JPH07197210A

JPH07197210A - 磁歪材料

Info

Publication number: JPH07197210A
Application number: JP5353501A
Authority: JP
Inventors: Masataka Konuma; 雅敬小沼; Tsutomu Yamashita; 務山下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高周波領域での磁歪特性の劣化を
防止すると共に、低磁界振幅下での磁歪変化率の向上を
図ることのできる磁歪材料を提供することを目的とす
る。【構成】本発明は希土類−鉄系の磁歪材料であって、
前記磁歪材料中に含まれるアルゴン含有率が１０ｐｐｍ
〜１０００ｐｐｍの範囲にあ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、磁歪が大きく、磁気−
変位変換デバイス等の磁歪素子に好適な希土類−鉄系の
磁歪材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性体に外部磁場を印加した際に、磁性
体が変型する磁歪を応用した素子或いは装置としては、
変位制御アクチュエータ、磁歪振動子、磁歪センサ、磁
歪フィルタ等が知られている。これら素子等に用いられ
る磁歪材料としては、従来、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｏ合
金、フェライト系等が用いらてきた。

【０００３】近年、計測工学の進歩及び精密機械分野の
発展に伴い、ミクロンオーダの微小変位制御に不可欠な
変位駆動部の開発が必要とされるに至っている。このよ
うな要求に応える変位駆動部の駆動機構の一つとして、
磁歪材料を用いた磁気−変位変換デバイスが有力であ
る。

【０００４】しかし、従来の磁歪材料では変位の絶対量
が不十分であり、ミクロンオーダの精密変位制御駆動部
材として用いるには絶対変位量のみならず、精密制御の
点からも満足できるものではなかった。

【０００５】一方、希土類−鉄系のラーベス型金属間化
合物で、飽和磁歪（λｓ）が１０００×１０^-6を越える
ものが報告されており（特公昭６１−３３８９２号公報
等参照）、上記した磁気−変位変換デバイスをはじめと
して、磁歪を応用した各種変位制御アクチュエータ等に
利用することが検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、上述したような
磁歪材料を使用した変位制御アクチュエータ等の駆動磁
界は、通常、ソレノイドコイル等を用いて印加してお
り、変位量は交流及び直流の電流で制御するようにして
いる。ここで、駆動磁界の大きさは、変位制御アクチュ
エータ等の構造及び制御回路により制限され、一般的に
は小さな磁界を用いている。

【０００７】これに対して、希土類−鉄系の磁歪材料
は、駆動磁界に対する変位量にヒステリシスを有するこ
とから、磁歪材料の磁化状態を考えると、小さな駆動磁
界ではマイナーループで動作することになる。これによ
って、低磁界振幅下では磁歪の変化率が低減し、希土類
−鉄系の磁歪材料が本来有する大きな磁歪を十分に利用
することができないという問題があった。

【０００８】本発明は、上述した課題に対処するために
なされたもので、低磁界振幅下での磁歪変化率の向上を
図ることによって、例えば変位制御アクチュエータの効
率を向上させることのできる磁歪材料を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、希土類−鉄系の磁歪材料であって、前記磁歪
材料中に含まれるアルゴン含有率が１０ｐｐｍ〜１００
０ｐｐｍの範囲にあることを要旨とする。

【００１０】好ましくは、前記希土類−鉄系の磁歪材料
を、アルゴン雰囲気中で熱処理すると良い。

【００１１】また、好ましくは前記希土類−鉄系の磁歪
材料を、８００〜１２００℃で０．１〜１００時間、熱
処理すると良い。特に、好ましくは７００〜１１００℃
で１〜５０時間、熱処理すると良い。この熱処理温度
は、通常焼結温度である。また、図４のアルゴン含有率
と熱処理温度との関係から明らかなように、アルゴン含
有率は熱処理温度が１０００℃を越えると、ほとんど飽
和状態となり、処理温度に比例しないことが判る。な
お、熱処理時間はある程度まではアルゴン含有率に比例
する。

【００１２】本発明に用いる希土類−鉄系の磁歪材料と
しては、磁歪変化率の大きい希土類−鉄系ラベース型金
属間化合物を主相とするものが好ましい。希土類−鉄系
ラーベス型金属間化合物は、ＲＦｅ₂（Ｒは希土類元素
から選ばれた少なくとも１種の元素を示す）で表される
もので、主相として存在していればよい。なお、副相と
しては、希土類元素からなる希土類相（Ｒ相）やＦＲｅ
₃相等が存在する。

【００１３】磁歪材料全体の組成としては、ＦＲｅ
_x（１．５≦Ｘ≦２．５）を満足する合金からなるもの
が好ましい。Ｒ元素としては、Ｌａ、Ｃｅ，Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を用いることができる。また特
に、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｔｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏ、Ｔｂ−Ｐｒ、Ｓｍ−Ｙ
ｂ、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｈｏ、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｐｒ、Ｔｂ−Ｐｒ
−Ｈｏ等の元素やその組み合わせが好ましい。

【００１４】磁歪材料を構成する他の元素は主としてＦ
ｅであるが、低温での使用を可能にしたり、耐食性を改
善したりするために、Ｆｅの一部をＣｏで置換すること
もできる。ただし、あまり置換量が多いと磁歪特性の低
下を招くため、Ｃｏの置換量はＦｅの９５ａｔｏｍ％以
下が好ましい。

【００１５】また、必要に応じてＦｅの一部をＭｎで置
換してもよい。希土類−鉄系の磁歪材料は、Ｍｎを含有
させると、希土類元素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よ
うになる。Ｍｎによる置換量の上限はＦｅの５０ａｔｏ
ｍ％程度であり、この上限値を超えるとキュリー温度が
低下し、磁歪特性が低下する。

【００１６】この他に、Ｆｅは材料の機械的強度、耐食
性、飽和磁歪等の向上を目的として、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｕ、
Ａｇ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ｂ等でさらに置換し
てもよい。ただし、これらＦｅを置換する元素の量は、
Ｍｎによる置換量を含めてＦｅの５０ａｔｏｍ％程度ま
でが限界であり、これを超えると磁歪特性が低下する。

【００１７】Ｒ元素とＦｅとの元素比Ｘは、前述したよ
うに、１．５≦Ｘ≦２．５の範囲が好ましい。原子比Ｘ
が１．５未満または２．５を超えると十分な磁歪特性が
得られなくなるので、最も好ましい範囲は１．７≦Ｘ≦
２．２である。

【００１８】また、ＣｏやＭｎによるＦｅの置換量は、
Ｒ（Ｆｅ_1-a-bＣｏ_aＭｎ_b）_xとしたとき、０≦ａ≦
０．５（室温下）、０．０５≦ｂ≦０．３の範囲が好ま
しい。

【００１９】本発明の磁歪材料は、上述したような組成
及び構成相を有する希土類−鉄系磁歪材料中に含まれる
アルゴン含有率を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲に
規定している。

【００２０】本発明の磁歪材料は、アルゴン雰囲気中で
原料の溶解を行うことから、磁歪材料中にアルゴンが取
り込まれる。このように、アルゴンを含有すると、磁歪
材料の保磁力が増大し、この保磁力の増大に伴って、磁
歪特性のヒステリシスが大きくなり、結果として磁歪特
性、特に低磁界振幅下での磁歪変化率が大幅に低下す
る。

【００２１】そこで、本発明の磁歪材料では、ヒステリ
シスの増大要因となるアルゴン含有率を１０００ｐｐｍ
以下と規定し、低磁界振幅下での磁歪変化率の向上を図
っている。すなわち、磁歪材料中のアルゴン含有率が１
０００ｐｐｍを超えると、磁歪特性のヒステリシスが大
幅に増大し、低磁界振幅下での磁歪変化率が大きく低下
してしまう。

【００２２】また、希土類−鉄系の磁歪材料中に存在す
るアルゴンは、図３に示すように磁歪材料の周波数特性
にも影響を及ぼす。すなわち、アルゴンの含有率を極端
に減少させてしまうと、渦電流の影響により周波数特性
が劣化し、高い周波数領域での磁歪特性が低下する。従
って、本発明の磁歪材料においては、アルゴン含有率の
下限値を１０ｐｐｍと規定する。

【００２３】尚、磁歪材料中のアルゴン含有率を極端に
減少させる為には、原料の溶解を真空中やアルゴン以外
の不活性ガス雰囲気中で行なわなければならず、製造コ
ストの増大を招くと共に、アルゴン含有率を１０ｐｐｍ
未満としても、低磁界振幅下での磁歪変化率はほぼ一定
となり、それ以上の効果は得られない。

【００２４】

【作用】本発明の希土類−鉄系の磁歪材料は、アルゴン
含有率を１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは１０
ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲に規定することによって、
低磁界振幅下での磁歪変化率向上を図ると共に、高周波
領域での磁歪特性の低下を防止している。なお、本発明
で言うアルゴン含有率は、不活性ガス融解熱伝導度法を
用いて定量した値を示すものである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明に係る一実施例を図面を参照し
て説明する。

【００２６】原子比で、Ｔｂ_0.4Ｄｙ_0.6（Ｆｅ_0.9Ｍ
ｎ_0.1）_1.95となるように、各元素を混合した。ここ
で、原料となる各元素は、アルゴン含有率が５ｐｐｍ以
下のものを用いた。

【００２７】次に、上記原子比の混合原料を真空溶解炉
内に配置した後、１×１０^-6Ｔｏｒｒへの真空引きと、
高純度Ａｒによる置換とを３回繰り返し行なった。溶解
は、約１３５０℃の温度に１時間保持することによって
行い、続いて、ブリッジマン法によって、結晶制御した
磁歪合金を作製した後、２×１０^-9Ｔｏｒｒの真空中
で、９５０℃×５時間の熱処理を施して、目的とする磁
歪材料を得た。

【００２８】このようにして得られた磁歪材料を、直径
６ｍｍ×長さ１０ｍｍに機械加工し、磁歪特性を歪ゲー
ジ法により評価した。なお、磁歪変化率の測定は、一定
負荷を試料に加えた状態で、図１に示すように、±５０
Ｏｅの低磁界振幅を連続的に加えた際の傾きを求め、磁
歪変化率としてｐｐｍ／Ｏｅに換算した。

【００２９】上記磁歪特性の測定結果を図２に示す。な
お、図２の磁歪材料中のアルゴン含有率は、原料溶解時
のアルゴン圧力を変えて、微量のアルゴンを磁歪材料中
に含有させることにより変化させたものである。

【００３０】図２から明らかなように、希土類−鉄系の
磁歪材料中のアルゴン含有率が１０００ｐｐｍを超える
と、磁歪変化率ｄ３３が急激に低下し、アルゴン含有率
を１０００ｐｐｍ以下とすると、低磁界振幅下での磁歪
変化率の向上が図れることが分かる。

【００３１】また、１０ｐｐｍ未満では、磁歪変化率は
一定となり、それ以上のアルゴン低減化効果は得られな
い。製造コスト等を考慮すると、希土類−鉄系の磁歪合
金に含まれるアルゴン含有率を、１０ｐｐｍ〜１０００
ｐｐｍの範囲にすることによって、磁歪変化率に優れた
磁歪材料を安価に得られることが分かる。

【００３２】上述したように、本実施例によれば、高周
波領域での磁歪特性の劣化を防止した上で、低磁界振幅
下での磁歪変化率の向上を図った磁歪材料を再現性よく
提供することが可能となる。これによって、例えば変位
制御アクチュエータの効率向上が達成できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
周波領域での磁歪特性の劣化を防止すると共に、低磁界
振幅下での磁歪変化率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁歪材料の磁歪変化率ｄ３３を説明するための
図である。

【図２】本発明の実施例により作製した希土類−鉄系の
磁歪材料のアルゴン含有率と磁歪特性との関係を示す図
である。

【図３】本発明の実施例により作成した希土類−鉄系の
磁歪材料のアルゴン含有率と高周波領域での磁歪特性と
の関係を示す図である。

【図４】アルゴン含有率と熱処理温度との関係を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類−鉄系の磁歪材料であって、前記
磁歪材料中に含まれるアルゴン含有率が１０ｐｐｍ〜１
０００ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする磁歪材料。