JPH0311521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、永久磁石の製造法に関するものであ
る。さらに詳細には、多結晶マンガン−アルミニ
ウム−炭素系（Mn−Al−Ｃ系）合金磁石の製造
法に関し、特に高性能な多極着時用Mn−Al−Ｃ
系合金磁石の製造法を提供するものである。

Mn−Al−Ｃ系合金磁石は主として強磁性相で
ある面心正方晶（τ相、LIO型規則格子）の組成
で構成され、Ｃを必須構成元素として含むもので
あり、不純物以外に添加元素を含まない３元系及
び少量の添加元素を含む４元系以上の多元系合金
磁石が知られており、これらを総称するものであ
る。

また、このMn−Al−Ｃ系合金磁石の製造法と
しては、鋳造・熱処理によるもの以外に、温間押
出加工等の温間塑性加工工程を含むものが知られ
ている。特に後者は高い磁気特製、機械的強度、
耐候性、機械加工性等の優れた性質を有する異方
性磁石の製造法として知られている。

多極着磁用Mn−Al−Ｃ系合金磁石の製造法と
しては、等方性磁石、圧縮加工によるもの、およ
びあらかじめ温間押出加工等の公知の方法で得た
一軸異方性の多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石に異
方性方向への温間自由圧縮加工によるもの（複合
加工法によるもの）が知られている。

圧縮加工によるものでは、径方向に高い磁気特
製が得られているが、比較的大きい加工率が必要
であること、不均一変形が起こる場合があるこ
と、不変形帯の存在が避けられないことなどの問
題点がある。複合加工法によるものでは、小さな
圧縮ひずみで径方向、弦方向を含む平面内の全て
の方向に高い磁気特性が得られている。複合加工
法で得た磁石は、特定の平面に平行に磁化容易方
向を有し、しかも前記平面内では磁気的に等方性
であり、かつ前記平面の垂線と前記平面に平行な
直線を含む平面内では異方性であるという構造で
ある（以下このような磁石を面異方性磁石とい
う）。

多極着磁用磁石の形状は一般には円筒体であ
り、主な着磁としては、第１図から第３図に示す
ような着磁がある。第１図は円筒磁石の径方向に
多極着磁した場合の磁石内部での磁路（破線で示
す）の形成を模式的に示したものである。同様に
第２図は円筒磁石の外周に多極着磁した場合であ
り、第３図は内周に多極着磁した場合のものであ
る。第１図に示した着磁を本明細書では径方向着
磁と称し、第２図のものを外周着磁、第３図のも
のを内周着時と称する。

第１図に示したように、径方向着磁では磁路は
ほぼ径方向に沿つており、前述した面異方性磁石
の構造が必ずしも適切ではないといえる。一方圧
縮加工によるものでは、径方向に高い磁気特性が
得られているが、前述したように比較的大きい加
工率が必要であること、不均一変形が起こる場合
があること、不変形帯の存在が避けられないこと
などの問題点があつた。

本発明者らは、あらかじめ異方性化した多結晶
Mn−Al−Ｃ系合金磁石からなる中空体状のビレ
ツトに、530〜830℃の温度で、少なくともビレツ
トの外周および内周の一部分を自由にした状態
で、中空体の軸方向に圧縮加工を施すことによつ
て前記の問題点を解決し得ることを見出した。

すなわち、公知のMn−Al−Ｃ系磁石用合金、
例えば68〜73重量％のMnと（1/10Mn−6.6）〜
（1/3Mn−22.2）重量％のＣと残部のAlからなる
合金を530〜830℃の温度域で押出加工等の塑性加
工を施すことによつて、異方性化した多結晶Mn
−Al−Ｃ系合金磁石を得ることができる。前記
の磁石として代表的なものとしては、前記の塑性
加工を押出加工とした場合に得られる、押出方向
に磁化容易方向を有する一軸異方性磁石と前述し
た面異方性磁石などがある。前記の異方性化した
多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石からなる中空体の
ビレツトに、少なくともビレツトの外周および内
周の一部分を自由にした状態で中空体の軸方向に
圧縮加工を施すことによつて、多極着磁において
高い磁気特性を有する磁石を得ることができる。
なお、ここでいう中空体というのは、ビレツト内
のある任意の方向（軸方向）に沿つて空洞部分が
存在するものをいい、もつとも簡単な形状として
は円筒がある。

前記のビレツトが中空体の軸方向に磁化容易方
向を有する多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石（一軸
異方性磁石）からなる場合には、前記の圧縮ひず
みが対数ひずみの絶対値で0.05以上必要である。
これは実施例で詳述するように、圧縮加工前のビ
レツトは圧縮方向に異方性化したものであり、多
極着磁において高い磁気特性を有する磁石への構
造の変化に最低0.05の圧縮ひずみが必要であるた
めである。

公知技術として、一軸異方性の角柱状磁石の軸
方向へ温間圧縮加工を施した例があるが、その場
合は一対の側面の全面を当初より型によつて規制
しており、自由圧縮ではない。またその目的も一
軸異方性からそれに垂直な一軸への磁化容易方向
の転換である。前記公知技術による磁化容易方向
の一方向への転換には、約60〜70％以上の加工を
要し、これは対数ひずみの絶対値で約0.9〜1.2以
上という大きな値である。さらに、一軸異方性の
磁石の軸方向へ温間自由圧縮加工を施す方法（前
記の複合加工法）があるが、前記の方法で得られ
る磁石は前述した面異方性磁石である。一方、本
発明は、一例として、自由圧縮加工を施すビレツ
トの形状を中空体とし、しかも外周および内周を
自由な状態にして圧縮加工することによつて、多
極着磁において面異方性磁石より優れた磁気特性
を示す磁石を得るものである。

前記のビレツトが中空体の軸方向に垂直な平面
に平行に磁化容易方向を有する多結晶Mn−Al−
Ｃ系合金磁石（面異方性磁石）からなる場合に
は、圧縮加工前のビレツトは、前述したように、
径方向と弦方向を含む平面内のすべての方向に高
い磁気特性を示しているが、中空体の軸方向に前
記の圧縮加工を施すことによつて、多極着磁にお
いてより高い磁気特性を示す磁石を得ることがで
きる。

前述した圧縮加工は、連続的な加工よりは塑性
加工停止状態を介して複数回に分割して施す方が
磁気特性が向上する。

前記の圧縮加工を施したビレツトをさらにビレ
ツトの一部分に軸方向に圧縮加工を施すことによ
つて、圧縮加工を施された部分は径方向により高
い磁気特性を示す磁石となる。また前記の圧縮加
工を施したビレツトをさらにビレツトの外周を拘
束した状態で、しかも少なくとも内周の一部分を
自由にした状態で軸方向に圧縮加工を施すことに
よつて、径方向により高い磁気特性を示す磁石と
なる。さらに、前記の圧縮加工後、外周を拘束し
た状態で、しかも少なくとも内周の一部分を自由
にした状態で圧縮加工を施したビレツトの一部分
に軸方向に圧縮加工を施すことによつて、局部的
に圧縮加工を施した部分は、径方向により高い磁
気特性をもつた磁石となる。以上の圧縮加工で
は、一度に、圧縮ひずみを与える方法と複数回に
分割して与える方法がある。

前記の圧縮加工を施したビレツトをさらにビレ
ツトの外周を拘束した状態で、しかも少なくとも
内周の一部分を自由にした状態で軸方向に圧縮加
工を施す方法において、ビレツトが中空体の軸方
向に磁化容易方向を有する多結晶Mn−Al−Ｃ系
合金磁石（一軸異方性磁石）からなる場合には、
外周を拘束した状態で、しかも少なくとも内周の
一部分を自由にした状態で軸方向に圧縮加工を施
した終了時点でビレツトが軸方向に対数ひずみの
絶対値で0.05以上の圧縮ひずみを施す必要があ
る。換言すれば、前記と圧縮加工時の圧縮ひずみ
量をε_zfとし外周を拘束した状態で、しかも少な
くとも内周の一部分を自由にした状態での圧縮加
工時の圧縮ひずみ量を、ε_zrとするとε_zfとε_zrの和
が0.05以上になるようにする必要がある。

前述した圧縮加工の一例をビレツトの形状を円
筒として説明する。まず第１の方法は、円筒ビレ
ツトの軸方向に自由圧縮加工を施す方法である。
第２の方法は、第１の方法で得た、自由圧縮加工
を施した円筒ビレツトの一部に軸方向に圧縮加工
を施す方法で、その一例を第４図に示す。円筒ビ
レツトの一部に圧縮加工を施す前の状態を第４図
ａに示す。第４図ａは、金型の断面を示したもの
で、ビレツト１は、拘束金型２と下型３によつて
固定及び拘束され、可動ポンチ４によつてビレツ
トの内周部のみに加圧できるようになつている。
ポンチ４によりビレツトを圧縮加工することによ
つて第４図ｂに示した状態となり、ビレツトの内
周部のみが圧縮加工される。

第３の方法は、円筒ビレツトの軸方向に自由圧
縮加工を施した後、円筒のビレツトの外周を拘束
した状態で、しかも内周を自由にした状態で、圧
縮加工する方法で、この一連の圧縮加工の一例を
第５図に示す。同図ａに自由圧縮加工前の状態を
示し、上下の可動ポンチ５，６によつてビレツト
１を加圧し、自由圧縮加工を施すことにより、ビ
レツトの径が大きくなり、外型７の内壁に接触
し、ｂに示すような状態になる。これによつてビ
レツトの外周が拘束された状態となり、しかも内
周を自由にした状態でさらに圧縮加工を進めるこ
とによつてｃに示す状態となる。以上のａからｂ
が前記の自由圧縮加工に相当し、ｂからｃがビレ
ツトの外周を拘束した状態で、しかも内周を自由
にした状態での圧縮加工に相当する。前述した様
に、例えば中空体を円筒とすると、外周というの
は円筒の外側の表面をいい、内周というのは円筒
の内側の表面をいう。

第４の方法は、第３の方法で得た円筒ビレツト
をさらにビレツトの一部分に軸方向に圧縮加工を
施す方法で、その一例を第４図に示す。第４図ａ
において１を第３の方法で得たビレツトとする
と、第４図ｂではビレツトの内周部のみ圧縮加工
を施した状態となる。ビレツトの一部分を前記の
例では内周部としたが、他の主なものとして外周
部とする方法などがあり、特殊な用途に対しては
それぞれに適した部分にすれば良い。

前記の一例では、少なくともビレツトの外周お
よび内周の一部分を自由にした状態で中空体の軸
方向に圧縮ひずみを与える塑性加工を自由圧縮加
工とした。自由圧縮加工では、ビレツトの外周お
よび内周の全部を自由にした状態である。一方、
実際の応用上磁石の一部分を本発明の塑性加工前
の異方性のままで磁化容易方向を保存させておき
たい場合は、ビレツトの一部分の外周および内周
を拘束することによつて、局部的に軸方向に圧縮
にひずみを与えない方法をとれば良い。

前述したような圧縮加工の可能な温度範囲につ
いては、530〜830℃の温度領域において加工が行
えたが、780℃を越える温度では磁気特性がかな
り低下した。より望ましい温度範囲としては560
〜760℃であつた。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例 １ 配合組成で69.5重量％（以下単に％で表す）の
Mn、29.3％のAl、0.5％のＣ及び0.7％のNiを溶
解鋳造し、直径70mm、長さ60mmの円柱ビレツトを
作製した。このビレツトを1100℃で２時間保持し
た後、室温まで放冷する熱処理を行つた。次に潤
滑剤を介して720℃の温度で直径45mmまでの押出
加工を行つた。さらに潤滑剤を介して680℃の温
度で直径31mmまでの押出加工を行つた。この押出
棒を長さ20mmに切断して、切削加工して外形30
mm、内径20mm、長さ20mmの円筒ビレツトを数個作
製した。これらのビレツトに潤滑剤を介して680
℃の温度で圧縮ひずみを変え、軸方向に自由圧縮
加工を行つた。加工後のビレツトから一辺約４mm
の立方体試料を切り出し磁気特性を測定した。な
お各辺は軸方向、径方向、および弦方向に平行に
なるようにした。圧縮ひずみε_zに対する残留磁束
密度Brの変化を第６図に示す。

第６図に示す様に、ε_zが0.05で径方向のBrは軸
方向のBrに比して大きくなり、ε_zがさらに大き
くなるとさらに径方向のBrは増加する。この図
からわかるように、軸方向から径方向へ磁化容易
方向の転換がε_zが0.05までの範囲で著しく進行す
る。第６図に示す様に、公知の圧縮加工によるも
のに比較すると、非常に小さな圧縮ひずみで高い
磁気特性を示している。換言すれば、圧縮加工に
よるものでは、径方向に高い磁気特性を得るには
大きな圧縮ひずみを必要とするが、本発明の方法
によると、小さな圧縮ひずみで高い磁気特性の磁
石を得ることができる。

さらにε_z＝0.69の加工を施したビレツトを外径
36mm、内径25mm、長さ10mmの円筒磁石に切削加工
し、第３図に示したような内周着磁を施した。な
お極数は、18極で、着磁は2000μFのオイルコン
デンサーを用いて、1500Vでパルス着磁した。内
周部の表面磁束密度をホール素子で測定した。

比較のために、前記の直径31mmの押出棒を長さ
20mmに切断し、切削加工して直径30mm、長さ20mm
の円柱ビレツトを作製した。これに潤滑剤を介し
て680℃の温度で円柱の軸方向に自由圧縮加工を
施した。なお圧縮ひずみε_zは0.69とした。加工後
のビレツトは面異方性磁石であり、前記と同様に
円筒に切削加工して、着磁後の表面磁束密度を測
定した。

以上の両者の値を比較すると、本発明の方法で
得た磁石の表面磁束密度の値は、面異方性磁石の
それの約1.2倍であつた。

次に、前記の外径30mm、内径20mm、長さ20mmの
円筒ビレツトを円筒の軸方向に自由圧縮加工を施
すに際し、まずε_z＝0.41を与えた後、15秒間塑性
加工を停止し、再び全圧縮ひずみとして0.69まで
680℃の温度で自由圧縮加工した。加工後のビレ
ツトを前記と同様に円筒に切削加工して、着磁後
の表面磁束密度を測定した。自由圧縮加工を連続
的に与えたものに比べ0.2kG増加した。

自由圧縮加工を連続的に与え、着磁した円筒磁
石を第４図に示すような金型を用いて内周部のみ
圧縮加工した。第４図においてポンチ４の直径は
30mmである。加工後のビレツトの内周部の長さは
８mmであつた。加工後のビレツトを切削加工し、
外径36mm、内径25mmにして前記と同様に着磁後、
表面磁束密度を測定した。ビレツトの内周部のみ
に圧縮加工を施すことによつて、表面磁束密度の
値は0.2kG増加した。

実施例 ２ 実施例１で得た直径31mmの押出棒を長さ20mmに
切断して、外径24mm、内径12mm、長さ20mmの円筒
ビレツトを作製した。次に潤滑剤を介して680℃
の温度で第５図に示すような状態で円筒の軸方向
に圧縮加工後、ビレツトの外周を拘束した状態
で、しかも内周を自由な状態で圧縮加工した。な
お第５図において外型７の内径は30mmである。加
工後のビレツトの外径は30mm、長さは10mmであつ
た。加工後のビレツトを外径28mm、内径14mmに切
削加工して第１図に示すような径方向着磁を施し
た。なお極数は６極とし、着磁条件、測定は実施
例１と同じである。

比較のために、実施例１と同様に作製した面異
方性磁石を切削加工して外径28mm、内径14mmにし
前記と同じ着磁をし、比較した。

以上の両者の値を比較すると、本発明の方法で
得た磁石の表面磁束密度の値は、面異方性磁石の
それの約1.3倍であつた。

本発明で得た、着磁した円筒磁石をさらに第７
図に示すような金型を用いて外周部のみ680℃の
温度で圧縮加工した。第７図において、ａには加
工前の状態を、ｂには外周部のみ圧縮加工を施し
た後の状態を示した。８は下型、９は固定用ポン
チ、１０は可動用ポンチであり、ポンチ９の外径
（ポンチ１０の内径）は20mmである。加工後のビ
レツトの外周部の長さは８mmであつた。加工後の
ビレツトを切削加工し、外径28mm、内径14mmと
し、前記と同様に着磁し、表面磁束密度を測定し
たところ0.2kG増加した。

実施例 ３ 実施例１で比較のために作製した面異方性磁石
（外径42mm、長さ10mmの円柱ビレツト）を２個用
い、切削加工して外径30mm、内径20mm、長さ20mm
の円筒ビレツトを作製した。これを潤滑剤を介し
て660℃の温度で軸方向に自由圧縮加工した。加
工後のビレツトの長さは10mmであつた。加工後の
ビレツトを切削加工し、外径36mm、内径25mm、長
さ10mmの円筒磁石にし、実施例１と同様に内周着
磁した。着磁条件、測定方法は実施例１と同じで
ある。実施例１で得た本発明の方法による磁石と
比較すると、表面磁束密度の値に大きな差は認め
られなかつた。

本発明は、実施例によつて述べた様に、あらか
じめ異方性化した多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石
からなる中空体状のビレツトに、少なくともビレ
ツトの外周および内周の一部分を自由にした状態
で、中空体の軸方向に圧縮加工を施すことによつ
て、多極着磁において優れた磁気特性を示す磁石
を得るものである。

公知の方法によつて得られる磁石と比較する
と、圧縮加工によるものと比較では、本発明では
小さな圧縮ひずみで高い磁気特性を示し、不均一
変形や不変形帯等の問題もなく、複合加工法によ
る面異方性磁石との比較では、多極着磁した場合
より高い特性が得られる。

本発明で得られる永久磁石は、多極着磁に適し
た高性能な磁石であり、モータ、ジエネレータ、
メータ類など多方面への応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状磁石の径方向に多極着磁を施し
た場合の磁石内部での磁路の形成を模式的に示す
図、第２図は円筒状磁石の外周に多極着磁を施し
た場合の磁石内部での磁路の形成を模式的に示す
図、第３図は円筒状磁石の内周に多極着磁を施し
た場合の磁石内部での磁路の形成を模式的に示す
図、第４図及び第５図は本発明の塑性加工の一例
を示す金型の一部の断面図、第６図は実施例１で
の圧縮ひずみε_zに対する残留磁束密度Brの変化
を示す図、第７図は本発明の塑性加工の一例を示
す金型の一部の断面図である。 １……ビレツト、２……拘束金型、３……下
型、４……可動ポンチ、５，６……ポンチ、７…
…外型、８……下型、９……固定用ポンチ、１０
……可動ポンチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ あらかじめ異方性化した多結晶マンガン−ア
   ルミニウム−炭素系合金磁石からなる中空体状の
   ビレツトに、530〜830℃の温度で、少なくともビ
   レツトの外周および内周の一部分を自由にした状
   態で、中空体の軸方向に圧縮加工を施すことを特
   徴とするマンガン−アルミニウム−炭素系合金磁
   石の製造法。 ２ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に磁化容易
   方向を有する多結晶マンガン−アルミニウム−炭
   素系合金磁石からなり、しかも前記圧縮加工が対
   数ひずみの絶対値で0.05以上施すものである特許
   請求の範囲第１項記載のマンガン−アルミニウム
   −炭素系合金磁石の製造法。 ３ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に垂直な平
   面に平行に磁化容易方向を有し、しかも前記平面
   内では磁気的に等方性であり、かつ前記軸方向と
   前記平面に平行な直線を含む平面内では異方性で
   ある多結晶マンガン−アルミニウム−炭素系合金
   磁石からなる特許請求の範囲第１項記載のマンガ
   ン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。 ４ あらかじめ異方性化した多結晶マンガン−ア
   ルミニウム−炭素系合金磁石からなる中空体状の
   ビレツトに、530〜830℃の温度で、少なくともビ
   レツトの外周および内周の一部分を自由にした状
   態で、中空体の軸方向に圧縮加工を施した後、さ
   らにビレツトの一部分に中空体の軸方向に圧縮加
   工を施すことを特徴とするマンガン−アルミニウ
   ム−炭素系合金磁石の製造法。 ５ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に磁化容易
   方向を有する多結晶マンガン−アルミニウム−炭
   素系合金磁石からなり、しかも前記少なくともビ
   レツトの外周および内周の一部分を自由にした状
   態での圧縮加工が対数ひずみの絶体値で0.05以上
   施すものである特許請求の範囲第４項記載のマン
   ガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。 ６ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に垂直な平
   面に平行に磁化容易方向を有し、しかも前記平面
   内では磁気的に等方性であり、かつ前記軸方向と
   前記平面に平行な直線を含む平面内では異方性で
   ある多結晶マンガン−アルミニウム−炭素系合金
   磁石からなる特許請求の範囲第４項記載のマンガ
   ン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。 ７ あらかじめ異方性化した多結晶マンガン−ア
   ルミニウム−炭素系合金磁石からなる中空体状の
   ビレツトに、530〜830℃の温度で、少なくともビ
   レツトの外周および内周の一部分を自由にした状
   態で、中空体の軸方向に圧縮加工を施し、さらに
   ビレツトの外周を拘束した状態で、しかも少なく
   とも内周の一部分を自由にした状態で、中空体の
   軸方向に圧縮加工を施すことを特徴とするマンガ
   ン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。 ８ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に磁化容易
   方向を有する多結晶マンガン−アルミニウム−炭
   素系合金磁石からなり、しかも前記圧縮加工が終
   了時には軸方向の圧縮ひずみを対数ひずみの絶対
   値で0.05以上施すものである特許請求の範囲第７
   項記載のマンガン−アルミニウム−炭素系合金磁
   石の製造法。 ９ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に垂直な平
   面に平行に磁化容易方向を有し、しかも前記平面
   内では磁気的に等方性であり、かつ前記軸方向と
   前記平面に平行な直線を含む平面内では異方性で
   ある多結晶マンガン−アルミニウム−炭素系合金
   磁石からなる特許請求の範囲第７項記載のマンガ
   ン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。 １０ あらかじめ異方性化した多結晶マンガン−
   アルミニウム−炭素系合金磁石からなる中空体状
   のビレツトに、530〜830℃の温度で、少なくとも
   ビレツトの外周および内周の一部分を自由にした
   状態で、中空体の軸方向に圧縮加工を施し、さら
   にビレツトの外周を拘束した状態で、しかも少な
   くとも内周の一部分を自由にした状態で、中空体
   の軸方向に圧縮加工を施した後、ビレツトの一部
   分に中空体の軸方向に圧縮加工を施すことを特徴
   とするマンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石
   の製造法。 １１ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に磁化容
   易方向を有する多結晶マンガン−アルミニウム−
   炭素系合金磁石からなり、しかも前記ビレツトの
   外周を拘束した状態で、少なくとも内周の一部分
   を自由にした状態での圧縮加工が、終了時には軸
   方向の圧縮ひずみを対数ひずみの絶対値で0.05以
   上施すものである特許請求の範囲第１０項記載の
   マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造
   法。 １２ 前記ビレツトが、中空体の軸方向に垂直な
   平面に平行に磁化容易方向を有し、しかも前記平
   面内では磁気的に等方性であり、かつ前記軸方向
   と前記平面に平行な直線を含む平面内では異方性
   である多結晶マンガン−アルミニウム−炭素系合
   金磁石からなる特許請求の範囲第１０項記載のマ
   ンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造
   法。