JPH037748B2 - - 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、高性能な多極着磁用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、L1₀型規則格子）の組
織で構成され、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。

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
性が得られているが、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、主な着磁しては第１図から第３図に示す様な
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
内周着磁と称する。

第１図に示した様に、径方向着磁では磁石はほ
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、前記ビレツトの中
空体の軸方向に垂直な断面積がベアリング部の開
口面積より小さく、コンテナ部から開口面積が順
次減少してベアリング部に至るコニカル部を有す
るダイスを用いて、中空体の軸方向と押出方向を
平行にして押出加工を施すことにより、前記ビレ
ツトの軸方向に圧縮ひずみを与えることによつて
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（１／10 Mn−6.6）
〜（１／３ Mn−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を、ビレツトの中
空体の軸方向に垂直な断面積がベアリング部の開
口面積より小さく、コンテナ部から開口面積が順
次減少してベアリング部に至るコニカル部を有す
るダイスを用いて、中空体の軸方向と押出方向を
平行にして押出加工を施すことにより、軸方向に
圧縮ひずみを与えることによつて、径方向に優れ
た磁気特性を有する磁石を得ることができる。

ここで、コンテナ部とは、押出加工前のビレツ
トを収容する部分をいい、ベアリング部とは押出
加工後のビレツトを収容する部分をいう。また開
口面積とはダイスを押出方向に垂直に切断した時
の空洞部分の面積をいい、切断する位置がベアリ
ング部であればベアリング部の開口面積となる。
前記のコンテナ部から開口面積を順次減少してベ
アリング部に至るコニカル部を有するダイスとい
うのは、換言すれば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く、しかもコンテナ
部とベアリング部の境界にコニカル部があり、コ
ニカル部の開口面積はコンテナ部からベアリング
部に向かつて順次減少しているダイスといえる。

前記押出加工によりビレツトの軸方向に圧縮ひ
ずみを与えるには、ビレツトの中空体の軸方向に
垂直な断面積は押出加工後増加しなければならな
い。以上のことを言い換えると、加工後のビレツ
トの断面積はベアリング部の開口面積に等しいか
それより小さい為、加工前のビレツトの断面積は
ベアリング部の開口面積より小さくなくてはなら
ない。

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
ては円筒である。

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、押出方向と軸方
向（異方性方向）を平行とし、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、押出加工前のビレ
ツトは押出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であるが、その目
的は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、加工後も一軸異方性の角柱状磁
石である。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、これに対数ひずみの絶対値として約0.9〜1.2
以上という大きな値である。また、磁束収束型界
磁用磁石を得る例もあるが、一軸方性の角柱状磁
石を塑性加工することによつて、磁化容易方向を
わずかに回転させ磁化容易方向を特定の点を通る
方向に収束させるものである。

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、押出加工前のビレツトはすでに前述したよう
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、前記の押出加工
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。

前記の押出加工を施したビレツトを、さらにビ
レツトの一部分に中空体の軸方向に平行な方向に
圧縮加工を施すことによつて、圧縮加工された部
分は磁気特性が向上する。

前述した塑性加工の一例をビレツトの形状を円
筒として説明する。

第１の方法は、円筒ビレツトを円筒の軸方向と
押出方向を平行として、コンテナ部から開口面積
が順次減少してベアリング部に至るコニカル部を
有するダイスを用いて押出加工し、押出方向に圧
縮ひずみを与える。しかも前記円筒ビレツトの軸
方向に垂直な断面積がベアリング部の開口面積よ
り小さい。

第４図はその一例のダイスの一部分の断面図を
示す。第４図ａは押出加工前の状態を示し、ｂは
押出加工後の状態を示す。第４図において、１は
ビレツト、２はダイス、３はポンチである。そし
て２１の部分がコンテナ部であり、押出加工前の
ビレツトを収容する部分である。２２の部分がコ
ニカル部であり、Ｚ方向に向かつて（コンテナ部
からベアリング部に向かう方向）開口面積が順次
減少させている。第４図ではコニカル部は円すい
状である。２３の部分がベアリング部であり、押
出加工後のビレツトを収容する部分である。ま
た、コンテナ部の開口面積とは２１の空洞の断面
積（押出方向に垂直）であり、ａにおいてビレツ
トの外径を直径とする円の面積とほぼ一致し、ベ
アリング部の開口面積とは２３の空洞の断面積
（押出方向に垂直）であり、ｂにおいてビレツト
の外径を直径とする円の面積とほぼ一致する。第
４図では、コンテナ部、コニカル部およびベアリ
ング部は押出軸を中心とする円形（コニカル部は
円すい状）であるから、前述したことを換言すれ
ば、コンテナ部の開口面積とはコンテナ部の内径
を直径とする円の面積であり、ベアリング部の開
口面積とはベアリング部の内径を直径とする円の
面積である。コニカル部は円すい状であり、Ｚ方
向に向かつて円の直径は順次減少している。たと
えばコンテナ部の内径を30mm、ベアリング部の内
径を28mmとすると、コンテナ部の開口面積は、直
径30mmの円の面積であり、ベアリング部の開口面
積は、直径28mmの円の面積である。

押出方向の一例を第５図を用いて説明する。な
お、第５図は加工の一連の概念図である。まずａ
に示すように、コンテナ部２１に円筒ビレツト１
を収容する。ポンチ３を用いてビレツトを加圧す
ることによりｂに示すような状態になる。次に新
たな円筒ビレツト１′をコンテナ部２１に収容す
ることによつてｃに示す状態となり、再びポンチ
３によつてビレツトを加圧することによつてｄに
示す状態となる。以後新たな円筒ビレツトをコン
テナ部に収容し、ポンチ３によつてビレツトを加
圧することによつて押出加工されたビレツトは、
ベアリング部２３を経て、ダイス外に押し出され
る。

第２の方法は、第１の方法で得たビレツト（前
記の押出加工を施したビレツト）を、さらにビレ
ツトの一部分に押出方向に平行な方向に圧縮加工
するものである。第６図はその一例を示した。第
６図ａは加工前の金型の断面図で、ビレツト１１
が前記の押出加工を施したビレツトである。４は
固定用ポンチ、５は可動ポンチ、６は下型であ
る。可動ポンチ５によつてビレツトを圧縮加工す
ることによつて、ビレツトの外周部のみ圧縮加工
され、ｂに示す状態となる。ビレツトの一部分を
圧縮加工する他の主なものとしては、内周部のみ
圧縮加工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。

前記の塑性加工の一例のところで述べた様に、
第５図において、ビレツトはコニカル部を通過す
る時に塑性変形し、ビレツトの内径が減少しなが
らベアリング部に至り、押出方向に圧縮される。
前記の塑性変形している部分の内周は自由な状態
で、外周のみがダイスと接触（潤滑剤等を介して
間接的または直接）しながらベアリング部に至
り、外径も減少する。

前述の塑性変形（押出加工）を行いやすくする
方法には、例えばビレツトに温度勾配をつけ変形
抵抗の差を利用する方法、ベアリング部にマンド
レルなどを用いる方法などがある。前記のビレツ
トに温度勾配をつける方法は、第５図ｃにおいて
コンテナ部に収容したビレツトのコニカル部に近
い側（ポンチと接触していない側）の温度を高く
する方法である。言い換えると、ダイスのコニカ
ル部とベアリング部の温度をコンテナ部より高く
する方法である。また前記のベアリング部にマン
ドレルなどを用いる方法では、前述した塑性変形
している部分の内周は自由な状態を満足してお
り、所定の塑性変形終了時に内周がこのマンドレ
ル等によつて拘束する方法である。

前述したような塑性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、本発明を実施例より詳細に説明する。

実施例 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、および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、切削加工して外径30
mm、内径14〜24mmの円筒ビレツトを作製した。次
に円筒ビレツトを潤滑剤を介して第４図に示した
様なダイスを用いて、680℃の温度で種々の圧縮
ひずみの押出加工をした。押出方法は第５図を用
いて説明した方法である。なおダイスのコンテナ
部の径は30mm、ベアリング部の径は28mmであり、
ダイス半角αは20゜とした。

加工後のビレツトから一辺が約４mmの立方体を
切り出し磁気測定を行つた。なお各辺は、軸方
向、径方向および弦方向に平行となるようにし
た。圧縮ひずみεzに対する残留磁束密度Brの値
を第７図に示す。第７図に示す様にεzが0.05で径
方向のBrは軸方向のBrに比して大きくなり、εz
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
方向への磁化容易方向の転換がεzが0.05までの範
囲で著しく進行する。第７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εz＝0.69の加工を施した磁石を切削加工
し外径27mm、内径14mmの円筒磁石を作製し、第１
図に示した様な径方向着磁を施した。なお、極数
は６極で着磁は2000μFのオイルコンデンサーを
用い、1500Vでパルス着磁した。外周部の表面磁
束密度をホール素子で測定した。

比較の為に、前記の直径31mmの押出棒を長さ20
mmに切断し、切削加工して直径28mm、長さ20mmの
円柱ビレツトを作製した。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。加工後のビレツトの長さを10mm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1.4倍であつた。

次に、前記と同様の条件で作製した面異方性磁
石を切削加工して円筒ビレツトを作製し、前記と
同様の条件で押出加工した。なお、εz＝0.69とし
た。押出加工後のビレツトを３個用い切削加工し
て外径27mm、内径14mmの円筒磁石を作製し、前記
と同様の着磁、測定したところ、先ほど得た本発
明の方法による磁石と特性に大きな差は認められ
なかつた。

前記の一軸異方性磁石をビレツトとした本発明
の円筒磁石（面異方性磁石と比較した磁石で、外
径27mm、内径14mm、長さ10mmの円筒磁石）をさら
に第６図に示す様な金型を用いて、潤滑剤を介し
て680℃の温度で、外周部のみ圧縮加工した。第
６図においてａが加工前の状態を示す図で、１１
が前記の円筒磁石であり、ポンチ４と下型６で磁
石を固定、拘束して、ポンチ５を用いて外周部の
み圧縮加工するとｂに示す様な状態となる。加工
後の外周部の長さは８mmであつた。なおポンチ４
の直径（ポンチ５の内径）は20mmである。加工後
のビレツトを前記と同様に切削加工し、着磁、測
定を行つたところ、表面磁束密度の値が加工前よ
りも0.2kG増加した。

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を、ビレツトの中空
体の軸方向に垂直な断面積がベアリング部の開口
面積より小さく、コンテナ部から開口面積が順次
減少してベアリング部に至るコニカル部を有する
ダイスを用いて、中空体の軸方向と押出方向を平
行にして押出加工を施すことにより、ビレツトの
軸方向に圧縮ひずみを与えることによつて、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。

圧縮加工によるものとの比較では、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５図は押出方法の一例を示す
金型の一部の断面図、第６図は実施例で用いた金
型の一部の断面図、第７図は実施例での圧縮ひず
みεzに対する残留磁束密度Brの変化を示す図で
ある。 １，１′，１１……ビレツト、２……ダイス、
３……ポンチ、２１……コンテナ部、２２……コ
ニカル部、２３…ベアリング部、４……固定用ポ
ンチ、５……可動ポンチ、６……下型、α…ダイ
ス半角。

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、前記ビレツト
   の中空体の軸方向に垂直な断面積がベアリング部
   の開口面積より小さく、コンテナ部から開口面積
   が順次減少してベアリング部に至るコニカル部を
   有するダイスを用いて、中空体の軸方向と押出方
   向を平行にして押出加工を施すことによつて、前
   記ビレツトの軸方向に圧縮ひずみを与えることを
   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、しかも前記圧縮ひずみ
   が、対数ひずみの絶対値で0.05以上である特許請
   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、前記ビレツト
   の中空体の軸方向に垂直な断面積がベアリング部
   の開口面積より小さく、コンテナ部から開口面積
   が順次減少してベアリング部に至るコニカル部を
   有するダイスを用いて、中空体の軸方向と押出方
   向を平行にして押出加工を施すことによつて、前
   記ビレツトの軸方向に圧縮ひずみを与えた後、さ
   らに前記ビレツトの一部分に前記軸方向に平行な
   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、しかも前記押出加工によ
   る圧縮ひずみが、対数ひずみの絶対値で0.05以上
   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。