DE3406807C2

DE3406807C2 -

Info

Publication number: DE3406807C2
Application number: DE3406807A
Authority: DE
Inventors: Kenzaburo Iijima; Yoshinori Hamamatsu Shizuoka Jp Hayashi
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1993-01-14
Also published as: DE3406807A1; US4715904A; JPS59159929A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magneten mit radialer magnetischer Anisotropie entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Herstellung von Permanentmagneten mit radial ausge richtetem Magnetfeld ist bekannt, ein dünnes Band aus magne tisierbarem Material herzustellen, dieses Band zu einer Rolle aufzuwickeln und die Rolle in einem Magnetfeld zu magnetisie ren (US 36 02 986 und US 40 57 606). Bei dem magne tisierbaren Material handelt es sich dabei um keramische Pul ver auf der Grundlage von Eisenoxid, das in einer Matrix ge bunden und nach der Formgebung gesintert werden muß. Die be kannten Verfahren sind damit in der Auswahl des Magnetmateri als eingeschränkt und können deshalb nicht zur Herstellung von Permanentmagneten herangezogen werden, die unterschiedli chen Forderungen hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften genügen sollen.

Der Erfindung liegt 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 Ver fahrens sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte, zum Teil geschnittene Seiten ansicht einer Einrichtung zur Durchführung der Vergütungsbehandlung, die im Rahmen des er findungsgemäßen 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 ausge bildet werden kann. Magnetlegierungen vom Fe-Cr-Co-Typ oder Cu-Ni-Fe-Typ (Cunife und dergleichen) werden als Magnet legierungen 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 ent halten. 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 Weisen hergestellt 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 aufeinander folgendes 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 1050°C während 5-8 Minuten angelassen und danach schnell abgekühlt.

Das auf diese Weise vorbereitete dünne Band wird als nächstes einer Vergütungsbehandlung unter gleichzeitiger Magnetisie rung 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 2 zugeführt und durch eine Heizröhre 3 befördert. Die unter schiedlichen Pole 4, 4′ 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 Kühl düse 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 vorzugs weise bei einer Temperatur im Bereich von 670-720°C während einer Dauer von 10-60 Minuten durchgeführt und die nach folgende Kühlung bis herunter zu Temperaturen von 600-620°C wird mit einer Rate von 10-90°C/h durchgeführt. Nachdem die Nachkühlung abgeschlossen ist, wird das magnetisierte Band schnell abgekühlt.

Die Intensität des Magnetfeldes bei der Magnetisierung 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 Ver gütungsbehandlung 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 Vergütungsbe handlung an dem Band durchgeführt, nachdem es auf die Rolle aufgewickelt ist. Die zweite Vergütungsbehandlung sollte nicht dem Aufwickeln des Bandes auf die Rolle voran gehen, da die vorherige Anwendung der zweiten Vergütungs behandlung die gute Bearbeitbarkeit beeinträchtigen würde, die das Band unmittelbar nach der ersten Vergütungsbe handlung hat, so daß das glatte Aufwickeln der Rolle be hindert 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 1a′ des Bandes 1′ nahe bei dem Umfang der Band rolle 7 und die andere Oberfläche 1b′ 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 ange deutet ist.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die zweite Vergütungsbe handlung 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 620-500°C mit allmählicher Absenkung der Temperatur durchgeführt. Die Temperaturabsenkung kann ent weder 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 Ver gütungsbehandlung Spannungen beseitigt, die sich während des Aufwickelns 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 Band rolle. Durch eine zusätzliche Magnetisierung einer solchen Bandrolle mit einer signifikanten radialen magnetischen Anisotropie hat der resultierende Permanentmagnet ausge zeichnete 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 Vakuum gußverfahren hergestellter Gußkörper wurde warmgeschmiedet, 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 700°C während 30 min aufgeheizt, und die Temperatur wurde dann auf 610°C mit einer Geschwindig keit von 40°C/h abgesenkt. Danach wurde die Temperatur sehr schnell auf Zimmertemperatur weiter abgesenkt. Das Magnet feld 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 Außen durchmesser und 2 mm Dicke aufgerollt.

Die Bandrolle wurde dann einer zweiten Vergütungsbehandlung unterworfen, bei der die Bandrolle zuerst auf 650°C während 60 min aufgeheizt wurde und die Temperatur wurde sodann auf 500°C mit einer Geschwindigkeit von 5°C/h abgesenkt. Nach der Vergütungsbehandlung wurde die Bandrolle weiter magneti siert, um eine hohle, permanent magnetische Scheibe zu er halten, 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 10 des Joches 9, eine um den mittigen Pol 10 gewickelte Spule 11 und eine Vibrations platte 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 per manent 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 8 in Fig. 7 wurde durch diese Probe zu Vergleichszwecken er setzt. 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 Ausführungs beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, ausgezeichnete magnetische Eigenschaften hatte.

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

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Magneten aus einem dün nen, länglichen Band eines magnetischen Materials, das zur Ausbildung einer magnetischen Anisotropie geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das Band aus einer Magnetlegierung herstellt,
b) das Band einer Vergütungsbehandlung unter gleichzeitiger Magnetisierung in der Dickenrichtung unterwirft, und
c) das Band nach der Vergütungsbehandlung zu einer straffge wickelten, hohlen Rolle mit einer vorgegebenen Form auf wickelt.

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 Ent mischungstyp 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, 5-37 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, Ni, 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 durchge führt wird, die zu einer spinodalen Entmischung der Magnet legierung beiträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergütungsbehandlung dadurch durchgeführt wird, daß das Band bei einer Temperatur im Bereich von 670-720°C während einer Zeitdauer von 10-60 Minuten erhitzt wird, daß die Temperatur auf 600-620°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 Intensi tät 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 all mählich 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 durch geführt wird.