JPS6210254A - マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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シ、とくに多結晶マン
ガン−アルミニウム−炭素（Ｍｎ−ム１−Ｃ）系合金磁
石による多極着磁用Ｍｎ　−Ａｌ　−０系合金磁石の製
造法に関する。

従来の技術 Ｍｎ−Ａｌ−１基磁石合金は、Ｍｎ−ＡＩ−Ｃ系磁石用
合金とＭｎ−人１−Ｃ系合金磁石を総称するものである
。Ｍｎ−人１−Ｃ系磁石用合金は、６８〜７３重量％（
以下単にチで表わす）のＭｎと（１／１ｏＭｎ−ｅ、ｅ
　）　〜（１／１Ｍｎ−２２，２）　％のＣと残部の人
工からなり、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
、Ｍｎ−ムｌ−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、Ｌｆｏ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−ム１−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−人１−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−人１−Ｇ基磁石合金
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６８−１８２２０７号公報、
特開昭５８−１８２２０８号公報）、及びＭｎ−人１−
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８０−５９７２０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７図に示したような着磁がある。第７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Ｑ形成を模式的に示したもので、この上うな着磁をこ
こでは外周着磁と称する。

前述したＭｎ−ムｌ−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 以上のような従来の問題点を解決するため本発明は、Ｍ
ｎ　−Ａｌ　−Ｃ系磁石合金からなる中空体状のビレッ
トに、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ク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、しかも前記押出加工によって
前記ビレ７）の押出方向に引張ひずみを与えた後、さら
に前記ビレットの軸方向に圧縮加工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、Ｍｎ−Ａ１−Ｃ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、しかも前記押出加工によって前記ビレットの押
出方向に引張ひずみを与えた後、さらに前記ビレットの
軸方向に圧縮加工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図す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１ｍ４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図すにおいてビレット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
中心ど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４０ｆｌ、内径を２０　ｍとし
、ベアリング部７の外径を５０．、内径を４０．とする
と、コンテナ部６の開口面積は約９４２−、ベアリング
部７の開口面積は約７０７−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４
０　ａｒｍ　、内径を２Ｑ、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図乙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、さらにその
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図すに示す様になる。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６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
しやすくするために、円筒ビレット１′の形状は適当な
り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図すは圧縮加工
後の状態を示す。第３図すに示したように、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犬きくなり
、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図すに示したよう
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図すに示
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、ピレノ
１−１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図に示しだ例ではビレット１の内周面も圧縮加工前
、すてにポンチ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の外周面の四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細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、金型等を用いてビレット１の外周
面が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″Ｃ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９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％ノＭｎ　、　２９．３　％（７）
人工。

０．５％のＣ及び０．７％のＮ１を溶解鋳造し、外径２
０　ｍ　、内径６　ＩＩＩＮ、長さ２ｏｊＩ１１の円筒
ビレットを作製した。このビレットを１０００℃で２時
間保持した後、６００℃まで風冷し、６００　’Ｃで３
０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　’Ｃ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２０　Ｍ、内径は５酊であり、ベア
リング部の外径は２４顛、内径は１１３、であり、Ｘは
２０１である。押出加工後のビレットは外径２４囮、内
径１８嘴、長さ３０日であった。加工後のビレットを切
断し、長さを２０朋にした。このビレットを第６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、６
８０″Ｃの温度で圧縮加工を行った。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＝３０ｍ
ｍ、ＸＡ＝１６ｍ、（外型９の凸部の半径）Ｒ５＝３ｔ
ｓであり、外型９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６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ｆｌ、５ｍまで圧縮加工を行なった。

圧縮加工後のビレットを外径２７　ｔｘ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
ルコンデンザーを用い、１５ｏＯｖ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Ｍｎ
、Ａｌ、Ｃ及びＮｉを溶解鋳造し、直径５゜＃ｊｌ、長
さ４００の円柱ビレットを作製した。このビレットを１
１００″Ｃで２１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２４謂までの公知の押出加工を行った。この押出
棒を長さ２０’　ＦＪに切断し、切削加工して直径２２
順、長さ２０　ｅｘ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８９．４　％のＭｎ　、　２９．３％のＡｌ
　。

０．５％の０．０．７％（７）Ｎｉ及びｏ、１％のＴｉ
を溶解鋳造し、外径３ｏＯ９内径２０　ｆｊ、長さ２０
　ｔｘの円筒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、ｅｏｏ″Ｃまで風冷し、６
００　’Ｃ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３０ｆｉ、内径は２０ｆ
ｉであり、ベアリング部の外径は２４Ｈ１内径は１８鵡
であり、Ｘは２０　ｔｓである。押出加工後のビレット
は外径２４關、内径１８ＩＩｎ＋、長さ４０　ｔｒｙで
あった。加工後のビレットを切断し、長さを２０ｆｌに
した。このビレットを用いて、具体例１と同じ第６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１１．５ｍまで圧縮加工を行なった。

圧縮加工後のビレットを外径２７麿まで切削加工し、８
僅の外周着磁を施した。着磁は２０００μ２のオイルコ
ンデンサーを用い、１５ｏＯｖでパルス着磁した。外周
表面の表面磁束密度をポ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Ｍｎ
　、人１．Ｃ，Ｎｉ及びＴｉを溶解鋳造し、直径５０　
ｒｍ　、長さ４０　ｍの円柱ビレットを作製した。

このビレットを１１００’Ｃ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、７
２０″Ｃの温度で、直径２４調までの公知の押出加工を
行った。この押出棒を長さ２０　ｍに切断し、切削加工
して直径２２ｆｌ、長さ２０　ｔｔｍ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Ｎ１を溶
解鋳造し、直径４０ｎ、長さ３０ｆｌの円柱ビレットを
作製した。このビレットを１１００″Ｃ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、了２０℃の温度で、直径２４謂ま
での公知の押出加工を行った。押出棒を長さ２０順に切
断し、切削加工して外径２０Ｍ。

内径５　ｒｍ　、長さ２０ｕの円筒ビレット（ビレット
Ｘ）にした。また、押出棒を長さ３５馴に切断し、切削
加工して、直径２３ｆｌ、長さ３６ｆｌの円柱ビイソト
（ビレットＹ）Ｋした。このビレットＹを用いて、潤滑
剤を介して、６８０″Ｃ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２０　ｖ
ｍ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２０　ｍｍ　、
内径５１ｆｆ　、長さ２０　ｔｍの円筒ビレット（ビレ
ッ）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２０　ｍ　、内径は６
ｆｌであり、ベアリング部の外径は２４Ｂ、内径は１８
ｚｇであり、Ｘば２０　ｍである。加工後のビレットは
外径２４ｕ、内径１８Ｈ１長さ３０　ｆｆ１１であった
。押出加工後のビレットをそれぞれ切断し、外径２４＋
０１．内径１８Ｍ１長さ２０　ｙ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’Ｃ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１１．５Ｍまで圧縮加工を行なった。

圧縮加工後のビレットを外径２７　ｍ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、１６００ｖ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およびピレノ゛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−ムｌ−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６元系のものについ
てのみ示したが、Ｍｎ−ムｌ−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、Ｍｎ−ムｌ−
Ｃ系磁石合金からなる中空体状のビレットに、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、しかも前記押出加工によって前記ビレットの
押出方向に引張ひずみを与えた後、さらに前記ビレット
の軸方向に圧縮加工を施すことによってビレットの外周
面に凹凸状部を形成して、外周着磁を行なった場合に高
い磁気特性を示す磁石の製造法であり、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　−ａ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図り、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％式％ ・・・ダイス、４，５・・・・・・ポンチ、６・・・・
・・コンテナ部、７・・・・・・ベアリング部、９・・
・・・・外型。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 （ａ−） ＜ｂ） 第５ 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、かつ前記押出加工によって前記ビレ
   ットの押出方向に引張ひずみを与えた後、さらに前記ビ
   レットの軸方向に圧縮加工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. （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. （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行った後、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。