JP2001057304A - 磁石粉末および等方性ボンド磁石 - Google Patents
磁石粉末および等方性ボンド磁石Info
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Abstract
に耐熱性(熱的安定性)、耐食性の高い磁石を提供す
る。 【解決手段】 本発明の磁石粉末は、Rx(Fe1-yCo
y)100-x-z-wBzSiw(ただし、Rは少なくとも1種の
希土類元素、x:8.1〜9.4原子%、y:0〜0.
30、z:4.6〜6.8原子%、w:0.2〜3原子
%)で表される合金組成からなり、ソフト磁性相とハー
ド磁性相とを有する複合組織で構成される磁石粉末であ
って、結合樹脂と混合し成形して等方性ボンド磁石とし
たときに、室温での磁気特性を表すJ−H図での減磁曲
線において、前記J−H図中の原点を通り、かつ傾き
(J/H)が−3.8×10-6ヘンリー/mである直線yと
の交点Pを出発点として測定した場合の不可逆帯磁率
(χirr=χdif−χrev)が5.0×10-7ヘンリー/m以
下であり、さらに、室温での固有保磁力(HcJ)が40
6〜717kA/mである。
Description
方性ボンド磁石に関する。
モータに使用される際の(実質的なパーミアンスにおい
ての)磁石の磁束密度が高いことが望まれる。ボンド磁
石における磁束密度を決定する要因は、磁石粉末の磁気
性能(磁化)と、ボンド磁石中における磁石粉末の含有
量(含有率)とがある。従って、磁石粉末自体の磁気性
能(磁化)がそれほど高くない場合には、ボンド磁石中
の磁石粉末の含有量を極端に多くしないと十分な磁束密
度が得られない。
石として使用されているものとしては、希土類磁石粉末
として、MQI社製のMQP−B粉末を用いた等方性ボ
ンド磁石が大半を占めている。等方性ボンド磁石は、異
方性ボンド磁石に比べ次のような利点がある。すなわ
ち、ボンド磁石の製造に際し、磁場配向が不要であるた
め、製造プロセスが簡単で、その結果製造コストが安価
となることである。しかしこのMQP−B粉末に代表さ
れる従来の等方性ボンド磁石には、次のような問題点が
ある。
密度が不十分であった。すなわち用いられる磁石粉末の
磁気性能(磁化)が低いため、ボンド磁石中の磁石粉末
の含有量(含有率)を高めなければならないが、磁石粉
末の含有量を高くすると、ボンド磁石の成形性が悪くな
るため、限界がある。また、成形条件の工夫等により磁
石粉末の含有量を多くしたとしても、やはり、得られる
磁束密度には限界があり、このためモータの小型化を図
ることはできない。
比較的高い着磁磁場が必要であった。
度の高い磁石も報告されているが、その場合は逆に保磁
力が小さすぎて、実用上モータとして得られる磁束密度
(実際に使用される際のパーミアンスでの)は非常に低
いものであった。また、保磁力が小さいため、熱的安定
性も劣る。
については、磁石の固有保磁力(H cJ)が低くなると、
極端に低下した。
い。特に、磁石粉末の磁気特性の低さを補うために、ボ
ンド磁石中の磁石粉末の含有量を多くすると(すなわち
ボンド磁石の密度を極端に高密度化すると)、耐食性、
耐熱性の低下が著しい。
性が得られるような樹脂層で被覆する必要が生じ、製造
工程の増大を招くとともに、樹脂層の存在が磁気性能の
低下の原因(モータの高トルク発生の妨げ)ともなる。
密度が高く、着磁性に優れ、信頼性、特に耐食性および
温度特性に優れた磁石を提供することができる磁石粉末
および等方性ボンド磁石を提供することにある。
(1)〜(16)の本発明により達成される。
zSiw(ただし、Rは少なくとも1種の希土類元素、
x:8.1〜9.4原子%、y:0〜0.30、z:
4.6〜6.8原子%、w:0.2〜3原子%)で表さ
れる合金組成からなり、ソフト磁性相とハード磁性相と
を有する複合組織で構成される磁石粉末であって、結合
樹脂と混合し成形して等方性ボンド磁石としたときに、
室温での磁気特性を表すJ−H図での減磁曲線におい
て、前記J−H図中の原点を通り、かつ傾き(J/H)
が−3.8×10-6ヘンリー/mである直線との交点を出発
点として測定した場合の不可逆帯磁率(χirr)が5.
0×10-7ヘンリー/m以下であり、さらに、室温での固有
保磁力(HcJ)が406〜717kA/mであることを
特徴とする磁石粉末。
ト組織である上記(1)に記載の磁石粉末。
を主とする希土類元素である上記(1)または(2)に
記載の磁石粉末。
が前記R全体に対し5〜75%である上記(1)ないし
(3)のいずれかに記載の磁石粉末。
が前記R全体に対し14%以下である上記(1)ないし
(4)のいずれかに記載の磁石粉末。
ことにより得られたものである上記(1)ないし(5)
のいずれかに記載の磁石粉末。
製造された急冷薄帯を粉砕して得られたものである上記
(1)ないし(6)のいずれかに記載の磁石粉末。
たは製造後少なくとも1回熱処理が施されたものである
上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の磁石粉末。
ある上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の磁石粉
末。
れかに記載の磁石粉末を結合樹脂で結合してなることを
特徴とする等方性ボンド磁石。
なる等方性ボンド磁石であって、室温での磁気特性を表
すJ−H図での減磁曲線において、前記J−H図中の原
点を通り、かつ傾き(J/H)が−3.8×10-6ヘンリー
/mである直線との交点を出発点として測定した場合の
不可逆帯磁率(χirr)が5.0×10-7ヘンリー/m以下
であり、さらに、室温での固有保磁力(HcJ)が406
〜717kA/mであることを特徴とする等方性ボンド
磁石。
るものである上記(11)に記載の等方性ボンド磁石。
−Si系合金(ただし、Rは少なくとも1種の希土類元
素、TMは鉄を主とする遷移金属)よりなるものである
上記(11)に記載の等方性ボンド磁石。
とハード磁性相とを有する複合組織で構成されたもので
ある上記(11)ないし(13)のいずれかに記載の等
方性ボンド磁石。
極着磁された上記(10)ないし(14)のいずれかに
記載の等方性ボンド磁石。
0)ないし(15)のいずれかに記載の等方性ボンド磁
石。
れを用いた等方性ボンド磁石の実施の形態について、詳
細に説明する。
るために、磁束密度が高い磁石を得ることが課題となっ
ている。ボンド磁石における磁束密度を決定する要因
は、磁石粉末の磁気性能(磁化)と、ボンド磁石中にお
ける磁石粉末の含有量(含有率)とがあるが、磁石粉末
自体の磁気性能(磁化)がそれほど高くない場合には、
ボンド磁石中の磁石粉末の含有量を極端に多くしないと
十分な磁束密度が得られない。
P−B粉末は、前述したように、磁束密度が不十分であ
り、よって、ボンド磁石の製造に際し、ボンド磁石中の
磁石粉末の含有量を高めること、すなわち高密度化を余
儀なくされ、耐食性や機械的強度等の面で信頼性に欠け
るとともに、保磁力が高いため、着磁性が悪いという欠
点を有している。
性ボンド磁石(等方性希土類ボンド磁石)は、十分な磁
束密度と適度な保磁力が得られ、これにより、ボンド磁
石中の磁石粉末の含有量(含有率)をそれほど高める必
要がなく、その結果、高強度で、成形性、耐食性、耐久
性、着磁性等に優れた信頼性の高いボンド磁石を提供す
ることができ、また、ボンド磁石の小型化、高性能化に
より、モータ等の磁石搭載機器の小型化にも大きく貢献
することができる。
相とソフト磁性相とを有する複合組織を構成するものと
することができる。
ード磁性相の単相組織であるが、このようなナノコンポ
ジット組織では磁化の高いソフト磁性相が存在するた
め、トータルの磁化が高くなるという利点があり、さら
にリコイル透磁率が高くなるため、一旦逆磁場を加えて
もその後の減磁率が小さいという利点を有する。
は、Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzSiw(ただし、
Rは少なくとも1種の希土類元素、x:8.1〜9.4
原子%、y:0〜0.30、z:4.6〜6.8原子
%、w:0.2〜3原子%)で表される合金組成からな
る。
e、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ミッシュメタルが
挙げられ、これらを1種または2種以上含むことができ
る。
原子%とされる。Rが8.1原子%未満では、十分な保
磁力が得られず、Siを添加しても保磁力の向上が少な
い。一方、Rが9.4原子%を超えると、磁化のポテン
シャルが下がるため、十分な磁束密度が得られなくな
る。
とする希土類元素であるのが好ましい。その理由は、こ
れらの希土類元素は、複合組織(特にナノコンポジット
組織)を構成するハード磁性相の飽和磁化を高め、また
磁石として良好な保磁力を実現するために有効だからで
ある。
体に対し5〜75%であるのが好ましく、10〜60%
であるのがより好ましい。この範囲であると、残留磁束
密度の低下をほとんど生じることなく、保磁力および角
型性を向上させることができるためである。
体に対し14%以下であるのが好ましい。この範囲であ
ると、残留磁束密度の著しい低下を生じることなく、保
磁力を向上させることができると共に、耐熱性の大幅な
向上も可能となるからである。
属である。このCoを添加すること(Feの一部を置換
すること)により、キュリー温度が高くなり、温度特性
が向上するが、Feに対するCoの置換比率が0.30
を超えると、保磁力、磁束密度とともに低下する傾向を
示す。Feに対するCoの置換比率が0.05〜0.2
0の範囲では、温度特性の向上のみならず、磁束密度自
体も向上するので、さらに好ましい。また、さらに、F
eまたはCoの一部をNiに置換してもよい。
重要な元素であり、その含有量は、4.6〜6.8原子
%とされる。Bが4.6%未満であると、J−H図にお
ける角型性が悪くなる。一方、Bが6.8%を超える
と、非磁性相が多くなり、磁束密度が急減する。
性の向上にとって有利な元素であり、0.2〜3原子%
の範囲でその効果が顕著に現れる。また、この範囲で
は、保磁力の向上が図れ、それに追従して角型性および
最大磁気エネルギー積の向上も図れる。そして、Siを
0.2〜3原子%含むことによるもう一つの重要な効果
は、不可逆減磁率が改善されることである。Siが0.
2原子%未満では、上述した耐食性の向上等の効果が少
なく、また、Siが3原子%を超えると、磁化の低下が
顕著となり、好ましくない。なお、Siの含有量のさら
に好適な範囲は、0.5〜2.0原子%である。
本発明では、実験、研究を重ねた結果、ソフト磁性相と
ハード磁性相とを有する複合組織で構成される磁石粉末
において、Siを0.2〜3原子%の範囲で含有せしめ
ることにより、耐食性の向上が図れる、優れた角型
性(最大磁気エネルギー積)を確保しつつ保磁力の向上
が図れる、不可逆減磁率の改善(絶対値の低減)が図
れる、という3つの効果が得られること、特にこれらの
効果が同時に得られることを見出したものであり、この
点に本発明の意義がある。
は少量含有せしめることにその特徴を見出したものであ
り、3原子%を超える量を添加することは、むしろ逆効
果であり、本発明の意図するところではない。
的で、磁石粉末を構成する合金中には、必要に応じ、C
u、Al、Ga、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、
Hf、Ag、Zn、P、Ge等の他の元素を含有するこ
ともできる。
性相とハード磁性相とを有する複合組織となっている。
は、ソフト磁性相10とハード磁性相11とが、例えば
図1、図2または図3に示すようなパターン(モデル)
で存在しており、各相の厚さや粒径がナノメーターレベ
ルで存在している。そして、ソフト磁性相10とハード
磁性相11とが相隣接し(粒界相を介して隣接する場合
も含む)、磁気的な交換相互作用を生じる。
好ましく、10〜40nmであるのがより好ましい。平
均結晶粒径が下限値未満であると、結晶粒間の交換相互
作用の影響が強くなり過ぎて、磁化反転が容易となり、
保磁力が劣化する場合がある。
結晶粒径の粗大化と、結晶粒間の交換相互作用の影響が
弱くなることから、磁束密度、保磁力、角型性、最大エ
ネルギー積が劣化する場合がある。
であって、これらに限られるものではなく、例えば図2
に示すパターンにおいて、ソフト磁性相10とハード磁
性相11とが逆になっているものでもよい。
より容易にその向きを変えるので、通常はハード磁性相
に混在すると、系全体の磁化曲線はJ−H図の第二象現
で段のある「へび型曲線」となる。しかし、ソフト磁性
相のサイズが数10nm以下と十分小さい場合には、ソ
フト磁性体の磁化が周囲のハード磁性体の磁化との結合
によって十分強く拘束され、系全体がハード磁性体とし
て振舞うようになる。
織)を持つ磁石は、主に、以下に挙げる特徴1)〜5)
を有している。
磁界(H)をとった図)の第二象現で、磁化が可逆的に
スプリングバックする(この意味で「スプリング磁石」
とも言う)。 2)着磁性が良く、比較的低い磁場で着磁できる。 3)磁気特性の温度依存性がハード磁性相単独の場合に
比べて小さい。 4)磁気特性の経時変化が小さい。 5)微粉砕しても磁気特性が劣化しない。
およびソフト磁性相は、例えば次のようなものとなる。
TMはFeまたはFeとCo)、またはR2TM14BS
i系ソフト磁性相:TM(特にα−Fe,α−(Fe,
Co))、またはTMとSiとの化合物
溶融合金を急冷することにより製造されたものであるの
が好ましく、特に、合金の溶湯を急冷、固化して得られ
た急冷薄帯(リボン)を粉砕して製造されたものである
のが好ましい。以下、その方法の一例について説明す
る。
石材料を製造する装置(急冷薄帯製造装置)の構成例を
示す斜視図、図5は、図4に示す装置における溶湯の冷
却ロールへの衝突部位付近の状態を示す断面側面図であ
る。
は、磁石材料を収納し得る筒体2と、該筒体2に対し図
中矢印9A方向に回転する冷却ロール5とを備えてい
る。筒体2の下端には、磁石材料(合金)の溶湯を射出
するノズル(オリフィス)3が形成されている。
加熱用のコイル4が配置され、このコイル4に例えば高
周波を印加することにより、筒体2内を加熱(誘導加
熱)し、筒体2内の磁石材料を溶融状態にする。
5の周面53を形成する表面層52とで構成されてい
る。
材質で一体構成されていてもよく、また、表面層52と
は異なる材質で構成されていてもよい。
が、表面層52の熱をより速く放散できるように、例え
ば銅または銅系合金のような熱伝導率の高い金属材料で
構成されているのが好ましい。
と同等かまたは基部51より若干低い材料で構成されて
いるのが好ましい。
バー(図示せず)内に設置され、該チャンバー内に、好
ましくは不活性ガスやその他の雰囲気ガスが充填された
状態で作動する。特に、急冷薄帯8の酸化を防止するた
めに、雰囲気ガスは、例えばアルゴンガス、ヘリウムガ
ス、窒素ガス等の不活性ガスであるのが好ましい。
材料(合金)を入れ、コイル4により加熱して溶融し、
その溶湯6をノズル3から射出すると、図5に示すよう
に、溶湯6は、冷却ロール5の周面53に衝突し、パド
ル(湯溜り)7を形成した後、回転する冷却ロール5の
周面53に引きずられつつ急速に冷却されて凝固し、急
冷薄帯8が連続的または断続的に形成される。このよう
にして形成された急冷薄帯8は、やがて、そのロール面
81が周面53から離れ、図4中の矢印9B方向に進行
する。なお、図5中、溶湯の凝固界面71を点線で示
す。
成、周面53の溶湯6に対する濡れ性等によりその好適
な範囲が異なるが、磁気特性向上のために、通常、1〜
60m/秒であるのが好ましく、5〜40m/秒である
のがより好ましい。冷却ロール5の周速度が遅すぎる
と、急冷薄帯8の体積流量(単位時間当たりに吐出され
る溶湯の体積)によっては、急冷薄帯8の厚さtが厚く
なり、結晶粒径が増大する傾向を示し、逆に冷却ロール
5の周速度が速すぎると、大部分が非晶質組織となり、
いずれの場合にも、その後に熱処理を加えたとしても磁
気特性の向上が望めなくなる。
えば、非晶質組織の再結晶化の促進、組織の均質化のた
めに、熱処理を施すこともできる。この熱処理の条件と
しては、例えば、400〜900℃で、0.5〜300
分程度とすることができる。
に、真空または減圧状態下(例えば1×10-1〜1×1
0-6 Torr )、あるいは窒素ガス、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス等の不活性ガス中のような、非酸化性雰囲気中
で行うのが好ましい。
薄帯(薄帯状の磁石材料)8は、微細結晶組織、もしく
は微細結晶がアモルファス組織中に含まれるような組織
となり、優れた磁気特性が得られる。そして、この急冷
薄帯8を粉砕することにより、本発明の磁石粉末が得ら
れる。
ールミル、振動ミル、ジェットミル、ピンミル等の各種
粉砕装置、破砕装置を用いて行うことができる。この場
合、粉砕は、酸化を防止するために、真空または減圧状
態下(例えば1×10-1〜1×10-6 Torr )、あるい
は窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガ
ス中のような、非酸化性雰囲気中で行うこともできる。
が、後述する等方性ボンド磁石を製造するためのものの
場合、磁石粉末の酸化防止と、粉砕による磁気特性劣化
の防止とを考慮して、0.5〜150μm程度が好まし
く、0.5〜100μm程度がより好ましく、1〜65
μm程度がさらに好ましく、5〜55μm程度が特に好
ましい。
形性を得るために、磁石粉末の粒径分布は、ある程度分
散されている(バラツキがある)のが好ましい。これに
より、得られたボンド磁石の空孔率を低減することがで
き、その結果、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量を同じ
としたときに、ボンド磁石の密度や機械的強度をより高
めることができ、磁気特性をさらに向上することができ
る。
ば、粉砕により導入されたひずみの影響の除去、結晶粒
径の制御を目的として、熱処理を施すこともできる。こ
の熱処理の条件としては、例えば、350〜850℃
で、0.5〜300分程度とすることができる。
に、真空または減圧状態下(例えば1×10-1〜1×1
0-6 Torr )、あるいは窒素ガス、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス等の不活性ガス中のような、非酸化性雰囲気中
で行うのが好ましい。
を製造した場合、そのような磁石粉末は、結合樹脂との
結合性(結合樹脂の濡れ性)が良く、そのため、このボ
ンド磁石は、機械的強度が高く、熱安定性(耐熱性)、
耐食性が優れたものとなる。従って、当該磁石粉末は、
ボンド磁石の製造に適している。
法を例に説明したが、双ロール法を採用してもよい。ま
た、その他、例えばガスアトマイズのようなアトマイズ
法、回転ディスク法、メルト・エクストラクション法、
メカニカル・アロイング(MA)法等により製造しても
よい。このような急冷法は、金属組織(結晶粒)を微細
化することができるので、ボンド磁石の磁石特性、特に
保磁力等を向上させるのに有効である。
明の等方性希土類ボンド磁石(以下単に「ボンド磁石」
とも言う)について説明する。
結合樹脂で結合してなるものである。
性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。
ド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナ
イロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロ
ン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66、ナイロ
ン6T、ナイロン9T)、熱可塑性ポリイミド、芳香族
ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシ
ド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオ
レフィン、変性ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポ
リメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポ
リエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテ
ルイミド、ポリアセタール等、またはこれらを主とする
共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、
これらのうちの1種または2種以上を混合して用いるこ
とができる。
り、機械的強度が高いことから、ポリアミド、耐熱性向
上の点から、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイ
ドを主とするものが好ましい。また、これらの熱可塑性
樹脂は、磁石粉末との混練性にも優れている。
重合化等により、例えば成形性を重視したものや、耐熱
性、機械的強度を重視したものというように、広範囲の
選択が可能となるという利点がある。
スフェノール型、ノボラック型、ナフタレン系等の各種
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン
樹脂、ポリエステル(不飽和ポリエステル)樹脂、ポリ
イミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙
げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して
用いることができる。
り、機械的強度が高く、耐熱性に優れるという点から、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリ
コーン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂が特に好ましい。
また、これらの熱硬化性樹脂は、磁石粉末との混練性、
混練の均一性にも優れている。
は、室温で液状のものでも、固形(粉末状)のものでも
よい。
次のようにして製造される。磁石粉末と、結合樹脂と、
必要に応じ添加剤(酸化防止剤、潤滑剤等)とを含むボ
ンド磁石用組成物(コンパウンド)を製造し、このボン
ド磁石用組成物を用いて、圧縮成形(プレス成形)、押
出成形、射出成形等の成形方法により、無磁場中で所望
の磁石形状に成形する。結合樹脂が熱硬化性樹脂の場合
には、成形後、加熱等によりそれを硬化する。
成形および射出成形(特に、射出成形)は、形状選択の
自由度が広く、生産性が高い等の利点があるが、これら
の成形方法では、良好な成形性を得るために、成形機内
におけるコンパウンドの十分な流動性を確保しなければ
ならないため、圧縮成形に比べて、磁石粉末の含有量を
多くすること、すなわちボンド磁石を高密度化すること
ができない。しかしながら、本発明では、後述するよう
に、高い磁束密度が得られ、そのため、ボンド磁石を高
密度化しなくても優れた磁気特性が得られるので、押出
成形、射出成形により製造されるボンド磁石にもその利
点を享受することができる。
率)は、特に限定されず、通常は、成形方法や、成形性
と高磁気特性との両立を考慮して決定される。具体的に
は、75〜99wt%程度であるのが好ましく、85〜
97.5wt%程度であるのがより好ましい。
れたものの場合には、磁石粉末の含有量は、90〜99
wt%程度であるのが好ましく、93〜98.5wt%
程度であるのがより好ましい。
形により製造されたものの場合には、磁石粉末の含有量
は、75〜98wt%程度であるのが好ましく、85〜
97wt%程度であるのがより好ましい。
石粉末の比重、磁石粉末の含有量、空孔率等の要因によ
り決定される。本発明のボンド磁石において、その密度
ρは特に限定されないが、5.3〜6.6g/cm3程
度であるのが好ましく、5.5〜6.4g/cm3程度
であるのがより好ましい。
また保磁力もある程度大きいので、ボンド磁石に成形し
た場合に、磁石粉末の含有量が多い場合はもちろんのこ
と、含有量が比較的少ない場合でも、優れた磁気特性
(特に、高い最大磁気エネルギー積)が得られる。
限定されず、例えば、形状に関しては、例えば、円柱
状、角柱状、円筒状(リング状)、円弧状、平板状、湾
曲板状等のあらゆる形状のものが可能であり、その大き
さも、大型のものから超小型のものまであらゆる大きさ
のものが可能である。特に、小型化、超小型化された磁
石に有利であることは、本明細書中で度々述べている通
りである。
での磁気特性を表すJ−H図(縦軸に磁化(J)、横軸
に磁界(H)をとった図)での減磁曲線において、J−
H図中の原点を通り、かつ傾き(J/H)が−3.8×
10-6ヘンリー/mである直線との交点を出発点として測定
した場合の不可逆帯磁率(χirr)が5.0×10-7ヘンリ
ー/m以下であり、さらに、室温での固有保磁力
(HcJ)が406〜717kA/mであるという磁気特
性(磁気性能)を有している。以下、不可逆帯磁率(χ
irr)および固有保磁力(HcJ)について順次説明す
る。
(χirr)とは、図6に示すように、J−H図での減磁
曲線において、ある点Pにおける当該減磁曲線の接線の
傾きを微分帯磁率(χdif)とし、前記点Pから一旦減
磁界の大きさを減らしてリコイル曲線を描かせたときの
当該リコイル曲線の傾き(リコイル曲線の両端を結ぶ直
線の傾き)を可逆帯磁率(χrev)としたとき、次式で
表されるもの(単位:ヘンリー/m)を言う。
dif)−可逆帯磁率(χrev) なお、本発明では、J−H図での減磁曲線において、J
−H図中の原点を通りかつ傾き(J/H)が−3.8×
10-6ヘンリー/mである直線yとの交点を前記点Pとし
た。
(χirr)の上限値を5.0×10-7ヘンリー/mと定めた
理由は、次の通りである。
は、一旦減磁界をかけた後、その絶対値を減少させても
戻らない磁化の磁界に対する変化率を示すものであるた
め、この不可逆帯磁率(χirr)をある程度小さい値に
抑えることにより、ボンド磁石の熱的安定性の向上、特
に不可逆減磁率の絶対値の低減が図れる。実際に、本発
明における不可逆帯磁率(χirr)の範囲では、ボンド
磁石を例えば100℃×1時間の環境下に放置後、室温
まで戻したときの不可逆減磁率はその絶対値が約5%以
下となり、実用上(特にモータ等の使用において)十分
な耐熱性すなわち熱的安定性が得られる。
5.0×10-7ヘンリー/mを超えると、不可逆減磁率の絶
対値が増大し、十分な熱的安定性が得られない。また、
固有保磁力が低くなるとともに角型性が悪くなるので、
ボンド磁石の実際の使用において、パーミアンス係数
(Pc)が大きくなる(例えばPc≧5)ような用途で
の使用に制限されてしまう。また、保磁力の低下は、熱
的安定性の低下をもたらすことにもなる。
×10-7ヘンリー/m以下と定めた理由は以上のとおりであ
るが、不可逆帯磁率(χirr)はできるだけ小さい値が
好ましく、従って、本発明では、不可逆帯磁率
(χirr)が4.5×10-7ヘンリー/m以下であるのがよ
り好ましく、4.0×10-7ヘンリー/m以下であるのがさ
らに好ましい。
での固有保磁力(HcJ)は、406〜717kA/mで
ある。特に、435〜677kA/mがより好ましい。
と、着磁性が劣り、前記下限値未満であると、モータの
用途によっては逆磁場がかかったときの減磁が顕著にな
り、また、高温における耐熱性が劣る。従って、固有保
磁力(HcJ)を上記範囲とすることにより、ボンド磁石
(特に、円筒状磁石)に多極着磁等をするような場合
に、十分な着磁磁場が得られないときでも、良好な着磁
が可能となり、十分な磁束密度が得られ、高性能なボン
ド磁石、特にモータ用ボンド磁石を提供することができ
る。
積(BH)maxは、特に限定されないが、87〜125
kJ/m3程度が好ましく、100〜125kJ/m3程
度がより好ましい。
組成がNd8.7Fe77.2-wCo8.5B5.6Siwの磁石粉末
(Si含有量wを種々変化させた複数種の磁石粉末)を
得た。
料を秤量して母合金インゴットを鋳造し、このインゴッ
トから約15gのサンプルを切り出した。
装置を用意し、底部にノズル(円孔オリフィス)を設け
た石英管内に前記サンプルを入れた。急冷薄帯製造装置
1が収納されているチャンバー内を脱気した後、不活性
ガス(アルゴンガスおよびヘリウムガス)を導入し、所
望の温度および圧力の雰囲気とした。
高周波誘導加熱により溶解し、さらに、冷却ロールの周
速度および噴射圧(石英管の内圧と雰囲気圧との差圧)
をそれぞれに20m/秒、40kPaに調整して、溶湯
を冷却ロールの周面に向けて噴射し、急冷薄帯(平均厚
さ:約30μm、平均幅:約1.6mm)を得た。
ス雰囲気中で680℃×300秒間の熱処理を施して、
Si含有量wが異なる複数種の磁石粉末を得た。
を分析するため、Cu−Kαを用い回折角20°〜60
°にてX線回折を行った。回折パターンからハード磁性
相であるNd2(Fe・Co)14B1相と、ソフト磁性相
であるα−(Fe,Co)相の回折ピークが確認でき、
透過型電子顕微鏡(TEM)による観察結果から、ナノ
コンポジット組織を形成していることが確認された。
らに粉砕機(ライカイ機)を用いてアルゴンガス中で粉
砕し、平均粒径60μmの磁石粉末とした。
脂)と、少量のヒドラジン系酸化防止剤とを混合し、混
練してボンド磁石用組成物(コンパウンド)を作製し
た。
とし、この粒状物を秤量してプレス装置の金型内に充填
し、圧力7ton/cm2で圧縮成形(無磁場中)し
て、成形体を得た。
脂を硬化させて(キュア処理)、直径10mmφ×高さ
7mmの円柱状の等方性ボンド磁石を得た。各ボンド磁
石中の磁石粉末の含有量は、約97wt%であった。ま
た、各ボンド磁石の密度は、約6.21g/cm3であ
った。
ド磁石について、磁場強度3.2MA/mでパルス着磁
を施した後、直流自記磁束計にて最大印加磁場2.0M
A/mで磁気特性(残留磁束密度Br、固有保磁力
HcJ、最大磁気エネルギー積(BH)max)を測定し
た。測定時の温度は、23℃(室温)であった。
磁曲線において、原点を通り傾き(J/H)が−3.8
×10-6ヘンリー/mの直線との交点(動作点)Pを出発点
とし、ここから磁界を一旦0まで変化させてから再び元
に戻してリコイル曲線を描き、このリコイル曲線の傾き
(リコイル曲線の両端を結ぶ直線の傾き)を可逆帯磁率
(χrev)として求めた。また、前記交点Pにおける減
磁曲線の接線の傾きを微分帯磁率(χdif)として求め
た。室温での不可逆帯磁率(χirr)は、χirr=χdif
−χrevとして求めた。これらの結果を下記表1に示
す。
(直径10mmφ×高さ7mmの円柱状)の耐熱性(熱
的安定性)を調べた。この耐熱性は、ボンド磁石を10
0℃×1時間の環境下に保持した後、室温まで戻した際
の不可逆減磁率(初期減磁率)を測定し、評価した。そ
の結果を下記表1に示す。不可逆減磁率(初期減磁率)
の絶対値が小さいほど、耐熱性(熱的安定性)に優れ
る。
性を評価するために、前記各ボンド磁石(直径10mm
φ×高さ7mmの円柱状)について、着磁磁界(着磁磁
場)を種々変更したときの着磁率を調べた。着磁率は、
着磁磁界を4.8MA/mとしたときの残留磁束密度の
値を100%とし、これに対する比率で示した。着磁率
が90%となるときの着磁磁界の大きさを下記表1に示
す。この値が小さいほど、着磁性に優れる。
末およびこれらより製造された前記各ボンド磁石(直径
10mmφ×高さ7mmの円柱状)について、耐食性を
評価した。これらの結果を下記表1に示す。
露試験は、磁石粉末を30℃×50%RH×15分の環
境下と、80℃×95%RH×15分の環境下に交互に
おき、これを24回繰り返した後、磁石粉末の表面を顕
微鏡観察して、錆の発生状況を次の4段階で評価した。
湿槽に入れ、表面に発錆するまでの平均時間を調べた。
発錆するまでの時間の長さにより、次の4段階で評価し
た。
粉末中のSi含有量wが0.2〜3.0原子%で不可逆
帯磁率(χirr)が5.0×10-7ヘンリー/m以下の等方
性ボンド磁石は、いずれも優れた磁気特性(残留磁束密
度、固有保磁力、最大磁気エネルギー積)を有し、不可
逆減磁率の絶対値も小さいことから耐熱性(熱的安定
性)が高く、着磁性も良好である。また、磁石粉末自体
の耐食性およびボンド磁石の耐食性が共に高いので、実
際の使用に際し、ボンド磁石の表面に防食用コーティン
グを施す等の防食処理を省略または緩和することができ
る。
高性能で信頼性(特に、耐熱性、耐食性)の高いボンド
磁石を提供することができる。特に、ボンド磁石をモー
タとして使用した場合に、高い性能が発揮される。
り、合金組成が(Nd1-yPry)8.7FebalCo7. 5B
5.6Si1.4の急冷薄帯(Pr置換量yを種々変化させた
複数種の急冷薄帯)を製造し、アルゴンガス雰囲気中
で、680℃×10分間の熱処理を行った。前記と同様
の分析方法から、この急冷薄帯の組織は、ナノコンポジ
ット組織を形成していることが確認された。
帯から磁石粉末を得、この磁石粉末から外径20mm
φ、内径18mmφ×高さ7mmの円筒状(リング状)
の等方性ボンド磁石を製造した。各ボンド磁石中の磁石
粉末の含有量は、約96.8wt%であった。また、各
ボンド磁石の密度は、約6.18g/cm3であった。
で、磁気特性(残留磁束密度Br、固有保磁力HcJ、最
大磁気エネルギー積(BH)max)および不可逆帯磁率
(χirr)を測定、評価した。その結果を下記表2に示
す。
極に多極着磁し、これをロータ磁石として用いてDCブ
ラシレスモータを組み立てた。このDCブラシレスモー
タにおいて、ロータを4000rpmで回転させたとき
の巻線コイルに発生した逆起電圧を測定したところ、い
ずれのものも十分に高い電圧が得られ、高性能のモータ
であることが確認された。
種の磁石粉末を用い、ボンド磁石のサイズをそれぞれ直
径10mmφ×高さ7mmの円柱状とした以外は実施例
1と同様にしてボンド磁石を製造した。
で、耐熱性(熱的安定性)、着磁性、磁石粉末の耐食性
およびボンド磁石の耐食性を測定、評価した。その結果
を下記表2に示す。
石は、いずれも優れた磁気特性(残留磁束密度、固有保
磁力、最大磁気エネルギー積)を有し、特に、Ndの一
部をPrに置換したことにより、固有保磁力のさらなる
向上が見られる。また、各ボンド磁石は、不可逆減磁率
の絶対値が小さいことから耐熱性(熱的安定性)が高
く、着磁性も良好である。また、磁石粉末自体の耐食性
およびボンド磁石の耐食性が共に高い。
高性能で信頼性(特に、耐熱性、耐食性)の高いボンド
磁石を提供することができる。特に、ボンド磁石をモー
タとして使用した場合に、高い性能が発揮される。
り、合金組成が((Nd0.5Pr0.5)zDy1-z)9. 0F
ebalCo7.7B5.7Si1.8の急冷薄帯(Dy置換量(1
−z)を種々変化させた複数種の急冷薄帯)を製造し、
アルゴンガス雰囲気中で、680℃×12分間の熱処理
を行った。前記と同様の分析方法から、この急冷薄帯の
組織は、ナノコンポジット組織を形成していることが確
認された。
帯から磁石粉末を得、この磁石粉末から外径20mm
φ、内径18mmφ×高さ7mmの円筒状(リング状)
の等方性ボンド磁石を製造した。各ボンド磁石中の磁石
粉末の含有量は、約96.8wt%であった。また、各
ボンド磁石の密度は、約6.20g/cm3であった。
で、磁気特性(残留磁束密度Br、固有保磁力HcJ、最
大磁気エネルギー積(BH)max)および不可逆帯磁率
(χirr)を測定、評価した。その結果を下記表3に示
す。
極に多極着磁し、これをロータ磁石として用いてDCブ
ラシレスモータを組み立てた。このDCブラシレスモー
タにおいて、ロータを4000rpmで回転させたとき
の巻線コイルに発生した逆起電圧を測定したところ、い
ずれのものも十分に高い電圧が得られ、高性能のモータ
であることが確認された。
複数種の磁石粉末を用い、ボンド磁石のサイズをそれぞ
れ直径10mmφ×高さ7mmの円柱状とした以外は実
施例1と同様にしてボンド磁石を製造した。
で、耐熱性(熱的安定性)、着磁性、磁石粉末の耐食性
およびボンド磁石の耐食性を測定、評価した。その結果
を下記表3に示す。
石は、いずれも優れた磁気特性(残留磁束密度、固有保
磁力、最大磁気エネルギー積)を有し、特に、Dyを添
加することにより固有保磁力が向上し、Dyの置換量が
0.1(R全体に対し10%)以下で、適度な保磁力の
向上が図れることが確認された。また、各ボンド磁石
は、不可逆減磁率の絶対値が小さいことから耐熱性(熱
的安定性)が高く、着磁性も良好である。また、磁石粉
末自体の耐食性およびボンド磁石の耐食性が共に高い。
高性能で信頼性(特に、耐熱性、耐食性)の高いボンド
磁石を提供することができる。特に、ボンド磁石をモー
タとして使用した場合に、高い性能が発揮される。
製造した以外は、上記実施例1〜3と同様にして本発明
の等方性ボンド磁石を製造した。なお、結合樹脂には、
ポリアミド(ナイロン610)を用いた。また、各ボン
ド磁石中の磁石粉末の含有量は、約95.5wt%、各
ボンド磁石の密度は、約5.85g/cm3であった。
評価を行ったところ、前記と同様の結果が得られ、特
に、ボンド磁石の耐食性については、さらに良好な結果
が得られた。
製造した以外は、上記実施例1〜3と同様にして本発明
の等方性ボンド磁石を製造した。なお、結合樹脂には、
ポリフェニレンサルファイドを用いた。また、各ボンド
磁石中の磁石粉末の含有量は、約94.1wt%、各ボ
ンド磁石の密度は、約5.63g/cm3であった。
評価を行ったところ、前記と同様の結果が得られ、特
に、ボンド磁石の耐食性については、さらに良好な結果
が得られた。
のような効果が得られる。 ・磁石粉末がソフト磁性相とハード磁性相とを有する複
合組織を有し、かつSiを所定量含有するため、高い磁
気特性を発揮し、特に固有保磁力と角型性が改善される
と共に、優れた耐食性を発揮する。 ・不可逆減磁率の絶対値が小さく、優れた耐熱性(熱的
安定性)が得られる。 ・高い磁束密度が得られるので、等方性であっても、高
磁気特性を持つボンド磁石が得られる。特に、従来の等
方性ボンド磁石に比べ、より小さい体積のボンド磁石で
同等以上の磁気性能を発揮することができるので、より
小型で高性能のモータを得ることが可能となる。 ・また、高い磁束密度が得られることから、ボンド磁石
の製造に際し、高密度化を追求しなくても十分に高い磁
気特性を得ることができ、その結果、成形性の向上と共
に、寸法精度、機械的強度、耐食性、耐熱性(熱的安定
性)等のさらなる向上が図れ、信頼性の高いボンド磁石
を容易に製造することが可能となる。 ・着磁性が良好なので、より低い着磁磁場で着磁するこ
とができ、特に多極着磁等を容易かつ確実に行うことが
でき、かつ高い磁束密度を得ることができる。 ・高密度化を要求されないことから、圧縮成形法に比べ
て高密度の成形がしにくい押出成形法や射出成形法によ
るボンド磁石の製造にも適し、このような成形方法で成
形されたボンド磁石でも、前述したような効果が得られ
る。よって、ボンド磁石の成形方法の選択の幅、さらに
は、それによる形状選択の自由度が広がる。
ポジット組織)の一例を模式的に示す図である。
ポジット組織)の一例を模式的に示す図である。
ポジット組織)の一例を模式的に示す図である。
の構成例を示す斜視図である。
衝突部位付近の状態を示す断面側面図である。
である。
ある。
Claims (16)
- 【請求項1】 Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzSiw
(ただし、Rは少なくとも1種の希土類元素、x:8.
1〜9.4原子%、y:0〜0.30、z:4.6〜
6.8原子%、w:0.2〜3原子%)で表される合金
組成からなり、ソフト磁性相とハード磁性相とを有する
複合組織で構成される磁石粉末であって、 結合樹脂と混合し成形して等方性ボンド磁石としたとき
に、室温での磁気特性を表すJ−H図での減磁曲線にお
いて、前記J−H図中の原点を通り、かつ傾き(J/
H)が−3.8×10-6ヘンリー/mである直線との交点を
出発点として測定した場合の不可逆帯磁率(χirr)が
5.0×10-7ヘンリー/m以下であり、さらに、室温での
固有保磁力(HcJ)が406〜717kA/mであるこ
とを特徴とする磁石粉末。 - 【請求項2】 前記複合組織は、ナノコンポジット組織
である請求項1に記載の磁石粉末。 - 【請求項3】 前記RはNdおよび/またはPrを主と
する希土類元素である請求項1または2に記載の磁石粉
末。 - 【請求項4】 前記Rは、Prを含み、その割合が前記
R全体に対し5〜75%である請求項1ないし3のいず
れかに記載の磁石粉末。 - 【請求項5】 前記Rは、Dyを含み、その割合が前記
R全体に対し14%以下である請求項1ないし4のいず
れかに記載の磁石粉末。 - 【請求項6】 磁石粉末は、溶融合金を急冷することに
より得られたものである請求項1ないし5のいずれかに
記載の磁石粉末。 - 【請求項7】 磁石粉末は、冷却ロールを用いて製造さ
れた急冷薄帯を粉砕して得られたものである請求項1な
いし6のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項8】 磁石粉末は、その製造過程で、または製
造後少なくとも1回熱処理が施されたものである請求項
1ないし7のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項9】 平均粒径が0.5〜150μmである請
求項1ないし8のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
磁石粉末を結合樹脂で結合してなることを特徴とする等
方性ボンド磁石。 - 【請求項11】 磁石粉末を結合樹脂で結合してなる等
方性ボンド磁石であって、 室温での磁気特性を表すJ−H図での減磁曲線におい
て、前記J−H図中の原点を通り、かつ傾き(J/H)
が−3.8×10-6ヘンリー/mである直線との交点を出発
点として測定した場合の不可逆帯磁率(χirr)が5.
0×10-7ヘンリー/m以下であり、さらに、室温での固有
保磁力(HcJ)が406〜717kA/mであることを
特徴とする等方性ボンド磁石。 - 【請求項12】 前記磁石粉末は、Siを含有するもの
である請求項11に記載の等方性ボンド磁石。 - 【請求項13】 前記磁石粉末は、R−TM−B−Si
系合金(ただし、Rは少なくとも1種の希土類元素、T
Mは鉄を主とする遷移金属)よりなるものである請求項
11に記載の等方性ボンド磁石。 - 【請求項14】 前記磁石粉末は、ソフト磁性相とハー
ド磁性相とを有する複合組織で構成されたものである請
求項11ないし13のいずれかに記載の等方性ボンド磁
石。 - 【請求項15】 多極着磁に供される、または多極着磁
された請求項10ないし14のいずれかに記載の等方性
ボンド磁石。 - 【請求項16】 モータに用いられる請求項10ないし
15のいずれかに記載の等方性ボンド磁石。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000169240A JP2001057304A (ja) | 1999-06-11 | 2000-06-06 | 磁石粉末および等方性ボンド磁石 |
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JP11-165234 | 1999-06-11 | ||
JP16523499 | 1999-06-11 | ||
JP2000169240A JP2001057304A (ja) | 1999-06-11 | 2000-06-06 | 磁石粉末および等方性ボンド磁石 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004116891A Division JP2004274070A (ja) | 1999-06-11 | 2004-04-12 | 磁石粉末の製造方法、等方性ボンド磁石の製造方法、磁石粉末および等方性ボンド磁石 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001057304A true JP2001057304A (ja) | 2001-02-27 |
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JP2000169240A Pending JP2001057304A (ja) | 1999-06-11 | 2000-06-06 | 磁石粉末および等方性ボンド磁石 |
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JP (1) | JP2001057304A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024057888A1 (ja) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 戸田工業株式会社 | ボンド磁石用樹脂組成物ならびにそれを用いて成形されたボンド磁石成形体 |
-
2000
- 2000-06-06 JP JP2000169240A patent/JP2001057304A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024057888A1 (ja) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 戸田工業株式会社 | ボンド磁石用樹脂組成物ならびにそれを用いて成形されたボンド磁石成形体 |
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