JPS63233507A - 電磁クラツチ用磁性粉体 - 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］ 本発明は磁性粉体を磁化したときに各磁性粉体粒子間に
働く磁気的結合力を利用して回転力を伝達させる、いわ
ゆる電磁クラッチに使用される磁性粉体に関し、殊に耐
酸化性に優れ且つ飽和磁化密度の高い電磁クラッチ用磁
性粉体に関するものである。

［従来の技術］ 電磁クラッチ用磁性粉体には数々の特性が求められてい
るが、なかでも透磁率や飽和磁束密度等の磁気的特性及
び耐酸化性や耐摩耗性等の機械的性質が重要とされてい
る。この特性を満足する電磁クラッチ用磁性粉体として
はＦｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粉体（特公昭３８−２３５５
８）やＦｅ−Ｃｒ系ステンレススティール粉体等が知ら
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに電磁クラッチの小型化要求は近年益々強まる傾
向にあり、磁性粉体の使用量も少なくなる傾向にある。

その為飽和磁束密度のより高い磁性粉体、すなわち同−
電流下においてより高いトルクを得ることのできる磁性
粉体が求められている。

又電磁クラッチの小型化に伴なって使用条件も厳しくな
っており、耐酸化性や耐摩耗性に対する要求も高くなっ
ている。即ち電磁クラッチの使用中に磁性粉体が酸化あ
るいは摩耗によって微粉化すると、粉体粒子間の結合力
が低下してトルクが低下する。このため長期に亘って安
定したトルク特性を得る上では、耐酸化性及び耐摩耗性
に優れ微粉の発生が少ない磁性粉体を使用することが必
要となる。

さらに使用環境温度に関しても従来前えられなかった高
温即ち５００℃付近まで上昇する事態が出現している。

しかるに従来の磁性粉体は一般に２００℃程度までの温
度下における使用を前提に粉体組成が考えられており、
５００℃付近の高温下における使用では酸化が著しく進
行し、大量の微粉が発生してわずかの期間すら使用に耐
えることができない。

本発明はこうした事情に着目しなされたものであフて、
高温での耐酸化性及び耐摩耗性に優れ、且つ充分な飽和
磁束密度を確保することができる様な電磁クラッチ用磁
性粉体を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成した本発明に係る電磁クラッチ用磁性粉
体は、まず第１発明においてはＡｌ二０．５〜６％（重
量％の意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．５〜６％、Ｃｒ：
４〜２０％、ＣＯ：５〜５０％を含み、残部がＦｅ及び
不可避不純物からなる点に要旨が存在し、更に第２発明
においては上記組成に対して更にＲＥ　Ｍ　：　０．１
−１．５％、Ｔｉ：０．５〜２％、　Ｚ　ｒ　：　０．
１〜１．５％、Ｒｕ：０．１〜２％よりなる群から選択
される１種以上の金属を含有させた点に要旨が存在する
。

［作用］ 以下本発明に係る電磁クラッチ用磁性粉体の構成成分を
限定した理由について順を追って説明する。

Ａ　１　：　０．５〜６％ Ａ１は硬度の増大に寄与するとともに、Ｃｒとともに耐
酸化性を上昇させる重要な元素である。

Ａ　１　：　０．５重量％の添加で硬度及び耐酸化性は
大きく改善されるが、６重量％を超えて添加しても効果
が飽和してしまうとともに、粉体が脆くなり割れの発生
が認められる。

Ｓ　ｉ　：　０．５〜６％ Ｓｔは、ＡＩと同様に硬度を増大させ、耐摩耗性の向上
に著しい効果がある。Ｓｉは０．５重量％の添加で粉体
の硬度は大きく上昇する。添加量を増していくと硬度は
徐々に上昇するが、６重量％を超えた添加では粉体が脆
くなり使用中に粉体の割れが認められるようになり好ま
しくない。

Ｃｒ：４〜２０％ Ｃｒは高温耐酸化性の改善に最も有効な元素であり、特
にＣｏの複合添加によりその効果は一層著しくなる。高
温耐酸化性改善の為には４％以上、より好ましくは８％
以上添加する必要があるが、２０％を超えての添加は飽
和磁束密度の低下を招き、トルク特性に悪影響を及ぼす
ので避けなければならない。

ＣＯ：５〜５０％ 電磁クラッチのトルク特性は磁性粉体の飽和磁束密度に
依存し、磁性粉体の飽和磁束密度は基本的にはＦｅの含
有率にほぼ比例する。即ちＦｅ以外の元素（ＡＩ、Ｓｉ
、Ｃｒ等）の含有量が多くなるに従って粉体の飽和磁束
密度は低下する。しかるにＣＯは唯一例外的な元素であ
って、その添加によりＦｅおよびＦｅ基合金の飽和磁束
密度を上昇させることができる。５％未満の添加では飽
和磁束密度はＣＯを添加しない場合と同等若しくは却っ
て低下し、電磁クラッチのトルク特性を改善することが
できない、５％以上のＣｏ添加によりトルク特性は向上
し、約３０％の含有で最高値に達するが、それ以上添加
してもＣＯ使用量が増加するだけでトルク特性は最高値
より徐々に低下し、５０％を超えるとＣＯ無添加の場合
のトルク特性値を下回る。従って飽和磁束密度を改善す
る為には５〜５０％、より好ましくは５〜３５％のＣｏ
を添加する必要がある。

尚トルク特性と耐久性のバランスを考慮するとＣｏ及び
Ｃｒについてはｃｏ＝５〜３５％、Ｃｒ：８〜２０％の
範囲に制限することが望まれる。

第１発明の磁性粉体は上記の通り構成されるが、高温に
おける耐酸化性をさらに向上させる為には上記元素に加
えて、ＲＥＭ：０．１〜１．５％、Ｔ　ｉ　：　０．５
〜２％、Ｚ　ｒ　：　０．１〜１．５％及びＲｕ：０．
１〜２％からなる群から選択される少なくとも１種の元
素を添加すればよい。

ＲＥＭとしては、たとえば、ミツシュメタル、Ｙ、Ｃｅ
等を用いればよい。ＲＥＭは微量の添加によって耐酸化
性を著しく改善させる有用な元素である。この効果はＣ
ｒを多量に含む場合に特に大きく、本組成の場合、０．
１％以上の添加で耐酸化性の大幅な向上が認められる。

また１、５％を超えて添加しても効果が飽和してしまい
経済上無駄となる。

また、Ｔｉの場合は、０．５％以上、Ｚｒの場合は０．
１％以上、Ｒｕの場合は０．１％以上の添加により高温
における耐酸化性が著しく向上する。しかしＴＬの場合
は、２％を超えて、Ｚｒの場合は１．５％を超えて、Ｒ
ｕの場合は１．５％を超えて添加しても効果が飽和する
。

［実施例］ ＡＩ、Ｓｉ、　Ｃｒ、Ｃｏはいずれも耐酸化性を向上さ
せる効果がある。また粉体の磁気特性はＡＩ、ＳＬ、Ｃ
ｒ、Ｃｏの組み合わせにより複雑に変化する。そこで、
第１表に示す各種成分のアトマイズ粉末を作成し、実際
に電磁クラッチに組み込んでトルク特性を測定すると共
に、ボールミルを用い、５００℃にて長時間加熱を行な
い、耐酸化性試験を実施した。

製作した粉体の特性値及び試験結果を第１表に合せて示
す。

耐酸化性の評価はＸ線回折により行ない、酸化物のＸ線
回折ピークの強度とマトリックスである鉄のＸ線回折ピ
ークの強度の比を測定した。この値が小さいほど酸化の
程度は低い。

また耐摩耗性に大きな影響を及ぼす硬度の測定を行ない
、総合的に電磁クラッチ用磁性粉体としての適否を検討
した。

トルク測定に関しては、一定量の磁性粉体を組み込んだ
状態で定格電流を流したときに定格トルク以上のトルク
が得られることが要求される。この値が大きいほどトル
ク効率は高くなり、より少ない量の磁性粉体で、あるい
はより少ない電流で一定量のトルクを伝達することが可
能となる。

硬度に関しては、耐摩耗性の見地から、その値が高いほ
ど好ましい。最低でもＨｖ１８０程度以上が要求される
。

第１表中、Ａ１〜Ａ７およびＢ１〜ＢＳは第１発明の実
施例を示し、０１〜０４．Ｄｉ〜Ｄ４およびＥ１〜Ｅ６
は第２発明の実施例である。一方Ｆ１〜Ｆ９は比較例、
Ｇ１およびＧ２は従来例であってＧ１はＦｅ−Ａｌ−Ｃ
ｒ系合金、Ｇ２は１２Ｃｒ系ステンレス鋼である。尚定
格トルクは従来の電磁クラッチ用磁性粉体（Ａｌ：８．
３％、Ｃｒ　：　５．０％、Ｆｅ及び不可避不純物：残
部）を使用し、定格電流を流したときのトルク値を意味
する。

第１表に示す様にＡ１〜Ａ７．Ｂｌ〜Ｂ５゜Ｃ１〜Ｃ４
，Ｄｉ〜Ｄ４．Ｅｌ〜Ｅ６の各実施例においては従来例
（Ｇｌ、０２等）に比べて優れたトルク特性、硬度、耐
酸化性を得ることができた。

これに対し、Ｆｌ、Ｆ２はＣＯ量が過多である為に飽和
磁束密度が低下しトルク特性が低下した。Ｆ３はＣＯ量
が不足する為同じくトルク特性が低下した。Ｆ４はＡ１
およびＳＬが過多である為に硬度は高いが脆くなり、微
粉化し易くなってトルク特性は低値を示した。Ｆ５はＣ
ｒが過多である為に飽和磁束密度が低下し、トルク特性
は悪化した。Ｆ６．Ｆ７はＣｒが不足する為耐酸化性が
悪化した。Ｆ８はＳｔが不足する為又Ｆ９はＡ１が不足
する為共に硬度が低下した。　′次にＡ３のガスアトマ
イズ球状磁性粉体を例にとり使用前の粒子構造を調べる
と第１図の通りであった。

ガスアトマイズ法による球状粉には、第１図にも見られ
るごとく、いくつかの球状粉同士が冷却過程で凝着した
粉体すなわち、球状粉同士がくっついた一種の不定形粉
の存在が避けられない。しかしながら、これらの不定形
粉の存在は、電磁クラッチの特性をなんら損なうことは
なく、実用上全く問題とはならなかフた。

また、ガスアトマイズ法による球状粉の場合、流動性及
び占積率に優れるため、電磁クラッチの応答性及びトル
クの安定性が向上すると共に、粉体間の接点が多く伝達
トルクが適宜分散され過大な摩擦力の発生を回避するた
め、粉体自身の耐酸化性、耐摩耗性と相まって良好な耐
久性を示すものと考えられる。

次に０４およびＤ４の磁性粉体について電流−トルク特
性を測定したところ第２図および第３図に示す結果が得
られた。第２図及び第３図中には比較のため従来より使
用されているＧ１の結果を合せて示した。

この試験を行なった電磁クラッチは、定格電流１．５Ａ
にて定格トルク１０ｋｇ−ｍのものであり、Ｇ１粉体は
定格電流にて１０．３ｋｇ−ｍのトルクを示した。これ
に対し、Ｃ４及びＤ４粉体は定格電流にて１６．３ｋｇ
−ｍのトルクを示すほか、全電流範囲にわたってＧ１粉
体に比較して高いトルクを示した。

次にＡ２．Ａフ、Ｂ４．Ｂ５．Ｃ４，Ｄ４゜Ｅｌ、Ｅ２
．Ｅ６．（実施例）及、びＧｌ、Ｇ２（従来例）の各磁
性粉体について５００℃下、１０００時間の高温耐久試
験を行ない、トルクの低下率を調べたところ第２表に示
す結果が得られた。

第　　　２　　　表 Ｇｌ、Ｇ２は高温下では殆んど使いものにならないほど
トルクの低下が著しいが、上記実施例粉体はいずれもト
ルクの低下率が低く、充分に使用に耐えるものであった
。

次にＡ１〜Ａ７およびＦ１〜Ｆ３の各磁性粉体について
Ｃｏ含有量とトルク特性の関係を整理してみたところ第
４図に示す結果が得られた。

第４図からＣｏ含有量が５％未満及び５０％超のときは
トルク特性は改善されないが、５〜５０％の間ではＣｏ
５加によるトルク特性改善効果が認められ、特に約３０
％のときに最高値を示すことが確認された。

［発明の効果］ 本発明によれば、飽和磁束密度、耐高温酸化性および耐
摩耗性に優れた磁性粉体を提供することができる。特に
第２発明に係る磁性粉体は耐高温酸化性がさらに優れた
ものである。

かくして小型で且つ高温条件下で使用される電磁クラッ
チに対して適用することができる電磁クラッチ用磁性粉
体を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスアトマイズ法による球状粉の構造を示す
図面代用顕微鏡写真、第２及び第３図は電流トルク特性
の関係を示すグラフ、第４図はＣｏ含有量とトルク特性
の関係を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ：０．５〜６％（重量％の意味、以下同じ）
   、Ｓｉ：０．５〜６％、Ｃｒ：４〜２０％、Ｃｏ：５〜
   ５０％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるこ
   とを特徴とする電磁クラッチ用磁性粉体。
2. （２）Ａｌ：０．５〜６％、Ｓｉ：０．５〜６％、Ｃｒ
   ：４〜２０％、Ｃｏ：５〜５０％を含み、且つＲＥＭ：
   ０．１〜１．５％、Ｔｉ：０．５〜２％、Ｚｒ：０．１
   〜１．５％及びＲｕ：０．１〜２％よりなる群から選択
   される少なくとも１種の金属を含み、残部がＦｅ及び不
   可避不純物からなることを特徴とする電磁クラッチ用磁
   性粉体。