財団法人金属系材料研究開発センター
VOL.3 N昭和60年2月に光ファイバの日本縦貫ルートが完成し、波長1.3μm帯を用いた、400Mb／Sの光通信方式の実用化が達成された。光エレクトロニクス技術発展の牽引車的役目を果たした光ファイバ通信技術の発展は、半導体レーザの室温連続発振とその長寿命化の達成及び石英ガラスの超高純度化による光ファイバの低損失化の達成という材料（部品）技術上の２つの大きなプレークスルーに負っていると言えよう。光応用技術は、光の超高周波性、波長の多様性、あるいはレーザ光の可干渉性等を考えると、光利用のほんの入口にさしかかったところであると言えよう、より光の特長を多様に活かした光応用技術の将来の発展と実用化が大いに期待されているところである。そのためには、新材料あるいは新しい部品が建を握っていると言っても過言ではなかろう。その早期開発への取り組みが望まれるところであり、また、現在、種々の組織的な取り組みが行われている理由である。新しい波長領域の開拓については、特に短波長領域の光源に対する期待が大きい青色発光材料、波長変換用非線形材料の高性能化が勢力的に進められている。青色発光では、pn接合形成による高効率発光の期待できるZnSe等ローVI族、GaN等ワイドギャップ化合物半導体の伝導形制御、結晶の高品質化等かなり難しい技術的課題をかかえているものの、徐々に見通しが拓けつつあると言えよう。光ファイド材料について言えば、石英系に比べ極低損失達成の可能性をもつフッ化物系がラスフェイベ材料の研究も行われている。アッ化物がラスファイドは石英系がラスファイバに比べ、さらに桁違いの超高純度化技術に加え、材料安定化技術の開発等課題は多いが、光通信における新しい波長領域の開拓とともに長距離無中継を実現する技術の１つとして実現が望まれている。これに付随して、日本電信電話株式会社　光エレクトロニクス研究所...所長年2.5μm領域の光源、光検出用材料も将来問題になるであろう。将来の光エレクトロニクス用材料として、有機化合物にも大きな注目が集められている。例えば、プラスチック光ファイバ、プラスチック光受動回路等受動部品用材料として開発が進められてきたが、分板処理をした高分子材料による電気光学的変調器の形成、有機非線形材料あるいはPHB等有機物質と光との相互作用を積極的に利用しようとするものへも研究が展開してきている。効率、安定性等いまだ材料的に解決しなければならないことは山積しているけれども、有機物の光非線形( 3次)の高速性あるいはPHBの超多重メモリ性等将来の材料の展開によっては波長変換、光スイッチング、光メモリ等の新しい光応用技術に大きな進歩をもたらす大きな可能性が秘められていると言えよう。光部品の機能の高度化はますます進展し、特に高速化、多機能化にむけては光デバイスと電子デバイスの集積化が不可欠となる。技術的に確立しているSiをベースとした電子集積回路技術を将来の光電子集積回路に有効に持ち込むためにも、III一V化合物半導体をベースとする光茶子との融合技術の創出が必須であろう。 Sił盤上へのIII一V化合物半導体膜のヘテロエビ成長技術等がこの基盤技術として期待される。併せて、有機金属化合物を用いた化合物半導体膜成長法(MOCVD)等を含め新しい薄膜成長技術、材料加工技術、等の進展により開発の一層の加速がなされるであろう。以上、光エレクトロニクス応用技術は、単に光ファイバ通信技術にとどまらず多様な発展のポテンシャルをもっており、また、それに大きな期待がかけられている。それには、その基盤となる材料部分のプレークスルーがキーとなると考えられる。長期的展望に立って材料の探索を進め、新材料の創出につなげて行くことが大切である。 The Japan Research and Development Center for Metals JRCM NEWS／第26号(Vol.3 No.9)
財団法人金属系材料研究開発センター広報委員会風本 深財団法人金属系材料研究開発センター 〒105東京都港区西新橋1-7-2虎ノ門高木ビル2Ｆ (03)592-1282(代)／ＦＡＸ(03)592-1285本書の内容を短解で授写授製報献することを禁じます

超磁歪材料とその応用
金子秀夫
東海大学工学部金属工学科教授
本稿は、去る10月４日以に開催された調査委員|会・金属間化合物部会・第４回機能材ＷＧでの議演を契約、再執筆していただいたものです。........
1.
磁性体を磁化した場合、その寸法が変化する現象を磁歪という。長されの磁性体に磁場Ｈを加え、 Hを次第に大にすると、長されの変化へは次第に大になるが、ある日の値で飽和に達する。このときの^^を、磁歪定数入と定める。従来の磁性体では、入の値は10~5~10~程度で、ほぼ熱膨張係数程度に小であった。ところが最近になって、磁歪定数が従来の数千倍も大きい磁性体が見いだされ、これを超磁歪材料と言うようになった。このような巨大な磁歪は、あとで述べるような種々新しい応用を創り出し、新茶材の１つとして注目されている。これら超磁歪材料はレアーアースを主体とする合金であり、レアメタルの新用途としても有堂視されている。
2 超磁歪材料発展の経過
超磁歪材料の解説に入る前に、まず従来の磁歪材料の概要を述べ、水いで現在の超磁歪材料の開発された経過に次いて説明しよう。磁歪現象が見いだされたのは1940年代であって、当時の材料としてはNi、Co等の単体金属であった。これらの磁歪定数は40×10~6程度と小であった。
Fe-Al合金が開発され、1960年代にはフェライトが用いられたが、破歪定数の値から見れば著しい進歩はな次いで1950年代にかった。参考のため、これら旧磁歪材料の性能を示せば表１のとおりである。 1960年代になると、Tb、Dy等希工類金属の研究が盛んとなり、これらは極低温において巨大な磁歪を示すことがわかってきた。しかしこれらの超破歪は極低温のみで起こるので、応用につながらずあまり世間の注目を浴びなかった。ところが、 1970年代になると、これら超磁歪を室温で発生させるための材料研究が始まり、1980年代になって、布土類とFeとの金属間化合物において成功を納めた。これが超磁歪材料が注目されるようになったきっかけである。
3 超磁歪金属間化合物
以上の経過をたどって、現在ではRFezを主体とするラーバス相金属間化合物が超磁歪材料として優れた性能を示すことが明らかになってきた。種々の希土類金属間化合物の磁歪定数を表2に示すが、これよりTb系、Sm系等が優れていることがわかる。若干のRFe:の磁歪特性を示せば図１のとおりで、この図からもTb系、Sm系が優れている。ただしTb系とSm系は方向が逆であり、これはデバイスに応用する場合に、伸びと縮みの巧参妙な設計利用が可能です1500あることを示している。ミ次に図１から判断さ1000れることは、飽和のために大きな破場を必要500とすることで、これはデバイスに応用する場合の欠点となる。このための改善には、RFe2　図I　RFe2系合金の磁歪系の磁気異方性の正　表2希土類合金系磁歪材料-新材料ｽ(×ισ * Sm25e12負を巧みに組み合わ(1530年年) 131 Tb2E017せた多元系合金によって、異方性定数を下げ、飽和磁場を下げる研究が行われた。その結果を、図2に示す。これにより、 1,000 (Oe)と比較的低い磁場で高い飽和碳歪を示す合金が得られることとなった。 HOEAR 4.超磁歪の応用以上のような超級歪を示す合金の出現は、その応用面において、従来得られなかったような新しいデバイスを創り出している。即ち高出力トランスデューサー、
アクチュエーター、制御デバイス、センサー、超音波通信等に応用が広がっている。目下試作されつつある実用デバイスの例を挙げれば、次のとおl)である。コンピュータープリンター、VTRトラッキング制御、CDオートフォーカス、LDオートフォーカス、ロボット機構、精密加工制御、振動防止デバイス、バイオ技術制御、リニアモーター、超磁歪モーター、カメラ機柄、遅延素子、高性能超音波通信、超音波加工、超音波洗滌、無膨張デバイス。
5 設計指針
超磁歪材料の応用の基礎は、電気エネルギー機械エネルギーの変換である。このための基礎的設計指針を示すこととしよう。用いる材料の磁歪特性は図３に示すものとして計算する。計算記号を次のように定める。 S :歪      S =^½ ℓ ：試料の長さN :外部コイルの全捲数  n :単位長さの捲数H：外部磁場 H=nI I :コイル電流図2 多元系希土類合金の磁歪
B :磁束密度
図４にHとB、BとS、HとSの関係を示す。ここで注意することは、図4(A)でH＝OとしてもBはOとならず、ヒステリシスを示すことである。図4 (B)で、BとSの関係はヒステリシスを示さないが、図4(C)のように、HとSの関係にはヒステリシスがある。このヒステリシスは偏倚の大きいトランスデューサー等では無視できるが、精密制御のような場合には欠点となる。この対策として、ヒステリシスのない材料の開発が必要であるが、現在のところ、Tbo.27 Dyo.73 Fe1.97の合金はヒステリシスが極めて小であるとされている。電気一機械のエネルギー変換は、次の式で示される。 S = SHT+dH B =dT+ATH T：機械的応力d ：S-H変換定数、S-H曲線の傾斜、直線部分を用いるとして定数とする。 μτ : B-H曲線の第１象限の傾斜Sh：応力TによるＳの変化分
いま簡単にするため無負荷T = 0を考えると、次の式となる。 S =dH B = L THはτの値は本試料で9.2（CGS）となっている。これを（MKS）になおせば、次のようになる。 µτ=9.2×4π×10¯7=1.15×10¯5(MKS) dの値は図3より求めると、次のようになる。 d = (0.8×10 3 /1×10 6 )/500 = 1.6×10 5 (0 e= 1 )これを(MKS)になおすには、1(Oe)＝103/4π(A/m)であるから、 d=2×10-8/(m/A)いま計算例として、次の条件を定める。計算には(MKS)を用いる。試料の長さ   l =5(cm)=0.05(m)試料半径        r =3(cm)=3X10-3(m)コイル捲数　N=1000単位長さ当たりの捲数      n = 1000/0.05コイル電流   I = 2( A )外部磁場=4×10 4 (A/m) Hを(CGS)になおすには、1(A/m)=4π/1000(Oe)よって図3においてH＝502(Oe)に相当するSを図から求めれば、S=800ppmとなる。計算によりＳを求めると、 T= 0  S=dH=(2×10~8)×(4×10~) =800×10−6=800ppm以上により、実測値と計算値は一致する。試料の全長ℓ =0.05mであるから、試料全体の仲びへなは、 △ℓ＝ℓ×S＝0.05×(800×10−6)(m) =0.04(mm)次に磁束密度Ｂを計算するB=UTH=(1.15×10~5)×4×10~(MKS) =4.6×10~1(T)(MKS) (T)を(G)になおせばB=4.6×10-1(T)=4.6(kG)全磁束めは、磁束密度に断面積をかけたものである。試料断面積＝πг²＝π(3×10−3)²(m²)よって全磁束もは、 φ=(4.6×10~1)π(3×10~3)²=1.29×10~5(weber)(MKS) (CGS)になおせばφ=1.29X10~5(weber)=1290(maxwell) (CGS)
欧米燃料電池技術開発動向調査団に参加
(財大阪科学技術センターの主催により、去る10月16日～10月29日に派遣された表記調査団（団長：児王崎雄氏則大阪科学技術センターエネルギー技術対策委員会燃料電池部会運営委員長及び通商産業省工業技術院大阪工業技術試験所無機機能材料部燃料電池研究室技）に当センターの燃料電池担当主任研究員酒井潤一が参加した。参加者数は16名であった。下記４社における討議を行うとともに、ロングビーチ（カリフォルニア)にて10月23日～26日の間に開催された"1988 FUEL CELL SEMINAR*に参加し、MCFC組合が派遣した調査団等とともに調査活動をした。なお、本セミナーの参加者は約400名（うち日本からの泰加者約100名）であった。 〈訪問先及び主たる討議結果〉 1. SYDKRAFT AB (スウェーデン)症気料金が安いとの事情により、 FCによる発電よりは、熱利用の方に興味がある。原子力発電事情の変化によっては判断基準変更の可能性あり。 2 KTI BV (Kinetics) Tech. Int'l) (オランダ)リフォーマー（改質器）の技術は、相当進んでおり、北海の天然がスの利用もありうるのでＦＣシステムの商業化に興味をもっており、プラントとしては、100～500KW級が最も経済的と判断している。 3 ECN (Energy Center of Netherlands) (オランダ) ЕＣのＦＣの研究開発計画の中心研究機関としてＦＣの研究を続けている研究法人。栽近ＥＣプロジェクトの再構成が検討されている。 4. CERAMATEC (アメリカ)米国エネルギー省等の支援のもとにMCFC、SOFC（固体酸化物型燃料電池）の電極用セラミックを開発中。同社のR＆Dの2/3は、これら燃料電池等の電気化学分野を対象としている。

「極限環境委員会」   8
第３回WG・I日時9月14日(水) 13:00~16:00場所1。超高温、超低温、超高磁場及び超高圧の文献制査2　上記の各極限環境の発生法と利用研究の現状について集約をする予定
第4回WG・I
日時11月1日(火) 13:30~16:00 1,前回からの文献調査の継続2.超高温・超低温についてはテーマの紋り込みをする予定3　電磁成形に魅力を感じた趙高圧では発生設備の達成圧力4と容積のマップ化を行う予定第４回WG・III日時  9月21日(水)   17:00~19:00 1。大容量パルス発電機、アモルファスのバルク化手段としての超高速加工、及び、超急冷＋凝固について調査を進める予定
「金属間化合物部会」
第４回体系化WG
日時10月19日(水) 13:30~17:30 1。金属間化合物の変形能に関する文献の紹介と討議を失施第４回耐熱構造材WG日時10月24日(月) 13:00~17:30 1。新軽量耐熱材料としてのアルミナイド及び超高温耐熱材料としての金属間化合物を調査対象とすることを確認し、それぞれの細目について検討を実施2　委員による学会発表内容の討論、外部の学識経験者による講演等の計画を検討「単結晶部会」第４回部会日時10月26日(水) 13:30~18:00 1講演「単結晶磁性材料の磁気界
2名古屋大学松井正顕助教授講演「超微粒子の合成、機能及び新製造法」字田委員3　講演「フェロ結晶と双品の観察方法」芦田委員4. Fe, Ti, Co及びCrに関連する単結晶文献の要点とキーワード出現頻度の紹介と討議
国際委員会
第11回国際委員会
日時10月12日(水) 14:00~17:30英文JRCMパンフレットの、差1.し込み版製作進捗状況について教育パンフレット送付先について検討。 2英文JRCM NEWS発行について英文JRCM NEWSの編集方針を再確認。テーマタイトルの項目を決定。年４回発行を決定。
石油生産用部材技術委員会
63年度第２回技術委員会・63年度第３回専門家部会  合同会議日時10月24日(月) 13:00~16:30場所  NKK  水江教育センター(川崎) 1.ループテスター見学ＮＫＫに変託して製作したループテスター耐食性試験設備が9月末完成したので、設備の見学を実ldi. 2 63年度研究進捗状況報告63年度上期の研究進捗状況を報告。ほぼ子定どおり進捗中で特に問題はない。 3  11月上旬来国の石油開発会社を対象に腐食性油井環境条件等の調在を失施。 4 64年度研究計画について
軽水炉用材料技術委員会
第17回専門家部会
日時11月15日(火) 14:00~16:20 1　文献調査結果の説明と討議21今後の進め方討議3 昭和64年度から事前確証試験等が始まる研究開発の取り扱いについて意見調整
ミネルバ計画関連
第６回総合WG
日時10月18日(火) 10:00~13:00 10月21日に実施される、ミネル・計画推進懸談会に提出予定の資料に基づいて、報告と討議を実施。
株式会社　ライムズ
トピックス関ライムズでは秋季学会に次の４件の発表を行った。日本応用磁気学会第12回学術講演会(1)Co-Ni/Crスパッター多層膜の磁気特性(徳重、宮川) (2)イオンアシスト蒸着法による空茅含有Fe限の磁気異方性(*,宮川)日本金属学会第103大会(1)DCプラズマCVD法によるTiN成膜(柴田、石井、小林) (2)ブラズマ注によるTiN膜合成とそのプラズマ診断(石井、黎田、小林)
通商産業省基礎産業局基礎新素材材策室では、今後の新素材関連施策の立案等に資するため、昭和60年度から新来村の企業化状況調査を毎年１回変施しています。このほど、昭和63年度の調査結果が、報告されましたので、会員及び関係者にとっで、興味ある貴重な資料と考え掲載いたします。
昭和63年度新素材企業化状況調査結果
昭和63年11月通商産業省基礎産業局基礎新素材対策室
近年、化学、鉄鋼、非鉄金属、燃染、さらには、エレクトロニクス、輸送機器等さはざまな分野の企業が、新素材に関連する研究開発を活発に展開しており、徐々にその成果が新素材として実用化されつつある。高機能高分子材料、新金属及びファインセラミックス等の新素材は、従来のプラスチック、金属、無機材料といった各種材料のもつ固定的概念からは考えられない高度な機能を有していたり、あるいは、これまでにない構造特性を有しているため、本格的な実用化が進めば、各種産業分野の高度化及び国民生活の向上に大きく苦与するものと期待されている。通商産業省としては、今後の新素材関連植寮の立案等に資するため新茶材の企業化状況調査を昭和60年度から毎年１回実施しているが、昭和63年度における調査結果がまとほったので、ここに報告する。 1b.参入企業数及び品目数(1)概要昭和63年度は、新茶材に関連した株式上場企業及び各種展示会等に出版した企業453社を対象に、昭和63年7月時点での新茶材企薬化状況についてのアンケート副査を行った。この結果、表1，図1及び図2に示すように、453社のうち302社において新茶材の開発、生産、販売を手がけている旨の回答があった。また、取り扱い品目数も落計で1,822に上っていた。アンケート対象企業数は、昭和60年は150社、61年361社、62年402社、そして、昭和63年は453社と年々増やしている。従って、新素材への参入企業数（母数）が昭和60年の93社から63年の302社へと年々増加していることは当然のことともいえる。しかし、年純に参入企業数だけを取り上げ、昭和60年と63年の調査結果を比較すると、企業数及び品目数ともに3倍以上増加している。また、62年の調査結果と比較すると、参入企業数及び取り扱い品目数でそれぞれ1.2倍以上増加しており、この１年間に新茶材関連産業のすそ野が着実に広がってきていることがわかる。一方、いずれの年度においてもアンケート回収率を100%と仮定してアンケート対象企業数に対する参入企業数の割合を求めると、昭和60年の62.0%から63年の66.7%へと増加しており、単純計貨に描づく分析結果を表付けるものとなっている。 (2)  察羅別参入状況薬種別参入状況の内訳をみると、企業数の多い集種としては、表2に示すように、化学が67社でトップ、大いで、カラス・土石の35社、非鉄金属27社、鉄鋼24社、機細20社となっていた。また、過去３年間の参入状況の推移をみると、前記５大案極において1.4〜３倍程度増加しており、落実な拡大傾向にある。一方、バルブ・紙、輸送用機器、電気機器の分野では３倍以上の大幅な伸びがみられるとともに、機械、精密機器、建設等の分野では昭和60年度時点では参入企業が無かったが、そののら、新たに進出している企業が多くなっていた。各調査年度の企業数だけをみる限り、過去３年間における特徴として、①素材の加工・組立等を行うユーザー業界における新素材分野への顕著な進出、②素材メーカーにおける新素材分野への参入企業の常実な婚加、の２点が挙げられる。 2.薬材別企業化状況(1)概要新茶材関連製品に使用されている材料を素材別に分類すると、表３に示すように、
高機能無機材料が606品目と全体の33%を占めており、以下高機能高分子材料530品日(29%)、高機能金属材料305品目、複合材料245品目、新素材開発支援原材料等136品目となっていた。この１年間に高機能商分子材料が1,3倍に伸びたのをはじめ、高機能無機材料、高機能金属材料、複合材料等いずれの材料も増加を示した。また、過去３年間の推移をみると金属材料の3.6倍の増加をはじめとして多くの新規茶材が開発されたり、その用途が広がっている。増加した金属材料としては、アモルファス企品、チタン合金、耐熱材料等が、無機材料としては、I Cバッケージ、コンデンサー楽子、工具材等が、高分子材料としては、スーパーエンジニアリングプラスチック、液晶性樹脂、吸水性樹脂等が挙げられる。 (2) 樂種別による莞材別企業化状況の推移化学、カラス・土石、非鉄金属、鉄領、級級の新茶材関達5大薬種における同一企案の昭和60年と63年の案材別品目数を比較した結果が要４である。これによれば、化学及び機雑は高分子分野に、非鉄金属及び鉄領は新金属分野というように各案種ともそれぞれの本来事業または既存茶材の技術を生かした分野について企業化を進めるとともに、そのほかの新しい分野への展開も積極的に行っていることがうかかえる。特に、化学及び模雑は本米事業の高分子分野を39.6%から47.1%, 58.2%から75.1%へとそれぞれ当該分野の子系素材として、液晶性樹脂、導電性樹脂、光ディスク蒸板用樹脂、吸水性樹脂、耐熱性樹脂及び炭素繊維が代表的である。これとは対象的に、非鉄金属及び鉄鋼では、本来の金属分野のシェアが減少し、他分野のそれを伸ばしている。脚ち、非鉄金属は金属の品目数が横ばいであるのに対し、ファインセラミックス等の無機材料部門が16%も増大している。また、鉄鋼は、無機材料及び複合材料の素材別シュアが増大し、対象素材の多様化及び企業の多角化経営が進んでいることがうかがえる。増加した無機系新素材として、電子回路用のセラミックス基板、窓化けい素等の切削工具用材料、石英系の光ファイバー等が挙げられる。一方、かラス・土石は、高分子及び複合材料部門への進出はそれほど顕著ではなく、本来事業分野である無機材料に力点を置いていることがわかる。 3 .機能別企業化状況回答のあった新素材が有している機能を整理した結果が義５である。新茶材の場合には、１個の素材であっても複数の機能をもっていることが多いので、表中の数字と品目数とは一致しない。即ち、新素材のもっている機能の累計3,170は、新茶材の品目数1,822の約1.7倍となっており、10個の茶材が平均して2個の機能をもっていることを示している。新素材の機能は、表5に示すように、独度及び硬度等の機械的機能が累計1,399と全体の約44％を占め、火いで耐熱性等の熱的機能が19% (606)、以下、電気・電子的機能15%、化学的・生体的機能9 %等となっていた。過去３年間の推移をみると、機械的機能、熱的機能、電気・電子的機能、光学的機能が高い伸びを示している。一方、化学的・生体的機能、確気的機能及び放射線機能については、相対的に伸び率は低い。 4 .各新萊材ごとの保有機能の推移新素材が保有している機能の材料別内訳を表す及び図５(図３。４，６，７階)に示す。この結果から、いずれの新来材でも機械的機能を最も重視していることがわかる。特に、無機材料が機械的機能に火いで熱的機能を重視していること、高分子材料が耐熱性の向上を目指した熱的機能に落眼していることが注目される。また、無機材料及び高分子材料は、光電姿換現象等を利用した電気・電子的機能及び光遊択透過等の光学的機能にも傾注している様子がうかがえる。これは、今後の情報化社会に対応すべく、その面での研究開発等を行っているものと思われる。一方、金属材料は、元来保有する熱的機能に加え、超電導性等の電気電子的機能をもつ材料の開発が活発化して
各材料ごとに、増加の目立つ品目の例を機能別に整理すると以下のとおりである。 (1)  無機材料（略） (2)  高分子材料(略) (3)金属材料については、①機械的機能応用品目の代表例として、自動車・航空機材用のアルミニウム合金、チタニウム合金、 ②電気・電子的機能の代表例として、発光ゲイオード用のガリウム・ヒ茶、半華体デバイス用のインジウム・リン、超電等材料用のニオブ・チタン等がある。 5 ．新素材部門の売上高及び従業員数(1) 回答のあった302社のうち、新素材部門にかかる売上高を回答した企業132社についてみると、総売上高27兆376億円のうち、新茶材部門は6,592億円であり、その比率は全体の約2.4％を占めていた。このうち、新素材部門の先上高が100億円を超える企案は17社に上っていた。 (2)また、新素材部門に従承する従業員数を回答した企業172社についてみると、全体で約３万４千人が新素材部門に従事しており、これは当該企業全従業員数の4.1％に相当する。このうち、500人以上の従業員を有する企業は15社であった。ちなみに、昭和62年度の調査で回答した企業163社では、約2万2千人の従案員が新素材部門に従事し、このうち10社が500人以上の従業員を有する企業であった。