JPH037745B2 - - 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、特に高性能な外周または内周着磁用
Mn−Al−Ｃ系合金磁石の製造法を提供するもの
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、L₁₀型規則格子）の組
織に構成され、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、高い磁気特性、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。

外周着磁用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以外
に、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が知
られており、小さな圧縮ひずみ径方向、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。

しかし前記の製造法では、自由圧縮加工工程を
有するため、被加工材を円柱と仮定した場合、そ
の直径D₀と長さL₀の比L₀／D₀をあまり大きくす
ると座屈による破損という問題が生じる。

このことから被加工材の加工後の直径Ｄと長さ
Ｌの比Ｌ／Ｄをあまり大きくできないという制約
が生じる。従つて、長さの長い（Ｌ／Ｄの大き
い）磁石を得ようとする場合数個積み重ねて用い
る必要があつた。たとえば、前述した様にMn−
Al−Ｃ系合金磁石は、機械的強度、機械加工性
等が優れているため、長さの長い外周着磁用磁石
として、磁石単体の一本の棒として応用すること
ができるが、これまでの製造法では、長さの長い
磁石を得ることができなかつたため、Mn−Al−
Ｃ系合金磁石を円筒に加工して重ね合わせて用い
なければならなかつた。

本発明者は、特定の一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
磁石からなるビレツトに、ビレツト内の磁化容易
方向に垂直な任意の断面を含む部分（１ないし２
以上の部分からなりしかも全体でビレツトに対し
て一部分）に塑性加工を施し、さらにこのような
塑性加工をビレツト全体にわたつて施し、こうし
た塑性加工によつて磁化容易方向に対して圧縮ひ
ずみを対数ひずみの絶対値で0.1以上施すことに
より、前記の問題点を解決し得ることを見出し
た。

以下に、本発明を詳細に説明する。

説明を簡単にする為に、一例としてビレツトを
円柱とし、円柱軸方向と磁化容易方向を平行とす
る。公知の圧縮加工では、ビレツト全体が同時に
塑性変形され、円柱の長さが長くなると座屈す
る。そこで円柱の長さを長くした場合、円柱の一
方の端面から座屈しない長さだけを塑性変形し、
これを他方の端面に向かつて繰り返し行うと、結
果的に円柱全体を塑性変形することになる。すな
わち、円柱の一方の端面から適当に塑性変形する
部分を考え、残りの部分は、塑性変形しない部分
で形状を拘束する。こうして、特定部分に所定の
塑性変形を施した後、塑性変形しなかつた部分で
先ほど塑性変形した部分に隣接する部分に、新た
に塑性変形を施す。この場合その残りの部分と先
ほど塑性変形した部分は、塑性変形しないように
形状を拘束する。以上のようにして部分的に塑性
変形させる操作を他方の端面まで繰り返し行うこ
とによつてビレツト全体に塑性変形を施す。

このように、本発明においては、塑性変形は常
にビレツトの一部分にのみ施すものであり、塑性
変形しない部分は当然のことながら外部より表面
を加圧して塑性変形しないように拘束する。しか
し、外力によつて拘束しなくても、ビレツトを局
部的に加熱して、ビレツト内の変形抵抗の差によ
つて、塑性変形する部分としない部分とを得る方
法でもよい。また、前記の一部分というのは、ビ
レツト内のある一つの部分というのではない。ビ
レツトを塑性加工中は、常に塑性変形している部
分と塑性変形していない部分の二つに分かれてい
ることが必要である。前述の説明では、塑性変形
している部分がビレツト内のある一つの部分であ
るが、この部分が二つ以上に分かれていても、塑
性変形していない部分がビレツトを塑性加工中常
にビレツト内に存在すればよい。塑性変形する部
分を、時間に対してビレツト内を連続的に変化さ
せる方法と、変化させない方法とがあるが、前述
の説明は、連続的に変化させない方法である。

前記の塑性加工の一方法として、コンテナ部の
開口面積がベアリング部の開口面積より小さいダ
イスを用いて、しかも磁化容易方向と押出方向を
平行とする押出加工がある。押出加工によつてビ
レツトに押出方向に圧縮ひずみが施され、しかも
対数ひずみの絶対値で0.1以上の圧縮ひずみを施
さなくてはならない。

ここでコンテナ部の開口面積とは、ダイスをコ
ンテナ部を通り押出方向に対して垂直な面で切断
したときのコンテナ部の断面積であり、同様にベ
アリング部の開口面積とは、ダイスをベアリング
部を通り押出方向に対して垂直な面で切断した時
のベアリング部の断面積である。またコンテナ部
とは塑性加工を施そうとするビレツトを収容する
部分で、ベアリング部とは、所定の塑性加工を施
したビレツトを収容する部分である。たとえば第
３図に示したダイスではコンテナ部の開口面積と
は、直径Dcの円の面積であり、ベアリング部の
開口面積とは、直径Dbの円の面積である。

押出加工によつて、加工前のビレツトの磁化容
易方向に対して、ビレツトに対数ひずみの絶対値
で0.1以上の圧縮ひずみを施す必要があるのは、
実施例で詳述するように、押出加工前は、押出方
向と磁化容易方向を平行とし、押出加工によつて
磁化容易方向を押出方向から外周または内周着磁
に適する方向に転換させるためで、圧縮ひずみが
少なくとも0.1以上必要となる。すなわち、ビレ
ツトの磁化容易方向に、対数ひずみの絶対値で
0.1以上の圧縮ひずみを施すと、径、弦方向を含
む平面内の方向に高い磁気特性を得ることができ
る。

公知のMn−Al−Ｃ系磁石用合金、例えば68〜
73重量％（以下単に％で表す）のMnと（１／
10Mn−6.6）〜（１／3Mn−22.2）％のＣと残部
のAlを530〜830℃の温度で押出加工等の公知の
方法によつて一軸性の均質微細な〔001〕繊維組
織とした後、前記軸方向と押出方向を平行になる
ようにして、コンテナ部の開口面積がベアリング
部の開口面積よりも小さいダイスを用いて押出加
工する。この場合、押出加工によつて押出方向に
対数ひずみの絶対値で0.1以上の圧縮ひずみを施
す必要がある。

コンテナ部の開口面積がベアリング部の開口面
積よりも小さいダイスを用いる押出加工によつ
て、ビレツトに押出方向に圧縮ひずみを施すため
には、後述するように、押出加工中は押出方向の
二つの向きからビレツトに加圧できるようにしな
ければらならない。一方、一般の金属材料の押出
加工又は、公知のMn−Al−Ｃ系合金磁石の製造
方法で用いられる押出加工では、コンテナ部の開
口面積がベアリング部の開口面積より大きいダイ
スを用いるため、押出方向に伸ばされる加工であ
り、押出加工中は、少なくとも押出方向の一つの
向きからビレツトに加圧できるようにしておけば
よい。ここでは両者を押出加工と称することにし
た。たとえばMn−Al−Ｃ系合金磁石からなるビ
レツトを押出加工する場合、換言すればビレツト
をコンデナ部からベアリング部へ移動する場合、
後者の方法では少なくともコンテナ部の上方より
ポンチ（第６図において１５）によつて押出方向
に加圧すれば加工が行えるが、前者の方法では一
例としてコンテナ部の上方よりポンチ（第３図に
おいて５）によつて、しかもベアリング部の下方
よりポンチ（第３図において６）により加圧する
ことによつて、ビレツトを上、下のポンチによつ
て加圧された状態にし、これらのポンチがダイス
に対して相対的にコンテナ部からベアリング部へ
向かう方向に移動させる必要がある。換言すれ
ば、加圧されながらビレツトはコンテナ部からベ
アリング部へ向かつて移動する。これにより、押
出加工によつてビレツトの押出方向に圧縮ひずみ
が施される。

次に、本発明を押出加工法によつて実施する一
つの方法を第１図により説明する。

ａはダイス１内にビレツトが入つていない状態
である。ここで、２はコンテナ部、３はベアリン
グ部、４はコニカル部、５及び６はそれぞれコン
テナ部２及びベアリング３に嵌合する大きさの直
径を有するポンチである。

まず、ｂに示すように、ベアリング部に適当な
長さのビレツト７を収容する。ポンチ６によつて
ビレツト７を加圧することによつてｃに示す様な
状態にする。以上で準備工程が終了し、次に本発
明の押出加工に移ることができる。この準備工程
は一般の金属材料の押出加工又は公知のMn−Al
−Ｃ系合金磁石の製造法で用いられる押出加工と
同様で、本発明でいうベアリング部をコンテナ部
とし、コンテナ部をベアリング部とする押出加工
である。

次に第１図ｄに示す様にコンテナ部２に新たに
ビレツト８を収容し、ポンチ５とポンチ６を用い
てこのビレツトを加圧しながら、ポンチ５をダイ
スに対して相対的にコンテナ部からベアリング部
へ向かう向き（第１図ｄにおいて矢印の向き）に
移動させることによつてｅに示す様な状態にす
る。次にベアリング部に収容されたビレツト７を
取り除き、新たにコンテナ部にビレツト９を収容
するｆ。この状態は第１図ｄに示した状態と同じ
であり、以下前述した方法を繰り返すことによつ
て押出方向に圧縮ひずみを施されたビレツトを得
ることができる。

次に、別法の一つの例を説明する。この方法
は、前記の準備工程を必要としない方法である。
まず第２図ａに示す様にコンテナ部からベアリン
グ部にまたがつて、コンテナ部に嵌合する大きさ
の径のビレツト１０を収容し、ポンチ５がダイス
に対して相対的に移動しない様に固定しながら、
ポンチ６によつてビレツト１０を加圧することに
より、ｂに示す様な状態にする。次にポンチ６が
小さい力（ビレツトが塑性加工しない力）で押出
方向に動く状態にして、ポンチ５をポンチ６へ向
けて押出方向にダイスに対して相対的に任意の距
離、例えば10mm程度移動させる。この結果ｃに示
す様な状態になる。次にポンチ５をダイスに対し
て相対的に移動しないように固定しながら、ポン
チ６を用いてビレツトを加圧し、ダイスとポンチ
５およびポンチ６によつて囲まれた空間内が主と
してビレツトによつて十分満たされた状態、すな
わちｄに示す様な状態にする。以下、第２図ｃ，
ｄと同様な状態の繰り返しによつて押出加工を行
なうことができる。

ここで前者の本発明の押出加工の方法が前述の
塑性変形する部分を時間に対して連続的に変化さ
せる方法に対応し、後者の方法が連続的に変化さ
せない方法に対応する。また、前者の一連の流れ
は準備工程と本発明の一つの押出加工方法に分け
ることができ、後者の一連の流れは本発明の一つ
の押出加工方法だけで構成されている。ここでは
塑性変形する部分を時間に対して連続的に変化さ
せる方法と変化させない方法を完全に分離して説
明したが、一つのビレツトを塑性加工する場合、
これら両者を組み合わせてもよい。必要なことは
ビレツトが押出加工後押出方向に圧縮ひずみを受
けることである。

この押出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600〜760℃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70％のMn、29.5％のAl、及び0.5％
のＣを溶解鋳造し、直径53mm、長さ20mm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、600℃まで風冷し、600℃で30分間
保持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20mmまでの温間押出加工を行
つた。さらに潤滑剤を介して680℃の温度で、第
１図に示す方法に従つて押出加工を施した。ここ
に用いたダイスは第３図のダイス半角αは10゜で
ある。加工後の試料の直径Ｄは25mm、長さＬは90
mmであり長さの長い磁石が得られた。

加工後の試料の外周に近い部分から、一辺が約
６mmの立方体を各辺が押出軸方向、径方向および
弦方向に平行になるように切り出し、磁気測定を
行つた。磁気特性は径方向と弦方向はほぼ等し
く、Br＝4.5kG、Hc＝2.2kOe、（BH）max＝
3.5MG・Oe、押出軸方向ではBr＝2.6kG、Hc＝
1.9kOe、（BH）max＝1.5MG・Oeであつた。ま
た磁気特性は径・弦方向のみならず径・弦方向を
含む平面内の全ての方向に同等の高い磁気特性が
得られることが詳細な実験の結果判明した。

さらに第３図に示したダイス内に残された磁石
を６個用い、各々の磁石を厚さ１mm、押出軸方向
に対して垂直に切断し、同一の圧縮ひずみを受け
たと考えられる試料を６枚重ね合わせて一つの試
料を作製した。各々の試料について外周に近い部
分から一辺が約６mmの立方体を各辺が押出軸方
向、径方向および弦方向に平行になるように切り
出し磁気測定を行つた。磁気特性を第４図に示
す。第４図において、横軸は圧縮ひずみを対数ひ
ずみであらわしたときの絶対値で、縦軸は残留磁
束密度（Br）である。第４図に示す様に、圧縮
ひずみ0.1以上の領域では押出軸方向に比して
径・弦方向の磁気特性が高く、外周又は内周着磁
用磁石として用いる場合有利である。

実施例 ２ 配合組成で69.5％のMn、29.3％のAl、0.5％の
Ｃ、0.7％のNiを溶解鋳造し、直径50mm、長さ20
mm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、常温まで放冷した。
次に潤滑剤を介して720℃の温度で直径20mmまで
の温間押出加工を行つた。さらに潤滑剤を介して
680℃の温度で第５図に示すダイスを用い、第２
図に示す方法に従つて押出加工を施した。なお、
第５図に示したダイスは、第３図に示したダイス
半角αが90゜の場合である。加工後の試料の直径
は23mm、長さは95mmであり、長さの長い磁石が得
られた。

加工後の試料の外周に近い部分から一辺が６mm
の立方体を各辺が押出軸方向、径方向および弦方
向に平行になるように切り出し、磁気測定を行つ
た。磁気特性は径方向と弦方向はほぼ等しく、
Br＝4.4kG，Hc＝2.4kOe，（BH）max＝
3.5MG・Oe，押出軸方向では、Br＝2.7kG，Hc
＝2.0kOe，（BH）max＝1.6MG・Oeであつた。
また磁気特性は径、弦方向のみならず径、弦方向
を含む平面内の全ての方向に同等の磁気特性が得
られることが詳細な実験の結果判明した。

実施例 ３ 配合組成で69.4％のMn，29.3％のAl，0.5％の
Ｃ，0.7％のNi及び0.1％のTiを溶解鋳造し、直径
40mm、長さ50mm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600℃まで
風冷し、600℃で３時間保持する熱処理を行つた。
次に潤滑剤を介して720℃の温度で、第６図に示
すダイス１１を用いて押出加工を施した。

第６図において、１２はコンテナ部、１３はコ
ニカル部、１４はベアリング部、１５，１６はポ
ンチ、１８はビレツトである。このダイスの上方
部分、すなわち、コンテナ部１９、コニカル部１
７及び部分１２は、公知の押出加工に用いられる
ダイスと同じであるが、部分１２は本発明ではコ
ンテナ部で、直径は20mmである。またコニカル部
１７のダイス半角は15゜、コニカル部１３のダイ
ス半角は20゜とした。

なお、押出加工方法は第１図の方法と同じであ
る。但し準備工程は第１図の方法と異なる。ダイ
ス１１とポンチ１５，１６によつて囲まれた空洞
部分をビレツト１８によつて満たすために、ポン
チ１６を固定した状態、ポンチ１５を下降させる
ことによつて第６図に示す様な状態にした。換言
すると、ダイス１１の１７，１２，１３及び１４
の部分にビレツトが満たされていない一番最初の
時は、まず第２図の方法で加工を行い、以降（第
６図に示す様な状態にした後）第１図の方法で行
つたということになる。

加工後の試料の直径は25mm、長さは128mmであ
り、長さの長い磁石が得られた。この加工後の試
料の外周に近い部分から一辺が６mmの立方体を各
辺が押出軸方向、径方向および弦方向に平行にな
るように切り出し、磁気測定を行つた。磁気特性
は径方向と弦方向はほぼ等しく、Br＝4.5kG・
HC＝2.2kOe，（BH）max＝3.45MG・Oe，押出
軸方向は、Br＝2.6kG，Hc＝1.9KOe，（BH）
max＝1.5MG・Oeであつた。また磁気特性は、
径、弦方向のみならず径・弦方向を含む平面内の
全ての方向に同等の磁気特性が得られることが詳
細な実験の結果判明した。

さらに粗大結晶域が存在せず、均質微細な組織
であり、機械的強度や機械加工性などが均質であ
つた。

本実施例は、実施例１及び２と異なり、第６図
に示すダイスを用いて塑性加工する前のビレツト
は熱処理後のものであり、１７の部分によつて押
出軸方向に異方性化される。これは、これまでの
公知の押出加工と同じである。１２〜１４が本発
明のダイスに相当し、この両者を組み合わせるこ
とによりダイスは１個であり、塑性加工も一度で
良く、しかもダイスの長さを短くできるため、実
施例１及び２の方法より本実施例の方法の方がこ
れらの点からすれば有利である。

実施例 ４ 実施例１で得た公知の押出加工を施したビレツ
ト（直径20mm、長さ約140mm）の両端を工具で挾
み、ビレツトの軸方向に圧縮できるように保持し
た。次にビレツトを長さ方向に約20mm局部的に加
熱して680℃にした。圧縮荷重をビレツトに作用
させたまま、ビレツトの長さ方向の全長にわたつ
て加熱部を移動させることによつて、ビレツト全
体を圧縮加工し、加工後のビレツトの長さを70
mm、直径を26〜30mmにした。

加工後の試料から一辺が約６mmの立方体を各辺
が押出軸方向、径方向および弦方向に平行になる
ように切り出し磁気測定を行つた。磁気特性は径
方向と弦方向はほぼ等しく、Br＝4.6kG，Hc＝
2.4kOe，（BH）max＝3.7MG・Oe，押出軸方向
では、Br＝2.5kG，Hc＝1.9kOe，（BH）max＝
1.4MG・Oeであつた。また磁気特性は、径・弦
方向のみならず径・弦方向を含む平面内の全ての
方向に同等の磁気特性が得られることが詳細な実
験の結果判明した。

本発明は実施例によつて述べた様に、特定の一
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るビレツト
に、ビレツト内の磁化容易方向に垂直な任意の断
面を含む部分（１ないし２以上の部分からなりし
かも全体でビレツトに対して一部分）に塑性加工
を施し、さらにこのような塑性加工をビレツト全
体にわたつて施し、塑性加工によつて磁化容易方
向に対して圧縮ひずみを対数ひずみの絶縁値で
0.1以上施すことによつて、平面状に等しく優れ
た磁気特性をもつた長さの長い（Ｌ／Ｄの大き
い）高性能な外周又は内周着磁用、特に外周又は
内周多極着磁用磁石を得るものである。

本発明によつて得られる磁石は、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。特に磁石形状の長さの長い方面への応用に
有用である。

公知の方法、例えば押出加工後、圧縮加工によ
る方法では、押出棒を所定の長さに切断する必要
があるが、本発明によれば、切断を簡略すること
ができ、また複数個重ね合わせて用いなければな
らない場合でも、本発明によれば重ね合わせる必
要がなく、しかも加工後、例えば円柱に仕上加工
する場合でも長さの長い磁石を外周仕上げするこ
とになり、長さの短い磁石を外周仕上げするより
容易である。

前述したように、本発明によつて径・弦方向を
含む面内のすべての方向に高い磁気特性を有する
外周又は内周着磁用のＬ／Ｄの大きい磁石が得ら
れ、しかも製造工程を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における押出方法を示
す工程図、第２図は他の実施例の押出方法を示す
工程図、第３図は実施例に用いたダイスの要部の
縦断面図、第４図は圧縮ひずみに対する残留磁束
密度の変化を示す図、第５図及び第６図は他の実
施例に用いたダイスの要部の縦断面図である。 １……ダイス、２……コンテナ部、３……ベア
リング部、４……コニカル部、５，６……ポン
チ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 特定の一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
   るビレツトに、530〜830℃の温度において、ビレ
   ツト内の磁化容易方向に垂直な任意の断面を含む
   部分であつて１ないし２以上の部分からなりしか
   も全体でビレツトに対して一部分に塑性加工を施
   すことにより、このような塑性加工をビレツト全
   体にわたつて施し、この塑性加工によつて磁化容
   易方向に対してビレツトに圧縮ひずみを対数ひず
   みの絶対値で0.1以上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 前記塑性加工が、コンテナ部の開口面積がベ
   アリング部の開口面積より小さいダイスを用いる
   押出加工であり、しかも前記磁化容易方向と押出
   方向を平行とす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。