JP7533135B2 - Magnetostrictive member and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、磁歪部材及び磁歪部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetostrictive member and a method for manufacturing a magnetostrictive member.
磁歪材料は、機能性材料として注目されている。例えば、鉄系合金であるFe-Ga合金は、磁歪効果および逆磁歪効果を示す材料であり、100~350ppm程度の大きな磁歪を示す。そのため、近年、エネルギーハーベスト分野の振動発電用材料として注目され、ウェアラブル端末やセンサ類などへの応用が期待されている。Fe-Ga合金の単結晶の製造方法として、引き上げ法(チョクラルスキー法、以下「Cz法」と略記する)による単結晶の育成方法が知られている(例えば、特許文献1)。また、Cz法以外の製造方法として、垂直ブリッジマン法(VB法)や垂直温度勾配凝固法(VGF法)が知られている(例えば、特許文献2、特許文献3)。 Magnetostrictive materials have been attracting attention as functional materials. For example, Fe-Ga alloys, which are iron-based alloys, are materials that exhibit magnetostrictive and inverse magnetostrictive effects, and exhibit large magnetostriction of about 100 to 350 ppm. For this reason, they have been attracting attention in recent years as vibration power generation materials in the energy harvesting field, and are expected to be applied to wearable devices and sensors. As a method for manufacturing single crystals of Fe-Ga alloys, a method for growing single crystals by the pulling method (Czochralski method, hereinafter abbreviated as "Cz method") is known (for example, Patent Document 1). In addition to the Cz method, other manufacturing methods such as the vertical Bridgman method (VB method) and the vertical temperature gradient solidification method (VGF method) are known (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
Fe-Ga合金は、結晶の<100>方位に磁化容易軸を持ち、この方位に大きな磁気歪みを現出させることができる。従来、Fe-Ga合金の磁歪部材は、Fe-Gaの多結晶から<100>方位に配向した単結晶部分を所望サイズに切断することにより製造されているが(例えば、非特許文献1)、結晶方位は磁歪特性に大きく影響するため、磁歪部材の磁歪を必要とする方向と結晶の磁気歪みが最大となる<100>方位とを一致させた単結晶が磁歪部材の材料として最適であると考えられる。 Fe-Ga alloys have an easy axis of magnetization in the <100> crystal direction, and can produce large magnetostriction in this direction. Conventionally, magnetostrictive members of Fe-Ga alloys have been manufactured by cutting a single crystal portion oriented in the <100> direction from Fe-Ga polycrystals to the desired size (for example, Non-Patent Document 1). However, since the crystal orientation has a large effect on the magnetostrictive properties, it is believed that the optimal material for magnetostrictive members is a single crystal in which the direction in which magnetostriction is required matches the <100> crystal direction in which the magnetostriction is maximized.
Fe-Ga合金の単結晶は、単結晶の<100>方位に対して平行に磁場を印加したとき、正の磁歪が現出する(以下、「平行磁歪量」と称す)。一方、<100>方位に対して垂直に磁場を印加したとき、負の磁歪が現出する(以下、「垂直磁歪量」と称す)。印加する磁場の強度を徐々に強めていくと、平行磁歪量あるいは垂直磁歪量がそれぞれ飽和する。磁歪定数(3/2λ100)は、飽和した平行磁歪量と、飽和した垂直磁歪量の差で決定され、下記の式(1)によって求められる(例えば、特許文献4、非特許文献2)。 When a magnetic field is applied parallel to the <100> orientation of a single crystal of an Fe-Ga alloy, positive magnetostriction appears (hereinafter referred to as "parallel magnetostriction"). On the other hand, when a magnetic field is applied perpendicular to the <100> orientation, negative magnetostriction appears (hereinafter referred to as "perpendicular magnetostriction"). When the strength of the applied magnetic field is gradually increased, the parallel magnetostriction and the perpendicular magnetostriction are saturated, respectively. The magnetostriction constant (3/2λ 100 ) is determined by the difference between the saturated parallel magnetostriction and the saturated perpendicular magnetostriction, and is calculated by the following formula (1) (for example, Patent Document 4 and Non-Patent Document 2).
3/2λ100=ε(//)― ε(⊥) ・・・式(1)
3/2λ100:磁歪定数
ε(//):<100>方向に対して平行に磁場をかけて飽和したときの平行磁歪量
ε(⊥) :<100>方向に対して垂直に磁場をかけて飽和したときの垂直磁歪量
3/2λ 100 = ε (//) - ε (⊥) ...Formula (1)
3/2λ 100 : Magnetostriction constant ε(//): Parallel magnetostriction amount when saturated by applying a magnetic field parallel to the <100> direction ε(⊥): Parallel magnetostriction amount when a magnetic field is applied perpendicular to the <100> direction Vertical magnetostriction when saturated
Fe-Ga合金の磁歪特性は、磁歪・逆磁歪効果および磁歪式振動発電デバイスの特性に影響を与えると考えられており、デバイス設計をする上で重要なパラメータとなる(例えば、非特許文献4)。特に、磁歪定数は、Fe-Ga合金単結晶のGa組成に依存し、Ga組成が18~19at%と27~28at%で磁歪定数が極大になることが知られており(例えば、非特許文献2)、このようなGa濃度のFe-Ga合金をデバイスに用いることが望ましいとされる。さらに近年、磁歪定数が大きいことに加えて、平行磁歪量が大きいほど出力電圧等のデバイス特性が高い傾向にあることが報告されている(例えば、非特許文献3)。 The magnetostrictive properties of Fe-Ga alloys are believed to affect the magnetostrictive and inverse magnetostrictive effects and the properties of magnetostrictive vibration power generation devices, and are an important parameter in device design (e.g., Non-Patent Document 4). In particular, it is known that the magnetostrictive constant depends on the Ga composition of the Fe-Ga alloy single crystal, and that the magnetostrictive constant is maximized at Ga compositions of 18-19 at% and 27-28 at% (e.g., Non-Patent Document 2), and it is considered desirable to use Fe-Ga alloys with such Ga concentrations in devices. Furthermore, in recent years, it has been reported that in addition to a large magnetostrictive constant, the greater the amount of parallel magnetostriction, the higher the device properties such as output voltage tend to be (e.g., Non-Patent Document 3).
磁歪式振動発電デバイスは、例えば、コイルに巻かれたFe-Ga磁歪部材、ヨーク、界磁用永久磁石で構成されている(例えば、特許文献5、非特許文献4)。この磁歪式振動発電デバイスでは、デバイスの可動部のヨークを振動させると、ヨークの中央に固定したFe-Ga磁歪部材が連動して振動し、逆磁歪効果によってFe-Ga磁歪部材に巻かれたコイルの磁束密度が変化し、電磁誘導起電力が発生して発電する仕組みとなる。磁歪式振動発電デバイスでは、ヨークの長手方向に力が加わって振動が起こるため、デバイスに用いるためのFe-Ga磁歪部材は、磁化容易軸である<100>を長手方向になるように加工することが望ましい。 A magnetostrictive vibration power generation device is composed of, for example, an Fe-Ga magnetostrictive member wound around a coil, a yoke, and a permanent magnet for a field magnet (for example, Patent Document 5 and Non-Patent Document 4). In this magnetostrictive vibration power generation device, when the yoke of the moving part of the device is vibrated, the Fe-Ga magnetostrictive member fixed to the center of the yoke vibrates in conjunction with it, and the magnetic flux density of the coil wound around the Fe-Ga magnetostrictive member changes due to the inverse magnetostrictive effect, generating an electromagnetically induced electromotive force and generating electricity. In a magnetostrictive vibration power generation device, vibration occurs when a force is applied to the yoke in the longitudinal direction, so it is desirable to process the Fe-Ga magnetostrictive member used in the device so that the easy magnetization axis <100> is in the longitudinal direction.
磁歪式振動発電デバイス等のデバイス特性は、磁歪部材の磁歪特性によって影響を受けるため、磁歪部材は、高い磁歪特性を有し、磁歪特性のばらつきの少ないものが要求される。このような中で、Fe-Ga合金の単結晶の結晶方位が<100>であり、Ga濃度が均一であるならば、磁歪定数の均一な磁歪部材が得られると思われていた。しかし、非特許文献3に記載されるように、デバイス特性は、磁歪定数だけでなく平行磁歪量の影響があることが開示されている。本発明者の調査の結果、上記のように製造した磁歪部材は、磁歪定数が均一であっても平行磁歪量(あるいは垂直磁歪量)にばらつきがあること、また、磁歪定数自体がばらつくことが判明した。 The device characteristics of magnetostrictive vibration power generation devices and the like are affected by the magnetostrictive properties of the magnetostrictive member, so the magnetostrictive member is required to have high magnetostrictive properties and little variation in the magnetostrictive properties. In this context, it was thought that if the crystal orientation of the Fe-Ga alloy single crystal was <100> and the Ga concentration was uniform, a magnetostrictive member with a uniform magnetostrictive constant could be obtained. However, as described in Non-Patent Document 3, it is disclosed that device characteristics are influenced not only by the magnetostrictive constant but also by the amount of parallel magnetostriction. As a result of the inventor's investigation, it was found that the magnetostrictive member manufactured as described above has variation in the amount of parallel magnetostriction (or the amount of perpendicular magnetostriction) even if the magnetostrictive constant is uniform, and that the magnetostrictive constant itself varies.
そこで、本発明は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない磁歪部材及び磁歪部材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a magnetostrictive member and a method for manufacturing a magnetostrictive member that has a high magnetostriction constant and a high amount of parallel magnetostriction and has little variation in the magnetostriction constant and amount of parallel magnetostriction between members.
本発明の態様によれば、磁歪特性を有する鉄系合金の結晶からなり、長手方向及び短手方向を有する板状体であり、板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に、第1の溝より深く、長手方向に延びる複数の第2の溝と、を有する、磁歪部材が提供される。 According to an aspect of the present invention, a magnetostrictive member is provided that is a plate-like body made of crystals of an iron-based alloy having magnetostrictive properties, has a longitudinal direction and a transverse direction, and has a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body, and a plurality of second grooves extending in the longitudinal direction and deeper than the first grooves on the front and back surfaces of the plate-like body.
また、第2の溝は、磁歪部材の短手方向において所定の間隔で周期的に形成される構成でもよい。また、複数の第2の溝における所定の間隔は、5μm以上30μm以下である構成でもよい。また、第1の溝と第2の溝とのなす角度は、15°以内である構成でもよい。また、第1の溝及び第2の溝を有する面は、長手方向の表面粗さRaが、短手方向の表面粗さRaよりも小さい構成でもよい。また、長手方向の表面粗さRaは、0.3μm以上1.5μm以下であり、短手方向の表面粗さRaは、0.6μm以上4.5μm以下である構成でもよい。また、磁歪定数が200ppm以上であり、長手方向に対して平行な磁場を印加し、長手方向の磁歪量が飽和したときの磁歪量である平行磁歪量が200ppm以上である構成でもよい。また、第1の溝及び第2の溝は、それぞれ、マルチワイヤソーによる切断加工により形成された構成でもよい。 The second grooves may be formed periodically at a predetermined interval in the short direction of the magnetostrictive member. The predetermined interval in the plurality of second grooves may be 5 μm or more and 30 μm or less. The angle between the first groove and the second groove may be within 15°. The surface having the first groove and the second groove may be configured such that the surface roughness Ra in the longitudinal direction is smaller than the surface roughness Ra in the short direction. The surface roughness Ra in the longitudinal direction may be 0.3 μm or more and 1.5 μm or less, and the surface roughness Ra in the short direction may be 0.6 μm or more and 4.5 μm or less. The magnetostriction constant may be 200 ppm or more, and the parallel magnetostriction amount, which is the amount of magnetostriction when a magnetic field parallel to the longitudinal direction is applied and the amount of magnetostriction in the longitudinal direction is saturated, may be 200 ppm or more. The first and second grooves may each be formed by cutting using a multi-wire saw.
また、本発明の態様によれば、磁歪特性を有する鉄系合金の結晶からなりかつ長手方向及び短手方向を有する板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に第1の溝より深く長手方向に延びる複数の第2の溝と、を形成することを備える、磁歪部材の製造方法が提供される。 In addition, according to an aspect of the present invention, a method for manufacturing a magnetostrictive member is provided, which comprises forming a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of a plate-like body made of crystals of an iron-based alloy having magnetostrictive properties and having a longitudinal direction and a transverse direction, and forming a plurality of second grooves extending in the longitudinal direction deeper than the first grooves on the front and back surfaces of the plate-like body.
また、磁歪部材の製造方法は、第1の溝及び第2の溝をマルチワイヤソーにより形成することを含む構成でもよい。また、マルチワイヤソーによる第1の溝及び第2の溝の形成は、マルチワイヤソーに用いるワイヤがワイヤに砥粒を固定した固定砥粒ワイヤーである固定砥粒ワイヤ方式を用いる構成でもよい。また、マルチワイヤソーによる第1の溝及び第2の溝の形成は、ワイヤを被加工物に対し±5°の範囲内で傾けて形成することを含む構成でもよい。 The method for manufacturing a magnetostrictive member may also include forming the first groove and the second groove with a multi-wire saw. The formation of the first groove and the second groove with a multi-wire saw may also be configured to use a fixed abrasive wire method in which the wire used in the multi-wire saw is a fixed abrasive wire with abrasive grains fixed to the wire. The formation of the first groove and the second groove with a multi-wire saw may also be configured to include forming the groove by tilting the wire within a range of ±5° relative to the workpiece.
本発明の態様の磁歪部材は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない特性を有し、容易に製造可能である。本発明の態様の磁歪部材の製造方法は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない磁歪部材を容易に製造することができる。 The magnetostrictive member of the present invention has a high magnetostriction constant and a high amount of parallel magnetostriction, and has a small variation in the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction between members, and can be easily manufactured. The manufacturing method of the magnetostrictive member of the present invention can easily manufacture a magnetostrictive member having a high magnetostriction constant and a high amount of parallel magnetostriction, and has a small variation in the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction between members.
以下、図面を参照して説明する。なお、各図面においては、適宜、一部又は全部が模式的に記載され、縮尺が変更されて記載される。なお、本明細書において、「A~B」とは、A以上B以下であることを意味する。 The following description will be given with reference to the drawings. In each drawing, some or all of the drawings are shown in schematic form and the scale is changed as appropriate. In this specification, "A-B" means greater than or equal to A and less than or equal to B.
[実施形態]
以下、本実施形態の磁歪部材及び磁歪部材の製造方法について説明する。
[Embodiment]
The magnetostrictive member and the method for manufacturing the magnetostrictive member of this embodiment will be described below.
まず、本実施形態の磁歪部材について説明する。図1(A)は、実施形態に係る磁歪部材の一例を示す斜視図である。(B)は、実施形態に係る磁歪部材の表面部分を一部拡大した図面代用写真の一例、及び、磁歪部材の表面部分の断面図である。 First, the magnetostrictive member of this embodiment will be described. FIG. 1(A) is a perspective view showing an example of a magnetostrictive member according to an embodiment. FIG. 1(B) is an example of a drawing substitute photograph showing an enlarged portion of a surface portion of the magnetostrictive member according to an embodiment, and a cross-sectional view of the surface portion of the magnetostrictive member.
磁歪部材1は、図1(A)に示すように、長手方向D1及び短手方向D2を有する板状体である。板状体は、平面視において長方形状である。板状体は、表面(おもて面)4及び裏面5を有する。表面4及び裏面5は、互いに平行であるのが好ましいが、互いに平行でなくてもよい。 As shown in FIG. 1(A), the magnetostrictive member 1 is a plate-like body having a longitudinal direction D1 and a lateral direction D2. The plate-like body is rectangular in a plan view. The plate-like body has a front surface 4 and a back surface 5. The front surface 4 and the back surface 5 are preferably parallel to each other, but do not have to be parallel to each other.
磁歪部材1は、鉄系合金の結晶からなる。鉄系合金は、磁歪特性を有するものであれば、特に限定されない。磁歪特性とは、磁場を印加したときに形状の変化が生じる特性を意味する。鉄系合金は、例えば、Fe-Ga、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co、Tb-Fe、Tb-Dy-Fe、Sm-Fe、Pd-Fe等の合金である。また、上記合金において第3成分を添加した合金であってもよい。例えば、Fe-Ga合金においてBa、Cu等を添加した合金であってもよい。これらの鉄系合金の中でも、Fe-Ga合金は、他の合金と比較して磁歪特性が大きく加工も容易であるため、エネルギーハーベスト分野の振動発電用材料やウェアラブル端末やセンサ類などへ応用されている。以下の説明では、磁歪部材1の一例として、磁歪部材1がFe-Ga合金の単結晶からなる構成の例を説明する。 The magnetostrictive member 1 is made of a crystal of an iron-based alloy. The iron-based alloy is not particularly limited as long as it has magnetostrictive properties. The magnetostrictive properties refer to the property of changing the shape when a magnetic field is applied. The iron-based alloy is, for example, an alloy such as Fe-Ga, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Co, Tb-Fe, Tb-Dy-Fe, Sm-Fe, or Pd-Fe. The above alloy may also be an alloy to which a third component is added. For example, an Fe-Ga alloy may be an alloy to which Ba, Cu, or the like is added. Among these iron-based alloys, the Fe-Ga alloy has a large magnetostrictive property and is easy to process compared to other alloys, and is therefore applied to vibration power generation materials in the energy harvesting field, wearable terminals, sensors, and the like. In the following explanation, as an example of the magnetostrictive member 1, an example of a configuration in which the magnetostrictive member 1 is made of a single crystal of an Fe-Ga alloy will be explained.
Fe-Ga合金の単結晶は、体心立方格子構造を有しており、ミラー指数における方向指数のうち第1~第3の<100>軸(図5から図7参照)が等価であり、ミラー指数における面指数のうち第1~第3の{100}面(図5から図7参照)が等価(すなわち、(100)、(010)および(001)は等価)であることを基本とするものである。また、Fe-Ga合金は、結晶の特定方位に大きな磁気歪みを現出させる特性を有する。この特性を磁歪式振動発電デバイスに利用する場合、デバイスにおいて磁歪部材1の磁歪を必要とする方向と、結晶の磁気歪みが最大となる方位(方向)とを一致させることが望ましい。具体的には、上述したように、単結晶における磁化容易方向である<100>方向を、磁歪部材1の長手方向D1に設定することが望ましい。単結晶における磁化容易方向である<100>方向を、磁歪部材1の長手方向D1とすることは、例えば、単結晶の結晶方位を公知の結晶方位解析により算出し、算出した単結晶の結晶方位に基づいて単結晶を切断することにより、実施することができる。 The Fe-Ga alloy single crystal has a body-centered cubic lattice structure, and is based on the fact that the first to third <100> axes (see Figures 5 to 7) among the directional indices in the Miller index are equivalent, and the first to third {100} faces (see Figures 5 to 7) among the plane indices in the Miller index are equivalent (i.e., (100), (010) and (001) are equivalent). In addition, the Fe-Ga alloy has the property of exhibiting large magnetostriction in a specific orientation of the crystal. When using this property in a magnetostrictive vibration power generation device, it is desirable to match the direction in the device that requires magnetostriction of the magnetostrictive member 1 with the orientation (direction) in which the magnetostriction of the crystal is maximized. Specifically, as described above, it is desirable to set the <100> direction, which is the magnetization easy direction in the single crystal, to the longitudinal direction D1 of the magnetostrictive member 1. The <100> direction, which is the direction of easy magnetization in a single crystal, can be set to the longitudinal direction D1 of the magnetostrictive member 1, for example, by calculating the crystal orientation of the single crystal using known crystal orientation analysis and cutting the single crystal based on the calculated crystal orientation of the single crystal.
なお、本実施形態の磁歪部材1に用いることができる結晶は、単結晶でもよいし、多結晶でもよい。<100>方向の方位集積度を高め、磁歪材料としての特性を高めるためには、多結晶よりも単結晶の使用が有利である。なお、多結晶は、単結晶より磁歪特性は落ちるものの低コストで生産が可能であるため、多結晶を用いる場合もある。 The crystals that can be used for the magnetostrictive member 1 of this embodiment may be single crystals or polycrystals. In order to increase the degree of orientation integration in the <100> direction and improve the properties as a magnetostrictive material, it is more advantageous to use single crystals than polycrystals. Although polycrystals have inferior magnetostrictive properties to single crystals, they can be produced at low cost, so polycrystals may be used in some cases.
磁歪部材1は、例えばエネルギーハーベスト分野の振動発電デバイス用の材料(部品)、ウェアラブル端末やセンサ類などの材料(部品)として使用される。例えば、上記の特許文献5に示すような磁歪式振動発電デバイスは、コイル、コイルに巻かれたFe-Ga合金の磁歪部材、ヨーク、及び、界磁用永久磁石により構成されている。この磁歪式振動発電デバイスは、デバイスの可動部であるヨークを振動させると、ヨークの中央部に固定された磁歪部材が連動して振動し、逆磁歪効果によって磁歪部材に巻かれたコイルの磁束密度が変化し、電磁誘導起電力が発生することにより発電する仕組みとなっている。このような仕組みで用いられる場合、磁歪部材1の形状は、薄板状であり、平面視において細長い長方形状に設定されることが好ましい。磁歪部材1の厚さには特に限定はない。厚さの下限は、0.3mm以上が好ましく、0.4mm以上がより好ましく、0.5mm以上がさらに好ましい。また、磁歪部材1の厚さの上限は、2mm以下が好ましく、1.8mm以下がより好ましく、1.5mm以下がさらに好ましい。磁歪部材1の厚さは、0.3mm以上2mm以下が好ましく、0.4mm以上1.8mm以下がより好ましく、0.5mm以上1.5mm以下がさらに好ましい。磁歪部材1による発電の仕組みは、上記で説明したように、磁歪部材に応力与えること(振動)で逆磁歪効果により発電する仕組みである。磁歪部材1の厚みが0.3mm未満の場合振動中に破損しやすくなる。逆に磁歪部材1の厚さが2mmを超える場合、振動による応力を大きくする必要があり効率が悪くなる。磁歪部材1の形状及び大きさは、目的とするデバイスの大きさに応じて適宜設定される。例えば、磁歪部材1の大きさは、長手方向D1の長さ(寸法)が16mm、短手方向D2の幅(寸法)が4mm、厚さが1mmである。 The magnetostrictive member 1 is used, for example, as a material (part) for vibration power generation devices in the energy harvesting field, and as a material (part) for wearable terminals and sensors. For example, the magnetostrictive vibration power generation device shown in the above Patent Document 5 is composed of a coil, a magnetostrictive member made of an Fe-Ga alloy wound around the coil, a yoke, and a permanent magnet for a field magnet. When the yoke, which is the moving part of the device, is vibrated, the magnetostrictive member fixed to the center of the yoke vibrates in conjunction with the yoke, and the magnetic flux density of the coil wound around the magnetostrictive member changes due to the inverse magnetostrictive effect, and electromagnetic induction electromotive force is generated, thereby generating electricity. When used in such a mechanism, the shape of the magnetostrictive member 1 is preferably a thin plate shape and is set to a long and narrow rectangular shape in a plan view. There is no particular limit to the thickness of the magnetostrictive member 1. The lower limit of the thickness is preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.4 mm or more, and even more preferably 0.5 mm or more. The upper limit of the thickness of the magnetostrictive member 1 is preferably 2 mm or less, more preferably 1.8 mm or less, and even more preferably 1.5 mm or less. The thickness of the magnetostrictive member 1 is preferably 0.3 mm or more and 2 mm or less, more preferably 0.4 mm or more and 1.8 mm or less, and even more preferably 0.5 mm or more and 1.5 mm or less. As described above, the mechanism of power generation by the magnetostrictive member 1 is a mechanism of generating power by applying stress (vibration) to the magnetostrictive member through the inverse magnetostrictive effect. If the thickness of the magnetostrictive member 1 is less than 0.3 mm, it is likely to be damaged during vibration. Conversely, if the thickness of the magnetostrictive member 1 exceeds 2 mm, it is necessary to increase the stress due to vibration, which reduces efficiency. The shape and size of the magnetostrictive member 1 are appropriately set according to the size of the target device. For example, the size of the magnetostrictive member 1 is 16 mm in length (dimension) in the longitudinal direction D1, 4 mm in width (dimension) in the lateral direction D2, and 1 mm in thickness.
なお、磁歪部材1の形状及び寸法は、それぞれ、特に限定されない。例えば、磁歪部材1は、平面視において長方形状でなくてもよい。例えば、磁歪部材1の形状は、平面視において、楕円状、トラック状、不定形でもよい。なお、磁歪部材1の形状が平面視において長方形状以外の場合において、長手方向D1は長径方向、長軸方向等であり、短手方向D2は長手方向D1に直交する方向である。 The shape and dimensions of the magnetostrictive member 1 are not particularly limited. For example, the magnetostrictive member 1 does not have to be rectangular in plan view. For example, the shape of the magnetostrictive member 1 may be elliptical, track-shaped, or amorphous in plan view. When the shape of the magnetostrictive member 1 is other than rectangular in plan view, the longitudinal direction D1 is the long diameter direction, long axis direction, etc., and the short direction D2 is a direction perpendicular to the longitudinal direction D1.
上述したように、本発明者らは、Fe-Ga合金の単結晶からなり、主面が{100}面であり、磁化容易方向である<100>方向を磁歪部材の長手方向とした平面視の形状が長方形状である板状の磁歪部材を複数製作した。Ga濃度が均一なFe-Ga合金の単結晶から切り出して作成した複数の磁歪部材について磁歪特性を確認した結果、作成した複数の磁歪部材は、磁歪定数は高位であるが、平行磁歪量に大きなばらつきがあることが判った。また、これらの磁歪部材は、磁歪定数自体がばらつくこともあり、磁歪定数は、単結晶から磁歪部材を切り出す位置によりばらつきがあることを見出した。さらに調査した結果、磁歪定数及び平行磁歪量は、磁歪部材の研削方向に関連があることを見出した。本発明は、上記の知見を元になされたものである。 As described above, the inventors produced a number of plate-shaped magnetostrictive members made of single crystals of Fe-Ga alloy, with the main surface being a {100} plane, and with the magnetization easy direction being the <100> direction as the longitudinal direction of the magnetostrictive member, and with a rectangular shape in plan view. As a result of checking the magnetostrictive properties of a number of magnetostrictive members cut from single crystals of Fe-Ga alloys with a uniform Ga concentration, it was found that the magnetostrictive constants of the created magnetostrictive members were high, but the amount of parallel magnetostriction was highly variable. In addition, it was found that the magnetostrictive constants of these magnetostrictive members themselves vary, and that the magnetostrictive constants vary depending on the position at which the magnetostrictive members are cut from the single crystal. As a result of further investigation, it was found that the magnetostrictive constant and the amount of parallel magnetostriction are related to the grinding direction of the magnetostrictive member. The present invention was made based on the above findings.
磁歪部材は、例えば、育成された鉄系合金の結晶を一定方向に切断することにより薄板状の部材を作製し、作製した薄板状の部材を所定の大きさに切断することにより製造される。 Magnetostrictive members are manufactured, for example, by cutting grown iron-based alloy crystals in a certain direction to create a thin plate-like member, and then cutting the thin plate-like member to a specified size.
本実施形態の磁歪部材1は、図1(A)及び(B)に示すように、表面4及び裏面5(「表裏面」、「表裏面4、5」と総称する場合もある)に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、板状体の表面4及び裏面5に、第1の溝2より深く、長手方向D1に延びる複数の第2の溝3を有する、ことを特徴としている。以下、詳細に説明する。(以下の説明において、第1の溝2及び第2の溝3を「溝」、「溝2、3」と総称する場合もある。) As shown in Figs. 1(A) and (B), the magnetostrictive member 1 of this embodiment is characterized by having a plurality of first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and the back surface 5 (sometimes referred to collectively as "front and back surfaces" and "front and back surfaces 4, 5"), and a plurality of second grooves 3 deeper than the first grooves 2 and extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and the back surface 5 of the plate-like body. A detailed explanation will be given below. (In the following explanation, the first grooves 2 and the second grooves 3 may sometimes be referred to collectively as "grooves" and "grooves 2, 3.")
上述したように、Ga濃度の均一なFe-Ga単結晶から切り出した複数の磁歪部材について磁歪特性を確認した結果、磁歪定数は高位であるが、平行磁歪量にばらつきがあることが判っている。本実施形態によれば、このような平行磁歪量にばらつきがある磁歪部材においても、表面4及び裏面5に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、板状体の表面4及び裏面5に、第1の溝2より深く、長手方向D1に延びる複数の第2の溝3をを形成することにより、磁歪定数及び平行磁歪量の双方を、高位で且つ部材間のばらつきが少ないように改質(「磁歪定数及び平行磁歪量の改質」とも称す)することができ、特に平行磁歪量を改質することができる。この改質の現象は、特に複数の第1の溝2を形成したことによって結晶内に残留歪等の応力がかかり、磁気モーメントが均一に再配列して、磁歪特性が均一化したため生じると推測される。 As described above, the magnetostrictive properties of a number of magnetostrictive members cut from Fe-Ga single crystals with a uniform Ga concentration were confirmed, and it was found that the magnetostrictive constant was high, but the parallel magnetostriction amount varied. According to this embodiment, even in magnetostrictive members with such a variation in the parallel magnetostriction amount, by forming a number of first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and back surface 5, and a number of second grooves 3 deeper than the first grooves 2 and extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and back surface 5 of the plate-shaped body, both the magnetostrictive constant and the parallel magnetostriction amount can be modified to be high and have little variation between members (also referred to as "modification of the magnetostrictive constant and the parallel magnetostriction amount"). In particular, the parallel magnetostriction amount can be modified. It is presumed that this modification phenomenon occurs because the formation of a number of first grooves 2 in particular applies stress such as residual strain within the crystal, which uniformly rearranges the magnetic moment and uniformizes the magnetostrictive properties.
以下、上記磁歪定数及び平行磁歪量の改質について説明する。本実施形態では、後述する実施例に示すように、単結晶よりマルチワイヤソー装置を用いて切断した表裏面を有する磁歪部材のサンプルにおいて、磁歪部材の表裏面の両面に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、第1の溝2より深く長手方向D1に延びる複数の第2の溝3を形成するサンプル(実施例1~4)と、短手方向D2に延びる複数の第1の溝と、第1の溝より深く短手方向D2に延びる複数の第2の溝を形成したサンプル(比較例1)について、複数の溝2、3の形成による磁歪定数及び平行磁歪量の変化を調べた。その結果を表1に示す。 The following describes the modification of the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction. In this embodiment, as shown in the examples described later, samples of magnetostrictive members having front and back surfaces cut from a single crystal using a multi-wire saw device were examined for the changes in the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction due to the formation of multiple grooves 2 and 3 for samples (Examples 1 to 4) in which multiple first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 and multiple second grooves 3 extending in the longitudinal direction D1 deeper than the first grooves 2 were formed on both the front and back surfaces of the magnetostrictive member, and for a sample (Comparative Example 1) in which multiple first grooves extending in the lateral direction D2 and multiple second grooves extending in the lateral direction D2 deeper than the first grooves were formed. The results are shown in Table 1.
磁歪部材の表裏面の両面に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、第1の溝より深く長手方向に延びる複数の第2の溝を形成するサンプルは、実施例1~4に示すように、10枚のすべてのサンプルにおいて磁歪定数、平行磁歪量ともに200ppm以上であり、高位で安定している。 As shown in Examples 1 to 4, in the samples in which multiple first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 and multiple second grooves extending in the longitudinal direction deeper than the first grooves are formed on both the front and back surfaces of the magnetostrictive member, the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction are both 200 ppm or more in all ten samples, and are stable at a high level.
これに対し、磁歪部材の表裏面の両面に、短手方向D2に延びる複数の第1の溝と、第1の溝より深く短手方向D2に延びる複数の第2の溝を形成するサンプルは、比較例1に示すように、10枚のすべてのサンプルにおいて、磁歪定数は200ppm以上であり安定しているが、平行磁歪量は100ppm以下であり、低位で安定している。 In contrast, in the case of a sample in which a plurality of first grooves extending in the short direction D2 and a plurality of second grooves extending deeper in the short direction D2 are formed on both the front and back surfaces of the magnetostrictive member, as shown in Comparative Example 1, in all ten samples, the magnetostriction constant is stable at 200 ppm or more, but the parallel magnetostriction amount is low and stable at 100 ppm or less.
さらに、実施例1において、さらに、磁歪部材1の表裏面をラッピング装置により研削加工し、その後、ポリッシュ装置により研磨加工により、表裏面を鏡面加工した。この鏡面加工により磁歪部材の表裏面の溝2、3を削除して、再度、平行磁歪量を確認した。その結果、平行磁歪量は34~290ppmとばらつきが大きくなった。特に、10枚中8枚のサンプルにおいて平行磁歪量が200ppm未満に低下し、ばらつきを大きくした。残り2枚の平行磁歪量については、研削加工の前とほぼ同一で変動はなかった。上記状況から、表面4及び裏面5に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、第1の溝2より深く、長手方向D1に延びる複数の第2の溝3を形成することで、磁歪定数及び平行磁歪量の双方を、高位で且つ部材間のばらつきが少ないように改質(「磁歪定数及び平行磁歪量の改質」とも称す)することができたと推測できる。 Furthermore, in Example 1, the front and back surfaces of the magnetostrictive member 1 were further ground using a lapping device, and then polished using a polishing device to mirror finish the front and back surfaces. The grooves 2 and 3 on the front and back surfaces of the magnetostrictive member were removed by this mirror finish, and the amount of parallel magnetostriction was checked again. As a result, the amount of parallel magnetostriction varied widely, from 34 to 290 ppm. In particular, the amount of parallel magnetostriction in eight out of ten samples fell to less than 200 ppm, increasing the variation. The amount of parallel magnetostriction in the remaining two samples was almost the same as before grinding, with no change. From the above situation, it can be inferred that by forming a plurality of first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and back surface 5, and a plurality of second grooves 3 that are deeper than the first grooves 2 and extend in the longitudinal direction D1, it is possible to improve both the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction to a high level with less variation between components (also referred to as "improving the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction").
なお、平行磁歪量は磁歪部材1の長手方向D1に対して平行な磁場を印加し、長手方向D1の磁歪量が飽和したときの磁歪量である。また、垂直磁歪量は磁歪部材1の短手方向D2に対して平行な磁場を印加し、短手方向D2の磁歪量が飽和したときの磁歪量である。本実施形態の磁歪部材1における磁歪定数、平行磁歪量、及び垂直磁歪量は、後に説明する実施例の記載の通りに求めた値であり、磁歪量は式(3)に従い実際の歪検出値をゲージ率で補正して求めた値であり、磁場方向が歪みゲージの長手方向に対して平行であるときの磁歪量を、平行磁歪量とし、磁場方向が歪みゲージ長手方向に対して垂直であるときの磁歪量を、垂直磁歪量とし、磁歪定数は式(1)に従い、平行磁歪量と垂直磁歪量の差で求めた値である。また、複数の溝2、3の延びる方向と長手方向D1がなす角度は、異なる複数の溝における値を平均した値である。 The parallel magnetostriction amount is the amount of magnetostriction when a magnetic field parallel to the longitudinal direction D1 of the magnetostrictive member 1 is applied and the amount of magnetostriction in the longitudinal direction D1 is saturated. The perpendicular magnetostriction amount is the amount of magnetostriction when a magnetic field parallel to the transverse direction D2 of the magnetostrictive member 1 is applied and the amount of magnetostriction in the transverse direction D2 is saturated. The magnetostriction constant, parallel magnetostriction amount, and perpendicular magnetostriction amount in the magnetostrictive member 1 of this embodiment are values obtained as described in the examples described later, and the amount of magnetostriction is a value obtained by correcting the actual strain detection value with the gauge factor according to formula (3), the amount of magnetostriction when the magnetic field direction is parallel to the longitudinal direction of the strain gauge is the amount of parallel magnetostriction, the amount of magnetostriction when the magnetic field direction is perpendicular to the longitudinal direction of the strain gauge is the amount of perpendicular magnetostriction, and the magnetostriction constant is a value obtained by the difference between the amount of parallel magnetostriction and the amount of perpendicular magnetostriction according to formula (1). In addition, the angle between the extension direction of the multiple grooves 2 and 3 and the longitudinal direction D1 is the average value of the values for multiple different grooves.
次に、複数の第1の溝2、及び第1の溝2より深く長手方向D1に延びる複数の第2の溝3について説明する。複数の第1の溝2、及び第2の溝3は、磁歪部材の製造方法と関連があるため、まずは、磁歪部材の表裏面を加工するマルチワイヤソー装置に関して説明する。 Next, we will explain the multiple first grooves 2 and the multiple second grooves 3 that are deeper than the first grooves 2 and extend in the longitudinal direction D1. Since the multiple first grooves 2 and the multiple second grooves 3 are related to the manufacturing method of the magnetostrictive member, we will first explain the multi-wire saw device that processes the front and back surfaces of the magnetostrictive member.
本実施形態の磁歪部材1の製造では、切断加工において、切断装置としてマルチワイヤソー装置(ワイヤソー装置)を用いる。以下、マルチワイヤソー装置について説明する。 In the manufacturing of the magnetostrictive member 1 of this embodiment, a multi-wire saw device (wire saw device) is used as the cutting device in the cutting process. The multi-wire saw device is described below.
図2は、マルチワイヤソー装置(ワイヤソー装置)の一例を示す図である。ワイヤソー装置20は、所定の間隔に配置されるワイヤ25からなるワイヤ列26を備え、円柱状等の単結晶Cとワイヤ列26とを相対的に移動させることにより、ワイヤ列26により単結晶Cを複数の薄板部材PL(図5から図7参照)に研削切断する装置である。ワイヤソー装置20は、図2に示すように、スライス台ホルダ21と、スライス台22と、複数のローラR(図2の例では3つ、図3の例では2つ)と、複数のローラR間に互いに所定の間隔を介して張設されたワイヤ列26と、を備える。ワイヤソー装置20は、図2に示すように、単結晶Cを上方向又は下方向に移動させることにより、ワイヤ列26と単結晶Cとを相対方向に移動させる。ワイヤソー装置20は、ワイヤ列26と単結晶Cとを相対方向に移動させ、単結晶Cをワイヤ列26に押し付けながらワイヤ列26を一方向あるいは往復方向へ走行させることにより、単結晶Cを同時に複数の薄板部材PL(図5から図7参照)に切断加工する。なお、ワイヤソー装置20は、固定された単結晶Cに対してワイヤ列26を移動する構成でもよいし、ワイヤ列26が固定され単結晶Cが移動する構成でもよい。
2 is a diagram showing an example of a multi-wire saw device (wire saw device). The wire saw
ワイヤソー装置20を用いた切断加工では、一定ピッチで並行する複数の極細ワイヤ列26に単結晶Cを押し当て、ワイヤ25を線方向に送りながら、単結晶Cとワイヤ25との間に砥粒を含む加工液(スラリーともいう)を供給することによって切断する遊離砥粒方式と、ダイヤモンド等砥粒を電着又は接着剤によって固定したワイヤ25を線方向に送りながら、被加工物を切断する固定砥粒方式とがある。本実施形態では、固定砥粒方式を用いる。詳細は後述する。
In cutting processes using the wire saw
また、ワイヤソー装置20で単結晶Cを切断するときにおけるワイヤ25の走行方向(走行方式)は、ワイヤ25を一方向のみに走行させて切断を行う方式(以下、「一方向切断方式」と称す。)と、ワイヤ25を往復走行させて切断を行う方式(以下、「往復切断方式」と称す。)がある。一方向切断方式では、高い線速での長時間走行が可能であるため加工能率が高い一方、単結晶径が大きい場合、1切断するために数百kmのワイヤ25が必要となり、高価となる。一般的には、往復切断方式が用いられる。往復切断方式において、ワイヤ25を往復走行させて単結晶Cを切断すると、ワイヤ25の走行方向が切り替わるたびにワイヤ25が一時停止して線速がゼロになる。このため、切断された薄板部材PLは、図1(B)の符号「3」に示すようなソーマークによる段差(溝)が生じる。この現象は、ワイヤ25を往復走行により発生するため、ワイヤ25の走行方向に対し垂直方向に所定のピッチP1(図1(B)参照)で段差(溝)が発生する。
In addition, the direction of travel of the
さらに、ワイヤソー装置20には、揺動機構を有してもよい。図4は、ワイヤソー装置の揺動機構の一例を示す図である。揺動機構は、ワイヤソー装置20の複数のローラRに配置されたワイヤ列26を、図3に示すように、水平の状態からローラR全体を傾斜させて単結晶Cを切断する機構である(以下、水平の状態からローラR全体を傾斜させることを「揺動」と略す場合もある)。ワイヤ25での単結晶Cの切断中に揺動運動を加えることで、ワイヤ25と単結晶Cとの接触面(接触部)を、揺動機構がない場合における線接触から、点接触に近くなるような状態にすることができる。このため、ワイヤ25と単結晶Cとの接触部には実質的により高い荷重を加えることができ、また、切断のために用いられる砥粒が、効率的に接触部に作用する。この揺動は、水平に対して、±15°の範囲で行われるのが好ましい。より好ましくは、±5°の範囲である。すなわち、揺動におけるワイヤ列26の傾斜の角度θ(以下「揺動の角度」、「揺動角度」と称す場合もある)は、±15°の範囲であるのが好ましい。±5°の範囲であるのがより好ましい。なお、上記揺動の角度θにおける符号(「+」、「-」)は、ワイヤ25の走行方向(ワイヤ列26)と平行な面上に対して、時計回り方向がプラス方向(+方向)とし、反時計回りの方向がマイナス方向(-方向)とする(図3参照)。また、本明細書において、「±n°の範囲」とは、-n°~+n°の範囲であること、言い換えれば、|n|°以下(|n|は絶対値を示す)であることを意味する。揺動の角度θが上記範囲を超えると、揺動運動により切断面の表面粗さが小さくなることが知られており、磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果が小さくなる場合がある。このため、揺動の角度θは、水平に対し±3°の範囲であるのがより好ましい。また、上記の揺動の速度は、特に限定されないが、例えば、3°~10°/秒である。
Furthermore, the wire saw
また、上記の揺動は、ワイヤソー装置20で単結晶Cを切断中、揺動の角度θを設定することで一定速度で揺動運動が繰り返し行われる。なお、このワイヤ揺動は、前述のワイヤ往復機構とは連動せず、個別に設定することができる。なお、本実施形態で用いることができるワイヤソー装置20は、特に限定はなく公知の装置を用いることができる。例えば、上記の揺動機構を備えるワイヤソー装置として、特開2008-229752号公報に記載されるワイヤソー装置を用いることができる。
The above-mentioned oscillation is repeated at a constant speed by setting the oscillation angle θ while cutting the single crystal C with the wire saw
本実施形態の磁歪部材1の表裏面は、上記マルチワイヤソー装置20による加工の加工面であり、ワイヤ25は固定砥粒切断方式を用い、ワイヤ25の走行方式はワイヤを往復走行させて切断を行う往復切断方式で加工したものである。
The front and back surfaces of the magnetostrictive member 1 in this embodiment are the processed surfaces by the multi-wire saw
本実施形態の磁歪部材1における第1の溝2は、ワイヤ25に固定された固定砥粒により研削された時の溝である。図1(B)に示すように、第1の溝2は、一定方向に複数の溝が形成される必要がある。固定砥粒方式のワイヤ25を用いることで、ワイヤ25の走行方向と平行な方向の複数の溝を確実に形成することができる。この溝は、ワイヤ25に固定される砥粒により影響を受ける。ワイヤ25に固定する砥粒は、一般にダイヤモンドの砥粒が使用されるが、ダイヤモンドの砥粒には限定されない。ワイヤ25に固定する砥粒の粒径は、6~40μmを用いることが好ましい。砥粒の粒径が上記の範囲である場合、第1の溝2及び第2の溝3をより確実に形成することができる。砥粒が小さいと砥粒摩滅によりワイヤの寿命が短くなるため、費用が増加し、また、砥粒が大きくなると加工変質層が深く方向性が小さくなるため、溝の加工(溝の形成)が不十分となる。ワイヤ25の線径は特に限定はないが、一般には、0.1~0.3mmmが好ましい。
The first groove 2 in the magnetostrictive member 1 of this embodiment is a groove formed when ground by a fixed abrasive fixed to the
本実施形態の磁歪部材1における第2の溝3(図1(B)参照)は、ワイヤソー装置20のワイヤ25の走行をワイヤを往復走行させて切断を行う往復切断方式により切断した時に形成されるソーマークによるものである。前述したようにワイヤ25を往復走行させて単結晶Cを切断すると、ワイヤ25の走行方向が切り替わるたびにワイヤ25が一時停止して線速がゼロになる。そこから加工が再開されるため、往路と復路とで差が生じソーマークとなり、ソーマークが第2の溝3となる。ソーマーク(第2の溝3)は、第1の溝よりも深さが深くなる(図1(B)参照)。
The second groove 3 (see FIG. 1(B)) in the magnetostrictive member 1 of this embodiment is due to a saw mark formed when cutting is performed by a reciprocating cutting method in which the
ソーマーク(第2の溝3)は、ワイヤ25の往復回数、単結晶Cの送り速度等により、ワイヤの走行方向に対して、垂直方向に一定の間隔で形成される。例えば、ソーマークは、深さ0.5μm~3.0μmで、5μm~30μmピッチP1(図1(B)参照)で形成される。なお、ソーマークの深さ、及び、ピッチは、単結晶Cをワイヤソー装置20で切断する際の加工条件(単結晶Cの送り速度、ワイヤを往復させる回数・速度など)により、制御することができる。
The saw marks (second grooves 3) are formed at regular intervals perpendicular to the wire travel direction, depending on the number of times the
さらに、第1の溝2の延伸方向と、第2の溝3の延伸方向は、同一方向、もしくは、第1の溝2の延伸方向と第2の溝3の延伸方向が交わる角度(「交差角度」とも呼ぶ)が±15°の範囲内で交差してもよい(交差角度は、15°以下でもよい)。前述したように、ワイヤ25は、複数のローラRに配置されており、かつ、この複数のローラRは、揺動機構により単結晶Cを基準に水平から所定の範囲の角度で傾斜して揺動し、単結晶Cを切断する。この揺動運動を用いた場合は、前述のワイヤ25の往復とは連動していないため、単結晶Cをワイヤソー装置20で切断した薄板部材PLの表裏面では、設定した揺動角度の範囲で第1の溝2の延伸方向と、第2の溝3の延伸方向が交わる角度(交差角度)が変動する。実施例2、実施例3、比較例3は、揺動運動を、揺動角度θ(図3参照)を±3°、±10°で行った結果である。実施例2及び実施例3では、実施例1と同様に、10枚のサンプルにおいて磁歪定数、平行磁歪量ともに、200ppm以上であり、高位で安定している。これに対し、実施例4に示すように、揺動角度θ±10°では、交差角度が大きくなるため、平行磁歪量の改質効果はあるものの実施例2、3に比較し若干劣る。このように、第1の溝の延伸方向と第2の溝の延伸方向は、同一方向、もしくは、第1の溝2の延伸方向と第2の溝3の延伸方向が交わる角度(交差角度)が±15°の範囲内であれば、磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果が発現することがわかる。±5°の範囲内であればより確実に磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果が発現する。
Furthermore, the extension direction of the first groove 2 and the extension direction of the second groove 3 may be the same direction, or the angle at which the extension direction of the first groove 2 and the extension direction of the second groove 3 intersect (also called the "intersection angle") may be within a range of ±15° (the intersection angle may be 15° or less). As described above, the
複数の溝2、3(溝2、3)は、長手方向D1に延びるように形成される。各溝2、3は、線状(筋状)である。溝2、3は、直線状であるのが、上記の磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果を効率的に発現させる観点から好ましい。なお、溝2、3は曲線状でもよい。溝2、3の長手方向D1の長さは、特に限定されない。溝2、3は、上記の磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果を効率的に発現させる観点から、面内全体に形成されるのが好ましい。上述のように、ワイヤソー装置20を用いて切断加工した磁歪部材1では、溝2、3は、表裏面の全体に形成される。なお、本実施形態において、磁歪部材1が、本発明の効果を損ねない範囲において上記長手方向以外に延びる溝を含んでもよく、このような磁歪部材を除外するものではないが、好ましくは上記長手方向以外に延びる溝はないのが理想的である。
The grooves 2, 3 (grooves 2, 3) are formed to extend in the longitudinal direction D1. Each groove 2, 3 is linear (stripe-like). The grooves 2, 3 are preferably linear from the viewpoint of efficiently expressing the effect of modifying the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction. The grooves 2, 3 may be curved. The length of the longitudinal direction D1 of the grooves 2, 3 is not particularly limited. The grooves 2, 3 are preferably formed over the entire surface from the viewpoint of efficiently expressing the effect of modifying the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction. As described above, in the magnetostrictive member 1 cut using the wire saw
磁歪部材1の表裏面における各面において、長手方向D1の表面粗さRaは、短手方向D2の表面粗さRaよりも小さいことが好ましい。磁歪部材1の表裏面における各面において、長手方向D1の表面粗さRaは、下限が0.3μm以上であるのが好ましく、上限が1.5μm以下であるのが好ましく、0.3μm以上1.5μm以下であるのがより好ましい。また、磁歪部材1の表裏面における各面において、短手方向D2の表面粗さRaは、下限が0.6μm以上であるのが好ましく、0.7μm以上であるのがより好ましく、上限が4.5μm以下であるのが好ましく、範囲が0.6μm以上4.5μm以下であるのが好ましく、0.7μm以上4.5μm以下であるのがより好ましい。磁歪部材1の表裏面における各面において、長手方向D1又は短手方向D2の表面粗さRaが上記範囲である場合、上記の磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果を効率的に発現させることができる。本実施形態において、表面粗さRaは、1つの磁歪部材1における複数の異なる部分を測定した値を平均した値である。 On each surface of the front and back surfaces of the magnetostrictive member 1, the surface roughness Ra in the longitudinal direction D1 is preferably smaller than the surface roughness Ra in the transverse direction D2. On each surface of the front and back surfaces of the magnetostrictive member 1, the surface roughness Ra in the longitudinal direction D1 is preferably at least 0.3 μm in lower limit, and preferably at most 1.5 μm in upper limit, more preferably at least 0.3 μm and at most 1.5 μm. Also, on each surface of the front and back surfaces of the magnetostrictive member 1, the surface roughness Ra in the transverse direction D2 is preferably at least 0.6 μm in lower limit, more preferably at least 0.7 μm in higher limit, and preferably at most 4.5 μm in upper limit, and preferably at most 0.6 μm and at most 4.5 μm in higher limit, more preferably at most 0.7 μm and at most 4.5 μm in higher limit. When the surface roughness Ra in the longitudinal direction D1 or the lateral direction D2 of each of the front and back surfaces of the magnetostrictive member 1 is within the above range, the effect of improving the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction can be efficiently achieved. In this embodiment, the surface roughness Ra is the average value obtained by measuring multiple different parts of one magnetostrictive member 1.
なお、本実施形態において、溝2、3が長手方向D1に延びるとは、溝2、3が長手方向D1と平行な方向に延びること、及び、溝2、3が長手方向D1と40°未満の角度で交差する方向に延びることを含む。溝2、3が延びる方向(延伸方向)が長手方向D1と平行な方向からずれると平行磁歪量が低くなるため(比較例1参照)、溝2、3が延びる方向は長手方向D1と平行な方向であるのが好ましい。なお、溝2は、互いに異なる方向に延びる溝を含んでもよいし、長さ又は深さが異なる形状の溝を含んでもよい。また、溝3は、互いに異なる方向に延びる溝を含んでもよいし、長さ又は深さが異なる形状の溝を含んでもよい。 In this embodiment, the grooves 2 and 3 extending in the longitudinal direction D1 includes the grooves 2 and 3 extending in a direction parallel to the longitudinal direction D1 and the grooves 2 and 3 extending in a direction intersecting the longitudinal direction D1 at an angle of less than 40°. If the extension direction (extension direction) of the grooves 2 and 3 deviates from a direction parallel to the longitudinal direction D1, the amount of parallel magnetostriction decreases (see Comparative Example 1), so it is preferable that the extension direction of the grooves 2 and 3 is a direction parallel to the longitudinal direction D1. The grooves 2 may include grooves extending in different directions, or grooves having shapes with different lengths or depths. The grooves 3 may include grooves extending in different directions, or grooves having shapes with different lengths or depths.
本実施形態の磁歪部材1の特性について説明する。本実施形態の磁歪部材1は、上記の構成により、磁歪定数が200ppm以上、好ましくは250ppm以上とすることができる。また、磁歪部材1は、上記の構成により、平行磁歪量が200ppm以上、好ましくは250ppm以上とすることができる。磁歪部材1の磁歪定数及び平行磁歪量を上記の範囲にする場合、磁歪部材1をFe-Ga合金の単結晶で形成するのが好ましい。 The characteristics of the magnetostrictive member 1 of this embodiment will be described. The magnetostrictive member 1 of this embodiment can have a magnetostriction constant of 200 ppm or more, preferably 250 ppm or more, due to the above configuration. In addition, the magnetostrictive member 1 can have a parallel magnetostriction amount of 200 ppm or more, preferably 250 ppm or more, due to the above configuration. When the magnetostrictive constant and parallel magnetostriction amount of the magnetostrictive member 1 are to be within the above ranges, it is preferable to form the magnetostrictive member 1 from a single crystal of an Fe-Ga alloy.
また、本実施形態の磁歪部材1は、上記の第1の溝2及び第2の溝3を形成することにより、磁歪定数及び平行磁歪量の双方を、高位で且つ部材間のばらつきが少ないように改質(修正)されている。本実施形態の磁歪部材1における溝2、3は、磁歪定数及び平行磁歪量の双方(少なくとも平行磁歪量)を改質することが可能なものであり、溝2、3は、磁歪定数を好ましくは200ppm以上、より好ましくは250ppm以上とすることができ、平行磁歪量を好ましくは200ppm以上、より好ましくは250ppm以上とすることができる。このため、本実施形態の磁歪部材1は、1つの結晶から製造された複数の磁歪部材1の場合、複数の磁歪部材1における磁歪定数の変動係数を、好ましくは0.1以下、より好ましくは0.06以下、より好ましくは0.04以下とすることができ、また、平行磁歪量の変動係数を、好ましくは0.1以下、より好ましくは0.06以下とすることができる。なお、育成された1つの結晶とは、育成された結晶のうち、磁歪部材として用いられる有効結晶(実際に部品として使用される部分)である。例えば、BV法で育成された結晶については、固化率が10%~85%の範囲のであり、CZ法で育成された結晶であれば、直径が均一の範囲(育成肩部等を除外した部分)である。 In addition, the magnetostrictive member 1 of this embodiment is modified (corrected) so that both the magnetostrictive constant and the amount of parallel magnetostriction are high and have little variation between members by forming the above-mentioned first groove 2 and second groove 3. The grooves 2 and 3 in the magnetostrictive member 1 of this embodiment are capable of modifying both the magnetostrictive constant and the amount of parallel magnetostriction (at least the amount of parallel magnetostriction), and the grooves 2 and 3 can make the magnetostrictive constant preferably 200 ppm or more, more preferably 250 ppm or more, and the amount of parallel magnetostriction preferably 200 ppm or more, more preferably 250 ppm or more. Therefore, in the case of multiple magnetostrictive members 1 manufactured from one crystal, the magnetostrictive member 1 of this embodiment can make the coefficient of variation of the magnetostrictive constant in the multiple magnetostrictive members 1 preferably 0.1 or less, more preferably 0.06 or less, more preferably 0.04 or less, and the coefficient of variation of the amount of parallel magnetostriction preferably 0.1 or less, more preferably 0.06 or less. Note that a single grown crystal is the effective crystal (the part that is actually used as a part) that is used as a magnetostrictive member. For example, crystals grown by the BV method have a solidification rate in the range of 10% to 85%, while crystals grown by the CZ method have a uniform diameter (excluding the growth shoulder, etc.).
以上のように、本実施形態の磁歪部材1は、磁歪特性を有する鉄系合金の結晶からなり、長手方向D1及び短手方向D2を有する板状体であり、板状体の表面4及び裏面5に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝D1と、板状体の表面4及び裏面5に、第1の溝2より深く、長手方向D1に延びる複数の第2の溝3と、を有する。なお、本実施形態の磁歪部材1において、上記以外の構成は任意の構成である。本実施形態の磁歪部材1は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない特性を有する。また、本実施形態の磁歪部材1は、上記の溝により、磁歪定数及び平行磁歪量の改質が行われると推定され、従来の同一の単結晶から製造された磁歪部材における磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが修正されるため、歩留まりが高く安定に生産することができる。本実施形態の磁歪部材1は、磁歪定数及び平行磁歪量が高いため、優れた磁歪効果および逆磁歪効果を示す部材(材料)の最終製品として好適に用いることができる。また、本実施形態の磁歪部材1は、後に示す本実施形態の磁歪部材の製造方法で説明するように、単結晶をワイヤソー装置により切断加工するのみで製造可能であるため、容易に製造することができる。 As described above, the magnetostrictive member 1 of this embodiment is a plate-shaped body made of crystals of an iron-based alloy having magnetostrictive properties and having a longitudinal direction D1 and a transverse direction D2, and has a plurality of first grooves D1 extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and back surface 5 of the plate-shaped body, and a plurality of second grooves 3 deeper than the first grooves 2 and extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and back surface 5 of the plate-shaped body. Note that in the magnetostrictive member 1 of this embodiment, the configuration other than the above is optional. The magnetostrictive member 1 of this embodiment has a high magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount, and has a characteristic of small variation in the magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount between members. In addition, the magnetostrictive member 1 of this embodiment is presumed to have the above grooves modify the magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount, and since the variation in the magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount in magnetostrictive members manufactured from the same conventional single crystal is corrected, it can be produced stably with high yield. The magnetostrictive member 1 of this embodiment has a high magnetostriction constant and a high amount of parallel magnetostriction, and can therefore be suitably used as a final product of a member (material) that exhibits excellent magnetostriction and inverse magnetostriction effects. In addition, the magnetostrictive member 1 of this embodiment can be easily manufactured because it can be manufactured simply by cutting a single crystal with a wire saw device, as will be explained later in the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment.
次に、本実施形態の磁歪部材の製造方法について説明する。本実施形態の磁歪部材の製造方法は、上記した本実施形態の磁歪部材1の製造方法である。本実施形態の磁歪部材の製造方法は、磁歪特性を有する鉄系合金の結晶からなりかつ長手方向D1及び短手方向D2を有する板状体の表面4及び裏面5に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、板状体の表面4及び裏面5に第1の溝2より深く長手方向D1に延びる複数の第2の溝3と、を形成することを備える。 Next, a method for manufacturing the magnetostrictive member of this embodiment will be described. The method for manufacturing the magnetostrictive member of this embodiment is the method for manufacturing the magnetostrictive member 1 of this embodiment described above. The method for manufacturing the magnetostrictive member of this embodiment comprises forming a plurality of first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 on the front surface 4 and back surface 5 of a plate-like body made of crystals of an iron-based alloy having magnetostrictive properties and having a longitudinal direction D1 and a lateral direction D2, and forming a plurality of second grooves 3 extending in the longitudinal direction D1 deeper than the first grooves 2 on the front surface 4 and back surface 5 of the plate-like body.
なお、以下の説明では、Fe-Ga合金の単結晶インゴットから磁歪部材1を製造する方法を一例として説明するが、本実施形態の磁歪部材の製造方法は、以下の説明に限定されない。また、本明細書中の記載のうち、本実施形態の磁歪部材の製造方法に適用可能なものは、本実施形態の磁歪部材の製造方法でも適用されるとする。 In the following explanation, a method for manufacturing the magnetostrictive member 1 from a single crystal ingot of an Fe-Ga alloy is described as an example, but the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment is not limited to the following explanation. In addition, any description in this specification that is applicable to the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment is also applicable to the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment.
図4は、本実施形態の磁歪部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。図5から図7は、単結晶、薄板部材及び磁歪部材の第1から第3の例を示す図である。例えば、本実施形態の磁歪部材の製造方法は、結晶用意工程(ステップS1)、結晶切断工程(ステップS2)、及び、切断工程(ステップS3)を備える(図4参照)。 Figure 4 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing a magnetostrictive member of this embodiment. Figures 5 to 7 are diagrams showing first to third examples of a single crystal, a thin plate member, and a magnetostrictive member. For example, the method for manufacturing a magnetostrictive member of this embodiment includes a crystal preparation step (step S1), a crystal cutting step (step S2), and a cutting step (step S3) (see Figure 4).
本実施形態の磁歪部材の製造方法では、まず、結晶用意工程(ステップS1)において、磁歪特性を有する鉄系合金の結晶を用意する。用意する結晶は、単結晶でもよいし、多結晶でもよいが、以下の説明では、結晶が単結晶である例を中心に説明する。また、用意する結晶は、育成したものでもよいし、市販品を用いてもよい。例えば、結晶用意工程では、Fe-Ga合金の単結晶を用意する。Fe-Ga合金の単結晶の育成方法は、特に限定はない。Fe-Ga合金の単結晶の育成方法は、例えば、引き上げ法や一方向凝固法等でもよい。引き上げ法ではCz法、一方向凝固法ではVB法、VGF法およびマイクロ引き下げ法等を用いることができる。 In the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment, first, in the crystal preparation step (step S1), a crystal of an iron-based alloy having magnetostrictive properties is prepared. The prepared crystal may be a single crystal or a polycrystal, but the following explanation will focus on an example in which the crystal is a single crystal. The prepared crystal may be grown or a commercially available product. For example, in the crystal preparation step, a single crystal of an Fe-Ga alloy is prepared. There is no particular limitation on the method of growing the single crystal of an Fe-Ga alloy. The method of growing the single crystal of an Fe-Ga alloy may be, for example, a pulling method or a unidirectional solidification method. The Cz method can be used for the pulling method, and the VB method, VGF method, and micro-pulling down method can be used for the unidirectional solidification method.
Fe-Ga合金の単結晶は、ガリウムの含有量を18.5at%又は27.5at%にすることで磁歪定数が極大になる。このため、Fe-Gaの単結晶は、ガリウムの含有量が16.0~20.0at%または25.0~29.0at%であるのが好ましく、17.0~19at%または26.0~28.0at%になるように育成されたものがより好ましい。育成された単結晶の形状は、特に限定はなく、例えば、円柱状でもよいし、四角柱状でもよい。なお、育成した単結晶は、必要に応じて種結晶、増径部または肩部(種結晶から所定の単結晶の径まで増やす部分)等を切断装置で切断することによって、円柱状の単結晶にしてもよい。育成する単結晶の大きさは、磁歪部材が所定の方向で確保できる大きさであれば、特に限定はない。Fe-Ga単結晶を育成する場合、育成軸方向が<100>になるように種結晶の上面又は下面を{100}面に加工した種結晶を使用して育成する。育成されるFe-Ga合金単結晶は、種結晶の上面又は下面に対し垂直方向に結晶が育成され、かつ種結晶の方位が継承される。 The magnetostriction constant of the Fe-Ga alloy single crystal is maximized by setting the gallium content to 18.5 at% or 27.5 at%. For this reason, the Fe-Ga single crystal is preferably grown to have a gallium content of 16.0 to 20.0 at% or 25.0 to 29.0 at%, and more preferably to have a gallium content of 17.0 to 19 at% or 26.0 to 28.0 at%. The shape of the grown single crystal is not particularly limited, and may be, for example, cylindrical or rectangular prism. The grown single crystal may be cut into a cylindrical single crystal by cutting the seed crystal, the diameter-increasing portion, or the shoulder portion (the portion that increases the diameter from the seed crystal to a specified single crystal diameter) with a cutting device as necessary. The size of the grown single crystal is not particularly limited as long as the magnetostrictive member can be secured in a specified direction. When growing Fe-Ga single crystals, they are grown using a seed crystal whose top or bottom surface is machined to a {100} plane so that the growth axis direction is <100>. The grown Fe-Ga alloy single crystal grows perpendicular to the top or bottom surface of the seed crystal, and inherits the orientation of the seed crystal.
結晶用意工程(ステップS1)の次に、結晶切断工程(ステップS2)を実施する。結晶切断工程は、結晶Cを切断し薄板部材PLを作製する工程である。薄板部材PLは、本実施形態の磁歪部材1の材料となる部材である。結晶切断工程は、上述したように、マルチワイヤソー装置20(ワイヤソー装置)を用いることが好ましい。また、結晶切断工程により、第1の溝2及び第2の溝3となる溝を形成する。ワイヤソー装置を用いることにより、より確実に、第1の溝2及び第2の溝3(となる溝)を形成することができ、容易に磁歪部材1を製造することができる。なお、切断装置には、例えば、外周刃切断装置、ワイヤ放電加工機等あるが、このような装置の場合、上述したように複数の溝(加工痕)を一定方向に形成することは難しい。 After the crystal preparation step (step S1), the crystal cutting step (step S2) is performed. The crystal cutting step is a step of cutting the crystal C to produce a thin plate member PL. The thin plate member PL is a member that will be the material of the magnetostrictive member 1 of this embodiment. As described above, the crystal cutting step is preferably performed using a multi-wire saw device 20 (wire saw device). In addition, the crystal cutting step forms grooves that will become the first groove 2 and the second groove 3. By using a wire saw device, the first groove 2 and the second groove 3 (the grooves that will become them) can be more reliably formed, and the magnetostrictive member 1 can be easily manufactured. Note that cutting devices include, for example, peripheral blade cutting devices and wire electric discharge machines, but in the case of such devices, it is difficult to form multiple grooves (machining marks) in a fixed direction as described above.
また、ワイヤ25は、上記したようなダイヤモンド等砥粒を電着又は接着剤によって固定したワイヤ(固定砥粒ワイヤ)を用いること(固定砥粒ワイヤ方式)が好ましい。固定砥粒ワイヤ(固定砥粒ワイヤ方式)を用いる場合、ワイヤの走行方向に沿って上記の第1の溝2及び第2の溝3を確実に形成することができる。なお、ワイヤ25を線方向に送りながら、単結晶Cとワイヤ25との間に砥粒を含む加工液(スラリーともいう)を供給することによって切断する遊離砥粒方式では、砥粒の自由度が高く一方向一定の溝を形成することができない。このため、比較例2に示すように、磁歪定数、平行磁歪量にばらつきが生じる。
It is also preferable to use a wire 25 (fixed abrasive wire) in which abrasive grains such as diamond are fixed by electrochemical deposition or adhesive (fixed abrasive wire method). When using a fixed abrasive wire (fixed abrasive wire method), the first groove 2 and the second groove 3 can be reliably formed along the running direction of the wire. In addition, in the free abrasive method in which cutting is performed by supplying a machining liquid (also called a slurry) containing abrasive grains between the single crystal C and the
ワイヤソー装置20で単結晶Cを切断するときにおけるワイヤ25の走行方向(走行方式)は、ワイヤ25を往復走行させて切断を行う方式(往復切断方式)を用いるのが好ましい。
When cutting single crystal C with the wire saw
なお、本実施形態で用いることができるワイヤソー装置20は、特に限定はなく公知の装置を用いることができる。例えば、上記の揺動機構を備えるワイヤソー装置として、特開2008-229752号公報に記載されるワイヤソー装置を用いることができる。なお、本実施形態では、上記揺動機構を備えないワイヤソー装置を用いてもよい。
The wire saw
なお、ワイヤソー装置20で単結晶Cを切断時の単結晶の切断方向については、特に限定はない。図7に示すように、ワイヤ25の走行方向が単結晶Cの育成方向に対し垂直方向になるように配置して単結晶Cの円周側面より切断を開始する方向でもよい。また、ワイヤ25の走行方向が単結晶Cの育成方向に対し垂直方向になるように配置して単結晶の上下の面より切断を開始する方向でもよい。さらに、図5及び図6に示すように、ワイヤ25の走行方向が、単結晶Cの育成方向が単結晶の育成方向と平行になるように配置して切断しても良い。図5は、単結晶Cの円周側面で第3の<100>軸側より切断を開始する図である。図6は、単結晶Cの円周側面で第2の<100>軸側より切断を開始する図である。
The cutting direction of the single crystal C when cutting the single crystal C with the wire saw
薄板部材PLの厚さは、磁歪部材1の厚みになるように設定する。例えば0.5mmから3.0mmである。ワイヤ25の径やワイヤ25間のピッチP1(ワイヤ25とワイヤ25との間隔、図1(B)参照)等を適宜調整することで、単結晶Cを所定の厚さの薄板部材PLに切断することができる。この時、{100}面を主面として薄板部材PLを作製する。なお、ワイヤソー装置20による単結晶Cの切断加工における他の条件は、上述の通りであり、ここでは省略する。
The thickness of the thin plate member PL is set to be the same as the thickness of the magnetostrictive member 1. For example, it is 0.5 mm to 3.0 mm. By appropriately adjusting the diameter of the
次に、切断工程(ステップS3)を実施する。切断工程は、結晶切断工程により複数の第1の溝2と、第1の溝より深く長手方向に延びる複数の第2の溝3を形成した薄板部材PLを切断し、本実施形態の磁歪部材1を得る工程である。 Next, a cutting process (step S3) is carried out. In the cutting process, the thin plate member PL in which the multiple first grooves 2 and the multiple second grooves 3 that are deeper than the first grooves and extend in the longitudinal direction are formed by the crystal cutting process is cut to obtain the magnetostrictive member 1 of this embodiment.
切断工程(ステップS3)では、薄板部材PLを切断して磁歪部材1にする際に、最終的に得る磁歪部材の表面4及び裏面5に、長手方向D1に延びる複数の第1の溝2と、板状体の表面4及び裏面5に第1の溝2より深く長手方向D1に延びる複数の第2の溝3と、が形成されるように、薄板部材PLを切断する。切断工程では、薄板部材PLを所定の大きさに切断する。切断工程では、磁歪部材1が平面視において長方形状の板状体となるように、薄板部材PLを磁歪部材1として切断する。切断工程では、切断装置を用いて薄板部材PLを切断する。切断工程で使用する切断装置は、特に限定されず、例えば、外周刃切断装置、ワイヤー放電加工機、ワイヤーソー等を使用することができる。薄板部材から磁歪部材を採取する方向には、特に限定はなく、例えば、磁歪部材の大きさ等より効率的に取得できる方向に設定すればよい。 In the cutting process (step S3), when cutting the thin plate member PL to make the magnetostrictive member 1, the thin plate member PL is cut so that a plurality of first grooves 2 extending in the longitudinal direction D1 are formed on the front surface 4 and back surface 5 of the magnetostrictive member finally obtained, and a plurality of second grooves 3 extending in the longitudinal direction D1 deeper than the first grooves 2 are formed on the front surface 4 and back surface 5 of the plate-like body. In the cutting process, the thin plate member PL is cut to a predetermined size. In the cutting process, the thin plate member PL is cut as the magnetostrictive member 1 so that the magnetostrictive member 1 becomes a rectangular plate-like body in a plan view. In the cutting process, the thin plate member PL is cut using a cutting device. The cutting device used in the cutting process is not particularly limited, and for example, a peripheral blade cutting device, a wire electric discharge machine, a wire saw, etc. can be used. There is no particular limit to the direction in which the magnetostrictive member is extracted from the thin plate member, and for example, it may be set to a direction that allows efficient acquisition based on the size of the magnetostrictive member.
なお、磁歪定数及び平行磁歪量の改質の効果は、磁歪部材1の表裏面に長手方向D1に延びる溝2、3を形成することで発生するが、本実施形態の製造方法では、マルチワイヤソー装置20(ワイヤソー装置)を用いることで、薄板部材PLあるいは磁歪部材1を作製後、複数の溝2、3を形成するための新たな表裏面の加工をする工程が必要ないため、効率的に磁歪部材1を作製することが可能となる。 The effect of modifying the magnetostriction constant and the amount of parallel magnetostriction occurs by forming grooves 2, 3 extending in the longitudinal direction D1 on the front and back surfaces of the magnetostrictive member 1. In the manufacturing method of this embodiment, however, by using a multi-wire saw device 20 (wire saw device), it is not necessary to perform a new process of processing the front and back surfaces to form the multiple grooves 2, 3 after manufacturing the thin plate member PL or the magnetostrictive member 1, so it is possible to efficiently manufacture the magnetostrictive member 1.
以上のように、本実施形態の磁歪部材の製造方法は、磁歪特性を有する鉄系合金の結晶からなりかつ長手方向及び短手方向を有する板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に第1の溝より深く長手方向に延びる複数の第2の溝と、を形成することを備える。なお、本実施形態の磁歪部材の製造方法において、上記以外の構成は任意の構成である。本実施形態の磁歪部材の製造方法は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない特性を有する磁歪部材を製造することができる。本実施形態の磁歪部材の製造方法は、磁歪特性を有する材料に複数の溝2、3を形成するのみでよく、上記のように加工工程が容易かつ少ないため、容易に実施することができる。本実施形態の磁歪部材1は、磁歪定数及び平行磁歪量が高いため、優れた磁歪効果および逆磁歪効果を示す部材(材料)の最終製品として好適に用いることができる。 As described above, the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment comprises forming a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of a plate-shaped body made of crystals of an iron-based alloy having magnetostrictive properties and having a longitudinal direction and a lateral direction, and a plurality of second grooves extending in the longitudinal direction deeper than the first grooves on the front and back surfaces of the plate-shaped body. Note that in the manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment, the configuration other than the above is optional. The manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment can manufacture a magnetostrictive member having a high magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount, and a small variation in the magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount between members. The manufacturing method of the magnetostrictive member of this embodiment can be easily carried out because it is only necessary to form a plurality of grooves 2 and 3 in a material having magnetostrictive properties, and the processing steps are easy and few as described above. The magnetostrictive member 1 of this embodiment has a high magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount, and can be suitably used as a final product of a member (material) exhibiting excellent magnetostrictive effect and inverse magnetostrictive effect.
従来、同一の単結晶から採取した磁歪部材において、単結晶からの磁歪部材の採取位置によって、平行磁歪量のばらつきがあり、平行磁歪量が高位の磁歪部材を選定していたが、本実施形態の磁歪部材の製造方法では、上記の磁歪定数及び平行磁歪量の改質を行い、従来の同一の単結晶から製造された磁歪部材における磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきを修正するため、磁歪定数及び平行磁歪量が高く且つ部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない特性を有する磁歪部材を、容易な製造方法で、歩留まりが高く安定に生産することができる。 Conventionally, magnetostrictive members taken from the same single crystal have variations in the amount of parallel magnetostriction depending on the position where the magnetostrictive member is taken from the single crystal, and magnetostrictive members with a high amount of parallel magnetostriction have been selected. However, in the manufacturing method of magnetostrictive members of this embodiment, the above-mentioned magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount are modified to correct the variation in the magnetostrictive constant and parallel magnetostriction amount in magnetostrictive members made from the same single crystal in the past. This makes it possible to produce magnetostrictive members with characteristics of high magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount and small variation in the magnetostrictive constant and parallel magnetostriction amount between members in a simple manufacturing method, with high yield and stable production.
以下、本発明の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない The present invention will be explained in detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
化学量論比で鉄とガリウムの比率81:19で原料を調整し、垂直ブリッジマン(VB)法で育成した円柱状のFe-Ga合金の単結晶を用意した。単結晶の育成軸方向は<100>とした。結晶育成軸方向に垂直な単結晶の上面または下面の{100}面をX線回折により方位確認した。なお、この時、島津シーケンシャル形プラズマ発光分析装置(ICPS-8100)で結晶の上面及び下面サンプルを測定した結果、単結晶の濃度は、ガリウムの含有量が17.5~19.0at%であった。
[Example 1]
The raw materials were adjusted to a stoichiometric ratio of iron and gallium of 81:19, and a cylindrical Fe-Ga alloy single crystal was prepared by growing using the vertical Bridgman (VB) method. The growth axis direction of the single crystal was set to <100>. The orientation of the {100} plane on the top or bottom surface of the single crystal perpendicular to the crystal growth axis direction was confirmed by X-ray diffraction. At this time, the top and bottom samples of the crystal were measured using a Shimadzu sequential plasma emission spectrometer (ICPS-8100), and the concentration of the single crystal was found to be 17.5 to 19.0 at% gallium.
次のようにして、育成した単結晶から磁歪部材を製造した。固定砥粒式のマルチワイヤソー装置を用いて、単結晶を往復切断方式で切断した。図7に示すように単結晶育成方向(結晶の<100>方位方向)に対し垂直方向をワイヤの走行方向とし、かつ、単結晶の円周側面側より切断するように単結晶を配置して切断加工することにより薄板部材を作製した。砥粒径は30~40μmとし、ワイヤ線径は180μm、新線供給量を6.8m/min、ワイヤの揺動角度(図3参照)を0°とした。また、ワイヤの往復のサイクルは1分間に3回、ワイヤーの送り速度は1000m/分とした。単結晶をワイヤに押し付ける速度(送り速度)は、3.3mm/時とした。次に、得られた薄板部材より、薄板部材を作製した際におけるワイヤの走行方向が、磁歪部材の長手方向に揃うように外周刃切断装置により切り出した。これにより、長手方向の寸法16mm×短手の寸法4mm×厚み1mmの大きさの磁歪部材を10枚を得た。得られた磁歪部材は、図1(A)及び(B)に示す例のような、長手方向及び短手方向を有する板状体であり、板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に、第1の溝より深く、長手方向に延びる複数の第2の溝と、を有するものであった。また、第1の溝の延伸方向と第2の溝の延伸方向が交わる角度(交差角度)は、15°以下であった。 A magnetostrictive member was manufactured from the grown single crystal as follows. The single crystal was cut by a reciprocating cutting method using a fixed abrasive grain type multi-wire saw device. As shown in Figure 7, the single crystal was arranged so that the wire travel direction was perpendicular to the single crystal growth direction (the crystal's <100> orientation direction) and the single crystal was cut from the circumferential side of the single crystal, and a thin plate member was manufactured by cutting. The abrasive grain size was 30 to 40 μm, the wire diameter was 180 μm, the new wire supply rate was 6.8 m/min, and the wire oscillation angle (see Figure 3) was 0°. The wire reciprocating cycle was 3 times per minute, and the wire feed rate was 1000 m/min. The speed (feed rate) at which the single crystal was pressed against the wire was 3.3 mm/hour. Next, the obtained thin plate member was cut out using an outer peripheral blade cutting device so that the wire travel direction when the thin plate member was manufactured was aligned with the longitudinal direction of the magnetostrictive member. As a result, ten magnetostrictive members were obtained, each having a longitudinal dimension of 16 mm, a transverse dimension of 4 mm, and a thickness of 1 mm. The obtained magnetostrictive member was a plate-like body having a longitudinal direction and a transverse direction, as shown in the example in Figures 1 (A) and (B), and had a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body, and a plurality of second grooves extending in the longitudinal direction and deeper than the first grooves on the front and back surfaces of the plate-like body. In addition, the angle (intersection angle) at which the extension direction of the first grooves intersects with the extension direction of the second grooves was 15° or less.
次に、切り出した磁歪部材について磁歪特性を測定した。磁歪特性の測定は、歪みゲージ法で実施した。図8に示すように、製造した磁歪部材の主面である{100}面に、歪みゲージ(共和電業株式会社製)を接着剤により接着した。なお、歪みゲージの長手方向が磁歪の検出方向となるため、歪みゲージの長手方向を、磁歪部材の長手方向ならびに<100>方位と平行になるように接着した。 Next, the magnetostrictive properties of the cut magnetostrictive members were measured. The magnetostrictive properties were measured using a strain gauge method. As shown in Figure 8, a strain gauge (manufactured by Kyowa Electric Industries, Ltd.) was attached with an adhesive to the {100} plane, which is the main surface of the manufactured magnetostrictive member. Note that since the longitudinal direction of the strain gauge is the direction in which magnetostriction is detected, the strain gauge was attached so that its longitudinal direction was parallel to the longitudinal direction of the magnetostrictive member and the <100> orientation.
磁歪測定器(共和電業株式会社製)は、ネオジム系の永久磁石、ブリッジボックス、コンパクトレコーディングシステム、ストレインユニット、ダイナミックデータ集録ソフトウェアで構成した。 The magnetostriction measuring device (manufactured by Kyowa Electric Industry Co., Ltd.) consists of a neodymium permanent magnet, a bridge box, a compact recording system, a strain unit, and dynamic data acquisition software.
磁歪量は、実際の歪検出値をゲージ率で補正して決定した。
なお、ゲージ率は、下式の式(3)とした。
ε=2.00/Ks × εi ・・・式(3)
(ε:ゲージ率, εi:測定ひずみ値, Ks:使用ゲージのゲージ率)
The amount of magnetostriction was determined by correcting the actual detected strain value with the gauge factor.
The gauge factor was determined by the following formula (3).
ε=2.00/Ks × εi...Formula (3)
(ε: gauge factor, εi: measured strain value, Ks: gauge factor of the gauge used)
また、磁場方向が歪みゲージの長手方向に対して平行であるときの磁歪量を、平行磁歪量とした。一方で、磁場方向が歪みゲージ長手方向に対して垂直であるときの磁歪量を、垂直磁歪量とした。磁歪定数は式(1)に従い、平行磁歪量と垂直磁歪量の差で決定した。10枚測定した結果、長手方向が第1の溝及び第2の溝の延びる方向と平行になるよう加工したとき、この磁歪部材の平行磁歪量は262~314ppm(平均282ppm)であり、磁歪定数は271~295ppm(平均284ppm)となった。 The amount of magnetostriction when the magnetic field direction is parallel to the longitudinal direction of the strain gauge was defined as the parallel magnetostriction. On the other hand, the amount of magnetostriction when the magnetic field direction is perpendicular to the longitudinal direction of the strain gauge was defined as the perpendicular magnetostriction. The magnetostriction constant was determined by the difference between the parallel magnetostriction and the perpendicular magnetostriction according to formula (1). As a result of measuring 10 pieces, when the longitudinal direction was processed to be parallel to the extension direction of the first groove and the second groove, the parallel magnetostriction of this magnetostrictive member was 262 to 314 ppm (average 282 ppm) and the magnetostriction constant was 271 to 295 ppm (average 284 ppm).
また、磁歪部材の表面を表面粗計(株式会社キーエンス製、VK-X1050)にて観察倍率20倍で、磁歪部材の長手方向と短手方向の2方向について、それぞれ5ヵ所ずつ表面粗さRaを測定し、その平均値を表面粗さRaとした。長手方向の表面粗さRaは、0.3~0.4μmであり、短手方向の表面粗さRaは、0.7~0.8μmであった。製造条件及び評価結果を表1に示す。なお、第2の溝は、17μmピッチで、深さが1.5μmで形成されていた。 The surface of the magnetostrictive member was also measured at five locations in each of the two directions, the longitudinal direction and the lateral direction, of the magnetostrictive member using a surface roughness meter (Keyence Corporation, VK-X1050) at a magnification of 20 times, and the average value was taken as the surface roughness Ra. The surface roughness Ra in the longitudinal direction was 0.3 to 0.4 μm, and the surface roughness Ra in the lateral direction was 0.7 to 0.8 μm. The manufacturing conditions and evaluation results are shown in Table 1. The second grooves were formed with a pitch of 17 μm and a depth of 1.5 μm.
さらに、磁歪部材の表裏面を、ラッピング装置により研削加工し、その後、ポリッシュ装置により研磨加工により、表裏面を鏡面加工した。磁歪部材の表裏面の第1の溝及び第2の溝を削除して、再度、平行磁歪量確認した。その結果、平行磁歪量は34~290ppmとばらつきが大きくなった。特に、10枚中8枚のサンプルが大きく低下し、ばらつきを大きくした。残り2枚は、ほぼ同一で変動はなかった。 Furthermore, the front and back surfaces of the magnetostrictive member were ground using a lapping device, and then polished using a polishing device to give them a mirror finish. The first and second grooves on the front and back surfaces of the magnetostrictive member were removed, and the amount of parallel magnetostriction was checked again. As a result, the amount of parallel magnetostriction varied greatly, from 34 to 290 ppm. In particular, the amount of parallel magnetostriction was significantly reduced in eight out of ten samples, causing large variations. The remaining two samples were almost identical and showed no variation.
[実施例2]
実施例2は、実施例1におけるワイヤの揺動角度θ(図3参照)を±3°に変更し、それ以外は実施例1と同様に実施した例である。得られた磁歪部材の製造条件及び評価結果を表1に示す。得られた磁歪部材は、図1(A)及び(B)に示す例のような、長手方向及び短手方向を有する板状体であり、板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に、第1の溝より深く、長手方向に延びる複数の第2の溝と、を有するものであった。また、第1の溝の延伸方向と第2の溝の延伸方向が交わる角度(交差角度)は、15°以下であった。表面粗さRaは長手方向が0.3~0.4μm、短手方向が0.6~0.7μmであり、長手方向よりも短手方向の表面粗さRaが大きかった。
[Example 2]
In Example 2, the swing angle θ (see FIG. 3) of the wire in Example 1 was changed to ±3°, and the rest of the experiment was carried out in the same manner as in Example 1. The manufacturing conditions and evaluation results of the obtained magnetostrictive member are shown in Table 1. The obtained magnetostrictive member was a plate-like body having a longitudinal direction and a lateral direction, as in the example shown in FIGS. 1(A) and (B), and had a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body, and a plurality of second grooves deeper than the first grooves and extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body. In addition, the angle at which the extension direction of the first groove intersects with the extension direction of the second groove (intersection angle) was 15° or less. The surface roughness Ra was 0.3 to 0.4 μm in the longitudinal direction and 0.6 to 0.7 μm in the lateral direction, and the surface roughness Ra in the lateral direction was greater than that in the longitudinal direction.
[実施例3]
実施例3は、実施例2におけるワイヤに固定した砥粒の砥粒径を6~12μmに変更し、また、ワイヤ線径を120μmに変更し、これら以外は実施例2と同様に実施した例である。得られた磁歪部材の製造条件及び評価結果を表1に示す。得られた磁歪部材は、図1(A)及び(B)に示す例のような、長手方向及び短手方向を有する板状体であり、板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に、第1の溝より深く、長手方向に延びる複数の第2の溝と、を有するものであった。また、第1の溝の延伸方向と第2の溝の延伸方向が交わる角度(交差角度)は、15°以下であった。表面粗さRaは長手方向が0.3~0.4μm、短手方向が0.6~0.7μmであり、長手方向よりも短手方向の表面粗さが大きかった。
[Example 3]
In Example 3, the abrasive grain size of the abrasive grains fixed to the wire in Example 2 was changed to 6 to 12 μm, and the wire diameter was changed to 120 μm, and the rest of the experiment was carried out in the same manner as in Example 2. The manufacturing conditions and evaluation results of the obtained magnetostrictive member are shown in Table 1. The obtained magnetostrictive member was a plate-like body having a longitudinal direction and a lateral direction, as shown in the example in FIG. 1 (A) and (B), and had a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body, and a plurality of second grooves extending in the longitudinal direction and deeper than the first grooves on the front and back surfaces of the plate-like body. In addition, the angle (intersection angle) at which the extension direction of the first grooves intersects with the extension direction of the second grooves was 15° or less. The surface roughness Ra was 0.3 to 0.4 μm in the longitudinal direction and 0.6 to 0.7 μm in the lateral direction, and the surface roughness in the lateral direction was greater than that in the longitudinal direction.
[実施例4]
実施例4は、実施例3における磁歪部材の厚みを0.5mmとしワイヤの揺動角度θ(図3参照)を±10°に変更し、それ以外は実施例3と同様に実施した例である。得られた磁歪部材の製造条件及び評価結果を表1に示す。得られた磁歪部材は、図1(A)及び(B)に示す例のような、長手方向及び短手方向を有する板状体であり、板状体の表面及び裏面に、長手方向に延びる複数の第1の溝と、板状体の表面及び裏面に、第1の溝より深く、長手方向に延びる複数の第2の溝と、を有するものであった。また、第1の溝の延伸方向と第2の溝の延伸方向が交わる角度(交差角度)は、15°以下であった。表面粗さRaは長手方向が0.1~0.2μm、短手方向が0.2~0.3μmであり、長手方向よりも短手方向の表面粗さが大きかった。
[Example 4]
Example 4 is an example in which the thickness of the magnetostrictive member in Example 3 was changed to 0.5 mm and the swing angle θ of the wire (see FIG. 3) was changed to ±10°, and otherwise the same as Example 3 was carried out. The manufacturing conditions and evaluation results of the obtained magnetostrictive member are shown in Table 1. The obtained magnetostrictive member was a plate-like body having a longitudinal direction and a lateral direction as shown in the example of FIG. 1 (A) and (B), and had a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body, and a plurality of second grooves deeper than the first grooves and extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body. In addition, the angle (intersection angle) at which the extension direction of the first groove intersected with the extension direction of the second groove was 15° or less. The surface roughness Ra was 0.1 to 0.2 μm in the longitudinal direction and 0.2 to 0.3 μm in the lateral direction, and the surface roughness in the lateral direction was greater than that in the longitudinal direction.
[比較例1]
比較例1は、実施例1において、固定砥粒式ワイヤソー装置を用いて、単結晶を薄板部材に切断後、ワイヤの走行方向が磁歪部材の「短手方向」に揃うように外周刃切断装置により切り出したものである。長手方向の寸法16mm×短手の寸法4mm×厚み1mmの大きさの磁歪部材を10枚得た。得られた磁歪部材は、板状体の表面及び裏面に、「短手方向」に延びる複数の第1の溝と、「短手方向」に延びる複数の第2の溝と、を有するものであった。得られた磁歪部材の製造条件及び評価結果を表1に示す。得られた10枚の磁歪部材を評価した結果、この磁歪部材の平行磁歪量は27~70ppm(平均40ppm)であり、磁歪定数は70~300ppm(平均284ppm)となった。また、表面粗さRaは、長手方向が0.7~0.8μm、短手方向が0.3~0.4μmであった。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the single crystal was cut into thin plate members using a fixed abrasive wire saw device in Example 1, and then cut out using a peripheral blade cutting device so that the running direction of the wire was aligned with the "short side direction" of the magnetostrictive member. Ten magnetostrictive members with a longitudinal dimension of 16 mm x short side dimension of 4 mm x thickness of 1 mm were obtained. The obtained magnetostrictive member had a plurality of first grooves extending in the "short side direction" and a plurality of second grooves extending in the "short side direction" on the front and back surfaces of the plate-like body. The manufacturing conditions and evaluation results of the obtained magnetostrictive member are shown in Table 1. As a result of evaluating the obtained 10 magnetostrictive members, the parallel magnetostriction amount of this magnetostrictive member was 27 to 70 ppm (average 40 ppm) and the magnetostriction constant was 70 to 300 ppm (average 284 ppm). The surface roughness Ra was 0.7 to 0.8 μm in the longitudinal direction and 0.3 to 0.4 μm in the lateral direction.
[比較例2]
比較例2は、実施例1におけるワイヤソー装置を「遊離砥粒式」ワイヤソー装置に変更して切断加工を行った例であり、これら以外は実施例1と同様に実施した例である。長手方向の寸法16mm×短手の寸法4mm×厚み1mmの大きさの磁歪部材を10枚得た。なお、ワイヤ線径、ワイヤの揺動角度θ(図3参照)も実施例1から変更している。得られた磁歪部材の製造条件及び評価結果を表1に示す。得られた10枚の磁歪部材を評価した結果、この磁歪部材の平行磁歪量は22~270ppm(平均103ppm)であり、磁歪定数は270~318ppm(平均287ppm)となった。また、表面粗さRaは、長手方向が0.4~0.5μm、短手方向が0.4~0.5μmであった。また、得られた磁歪部材の表裏面の形状は、梨地状であった。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 2 is an example in which the wire saw device in Example 1 was changed to a "free abrasive type" wire saw device and cutting processing was performed, and other than these, it is an example that was performed in the same manner as in Example 1. Ten magnetostrictive members having a size of 16 mm in the longitudinal direction × 4 mm in the transverse direction × 1 mm in thickness were obtained. The wire diameter and the wire swing angle θ (see FIG. 3) were also changed from Example 1. The manufacturing conditions and evaluation results of the obtained magnetostrictive members are shown in Table 1. As a result of evaluating the obtained 10 magnetostrictive members, the parallel magnetostriction amount of the magnetostrictive members was 22 to 270 ppm (average 103 ppm), and the magnetostriction constant was 270 to 318 ppm (average 287 ppm). In addition, the surface roughness Ra was 0.4 to 0.5 μm in the longitudinal direction and 0.4 to 0.5 μm in the transverse direction. In addition, the shape of the front and back surfaces of the obtained magnetostrictive members was matte.
[まとめ]
実施例の結果より、上記した磁歪定数及び平行磁歪量の改質が確認される。また、実施例の結果より、本実施形態の磁歪部材1は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない特性を有することが確認される。また、実施例の結果より、本発明の態様の磁歪部材の製造方法は、磁歪定数及び平行磁歪量が高く、部材間の磁歪定数及び平行磁歪量のばらつきが少ない磁歪部材を容易に製造することができることが確認される。
[summary]
The results of the examples confirm the above-mentioned improvement of the magnetostriction constant and the parallel magnetostriction amount. The results of the examples also confirm that the magnetostrictive member 1 of this embodiment has a high magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount, and has a property of small variation in the magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount between members. The results of the examples also confirm that the manufacturing method of the magnetostrictive member of the aspect of the present invention can easily manufacture a magnetostrictive member having a high magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount, and small variation in the magnetostriction constant and parallel magnetostriction amount between members.
また、実施例1~4および比較例1~2に示すように、固定砥粒式ワイヤー切断装置を使用し、ワイヤの揺動角度θを|15|°(|n|は絶対値を示す)よりも小さくする、より好ましくはワイヤの揺動角度θを|5|°(|n|は絶対値を示す)よりも小さくすることで、本実施形態の磁歪部材をより確実に製造することができることが確認される。 In addition, as shown in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, it has been confirmed that the magnetostrictive member of this embodiment can be manufactured more reliably by using a fixed abrasive wire cutting device and setting the wire oscillation angle θ to less than |15|° (|n| indicates an absolute value), and more preferably, by setting the wire oscillation angle θ to less than |5|° (|n| indicates an absolute value).
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態等で説明した態様に限定されない。上述の実施形態等で説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態等で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態等で引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。 The technical scope of the present invention is not limited to the aspects described in the above-mentioned embodiments. One or more of the requirements described in the above-mentioned embodiments may be omitted. The requirements described in the above-mentioned embodiments may be combined as appropriate. In addition, to the extent permitted by law, the disclosures of all documents cited in the above-mentioned embodiments are incorporated by reference and made part of the description in this text.
1 :磁歪部材
2 :第1の溝
3 :第2の溝
4 :表面
5 :裏面
D1 :長手方向
D2 :短手方向
C :結晶(単結晶、多結晶)
S1 :結晶用意工程
S2 :結晶切断工程
S3 :切断工程
1: Magnetostrictive member 2: First groove 3: Second groove 4: Front surface 5: Back surface D1: Longitudinal direction D2: Shortitudinal direction C: Crystal (single crystal, polycrystal)
S1: Crystal preparation process S2: Crystal cutting process S3: Cutting process
Claims (6)
前記板状体の主面は、前記結晶における{100}面であり、
前記長手方向は、前記結晶における磁化容易方向である<100>方向であり、
前記板状体の表面及び裏面に、前記長手方向に延びる複数の第1の溝と、
前記板状体の表面及び裏面に、前記第1の溝より深く、前記長手方向に延びる複数の第2の溝と、を有し、
前記第1の溝と前記第2の溝とのなす角度は、15°以内であり、
前記板状体における前記長手方向の表面粗さRaは、前記短手方向の表面粗さRaよりも小さく、前記長手方向の表面粗さRaは0.1μm以上0.4μm以下であり、前記短手方向の表面粗さRaは0.2μm以上0.8μm以下であり、
磁歪定数が200ppm以上であり、
前記長手方向に対して平行な磁場を印加し、前記長手方向の磁歪量が飽和したときの磁歪量である平行磁歪量が200ppm以上である、
磁歪部材。 The plate-shaped body is made of crystals of an Fe—Ga alloy, which is an iron-based alloy having magnetostrictive properties, and has a longitudinal direction and a lateral direction.
the main surface of the plate-like body is a {100} plane of the crystal,
the longitudinal direction is the <100> direction, which is the direction of easy magnetization in the crystal;
A plurality of first grooves extending in the longitudinal direction on the front and back surfaces of the plate-like body;
a plurality of second grooves on the front and back surfaces of the plate-like body, the second grooves being deeper than the first grooves and extending in the longitudinal direction;
the angle between the first groove and the second groove is within 15°;
The surface roughness Ra in the longitudinal direction of the plate-like body is smaller than the surface roughness Ra in the lateral direction, the surface roughness Ra in the longitudinal direction is 0.1 μm or more and 0.4 μm or less, and the surface roughness Ra in the lateral direction is 0.2 μm or more and 0.8 μm or less,
The magnetostriction constant is 200 ppm or more,
A magnetic field parallel to the longitudinal direction is applied, and the amount of parallel magnetostriction, which is the amount of magnetostriction when the amount of magnetostriction in the longitudinal direction is saturated, is 200 ppm or more.
Magnetostrictive material.
前記磁歪部材の主面は、前記結晶における{100}面であり、
前記長手方向は、前記結晶における磁化容易方向である<100>方向であり、
前記第1の溝と前記第2の溝とのなす角度は、15°以内であり、
前記磁歪部材において、前記長手方向の表面粗さRaは、前記短手方向の表面粗さRaよりも小さく、前記長手方向の表面粗さRaは0.1μm以上0.4μm以下であり、前記短手方向の表面粗さRaは0.2μm以上0.8μm以下であり、
前記磁歪部材において、磁歪定数が200ppm以上であり、
前記磁歪部材において、前記長手方向に対して平行な磁場を印加し、前記長手方向の磁歪量が飽和したときの磁歪量である平行磁歪量が200ppm以上である、
磁歪部材の製造方法。 The method comprises obtaining a magnetostrictive member having a front and rear surface of a plate-like body made of crystals of an Fe-Ga alloy, which is an iron-based alloy having magnetostrictive properties, the plate-like body having a longitudinal direction and a lateral direction, the front and rear surface of the plate-like body being provided with a plurality of first grooves extending in the longitudinal direction, and a plurality of second grooves extending in the longitudinal direction and deeper than the first grooves on the front and rear surface of the plate-like body ,
a main surface of the magnetostrictive member is a {100} plane of the crystal,
the longitudinal direction is the <100> direction, which is the direction of easy magnetization in the crystal;
the angle between the first groove and the second groove is within 15°;
In the magnetostrictive member, a surface roughness Ra in the longitudinal direction is smaller than a surface roughness Ra in the lateral direction, the surface roughness Ra in the longitudinal direction is 0.1 μm or more and 0.4 μm or less, and the surface roughness Ra in the lateral direction is 0.2 μm or more and 0.8 μm or less,
The magnetostrictive member has a magnetostriction constant of 200 ppm or more,
In the magnetostrictive member, a parallel magnetostriction amount, which is the amount of magnetostriction when a magnetic field parallel to the longitudinal direction is applied and the amount of magnetostriction in the longitudinal direction is saturated, is 200 ppm or more.
A manufacturing method of a magnetostrictive member.
前記マルチワイヤソーに用いるワイヤが前記ワイヤに砥粒を固定した固定砥粒ワイヤーである固定砥粒ワイヤ方式を用いる、請求項4に記載の磁歪部材の製造方法。 the first groove and the second groove are formed by a multi-wire saw;
The method for manufacturing a magnetostrictive member according to claim 4 , wherein the wire used in the multi-wire saw is a fixed abrasive wire having abrasive grains fixed to the wire.
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