JP2014214351A - 複合磁気材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体または非磁性体により形成された母材を、母材の沸点とは異なる沸点を有する合金元素を用いて明確な加工条件の基に均一に磁性改質することができる複合磁気材料の製造方法を提供する。
【解決手段】母材１の入熱量η_Ａと合金元素４の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）が１以上となるように母材１および合金元素４を加熱しているので、母材１の沸点より低い沸点を有する合金元素４の蒸発を抑制することができる。これにより、溶融池５内での合金元素４の対流を良好にして溶融池５内の温度分布および合金元素４の濃度分布を均一にすることができるとともに、合金元素４を母材１の深さ（厚さ）方向に拡散させて母材１裏面にまで到達させることができる。よって、明確な加工条件に基づいて母材１の表面から裏面に至るまで均一に磁性改質することができる。
【選択図】図９Ａ

Description

本発明は、磁性体または非磁性体により形成された母材を合金元素を用いて磁性改質する場合の複合磁気材料の製造方法に関するものである。

複合磁気材料の製造方法として、レーザを用いて合金化する方法がある。例えば、特許文献１には、鋼でなる母材にニッケル箔を巻き付け、その部分にレーザを照射して合金化する技術が開示されている。この方法により、レーザ照射部分をオーステナイト（非磁性体または弱磁性体）に改質することができる。しかしながら、上記方法では、レーザ照射の加熱により主に母材表面だけが磁性改質され、母材の深い部分（裏面）にまでは十分に磁性改質できない。これは、厚肉の母材において特に顕著である。

そこで、特許文献２には、母材に対して加熱によりキーホールを形成し、キーホール周辺の溶融池に合金元素を供給して合金化する技術が開示されている。この方法により、合金元素は、溶融池内で対流し、母材の深さ（厚さ）方向に拡散して母材裏面にまで達する。つまり、母材のうちレーザで溶融した部位（キーホールが形成された部分を含む）において、母材の深い部分にまで確実に合金元素が拡散し、母材の表面から裏面に至るまで磁性改質を行うことができる。

特開平５−２３７６７８号公報 ＷＯ／２０１２／１７２８６４号公報

特許文献２に記載の方法おいて、母材として鋼（Ｆｅ）、合金元素としてマンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、またはニッケル（Ｎｉ）を用いた場合、鋼（Ｆｅ）の沸点（２７５０℃）がマンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、またはニッケル（Ｎｉ）の各沸点（２０９７℃、２６４０℃、２７３２℃）より高いため、合金元素が蒸発して溶融池内の合金元素の濃度分布が不均一になる場合がある。また、キーホール周辺の溶融池内での合金元素の対流が乱れて溶融池内の温度分布が不均一になる場合がある。よって、母材の表面から裏面に至るまで均一に磁性改質することができないおそれがあり、この課題を解決するには加工条件を明確化する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、磁性体または非磁性体により形成された母材を、母材の沸点とは異なる沸点を有する合金元素を用いて明確な加工条件の基に均一に磁性改質することができる複合磁気材料の製造方法を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明の複合磁気材料の製造方法は、磁性体または非磁性体により形成された母材を、前記母材の沸点とは異なる沸点を有する合金元素を用いて磁性改質する複合磁気材料の製造方法であって、前記母材に前記合金元素を配置する準備工程と、前記母材および前記合金元素を加熱して溶融させることにより、溶融池に前記合金元素を配置する加熱工程と、を備え、前記加熱工程は、前記母材および前記合金元素の一方の沸点が高い材料の入熱量η_Ａと他方の沸点が低い材料の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂが１以上となるように前記母材および前記合金元素を加熱し、前記母材のうち加熱で溶融させた部位を、前記母材が磁性体であれば磁性を弱めまたは非磁性化し、前記母材が非磁性体であれば磁性化する。

（請求項２）また、前記加熱工程では、前記入熱量比（η_Ａ／η_Ｂ）が１２以下となるように前記母材および前記合金元素を加熱してもよい。

（請求項３）また、前記加熱工程では、前記母材および前記合金元素を定点加熱する場合、加熱力の密度分布を、高さが同一で径が異なる複数の円柱形状をｌ段（ｌは１より大きい正の整数であって、全ての円柱の段数）段積みして近似することにより、前記入熱量比（η_Ａ／η_Ｂ）を次式（１）〜（３）で求めるようにしてもよい。

ただし、η_Ａ：沸点が高い材料の入熱量、η_Ｂ：沸点が低い材料の入熱量
η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）：入熱量比、α：合金元素の熱吸収率、β：母材の熱吸収率
Ｗ：加熱力、ｈ：円柱形状の高さ
ｒｉ：ｉ断目の円柱形状の半径（ｉは１〜ｌ−１の正の整数）
ｒｋ：ｋ断目の円柱形状の半径（ｋは沸点が高い材料と沸点が低い材料との境界に接する円柱の段数）
θｉ：２ｃｏｓ^−１（ｒｋ／ｒｉ）

（請求項４）また、前記加熱工程では、前記母材および前記合金元素を移動加熱する場合、加熱力の密度分布を、高さが同一で移動加熱方向と直角な方向の幅が異なる複数の直方体形状をｌ段（ｌは１より大きい正の整数であって、全ての直方体の段数）段積みして近似することにより、前記母材および前記合金元素の一方の沸点が高い材料の入熱量δ_Ａと他方の沸点が低い材料の入熱量δ_Ｂとの比δ_Ａ／Ｂを次式（４）〜（６）で求めるようにしてもよい。

ただし、δ_Ａ：沸点が高い材料の入熱量、δ_Ｂ：沸点が低い材料の入熱量
δ_Ａ／Ｂ（＝δ_Ａ／δ_Ｂ）：入熱量比、α：合金元素の熱吸収率、β：母材の熱吸収率
Ｗ：加熱力、ｖ：加熱の移動速度、Ｈ：直方体形状の高さ
Ｂ：母材および合金元素の境界線の長さ
２ｒｉ：ｉ断目の直方体形状における移動加熱方向と直角な方向の幅（ｉは１〜ｌ−１の正の整数）
２ｒｋ：ｋ断目の直方体形状における移動加熱方向と直角な方向の幅（ｋは沸点が高い材料と沸点が低い材料との境界に接する直方体の段数）

（請求項５）また、前記加熱工程では、前記母材および前記合金元素を加熱して、前記母材の表面から裏面に向かって溶融させてキーホールを形成することにより、前記キーホールの周囲の溶融池に前記合金元素を配置するようにしてもよい。

（請求項１）本発明によれば、母材および合金元素の一方の沸点が高い材料の入熱量η_Ａと他方の沸点が低い材料の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂが１以上となるように母材および合金元素を加熱しているので、母材又は合金元素の蒸発を抑制することができる。これにより、溶融池内での合金元素の対流を良好にして溶融池内の温度分布および合金元素の濃度分布を均一にすることができるとともに、合金元素を母材の深さ（厚さ）方向に拡散させて母材裏面にまで到達させることができる。よって、明確な加工条件に基づいて母材の表面から裏面に至るまで均一に磁性改質することができる。

（請求項２）これにより、母材の磁性改質を行う部分における合金元素の母材に対する含有量を適切な値に調整することができるので、明確な加工条件に基づいて母材の当該部分をより均一に磁性改質することができる。

（請求項３）これにより、より明確な加工条件となるので、母材の定点部分における磁性改質を精度よく行うことができる。
（請求項４）これにより、より明確な加工条件となるので、母材の広い範囲において磁性改質を精度よく行うことができる。
（請求項５）これにより、母材の表面から裏面に至るまで均一に確実に磁性改質することができる。

実施形態の複合磁気材料の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１の準備工程の母材と合金元素のプレス前の状態を示す模式断面図である。 図１の準備工程の母材と合金元素のプレス中の状態を示す模式断面図である。 図１の準備工程の母材と合金元素のプレス後の状態を示す模式断面図である。 図１の加熱工程を説明するための模式断面図である。 図１の加熱工程を説明するための模式斜視図である。 合金元素（Ｍｎ）の供給量に対する母材（Ｆｅ）の磁性の変化を説明するためのグラフである。 母材および合金元素に対しレーザを照射して各入熱量を変化させる実験方法を説明するための模式斜視図である。 レーザで定点加熱したときのレーザの照射出力（加熱力）の密度分布を示す図である。 図７のレーザの照射出力（加熱力）の密度分布の近似形状を示す斜視図である。 図８Ａのレーザの照射出力（加熱力）の密度分布の近似形状を上方から見た図である。 母材および合金元素に対しレーザを照射したときの、母材の入熱量η_Ａと合金元素の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）と、非磁性部の均一撹拌性との関係を示すグラフである。 母材の入熱量η_Ａと合金元素の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）が１以下のときの非磁性部付近の状態を示す断面図である。 母材の入熱量η_Ａと合金元素の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）が１以上のときの非磁性部付近の状態を示す断面図である。 母材および合金元素に対しレーザを照射したときの、母材の入熱量η_Ａと合金元素の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）と、非磁性部における合金元素の含有量との関係を示すグラフである。 レーザで移動加熱したときのレーザの照射出力（加熱力）の密度分布を示す図である。 図１１のレーザの照射出力（加熱力）の密度分布の近似形状を示す斜視図である。 図１２Ａのレーザの照射出力（加熱力）の密度分布の近似形状を上方から見た図である。 図１の準備工程の別例を説明するための模式断面図である。 図１の準備工程のさらに別例の母材と合金元素のプレス前の状態を示す模式断面図である。 図１の準備工程のさらに別例の母材と合金元素のプレス中の状態を示す模式断面図である。 図１の準備工程のさらに別例の母材と合金元素のプレス後の状態を示す模式断面図である。 合金元素（Ｍｎ）の供給量に対する母材（Ｆｅ−Ｃｒ）の磁性の変化を説明するためのグラフである。 合金元素（Ｎｉ）の供給量に対する母材（Ｆｅ−Ｃｒ）の磁性の変化を説明するためのグラフである。

（１．複合磁気材料の製造方法）
本発明の実施形態の複合磁気材料の製造方法は、例えば鉄（Ｆｅ）を主成分とする磁性体により形成された母材を、母材の沸点より低い沸点を有する例えばマンガン（Ｍｎ）、またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等の合金元素を用いて磁性改質する方法である。母材には、例えば、ＳＣ材やＳＳ材などの炭素鋼を用いる。そして、複合磁気材料の製造方法は、図１に示すように、主に、準備工程Ｓ０と、加熱工程Ｓ１とを備えている。なお、母材の加熱側の面を表面と称し、加熱側とは反対の面（すなわち表面と反対の面）を裏面と称する。

準備工程Ｓ０は、磁性体で形成された一層の母材１の表面に合金元素４を配置する工程である。例えば、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、母材１のプレス加工の際に、母材１の表面に合金元素４を打ち込むことにより、合金元素４を母材１の表面に配置する。このとき、母材１と合金元素４は、それぞれ独立して存在しており、合金化されていない。

ここで、複合磁気材料は、様々な用途で用いられ、例えばロータ等のモータ部品としても用いられる。このように、例えば自動車部品等の用途に応じて、複合磁気材料はプレス加工で成型される。そこで、例えば、このプレス加工において、母材１表面の磁性改質したい部位（改質対象部位）に合金元素４を配置し、パンチ６により母材１に打ち込む。なお、プレス加工の際に、合金元素４を、母材１の裏面のみにプレスしてもよいし、母材１の表面と裏面の両面にプレスしてもよい。

加熱工程Ｓ１は、図３および図４に示すように、母材１に対し、レーザ２を照射してキーホール３を形成し、キーホール３周囲の溶融池５に合金元素４を配置する工程である。キーホール３とは、レーザ２の照射によって、レーザ２が照射される母材１の表面から裏面に向かって形成される円穴を意味する。そして、キーホール３形成時には蒸発金属が発生し、キーホール３の周囲には溶融池５が形成される。そして、キーホール３周囲に形成される溶融池５に合金元素４が供給される。なお、キーホール３の形成に必要なレーザのパワー密度は、一般に、およそ１×１０^５〜１×１０^６Ｗ／ｃｍ^２以上である。

加熱工程Ｓ１では、母材１に対するレーザ２照射位置を相対移動させる。レーザ２照射位置が相対移動すると、前照射位置のキーホール３は、溶融した母材１により埋められる。なお、溶融池５の周囲には熱影響を受けた熱影響部Ａが形成される。母材１は、例えば端部のみを支持する台座等に配置され、キーホール３および溶融池５の下方（裏面のキーホール３周辺）は空間となっていてもよい。

溶融した合金元素４は、溶融池５内に混入し拡散する。溶融池５では、対流が発生しやすい（図３矢印参照）。これにより、合金元素４は、母材１の深さ方向に拡散し、母材１の裏面にまで供給される。母材１のうちレーザ２により溶融した部位は、合金元素４によって合金化して、表面から裏面まで非磁性体または母材１の磁性より弱い磁性体に変化する。つまり、複合磁気材料１０は、図４に示すように、磁性部１１と、非磁性部（または磁性部１１より磁性が弱い弱磁性部）１２と、を備える。

（２．加熱工程における加工条件）
次に、複合磁気材料を製造する際の加熱工程における加工条件を明確にするため、母材１および合金元素４に対しレーザ２を照射したときの各入熱量の比を変化させ、そのときに形成される非磁性部１２の均一撹拌性、並びに形成される非磁性部１２における合金元素４の含有量について実験を行った。母材１としては、炭素鋼（Ｆｅ）であるＳＳ４００を用い、合金元素４としては、マンガン（Ｍｎ）を用いた。

ここで、均一撹拌性とは、形成される非磁性部１２の厚さ（深さ）のバラツキと、レーザ２を照射したときの母材１および合金元素４の溶融速度（＝母材１および合金元素４の体積／レーザ２の照射時間）との比で表される。当該比の数値が小さいほど良好な均一撹拌性となる。

また、合金元素４の最適な含有量を決定するため、合金元素４の供給量に対する母材１の磁性の変化について説明する。図５に示すように、磁性改質後の材料をＦｅ−Ｍｎ合金とする場合、母材１（Ｆｅ）の非磁性化する部分に対し、合金元素４（Ｍｎ）が１８質量％以上含有した状態で合金化されていれば、確実に当該部分を非磁性化することができる。

図６に示すように、母材１として厚さｔの直方体状のＳＳ４００の炭素鋼（Ｆｅ）の間に、合金元素４として厚さｔの帯状のマンガン（Ｍｎ）を配置し、スポット直径が２×ｒ１のレーザ２を照射する。そして、レーザ２のスポット中心Ｃを母材１および合金元素４の直線状の境界線Ｌに対し直角方向（図示矢印方向）に移動させ、母材１および合金元素４の各入熱量の比を変化させる。

先ず、レーザ２を定点照射して母材１および合金元素４を加熱する場合を説明する。この定点照射の場合、図７に示すように、レーザ２の照射出力（加熱力）の密度分布は、スポット直径が２×ｒ１の略円錐形状となる。そこで、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、レーザ２の照射出力（加熱力）を高さｈが一定で半径ｒｉが異なる複数の円柱形状をｌ段（ｌは１より大きい正の整数であって、全ての円柱の段数）段積みした形状で近似する。なお、ｉは１〜ｌ−１の正の整数である。

そして、レーザ２のスポット中心Ｃを母材１および合金材料４の境界線Ｌから母材１側にｒｋ離間させた位置に位置決めして母材１および合金元素４を加熱した場合、母材１の入熱量η_Ａと合金元素４の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）は次式（１）〜（３）により求めることができる。これにより、より明確な加工条件となるので、母材１の定点部分における磁性改質を精度よく行うことができる。

なお、η_Ａ：母材１の入熱量、η_Ｂ：合金元素４の入熱量
η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）：入熱量比
α：合金元素４の熱吸収率、β：母材１の熱吸収率
Ｗ：レーザ２の照射出力（加熱力）、ｈ：円柱形状の高さ
ｒｉ：ｉ断目の円柱形状の半径
ｒｋ：ｋ断目の円柱形状の半径（ｋは母材１と合金元素４との境界に接する円柱の段数）
θｉ：扇形の角度＝２ｃｏｓ^−１（ｒｋ／ｒｉ）

図９に示すように、母材１および合金元素４に対しレーザ２を照射したとき、母材１の入熱量η_Ａと合金元素４の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂと、非磁性部１２の均一撹拌性との関係は、入熱量比η_Ａ／Ｂが増加するにつれて均一撹拌性は低下、すなわち良好になっていくことが分かる。よって、入熱量比η_Ａ／Ｂが１以上であれば良好な均一撹拌性を得ることができる。特に、入熱量比η_Ａ／Ｂを２以上とすることで、均一撹拌性をより良好にすることができる。

また、図１０に示すように、母材１および合金元素４に対しレーザ２を照射したとき、母材１の入熱量η_Ａと合金元素４の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂと、非磁性部１２における合金元素４の含有量との関係は、入熱量比η_Ａ／Ｂが増加するにつれて合金元素４の含有量は低下、すなわち悪化してくことが分かる。よって、図５に示すように、磁性改質後の材料をＦｅ−Ｍｎ合金とする場合、母材１（Ｆｅ）の非磁性化する部分に対し、合金元素４（Ｍｎ）が１８質量％以上含有されていればよいので、入熱量比η_Ａ／Ｂが１２以下であれば確実に当該部分を非磁性化することができる。ここで、入熱量比η_Ａ／Ｂが７以下であれば、合金元素４（Ｍｎ）が３０重量％以上含有されており、当該部分を確実に非磁性化できる。

上述の加工条件は、レーザ２を定点照射して母材１および合金元素４を加熱する場合を説明したが、次に、レーザ２を移動照射して母材１および合金元素４を加熱する場合を説明する。この移動照射の場合、図１１に示すように、レーザ２の照射出力（加熱力）は、略三角柱形状となる。そこで、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、レーザ２の照射出力（加熱力）を高さＨが一定で幅２ｒｉが異なる複数の直方体形状をｌ段（ｌは１より大きい正の整数であって、全ての直方体の段数）段積みした形状で近似する。なお、ｉは１〜ｌ−１の正の整数である。

そして、レーザ２のスポット中心Ｃを母材１および合金材料４の境界線Ｌから母材１側にｒｋ離間させて境界線Ｌに平行に移動させて母材１および合金元素４を加熱した場合、母材１の入熱量δ_Ａと合金元素４の入熱量δ_Ｂとの比δ_Ａ／Ｂ（＝δ_Ａ／δ_Ｂ）は次式（４）〜（６）により求めることができる。これにより、より明確な加工条件となるので、母材１の広い範囲において磁性改質を精度よく行うことができる。

なお、δ_Ａ：母材１の入熱量、δ_Ｂ：合金元素４の入熱量
δ_Ａ／Ｂ（＝δ_Ａ／δ_Ｂ）：入熱量比
α：合金元素４の熱吸収率、β：母材１の熱吸収率
Ｗ：レーザ２の照射出力（加熱力）、ｖ：レーザ２の移動速度、Ｈ：直方体形状の高さ
Ｂ：母材１および合金元素４の境界線Ｌの長さ
２ｒｉ：i断目の直方体形状における移動加熱方向と直角な方向の幅
２ｒｋ：ｋ断目の直方体形状における移動加熱方向と直角な方向の幅（ｋは母材１と合金元素４との境界に接する直方体の段数）

（３．加工条件の明確化による効果）
上述のように、母材１の入熱量η_Ａと合金元素４の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）が１以上となるように母材１および合金元素４を加熱してキーホール３を形成しているので、母材１の沸点より低い沸点を有する合金元素４の蒸発を抑制することができる。これにより、キーホール３周辺の溶融池５内での合金元素４の対流を良好にして溶融池５内の温度分布および合金元素４の濃度分布を均一にすることができるとともに、合金元素４を母材１の深さ（厚さ）方向に拡散させて母材１裏面にまで到達させることができる。よって、明確な加工条件に基づいて母材１の表面から裏面に至るまで均一に磁性改質することができる。

また、母材１の入熱量η_Ａと合金元素４の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）が１２以下となるように母材１および合金元素４を加熱しているので、母材１の磁性改質を行う部分における合金元素４の母材１に対する含有量を適切な値に調整することができ、明確な加工条件に基づいて母材１の当該部分をより均一に磁性改質することができる。

（４．その他）
上述の実施形態では、準備工程Ｓ０において母材１のプレス加工の際に、母材１に合金元素４を打ち込むようにしたが、以下のような工程としてもよい。すなわち、図１３に示すように、母材１の表面に合金元素４の粉末を配置するようにしてもよい。これによれば、母材１表面に合金元素４を配置しやすく、また、配置位置の制御も容易である。なお、合金元素４の粉末の代わりに、ペースト、微粒子、および、薄膜のうち少なくとも１つを配置するようにしてもよい。

また、図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、母材１の表面および裏面の改質対象部位に溝形状の凹部１３、１４を形成し、形成された凹部１３、１４に合金元素４を配置してプレスにより凹部１３、１４に合金元素４を押し込んで押し固めるようにしてもよい。表面側の凹部１３と裏面側の凹部１４は、母材１を介して対向する位置に形成されている。これによれば、母材１に対して、両面から合金元素４が供給されるため、合金元素４が厚さ方向により均一に拡散されて配置されるので、厚さ方向により均一に磁性改質することができる。また、母材１の表面から裏面にまで略同幅の非磁性部（改質部）を形成することができる。

なお、母材１の裏面のみに凹部１４を形成し、合金元素４を凹部１４に押し込んで押し固めるようにしてもよく、これにより、母材１に対して合金元素４が、加熱側とは反対の裏面から供給されるため、キーホール３形成時の上昇する対流により、厚さ方向に均一に拡散され易い。

上述の実施形態では、キーホール３の形成にレーザ２を用いたが、キーホール３を形成可能な高密度エネルギービームであればよく、電子ビームでもよい。また、キーホール３は、加熱により形成されればよく、当該加熱手段はレーザ２に限らず、例えばアーク放電等を利用してもよい。

上述の実施形態では、磁性改質後の材料をＦｅ−Ｍｎ合金とする場合の母材１（Ｆｅ）の非磁性化する部分に対する合金元素４（Ｍｎ）の最適な含有量を決定したが、図１５に示すように、磁性改質後の材料をＦｅ−Ｍｎ−Ｃｒ合金とする場合、母材１（Ｆｅ−Ｃｒ）の非磁性化する部分に対し、合金元素４（Ｍｎ）が１８質量％以上含有した状態で合金化されていればよい。同様に、図１６に示すように、磁性改質後の材料をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金とする場合、母材１（Ｆｅ−Ｃｒ）の非磁性化する部分に対し、合金元素４（Ｎｉ）が６質量％以上含有した状態で合金化されていればよい。

また、母材１が非磁性体（例えばステンレス等）である場合も、本方法で改質（磁性化）することができる。また、合金元素４（例えばコバルト（Ｃｏ））の沸点（３１００℃）が母材１（例えば炭素鋼（Ｆｅ））の沸点（２７５０℃）より高い場合、当該合金元素４の入熱量を当該母材１よりも高めることにより、本方法で改質（磁性化）することができる。

なお、本発明は、複数層を溶接するためのキーホール溶接とは異なり、母材１に対してキーホール３を形成し、母材１の厚みに関わらず、母材１表面から裏面まで均一になるように磁性改質するものである。本発明における「キーホール」は、母材の表面から裏面に向かって溶融させて形成されるものである。

キーホールは、溶接の技術分野において、レーザ溶接、電子ビーム溶接、およびアーク溶接等の溶接中に生じる深く狭い穴のことである。複数の部材を溶接する際に、一方の部材にキーホールを形成することで、当該一方の部材と他方の部材とを溶接する。詳細には、一方の部材の表面にレーザなどの熱源を当てた場合に、当該一方の部材にキーホールを形成することで、当該一方の部材の裏面側と他方の部材の表面側とを溶接する。このように、溶接の技術分野は、磁性改質の技術分野と全く異なっている。

本実施形態の複合磁気材料の製造方法は、複数の部材の溶接を行うのではなく、母材の改質を行うために、キーホールを形成している。本発明は、溶接分野におけるキーホール溶接とは全く異なるものである。なお、本発明は、キーホール３を形成せず、単に溶融池５を形成した場合でも同様に適用可能である。

１：母材、２：レーザ、３：キーホール、４：合金元素、５：溶融池、１０：複合磁気材料、１２：非磁性部

Claims (5)

1. 磁性体または非磁性体により形成された母材を、前記母材の沸点とは異なる沸点を有する合金元素を用いて磁性改質する複合磁気材料の製造方法であって、
   前記母材に前記合金元素を配置する準備工程と、
   前記母材および前記合金元素を加熱して溶融させることにより、溶融池に前記合金元素を配置する加熱工程と、
   を備え、
   前記加熱工程は、前記母材および前記合金元素の一方の沸点が高い材料の入熱量η_Ａと他方の沸点が低い材料の入熱量η_Ｂとの比η_Ａ／Ｂが１以上となるように前記母材および前記合金元素を加熱し、
   前記母材のうち加熱で溶融させた部位を、前記母材が磁性体であれば磁性を弱めまたは非磁性化し、前記母材が非磁性体であれば磁性化する複合磁気材料の製造方法。
2. 前記加熱工程では、前記入熱量比（η_Ａ／η_Ｂ）が１２以下となるように前記母材および前記合金元素を加熱する、請求項１の複合磁気材料の製造方法。
3. 前記加熱工程では、前記母材および前記合金元素を定点加熱する場合、加熱力の密度分布を、高さが同一で径が異なる複数の円柱形状をｌ段（ｌは１より大きい正の整数であって、全ての円柱の段数）段積みして近似することにより、前記入熱量比（η_Ａ／η_Ｂ）を次式（１）〜（３）で求める、請求項１または２の複合磁気材料の製造方法。
   

   

   

   

   ただし、η_Ａ：沸点が高い材料の入熱量、η_Ｂ：沸点が低い材料の入熱量
   η_Ａ／Ｂ（＝η_Ａ／η_Ｂ）：入熱量比、α：合金元素の熱吸収率、β：母材の熱吸収率
   Ｗ：加熱力、ｈ：円柱形状の高さ
   ｒｉ：ｉ断目の円柱形状の半径（ｉは１〜ｌ−１の正の整数）
   ｒｋ：ｋ断目の円柱形状の半径（ｋは沸点が高い材料と沸点が低い材料との境界に接する円柱の段数）
   θｉ：２ｃｏｓ^−１（ｒｋ／ｒｉ）
4. 前記加熱工程では、前記母材および前記合金元素を移動加熱する場合、加熱力の密度分布を、高さが同一で移動加熱方向と直角な方向の幅が異なる複数の直方体形状をｌ段（ｌは１より大きい正の整数であって、全ての直方体の段数）段積みして近似することにより、前記母材および前記合金元素の一方の沸点が高い材料の入熱量δ_Ａと他方の沸点が低い材料の入熱量δ_Ｂとの比δ_Ａ／Ｂを次式（４）〜（６）で求める、請求項１または２の複合磁気材料の製造方法。
   

   

   

   

   ただし、δ_Ａ：沸点が高い材料の入熱量、δ_Ｂ：沸点が低い材料の入熱量
   δ_Ａ／Ｂ（＝δ_Ａ／δ_Ｂ）：入熱量比、α：合金元素の熱吸収率、β：母材の熱吸収率
   Ｗ：加熱力、ｖ：加熱の移動速度、Ｈ：直方体形状の高さ
   Ｂ：母材および合金元素の境界線の長さ
   ２ｒｉ：ｉ断目の直方体形状における移動加熱方向と直角な方向の幅（ｉは１〜ｌ−１の正の整数）
   ２ｒｋ：ｋ断目の直方体形状における移動加熱方向と直角な方向の幅（ｋは沸点が高い材料と沸点が低い材料との境界に接する直方体の段数）
5. 前記加熱工程では、前記母材および前記合金元素を加熱して、前記母材の表面から裏面に向かって溶融させてキーホールを形成することにより、前記キーホールの周囲の溶融池に前記合金元素を配置する、請求項１〜４の何れか一項の複合磁気材料の製造方法。

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