JPH0663062B2 - 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−炭素系
（Mn−Al−Ｃ系）合金磁石の製造法に関し、特に高性能
な多極着磁要Mn−Al−Ｃ系合金磁石の製造法に関するも
のである。

従来の技術 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、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元系及び小量の添加元素を含む４元
系以上の多元系合金磁石石が知られており、これらを総
称するものである。

また、このMn−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、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−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、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によるも
の（例えば特開昭56−119762号公報）、及びあらかじめ
異方性化した多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石からなる中空
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58−182206〜８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状であり、主な着磁
としては、第３図に示したような着磁がある。第３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ある。このような着磁
をここでは外周着磁と称する。

前述したあらかじめ異方性化した多結晶Mn−Al−Ｃ系合
金磁石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
で、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）に異方性化したものが得られている
が、磁路が径方向から周方向（弦方向）に変化する途中
ではその方向に沿った異方性構造はなく、さらに高温度
での塑性加工を２回以上行う必要がある。

問題点を解決するための手段 以上述べてきた問題点を解決するために本発明は、あら
かじめ異方性化した多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石からな
る軸対称形状のビレットに、530〜830℃の温度で、ビレ
ットの軸方向に圧縮加工し、この圧縮加工によってビレ
ットの外周面の断面形状を（2n＋２）角形（ｎ＝1,2,3
…）状に成形するものである。

作用 この方法によって、つまり圧縮加工によってビレットの
外周面の断面形状を（2n＋２）角形（ｎ＝1,2,3…）状
に成形することにより、第３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 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。本発
明はあらかじめ異方性化した多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁
石からなる軸対称形状のビレットに、530〜830℃の温度
で、前記ビレットの軸方向に圧縮加工を施すことによっ
て、前記ビレットの外周面の断面形状を（2n＋２）角形
（ｎ＝1,2,3…）状に成形するものである。

すなわち、公知のMn−Al−Ｃ系磁石用合金、例えば68〜
73質量％のMnと（１／10Mn−6.6）〜（１〜3Mn−22.2）
質量％のＣと残部のAl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−Al−Ｃ系合金磁石を得る。前記磁石の代
表的なものとしては、前記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、押出加工後さらに押出方向に自由圧縮加工
して得られる面異方性磁石などがある。前記異方性化し
た多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石からなる軸対称形状のビ
レットに、ビレットの外周面の断面形状が（2n＋２）角
形（ｎ＝1,2,3…）状になるようにビレットの軸方向に
圧縮加工を施すことによって、第３図に示した外周着磁
において高い磁気特性を示しす磁石を得ることができ
る。

前記ビレットが対称軸の方向に磁化容易方向を有する多
結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石（一軸異方性磁石）からなる
場合には、前記圧縮加工における対称軸の方向の圧縮ひ
ずみは対数ひずみの絶対値で0.05以上必要である。これ
は圧縮加工前のビレットは圧縮ひずみを与える方向に異
方性化したものであり、外周着磁において高い磁気特性
を示すような構造の変化に最低0.05の圧縮ひずみが必要
であるためである。

前記ビレットが対称軸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、かつ前記軸方向と前記平面に平行な直線を含含む平
面内では異方性である多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石（面
異方性磁石）からなる場合には、圧縮加工前のビレット
はすでに、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、本発明の圧縮加工を施
すことによって、外周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
記ビレットとして、一軸異方性磁石及び面異方性磁石の
場合について示したが、放射状に磁化容易方向を有する
磁石、周方向に磁化容易方向を有する磁石などでもよ
く、必要なことはMn−Al−Ｃ系磁石用合金に所定の温度
域でなんらかの塑性加工が施されていることである。

前述した本発明の圧縮加工の一例をビレットの形状を円
柱体状とし、圧縮加工後のビレットの断面形状を正方形
（ｎ＝１の場合）として第１図を用いて説明する。第１
図ａは圧縮加工前の状態をビレットの軸方向からみた断
面図である。１は円柱体状のビレット、２は外型で、こ
の外型２はビレットの外周面（この場合ビレットは中実
体であるため側面）を圧縮加工によって正方形状に成形
するための金型である。第１図ｂは圧縮加工後の状態を
示した断面図である。第１図ｂに示したように、円柱体
状のビレットは圧縮加工の進行に伴なって径が大きくな
り、外周面（側面）の一部が外型２の内面と接触するよ
うになる。さらに圧縮加工を施すことによって第１図ｂ
に示したようにビレット１の外周面（側面）がほぼ外型
２の内面に接触するまで圧縮加工を行うことができる。

また、第１図ｂに示した状態まで圧縮加工を行う必要が
なく、ビレット１の外周面（側面）の一部が外型２の内
面と接触した後は、任意の時点で圧縮加工を終了しても
よい。

本発明のビレットの圧縮加工前の直径の最大は、外型２
の内面と接する（内接する）大きさである。その場合
は、圧縮加工前にすでにビレット１の外周面（側面）の
一部が外型２の内面によって拘束された状態で圧縮加工
が施される。

本発明の圧縮加工の別の代表的な一例をビレットの形状
を円筒体状として第２図を用いて説明する。第２図は第
１図と同様にａは圧縮加工前を示し、ｂは圧縮加工後を
示す。第１図と大きく異なる点はビレット11が円筒体で
あり、中空部にポンチ13が存在する点である。この例で
はビレット11の内径にほぼ等しい直径を有するポンチ13
を用いる例を示している。ポンチ13は圧縮加工中、常に
中心部に存在し、圧縮加工を施すことによってビレット
11の内径がポンチ13の直径より小さくなるのを防ぐ。ま
た、第２図の例は圧縮加工前にすでに円筒ビレットの外
周面の一部が外型12と接触しており、拘束状態にある。

前述した二例では、ビレットの外周面（もしくは側面）
の断面形状の変化は円形からほぼ正方形（各角が多少の
面取りをしたようなＲが存在してもよい）であり、この
ような変化によって外周着磁に適した異方性構造を有す
るようになる。圧縮加工過程において、最も早く外周面
が拘束された部分は弦方向に磁化容易方向を有する部分
となり、最後に外周面（ないし側面）が拘束された部分
又は最後まで外周面が拘束されなかった部分（加工後の
ビレットの角柱の角にあたる部分）は径方向に磁化容易
方向を有するようになる。それらの間の部分は磁化容易
方向が径方向から弦方向へ順次変化する部分である。こ
のように外周着磁において何極着磁するかによって、圧
縮加工後のビレットの形状を決定すればよい。つまり、
前述した例では圧縮加工後のビレットの外周面（もしく
は側面）の断面形状がほぼ正方形であったため、４極着
磁に適した異方性構造を有する。圧縮加工後のビレット
の外周面の断面形状を（2n＋２）角形（ｎ＝1,2,3…）
状としているのは、前述したように、外周着磁は偶数極
であり、偶数の多角形状の断面形状である必要がある。
ｎ＝１のとき４極用、ｎ＝２の時６極用というようにな
る。ｎが小さいほど、前述した位置による異方性構造が
明確であるが、大きくなるにつれて次第に不明確にな
る。

本発明でいう（2n＋２）角形（ｎ＝1,2,3…）状という
のは、幾何学的な正確な（2n＋２）角形である必要はな
く、多少の面取り等があっても問題はない。

ビレットが円柱もしくは円筒体の軸方向に磁化容易方向
を有する多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石からなる場合は、
前述した様に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。しかし、実際の応用上磁石の一部分を
一軸異方性のままで磁化容易方向を保存させておきたい
場合は、ビレットの一部分の外周面を拘束することによ
って、局部的に圧縮ひずみを与えない領域を作る方法で
もよい。

前記の一例で述べたように、本発明はビレットの軸方向
に圧縮加工する際に、金型等を用いてビレットの外周面
の断面形状を（2n＋２）角形（ｎ＝1,2,3…）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℃の温度領域において加工が行えたが、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℃であった。

次に本発明の更に具体的な実施例について説明する。

実施例 １ 配合組成で69.5質量％（以下単に％で示す）のMn、29.3
％のAl、0.5％のＣ及び0.7％のNiを溶解鋳造し、直径60
mm、長さ50mm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40mm
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24mmまで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。このビレットを用いて、
第１図に示した金型を用いて圧縮加工を行った。第１図
において正方形の一辺は28mmである。このような金型を
用いて、高さ9.7mmまで圧縮加工を行った。

圧縮加工後のビレットをその四隅で直径30mmまで切削加
工し、４極の外周着磁を施した。着磁は2000μＦのオイ
ルコンデンサを用い1500Vでパルス着磁した。外周面の
表面磁束密度をホール素子で測定した。比較のために、
同じ寸法の円柱ビレットを680℃の温度で円柱軸方向に
自由圧縮加工した。なお、圧縮加工後のビレットの高さ
は9.7mmであった。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1.6倍
であった。

実施例 ２ 実施例１で得た直径24mmの押出棒を長さ20mmに切断した
後、切削加工して、外径22mm、内径14mm、長さ20mmの円
筒ビレットを作製した。このビレットを用いて、第２図
に示す金型を用いて圧縮加工を行った。外型12の各部の
寸法は第１図に示したものと同じである。ポンチ13は直
径は14mmである。このような金型を用いて、高さ7.2mm
まで圧縮加工を行った。

圧縮加工後のビレットをその四隅で外径30mmまで切削加
工し、実施例１と同様に外周着磁し、表面磁束密度を測
定したところ実施例１で得た本発明の方法で得られた磁
石とほぼ同様の表面磁束密度の値を示した。

実施例１および実施例２で得られた本発明の方法によっ
て得た磁石は、磁気トルク測定の結果、前述したように
磁化容易方向は圧縮加工後のビレットの辺の部分では径
方向に沿い、中間では弦方向に沿い、それらの間では径
方向から弦方向（周方向）に連続的に変化していること
が判明した。

発明の効果 本発明は、実施例によって述べたように、あらかじめ異
方性化した多結晶Mn−Al−Ｃ系合金磁石からなる軸対称
形状のビレットに、530〜830℃の温度で、ビレットの軸
方向に圧縮加工を施してビレットの外周面の断面形状を
（2n＋２）角形（ｎ＝1,2,3…）状に成形することによ
って、外周着磁を施した場合に高い磁気特性を示す磁石
を得るものである。

公知の方法によって得られる磁石と比較すると、本発明
の方法によって得られた磁石は外周着磁を施した場合公
知の方法による磁石より優れた磁気特性を示し、さらに
公知の方法で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（弦方向）に磁化容易方
向を有する構造を得るには少なくとも２回以上の塑性加
工を必要としたが、本発明の方法では少なくとも１回で
それよりも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および第２図a,bはそれぞれ本発明の一実施例
の圧縮加工で用いる金型の断面図で、ビレットの圧縮加
工前後の断面形状の変化を示す図、第３図は円筒状磁石
の外周面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である。 1,11……ビレット、2,12……外型、13……ポンチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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−炭素系合金磁石からなる、軸対称の形状
   のビレットを、530ないし830℃の温度で、前記ビレット
   の軸方向に圧縮加工して、前記ビレットの外周面の断面
   形状を（2n＋２）角形（ｎ＝１、２、３…）状に成形す
   る第１工程と、前記第１工程において成形した前記ビレ
   ットの（2n＋２）角形状の外周面の角部に極着磁する第
   ２工程とを有したマンガン−アルミニウム−炭素系合金
   磁石の製造法。
2. 【請求項２】ビレットが、対称軸の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−炭素系合金磁
   石からなり、圧縮加工における圧縮ひずみが対数ひずみ
   の絶対値で0.05以上である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。
3. 【請求項３】ビレットが、対称軸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、かつ前記軸方向と前記平面に平行な直線を
   含む平面内で異方性である多結晶マンガン−アルミニウ
   ム−炭素系合金磁石からなる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。
4. 【請求項４】圧縮加工が、ビレットの外周面の一部分を
   拘束した状態で行うものである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。