(57)【要約】【課題】緻密で機械的強度の高い磁歪材を、低コストで製造できる方法を提供する。【解決手段】Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 である合金を粉末とし、エポキシ樹脂を添加して混合した後、得られた混合物をプレス成形する。この成形体を加熱してエポキシ樹脂を硬化させる。これにより、Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 からなる合金粉末がエポキシ樹脂で結合されている磁歪材を得る。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＴX （Ｒは一種類以上の希土類元素、ＴはＦｅ、Ｎｉ、およびＣｏからなる群より選択される一種類以上の元素、ＸはＲに対するＴの原子比で、１≦Ｘ≦９）で表される組成からなる合金粉末と、熱硬化性樹脂とを混合し、得られた混合物を金型に充填してプレス成形することにより前記混合物の成形体を得た後、この成形体を加熱して前記樹脂を硬化させることを特徴とする磁歪材の製造方法。
【請求項２】
Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 からなる合金粉末を使用し、前記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する請求項１記載の磁歪材の製造方法。
【請求項３】
請求項１の方法で製造され、Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 からなる合金粉末が合成樹脂により結合されていることを特徴とする磁歪材。
【請求項４】
前記合成樹脂はエポキシ樹脂である請求項３記載の磁歪材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁歪材（外部磁界を作用させたときに寸法が変化する磁性体）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁歪量の大きな磁歪材が求められている。大きな磁歪量を示す代表的な磁歪材料としては、Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 が知られている（特許文献１参照）。Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 結晶は、［１１１］軸方向の磁歪が大きいため、磁歪量を大きくするためには［１１１］軸を配向させる必要がある。特許文献１には、ブリッジマン法によりＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 結晶を得ることが記載されている。しかしながら、実際には、ブリッジマン法では［１１１］軸が配向されたＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 結晶は得られていない。
【０００３】
ブリッジマン法は、磁性体を所定の配向で結晶成長させることで単結晶の磁歪材を得る方法（単結晶法）であり、ブリッジマン法以外の単結晶法としては、ゾーンメルティング法（特許文献２参照）や一方向凝固法（特許文献３参照）が知られている。そして、単結晶法は、原料の溶解、鋳造、結晶成長、アニール等、多数の工程数が必要である。また、得られる形状が円柱状であるため、製品にする際には、切削等により所定形状に加工する必要がある。
【０００４】
単結晶法以外の磁歪材の製造方法としては、粉末冶金法が挙げられる。粉末冶金法は、原料粉末をボールミル等により所定の組成となるように混合した後、得られた混合粉末を磁場中で配向させながら成形して焼結する方法であり、結晶軸が配向された磁歪材が所定形状で得られる。したがって、粉末冶金法は単結晶法よりも磁歪材の製造コストを低く抑えることができる。
【０００５】
下記の特許文献４には、磁歪量の大きな（Ｔｂ，Ｄｙ）Ｆｅ2 系磁歪材を、粉末冶金法で製造することが記載されている。具体的には、下記の原料Ａ粉末と原料Ｂ粉末を含む混合物、または、原料Ａ粉末と原料Ｂ粉末と原料Ｃ粉末とを含む混合物を、磁場中で成形した後、焼結することにより、（Ｔｂv Ｄｙ1-v ）Ｔw で表わされる組成（Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉから選択される少なくとも１種の元素であり、ｖおよびｗは原子比を表わし、０．２７≦ｖ＜０．５０、１．７０≦ｗ≦２．００である）の磁歪材を製造することが記載されている。
【０００６】
原料Ａ粉末は、（Ｔｂx Ｄｙ1-x ）Ｔy で表される組成の粉末であり、ｘおよびｙは原子比を表わし、０．３０＜ｘ≦０．５０、１．７０≦ｙ≦２．００である。原料Ｂ粉末は、（Ｄｙ1-t Ｔｂt ）z Ｔ1-z で表される組成の粉末であり、ｔおよびｚは原子比を表わし、０≦ｔ≦０．３０、０．４０≦ｚ≦０．８０である。原料Ｃ粉末は、実質的に前述のＴから構成される。
【０００７】
下記の特許文献５には、一般式：（Ｔｂx Ｄｙ1-x )(Ｆｅy Ｃｒ1-y ) z （但し、０≦ｘ≦１．０、０．８≦ｙ≦０．９５、１．５≦ｚ≦３．０）で表される組成を有する相を主相とする磁歪合金及び／又はその前駆体からなり、酸素量が１．５ｗｔ％以下、窒素量が１．５ｗｔ％以下である主原料粉末を製造する粉末製造工程と、前記主原料粉末を用いて多結晶体を製造する焼結体製造工程と、を備えた超磁歪材料の製造方法が記載されている。
【特許文献１】米国特許第４３０８４７４号明細書
【特許文献２】米国特許第４６０９４０２号明細書
【特許文献３】米国特許第４７７０７０４号明細書
【特許文献４】特開平７−２８６２４９号公報
【特許文献５】特開２００３−１２９１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、粉末冶金法を採用した特許文献４および５に記載された方法では、緻密な焼結体が得られず、磁歪材の機械的強度（引っ張り強度や曲げ強度）の点で改善の余地がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、従来品（特許文献４および５に記載された方法で得られた磁歪材）より緻密で機械的強度の高い磁歪材を、低コストで製造できる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の「磁歪材の製造方法」は、ＲＴX （Ｒは一種類以上の希土類元素、ＴはＦｅ、Ｎｉ、およびＣｏからなる群より選択される一種類以上の元素、ＸはＲに対するＴの原子比で、１≦Ｘ≦９）で表される組成からなる合金粉末と、熱硬化性樹脂とを混合し、得られた混合物を金型に充填してプレス成形することにより前記混合物の成形体を得た後、この成形体を加熱して前記樹脂を硬化させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の方法では、プレス成形時に成形体内の空隙（複数の合金粒子で囲まれた空間）が熱硬化性樹脂で満たされ、加熱時に熱硬化性樹脂が硬化して合金粒子同士が結合される。これにより、緻密で機械的強度の高い磁歪材が得られる。また、本発明の方法では焼結を行わないため、本発明の方法によれば、粉末冶金法よりも低コストで磁歪材が製造できる。
【００１１】
本発明の方法では、ＲＴX （Ｒは一種類以上の希土類元素、ＴはＦｅ、Ｎｉ、およびＣｏからなる群より選択される一種類以上の元素、ＸはＲに対するＴの原子比で、１≦Ｘ≦９）で表される組成からなる合金粉末を用いる。
ここで、希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕを指す。これらの希土類元素のうち、Ｓｃ、Ｙ以外はランタノイドである。これらの元素のうち、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏを用いることが好ましく、Ｔｂ、Ｄｙを用いることがより好ましい。ＲとＴ以外に、Ｒと合金を形成できる遷移元素を含んでいてもよい。その遷移元素としては、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗが挙げられる。
【００１２】
Ｘは１．５以上２．５以下であることが好ましい。Ｘが２であるＲＴ2 はラーベス相金属間化合物であって、キュリー温度が高く磁歪量が大きい。１≦Ｘ≦９であるとラーベス相（ＲＴ2 ）を主相とする合金が得られる。Ｘが１未満であるとＲを主成分とする相が多くなり、Ｘが９を超えるとＲＴ3 相などのＴリッチ相が多くなるため、１≦Ｘ≦９の場合よりも磁歪量が小さくなる。
【００１３】
本発明の方法で使用する合金粉末のより好ましい組成は（ＴｂY Ｄｙ(1-Y) ）ＴX （０．２≦Ｙ≦０．５、１．５≦Ｘ≦２．５）である。Ｙが０．２未満であると、常温より低い温度域での磁歪量が低い。Ｙが０．５を超えると、常温での磁歪量が低い。さらに好ましい組成は（Ｔｂy Ｄｙ(1-y) ）ＦｅX （０．２≦Ｙ≦０．５、１．５≦Ｘ≦２．５）である。特に好ましい組成はＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 である。
【００１４】
本発明の方法で、前記混合物中の熱硬化性樹脂の含有率は、例えば１〜５質量％とし、好ましくは２〜３質量％とする。また、プレス成形時の圧力は、例えば０．５〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ2 とし、好ましくは０．８〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 とする。
本発明の方法で使用する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、およびシリコン樹脂が挙げられる。
【００１５】
本発明の方法では、Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 からなる合金粉末を使用し、前記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用することが好ましい。
本発明はまた、本発明の方法で製造され、Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 からなる合金粉末が合成樹脂により結合されていることを特徴とする磁歪材を提供する。
本発明の磁歪材において、前記合成樹脂はエポキシ樹脂であることが好ましい。
なお、本発明の方法で使用する合金粉末は、スプレー造粒法により、表面に、カップリング剤、滑剤、分散剤等が形成されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の方法によれば、緻密で機械的強度が高い磁歪材が得られるとともに、製造コストが粉末冶金法よりも低くなる。
本発明の磁歪材は、本発明の方法で製造されることにより緻密で機械的強度が高いものとなるため、機械的強度が要求されるアクチュエータ用の変位素材として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
［実施例１］
先ず、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、鉄（Ｆｅ）を、Ｔｂ：Ｄｙ：Ｆｅ＝０．３：０．７：２．０となるように秤量し、高周波溶解装置で溶解させた。これにより、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 である合金からなる塊（鋳造品）を得た。次に、この塊状の合金を不活性ガス中で粉砕して、平均粒径が３００μｍの粉末とした。この粉末にエポキシ樹脂（主剤＋硬化剤）を、全体に対する含有率が２質量％となるように添加して混合した。
【００１８】
次に、得られた混合物を金型（内寸：１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍ）に充填して、圧力１０ｔｏｎ／ｃｍ2 でプレス成形した。得られた成形体を金型から外し、大気中で１８０℃に加熱することにより、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させた。
これにより、Ｔｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 からなる合金粉末がエポキシ樹脂で結合されており、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍの角柱状となっている磁歪材が得られた。
【００１９】
得られた磁歪材をソレノイドコイル内に入れて、強度８×１０4 Ａ／ｍの磁界を作用させ、磁場方向と平行な方向での磁歪材の歪み量（磁歪量）を、レーザー変位計で測定した。また、得られた磁歪材の３点曲げ強度を「ＪＩＳ  Ｋ  ７１７１」に示す方法で測定した。その結果、磁歪量は５５０ｐｐｍであり、３点曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００２０】
［実施例２］
実施例１と同じ方法で得られた、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 の合金粉末とエポキシ樹脂との混合物を、金型（内寸：１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍ）に充填して、１５ｋＯｅの［１１１］軸に平行な磁場中で、圧力９．８Ｐａ（１×１０7 ｔｏｎ／ｃｍ2 ）、室温の条件で加圧成形した。次に、得られた成形体を金型から外し、大気中で１８０℃に加熱することにより、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させた。
これにより、結晶方位が制御され、且つＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 合金粉末がエポキシ樹脂で結合された、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍの角柱状の磁歪材が得られた。そして、この角柱状の磁歪材について、前記と同じ方法で磁歪量および３点曲げ強度を測定した。その結果、磁歪量は６００ｐｐｍであり、３点曲げ強度は９５ＭＰａであった。
【００２１】
［比較例１］
実施例１と同じ方法で得られた、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 である合金からなる塊（鋳造品）を、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍの角柱状に切り出した。そして、この角柱状の磁歪材について、前記と同じ方法で磁歪量および３点曲げ強度を測定した。その結果、磁歪量は５５４ｐｐｍであり、３点曲げ強度は４０ＭＰａであった。
【００２２】
［比較例２］
実施例１と同じ方法で得られた、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 である合金からなる塊（鋳造品）を、ブリッジマン法により［１１１］軸が配向されるように結晶成長させた後、アニールを行った。これにより、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍの角柱状で、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 であり、結晶方位が制御された磁歪材を得た。
そして、この角柱状の磁歪材について、前記と同じ方法で磁歪量および３点曲げ強度を測定した。その結果、磁歪量は６５０ｐｐｍであり、３点曲げ強度は３５ＭＰａであった。
【００２３】
［比較例３］
実施例１と同じ方法で得られた、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 の合金粉末を、実施例２と同じ方法で加圧成形した。次に、得られた形成体を金型から外し、真空度１０Ｐａ、温度１２００℃、保持時間６０分の条件で、真空焼結を行った。すなわち、従来の粉末冶金法で磁歪材を作製した。これにより、１０ｍｍ×１０ｍｍ×６０ｍｍの角柱状で、組成がＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 であり、結晶方位が制御された磁歪材を得た。
そして、この角柱状の磁歪材について、前記と同じ方法で磁歪量および３点曲げ強度を測定した。その結果、磁歪量は５８０ｐｐｍであり、３点曲げ強度は３８ＭＰａであった。
【００２４】
これらの結果から以下のことが分かる。実施例１の磁歪材は、配向処理を行わない点で共通する比較例１との比較において、同等の磁歪量と２．５倍の曲げ強度が得られた。実施例１の磁歪材は、配向処理を行った比較例２の磁歪材よりも磁歪量は小さかったが、曲げ強度は比較例２の磁歪材の３倍程度と大きかった。
また、配向処理を行った実施例２と比較例３との比較において、合金粉末をエポキシ樹脂で結合している実施例２は、合金粉末を焼結させている比較例３の２．５倍の曲げ強度が得られた。