JP2005522021A - 時計製造用の軟磁性合金 - Google Patents

Abstract

本発明は、重量％で下記の組成：２８％≦Ｎｉ≦３４％、０％≦Ｃｏ≦４％、０％≦Ｃｕ≦４％、１％≦Ｃｒ、０％≦Ｍｏ≦８％、０％≦Ｎｂ≦１％、０％≦Ｍｎ≦２％、０％≦Ｖ≦５％、０％≦Ｗ≦５％、０％≦Ｓｉ≦４％、０％≦Ａｌ≦４％、０％≦Ｃ≦０．４％、場合によっては、０．１％未満の含有量の、マグネシウムおよびカルシウムから選択された１種または複数の元素、残余は鉄および製造に由来する不純物を有する軟磁性合金に関する。この化学組成は、さらに、下記の関係式：１８０．５≦６×Ｎｉ−２．５×（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ＋Ｗ＋Ｓｉ＋Ａｌ）＋４×（Ｃｏ＋Ｃｕ）≦１９７．５およびＣｏ＋Ｃｕ≦４％を満たす。本発明は、時計製造用のモータに使用する固定子を製造するためのその使用に関する。

Description

本発明は、軟磁性合金および時計製造用モータにおけるその利用に関する。

アナログ水晶時計の針は、ラベット（Ｌａｖｅｔ）型ステッパモータとして知られる小型電気モータによって進められる（図１を参照のこと）。このモータは、永久磁石からなる双極性回転子１、軟磁性合金のストリップから切り出した固定子２および恐らくその固定子が作製されたのとは異なった軟磁性合金から作製された巻き鉄心３からなる。固定子は、できるだけ狭くなければならないくびれ部４および５を含む。

時計製造用の電気モータの固定子を作製するために、数パーセントのモリブデンまたは銅を含む８０％ニッケル合金タイプの、またはＦｅ−３６．５Ｎｉ−７．５Ｃｒ型の合金タイプの、またはＦｅ−５０Ｎｉ−１０Ｃｒ合金タイプの、軟磁性合金を使用することが知られている。これらの合金は、−２０℃〜＋７０℃の温度範囲で、０．４〜０．８ｍｍの厚さの場合に１００ｍＯｅ未満の保持力場、および４０℃において４０００ガウスを超える飽和磁気誘導Ｂ_ｓを有する。しかし、これらの合金は高価であり、より安価な合金があることが望ましい。しかし、そのような合金は知られていない。

本発明の目的は、知られている合金より安価で、時計製造用の電気モータ固定子を作製するのに適した、軟磁性合金を提案することである。

この目的のために、本発明の主題は、軟磁性合金であり、その組成は、重量％で次式のものを含み、

場合によっては、マグネシウムおよびカルシウムから選択した１種または複数の元素をその合計が０．１％未満の含有量で含み、残余は鉄および精錬に由来する不純物であり、さらに、関係式：
１８０．５≦６Ｎｉ−２．５（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ＋Ｗ＋Ｓｉ＋Ａｌ）＋４（Ｃｏ＋Ｃｕ）≦１９７．５および
Ｃｏ＋Ｃｕ≦４％
を満たす。

好ましくは、この合金は２％を超えるクロムを含み、好ましくはまた、１．５％を超える、さらに２％をも超えるモリブデンを含有する。

本発明はまた、本発明による合金から作製される時計製造用の電気モータ固定子、およびかかるモータの固定子に関する。

本発明をより詳細に説明する。

本発明による合金は、重量％で：
− ２８〜３４％のニッケル、良好な磁気特性を得るために必要な元素であるが、非常に高価である；
− ０〜４％のコバルトおよび／または銅、良好な磁気特性を得るために、この２つの元素の合計量は４％以下である：この２つの元素は、ニッケルと同様に、顕著で有利な効果を磁気特性に与えるので、％Ｎｉを制限することができる。その上、銅はニッケルよりはるかに安価である；
− 磁気特性を劣化させないために、多くとも０．４％の炭素；
− 良好な耐食性を得るために、少なくとも１％、好ましくは２％を超える、ただし好ましくは７．５％未満、特により好ましくは６．５％未満のクロム；
− 機械的性質を改良するために、場合によっては、１％までのニオブ；
− 抵抗および磁気性能（具体的には、保磁力場）を高めるために、場合によっては、モリブデン、バナジウム、タングステン、ケイ素またはアルミニウムを、Ｍｏの場合は８％未満、ＶおよびＷの場合は５％未満、ＳｉおよびＡｌの場合は４％未満の量；機械的性質を改善し、したがって、固定子の同じ形状安定性を維持しながら、くびれ部４および５の断面積を縮小する（したがって、モータの効率を向上させる）ために、好ましくは、モリブデン含有量は１．５％さらには２％をも超える量でなければならない。さらに、モリブデン含有量が１．５％を超えると、ＮＨ_３中でアニールする際の不都合な着色および／または酸化が防止される；
− 熱間転換性（ｈｏｔ ｃｏｎｖｅｒｔｉｂｉｌｉｔｙ）および磁気性能を高めるために、２％までのマンガン；
− 場合によっては、機械切削性を改善するために、合計０．１％未満の含有量の、マグネシウムまたはカルシウムから選択した１種または複数の元素；
を含む。

組成の残余は、鉄および精錬に由来する不純物からなる。これらの不純物中に、特にチタンが存在することがあるが、チタンを時計製造分野で使用するのは有害であるので、チタンを０．００３％未満、好ましくは０．００２％未満、特により好ましくは０．００１％未満に制限することが好ましい。本発明者らは、この元素が存在すると、焼なまし後に保磁力場を実質的に増大させうることを発見したが、このことは、この用途にとって望ましくない。

さらに、時計製造用の小型電気モータ固定子を製造することができる磁気特性、すなわち、−２０℃〜＋７０℃の間で１００ｍＯｅ未満の保磁力場Ｈ_ｃ、および４０℃で、４０Ｏｅの磁気誘導で、４０００ガウスを超える飽和磁気誘導Ｂ_ｓを得るために、合金の化学組成は次の条件：
１８０．５≦６Ｎｉ−２．５（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ＋Ｗ＋Ｓｉ＋Ａｌ）＋４（Ｃｏ＋Ｃｕ）≦１９７．５
を満足しなければならない。

上に示した磁気特性の他に、この合金は、酸性水溶液に対する非常に良好な耐食性を示す。この耐食性は、０．０１モル／リットルの濃度の硫酸水溶液中に浸漬した、合金から作製した電極と白金で作製した照合電極との間を流れる最大電流Ｉ_ｍａｘを、電極間の電圧を変化させながら測定することによって計測できる。上記で定義した組成では、Ｉ_ｍａｘは３ｍＡ未満に留まる。

この合金は、知られている任意の手段で、たとえば、誘導電気炉または埋没アーク炉中で、精錬することができ、次いで凝固後に、たとえば熱間圧延または冷間圧延してストリップを得ることができ、ストリップから切り出した断片を、たとえば還元雰囲気中で（たとえば水素中で）１１００℃〜１２００℃で１〜１０時間静置して、または還元雰囲気中で１０００℃〜１１００℃で５〜３０分間移動させて焼なます。

実施例および比較例として、その組成および機械的性質を表１に示す合金を作製した。

実施例２、３、５から７、９、１０および１４から１５は、本発明に相当する。実施例１、４、８、１１から１３および１８から２０は、比較のために示す。これらの実施例で、組成の残余は鉄および不純物である。

これらの実施例では、合金を真空誘導溶融により精錬し、インゴットの形に鋳造した後、インゴットを、１０００℃〜１２００℃で鍛造し、１１５０℃〜８００℃で熱間圧延して、４．５ｍｍ厚のストリップ製品を得た。これらのストリップ製品を、酸洗いし、中間焼なましをせずに０．６ｍｍ厚に冷間圧延し、次いで、３６〜２５ｍｍの直径の円板に切断し、水素中で１１７０℃で４時間焼なました。

その後、−２０℃および＋７０℃における保磁力場Ｈ_ｃ、４０Ｏｅの磁場中での４０℃における飽和磁気誘導Ｂ_ｓ、および０．０１モル／リットルの硫酸水溶液中での最大浸食電流Ｉ_ｍａｘを測定した。

これらの実施例から、本発明に対応する組成領域では、合金は時計用の電気モータ固定子を作製するために必要とされる条件、すなわち、−２０℃〜＋７０℃の間でＨ_ｃ＜１００ｍＯｅ、Ｂ_ｓ＞４０００Ｇ、およびＩ_ｍａｘ＜３ｍＡを満たすが、この領域外では、前記条件が満たされないことが分かる。

具体的には、比較例１、４、８および１３の場合は、ニッケル、コバルト、銅およびクロムの含有量は、６Ｎｉ−２．５Ｘ＋４（Ｃｏ＋Ｃｕ）＞１９７．５となっており、これらの条件下では、−２０℃におけるＨ_ｃは１００ｍＯｅを超える。

比較例１１、１２、および２０の場合は、ニッケル、コバルト、銅およびクロムの含有量は、６Ｎｉ−２．５Ｘ＋４（Ｃｏ＋Ｃｕ）＜１８０．５であり、これらの条件下では、Ｂ_ｓは４０００ガウス未満である。

比較例１８および１９の場合は、クロム含有量が低すぎ、Ｉ_ｍａｘは３ｍＡを超え、耐食性が不十分である条件に相当する。

時計モータ用固定子の製造にさらに特によく適合した合金の以下の実施例を製造した。

１．Ｆｅ−Ｎｉ３３．７−Ｃｒ８−Ｍｎ０．３合金：約３３．７％のニッケル、８％のクロムおよび０．３％のマンガンを含み、残余は鉄および精錬に由来する不純物である。前の実施例と同じ条件で、この合金から小円板を製造した。得られた特性は：
Ｂ_ｓ＝４５００Ｇ；Ｈ_ｃ＝２６ｍＯｅ（−２０℃）かつ９．５ｍＯｅ（７０℃）；Ｉ_ｍａｘ＝０．６ｍＡであった。

この安価な合金は、銅もコバルトも含有していないので、スクラップをリサイクルするのがより容易になるという利点を有する。

２．Ｆｅ−Ｎｉ３３．８−Ｃｒ２−Ｍｏ６−Ｍｎ０．３合金：約３３．８％のニッケル、２％のクロム、６％のモリブデンおよび０．３％のマンガンを含み、残余は鉄おおび不純物である。前の実施例と同じ条件で、得られた特性は：
Ｂ_ｓ＝４２００Ｇ；Ｈ_ｃ＝３８ｍＯｅ（−２０℃）および１５ｍＯｅ（７０℃）；Ｉ_ｍａｘ＝１．６ｍＡであった。

この安価な合金は、モリブデンを含まない前の実施例と較べて２０％大きい機械的強度（１１７０℃で焼なまし後、最大強度が８０ＭＰａ増加）を有しており、それによってくびれ部がより狭く、磁気損失が減少した固定子を（したがって、より高性能なすなわち時計による電池の消費がより小さなステッピングモータを）製造することが可能になる。

３．Ｆｅ−Ｎｉ３３．５−Ｍｎ０．３合金：約３３．７％のニッケル、８％のクロムおよび０．３％のマンガンを含み、残余は鉄および精錬に由来する不純物である。前の実施例と同じ条件で、この合金から小円板を製造した。得られた特性は：
Ｂ_ｓ＝６９５０Ｇ；Ｈ_ｃ＝５９．５ｍＯｅ（−２０℃）かつ２６ｍＯｅ（７０℃）；
Ｉ_ｍａｘ＝０．５ｍＡであった。

この安価な合金は、高い飽和磁気誘導Ｂ_ｓを有し、したがって、モータを再設計する必要なしに、Ｆｅ−Ｎｉ８０タイプの合金の代わりに使用することができるという利点を有する。

４．Ｆｅ−Ｎｉ３０−Ｃｒ２−Ｃｕ３．７−Ｍｎ０．２合金：約３０％のニッケル、２％のクロム、３．７％の銅および０．２％のマンガンを含み、残余は鉄および不純物である。前と同じ条件で得た特性は：
Ｂ_ｓ＝７４００Ｇ；Ｈ_ｃ＝４５ｍＯｅ（−２０℃）かつ２４ｍＯｅ（７０℃）；Ｉ_ｍａｘ＝１．６ｍＡであった。

この合金は、僅か３０％のニッケルおよび約４％の銅を含んでいるだけなので、特に安価であるが、その磁気特性の故に、モータを再設計する必要なしに、知られている従来技術のどの合金の代わりとすることもできる。

時計用のラベット型電気モータを示す。

Claims (8)

1. その組成が、重量％で次式のものを含み、
   

   

   場合によっては、マグネシウムおよびカルシウムから選択した１種または複数の元素をその合計が０．１％未満の含有量で含み、残余は、鉄および精錬に由来する不純物であり、さらに、関係式：
   １８０．５≦６Ｎｉ−２．５（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ＋Ｗ＋Ｓｉ＋Ａｌ）＋４（Ｃｏ＋Ｃｕ）≦１９７．５
   および
   Ｃｏ＋Ｃｕ≦４％
   を満たす軟磁性合金。
2. その組成が、さらに
   Ｃｒ≧２％
   である請求項１に記載の合金。
3. その組成が、さらに
   Ｍｏ≧１．５％
   である請求項１または請求項２に記載の合金。
4. Ｃｒ≦７．５％
   であることをさらに特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の合金。
5. ０．００３％未満のチタンを含むことをさらに特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の合金。
6. ０．００２％未満のチタンを含むことをさらに特徴とする請求項５に記載の合金。
7. 固定子が請求項１から６のいずれか一項に記載の軟磁性合金からなることを特徴とする、時計製造用の電気モータ。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の軟磁性合金からなる、時計製造用の電気モータ固定子。