JPH0338722B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、永久磁石に関するものであり、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）合金磁石の改良に関する
ものである。

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、L1o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
金磁石が知られている。また、このMn−Al−Ｃ
系合金磁石には、前記面心正方晶の〔001〕軸の
配列の状態によつて等方性磁石と特定の方向また
は特定の平面に磁化容易方向を持つ異方性磁石が
知られている。

多極着磁の分野で用いられる異方性磁石として
は、特定の方向に磁化容易方向を有する径方向異
方性磁石と、特定の平面に平行な任意の方向に磁
化容易方向を有した異方性磁石が知られている。
後者の異方性磁石は、前記面心正方晶の〔001〕
軸を特定の平面に平行な任意の方向に前記平面の
垂線方向に比して優先的に配列させ、しかも前記
平面内では平面内の特定の方向に優先的に配列さ
れていない構造である（以下、面異方性磁石と称
する）。

多極着磁の分野で用いられる磁石の形状として
は、一般には軸対象の形状であり、一例として円
筒体がある。円筒体の磁石の内周に多極着磁した
場合の磁石内部での磁路の形成を模式的に第１図
に示した。第１図において破線が磁路を示し、一
つの径方向（ｒ方向）に対する弦方向（θ方向）
も示している。前述した様に円筒の径方向（ｒ方
向）と円筒の軸方向にそれぞれ直交する方向を弦
方向（θ方向）とする。

第１図に示した様に、磁路は、内周部ではほぼ
径方向に沿い、外周部ではほぼ弦方向に沿つてい
る。前述した様に、磁石の形状を円筒体とした場
合、内周部というのは、内周に多極着磁した場合
に磁路がほぼ径方向に沿つている部分をさし、外
周部というのは磁路がほぼ弦方向に沿つている部
分をさす。前述した面異方性磁石は、径方向と弦
方向を含む平面に平行な任意の方向に磁化容易方
向を有する磁石である為、このような内周着磁を
施した場合には優れた磁気特性が得られるが、前
述の外周部又は内周部のみをみた場合には必ずし
も望ましい異方性構造ではない。すなわち内周部
のみみた場合には、弦方向よりも径方向に高い磁
気特性を有する方が良く、外周部のみみた場合に
は、径方向よりも弦方向に高い磁気特性を有する
方がこのような内周多極着磁に適した異方性構造
といえる。

さらに、前述した様に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の組織で
構成され、前記の面心正方晶の〔001〕軸（磁化
容易軸）の統計的分布の相違によつて各種の異方
性構造をもたせており、前記の面異方性磁石は前
記の〔001〕軸を磁石内の特定の平面に平行な任
意の方向にその平面の垂直方向に比して優先的に
配列させ、しかも磁気的には前記平面内では等方
性であるように配列されている。このことから前
記の事柄を換言すれば、内周部のみみた場合には
〔001〕軸を径方向に弦方向に比して優先的に配列
させる、または外周部のみみた場合には〔001〕
軸を弦方向に径方向に比して優先的に配列させる
の少なくとも一方を満足させ、しかも径・弦方向
を含む平面に平行な方向にその平面の垂直方向に
比して優先的に配列させる。このような構造が内
周多極着磁に適した異方性構造である。

本発明は、前述した背景のもとに、面異方性磁
石を改良した多極着磁に適した新規な異方性構造
をもつた永久磁石をMn−Al−Ｃ系合金磁石の改
良によつて提供するものである。

多極着磁の分野でもつとも多く用いられる磁石
の形状は、円筒体である。よつて磁石の形状を円
筒体として本発明の永久磁石を説明する。

本発明の永久磁石は、異方性磁石であるが、こ
れまでの異方性磁石に対する一般的概念からは容
易に想定されない新規な異方性構造を持つ永久磁
石である。これまでに知られている異方性磁石
は、特定の一方向に高い磁気特性を有する一軸異
方性と、多極着磁の分野で用いられる径方向異方
性、前記の面異方性などが知られている。前記の
三種の異方性を磁石の形状を円筒体として説明す
ると、一軸異方性では、例えば円筒体の軸方向に
磁化容易方向を有したもので、磁石内のどの部分
においても磁化容易方向は円筒体の軸方向に平行
である。径方向異方性では、例えば円筒体の径方
向に平行に磁化容易方向を有したもので、磁石内
のどの部分においても磁化容易方向は径方向に平
行である。また、面異方性では、例えば円筒体の
軸方向に垂直な平面に平行に磁化容易方向を有
し、前記平面内では平面内の特定の方向に優先的
に配列されていないことから、平面内では磁気的
に等方性である。しかも磁石内のどの部分におい
ても前述した構造である。

一方、本発明の永久磁石は、磁石内のどの部分
においても同じ構造ではなく、大きく分けて二つ
の部分（外周部と内周部）からなるため、前述し
た様なみかたをすれば、前記のような異方性構造
が二種類一磁石内に存在するものとみることがで
きる。

本発明の永久磁石は、内周部では径方向異方性
もしくは面異方性であり、外周部では弦方向異方
性もしくは面異方性である。しかも内周部と外周
部の両者が共に面異方性ではないような構造であ
る。以上のことから本発明の永久磁石は三つのタ
イプに分かれ、第１のタイプとしては、内周部が
径方向異方性で、外周部が弦方向異方性のもので
あり、第２のタイプとしては、内周部が径方向異
方性で、外周部が面異方性のものであり、さらに
第３のタイプとしては、内周部が面異方性で、外
周部が弦方向異方性である。ここで弦方向異方性
（θ方向異方性）というのは、径方向異方性と類
似の異方性構造で、磁石の形状を円筒体とする
と、円筒体の弦方向（第１図においてθ方向）に
平行に磁化容易方向を有したもので、磁石内にど
の部分においても磁化容易方向は弦方向（θ方
向）に平行である。換言すれば、磁化容易方向が
円周の接線方向に沿つている。

先ほど二種類の異なつた異方性構造が一磁石内
に存在するものとみることができると表現した
が、一方、別のみかたをすれば、前記の面異方性
磁石の磁気的に等方性である平面上の外周部もし
くは内周部の少なくとも一方で磁気的に異方性で
ある構造で、内周部では径方向に異方性であり、
外周部では弦方向に異方性であり、このような構
造が本発明の永久磁石である。例えば前記の第１
のタイプでは、内周部では径方向に異方性で、外
周部では弦方向に異方性である。

本発明の永久磁石は、前述した様な異方性構造
をもつているため、第１図に示した様な内周に多
極着磁を施した場合、面異方性よりもさらに優れ
た磁気特性を示すのである。

第１図に示した様な内周に多極着磁を施した場
合、磁路の形成を考慮して磁路に沿うように
〔001〕軸を配列させた構造を有するためであり、
このようなみかたをすれば、面異方性というのは
磁路の方向に沿わない方向にも〔001〕軸を同等
に配列させているため無駄のある異方性構造であ
ると考えることもできる。

一般に、多結晶体における結晶方位の優先配向
の状態を極密度Ｐで表現する。τ相は正方晶系で
あるから、〔001〕軸の配向は（001）極密度分布
として捉えることができる。多結晶体のある方位
での（001）極密度は、その方位にＸ線回折法線
を置いた時の（00n）面回折積分強度の等方性材
料の場合に対する比として測定される。等方性磁
石では、全ての立体方位に対して極密度は１であ
る。本発明の永久磁石の換言すれば、磁石内の特
定の平面に平行な特定の方向でＰ＞１であり、し
かもその平面の垂線方向でＰ＜１である。前記の
第１のタイプでは、前記の磁石内を磁石の内周部
とすれば、前記の特定の方向は径方向（ｒ方向）
であり、磁石の外周部とすれば、前記の特定の方
向は弦方向（θ方向）である。第２のタイプで
は、前記の磁石内の磁石の内周部とすれば、前記
の特定の方向は径方向（ｒ方向）であり（これは
第１のタイプと同じ）、磁石の外周部とすれば、
前記の特定の方向は任意の方向である。第３のタ
イプでは、前記の磁石内を磁石の内周部とすれ
ば、前記の特定の方向は任意の方向であり、磁石
の外周部とすれば、前記の特定の方向は弦方向
（θ方向）である。

発明者らが試作した本発明の永久磁石について
は、両方向（特定の方向と垂線方向）間の（001）
極密度の相違は全ての試料について３倍以上であ
つた。また、前記平面に平行な方向での（001）
極密度は任意の方向とした場合には、その変化は
約10％以下であり、Ｘ線回折強度測定における一
般的精度の程度であり、特定の方向とした場合に
は、特定の方向の直角な方向とを比で1.1以上で
あるが、その比を大きくする方が磁気特性上有利
である。

本発明の永久磁石は、前記の面異方性磁石にお
いて同等に〔001〕軸を配列させた平面内でさら
に外周部又は内周部もしくは両部で特定の方向に
優先的に配列させたものである。磁気特性的にみ
れば、内周部では径方向（ｒ方向）異方性とする
か、又は外周部で弦方向（θ方向）異方性とする
かということになり、発明者らか試作した本発明
の永久磁石については、径方向と弦方向の残留磁
束密の比が1.1以上であつた。

本発明の永久磁石は、公知のMn−Al−Ｃ系磁
石用合金、例えば、68〜73重量％のMnと（1/10
Mn−6.6）〜（1/3Mn−22.2）重量％のＣと残部
のAlからなる合金を、530〜830℃の温度域で押
出加工等の公知の方法によつて、一軸性の均質微
細な〔001〕繊維組織とした後、例えば一つの製
造法としては、軸方向へ自由圧縮加工を施して得
た面異方性磁石を、さらに前記磁石の一部分に前
記自由圧縮加工と平行の方向に圧縮加工を施すこ
とによつて得ることができる。他の製造法として
は、一軸性の均質微細な〔001〕繊維組織とした
後、コンテナ部の開口面積がベアリング部の開口
面積より小さいダイスを用いて押出加工を施し、
しかも前記押出加工において押出方向と前記軸方
向を平行とし、押出方向に圧縮ひずみを施す。前
記の押出加工を施して得た磁石をさらに前記磁石
の一部分に前記軸方向と平行な方向に圧縮加工を
施すことによつて得ることができる。

次に本発明の実施例を説明する。

配合組成で69.5重量％のMn、29.3重量％のAl、
0.5重量％のＣ及び0.7重量％Niを大気中で溶解鋳
造し、直径80mm、長さ60mmの円柱ビレツトを作製
した。このビレツトを1100℃で２時間保持した
後、室温まで放冷する熱処理を行つた。次に潤滑
剤を介して720℃の温度で直径45mmまでの押出加
工を行つた。さらに潤滑剤を介して680℃の温度
で直径31mmまでの押出加工を行つた。この押出棒
を長さ20mmに切断し、切削加工して、外径30mm、
内径10mm、長さ20mmの円筒ビレツトを作製した。

次にこの円筒ビレツトを潤滑剤を介して第２図
に示した様なダイスを用いて、680℃の温度で押
出加工した。第２図ａが加工前の状態であり、ｂ
が加工後の状態である。第２図において、１はビ
レツト、２，３はダイス構成部材、４，５はポン
チである。２１の部分はコンテナ部であり、外径
30mm、内径10mmである。２２の部分はコニカル部
である。２３の部分はベアリング部であり、外径
63.2mm、内径49mmであり、ｘは40mmである。この
ダイスのコンテナ部の開口面積は、外径30mm、内
径10mmのリングの断面積であり、ベアリング部の
開口面積は、外径63.2mm、内径49mmのリングの断
面積である。加工後のビレツトは、外径63.2mm、
内径49mm、長さ10mmであつた。

このビレツトをさらに第３図に示した金型で円
筒の軸方向に680℃の温度で内周部のみ圧縮加工
した。

第３図ａは加工前の状態を示す。１１は第２図
のダイスで加工後のビレツトを示す。このビレツ
トを外型６と下型７で固定し、ポンチ８の中心を
ビレツト１１の中心にほぼ一致させて圧縮加工し
た。ｂは加工後の状態を示す。

なお、ポンチ８の直径は56mmである。加工後の
ビレツトの長さは、内周部で８mm、外周部で10mm
であつた。

このビレツトを外径62mm、内径50mmに切削加工
し、内周に30極着磁をした。なお着磁は、
2000μFのオイルコンデンサーを用い、1500Vで
パルスを着磁した。内周部の表面磁束密度をホー
ル素子で測定した。

前記と同様な方法で外径62mm、内径50mm、長さ
は内周部で８mm、外周部で10mmの円筒磁石を作製
した。この磁石の内周部（長さ８mmの部分）と外
周部（長さ10mmの部分）からそれぞれ径方向（ｒ
方向）、弦方向（θ方向）及び軸方向に平行にな
るようにして、長方体各３個ずつ合計６個を切り
出した。なお各辺の長さは、径方向に平行な辺は
２mm、弦方向には４mm、軸方向には５mmとした。
以上の３個を重ね合わせて、一辺がそれぞれ６
mm、４mm、５mmの長方体とし、この試料の各方向
の磁気特性を測定した。外周部の弦方向では、
Br＝5.9kG、Hc＝2.7kOe、（BH）_nax＝6.2MG・
Oeであり、径方向では、Br＝3.1kG、Hc＝
2.3kOe、（BH）_nax＝2.0MG・Oe、軸方向ではBr
＝2.6kG、Hc＝1.9kOe、（BH）_nax＝1.4MG・Oe、
または内周部の弦方向では、Br＝3.0kG、Hc＝
2.0kOe、（BH）_nax＝1.7MG・Oeであり、径方向
では、Br＝5.6kG、Hc＝2.5kOe、（BH）_nax＝
5.4MG・Oe、軸方向では、Br＝2.6kG、Hc＝
1.9kOe（BH）_nax＝1.4MG・Oeであつた。

以上に示した様に、前記の磁石は前記の第１の
タイプであり、外周部では弦方向に異方性であ
り、内周部では径方向に異方性化している。

比較の為に、前記の直径45mmの押出棒を長さ20
mmに切断し、直径45mm、長さ20mmの円筒ビレツト
を作製した。次に円柱ビレツトを潤滑剤を介し
て、円柱の軸方向に680℃の温度で自由圧縮加工
を施した。加工後のビレツトの長さは10mmであつ
た。このビレツトは面異方性磁石であり、切削加
工して外径62mm、内径50mmの円筒状にして前記と
同様の着磁、測定を行つた。

前記と同様の方法で得た面異方性磁石の直径約
55mmの付近から一辺５mmの立方体を切り出した。
なお各辺は径方向、弦方向及び軸方向に平行にな
るようにした。立方体試料の磁気測定を行つた。
磁気特性は、径方向及び弦方向でBr＝4.6kG、
Hc＝2.8kOe、（BH）_nax＝4.0MG・Oeであつた。
一方軸方向では、Br＝2.6kG、Hc＝2.0kOe、
（BH）_nax＝1.4MG・Oeであつた。

以上の本発明の永久磁石と面異方性磁石の表面
磁束密度の値を比較すると、本発明の磁石の表面
磁束密度の値は、面異方性磁石のそれの約1.4倍
であり、極めて優秀な内周多極着磁用永久磁石で
あつた。

上記した本発明の磁石は、内周部が径方向異方
性で、外周部が弦方向異方性である第１のタイプ
の磁石であるが、次に内周部が径方向異方性で、
外周部が面異方性である第２のタイプの磁石を得
る実施例を以下に説明する。

前述の比較のために作製した面異方性磁石を外
径63.2mm、内径49mm、長さ10mmの円筒状に切削加
工し、前述と同様に第３図に示した金型を用い
て、680℃の温度で内周部だけを圧縮加工した。
加工後のビレツトの長さは、内周部で８mm、外周
部で10mmであつた。

この磁石から第１のタイプの磁石と同様の資料
を切り出して特性を測定した結果、内周部の弦方
向では、Br＝3.0kG、Hc＝2.0kOe、（BH）_nax＝
1.7MG・Oeであり、径方向では、Br＝5.6kG、
Hc＝2.5kOe、（BH）_nax＝5.4MG・Oe、軸方向で
は、Br＝2.6kG、Hc＝1.9kOe、（BH）_nax＝
1.4MG・Oeであつた。一方、外周部の弦方向お
よび径方向では、Br＝4.6kG、Hc＝2.8kOe、
（BH）_nax＝4.0MG・Oeであり、軸方向では、Br
＝2.6kG、Hc＝2.0kOe、（BH）_nax＝1.4MG・Oe
であつた。

この磁石は本発明の第２のタイプの永久磁石で
あり、この本発明の磁石と先に作製した面異方性
磁石の表面磁束密度の値を比較すると、本発明の
表面磁束密度の値は、面異方性磁石のそれの約
1.3倍であり、第１のタイプより若干劣るが極め
て優秀な内周着磁用永久磁石であつた。

次に内周部が面異方性で、外周部が弦方向異方
性である第３のタイプの磁石の製造方法である
が、これは第１のタイプの磁石の製造方法とほぼ
同じで、異なるのは最後に内周部の圧縮加工の圧
縮長だけである。第１のタイプの磁石は内周長が
８mmまで圧縮されたが第３のタイプの磁石では内
周長が９mmで圧縮を終了した。

この磁石の各方向の磁気特性を前記と同じ方法
で測定した。内周部の径方向および弦方向では、
Br＝4.5kG、Hc＝2.8kOe、（BH）_nax＝3.9MG・
Oeであり、軸方向では、Br＝2.6kG、Hc＝
1.9kOe、（BH）_nax＝1.4MG・Oeであつた。一方、
外周部の弦方向では、Br＝5.9kG、Hc＝2.7kOe、
（BH）_nax＝6.2MG・Oeであり、径方向では、Br
＝3.1kG、Hc＝2.3kOe、（BH）_nax＝2.0MG・Oe
であり、軸方向では、Br＝2.6kG、Hc＝1.9kOe、
（BH）_nax＝1.4MG・Oeであつた。

この磁石は本発明の第３のタイプの磁石であ
り、この永久磁石と比較のために作製した面異方
性磁石の表面磁束密度の値を比較すると、本発明
の表面磁束密度の値は、面異方性磁石のそれの約
1.3倍であり、第２のタイプの特性とほぼ同等の
極めて優秀な内周着磁用永久磁石であつた。

以上の様に、本発明の永久磁石は、面異方性磁
石と比較すると、面異方性磁石よりも、内周着磁
に適した異方性構造を有するため、優れた磁気特
性をもつた永久磁石である。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状磁石の内周に多極着磁を施した
場合の磁石内部での磁路の形成を模式的に示した
図、第２図及び第３図は実施例における本発明の
永久磁石を得るのに用いた金型の一部の断面図で
ある。 １……ビレツト、４，５……ポンチ、２１……
コンテナ部、２２……コニカル部、２３……ベア
リング部、６……外型、７……下型、８……ポン
チ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主として面心正方晶の組識で構成される多結
   晶マンガン−アルミニウム−炭素系合金磁石であ
   つて、前記磁石の形状が軸対象であり、前記面心
   正方晶の〔001〕軸が前記軸に垂直な平面に平行
   な任意の方向に前記軸方向に比して優先的に配列
   されていて、しかも前記平面内の外周部のみ磁気
   的に弦方向に異方性であるか、または内周部のみ
   磁気的に径方向に異方性であるかの少なくともど
   ちらかを満足することを特徴とする永久磁石。