JPS5972701A - マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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−アルミニウムー炭素（Ｍ
ｎ−ＡＮ−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−Ａ１１−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　−Ａ　１ｌ−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）の組織
で構成され、Ｃを必須構成元素として含むものであシ、
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　−Ａ　Ｑ　−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−ＡＱ−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Ｍ
　ｎ　−Ａβ−Ｃ系合金磁石に異方６／、−ジ 仕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
着磁としては、第１図および第２図に示すような着磁が
ある。第１図は、円筒磁石の外周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図は内周に多極着磁した場合
のものである。

６・、−ジ 第１図に示した着磁を本明細書では外周着磁と称し、第
２図のものを内周着磁と称する。

第２図に示した様に、内周着磁では、磁路は磁石の内周
部ではほぼ径方向に沿い、外周部ではほぼ弦方向に沿っ
ており、前述した面異方性構造が必ずしも適切ではない
といえる。

前述したように、多極着磁用磁石の形状は一般には円筒
体、すなわち中空体である。前述した圧縮加工による方
法および複合加工法で得られる磁石は中実体（例えば円
柱体）であり、磁石の製造工程としてはこのあと穴あけ
加工が必要である。

さらに、前述した圧縮加工による方法および複合加工法
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ＤＯと長さＬｏの比Ｌ０／Ｄ
０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りと長さＬ
の比Ｌ／Ｄをあ捷り大きくできないという制約が生じる
。従って、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った。例７
１゛−ン えば、前述した様にＭｎ−Ａｆｌ−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使用
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った為、Ｍｎ　−ＡＱ−Ｃ
系合金磁石を円筒に加工して重ね合わせて用いる必要が
あった。

発明の目的 本発明は、前述した様に塑性加工後の磁石の穴あけ加工
の簡略化を可能にし、自由圧縮加工工程を有する方法よ
シ長さの長い磁石を得ることができ、面異方性構造以外
の構造を有する高性能な多極着磁用Ｍｎ　−Ａ　Ｑ−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、あらかじめ異方性化した多結晶Ｍｎ−ＡＱ−
Ｃ系合金磁石からなる中実体状、例えば円柱体のビレッ
トに、５３０〜８３０℃の温度で、ベアリング部、すな
わち押出加工後のビレットを収容する部分の空洞部分の
断面形状が中空であり、コンテナ部、すなわち押出加工
前のビレ、ントを収容する部分、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、中実体の軸
方向と押出方向を平行にして押出加工を施し、しかも前
記の押出加工によって前記のビレットの押出方向に圧縮
ひずみを与えることを特徴とする。また、さらに前述し
た押出加工を施したビレットの一部分に押出方向に平行
な方向に圧縮加工を施すことを特徴とする。

ベアリング部の空洞部分の断面形状が中空であるため、
中実体状のビレットが押出加工後中空体状のビレットに
なる。

本発明は、自由圧縮工程によらず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
出加工によって、多極着磁に適した異方性構造へ磁石の
構造を変化させる。

また、さらに押出加工を施したビレットの一部分に押出
方向に平行な方向に圧縮加工を施すことによって、外周
または内周着磁により適した異方性構造に変化させる。

９／、−ジ 実施例の説明 公知のＭ　ｎ　−Ａ　１２−　Ｃ系磁石用合金、例えば
６８〜７３重量係（以下単に係で示す）のＭｎと（にＭ
ｎ−６，６）　−（’ｙ；　Ｍｎ−２２、２）％のＣと
残部ＡＱ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って異方性化した
多結晶Ｍｎ　−Ａ４−Ｃ系合金機ｋを得ることができる
。前記磁石の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−Ａｎ−Ｃ系合金磁石か
らなる中実体状のビレットを、ベアリング部の空洞部分
の断面形状が中空であり、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、中実体
の軸方向と押出方向を平行にして押出加工することによ
り、前記のビレットの押出方向に圧縮ひずみを与えるこ
とによって、外周もしくは内周着磁などの多極着磁にお
いて高い磁気特性を有する磁石を得ることができる。

１ｏ／、−ジ ここで、コンテナ部とは、押出加工を施す前のビレット
を収容する部分をいい、ベアリング部トは押出加工を施
したビレッ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、ダイスをコンテナ部を通り押出方向に垂
直に切断した時のコンテナ部の空洞部分の断面積であり
、ベアリング部の開口面積とはダイスをベアリング部を
通り押出方向に垂直に切断した時のベアリング部の空洞
部分の断面積である。さらに、ベアリング部の空洞部分
の断面形状とは、前記のベアリング部の開口面積を求め
るもとになる形状である。換言すれば、ベアリング部の
開口面積とはベアリング部の空洞部分の断面形状である
。ベアリング部の空洞部分が中空であるということは、
押出方向にベアリング部は適当な長さを有するためベア
リング部の空洞部分は中空体であるということである。

前述した様に、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、ビレットの押出方
向に圧縮ひずみを与えるためには、後述する様に、押出
加工時にはビレットを押出方１１　ページ 向に平行々二つの向きから加圧する必要がある。

例えば、ビレットを押出方向に平行な二つの向きから加
圧して、圧縮荷重が作用した状態でビレットをコンテナ
部からベアリング部に移動させることによって押出方向
に圧縮ひずみを与えることができる。

前記のビレ・ントが中実体の軸方向に磁化容易方向を有
する多結晶Ｍｎ　−Ａｆｌ−Ｃ系合金磁石（−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、押出加工前のビレット
は押出方向に異方性化したものであシ、多極着磁におい
て高い磁気特性を有する磁石の構造への変化に最低０．
０５の圧縮ひずみが必要であるためである。

前記のビレットが中実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　−Ａ　ｌ　−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
のビレットは、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、
前記の押出加工を施すことによって、多極着磁において
高い磁気特性を示す磁石を得ることができる。

前記の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た押出加工を施したビレットを
、さらにビレットの一部分に押出方向に平行な方向に圧
縮加工を施すことによって、圧縮加工を施した部分は径
方向の磁気特性が向上する。

前述した塑性加工の一例をビレットの形状を円柱として
説明する。第１の方法は、円柱ビレットを円柱の軸方向
と押出方向を平行として、ベアリング部の空洞部分の断
面形状が中空であり、コンテナ部分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押出加工し
、押出方向に圧縮ひずみを与える方法である。

第３図にダイスの一部分の断面図を示す。第３図（ａ）
は押出加工前の状態を示し、第３図（ｂ）は押出加工後
の状態を示した。１はビレットである。２゜３はダイス
構成部材で、押出加工中は相対的に移１３ページ 動し々い構造であり、しかも固定されている。４゜５は
ポンチで、それぞれ油圧シリンダ等に取付けられている
。

６の部分がコンテナ部であり、押出加工前のビレットを
収容する部分である。７の部分がベアリング部で、押出
加工後のビレットを収容する部分である。コンテナ部の
開口面積とは６の空洞の断面積（押出方向に垂直）であ
シ、体）においてビレットの断面積とほぼ一致し、ベア
リング部の開口面積とは７の空洞の断面積（押出方向に
垂直）で（ｂｌにおいてビレットの断面積とほぼ一致す
る。

第３図では、コンテナ部もベアリング部も押出軸を中心
とする円形であるから、前述したことを言い換えると、
コンテナ部の開口面積とはコンテナ部の直径を直径とす
る円の面積であり、同様にベアリング部の開口面積とは
ベアリング部の外径と内径によるリング状の面積であり
、中空である。

例えば、コンテナ部の直径を２０　ｍｍ　、ベアリング
部の外径を３２耶、内径を１５ｍｍとすると、コンテナ
部の開口面積は約３１４−、ベアリング部の１４、−ッ 開口面積は約６２７−となる。捷た、ベアリング部の空
洞部分の断面形状は外径３２ｍｍ、内径１５ｍｍとする
リング状である。前記のベアリング部の空洞部分が中空
であるということは、言い換えると、第３図［有］）に
示す様にベアリング部にビレットを収容した状態で押出
方向に垂直に切断した時、中心にダイス（マンドレル）
２があシ、その外側にビレット１があり、さらにその外
側にダイス３がある。

押出方法を第４図を用いて説明する。第４図に示したダ
イス等の構造は、第３図のものと同じである。まず（ａ
）に示す様に、ベアリング部に円筒ビレ・ント１′を収
容する。ポンチ６を用いてビレットを加圧することによ
って（ｂ）に示す様になる。次に（ｃ）に示す様にコン
テナ部６にビレット１を収容し、ポンチ４と５でビレッ
トを加圧した状態で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ことにより、（ｄ）に示す状態にな
る。ベアリング部に収容されたビレット１′を取り出し
、新たにコンテナ部６にビレットを収容すると（Ｃ）に
示した状態１５、−ジ となる。以後この繰り返しによって押出加工を行う。

前記の（ａ）から中）は本発明の押出加工工程ではなく
、これはコンテナ部の開口面積がベアリング部の開口面
積より小さく、しかも第４図に示すダイスではコンテナ
部から開口面積が順次増加してベアリング部に至るコニ
カル部８を有するため、このコニカル部の空洞部分を主
としてビレットによって満たした状態にするための工程
である。

前述した様に、ポンチ４と５でビレットを加圧した状態
で、ビレットをコンテナ部からベアリング部へ向かう方
向に移動させることによって、ビレットは押出方向に圧
縮ひずみをうける。

第２の方法は、第１の方法で得たビレ・ント（前記の押
出加工を施したビレット）を、さらにビレットの一部分
に押出方向に平行な方向に圧縮加工する方法である。第
５図にその一例を示した。第５図は金型の断面図で、（
ａ）は加工前の状態を示し［有］）は加工後の状態を示
す。第５図において、ポンチ１０は油圧シリンダ等に取
付けられていて、下型１２は定盤等に固定されている。

１ずビレット９を下型１２の上にのせ拘束金型１１でビ
レット９を覆うように（（ａ）に示す様に）セットする
。ポンチ１ｏを拘束型１１内に入れ、さらにビレット９
に接近させた状態が（ａ）である。加工はポンチ０によ
ってビレット９の内周部のみを加圧することによって、
（ｂ）に示す状態となる。この場合１１と１２が相対的
に移動しないように１１を１２に固定しておく必要があ
る。なお、ビレット９は前記の押出加工を施したビレッ
トである。ビレッ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は外周部とする方法、例えば
前記の例の加工する部分としない部分を逆にするなどが
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。

前述した様々塑性加工の可能な温度範囲については、５
３０〜８３０℃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がなり低下した。より車重
しい温度範囲としては５６０〜７６０℃であった。

７６−２ 次に本発明の更に具体的な実施例について説明する。

配合組成で６９．６％のＭｎ、２９．３％の八２．０．
５係のＣ１及び０．７％のＮｉを溶解鋳造し、直径ｅｏ
ｍｍ、長さ６０ｍｍの円柱ビレットを作成した。このビ
レ・ントを１０００℃で２時間保持した後、室温まで放
冷する熱処理を行った。次に潤滑剤を介して７２０℃の
温度で直径３５ｍｍまでの押出加工を行った。

さらに潤滑剤を介して６８０℃の温度で直径２１ｍｍ＋
″ｉｉでの押出加工を行った。

との押出棒を長さ４０ｍｍに切断し、切削加工して直径
２０ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱ビレットを数個作製した
。次に潤滑剤を介して第３図に示したようなダイスを用
いて６８０℃の温度で押出加工を行った。押出方法は第
４図を用いて説明した前述の方法である。なお、ダイス
のコンテナ部の直径は２０ｍｍ、ベアリング部の外径は
３０Ｍ、内径は１０ｍｍであり、Ｘは２０ｍｍである。

押出途中のすなわち第３図において、コニカル部８０部
分に存在するビレットを４個作製し、それぞれのビレッ
１８ページ トを押出方向に直角に厚さ１　ｍｍに切断し、同一の圧
縮ひずみが与えられたものを重ね合わせ、試料を作製し
た。

この試料から一辺が約４ｍｍの立方体を切出し、磁気測
定を行った。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〔εＺ〕に対する
残留磁束密度（Ｂｒ）の値を第６図に示す。第６図に示
す様に８２が０．ｏ５で弦方向の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弦
方向のＢｒ　も増加する。この図かられかるように、軸
方向から弦方向への磁化容易方向の転換がεＺが０．０
６までの範囲で著しく進行する。

さらに所定の本発明の押出加工を施した加工後のビレッ
ト（外径３０　ｒｎｔｈｌ、内径１０ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍ　）を切削加工し、外径２８ｍｍ、内径１４ｍｍの円
筒磁石を作成し、第２図に示した様な内周多極着磁を施
した。なお極数は４極で、着磁は２０００μＦのオイル
コンデンザーを用い、１６ｏｏｖ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１９、−ウ 測定した。

比較のために前記の２１　ｍｍの押出棒を長さ２０ｍｍ
に切断し、切削加工して直径２０．５ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍの円柱ビレットを作製した。これを潤滑剤を介して６
５０℃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・７）の長さを１０ｍｍとした。加工後の
ビレットは、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
倍であった。

次に、前記と同様の条件で作製した面異方性磁石を直径
２０ｍｍに切削加工し、前記と同様の条件で押出加工し
た。押出加工後のビレットを４個用い、切削加工して外
径２８ｍｍ、内径１４ｍｍ、長さ２０　ｍｍの円筒磁石
を作製し、前記と同様に着磁、測定したところ、先はど
得た本発明の方法による磁石と特性に大きな差はなかっ
た。

次に、前記の本発明の押出加工を施したビレット（本発
明の押出加工前は、軸方向に異方性化した磁石のもの。

ビレットの寸法は、外径３０ｍｍ。

内径１０ｍｍ、長さ２０　ｍｍ　）を切削加工して、外
径２９ｍｍ、内径１１ｍｍ、長さ１ｏ、、１ｍの円筒ビ
レットを作製し、このビレットをさらに第５図に示した
様な状態で円筒の軸方向に６８０℃の温度で内周部のみ
圧縮加工した。なお第５図に示したポンチ１０の直径は
１８ｍｍであり、ビレットの中心とポンチの中心をほぼ
一致させて圧縮加工した。加工後のビレットの内周部の
長さは８ｍｍであった。このビレットを切削加工して外
径２８ｍｍ、内径１４ｍｍの円筒磁石を作製した。前記
と同様に着磁後の表面磁束密度を測定した。

前記の面異方性磁石の値と比較すると、局部的に圧縮加
工し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倍であった。

発明の効果 以上のように１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。捷た、本発
明の方法では、複合加工法等にょ２１　ベージ る場合と比較して、塑性加工後の穴あけ加工の簡略化を
可能にし、しかも長さの長い磁石をも製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状磁石の外周部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
筒状磁石の内周部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図は本発明の押出
加工の一例を示す金型の一部の断面図、第４図は押出方
法を示す金型の一部の断面図、第６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図は実施例で
の圧縮ひずみ（ε２）に対する残留磁束密度（Ｂｒ　）
の変化を示す図である。 １．１′・・・・・・ビレット、４，５・・団・ポンチ
、６・・・コンテナ部、７・・・・・・ベアリング部、
８・・・・・・コニカル部、９・・川・ビレット、１ｏ
・・・・・・ポンチ、１１・・・・・・拘束金型、１２
・・・・・・下型。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図

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
   ルミニウムー炭素系合金磁石からなる中実体状のビレッ
   トに、５３０〜８３０℃の温度で、ベアリング部の空洞
   部分の断面形状が中空であり、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、中
   実体の軸方向と押出方向を平行にして押出加工を施し、
   しかも前記押出加工によって前記ビレットの押出方向に
   圧縮ひずみを与えることを特徴とするマンガン−アルミ
   ニウムー炭素系合金磁石の製造法。 （２１前記ビレットが、中実体の軸方向に磁化容易方向
   を有する多結晶マンガン−アルミニウムー炭素系合金磁
   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０．０６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２ベージ ラム−炭素系合金磁石の製造法。 （３）前記ビレットが、中実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、かつ前記平面の垂線の方向と前記特
   定の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−アルミニウムー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−アルミニウムー
   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ηシーアルミニ
   ウムー炭素系合金磁石からなる中実体状のビレットに、
   ５３０−８３０℃の温度で、ベアリング部の空洞部分の
   断面形状が中空であり、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、中空体の
   軸方向と押出方向を平行として押出加工を施し、しかも
   前記押出加工によって前記ビレットの押出方向に圧縮ひ
   ずみを与えた後、さらに前記ビレットの一部分に前記押
   出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−アルミニウムー炭素系合金磁３ゆ−ジ 石の製造法。 【５）前記ビレットが、中実体の軸方向に磁化容易方向
   を有する多結晶マンガン−アルミニウムー炭素系合金磁
   石から々す、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−アルミニウムー炭素系合金磁石の製
   造法。 （６）前記ビレットが、中実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、かつ前記平面の垂線の方向と前記特
   定の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−アルミニウムー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−アルミニウムー
   炭素系合金磁石の製造法。