JPH0639671B2 - マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法 - Google Patents

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、この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５６−１１９７６２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
−１８２２０６号公報、特開昭５８−１８２２０７号公
報、特開昭５８−１８２２０８号公報）、及びＭｎ−Ａ
ｌ−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６０−５９７
２１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７図に示したような着磁がある。第４図は
円筒磁石の外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、このような着磁をこ
こでは外周着磁と称する。

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、前記の外周着磁を施した
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
外周部は径方向に異方性化し、内周部では周方向（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回以上行う必要がある。

本発明は高い磁気特性に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ビレ
ットの軸方向に圧縮加工をすることによってビレットの
外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
トの外周面を凹凸状に成型することにより、第７図に示
した外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
に前記伸張後のビレットの軸方向に圧縮加工をすること
によってビレットの外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に示す様にコンテナ部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。まず第
２図ａに示す様に、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に示す様になる。次に第２図ｃに示
す様に新たに、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、ビレット１を圧縮加工成形
する時にビレット１が中心部に広がるのを防止し、９は
外型で、成形のための金型である。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共なって径が大きくな
り、外周面の一部が外型９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の外周面がほぼ外型９の内面に接触し、
一方、内周面はポンチ４の表面に接触する。第３図ｂに
示した状態まで圧縮加工を行う必要はなく、ビレット１
の外周面の一部が外型９の内面と接触した後は、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の外周面に凹凸が形成されればよい。

この場合のビレット１の圧縮加工前の外径の最大は外型
９の内面の凸部に接する大きさである。この場合は、圧
縮加工前にすでにビレット１の外周面の一部が外型９の
内面によって拘束された状態で圧縮加工が施される。こ
の場合の一例を第４図に示す。第４図は第３図と同様な
断面である。第４図に示した例ではビレット１の内周面
も圧縮加工前、すでにポンチ４と接触状態にある。

このように、外型９の内面に凹凸が存在することによっ
てビレット１は圧縮加工後、外周面に凹凸が形成され
る。圧縮加工過程において、最も早く外周面が拘束され
る部分（加工後のビレットの外周面の凹部）は周方向に
磁化容易方向を有する部分となり、最後に外周面が拘束
される部分又は最後まで外周面が拘束されない部分（加
工後のビレットの外周面の凸部）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図において外型９の内面の凸部によっ
て形成されるビレット１の外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の外周部から次第に連
続的に変化する。そのため外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の外周面の凸部が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、外周着磁における極の部分
になる。

前記の一例で述べた様に、本発明はビレット１の軸方向
に圧縮加工する際に、金形等を用いてビレット１の外周
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、外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、
５３０〜８３０℃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５６０〜７６０℃
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２０m
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った。

次に潤滑剤を介して、７２０℃の温度で、第１図に示し
た様な押出加工を行った。第１図においてダイスのコン
テナ部の外径は２０mm，内径は５mmであり、ベアリング
部の外径は２４mm，内径は１８mmであり、Ｘは２０mmで
ある。押出加工後のビレットは外径２４mm，内径１８m
m，長さ３０mm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５図および第６
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５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
＝１５mm，（外型９の凸部の半径）Ｒｓ＝３mmであり，
外形の内面の凸部は８個ある。第６図は第５図と直交す
る方向からの断面を示す。４および５はポンチで外型９
の凹凸面と互いに嵌合する外周面を有し、図の上下方向
に移動することができる。このような外型９を用いて、
高さ１１．５mmまで圧縮加工を行なった。

圧縮加工後のビレットを外径２７mmまで切削加工し、８
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、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った。この押出棒を長
さ２０mmに切断し、切削加工して直径２２mm，長さ２０
mmの円柱ビレットを作製した。このビレットを６８０℃
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３０mm，内径２０mm，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った。次に潤滑
剤を介して、７２０℃の温度で、第１図に示した様な押
出加工を行った。第１図においてダイスのコンテナ部の
外径は３０mm，内径は２０mmであり、ベアリング部の外
径は２４mm，内径は１８mmであり、Ｘは２０mmである。
押出加工後のビレットは外径２４mm，内径１８mm，長さ
４０mmであった。加工後のビレットを切断し、長さを２
０mmにした。このビレットを用いて、具体例１と同じ第
５図および第６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った。このような
外型９を用いて、高さ１１．５mmまで圧縮加工を行なっ
た。

圧縮加工後のビレットを外径２７mmまで切削加工し、８
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、１５００Ｖでパルス着磁した。外周
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，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った。この押
出棒を長さ２０mmに切断し、切削加工して直径２２mm，
長さ２０mmの円柱ビレットを作製した。このビレットを
用い、６８０℃の温度で円柱の軸方向に自由圧縮加工を
施した。加工後のビレット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４０mm，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った。押出棒を長さ２０mmに切
断し、切削加工して外径２０mm，内径５mm，長さ２０mm
を円筒ビレット（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２３mm，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
２０mm，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
た様なダイスを用いて押出加工を行った。第１図におい
て、ダイスのコンテナ部の外径は２０mm，内径は５mmで
あり、ベアリング部の外径は２４mm，内径は１８mmであ
り、Ｘは２０mmである。加工後のビレットは外径２４m
m，内径１８mm，長さ３０mmであった。押出加工後のビ
レットをそれぞれ切断し、外径２４mm，内径１８mm，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５図および第６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った。こ
のような外型９を用いて、高さ１１．５mmまで圧縮加工
を行なった。

圧縮加工後のビレットを外径２７mmまで切削加工し、８
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、１５００Ｖでパルス着磁した。外周
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ビレット
の軸方向に圧縮加工をすることによってビレットの外周
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、外周着磁を
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、さらに磁石の外周部が径方向に磁化容易方向を
有し、それよりも内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，第５
図及び第６図はそれぞれ本発明の実施例に用いる外型の
断面図，第７図は円筒状磁石における外周多極着磁によ
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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   らに前記伸張後のビレットの軸方向に圧縮加工をするこ
   とによってビレットの外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。
2. 【請求項２】圧縮加工が、前記ビレットの外周を拘束し
   た状態で、かつ少なくとも内周の一部分を自由にした状
   態で行なうものである特許請求の範囲第１項記載のマン
   ガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法。
3. 【請求項３】圧縮加工が、前記ビレットの外周および内
   周の少なくとも一部分を自由にした状態で圧縮した後、
   さらに前記ビレットの外周を拘束し、かつ少なくとも内
   周の一部分を自由にした状態で圧縮するものである特許
   請求の範囲第１項記載のマンガン−アルミニウム−炭素
   系合金磁石の製造法。