JPH0768571B2 - 複合磁石及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粉末冶金的手段によ
って製造された永久磁石材料と他の金属材料とが、同心
状に隙間なく密接している複合磁石材料、特に磁気セン
サー用の磁石構体を得るための磁石材料を含む複合材料
とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軸の一部とこれに対面する構体部分と
に、磁性材料と磁気半導体素子等の磁気検出センサーと
をそれぞれ取付け、両者の相対的移動を検出することに
よって、軸の回転や移動を検出することが行なわれてい
る。また、軸に歯車状の軟磁性材を取付け、これに対面
する構体部分にコイル及び永久磁石からなるセンサーを
取付けて、軸の回転を検出することも行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、永久磁石は極
めて脆いために、穿孔やねじ切りなどの機械加工が困難
で、しかも溶接やろう接などの接合加工も困難であるた
め、これを軸などに取付ける際は、複雑な構造の取付部
材を用いるか、或いは取付部材に有機接着剤を用いて接
着するかしなければならず、そのようにしても、なお自
動車等のような振動や衝撃の激しい部分に用いるには耐
振性や耐衝撃性が十分とは言い難かった。

【０００４】本出願人らは、取付けのための機械加工や
接合加工が容易な金属材料と、粉末冶金的手段によって
作られた磁石合金とが強固に結合された複合磁石材料を
能率良く生産するための発明をなし、これを特願平２−
１４９４６５号として特許出願した。

【０００５】上記特許出願にかゝる発明は、十分な強度
及び展性を有する金属カプセル内に、磁石材料粉末と、
必要に応じ十分な強度及び展性を有する金属材料の棒ま
たは管などとを収容して、これを熱間または温間押出加
工し、この押出物を所定の寸法に切断するものである。
しかし、その製品は押出加工時に十分な押出比が必要で
あるために、直径５０ｍｍ以上の太径の複合磁石材料を
得るのに不便であった。また、非常に薄い複合磁石材料
が必要な場合には、磁石部分も薄くなり、強度的に問題
が生じ、かつ切断代の割合が大きくなって歩留りの面で
も不利であった。

【０００６】この発明は、上記特許出願にかゝる発明と
同様に、取付けのための機械加工や接合加工が容易な金
属材料に、粉末冶金的手段によって作られた磁石合金が
強固に結合された複合磁石材料を得ようとするものであ
るが、特に直径５０ｍｍ以上の太径品及び薄物の複合磁
石材料を能率良く製造しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による複合磁石
材料は、リング状の磁石材料が、機械加工性や接合加工
性が良好な同心リング状の金属材料によって３面から抱
持されたものである。このような複合磁石材料は次のよ
うにして製造する。先づ十分な強度及び展性を有する金
属製で、リング状をなし、かつこれと同心状の溝を有し
ているケースを用意する。次に、上記溝内に磁石材料の
粉末を充填し、これを上記ケースごと熱間または温間据
込加工（プレス加工）する。そして、その表面を機械加
工によって所定の寸法に仕上げて製品とする。

【０００８】ここで、ケース用の金属材料と磁石材料と
は熱膨張係数が可及的に接近しているのが望ましく、そ
の差が２．５×１０^-6／℃を越えてはならない。これ
は、両材料の熱膨張係数の差が大きいと、製造時の冷却
過程で磁石材料が割れたり、両材料の間に隙間ができて
密着性が損なわれたりするからである。

【０００９】永久磁石材料とケース材料との好ましい組
合せは、ＭｎＡｌＣ系磁石（２２．６×１０^-6／℃）に
対してはＦｅＭｎＮｉ系合金（２２．２×１０^-6／
℃）、真ちゅう（２０．８×１０^-6／℃）など、アルニ
コ磁石（１１．３×１０^-6／℃）に対してはニッケル
（１３．３×１０^-6／℃）、１２Ｃｒステンレス鋼（１
１．７×１０^-6／℃）、１８Ｃｒステンレス鋼（１１．
３×１０^-6／℃）など、ＮｄＦｅＢ磁石（４．６×１０
^-6／℃）に対しては４２パーマロイ（３．９×１０^-6／
℃）である。なお、括弧内は熱膨張係数を示す。

【００１０】ケースの溝が、磁石材料粉末を充填する際
に上方へ開口していない場合や、磁石材料粉末を充填し
たケースを据込み用のダイに装填する際に磁石材料粉末
が溝からこぼれるような姿勢をとる場合には、磁石材料
粉末にワックスなどの高温揮発性の結合剤を添加した上
でケースに充填するとよい。

【００１１】また、磁石材料粉末をケースに充填した後
に適当な蓋を溶接、かしめつけなどによって施こしてお
けば、磁石材料粉末が溝からこぼれ落ちるのを防ぐこと
ができるばかりでなく、据込工程に先立つ加熱時に磁石
材料粉末が酸化するのを防ぐことができる。

【００１２】磁石材料粉末は任意の方法で作ったものを
使用することができるが、ガスアトマイズ法によるもの
が球形粉末粒子が得られるために望ましく、特に不活性
のアルゴンガスによって製造したものが品質の面で優れ
ている。

【００１３】据込加工時には、ケースの内外周面の一方
または双方をダイによって拘束する方法と拘束しない方
法とが存在するが、そのどちらの方法を採用してもよ
い。

【００１４】

【作用】上述の製造過程において、ケース内に充填した
磁石材料粉末は、据込加工を受ける時に充実質に変化
し、かつケースを構成する金属に完全に密着する。ここ
で、重要なのはケース材料と磁石材料の熱膨張係数の差
である。例えば熱膨張係数が比較的小さいＳＣ材（１
４．９×１０^-6／℃）、ＳＵＳ ３０４ 材（１８．８
×１０^-6／℃）、銅（１７．０×１０^-6／℃）などの外
側に熱膨張係数が比較的大きいＭｎＡｌＣ系磁石材料が
位置する場合には、製造後の冷却過程で収縮量の違いに
よって、外側の永久磁石材料に割れが多発する。また、
逆にＳＵＳ ３０４ 材の外側に、熱膨張係数が極めて
小さいアルニコ磁石が位置するような場合には、冷却後
に両者間に隙間が発生する。しかし、永久磁石材料とケ
ース材料との熱膨張係数の差が十分小さければ、割れや
隙間が発生しない。

【００１５】上述のようにして得た複合材料は、所定の
寸法に機械加工によって仕上げ、永久磁石に着磁して使
用する。例えば軸の回転の検出に使用する場合は、ケー
ス材料で出来ている中心孔を軸に嵌合する寸法に加工
し、磁気センサーに対面する部分のケース材料を機械加
工によって除去する。

【００１６】従って、この発明によれば、易加工性の金
属材料と磁石材料とが強固に結合されている複合材料を
能率良く製造することができ、この複合材料はその易加
工性金属部分に対して穿孔、切削、ねじ切り等の機械加
工や、溶接、ろう接等の接合加工を容易に行うことがで
きる。

【００１７】

【実施例】図１（ａ）に示すようにリング状のケース１
には、上端面に同心リング状の溝２が設けられている。
ケース１の材料はＦｅＭｎＮｉ系合金（Ｍｎ：１５重量
％、Ｎｉ：１５重量％、残部Ｆｅ、熱膨張係数２２．２
×１０^-6／℃）であり、各部の寸法は次の通りである。 外径 １１９ｍｍ 内径 ８５ｍｍ 高さ ９．０ｍｍ 溝の外径 １１６ｍｍ 溝の内径 １０５ｍｍ 溝の深さ ６．５ｍｍ

【００１８】溝１内にＭｎＡｌＣ系磁石合金（Ｍｎ：６
９．０５重量％、Ａｌ：２９．８０重量％、Ｎｉ：０．
７重量％、Ｃ：０．４５重量％、熱膨張係数２２．６×
１０^-6／℃）のガスアトマイズ粉末（最大粒径２０９μ
ｍ、平均粒径４３μｍ）３を充填し、これに図１（ｂ）
のようにリング状の蓋４を被せて溶接し、ビレット５と
する。蓋４の材料はケース１と同じであり、厚さは１ｍ
ｍである。

【００１９】ビレット５を７００℃に加熱し、内径１２
０ｍｍのダイスに挿入し、高さ５．５ｍｍ（据込率０．
５５）に温間据込加工を行い、図１（ｃ）に示す据込材
６を得た。この据込材６は、ケース１及び蓋４からそれ
ぞれ移行した金属部分１１及び１４と、磁石材料粉末３
から移行した充実質磁石合金部分１３とからなり、磁石
合金部分１３は金属部分１１及び１４に密着して合金拡
散層を形成し、完全に一体に接合されている。

【００２０】上述の据込材６は、機械加工により蓋部分
を除去して磁石合金部分１３を露出させ、かつケース部
分を所定の寸法に仕上げて、図１（ｄ）に示すような製
品７とする。この製品７は、磁石合金部分１３を円周方
向に沿って等間隔で交互にＳ極及びＮ極に着磁した上
で、図２に示すように中心孔８を回転軸９に嵌め、磁石
合金部分１３に対面して固定位置に磁気センサー１０を
配置して使用する。軸９が回転すると、磁気センサー１
０が発生する交流信号によって、軸９の回転速度及び角
度変位を計測することができる。

【００２１】図３に示す実施例は、図１に示した実施例
と同じ材料のケース３１、磁石材料粉末３３、蓋３４を
使用するものであるが、蓋３４の厚さが大きい点が異な
る。実施例１と同様にこのビレット３５を温間据込加工
し、その外周壁部分３６を機械加工によって除去する
と、図４に示すように外周面に磁石合金部分４３が露出
した製品を得ることができる。この製品を着磁した後、
図４に示されているように軸９に嵌め、磁石合金部分４
３に対面して磁気センサー１０を設置して使用する。

【００２２】図５は、図４に示されている製品を得るた
めの異なる製法を示すもので、ケース５１は外周面に溝
５２を有し、溝５２には、ワックスを結合剤として加え
た磁石合金粉末５３が充填されている。据込加工は、加
温されたダイ内に冷たいビレット５５を装填し、ビレッ
ト５５の昇温を待って実施する。磁石合金粉末に加えら
れているワックスは、ダイ内での昇温によって揮散す
る。このようにして得た据込材は、外周面に機械加工を
施こさなくても、図４に示すように外周面に磁石合金部
分４３が露出している。

【００２３】図６は、図４に示されている製品を得るた
めの更に異なる製法を示す。図５について説明したよう
な手法によりワックスを加えた磁石合金粉末５３をケー
ス５１の溝５２内に充填して、図５に示すビレット５５
と同じ状態にした後、薄肉円筒形の套管５４をその外側
に嵌め、溶接またはかしめつけによって套管５４を固定
してビレット５６を得る。このビレットを図１または図
３の実施例と同様に加温して温間据込加工し、据込材を
得る。この据込材は、外周面に軽く機械加工を施こすこ
とにより、図４に示すように磁石合金部分４３を外周面
に露出させることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によるときは、
リング状の磁石合金がリング状の易加工性金属材料に強
固に接合されている複合磁石材料を、その直径に関係な
く能率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の製造工程を示す断面図であ
る。

【図２】図１に示す実施例によって得た製品の使用状態
を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例におけるビレットの断面図
である。

【図４】図３に示すビレットを用いて製造した製品の使
用状態を示す断面図である。

【図５】図４に示した製品を得るための別の実施例にお
けるビレットの断面図である。

【図６】図４に示した製品を得るための更に別の実施例
におけるビレットの断面図である。

【符号の説明】

１ ケース ２ 溝 ３ 磁石材料粉末 ４ 蓋 ５ ビレット ６ 据込材 ７ 製品 ３１ ケース ３２ 溝 ３３ 磁石材料粉末 ５１ ケース ５２ 溝 ５３ 磁石材料粉末 ５４ 套管 ５５ ビレット ５６ ビレット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岡 和彦 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内 (72)発明者 高須 一郎 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内 (72)発明者 田中 義和 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内 (72)発明者 加藤 信行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−354803（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 十分な強度及び展性を有するリング状金
   属材料に同心状に１個または複数個の溝を設けたケース
   を使用し、上記溝に磁石材料粉末を充填してビレットを
   作り、このビレットを熱間または温間据込加工すること
   を特徴とする複合磁石材料の製造方法。
2. 【請求項２】 ＦｅＭｎＮｉ系合金よりなるリング状材
   料に同心状に１個または複数個の溝を設けたケースを使
   用し、上記溝にＭｎＡｌＣ系磁石合金のガスアトマイズ
   法による粉末材料を充填してビレットを作り、このビレ
   ットを熱間または温間据込加工することを特徴とするＭ
   ｎＡｌＣ系複合磁石材料の製造方法。
3. 【請求項３】 十分な強度及び展性を有し周面または端
   面に１個または同心状の複数個の溝を有するリング状金
   属材料と、上記溝内に位置して上記金属材料に強固に結
   合されているリング状の永久磁石材料とからなり、この
   永久磁石材料は無空隙の粉末焼結組織であることを特徴
   とする複合磁石。