JPH0639669B2

JPH0639669B2 - マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法

Info

Publication number: JPH0639669B2
Application number: JP14876785A
Authority: JP
Inventors: 昭彦井端
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS6210252A

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係り、とくに多結晶マン
ガン−アルミニウム−炭素（Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ）系合金磁
石による多極着磁用Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石の製造法
に関する。

従来の技術Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系磁石合金は、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系磁石用
合金とＭｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石を総称するものであ
る。Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系磁石用合金は、６８〜７３重量％
（以下単に％で表わす）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元系及び少
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、Ｍ
ｎ−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、Ｌ１_０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み、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。

その製造法としては、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あり、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。

また、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石を用いた多極着磁用合
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、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を行なうもの（例えば特開昭５
６−１１９７６２号公報）、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系磁石合金
からなる中空体状のビレットの軸方向に圧縮ひずみを与
える各種の塑性加工によるもの（例えば特開昭５８−１
８２２０６号公報、特開昭５８−１８２２０７号公報、
特開昭５８−１８２２０８号公報）、及びＭｎ−Ａｌ−
Ｃ系磁石合金からなる中空体状のビレットと、金属材料
からなるビレットを同時に圧縮加工するもの（例えば特
開昭６０−５９７２０号公報、特開昭６０−５９７２１
号公報、特開昭６０−５９７２２号公報）が知られてい
る。

発明が解決しようとする問題点多極着磁用磁石の形状は一般に円筒体であり、主な着磁
としては、第６図に示したような着磁がある。第６図は
円筒磁石の内周面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示したもので、磁路は破線のように
なる。このような着磁をここでは内周着磁と称する。

前述したＭｎ−Ａｌ−Ｃ系磁石合金からなる中空体状の
ビレットの軸方向に、圧縮ひずみを与える各種の塑性加
工によって得られた磁石では、前記の内周着磁を施した
場合、局部的には磁路に沿った方向に異方性化している
が、全体をみた場合には望ましい方向に異方性化してい
ない。また、前述した公知の方法によれば、円筒磁石の
内周部は径方向に異方性化し、それより外周部では周方
向（弦方向、以下同じ）に異方性化したものが得られる
が、磁路が径方向から周方向に変化する途中では、その
方向に沿った異方性構造ではなく、さらに高温度での塑
性加工を２回以上行なう必要がある。

本発明は高い磁気特性を有する異方性磁石を得ることを
目的とするものである。

問題点を解決するための手段そしてこの目的を達成するために本発明は、マンガン−
アルミニウム−炭素系磁石合金からなる中空体状のビレ
ットに、５３０〜８３０℃の温度で、コンテナ部の空洞
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大きいダイスを用いて、ビ
レットの軸方向と押出方向を平行にして押出加工を施
し、この押出加工によって前記中空体状ビレットを、軸
方向と周方向に伸張させた後、さらに前記伸張後の中空
体状ビレットの軸方向に圧縮加工することによってこの
ビレットの内周面を凹凸状に成型するものである。

作用前述した方法によって、つまり圧縮加工によってビレッ
トの内周面を凹凸状に成型することにより、第６図に示
した内周着磁を施した場合の磁路に沿って異方性化させ
ることができ、高い磁気特性を示す異方性磁石を得るこ
とができる。

実施例本発明は、マンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金か
らなる中空体状のビレットに、５３０〜８３０℃の温度
で、コンテナ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大き
いダイスを用いて、ビレットの軸方向と押出方向を平行
にして押出加工を施し、この押出加工によって前記中空
体状ビレットを、軸方向と周方向に伸張させた後、さら
に前記伸張後の中空体状ビレットの軸方向に圧縮加工す
ることによってこのビレットの内周面を凹凸状に成型す
るものである。

前述した二つの塑性加工は必ずしも連続的な塑性加工で
ある必要はなく、複数回に分割して与えても良い。

以下に、本発明の押出加工の一例をビレットの形状を円
筒体状として第１図を用いて説明する。第１図（ａ）は
押出加工前の状態を示したダイスの一部分の断面を示
し、同様に第１図（ｂ）は押出加工後の状態を示す。１
は円筒体状のビレット、２はマンドレル、３はダイス、
４，５はポンチである。マンドレル２とダイス３によっ
て、ダイスが構成されている。第１図において、６はコ
ンテナ部で、押出加工前のビレット１を収容する部分で
ある。７はベアリング部で、押出加工後のビレット１を
収容する部分である。８はコニカル部である。またコン
テナ部６の開口面積とは、コンテナ部６の空洞の断面積
（押出方向に垂直）であり、第１図（ａ）においてビレ
ット１の断面積とほぼ一致し、ベアリング部７の開口面
積とは、ベアリング部７の空洞の断面積（押出方向に垂
直）であり、第１図（ｂ）においてビレット１の断面積
とほぼ一致する。

第１図では、コンテナ部６もベアリング部７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６の開口面積とは、コンテナ部６の外径
と内径によるリング状の面積である。コンテナ部６の空
洞部分の断面形状は、前記のリング状であり、中空であ
る。同様に、ベアリング部７の開口面積とは、ベアリン
グ部７の外径と内径によるリング状の面積である。例え
ば、コンテナ部６の外径を４０mm、内径を２０mmとし、
ベアリング部７の外径を５０mm、内径を４０mmとする
と、コンテナ部６の開口面積は約９４２mm²、ベアリン
グ部７の開口面積は約７０７mm²となる。また、コンテ
ナ部６の空洞部分の断面形状は、外径を４０mm、内径を
２０mmとするリング状である。前記のコンテナ部６の空
洞部分の断面形状が中空であるというのは、言い換える
と第１図（ａ）に示すようにコンテナ部６にビレット１
を収容した状態で押出方向に垂直に切断した時、中心部
にダイス構成部材（マンドレル２）があり、さらにその
外側にビレット１があり、さらその外側にダイス構成部
材（ダイス３）があるということになる。

押出加工方法の一例を第２図を用いて説明する。まず
（ａ）に示すように、コンテナ部６に円筒ビレット１′
を収容する。ポンチ４を用いてビレット１′を加圧する
ことによって第２図（ｂ）に示すようになる。次に第２
図（ｃ）に示すように新たに、コンテナ部６にビレット
１を収容し、前記と同様にポンチ４を用いてビレット１
を加圧することにより、第２図（ｄ）に示した状態にな
る。以後この繰り返しによって押出加工を行なう。

他の押出加工方法としては、第２図（ｃ）に示した状態
で、ポンチ４と５でビレット１を加圧しながらビレット
１をコンテナ部６からベアリング部７へ向かう方向に移
動させる（第２図において、ビレット１の状態は第２図
（ｃ）から第２図（ｄ）への変化）ことによって押出加
工を行なう方法などがある。

第２図（ａ）では、円筒ビレット１′をコンテナ部６に
挿入しやすくなるために、円筒ビレット１′の形状は適
当なクリアランスをもった形状にしているが、円筒ビレ
ット１′の断面（軸方向に垂直な面）およびコンテナ部
６の空洞部分の断面形状（押出方向に垂直な平面でダイ
スを切断した時の空洞部分の形状）は共にリング状であ
る。

次に、圧縮加工の一例をビレットの形状を円筒体として
第３図を用いて説明する。第３図（ａ）は圧縮加工前の
状態をビレットの軸方向から見た断面を示し、１は円筒
体状のビレット、４はポンチで、図に示すように断面は
所定の凹凸状であり、９は外型で、圧縮加工時にビレッ
ト１の外周面を拘束するための金型である。第３図
（ｂ）は圧縮加工後の状態を示す。第３図（ｂ）に示し
たように、円筒体状のビレット１は圧縮加工の進行に伴
なって内径が縮まり、内周面の一部がポンチ４の凸部と
接触するようになり、さらに圧縮加工を進行させること
により第３図（ｂ）に示したようにビレット１の内周面
がほぼポンチ４の外面形状になる。一方、外周面は外型
９により拘束状態にある。第３図（ｂ）に示した状態ま
で圧縮加工を行なう必要はなく、ビレット１の内周面の
一部がポンチ４と接触した後は、適宜の時点で圧縮加工
を終了してもよい。言い換えれば、ビレット１の内周面
に凹凸が形成されればよい。また、前述した例では圧縮
加工前すでにビレット１の外周面と、外型９の内面がほ
ぼ接触状態であったが、接触していなくてもよい。つま
り、ビレット１の外径が外型９の空洞部の径よりかなり
小さくてもよい。この場合は圧縮加工の進行につれて、
ビレット１の外径および内径は大きくなり、やがてビレ
ット１の外周面が外型９の内面に接触する。それ以降は
前述した変化と同じである。一方、ビレット１の圧縮加
工前の内径の最小はポンチ４の凸部に接する大きさであ
る。圧縮加工前にすでにビレット１と外型９が接触した
状態であれば、ビレット１の内周面の一部が、つまりポ
ンチ４の凸部と接触している部分が拘束された状態で圧
縮加工が施される。

このように、圧縮加工ではポンチ４の表面に凹凸が設け
てあることによって、ビレット１には圧縮加工後、内周
面に凹凸が形成される。ビレットの圧縮加工過程におい
て、最も早く内周面が拘束される部分（加工後のビレッ
トの内周面の凹部）は周方向に磁化容易方向を有する部
分となり、最後に内周面が拘束される部分又は最後まで
内周面が拘束されない部分（加工後のビレットの内周面
の凸部）は径方向に磁化容易方向を有する部分となる。
その中間の部分の磁化容易方向は周方向から径方向へ順
次変化している部分である。言い換えると、第３図にお
いてポンチ４の凸部によって形成されるビレット１の内
周面の凹部の曲面に沿った方向に磁化容易方向がビレッ
ト１の内周部から次第に連続的に変化する。そのため内
周着磁において何極着磁するかによって、この凹凸部の
数を決定すればよい。第３図では加工後のビレット１の
内周面の凸部が６つあるため、６極着磁に適した異方性
構造を有する磁石となり、加工後の凸部に当る部分が、
内周着磁における極の部分になる。

前記の一例で述べたように、本発明はビレット１の軸方
向に圧縮加工する際に、外面に凹凸のある金型等を用い
てビレットの内周面を凹凸状になるように成形圧縮加工
することによって、、内周着磁を施した場合に高い磁気
特性を示す異方性構造を有する磁石を得るものである。

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ないし８３０℃の温度領域において、加工が行な
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ないし
７６０℃であった。

次に本発明のさらに具体的な例について説明する。

具体例１配合組成で６９．５％のＭｎ、２９．３％のＡｌ、０．
５％のＣ及び０．７％のＮｉを溶解鋳造し、外径２５m
m、内径５mm，長さ２０mmの円筒ビレットを作製した。
このビレットを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なった。

次に潤滑剤を介して７２０℃の温度で、第１図に示した
ような押出加工を行なった。第１図においてダイスのコ
ンテナ部の外径は２５mm、内径は５mmであり、ベアリン
グ部の外径は３０mm、内径は２４mmであり、ｘは２０mm
である。押出加工後のビレットは外径３０mm、内径２４
mm、長さ３７mmであった。加工後のビレットを切断し、
長さを２０mmにした。このビレットを第４図および第５
図に示した外型９を用いて、潤滑剤を介して、６８０℃
の温度で圧縮加工を行なった。第４図は第３図と同様の
外型の断面図で、（外型９の内径）Ｄｋ＝３０mm、Ｘ_Ａ
＝８mm、（ポンチ４の凸部の半径）Ｒｓ＝２．５mm、ポ
ンチ４の径Ｄｐ＝１６mmであり、ポンチ４の凸部は８個
ある。第５図は第４図と直交する方向からの断面を示
す。４および５はポンチで、それらは凹凸部が嵌合する
表面を有し、図の上下方向に移動することができる。こ
のような金型を用いて、高さ１２mmまで圧縮加工を行な
った。

圧縮加工後のビレットを内径２０mmまで切削加工し、８
極の内周着磁を施した。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。内周
表面の表面磁束密度をホール素子で測定した。

比較のために、前述した配合組成と同じ配合組成のＭ
ｎ、Ａｌ、Ｃ及びＮｉを溶解鋳造し、直径５０mm、長さ
４０mmの円柱ビレットを作製した。このビレットを１１
００℃で２時間保持した後、室温まで放冷する熱処理を
行なった。次に潤滑剤を介して、７２０℃の温度で、直
径２４mmまでの公知の押出加工を行なった。この押出棒
を長さ２０mmに切断し、切削加工して直径２４mm、長さ
２０mmの円筒ビレットを作製した。このビレットを６８
０℃の温度で円柱の軸方向に自由圧縮加工した。加工後
のビレット（面異方性磁石）を前記と同様に切削加工
し、着磁し、表面磁束密度を測定した。

以上の両者の表面磁束密度の値を比較すると、本発明の
方法で得た磁石の値は、比較のために作製した磁石のそ
れの約１．７倍であった。

具体例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４０mm、内径３０mm、長さ２０mmの円筒ビレ
ットを作製した。このビレットを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なった。次に潤
滑剤を介して、７２０℃の温度で、第１図に示したよう
な押出加工を行なった。第１図においてダイスのコンテ
ナ部の外径は４０mm、内径は３０mmであり、ベアリング
部の外径は３０mm、内径は２４mmであり、ｘは２０mmで
ある。押出加工後のビレットは外径３０mm、内径２４m
m、長さ４３mmであった。加工後のビレットを切断し、
長さを２０mmにした。このビレットを用いて、具体例１
と同じ第４図および第５図に示した金型を用いて、潤滑
剤を介して６８０℃の温度で、高さ１２mmまで圧縮加工
を行なった。

比較のために、前述した配合組成と同じ配合組成のＭ
ｎ、Ａｌ、Ｃ、Ｎｉ及びＴｉを溶解鋳造し、直径５０m
m、長さ４０mmの円柱ビレットを作製した。このビレッ
トを１１００℃で２時間保持した後、室温まで放冷する
熱処理を行なった。次に潤滑剤を介して、７２０℃の温
度で、直径２４mmまでの公知の押出加工を行なった。こ
の押出棒を長さ２０mmに切断し、直径２４mm、長さ２０
mmの円柱ビレットを作製した。このビレットを用い、６
８０℃の温度で円柱の軸方向に自由圧縮加工を施した。
加工後のビレット（面異方性磁石）を前記と同様に切削
加工し、着磁し、表面磁束密度を測定した。

具体例３具体例１と同じ配合組成のＭｎ、Ａｌ、Ｃ及びＮｉを溶
解鋳造し、直径６０mm、長さ３０mmの円柱ビレットを作
製した。このビレットを１１００℃で２時間保持した
後、室温まで放冷する熱処理を行なった。

次に潤滑剤を介して、７２０℃の温度で、直径３１mmま
での公知の押出加工を行なった。押出棒を長さ２０mmに
切断し、切削加工して外径２５mm、内径５mm、長さ２０
mmの円筒ビレット（ビレットＸ）にした。また、押出棒
を長さ３５mmに切断し、切削加工して、直径３０mm、長
さ３５mmの円柱ビレット（ビレットＹ）にした。このビ
レットＹを用いて、潤滑剤を介して、６８０℃の温度
で、ビレットの軸方向に自由圧縮加工した。加工後のビ
レットの長さは２０mmであった。この加工後のビレット
（面異方性磁石）をビレットＸと同様に、切削加工して
外径２５mm、内径５mm、長さ２０mmの円筒ビレット（ビ
レットＹ）にした。次に具体例１と同じ押出加工および
圧縮加工を行なった。つまり、ビレットＸとビレットＹ
を用い、潤滑剤を介して、６８０℃の温度で、第１図に
示したようなダイスを用いて押出加工を行なった。第１
図において、ダイスのコンテナ部の外径は２５mm、内径
は５mmであり、ベアリング部の外径は３０mm、内径は２
４mmであり、ｘは２０mmである。加工後のビレットは外
径３０mm、内径２４mm、長さ３７mmであった。

押出加工後のビレットをそれぞれ切断し、外径３０mm、
内径２４mm、長さ２０mmにした。これらのビレットを用
いて、具体例１と同じ第４図および第５図に示した金型
を用いて、潤滑剤を介して、６８０℃の温度で圧縮加工
を行なった。このような金型を用いて、高さ１２mmまで
圧縮加工を行なった。

圧縮加工後のビレットを内径２０mmまで切削加工し、８
極の内周着磁を施した。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。内周
表面の表面磁束密度をホール素子で測定し、具体例１で
比較のために作製した磁石の表面磁束密度の値と比較し
た。

以上の表面磁束密度の値を比較すると、具体例３で得た
磁石の値は、ビレットＸおよびビレットＹでほとんど差
はなく、具体例１で比較のために作製した磁石のそれの
約１．８倍であった。

具体例１，２および３で得た本発明の方法による磁石
は、磁気トルク測定の結果、前述したように磁化容易方
向は凹部の表面に沿って径方向から周方向に連続的に変
化していることが確認された。

以上、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系磁石合金の組成については、Ｎ
ｉ添加の４元系とＮｉ，Ｔｉ添加の５元系のものについ
てのみ示したが、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系合金磁石の基本組成
である３元系あるいは前記以外の添加元素を含んだ公知
の多元系についても塑性加工後の磁石の磁気特性に若干
の差は認められたが、従来の技術による方法より前述し
たような磁気特性の向上が認められた。

発明の効果以上の説明から明らかなように本発明は、マンガン−ア
ルミニウム−炭素系磁石合金からなる中空体状のビレッ
トに、５３０〜８３０℃の温度で、コンテナ部の空洞部
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大きいダイスを用いて、ビレ
ットの軸方向と押出方向を平行にして押出加工を施し、
この押出加工によって前記中空体状ビレットを、軸方向
と周方向に伸張させた後、さらに前記伸張後の中空体状
ビレットの軸方向に圧縮加工することによってこのビレ
ットの内周面を凹凸状に成型するものであり、本発明の
方法による磁石を従来の方法による磁石と比較すると、
内周着磁を施した場合、従来の方法による磁石より優れ
た磁気特性を示し、さらに磁石の内周部が径方向に磁化
容易方向を有し、それよりも外周部で周方向に磁化容易
方向を有する構造を得るには従来の方法では少なくとも
２回以上の塑性加工を必要としたが、本発明の方法では
１回ですみ、一層望ましい異方性構造を有する磁石を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ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２図ａ〜ｄは本発明の押出方法の一例を
示す金型の一部の断面図、第３図ａ，ｂ、第４図及び第
５図は本発明の実施例に用いる金型の断面図、第６図は
円筒状磁石における内周多極着磁による磁路を模式的に
示す図である。１，１′……ビレット、２……マンドレル、３……ダイ
ス、４，５……ポンチ、６……コンテナ部、７……ベア
リング部、９……外型。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マンガン−アルミニウム−炭素系磁石合金
からなる中空体状のビレットに、５３０〜８３０℃の温
度で、コンテナ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大
きいダイスを用いて、ビレットの軸方向と押出方向を平
行にして押出加工を施し、この押出加工によって前記中
空体状ビレットを、軸方向と周方向に伸張させた後、さ
らに前記伸張後の中空体状ビレットの軸方向に圧縮加工
することによってこのビレットの内周面を凹凸状に成型
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。
【請求項２】圧縮加工をビレットの外周を拘束した状態
で行なうことを特徴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。
【請求項３】圧縮加工をビレットの外周面の少なくとも
一部分を自由にした状態で行った後、さらにビレットの
外周を拘束した状態で行なうことを特徴とする特許請求
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。
【請求項４】圧縮加工をビレットの内周面の一部分を拘
束した状態で行なうことを特徴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。