JPS6326430A - 耐久性に優れた電磁クラツチ用磁性粉体及びその製造方法 - 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］ 本発明は耐久性に優れたｍ磁りラッチ用磁性粉体及びそ
の製造方法に関する。更に詳細に説明すると、本発明は
、磁性粉体を励磁コイルにより磁化することにより、そ
の磁性粉体粒子間に働く磁気的結合力を利用して回転力
を伝達させる、いわゆる電磁クラッチに用いて好適な磁
性粉体に関する。

［従来の技術］ 近年、電磁クラッチの小型下の要求が強く出されており
、１台のクラッチに使う磁性粉体の量も少なくなりつつ
ある。それに伴い粉体の磁気特性（透磁率、保持力、磁
束密度等）の向上が望まれる。

さらに、粉体に加わる負荷は高負荷となり、また使用温
度も高温度化する等、その使用条件はより厳しくなる傾
向にあるので、かかる厳しい使用条件下においても使用
に耐えうる特性が要求される。

この点をより詳細に説明する。

電磁クラッチにおいては、特に、使用中の出力トルクの
変動および長時間使用による出力トルクの低下等のトル
ク特性の安定性が重要な要素となる。

このトルク特性の安定性には、磁性粉体の表面状態が大
きく影響し、使用中の磁性粉体の酸化あるいは摩耗によ
り粉体表面から微粉が発生すると、出力トルクの変動や
低下が生じる。

このため長期にわたって安定したトルク特性を得るため
には、磁性粉体の表面が機械的強度に優れ、耐摩耗性、
耐酸化性が高く、微粉の発生が少ない磁性粉体を使用す
ることが必要である。

従来、電磁クラッチ用粉体としては次のものが知られて
いる。

■Ｆｅ−Ａ見−Ｃｒ見合Ｃｒ系合金磁性粉体（特公昭３
８−２３５５８号公報）、 この磁性粉体は合金添加元素や、その添加料を調整する
ことにより、磁気特性、耐摩耗性、耐酸化性等の特性の
向上をねらったものである。

■粉体に減摩剤を添加した磁性粉体（特開昭５４−１５
１９５号公報）。

■アルキッド樹脂に二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を
加えたコーティング剤で、粉体粒子の表面をコーティン
グした磁性粉体（特開昭５４−１５１９５号公報）。

■粉体粒子にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等の無電解化学めっきを
施した磁性粉体。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来の磁性粉体には次のような問題点があ
る。

■Ｆｅ−Ａ交−Ｃｒ交合Ｃｒ系合金磁性粉体、あるいは
、粉体に減摩剤を添加した磁性粉体においては、小型化
に伴なう過酷な条件のもとて長期にわたって使用すると
酸化を生じたり、微粉を発生したりする。従って、過酷
な条件のもとで長期にわたって安定したトルク特性を得
ることは難しい。

■上記したコーティング剤で粉体粒子の表面をコーティ
ングした磁性粉体においては、磁性粉体素地をコーティ
ング剤で完全におおうことが非常に困難であり、また粉
体相互間の摩擦によりコーティングの一部が剥離されて
しまい、露出した粉体素地部分から酸化が進行してしま
う、従って、この磁性粉体も安定したトルク特性を得る
ことは困難である。

■粉体粒子に化学めっきを施した磁性粉体においては、
めっき液が高価な上、脱脂、洗浄を含む一連のめっき操
作が煩雑であり、量産性に欠けるため、特殊用途を除い
てはコスト的にひきあわない等の欠点があった。

このように従来の磁性粉体はいずれも不完全であり、電
磁クラッチの小型化に伴う過酷な使用条件のもと、より
安定なトルク特性を実現する雷やクラッチ用磁性粉体の
出現が望まれている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、Ｃｒを２．０〜２５重量％含有する鉄基
合金よりなる粉体の表面に、１０ルｍ以下の厚さに、該
鉄基合金を構成する元素の窒化物層を形成させたことを
特徴とする耐久性に優れた電磁クラッチ用磁性粉体によ
って解決される。

これが本出願に係る第１発明である。

また、かかる磁性粉体は、Ｃｒを２．０〜２５重量％含
有する鉄基合金よりなる粉体を、活性な窒素を生ずる雰
囲気中で２００℃〜１０００℃の温度にて加熱すること
により、粉体の表面に１０ルｍ以下の厚さの窒化物層を
形成させることを特徴とする耐久性に優れた電磁クラッ
チ用磁性粉体の製造方法によて製造され得る。この製造
方法が本出願に係る第２発明である。

以下に第１発明及び第２発明を説明する。

本発明においては、粉体の表面に、１１０７ｚ以下厚さ
に、該鉄基合金を構成する元素の窒化物層を形成させる
。

窒素は磁性粉体内に固溶した場合、その磁気特性を太き
く低下させるため、粉体表面のみに窒化物層を形成させ
る必要がある。

Ｆｅ及び鉄基合金を構成する元素（例えばＣｒ）の窒化
物は、一般には磁性を示さない（ただγ’−Ｆｅ４Ｎの
みは磁性を示す）、従って、粉体表面での窒化物の厚さ
が、１０μｍ以下の厚さを超えるような過度の窒化を行
った場合、粉体の磁気特性（透磁率、保持力、磁束密度
）が著しく低下し、出力トルクを大きく低下させる。こ
のようなことより窒化物層の厚さは１０μｍ以下の厚さ
とする。

窒化物層の厚さを１０ＪＬｍ以下の厚さとするためには
、窒化処理温度は２００℃〜１０００℃とする。

２００℃より低い温度では窒化反応が進みにくく、粉体
表面に効果的な窒化物層を形成させることができない、
また、１０００℃を越える温度では窒素の母相への拡散
が激しくなり磁気特性の低下をひき起すとともに、窒化
速度が非常に速いため窒化物の厚さを１０８Ｌｒｎ以下
の厚さにコントロールすることがむずかしく好ましくな
い。

窒化処理の雰囲気は、活性な窒素を生ずる雰囲気とする
。かかる雰囲気としては、たとえば、アンモニアガス雰
囲気が望ましい、アンモニアが分解する際に生じる発生
期の窒素は非常に活性であり、粉体表面にのみ窒化物を
形成するのに適しているからである。もちろん、活性な
窒素を生ずる雰囲気であればアンモニアガス雰囲気以外
でもかまわない。

本発明に係る粉体は、Ｃｒを２．０〜２５重量％含有す
る鉄基合金よりなる。

Ｃｒの窒化物は特に硬く、緻密であるため、耐摩耗性向
とに著しい効果がある。Ｃｒ濃度が２．０型理％未満で
はＣｒ窒化物の量が十分ではなく効果がない、また、２
５重量％を越えると、磁束密度の低下が大きく、電流−
トルク特性の低下をまねく。

なお、鉄基合金にＣＯを５．０〜３５重量％含有させる
ことが、トルク低下率の減少及び磁束密度のより一層の
向上（ひいては電流−トルク特性の向上）にとって好ま
しい、ただ、５．０〜３５重量％の範囲外の含有ではか
かるより一層の向上は望めない。

また、鉄基合金にＡ文＝０．５〜６．０重量％、Ｓｉ：
０．５〜６．０重量％のうち１種又は２種を複合的に含
有せしめた場合、いずれもより緻密で硬い窒化物が得ら
れ、トルク低下率、トルク変動率を顕著に減少させるこ
とができ、トルク安定性の顕著な向上がなされる。

［発明の実施例］ （実施例１） 表１に示す組成の合金によりガスアトマイズ法にて球状
の粉体を作製した。

表１においてＡｌ〜八８は本発明範囲に含まれる組成を
有しており、一方、ＢｌはＣｒが未発ＩＪ範囲より少な
いものであり、Ｂ２はＣｒは本発明範囲より多いもので
ある。

なお、ガスアトマイズ法により作製した球状の粉体は、
２０〜２００　μｍの径を有していた。

ガスアトマイズ法による球状の粉体の場合、流動性及び
占積率に優れるため電磁クラッチの応答性が向上すると
ともに、粉体間の接点が多く伝達トルクが適宜分散され
、過大な摩擦力の発生を回避するため窒化処理による耐
摩耗性の向上と相まってより安定したトルク特性が得ら
れる。

これらの粉体にアンモニアガス中で表２に示す条件でで
窒化処理を施し、粉体表面に厚さが１０ＪＬｍ以下にな
るように窒化物層を形成させた。

同じ組成の合金の窒化処理粉体と未処理粉体とをそれぞ
れ電磁クラッチに使用し、電流−トルク特性の測定及び
耐久試験によるトルク低下率、トルク変動率を測定した
。

ここで、電流−トルク特性とは、電磁クラッチ内の電磁
石に流す電流値と伝達トルク値との相関関係であり、一
定量の磁性粉体を組み込んだ状態で定格電流を流し、定
格トルク以上のトルクが得られることが要求される。こ
の値が大きいほどトルク効率は高く、より少ない量の磁
性粉体で、あるいはより少ない電流にて一定量のトルク
を伝達することが可使である。

また、この試験に使用した電磁クラッチは、定格電流１
．５Ａに対して定格トルク１０ｋｇ−ｍのものである。

耐久試験の条件は同じタイプの電磁クラッチを用い２０
０時間の連続使用を行なった。

トルク低下率及びトルク変動率はともにトルク特性の安
定性を評価するためのもので、第１図に示すようにそれ
ぞれ以下のように定義する。

トルク低下率は耐久試験後の最終トルク値と初期トルク
値の差を初期トルク値で割った値で示した。

トルク低下率 トルク変動率は出力トルク値を縦軸、連続使用時間を横
軸にとったとき、初期トルク値と、最終トルク値を結ぶ
直線からの変動をその時の予想トルク値（直線上のトル
ク値）で割った値で示したトルク変動率 なお、このトルク変動率は、耐久試験中測定した何点か
の値の最大のものをとった。

以上の結果を表３に示す。

Ａｌ〜Ａ８までの粉体においては窒化処理によりトルク
低下率、トルク変動率ともに大きく改善されている。特
にＡｎ　、　Ｓ　ｉを含有せしめたＡ６〜Ａ８について
は、トルク低下率、トルク変動率の低下が顕著である。

これに対してＢ１の粉体でも窒化処理による効果はみら
れるもののＡｌ−Ａ３にみられるほど顕著なものではな
いゃ Ｂ２についてはトルク特性の安定性の面では効果が大き
いが、電流−トルク特性において１０ｋｇａｍの定格ト
ルクに達っしていない。

（実施例２） Ｆｅ−１，５ＡＭ−１，５ｓｉ−８Ｃｒ−２０Ｇｏの組
成の合金からガスアトマイズ法によって得られた球状粉
体にアンモニアガス雰囲気中で、表４に示すような条件
で窒化処理を施した。

この窒化処理粉体について振動試料型磁力計（ＶＳＭ）
による磁束密度の測定及び電流−トルク特性の測定を行
ない、その結果を表４にともに示した。

磁束密度は粉体をプラスチックカプセルに充填し、外部
磁場１０ｋＯｅでの磁束密度の値ＢＩＧを測定した。さ
らに粉末をカプセルに充填したときの充填密度の影響を
取り除くため１３ｔｏを密度ρで割った値Ｂ＋ｏ／ρで
示す。

電流−トルク特性は実施例１の場合と同様の電磁クラッ
チを用いた。

比較のため、同じ組成で未処理の粉体についても結果も
示す。

Ｃ１〜Ｃ６は本発明の実施例であり、いずれの条件によ
る処理によっても磁束密度（Ｂ　＋ｏ１０）−雷捺一ト
１し〃ム件＞もし−十キｌ篤丁士スーとはない。

これに対し、Ｄｉ、Ｄ２の条件で処理したものは磁束密
度（Ｂｏｏ／ρ）、電流−トルク特性ともに大きく低下
している。Ｄ３については磁束密度、電流−トルク特性
は大きな低下がみられないものの、粉体表面に窒化物層
がほとんど形成されず、トルク特性の安定性に対する効
果がほとんどない。

〔発明の効果〕

本発明による窒化処理を施した磁性粉体を電磁クラッチ
に用いることにより使用中の出力トルクの変動及び長時
間使用による出力トルクの低下をおさえ、長時間にわた
りより安定したトルク出力を得ることができる。特に小
型でかつ高温にて使用される電磁クラッチに用いた場合
においても安定したトルク特性を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、トルク低下率、トルク変動率の定義を説明す
るためのグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃｒを２．０〜２５重量％含有する鉄基合金よりな
   る粉体の表面に、１０μｍ以下の厚さに、該鉄基合金を
   構成する元素の窒化物層を形成させたことを特徴とする
   耐久性に優れた電磁クラッチ用磁性粉体。 ２　Ｃｒを２．０〜２５重量％含有する鉄基合金よりな
   る粉体を、活性な窒素を生ずる雰囲気中で２００℃〜１
   ０００℃の温度にて加熱することにより、粉体の表面に
   １０μｍ以下の厚さの窒化物層を形成させることを特徴
   とする耐久性に優れた電磁クラッチ用磁性粉体の造方法
   。 ３　鉄基合金にＣｏ：５．０〜３５重量％を含有せしめ
   た特許請求の範囲第１項記載の耐久性に優れた電磁クラ
   ッチ用磁性粉体。 ４　鉄基合金にＳｉ：０．５〜６重量％及びＡｌ：０．
   ５〜６重量％のうちの１種又は２種を含有せしめた特許
   請求の範囲第１項又は第３項記載の耐久性に優れた電磁
   クラッチ用磁性粉体。 ５　粉体はガスアトマイズ法により作製した粒径が２０
   〜２００μｍの粉体である特許請求の範囲第１項、第３
   項又は第４項記載の耐久性に優れた電磁クラッチ用磁性
   粉体。 ６　粉体は球形である特許請求の範囲第１項又は第３項
   乃至第５項のいずれかに記載の耐久性に優れた電磁クラ
   ッチ用磁性粉体。 ７　鉄基合金にＣｏ：５．０〜３５重量％を含有せしめ
   た特許請求の範囲第２項記載の耐久性に優れた電磁クラ
   ッチ用磁性粉体の製造方法。 ８　鉄基合金にＳｉ：０．５〜６重量％及びＡｌ：０．
   ５〜６重量％のうちの１種又は２種を含有せしめた特許
   請求の範囲第２項又は第７項記載の耐久性に優れた電磁
   クラッチ用磁性粉体の製造方法。 ９　粉体はガスアトマイズ法により作製した粒径が２０
   〜２００μｍの粉体である特許請求の範囲第２項、第７
   項又は第８項記載の耐久性に優れた電磁クラッチ用磁性
   粉体製造方法。 １０　粉体は球形である特許請求の範囲第２項又は第７
   項乃至第９項のいずれかに記載の耐久性に優れた電磁ク
   ラッチ用磁性粉体製造方法。