(57)【要約】【課題】  Ｓｍ−Ｆｅ系をはじめとするＳｍおよび遷移金属を含む材料を用いて形成される磁歪素子を、高い信頼性を有したものとすることのできる磁歪素子の製造方法等を提供することを目的とする。【解決手段】  原料粉末を磁場中成形して成形体を得た後、この成形体を焼結し、ＳｍＦｅ2で示す組成を有する焼結体を得ることで、磁歪素子を製造する。このとき、原料粉末としては、磁歪素子の主相を形成する第一の合金と、磁歪素子の粒界相を形成する第二の合金を混合して得たものを用い、少なくとも第二の合金に水素を吸蔵させて微粉砕したものを用いるのが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪素子を製造する方法であって、
前記磁歪素子の主相を形成する第一の合金と、前記磁歪素子の粒界相を形成する第二の合金のうち、少なくとも前記第二の合金を粉砕する粉砕工程と、
前記第一の合金と前記第二の合金を混合して得た原料合金を成形し、成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結し、ＳｍＦｅ2で示す組成を有する焼結体を得る焼結工程と、
を含むことを特徴とする磁歪素子の製造方法。
【請求項２】
前記粉砕工程では、前記第一の合金および前記第二の合金を粉砕することを特徴とする請求項１に記載の磁歪素子の製造方法。
【請求項３】
前記粉砕工程では、磁歪異方性を有した前記磁歪素子を作製するとき、前記第二の合金のみを粉砕することを特徴とする請求項１に記載の磁歪素子の製造方法。
【請求項４】
前記粉砕工程の後の時点において、前記第一の合金の粉末粒径は、前記第二の合金の粉末粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁歪素子の製造方法。
【請求項５】
前記粉砕工程は、前記第一の合金および前記第二の合金のうち、粉砕対象となる合金に水素を吸蔵させることで、前記合金を粉砕することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁歪素子の製造方法。
【請求項６】
焼結密度が９２％以上である前記焼結体を得ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の磁歪素子の製造方法。
【請求項７】
ＳｍＦｅ2で示す組成を有した焼結体からなり、かつ前記焼結体の焼結密度が９２％以上であることを特徴とする磁歪素子。                                           
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪素子の製造方法に関し、特にＳｍおよび遷移金属を含んで形成される磁歪素子の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性体を磁化したときに、磁性体の寸法が変化する現象を磁歪といい、このような現象が生ずる材料を磁歪材料という。磁歪による飽和変化量である飽和磁歪定数は、一般には１０-5〜１０-6の値を有し、大きな飽和磁歪定数を有する磁歪材料は超磁歪材料とも呼ばれ、振動子、フィルター、センサ等に広く利用されている。
【０００３】
現在、Ｒ（希土類元素）とＦｅの化合物であるＲＦｅ2ラーベス型金属間化合物を主体とする磁歪材料が飽和磁歪定数の大きな材料として知られている（例えば、特許文献１、２、３、４参照。）。しかしこれら材料は、印加される外部磁界が大きいときには磁歪値が大きいが、外部磁界が小さいときには磁歪値が十分ではないという問題を有していた。そこで、ＲＦｅ2ラーベス型金属間化合物を主相とする磁歪材料において、低外部磁界でも磁歪値を大きくする検討が行われ、磁化容易軸であって、磁歪定数の大きい［１１１］軸方向に配向させることが提案されている。また、ＲＦｅ2ラーベス型金属間化合物を主体とする材料としては、Ｔｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2.0（原子比）の組成を有する場合に磁歪値が大きいため、専らこの組成が採用されていた。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３９４９３５１号
【特許文献２】米国特許第４１５２１７８号
【特許文献３】米国特許第４３０８４７４号
【特許文献４】米国特許第４３７５３７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｔｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2.0を材料に用いた場合と同様に、常温で大きな磁歪値を得ることのできるものとして、Ｓｍ−Ｆｅ系の材料がある。
このようなＳｍ−Ｆｅ系の材料を用いた磁歪素子を焼結体によって構成する場合、焼結体密度が低いと信頼性に劣る、という問題がある。すなわち、焼結体密度が低く、焼結体内に多数の気泡（ポア）が存在し、しかもポアにより焼結体内外が連通してしまっている場合、表面積が大きくなるために焼結体が酸化しやすく、これによる特性低下等を招くからである。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、Ｓｍ−Ｆｅ系をはじめとするＳｍおよび遷移金属を含む材料を用いて形成される磁歪素子を、高い信頼性を有したものとすることのできる磁歪素子の製造方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもとになされた本発明は、磁歪素子を製造する方法であって、この方法では、粉砕工程にて、磁歪素子の主相を形成する第一の合金と、磁歪素子の粒界相を形成する第二の合金のうち、少なくとも第二の合金を粉砕する。そして、成形工程にて、第一の合金と第二の合金を混合して得た原料合金を成形して成形体を形成した後、焼結工程にて、この成形体を焼結し、ＳｍＦｅ2で示す組成を有する焼結体を得る。
このように、少なくとも第二の合金を粉砕することで、焼結密度を高めることができ、焼結密度が９２％以上の、オープンポアのない焼結体を得ることが可能となる。
粉砕工程では、第一の合金および第二の合金の双方を粉砕することもできる。これは、磁歪等方性を有した磁歪素子を作製する場合に特に有効である。
また、粉砕工程では、磁歪異方性を有した磁歪素子を作製するとき、第二の合金のみを粉砕するのが好ましい。粉砕工程の後の時点において、第一の合金の粉末粒径を第二の合金の粉末粒径よりも大きくすることで、成形時に磁場を印加して第一の合金を配向させる際に、配向性を高めることができる。また、配向性を高めるには、第一の合金の粉末を、多結晶粒子ではなく、主に単結晶粒子から構成するのが良い。
【０００７】
上記のように、粉砕工程にて、第一の合金および第二の合金のうち、少なくとも第二の合金を粉砕するときには、粉砕対象となる合金に水素を吸蔵させることで合金を粉砕するのが好ましい。これにより、合金中の酸素濃度を抑えることができる。
【０００８】
本発明は、ＳｍＦｅ2で示す組成を有した焼結体からなり、かつ焼結体の焼結密度が９２％以上であることを特徴とする磁歪素子とすることもできる。このような磁歪素子は、上記方法によって得ることができる。また本発明によれば、９５％以上の密度を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ｓｍおよび遷移金属を含む材料を用い、焼結密度が高く、高い信頼性を有した磁歪素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本発明においては、Ｓｍおよび遷移金属元素を含む磁歪材料を用い、超磁歪材を粉末冶金法により作製する。
前記の磁歪材料において、Ｓｍは、その一部を、Ｙ、Ｎｄ、Ｔｂのうちの一種以上の元素に置換することができる。
また、遷移金属元素としては、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏから選ばれる一種以上の元素Ｔが好ましいが、特にＦｅが好ましい。したがって、磁歪材料としてはＳｍＦｅ系の材料を用いるのが好ましい。また、元素Ｔの一部を、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｇｄ、Ｂのうちの一種以上の元素Ｍに置換することができる。
さらに、ＳｍＦｅ系の材料を磁歪材料に用いる場合、ＳｍＦｅ2相とするのが好ましい。
【００１１】
このような磁歪材料は、粉砕、磁場中成形、焼結という過程を経ることで製造することができる。
本発明において、磁歪材料として異なる組成の複数種の原料粉末を混合して超磁歪材を作製する特徴的な製造方法を採用している。
ここで、最終的に得られる焼結体密度を上げるため、主相となる原料（以下、主相原料と適宜称する）を形成する合金粉末、他の原料（以下、粒界相原料と適宜称する）を形成する合金粉末のうち、少なくとも粒界相原料の合金粉末を、細かく粉砕するのが好ましい。
異方性を有した超磁歪材を作製する場合には、粒界相原料の合金粉末のみを細かく粉砕するのが好ましい。これにより、主相原料の合金粉末の粒径よりも粒界相原料の合金粉末の粒径を小さくすることができるため、磁場配向時に印加された磁場によって主相原料の向きを容易に回転でき、配向性が向上するからである。主相原料を形成する合金粉末の粒径が小さすぎると、磁場中成形時に磁場が作用しても配向しにくく、また逆に粒径が大きすぎると焼結密度が上がりにくく、信頼性が低くなる。
もちろん、主相原料の合金粉末、粒界相原料の合金粉末の双方を細かく粉砕してもよい。この場合も、異方性を有した超磁歪材を作製するのであれば、主相原料の合金粉末の粒径よりも粒界相原料の合金粉末の粒径が小さくなるようにするのが良い。特に、等方性を有した超磁歪材を作製する場合には、主相原料の合金粉末、粒界相原料の合金粉末の双方を細かく粉砕するのが好ましい。
【００１２】
主相原料の合金粉末、粒界相原料の合金粉末を細かく粉砕するには、合金粉末に水素を吸蔵させるのが良い。機械的に合金粉末を粉砕することも可能ではあるが、これに比較し、水素吸蔵による粉砕を行うことで、含有する酸素量を抑えることができる。
合金粉末粒子は、水素を吸蔵することで、水素化物を形成するか又は水素原子が結晶内に侵入して歪みが生じ、その結果、内部応力に耐えられなくなって割れ、細かく粉砕される。例えば、主相原料としてＳｍＦｅ1.96を用いる場合、粒界相原料としては、ＳｍＦｅ1.77、Ｓｍ2Ｆｅ、Ｓｍ等を選択的に用いることができるが、少なくとも、粒界相原料としてのＳｍＦｅ1.77、Ｓｍ2Ｆｅ、Ｓｍを粉砕する。これらの合金粉末は、水素を吸蔵させて粉砕させることで、原料合金の状態で２０μｍ程度の平均粒径を有していたものを、５〜２０μｍの平均粒径とすることができる。
【００１３】
また、主相原料と粒界相原料の混合の割合は、適宜決定することができるが、以下に従うことが好ましい。
主相原料の重量百分率をａとしたとき、主相原料は、好ましくは７０≦ａ＜１００、より好ましくは８０≦ａ≦９５とする。ａが小さすぎる場合、すなわち、磁場中成形において配向する主相原料の比率が低い場合、焼結後の結晶の配向度が低くなる。一方、ａが大きすぎる場合、主相原料の組成が最終組成に近いということであり、焼結密度を上げるために主相原料を用いる意味がなくなる。
【００１４】
主相原料、粒界相原料を秤量、混合して得られた磁歪材料は、続いて、粉砕処理することもできる。粉砕処理では、湿式ボールミル、アトライタ、アトマイザー等の粉砕機から適宜選択することができる。特に、アトマイザーが好ましい。衝撃と剪断を同時にかけることができ、粉体の凝集を防ぎ、かつ生産性が高いからである。また、粉砕時の雰囲気は、非酸化性雰囲気が良く、Ａｒガス等の不活性ガス又は真空中がよい。この粉砕後の平均粒径は、５〜２０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍとする。粒径が小さすぎると製造工程中で酸化が進行しやすく、磁歪特性を劣化させる。平均粒径が大きすぎると焼結が進みにくく、焼結密度が高くならず、開気孔が多くなる。
【００１５】
混合された磁歪材料は、焼結前に所望の形状に成形する。
このとき、異方性を有した超磁歪材を作製する場合には、成形を磁場中で行うことで、主に主相原料を一定方向に揃え、焼結後の磁歪材料を［１１１］方向に配向させる。印加する磁場は、４８０〜１７６０ｋＡ／ｍ、好ましくは９６０〜１７６０ｋＡ／ｍがよい。磁場の方向は、圧力の方向に垂直でも、平行でもよい。成形圧力は、５０×１０6Ｐａ以上、好ましくは３００×１０6Ｐａ以上がよい。
【００１６】
得られた成形体は焼結される。焼結条件は、８００〜９００℃で、好ましくは８５０〜８９０℃で、３〜４８時間行うことがよい。焼結の雰囲気は、非酸化性雰囲気が良く、Ａｒガス等の不活性ガス又は真空中がよい。
このようにして製造された磁歪材料は、式（１）：ＳｍＦｅ2で表される多結晶体である。
【００１７】
このようにして、本発明の手法により、Ｓｍおよび遷移金属元素を含む磁歪材料を用い、超磁歪材を、粉末冶金法により作製することができる。
【実施例】
【００１８】
ここで、Ｓｍおよび遷移金属元素を含む磁歪材料を作製する過程で、水素粉砕を行うことの効果を確認したのでその結果を以下に示す。
まず、磁歪素子本体となる焼結体を、以下のようにして製造した。
主相原料として、Ｓｍ、Ｆｅを秤量して、Ａｒガスの不活性雰囲気中で溶融し、ＳｍＦｅ1.96、ＳｍＦｅ1.77の２通りの組成を有する原料合金を製造した。そして、この原料合金を、８９０℃（安定時間１２ｈｒ）でアニールする熱処理を行って結晶の粒成長をさせた。得られた合金粉末を、目開き２ｍｍの篩に通し、２ｍｍ以上の粒径の粗粉を除去した。
粒界相原料として、Ｓｍ、Ｆｅを秤量して、Ａｒガスの不活性雰囲気中で溶融し、Ｓｍ2.0Ｆｅ、ＳｍＦｅ1.77の２通りの組成を有する合金を製造した。この合金粉末を、水素雰囲気(濃度８０％)中、１５０℃（安定時間６ｈｒ）で熱処理し、約１８０００ｐｐｍの水素を吸蔵させることで、合金を粉砕し、平均粒径５μｍの粉砕粉を得た。この粉砕粉を、目開き２ｍｍの篩に通し、２ｍｍ以上の粒径の粗粉を除去した（実施例１〜３）。
【００１９】
比較のため、主相原料として、ＳｍＦｅ1.77の組成を有する原料合金を上記と同様にして製造し、この原料合金を、例えばブラウンミルで粉砕して平均粒径２０μｍの粉末とした後、得られた合金粉末を、目開き２ｍｍの篩に通し、２ｍｍ以上の粒径の粗粉を除去した。また、粒界相原料には、Ｆｅを用い、水素吸蔵による粉砕は行わなかった（比較例）。
【００２０】
次いで、実施例、比較例とも、得られた主相原料、粒界相原料の合金粉末を秤量した後、混合処理し、組成をＳｍＦｅ1.90にした合金粉を得た。このとき、必要に応じ、Ｆｅを成分調整のために加えた。さらに、混合した合金粉末を、Ａｒガス中でアトマイザーにより微粉砕した。
ここで、比較例と実施例１の合金粉の粒度分布を測定した。図１は、その結果を示すものである。図１に示すように、水素吸蔵による粒界相原料の粉砕を行わなかった比較例に対し、水素吸蔵による粒界相原料の粉砕を行った実施例１では、細かい粒度の粉末を多く含むことがわかる。
【００２１】
得られた合金粉を型に入れ、４．８ｋＡ／ｍの磁場中で、８００ＭＰａの成形圧で成形し、成形体を得た。このとき、合金粉を型に充填するに際しては、合金粉を、Ｎ2ガスを充填した配管内を通して移動させた。また、磁場は、圧力方向に対して垂直方向（いわゆる横磁場）に印加した。成形体の形状および寸法は、５ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍの直方体状とした。
【００２２】
得られた成形体を、焼結用容器に収めて炉中で昇温し、Ａｒガス雰囲気にて安定温度８９０℃、安定時間６ｈｒで焼成を行い、焼結体（磁歪素子本体）を得た。
【００２３】
このようにして得られた焼結体において、焼結密度および磁気特性（磁歪値）を計測した。
その結果が、表１に示すものである。
ここで、磁歪値は、磁場中成形方向に対し平行方向および直角方向に測定用磁場を印加したときに、それぞれ１ｋＯｅの測定用磁場を印加したときの焼結体の伸び量をストレインゲージで測定した。ここで、図２に示すように、焼結体の伸び量は、測定用磁場の方向に平行な方向（Ｘ方向）、測定用磁場の方向に直交する方向（Ｙ方向）のそれぞれで測定した。
その結果が、表１および図３に示すものである。
【００２４】
【表１】
2006196743.tif 000002
【００２５】
表１に示すように、比較例、実施例とも、同等の磁歪値を示した。
また、表１および図３に示すように、比較例において、焼結体密度Ｄｔが９１．９％であったのに対し、実施例においては、主相原料、粒界相原料に用いる合金の組成が異なっていても、いずれの場合も焼結体密度Ｄｔが９６％以上となっていることがわかる。
一般に、焼結体内に多数の気泡（ポア）が存在し、しかもそのポアによって焼結体内外が連通してしまう現象（いわゆるオープンポア）は、焼結体密度Ｄｔが９２〜９３％よりも低い場合に生じる。
図４は、比較例、実施例１、３の顕微鏡写真である。焼結体密度Ｄｔが９１．９％である上記の比較例においても、多数の大きなポアが確認できる。一方、焼結体密度Ｄｔが９６％以上である実施例１、３においては、焼結体内に存在するポアは、少量で、かつ小さく、焼結体内外が連通しない状態（いわゆるクローズポア）となっている。
このようにして、本発明によれば、焼結体密度を上げ、高い信頼性を有する磁歪素子を得ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例において、水素吸蔵による粉砕を行わない比較例と、水素吸蔵による粉砕を行った実施例における、原料合金の粒度分布を比較するための図である。
【図２】実施例において焼結体の磁歪値を測定するための磁場印加方向、測定方向を示す図である。
【図３】焼結体密度、磁歪値を示す図である。
【図４】比較例、実施例の顕微鏡写真である。
【図１】
2006196743.tif 000003
【図２】
2006196743.tif 000004
【図３】
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【図４】
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