JPS61174784A - 積層型磁歪振動子およびその製造方法 - Google Patents
積層型磁歪振動子およびその製造方法Info
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- JPS61174784A JPS61174784A JP60016022A JP1602285A JPS61174784A JP S61174784 A JPS61174784 A JP S61174784A JP 60016022 A JP60016022 A JP 60016022A JP 1602285 A JP1602285 A JP 1602285A JP S61174784 A JPS61174784 A JP S61174784A
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- JP
- Japan
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- amorphous alloy
- magnetostrictive vibrator
- laminated
- magnetostrictive
- molded body
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
- H10N35/80—Constructional details
- H10N35/85—Magnetostrictive active materials
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- Y10S73/02—Magnetostrictive
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- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は優れた電気音響変換効率を有する非晶質合金磁
歪振動子に係わるものであり、超音波洗浄器１周波数可
変送受波器をはじめ、磁歪遅延線磁歪応用センサー等幅
広い応用分野を有する。
歪振動子に係わるものであり、超音波洗浄器１周波数可
変送受波器をはじめ、磁歪遅延線磁歪応用センサー等幅
広い応用分野を有する。
［従来の技術］
従来磁歪の大きな材料としてはＮｉ−Ｆｅ合金（磁歪定
数λｓ −２７ｘｌＯ’） 、 Ｆｅ−Ｃｏ合金（λｓ
−７０ｘ１０’） 、 Ｆｅ−Ａｌ合金（４０ｘ １
Ｏ−６）Ｎｉフェライト−（−２７Ｘ １Ｏ−６）等が
知られている。しかし、超音波振動子などの実用面で最
も重要な性質は、電気エネルギーを機械エネルギーに変
換する能率を表す電気機械総合係数にであり、Ｋの値は
Ｎｉ −Ｆｅ合金ｒ Ｏ，２〜０．３． Ｆｅ −ＣＯ
合合金 Ｏ，２〜０，４． Ｆｅ−Ａｌ合金で０．２〜
０．３．Ｎｉフェライトで０．２〜０．３と比較的低い
値しか示さない。
数λｓ −２７ｘｌＯ’） 、 Ｆｅ−Ｃｏ合金（λｓ
−７０ｘ１０’） 、 Ｆｅ−Ａｌ合金（４０ｘ １
Ｏ−６）Ｎｉフェライト−（−２７Ｘ １Ｏ−６）等が
知られている。しかし、超音波振動子などの実用面で最
も重要な性質は、電気エネルギーを機械エネルギーに変
換する能率を表す電気機械総合係数にであり、Ｋの値は
Ｎｉ −Ｆｅ合金ｒ Ｏ，２〜０．３． Ｆｅ −ＣＯ
合合金 Ｏ，２〜０，４． Ｆｅ−Ａｌ合金で０．２〜
０．３．Ｎｉフェライトで０．２〜０．３と比較的低い
値しか示さない。
一方非晶質合金は、原子配列が無秩序であるため結晶磁
気異方性がなく、一般に高い透磁率を有する。その中で
Ｆｅ系非晶質合金は大きな磁歪をもつことが知られてお
り（最大λ５＝４５ｘ１０ ）、このことと軟磁気特
性を兼ね備えていることから、Ｋの値は０．８以上のも
のが得られており、その基本的性能は従来の結晶材料と
比べて著しく優れたものである。
気異方性がなく、一般に高い透磁率を有する。その中で
Ｆｅ系非晶質合金は大きな磁歪をもつことが知られてお
り（最大λ５＝４５ｘ１０ ）、このことと軟磁気特
性を兼ね備えていることから、Ｋの値は０．８以上のも
のが得られており、その基本的性能は従来の結晶材料と
比べて著しく優れたものである。
さらに、Ｆｅ系非晶質合金は、バイアス磁界により生ず
るヤング率Ｅの変化−△Ｅ効果−が大ぎく、例えば△Ｅ
／Ｅ−１，９１なる値を有する。このことば共握周波数
をバイアス磁場により変化させ得るという大きな特徴を
もつことになり、例えば連続電子制御が可能な可変遅延
線や周波数可変送受波器を実現あるいは小型化すること
ができる。
るヤング率Ｅの変化−△Ｅ効果−が大ぎく、例えば△Ｅ
／Ｅ−１，９１なる値を有する。このことば共握周波数
をバイアス磁場により変化させ得るという大きな特徴を
もつことになり、例えば連続電子制御が可能な可変遅延
線や周波数可変送受波器を実現あるいは小型化すること
ができる。
また非晶質合金は、極めて高い機械的強度を有し、（引
張強度 ３００ｋｇ／ｎ＋ｍ２）かつＣｒを含有する非
晶質合金はステンレス鋼の１０４〜１０５倍の耐蝕性を
有することは既に広く知られている。これらの性質をも
含め、高磁歪Ｆｅ系非晶質合金は磁歪振動子などの実用
材料として極めて優れた基本的性質を有している。この
性質を利用し、実用化せんとする発明は多く、例えば、
特開昭４９−１１２５５１号、特開昭５１−１１１６９
８号、特開昭５２−１１７００２号、特開昭５６−４４
２０３号、特開昭５７−２００９６号。
張強度 ３００ｋｇ／ｎ＋ｍ２）かつＣｒを含有する非
晶質合金はステンレス鋼の１０４〜１０５倍の耐蝕性を
有することは既に広く知られている。これらの性質をも
含め、高磁歪Ｆｅ系非晶質合金は磁歪振動子などの実用
材料として極めて優れた基本的性質を有している。この
性質を利用し、実用化せんとする発明は多く、例えば、
特開昭４９−１１２５５１号、特開昭５１−１１１６９
８号、特開昭５２−１１７００２号、特開昭５６−４４
２０３号、特開昭５７−２００９６号。
特開昭５７−８３９９７号、特開昭５７−１０３４９９
号、特開昭５８−５０９９号等が知られている。
号、特開昭５８−５０９９号等が知られている。
しかし、これら公知の発明のほとんどは非晶質合金のも
つ本質的に重大な問題点については開示されていない。
つ本質的に重大な問題点については開示されていない。
すなわち非晶質合金を製造するには通常１０’ ｄｅＬ
Ｊ ／’Ｓｅｃ程度の冷却速度が必要であり、このため
、高磁歪をもつＦｅ基合金などは、板厚が２０〜４０μ
ｍ程度の薄帯でしか得ることができない。従って、磁歪
振動子などの様に通常、比較的厚い板状や棒形状で実用
に供されるような場合には、これらの薄帯を複数枚接着
剤で接合し積層することが必要となる。非晶質合金薄帯
を積層する試みは各方面でなされているが、その結果接
着剤を用いて積層したものは接着剤層が緩衝材の役割を
なすために磁歪振動子としての性能が著しく劣化するこ
とが明らかとなった。すなわち、優れた材料特性を持つ
にも拘わらず現在高磁歪非晶質合金を用いた磁歪振動子
が全くといって良い程実用に供されていない最大の理由
は、上記の点にある。
Ｊ ／’Ｓｅｃ程度の冷却速度が必要であり、このため
、高磁歪をもつＦｅ基合金などは、板厚が２０〜４０μ
ｍ程度の薄帯でしか得ることができない。従って、磁歪
振動子などの様に通常、比較的厚い板状や棒形状で実用
に供されるような場合には、これらの薄帯を複数枚接着
剤で接合し積層することが必要となる。非晶質合金薄帯
を積層する試みは各方面でなされているが、その結果接
着剤を用いて積層したものは接着剤層が緩衝材の役割を
なすために磁歪振動子としての性能が著しく劣化するこ
とが明らかとなった。すなわち、優れた材料特性を持つ
にも拘わらず現在高磁歪非晶質合金を用いた磁歪振動子
が全くといって良い程実用に供されていない最大の理由
は、上記の点にある。
なお、特開昭５７−１０３４’１９号公報においては、
上記問題点を指摘しており、その対策として接着剤層を
極力薄くした製造方法の発明が開示されている。しかし
、通常の超急冷方法により得られた薄帯は、面粗ざＲｚ
が２〜３μ亀程度はあるため特殊な研摩等によらなけれ
ば、０．５〜１μ亀という極めて薄い接着層を実現する
ことは極めて難しく、このため、より実用的なものの実
現が望まれている。
上記問題点を指摘しており、その対策として接着剤層を
極力薄くした製造方法の発明が開示されている。しかし
、通常の超急冷方法により得られた薄帯は、面粗ざＲｚ
が２〜３μ亀程度はあるため特殊な研摩等によらなけれ
ば、０．５〜１μ亀という極めて薄い接着層を実現する
ことは極めて難しく、このため、より実用的なものの実
現が望まれている。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明は従来技術のもつ上記欠点、すなわち２０〜４０
μ膿程度の高磁歪Ｆｅ系非晶質合金薄帯を接着剤を介し
て積層することにより、本来該合金がもつ磁歪振動子と
しての優れた性質を著しく減することを防ぎ、高性能の
磁歪振動子を提供せんとするものである。
μ膿程度の高磁歪Ｆｅ系非晶質合金薄帯を接着剤を介し
て積層することにより、本来該合金がもつ磁歪振動子と
しての優れた性質を著しく減することを防ぎ、高性能の
磁歪振動子を提供せんとするものである。
［問題点を解決するための手段］
本発明者らは上記問題点を克服する目的で鋭意検討を行
った結果、非晶質合金単板の板厚が８０μｍ以上であり
、その複数枚を接着剤を介して積層した成形体において
、実質的に非晶質合金の体積占有率が８０％以上であれ
ば、実用１優れた性質を有する非晶質台金磁歪振動子が
得られることを見出し本発明を成したものである。本発
明において、非晶質合金単板の最適板厚は使用周波数に
より異なるが、例えば１０ｋＨｚ近傍で使用する場合に
は渦電流損失を考慮し０．１〜０．２１とすることが好
ましい。さらに低周波で使用する場合には、より厚い板
厚の単板を用いることが好ましく、逆にさらに高周波で
使用する場合にはそれより薄い板厚とすることが望まし
いが、８０μｍ以下にすると、磁歪振動子としての性能
は著しく劣化し、実用的でなくなる。また非晶質合金の
体積占有率は、各単板間の層間絶縁が保たれる限りにお
いて高い程好ましいが、８０％以上であれば磁歪振動子
として十分実用し得る特性を有する。
った結果、非晶質合金単板の板厚が８０μｍ以上であり
、その複数枚を接着剤を介して積層した成形体において
、実質的に非晶質合金の体積占有率が８０％以上であれ
ば、実用１優れた性質を有する非晶質台金磁歪振動子が
得られることを見出し本発明を成したものである。本発
明において、非晶質合金単板の最適板厚は使用周波数に
より異なるが、例えば１０ｋＨｚ近傍で使用する場合に
は渦電流損失を考慮し０．１〜０．２１とすることが好
ましい。さらに低周波で使用する場合には、より厚い板
厚の単板を用いることが好ましく、逆にさらに高周波で
使用する場合にはそれより薄い板厚とすることが望まし
いが、８０μｍ以下にすると、磁歪振動子としての性能
は著しく劣化し、実用的でなくなる。また非晶質合金の
体積占有率は、各単板間の層間絶縁が保たれる限りにお
いて高い程好ましいが、８０％以上であれば磁歪振動子
として十分実用し得る特性を有する。
また、本発明の磁歪振動子に用いる非晶質合金組成とし
ては、種々検討した結果、下記の組成を有する組成が最
も望ましいことを見出した。
ては、種々検討した結果、下記の組成を有する組成が最
も望ましいことを見出した。
Ｆｅ １−メー、−，Ｍ、 Ｃｒｙ Ｍ 警Ｍ：
ＣｏおよびＮ１のうちより選ばれ た１種以上 Ｍ’：３ｉおよびＢのうちより選ばれ た１種以上 Ｘ ： ０．０５〜０．３０ Ｖ ： ０．０１〜０．１０ Ｚ ： ０．１６〜０．２７ 本発明において上記Ｘが０，０５未満の場合あるいは０
．３０を越えると磁歪振動子としての特性が十分でなく
なる。ｙが０．０１未満の場合、成形された非晶質合金
厚板は孔等の微少欠陥が存在するため、超急冷法により
得られた薄帯より錆やすく、実用的でない。一方ｙが０
．１を越えると磁歪振動子としての特性が十分でなくな
る。また、２が０．１６未満の場合もしくは０．２７を
越えるといずれも８０μｍ以上の非晶質合金厚板を得る
ことが困難になる。
ＣｏおよびＮ１のうちより選ばれ た１種以上 Ｍ’：３ｉおよびＢのうちより選ばれ た１種以上 Ｘ ： ０．０５〜０．３０ Ｖ ： ０．０１〜０．１０ Ｚ ： ０．１６〜０．２７ 本発明において上記Ｘが０，０５未満の場合あるいは０
．３０を越えると磁歪振動子としての特性が十分でなく
なる。ｙが０．０１未満の場合、成形された非晶質合金
厚板は孔等の微少欠陥が存在するため、超急冷法により
得られた薄帯より錆やすく、実用的でない。一方ｙが０
．１を越えると磁歪振動子としての特性が十分でなくな
る。また、２が０．１６未満の場合もしくは０．２７を
越えるといずれも８０μｍ以上の非晶質合金厚板を得る
ことが困難になる。
また、本発明における上記非晶質合金厚板を得るための
一つの手段として、本発明者らは非晶質合金からなる粉
末、フレーク、または薄帯を出発原料とし、これに衝撃
的な圧縮力を加えることにより、相対密度が８７％以上
となるように圧縮成形する方法を発明した。この発明方
法により得られる非晶質合金厚板を用いることにより、
本発明の高性能磁歪振動子が得られるものであるが、上
記圧縮成形した非晶質合金厚板の密度が８７％より低い
と磁歪振動子として十分な強度が得られな（なる。
一つの手段として、本発明者らは非晶質合金からなる粉
末、フレーク、または薄帯を出発原料とし、これに衝撃
的な圧縮力を加えることにより、相対密度が８７％以上
となるように圧縮成形する方法を発明した。この発明方
法により得られる非晶質合金厚板を用いることにより、
本発明の高性能磁歪振動子が得られるものであるが、上
記圧縮成形した非晶質合金厚板の密度が８７％より低い
と磁歪振動子として十分な強度が得られな（なる。
また、別途方法として超音波振動エネルギーにより非晶
質合金厚板を作製した結果、これを用いた磁歪振動子も
高い性能を示すことが確認できた。
質合金厚板を作製した結果、これを用いた磁歪振動子も
高い性能を示すことが確認できた。
［実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明するが、本発明の範囲
が以下に述べる実施例により限定されるものではない。
が以下に述べる実施例により限定されるものではない。
実施例１
第１表に示す合金組成となるように、所定の配合比に秤
量した原料を高周波誘導溶解炉により約１ｋｇ溶解し、
母合金を作製した。これより片ロール法により（鋼ロー
ル使用）板厚が約２５μｍ２幅が約２０１の非晶質合金
薄帯を得た。次にこの薄帯を振動ミルにより粉砕し、２
０μｍ〜３ｍｍ程度の大きさのフレーク状粉末を作成し
た。次いで、第１図に示すような構成の装置を用い、前
記フレーク状粉末試料２をダイ３およびコンテナー４に
より形成される空間内に充填した。充填密度は約３．３
〜３．９ｇ ／ａｍ”である。その後爆発室５内の火薬
を爆発させ、バンチ１を約３〜７１ｖ／ｓのスピードで
充填した試料２に激突させ、その衝撃力で外形寸法２０
ｍｍｘ ４０ｍ５．内形寸法７ｓｓ ｘ１５ｉｍ、板厚
０．０５〜２ＩＩ１ｍの第２図に示す形状の厚板６を得
た。
量した原料を高周波誘導溶解炉により約１ｋｇ溶解し、
母合金を作製した。これより片ロール法により（鋼ロー
ル使用）板厚が約２５μｍ２幅が約２０１の非晶質合金
薄帯を得た。次にこの薄帯を振動ミルにより粉砕し、２
０μｍ〜３ｍｍ程度の大きさのフレーク状粉末を作成し
た。次いで、第１図に示すような構成の装置を用い、前
記フレーク状粉末試料２をダイ３およびコンテナー４に
より形成される空間内に充填した。充填密度は約３．３
〜３．９ｇ ／ａｍ”である。その後爆発室５内の火薬
を爆発させ、バンチ１を約３〜７１ｖ／ｓのスピードで
充填した試料２に激突させ、その衝撃力で外形寸法２０
ｍｍｘ ４０ｍ５．内形寸法７ｓｓ ｘ１５ｉｍ、板厚
０．０５〜２ＩＩ１ｍの第２図に示す形状の厚板６を得
た。
得られた厚板のＸ線回折を行った結果、結晶を示す回折
線は検出できなかった。
線は検出できなかった。
第１表
となるようにエポキシ系接着剤を用いて接着し、磁歪振
動子を作製した。ざらに動インピーダンス法により、振
動子の電気音響交換効率ηｅａをバイアス磁場５０ｅに
て測定した。得られた結果を第２表に示す。
動子を作製した。ざらに動インピーダンス法により、振
動子の電気音響交換効率ηｅａをバイアス磁場５０ｅに
て測定した。得られた結果を第２表に示す。
第２表において、クラックの発生は電気音響変換効率の
試験を連続１時間継続した後に試料表面の顕微鏡観察を
行い、クランクの有無を確認した結果である。また耐蝕
性は、接着剤にて接着後の振動子を１５０時間恒温恒湿
試験を行い（６０℃、８０％ＲＨ）発錆の有無を観察し
た結果で示した。
試験を連続１時間継続した後に試料表面の顕微鏡観察を
行い、クランクの有無を確認した結果である。また耐蝕
性は、接着剤にて接着後の振動子を１５０時間恒温恒湿
試験を行い（６０℃、８０％ＲＨ）発錆の有無を観察し
た結果で示した。
第２表から明らかなように、本発明磁歪振動子は、実用
振動子として極めて優れた特性を示すことがわかる。
振動子として極めて優れた特性を示すことがわかる。
実施例２
前記実施例１で述べたＮ ０．１の合金組成の薄板を用
い、第２図に示す形状に打抜ぎ後（板厚は約２５μＩり
、これを４枚重ね合せ超音波接合機にて接合し、約１０
０μｍの厚板を得た。接合条件を第３表に示す。
い、第２図に示す形状に打抜ぎ後（板厚は約２５μＩり
、これを４枚重ね合せ超音波接合機にて接合し、約１０
０μｍの厚板を得た。接合条件を第３表に示す。
第３表
この厚板を用い実施例１同じ方法で磁歪振動子を作製し
評価を行った。その結果ηｅａは約６８であり、クラッ
クの発生、耐蝕性とも問題はなかった。
評価を行った。その結果ηｅａは約６８であり、クラッ
クの発生、耐蝕性とも問題はなかった。
すなわち、超音波接合法によってもほぼ類似の結果が得
られることが確認できた。
られることが確認できた。
［発明の効果］
以上詳細に説明した様に、本発明は従来にない高い電気
音響変換効率を有する非晶質合金磁歪振動子を提供でき
、その工業上の利点は大である。
音響変換効率を有する非晶質合金磁歪振動子を提供でき
、その工業上の利点は大である。
第１図は本発明に用いる非晶質合金厚板を製造するため
の装置の一例を示す概略構成図、第２図は本発明に用い
る非晶質合金厚板の一実施例を示す外観図である。 １：パンチ、２：試料、３；ダイ、４：コンテナ。 ５：爆発室、６：非晶質合金厚板。 茅 ！ 図 第 ２ 図
の装置の一例を示す概略構成図、第２図は本発明に用い
る非晶質合金厚板の一実施例を示す外観図である。 １：パンチ、２：試料、３；ダイ、４：コンテナ。 ５：爆発室、６：非晶質合金厚板。 茅 ！ 図 第 ２ 図
Claims (7)
- （１）複数枚の非晶質合金板を接着剤を介して接着・積
層した成形体からなる積層型磁歪振動子において、上記
成形体における非晶質合金の体積占有率が実質的に８０
％以上であり、かつ上記非晶質合金板の板厚が８０μｍ
以上であることを特徴とする積層型磁歪振動子。 - （２）上記非晶質合金板の相対密度が８７％以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積層型磁
歪振動子。 - （３）上記非晶質合金板が複数枚の非晶質合金薄板を超
音波接合したものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の積層型磁歪振動子。 - （４）上記非晶質合金板が、組成式 Ｆｅ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−＿ｚＭ＿ｘＣｒ＿ｙＭ′
＿ｚただし、Ｍ：ＣｏおよびＮｉのうちの１種 または２種 Ｍ′：ＢおよびＳｉのうちの１種 または２種 ｘ：０．０５〜０．３０ ｙ：０．０１〜０．１０ ｚ：０．１５〜０．２７ で表される組成からなることを特徴とする 特許請求の範囲第１項乃至第３項に記載の いずれかの積層型磁歪振動子。 - （５）非晶質合金からなる粉末、フレーク、または薄帯
を出発原料とし、これに衝撃的な力を加えることにより
成形して板厚８０μｍ以上の非晶質合金板を作製し、次
いで接着剤を用いて前記非晶質合金板を複数枚接着・積
層して非晶質合金の実質的体積占有率が８０％以上であ
る成形体となし、該成形体を用いて磁歪振動子を得るこ
とを特徴とする積層型磁歪振動子の製造方法。 - （６）上記衝撃的な力として爆発力等による圧縮力を用
い出発原料を圧縮成形することを特徴とする特許請求の
範囲第５項記載の積層型磁歪振動子の製造方法。 - （７）上記出発原料として非晶質合金薄帯を用い、該薄
帯を複数枚積層したものに超音波振動を加えることによ
り上記成形体を得ることを特徴とする特許請求の範囲第
５項記載の積層型磁歪振動子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60016022A JPS61174784A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 積層型磁歪振動子およびその製造方法 |
| US06/824,108 US4757219A (en) | 1985-01-30 | 1986-01-30 | Lamination type of magnetostrictor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60016022A JPS61174784A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 積層型磁歪振動子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61174784A true JPS61174784A (ja) | 1986-08-06 |
Family
ID=11904938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60016022A Pending JPS61174784A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 積層型磁歪振動子およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4757219A (ja) |
| JP (1) | JPS61174784A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6369281A (ja) * | 1986-09-10 | 1988-03-29 | Honda Motor Co Ltd | 積層構造の力学量検出素子およびその製造方法 |
| JP2002156296A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-05-31 | Abb Ab | トルク変換器 |
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|---|---|---|---|---|
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| DE19510249C1 (de) * | 1995-03-21 | 1996-05-23 | Siemens Ag | Magnetostriktiver Aktor |
| DE19510250C1 (de) * | 1995-03-21 | 1996-05-02 | Siemens Ag | Magnetostriktiver Aktor |
| WO2012122173A2 (en) * | 2011-03-10 | 2012-09-13 | Halliburton Energy Services, Inc. | Systems and methods to harvest fluid energy in a wellbore using preloaded magnetostrictive elements |
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