JPH0434807B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多結晶マンガン−アルミニウム−炭
素（Mn−Al−Ｃ）系合金磁石の製造法、特に多
極着磁用のMn−Al−Ｃ系合金磁石の製造法に関
する。

従来例の構成とその問題点 Mn−Al−Ｃ系磁石用合金としては、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からな
り、不純物以外に添加元素を含まない３元素及び
少量の添加元素を含む４元系以上の多元系磁石用
合金が知られており、これらを総称するものであ
る。同様に、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。

Mn−Al−Ｃ系磁石合金とは、前記のMn−Al
−Ｃ系磁石用合金とMn−Al−Ｃ系合金磁石との
総称である。本発明では特に、実施例で詳述する
ように前者は溶解鋳造、熱処理を経たものをい
い、後者はその後さらになんらかの塑性加工を経
たものをいう。

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、押出加
工等の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。

多極着磁用の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、及
びあらかじめ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
方向への自由圧縮加工（複合加工法）を加えるこ
と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、元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）。

さらに一方、多極着磁の分野で用いられる磁石
の形状は、一般には軸対象の形状であり、一例と
して円筒体がある。円筒体の磁石の外周に多極着
磁した場合の磁石内部での磁路の形成を模式的に
第１図に示した。第１図において破線が磁路を示
し、一つの径方向（ｒ方向）に対する弦方向（θ
方向）をも示している。ここでは、円筒の径方向
（ｒ方向）と円筒の軸方向とにそれぞれ直交する
方向を弦方向（θ方向）とする。

第１図に示した様に、磁路は外周部ではほぼ径
方向に沿い、それよりも内側の部分では弦方向に
沿い、さらに内側の部分では磁路が通つていな
い。磁石の形状を円筒体とした場合、前述した様
に磁石を三つの部分に分けて考えることができ、
第１の磁路が径方向に沿つている部分（Ａ部）、
第２は磁路が弦方向に沿つている部分（Ｂ部）、
第３は磁路が通つていない部分（Ｃ部）である。

前述した面異方性磁石は、径方向と弦方向を含
む平面に平行な任意の方向に磁化容易方向を有す
る磁石であるため、このような外周着磁を施した
場合には優れた磁気特性が得られるが、前述した
ように三つの部分に分けてみた場合、各々につい
ては望ましい異方性構造ではない。つまり、Ａ部
では弦方向よりも径方向に高い磁気特性を有する
方が良く、Ｂ部では径方向よりも弦方向に高い磁
気特性を有する方が良い。一方、径異方性磁石
（または、放射状に磁化容易方向を有する磁石、
磁石の形状を中空体状とすると中空体の軸方向に
垂直な平面上の任意の一点を通る直線に平行に磁
化容易方向を有する磁石をいい、第１図に示す円
筒体であればｒ方向（径方向）に磁化容易方向を
有する磁石）では、Ａ部では望ましい異方性構造
であるがＢ部では逆に望ましくない異方性構造で
ある。

発明の目的 本発明は、高性能な多極着磁に適するMn−Al
−Ｃ系合金磁石の製造法を提供することを目的と
する。

発明の構成 本発明は、Mn−Al−Ｃ系磁石用合金からなる
中空体状のビレツトの中空部分に、金属材料から
なるビレツトが存在する状態で、530〜830℃の温
度で、前記中空体状のビレツトの軸方向に前記二
つのビレツトが接するまでもしくはそれ以上圧縮
加工して一体化することを特徴とする。

Mn−Al−Ｃ系磁石用合金からなる中空体状の
ビレツトの内側に金属材料からなるビレツトが存
在する状態で、二つのビレツトが接するまでもし
くはそれ以上圧縮加工を行うことによつて、放射
状に磁化容易方向を有するMn−Al−Ｃ系合金磁
石を得ることができ、金属材料からなるビレツト
と共に圧縮加工することによつて、磁石回転子等
へ応用する場合にシヤフトの取り付けのための穴
あけ加工をしやすくしたり、もしくはシヤフトを
共に圧縮成形することなどができる。

Mn−Al−Ｃ系磁石用合金からなる中空体状の
ビレツトが圧縮加工後、Ａ部に適する構造を有す
る磁石となり、磁性体の部分が圧縮加工後、Ｂ部
に適する構造となる。しかも、前記の二つ以上の
ビレツトを同時に圧縮加工し、両者を接触させる
ため、圧縮加工後は二種類以上の構造を有する磁
石を得ることができる。

実施例の説明 Mn−Al−Ｃ系磁石用合金からなる中空体状、
例えば円筒体状のビレツトの中空部分に、金属材
料からなるビレツトが存在する状態で、中空体状
のビレツトの軸方向に前記の二つのビレツトが接
するまでもしくはそれ以上圧縮加工を行うことに
よつて、放射状に磁化容易方向を有するMn−Al
−Ｃ系合金磁石を得ることができ、金属材料から
なるビレツトと共に圧縮加工するため、磁石回転
子等へ応用する場合にシヤフトの取り付けのため
の穴あけ加工がしやすく、またシヤフトを共に圧
縮成形することなどができる。

前記の金属材料は、Mn−Al−Ｃ系磁石用合金
と530〜830℃の温度域で共に圧縮加工できる材料
であればよい。例えば、鉄鋼材料、黄銅、銅など
がある。しかし一般にいう金属材料にこだわる必
要はない。換言すれば、ある材料からなるビレツ
トであればよい。

また、さらに前記の金属材料からなるビレツト
が、少なくとも外周部が磁性体からなるビレツト
であれば、圧縮加工後のビレツトの外周部（圧縮
加工前は中空体状のビレツトにあたる部分）は径
方向に高い磁気特性を有する部分となり、それよ
りも内側の部分（磁性体の部分）は外周着磁を施
した場合に磁路が弦方向に沿うのに適した部分と
なる。これによつて、前述した外周着磁を施した
場合の三つに分けたＡ部とＢ部が形成され、外周
着磁において優れた磁気特性を示す磁石が得られ
る。

前記の磁性体とは、前述した圧縮加工後に弦方
向が磁化困難方向にならない磁性体であればどの
ようなものでも良い。ここで、磁化困難方向とは
外周着磁において問題となる磁化困難方向を意味
し、例えば単結晶のFeの〔111〕方向のようにＨ
＝500Oeでは磁化容易軸の〔100〕方向の磁化の
強さと大差がなくなる場合には、外周着磁におけ
る磁化の困難な方向とはいえない。前記の磁性体
としては、圧縮加工後に面異方性構造のMn−Al
−Ｃ系合金磁石になりうる合金、広くはMn−Al
−Ｃ系磁石合金、等方性Mn−Al−Ｃ系合金磁
石、純鉄、電磁軟鉄、Fe−Co合金などの高透磁
率材料などがある。

前述した圧縮加工は必ずしも連続的な圧縮加工
である必要はなく、複数回に分割して与えても良
い。また、前記の圧縮加工を施したビレツトをさ
らにビレツトの一部分（例えば外周部）に軸方向
に圧縮加工を施こしても良い。

前述した圧縮加工の一例を中空体状のビレツト
（ビレツトＡ）の形状を円筒体とし、中空体状の
中空部分に存在する金属材料からなるビレツト
（ビレツトＢ）の形状を円筒体もしくは円柱体と
していくつかの例を説明する。第２図には圧縮加
工前の状態の６つの例を示す。第２図において、
１がMn−Al−Ｃ系磁石用合金からなる円筒体状
のビレツト（ビレツトＡ）であり、２および３が
金属材料からなるビレツト（ビレツトＢ）であ
る。ビレツト３を有するものは、二種類の金属材
料からなる場合である。例えば、ｂにおいて、２
がMn−Al−Ｃ系磁石用合金で、３が黄銅などの
組合せである。４および５がポンチで、軸方向に
自由に移動することができ、しかもある位置に固
定することもできる。６が外型で固定している。

まずａでは、ビレツトＡの外周を拘束した状態
で圧縮加工し、ビレツトＢを自由圧縮加工する。
圧縮加工の進行に伴つてビレツトＡの内径は小さ
くなり、ビレツトＢの直径が大きくなつて両ビレ
ツトが接触するようになる。圧縮加工は空間の部
分がほぼなくなり、ビレツトＡおよびＢによつて
ほぼ満たされた状態まで行うことができる。ｂは
ａとほぼ同様であるが、ビレツトＢは３の部分を
有する点が異なる。ｃは圧縮加工前、すでにビレ
ツトＡとＢが接触した状態であるがこれは容易に
分割できる程度の接触でしかないが、圧縮加工を
行うことによつてビレツトＡの内径が小さくなり
（しかもビレツトＡがない場合にはビレツトＢは
圧縮加工によつて外径が大きくなる方向に変形す
る）より強い接触になる。ｄでは圧縮加工の進行
に伴つてビレツトＡの内径が小さくなりビレツト
Ｂの外径が大きくなつて、ついには接触するよう
になる。ｅはｃと同様である。ｆはこれまでのａ
〜ｅと異なりビレツトＡの外周は外型６と接触し
ていない。つまり、ビレツトＡの外周は自由な状
態で拘束されていない。しかし、圧縮加工の進行
に伴つてビレツトＡの外径が大きくなりやがては
外型６の内壁に接触し、それ以後は前述したｂな
どと同様である。

なお、第３図および第４図に、第２図ａおよび
ｄの圧縮加工前・後の状態を儀式的に示す。各図
共、ａが加工前を示し、ｂが加工後の状態を示
す。

第２図において、ａではビレツトＡ１の外周は
外型６によつて拘束されているが、内周は自由な
状態である。ｃではビレツトＡ１の外周はａと同
様で外型６によつて拘束されており、内周はビレ
ツトＢ２の外周と接触している。しかし、ビレツ
トＢの内周は自由な状態であるためビレツトＡの
内径は圧縮加工の進行と共に小さくなることがで
きるためにビレツトＡ内周は自由な状態であると
みなせる。ｆではビレツトＡ１の外周は外型６と
接触していないため自由な状態であるとみせる。

第２図に示した圧縮加工では、ビレツト全体を
圧縮加工しているが、局部的に圧縮加工しない領
域をつくる方法でも良い。例えば、ビレツトＡを
局部的に圧縮加工せずに加工前の構造を保存する
方法などである。具体的には、例えば第２図ｃに
おいて、ポンチ５にビレツトＡの内径に合う段を
もうけてその分だけビレツトＢの長さを短くして
ビレツトＡの内周の一部分を拘束すると、その拘
束された部分（圧縮変形しない部分）は加工前の
構造を保存する。

第２図に示した圧縮加工の例では、圧縮加工工
程のなかで少なくともビツトＡの外周を拘束した
状態で圧縮加工を行う領域が存在しているが、必
ずしもこのようなビレツトＡの外周を拘束した状
態で圧縮加工を行なう部分を有する必要はない。
例えば第２図ｃまたはｅにおいて、外径６がない
状態で圧縮加工しても、圧縮加工後はビレツトＡ
とＢとを接触の状態にすることができる。また、
圧縮加工後、ビレツトＡとＢとを接触状態にする
圧縮加工であれば、ビレツトＡは圧縮加工後、径
方向に磁化容易方向を有する構造になる。しか
し、前述したビレツトＡの外周を拘束した状態で
圧縮加工を行う部分を有する方が、二つのビレツ
トの結合性（接触の強さ）が良く、しかもビレツ
トＡが圧縮加工によつて径方向により強く異方性
化することができる。

また、Mn−Al−Ｃ系磁石用合金からなる中空
体状のビレツトの中空部分に存在する金属材料か
らなるビレツトが前記の中空部分の全域を占る場
合でもよい。具体的な一例としては第２図ｂに示
す状態において、ビレツト２，３だけを圧縮加工
する場合である。２がMn−Al−Ｃ系磁石用合金
からなる円筒体状のビレツトであり、３が金属材
料からなるビレツトである。この場合でも圧縮加
工後に得られるビレツトの中心部が金属材料から
なるため非常に穴あけ加工がしやすくなる。

第２図に示した例では、ビレツトＡおよびＢの
圧縮加工前の高さはほぼ等しい。しかし、必ずし
も等しい必要はない。例えばビレツトＡの方が高
くても良い。また、本発明によつて得られる磁石
を磁石回転子などに用いる場合、シヤフトの取り
付けが必要なときは、圧縮加工時に同時にシヤフ
トの取り付けを行つてもよい。さらに、ビレツト
ＡもしくはＢは一つのものから成つている必要は
なく、二ないし三以上のものからなつていてもよ
い。つまり、例えば第２図ａにおいて、ビレツト
Ａが三つに分かれていて三つを組み合わせること
によつて円筒形状になつてもよい。

圧縮加工後もほぼ円筒体状の試料が得たい場合
には、内周面を成形する目的でマンドレル等を用
いてもよい。例えば第２図ｃの場合では、マンド
レル等を用いると、圧縮加工後もほぼきれいな円
筒体を得ることができる。

圧縮加工は530〜830℃の温度域で行うため、ビ
レツトＡ，ＢまたはおよびＣの材質が異なるた
め、加工後室温まで冷却すると熱膨張率の差によ
つて、焼ばめの状態になつたり、逆にビレツト間
にすきまが生じたりするため、Mn−Al−Ｃ系磁
石合金以外の材料を用いる場合には、Mn−Al−
Ｃ系磁石合金の熱膨張率との大小関係を考慮する
必要がある。

第２図の例においては、中空体状のビレツト
（ビレツトＡ１）の外側には別のビレツトがない
状態のものを示したが、他の金属からなるビレツ
トが存在してもよい。例えば第２図ｅにおいて、
１がある金属（例えば鋼）からなるビレツト、２
がMn−Al−Ｃ系磁石合金からなる中空体状のビ
レツト、３が金属材料からなるビレツトとする場
合である。

さらに、前記の金属材料からなるビレツト（ビ
レツトＢ２）が、少なくとも外周部が磁性体から
なるビレツトであればビレツトＡが圧縮加工後、
放射状に磁化容易方向を有する磁石となり、前述
した外周着磁におけるＡ部に適する部分となる。
磁性体の部分がＢ部に適する部分となつて、２種
以上の構造を有する磁石を得ることができる。例
えば、第２図ａにおいて、ビレツトＡがMn−Al
−Ｃ系磁石用合金からなり、ビレツトＢが円柱軸
方向に磁化容易方向を有する一軸異方性磁石から
なるとすると、圧縮加工後、Ａは径異方性磁石に
なり、Ｂは前述した面異方性磁石になる。

前述した様な圧縮加工の可能な温度範囲につい
ては、530〜830℃の温度領域について行えたが、
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。

次に本発明の更の具体的な実施例について説明
する。

実施例 １ 配合組成で69.4％のMn、29.3％のAl、0.4％の
Ｃ、0.7％のNi、0.1％のTi及び0.1％のＰを溶解
鋳造し、外径30cm、内径24mm、長さ20mmの円筒ビ
レツト（ビレツトＡ）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分間保持した後、室温まで放冷する熱
処理を行つた。以上の工程を経てMn−Al−Ｃ系
磁石用合金となる。

次に黄銅の棒材を切断・切削加工して、外径24
mm、内径20mm、長さ20mmの円筒ビレツト（ビレツ
トＢ）を作製した。

ビレツトＡの中空部分にビレツトＢを入れて、
第２図ｃに示したような金型を用いて第２図ｃの
状態にセツトして、潤滑剤を介して680℃の温度
で圧縮加工を行つた。なお、外型６の内径は30mm
であり、加工後のビレツトの長さは10mmであつ
た。

加工後のビレツトの外周部（加工前、ビレツト
Ａにあたる部分）から各辺が径方向、弦方向及び
軸方向に沿うようにして、一辺が約４mmの立方体
試料を切り出し、磁気特性を測定した。

磁気特性は径方向ではBr＝5.2kG、Hc＝
2.9kOe、（BH）max＝4.8MG・Oe、弦方向では
Br＝3.1kG、Hc＝2.1kOe、（BH）max＝
1.7MG・Oe、軸方向ではBr＝3.4kG、Hc＝
2.3kOe、（BH）max＝2.1MG・Oeであつた。径
方向に磁化容易方向を有する磁石であつた。

加工後のビレツトは内周部が黄銅であるため、
穴あけ加工がしやすく、しかも加工精度が非常に
だしやすいものであつた。

実施例 ２ 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、外径
30mm、内径24mm、長さ20mmの円筒ビレツト（ビレ
ツトＡ）を外径11mm、内径５mm、長さ20mmの円筒
ビレツト（ビレツトＢ）を作製した。これらのビ
レツトを1100℃で２時間保持した後、600℃まで
風冷し、600℃で30分間保持した後、室温まで放
冷する熱処理を行つた。

次にビレツトＢの中空部分に黄銅（直径５mm、
長さ20mm）を挿入した後、ビレツトＡの中空部分
にビレツトＢを入れて、実施例１と同じ金型を用
いて第２図ｂに示した状態にセツトして、潤滑剤
を680℃の温度で圧縮加工を行つた。圧縮加工は
外型６、ポンチ４，５とビレツト１，２，３で形
成される空間の部分がほぼなくなるまでおこなつ
た。

加工後のビレツトを外径23mmに切削加工した
後、12極の外周着磁を施した。着磁は2000μFの
オイルコンデンサーを用いて、2000Vでパルス着
磁した。外周の表面磁束密度をホール素子で測定
したところ3.0kGであつた。加工後の磁石は、こ
のようにきわめて高性能な外周着磁に適する磁石
である。

実施例 ３ 実施例２と同じ配合組成のものを溶解鋳造し、
外径30mm、内径25mm、長さ20mmの円筒ビレツト
（ビレツトＡ）を作製した。このビレツトに実施
例２と同じ条件の熱処理を施した。

次に配合組成で72％のMn、27％のAl、及び１
％のＣを溶解鋳造し、外径25mm、内径22mm、長さ
20mmの円筒ビレツト（ビレツトＢ）を作製した。
このビレツトを1150℃で２時間保持した後、1150
℃から700℃の間を平均20℃／分の冷却速度で冷
却し、700℃で30分間保持した後、室温まで放冷
する熱処理を行つた。。

ビレツトＡの中空部分にビレツトＢを入れて、
実施例１と同じ金型を用いて第２図ｃに示した状
態にセツトして、潤滑剤を介して680℃の温度で
圧縮加工を行つた。加工はビレツトの長さ10mmに
なるまで行つた。

加工後のビレツトを外径22mmに切削加工して、
実施例２と同様に外周に８極の着磁を施した後、
外周の表面磁束密度を測定した。表面磁束密度は
2.8kGであつた。

実施例 ４ 純鉄を用いて、外径22mm、内径18mm、長さ20mm
の円筒ビレツト（ビレツトＢ）を作製した。

実施例３のビレツトＡと同じものをビレツトＡ
として、ビレツトＡの中空部分にビレツトＢを入
れて、実施例１と同じ金型を用いて第２図ｄいに
示した状態にセツトして、潤滑剤を介して680℃
の温度で圧縮加工を行つた。

加工後のビレツト（長さは10mm）を外径24mmに
切削加工して、実施例２と同様に外周に18極の着
磁を施した後、外周の表面磁束密度を測定した。
表面磁束密度は3.1kGであつた。

以上の実施例は第２図に示した代表的な具体例
であるが、ビレツトＡ（第２図において１）とビ
レツトＢ（第２図において２または２と３）の長
さは必ずしも同じである必要はない。例えば一方
のビレツトが加工前・後で長さがわずかに変化す
る場合でもよい。また、ビレツトＡの外側にも金
属材料からなるビレツトが存在してもよい。さら
に、ビレツト全体を圧縮加工するのではなく、ビ
レツトの一部分を変形させない方法でもよい。ま
た場合によつてはビレツトＡ（又はビレツトＢ）
が二つ以上に分かれたものからなつていてもよ
い。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、多極着磁にお
いて優れた磁気特性を示す磁石を得ることができ
る。また、本発明の方法では、例えば円筒体状に
切削加工する場合には、磁石の中心部に切削性の
よい材料からなるようにすれば、穴あけ加工がし
やすく、しかも精度をたしやすくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１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２図は本発明の圧縮加工前の状態のいくつ
かの例を示す金型の一部の断面図、第３図及び第
４図は本発明の圧縮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Ａ、２，３……ビレツトＢ、
４，５……ポンチ、６……外型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マンガン−アルミニウム−炭素系磁石用合金
   からなる中空体状のビレツトの中空部分に前記磁
   石用合金とは材料が異なる金属材料からなるビレ
   ツトを挿入し、この二つのビレツトを530〜830℃
   の温度で前記中空体状のビレツトの軸方向に前記
   二つのビレツトが互いに接するまでまたはそれ以
   上圧縮加工して一体化す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 金属材料からなるビレツトが、少なくとも外
   周部が磁性体からなつてい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 圧縮加工が、中空体状の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
   自由にした状態で行う加工である特許請求の範囲
   第１項または第２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 圧縮加工が、中空体状のビレツトの外周およ
   び内周の少なくとも一部分を自由にした状態で行
   つた後、さらに前記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
   た状態で行う加工である特許請求の範囲第１項ま
   たは第２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。 ５ 中空体状が円筒状であり、さらに金属材料か
   らなるビレツトが円柱状である特許請求の範囲第
   １項または第２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 中空体状が円筒状であり、さらに金属材料か
   らなるビレツトが円筒状である特許請求の範囲第
   １項または第２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。