DE3406807A1

DE3406807A1 - Verfahren zur herstellung eines magneten

Info

Publication number: DE3406807A1
Application number: DE19843406807
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Hamamatsu Shizuoka Hayashi; Kenzaburo Iijima
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1984-10-04
Also published as: JPS59159929A; US4715904A; DE3406807C2

Description

Verfahren ,/ur Herstellung eines Magneten

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magneten mit radialer magnetischer Anisotropie.

Die Herstellung eines radial magnetisierten Permanentmagneten ist beispielsweise in der JP-AS Sho. 45-8584 beschrieben, wobei der Magnet unterschiedliche Pole auf seinen inneren und äußeren radialen Endbereichen aufweist. Nach dem bekannten Verfahren wird ein magnetisches Band dadurch hergestellt, daß ein magnetisches, pulverförmiges Ferritmaterial ader dergleichen mit Kautschuk zu einem bandförmigen Formkörper geformt wird, daß das magnetische Band als nächstes in seiner Dickenrichtung magnetisiert wird, und daß das magnetisierte Band zu einer festgewickelten Rolle aufgewickelt wird, die die für den'Magneten gewünschte Form hat.

Bei dem genannten Verfahren ist jedoch die Auswahl für das Material, welches zur Herstellung des magnetischen, bandförmigen Ausgangsmaterials verwendet wird, auf leicht deformierbare, magnetische Materialien beschränkt, beispielsweise auf solche Materialien, bei denen Ferrite oder dergleichen mit Kautschuk verfestigt sind. Diese magnetischen Materialien sind im allgemeinen im Bezug auf ihre magnetischen Eigenschaften isotrop und daher ungeeignet, um als Magnete zur Verwendung in Schallsystemen, beispielsweise in Lautsprechern, verwendet zu werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein neuartiger Magnet mit

radialer magnetischer Anisotropie auf einfache Weise und mit größerer Freiheit bei der Materialwahl hergestellt werden kann, wobei der Magnet sich zur Verwendung in Magnetkreisen von Schallsystemen, z. B. von Lautsprechern, eignen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das in dem Hauptanspruch angegebene Verfahren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte, zum Teil geschnittene Seitenansicht einer Einrichtung zur Durchführung der Vergütungsbehandlung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird;

Fig. 2, 3 Draufsichten auf das aufgerollte Band, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist;

Fig. 4-6 Draufsichten auf verschiedene Beispiele von Magneten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind; und

Fig. 7 eine vereinfachte, geschnittene Seitenansicht eines Lautsprechermagnetkreises, der einen Magneten enthält, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird zuerst ein dünnes Band aus einer Magnetlegierung hergestellt, die mit einer magnetischen Anisotropie durch spinodale Entmischung ausgebildet werden kann. Magnetlegierungen vom Fe-Cr-Co-Typ oder Cu-Ni-Fe-Typ (Cunife und dergleichen) werden als Magnetlegierungen vom spinodalen Entmischungstyp verwendet. Die Magnetlegierung vom Fe-Cr-Co-Typ kann 2-30 Gew.-% Cr, 5-37 Gew.-% Co und den Rest Fe enthalten. In der Legierung können auch 0,1 - 8 Gew.-% bezogen auf die Gesamtlegierung von einem oder mehreren der Elemente Ti, Zr, Ni, V und Si enthalten sein. Die Magnetlegierung vom Cu-Ni-Fe-Typ kann 10-30 Gew.-% Ni, 10-30 Gew.-% Fe und den Rest Cu enthalten. Vorzugsweise sollte die Legierung 15-25 Gew.-% Ni, 15-25 Gew.-% Fe und den Rest Cu enthalten.

Das dünne Band aus der Magnetlegierung kann auf verschiedene, an sich bekannte Weisenhergestellt werden. Beispielsweise kann ein Gußkörper aus der Magnetlegierung hergestellt werden,und der auf diese Weise hergestellte Gußkörper wird zu einem dünnen Band vorbestimmter Dicke durch aufeinanderfolgendes Warmschmieden, Warmwalzen und Kaltwalzen geformt. Das auf diese Weise erhaltene, dünne Band wird dann einer Homogenisierungsbehandlung unterworfen, die darin besteht, daß das Material nacheinander kaltgewalzt, angelassen und abrupt gekühlt wird. Bei der Magnetlegierung vom Fe-Cr-Co-Typ wird das Band vorzugsweise durch Aufheizen bei einer Temperatur oberhalb 1.050⁰C während 5-8 Minuten angelassen und danach schnell abgekühlt.

Das auf diese Weise vorbereitete dünne Band wird als nächstes einer Vergütungsbehandlung unter gleichzeitiger Magnetisierung in seiner Dickenrichtung unterworfen. Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrensschrittes ist in Fig. 1 schematisch gezeigt. Ein längliches, dünnes Band 1 aus einer Magnetlegierung wird kontinuierlich von einer Vorratsrolle zugeführt und durch eine Heizröhre 3 befördert. Die unterschiedlichen Pole 4, 4¹ einer Magnetisierungseinrichtung

sind auf beiden radialen Seiten der Heizröhre 3 angeordnet, um das Band 1 in seiner Dickenrichtung zu magnetisieren, während es sich durch die Heizröhre 3 bewegt. Eine Kühldüse 5 ist daher bei dem Auslaßende der Heizröhre 3 angeordnet und gibt einen Luftstrom ab, wobei die Luft Zimmertemperatur hat. Nach dem Austritt aus der Heizröhre 3 wird das magnetisierte Band 1· in fester Wicklung auf einer Aufnahmerolle 6 aufgenommen.

Durch dieses Vergütungsverfahren wird das Band mit einer magnetischen Anisotropie in seiner Dickenrichtung versehen. Bei Magnetlegierungen vom spinodalen Entmischungstyp bedeutet dies, daß Teilbereiche der hochmagnetisierten Phase und Teilbereiche der nichtmagnetischen Phase durch die spinodale Entmischung getrennt voneinander dadurch ausgebildet sind, daß eine Magnetisierung unter Wärmebehandlung durchgeführt wird, wobei die Teilbereiche der hochmagnetisierten Phase in Dickenrichtung.des Bandes länglich ausgebildet sind, so daß eine sehr gute magnetische Anisotropie in der Dickenrichtung erzielt wird.

Die Vergütungsbehandlung unter gleichzeitiger Magnetisierung sollte unter solchen Temperaturbedingungen durchgeführt werden, die die spinodale Entmischung der Magnetlegierungen fördert. Insbesondere wird die anfängliche Aufheizung vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 670 - 72O°C während einer Dauer von 10-60 Minuten durchgeführt und die nachfolgende Kühlung bis herunter zu Temperaturen von 600 - 62O°C wird mit einer Rate von 10 - 9O°C/h durchgeführt. Nachdem die Nachkühlung abgeschlossen ist, wird das magnetisierte Band schnell abgekühlt.

Die Intensität des Magnetfeldes bei der Megnetisierung in der Vergütungsbehandlung sollte vorzugsweise im Bereich von 16.000 - 400.000 A/m liegen, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 64.000 - 400.000 A/m.

Wenn Magnetlegierungen vom Fe-Cr-Co-Typ zur Herstellung des Bandes verwendet werden, ist die oben beschriebene Vergütungsbehandlung mit Magnetisierung nicht ausreichend, um einen genügenden Unterschied in der Konzentration zwischen den hochmagnetisierten Phasen und den nichtmagnetisierten Phasen zu erzeugen. Um dieses Defizit in der spinodalen Entmischung auszugleichen, wird eine zweite Vergütungsbehandlung an dem Band durchgeführt, nachdem es auf die Rolle aufgewickelt ist. Die zweite Vergütungsbehandlung sollte nicht dem Aufwickeln des Bandes auf die Rolle vorangehen, da die vorherige Anwendung der zweiten Vergütungsbehandlung die gute Bearbeitbarkeit beeinträchtigen würde, die das Band unmittelbar nach der ersten Vergütungsbehandlung hat, so daß das glatte Aufwickeln der Rolle behindert würde.

Nach der abschließenden Vergütungsbehandlung befindet sich das magnetisierte Band 1' dicht gewickelt in einer Rolle, die entweder rund (Fig. 2) oder rechteckig (Fig. 3) im Querschnitt sein kann. In jedem Fall hat die Bandrolle 7 eine mittige Aussparung. In der Bandrolle 7 liegt die eine Oberfläche 1a¹ des Bandes 1' nahe bei dem Umfang der Bandrolle 7 und die andere Oberfläche 1b¹ des Bandes 1' ist der Mitte der Bandrolle 7 zugekehrt. Folglich hat die Bandrolle 7 eine radiale magnetische Anisotropie, wie sie durch strichpunktierte Pfeile in den Fig. 2 und 3 angedeutet ist.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die zweite Vergütungsbehandlung an solch einer Bandrolle durchgeführt, wenn das Band aus Magnetlegierungen vom Fe-Cr-Co-Typ besteht. Diese zweite Vergütungsbehandlung wird angewendet, um die Differenz in der Konzentration zwischen den Phasen hoher Magnetisierung und den nichtmagnetischen Phasen zu erhöhen, so daß die magnetische Anisotropie vergrößert wird. Vorzugsweise wird die zweite Vergütungsbehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 620 - 5OO°C mit allmählicher Absenkung der

Temperatur durchgeführt. Die Temperaturabsenkung kann entweder kontinuierlich oder stufenweise erfolgen. Ferner kann die zweite Vergütungsbehandlung entweder mit oder ohne Magnetisierung durchgeführt werden. Wenn eine Magnetisierung angewendet wird, sollte die Richtung des magnetischen Flusses in dem Feld mit der radialen Richtung der Bandrolle zusammenfallen. Zusätzlich zu der Erhöhung der Intensität der magnetischen Anisotropie werden durch die zweite Vergütungsbehandlung Spannungen beseitigt, die sich während des Aufwickeins der festgewickelten Bandrolle entwickelt haben.

Nach der anschließenden Vergütungsbehandlung wird die Bandspule noch weiter magnetisiert, so daß unterschiedliche Pole an verschiedenen radialen Endenabschnitten eines Permanentmagneten 8 liegen, wie in den Fig. 4-6 gezeigt ist. In den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Beispielen liegen gleichartige Pole, an dem selben radialen Endabschnitt des Permanentmagneten 8. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel liegen verschiedenartige Pole abwechselnd an den selben radialen Endabschnitten des Permanentmagneten 8. Es ist lediglich erforderlich, daß auf einer gemeinsamen radialen Linie verschiedene Pole an den unterschiedlichen radialen Endabschnitten des Permanentmagneten 8 liegen.

Als Ergebnis der zweiten Vergütungsbehandlung werden eine Vielzahl von Teilbereichen der hochmagnetisierten Phase in der Magnetlegierung erzeugt und diese Teilbereiche haben eine große Längsausdehnung in den radialen Rollen der Bandrolle. Durch eine zusätzliche Magnetisierung einer solchen Bandrolle mit einer signifikanten radialen magnetischen Anisotropie hat der resultierende Permanentmagnet ausgezeichnete magnetische Charakteristiken in seinen radialen Richtungen.

Beispiel:

Eine Magnetlegierung vom Fe-Cr-Co-Typ wurde verwendet, um ein dünnes, längliches Band mit einer Dicke von 0,2 mm und einer Breite von 100 mm zu erzeugen. Die Legierung enthielt 24 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% Co und den Rest Fe. Ein im Vakuumgußverfahren hergestellter Gußkörper wurde warmgeschmieded, warmgewalzt und kaltgewalzt, um das Band herzustellen. Das Band wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 7 m/min durch einen Ofen von 5 m Länge geschickt, der auf einer Länge von 1 m einen Abschnitt mit gleichförmiger Temperatur (1.050°C) aufwies, der mit Wasserstoffgas· gefüllt war. Dadurch wird eine kontinuierliche Wärmebehandlung erzielt.

Die erste Vergütungsbehandlung des Bandes wurde in einer Einrichtung durchgeführt, die in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Beim Aufheizen des Bandes wurde das Band zuerst auf eine Temperatur von 700⁰C während 30 min aufgeheizt, und die Temperatur wurde dann auf 610⁰C mit einer Geschwindig- · keit von 40°C/h abgesenkt. Danach wurde die Temperatur sehr schnell auf Zimmertemperatur weiter abgesenkt. Das Magnetfeld war auf eine Intensität von 150.000 A/m eingestellt.

Danach wurde das Band auf eine Breite von 2,0 mm geteilt und auf eine hohle Rolle von 8 mm Innendurchmesser, 25 mm Außendurchmesser und 2 mm Dicke aufgerollt.

Die Bandrolle wurde dann einer zweiten Vergütungsbehandlung unterworfen, bei der die Bandrolle zuerst auf 65O°C während 60 min aufgeheizt wurde und die Temperatur wurde sodann auf 500⁰C mit einer Geschwindigkeit von 5°C/h abgesenkt. Nach der Vergütungsbehandlung wurde die Bandrolle weiter magnetisiert, um eine hohle, permanent magnetische Scheibe zu erhalten, die verschiedenartige Pole an verschiedenen radialen Endabschnitten aufweist.

Die auf diese Weise erzeugte Magnetscheibe wurde in den magnetischen Kreis eines Lautsprechers eingebaut, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Der magnetische Kreis umfaßte ein

Joch 9, einen mittigen Pol 1O des Joches 9, eine um den mittigen Pol 10 gewickelte Spule 11 und eine Vibrationsplatte 12 oberhalb des Joches 9. Die oben genannte, permanent magnetische Scheibe 8 wurde an der Oberseite des Joches 9 angeordnet, so daß sie die Spule 11 und den mittigen Pol 10 umgab. Das Joch 9 hatte einen Außendurchmesser R von 28 mm und eine Dicke t von 1,5 mm.

In diesem magnetischen Kreis wurde die magnetische Flußdichte Bg an einem Ringspalt 13 zwischen dem Innenumfang der permanent magnetischen Scheibe 8 und der Spule 11 gemessen, und der Meßwert betrug 1,0 T.

Eine entsprechende, permanent magnetische Scheibe wurde unter Verwendung der gleichen Legierung vom Fe-Cr-Co-Typ hergestellt, wobei jedoch die Vergütungsbehandlung nicht durchgeführt wurde, und die permanentmagnetische Scheibe in Fig. 7 wurde d.urch diese Probe zu Vergleichs zwecken ersetzt. Die magnetische Flußdichte an der selben Stelle in dem Magnetkreis betrug 0,54 T.

Durch Vergleich dieser Daten ist ersichtlich, daß der Magnet mit radialer Anisotropie, der nach dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, ausgezeichnete magnetische Eigenschaften hatte.

Aus Fig. 7 ist auch ersichtlich, daß die Höhe H des Magnetkreises dadurch reduziert werden kann, daß die permanent magnetische Scheibe 8 oberhalb des Joches 9 angeordnet wird. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau des Lautsprechers .

Claims

PATENTANWÄLTE KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE

Dl PL.-PHYSIKER D I P L.-I N G E N I E U R

ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM

NIPPON GAKKI SEIZO KABUSHIKI KAISHA europäischen Patentamt

Shizuoka / Japan herzog-wilhelm-str.17

D-8000 MÜNCHEN 2

IHRZEICHEN: YOUR REFERENCE:

UNSERZEICHEN: S 5268 K/St OUR REFERENCE:

DATUM: 24. Februar 1984

Verfahren zur Herstellung eines Magneten

Patentansprüche

1i Verfahren zur Herstellung eines Magneten,

dadurch gekennzeichnet, daß-man

(a) ein dünnes, längliches Band aus einer Magnetlegierung herstellt, die zur Ausbildung mit einer magnetischen Anisotropie geeignet ist,

(b) das Band einer Vergütungsbehandlung unter gleichzeitiger Magnetisierung in der Dickenrichtung unterwirft, und daß man

(c) das Band nach der Vergütungsbehandlung in eine straffgewickelte, hohle Rolle mit einer vorgegebenen Form aufwickelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Rolle aus dem Band einer zusätzlichen Vergütungsbehandlung unterwirft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlegierung eine Legierung vom spinodalen Entmischungstyp ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlegierung vom spinodalen Entmischungstyp eine Magnetlegierung vom Fe-Cr-Co-Typ oder vom Cu-Ni-Fe-Typ ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlegierung vom Fe-Cr-Co-Typ von 2-30 Gew.-% Cr, 2 - 37 Gew.-% Co und den Rest Fe enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlegierung vom Fe-Cr-Co-Typ ferner 0,1 - 8 Gew.-% von wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe Ti, Zr, Nl, V und Si enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlegierung vom Cr-Ni-Fe-Typ von 10 - 30 Gew.-% Ni, 10 - 30 Gew.-% Fe und den Rest Cu enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergütungsbehandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die zu einer spinodalen Entmischung der Magnetlegierung beiträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergütungsbehandlung dadurch durchgeführt wird,

daß das Band bei einer Temperatur im Bereich von 670 - 72O°C während einer Zeitdauer von 10-60 Minuten erhitzt wird, daß die Temperatur auf 600 - 62O°C mit einer Rate von 10 - 90°C/h abgesenkt wird, und daß das Band dann schnell abgekühlt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Magnetfeldes bei der ersten Vergütungsbehandlung im Bereich von 16.000 - 400.000 A/m liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergütungsbehandlung dadurch durchgeführt wird, daß die Heiztemperatur der Bandrolle von 620 - 500°C allmählich abgesenkt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergütungsbehandlung bei gleichzeitiger Magneti-' sierung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergütungsbehandlung ohne Magnetisierung durchgeführt wird.