JP2001196212A - 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
的安定性に優れた磁石を提供すること。 【解決手段】 本発明の磁石粉末は、Rx(Fe1-yCo
y)100-x-z-wBzAlw(ただし、Rは、少なくとも1種
の希土類元素、x:7.1〜9.9原子%、y:0〜
0.30、z:4.6〜6.9原子%、w:0.02〜
1.5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、結合樹脂と混合し形成して密度ρ[M
g/m3]の等方性ボンド磁石としたとき、室温での最
大磁気エネルギー積(BH)max[kJ/m3]が、ボン
ド磁石の(BH)max/ρ2[×10-9J・m3/g2]≧
2.1の関係を満足し、かつ室温での固有保磁力HcJが
320〜720kA/mである。
Description
方性ボンド磁石に関するものである。
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、磁石粉末の磁化
の値と、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。
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。
なる。すなわち、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しなければ
ならず(すなわちボンド磁石の密度を極端に高密度化す
ることとなり)、その結果、ボンド磁石は、耐食性、耐
熱性が劣り信頼性が低いものとなる。
特性が優れ、信頼性、特に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)〜(22)の本発明により達成される。
zAlw(ただし、Rは、少なくとも1種の希土類元素、
x:7.1〜9.9原子%、y:0〜0.30、z:
4.6〜6.9原子%、w:0.02〜1.5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密度ρ[Mg/m3]の
等方性ボンド磁石としたとき、室温での最大磁気エネル
ギー積(BH)max[kJ/m3]が、(BH)max/ρ2
[×10-9J・m3/g2]≧2.1の関係を満足し、か
つ室温での固有保磁力HcJが320〜720kA/mで
あることを特微とする磁石粉末。
[Mg/m3]の等方性ボンド磁石としたとき、室温で
の残留磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×10-6T・
m3/g]≧0.125の関係を満足する上記(1)に
記載の磁石粉末。
zAlw(ただし、Rは、少なくとも1種の希土類元素、
x:7.1〜9.9原子%、y:0〜0.30、z:
4.6〜6.9原子%、w:0.02〜1.5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密度ρ[Mg/m3]の
等方性ボンド磁石としたとき、室温での残留磁束密度B
r[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.1
25の関係を満足することを特徴とする磁石粉末。
ボンド磁石としたとき、室温での固有保磁力HcJが32
0〜720kA/mである上記(3)に記載の磁石粉
末。
形して等方性ボンド磁石としたとき、不可逆減磁率(初
期減磁率)の絶対値が6.2%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。
rを主とする希土類元素である上記(1)ないし(5)
のいずれかに記載の磁石粉末。
が前記R全体に対し5〜75%である上記(1)ないし
(6)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
(7)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(8)
のいずれかに記載の磁石粉末。
て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(9)のいずれかに記載の磁石粉末。
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
る上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の磁石粉
末。
である上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の磁
石粉末。
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。
樹脂で結合してなる等方性ボンド磁石であって、等方性
ボンド磁石の密度をρ[Mg/m3]としたとき、室温
での最大磁気エネルギー積(BH)max[kJ/m3]の
値が、(BH)max/ρ2[×10-9J・m3/g2]≧
2.1の関係を満足し、かつ室温での固有保磁力HcJが
320〜720kA/mであることを特徴とする等方性
ボンド磁石。
[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.12
5の関係を満足する上記(14)に記載の等方性ボンド
磁石。
樹脂で結合してなる等方性ボンド磁石であって、等方性
ボンド磁石の密度をρ[Mg/m3]としたとき、室温
での残留磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×10-6T
・m3/g]≧0.125の関係を満足することを特徴と
する等方性ボンド磁石。
0〜720kA/mである上記(16)に記載の等方性
ボンド磁石。
−Al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(14)ないし(17)のいずれかに記載の等
方性ボンド磁石。
絶対値が6.2%以下である上記(14)ないし(1
8)のいずれか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るもので
ある上記(14)ないし(19)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(13)ないし(20)のいずれかに
記載の等方性ボンド磁石。
3)ないし(21)のいずれかに記載の等方性ボンド磁
石。
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、磁石粉末の磁化の値と、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
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、用途によっては磁束密
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、耐熱性や機械的強
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、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、このような複合組織で
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-wBzAlw(ただし、
Rは少なくとも1種の希土類元素、x:7.1〜9.9
原子%、y:0〜0.30、z:4.6〜6.9原子
%、w:0.02〜1.5原子%)で表される合金組成
からなるものである。
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7.1原子%未満では、十分な保
磁力が得られず、Alを添加しても保磁力の向上が少な
い。一方、Rが9.9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、20〜60%
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、温度特性(熱的
安定性)の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、磁束密度は共に低下する傾向を示
す。Feに対するCoの置換比率が0.05〜0.20
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。
有効な元素であり、その含有量は、4.6〜6.9原子
%とされる。Bが4.6原子%未満であると、B−H
(J−H)ループにおける角型性が悪くなる。一方、B
が6.9原子%を超えると、非磁性相が多くなり、磁束
密度が急減する。
あり、特に、0.02〜1.5原子%の範囲で保磁力向
上の効果が顕著に現れる。また、この範囲では、保磁力
向上に追随して、角型性および最大磁気エネルギー積も
向上する。さらに、耐熱性および耐食性についても良好
となる。ただし、上述したように、Rが7.1原子%未
満では、Al添加によるこのような効果は非常に小さ
い。また、Alが1.5原子%を超えると、磁化の低下
が生じる。
本発明では、実験、研究を重ねた結果、ソフト磁性相と
ハード磁性相を有する複合組織で構成される磁石粉末に
おいて、Alを0.02〜1.5原子%の範囲で含有せ
しめることにより、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、良好な耐食性を
保持できる、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、1.5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。
したように0.02〜1.5原子%であるが、この範囲
の上限値は、1.0原子%であるのがより好ましく、
0.8原子%であるのがさらに好ましい。
的で、磁石粉末を構成する合金中には、必要に応じ、C
u、Si、Ga、Ti、V、Ta、Zr、Nb、Mo、
Hf、Ag、Zn、P、Ge、Cr、Wよりなる群(以
下この群を「Q」で表す)から選択される少なくとも1
種の元素を含有することもできる。Qに属する元素を含
有する場合、その含有量は、2原子%以下であるのが好
ましく、0.1〜1.5原子%であるのがより好まし
く、0.2〜1.0原子%であるのがさらに好ましい。
た固有の効果を発揮する。例えば、Cu、Si、Ga、
V、Ta、Zr、Cr、Nbは、耐食性を向上させる効
果がある。
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(例えば1〜100nm)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、磁
気的な交換相互作用を生じる。なお、図1〜図3に示す
パターンは、一例であって、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、ハード磁性相に混在
すると、系全体の磁化曲線は、B−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R2(TM,
Al)14B系(あるいは、R2(TM,Q)14B系、R2
(TM,Al,Q)14B系) ソフト磁性相:TM(特にα−Fe,α−(Fe,C
o))、またはTMとAlとの合金相、TMとBとの化
合物相、TMとBとAlとの化合物相(あるいは、これ
らのQを含む相)
溶湯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より低い材料で構成されている
のが好ましい。表面層52の具体例としては、Cr等の
金属薄層または金属酸化物層や、セラミックスが挙げら
れる。
2O3、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2、Y
2O3、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の
酸化物系セラミックス、AlN、Si3N4、TiN、B
N等の窒化物系セラミックス、グラファイト、SiC、
ZrC、Al4C3、CaC2、WC等の炭化物系のセラ
ミックス、あるいは、これらのうちの2以上を任意に組
合せた複合セラミックスが挙げられる。
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から吐出すると、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、少なくとも1回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
0-6Torr)、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1×10-1〜1×10-6Torr )、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、0.5〜80μm程度がより好ましく、1〜50μ
m程度がさらに好ましい。
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
0-6Torr)、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。
の磁石粉末を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)、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)とを混合、
混練(例えば、温間混練)して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、75〜99.5wt%程度であるのが好ましく、8
5〜97.5wt%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、90〜9
9.5wt%程度であるのが好ましく、93〜98.5
wt%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、5.3〜6.6Mg/m3程
度であるのが好ましく、5.5〜6.4Mg/m3程度
であるのがより好ましい。
が大きいので、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(BH)max)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。
は、多極着磁に供される、または多極着磁されたもので
あるのが好ましい。
件を満足するのが好ましい。
保磁力)HcJは、320〜720kA/mである。特
に、400〜640kA/mが好ましい。保磁力が前記
下限値未満では、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。また、保磁力が前記上限値を超えると、着磁
性が低下する。従って、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。
ネルギー積(BH)max[kJ/m3]と密度ρ[Mg/
m3]との間で、下記式(I)を満足する。
しく、式(III)を満足するのがより好ましい。
式中の下限値未満であると、磁石の密度を高くしない
と、すなわち磁石粉末の含有量(含有率)を高くしない
と、十分な磁気特性が得られない。そうした場合、成形
方法の制約、高コスト化、結合樹脂の減少による成形性
の低下という問題を招く。また、一定の磁気特性を得る
ためには、体積が増えることとなり、機器の小型化が困
難となる。
度Br[T]と密度ρ[Mg/m3]との間で、下記式
(IV)を満足する。
しく、式(VI)を満足するのがより好ましい。
値未満であると、磁石の密度を高くしないと、すなわち
磁石粉末の含有量(含有率)を高くしないと、十分な磁
束密度が得られない。そうした場合、成形方法の制約、
高コスト化、結合樹脂の減少による成形性の低下という
問題を招く。また、一定の磁束密度を得るためには、体
積が増えることとなり、機器の小型化が困難となる。
積(BH)maxが60kJ/m3以上であるのが好まし
く、65kJ/m3以上であるのがより好ましく、70
〜130kJ/m3であるのがさらに好ましい。最大磁
気エネルギー積(BH)maxが60kJ/m3未満である
と、モータ用に用いた場合、その種類、構造によって
は、十分なトルクが得られない。
減磁率)の絶対値が6.2%以下であるのが好ましく、
5%以下であるのがより好ましく、4%以下であるのが
さらに好ましい。これにより、熱的安定性(耐熱性)に
優れたボンド磁石が得られる。
る。
金組成が(Nd0.7Pr0.25Dy0.05)8.5Feba lCo
7.0B5.3Alwで表される磁石粉末(Al含有量wを種
々変化させた7種の磁石粉末)を得た。
B、Alの各原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1を用意し、底部にノズル(円孔オリフィス:オリ
フィス直径0.6mm)3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)
を導入し、所望の温度および圧力の雰囲気とした。
外周に、ZrCよりなる厚さ約6μmの表面層52を設
けたもの(直径200mm)を用いた。
高周波誘導加熱により溶解し、さらに、溶湯の噴射圧
(石英管の内圧と雰囲気圧との差圧)、冷却ロールの周
速度を調整して、急冷薄帯を作製した。
ンガス雰囲気中で690℃×300秒の熱処理を施し
て、磁石粉末を得た。
さらに粉砕機(ライカイ機)を用いてアルゴンガス中で
粉砕し、平均粒径50μmの磁石粉末にした。
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R2(Fe・Co)14B型相と、ソフト磁性相
であるα−(Fe,Co)型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、
いずれも、複合組織(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。
ン12)と、少量のヒドラジン系酸化防止剤および潤滑
剤とを混合し、これらを225℃×15分間、混練して
ボンド磁石用組成物(コンパウンド)を作製した。この
とき、磁石粉末とポリアミド樹脂(ナイロン12)との
配合比率(重量比)は、各ボンド磁石についてほぼ等し
い値とした。すなわち、各ボンド磁石中の磁石粉末の含
有量(含有率)は、約97wt%であった。
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、温度215℃、圧力750MPaで圧縮成形(無磁
場中)して、直径10mm×高さ7mmの円柱状の等方
性ボンド磁石を得た。
3.2MA/mのパルス着磁を施した後、直流自記磁束
計(東英工業(株)製、TRF−5BH)にて最大印加
磁場2.0MA/mで磁気特性(磁束密度Br、保磁力
HcJおよび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。
は、ボンド磁石を100℃×1時間の環境下に保持した
後、室温に戻した際の不可逆減磁率(初期減磁率)を測
定し、評価した。不可逆減磁率(初期減磁率)の絶対値
が小さいほど、耐熱性(熱安定性)に優れる。
度ρ、磁束密度Br、保磁力HcJ、最大磁気エネルギー
積(BH)max、および不可逆減磁率の値を表1に示し
た。
2〜No.6(本発明)のボンド磁石は、いずれも、優
れた磁気特性(残留磁束密度Br、最大磁気エネルギー
積(BH)maxおよび保磁力HcJ)を有するとともに、
不可逆減磁率が小さく、熱的安定性(耐熱性)にも優れ
ている。
(比較例)のボンド磁石は、磁気特性が劣っているとと
もに、不可逆減磁率の絶対値が大きく、熱的安定性も低
い。
組成が(Nd0.75Pr0.2Dy0.05)8.6FebalCo6.9
B5.4Al1.0で表される磁石粉末を得た。
イロン12)、少量のヒドラジン系酸化防止剤および潤
滑剤とを混合し、これらを200〜230℃×15分
間、混練してボンド磁石用組成物(コンパウンド)を作
製した。このとき、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量
(含有率)を種々変化させて7種類のコンパウンドを得
た。
粉末の含有量が比較的多いものについては、粉砕して粒
状とした後、無磁場中で圧縮成形することにより、また
磁石粉末の含有量が比較的少ないものについては、粉砕
して粒状とした後、無磁場中で射出成形することにより
ボンド磁石とした。
10mm×高さ7mmの円柱状とした。
に充填し、温度210〜220℃、圧力750MPaで
行った。射出成形は、成形時の金型温度を90℃、射出
シリンダー内温度を230〜280℃として成形を行っ
た。
いて、実施例1と同様にして磁気特性の測定、および耐
熱性の試験を行った。
法、成形温度、密度ρ、磁束密度Br、保磁力HcJ、最
大磁気エネルギー積(BH)max、および不可逆減磁率
の値を表2に示した。
磁石は、密度ρの広い範囲にわたって、優れた磁気特性
(残留磁束密度Br、最大磁気エネルギー積(BH)
maxおよび保磁力HcJ)を有するとともに、不可逆減磁
率が小さく、熱的安定性(耐熱性)にも優れている。
よって得られるような低密度のボンド磁石の場合(磁石
粉末の含有量が少ない場合)においても優れた磁気特性
を有しているが、これは、次のような理由のためである
と推定される。
と、混練時や成形時におけるコンパウンドの流動性が高
くなる。そのため、磁石粉末と結合樹脂とを比較的低
温、短時間で混練することが可能となり、混練時におけ
るこれらの均一化を容易に達成できる。また、コンパウ
ンドの流動性が高いと、成形も比較的低温、短時間で簡
便に行うことが可能となる。すなわち、成形条件を緩和
することができる。その結果、混練時、成形時における
磁石粉末の劣化(酸化等)を最小限に抑えることがで
き、よって、高磁気特性のボンド磁石が得られ、成形性
も向上する。
られるボンド磁石の空孔率を低くすることができ、よっ
て、機械的強度の向上とともに磁気特性も向上する。
末を用いて、実施例1と同様にして、外径22mm×内
径20mm×高さ4mmの円筒状(リング状)の等方性
ボンド磁石を製造し、得られた各ボンド磁石を8極に多
極着磁した。着磁の際に着磁コイルに流す電流値は16
kAとした。
のに要した着磁磁界の大きさは、比較的小さく、よっ
て、着磁性は良好であった。
ロータ磁石として用いて、CD−ROM用スピンドルモ
ータを組み立てた。
て、ロータを1000rpm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。その結果、サンプ
ルNo.1、No.7(いずれも比較例)のボンド磁石
を用いたモータは、電圧が0.80V以下であったのに
対し、サンプルNo.2〜No.6(本発明)のボンド
磁石を用いたモータは、いずれも0.96V以上と20
%以上高い値が得られた。
と、高性能のモータが製造できることが確認された。
ンド磁石中の磁石粉末の含有率:92〜95wt%)以
外は、上記実施例1〜3と同様にして本発明のボンド磁
石およびモータを製造し、性能評価を行ったところ、前
記と同様の結果が得られた。
ンド磁石中の磁石粉末の含有率:90〜93wt%)以
外は、上記実施例1〜3と同様にして本発明のボンド磁
石およびモータを製造し、性能評価を行ったところ、前
記と同様の結果が得られた。
のような効果が得られる。
ソフト磁性相とハード磁性相とを有する複合組織を有す
ることにより、磁化が高く、優れた磁気特性を発揮し、
特に固有保磁力と角型性が改善される。
耐熱性(熱的安定性)が得られる。
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。
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。
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。
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。
Claims (22)
- 【請求項1】 Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw
(ただし、Rは、少なくとも1種の希土類元素、x:
7.1〜9.9原子%、y:0〜0.30、z:4.6
〜6.9原子%、w:0.02〜1.5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密度ρ[Mg/m3]の等方
性ボンド磁石としたとき、室温での最大磁気エネルギー
積(BH)max[kJ/m3]が、(BH)max/ρ2[×
10-9J・m3/g2]≧2.1の関係を満足し、かつ室
温での固有保磁力HcJが320〜720kA/mである
ことを特微とする磁石粉末。 - 【請求項2】 結合樹脂と混合し成形して密度ρ[Mg
/m3]の等方性ボンド磁石としたとき、室温での残留
磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/
g]≧0.125の関係を満足する請求項1に記載の磁
石粉末。 - 【請求項3】 Rx(Fe1-yCoy)100-x-z-wBzAlw
(ただし、Rは、少なくとも1種の希土類元素、x:
7.1〜9.9原子%、y:0〜0.30、z:4.6
〜6.9原子%、w:0.02〜1.5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密度ρ[Mg/m3]の等方
性ボンド磁石としたとき、室温での残留磁束密度Br
[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.12
5の関係を満足することを特徴とする磁石粉末。 - 【請求項4】 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、室温での固有保磁力HcJが320〜7
20kA/mである請求項3に記載の磁石粉末。 - 【請求項5】 磁石粉末は、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、不可逆減磁率(初期減磁
率)の絶対値が6.2%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】 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ないし5のいずれかに
記載の磁石粉末。 - 【請求項7】 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6のいず
れかに記載の磁石粉末。 - 【請求項8】 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7のいず
れかに記載の磁石粉末。 - 【請求項9】 磁石粉末は、溶湯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8のいずれかに
記載の磁石粉末。 - 【請求項10】 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9のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項11】 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10のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項12】 平均粒径が0.5〜150μmである
請求項1ないし11のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項13】 請求項1ないし12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14】 Alを含有する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、 等方性ボンド磁石の密度をρ[Mg/m3]としたと
き、室温での最大磁気エネルギー積(BH)max[kJ
/m3]の値が、(BH)max/ρ2[×10-9J・m3/
g2]≧2.1の関係を満足し、かつ室温での固有保磁
力HcJが320〜720kA/mであることを特徴とす
る等方性ボンド磁石。 - 【請求項15】 室温での残留磁束密度Br[T]が、
Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.125の関係を
満足する請求項14に記載の等方性ボンド磁石。 - 【請求項16】 Alを含有する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、 等方性ボンド磁石の密度をρ[Mg/m3]としたと
き、室温での残留磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×
10-6T・m3/g]≧0.125の関係を満足すること
を特徴とする等方性ボンド磁石。 - 【請求項17】 室温での固有保磁力HcJが320〜7
20kA/mである請求項16に記載の等方性ボンド磁
石。 - 【請求項18】 前記磁石粉末は、R−TM−B−Al
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請
求項14ないし17のいずれかに記載の等方性ボンド磁
石。 - 【請求項19】 不可逆減磁率(初期減磁率)の絶対値
が6.2%以下である請求項14ないし18のいずれか
に記載の等方性ボンド磁石。 - 【請求項20】 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るものである請
求項14ないし19のいずれかに記載の等方性ボンド磁
石。 - 【請求項21】 多極着磁に供される、または多極着磁
された請求項13ないし20のいずれかに記載の等方性
ボンド磁石。 - 【請求項22】 モータに用いられる請求項13ないし
21のいずれかに記載の等方性ボンド磁石。
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