JPS6326431A - 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電磁ク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文−Ｃｒ系合金よりなる磁性粉体（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１．た磁性粉体（特開昭５４−４
５１９５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文−Ｃｒ系合金よりなる磁性粉体、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
作が繁雑であり、量産性に欠（するため、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電磁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、５μｍ以下の厚さに、該鉄
基合金を構成する元素の酸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、大気又は酸素が充分に
供給される雰囲気中で２００°Ｃ〜１０００℃の温度に
て加熱することにより、粉体の表面に５ｇｍ以下の厚さ
の酸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、５μｍ以下の厚さに
、該鉄基合金を構成する元素の酸化物層を形成させる。

本発明者は、従来使用されている磁性粉体の耐久試験後
の（例えば２００時間連続使用）の表面状態を詳細に調
べることにより、電磁クラッチ内で常に動的に摩擦を受
けながら高温で形成された酸化物は通常の静的に形成さ
れた酸化物とは大きく異なることをつきとめた。

通常の静的な酸化により粉体表面に形成されたＦｅ及び
Ｃｒの酸化物層は、一般に緻密で硬く、母相との結合力
も強いのに対し、’ｉｉ磁クラー２チ内で動的に酸化さ
れた酸化物層は母相との結合力が弱＜、ｍ密性に欠け、
粉体表面から剥離しゃすい。

この磁性粉体表面から酸化により剥離した酸化微粉が電
磁クラッチの特性を低下させる。

従って、事前に粉体表面に静的な酸化により安定で、か
つ、Ｉ＆密な酸化物層を形成することにより電磁クラッ
チ内で使用した場合、酸化、摩耗による微粉の発生を著
しく減少させ、長時間の使用に対して安定なトルク特性
が得られる。

しかし、これらの酸化物は通常、磁性を示さない、従っ
て、静的な酸化であっても５７μｍ以下の厚さを超える
ような過度の酸化を行った場合には、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酸化物層の
厚さは５弘ｍ以下の厚さとする。

酸化物層の厚さを５μｍ以下の厚さとするためには、酸
化処理温度は２００℃〜１ｏｏｏ’ｃとする。

２００℃より低い温度では酸化反応が進みにくく、粉体
表面に効果的な酸化物層を形成させることができない、
また、１０００’０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、酸
化速度が非常に速いため酸化物の厚さを５ｇｍ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。

酸化処理の雰囲気は、大気又は酸素が充分に供給される
雰囲気とする。大気に水蒸気や酸素を加えた雰囲気が好
ましい、もちろん、酸素が充分に供給される雰囲気であ
ればこれ以外の雰囲気でもかまわない。

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の酸化物は特に硬く、緻密であるため、耐摩耗性向
上に著しい効果がある。ＣｒＱ度が２．０重量％未満で
はＣｒ酸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、″：ｒ
ｉ、ｆ＆−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（ひいては電波−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酸化物が得ら
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Ａｔ−Ａ３は本発明範囲に含まれる組成を
有しており、一方、Ｂ１はＣｒが本発明範囲より少ない
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、
２０〜２００μｍ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ＰＪ擦力の発生を回避するため酸化処理による
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。

これらの粉体に大気中で表２に示す条件　で酸化処理を
施し、粉体表面に厚さが５μｍ以下になるように酸化物
層を形成させた。

同じ組成の合金の酸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、？ｌ！磁クチクラッチ
内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能である。

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 初期トルク値 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 予想トルク値 なお、このトルク変７ＪＪ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。

Ａ１〜Ａ８までの粉体においては酸化処理によリトルク
低下率、トルク変′ｖＪ率ともに大きく改善されている
。特にＡｎ　、　Ｓ　Ｌ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Ｂｌの粉体でも酸化処理による効果はみら
れるもののＡ１〜Ａ８にみられるほど顕著なものではな
い。

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１０ｋｇ＊ｍの定格ト
ルクに達っしていない。

（実施例２） Ｆｅ−１，５Ａｌｌ−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
粉体に大気中で、表４に示すような条件で酸化処理を施
した。

この酸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項し、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Ｂ＋ｏｌｃ密度ρで割った値ＢＩＧ／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。

０１〜Ｃ５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　ｌｏ／ρ）、電流−ト
ルク特性ともに大きく低下することはない、むしろ電流
−トルク特性においては。

未処理粉体より向上しているものもある（Ｃ１〜Ｃ３）
、これは、粉体表面に形成された酸化物により表面の摩
擦抵抗が適度に増すためである。

これに対し、Ｄｉ、Ｄ２．Ｄ３の条件で処理したものは
磁束密度（Ｂ１ｏ／ρ）、電流−トルク特性ともに大き
く低下している。これは、表面に形成された酸化物層の
厚さが厚すぎて磁気特性を低下させているためである。

［発明の効果］ 本発明による酸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。 表２

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、５μｍ以下の厚さに、該鉄基合金を構
   成する元素の酸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、大気又は酸素が充分に供給される雰囲気中で
   ２００℃〜１０００℃の温度にて加熱することにより、
   粉体の表面に５μｍ以下の厚さの酸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。 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。