을 갖고, 이 방위에 큰 자기 변형을 현출시킬 수 있다. 종래, Fe-Ga 합금의 자왜 부재는, Fe-Ga 의 다결정으로부터 ＜100＞ 방위로 배향된 단결정 부분을 원하는 사이즈로 절단함으로써 제조되고 있지만 (예를 들어, 비특허문헌 1), 결정 방위는 자왜 특성에 크게 영향을 주기 때문에, 자왜 부재의 자왜를 필요로 하는 방향과 결정의 자기 변형이 최대가 되는 ＜100＞ 방위를 일치시킨 단결정이 자왜 부재의 재료로서 최적이라고 생각된다.

Fe-Ga 합금의 단결정은, 단결정의 ＜100＞ 방위에 대해 평행하게 자장을 인가했을 때, 정 (正) 의 자왜가 현출된다 (이하,「평행 자왜량」이라고 칭한다). 한편, ＜100＞ 방위에 대해 수직으로 자장을 인가했을 때, 부 (負) 의 자왜가 현출된다 (이하,「수직 자왜량」이라고 칭한다). 인가하는 자장의 강도를 서서히 강하게 하면, 평행 자왜량 혹은 수직 자왜량이 각각 포화한다. 자왜 정수 (3/2λ₁₀₀) 는, 포화한 평행 자왜량과 포화한 수직 자왜량의 차에 의해 결정되고, 하기의 식 (1) 에 의해 구할 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 4, 비특허문헌 2).

3/2λ₁₀₀ : 자왜 정수

ε(//) : ＜100＞ 방향에 대해 평행으로 자장을 가하여 포화했을 때의 평행 자왜량

ε(⊥) : ＜100＞ 방향에 대해 수직으로 자장을 가하여 포화했을 때의 수직 자왜량

Fe-Ga 합금의 자왜 특성은, 자왜·역자왜 효과 및 자왜식 진동 발전 디바이스의 특성에 영향을 준다고 생각되고 있어, 디바이스 설계를 하는 데에 있어서 중요한 파라미터가 된다 (예를 들어, 비특허문헌 4). 특히, 자왜 정수는, Fe-Ga 합금 단결정의 Ga 조성에 의존하고, Ga 조성이 18 ∼ 19 at％ 와 27 ∼ 28 at％ 로 자왜 정수가 극대가 되는 것이 알려져 있고 (예를 들어, 비특허문헌 2), 이와 같은 Ga 농도의 Fe-Ga 합금을 디바이스에 사용하는 것이 바람직하다고 여겨진다. 또한, 최근, 자왜 정수가 큰 것에 더하여, 평행 자왜량이 클수록 출력 전압 등의 디바이스 특성이 높은 경향이 있는 것이 보고되어 있다 (예를 들어, 비특허문헌 3).

자왜식 진동 발전 디바이스는, 예를 들어, 코일에 감겨진 Fe-Ga 자왜 부재, 요크, 계자용 영구 자석으로 구성되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 5, 비특허문헌 4). 이 자왜식 진동 발전 디바이스에서는, 디바이스의 가동부의 요크를 진동시키면, 요크의 중앙에 고정한 Fe-Ga 자왜 부재가 연동하여 진동하고, 역자왜 효과에 의해 Fe-Ga 자왜 부재에 감겨진 코일의 자속 밀도가 변화하고, 전자 유도 기전력이 발생하여 발전하는 구조가 된다. 자왜식 진동 발전 디바이스에서는, 요크의 길이 방향에 힘이 가해져 진동이 발생하기 때문에, 디바이스에 사용하기 위한 Fe-Ga 자왜 부재는, 자화 용이축인 ＜100＞ 을 길이 방향이 되도록 가공하는 것이 바람직하다.

일본 공개특허공보 2016-28831호 일본 공개특허공보 2016-138028호 일본 공개특허공보 평4-108699호 일본 공표특허공보 2015-517024호 국제 공개 제2011-158473호

Etrema 사, State of the Art of Galfenol Processing. A. E. Clark et al., Appl. Phys. 93 (2003) 8621. Jung Jin Park, Suok-Min Na, Ganesh Raghunath, and Alison B. Flatau., AIP ADVANCES 6, 056221 (2016). 우에노 토시유키, 정밀 공학회지 Vol.79, No.4, (2013) 305-308.

자왜식 진동 발전 디바이스 등의 디바이스 특성은, 자왜 부재의 자왜 특성에 의해 영향을 받기 때문에, 자왜 부재는, 높은 자왜 특성을 갖고, 자왜 특성의 편차가 적을 것이 요구된다. 이와 같은 가운데, Fe-Ga 합금의 단결정의 결정 방위가 ＜100＞ 이고, Ga 농도가 균일하면, 자왜 정수가 균일한 자왜 부재가 얻어진다고 생각되고 있었다. 그러나, 비특허문헌 3 에 기재되는 바와 같이, 디바이스 특성은, 자왜 정수뿐만 아니라 평행 자왜량의 영향이 있는 것이 개시되어 있다. 본 발명자의 조사의 결과, 상기와 같이 제조한 자왜 부재는, 자왜 정수가 균일해도 평행 자왜량 (혹은 수직 자왜량) 에 편차가 있는 것, 또, 자왜 정수 자체가 불균일하다는 것이 판명되었다.

그래서, 본 발명은, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적은 자왜 부재 및 자왜 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 양태에 의하면, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체이고, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하인, 자왜 부재가 제공된다.

또, 본 발명의 양태에 의하면, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체이고, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되는 자왜 부재가 제공된다.

본 발명의 양태의 자왜 부재는, 철계 합금은, Fe-Ga 합금이고, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 2.9034 Å 이하이고, 길이 방향 이외의 ＜100＞ 방위의 격자 정수의 일방이, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수보다 0.0006 Å 이상 크고, 자왜 정수가 250 ppm 이상이고, 길이 방향에 대해 평행한 자장을 인가하여, 길이 방향의 자왜량이 포화했을 때의 자왜량인 평행 자왜량이 250 ppm 이상인 구성이어도 된다. 또, 판상체의 두께는 0.3 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 구성이어도 된다.

또, 본 발명의 양태에 의하면, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하가 되도록, 단결정을 절단하는 것을 포함하는, 자왜 부재의 제조 방법이 제공된다.

또, 본 발명의 양태에 의하면, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되도록, 단결정을 절단하는 것을 포함하는, 자왜 부재의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 양태의 자왜 부재는, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적은 특성을 갖는다. 본 발명의 양태의 자왜 부재의 제조 방법은, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적은 자왜 부재를 용이하게 제조할 수 있다.

도 1 은, 실시형태에 관련된 자왜 부재의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 6 면 전체가 {100} 면 또한 경면 연마면이 되도록, 10 ㎜ × 10 ㎜ × 1 ㎜ 로 가공한 자왜 부재를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 실시형태에 관련된 자왜 부재의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 4 는, 단결정, 박판 부재, 자왜 부재의 제 1 예를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 단결정, 박판 부재, 자왜 부재의 제 2 예를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 단결정, 박판 부재, 자왜 부재의 제 3 예를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 실시예에서 사용한 변형 게이지법을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 각 도면에 있어서는, 적절히, 일부 또는 전부가 모식적으로 기재되고, 축척이 변경되어 기재된다. 또, 이하의 설명에 있어서,「A ∼ B」라는 기재는,「A 이상 B 이하」를 의미한다.

[실시형태]

이하, 본 실시형태의 자왜 부재 및 자왜 부재의 제조 방법에 대해 설명한다. 먼저, 본 실시형태의 자왜 부재에 대해 설명한다. 도 1 은, 실시형태에 관련된 자왜 부재의 일례를 나타내는 도면이다. 자왜 부재 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 을 갖는 판상체이다. 판상체는, 평면에서 봤을 때 장방형상이다. 판상체는, 표면 (앞면) (3), 이면 (4), 및 측면 (5, 6) 을 갖는다. 표면 (3) 및 이면 (4) 은, 서로 평행인 것이 바람직하지만, 서로 평행이 아니어도 된다.

자왜 부재 (1) 는, 철계 합금의 결정으로 이루어진다. 철계 합금은, 자왜 특성을 갖는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 자왜 특성이란, 자장을 인가했을 때에 형상의 변화가 발생하는 특성을 의미한다. 철계 합금은, 예를 들어, Fe-Ga, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Co, Tb-Fe, Tb-Dy-Fe, Sm-Fe, Pd-Fe 등의 합금이다. 또, 상기 합금에 있어서 제 3 성분을 첨가한 합금이어도 된다. 예를 들어, Fe-Ga 합금에 있어서 Ba, Cu 등을 첨가한 합금이어도 된다. 이들의 철계 합금 중에서도, Fe-Ga 합금은, 다른 합금과 비교하여 자왜 특성이 크고 가공도 용이하기 때문에, 에너지 하베스트 분야의 진동 발전용 재료나 웨어러블 단말이나 센서류 등에 응용되고 있다. 이하의 설명에서는, 자왜 부재 (1) 의 일례로서, 자왜 부재 (1) 가 Fe-Ga 합금의 단결정으로 이루어지는 구성의 예를 설명한다.

Fe-Ga 합금의 단결정은, 체심 입방 격자 구조를 갖고 있고, 밀러 지수에 있어서의 방향 지수 중 제 1 ∼ 제 3 의 ＜100＞ 축 (도 4 내지 도 6 참조) 이 등가이고, 밀러 지수에 있어서의 면지수 중 제 1 ∼ 제 3 의 {100} 면 (도 4 내지 도 6 참조) 이 등가 (즉, (100), (010) 및 (001) 은 등가) 인 것을 기본으로 하는 것이다. 또, Fe-Ga 합금은, 결정의 특정 방위에 큰 자기 변형을 현출시키는 특성을 갖는다. 이 특성을 자왜식 진동 발전 디바이스에 이용하는 경우, 디바이스에 있어서 자왜 부재 (1) 의 자왜를 필요로 하는 방향과, 결정의 자기 변형이 최대가 되는 방위 (방향) 를 일치시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 서술한 바와 같이, 단결정에 있어서의 자화 용이 방향인 ＜100＞ 방향을, 자왜 부재 (1) 의 길이 방향 (D1) 으로 설정하는 것이 바람직하다. 단결정에 있어서의 자화 용이 방향인 ＜100＞ 방향을, 자왜 부재 (1) 의 길이 방향 (D1) 으로 하는 것은, 예를 들어, 단결정의 결정 방위를 공지된 결정 방위 해석에 의해 산출하고, 산출한 단결정의 결정 방위에 기초하여 단결정을 절단함으로써, 실시할 수 있다.

자왜 부재 (1) 는, 예를 들어, 에너지 하베스트 분야의 진동 발전 디바이스용의 재료 (부품), 웨어러블 단말이나 센서류 등의 재료 (부품) 로서 사용된다. 예를 들어, 상기의 특허문헌 5 에 나타내는 바와 같은 자왜식 진동 발전 디바이스는, 코일, 코일에 감겨진 Fe-Ga 합금의 자왜 부재, 요크, 및 계자용 영구 자석에 의해 구성되어 있다. 이 자왜식 진동 발전 디바이스는, 디바이스의 가동부인 요크를 진동시키면, 요크의 중앙부에 고정된 자왜 부재가 연동하여 진동하고, 역자왜 효과에 의해 자왜 부재에 감겨진 코일의 자속 밀도가 변화하고, 전자 유도 기전력이 발생함으로써 발전하는 구조로 되어 있다. 이와 같은 구조로 사용되는 경우, 자왜 부재 (1) 의 형상은, 박판상이고, 평면에서 봤을 때 가늘고 긴 장방형상으로 설정되는 것이 바람직하다. 자왜 부재 (1) 의 두께에는 특별히 한정은 없다. 두께의 하한은, 0.3 ㎜ 이상이 바람직하고, 0.4 ㎜ 이상이 보다 바람직하고, 0.5 ㎜ 이상이 더욱 바람직하다. 또, 자왜 부재 (1) 의 두께의 상한은, 2 ㎜ 이하가 바람직하고, 1.8 ㎜ 이하가 보다 바람직하고, 1.5 ㎜ 이하가 더욱 바람직하다. 자왜 부재 (1) 의 두께는, 0.3 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.4 ㎜ 이상 1.8 ㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.5 ㎜ 이상 1.5 ㎜ 이하가 더욱 바람직하다. 자왜 부재 (1) 에 의한 발전의 구조는, 상기에서 설명한 바와 같이, 자왜 부재에 응력을 부여하는 것 (진동) 에 의해 역자왜 효과에 의해 발전하는 구조이다. 자왜 부재 (1) 의 두께가 0.3 ㎜ 미만인 경우 진동 중에 파손되기 쉬워진다. 반대로 자왜 부재 (1) 의 두께가 2 ㎜ 를 초과하는 경우, 진동에 의한 응력을 크게 할 필요가 있어 효율이 나빠진다. 자왜 부재 (1) 의 형상 및 크기는, 목적으로 하는 디바이스의 크기에 따라 적절히 설정된다. 예를 들어, 자왜 부재 (1) 의 크기는, 길이 방향 (D1) 의 길이 (치수) L1 이 16 ㎜, 폭 방향 (D2) 의 폭 (치수) L2 가 4 ㎜, 두께가 1 ㎜ 이다.

또한, 자왜 부재 (1) 의 형상 및 치수는, 각각, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 자왜 부재 (1) 는, 평면에서 봤을 때 장방형상이 아니어도 된다. 예를 들어, 자왜 부재 (1) 의 형상은, 평면에서 봤을 때, 타원상, 트랙상, 부정형이어도 된다. 또한, 자왜 부재 (1) 의 형상이 평면에서 봤을 때 장방형상 이외인 경우에 있어서, 길이 방향 (D1) 은 장경 방향, 장축 방향 등이며, 폭 방향 (D2) 은 길이 방향 (D1) 에 직교하는 방향이다.

상기 서술한 바와 같이, 본 발명자들은, Fe-Ga 합금의 단결정으로 이루어지고, 주면이 {100} 면이고, 자화 용이 방향인 ＜100＞ 방향을 자왜 부재의 길이 방향으로 한 평면에서 봤을 때의 형상이 장방형상인 판상의 자왜 부재를 복수 제작하였다. Ga 농도가 균일한 Fe-Ga 합금의 단결정으로부터 잘라내어 제조한 복수의 자왜 부재에 대해 자왜 특성을 확인한 결과, 제조한 복수의 자왜 부재는, 자왜 정수는 고위이지만, 평행 자왜량에 큰 편차가 있는 것을 알 수 있었다. 또, 이들의 자왜 부재는, 자왜 정수 자체가 불균일한 경우도 있고, 자왜 정수는, 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라 편차가 있는 것을 알아냈다. 더욱 조사한 결과, 자왜 정수 및 평행 자왜량은, 단결정의 각 방향의 격자간 거리에 관련이 있는 것을 알아냈다. 본 발명은, 상기의 지견을 바탕으로 이루어진 것이다.

자왜 부재는, 예를 들어, 육성된 철계 합금의 결정을 일정 방향으로 절단함으로써 박판상의 부재를 제작하고, 제작한 박판상의 부재를 소정의 크기로 절단함으로써 제조된다. 종래의 자왜 부재는, 자왜 부재의 표리면에 연마 가공 등이 실시되어, 표리면이 평활하게 마무리되어 있었다.

본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체이고, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향, 폭 방향, 및 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 이하 상세하게 설명한다.

상기 서술한 바와 같이, Ga 농도가 균일한 Fe-Ga 단결정으로부터 잘라낸 복수의 자왜 부재에 대해 자왜 특성을 확인한 결과, 자왜 정수는 고위이지만, 평행 자왜량에 편차가 있는 것, 또, 자왜 정수 자체가 불균일한 경우도 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 자왜 부재의 자왜 정수 및 평행 자왜량과 단결정의 각 방향의 격자간 거리에 대해 조사를 실시한 결과, 관련이 있는 것을 알아냈다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 육성된 단결정으로부터 제 1 의 ＜100＞ 축 방향과 평행하고, 또한, 제 3 의 ＜100＞ 축 방향과 평행이 되도록 박판 부재를 잘라내어, 복수의 샘플 A ∼ F 를 제작하여 조사를 실시하였다. 또한, 상기 샘플의 제작은, 이하의 순서로 실시하였다. 육성된 단결정으로부터 제 1 의 ＜100＞ 방향과 평행하고, 또한, 제 3 의 ＜100＞ 축 방향과 평행이 되도록 유리 지립 방식의 멀티 와이어 소로 와이어 절단함으로써 박판 부재를 제작하고, 그로부터, 도 2 에 나타내는 10 ㎜ × 10 ㎜ × 1 ㎜ 의 크기가 되도록 절단하였다. 또한 절단된 자왜 부재에 대해 각 면에 대해 1 면당 50 ㎛ 씩 경면 연마하여, 자왜 부재 샘플로 하였다.

3 방향의 (100) 면의 격자 정수를 평가하기 위해, 자왜 부재 샘플의 표면 및 2 개의 측면의 합계 3 면에 대하여, 이차원 X 선 회절 장치 (XRD) 로 (100) 면의 X 선 회절을 이용하고, (200) 회절 피크를 이용하여 회절각 2θ 를 측정하고, 회절각으로부터 d 값을 계산하고, 또한 d 값을 2 배함으로써 격자 정수를 계산하였다. 그 결과, 3 방향의 격자 정수는 일정하지 않고 비대칭이 되는 것이 확인되었다. 종래, Fe-Ga 합금은, 체심 입방 격자 구조를 갖고 있기 때문에, 밀러 지수에 있어서의 방향 지수 중 제 1 ∼ 제 3 의 ＜100＞ 축이 등가라고 생각되고 있었다. 그러나, 실제로 육성된 결정에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 3 방향의 격자 정수 (이하「3 방향의 격자 정수」라고 약칭하는 경우도 있다) 에는, 차가 있는 것이 판명되었다. 또한, 동일 결정의 동일 박판 부재 내의 샘플에서도 격자 정수의 경향에 상위가 보이는 것을 알 수 있었다. 상세를 표 1 에 나타낸다. 이 결과로부터, 격자 정수의 편차가, 자왜 특성의 편차의 원인이라고 생각된다. 또한, 격자 정수의 평균값은, 3 방향의 격자 정수를 곱한 단위 격자의 체적이 결정 부위에 상관없이 동등하기 때문에, 단위 격자의 체적의 세제곱근이 되는 값을 격자 정수의 평균값으로 하였다.

다음으로, 샘플 A ∼ F 에 대하여, 자왜 부재의 샘플의 표면에 변형 게이지를 첩부하고, 육성 축 방향 및 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 자왜 정수와 평행 자왜량을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 자왜 정수 및 평행 자왜량의 측정은, 후술하는 실시예 1 과 동일한 방법으로 실시하였다.

표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 육성된 결정을 박판 부재로 가공하고, 또한, 자왜 부재로 한 샘플은, 자왜 부재의 각 축 방향으로 격자 정수의 크기에 차가 있는 것을 알 수 있다. 샘플 A, 샘플 B 에서는, 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 격자 정수가 작아지고, 두께 방향 (제 2 의 ＜100＞ 축 방향) 의 격자 정수가 커지는 경향이 있다. 샘플 C, 샘플 E, 샘플 F 에서는, 제 1 의 ＜100＞ 축 방향 (육성 축 방향) 의 격자 정수가 작고, 두께 방향 (제 2 의 ＜100＞ 축 방향) 의 격자 정수가 커지는 경향이 있다. 샘플 D 에서는, 제 1 의 ＜100＞ 축 방향 (육성 축 방향) 의 격자 정수가 작고, 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 격자 정수가 커지는 경향이었다. 샘플 전체로는, 최대가 되는 격자 정수는, 제 2 의 ＜100＞ 축 방향이 되는 경향이었다.

이들 샘플의 자왜 특성을 제 1 의 ＜100＞ 축 방향 (육성 축 방향) 과 제 3 의 ＜100＞ 축 방향에서 비교하여 보면, 샘플 A, 샘플 B 에서는, 자왜 정수에서는 큰 차는 없지만, 평행 자왜량에서는, 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 평행 자왜량이 제 1 의 ＜100＞ 축 방향보다 약간 커지는 경향이 있다. 샘플 C 에서는, 평행 자왜량은, 제 1 의 ＜100＞ 축 방향의 평행 자왜량이 제 3 의 ＜100＞ 축 방향보다 커지는 경향이 있다. 샘플 E, 샘플 F 에서는, 평행 자왜량은, 제 1 의 ＜100＞ 축 방향과 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 평행 자왜량은 고위이고 거의 동등하였다. 샘플 D 에서는, 제 1 의 ＜100＞ 축 방향의 평행 자왜량은 고위이지만, 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 평행 자왜량은 극단적으로 저위가 되는 것을 알 수 있다.

상기 결과로부터, 격자 정수와 자왜 특성에는 관련성이 있고, 샘플 D 나 샘플 C 의 결과로부터, 격자 정수가 큰 방향을, 평행 자왜량의 측정 방향으로 한 경우, 평행 자왜량이 작아지는 경향이 있다. 반대로, 각 방향의 격자 정수의 평균값보다 작아지는 방향을 평행 자왜량의 측정 방향으로 한 경우에는, 평행 자왜량은 고위이고 안정되는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 특히, 각 방향의 격자 정수 중, 최소값이 되는 방향을 평행 자왜량의 측정 방향으로 함으로써 고위이고 안정되는 것을 알 수 있다.

자왜 부재는, 평면에서 봤을 때에 장방형으로 이루어지고, 길이 방향, 폭 방향을 갖는다. 자왜 부재는 일반적으로, 이 길이 방향에 변형을 가함으로써 자왜 특성이 변화한다. 이 때문에, 자왜량은, 자왜 부재의 길이 방향이 최대가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태의 자왜 부재는, 상기 결과로부터, 자왜 부재의 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하로 하는 것이다. 또, 본 실시형태의 자왜 부재는, 상기 결과로부터, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되는 것이다.

표 2, 표 3 은, 상기 결과로부터, 격자 정수를 지정한 자왜 부재의 실시예를 나타낸다. 자왜 부재의 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수를, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하로 함으로써, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 고위 안정적이다.

상기의 자왜 부재 (1) 의 특성에 대해 설명한다. 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 상기의 구성에 의해, 자왜 정수가 200 ppm 이상, 바람직하게는 250 ppm 이상으로 할 수 있다. 또, 자왜 부재 (1) 는, 상기의 구성에 의해, 평행 자왜량이 200 ppm 이상, 바람직하게는 250 ppm 이상으로 할 수 있다. 자왜 부재 (1) 의 자왜 정수, 및 평행 자왜량을 상기의 범위로 하는 경우, 자왜 부재 (1) 를 Fe-Ga 합금의 단결정으로 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 자왜 정수 및 평행 자왜량의 쌍방을 고위이고, 또한 부재 사이의 편차를 억제하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 에서는, 길이 방향 (D1) 의 평행 자왜량이 자왜 정수의 80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상으로 할 수 있다.

또, 자왜 정수 및 평행 자왜량의 쌍방을 고위이고 또한 부재 사이의 편차를 억제하는 관점에서, 실시예에 나타내는 바와 같이, 자왜 부재 (1) 는, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 2.9034 Å 이하, 보다 바람직하게는 2.9032 Å 이하, 보다 바람직하게는 2.9030 Å 이하, 보다 바람직하게는 2.9024 Å 이하이고, 상기 길이 방향 이외의 ＜100＞ 방위의 격자 정수의 일방이, 상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수보다 0.0006 Å 이상 큰 것이 바람직하고, 0.0008 Å 이상 큰 것이 보다 바람직하고, 0.0010 Å 이상 큰 것이 보다 바람직하고, 0.0013 Å 이상 큰 것이 보다 바람직하다.

본 예의 단결정은, VB 법에 의해 육성된 결정이고, 육성 초기부터 육성 종료부에 걸쳐, 육성 조건은 거의 동등하다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라 격자 정수는 각 방향에 편차가 있다. 본 예에서는, 육성된 복수의 단결정으로부터, 자왜 부재를 잘라내는 위치의 격자 정수를 확인하였다. 그 결과, 격자 정수에 편차는 있지만, 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라 최소값의 방향은 동일한 경향이 있었다. 특히 육성 초기와 육성 종료부 부근에서는 안정적이다. 그에 대하여, 결정 중앙부 부근 (고화율 50 ％ ∼ 60 ％ 부분) 은, 격자 정수의 최소값의 축 방향에 상위가 있고, 격자 정수의 최소값이 되는 축 방향이 안정적이지 않다. 따라서, 결정 중앙부 (고화율 50 ％ ∼ 60 ％) 는 필요에 따라 삭제해도 된다.

본 발명에서는, 상기 서술한 바와 같이 단결정으로부터의 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라 격자 정수는 각 방향을 사전에 예측할 수 있는 경우에는, 각 방향의 격자 정수의 확인을 실시하지 않고, 예측에 기초하여 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내도 된다.

또, 자왜 부재의 자왜 특성은, 표면 가공 변형에 의한 영향을 받기 때문에, 평행 자왜량은 경면 연마 마무리가 바람직하다. 또, 격자 정수를 측정하는 경우, 그 측정면은 경면 연마 마무리면이 필수가 된다. 이 때문에, 본 발명의 자왜 부재의 표면은, 경면 연마 마무리가 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 단결정으로부터의 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라 격자 정수는 각 방향을 사전에 예측할 수 있는 경우에는, 각 방향의 격자 정수의 확인을 실시하지 않고, 예측에 기초하여 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내도 된다. 이와 같은 경우, 자왜 부재의 표면은 경면 연마 마무리로 할 필요는 없고, 자왜 특성에 영향을 주지 않는 가공면이어도 된다. 예를 들어, 방전 가공면 등이어도 된다. 또, 자왜 부재의 측면은, 측면의 가공 방법으로 자왜 특성에는 영향이 적기 때문에, 방전 가공이나 와이어 소 가공 등의 가공면이어도 된다.

다음으로, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 상기한 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 의 제조 방법이다. 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서, 상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 상기 길이 방향, 상기 폭 방향, 및 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하가 되도록, 단결정을 절단하는 것을 포함한다. 또, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 길이 방향, 폭 방향, 및 길이 방향 및 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되도록, 단결정을 절단하는 것을 포함해도 된다. 또한, 이하의 설명에서는, Fe-Ga 합금의 단결정 잉곳으로부터 자왜 부재 (1) 를 제조하는 방법을 일례로서 설명하지만, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 이하의 설명에 한정되지 않는다. 또, 본 명세서 중의 기재 중, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법에 적용 가능한 것은, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법에서도 적용된다고 한다.

도 3 는, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 도 4 내지 도 6 은, 단결정, 박판 부재 및 자왜 부재의 제 1 내지 제 3 예를 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 결정 준비 공정 (스텝 S1), 결정 절단 공정 (스텝 S2), 격자 정수 취득 공정 (스텝 S3), 및 절단 공정 (스텝 S4) 을 구비한다.

본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법에서는, 먼저, 결정 준비 공정 (스텝 S1) 에 있어서, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정을 준비한다. 또한, 준비하는 단결정은, 육성한 것이어도 되고, 시판품을 사용해도 된다. 예를 들어, 결정 준비 공정에서는, Fe-Ga 합금의 단결정을 준비한다. Fe-Ga 합금의 단결정의 육성 방법은, 특별히 한정은 없다. Fe-Ga 합금의 단결정의 육성 방법은, 예를 들어, 인상법이나 일방향 응고법 등이어도 된다. 예를 들어, 인상법에서는 Cz 법, 일방향 응고법에서는 VB 법, VGF 법 및 마이크로 인하법 등을 사용할 수 있다.

Fe-Ga 합금의 단결정은, 갈륨의 함유량을 18.5 at％ 또는 27.5 at％ 로 함으로써 자왜 정수가 극대가 된다. 이 때문에, Fe-Ga 의 단결정은, 갈륨의 함유량이 16.0 ∼ 20.0 at％ 또는 25.0 ∼ 29.0 at％ 인 것이 바람직하고, 17.0 ∼ 19 at％ 또는 26.0 ∼ 28.0 at％ 가 되도록 육성된 것이 보다 바람직하다. 육성된 단결정의 형상은, 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 원기둥상이어도 되고, 사각기둥상이어도 된다. 또한, 육성한 단결정은, 필요에 따라 종결정 (種結晶), 증경부 또는 숄더부 (종결정으로부터 소정의 단결정의 직경까지 늘리는 부분) 등을 절단 장치로 절단함으로써, 기둥상의 단결정으로 해도 된다. 육성하는 단결정의 크기는, 자왜 부재를 소정의 방향으로 확보할 수 있는 크기이면, 특별히 한정은 없다. Fe-Ga 단결정을 육성하는 경우, 육성 축 방향이 ＜100＞ 이 되도록 종결정의 상면 또는 하면을 {100} 면으로 가공한 종결정을 사용하여 육성한다. 육성되는 Fe-Ga 합금 단결정은, 종결정의 상면 또는 하면에 대해 수직 방향으로 결정이 육성되고, 또한 종결정의 방위가 계승된다.

결정 준비 공정 (스텝 S1) 의 다음으로, 결정 절단 공정 (스텝 S2) 을 실시한다. 결정 절단 공정은, 결정을 절단하여 박판 부재를 제조하는 공정이다. 박판 부재는, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 의 재료가 되는 부재이다. 결정 절단 공정은, 예를 들어, 자왜 특성을 갖는 Fe-Ga 합금의 단결정을 절단 장치를 사용하여 절단하여, {100} 면을 주면으로 하는 박판 부재를 제작하는 공정이다. 절단 장치는, 와이어 방전 가공기, 내주날 절단 장치, 와이어 소 등의 절단 장치를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 특히 멀티 와이어 소를 사용하는 것이, 동시에 복수의 박판 부재를 절단할 수 있기 때문에 바람직하다. 단결정의 절단 방향은, Fe-Ga 의 단결정인 경우, ＜100＞ 방향이고, 절단면 즉 박판 부재의 주면이 {100} 면이 되도록 절단한다. 단결정의 절단 방향은, 3 방향의 ＜100＞ 방향 중 어느 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4 내지 도 6 에 나타내는 바와 같이, 단결정의 육성 방향 (결정이 육성되는 방향) 에 대하여, 수직 방향이어도 되고, 평행 방향이어도 된다.

결정 절단 공정 (스텝 S2) 의 다음으로, 격자 정수 취득 공정 (스텝 S3) 을 실시한다. 격자 정수 취득 공정은, 상기한 제 1 ∼ 제 3 의 ＜100＞ 축 방향의 3 방향의 격자 정수를 취득하는 공정이다. 격자 정수를 취득하는 방법은, 상기 3 방향의 격자 정수를 취득하는 것이 가능한 방법이면 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어, 상기와 같이, 이차원 X 선 회절 장치 (XRD) 에 의해 (100) 면의 X 선 회절을 이용하여, 회절각으로부터 d 값을 계산하고, 또한 d 값을 2 배함으로써 취득할 수 있다. 또한, 격자 정수를 측정하는 경우에는, 측정하는 면을 경면 연마면으로 마무리한 것이 바람직하다. 또, 단결정으로부터 잘라내는 위치에 따라 격자 정수가 불균일하기 때문에, 복수 회 측정 위치를 바꾸어 측정하는 것이 바람직하다.

격자 정수 취득 공정 (스텝 S3) 의 다음으로, 절단 공정 (스텝 S4) 을 실시한다. 절단 공정은, 격자 정수 취득 공정에 의해 취득한 격자 정수에 기초하여, 단결정의 박판 부재를 절단하여, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 를 얻는 공정이다.

절단 공정에서는, 자왜 부재 (1) 의 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수의 평균값 이하가 되도록, 단결정의 박판 부재를 절단한다. 이로써, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 를 얻을 수 있다.

또한, 절단 공정에서는, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향) 의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되도록, 단결정의 박판 부재를 절단해도 된다. 이로써, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 를 얻을 수 있다.

또한, 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라, 격자 정수에 편차는 있지만, 동일한 제조 방법에 의해 얻어진 단결정으로부터 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따른 격자 정수의 편차의 경향은 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 단결정으로부터의 자왜 부재를 잘라내는 위치에 따라 격자 정수는 각 방향을 사전에 예측할 수 있는 경우에는, 격자 정수 취득 공정 (스텝 S3) 을 생략해도 된다.

즉, 상기의 절단 공정에 의해 얻어지는 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체로서, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하이다. 또, 상기의 절단 공정에 의해 얻어지는 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향) 의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되는 것이어도 된다.

이상과 같이, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체로서, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하이다. 또, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체로서, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향) 의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 된다. 또한, 본 실시형태의 자왜 부재에 있어서, 상기 이외의 구성은 임의의 구성이다. 본 실시형태의 자왜 부재는, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적다.

또, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하가 되도록, 단결정을 절단하는 것을 포함한다. 또, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향) 의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되도록, 단결정의 박판 부재를 절단하는 것을 포함한다. 또한, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법에 있어서, 상기 이외의 구성은 임의의 구성이다. 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차를 억제할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명에 대해 실시예를 사용하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이들의 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 ∼ 6]

화학양론비로 철과 갈륨의 비율 81 : 19 로 원료를 조정하고, 수직 브리지먼 (VB) 법으로 육성한 원기둥상의 Fe-Ga 합금의 단결정을 준비하였다. 단결정의 육성 축 방향은 ＜100＞ 으로 하였다. 결정 육성 축 방향에 수직인 단결정의 상면 또는 하면의 {100} 면을 X 선 회절에 의해 방위 확인하였다. 또한, 이 때, 시마즈 시퀀셜형 플라즈마 발광 분석 장치 (ICPS-8100) 로 결정의 상면 및 하면 샘플을 측정한 결과, 단결정의 농도는, 갈륨의 함유량이 17.5 ∼ 19.0 at％ 였다.

다음과 같이 하여, 육성한 단결정으로부터 자왜 부재를 제조하였다. 먼저, 유리 지립식 와이어 소 장치를 사용하여, 단결정 육성 방향에 대해 평행 방향 (＜100＞ 방위에 대해 평행) 으로 단결정을 절단하여, 절단면 즉 주면이 {100} 인 박판 부재를 제작하였다. 다음으로, 얻어진 박판 부재의 표면 및 이면에 대해 평면 연삭 가공을 실시하고 박판 부재의 두께를 정돈하였다. 계속해서, 얻어진 박판 부재의 각 면에 대해 경면 가공을 실시하였다.

경면 가공을 실시한 박판 부재에 있어서의, 길이 방향, 폭 방향, 및 두께의 3 방향의 ＜100＞ 축 방향에 대하여, 격자 정수를 평가하였다. 이차원 X 선 회절 장치 D8 DISCOVER (Bruker 사 제조) 를 사용하고, (200) 회절 피크를 이용하여 회절각 2θ 를 측정하여 d 값을 산출하고, d 값을 2 배함으로써 격자 정수를 평가하였다. 3 방향의 격자 정수를 곱하고, 세제곱근을 계산하여, 격자 정수의 평균값으로 하였다.

계속해서, 박판 부재로부터 길이 방향의 치수 16 ㎜ × 폭의 치수 4 ㎜ × 두께 1 ㎜ 의 크기의 자왜 부재를 잘라냈다. 박판 부재로부터, 외주날 절단 장치에 의해, 길이 방향의 치수 16 ㎜ × 폭의 치수 4 ㎜ × 두께 1 ㎜ 의 크기로 잘라내어, 본 실시형태의 자왜 부재를 얻었다. 박판 부재로부터의 자왜 부재의 잘라냄은, 취득한 3 방향의 ＜100＞ 축의 격자 정수에 기초하여, 잘라낸 후의 자왜 부재에 있어서의 격자 정수가, 하기 (조건 1) 또는 (조건 2) 를 만족하도록 실시하였다.

(조건 1) 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하가 된다.

(조건 2) 길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향) 의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 길이 방향 (D1) 의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 된다.

다음으로, 선정한 자왜 부재에 대해 자왜 특성을 측정하였다. 자왜 특성의 측정은, 변형 게이지법으로 실시하였다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제조한 자왜 부재의 주면인 {100} 면에, 변형 게이지 (쿄와 전업 주식회사 제조) 를 접착제에 의해 접착하였다. 또한, 변형 게이지의 길이 방향이 자왜의 검출 방향이 되기 때문에, 변형 게이지의 길이 방향을, 자왜 부재의 길이 방향 그리고 ＜100＞ 방위와 평행이 되도록 접착하였다.

자왜 측정기 (쿄와 전업 주식회사 제조) 는, 네오디뮴계의 영구 자석, 브릿지 박스, 컴팩트 레코딩 시스템, 스트레인 유닛, 다이나믹 데이터 집록 소프트웨어로 구성하였다.

자왜량은, 실제의 변형 검출값을 게이지율로 보정하여 결정하였다.

또한, 게이지율은, 하기 식의 식 (3) 으로 하였다.

(ε : 게이지율, εi : 측정 변형값, Ks : 사용 게이지의 게이지율)

또, 자장 방향이 변형 게이지의 길이 방향에 대해 평행일 때의 자왜량을, 평행 자왜량으로 하였다. 한편, 자장 방향이 변형 게이지 길이 방향에 대해 수직일 때의 자왜량을, 수직 자왜량으로 하였다. 자왜 정수는 식 (1) 에 따라, 평행 자왜량과 수직 자왜량의 차로 결정하였다. 제조 조건 및 평가 결과를 표 2 에 나타낸다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 자왜 정수는 271 ppm ∼ 291 ppm 이었다. 또, 평행 자왜량은, 222 ppm ∼ 289 ppm 이었다. 또, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수는, 2.9019 Å ∼ 2.9032 Å 이었다. 또,「길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값」은, 2.9030 Å ∼ 2.9037 Å 이었다.

또한, 표 2 및 표 3 에 있어서의「차」는,「3 방향의 ＜100＞ 축의 격자 정수의 3 방향의 길이 방향 이외의 방향의 격자 정수의 최대값」으로부터「길이 방향의 격자 정수」를 뺀 값이다. 또,「차」의 란에 있어서「ppm」의 단위로 나타낸 값 (실시예 1 의 경우, 344 ppm) 은, 상기의「차」를「길이 방향의 격자 정수」로 나눈 값을 ppm 으로 환산한 값이다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 자왜 정수/평행 자왜량 (단위 ％) 을 나타내는 비율은, 82 ％ ∼ 101 ％ 였다. 「3 방향의 ＜100＞ 축의 격자 정수의 3 방향의 길이 방향 이외의 방향의 격자 정수의 최대값」으로부터「길이 방향의 격자 정수」를 뺀 값을 나타내는「차」는, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 0.0006 ∼ 0.0022 Å 이고, ppm 환산으로는 207 ppm ∼ 758 ppm 이었다. 또,「길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값」과「길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수」의 차는, 0.0003 Å ∼ 0.0011 Å 이었다.

[비교예 1 ∼ 4]

실시예 1 에 있어서, 잘라낸 후의 자왜 부재에 있어서의 격자 정수가, 상기 (조건 1) 및 (조건 2) 모두 만족하지 않도록 실시하였다. 이 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시하여, 자왜 부재의 제조, 평가를 실시하였다. 제조 조건 및 평가 결과를 표 3 에 나타낸다. 표 3 에 나타내는 바와 같이, 자왜 정수는 281 ppm ∼ 291 ppm 이었다. 또, 평행 자왜량은, 51 ppm ∼ 179 ppm 이었다. 또, 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수는, 2.9038 Å ∼ 2.9042 Å 이었다. 또,「길이 방향 (D1), 폭 방향 (D2), 및 길이 방향 (D1) 및 폭 방향 (D2) 에 직교하는 방향 (D3) (두께 방향 (D3)) 의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값」은, 2.9030 Å ∼ 2.9036 Å 이었다. 자왜 정수/평행 자왜량 (단위 ％) 을 나타내는 비율은, 표 3 에 나타내는 바와 같이, 18 ％ ∼ 62 ％ 였다. 「3 방향의 ＜100＞ 축의 격자 정수의 3 방향의 길이 방향 이외의 방향의 격자 정수의 최대값」으로부터「길이 방향의 격자 정수」를 뺀 값을 나타내는「차」는, 표 3 에 나타내는 바와 같이, -0.0012 ∼ 0.0003 이고, ppm 환산으로는, -413 ppm ∼ 103 ppm 이었다.

[정리]

실시예 및 비교예의 결과로부터, 결정 내의 잔류 변형에 의해, 3 방향의 {100} 면의 격자 정수는 비대칭이 되는 것이 확인된다. 이것은, 격자 정수가 큰 ＜100＞ 방향으로 자화 방향이 배치되기 때문이라고 생각된다. 또, 실시예 및 비교예의 결과로부터, 상기의 조건 1 또는 조건 2 를 만족하도록 가공함으로써, 평행 자왜량이 큰 자왜 재료를 얻을 수 있는 것이 확인된다. 또, 실시예 및 비교예의 결과로부터, 본 실시형태의 자왜 부재 (1) 는, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적은 특성을 갖는 것이 확인된다. 또, 실시예의 결과로부터, 본 실시형태의 자왜 부재의 제조 방법은, 자왜 정수 및 평행 자왜량이 높고, 부재 사이의 자왜 정수 및 평행 자왜량의 편차가 적은 자왜 부재를 제조할 수 있는 것이 확인된다.

또한, 본 발명의 기술 범위는, 상기 서술한 실시형태 등에서 설명한 양태에 한정되지 않는다. 상기 서술한 실시형태 등에서 설명한 요건 중 하나 이상은, 생략되는 경우가 있다. 또, 상기 서술한 실시형태 등에서 설명한 요건은, 적절히 조합할 수 있다. 또, 법령에서 허용되는 한에 있어서, 일본 특허출원인 일본 특허출원 2021-019133호, 그리고 상기 서술한 실시형태 등에서 인용한 모든 문헌의 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.

1 : 자왜 부재
3 : 표면
4 : 이면
5, 6 : 측면
D1 : 길이 방향
D2 : 폭 방향

Claims

자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고,
길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체이고,
상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 상기 길이 방향, 상기 폭 방향, 및 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하인, 자왜 부재.
제 1 항에 있어서,
자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고,
길이 방향 및 폭 방향을 갖는 판상체이고,
상기 길이 방향, 상기 폭 방향, 및 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되는, 자왜 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 철계 합금은, Fe-Ga 합금이고,
상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 2.9034 Å 이하이고, 상기 길이 방향 이외의 ＜100＞ 방위의 격자 정수의 일방이, 상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수보다 0.0006 Å 이상 크고,
자왜 정수가 250 ppm 이상이고,
상기 길이 방향에 대해 평행한 자장을 인가하여, 상기 길이 방향의 자왜량이 포화했을 때의 자왜량인 평행 자왜량이 250 ppm 이상인, 자왜 부재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판상체의 두께는 0.3 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인, 자왜 부재.
자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서,
상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가, 상기 길이 방향, 상기 폭 방향, 및 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수로부터 계산한 격자 정수의 평균값 이하가 되도록, 상기 단결정을 절단하는 것을 포함하는, 자왜 부재의 제조 방법.
자왜 특성을 갖는 철계 합금의 단결정으로 이루어지고, 또한, 길이 방향 및 폭 방향을 갖는 형상의 자왜 부재의 제조 방법으로서,
상기 길이 방향, 상기 폭 방향, 및 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향에 직교하는 방향의 3 방향에 있어서의 ＜100＞ 방위의 격자 정수 중, 상기 길이 방향의 ＜100＞ 방위의 격자 정수가 최소가 되도록, 상기 단결정을 절단하는 것을 포함하는, 자왜 부재의 제조 방법.