(57)【要約】      （修正有）【課題】磁歪発電に用いるための、発電出力が高く、且つ安定的な量産が可能な、発電用磁歪素子を提供する。【解決手段】Ｆｅ系磁歪合金からなる板状の発電用磁歪素子であって、その表面および裏面の少なくとも１つの面が１８０°磁壁４を含む第１磁区および９０°磁壁５を含む第２磁区が存在する磁性面であり、磁性面の面積に対する、第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、且つ磁性面における第２磁区の分布が磁性面全体に渡って均一である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ系磁歪合金からなる板状の発電用磁歪素子であって、
前記発電用磁歪素子の表面および裏面の少なくとも１つの面が、１８０°磁壁を含む第１磁区および９０°磁壁を含む第２磁区が存在する磁性面であり、
前記磁性面の面積に対する、前記磁性面に存在する第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、且つ第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、
前記磁性面における第２磁区の分布が、前記磁性面全体に渡って均一であり、
前記第１磁区の総面積の割合、前記第２磁区の総面積の割合、および前記第２磁区の分布は、前記発電用磁歪素子の前記磁性面を交流磁場で消磁し、その後、消磁した磁性面に対して、外部応力が無負荷の状態で磁気光学的方法により測定した値である、
発電用磁歪素子。
【請求項２】
前記磁性面が、磁区変更用表面処理部を有し、
前記磁区変更用表面処理部の総面積は、前記磁性面の面積に対して、０．５％以上１０％以下である、請求項１に記載の発電用磁歪素子。
【請求項３】
前記磁区変更用表面処理部が、凹部および残留応力部から選ばれる少なくとも１種である、請求項２に記載の発電用磁歪素子。
【請求項４】
前記磁区変更用表面処理部が、凹部である、請求項３に記載の発電用磁歪素子。
【請求項５】
前記凹部の深さが、前記発電用磁歪素子の厚みｔに対して０．０３ｔ以上０．４ｔ以下である、請求項４に記載の発電用磁歪素子。
【請求項６】
複数の前記凹部が点列状に配置されている、または前記凹部が線状である、請求項４または５に記載の発電用磁歪素子。
【請求項７】
前記磁区変更用表面処理部が、残留応力部である、請求項３に記載の発電用磁歪素子。
【請求項８】
前記磁性面における、表面上の前記残留応力部の範囲が、５０μｍ以上５００μｍ以下である、請求項７に記載の発電用磁歪素子。
【請求項９】
前記残留応力部の深さが、前記発電用磁歪素子の厚みｔに対して０．１ｔ以上０．７ｔ以下である、請求項７または８に記載の発電用磁歪素子。
【請求項１０】
前記Ｆｅ系磁歪合金が、Ｆｅ−Ｇａ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、またはＦｅ−Ａｌ系合金である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の発電用磁歪素子。
【請求項１１】
前記Ｆｅ系磁歪合金の飽和磁歪値λｓが、２０×１０−６以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発電用磁歪素子。
【請求項１２】
Ｆｅ系磁歪合金からなる板状磁歪材料を提供し、
前記板状磁歪材料の表面および裏面の少なくとも１つの面に磁区変更用表面処理を行って、表面処理済みの磁性面を得る、
ことを含み、
前記磁性面には、１８０°磁壁を含む第１磁区および９０°磁壁を含む第２磁区が存在し、
前記磁性面の面積に対する、前記磁性面に存在する第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、且つ第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、
前記磁性面における第２磁区の分布は、前記磁性面全体に渡って均一であり、
前記第１磁区の総面積の割合、前記第２磁区の総面積の割合、および前記第２磁区の分布は、前記板状磁歪材料の前記磁性面を交流磁場で消磁し、その後、消磁した磁性面に対して、外部応力が無負荷の状態で磁気光学的方法により測定した値である、
発電用磁歪素子の製造方法。
【請求項１３】
前記磁区変更用表面処理が、凹部の形成および残留応力の付与から選ばれる少なくとも１種である、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発電用磁歪素子を含む、発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用磁歪素子、その製造方法、および発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年発展しているモノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ、以下「ＩｏＴ」と略す）の利用においては、モノとインターネットとの接続のために、センサ、電源、および無線通信装置等が一体となった無線センサモジュールを使用する。このような無線センサモジュールの電源として、電池交換や充電作業等の人手による定期的なメンテナンスの必要なしに、設置場所の環境で発生しているエネルギーから電力を発生させることが可能な発電装置の開発が望まれている。
【０００３】
このような発電装置の一例が、磁歪の逆効果である逆磁歪を使用した磁歪式振動発電装置である。逆磁歪とは、磁歪材料に振動などの応力が加えられたときに、磁歪材料の磁化が変化する現象である。磁歪式振動発電は、振動により磁歪材料に応力を加えて、逆磁歪効果により発生する磁化の変化を、電磁誘導の法則により、磁歪素子の周囲に巻かれたコイルに起電力を発生させるものである。
【０００４】
従来、磁歪材料の発電性能を高めるためには、その磁歪量を増加させる方法が試みられてきた。これは、磁歪量が大きいほど、磁歪材料に引っ張り応力と圧縮応力を交互に負荷した場合、逆磁歪を利用した磁束密度の変化（ΔＢ）が大きくなり、発電出力も大きくなるからである。磁歪材料の磁歪量を増加させる方法の１つが、磁歪材料の結晶構造を制御する方法である。従来開発されたＦｅ−Ｃｏ合金およびＦｅ−Ｇａ合金の基本的な格子構造はｂｃｃ構造であり、＜１００＞方位の磁歪量が最大となる。そのため、圧延、再結晶法などでゴス方位｛１１０｝＜１００＞の集合組織を揃える方法や、単結晶から＜１００＞方位に切り出す方法が実施されている。
【０００５】
例えば、磁歪材料のＦｅ−Ｇａ合金について、特許文献１は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｂ等から選択した一種以上の付加元素を含む、Ｆｅ−Ｇａ合金シ−トの形成方法が開示されている。当該形成方法においては、パック圧延法で、磁歪量の大きな｛１１０｝＜００１＞方位（ゴス方位）の集合組織を製造する。また、特許文献２は、Ｆｅ−Ｇａ合金に炭化物（Ｎｂ２Ｃ）を微細分散させて結晶組織を微細化し、圧延加工性を改善した磁歪材料が開示されている。
【０００６】
磁歪材料のＦｅ−Ｃｏ合金については、特許文献３は、Ｃｏの原子％が５６〜８０％である、磁歪量が６０ｐｐｍ以上の、Ｆｅ−Ｃｏ合金の塊状バルク、薄板、薄帯合金が開示されている。さらに特許文献４は、６７〜８７質量％のＣｏと、１質量％以下のＮｂ、Ｍｏ、Ｖ、ＴｉおよびＣｒから選ばれる１種以上とを溶解および凝固させる、熱間圧延、冷間圧延、および熱処理を含むＦｅ−Ｃｏ合金の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１１５８６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／００２８７２４号明細書
【特許文献３】特開２０１３−１７７６６４号公報
【特許文献４】国際公開第２０１５／０８３８２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１や特許文献２に記載のＦｅ−Ｇａ合金は、脆性であるため、加工性が低い。また、通常の熱延や冷延では製造困難であるため、量産性に劣る。更に、Ｇａ元素はＣｏ元素に比べて高価格であるため、原料コストが高く、材料価格も高価になるといった問題もある。
【０００９】
一方、特許文献３や特許文献４に記載のＦｅ−Ｃｏ合金は、通常の熱延、冷延による加工が可能であることから、量産性に優れており、材料価格もＦｅ−Ｇａ合金に比べて安価である。しかし、磁歪量は少なく、発電用素子として使用した際には、発電出力が低いといった問題がある。
【００１０】
このように従来の磁歪材料の合金設計では、発電出力を大きくするためには磁歪量を向上させる必要がある。そして磁歪量の高い合金（Ｆｅ−Ｇａ合金）は、脆いため加工性が低く、量産が困難であり、高価格である。また、量産性や価格を優先すると、磁歪量が低くなり、発電出力の向上が難しいという問題がある。
【００１１】
また、従来の発電用磁歪素子においては、応力に対する磁区の変化を、磁歪素子全体にわたって一様に実施することは難しく、磁束密度変化ΔＢに寄与できない部位が磁歪素子中に存在していた。これは、従来の磁歪素子の磁区構造が素子全体にわたって均一ではなく、場所によって異なっているためである。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁歪発電に用いるための、発電出力が高く、且つ安定的な量産が可能な、発電用磁歪素子、その製造方法、および当該発電用磁歪素子を用いた発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題に鑑み、本発明の第一は、下記の発電用磁歪素子である。
［１］  Ｆｅ系磁歪合金からなる板状の発電用磁歪素子であって、
前記発電用磁歪素子の表面および裏面の少なくとも１つの面が、１８０°磁壁を含む第１磁区および９０°磁壁を含む第２磁区が存在する磁性面であり、前記磁性面の面積に対する、前記磁性面に存在する第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、且つ第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、前記磁性面における第２磁区の分布が、前記磁性面全体に渡って均一であり、
前記第１磁区の総面積の割合、前記第２磁区の総面積の割合、および前記第２磁区の分布は、前記発電用磁歪素子の前記磁性面を交流磁場で消磁し、その後、消磁した磁性面に対して、外部応力が無負荷の状態で磁気光学的方法により測定した値である、発電用磁歪素子。
［２］  前記磁性面が、磁区変更用表面処理部を有し、前記磁区変更用表面処理部の総面積は、前記磁性面の面積に対して、０．５％以上１０％以下である、［１］に記載の発電用磁歪素子。
［３］  前記磁区変更用表面処理部が、凹部および残留応力部から選ばれる少なくとも１種である、［２］に記載の発電用磁歪素子。
［４］  前記磁区変更用表面処理部が、凹部である、［３］に記載の発電用磁歪素子。
［５］  前記凹部の深さが、前記発電用磁歪素子の厚みｔに対して０．０３ｔ以上０．４ｔ以下である、［４］に記載の発電用磁歪素子。
［６］  複数の前記凹部が点列状に配置されている、または前記凹部が線状である、［４］または［５］に記載の発電用磁歪素子。
［７］  前記磁区変更用表面処理部が、残留応力部である、［３］に記載の発電用磁歪素子。
［８］  前記磁性面における、表面上の前記残留応力部の範囲が、５０μｍ以上５００μｍ以下である、［７］に記載の発電用磁歪素子。
［９］  前記残留応力部の深さが、前記発電用磁歪素子の厚みｔに対して０．１ｔ以上０．７ｔ以下である、［７］または［８］に記載の発電用磁歪素子。
［１０］  前記Ｆｅ系磁歪合金が、Ｆｅ−Ｇａ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、またはＦｅ−Ａｌ系合金である、［１］〜［９］のいずれかに記載の発電用磁歪素子。
［１１］  前記Ｆｅ系磁歪合金の飽和磁歪値λｓが、２０×１０−６以上である、［１］〜［１０］のいずれかに記載の発電用磁歪素子。
【００１４】
本発明の第二は、下記の発電用磁歪素子の製造方法である。
［１２］  Ｆｅ系磁歪合金からなる板状磁歪材料を提供し、前記板状磁歪材料の表面および裏面の少なくとも１つの面に磁区変更用表面処理を行って、表面処理済みの磁性面を得る、ことを含み、
前記磁性面には、１８０°磁壁を含む第１磁区および９０°磁壁を含む第２磁区が存在し、前記磁性面の面積に対する、前記磁性面に存在する第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、且つ第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、前記磁性面における第２磁区の分布は、前記磁性面全体に渡って均一であり、
前記第１磁区の総面積の割合、前記第２磁区の総面積の割合、および前記第２磁区の分布は、前記板状磁歪材料の前記磁性面を交流磁場で消磁し、その後、消磁した磁性面に対して、外部応力が無負荷の状態で磁気光学的方法により測定した値である、発電用磁歪素子の製造方法。
［１３］  前記磁区変更用表面処理が、凹部の形成および残留応力の付与から選ばれる少なくとも１種である、［１２］に記載の製造方法。
【００１５】
本発明の第三は、下記の発電装置である。
［１４］  ［１］〜［１１］のいずれかに記載の発電用磁歪素子を含む、発電装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発電出力が高く、且つ安定的な量産が可能な、磁歪発電に用いるための発電用磁歪素子、その製造方法、および当該発電用磁歪素子を用いた発電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】表面処理部（凹部）を有する磁歪素子の磁性面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述したように、磁歪発電装置においては、磁歪素子の磁歪量が大きいほど、磁歪材料に引っ張り応力と圧縮応力を交互に負荷した場合、逆磁歪を利用した磁束密度の変化（ΔＢ）が大きくなり、発電出力も大きくなる。そのため、従来、磁歪素子の発電性能を高めるために、その磁歪量を増加させる方法が試みられてきた。具体的には、結晶方位を所定の方向に揃えることで、ΔＢを大きくすること目的とした技術が検討されてきた。
【００１９】
これに対して本発明者は、結晶方位を所定の方向に揃えてΔＢを大きくする方法ではなく、磁歪材料の磁区構造を制御することによってΔＢを大きくする方法を着想した。具体的には、磁歪素子の表面および裏面の少なくとも１つの面（磁性面）の面積に対する、１８０°磁壁を含む第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、９０°磁壁を含む第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、且つ第２磁区の分布が磁性面全体に渡って均一であると、逆磁歪を利用したΔＢが大きくなり、発電出力も大きくなることを見出した。
【００２０】
更に本発明者は、磁歪材料の磁性面の第１磁区および第２磁区を上述した条件を満たすように制御するための表面処理を含む、発電用磁歪素子の製造方法を見出した。本発明の製造方法によって、磁歪量の低い磁歪材料、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金、の発電出力を増加させることが可能となる。
【００２１】
以下に、例示的な実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
１．発電用磁歪素子
本発明は、Ｆｅ系磁歪合金からなる板状の発電用磁歪素子に関する。
本発明において「発電用磁歪素子」（以下、しばしば、「磁歪素子」と略す場合もある）とは、磁歪特性、即ち、磁場の印加による形状変化（即ち、歪み）、を示す磁性材料で構成された、逆磁歪に基づく発電が可能な磁歪材料を意味する。
【００２３】
本発明の磁歪素子は、板状の磁歪素子の表面および裏面の少なくとも１つの面が、１８０°磁壁を含む第１磁区および９０°磁壁を含む第２磁区が存在する、磁性面である。さらに、当該磁性面の面積に対する、第１磁区の総面積の割合（以下、しばしば、「第１磁区の割合」と略す場合もある）は０％以上７０％以下であり、且つ第２磁区の総面積の割合（以下、しばしば、「第２磁区の割合」と略す場合もある）は５０％以上１００％以下である。尚、本発明において、板状の磁歪素子の表面および裏面は、最も面積の広い面を意味し、より面積の狭い側面は含まないものとする。
【００２４】
磁性体の磁区構造においては、磁区と磁区の間にある原子の磁気モーメントが少しずつ連続的に反転する空間が存在し、隣り合う磁区の磁化の方向が１８０°の場合を「１８０°磁壁」、９０°の場合を「９０°磁壁」とする。また、１８０°磁壁を含む磁区を第１磁区とし、９０°磁壁を含む磁区を第２磁区とする。尚、磁区の中には、１８０°磁壁および９０°磁壁の両方を含むものが存在する、即ち、第１磁区でもあり、第２磁区でもある磁区が存在する。よって、各磁区の割合は、それぞれ独立に、磁性面の面積に対して求めた値であり、第１磁区の割合と第２磁区の割合との合計が１００％を超える場合も考えられる。
【００２５】
また、磁区の割合の分母となる「磁性面の面積」とは、磁性面の凹凸などを考慮しない、２次元の寸法から求められる面積である。よって、磁性面に後述する磁区変更用表面処理部として溝などの凹部が存在する場合、「磁性面の面積」は、当該溝の内壁の面積を含めた表面積ではない。例えば、磁歪素子の形状が長方形であれば、長手方向の寸法と短手方向の寸法の積として求められる面積である。
【００２６】
第１磁区および第２磁区の割合が上記要件を満たすと発電出力が向上する理由は明確ではないが、次のように推定される。
【００２７】
１８０°磁壁を含む第１磁区は、１８０°磁壁と平行方向に引っ張り応力が負荷されても磁化の方向が変化しないため、発電に寄与することができない。よって、磁歪素子に引っ張り応力と圧縮応力とが交互に作用したときに、その応力の半分が活用されないことになる。したがって、第１磁区の割合が７０％を超えると、磁歪素子の発電能力が低下する。更に、９０°磁壁を含む第２磁区には、圧縮応力が１８０°磁壁に平行に負荷された際に、第１磁区の磁化方向の変化を助ける作用がある。しかし、この作用は、第１磁区の割合が７０％を超えると減少する傾向にある。このような理由から、本発明においては、第１磁区の割合は０％以上７０％以下であり、１０％以上５０％以下が好ましい。第１磁区の割合が５０％以下になると、発電能力が更に向上するため好ましい。また、第１磁区が１０％以上であると、ΔＢを高める効果がより効果的に発揮される。
【００２８】
一方、第２磁区は、１８０°磁壁と平行方向に引っ張り応力が負荷されて第１磁区の磁化が変化しない場合でも、磁化を変化させることができるため、発電に寄与することができる。よって、第２磁区の割合が多いほど、発電効率が向上する。更に、第２磁区による第１磁区の磁化方向の変化を助ける作用は、第２磁区の割合が５０％以上でなければ、発電効率を向上させるのに十分な効果は達成されない傾向にある。このような理由から、本発明においては、第２磁区の割合を５０％以上１００％以下であり、７０％以上１００％以下が好ましい。第２磁区の割合が７０％以上になると、第２磁区による第１磁区の磁化方向の変化を助ける効果がさらに向上する。
【００２９】
第１磁区の総面積の割合、および第２磁区の総面積の割合は、発電用磁歪素子の磁性面を交流磁場で消磁し、その後、消磁した磁性面に対して、外部応力が無負荷の状態で磁気光学的方法により測定した値である。具体的には、以下の方法で測定した。
【００３０】
第１磁区および第２磁区は磁場や応力によって変化するため、磁歪素子に交流磁場をかけて、その磁場の大きさが零になるまで徐々に弱め、消磁する。その後、消磁した磁性面に対して、外部応力が無負荷の状態で磁気光学的方法により磁区を観察する。観察された画像のコントラストや、そのコントラストの形状等から、１８０°磁壁と９０°磁壁の位置を判定し、第１磁区および第２磁区のそれぞれの領域を求める。
尚、磁区の割合の定義は次の通りである。
第１磁区の割合は、磁歪素子の片側の面の全面積をＳｏ、Ｓｏの中の第１磁区の総面積をＳ１とした場合、Ｓ１／Ｓｏ×１００（％）で定義する。
第２磁区の割合は、磁歪素子の片側の面の全面積をＳｏ、Ｓｏの中の第２磁区の総面積をＳ２とした場合、Ｓ２／Ｓｏ×１００（％）で定義する。
【００３１】
第１磁区の割合および第２磁区の割合の定義について、図１を参照しながら具体的に説明する。図１は、凹部１を表面処理部として有する磁性面１０を示す模式図である。図中の距離ａは磁歪素子の長手方向の寸法であり、距離ｂは磁歪素子の短手方向の寸法である。よって、磁歪素子の片側の面の全面積Ｓｏはａ×ｂとなる。
【００３２】
次に、図中の矢印は磁区内の磁化方向を表す。上述したように、１８０°磁壁を含む領域には第１磁区（１８０°磁区）が存在し、９０°磁壁を含む領域には第２磁区（９０°磁区）が存在する。磁性面１０においては、太い斜め線で表される９０°磁壁５のみを含む領域２には第２磁区のみが存在し、一方、太い直線で表される１８０°磁壁４および９０°磁壁５の両方を含む領域３には、第１磁区と第２磁区の両方が存在する。よって、第１磁区の総面積Ｓ１は、領域３の総面積に等しく、第２磁区の総面積Ｓ２は、領域２の総面積と領域３の総面積との合計となる。
【００３３】
従って、Ｓ１／Ｓｏ×１００（％）と定義される第１磁区の割合は、
（領域３の総面積）／（ａ×ｂ）×１００（％）であり、
Ｓ２／Ｓｏ×１００（％）と定義される第２磁区の割合は、
（領域２の総面積＋領域３の総面積）／（ａ×ｂ）×１００（％）となる。
尚、後述するように、凹部１から磁区を観察することはできないため、凹部１には矢印を示しておらず、磁区の割合の計算にも、凹部１の面積は含まれない。
【００３４】
磁区の面積の割合およびその分布は、実際に磁気光学的方法によって求めることもできる。この方法で第１磁区と第２磁区の割合を測定する場合には、磁歪素子の磁性面の全面に渡って観察する必要はなく、任意の領域を代表領域として選定し、選定した代表領域をＳｏ相当領域として、その代表領域の中で第１磁区と第２磁区の割合をそれぞれ前記した方法で求めればよい。
【００３５】
例えば、磁歪素子が板形状であって、磁性面の形状が長方形である場合には、長手方向とそれに垂直な幅方向の中央部近傍の部位、長手方向端部と中央部の間のほぼ中央の部位、および幅方向端部と中央部の間のほぼ中央の部位を代表領域として選定し、これら合計３ヵ所において、それぞれ第１磁区と第２磁区の数が合わせて１００個程になるように磁気光学的方法を用いて磁区の割合を観察すれば良い。
【００３６】
更に磁性面における第２磁区の分布は、前記磁性面全体に渡って均一である。本発明において、磁区の分布が「磁性面全体に渡って均一」であるとは、以下の状態を意味する。第１磁区および第２磁区の割合を求めるために上述した方法で得た、第１磁区と第２磁区を含む磁性面の画像の上に、任意に同じ長さの複数の直線を引くと、その直線の全体が第２磁区上にある場合、その直線の一部が第１磁区上、他の部分が第２磁区上というように、直線が両方の磁区を跨ぐ場合など、撮影した磁区構造によっていくつかのパタ−ンが出てくる。本発明においては、画像上に、同じ長さの５本以上の線を、縦、横、斜めとランダムに配置されるように引き、各直線について、第２磁区を跨ぐパタ−ンを観察し、各直線が第２磁区を跨いだ回数を記録する。このとき、５本の直線の全てについて、第２磁区を跨いだ回数が同一である場合、もしくは第２磁区を跨いだ回数の最大値と最小値が下記式（１）の関係を満たす場合に、第２磁区の分布が「均一」であると判断する。
（Ｎ１−Ｎ２）／Ｎ１≦０．５          （１）
式中、Ｎ１は直線が第２磁区を跨いだ回数の最大値、Ｎ２は直線が第２磁区を跨いだ回数の最小値である。
【００３７】
本発明の磁歪素子において、面積割合で５０％以上１００％以下の第２磁区の分布が磁性面全体に渡って均一であると、外部応力が負荷された場合に、磁歪素子がその全体に渡って発電に寄与する磁化変化を起こすため、発電出力が向上すると考えられる。一方、第２磁区の分布が不均一、例えば、磁性面の端部に多く存在し、中心部に少ない状態では、外部応力が負荷された場合に、磁歪素子の全体の部位に渡って発電に寄与する磁化変化を起こすことができなくなるため、発電出力が低下すると考えられる。
【００３８】
本発明においては、磁歪素子の１つ面が上述した磁区の割合および分布の要件を満たす磁性面であればよい。しかし、磁歪素子の両面が当該磁性面であってもよい。尚、磁歪素子の両面が磁性面の場合、磁性面はそれぞれ独立に、上述した磁区の要件を満たすものとする。
【００３９】
磁歪素子は、その磁性面に、磁区変更用表面処理部を有してもよい。本発明において「磁区変更用表面処理部」（以下、しばしば、「表面処理部」と略す場合もある）とは、磁性面に存在する１８０°磁壁を含む第１磁区を減少させて、相対的に９０°磁壁を含む第２磁区の割合を増加させ得るものである。上述したように、１８０°磁壁は発電に寄与する効果が弱いが、９０°磁壁は発電効率を向上させることが可能であることから、１８０°磁壁を減少させて、１８０°磁壁の割合と、９０°磁壁の割合とのバランスを整えることで、磁歪素子の発電出力を高めることができる。
【００４０】
尚、磁区制御を目的とした表面処理部は、一般的な電磁鋼板（即ち、磁歪特性の利用を目的としない電磁鋼板）の表面にも見られることがある。ただし、一般的な電磁鋼板における表面処理部は、騒音の低減を目的として、磁歪量を減らすように磁区を制御するためのものである。そのために、９０°磁壁を含む磁区を減らして、１８０°磁壁を含む磁区を増やすように、表面処理部は設けられる。さらなる表面処理部の目的は、鉄損を減らすために、１８０°磁壁を含む磁区を細分化することである。よって、電磁鋼板に見られる一般的な表面処理部は、９０°磁壁を含む磁区の割合を減少させて、１８０°磁壁を含む磁区の割合を増やすものであり、本発明における表面処理部とは反対の磁区制御を目的としたものである。
【００４１】
磁性面に存在する表面処理部の数に特に限定はなく、１つでもよいし、複数でもよい。但し、磁性面に存在する当該表面処理部の総面積が、磁性面の面積に対して、０．５％以上１０％以下であることが好ましく、２．０％以上１０％以下がより好ましい。尚、表面処理部の面積は、磁性面の表面から確認できる２次元の寸法に基づくものとする。よって、表面処理部が後述する凹部の場合には、凹部の内壁の面積などを「表面処理部の総面積」に加えないものとする。
【００４２】
磁歪素子における表面処理部の総面積が、磁性面の面積に対して０．５％未満であると、第２磁区の割合を５０％以上にできない場合がある。特に、第１磁区の割合を７０％以下にすることが難しい場合があるため、表面処理部の総面積は０．５％以上であることが好ましい。また、表面処理部の存在による磁区制御の効果は、表面処理部の総面積が１０％のときに最大となり、１０％超にしても、第１磁区の割合および第２磁区の割合の変化は少なくなる。
【００４３】
このような表面処理部に特に限定はないが、一例として、凹部および残留応力部が挙げられる。
【００４４】
磁歪素子の磁性面に凹部を設けることによって、凹部の側面の静磁エネルギ−が高くなり、そのエネルギーを下げるために凹部の側面に９０°磁壁のみで構成される第２磁区が発生すると考えられる。その結果、第２磁区の割合が増加し、発電出力が増加すると考えられる。尚、本発明において第２磁区とは、９０°磁壁を含む磁区であるが、当然のことながら、９０°磁壁のみで構成される磁区も第２磁区である。９０°磁壁のみで構成される第２磁区には１８０°磁壁は含まれないため、このような９０°磁壁のみで構成される磁区を凹部によって３０％程度形成させることによって、第１磁区の割合を７０％以下に下げることが可能となる。
【００４５】
尚、表面処理部が凹部の場合、凹部の磁区は観察することができないため、上述した第１磁区の割合および第２磁区の割合には、凹部内の磁区は含まれない。よって、第２磁区の割合が１００％に達することはない。
【００４６】
凹部が２以上存在する場合、１つの凹部の開口部の面積に特に限定はないが、磁性面の面積に対して、０．０２％以上、より好ましく０．２％以上であることが好ましい。開口部の面積が０．０２％未満では、第２磁区の割合を５０％以上に増加させる効果が不十分な場合がある。特に、第１磁区を７０％以下にすることが困難な場合がある。
【００４７】
凹部の深さに特に限定はないが、磁歪素子の厚みｔに対して０．０３ｔ以上０．４ｔ以下であることが好ましく、０．１ｔ以上０．４ｔ以下がより好ましい。凹部の深さが０．０３ｔ未満では、磁束密度の向上代ΔＢを３割以上とすることが難しい場合がある。また、凹部の深さが０．４ｔを超えても、第１磁区の割合と第２磁区の割合の変化は少なくなる。さらに凹部の深さが０．４ｔを超えると、磁歪素子自体の強度が低下するため、繰り返し外部応力が負荷された場合に素子自体が破壊してしまう可能性が出てくるため好ましくない。
【００４８】
凹部は、磁性面の任意の箇所に局所的に存在することでその効果を発揮するが、点列状または線状に配置されていることが好ましい。前記したように、磁性面に凹部を形成すると、磁性面に垂直な凹部の面に磁極が発生し、その磁極を消滅させて静磁エネルギ−を下げるために第２磁区が形成される。この効果は、凹部が磁性面の任意の箇所に局所的に存在することによって発揮されるため、凹部が点列状に配置されていると、隣接する第２磁区の相互作用が有効に働いて第２磁区の割合を効果的に高めることが可能となる。また、凹部が線状、即ち溝状であれば、第２磁区どうしの相互作用を更に高め、第２磁区の割合を更に効果的に高めることが可能となるため更に好ましい。
【００４９】
点列状または線状の凹部の長手方向の中心線の角度は、発電用磁歪素子の長手方向に対して、０°以上９０°以下であることが好ましく、４０°以上９０°以下であることがより好ましい。このような角度であると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００５０】
点列状または線状の凹部が２以上存在する場合、隣接する２つの点列状または線状の凹部のそれぞれの中心線間の距離（即ちピッチ）は、１ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上７ｍｍ以下であることがより好ましい。このようなピッチであると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００５１】
凹部が点列状の場合、同一列中の隣接する２つの凹部の間の距離（即ちピッチ）は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。このようなピッチであると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００５２】
凹部が線状の場合、その幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。このような幅であると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００５３】
尚、凹部の開口部の面積、幅や深さなどは、デジタルマイクロスコ−プによって測定することができる。
【００５４】
表面処理部は残留応力部でもよい。磁歪素子の磁性面に残留応力部が存在することによって、凹部が存在する場合と同様に、本発明の第１磁区と第２磁区とのバランスを制御することができる。具体的には、磁性面に局所応力部を設けると、磁性面の表面に局所的な圧縮応力が導入されて、９０°磁壁を含む磁区が発生すると考えられる。その結果、９０°磁壁を含む磁区の割合が増加し、発電出力が増加すると考えられる。特に、残留応力の磁性面にほぼ平行な成分が圧縮応力である場合に、第２磁区が形成され易くなる。
【００５５】
尚、表面処理部が残留応力部の場合、凹部とは異なり、残留応力部内の磁区を観察することができる。よって、上述した第１磁区の割合および第２磁区の割合には、残留応力部内の磁区も含まれており、第２磁区の割合が１００％になる場合もある。
【００５６】
残留応力部の形状に特に限定はなく、円形または楕円形が好ましい。残留応力部の、磁性面における表面上の範囲（即ち、磁性面表面で観察される残留応力部の直径または長径）にも特に限定はないが、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上５００μｍ以下がより好ましい。残留応力部の範囲が５０μｍ未満では、磁束密度の向上代ΔＢを３割以上とすることが難しい場合がある。また、残留応力部の範囲は５００μｍを超えても、第１磁区の割合と第２磁区の割合の変化は少なくなると考えられる。
【００５７】
残留応力部の深さに特に限定はないが、磁歪素子の厚みｔに対して０．１ｔ以上０．７ｔ以下であることが好ましく、０．３ｔ以上０．７ｔ以下がより好ましい。残留応力部の深さが０．１ｔ未満では、磁束密度の向上代ΔＢを３割以上とすることが難しい場合がある。また、残留応力部の深さを０．７ｔ超にしても、第１磁区の割合と第２磁区の割合の変化は少なくなると考えられる。
【００５８】
残留応力部の範囲や深さは、Ｘ線残留応力測定法によって測定することができる。例えば、試料表面上における残留応力の範囲は、レ−ザを照射した中心位置から試料長手方向、および、幅方向に１０μｍピッチでずらしながら残留応力を測定し、残留応力の長手方向、および、幅方向の分布を求める。また、深さは、表面から深さ方向に１０μｍピッチで化学的エッチングを施して掘り下げた位置での残留応力を測定することを繰り返し、残留応力の深さ方向の分布を求める。これらの結果とレ−ザ−が照射されていない部位（例えば、照射部位の中間位置）の残留応力の値を比較して、レ−ザ−が照射されていない部位に対して、±１０％以上の変化がある部位を残留応力部とする。
【００５９】
残留応力部は、磁性面の任意の箇所に局所的に存在することでその効果を発揮するが、点列状または線状に配置されていることが好ましい。凹部と同様に、残留応力部によって第２磁区が形成される効果は、残留応力部が点列状に配置されていると、隣接する第２磁区の相互作用が有効に働いて第２磁区の割合を効果的に高めることが可能となる。また、残留応力部が線状であれば、第２磁区どうしの相互作用を更に高め、第２磁区の割合を更に効果的に高めることが可能となるため更に好ましい。
【００６０】
点列状または線状の残留応力部の長手方向の中心線の角度は、発電用磁歪素子の長手方向に対して、０°以上９０°以下であることが好ましく、４０°以上９０°以下であることがより好ましい。このような角度であると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００６１】
点列状または線状の残留応力部が２以上存在する場合、隣接する２つの点列状または線状の残留応力部のそれぞれの中心線間の距離（即ちピッチ）は、１ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上７ｍｍ以下あることがより好ましい。このようなピッチであると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００６２】
残留応力部が点列状の場合、同一列中の隣接する２つの残留応力部の間の距離（即ちピッチ）は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。このようなピッチであると、磁性面の第１磁区の割合、第２磁区の割合、および第２磁区の分布の均一性を本発明の要件を満たすようにすることができる。
【００６３】
本発明の磁歪素子の磁性面に存在する表面処理部は、１種のみでもよいが、複数種であってもよい。例えば、凹部および残留応力部の両方が、磁歪素子の磁性面に存在してもよい。
【００６４】
本発明の磁歪素子を構成するＦｅ系磁歪合金に特に限定はないが、磁歪特性を有し、磁歪素子としての用途が知られている合金を使用することができる。このような合金系では、圧延法、あるいは、単結晶成長方法によって、結晶方位が制御されたものが知られているが、このような結晶方位が制御された材料の第１磁区の割合および第２磁区の割合を制御することで、更に発電出力を高めることができる。Ｆｅ系磁歪合金の具体例としては、比較的安価であり圧延加工が可能なＦｅ−Ｃｏ系合金、磁歪量が高いが、比較的高価であり、脆性であって圧延が困難なＦｅ−Ｇａ合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金などが挙げられる。
【００６５】
さらに磁歪素子を構成するＦｅ系磁歪合金は、その飽和磁歪値λｓが２０×１０−６以上であるものが好ましく、５０×１０−６以上がより好ましい。飽和磁歪値λｓが２０×１０−６未満であると、外部応力が負荷された場合において、逆磁歪効果による磁歪素子内の磁化の変化が起こり難く、発電出力が低下するため好ましくない。一方、飽和磁歪値λｓが２０×１０−６以上あれば、本発明の効果が逆磁歪効果による磁化の変化を助ける作用としてより効果的に働くために、発電出力の向上が期待される。
【００６６】
尚、飽和磁歪値λｓは、歪ゲ−ジ法で飽和磁歪λｓを測定することができる。試料の片側の面に、ゲ−ジ長方向が試料に長手方向に平行になるように、歪ゲ−ジを試料のほぼ中心位置に貼りつける。試料の長手方向に磁場を印加して歪の磁場依存性を測定し、歪の値が飽和した時の歪の値をλ‖、同様に磁場を幅方向に印加して得られた歪をλ⊥とし、λｓ＝２／３（λ‖−λ⊥）から試料のλｓを求める。
【００６７】
磁歪素子の性能を評価するための指標として、磁歪素子に外部応力を負荷した際に生じる素子の磁束密度変化ΔＢを用いることができる。ΔＢ（単位：ｍＴまたはＴ）の測定方法は以下の通りである。
断面積Ｓの磁歪素子を巻き数Ｎのコイルに挿入して、外部応力を負荷する。このとき、時間Δｔの間に磁束密度ΔＢの変化が生じた場合、コイルにはＶ＝−Ｎ（Ｓ・ΔＢ／Δｔ）の電圧が発生する。したがって、ΔＢはコイルに発生した電圧信号の時間積分値として求めることができる。磁歪振動発電素子の性能指標は、Δｔの間に発生する総電圧として評価した。すなわち、電圧の時間積分値である磁束密度の変化ΔＢとして評価した。ΔＢの測定は、コイルに発生する電圧をフラックスメ−タに繋ぐことによって行うことができる。
【００６８】
２．発電用磁歪素子の製造方法
本発明は、上述した本発明の発電用磁歪素子の製造方法に関する。具体的に、以下の工程を含む製造方法である。
第１工程：  Ｆｅ系磁歪合金からなる板状磁歪材料を提供する。
第２工程：  板状磁歪材料の少なくとも１つの面に磁区変更用表面処理を行って、表面処理済みの磁性面を得る。
【００６９】
第１の工程において、Ｆｅ系磁歪合金からなる板状磁歪材料を提供する。出発材料となるＦｅ系磁歪合金に特に限定はなく、本発明の磁歪素子を構成するＦｅ系磁歪合金と同様である。このような合金は、本願の実施例のように、公知の方法で製造することができる。また、第１工程において提供する板状磁歪材料は、発電用磁歪素子用に市販されているものでもよい。このような磁歪素子を後述する第２工程に付すことによって、その発電出力を増加させることもできる。
【００７０】
尚、第１工程で提供する板状磁歪材料の第１磁区および第２磁区の割合に特に限定はなく、第２工程の後に、本発明の磁歪素子の特徴となる磁区の割合および分布の要件を満たし得るものであればよい。
【００７１】
第２工程において、板状磁歪材料の少なくとも１つの面に磁区変更用表面処理（以下、しばしば、「表面処理」と略す場合もある）を施し、表面処理済みの磁性面を得る。本発明において磁区変更用表面処理とは、磁性面に存在する１８０°磁壁を含む第１磁区を減少させて、相対的に９０°磁壁を含む第２磁区の割合を増加させ得るものであることが好ましい。上述したように、１８０°磁壁は発電に寄与する効果が弱いが、９０°磁壁は発電効率を向上させることが可能であることから、１８０°磁壁を減少させて、１８０°磁壁の割合と、９０°磁壁の割合とのバランスを整えることで、磁歪素子の発電出力を高めることができる。
【００７２】
第２工程において実施する表面処理に特に限定はないが、凹部の形成および残留応力の付与から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。表面処理は、１種のみでもよいが、複数種であってもかまわない。例えば、凹部の形成と、残留応力の付与を１つの磁性面に対して行うこともできる。
【００７３】
尚、本発明は、磁歪材料の表面に凹部、あるいは残留応力部を形成させて磁区構造を制御することによって、磁歪素子の発電出力を相対的に向上させるものである。よって、比較的安価であり、圧延加工が可能なＦｅ−Ｃｏ合金や、比較的高価であり、脆性であって圧延が困難なＦｅ−Ｇａ合金であっても、発電出力を向上させることができる。
【００７４】
板状磁歪材料の少なくとも１つの面に凹部を形成する方法に特に限定はなく、鋼板の表面処理に用いられる公知の方法で凹部を形成することができる。例えば、電解エッチング、化学エッチングや放電加工処理などによって、凹部を形成することができる。
【００７５】
本発明の磁歪素子に関連して上述した形状の凹部が形成されるように、上記方法で凹部を形成することが好ましい。例えば、形成させたい凹部の形状と逆形状の凸部の銅電極を作製し、その電極を用いて放電加工処理を行って狙った形状の凹部を形成させる方法では、銅電極の大きさを精度良く作製することで、凹部の幅や深さの寸法を精度良く再現することが可能である。
【００７６】
板状磁歪材料の少なくとも１つの面に残留応力部を形成する方法に特に限定はなく、鋼板の表面処理に用いられる公知の残留応力付与方法で実施することができる。例えば、レ−ザの照射によって、残留応力部を形成することができる。
【００７７】
本発明の磁歪素子に関連して上述した残留応力部が形成されるように、上記方法で残留応力を付与することが好ましい。例えば、レ−ザのスポット径、出力、パルス幅を変えることによって、残留応力が発生している試料表面上での範囲や深さ方向の範囲、残留応力の大きさ等を調整することができる。
【００７８】
尚、磁区制御を目的とした表面処理は、一般的な電磁鋼板（即ち、磁歪特性の利用を目的としない電磁鋼板）に施すこともある。ただし、一般的な電磁鋼板における表面処理は、騒音の低減を目的として、磁歪量を減らすように磁区を制御するためのものである。そのために、９０°磁壁を含む磁区を減らして、１８０°磁壁を含む磁区を増やすように、表面処理は実施される。さらなる表面処理の目的は、鉄損を減らすために、１８０°磁壁を含む磁区を細分化することである。よって、電磁鋼板に対して行う一般的な表面処理は、９０°磁壁を含む磁区の割合を減少させて、１８０°磁壁を含む磁区の割合を増やすものであり、本発明において実施する表面処理とは反対の磁区制御を目的としたものである。
【００７９】
上記工程２の表面処理によって磁性面に形成する表面処理部の総面積は、磁性面の面積に対して、０．５％以上１０％以下であることが好ましい。表処理部が複数存在する場合には、その面積の合計値が上記範囲内であることが好ましい。また各表面処理部の面積は、磁性面の表面から確認できる２次元の寸法に基づくものとする。よって、表面処理部が後述する凹部の場合には、その深さや内壁の面積などを「表面処理部の総面積」に加えないものとする。
【００８０】
当該表面処理によって、表面処理済みの磁性面の面積に対する、１８０°磁壁を含む第１磁区の総面積の割合が０％以上７０％以下であり、且つ９０°磁壁を含む第２磁区の総面積の割合が５０％以上１００％以下であり、且つ第２磁区の分布が、磁性面全体に渡って均一な、磁歪素子を得ることができる。ここで、第１磁区の総面積の割合、第２磁区の総面積の割合、および第２磁区の分布の好ましい数値範囲は、本発明の磁歪素子に関して説明した通りである。また、上記割合および分布は、本発明の磁歪素子に関して説明したのと同様の方法で測定した値である。
【００８１】
３．発電装置
本発明は、上述した本発明の発電用磁歪素子を含む発電装置に関する。
本発明の発電装置は、上述した本発明の発電用磁歪素子をその磁歪素子として使用する限り、その構造に特に限定はなく、従来の逆磁歪効果を用いた発電装置と同様の構造とすることができる。
【００８２】
例えば、本発明の磁歪素子と、その周囲に巻かれたコイルと、磁石と、フレームと、フレームに取り付けられた錘とを含む、発電装置が挙げられる。このような装置においては、磁石の磁力線は、フレームと磁歪素子とを通過して、磁気回路を形成する。そして錘の振動によってフレームが振動し、磁歪素子に引張力および圧縮力を加えることで、逆磁歪効果によって磁歪素子の磁化を変化させ、コイルに誘導電流（または誘導電圧）を発生させることができる。
【００８３】
このとき、本発明の磁歪素子の磁性面では、１８０°磁壁の割合と９０°磁壁の割合とのバランスが上述したように整っていることから、高い発電出力が得られる。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８５】
（実施例１）
凹部を有するＦｅ−Ｃｏ合金からなる磁歪素子
（１）合金の製造
純度９９．９８％の電解鉄および純度９９．９％の金属Ｃｏを、Ｆｅ−７０．６質量％Ｃｏの組成でア−ク溶解し、２００ｇのボタンインゴットを作製した。ボタンインゴットの形状は、直径６０ｍｍ、厚み約１０ｍｍとした。このボタンインゴットを板厚方向に２ライン切断して、幅が１０ｍｍ、長さが６０ｍｍの角棒状試料に切り出した。その後、角棒状試料をＡｒ雰囲気中で１１００℃で１時間保定後、３００℃／ｈで８００℃まで降温し、８００℃で３時間保定後、５０℃／ｈで室温まで冷却した。このような熱処置を施した角棒状試料を板厚１０ｍｍから０．５２ｍｍまで冷間圧延し、冷延板を作製した。
【００８６】
冷延板から冷延方向に２５ｍｍ長さ、幅方向に６．５ｍｍ幅に複数枚切り出した後、真空中で２０℃／分で８００℃まで昇温し、８００℃で３時間保定後、２０℃／分で室温まで冷却して再結晶処理を施した試料を磁区変更用表面処理を施すための試料とした。
得られた試料の飽和磁歪値λｓを後述する方法で測定したところ、８８×１０−６であった。
【００８７】
（２）凹部の形成
上記（１）で得た、再結晶処理を施した試料の表面に、放電加工処理を用いて溝状の凹部を形成した。具体的には、表に示した凹部の形状（幅および深さ）とは逆形状の凸部の銅電極を作製して、その電極を用いて放電加工処理を行い、表に示したピッチおよび角度となるように、所望の形状の凹部を形成した。
【００８８】
（３）評価方法
表面処理を施す前の試料および表面処理後の試料について、以下の評価を実施した。
【００８９】
（３−１）飽和磁歪λｓの測定
上記（１）で得た試料に磁区変更用表面処理を施す前に、歪ゲ−ジ法で飽和磁歪λｓを測定した。長さ２５ｍｍ、幅６．５ｍｍの試料の片側の面に、ゲ−ジ長方向が試料に長手方向に平行になるように、歪ゲ−ジを試料のほぼ中心位置に貼りつけた。試料の長手方向に磁場を印加して歪の磁場依存性を測定し、歪の値が飽和した時の歪の値をλ‖、同様に磁場を幅方向に印加して得られた歪をλ⊥とした場合、λｓ＝２／３（λ‖−λ⊥）から試料のλｓを求めた。
【００９０】
（３−２）第１磁区の割合および第２磁区の割合の測定
再結晶熱処理を施した試料、および、磁区変更用表面処理を施した試料の表面をカ−効果磁区観察装置を用いて、長手方向とそれに垂直な幅方向の中央部近傍の部位、長手方向端部と中央部の間のほぼ中央位置、および、幅方向端部と中央部の間のほぼ中央位置、の合計３ヵ所において、それぞれ第１磁区と第２磁区の数が合わせて１００個程になるように、それぞれの観察部位のＳｏに相当する面積を決めた。第１磁区および第２磁区の面積を求めてそれぞれの割合を計算し、３ヵ所の部位の平均値とした。尚、観察の前に５０Ｈｚで交流消磁を行って、外部応力が負荷されない状態で観察した。
【００９１】
（３−３）第２磁区の分布の均一性の評価
カー効果磁区観察装置で撮影した磁区の画像上に、同じ長さの５本の直線を、縦、横、斜めとランダムに配置されるように引いた。具体的には、試料の中心をとおる直線を試料長手方向に１本引き、残りの４本の線を、試料中心を通って、互いに３６°になるように引いた。各直線について、第２磁区を跨ぐパタ−ンを観察し、各直線が第２磁区を跨いだ回数を記録した。このとき、５本の直線の全てについて、第２磁区を跨いだ回数が同一である場合、もしくは第２磁区を跨いだ回数の最大値と最小値が下記式（１）の関係を満たす場合に、第２磁区の分布が「均一」であると評価した。
（Ｎ１−Ｎ２）／Ｎ１≦０．５          （１）
式中、Ｎ１は直線が第２磁区を跨いだ回数の最大値、Ｎ２は直線が第２磁区を跨いだ回数の最小値である。
【００９２】
（３−４）磁歪素子の性能評価
長さ２５ｍｍ、幅６．５ｍｍの試料の長手方向に引っ張り応力と圧縮応力を印加し、試料の磁束密度の変化ΔＢを測定した。具体的には、内側の空間が、その断面が幅８ｍｍ、高さ４ｍｍ、長さ１０ｍｍのアクリル製のボビンに５０μｍの銅線を３０００ターン巻いたコイルに、長さ２５ｍｍの試料を挿入した。次に、試料に２５ＭＰａの引っ張り応力を負荷した状態から２５ＭＰａの圧縮応力を負荷した状態における磁束密度の変化ΔＢを、コイルにフラックスメ−タを繋いで測定した。ただし、圧縮応力負荷の際に試料が反らないように、厚みが１ｍｍのアクリルの板で試料を挟み込んだ。この際にコイルと試料をソレノイドコイルの中に入れて試料に直流のバイアス磁場を印加できるようにして、ΔＢが最大になるバイアス磁場のときのΔＢを求めた。
【００９３】
下記表１に、表面処理部である凹部の形状（幅、ピッチ、深さ、角度）とその割合、ならびに第１磁区と第２磁区の割合、第２磁区の均一性、およびΔＢを示した。
【００９４】
【表１】
2020107715.tif 000003
【００９５】
表１の結果らから明らかなように、第１磁区および第２磁区の割合が本発明の範囲外であり、第２磁区の分布の均一性の指標となる式（１）の値が０．５超で不均一な比較例１の試料は、ΔＢが３０ｍＴだった。しかし、比較例１と同じ試料に表面処理を施した発明例１−１〜１−１９においては、第１磁区の割合が０％以上７０％以下、第２磁区の割合が５０％以上１００％以下、そして式（１）の値が０．５以下（即ち、第２磁区の分布が均一）となり、ΔＢが２割以上向上した。更に、第１磁区が１０％以上５０％以下、第２磁区が７０％以上１００％以下、式（１）の値が０．３以下である発明例１−５〜１−１７では、ΔＢは５割以上向上した。
【００９６】
これに対して、表面処理は施したものの、形成した溝状凹部の溝幅が５μｍと狭く、その狭い溝幅に対して溝ピッチが２．５ｍｍと広い比較例２では、比較例１と比べて、第１磁区の割合は低下し、第２磁区の割合もわずかに増加し、式（１）の値も低下したものの、いずれも本発明の範囲内にならなかった。そしてこのような本発明の範囲外の試料では、ΔＢの向上はほとんど認められなかった。
【００９７】
発明例１−１〜１−１９から明らかなように、試料の長手方向に対する、凹部の長手方向の角度θが１０°以上９０°以下の範囲内であると、ΔＢは２割以上向上した。さらに角度θが４０°以上９０°以下の範囲内（発明例１−１〜１−１７）であると、角度θが１０°以上４０°未満の発明例１−１８および１−１９と比べて、ΔＢの向上率が高まった。
【００９８】
また、凹部の幅が１０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが１ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．０３ｔ以上０．４ｔ以下、角度θが１０°以上９０°以下である発明例１−２〜１−１１および発明例１−１３〜１−１９は、ΔＢは３割以上向上した。このΔＢの向上率は、凹部の幅が１０μｍ未満、ピッチが１ｍｍ未満、深さが０．０３ｔ未満である発明例１−１よりも高かった。さらに凹部の幅が２００μｍを超え、深さも０．４０ｔを超える発明例１−１２と比べて、振動に対する耐久性に優れていた。
【００９９】
凹部の幅が５０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．４ｔ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例１−５〜１−１１および、発明例１−１３〜１−１７では、ΔＢは５割以上向上した。この結果は、凹部の角度θが４０°未満であり、第１磁区および第２磁区の割合、ならびに第２磁区の分布（式（１）の値）が本発明の範囲内であるが、好ましい範囲外である発明例１−１８および１−１９と比べて、優れた値であった。
【０１００】
更に磁性面の面積に対する凹部の割合が２％未満である発明例１−４と、２％以上である発明例１−５〜１−１４との比較から、凹部の割合が２％以上であるとΔＢは５割以上向上する。また、当該割合が１０％以下である発明例１−１３と１０％を超える発明例１−１４との比較から、凹部の割合が１０％を超えても、ΔＢは発明例１−１３ほど増加しないことがわかる。
【０１０１】
（実施例２）
残留応力部を有するＦｅ−Ｃｏ合金からなる磁歪素子
（１）合金の製造
実施例１と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料を作製した。
【０１０２】
（２）残留応力部の形成
上記（１）で得た、再結晶処理を施した試料の表面に、公知のレ−ザ−照射手法を用いて応力残留部を導入した。具体的には、ＹＡＧレ−ザ−を用いて、集光レンズで試料に当たるレ−ザ−スポット径を１０〜１００μｍ程度に調整し、平均エネルギ−密度が１〜４ｍＪ／ｍｍ２程度のレーザー照射を行った。レーザーのスポット径、平均エネルギ−密度、照射時間を変えることによって、残留応力の大きさを変化させて、残留応力が発生している試料表面上での範囲、および試料深さ方向の範囲を下記表に示したように変化させ、更に、表に示したピッチおよび角度となるように、所望の形状の残留応力部を形成した。
【０１０３】
（３）評価方法
表面処理を施す前の試料および表面処理後の試料について、実施例１の（３）と同様に評価した。更に、以下の方法で残留応力部の範囲および深さを測定した。
【０１０４】
（３−５）残留応力の評価方法
残留応力はＸ線残留応力測定法を用いて測定した。試料表面上における残留応力の範囲は、レ−ザを照射した中心位置から試料長手方向、および、幅方向に１０μｍピッチでずらしながら残留応力を測定し、残留応力の長手方向、および、幅方向の分布を求めた。表面から深さ方向に１０μｍピッチで化学的エッチングを施して掘り下げた位置での残留応力を測定することを繰り返し、残留測定の深さ方向の分布を求めた。これらの結果とレ−ザ−が照射されていない部位（例えば、照射部位の中間位置）の残留応力の値を比較して、レ−ザ−が照射されていない部位に対して、±１０％以上の変化がある部位を磁区変更用表面処理部とし、それらの測定結果を残留応力の評価結果とした。測定したレ−ザ照射部位は、試料の長手方向とそれに垂直な幅方向の中央部近傍の部位と、長手方向端部と中央部の間のほぼ中央位置、および、幅方向端部と中央部の間のほぼ中央位置、の合計３ヵ所とした。それぞれの部位について１ヵ所づつ選定して、残留応力を測定し、それらの平均を求めた。
【０１０５】
（３−６）残留応力部の面積の割合
残留応力部の形状がほぼ円形であったことから、残留応力部の範囲を一つの残留応力部の直径とし、一つの残留応力部の面積を求めた。そしてその面積に残留応力部の総数を掛け合わせて、残留応力部の総面積を求め、その総面積を磁性面の面積で割り、残留応力部の面積の割合を決定した。
【０１０６】
下記表２に、表面処理部である残留応力部の形状（範囲、深さ、ピッチ、角度）とその割合、ならびに第１磁区と第２磁区の割合、第２磁区の均一性、およびΔＢを示した。
【０１０７】
【表２】
2020107715.tif 000004
【０１０８】
表２の結果らから明かなように、第１磁区および第２磁区の割合が本発明の範囲外であり、第２磁区の分布の均一性の指標となる式（１）の値が０．５超で不均一な比較例１の試料は、ΔＢが３０ｍＴだった。しかし、比較例１と同じ試料に表面処理を施した発明例２−１〜２−１４においては、第１磁区の割合が０％以上７０％以下、第２磁区の割合が５０％以上１００％以下、そして式（１）の値が０．５以下（即ち、第２磁区の分布が均一）となり、ΔＢは２割以上向上した。更に、第１磁区が１０％以上５０％以下、第２磁区が７０％以上１００％以下、式（１）の値が０．３以下である発明例２−５〜２−１２では、ΔＢは６割以上向上した。
【０１０９】
発明例２−１〜２−１４から明らかなように、試料の長手方向に対する、残留応力部の点列状方向の角度θが１０°以上９０°以下の範囲内であると、ΔＢは２割以上向上した。さらに角度θが４０°以上９０°以下の範囲内（発明例２−１〜２−１２）であると、角度θが１０°以上４０°未満の発明例２−１３および２−１４と比べて、ΔＢの向上率が高まった。
【０１１０】
また、残留応力の範囲が５０μｍ以上５００μｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．７ｔ以下、試料長手方向ピッチが１ｍｍ以上７ｍｍ以下、試料幅方向ピッチが０．１０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である発明例２−２〜２−１４ではΔＢは３割以上向上した。このΔＢの向上率は、残留応力の範囲が５０μｍ未満、深さが０．１ｔ未満、試料長手方向ピッチが１ｍｍ未満、試料幅方向ピッチが０．１０ｍｍ未満である発明例２−１よりも高かった。
【０１１１】
残留応力の範囲が２００μｍ以上５００μｍ以下、残留応力の深さが０．３ｔ以上０．７ｔ以下、試料長手方向ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、試料幅方向ピッチが０．４０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例２−５〜２−８では、ΔＢが６〜１３割増加した。しかし、残留応力の範囲が５００μｍ超、残留応力の深さが０．７ｔ超、試料長手方向ピッチが７ｍｍ超、試料幅方向ピッチが１．０ｍｍ超である発明例２−９では、発明例２−８と比較して顕著なΔＢの変化は認められなかった。
【０１１２】
更に磁性面の面積に対する残留応力部の割合が２％未満である発明例２−２と、２％以上である発明例２−３〜２−９との比較から、残留応力部の割合が２％以上であると、ΔＢの向上率が高まった。
【０１１３】
（実施例３）
凹部を有するＦｅ−Ａｌ合金からなる磁歪素子
（１）合金の製造
純度９９．９８％の電解鉄および純度９９．９％の金属Ａｌを、Ｆｅ−１３質量％Ａｌの組成でア−ク溶解して、２００ｇのボタンインゴットを作製した。ボタンインゴットの形状は、直径６０ｍｍ、厚み約１０ｍｍとした。ボタンインゴットを板厚方向に切断して、長さ約６０ｍｍｍ、幅約１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの板形状とし、更に、その板から長さ２５ｍｍ、幅６．５ｍｍ、厚み０．５ｍｍの大きさに切り出した。その切出した複数枚の板を真空中で２０℃／分で１０００℃まで昇温し、１０００℃で３時間保定度、２０℃／分で室温まで冷却し、熱処理後の磁区変更用表面処理を施すための試料とした。
得られた試料の飽和磁歪値λｓを実施例１と同様に測定したところ、４０×１０−６であった。
【０１１４】
（２）凹部の形成
実施例１と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料の表面に、凹部を形成した。
【０１１５】
（３）評価方法
表面処理を施す前の試料および表面処理後の試料について、実施例１と同様に評価した。
【０１１６】
下記表３に、表面処理部である凹部の形状（幅、ピッチ、深さ、角度）とその割合、ならびに第１磁区と第２磁区の割合、第２磁区の均一性、およびΔＢを示した。
【０１１７】
【表３】
2020107715.tif 000005
【０１１８】
表３の結果らから明らかなように、第１磁区および第２磁区の割合が本発明の範囲外であり、第２磁区の分布の均一性の指標となる式（１）の値が０．５超で不均一な比較例３の試料は、ΔＢが１４ｍＴだった。しかし、比較例３と同じ試料に表面処理を施した発明例３−１〜３−１９においては、第１磁区の割合が０％以上７０％以下、第２磁区の割合が５０％以上１００％以下、そして式（１）の値が０．５以下（即ち、第２磁区の分布が均一）となり、ΔＢが２．８割以上向上した。更に、第１磁区が１０％以上５０％以下、第２磁区が７０％以上１００％以下、式（１）の値が０．３以下である発明例３−５〜３−１７では、ΔＢは７．１割以上向上した。
【０１１９】
これに対して、表面処理は施したものの、形成した溝状凹部の溝幅が５μｍと狭く、その狭い溝幅に対して溝ピッチが２．５ｍｍと広い比較例４では、比較例３と比べて、第１磁区の割合は低下し、第２磁区の割合も増加し、式（１）の値も低下したものの、いずれも本発明の範囲内にならなかった。そしてこのような本発明の範囲外の試料では、ΔＢの向上はほとんど認められなかった。
【０１２０】
発明例３−１〜３−１９から明らかなように、試料の長手方向に対する、凹部の長手方向の角度θが１０°以上９０°以下の範囲内であると、ΔＢは２．８割以上向上した。さらに角度θが４０°以上９０°以下の範囲内（発明例３−１〜３−１７）であると、角度θが１０°以上４０°未満の発明例３−１８および３−１９と比べて、ΔＢの向上率が高まった。
【０１２１】
また、凹部の幅が１０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが１ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．０３ｔ〜０．４ｔ、角度θが１０°以上９０°以下である発明例３−２〜３−１１および発明例３−１３〜３−１７は、ΔＢは２．８割以上向上した。このΔＢの向上率は、凹部の幅が１０μｍ未満、ピッチが１ｍｍ未満、深さが０．０３ｔ未満である発明例３−１よりも高かった。さらに凹部の幅が２００μｍを超え、深さも０．４０ｔを超える発明例３−１２と比べて、振動に対する耐久性に優れていた。
【０１２２】
凹部の幅が５０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．４ｔ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例３−５〜３−１１および、発明例３−１３〜３−１７では、ΔＢは７割以上向上した。この結果は、凹部の角度θが４０°未満であり、第１磁区および第２磁区の割合、ならびに第２磁区の分布（式（１）の値）が本発明の範囲内であるが、好ましい範囲外である発明例３−１、３−１８および３−１９と比べて、優れた値であった。さらに凹部の幅が２００μｍを超え、深さも０．４０ｔを超える発明例３−１２と比べて、振動に対する耐久性に優れていた。
【０１２３】
更に磁性面の面積に対する凹部の割合が２％未満である発明例３−４と、２％以上である発明例３−５〜３−１４との比較から、凹部の割合が２％以上であるとΔＢは７割以上向上した。また、当該割合が１０％以下である発明例３−１３と１０％を超える発明例３−１４との比較から、凹部の割合が１０％を超えても、ΔＢは発明例３−１３ほど増加しないことがわかる。
【０１２４】
（実施例４）
残留応力部を有するＦｅ−Ａｌ合金からなる磁歪素子
（１）合金の製造
実施例３と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料を作製した。
【０１２５】
（２）残留応力部の形成
実施例２と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料の表面に、残留応力部を形成した。
【０１２６】
（３）評価方法
表面処理を施す前の試料および表面処理後の試料について、実施例２と同様に評価した。
【０１２７】
下記表４に、表面処理部である残留応力部の形状（範囲、深さ、ピッチ、角度）とその割合、ならびに第１磁区と第２磁区の割合、第２磁区の分布、およびΔＢを示した。
【０１２８】
【表４】
2020107715.tif 000006
【０１２９】
表４の結果らから明らかなように、第１磁区および第２磁区の割合が本発明の範囲外であり、第２磁区の分布の均一性の指標となる式（１）の値が０．５超で不均一な比較例３の試料は、ΔＢが１４ｍＴと低かった。しかし、比較例１と同じ試料に表面処理を施した発明例４−１〜４−１４においては、第１磁区の割合が０％以上７０％以下、第２磁区の割合が５０％以上１００％以下、そして式（１）の値が０．５以下（即ち、第２磁区の分布が均一）となり、ΔＢは４割以上向上した。更に、第１磁区が１０％以上５０％以下、第２磁区が７０％以上１００％以下、式（１）の値が０．３以下である発明例４−５〜４−１２では、ΔＢは９割以上向上した。
【０１３０】
発明例４−１〜４−１４から明らかなように、試料の長手方向に対する、残留応力部の点列状方向の角度θが１０°以上９０°以下の範囲内であると、ΔＢは４割以上向上した。さらに角度θが４０°以上９０°以下の範囲内（発明例４−１〜４−１２）であると、角度θが１０°以上４０°未満の発明例４−１３および４−１４と比べて、ΔＢの向上率が高まった。
【０１３１】
また、残留応力の範囲が５０μｍ以上５００μｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．７ｔ以下、試料長手方向ピッチが１ｍｍ以上７ｍｍ以下、試料幅方向ピッチが０．１０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、更に角度θが１０°以上９０°以下である発明例４−２〜４−１４ではΔＢは６割以上向上した。このΔＢの向上率は、残留応力の範囲が５０μｍ未満、深さが０．１ｔ未満、試料長手方向ピッチが１ｍｍ未満、試料幅方向ピッチが０．１０ｍｍ未満である発明例４−１よりも高かった。
【０１３２】
残留応力の範囲が２００μｍ以上５００μｍ以下、残留応力の深さが０．３ｔ以上０．７ｔ以下、試料長手方向ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、試料幅方向ピッチが０．４０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例４−５〜４−８では、ΔＢが９〜１５割増加した。しかし、残留応力の範囲が５００μｍ超、残留応力の深さが０．７ｔ超、試料長手方向ピッチが７ｍｍ超、試料幅方向ピッチが１．０ｍｍ超である発明例４−９では、発明例４−８と比較して顕著なΔＢの変化は認められなかった。
【０１３３】
更に磁性面の面積に対する残留応力部の割合が２％未満である発明例４−２と、２％以上である発明例４−３〜４−９との比較から、残留応力部の割合が２％以上であると、ΔＢの向上率が高まった。
【０１３４】
（実施例５）
凹部を有するＦｅ−Ｇａ合金からなる磁歪素子
（１）合金の製造
純度９９．９８％の電解鉄および純度９９．９９％の金属ＧａをＦｅ−２２質量％Ｇａの組成でア−ク溶解して、２００ｇのボタンインゴットを作製した。ボタンインゴットの形状は、直径６０ｍｍ、厚み約１０ｍｍとした。ボタンインゴットを板厚方向に切断して、長さ約６０ｍｍ、幅約１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの板形状とし、更に、その板から長さ２５ｍｍ、幅６．５ｍｍ、厚み０．５ｍｍの大きさに切り出した。その切出した複数枚の板を真空中で２０℃／分で１０００℃まで昇温し、１０００℃で１０時間保定後、２０℃／分で室温まで冷却し、熱処理後の磁区変更用表面処理を施すための試料とした。
得られた試料の飽和磁歪値λｓを実施例１と同様に測定したところ、１５３×１０−６であった。
【０１３５】
（２）凹部の形成
実施例１と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料の表面に、凹部を形成した。
【０１３６】
（３）評価方法
表面処理を施す前の試料および表面処理後の試料について、実施例１と同様に評価した。
【０１３７】
下記表５に、表面処理部である凹部の形状（幅、ピッチ、深さ、角度）とその割合、ならびに第１磁区と第２磁区の割合、第２磁区の均一性、およびΔＢを示した。
【０１３８】
【表５】
2020107715.tif 000007
【０１３９】
表５の結果らから明かなように、第１磁区および第２磁区の割合が本発明の範囲外であり、第２磁区の分布の均一性の指標となる式（１）の値が０．５超で不均一な比較例５の試料は、ΔＢが８５ｍＴであった。しかし、比較例５と同じ試料に表面処理を施した発明例５−１〜５−１９においては、第１磁区の割合が０％以上７０％以下、第２磁区の割合が５０％以上１００％以下、そして式（１）の値が０．５以下（即ち、第２磁区の分布が均一）となり、ΔＢが２．５割以上向上した。更に、第１磁区が１０％以上５０％以下、第２磁区が７０％以上１００％以下、式（１）の値が０．３以下である発明例５−５〜５−１７では、ΔＢは５割以上向上した。
【０１４０】
これに対して、表面処理は施したものの、形成した溝状凹部の溝幅が５μｍと狭く、その狭い溝幅に対して溝ピッチが２．５ｍｍと広い比較例６では、比較例５と比べて、第１磁区の割合は低下し、第２磁区の割合もわずかに増加し、式（１）の値も低下したものの、いずれも本発明の範囲内にならなかった。そしてこのような本発明の範囲外の試料では、ΔＢの向上はほとんど認められなかった。
【０１４１】
発明例５−１〜５−１９から明らかなように、試料の長手方向に対する、凹部の長手方向の角度θが１０°以上９０°以下の範囲内であると、ΔＢは２．５割以上向上した。さらに角度θが４０°以上９０°以下の範囲内（発明例５−１〜５−１７）であると、角度θが１０°以上４０°未満の発明例５−１８および５−１９と比べて、ΔＢの向上率が高まった。
【０１４２】
また、凹部の幅が１０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが１ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．０３ｔ〜０．４ｔ、角度θが１０°以上９０°以下である発明例５−２〜５−１１および発明例５−１３〜５−１９は、ΔＢは３割以上向上した。このΔＢの向上率は、凹部の幅が１０μｍ未満、ピッチが１ｍｍ未満、深さが０．０３ｔ未満である発明例５−１よりも高かった。さらに凹部の幅が２００μｍを超え、深さも０．４０ｔを超える発明例５−１２と比べて、振動に対する耐久性に優れていた。
【０１４３】
凹部の幅が５０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．４ｔ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例５−５〜５−１１および、発明例５−１３〜５−１７では、ΔＢは５割以上向上した。この結果は、凹部の角度θが４０°未満であり、第１磁区および第２磁区の割合、ならびに第２磁区の分布（式（１）の値）が本発明の範囲内であるが、好ましい範囲外である発明例５−１８および５−１９と比べて、優れた値であった。さらに凹部の幅が２００μｍを超え、深さも０．４０ｔを超える発明例５−１２と比べて、振動に対する耐久性に優れていた。
【０１４４】
凹部の幅が５０μｍ以上２００μｍ以下、ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．４ｔ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例５−５〜５−１１および、発明例５−１３〜５−１７では、ΔＢは５割以上向上した。この結果は、凹部の角度θが４０°未満であり、第１磁区および第２磁区の割合、ならびに第２磁区の分布（式（１）の値）が本発明の範囲内であるが、好ましい範囲外である発明例５−１８および５−１９と比べて、優れた値であった。
【０１４５】
更に磁性面の面積に対する凹部の割合が２％未満である発明例５−４と、２％以上である発明例５−５〜５−１４との比較から、凹部の割合が２％以上であるとΔＢは５割以上向上した。また、当該割合が１０％以下である発明例５−１３と１０％を超える発明例５−１４との比較から、凹部の割合が１０％を超えても、ΔＢは発明例５−１３ほど増加しないことがわかる。
【０１４６】
（実施例６）
残留応力部を有するＦｅ−Ｇａ合金からなる磁歪素子
（１）合金の製造
実施例５と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料を作製した。
【０１４７】
（２）残留応力部の形成
実施例２と同様に、磁区変更用表面処理を施すための試料の表面に、残留応力部を形成した。
【０１４８】
（３）評価方法
表面処理を施す前の試料および表面処理後の試料について、実施例２と同様に評価した。
【０１４９】
下記表６に、表面処理部である残留応力部の形状（範囲、深さ、ピッチ、角度）と割合、ならびに第１磁区と第２磁区の割合、第２磁区の分布、およびΔＢを示した。
【０１５０】
【表６】
2020107715.tif 000008
【０１５１】
表６の結果らから明らかなように、第１磁区および第２磁区の割合が本発明の範囲外であり、第２磁区の分布の均一性の指標となる式（１）の値が０．５超で不均一な比較例５の試料は、ΔＢが８５ｍＴだった。しかし、比較例５と同じ試料に表面処理を施した発明例６−１〜６−１４においては、第１磁区の割合が０％以上７０％以下、第２磁区の割合が５０％以上１００％以下、そして式（１）の値が０．５以下（即ち、第２磁区の分布が均一）となり、ΔＢは３割以上向上した。更に、第１磁区が１０％以上５０％以下、第２磁区が７０％以上１００％以下、式（１）の値が０．３以下である発明例６−５〜６−１２では、ΔＢは６割以上向上した。
【０１５２】
発明例６−１〜６−１４から明らかなように、試料の長手方向に対する、残留応力部の点列状方向の角度θが１０°以上９０°以下の範囲内であると、ΔＢは３割以上向上した。さらに角度θが４０°以上９０°以下の範囲内（発明例６−１〜６−１２）であると、角度θが１０°以上４０°未満の発明例６−１３および６−１４と比べて、ΔＢの向上率が高まった。
【０１５３】
また、残留応力の範囲が５０μｍ以上５００μｍ以下、深さが０．１ｔ以上０．７ｔ以下、試料長手方向ピッチが１ｍｍ以上７ｍｍ以下、試料幅方向ピッチが０．１０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である発明例６−２〜６−１４ではΔＢは４割以上向上した。このΔＢの向上率は、残留応力の範囲が５０μｍ未満、深さが０．１ｔ未満、試料長手方向ピッチが１ｍｍ未満、試料幅方向ピッチが０．１０ｍｍ未満である発明例６−１よりも高かった。
【０１５４】
残留応力の範囲が２００μｍ以上５００μｍ以下、残留応力の深さが０．３ｔ以上０．７ｔ以下、試料長手方向ピッチが２ｍｍ以上７ｍｍ以下、試料幅方向ピッチが０．４０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、角度θが４０°以上９０°以下である発明例６−５〜６−８では、ΔＢが６〜８割増加した。しかし、残留応力の範囲が５００μｍ超、残留応力の深さが０．７ｔ超、試料長手方向ピッチが７ｍｍ超、試料幅方向ピッチが１．０ｍｍ超である発明例６−９では、発明例６−８と比較して顕著なΔＢの変化は認められなかった。
【０１５５】
更に磁性面の面積に対する残留応力部の割合が２％未満である発明例６−２と、２％以上である発明例６−３〜６−９とを比較すると、残留応力部の割合が２％以上であると、ΔＢの向上率が高まった。
【０１５６】
上記実施例１および２で示したように、本発明は、量産が可能となる冷延によって製造できるＦｅ−Ｃｏ合金に適用可能である。また、実施例５および６で示したように、脆性であるため通常の熱延や冷延では製造困難なＦｅ−Ｇａ合金にも適用可能である。よって、本発明の製造方法は、原料として使用する磁歪材料に係わらず、発電出力の高い発電用磁歪素子の安定的な量産に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明によって、発電出力が高く、安定的な量産が可能な、磁歪発電に用いるための発電用磁歪素子、その製造方法、および当該発電用磁歪素子を用いた発電装置が提供される。本発明の発電用磁歪素子は、従来の磁歪素子と比べて発電出力が高いことから、ＩｏＴなどにおける無線センサモジュールの電源などとして有用な、磁歪発電装置の開発を可能にする。
【符号の説明】
【０１５８】
１  凹部（表面処理部）
２、３  領域
４  １８０°磁壁
５  ９０°磁壁
１０  磁性面
ａ  長手方向の寸法
ｂ  短手方向の寸法
【図１】
2020107715.tif 000009