JPH0665743B2 - マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、永久磁石の製造方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）合金磁石の製造方法に関し、特に高性
能な多極着磁用Mn−Al−Ｃ系合金磁石の製造方法に関す
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、L1₀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元素および小量の添加元素を含む４
元素以上の多元素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−Al−Ｃ系合金磁石の製造方法としては、
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方法として知られて
いる。

多極着磁用Mn−Al−Ｃ系合金磁石の製造方法としては、
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（特開昭56−119762号公報）、およびあらかじめ異
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（たとえば特開昭58−182206ないし1822
08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
路の形成を摸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。

（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のマンガ
ン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造方法は、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（2n＋２）角柱（ｎ＝1,2,3,……）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を円周面状に成形する
第１工程と、この第１工程における圧縮加工前の前記ビ
レットの（2n＋２）角柱状の外周面の各平面の中央部分
に対応する圧縮加工後の前記ビレットの外周面の各部分
に極着磁する第２工程とを有するものである。

（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
外周面を円周面状に成形し、圧縮加工後に（2n＋２）極
着磁を行なうことにより、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） 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（2n＋２）角柱（ｎ＝1,2,3,……）状の
ビレットに、530ないし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
外周面を円周面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、たとえば68
ないし73質量％のMnと（１／10Mn−6.6）ないし（１／3
Mn−22.2）質量％のＣと残部のAlからなる合金を530な
いし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
ることができる。前記の磁石として代表的なものは、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。前記の異方性化した多結晶Mn−Al−
Ｃ系合金磁石からなる（2n＋２）角柱（ｎ＝1,2,3,…
…）状のビレットに、ビレットの外周面が円周面状にな
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
す磁石を得ることができる。

前記のビレットが、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（一軸異方性磁石）からなる場
合には、前記の圧縮加工における軸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。

前記のビレットが、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、かつ前記軸方向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よい。また、前
記のビレットとして、一軸異方性磁石および面異方性磁
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系合金磁石用合金に所定
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角
柱（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
みた断面図を示す。１は正四角柱状のビレット、２は外
型で、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円周面状に成形す
るための金型である。第１図（ｂ）は（ａ）に垂直な方
向からの断面図である。３および４がポンチでビレット
１を圧縮加工するのに用いる。第１図に示した状態にビ
レット１をセットしてポンチ３および４を用いて、ビレ
ット１の軸方向に圧縮加工を行なうとビレット１の断面
積が次第に大きくなり、ビレットの側面と外型２の内面
が接触するまで行なうことができる。ここまで圧縮加工
を施すとビレットの側面はほぼ円周面となる。

この場合のビレットの圧縮加工前の最大の大きさは、外
型２の内面の円に内接する正方形を断面とする大きさで
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（この場合は側面）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。

この一例ではビレットを中実体としたが、ビレットは中
空体であってもよい。

前記の例では、ビレットの形状の変化は正四角柱からほ
ぼ円柱である。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（加工前のビレッ
トの角柱の角に当る部分）は弦方向に磁化容易方向を有
する部分となり、最後に外周面が拘束された部分または
最後まで外周面が拘束されなかった部分（加工前のビレ
ット１の側面の一平面の中央部分で、外型２の内面から
最もはなれた部分）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、圧縮加工前のビレ
ット１の形状を決定すればよい。つまり、前述した例で
は正四角柱であったため、４極着磁に適した異方性構造
を有する。（2n＋２）角柱状のビレットとしているの
は、前述したように、ビレットの形状は偶数の多角柱で
ある必要があり、ｎ＝１のとき４極用、ｎ＝２のとき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）角柱（ｎ＝1,2,3,……）状のビ
レットの断面は、幾何学的な正確な（2n＋２）角形であ
る必要はなく、多少の面取りがあっても問題はない。

ビレットが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には、前述したように前記
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。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持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
が円周面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。

次に本発明の更に具体的な実施例について説明する。

実施例１ 配合領域で69.5質量％（以下単に％で示す）のMn、29.3
％のAl、0.5％のＣおよび0.7％のNiを溶解鋳造し、直径
60mm、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時間保持したのち、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45mmまでの押出加工を行なった。さらに潤滑剤を介
して680℃の温度で直径28mmまで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、一
辺が18mm、長さ20mmの正四角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
加工を行なった。第１図において外型２の内径は30mmで
ある。このような金型を用いて、高さ9.2mmまで圧縮加
工を行なった。

圧縮加工後のビレットを直径29mm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
サーを用い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、直径23m
m、高さ20mm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9.2mm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で得た一辺が18mm、長さ20mmの正四角柱のビレ
ットを切削加工して、内部に一辺が8mmの正方形の空洞
をつくり、中空体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なっ
た。外型２の各部の寸法は第１図に示したものと同じで
ある。５はコアーで、一辺の長さが8mmである。このよ
うな金型を用いて、高さ8mmまで圧縮加工を行なった。

圧縮加工後のビレットを外径29mm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ぼぼ同
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、圧縮加工前のビレットの辺の部分では
弦方向に沿い、中間では径方向に沿い、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） 本発明によれば、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マンガン−アルミニウム−炭素
系合金磁石からなる（2n＋２）角柱（ｎ＝1,2,3,……）
状のビレットに、ビレットの軸方向に圧縮加工を施して
ビレットの外周面を円周面状に成形し、さらに圧縮加工
前の前記ビレットの（2n＋２）角柱状の外周面の各平面
の中央部分に対応する圧縮加工後の前記ビレットの外周
面の各部分に極着磁することによって、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
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の
圧縮加工で用いる金型の横断面図および縦断面図、第２
図は本発明の第２実施例の圧縮加工で用いる金型の横断
面図、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摸式的に示した図であ
る。 １……ビレット、２……外型、3,4……ポンチ、５……
コアー。

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（2n＋２）角柱
   （ｎ＝1,2,3,……）状のビレットに、530ないし830℃の
   温度で、前記ビレットの軸方向に圧縮加工を施してビレ
   ットの外周面を円周面状に成形し、さらに圧縮加工前の
   前記ビレットの（2n＋２）角柱状の外周面の各平面の中
   央部分に対応する圧縮加工後の前記ビレットの外周面の
   各部分に極着磁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方法。
2. 【請求項２】ビレットが、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−炭素系合金磁石から
   なり、しかも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方
   法。
3. 【請求項３】ビレットが、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、かつ前記軸方向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方法。
4. 【請求項４】圧縮加工が、前記ビレットの外周面の一部
   分を拘束した状態で行な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方法。