(57)【要約】【課題】  高い飽和磁束密度と透磁率を有する軟磁性金属ガラス材を使用した軟磁性ヨーク材とそれを用いた電磁アクチュエータを提供すること。【解決手段】  軟磁性ヨークは、合金組成式が（Ｆｅ１−ａ−ｂＮｉａＣｏｂ）１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍ１−ｐＭ’ｐ）ｘＴｙＢｚ（但し、０≦ａ≦０．３０、０≦ｂ≦０．５０、０≦ａ＋ｂ≦０．５０、０≦ｐ≦０．５０、１原子％≦ｘ≦５原子％、１原子％≦ｙ≦１２原子％、１２原子％≦ｚ≦２５原子％とし、且つ２２≦（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦３２、ＭをＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選ばれた１種以上とし、Ｍ’をＺｎ，Ｓｎから選ばれた１種以上とし、ＴをＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｐから選ばれた１種以上とする）で表わされると共に、飽和磁束密度が１．２Ｔ以上であり、且つ比抵抗が１００μΩｃｍ以上の軟磁性金属ガラス板材を用いてなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金組成式が（Ｆｅ１−ａ−ｂＮｉａＣｏｂ）１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍ１−ｐＭ’ｐ）ｘＴｙＢｚ（但し、０≦ａ≦０．３０、０≦ｂ≦０．５０、０≦ａ＋ｂ≦０．５０、０≦ｐ≦０．５０、１原子％≦ｘ≦５原子％、１原子％≦ｙ≦１２原子％、１２原子％≦ｚ≦２５原子％とし、且つ２２≦（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦３２、ＭをＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選ばれた１種以上とし、Ｍ’をＺｎ，Ｓｎから選ばれた１種以上とし、ＴをＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｐから選ばれた１種以上とする）で表わされると共に、飽和磁束密度が１．２Ｔ以上であり、且つ比抵抗が１００μΩｃｍ以上の軟磁性金属ガラス板材を用いてなる事を特徴とする軟磁性ヨーク。
【請求項２】
請求項１記載の軟磁性ヨークにおいて、前記軟磁性金属ガラス板材は、最も厚い部分の板肉厚が少なくとも０．５ｍｍ以上であることを特徴とする軟磁性ヨーク。
【請求項３】
請求項１又は２記載の軟磁性ヨークを用いてなる事を特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項４】
合金組成式が（Ｆｅ１−ａ−ｂＮｉａＣｏｂ）１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍ１−ｐＭ’ｐ）ｘＴｙＢｚ（但し、０≦ａ≦０．３０、０≦ｂ≦０．５０、０≦ａ＋ｂ≦０．５０、０≦ｐ≦０．５０、１原子％≦ｘ≦５原子％、１原子％≦ｙ≦１２原子％、１２原子％≦ｚ≦２５原子％とし、且つ２２≦（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦３２、ＭをＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選ばれた１種以上とし、Ｍ’をＺｎ，Ｓｎから選ばれた１種以上とし、ＴをＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｐから選ばれた１種以上とする）で表わされる組成を有する部分を少なくとも一部に含むことを特徴とする金属ガラス部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性金属ガラス板材を用いた軟磁性ヨークおよびそれを用いた小型高精度の計測機器や位置決めステージに搭載可能な電磁アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイスコイルムービングリニアアクチュエータ（以下、ＶＣＭと略記する）は、電磁スピーカーの駆動部と同様の構造を有するリニア電磁アクチュエータである。リニア電磁アクチュエータは、磁場中を流れる電流が磁場から受けるローレンツ力を駆動力源とし、その力によりコイルないし永久磁石の稼動部が運動するものである。
【０００３】
現行のＶＣＭは、推進力を大きく確保するために大型のヨークと永久磁石、そして軽量化されたコイルから構成されており、コイルヘの通電量を大きくすることで大推力を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、家電製品や電子部品の小型化、また、年々進む半導体の微細技術などナノレベルの測定、制御が必要となってきており、ＶＣＭもまた小型化、高速化、高精度化が必要となってきている。これらＶＣＭの特性向上には大きな推力が必須であり、その推力はコイルに流れる通電電流（Ｉ）と永久磁石とヨークとの隙間にあるギャップ磁束密度（Ｂｇ）の積に比例する。ギャップ磁束密度はＶＣＭの磁気回路中の磁気抵抗に関与しており、ギャップ磁束密度を向上させるには磁気抵抗を下げる必要がある。また透磁率（μ）は磁束の通りやすさを示しており、透磁率を上げることにより磁気抵抗を下げることが可能となる。これら磁気回路には軟磁性ヨークが大半を占有しており、軟磁性ヨークの透磁率の向上がＶＣＭの特性向上には必要となっている。また飽和磁束密度（Ｂｓ）も推進力向上には必須の磁気特性であり、高いほうが望ましい。
【０００５】
従来の軟磁性ヨーク材料として、電磁軟鉄、珪素鋼、パーマロイなどが用いられてきた。
【０００６】
しかしながら、電磁軟鉄や珪素鋼は、飽和磁束密度が高い反面、透磁率が低く、損失が大きい欠点を特っており、また珪素鋼は、渦電流損失を抑えるため一般に２００μｍ程度の厚みである。一方、パーマロイは、高透磁率組成では飽和磁束密度が非常に低くなってしまう欠点がある。
【０００７】
また、その他軟磁性材料としてフェライトやセンダスト、アモルファス薄帯などが挙げられるが、フェライトは高周波特性に優れているものの飽和磁束密度や透磁率は低く、センダストはＢｓが低く、また成型するのが困難である。
【０００８】
アモルファス薄帯は透磁率も高く、損失も低いことから有望な材料ではあるが、わずか数１０μｍの厚みの薄帯しか得ることはできず、軟磁性ヨーク材として実用性は低い。従って、アモルファスと同様な特性を有し、積層可能な軟磁性材料が軟磁性ヨーク材として望まれていた。
【０００９】
ところで、高い飽和磁束密度と透磁率を有するＦｅ基アモルファス材料をバルク化する方法として、Ｂ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐなどのメタロイド元素やＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆなどの重金属を多量に添加する金属ガラス組成が知られている。
【００１０】
しかし、バルク化出来る反面、Ｂｓも劣化する事が知られている。
【００１１】
しかし最近、非特許文献１に高い飽和磁束密度を有しながら、径１．５ｍｍφの金属ガラスの棒材が作製できることが示された。
【００１２】
【非特許文献１】Ｍａｔ．Ｔｒａｎｓ．４３（２００２）ｐ７６６−７６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の技術的課題は、高い飽和磁束密度と透磁率を有する軟磁性金属ガラス材を使用した軟磁性ヨーク材とそれを用いた電磁アクチュエータを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、各種の金属ガラス組成で板材を作製し、軟磁性ヨーク材を提供するために、種々の合金組成を検討した結果、下記の組成式で表される金属ガラスであれば、飽和磁束密度が１．２Ｔ以上の軟磁性ヨーク材が提供出来る事を見出した。また、この時の板材の厚みは最低でも０．５ｍｍ以上で有り、これを積層すれば軟磁性ヨーク材料として従来よりも安価に軟磁性ヨークを提供する事が出来ることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【００１５】
本発明によれば、合金組成式が（Ｆｅ１−ａ−ｂＮｉａＣｏｂ）１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍ１−ｐＭ’ｐ）ｘＴｙＢｚ（但し、０≦ａ≦０．３０、０≦ｂ≦０．５０、０≦ａ＋ｂ≦０．５０、０≦ｐ≦０．５０、１原子％≦ｘ≦５原子％、１原子％≦ｙ≦１２原子％、１２原子％≦ｚ≦２５原子％とし、且つ２２≦（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦３２、ＭをＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選ばれた１種以上とし、Ｍ’をＺｎ，Ｓｎから選ばれた１種以上とし、ＴをＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｐから選ばれた１種以上とする）で表わされる組成を有する部分を少なくとも一部に含むことを特徴とする金属ガラス部材が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、合金組成式が（Ｆｅ１−ａ−ｂＮｉａＣｏｂ）１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍ１−ｐＭ’ｐ）ｘＴｙＢｚ（但し、０≦ａ≦０．３０、０≦ｂ≦０．５０、０≦ａ＋ｂ≦０．５０、０≦ｐ≦０．５０、１原子％≦ｘ≦５原子％、１原子％≦ｙ≦１２原子％、１２原子％≦ｚ≦２５原子％とし、且つ２２≦（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦３２、ＭをＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選ばれた１種以上とし、Ｍ’をＺｎ，Ｓｎから選ばれた１種以上とし、ＴをＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｐから選ばれた１種以上とする）で表わされると共に、飽和磁束密度が１．２Ｔ以上であり、且つ比抵抗が１００μΩｃｍ以上の軟磁性金属ガラス板材を用いてなる事を特徴とする軟磁性ヨークが得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記軟磁性ヨークにおいて、前記軟磁性金属ガラス板材は、最も厚い部分の板肉厚が少なくとも０．５ｍｍ以上であることを特徴とする軟磁性ヨークが得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記いずれかの軟磁性ヨークを用いてなる事を特徴とする電磁アクチュエータが得られる。ここで、本発明においては、電磁アクチュエータにおいて、軟磁性ヨークを用いているものであるならば、その形状や駆動方式に限定されないのは、勿論である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の金属ガラス組成により大形状の金属ガラスの作製が可能となり、かつ磁気特性の優れた軟磁性金属ガラスヨーク材として提供可能となる。また、その
ヨークを用いることにより高推進力の電磁アクチュエータが作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態による軟磁性ヨークを用いた電磁アクチュエータを示す断面図である。図１に示すように、電磁アクチュエータ１０１は、断面Ｅ字形状の坪形ヨーク１と、坪形ヨーク1の内周面１ｂに、外周面２ａが張り合わされた円筒形磁石２とを備えている。坪形ヨーク１の内部の円柱状の中央磁脚１ａには、この中央磁脚１ａの外周面１ｃとの間に隙間を有するように、開口部３ａ側から装着された底を備えたカップ状の可動部のボビン３が設けられている。ボビン３の外周面３ｂ上で、永久磁石２の内周面よりも中心側には、導線が巻回されてコイル４を形成している。
【００２２】
この坪形ヨーク１等の本発明の軟磁性ヨークには、合金組成式が（Ｆｅ１−ａ−ｂＮｉａＣｏｂ）１００−ｘ−ｙ−ｚ（Ｍ１−ｐＭ’ｐ）ｘＴｙＢｚ（但し、０≦ａ≦０．３０、０≦ｂ≦０．５０、０≦ａ十ｂ≦０．５０、０≦ｐ≦０．５０、１原子％≦ｘ≦５原子％、１原子％≦ｙ≦１２原子％、１２原子％≦ｚ≦２５原子％とし、且つ２２≦（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦３２、ＭをＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選ばれた１種以上とし、Ｍ’をＺｎ，Ｓｎから選ばれた１種以上とし、ＴをＡ１，Ｓｉ，Ｃ，Ｐから選ばれた１種以上とする）で表される合金が用いられている。
【００２３】
ここで、本発明の合金組成式において、主成分であるＦｅは磁性を担う元素であり、高い飽和磁束密度を得るために必須である。このＦｅの１部は各々、又は合計で０〜０．５の範囲でＮｉ，Ｃｏと置換することも可能であり、金属ガラス形成能を向上させる効果がある。
【００２４】
特に、Ｃｏは、同時に飽和磁束密度も改善する効果が期待される。これらＦｅ及びその置換元素の総量は、合金全体の６８原子％以上７８％以下であることが好ましい。その理由は、Ｃｏ量が６８原子％以上でないと磁心の飽和磁束密度が低過ぎて有用性が失われ、７８原子％以上であると結晶化するため磁心の透磁率とコアロスが低下するからである。
【００２５】
次に、上記合金組成式中のＭ元素は、ガラス形成能を向上させるために必要な元素であり、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｗから選択される１種以上の元素であり、Ｍ元素の含有量は１原子％以上５原子％以下であることが好ましい。その理由は、１原子％未満だとガラス形成能が落ちて透磁率とコアロスが著しく劣化し、５原子％を超えると飽和磁束密度が低下し、有用性が失われるためである。ここで、Ｍ元素の０〜０．５の割合をＺｎ，Ｓｎで置換する事によって、ガラス形成能を劣化させずに飽和磁束密度を改善する事が出来る。
【００２６】
また、ＳｉおよびＢは、金属ガラス粉末を作製するために必須の元素であり、Ｓｉは１原子％以上１２原子％以下、Ｂは１２原子％以上２５原子％以下であることが好ましい。その理由は、Ｓｉが１原子％未満または１２原子％を超える場合、もしくはＢが１２原子％未満または２５原子％を超えると、ガラス形成能が落ちて安定した金属ガラス板材が作製不能になるからである。
【００２７】
また、従来材より軟磁気特性が格段に高い、本発明のＦｅ基金属ガラス軟磁性ヨークを用いることにより、小型でありながら十分な推力を得ることができ、高速、高精度である電磁アクチュエータが提供できる。
【００２８】
ここで、本発明において「金属ガラス」とは、製品断面を通常のＸ線回折法により測定を行うことにより、Ｘ線回折プロファイルを得たときにブロードなピークのみになる状態である。ブロードなピーク以外の鋭いピークが存在する場合を「金属ガラスと結晶相との混相」と判断し、ブロードなピークが存在しない場合を「結晶相」と判断した。
【００２９】
次に、本発明の具体例について説明する。
【００３０】
（本発明例１〜１２および比較例１〜４）
本発明材として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、ＮｂおよびＮｂの置換元素の純金属材料をそれぞれ下記表１の組成になるように、高周波誘導加熱装置を用いて母合金を作製した。次に、その母合金を用い、金型鋳造法にて２０×２０×１．０ｍｍの板材を作製した。
【００３１】
板材のガラス化の確認は、１ｍｍ角の試料片をＸ線回折法で測定し評価した。このときのＸ線回折法による測定においては、自動Ｘ線回折装置（理学電機製：ＲＩＮＴ２０００）を用いＣｕＫα、５０ｋＶ、３０ｍＡ、２°／ｍｉｎ、４回積算測定の条件で詳細に測定を行った。測定して得られたＸＲＤパターンにおいて、ガラス相特有のブロードなピークしか検出されないものをガラス相、また結晶に起因する鋭いピークがブロードなピークとともに観察されたものを（ガラス＋結晶）相とし、ブロードなピークが見られず鋭いピークのみの場合を結晶相と判断した。
【００３２】
また、飽和磁束密度（Ｂｓ）と透磁率（μ）は、得られた板材を内径８ｍｍφ、外径１３ｍｍφのリング形状に加工後、５００℃で、０．５時間熱処理し、直流Ｂ−Ｈアナライザにより測定した。その結果を下記表１に示す。但し、結晶化したものは測定出来なかった。なお、板材の比抵抗は４端子法で測定したが、全ての試料について１００μΩｃｍ以上の値を示す事を確認した。なおガラス相が得られた組成についてはＤＳＣにて熱分析を行い、ガラス遷移温度および結晶化温度の測定を行い、全ての試料について△Ｔｘは３０Ｋ以上である事を確認した。
【００３３】
【表１】
2005325429.tif 000003
【００３４】
なお、表１において、ＤＳＣの昇温速度は４０Ｋ／ｍｉｎである。
【００３５】
本発明例１〜４と比較例１〜２より、Ｎｂ量が１％では高透磁率が得られるガラス相が形成出来ないが、２％以上ではガラス相が形成出来る事が分かる。また、ＮｂをＺｎで置換する事によって飽和磁束密度が向上するが、その置換の割合が０．５を超えるとガラス相が形成出来なくなる事が分かる。また、ＺｎとＮｂの合計添加量については、本発明の例５〜６と比較例３〜４より、５％以下が適当である事が分かる。
【００３６】
本発明例７より、Ｚｎの代わりにＳｎを添加しても同様の効果が得られる事が分かる。
【００３７】
本発明例８〜１０より、Ｆｅの一部をＮｉ，Ｃｏで置換しても、同様の効果が得られる事が分かるし、複合添加しても良い事が分かる。また、本発明例１１〜１２に示す通り、Ｎｂの代わりにＴａ，Ｍｏを使用しても同様の効果が得られる事が分かる。
【００３８】
（本発明例１３、１４および比較例５、６）
以下の本発明例及び比較例をヨークとして用いＶＣＭを組立て、推進力をフォースゲージにて測定をした。ＶＣＭの構造は、図１に示す構成で、具体的には、以下のとおりにした。永久磁石２として、Ｓｒフェイライト磁石を用い、コイル４のコイルターン数を１４７ターンとし、コイル４への通電量を１Ａとした。下記表２に比較例５、６である従来品の電磁軟鉄、パーマロイおよび本発明例１３、１４には、（Ｆｅ０．８Ｃｏ０．２）７３Ｓｉ７Ｂ１７Ｎｂ２Ｚｎ１、及びＦｅ７３Ｓｉ７Ｂｉ１７Ｎｂ２Ｚｎ１で作製した金属ガラス単相のヨークを夫々用いたときのＶＣＭのそれぞれの推進力を示す。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
上記表２から、本発明例１３、１４を用いることにより、格段に優れた推進力を得ることが出来ることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る軟磁性ヨーク及びそれを用いた電磁アクチュエータは、小型高精度の計測機器等や位置決めステージに搭載して適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態による軟磁性ヨークを用いたＶＣＭの形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    軟磁性（坪形）ヨーク
２    永久磁石
３    ボビン
４    コイル
１０１    電磁アクチュエータ（ＶＣＭ）
【図１】
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