軽金属材料及びその鋳造製造法
【課題】軽量で非磁性の金属であるアルミニウム合金あるいはマグネシウム合金の表層近くに磁性材料層を偏在させて形成し、本来磁性のないこれら合金を強磁性材料とすることができる軽量金属材料の提供を目的とする。
【解決手段】
アルミニウム又はマグネシウムの溶湯と消磁した強磁性体又は未着磁強磁性体の微小固体及び／又は粉体材料を分散混合させた混合溶湯を鋳型内に注湯することで、単層複合又は多層複合構造を持った消磁性体材料を軽金属材料の表層近くに偏在させ、必要によっては磁場配向を加え急冷凝固することにより強磁性体の前駆体である軽金属複合材料を着磁又は消磁−着磁することで軽金属合金材料を強磁性体材料とすることができる。
【解決手段】
アルミニウム又はマグネシウムの溶湯と消磁した強磁性体又は未着磁強磁性体の微小固体及び／又は粉体材料を分散混合させた混合溶湯を鋳型内に注湯することで、単層複合又は多層複合構造を持った消磁性体材料を軽金属材料の表層近くに偏在させ、必要によっては磁場配向を加え急冷凝固することにより強磁性体の前駆体である軽金属複合材料を着磁又は消磁−着磁することで軽金属合金材料を強磁性体材料とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエレクトロニクス材料などに用いられるマグネシウム又はアルミニウム系など、非磁性体（常磁性体）軽金属材料中に消磁性体材料を偏在させた強磁性体軽金属性材料前駆体及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁性材料は通信機、回転機、各種の音響機器、医療機器など非常に広範囲な分野で使われている。これら永久磁性材料としては古くから知られている鉄系磁石、フェライト系磁石、アルニコ系磁石、希土類系磁石などが用いられてきたが近年では新希土類系磁石の高性能磁性材料が見出され、エレクトロニクス製品の小型化が益々進むようになってきた。
【０００３】
これらの磁性材料は多くの場合に粉末冶金法、粉末焼結法などで製造されるため微粉末状で得られ、これを実用的に利用するにはこれら粉末を樹脂で結合した、いわゆるボンド磁石とし、これをシート状、ローラー状、ロータ磁石などに加工して各種用途に利用している。しかしながら、これらボンド磁石は耐熱性が低いこと及び機械的強度に不足があるという欠点を有している。またこれら粉末材料を耐熱性があり、機械強度の優れたバルク磁石とする方法も知られているが、それらはホットプレス法、ロール圧延法などでいずれも極めて高温かつ高度な加工法であり、より簡易な加工法が求められている状況である。
【０００４】
アルミニウムなど非磁性の軽量金属材料に磁性を付与させる方法については余り多くの文献はないが、特許文献１に記載のような方法が提案されている。そこにはマグネシウムを基にした軽金属中に鉄の粉末を固相で機械的に分散させることによって磁性材料を得る方法が開示されている。しかし、この方法で得られる材料はマグネシウム表面の耐食性が全くなく、実用には供し得ないものが得られる。またマグネシウムと鉄との溶融混合による複合化は不可能であったと説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】 特開平９−３０２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軽量非鉄金属であるアルミニウム合金あるいはマグネシウム合金は軽量で耐熱性があり、剛性にも優れているが強磁性材料とすることができないのが問題点である。本発明はこれら材料に磁性材料層を偏在形成し、本来、非磁性体のこれら軽金属を強磁性体に変化させることのできる、軽量化され、そして耐熱性があり、機械的強度にも優れた強磁性材料前駆体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、非磁性体（常磁性体ともいう）軽金属材料中に非磁性体軽金属の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状で、分散混合している混合溶湯を鋳型内に注湯し、鋳型内で冷却凝固させ消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成してなる、消磁磁性体材料が軽金属材料中に偏在している消磁性体材料を有する軽金属材料及びその鋳造製法である。
ここで得られる軽金属材料は強磁性材料の前駆体であり、これを一旦消磁した後、着磁する方法と着磁のみ行う方法により軽量金属を強磁性体とすることが容易である。
【０００８】
本発明で用いられる、非磁性体軽金属材料は常磁性軽金属材料ともいわれるものであって、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金を実質的に指しており、特に溶湯とするときの扱い易さなどの点からアルミニウムが特に好ましい。
【０００９】
また、本発明で用いる消磁性体材料とは消磁強磁性体材料又は未着磁強磁性体材料を意味しており、これらには、公知の各種強磁性材料を消磁したもの、または着磁をしていない強磁性材料が挙げられる。例えばフェライト系、コバルト系、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ａｌ系磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｂ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石など各種の高性能磁性粉末及び微小個体の消磁性体が用いられる。これらの消磁性体材料の融点は本発明で用いられる非磁性体軽金属材料の融点よりも高いものであり、消磁性体材料を含む非磁性体軽金属材料の混合溶湯中では微小個体状及び／又は粉体状で存在している。
【００１０】
本発明の軽金属材料中の消磁性体材料は、出来るだけ表面近くに偏在させることが好ましく、これによって少量の消磁性体材料の混入で強力な磁力を発揮させることが出来る前駆体とすることができる。表面層近くに消磁性体材料を偏在させたる製法としては、非磁性体軽金属材料に微小個体状及び／又は粉体状の消磁性体材料を混合し、溶融又は流動可能な半溶融の状態とした混合溶湯を、鋳型内に導入し、導入した溶融及び／又は半溶融混合物を静置することによって該混合物中の磁性材料を鋳型内側周囲方向に比重差又はその他の方法で引き寄せて軽金属材料中の表面層部分近くに偏在させた後に急速冷却し、鋳型を取り外すことによって、表面層近くに消磁性体材料を有する軽金属材料とするものである。
【００１１】
消磁性体材料を軽金属材料中の表面層部分近くに多く偏在させたる方法として比重差による自然偏在させる方法の他に、鋳型の外面に磁石を置くことにより溶湯中の粉体状の消磁性体材料を鋳型内側周囲方向に引き寄せる方法がある。
【００１２】
鋳型の内部に磁場を形成し、軽金属材料中の消磁性体材料に磁場配向を与えることよって磁束密度のアップした目的物とする製造法も好ましい方法である。この製造法は、溶湯及び混合溶湯が半溶融状態の間に鋳型の外面に単独または対称的に逆の極性磁石及び／又は電磁石を置くことにより混合溶湯中の消磁性体材料に異方性が与えられ、着磁後の強磁性体材料の磁力に良い変化をもたらす。また、磁場配向を行った溶湯を急冷し常温にて放置した後に得られるワークにエナメル線または絶縁処理したアルミニウム線を規則正しく巻き、先端より電気を流すと電磁石として用いることも出来る。
【００１３】
絶縁処理したアルミニウム線とは無機物または有機物による被膜を形成したものであって、無機物としてはアルミニウム化成処理及び／又は陽極酸化処理による皮膜形成で、有機物としてはワニス、シリコン、ゴム、アクリル、ウレタン、ポリエステル、フッ素化合物の単体または複合及びその誘導体が挙げられ、この有機物中に浸漬する方法と、上記有機物の電気泳動液中を連続的に潜らせたり、または一定量をバッチ式にて電気泳動法を行った後、常温または加温乾燥により薄く、絶縁耐力が安定し、しかも柔軟性があることが必要である。
【００１４】
消磁性体材料を表面近くに偏在させることが好ましいが、一方で消磁性体材料が表面に直接露出していると局部電池を形成し、軽金属材料の腐食が促進される欠点がある。また、アルミニウム、マグネシウムなどにおいて表面腐食を防ぐための有力な手段である陽極酸化処理を施すことが出来ない。このため、鋳型内へ軽金属材料と粉体状もしくは微小個体状の消磁性体材料との混合溶湯を鋳込む前に、非磁性体軽金属材料のみからなり消磁性体材料を含まない溶湯を鋳型内に鋳込んで表面層を形成することが好ましい。この表面層用の溶湯が凝固する前に非磁性体軽金属材料と消磁性体材料との混合溶湯を鋳型内に導入し、その後にこれを冷却凝固することによって消磁性体材料が表面近くに偏在しているが表面には露出していない少なくとも二層からなっている消磁性体含有の軽金属材料とすることが可能になる。また、非磁性体軽金属のみからなる表面層の対向表面に同じ材料の表面層を形成したサンドイッチ３層複合構造とすることも好ましい。ここで得られる軽金属材料は強磁性体材料の前駆体であり、これを安定した性能とする為に一旦消磁した後、着磁させる方法と着磁のみおこなうことにより強磁性を有する軽金属材料とすることができる。
【００１５】
本発明において表面層用の溶湯を鋳型に注湯後、その凝固前に次の混合溶湯を注湯することが好ましいが、それは表面層とその後の混合溶湯との結合を完全とするためであって、凝固前とは半凝固又は完全凝固前の固相状態を指すものであって、このためには混合層を形成するための混合溶湯を導入する際に表面層用溶湯と混合溶湯の注湯における時間差を５秒以上６０分未満とするか、及び／又は注湯した表面層用溶湯の温度がその融点の９５〜７０％の範囲の温度になったときに混合溶湯を注湯することが好ましい。表面層の厚さは表面層形成用として導入する溶湯の量で調節可能であるが、冷却凝固後に鋳型から取出した製品の表面を平滑にするための研磨で除去される厚みを考慮して、導入する混合溶湯層の厚さの０．１〜５０％未満となる様にすることが好ましい。表面研磨した後の最終製品とした場合の、消磁性体材料を含まない表面層の厚さは５０μｍ程度以上あれば充分である。
【００１６】
本発明において混合溶湯中の消磁性体材料の割合は軽金属材料の４２ｗｔ％が限度で、２０％未満では磁性体としての性能が発揮できなく、４２％を超えると溶湯中に練りこむ事が大変難しく、混合溶湯が出来なくなる。好ましい混合割合は３０〜４０ｗｔ％である。
【００１７】
本発明において表面からの距離が同じ場合、消磁性体材料の割合と磁束密度が比例している為に、如何に大量の消磁生体材料を溶湯に入れられるかが重要であるが、溶湯が完全な液体状では限度があり、むしろ、半溶融状態の中に練りこむか、消磁性体材料に溶湯を加えて練りこむ手法が大量に混合され、目的の混合割合に到達する。
【００１８】
本発明の消磁性体材料を偏在させた軽金属材料は強磁性体材料の前駆体であり、鋳型から取り出した前駆体を鋳肌のまま、またはこれを研磨加工、切削加工など所望の処理を施して後、これを一旦消磁した後に着磁させることによって強磁性を有する軽量金属材料とすることができる。消磁−着磁法又は着磁法としてはオイルコンデンサー方式にて行う５００〜１５００Ｖ電圧で、着磁は２〜３秒で、脱磁（消磁）は２〜２０秒ぐらいで可能である。この工程には形状着磁位置または方向により空心コイルと着磁ヨークと着磁コイルが必要である。
【００１９】
本発明の消磁性体材料を偏在させた軽金属材料は好ましくは表面に消磁性体材料を含有していない層を有しており、この様な材料は従来の焼結法で得られる磁性材料では不可能な、耐食性を施すための陽極酸化処理をすることができる。陽極酸化処理を施すことにより素材の２倍〜１０倍の耐食性を持ち、その硬さを例えば素材がＨＶ８０〜９０のときにＨＶ２００〜４５０位に２〜４倍以上とすることが可能である。色調についても黒、金、茶、赤、ブルーその他各種の色調とすることが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば非磁性の軽金属材料の主に表面部分に消磁性体材料を偏在させることが出来、これを着磁させることによって従来の有機物を結合剤として用いたボンド磁石などの欠点を解消し、バインダーの耐熱性、剛性に優れ、経年劣化がなく、機械加工が格段にしやすい材料とすることができる。一方で永久強磁性材料だけを用いた磁石に比べて著しく軽量な磁石とすることが出来る。この軽量の磁性材料は従来のボンド磁石の使用方法以外に使用中に発熱を伴う電磁石、変圧器、発電器、モーターに使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の２層構造体の断面図を示す。（実施例１）
【図２】図２は本発明の３層構造体製造時の鋳型周辺断面図を示す。（実施例８）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。なお％は別の記載が無い限り重量％を意味し、使用機材に関しては、アルミニウム溶解用容器はＳＵＳ３１６、φ６５ｍｍ×９０ｍｍ×ｔ０．６ｍｍを用い、混合溶湯用容器と鋳型用容器は別の記載が無い限り鉄系の，φ５０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．５ｍｍを用い、使用電気炉はアルゴン雰囲気電気炉で内径２００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、着磁、脱磁電源はＭＡＤ−１５２０Ｄ，東洋磁気工業（株）社製、評価法はテスラー・メーター（ＴＭ−７０１：カネテック（株）社製）を用いた。
【実施例１】
【００２３】
アルミニウム溶解用容器にアルミニウム材（Ａ１０５０：９９．５％以上）約５００ｇを入れ、少量のフラックスをかけ、アルゴン雰囲気縦型電気炉に置き蓋をし、保護ガス用としてのアルゴンガス流量は初期段階の５分間は５．０Ｌ／分、その後は１．０Ｌ／分で流し、７００℃で４５分後、ガス流量を１．５Ｌ／分にし、蓋を取り、フラックスを少量入れ攪拌し７３０℃で約３０分鎮静し、アルミニウム溶湯を作る。次に混合溶湯を作るのに混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）７２ｇ（４０％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにアルミニウム溶湯約４０ｍＬ（約１０８ｇ）を１０ｍＬの柄杓で４杯アルゴン雰囲気中にて注湯し、練りこみ固まった状態の時、再度電気炉に入れ、６８０℃に上げ１０分経過後再度練りこむ工程を３回行い、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作った。この混合溶湯用容器をそのまま鋳型容器として用い、５分後にこの混合溶湯の上にその凝固前にアルミニウム溶湯１０ｍＬ（約２７ｇ）を７００℃にて注湯し２層構造として、６８０℃×１５分保持後電気炉から混合溶湯容器（＝鋳型容器）を取り出した。この場合の製品断面は図１に示す通りで、アルミニウム層１と混合層２からなる２層構造を有する。１０分風冷を行った後、鋳型容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する軽金属材料を取り出した。この時アルミニウム溶湯と混合溶湯を形成せず、未混合の状態で存在する消磁性体材料が１８ｇあり、従ってここで得られた混合層中の実質の消磁性体材料の量は５４ｇ（３３％）であった。これを再度電気炉にて６３０℃にて２０分保持後取り出し、表面をハンマーにて平坦にし、更に冷却後表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところアルミニウム側の最大が２４ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大２８ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【００２４】
（比較例１）実施例１と同様にアルミニウム溶湯を作り、次に混合溶湯として混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末（ハードフェライト：テスラム社製）１５ｇ（１２％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにアルミニウム溶湯約４０ｍＬ（約１０８ｇ）を１０ｍＬの柄杓で４杯アルゴン雰囲気中にて注湯し、練りこみ固まった状態の時、再度電気炉に入れ、６８０℃に上げ１０分経過後再度練りこむ工程を１回行い、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作った。５分後にこの混合溶湯の上にその凝固前にアルミニウム溶湯１０ｍＬ（約２７ｇ）を７００℃にて注湯し２層構造とし、６８０℃×１５分保持後電気炉から混合溶湯容器を取り出した。１０分風冷を行った後、容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する構造の軽金属材料を取り出した。この時アルミニウムと未混合状態の消磁性体材料は４ｇあり、混合層中の実質の消磁性体材料の量は１１ｇ（９％）で、これを再度電気炉にて６３０℃にて２０分保持後とりだし、表面をハンマーにて平坦にし、更に冷却後表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところアルミニウム側の最大が０．８ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大１．５ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【００２５】
（比較例２）比較例１の中の実質の消磁性体材料の混合量を２３ｇ（１７％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大３ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大４ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。この磁束密度では産業利用上不足である。
【実施例２】
【００２６】
実施例１の中の実質の消磁性体材料の混合量を３２ｇ（２２％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大１１ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大１３ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例３】
【００２７】
実施例１における実質の消磁性体材料の混合量を４７ｇ（３０％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大２３ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大２７ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例４】
【００２８】
実施例１における実質の消磁性体材料の量を５８ｇ（３５％）のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大１９ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大２４ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。消磁性体材料の混合量を増加させても、誤差の範囲もあるし混合の程度にも影響があり、単純に混合量に比例して磁束密度が向上するとは限らないことがわかる。
【００２９】
（比較例３）比較例１の中の最初の消磁性体材料の使用量を８０ｇ（４２％）とし、これにアルミ溶湯を加え錬り込んだところ、良く混ざらず逆に混合溶湯となった実質の消磁性体材料の含有量が２５ｇ（１８％）に下がってしまった。磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大４ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大６ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例５】
【００３０】
実施例１と同様アルゴン中にて、溶解用容器に７００℃のアルミニウム溶湯５００ｇを作り、別に用意した大き目の混合溶湯用容器（ＳＵＳ３０４、φ６５ｍｍ×９０ｍｍ×ｔ０．６ｍｍ）で消磁性体材料４０％相当を含む混合溶湯４００ｇ相当をつくり６８０℃で保持した。次に鋳型用容器を２つ用意し、其々の鋳型に同じ以下の操作を行う。アルゴン中にて最初に柄杓でアルミニウム溶湯１０ｍＬ（２７ｇ）を注湯し、次にこのアルミニウム溶湯の上に６８０℃に保っている混合溶湯用容器より混合溶湯の上側より柄杓にて１３０ｇを鋳型用容器に供給し表面を平らにし、その上にアルミニウム溶湯を柄杓にて１０ｍＬ（２７ｇ）注湯し３層構造とし、６５０℃×３０分保持後鋳型容器を電気炉より取り出し、容器内の表面を平坦にし、１０分風冷を行った後、鋳型容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する３層構造の軽金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料の量を計測した結果、混合層中に含まれる実質の消磁性体材料の量は３１％であった。このワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げた。この時２つのワークの磁束密度は未着磁であるためそれぞれ最大０．１ｍＴであった。ここで一方のワークは着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大が２５ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。もう片方のワークは着磁せずに、中心線と約１０ｍｍ幅で左右で切断し、直方体のワークを２つ作り、この１方に薄紙を巻き、長手方向の端より約５ｍｍよりΦ０．３ｍｍのエナメル線５ｃｍ程度残して４０回巻く、更に同様に紙を巻き同一方向より同一向きに４０回エナメル線を２段巻きにし、両側の上下のエナメル線を一部剥離し寄り合わせる。これに単２乾電池２個を直列接続し、端面の磁束密度を測定したところ、２．８ｍＴあり電磁石としても使用が可能である。もう１方の直方体にはエナメル線をアルミニウム線に置き換えて同様にコイルを作成した。この時のアルミニウム線の作り方はΦ０．６ｍｍのなまし材１０ｍを脱脂（エマルション系、４５℃、２分、浸漬法）−エッチング（（苛性ソーダ２５％、６５℃、２０秒、浸漬法）−中和（硝酸、２０％、３０秒、浸漬法）−陽極酸化（燐酸、３０％、２５℃、電圧３０Ｖ，電流密度１．５Ａ／ｄｍ２，電解時間１５分、皮膜厚さ２μｍ、電解法）水洗乾燥後シリコン系のＫＢＰ−９０（信越化学工業（株））中を連続的にくぐらせコーティング後４０分自然乾燥し更に９０℃×６０分熱風乾燥後自然冷却した。磁束密度を計測した結果最大２．５ｍＴあり同様に電磁石としても使用可能である。参考までに鉄製の釘に同様な方法にてエナメル線を巻いて計測した時は最大３．２ｍＴあり電磁石として使用可能であるが、アルミニウム丸棒を用いた場合は最大０．１ｍＴであり電磁石として使用できなかった。
【００３１】
（比較例４）実施例５の電磁石手法において、実質の消磁性体材料の混合比を１１ｇ（９％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度は通電無しの状態では最大０．１ｍＴであり、単２電池２個を直列接続した状態では最大０．４ｍＴであった。この状態では電磁石の性能としては不足である。
【実施例６】
【００３２】
実施例５と同様に７００℃のアルミニウム溶湯５００ｇと混合用容器に消磁性体材料４０％相当を含む混合溶湯２００ｇを作り、６５０℃に保持した。次に鋳型用容器に混合溶湯の上層より柄杓にて１５０ｇを注湯し、容器内の表面を平坦にし、１０分風冷を行った後、鋳型容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する軽金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料の量を計測した結果、混合層中の実質の消磁性体材料の量は３５％であった。次に、今まで使用していた鋳型容器よりも一回り大きい鋳型用容器（鉄系、φ６０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ１．０ｍｍ）にアルミニウム溶湯６０ｍＬ（１６２ｇ）を注湯し、更に前述のワーク（混合層）をこの中に投入し、全面をアルミニウム溶湯で覆った。１０分間風冷後容器内面をハンマーにて叩いた後冷蔵庫にて常温まで急冷し、消磁性体材料を３５％有する混合層の外側をアルミニウム層で覆った軽金属材料を取り出した。これを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大が２７ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。更に耐食性、装飾性を上げる為に、エッチング工程（水酸化ナトリウム２０ｗｔ％、６０℃、２０秒浸漬）‐硫酸アルマイト工程（１５Ｖ、４０分、皮膜厚さ１１μｍ）後染色工程（染料：クライアント社製、Ｙｅｌｌｏｗ‐３ＧＬ、３ｇ／Ｌ，４０℃、１０分）、封孔工程（花見化学社製、Ｓｅａｒｉｎｇ Ｓａｌｔ ＡＳ、４ｇ／Ｌ，９５℃、１５分）後乾燥し金色系の色調を得た。耐食試験とし、キャス試験（ＪＩＳＨ−８６８１）で，皮膜厚さ等級ＡＡ１０の１６時間で、規格はＲＮ９（腐食面積率０．０７％を超え０．１０％未満）であるが、本製品はＲＮ９．５以上（腐食面積率０．０２％を超え０．０５％未満）で合格である。
【実施例７】
【００３３】
この実施例では混合溶湯を形成する際にアルミニウム溶湯に消磁性体材料を加えて混合する方法を用いた。アルミニウム溶湯の作成は、そのための溶解用容器にアルミニウム・インゴット（ＡＣ４Ｃ：珪素７％、マグネシウム０．３％、鉄０．５％以下、マンガン０．６％、）約５００ｇを投入し、少量のフラックスをかけ、アルゴン雰囲気縦型電気炉に入れ蓋をし、保護ガス用としてのアルゴンガスを初期段階の５分間は５．０Ｌ／分、その後は１．０Ｌ／分で流し、７３０℃で６０分後、ガス流量を１．５Ｌ／分にし、蓋を取り、フラックスを少量入れ攪拌し７００℃で約３０分鎮静させて、アルミニウム溶湯を作った。次に混合溶湯として表面の酸化物が入らないように、混合溶湯用容器に柄杓（１０ｍＬ）でアルゴン雰囲気中にて前記のアルミニウム溶湯約４０ｍＬ（約１０８ｇ）を注湯しフラックスを少量かけた後、溶湯が６５０〜６００℃間に消磁性体材料（フェライト系粉末（ハードフェライト：テスラム社製）５８ｇ（約３５ｗｔ％相当）を少量ずつ攪拌しながら添加し、６００℃になった時再度６５０℃に上げる工程を１サイクルとしこれを１５サイクル行い、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作る。鋳型容器内面に離型剤塗付後この混合溶湯をよく攪拌しながら約４０ｍＬを注湯する。６８０℃×３０分保持後電気炉より鋳型容器を取り出し、風冷３０分後冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を含有するアルミニウム金属材料を取り出した。この時消磁性体材料の未混合状態のものを除いた実質の消磁性体材料の含有量は２９％であった。この材料の表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化した。評価として磁束密度を計測したところ最大２３ｍＴ（ミリ・テスラー）になった。
【実施例８】
【００３４】
この実施例では図２を参照しながら説明する。実施例１と同様に７００℃のアルミニウム溶湯と６５０℃の混合溶湯をつくった。この混合溶湯中の実質消磁性体材料の含有量は３３％である。アルミニウム溶湯１の１０ｍＬ（２７ｇ）を７００℃にて鋳型用容器に鋳込み、５分後混合溶湯２をよく攪拌しながら約４０ｍＬを６５０℃にて鋳込む。更に５分後アルミニウム溶湯１の１０ｍＬ（約２７ｇ）を７００℃にて鋳込み３層構造４とし、６５０℃×３０分保持後電気炉から鋳型用容器を取り出した。鋳型用容器５の底面外部にはφ２５×２０ｍｍ×２枚を重ね合わせたサマコバ磁石６（磁束密度３５２ｍＴ）を付け、且つ磁石との間に断熱材（ハイラック、（株）エーアンドエーマテリアル社製）厚さ５．０ｍｍ板７を置き、又上面にはＳＵＳ３０４のφ４８ｍｍ厚さ１．５ｍｍの蓋８を置き底面と同様に断熱材７と極性を逆にしたサマコバ磁石６を設置する。この場合の鋳型周辺断面は図２に示す通りである。この実施例では上面の鋳型側をＮ極で、底面の鋳型側をＳ極とし磁場配向を行い、１０分放置後、鋳型用容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、更に風冷後鋳型より消磁性体材料３３％を含む混合層とその上下面にアルミニウム表面層を有する３層構造の軽金属材料を取り出した。この材料の表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大３６ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例９】
【００３５】
アルミニウム溶湯は実施例１と同様にしてつくった。次にサマコバ磁石（磁束密度３２０ｍＴ，グレード：ＳＳ２８：ネオマグ（株）社）を着磁・脱磁電源を用いて１５００Ｖ、４秒にて脱磁し、脱磁されたサマコバ磁石をハンマー並びに乳鉢にて０．５ｍｍ以下の微小固体にし、これを消磁性体材料として使用する。混合溶湯をつくるに際してはアルミニウム溶湯の表面の酸化物等が入らないようにして混合溶湯用容器にアルミニウム溶湯を１０ｍＬの柄杓でアルゴン雰囲気中にて約４０ｍＬ（約１０８ｇ）注湯し、溶湯が６５０〜６００℃間に前記のサマコバ磁石消磁性体材料７５ｇ（約４０％相当）を少量ずつ攪拌しながら添加し、６００℃になった時再度６５０℃に上げる工程を１サイクルとしこれを７サイクル行って添加を完了し、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作った。鋳型用容器内面に離型剤塗付後アルゴン雰囲気の電気炉中にて混合溶湯をよく攪拌しながら約４０ｍＬを６８０℃にて注湯する。更に５分後アルミニウム溶湯５ｍＬ（約１３ｇ）を７００℃にて鋳込み２層構造とし、６５０℃×３０分保持後鋳型容器を電気炉から取り出す。鋳型用容器の底面外部にはφ２５×２０ｍｍ×２枚重ね合わせたサマコバ磁石（密度３５２ｍＴ）を付け、且つ磁石との間に断熱材（ハイラック、（株）エーアンドエーマテリアル社製）厚さ５．０ｍｍ板を置き、又上面にはＳＵＳ３０４のφ３８ｍｍ厚さ１．０ｍｍの蓋を置き、その上に底面と同様に断熱材と、底面の磁石とは極性を逆にしたサマコバ磁石を設置する。この実施例では鋳型の上面側をＮ極で、鋳型の底面側をＳ極として磁場配向を行った。電気炉から取出した鋳型容器は１０分間風冷を行った後、冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、更に風冷約２時間後に鋳型容器より凝固した２層構造の軽金属材料を取り出した。ここで別途、混合溶湯用容器中の混合溶湯を冷却し、実質含有量を調べた結果、実質消磁性体材料の含有量は３４％であった。この２層構造材料の表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて１５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところアルミニウム側は最大５９ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側は６３ｍＴとなった。
【実施例１０】
【００３６】
予めアルゴン雰囲気縦型電気炉に蓋を閉めた状態にて、保護ガス用として２経路を作り、１経路からは電気炉内にアルゴンガスを圧力０．１ＭＰａ、流量３Ｌ／分にて５分以上流す。マグネシウム溶湯を作るため、蓋付溶解用容器（鉄系、φ６０×１００×ｔ＝２）にマグネシウムインゴット（ＭＣ２：ＡＬ８．７％，Ｚｎ０．７％、Ｍｎ０．１３％）約２００ｇを入れ、蓋をせずに電気炉中に置き電気炉の内蓋と上蓋をし、保護ガスは同様のままで、電気炉の設定温度を２００℃、１０分とした後、溶解用容器に蓋をし、７５０℃で２０分に設定し終了後電気炉の蓋を取り，アルゴンガスの圧力を０．２ＭＰａにする。別経路は脱ガス用供給パイプ（ＳＵＳ３０４、注射針管７Ｇ：外形４．５７、内径４．０１）の先端を平たくつぶした供給パイプを少しあけた溶解用容器の蓋の隙間より溶湯中に差込、電気炉中にてマグネシウム溶湯に２分間アルゴンガスを供給しながらこれを撹拌し脱ガスを行う。次に、７３０℃で約２０分鎮静し、マグネシウム溶湯を作る。混合溶湯の作成は混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）４０ｇ（３７％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯約４０ｍＬ（約６８ｇ）を１０ｍＬの柄杓にて４杯アルゴン雰囲気中で且つ先程の別経路の供給パイプから混合溶湯用容器の内側表面にアルゴンを流し続けながら注湯し、ＳＵＳの撹拌棒（φ８×５０ｍｍで先端を若干潰した棒）にて、練りこみ、撹拌が固くて出来なくなった時点で、供給パイプからのアルゴンガスで表面を覆いつつ混合溶湯用容器を電気炉より取り出し、表面を平らにし、直に蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）の中にドライアイスを入れ、更にアルゴンガスを流しながら混合溶湯用容器に入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ蓋を開けた状態で冷却を行った後、常温にて混合溶湯用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。この時マグネシウム溶湯と混合せず、未混合の状態で存在する消磁性体材料が１２ｇあり、マグネシウム溶湯と混合した実質消磁性体材料の量は２８ｇ（２９％）であった。この混合層を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大が２１ｍＴ（ミリ・テスラー）であった。
【００３７】
（比較例５）実施例１０の中の実質の消磁性体材料の混合量を１１ｇ（１３％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところ最大２ｍＴ（ミリ・テスラー）となり、この磁束密度では産業利用上不足である。
【実施例１１】
【００３８】
実施例１０と同様にマグネシウム溶湯約５００ｇを作り、混合溶湯は混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）４０ｇ（３７％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯約４０ｍＬ（約６８ｇ）を１０ｍＬの柄杓にて４杯アルゴン雰囲気中で且つ先程の別経路の供給パイプから混合溶湯用容器の内側表面にアルゴンガスを流し続けながら注湯し、ＳＵＳの撹拌棒にて練りこみ、混合溶湯を作った。この表面に天圧を掛け混合溶湯を平らにした後、混合溶湯用容器をそのまま鋳型用容器として用い、これに表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯を１０ｍＬ（１７ｇ）注入し、２層構造体を形成した。冷却をするために、直にドライアイスを入れた蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）中にアルゴンガスを流しながら鋳型用容器を入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ両方の蓋を開け冷却を行った後、常温にて鋳型用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料は１４ｇであった。これにより混合溶湯中の実質の消磁性体材料の混合量は２６ｇ（２７％）であった。この２層構造のワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところマグネシウム側は最大１６ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側は１９ｍＴとなった。
【実施例１２】
【００３９】
実施例１０と同様にマグネシウム溶湯約５００ｇを作り、混合溶湯は混合溶湯用容器（鉄系、φ６０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．８ｍｍ）に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）５０ｇ（３３％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯約６０ｍＬ（約１００ｇ）を１０ｍＬの柄杓にて６杯アルゴン雰囲気中で且つ先程の別経路の供給パイプから混合溶湯用容器の内側表面にアルゴンガスを流し続けながら注湯し、ＳＵＳの撹拌棒にて練りこみ、電気炉中にて６５０℃に保持して混合溶湯を作成した。次に、鋳型用容器にアルゴンガスを供給パイプにて供給しながら、表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯を１０ｍＬ（１７ｇ）注入し、５分後混合溶湯を１０ｍＬの柄杓にて４回擦り切りにて約４０ｍＬ供給後天圧を掛け表面を平らにした後マグネシウム溶湯を１０ｍＬ注湯し３層構造体を形成した。冷却法として直に、ドライアイスの入った蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）にアルゴンガスを流しながら鋳型用容器を入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ両方の蓋を開け冷却を行った後、常温にて鋳型用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料は１８ｇであった。これにより混合溶湯の実質の消磁性体材料の含有量は３２ｇ（２４％）であった。この３層構造のワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ片側は最大１６ｍＴ（ミリ・テスラー）、反対側は１７ｍＴとなった。
【実施例１３】
【００４０】
実施例１０と同様にマグネシウム溶湯と混合溶湯より実質消磁性体材料の含有量が２６ｇ（２７％）の混合層（約３５ｇ）を作り、これを電気炉にて６５０℃まで上昇させ保持する。次に、今まで使用していた鋳型容器よりも一回り大きい蓋付き鋳型用容器（鉄系、φ６０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．８ｍｍ）を用意し、電気炉外にて蓋を若干開け容器内に供給パイプにてアルゴンガスを流しながらマグネシウム溶湯６０ｍＬ（１６２ｇ）を注湯し、一旦蓋を開け６５０℃に保持した混合層のワークをこの中に完全に没入し、供給パイプの隙間だけ蓋を開け、該ワークの全面をマグネシウム溶湯で覆った天婦羅型の多層構造体を形成した。その後直にドライアイスを入れた蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）の中に更にアルゴンガスを流しながら鋳型用容器入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ蓋を開け冷却を行った後、常温にて鋳型用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。このワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ片側は最大１９ｍＴ（ミリ・テスラー）、反対側は最大１８ｍＴとなった。
【符号の説明】
【００４１】
１ アルミニウム表面層
２ 混合層
３ ２層構造体
４ ３層構造体
５ 鋳型容器
６ サマコバ磁石
７ 断熱材
８ 蓋
【技術分野】
【０００１】
この発明はエレクトロニクス材料などに用いられるマグネシウム又はアルミニウム系など、非磁性体（常磁性体）軽金属材料中に消磁性体材料を偏在させた強磁性体軽金属性材料前駆体及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁性材料は通信機、回転機、各種の音響機器、医療機器など非常に広範囲な分野で使われている。これら永久磁性材料としては古くから知られている鉄系磁石、フェライト系磁石、アルニコ系磁石、希土類系磁石などが用いられてきたが近年では新希土類系磁石の高性能磁性材料が見出され、エレクトロニクス製品の小型化が益々進むようになってきた。
【０００３】
これらの磁性材料は多くの場合に粉末冶金法、粉末焼結法などで製造されるため微粉末状で得られ、これを実用的に利用するにはこれら粉末を樹脂で結合した、いわゆるボンド磁石とし、これをシート状、ローラー状、ロータ磁石などに加工して各種用途に利用している。しかしながら、これらボンド磁石は耐熱性が低いこと及び機械的強度に不足があるという欠点を有している。またこれら粉末材料を耐熱性があり、機械強度の優れたバルク磁石とする方法も知られているが、それらはホットプレス法、ロール圧延法などでいずれも極めて高温かつ高度な加工法であり、より簡易な加工法が求められている状況である。
【０００４】
アルミニウムなど非磁性の軽量金属材料に磁性を付与させる方法については余り多くの文献はないが、特許文献１に記載のような方法が提案されている。そこにはマグネシウムを基にした軽金属中に鉄の粉末を固相で機械的に分散させることによって磁性材料を得る方法が開示されている。しかし、この方法で得られる材料はマグネシウム表面の耐食性が全くなく、実用には供し得ないものが得られる。またマグネシウムと鉄との溶融混合による複合化は不可能であったと説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】 特開平９−３０２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軽量非鉄金属であるアルミニウム合金あるいはマグネシウム合金は軽量で耐熱性があり、剛性にも優れているが強磁性材料とすることができないのが問題点である。本発明はこれら材料に磁性材料層を偏在形成し、本来、非磁性体のこれら軽金属を強磁性体に変化させることのできる、軽量化され、そして耐熱性があり、機械的強度にも優れた強磁性材料前駆体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、非磁性体（常磁性体ともいう）軽金属材料中に非磁性体軽金属の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状で、分散混合している混合溶湯を鋳型内に注湯し、鋳型内で冷却凝固させ消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成してなる、消磁磁性体材料が軽金属材料中に偏在している消磁性体材料を有する軽金属材料及びその鋳造製法である。
ここで得られる軽金属材料は強磁性材料の前駆体であり、これを一旦消磁した後、着磁する方法と着磁のみ行う方法により軽量金属を強磁性体とすることが容易である。
【０００８】
本発明で用いられる、非磁性体軽金属材料は常磁性軽金属材料ともいわれるものであって、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金を実質的に指しており、特に溶湯とするときの扱い易さなどの点からアルミニウムが特に好ましい。
【０００９】
また、本発明で用いる消磁性体材料とは消磁強磁性体材料又は未着磁強磁性体材料を意味しており、これらには、公知の各種強磁性材料を消磁したもの、または着磁をしていない強磁性材料が挙げられる。例えばフェライト系、コバルト系、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ａｌ系磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｂ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石など各種の高性能磁性粉末及び微小個体の消磁性体が用いられる。これらの消磁性体材料の融点は本発明で用いられる非磁性体軽金属材料の融点よりも高いものであり、消磁性体材料を含む非磁性体軽金属材料の混合溶湯中では微小個体状及び／又は粉体状で存在している。
【００１０】
本発明の軽金属材料中の消磁性体材料は、出来るだけ表面近くに偏在させることが好ましく、これによって少量の消磁性体材料の混入で強力な磁力を発揮させることが出来る前駆体とすることができる。表面層近くに消磁性体材料を偏在させたる製法としては、非磁性体軽金属材料に微小個体状及び／又は粉体状の消磁性体材料を混合し、溶融又は流動可能な半溶融の状態とした混合溶湯を、鋳型内に導入し、導入した溶融及び／又は半溶融混合物を静置することによって該混合物中の磁性材料を鋳型内側周囲方向に比重差又はその他の方法で引き寄せて軽金属材料中の表面層部分近くに偏在させた後に急速冷却し、鋳型を取り外すことによって、表面層近くに消磁性体材料を有する軽金属材料とするものである。
【００１１】
消磁性体材料を軽金属材料中の表面層部分近くに多く偏在させたる方法として比重差による自然偏在させる方法の他に、鋳型の外面に磁石を置くことにより溶湯中の粉体状の消磁性体材料を鋳型内側周囲方向に引き寄せる方法がある。
【００１２】
鋳型の内部に磁場を形成し、軽金属材料中の消磁性体材料に磁場配向を与えることよって磁束密度のアップした目的物とする製造法も好ましい方法である。この製造法は、溶湯及び混合溶湯が半溶融状態の間に鋳型の外面に単独または対称的に逆の極性磁石及び／又は電磁石を置くことにより混合溶湯中の消磁性体材料に異方性が与えられ、着磁後の強磁性体材料の磁力に良い変化をもたらす。また、磁場配向を行った溶湯を急冷し常温にて放置した後に得られるワークにエナメル線または絶縁処理したアルミニウム線を規則正しく巻き、先端より電気を流すと電磁石として用いることも出来る。
【００１３】
絶縁処理したアルミニウム線とは無機物または有機物による被膜を形成したものであって、無機物としてはアルミニウム化成処理及び／又は陽極酸化処理による皮膜形成で、有機物としてはワニス、シリコン、ゴム、アクリル、ウレタン、ポリエステル、フッ素化合物の単体または複合及びその誘導体が挙げられ、この有機物中に浸漬する方法と、上記有機物の電気泳動液中を連続的に潜らせたり、または一定量をバッチ式にて電気泳動法を行った後、常温または加温乾燥により薄く、絶縁耐力が安定し、しかも柔軟性があることが必要である。
【００１４】
消磁性体材料を表面近くに偏在させることが好ましいが、一方で消磁性体材料が表面に直接露出していると局部電池を形成し、軽金属材料の腐食が促進される欠点がある。また、アルミニウム、マグネシウムなどにおいて表面腐食を防ぐための有力な手段である陽極酸化処理を施すことが出来ない。このため、鋳型内へ軽金属材料と粉体状もしくは微小個体状の消磁性体材料との混合溶湯を鋳込む前に、非磁性体軽金属材料のみからなり消磁性体材料を含まない溶湯を鋳型内に鋳込んで表面層を形成することが好ましい。この表面層用の溶湯が凝固する前に非磁性体軽金属材料と消磁性体材料との混合溶湯を鋳型内に導入し、その後にこれを冷却凝固することによって消磁性体材料が表面近くに偏在しているが表面には露出していない少なくとも二層からなっている消磁性体含有の軽金属材料とすることが可能になる。また、非磁性体軽金属のみからなる表面層の対向表面に同じ材料の表面層を形成したサンドイッチ３層複合構造とすることも好ましい。ここで得られる軽金属材料は強磁性体材料の前駆体であり、これを安定した性能とする為に一旦消磁した後、着磁させる方法と着磁のみおこなうことにより強磁性を有する軽金属材料とすることができる。
【００１５】
本発明において表面層用の溶湯を鋳型に注湯後、その凝固前に次の混合溶湯を注湯することが好ましいが、それは表面層とその後の混合溶湯との結合を完全とするためであって、凝固前とは半凝固又は完全凝固前の固相状態を指すものであって、このためには混合層を形成するための混合溶湯を導入する際に表面層用溶湯と混合溶湯の注湯における時間差を５秒以上６０分未満とするか、及び／又は注湯した表面層用溶湯の温度がその融点の９５〜７０％の範囲の温度になったときに混合溶湯を注湯することが好ましい。表面層の厚さは表面層形成用として導入する溶湯の量で調節可能であるが、冷却凝固後に鋳型から取出した製品の表面を平滑にするための研磨で除去される厚みを考慮して、導入する混合溶湯層の厚さの０．１〜５０％未満となる様にすることが好ましい。表面研磨した後の最終製品とした場合の、消磁性体材料を含まない表面層の厚さは５０μｍ程度以上あれば充分である。
【００１６】
本発明において混合溶湯中の消磁性体材料の割合は軽金属材料の４２ｗｔ％が限度で、２０％未満では磁性体としての性能が発揮できなく、４２％を超えると溶湯中に練りこむ事が大変難しく、混合溶湯が出来なくなる。好ましい混合割合は３０〜４０ｗｔ％である。
【００１７】
本発明において表面からの距離が同じ場合、消磁性体材料の割合と磁束密度が比例している為に、如何に大量の消磁生体材料を溶湯に入れられるかが重要であるが、溶湯が完全な液体状では限度があり、むしろ、半溶融状態の中に練りこむか、消磁性体材料に溶湯を加えて練りこむ手法が大量に混合され、目的の混合割合に到達する。
【００１８】
本発明の消磁性体材料を偏在させた軽金属材料は強磁性体材料の前駆体であり、鋳型から取り出した前駆体を鋳肌のまま、またはこれを研磨加工、切削加工など所望の処理を施して後、これを一旦消磁した後に着磁させることによって強磁性を有する軽量金属材料とすることができる。消磁−着磁法又は着磁法としてはオイルコンデンサー方式にて行う５００〜１５００Ｖ電圧で、着磁は２〜３秒で、脱磁（消磁）は２〜２０秒ぐらいで可能である。この工程には形状着磁位置または方向により空心コイルと着磁ヨークと着磁コイルが必要である。
【００１９】
本発明の消磁性体材料を偏在させた軽金属材料は好ましくは表面に消磁性体材料を含有していない層を有しており、この様な材料は従来の焼結法で得られる磁性材料では不可能な、耐食性を施すための陽極酸化処理をすることができる。陽極酸化処理を施すことにより素材の２倍〜１０倍の耐食性を持ち、その硬さを例えば素材がＨＶ８０〜９０のときにＨＶ２００〜４５０位に２〜４倍以上とすることが可能である。色調についても黒、金、茶、赤、ブルーその他各種の色調とすることが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば非磁性の軽金属材料の主に表面部分に消磁性体材料を偏在させることが出来、これを着磁させることによって従来の有機物を結合剤として用いたボンド磁石などの欠点を解消し、バインダーの耐熱性、剛性に優れ、経年劣化がなく、機械加工が格段にしやすい材料とすることができる。一方で永久強磁性材料だけを用いた磁石に比べて著しく軽量な磁石とすることが出来る。この軽量の磁性材料は従来のボンド磁石の使用方法以外に使用中に発熱を伴う電磁石、変圧器、発電器、モーターに使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の２層構造体の断面図を示す。（実施例１）
【図２】図２は本発明の３層構造体製造時の鋳型周辺断面図を示す。（実施例８）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。なお％は別の記載が無い限り重量％を意味し、使用機材に関しては、アルミニウム溶解用容器はＳＵＳ３１６、φ６５ｍｍ×９０ｍｍ×ｔ０．６ｍｍを用い、混合溶湯用容器と鋳型用容器は別の記載が無い限り鉄系の，φ５０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．５ｍｍを用い、使用電気炉はアルゴン雰囲気電気炉で内径２００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、着磁、脱磁電源はＭＡＤ−１５２０Ｄ，東洋磁気工業（株）社製、評価法はテスラー・メーター（ＴＭ−７０１：カネテック（株）社製）を用いた。
【実施例１】
【００２３】
アルミニウム溶解用容器にアルミニウム材（Ａ１０５０：９９．５％以上）約５００ｇを入れ、少量のフラックスをかけ、アルゴン雰囲気縦型電気炉に置き蓋をし、保護ガス用としてのアルゴンガス流量は初期段階の５分間は５．０Ｌ／分、その後は１．０Ｌ／分で流し、７００℃で４５分後、ガス流量を１．５Ｌ／分にし、蓋を取り、フラックスを少量入れ攪拌し７３０℃で約３０分鎮静し、アルミニウム溶湯を作る。次に混合溶湯を作るのに混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）７２ｇ（４０％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにアルミニウム溶湯約４０ｍＬ（約１０８ｇ）を１０ｍＬの柄杓で４杯アルゴン雰囲気中にて注湯し、練りこみ固まった状態の時、再度電気炉に入れ、６８０℃に上げ１０分経過後再度練りこむ工程を３回行い、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作った。この混合溶湯用容器をそのまま鋳型容器として用い、５分後にこの混合溶湯の上にその凝固前にアルミニウム溶湯１０ｍＬ（約２７ｇ）を７００℃にて注湯し２層構造として、６８０℃×１５分保持後電気炉から混合溶湯容器（＝鋳型容器）を取り出した。この場合の製品断面は図１に示す通りで、アルミニウム層１と混合層２からなる２層構造を有する。１０分風冷を行った後、鋳型容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する軽金属材料を取り出した。この時アルミニウム溶湯と混合溶湯を形成せず、未混合の状態で存在する消磁性体材料が１８ｇあり、従ってここで得られた混合層中の実質の消磁性体材料の量は５４ｇ（３３％）であった。これを再度電気炉にて６３０℃にて２０分保持後取り出し、表面をハンマーにて平坦にし、更に冷却後表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところアルミニウム側の最大が２４ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大２８ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【００２４】
（比較例１）実施例１と同様にアルミニウム溶湯を作り、次に混合溶湯として混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末（ハードフェライト：テスラム社製）１５ｇ（１２％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにアルミニウム溶湯約４０ｍＬ（約１０８ｇ）を１０ｍＬの柄杓で４杯アルゴン雰囲気中にて注湯し、練りこみ固まった状態の時、再度電気炉に入れ、６８０℃に上げ１０分経過後再度練りこむ工程を１回行い、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作った。５分後にこの混合溶湯の上にその凝固前にアルミニウム溶湯１０ｍＬ（約２７ｇ）を７００℃にて注湯し２層構造とし、６８０℃×１５分保持後電気炉から混合溶湯容器を取り出した。１０分風冷を行った後、容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する構造の軽金属材料を取り出した。この時アルミニウムと未混合状態の消磁性体材料は４ｇあり、混合層中の実質の消磁性体材料の量は１１ｇ（９％）で、これを再度電気炉にて６３０℃にて２０分保持後とりだし、表面をハンマーにて平坦にし、更に冷却後表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところアルミニウム側の最大が０．８ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大１．５ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【００２５】
（比較例２）比較例１の中の実質の消磁性体材料の混合量を２３ｇ（１７％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大３ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大４ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。この磁束密度では産業利用上不足である。
【実施例２】
【００２６】
実施例１の中の実質の消磁性体材料の混合量を３２ｇ（２２％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大１１ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大１３ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例３】
【００２７】
実施例１における実質の消磁性体材料の混合量を４７ｇ（３０％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大２３ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大２７ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例４】
【００２８】
実施例１における実質の消磁性体材料の量を５８ｇ（３５％）のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大１９ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大２４ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。消磁性体材料の混合量を増加させても、誤差の範囲もあるし混合の程度にも影響があり、単純に混合量に比例して磁束密度が向上するとは限らないことがわかる。
【００２９】
（比較例３）比較例１の中の最初の消磁性体材料の使用量を８０ｇ（４２％）とし、これにアルミ溶湯を加え錬り込んだところ、良く混ざらず逆に混合溶湯となった実質の消磁性体材料の含有量が２５ｇ（１８％）に下がってしまった。磁束密度を計測したところアルミニウム層側で最大４ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側では最大６ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例５】
【００３０】
実施例１と同様アルゴン中にて、溶解用容器に７００℃のアルミニウム溶湯５００ｇを作り、別に用意した大き目の混合溶湯用容器（ＳＵＳ３０４、φ６５ｍｍ×９０ｍｍ×ｔ０．６ｍｍ）で消磁性体材料４０％相当を含む混合溶湯４００ｇ相当をつくり６８０℃で保持した。次に鋳型用容器を２つ用意し、其々の鋳型に同じ以下の操作を行う。アルゴン中にて最初に柄杓でアルミニウム溶湯１０ｍＬ（２７ｇ）を注湯し、次にこのアルミニウム溶湯の上に６８０℃に保っている混合溶湯用容器より混合溶湯の上側より柄杓にて１３０ｇを鋳型用容器に供給し表面を平らにし、その上にアルミニウム溶湯を柄杓にて１０ｍＬ（２７ｇ）注湯し３層構造とし、６５０℃×３０分保持後鋳型容器を電気炉より取り出し、容器内の表面を平坦にし、１０分風冷を行った後、鋳型容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する３層構造の軽金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料の量を計測した結果、混合層中に含まれる実質の消磁性体材料の量は３１％であった。このワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げた。この時２つのワークの磁束密度は未着磁であるためそれぞれ最大０．１ｍＴであった。ここで一方のワークは着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大が２５ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。もう片方のワークは着磁せずに、中心線と約１０ｍｍ幅で左右で切断し、直方体のワークを２つ作り、この１方に薄紙を巻き、長手方向の端より約５ｍｍよりΦ０．３ｍｍのエナメル線５ｃｍ程度残して４０回巻く、更に同様に紙を巻き同一方向より同一向きに４０回エナメル線を２段巻きにし、両側の上下のエナメル線を一部剥離し寄り合わせる。これに単２乾電池２個を直列接続し、端面の磁束密度を測定したところ、２．８ｍＴあり電磁石としても使用が可能である。もう１方の直方体にはエナメル線をアルミニウム線に置き換えて同様にコイルを作成した。この時のアルミニウム線の作り方はΦ０．６ｍｍのなまし材１０ｍを脱脂（エマルション系、４５℃、２分、浸漬法）−エッチング（（苛性ソーダ２５％、６５℃、２０秒、浸漬法）−中和（硝酸、２０％、３０秒、浸漬法）−陽極酸化（燐酸、３０％、２５℃、電圧３０Ｖ，電流密度１．５Ａ／ｄｍ２，電解時間１５分、皮膜厚さ２μｍ、電解法）水洗乾燥後シリコン系のＫＢＰ−９０（信越化学工業（株））中を連続的にくぐらせコーティング後４０分自然乾燥し更に９０℃×６０分熱風乾燥後自然冷却した。磁束密度を計測した結果最大２．５ｍＴあり同様に電磁石としても使用可能である。参考までに鉄製の釘に同様な方法にてエナメル線を巻いて計測した時は最大３．２ｍＴあり電磁石として使用可能であるが、アルミニウム丸棒を用いた場合は最大０．１ｍＴであり電磁石として使用できなかった。
【００３１】
（比較例４）実施例５の電磁石手法において、実質の消磁性体材料の混合比を１１ｇ（９％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度は通電無しの状態では最大０．１ｍＴであり、単２電池２個を直列接続した状態では最大０．４ｍＴであった。この状態では電磁石の性能としては不足である。
【実施例６】
【００３２】
実施例５と同様に７００℃のアルミニウム溶湯５００ｇと混合用容器に消磁性体材料４０％相当を含む混合溶湯２００ｇを作り、６５０℃に保持した。次に鋳型用容器に混合溶湯の上層より柄杓にて１５０ｇを注湯し、容器内の表面を平坦にし、１０分風冷を行った後、鋳型容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を有する軽金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料の量を計測した結果、混合層中の実質の消磁性体材料の量は３５％であった。次に、今まで使用していた鋳型容器よりも一回り大きい鋳型用容器（鉄系、φ６０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ１．０ｍｍ）にアルミニウム溶湯６０ｍＬ（１６２ｇ）を注湯し、更に前述のワーク（混合層）をこの中に投入し、全面をアルミニウム溶湯で覆った。１０分間風冷後容器内面をハンマーにて叩いた後冷蔵庫にて常温まで急冷し、消磁性体材料を３５％有する混合層の外側をアルミニウム層で覆った軽金属材料を取り出した。これを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大が２７ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。更に耐食性、装飾性を上げる為に、エッチング工程（水酸化ナトリウム２０ｗｔ％、６０℃、２０秒浸漬）‐硫酸アルマイト工程（１５Ｖ、４０分、皮膜厚さ１１μｍ）後染色工程（染料：クライアント社製、Ｙｅｌｌｏｗ‐３ＧＬ、３ｇ／Ｌ，４０℃、１０分）、封孔工程（花見化学社製、Ｓｅａｒｉｎｇ Ｓａｌｔ ＡＳ、４ｇ／Ｌ，９５℃、１５分）後乾燥し金色系の色調を得た。耐食試験とし、キャス試験（ＪＩＳＨ−８６８１）で，皮膜厚さ等級ＡＡ１０の１６時間で、規格はＲＮ９（腐食面積率０．０７％を超え０．１０％未満）であるが、本製品はＲＮ９．５以上（腐食面積率０．０２％を超え０．０５％未満）で合格である。
【実施例７】
【００３３】
この実施例では混合溶湯を形成する際にアルミニウム溶湯に消磁性体材料を加えて混合する方法を用いた。アルミニウム溶湯の作成は、そのための溶解用容器にアルミニウム・インゴット（ＡＣ４Ｃ：珪素７％、マグネシウム０．３％、鉄０．５％以下、マンガン０．６％、）約５００ｇを投入し、少量のフラックスをかけ、アルゴン雰囲気縦型電気炉に入れ蓋をし、保護ガス用としてのアルゴンガスを初期段階の５分間は５．０Ｌ／分、その後は１．０Ｌ／分で流し、７３０℃で６０分後、ガス流量を１．５Ｌ／分にし、蓋を取り、フラックスを少量入れ攪拌し７００℃で約３０分鎮静させて、アルミニウム溶湯を作った。次に混合溶湯として表面の酸化物が入らないように、混合溶湯用容器に柄杓（１０ｍＬ）でアルゴン雰囲気中にて前記のアルミニウム溶湯約４０ｍＬ（約１０８ｇ）を注湯しフラックスを少量かけた後、溶湯が６５０〜６００℃間に消磁性体材料（フェライト系粉末（ハードフェライト：テスラム社製）５８ｇ（約３５ｗｔ％相当）を少量ずつ攪拌しながら添加し、６００℃になった時再度６５０℃に上げる工程を１サイクルとしこれを１５サイクル行い、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作る。鋳型容器内面に離型剤塗付後この混合溶湯をよく攪拌しながら約４０ｍＬを注湯する。６８０℃×３０分保持後電気炉より鋳型容器を取り出し、風冷３０分後冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、消磁性体材料を含有するアルミニウム金属材料を取り出した。この時消磁性体材料の未混合状態のものを除いた実質の消磁性体材料の含有量は２９％であった。この材料の表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化した。評価として磁束密度を計測したところ最大２３ｍＴ（ミリ・テスラー）になった。
【実施例８】
【００３４】
この実施例では図２を参照しながら説明する。実施例１と同様に７００℃のアルミニウム溶湯と６５０℃の混合溶湯をつくった。この混合溶湯中の実質消磁性体材料の含有量は３３％である。アルミニウム溶湯１の１０ｍＬ（２７ｇ）を７００℃にて鋳型用容器に鋳込み、５分後混合溶湯２をよく攪拌しながら約４０ｍＬを６５０℃にて鋳込む。更に５分後アルミニウム溶湯１の１０ｍＬ（約２７ｇ）を７００℃にて鋳込み３層構造４とし、６５０℃×３０分保持後電気炉から鋳型用容器を取り出した。鋳型用容器５の底面外部にはφ２５×２０ｍｍ×２枚を重ね合わせたサマコバ磁石６（磁束密度３５２ｍＴ）を付け、且つ磁石との間に断熱材（ハイラック、（株）エーアンドエーマテリアル社製）厚さ５．０ｍｍ板７を置き、又上面にはＳＵＳ３０４のφ４８ｍｍ厚さ１．５ｍｍの蓋８を置き底面と同様に断熱材７と極性を逆にしたサマコバ磁石６を設置する。この場合の鋳型周辺断面は図２に示す通りである。この実施例では上面の鋳型側をＮ極で、底面の鋳型側をＳ極とし磁場配向を行い、１０分放置後、鋳型用容器を冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、更に風冷後鋳型より消磁性体材料３３％を含む混合層とその上下面にアルミニウム表面層を有する３層構造の軽金属材料を取り出した。この材料の表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大３６ｍＴ（ミリ・テスラー）となった。
【実施例９】
【００３５】
アルミニウム溶湯は実施例１と同様にしてつくった。次にサマコバ磁石（磁束密度３２０ｍＴ，グレード：ＳＳ２８：ネオマグ（株）社）を着磁・脱磁電源を用いて１５００Ｖ、４秒にて脱磁し、脱磁されたサマコバ磁石をハンマー並びに乳鉢にて０．５ｍｍ以下の微小固体にし、これを消磁性体材料として使用する。混合溶湯をつくるに際してはアルミニウム溶湯の表面の酸化物等が入らないようにして混合溶湯用容器にアルミニウム溶湯を１０ｍＬの柄杓でアルゴン雰囲気中にて約４０ｍＬ（約１０８ｇ）注湯し、溶湯が６５０〜６００℃間に前記のサマコバ磁石消磁性体材料７５ｇ（約４０％相当）を少量ずつ攪拌しながら添加し、６００℃になった時再度６５０℃に上げる工程を１サイクルとしこれを７サイクル行って添加を完了し、消磁性体材料を含んだ混合溶湯を作った。鋳型用容器内面に離型剤塗付後アルゴン雰囲気の電気炉中にて混合溶湯をよく攪拌しながら約４０ｍＬを６８０℃にて注湯する。更に５分後アルミニウム溶湯５ｍＬ（約１３ｇ）を７００℃にて鋳込み２層構造とし、６５０℃×３０分保持後鋳型容器を電気炉から取り出す。鋳型用容器の底面外部にはφ２５×２０ｍｍ×２枚重ね合わせたサマコバ磁石（密度３５２ｍＴ）を付け、且つ磁石との間に断熱材（ハイラック、（株）エーアンドエーマテリアル社製）厚さ５．０ｍｍ板を置き、又上面にはＳＵＳ３０４のφ３８ｍｍ厚さ１．０ｍｍの蓋を置き、その上に底面と同様に断熱材と、底面の磁石とは極性を逆にしたサマコバ磁石を設置する。この実施例では鋳型の上面側をＮ極で、鋳型の底面側をＳ極として磁場配向を行った。電気炉から取出した鋳型容器は１０分間風冷を行った後、冷凍庫にて約４０℃まで急冷し、更に風冷約２時間後に鋳型容器より凝固した２層構造の軽金属材料を取り出した。ここで別途、混合溶湯用容器中の混合溶湯を冷却し、実質含有量を調べた結果、実質消磁性体材料の含有量は３４％であった。この２層構造材料の表面を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順にて仕上げ、着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて１５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところアルミニウム側は最大５９ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側は６３ｍＴとなった。
【実施例１０】
【００３６】
予めアルゴン雰囲気縦型電気炉に蓋を閉めた状態にて、保護ガス用として２経路を作り、１経路からは電気炉内にアルゴンガスを圧力０．１ＭＰａ、流量３Ｌ／分にて５分以上流す。マグネシウム溶湯を作るため、蓋付溶解用容器（鉄系、φ６０×１００×ｔ＝２）にマグネシウムインゴット（ＭＣ２：ＡＬ８．７％，Ｚｎ０．７％、Ｍｎ０．１３％）約２００ｇを入れ、蓋をせずに電気炉中に置き電気炉の内蓋と上蓋をし、保護ガスは同様のままで、電気炉の設定温度を２００℃、１０分とした後、溶解用容器に蓋をし、７５０℃で２０分に設定し終了後電気炉の蓋を取り，アルゴンガスの圧力を０．２ＭＰａにする。別経路は脱ガス用供給パイプ（ＳＵＳ３０４、注射針管７Ｇ：外形４．５７、内径４．０１）の先端を平たくつぶした供給パイプを少しあけた溶解用容器の蓋の隙間より溶湯中に差込、電気炉中にてマグネシウム溶湯に２分間アルゴンガスを供給しながらこれを撹拌し脱ガスを行う。次に、７３０℃で約２０分鎮静し、マグネシウム溶湯を作る。混合溶湯の作成は混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）４０ｇ（３７％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯約４０ｍＬ（約６８ｇ）を１０ｍＬの柄杓にて４杯アルゴン雰囲気中で且つ先程の別経路の供給パイプから混合溶湯用容器の内側表面にアルゴンを流し続けながら注湯し、ＳＵＳの撹拌棒（φ８×５０ｍｍで先端を若干潰した棒）にて、練りこみ、撹拌が固くて出来なくなった時点で、供給パイプからのアルゴンガスで表面を覆いつつ混合溶湯用容器を電気炉より取り出し、表面を平らにし、直に蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）の中にドライアイスを入れ、更にアルゴンガスを流しながら混合溶湯用容器に入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ蓋を開けた状態で冷却を行った後、常温にて混合溶湯用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。この時マグネシウム溶湯と混合せず、未混合の状態で存在する消磁性体材料が１２ｇあり、マグネシウム溶湯と混合した実質消磁性体材料の量は２８ｇ（２９％）であった。この混合層を＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ最大が２１ｍＴ（ミリ・テスラー）であった。
【００３７】
（比較例５）実施例１０の中の実質の消磁性体材料の混合量を１１ｇ（１３％）とした点のみ変更し、他の手法は同一とした時、磁束密度を計測したところ最大２ｍＴ（ミリ・テスラー）となり、この磁束密度では産業利用上不足である。
【実施例１１】
【００３８】
実施例１０と同様にマグネシウム溶湯約５００ｇを作り、混合溶湯は混合溶湯用容器に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）４０ｇ（３７％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯約４０ｍＬ（約６８ｇ）を１０ｍＬの柄杓にて４杯アルゴン雰囲気中で且つ先程の別経路の供給パイプから混合溶湯用容器の内側表面にアルゴンガスを流し続けながら注湯し、ＳＵＳの撹拌棒にて練りこみ、混合溶湯を作った。この表面に天圧を掛け混合溶湯を平らにした後、混合溶湯用容器をそのまま鋳型用容器として用い、これに表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯を１０ｍＬ（１７ｇ）注入し、２層構造体を形成した。冷却をするために、直にドライアイスを入れた蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）中にアルゴンガスを流しながら鋳型用容器を入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ両方の蓋を開け冷却を行った後、常温にて鋳型用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料は１４ｇであった。これにより混合溶湯中の実質の消磁性体材料の混合量は２６ｇ（２７％）であった。この２層構造のワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところマグネシウム側は最大１６ｍＴ（ミリ・テスラー）、混合層側は１９ｍＴとなった。
【実施例１２】
【００３９】
実施例１０と同様にマグネシウム溶湯約５００ｇを作り、混合溶湯は混合溶湯用容器（鉄系、φ６０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．８ｍｍ）に消磁性体材料（フェライト系粉末；ハードフェライト：テスラム社製）５０ｇ（３３％相当）を入れ、その上から表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯約６０ｍＬ（約１００ｇ）を１０ｍＬの柄杓にて６杯アルゴン雰囲気中で且つ先程の別経路の供給パイプから混合溶湯用容器の内側表面にアルゴンガスを流し続けながら注湯し、ＳＵＳの撹拌棒にて練りこみ、電気炉中にて６５０℃に保持して混合溶湯を作成した。次に、鋳型用容器にアルゴンガスを供給パイプにて供給しながら、表面の酸化物等が入らないようにマグネシウム溶湯を１０ｍＬ（１７ｇ）注入し、５分後混合溶湯を１０ｍＬの柄杓にて４回擦り切りにて約４０ｍＬ供給後天圧を掛け表面を平らにした後マグネシウム溶湯を１０ｍＬ注湯し３層構造体を形成した。冷却法として直に、ドライアイスの入った蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）にアルゴンガスを流しながら鋳型用容器を入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ両方の蓋を開け冷却を行った後、常温にて鋳型用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。これと平行して混合溶湯用容器を冷却し、中に残った混合層と未混合状態の消磁性体材料は１８ｇであった。これにより混合溶湯の実質の消磁性体材料の含有量は３２ｇ（２４％）であった。この３層構造のワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ片側は最大１６ｍＴ（ミリ・テスラー）、反対側は１７ｍＴとなった。
【実施例１３】
【００４０】
実施例１０と同様にマグネシウム溶湯と混合溶湯より実質消磁性体材料の含有量が２６ｇ（２７％）の混合層（約３５ｇ）を作り、これを電気炉にて６５０℃まで上昇させ保持する。次に、今まで使用していた鋳型容器よりも一回り大きい蓋付き鋳型用容器（鉄系、φ６０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．８ｍｍ）を用意し、電気炉外にて蓋を若干開け容器内に供給パイプにてアルゴンガスを流しながらマグネシウム溶湯６０ｍＬ（１６２ｇ）を注湯し、一旦蓋を開け６５０℃に保持した混合層のワークをこの中に完全に没入し、供給パイプの隙間だけ蓋を開け、該ワークの全面をマグネシウム溶湯で覆った天婦羅型の多層構造体を形成した。その後直にドライアイスを入れた蓋付き冷却用容器（ＳＵＳ，φ１５０ｍｍ×１４０ｍｍ×ｔ１．０）の中に更にアルゴンガスを流しながら鋳型用容器入れアルゴンガスの供給パイプが入る分だけ蓋を開け冷却を行った後、常温にて鋳型用容器を壊すことにより消磁性体材料を含有するマグネシウム金属材料を取り出した。このワークを＃６０のベルト研磨機にて荒仕上げを行い、更にエヤーサンダーにて＃１００、＃２００、＃４００の順に２つのワークを仕上げ、着磁を行う為に着磁工程とし空芯コイルにて着磁・脱磁電源を用いて５００Ｖ，２秒の着磁工程を行い磁化させた。評価として磁束密度を計測したところ片側は最大１９ｍＴ（ミリ・テスラー）、反対側は最大１８ｍＴとなった。
【符号の説明】
【００４１】
１ アルミニウム表面層
２ 混合層
３ ２層構造体
４ ３層構造体
５ 鋳型容器
６ サマコバ磁石
７ 断熱材
８ 蓋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状にし、これを非磁性体軽金属材料の溶湯中に混ぜた混合溶湯を凝固させた混合層からなる非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している軽金属材料
【請求項２】
消磁性体材料を含まない非磁性体軽金属材料の表面層を有し、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状にし、これを非磁性体軽金属材料の溶湯中に混ぜた混合溶湯を凝固させた、消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を有している、少なくとも２層構造または対向表面層に非磁性体軽金属材料を更に形成したサンドイッチ３層複合構造又は繰り返しによる多積層複合構造からなっている、非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料が偏在している軽金属材料
【請求項３】
消磁性体材料とは消磁した強磁性体材料または未着磁強磁性体材料である請求項１または２に記載の軽金属材料
【請求項４】
非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状にし、これを非磁性体軽金属材料の溶湯中に混ぜた混合溶湯を鋳型に注湯し、静置、急冷凝固させて混合層とすることを特徴とする、消磁性体材料が非磁性体軽金属中に２０〜４２重量％の量で偏在している軽金属材料の鋳造製造法。
【請求項５】
表面層として非磁性軽金属材料の溶湯を鋳型に鋳込み、該軽金属材料の溶湯が鋳型内で凝固する前に、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料の微小個体及び／又は粉体状を非磁性体軽金属材料の溶湯中に分散混合させた混合溶湯を鋳型に注湯し、静置、急冷凝固した、消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成した２層複合層、または更に混合溶湯の凝固の前に非磁性体軽金属材料の溶湯を注湯し、最初に形成した非磁性体軽金属面層に対向する表面層を形成した３層複合層とすることを特徴とする、非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料を偏在させた、少なくとも２層又は３層複合構造からなる軽金属材料の鋳造製造法
【請求項６】
表面層として非磁性軽金属材料の箔、圧延材、丸棒、押し出し型材または切削粉を加温し鋳型の底に溶湯を形成し、該軽金属材料の溶湯が鋳型内で凝固する前に、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料の微小個体及び／又は粉体状を非磁性体軽金属材料の溶湯中に分散混合させた混合溶湯を鋳型に注湯し、静置、冷却凝固した消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成し、必要に応じて混合溶湯の凝固の前に更に非磁性軽金属材料の溶湯を注湯し、最初に形成した表面層に対向する表面層を形成することを特徴とする、非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料を偏在させた、少なくとも２層又は３層複合構造からなる軽金属材料の鋳造製造法
【請求項７】
表面層用として非磁性軽金属材料の溶湯を鋳型内に目的製品鋳型厚さの０．１〜５０％未満の厚さに鋳込み、該軽金属材料の溶湯が鋳型内で凝固する前に、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状で非磁性体軽金属材料の溶湯中に分散混合させた混合溶湯を鋳型に注湯し、冷却凝固させて消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成した２層複合構造体または必要に応じて混合層の凝固の前に非磁性軽金属材料の溶湯を注湯し最初に形成した表面層に対抗する表面層を更に形成したサンドイッチ３層複合構造体とし、これを二回以上繰り返す多層複合鋳造よりなる非磁性体軽金属中に消磁性体材料を偏在させた軽金属材料の鋳造製造法。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか一項に記載の鋳造製造法において、鋳型の外側の少なくとも一部の面に強磁性体材及び／又は電磁石を設置し、必要に応じて該強磁性体材料の設置面の対抗面に逆の極性を持つ強磁性体材料及び／又は電磁石を設置し、この鋳型中で消磁性体材料を含んだ混合溶湯中の消磁性体材料に磁場配向を持たせることからなる消磁性体材料を偏在させた軽金属材料の鋳造製造法。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軽金属材料または請求項４乃至８のいずれか一項に記載の鋳造製造法で得られた軽金属材料品にニクロム線または絶縁処理したアルミニウム線を巻き、巻線に電気を流すことによる事による軽金属材料の電磁石材料の製造法
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軽金属材料及び請求項４乃至８のいずれか一項に記載の軽金属材料の鋳造製造法で得られた軽金属材料を無加工、プレス加工及び／又は切削加工前または後に着磁又は消磁−着磁工程を行なう事による強磁性体軽金属材料の製造法
【請求項１１】
請求項２または３の軽金属材料、または５乃至１３のいずれか一項に記載の鋳造製造法で得られた軽金属材料をブラスト、ショット等の機械的前処理後必要によって切削加工後に、化成処理、陽極酸化処理もしくは塗装処理後に磁化処理として着磁もしくは消磁−着磁工程を行う方法、あるいは先に着磁もしくは消磁−着磁工程を行う磁化処理後に化成処理、陽極酸化処理もしくは塗装処理を行う強磁性体軽金属材料の製造法。
【請求項１】
非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状にし、これを非磁性体軽金属材料の溶湯中に混ぜた混合溶湯を凝固させた混合層からなる非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している軽金属材料
【請求項２】
消磁性体材料を含まない非磁性体軽金属材料の表面層を有し、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状にし、これを非磁性体軽金属材料の溶湯中に混ぜた混合溶湯を凝固させた、消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を有している、少なくとも２層構造または対向表面層に非磁性体軽金属材料を更に形成したサンドイッチ３層複合構造又は繰り返しによる多積層複合構造からなっている、非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料が偏在している軽金属材料
【請求項３】
消磁性体材料とは消磁した強磁性体材料または未着磁強磁性体材料である請求項１または２に記載の軽金属材料
【請求項４】
非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状にし、これを非磁性体軽金属材料の溶湯中に混ぜた混合溶湯を鋳型に注湯し、静置、急冷凝固させて混合層とすることを特徴とする、消磁性体材料が非磁性体軽金属中に２０〜４２重量％の量で偏在している軽金属材料の鋳造製造法。
【請求項５】
表面層として非磁性軽金属材料の溶湯を鋳型に鋳込み、該軽金属材料の溶湯が鋳型内で凝固する前に、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料の微小個体及び／又は粉体状を非磁性体軽金属材料の溶湯中に分散混合させた混合溶湯を鋳型に注湯し、静置、急冷凝固した、消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成した２層複合層、または更に混合溶湯の凝固の前に非磁性体軽金属材料の溶湯を注湯し、最初に形成した非磁性体軽金属面層に対向する表面層を形成した３層複合層とすることを特徴とする、非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料を偏在させた、少なくとも２層又は３層複合構造からなる軽金属材料の鋳造製造法
【請求項６】
表面層として非磁性軽金属材料の箔、圧延材、丸棒、押し出し型材または切削粉を加温し鋳型の底に溶湯を形成し、該軽金属材料の溶湯が鋳型内で凝固する前に、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料の微小個体及び／又は粉体状を非磁性体軽金属材料の溶湯中に分散混合させた混合溶湯を鋳型に注湯し、静置、冷却凝固した消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成し、必要に応じて混合溶湯の凝固の前に更に非磁性軽金属材料の溶湯を注湯し、最初に形成した表面層に対向する表面層を形成することを特徴とする、非磁性体軽金属材料中に消磁性体材料を偏在させた、少なくとも２層又は３層複合構造からなる軽金属材料の鋳造製造法
【請求項７】
表面層用として非磁性軽金属材料の溶湯を鋳型内に目的製品鋳型厚さの０．１〜５０％未満の厚さに鋳込み、該軽金属材料の溶湯が鋳型内で凝固する前に、非磁性体軽金属材料の融点以上の融点を有する消磁性体材料を微小個体及び／又は粉体状で非磁性体軽金属材料の溶湯中に分散混合させた混合溶湯を鋳型に注湯し、冷却凝固させて消磁性体材料が２０〜４２重量％の量で偏在している混合層を形成した２層複合構造体または必要に応じて混合層の凝固の前に非磁性軽金属材料の溶湯を注湯し最初に形成した表面層に対抗する表面層を更に形成したサンドイッチ３層複合構造体とし、これを二回以上繰り返す多層複合鋳造よりなる非磁性体軽金属中に消磁性体材料を偏在させた軽金属材料の鋳造製造法。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか一項に記載の鋳造製造法において、鋳型の外側の少なくとも一部の面に強磁性体材及び／又は電磁石を設置し、必要に応じて該強磁性体材料の設置面の対抗面に逆の極性を持つ強磁性体材料及び／又は電磁石を設置し、この鋳型中で消磁性体材料を含んだ混合溶湯中の消磁性体材料に磁場配向を持たせることからなる消磁性体材料を偏在させた軽金属材料の鋳造製造法。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軽金属材料または請求項４乃至８のいずれか一項に記載の鋳造製造法で得られた軽金属材料品にニクロム線または絶縁処理したアルミニウム線を巻き、巻線に電気を流すことによる事による軽金属材料の電磁石材料の製造法
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軽金属材料及び請求項４乃至８のいずれか一項に記載の軽金属材料の鋳造製造法で得られた軽金属材料を無加工、プレス加工及び／又は切削加工前または後に着磁又は消磁−着磁工程を行なう事による強磁性体軽金属材料の製造法
【請求項１１】
請求項２または３の軽金属材料、または５乃至１３のいずれか一項に記載の鋳造製造法で得られた軽金属材料をブラスト、ショット等の機械的前処理後必要によって切削加工後に、化成処理、陽極酸化処理もしくは塗装処理後に磁化処理として着磁もしくは消磁−着磁工程を行う方法、あるいは先に着磁もしくは消磁−着磁工程を行う磁化処理後に化成処理、陽極酸化処理もしくは塗装処理を行う強磁性体軽金属材料の製造法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−８００４９（Ｐ２０１２−８００４９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３４９５１（Ｐ２０１０−２３４９５１）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５９５１７９５４９）電化皮膜工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５９５１７９５４９）電化皮膜工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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