(57)【要約】耐食性軟磁性フェライト鋼合金、同合金から作られた有用な製品及び同合金の利用方法が開示されている。この合金は、重量パーセントで、０．００５〜０．０４０のＣ、最大１．０のＭｎ、最大１．０のＳｉ、最大０．０５０のＰ、最大０．０２０のＳ、２７．０〜３０．０のＣｒ、最大０．３５のＮｉ、最大０．３５のＭｏ、最大０．３５のＣｕ，最大０．２５のＣｏ及び０．０１０〜０．０５のＮを含有している。残部は、実質上鉄と、同じ等級のフェライトステンレス鋼中に見出される通常の不純物である。本発明の他の側面に従って、上記合金から作られた、ソレノイドバルブ（１０）のような電磁駆動装置用の電磁部品も開示されている。本発明の更に別の側面に従って、上記合金から作られた可動磁心（２８）を組み込んだソレノイドバルブ（１０）も開示されている。
2004534149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％にして、実質上、
Ｃ          約０．００５〜０．０４０
Ｍｎ        最大約１．０
Ｓｉ        最大約１．０
Ｐ          最大約０．０５０
Ｓ          最大約０．０２０
Ｃｒ        約２７．０〜３０．０
Ｎｉ        最大約０．３５
Ｍｏ        最大約０．３５
Ｃｕ        最大約０．３５
Ｃｏ        最大約０．２５
Ｎ          約０．０１０〜０．０５
を含有し、残部が実質上鉄及び通常の不純物より成る耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項２】
マンガンを少なくとも約０．３０％含有している、請求項１に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項３】
ケイ素を少なくとも約０．３０％含有している、請求項１に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項４】
炭素を少なくとも約０．００８％含有している、請求項１に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項５】
炭素を約０．０３０％以下含有している、請求項１又は４に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項６】
窒素を少なくとも約０．０１５％含有している、請求項１に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項７】
窒素を約０．０３５％以下含有している、請求項１又は６に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項８】
重量％にして、実質上、
Ｃ          約０．００８〜０．０３０
Ｍｎ        約０．３０〜０．５０
Ｓｉ        約０．３０〜０．５０
Ｐ          最大約０．０２５
Ｓ          最大約０．００４
Ｃｒ        約２８．２５〜２９．００
Ｎｉ        最大約０．３５
Ｍｏ        最大約０．３５
Ｃｕ        最大約０．３５
Ｃｏ        最大約０．２５
Ｎ          約０．０１５〜０．０３５
を含有し、残部が実質上鉄及び通常の不純物である耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項９】
ニッケル，モリブデン及び銅を夫々約０．２５％以下含有している、請求項８に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項１０】
コバルトを約０．１５％以下含有している、請求項８又は９に記載の耐食性軟磁性フェライト鋼合金。
【請求項１１】
重量％にして、実質上、
Ｃ          約０．００５〜０．０４０
Ｍｎ        最大約１．０
Ｓｉ        最大約１．０
Ｐ          最大約０．０５０
Ｓ          最大約０．０２０
Ｃｒ        約２７．０〜３０．０
Ｎｉ        最大約０．３５
Ｍｏ        最大約０．３５
Ｃｕ        最大約０．３５
Ｃｏ        最大約０．２５
Ｎ          約０．０１０〜０．０５
を含有し且つ残部が実質上鉄及び通常の不純物である耐食性軟磁性合金より作られた、電磁駆動装置用電磁部品。
【請求項１２】
前記合金が、マンガンを少なくとも約０．３０％含有している、請求項１１に記載の電磁部品。
【請求項１３】
前記合金が、ケイ素を少なくとも約０．３０％含有している、請求項１１に記載の電磁部品。
【請求項１４】
前記合金が、炭素を少なくとも約０．００８％含有している、請求項１１に記載の電磁部品。
【請求項１５】
前記合金が、炭素を約０．０３０％以下含有している、請求項１１又は１４に記載の電磁部品。
【請求項１６】
前記合金が、窒素を少なくとも約０．０１５％含有している、請求項１１に記載の電磁部品。
【請求項１７】
前記合金が、窒素を約０．０３５％以下含有している、請求項１１又は１６に記載の電磁部品。
【請求項１８】
重量％にして、実質上、
Ｃ          約０．００８〜０．０３０
Ｍｎ        約０．３０〜０．５０
Ｓｉ        約０．３０〜０．５０
Ｐ          最大約０．０２５
Ｓ          最大約０．００４
Ｃｒ        約２８．２５〜２９．００
Ｎｉ        最大約０．３５
Ｍｏ        最大約０．３５
Ｃｕ        最大約０．３５
Ｃｏ        最大約０．２５
Ｎ          約０．０１５〜０．０３５
を含有し且つ残部が実質上鉄及び通常の不純物である耐食性軟磁性フェライト合金より作られた、電磁駆動装置用電磁部品。
【請求項１９】
前記合金が、ニッケル，モリブデン及び銅を夫々約０．２５％以下含有している、請求項１８に記載の電磁部品。
【請求項２０】
前記合金が、コバルトを約０．１５％以下含有している、請求項１８に記載の電磁部品。
【請求項２１】
交点で連通するように形成された第一チャネルと第二チャネルとを有するハウジングと、
前記第二チャネルの一部を実質的に取り囲むように前記ハウジング内に配置された電磁コイルと、
前記電磁コイルに近接して前記第二チャネル内に配置され、前記第一チャネルと第二チャネルとの前記交点内に入り込むようになっている端部を有する磁心と、
前記電磁コイルに電流を流すための手段とを有し、
前記第一チャネルが入口と出口とを備えて、流体を誘導するようになっており、
重量％にして、
Ｃ          約０．００５〜０．０４０
Ｍｎ        最大約１．０
Ｓｉ        最大約１．０
Ｐ          最大約０．０５０
Ｓ          最大約０．０２０
Ｃｒ        約２７．０〜３０．０
Ｎｉ        最大約０．３５
Ｍｏ        最大約０．３５
Ｃｕ        最大約０．３５
Ｃｏ        最大約０．２５
Ｎ          約０．０１０〜０．０５
を含有し且つ残部が実質上鉄と通常の不純物である耐食性軟磁性合金から前記磁心が作られていることを特徴とするソレノイドバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性磁性合金に係り、特に、耐食性と磁気特性とを兼ね備えたユニークな特性を有する合金と電磁駆動装置用の電磁部品にそのような合金を使用することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドバルブやリレーのような電磁駆動装置は、工業用及び科学用システムの作動をコントロールするために工業用及び科学用システム中に用いられている。特に、ソレノイドバルブは、化学処理において流体の流れをコントロールするために用いられている。そのような装置は、電磁コイルと、可動磁心又はプランジャーとを有している。典型的な構成においては、そのコイルは、コイルが電流で機能する時に、コイルの内部に磁場が発生するようにプランジャーを取り囲んでいる。そのプランジャーは、軟磁性鋼で構成されている。その装置を通常開成或いは閉成させるように、スプリングがプランジャーを第一の位置に定置させている。コイルが機能した時に、その装置が通常開成している場合には、発生した磁場によってプランジャーが第二の位置に移動して装置を閉成し、又は、その装置が通常閉成している場合には、発生した磁場によってプランジャーが第二の位置に移動して装置を開成させるようになっている。そのプランジャーを形成するために用いられる材料は、良好な磁気特性、主に、低い保磁力及び高い飽和誘導を有することが好ましい。
【０００３】
プランジャーは、度々、局所的な環境と直接接触し、ソレノイドバルブの場合には、コントロールされている流体と直接接触する。多くのそのような環境や流体は、腐食作用を有し、プランジャーを腐食させ、それによって装置を故障させたり或いはバルブの漏れを生じさせ又はバルブを作動不能にさせたりするので、プランジャーは良好な耐食性を有する材料にて形成するのが好ましい。
【０００４】
ソレノイドバルブ用の部品に用いるのに適している耐食性磁性合金は既に知られている。その公知合金の内の二つのものの重量パーセント組成を下掲する。
2004534149.tif 000003
これら各合金の残部は、鉄と通常の不純物である。
【０００５】
合金Ａ及びＢは、好ましい磁気特性、特に、高い透磁率，低い保磁力及び低い残留磁束密度とを有する。同様に、これらの合金は、多くのタイプのソレノイドバルブにとって良好な耐食性を発揮する。従って、これらの合金はソレノイドバルブ業界において広く用いられている。然しながら、合金Ａ及びＢの磁気特性と少なくとも同じ程度の良好な磁気特性を有すると共に、合金Ａ及びＢが発揮することができる耐食性よりも高い耐食性を有する合金の必要性が生じている。同様に、より良好な耐食性の要請は、冶金技術上きれいな軟磁性材料の必要性と関連する。この必要性は、特に、高度の清潔さが支配的に要請されている半導体産業において持ち上がっている。
【０００６】
その他の公知の合金Ｃは、次のような公称重量パーセント組成を有している。
2004534149.tif 000004
この合金の残部は、鉄と通常の不純物である。合金Ｃは、制御された熱膨張特性を有するものとして知られている。従って、それは、電子真空管や白熱及び蛍光ランプにおけるガラスと金属とのシールのためにほぼ独占的に用いられている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の一側面に依れば、下記の広範な範囲及び好適な範囲の重量パーセント組成を有する耐食性軟磁性フェライト鋼合金が得られる。
2004534149.tif 000005
各組成の残部は、実質上、鉄と、同様な等級のフェライトステンレス鋼中で見出される通常の不純物である。本明細書を通して、特に言及していない限り、用語「パーセント」又は記号「％」は、重量％を意味するものとする。
【０００８】
上掲表は、便宜上要約したものであって、互いに組み合わせて用いる場合の本発明に係る合金の各元素の範囲の下限値及び上限値を制限したり、または、互いに組み合わせてのみ用いる場合における元素の範囲を制限するものではない。従って、或る元素の広範な範囲の１つ又はそれ以上を採用しながら、残りの元素を好適な範囲の１つ又はそれ以上を採用することができる。更に、或る元素の上限又は下限の一方を好適な範囲から採用しながら、広範な範囲からその元素の下限又は上限の他方を採用することもできる。
【０００９】
本発明の別の側面に依れば、電磁駆動装置用の電磁部品が得られる。この電磁部品は、上述した広範な範囲及び好ましい範囲の重量パーセント組成を有する耐食性磁性合金から作られている。
【００１０】
本発明の更に別の側面に依れば、交点で連通するよう形成された第一チャネルと第二チャネルとを有するハウジングを備えたソレノイドバルブが得られる。第一チャネルは、入口と出口とを有し、ガス又は液体の如き流体を誘導するように構成されている。第二チャネルの少なくとも一部を実質的に取り囲むように電磁コイルがハウジング内に配置されている。磁心は、電磁コイルと、第一チャネルと第二チャネルとの交点との間で第二チャネル内に配置されていて、その磁心が第二チャネル内で偏位された時に、磁心の一部が第一チャネル内に入り込んで第一チャネルを閉成する。電磁コイルは電磁コイルを作動させるための電源と接続されている。
【００１１】
（詳細な説明）
本発明に依る合金は、公知の耐食性軟磁性合金と比較して向上した耐食性を発揮するために、少なくとも約２７．０％、好ましくは少なくとも２８．０％のクロムを含有している。同様に、クロムは、フェライトを安定化させ、それ故、磁気特性に悪影響を及ぼすマルテンサイトの生成を防止するのに役立つ。クロムが多過ぎると、磁気飽和誘導特性に悪影響を及ぼす。従って、本合金は、約３０．０％以下、より好ましくは約２９．０％以下のクロムを含有している。
【００１２】
合金の加工性、特に、鍛造中の加工性に利するために、本合金は、少量で有効量の炭素を含有している。その目的のために、本合金は、好ましくは少なくとも約０．００５％、より好ましくは少なくとも約０．００８％の炭素を含有している。過剰の炭素は、磁気特性を最大にするべく合金を熱処理した時に、クロムのような元素と化合して、結晶粒成長を制限する炭化物を生成させるので、炭素が多過ぎると、本合金の磁気特性に悪影響を及ぼす。従って、本合金は、約０．０４０％以下、好ましくは約０．０３０％以下の炭素を含有している。
【００１３】
本合金の加工性に利するために、本合金には、少量で有効量の窒素が存在している。好ましくは、本合金は少なくとも約０．０１０％、より好ましくは少なくとも約０．０１５％の窒素を含有している。窒素が多過ぎると、炭素に関して上述したのと同様に、合金によって発揮される磁気特性に悪影響を及ぼす。従って、本合金は、約０．０５％以下、好ましくは約０．０３５％以下の窒素を含有している。
【００１４】
本発明に依る合金は、合金の熱間加工性に利するために、約１．０％までのマンガン、好ましくは少なくとも約０．３％のマンガンを含有している。マンガンが多過ぎると、みがきをかけた後の合金の表面特性を低下させる望ましくない非常に多くの異物を生成させることとなる。従って、本合金は、好ましくは約０．５０％以下のマンガンを含有している。
【００１５】
溶融中に本発明の合金を脱酸するためにケイ素が用いられている。同様に、ケイ素は、合金の抵抗性に利する。従って、本発明に依る合金は、約１．０％までのケイ素、好ましくは少なくとも約０．３０％のケイ素を含有している。ケイ素が多過ぎると、他の元素と化合してケイ酸塩を生成させることにより、合金の加工性及び清浄度に悪影響を及ぼす。従って、本合金は、好ましくは約０．５０％以下のケイ素を含有している。
【００１６】
本発明の合金には、この合金の磁気特性，耐食性又は加工性に悪影響を及ぼさない量のニッケル，モリブデン，銅及びコバルトの一つ又はそれ以上の元素を含有させてもよい。これに関連して、本合金には、約０．３５％まで、好ましくは約０．２５％以下のニッケル，モリブデン及び（又は）銅を含有させることができる。同様に、本合金には、約０．２５％まで、好ましくは約０．１５％以下のコバルトを含有させることができる。
【００１７】
本合金の残部は、通常の不純物を除いては鉄である。そのような不純物の中には、燐と硫黄がある。燐は、約０．０５０％以下、好ましくは約０．０２５％以下に制限される。硫黄は、約０．０２０％以下、好ましくは約０．００４％以下に制限される。
【００１８】
本発明に依る合金は、好ましくは真空誘導溶解される。本合金は約１０３８℃の温度から好ましくは熱間加工して、扁平な又は丸状のバーの如き中間形態のものにする。その中間形態のものを次に焼なましし、冷却仕上げを施す。焼なましは約８２０℃で約１時間実施し、その後に水による焼入れのような迅速な冷却を行う。冷却仕上げとしては、バー形態のものを伸ばしたり、研磨したりする処理を含んでいる。
【００１９】
茲で、図１を参照すると、本発明の別の側面に依るソレノイドバルブが図示されている。そのソレノイドバルブ１０は、非磁性材料から作られた本体、即ち、ハウジング１２を有している。ハウジング１２は、軸線方向のチャネル１４と、横方向のチャネル１６とを有している。チャネル１４，１６は横断面円形であるのが好ましいが、必要ならば、他の横断面形状を有していてもよい。軸線方向のチャネル１４と横方向のチャネル１６とは、交点１８において連通している。横方向のチャネル１６は、入口１７と出口１９とを有し、これら入口及び出口は夫々、液状化学薬品やガスのような処理流体を誘導するための外部パイプ又はチューブ（図示せず）に接続されるようになっている。
【００２０】
軸線方向のチャネル１４は、交点１８と反対側に位置しているヘッド端部２０を有している。電磁コイル２２が軸線方向のチャネル１４のヘッド端部２０を取り囲んでいる。電磁コイル２２は電気リード２４ａ，２４ｂを有し、これら電気リード２４ａ，２４ｂは、電磁コイル２２に電流を流すための電源（図示せず）に接続されていて、それにより電磁コイルは作動するようになっている。固定磁心２６がヘッド端部２０の所で軸線方向のチャネル１４内に配置されている。可動磁心２８が、可動磁心２６と交点１８との間の軸線方向チャネル１４内にスライド自在に配置されている。可動磁心２８は円柱状であるのが好ましいが、必要に応じて他の断面形状のものであってもよい。可動磁心２８は、それの固定磁心２６寄りの端部と反対側の端部を有し、その反対側の端部は、流体の流れをコントロールするべく横方向のチャネル１６を閉成するために交点１８内に入り込むようになっている。図示具体例においては、可動磁心２８はテーパの付いた端部２９を有している。然し、その端部２９は、必要に応じて、他の形状にしてもよいと考えられる。可動磁心２８を（実線で示されている）通常の開成位置又は（破線で示されている）通常の閉成位置とのいずれか一方に付勢するためのバイアススプリング（図示せず）が用いられている。
【００２１】
固定磁心２６と可動磁心２８は軟磁性鋼合金から作られている。好ましくは、可動磁心２８は、上述した耐食性軟磁性フェライト鋼合金から作られている。可動磁心２８は金属に腐食作用を及ぼす液体やガスと接触するので、耐食性を有することが必要である。上述した耐食性軟磁性フェライト鋼合金は、磁気特性と向上した耐食性とを兼ね備えたユニークな特性を発揮するので、ソレノイドバルブに利用するのに極めて適している。より詳述すると、この合金は、約１．２６エルステッド（Ｏｅ）の保磁力（Hｃ）と、約１３．２キロガウス以上の飽和磁気誘導（Ｂｓａｔ）と、約１６２４の最大透磁率（μ）と、約５．２０キロガウスの残留磁束密度（Ｂｒ）とを有することが実証されている。これらの値は、上述した合金Ａ及びＢの対応の磁気特性と比較して非常に勝っている。更に、本発明に依るソレノイドバルブに用いられている合金は、典型的な様々な腐食媒体中で優れた耐食性を有している。特に、本発明に依る合金は、上述した合金Ａ及びＢの双方よりも、孔食に対する著しく良好な耐性を有するものであることが実証されている。
【００２２】
本発明の具体例を磁心やそのような磁心を組み込んだソレノイドバルブに関連して説明した。然し、本発明に依る合金は、腐食性環境において使用される、例えば、電磁リレーのような電磁駆動装置の電磁部品に用いることも考えられる。
【００２３】
本明細書中で使用した用語及び表現は、単に説明のために便宜上用いたに過ぎないものであって、本発明の内容を何ら制限するものではない。そのような用語及び表現を用いたからといって、そのことにより、上述した本発明の特徴と均等なもの又はその一部を排除することを意図するものではない。然しながら、権利が請求されている本発明の範囲内で種々変更を加えることが可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】
本発明に依るソレノイドバルブの概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０          ソレノイドバルブ
１２          ハウジング
１４          軸線方向のチャネル
１６          横方向のチャネル
１８          交点
２２          電磁コイル
２８          可動磁心
【国際公開パンフレット】
2004534149.tif 000006
2004534149.tif 000007
2004534149.tif 000008
2004534149.tif 000009
2004534149.tif 000010
2004534149.tif 000011
2004534149.tif 000012
2004534149.tif 000013
2004534149.tif 000014
2004534149.tif 000015
2004534149.tif 000016
2004534149.tif 000017
2004534149.tif 000018
2004534149.tif 000019
2004534149.tif 000020
【国際調査報告】
2004534149.tif 000021
2004534149.tif 000022