(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が重量％で、
６≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦２２、
Ｓｉ≧０．２、
０．５≦Ｃｒ≦８、
Ｎｉ≦４、
０．１０≦Ｍｎ≦０．９０、
Ａｌ≦４、
Ｔｉ≦１、
Ｃ≦１、
Ｍｏ≦３、
Ｖ＋Ｗ≦３、
Ｎｂ＋Ｔａ≦１、
Ｓｉ＋Ａｌ≦６、
Ｏ＋Ｎ＋Ｓ＋Ｐ＋Ｂ≦０．１を含み、
残部が鉄および不可避不純物からなり、
それらの含有量が、
Ｃｏ＋Ｓｉ−Ｃｒ≦２７、
Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｖ＋Ｍｏ＋Ｔｉ≧３．５、
１．２３（Ａｌ＋Ｍｏ）＋０．８４（Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｖ）≧１．３、
１４．５（Ａｌ＋Ｃｒ）＋１２（Ｖ＋Ｍｏ）＋２５Ｓｉ≧５０の関係を満足する
Ｆｅ−Ｃｏ合金の棒、ワイヤ、もしくは圧延板または薄板から製造された可動コアを含む電磁アクチュエータ。
【請求項２】
Ｆｅ−Ｃｏ合金が１０≦％Ｃｏ＋％Ｎｉ≦２２である請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
Ｆｅ−Ｃｏ合金が１≦Ｃｒ≦５．５である請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
Ｆｅ−Ｃｏ合金がＮｉ≦１である請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
Ｆｅ−Ｃｏ合金がＡｌ≦２である請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
Ｆｅ−Ｃｏ合金の組成が、重量％で、
６≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦２２、
Ｓｉ≧０．２、
０．５≦Ｃｒ≦６、
Ｎｉ≦１、
０．１０≦Ｍｎ≦０．９０、
Ａｌ≦４、
Ｔｉ≦０．１、
Ｃ≦０．１、
Ｍｏ≦３、
Ｖ＋Ｗ≦３、
Ｎｂ＋Ｔａ≦１、
Ｓｉ＋Ａｌ≦６、
Ｏ＋Ｎ＋Ｓ＋Ｐ＋Ｂ≦０．１を含み、
残部が鉄および不可避不純物からなり、
シリコン、アルミニウム、コバルト、クロム、バナジウム、モリブデン、チタンおよびニッケル含有量が、
Ｃｏ＋Ｓｉ−Ｃｒ≦２７、
Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｖ＋Ｍｏ＋Ｔｉ≧３．５、
１．２３（Ａｌ＋Ｍｏ）＋０．８４（Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｖ）≧１．３、
１４．５（Ａｌ＋Ｃｒ）＋１２（Ｖ＋Ｍｏ）＋２５Ｓｉ≧５０の関係を満足する請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
電子制御される内燃機関用のインジェクタにおける請求項１に記載の電磁アクチュエータの使用方法。
【請求項８】
電子制御される内燃機関における請求項１に記載の電磁アクチュエータの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｆｅ−Ｃｏ合金に関し、より詳しくはダイナミックレンジが大きい電磁アクチュエータの製造を対象としたＦｅ−Ｃｏ合金に関するが、決してそれに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
電磁アクチュエータは、電磁変換モードで電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する電磁装置である。これらのアクチュエータのうちいくつかは、それらが、受けた電気的エネルギーを可動部の直線変位に変換するため、「線形」アクチュエータと称する。そのようなアクチュエータは、電磁弁および電子インジェクタにおいて見られる。
【０００３】
そのような電子インジェクタの好ましい用途は、内燃機関、特に、ディーゼルエンジンにおける燃料の直接噴射である。他の好ましい用途は、内燃機関（ガソリンエンジンであろうとディーゼルエンジンであろうと）のバルブを電磁的に制御するために使用される特有のタイプの電磁弁に関する。
【０００４】
これらのアクチュエータでは、電気的エネルギーは、一連の電流パルスによってコイルに伝えられ、オープン磁性ヨーク、したがって、ギャップを有するヨークを磁化する磁界を生成する。ヨークの形状特性は、ほとんどの磁界線がギャップ領域に対して軸方向に向くことを可能とする。電気パルスの影響下では、ギャップに磁位差が施される。アクチュエータは、コイル中で電流の作用下で移動することができるコアも含む。具体的には、ヨークのポールの１つ上に静止した可動コアと、ヨークの対向ポールとの間の、コイルに導入された磁位差は、傾斜磁場を介して磁化されたコア上に電磁気力を生成する。磁化されたコアは、このようにして移動される。静止位置は、また、２つの対称スプリングによってギャップの中央に位置し、それによって、特に、電磁的に制御されたバルブのための、可動部のダイナミックレンジをスプリングの剛性によって向上することができる。
【０００５】
可動コアの移動は、電気パルスの生成の瞬間に対する位相シフトで起こる。アクチュエータの最適操作については、金属は、２０℃で、高い、特に５０μΩ．ｃｍより高い電気抵抗ρｅｌ、および低い、つまり、３２Ｏｅ未満、好ましくは８Ｏｅの抗電界Ｈｃを有することが必要であることが分かる。これらの条件は、ヨークと磁気コアで引き起こされた小電流の発生によって優れたダイナミックな磁化範囲をもたらし、コアを移動させるコアの最小磁化が急速に達成されることが可能となる。この優れたダイナミックレンジは、アクチュエータの駆動回数および電力消費量を低減することが可能になる。
【０００６】
コアは、パルスの終わりに最大級の最大力を可能とするように、高い、つまり、１．７５Ｔより大きい、好ましくは１．９Ｔより大きい飽和磁化Ｊｓを有することも必要である。この力は、具体的には、アクチュエータが開位置または閉位置で保持されることを確実にし、これは、高圧流体の流れが完全に停止される場合、または１つまたは複数のスプリングの復元力が補正される場合に、特に重要である。そのようなレベルの飽和磁化は、このようにして、高い容積パワーおよび力（ｖｏｌｕｍｅ  ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  ｆｏｒｃｅ）のコンパクトなアクチュエータをもたらす。
【０００７】
これらの磁気コアは、圧延ワイヤ、棒、板または薄板から製造され得る様々な形状を有する。したがって、それらは、良好な熱間変形性、および好ましくは、必要の場合には良好な冷間成形性を有する必要がある。
【０００８】
一旦製造され、および使用中には、これらのコアはわずかな酸化作業環境にさらされる可能性があり、したがって、この種類の早期の磨耗に耐えるために良好な耐食性を有する必要がある。
【０００９】
それらは、ストップに対して急に衝突することによってそれらの移動を完了する場合には多様な衝撃を受け、したがって、良好な機械的特性を有する必要があり、つまり、実際上、少なくとも２ｍｍの厚さに対して、熱間圧延状態で５００ＭＰａより大きい引張強度Ｒｍ、および好ましくは２５０ＭＰａより大きい降伏強度Ｒ０．２を有する。
【００１０】
一般に、欧州特許第７１５３２０号明細書に記載された鉄−コバルト（Ｆｅ−Ｃｏ）合金は、電磁アクチュエータの製造に使用されている。記載された材料は、６〜３０％のコバルトおよび３〜８％のクロム、モリブデン、バナジウムおよび／またはタングステンから選択された１つまたは複数の元素を含み、残部は鉄である。しかしながら、これらの合金は、不十分なダイナミックレンジを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第７１５３２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ダイナミックレンジが高く、飽和率が高いコンパクトな電磁アクチュエータ用のコアの安価な製造に適している材料を提供することである。この材料は、さらに、改善された熱間処理、および好ましくは冷間処理を可能とする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明の第１の主題は、Ｆｅ−Ｃｏ合金からなり、
その組成が、重量％で、
６≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦２２、
Ｓｉ≧０．２、
０．５≦Ｃｒ≦８、
Ｎｉ≦４、
０．１０≦Ｍｎ≦０．９０、
Ａｌ≦４、
Ｔｉ≦１、
Ｃ≦１、
Ｍｏ≦３、
Ｖ＋Ｗ≦３、
Ｎｂ＋Ｔａ≦１、
Ｓｉ＋Ａｌ≦６、
Ｏ＋Ｎ＋Ｓ＋Ｐ＋Ｂ≦０．１を含み、
組成の残部は、鉄および精練による不可避の不純物からなり、
それらの含有量は、
Ｃｏ＋Ｓｉ−Ｃｒ≦２７、
Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｖ＋Ｍｏ＋Ｔｉ≧３．５、
１．２３（Ａｌ＋Ｍｏ）＋０．８４（Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｖ）≧１．３、
１４．５（Ａｌ＋Ｃｒ）＋１２（Ｖ＋Ｍｏ）＋２５Ｓｉ≧５０の関係を満足することがさらに理解される。
【００１４】
個々にまたは組み合わせて検討される特定の実施形態では、合金はさらに、以下のさらなる特徴を有してもよい：
Ｆｅ−Ｃｏ合金は、１０≦％Ｃｏ＋％Ｎｉ≦２２とされている、
Ｆｅ−Ｃｏ合金は、１≦Ｃｒ≦５．５とされている、
Ｆｅ−Ｃｏ合金は、Ｎｉ≦１とされている、
Ｆｅ−Ｃｏ合金は、Ａｌ≦２とされている。
【００１５】
１つのより具体的な好ましい実施形態では、本発明による合金は、その組成が、重量％で、
６≦Ｃｏ＋Ｎｉ≦２２、
Ｓｉ≧０．２、
０．５≦Ｃｒ≦６、
Ｎｉ≦１、
０．１０≦Ｍｎ≦０．９０、
Ａｌ≦４、
Ｔｉ≦０．１、
Ｃ≦０．１、
Ｍｏ≦３、
Ｖ＋Ｗ≦３、
Ｎｂ＋Ｔａ≦１、
Ｓｉ＋Ａｌ≦６、
Ｏ＋Ｎ＋Ｓ＋Ｐ＋Ｂ≦０．１を含み、
組成の残部は、鉄および精練による不純物からなり、
シリコン、アルミニウム、コバルト、クロム、バナジウム、モリブデン、チタンおよびニッケル含有量は、
Ｃｏ＋Ｓｉ−Ｃｒ≦２７、
Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｖ＋Ｍｏ＋Ｔｉ＞３．５、
１．２３（Ａｌ＋Ｍｏ）＋０．８４（Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｖ）≧１．３、
１４．５（Ａｌ＋Ｃｒ）＋１２（Ｖ＋Ｍｏ）＋２５Ｓｉ≧５０の関係を満足することがさらに理解される、合金。
【００１６】
本発明による合金は、棒、ワイヤ、もしくは板または圧延薄板に成形されてもよい。
【００１７】
合金は、特に、棒から、ワイヤから、もしくは圧延板または薄板から製造された電磁アクチュエータの可動コアの製造に役立ち得る。
【００１８】
本発明によるＦｅ−Ｃｏ合金からなる可動コアを有するそのような電磁アクチュエータは、特に、電子制御される内燃機関用のインジェクタ内で使用されてもよく、あるいはほかに電子制御される内燃機関用のバルブ・アクチュエータとして使用されてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上記のように、本発明による合金は、コバルト含有量が低く、添加元素の含有量が適度である鉄−コバルト合金である。
【００２０】
コバルトは、ニッケルと部分的に置換されてもよく、コバルト含有量は、良好な飽和磁化を得ながら、それでも高抵抗性を維持するように６〜２２重量％である。コバルト含有量は、高価な添加元素の量を低減するために、それでも良好な飽和を維持しながら２２重量％未満である。
【００２１】
ニッケルは、コバルトと部分的に置換されてもよいが、ニッケル含有量は、その存在が合金の抗電界を相当に増加させるため４％未満で維持される。
【００２２】
本発明による合金のシリコン含有量は、０．２重量％以上である。そのような最小含有量によって、良好な機械的強度Ｒｍが得られることが可能となる。さらに、この元素は、著しく少なくすることにより合金の抗電界を非常に有効に増加させることが可能となる。しかしながら、アルミニウムとシリコンの組み合わせ添加は、合金が良好な熱間変形性を維持するために６％に限定される。さらに、この組み合わせ含有量を、合金が良好な冷間変形性を維持するために４重量％未満に限定することが好ましい。
【００２３】
本発明による合金のアルミニウム含有量は、４重量％以下である。この元素は、低い抗電界を促進することによってシリコンと同様の役割を果たす。その添加は４％に限定され、それはそうでなければ、Ｊｓが低くなりすぎるからである。しかしながら、アルミニウムは、合金の機械的特性を改善しない。
【００２４】
本発明による合金のクロム含有量は、０．５〜８重量％である。合金のこの必須元素は、冷間変形および熱間変形に関するシリコン添加範囲を拡大することを可能としながら、それでも良好な抵抗性および飽和特性を維持する。しかしながら、クロムが合金の抗電界を増加させるため、クロムの添加は限定される。
【００２５】
本発明による合金のマンガン含有量は、０．９０重量％以下である。この元素は、合金の熱間変形性を改善するために、少なくとも０．１０重量％の量で添加される。マンガンは、ガンマ相を促進する元素であり、γ相の出現は磁気性能を非常に低下させるため、マンガンの含有量は限定される。
【００２６】
本発明による合金のチタン含有量は、この元素が、精練の間、もしくは空気またはアンモニア中でアニールされる場合に容易に窒化物を形成し、窒化物は磁気特性を非常に低下させ、したがって有害であるため、１重量％以下、好ましくは０．１重量％以下である。
【００２７】
本発明による合金のモリブデン含有量は、３重量％以下である。この元素は、クロムに対する補足物またはクロムの部分的な置換物として、合金の電気抵抗を改善するために添加されてもよい。
【００２８】
本発明による合金の炭素含有量は、１重量％以下、好ましくは０．１重量％以下である。炭素の存在は、合金の磁気特性を悪化し、したがって、炭素含有量はそのような悪化を防ぐために低減される。
【００２９】
本発明による合金のバナジウムおよびタングステンの組み合わせ含有量は、３重量％以下である。これらの元素は、クロムに対する補足物またはクロムの部分的な置換物として、合金の電気抵抗を改善するために添加されてもよい。
【００３０】
本発明による合金のニオブおよびタンタルの組み合わせ含有量は、１重量％以下である。これらの元素は、合金の延性を改善し、したがってその脆性を制限するために添加されてもよい。
【００３１】
最後に、酸素、窒素、硫黄、リンおよびホウ素の組み合わせ含有量は、これらの元素が酸化し、材料の磁気特性および機械的延性に非常に好ましくない析出物を形成する傾向があるため、０．１重量％に限定される。そのような限定は、特に、本発明による合金が高純度原料から製造されることを前提とする。
【００３２】
さらに、本発明による合金は、これらの元素のうちのいくつかの間で多くの関係を満足する必要もある。したがって、次の４つの関係が満足される必要がある：
Ｃｏ＋Ｓｉ−Ｃｒ≦２７  （１）
Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｃｒ＋Ｖ＋Ｍｏ＋Ｔｉ＞３．５  （２）
１．２３（Ａｌ＋Ｍｏ）＋０．８４（Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｖ）≧１．３  （３）
１４．５（Ａｌ＋Ｃｒ）＋１２（Ｖ＋Ｍｏ）＋２５Ｓｉ≧５０  （４）
【００３３】
関係（１）は、シリコンとクロムの平衡を保つことによって、良好な熱間変形性、およびしたがって鍛造および圧延時のひび割れや亀裂がないことを確実にすることを可能にする。
【００３４】
関係（２）は、関係（４）と組み合わせて、高い電気抵抗ρｅｌ、特に、５０μΩ．ｃｍより大きい電気抵抗を確実にすることを可能にする。
【００３５】
関係（３）は、本発明による合金が、高いダイナミックな磁化範囲の要件に必要な非磁性元素の添加と一致するように２．２Ｔ未満の飽和磁化Ｊｓを有することが可能な飽和基準を表す。
【００３６】
関係（４）は、関係（２）と組み合わせて、高い電気抵抗ρｅｌ、特に、５０μΩ．ｃｍより大きい電気抵抗を確実にすることを可能にする。
【００３７】
本発明による合金の製造は、この種類の合金のために従来通りに実行されてもよい。したがって、合金の組成を構成する様々な元素は、真空誘導溶解され、次いでインゴット、ビレットまたはスラブに鋳造され得る。これらは、次いで１０００〜１２００℃の範囲の温度で熱間鍛造され、次いで１１５０℃以上の温度に再加熱された後に熱間圧延され、最終段の圧延温度は、８００〜１０５０℃である。
【００３８】
このようにして製造された熱間圧延板、棒または帯鋼は、この状態で使用されてもよく、あるいは１つまたは複数の酸性タンクに浸漬することによって酸洗した後に冷間圧延され、アニールされてもよい。
【００３９】
製造された部品の表面に適応される任意の方法を使用して、本発明による合金のダイナミックな磁化範囲をさらに改善して、堆積された元素を表面下に拡散させることも可能である。そのような元素は、例えば、アルミニウム、シリコンまたはクロムであってもよい。
【００４０】
試験
合金を製造するために必要とされる原料が真空誘導溶解され、５０ｋｇのインゴットに真空鋳造された。インゴットは、次いで１０００〜１２００℃で熱間鍛造され、次いで１１５０℃に再加熱された後に、少なくとも８００℃の最終段の圧延温度のために４〜５ｍｍの厚さに熱間圧延された。帯鋼は、酸中で化学的に酸洗された後に、引張試験片、磁気特性用の丸い試験片、または電気抵抗測定用の細長い試験片の機械加工によって熱間圧延状態であることを特徴とし、または同じ種類のサンプリングおよびと特性化のために０．６ｍｍの厚さに冷間圧延された後の状態であることを特徴とする。
【００４１】
場合によっては、これらの２つの種類の金属状態（ＨＲ：熱間圧延状態、ＣＲ：冷間圧延状態）は、そのままか、またはＨ２中で４時間９００℃でアニールされ、急冷後であることを特徴としてもよい。特に表されていなければ、次のデータは、すべて冷間圧延およびアニール後に得られた。
【００４２】
熱間圧延された帯鋼がＨ２中で４時間、９００℃でアニールされた後、引張強度Ｒｍは引張試験片で測定された。
【００４３】
耐食性Ｔｃｏｒは、熱間圧延のままの表面で評価され、それは、清浄表面を有し粗さが非常に低くなるように研磨され、次いで、塩水噴霧雰囲気で２０℃で放置された。
【００４４】
熱間変形性テストまたは冷間変形性テストが、試験インゴットに対する（熱間および冷間）圧延操作中に、非脆性端を簡単に観察することによって行なわれた。
【００４５】
試験加熱の組成が以下の表１に付与され、酸素、窒素、硫黄、リンおよびホウ素の全ての試験における組み合わせ含有量は、０．１重量％未満であり、組成の残部は鉄からなることが理解される。
【表１】
0005555181.tif 000002
0005555181.tif 000003
【００４６】
試験の結果は、以下の表２に付与される。
【表２】
0005555181.tif 000004
【００４７】
これらの試験から分かるように、本発明による合金は、先行技術において到達可能でない一連の特性を一緒にすることを可能にし、すなわち：
−  非常に厚い金属状態（厚さ数ｍｍのＨＲ板）および薄い金属状態（厚さ０．１〜２ｍｍに冷間圧延された）の両方での２０℃における中〜低抗電界Ｈｃ、
−  材料の熱間変形または冷間変形における優れた延性、
−  合金の大きなダイナミックな磁化範囲に必要とされる添加に起因する２．２Ｔを超えることができないが、さらに２０℃で非常に高い飽和磁化に対する最高値、典型的に１．７５Ｔより高い、好ましくは１．９Ｔより高い値を維持しながらの、２０℃での高い電気抵抗、典型的には５０μΩ．ｃｍ超、
−  少なくとも２ｍｍの厚さのための熱間圧延された状態での少なくとも５００ＭＰａの引張強度、
−  満足な耐食性、および
−  材料の限定されたコスト。
【００４８】
上記のように、本発明による合金の優先用途は、線形アクチュエータであろうとロータリーアクチュエータであろうと、電磁アクチュエータ用のコアの製造である。そのようなコンパクトで、ダイナミックで頑丈なアクチュエータは、直接噴射内燃機関用の、特にディーゼルエンジン用のインジェクタで、および内燃機関用のバルブの移動を制御するアクチュエータの可動部で有利に使用されてもよい。