(57)【要約】      （修正有）【課題】電子顕微鏡、電子ビーム描画装置等の電子レンズのボールピース、ヨーク、および磁気共鳴装置、質量分析装置等の電磁石のボールピース、ヨーク等に使用するＦｅ−Ｃｏ−Ｖ軟質性の高磁束密度材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃｏ：４８〜５２％、Ｖ：０．８〜１．６％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、結晶粒径が１００μｍ以下からなる高磁束密度材料であり、また、Ｘ線回折によるαのメインピークに対する脆性相のピーク強度α´の比が０．０５以下である高磁束密度材料ある。その製造方法は、アトマイズにより製造した上記組成の合金粉末を可鍛性カプセルに封入し、熱間等方圧プレスにて成形するか、熱間押出加工により成形する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃｏ：４８〜５２％、
Ｖ：０．８〜１．６％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、結晶粒径が１００μｍ以下からなることを特徴とする高磁束密度材料。
【請求項２】
請求項１に記載の成分組成からなり、Ｘ線回折によるαのメインピークに対する脆性相のピーク強度α´の比が０．０５以下であることを特徴とする高磁束密度材料。                                                                            
【請求項３】
請求項１に記載の結晶粒径が２０〜７０μｍであることを特徴とする高磁束密度材料。
【請求項４】
原料粉末をＡｒガスもしくは水を用いてアトマイズにより製造した合金粉末を、可鍛性カプセルに封入し、このカプセルごと上記粉末を熱間等方圧プレスにて成形することを特徴とする請求項１〜３に記載の高磁束密度材料の製造方法。
【請求項５】
原料粉末をＡｒガスもしくは水を用いてアトマイズにより製造した合金粉末を、熱間押出加工にて棒状に成形することを特徴とする請求項１〜３に記載の高磁束密度材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡、電子ビーム描画装置等の電子レンズのポールピース、ヨーク、および磁気共鳴装置、質量分析装置等の電磁石のポールピース、ヨーク等に使用するＦｅ−Ｃｏ−Ｖ軟質性の高磁束密度材料およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｆｅ−Ｃｏ系磁性材料は、磁性材料中高い飽和磁束密度を有するため、ポールピース、ヨーク用磁性材料として適している。特に、Ｖを添加したＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系磁性材料は、体積固有抵抗値が大きく、質量分析装置のように磁場強度を走査する場合の応答性が良好で優れた材料であることが知られている。このＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系（パーメンジュール）材は一般的に鋳造法により製造され、一部焼結による検討もなされている。しかしながら、鋳造法または焼結により製造されたこの材料の機械加工性は、電子レンズのように非常に精密な機械加工を必要とする用途では不十分であり改善を要する。また、従来材の磁気特性の均質度は電子顕微鏡、磁気共鳴装置、質量分析装置などに使用する場合に決して満足のゆくものではない。
【０００３】
一方、電子顕微鏡等の電子レンズは、上下ポールピース間隙の狭い空間内により強い磁場を発生させ、さらに、その磁場が均質（特に軸対称性）であることが要求される。従って、ポールピース材料には、（１）高飽和磁束密度であること、（２）高透磁率であること、（３）磁気特性の分布が均一であること、の３条件が求められる。これらの条件を満たす材料は、鉄とコバルトをほぼ一対一に含有する合金であり、この合金を磁気特性が均質になるよう製造することが課題となる。
この合金は、硬く脆い性質のため機械加工を行うことが困難である。このため約２％程度のバナジウムを添加し、切削性、研磨性を改善している。ただ、バナジウムは磁気特性の劣化を招くため、できれば低減することが望ましいものである。
【０００４】
電子レンズは、中心に電子が通過する貫通穴を設けた円錐形状のポールピースを上下に対向させた構造が一般的であるが、電子顕微鏡等の分解能をさらに向上させるためには、中心の穴径を、ますます小さくすることが要求され、中心穴および各円錐曲面の真円度、また相互の同軸度には、ますます高い精度が要求されるようになっている。このような高精度の機械加工を行なうためには、材料の切削性、研磨性が良好であることがますます重要な要求事項となっている。この点から、鉄−コバルト−バナジウム合金の切削性、研磨性を改善することがポールピース材料としての重要な課題となっている。
【０００５】
このＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系材として、例えば特開平５−１７８０４号公報に開示されているように、コバルトが４０〜６０重量％、バナジウムが１．０〜２．５重量％、残部が鉄および不可避的不純物からなる原料粉末を成形し、焼結して鉄・コバルト系焼結磁性材料を製造する方法であって、焼結後、９５０〜１２００℃の温度で第１の熱処理を行い、その後７５０〜８５０℃の温度で第２の熱処理をする鉄・コバルト系焼結磁性材料の製造方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１７８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の場合、Ｖを添加することで加工性を改善することが出来、その添加量は通常２％程度とされているが、しかしながら、上述したように磁気特性は劣化するため、電子顕微鏡の電子レンズのポールピースに用いる場合には高分解能化に限界があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、結晶粒と脆性相の析出を抑制することにより、従来よりも低いＶ量でも十分な加工性が得られることを見出し本発明に至ったものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃｏ：４８〜５２％、Ｖ：０．８〜１．６％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、結晶粒径が１００μｍ以下からなることを特徴とする高磁束密度材料。
【０００９】
（２）前記（１）に記載の成分組成からなり、Ｘ線回折によるαのメインピークに対する脆性相のピーク強度α´の比が０．０５以下であることを特徴とする高磁束密度材料。
（３）前記（１）に記載の結晶粒径が２０〜７０μｍであることを特徴とする高磁束密度材料。
【００１０】
（４）原料粉末をＡｒガスもしくは水を用いてアトマイズにより製造した合金粉末を、可鍛性カプセルに封入し、このカプセルごと上記粉末を熱間等方圧プレスにて成形することを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の高磁束密度材料の製造方法。
（５）原料粉末をＡｒガスもしくは水を用いてアトマイズにより製造した合金粉末を、熱間押出加工にて棒状に成形することを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の高磁束密度材料の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、本発明により、従来よりも磁気特性が十分高く、磁気特性がより均質であり、良好な加工性を有するＦｅ−Ｃｏ系合金の作製が可能となったことは極めて産業上有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明についての成分組成の限定理由について説明する。
Ｃｏ：４８〜５２％
Ｃｏは、磁性体を得るための基本の元素である。しかし、４８％未満では得られる磁性体の透磁率が低くなり、一方、５２％を超えると飽和磁束密度が小さくなるため、その範囲を４８〜５２％とした。
【００１３】
Ｖ：０．８〜１．６％
Ｖは、磁気特性を向上させ、かつ加工性を改善させる元素である。しかし、０．８％未満では加工性を確保することができない。また、１．６％を超えると磁気特性が十分でないことから、その範囲を０．８〜１．６％とした。さらに、好ましくは１．１〜１．４％とする。
【００１４】
結晶粒径が１００μｍ以下
結晶粒径を１００μｍ以下に微細化することにより、Ｖを低減しても加工性が十分確保できることを見出した。この点に本発明における大きな特徴がある。すなわち、Ｖの低減により磁気特性を向上させることが可能である。しかし、Ｖの含有量との関係から、結晶粒径が１０μｍ以下では磁気特性の劣化を招く。一方、１００μｍを超えると加工性が確保できない。従って、１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍとする。
【００１５】
さらに、Ｘ線回折によるαのメインピークに対する脆性相のピーク強度α´の比を０．０５以下に抑えることによりＶ量を低減しても加工性が十分確保できることを見出した。  上記、Ｘ線回折によるαのメインピークに対する脆性相のピーク強度α´の比が０．０５を超えると、本発明の目的とするＶ量を低減した場合には加工性が十分得られない。従って、その上限を０．０５とした。この結晶粒の微細化、脆性相の抑制には特にアトマイズ法が望ましい。アトマイズ法としてはガスアトマイズおよび水アトマイズのいずれでも構わない。急冷凝固により微細結晶粒および脆性相の低減を達成することができる。
【００１６】
また、アトマイズ法は急冷凝固により粉末を作製するため、本発明のような微細組織を必要とする場合に有効である。また、この粉末を熱間押出し法、もしくは熱間等方圧プレスにて成形することにより高密度、かつ工業的に生産することが可能である。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
原料粉末をアトマイズ条件として、圧力１〜５ＭＰａ、ノズル径φ２．０〜３．０ｍｍ、Ａｒガスもしくは水を用いて、圧力とノズル径の変更により結晶粒、脆性相の量を変化させた結果を表１に示す。また、表１に示すアトマイズにより製造した各種合金粉末を、１４７３Ｋ−５ｈｒ−１５０ＭＰａにて保持してなるＨＩＰ（熱間高圧力処理）、もしくは１４７３Ｋにてφ１９０からφ９０に熱間押出加工を行い、φ９０×１０００ｍｍに成形した後、切断、切削加工および研磨加工し、φ８０×１００ｍｍに仕上げ、リング試験片を得る。この試験片の磁気特性、加工特性を調査した。その結果を表１に示す。
【００１８】
（１）飽和磁束密度（Ｂｓ）、保磁力（Ｈｃ）：ＢＨトレーサー装置を用いて、試験片形状は、外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのもの
（２）印加磁場：２４０ｋＡ／ｍ
（３）結晶粒径：光学顕微鏡にて１００個の結晶粒径の平均値を算出した。
（４）脆性相の量：Ｘ線回折によるαのメインピークに対する脆性相のピーク強度α´の比を算出した。
（５）加工性：製品仕上がり後に割れ、欠けが無いか目視にて確認した。                  
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜１２は本発明例であり、Ｎｏ．１３〜１７は比較例である。比較例Ｎｏ．１３およびＮｏ．１４はＶ含有量が低く、かつピーク強度比が高いために、加工後の割れが発生した。比較例Ｎｏ．１５およびＮｏ．１６はＶ含有量が高いために、磁気特性である飽和磁束密度（Ｂｓ）および保磁力が劣る。比較例Ｎｏ．１７は結晶粒径が大きく、かつピーク強度比が低いために、加工後の割れが発生した。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜１２はいずれの場合も磁気特性、加工特性に優れていることが分かる。
【００２１】
本発明により製造された高磁束密度材料（Ｖ含有量１．３４ｍａｓｓ％）を用いて、加速電圧２００ｋＶの透過電子顕微鏡の対物レンズポールピース６式を製作し、電子顕微鏡に実装して飽和磁束密度および磁気特性の均質度（軸対称性）を評価した。
電子レンズに使用した場合の飽和磁束密度は、リングサンプルを用いて測定したサンプル容積内において平均化された特性値とは異なる。電子レンズにおいては高い飽和磁束密度は、より低い励磁電流により、所定の焦点距離が得られることによって示される。本材料を用いたポールピースは本電子顕微鏡において要求される励磁電流１１．３Ａを６式すべてがクリアし、その平均値は１１．２４Ａであった。電子レンズに用いた場合に十分に高い磁束密度が得られていることが確認された。
【００２２】
磁気特性の均質度（軸対称性）は対物レンズの非点隔差−直行する２方向での焦点距離の差−により評価する。像観察時には非点隔差は非点補正コイルにより補正されるが、補正を行なわないポールピース自体の非点隔差は、補正コイルの補正量より逆算して求めることができる。ポールピース自体の非点隔差は、機械精度と材料の磁気特性不均質の両要因に影響されるが、機械精度は今日では３次元測定器などにより確認できる。機械精度を十分確認したポールピースにおいては、非点隔差は材料の磁気特性の均質度を表す指標と考えることができる。本材料により製作したポールピースの非点隔差は、本電子顕微鏡において要求される２．０μｍを６式すべてがクリアし、平均値は１．１２４μｍであった。このことから、本発明により製造された材料が、磁気特性の均質度において優れており、対物レンズの非点隔差を低減させることが確認できた。
【００２３】
電子顕微鏡の分解能は対物レンズの性能でほぼ決まり、対物レンズの性能はポールピース材料の磁気特性に大きく影響される。ポールピース材料の飽和磁束密度の向上、および磁気特性の均質度の向上によるポールピース自体の非点隔差の低減は、いずれも電子顕微鏡の分解能を向上させる。その他、３次元測定器などにより測定されたポールピースの各部の機械的精度は良好な数値を示しており、本材料が従来材に比較して機械加工性（切削性、研磨性）において優れていることも確認されている。
上述したように、本発明により製造された高磁束密度材料は電子顕微鏡、電子ビーム描画装置等の電子レンズ、磁気共鳴装置、質量分析装置のポールピース、ヨーク材料として、従来に比較して優れた特性を有しており、工業的に極めて有利な方法を提供するものである。
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社  他１名
代理人    弁理士    椎  名    彊