JP2001307913A - 異方性鉄基合金磁石およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体急冷法を用いて作製される異方性鉄基合
金磁石を提供する。 【解決手段】 鉄基合金磁石用原料合金の溶湯を急冷す
ることによって原料合金の過冷却液体２０を形成した
後、加熱された圧延ローラ２２によって過冷却液体２０
を圧延しながら凝固させ、それによって合金２４を作製
する。熱間圧延を行いながら過冷却液体２０を凝固させ
る過程で、合金２４中のＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有す
る微細結晶相を異方化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｆｅ−Ｒ−Ｂ系化
合物（Ｒは希土類元素）の微結晶を含む異方性鉄基合金
磁石およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁石粉末の粒子の種類には、大きく分け
て、磁気的に異方性を示すものと等方性を示すものとが
ある。異方性を示す磁石粉末の粒子は磁界中で磁界の向
きに配向されるため、異方性磁石粉末を成形する際に粉
末に対して配向磁界を印加すれば、異方性磁石を製造す
ることが可能である。これに対して、等方性を示す磁石
粉末の粒子は、磁界中で特定方向に配向されないため、
異方性磁石の製造には用いることができない。

【０００３】異方性を示す磁石粉末粒子は、実質的に単
結晶組織から構成されているか、結晶方位が特定方向を
向いた多結晶組織から構成されている。これに対して、
等方性を示す磁石粉末の粒子中にはランダムな方位を向
いた複数の結晶組織が存在しており、これらは特定方向
に配向していない。

【０００４】現在、実用化されている異方性磁石粉末粒
子の多くは、作製される粉末粒子に比較して充分に大き
な結晶組織を持つ希土類合金を粉砕し、それによって、
ほぼ単結晶的な粒子を形成する技術によって製造されて
いる。結晶組織の比較的大きな希土類合金は、原料合金
の溶湯を相対的に遅い速度で冷却することによって作製
される。

【０００５】冷却速度の速い液体急冷法を用いて作製さ
れるＦｅ−Ｒ−Ｂ系希土類磁石（以下、「急冷合金磁
石」と称する。）の組織構造は、実用化されている異方
性希土類磁石粉末の組織構造よりも微細である。このた
め、急冷合金を粉砕して通常の大きさの磁石粉末粒子
（平均粒径数μｍ程度）を作製した場合、単結晶に近い
結晶構造を持つ粉末粒子を得ることはできない。例えば
特開昭５９−６４７３９号公報に開示されている液体急
冷法によって鉄基合金磁石を作製すると、形成されるＮ
ｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶粒の平均サイズは１００ｎｍ程度に
なる。この結晶粒径は、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物の単軸
結晶粒径（３００ｎｍ程度）よりも小さいが、通常の粉
砕技術によっては希土類合金を１００ｎｍ以下に粉砕す
ることはできない。このため、各粉末粒子中には等方的
な磁気モーメントを持つ複数の結晶粒が混在することと
なる。従って、液体急冷法によって作製した合金をその
まま粉砕して形成した粉末からは異方性磁石を製造する
ことはできない。

【０００６】図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら、
液体急冷法によって作製した急冷凝固合金に異方性を付
与する従来の方法を説明する。Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ結晶相の
磁化容易軸の向きを矢印で模式的に示している。

【０００７】図１（ａ）は、液体急冷法によって作製し
た急冷凝固合金薄帯１２の一部を模式的に示している。
この急冷凝固合金薄帯１２は多結晶状態にあり、各結晶
粒の磁化容易軸は等方的に分散している。このような組
織構造を有する急冷凝固合金薄帯１２を平均粒径３００
μm程度のフレーク状に粉砕した後、ホットプレスする
ことによってバルク体の永久磁石を作製することができ
る。このバルク体永久磁石は、容易磁化方向が等方的に
分散した急冷合金薄帯１２を成形原料として作製された
ものであるため、等方性の永久磁石である。

【０００８】加熱しながら上記の等方性永久磁石に一次
応力を与えると、応力方向と平行な磁化容易軸を持つ結
晶粒が選択的に成長する。その結果、図１（ｂ）に示さ
れるように、バルク体を構成する結晶粒の多くは、磁化
容易軸が応力方向と平行に揃った結晶粒に取り込まれ、
バルク体の異方性永久磁石１４が得られる。

【０００９】上記の従来技術では、急冷凝固合金から形
成した磁石に磁気的異方性を付与することは可能である
が、製造工程が複雑であるため、製造コストが高くな
る。その結果、上記方法によって製造された異方性磁石
１４の価格は、粉末冶金法によって量産されている異方
性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の価格よりも高くなってしま
う。このため、上記の方法は実用的でない。

【００１０】特開昭６１−１１９３１５号公報は、急冷
合金中に含まれる微細結晶相を特定方向に配向させる従
来技術を開示している。この公報に開示されている方法
では、急冷凝固後の合金薄帯を熱間圧延し、それによっ
て結晶相の方位を特定方向に向けようとしている。ま
た、特開昭６２−２７６８０２号公報は、単ロール法ま
たは双ロール法によって希土類合金の溶湯を急冷凝固す
ることによって合金薄帯を形成した後、この薄帯を圧延
ロールによって機械的に塑性変形し、それによって異方
性を付与する方法を記載している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の急冷凝固合金薄
帯を圧延ロールで塑性変形する従来技術によれば、何れ
も、急冷によって完全に凝固した状態の合金を熱間圧延
している。本発明者の実験によると、高性能希土類磁石
の材料として用いられる組成の鉄基合金は、急冷凝固し
た後において非常に塑性変形しにくい状態にある。この
ため従来の技術によっては、急冷凝固合金の薄帯に対し
て熱間圧延を施しても合金に高い異方性を付与すること
は極めて困難であり、急冷合金から異方性磁石を安価に
量産することはできなかった。

【００１２】上記の２段ロールを用いて急冷凝固と圧延
とを連続的に実行する従来技術によれば、第１段のロー
ルから既に結晶質となった合金が連続的に高速度で送り
出され、これを第２段のロール（圧延ロール）によって
第１段のロール速度と同期させながら圧延する必要があ
る。これを実行するには、圧延ロールでの変形速度を非
常に速くする必要があるが、上記従来方法では、このよ
うな高速度で硬い急冷凝固合金の塑性変形を実行するこ
とは事実上不可能である。また、上記従来方法では、急
冷凝固合金が圧延ロールを通過する時間が極めて短いた
め、圧延過程で異方的な再結晶反応がほとんど進行せ
ず、異方化を達成することはできない。

【００１３】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、液体急冷法を用いて作製され
た鉄基合金磁石でありながら異方性を示す磁石を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による異方性鉄基
合金磁石は、組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＢ_xＲ _y
Ｍ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１
種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類金属元素、ＭはＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａg、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａ
ｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも１
種の元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍ
が、それぞれ、５≦ｘ≦３０ａｔ％、２≦ｙ≦１５ａｔ
％、０≦ｚ≦１０ａｔ％、および０≦ｍ≦０．５を満足
し、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する微細結晶相が異方
化しており、前記微細結晶相の平均サイズが１ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の範囲内にある。

【００１５】前記異方性鉄基合金磁石は、過冷却液体状
態で圧延されることによって作製されたものであり、そ
の存在形態は、リボン状、フレーク状、粉末状態、バル
ク状の種々の態様を取り得る。

【００１６】本発明によるボンド磁石は、上記の異方性
鉄基合金磁石の粉末を成形することによって作製された
ことを特徴とする。

【００１７】本発明による回転機は上記ボンド磁石を備
えていることを特徴とする。

【００１８】本発明による異方性鉄基合金磁石の製造方
法は、鉄基合金磁石用原料合金の溶湯を急冷することに
よって、前記原料合金の過冷却液体を形成する工程と、
雰囲気圧より大きな圧力を前記過冷却液体に印加しなが
ら前記過冷却液体を変形させ、それによって、圧延され
た合金を作製する工程とを包含する。

【００１９】好ましい実施形態では、前記過冷却液体を
変形させる工程において、Ｒ₂Ｆｅ_{1 4}Ｂ型結晶構造を有
する微細結晶相を生成する。

【００２０】好ましい実施形態では、前記急冷圧延合金
を加熱し、前記Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する微細結
晶相を成長させる。

【００２１】好ましい実施形態では、前記Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ
型結晶構造を有する微細結晶相の平均サイズを１ｎｍ以
上５０ｎｍ以下の範囲内に調節する。

【００２２】好ましい実施形態では、前記過冷却液体を
加圧することによって、前記過冷却液体の厚さを加圧前
の厚さｔから加圧後の厚さｔ’に薄くし、圧下率（ｔ’
／ｔ）を０．９以下にする。

【００２３】好ましい実施形態では、前記過冷却液体を
加圧するとき、前記過冷却液体を結晶化温度付近に加熱
する。

【００２４】前記過冷却液体を加圧する前に、前記過冷
却液体を加熱し、ガラス化遷移温度以上に保持するよう
にしてもよい。

【００２５】好ましい実施形態では、前記過冷却液体の
加圧は、加熱された双ロールを用いて行う。

【００２６】前記圧延された合金を粉砕し、粉末化する
工程を更に包含してもよい。

【００２７】本発明によるボンド磁石の製造方法は、上
記の異方性鉄基合金磁石の製造方法によって作製された
異方性鉄基合金磁石の粉末を用意する工程と、前記粉末
を成形する工程とを包含する。

【００２８】本発明による異方性鉄基合金磁石の製造装
置は、鉄基合金の溶湯を冷却し、過冷却液体状態にある
合金を生成する冷却ロールと、前記過冷却状態にある合
金を加圧しながら前記合金中で結晶化を進行させる圧延
ロールと、前記圧延ロールの表面を所定範囲の温度に加
熱するための加熱手段とを備えている。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明は、鉄基合金磁石用原料合
金の溶湯を急冷することによって原料合金の過冷却液体
を形成し、その過冷却液体を加圧しながら変形させるこ
とよって、圧延中に結晶化が進行した急冷凝固合金を作
製する。本発明によれば、過冷却状態にある合金を加圧
変形しながら結晶化を進行させることによって、特定方
向に配向した異方性の強い結晶組織を形成することが可
能になる。

【００３０】なお、本明細書で使用する「合金の過冷却
液体」とは、「ガラス転移点（ガラス転移温度またはガ
ラス化遷移温度）Ｔ_gを持つ合金であって、合金温度が
ガラス転移点Ｔ_gよりも高く、非晶質の状態にある合
金」を意味するものとする。また、本明細書では、「過
冷却液体」や「過冷却状態にある合金」の文言を何れも
「合金の過冷却液体」と同様の意味を持つものとして用
いることにする。

【００３１】本発明者は、原料合金の組成や急冷条件を
調節することによって過冷却液体を生成した場合、その
過冷却液体が極めて容易に塑性変形する現象を見出し、
本発明を想到するに至った。

【００３２】図２は、本発明の基本的な概念を説明する
ための図であり、圧延されつつある合金の断面を示して
いる。本発明では、液体急冷法によって形成した合金２
０を少なくとも圧延ロールと接触し始める部分で過冷却
液体状態として圧延ローラ２２で加圧しながら変形し、
同時に結晶化を進行させる点に特徴を有している。

【００３３】ここで、加圧前の過冷却液体２０の厚さを
ｔとし、加圧（圧延）後の合金２４の厚さをｔ’とす
る。従来の方法では、圧下率（ｔ’／ｔ）が０．９以下
となるように急冷合金を圧延することは困難であった
が、本発明によれば、圧下率（ｔ’／ｔ）を０．９以下
にすることが可能である。

【００３４】なお、圧延された状態の合金２４は完全に
結晶化している必要は無く、大部分が非晶質組織から形
成されていても良い。非晶質組織中に硬磁気特性を持つ
微細な結晶が存在し、合金２４中の各微細結晶に加えら
れる応力の印加方向に平行な方向に各微細結晶の容易磁
化方向が異方化していれば良い。

【００３５】以下、本発明による鉄基合金磁石の好まし
い実施形態を説明する。

【００３６】［組成］本発明の鉄基合金磁石の組成式
は、（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＢ_xＲ_yＭ_zで表現される。
ここで、ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された
１種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類金属元素、Ｍは
Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａg、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、
Ａｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも
１種の元素である。

【００３７】上記組成式における組成比率ｘ、ｙ、ｚ、
およびｍは、それぞれ、５≦ｘ≦３０ａｔ％、２≦ｙ≦
１５ａｔ％、０≦ｚ≦１０ａｔ％、および０≦ｍ≦０．
５の関係式を満足する。

【００３８】Ｂ（ボロン）の組成比率ｘが５ａｔ％未満
の場合は、液体急冷法を用いても、過冷却液体状態を生
成することができず、本発明における高速の圧延工程で
は急冷合金の塑性変形がほとんど生じない。その結果、
Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物相の異方化を実現できなくなる。
逆に、Ｂの組成比率ｘが３０ａｔ％を越えると、Ｒ₂Ｆ
ｅ₁₄Ｂ型化合物相が析出せず、硬磁気特性が得られな
い。このため、Ｂの組成比率ｘの好ましい範囲は５ａｔ
％以上３０ａｔ％以下である。Ｂの組成比率ｘのより好
ましい範囲は６ａｔ％以上２０ａｔ％以下である。

【００３９】希土類元素Ｒの組成比率ｙが２ａｔ％未満
ではＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する化合物相が十分析
出しないため、硬磁気特性が得らない。また、組成比率
ｙが１５ａｔ％を越えると、鉄および鉄基硼化物が析出
しないため、ナノコンポジット組織とならず、高い磁化
が得られない。このため、組成比率ｙの好ましい範囲は
２ａｔ％以上１５ａｔ％以下である。

【００４０】ＦｅおよびＴは、上述の元素の含有残余を
占める。Ｔは、前述のように、ＣｏおよびＮｉからなる
群から選択された１種以上の元素である。鉄基合金磁石
において、Ｆｅの一部がＣｏおよび／またはＮｉによっ
て置換されても、目的とする硬磁気特性を得ることがで
きる。ただし、ＣｏおよびＮｉのＦｅに対する置換量が
５０％を超えると、０．５Ｔ（テスラ）以上の高い残留
磁束密度Ｂｒが得られなくなるため、上記置換量は０％
以上５０％以下の範囲に限定される。なお、ＣｏでＦｅ
の一部を置換することによって保磁力Ｈ_cjおよびＲ₂Ｆ
ｅ₁₄Ｂ相のキュリー温度の両方が増加するので、磁石の
耐熱性が向上する。ＣｏのＦｅに対する置換割合は、好
ましいくは０．５％以上１５％以下である。

【００４１】磁気特性の向上や最適熱処理温度域の拡大
を目的として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂの１種又は２種以上の元素Ｍ
を添加しても良い。添加元素Ｍの組成比率ｚが１０ａｔ
％を超えると、磁化が低下するため、組成比率ｚの好ま
しい範囲は０ａｔ％以上１０ａｔ％以下である。組成比
率ｚのより好ましい範囲は０．１ａｔ％以上５ａｔ％以
下である。

【００４２】なお、上記の鉄基合金からＦｅ₃Ｂ／Ｎｄ₂
Ｆｅ₁₄Ｂ系ナノコンポジット磁石を形成する場合は、希
土類元素ＲおよびＢの組成範囲を以下のように制限する
ことが好ましい。

【００４３】希土類元素Ｒ：２〜７ａｔ％、好ましくは
３〜６ａｔ％ B：１５〜３０ａｔ％、好ましくは１５〜２２ａｔ％ また、α−Ｆｅ／Ｆｅ₃Ｂ／Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系ナノコンポ
ジット磁石を形成する場合は、希土類元素ＲおよびＢの
組成範囲を以下のように制限することが好ましい。

【００４４】希土類元素Ｒ：５〜１３ａｔ％、好ましく
は６〜１２ａｔ％ B：７〜１５ａｔ％、好ましくは８〜１２ａｔ％ 更に、α−Ｆｅ／Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系ナノコンポジット磁
石を形成する場合は、希土類元素ＲおよびＢの組成範囲
を以下のように制限することが好ましい。

【００４５】希土類元素Ｒ：７〜１５ａｔ％、好ましく
は８〜１４ａｔ％ B：５〜１０ａｔ％、好ましくは５〜８ａｔ％ ［製造装置］図３は、本発明による異方性鉄基合金磁石
の製造装置の実施形態を示す構成図である。図示されて
いる装置は、合金溶湯１をヒータ２によって加熱しなが
ら放出するノズル３と、合金溶湯１を冷却するための１
つの急冷ロール４と、急冷ロール４によって冷却された
合金の過冷却液体５を圧延する圧延ロール６と、圧延ロ
ール６の表面を所定範囲の温度に加熱するためのヒータ
７とを備えている。後述するように、合金の過冷却液体
５は圧延によって異方性を発揮する鉄基合金磁石８とな
る。

【００４６】図４は、他の実施形態にかかる異方性鉄基
合金磁石の製造装置の構成例を示している。図４の装置
は、合金溶湯１をヒータ２によって加熱しながら放出す
るノズル３と、合金溶湯１を冷却するための２つの急冷
ロール４と、急冷ロール４によって冷却された合金の過
冷却液体５を圧延する圧延ロール６と、圧延ロール６の
表面を所定範囲の温度に加熱するためのヒータ７とを備
えている。この装置によっても、合金の過冷却液体５は
圧延によって異方性を発揮する鉄基合金磁石８となる。

【００４７】圧延ロールの直径は圧下率ｔ’／ｔを小さ
くする（大きな塑性変形を引き起こす）ためには、小さ
くすることが好ましい。一方、加熱時のロール強度を確
保するためには、ロールの内部を水冷する必要がある。
以上のことから、圧延ロールの直径の実用的な範囲は１
００〜１５０ｍｍである。

【００４８】［製造方法］以下、本発明による異方性鉄
基合金磁石の製造方法の実施形態を説明する。

【００４９】本実施形態では、まず、前述した組成を有
する合金溶湯を作製し、図３または図４に示すような装
置を用いて急冷し、合金の過冷却液体状態を形成する。
その後、過冷却状態の合金に対して双ロールによる熱間
圧延を施すことによって、異方性を示すＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型
化合物相を合金中に方位異方性を持った状態で生成させ
る。

【００５０】本実施形態では、「圧延前の合金厚さｔ」
に対する「圧延後の合金の厚さｔ’」、すなわち、圧下
率（ｔ’／ｔ）の値が０．９以下になるように熱間圧延
を実行する。この熱間圧延は、表面温度が１００℃以上
８００℃以下の範囲に保持された双ロールを用いて行
う。この熱間圧延によって急冷合金を塑性変形すると、
圧延開始時から終了時までの間に合金中で結晶化が進行
する。この結晶化過程において、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物
相を異方化することができる。

【００５１】上記合金の過冷却液体は大きな塑性変形能
を有しており、「金属ガラス融体」と表現することも可
能である。このような過冷却液体を得るためには、回転
ロールを用いた単ロール急冷法および双ロール急冷法を
好適に採用することができる。このような液体急冷法に
よって合金溶湯を１０³Ｋ／秒〜１０⁵Ｋ／秒の冷却速度
で急冷すると、８００℃から５００℃までに冷却する過
程で過冷却液体が生成される。

【００５２】単ロール急冷法を用いて上記の冷却を実行
するには、回転ロールのロール表面速度を２ｍ／秒以上
２０ｍ／秒以下にすれば良い。ロール表面速度が２ｍ／
秒を下回る場合、冷却速度が１０³Ｋ／秒未満となるた
め、急冷合金は過冷却液体にならずに結晶質となる。ま
た、ロール表面速度が２０ｍ／秒を超えると、冷却用の
ロールと同期して圧延を行うことが困難となるため、過
冷却液体の圧延を実行することができなくなる。ロール
表面速度の好ましい範囲は３ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下
である。

【００５３】双ロール急冷法を用いて上記の冷却を実行
するには、ロール表面速度を２ｍ／秒以上１８ｍ／秒以
下にすれば良い。ロール表面速度が２ｍ／秒を下回る
と、冷却速度が１０³Ｋ／秒未満となるため、急冷合金
は過冷却液体にならずに結晶質となる。また、ロール表
面速度が１８ｍ／秒を超えると、合金が回転ロールから
剥離した直後に急冷凝固合金となるため、過冷却液体状
態のまま圧延ロールへ供給することができなくなる。

【００５４】過冷却液体を得る際の双ロール間距離は、
１００μｍ以上５００μｍ以下にすることが好ましい。
双ロール間距離が１００μｍを下回る場合、合金は急冷
ロールそのものによっても圧延を受けるため、過冷却液
体になりにくくい。双ロール間距離が５００μｍを超え
る場合は、双ロールの片側のロールのみによって合金を
冷却することになり、片ロール急冷法を用いて急冷する
場合と異ならない。双ロール間距離の好ましい範囲は１
２０μｍ以上３００μｍ以下である。

【００５５】液体急冷法によって合金の過冷却液体を作
製するには、急冷雰囲気を５０ｋＰａ以下の不活性ガス
雰囲気にすることが好ましい。雰囲気圧力が５０ｋＰａ
を超える場合、回転ロールの表面と合金溶湯との間に雰
囲気ガスが巻き込まれやすくなる。そのような雰囲気ガ
スの巻き込みが発生すると、合金薄帯の表面にガスポケ
ットが生じ、均一な急冷が達成されず、急冷組織が不均
一化するため、安定的に過冷却液体を形成することが困
難になる。雰囲気ガスの圧力の好ましい範囲は、３０ｋ
Ｐａ以下、特に１０ｋＰａ程度である。

【００５６】双ロールを用いて過冷却液体状態の急冷合
金を圧延する際、５ＭＰａ以上の圧力があれば、急冷合
金を塑性変形して異方化を行うことが可能である。合金
に加える圧力を増大させると、圧延用双ロールの軸受け
および架台部を強固にする必要がある。このため、圧延
に用いる圧力の好ましい範囲は５ＭＰａ以上５００ＭＰ
ａ以下である。圧延ロールの表面速度は圧下率に応じて
調整され、入側の素材速度よりも５〜２０％速く設定す
ることが好ましい。

【００５７】過冷却状態を維持しながら合金の圧延を開
始するためには、圧延ロールの表面を１００℃以上８０
０℃以下の温度範囲に加熱することが好ましい。圧延ロ
ールの表面温度が１００℃を下回る場合、合金の過冷却
液体が圧延ロールの表面に到達した時点ですぐに合金が
結晶化するため、充分な塑性変形を行うことができな
い。また、圧延ロールの表面温度が８００℃を超える場
合、圧延中に急冷合金が加熱されるため、結晶核生成速
度が速くなり過ぎ、充分な塑性変形を行うことができな
くなる。圧延ロールの表面温度の好ましい範囲は２００
℃以上７００℃以下である。

【００５８】液体急冷法に用いる回転ロールの材質とし
ては、熱伝導性の観点から、純銅、銅合金、鉄、真鍮、
タングステン、および青銅を採用することが好ましい。
これらの中でも、銅、鉄、または銅および鉄を主成分と
する合金を用いることが、機械的強度および経済性の点
から好ましい。

【００５９】圧延用双ロールのロール材質としては、熱
膨張係数が小さく、加熱時の硬度が高い材料が好まし
い。例えば、炭素鋼、ダイス鋼、ハイスピード鋼、Ｗ−
Ｃ、モリブデン、セラミック等を採用することができ
る。これらの中でも、炭素鋼およびダイス鋼を用いるこ
とが、加熱時における高い硬度と優れた経済性を持つ点
で好ましい。

【００６０】なお、上記の熱間圧延を行った後の合金に
対して、更に熱処理を付加的に行ってもよい。熱間圧延
によって異方化した微細結晶は、この熱処理によって更
に成長するが、異方性は失われない。

【００６１】以上の方法で作製された異方性鉄基合金磁
石は、種々の態様で各種の装置に応用され得る。以下、
異方性鉄基礎合金磁石を粉砕した後、その粉末を用いて
ボンド磁石を製造する方法を説明する。

【００６２】まず、上記の異方性鉄基合金磁石の粉末に
エポキシ樹脂からなるバインダーと添加剤とを加え、混
練することによってコンパウンドを作製する。次に、コ
ンパウンドの所望形状の成形空間を持つ成形装置によっ
て配向磁場中でプレス成形した後、加熱硬化工程、洗浄
工程、コーティング工程、検査工程、着磁工程を経て、
最終的な異方性ボンド磁石を得ることができる。このボ
ンド磁石は、種々のモータやアクチュエータに好適に用
いられる。

【００６３】［結晶構造］本発明による異方性鉄基礎合
金磁石の金属組織は、鉄や鉄基硼化物の軟磁性相と、Ｒ
₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する異方化した硬磁性化合物
相とが混在するナノコンポジット構造を有しており、し
かも硬磁性化合物が特定方向に配向している。

【００６４】上記の軟磁性相および硬磁性化合物相の平
均結晶粒径は、何れも、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であ
る。各構成相の平均結晶粒径が５０ｎｍを超えると、各
結晶粒子間の交換結合が弱まり、硬磁性相と軟磁性相が
磁気的に分離する。そのため、減磁曲線が二段になる特
性しか発揮されず、優れた硬磁気特性を得ることができ
なくなる。上記結晶粒の平均粒径は小さい方が好ましい
が、平均結晶粒径が１ｎｍ未満の粉末を工業的に生産す
ることが困難であるため、平均結晶粒径の下限は１ｎｍ
とする。

【００６５】合金磁石の組織全体が結晶質である必要は
なく、非晶質相が存在していても良い。体積比で約２０
％以下の非晶質相が残存している場合、各結晶粒子間に
働く交換相互作用が適当に弱められるため、かえって磁
気的に最適な結合状態が得られ、硬磁気特性が向上す
る。非晶質相の体積比率が２０％を超えて増加すると、
磁化が低下する。このため、非晶質相の存在比率は２０
体積％以下であることが好ましい。

【００６６】

【実施例】以下の各実施例では、単ロール法または双ロ
ール法を用いた液体急冷法によって合金溶湯を急冷し、
それによって過冷却液体状態を形成した後、下段に配し
た双ロールによって熱間圧延を施し、異方性永久磁石を
製造した。

【００６７】（実施例１）本実施例では、図１に示すタ
イプの装置を用いた。まず、Ｎｄ：４ａｔ％、Ｂ：１９
ａｔ％、残部Ｆｅの合金組成になるよう配合した原料３
０ｇを底部に直径０．８ｍｍのオリフィスを有する透明
石英製のノズル３に入れ、高周波誘導加熱によって合金
溶湯を作製した。その後、３０ｋＰａの噴射圧力にて合
金溶湯１をノズル３から回転する急冷ロール４の表面に
噴射することによって、合金溶湯を１０³Ｋ／秒の冷却
速度で急冷した。本実施例では、直径２７０ｍｍの純銅
製ロールを用いて、ロール表面速度を６ｍ／秒とした。
この急冷によって、厚さ１５０μｍ、幅１ｍｍの連続し
た過冷却液体５が形成された。

【００６８】この過冷却液体５に対して、ダイス鋼製圧
延ロール６によって５０ＭＰａの圧力を印加し、圧延ロ
ール表面速度を６．６ｍ／秒として、圧下率が０．６７
となるように連続的に圧延した。圧延ロール６の直径は
１００ｍｍであり、その表面温度が約５００℃になるよ
うに、ヒータ７によって圧延ロール６を加熱した。

【００６９】上記の圧延によって過冷却液体５は結晶化
し、薄帯状の異方性鉄基永久磁石８が作製された。得ら
れた異方性鉄基合金磁石８を６２０℃で１０分間熱処理
した後、その構成相を粉末ＸＲＤにて調査したところ、
Ｆｅ₃ＢおよびＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂからなるナノコンポジット
組織を有していることがわかった。

【００７０】また、異方性鉄基合金磁石８の圧延方向と
垂直な面をＸＲＤにより調査した。その結果、Ｎｄ₂Ｆ
ｅ₁₄Ｂ型化合物のＣ面による反射を示す（００４）ピー
ク高さの（４１０）ピーク高さに対する比、すなわち、
（００４）ピーク高さ／（４１０）ピーク高さが１以上
になっていた。ここで、（４１０）ピーク高さは、粉末
ＸＲＤで最も高いピーク強度を示すものである。上記の
比が１以上であることは、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物の容
易磁化方向であるＣ軸が応力方向に平行な方向へ配向し
ていることを意味している。

【００７１】透過型電子顕微鏡を用いて異方性鉄基永久
磁石８の金属組織を調査した。その結果、異方性鉄基永
久磁石８に含まれる結晶粒の平均結晶粒径は３０ｎｍ程
度であり、異方性鉄基永久磁石８はナノ結晶構造を持っ
ていることがわかった。

【００７２】上記の異方性鉄基永久磁石８を粉末粒径１
５０μｍ以下になるよう粉砕した後、粉砕粉３０ｍｇを
パラフィンと共に内径３ｍｍ高さ８ｍｍのホルダー内へ
入れ、約６０℃でパラフィンを溶かした。その後、０．
８ＭＡ／ｍの配向磁界中で粉末を配向させた試料を作製
し、振動試型磁力計を用いて配向方向と同一方向におけ
る粉末の磁気特性を評価した。その結果、残留磁束密度
Ｂ_rが１．３Ｔ、保磁力Ｈ_cjが２５０ｋＡ／ｍ、（Ｂ
Ｈ）_maxが１８０ｋＪ／ｍ³の磁気特性が得られた。一
方、配向方向に対して垂直な方向に上記磁気特性を測定
したところ、残留磁束密度Ｂ_rが０．７Ｔ、保磁力Ｈ_cj
が２７０ｋＡ／ｍ、最大エネルギ積（ＢＨ）_{m ax}が５８
ｋＪ／ｍ³の磁気特性しか得られなかった。以上のこと
から、本実施例で作製した鉄基合金磁石８が異方性を持
つことが確認された。

【００７３】（実施例２）本実施例では、図２に示すタ
イプの装置を用いた。

【００７４】まず、Ｎｄ：８ａｔ％、Ｂ：１０ａｔ％、
Ｃｒ：２ａｔ％、残部Ｆｅの合金組成になるよう配合し
た原料５０ｇを底部に直径１．２ｍｍのオリフィスを有
する透明石英製のノズル３に入れ、高周波誘導加熱によ
って合金溶湯１を作製した。その後、３０ｋＰａの噴射
圧力にて合金溶湯１をノズル３から回転する急冷ロール
３の間に噴射することによって、二つの冷却ロール４の
間に湯溜まり９を形成し、そこから下方に合金溶湯を引
き出しながら、１０⁴Ｋ／秒の冷却速度で合金溶湯を急
冷した。本実施例では、室温でロール間ギャップが２５
０μｍとなるように配置された直径１５０ｍｍの２つの
純銅製ロールを用い、ロール表面速度を８ｍ／秒とし
た。この急冷によって、厚さ２００μｍ、幅５ｍｍの連
続した過冷却液体５が形成された。

【００７５】この過冷却液体５に対して、ダイス鋼製圧
延ロール６によって５０ＭＰａを圧力を印加し、圧下率
が０．５となるように連続的に圧延した。圧延ロール６
の直径は１００ｍｍであり、その表面温度が約５００℃
になるように、ヒータ７によって圧延ロール６を加熱し
た。

【００７６】上記の圧延によって過冷却液体５は結晶化
し、薄帯状の異方性鉄基永久磁石８が作製された。得ら
れた異方性鉄基合金磁石８の構成相を粉末ＸＲＤにて調
査したところ、α−Ｆｅ、Ｆｅ₃ＢおよびＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ
からなるナノコンポジット組織を有していることがわか
った。

【００７７】また、異方性鉄基合金磁石８の圧延方向と
垂直な面をＸＲＤにより調査した。その結果、Ｎｄ₂Ｆ
ｅ₁₄Ｂ型化合物のＣ面による反射を示す（００４）ピー
ク高さの（４１０）ピーク高さに対する比、すなわち、
（００４）ピーク高さ／（４１０）ピーク高さが１以上
になっていた。ここで、（４１０）ピーク高さは、粉末
ＸＲＤで最も高いピーク強度を示すものである。上記の
比が１以上であることは、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物の容
易磁化方向であるＣ軸が応力方向に平行な方向へ配向し
ていることを意味している。

【００７８】透過型電子顕微鏡を用いて異方性鉄基永久
磁石８の金属組織を調査した。その結果、異方性鉄基永
久磁石８に含まれる結晶粒の平均結晶粒径は２０ｎｍ程
度であり、異方性鉄基永久磁石８はナノ結晶構造を持っ
ていることがわかった。

【００７９】上記の異方性鉄基永久磁石８を粉末粒径１
５０μｍ以下になるよう粉砕した後、粉砕粉３０ｍｇを
パラフィンと共に内径３ｍｍ高さ８ｍｍのホルダー内へ
入れ、約６０℃でパラフィンを溶かした。その後、０．
８ＭＡ／ｍの配向磁界中で粉末を配向させた試料を作製
し、振動試型磁力計を用いて配向方向と同一方向におけ
る粉末の磁気特性を評価した。その結果、残留磁束密度
Ｂ_rが１．２５Ｔ、保磁力Ｈ_cjが５５０ｋＡ／ｍ、（Ｂ
Ｈ）_maxが２８０ｋＪ／ｍ³の磁気特性が得られた。一
方、配向方向に対して垂直な方向に上記磁気特性を測定
したところ、残留磁束密度Ｂ_rが０．６Ｔ、保磁力Ｈ_cj
が６６０ｋＡ／ｍ、最大エネルギ積（ＢＨ）_maxが４３
ｋＪ／ｍ³の磁気特性しか得られなかった。以上のこと
から、本実施例で作製した鉄基合金磁石８が異方性を持
つことが確認された。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、塑性変形しやすい過冷
却液体を熱間圧延しながら凝固させ、異方的な結晶成長
を行うため、ナノコンポジット構造を持つ高性能な異方
性鉄基合金磁石を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金の
溶湯を回転する単ロールに接触させることによって作製
した急冷合金薄帯１２の一部断面図であり、（ｂ）は急
冷合金薄帯１２のフレーク状粉末から作製されたバルク
体磁石に応力を与えることによって作製された異方性磁
石１４の一部断面図である。

【図２】本発明による異方性鉄基合金磁石の製造方法を
説明する図である。

【図３】本発明による異方性鉄基合金磁石の製造装置の
実施形態を示す構成図である。

【図４】本発明による異方性鉄基合金磁石の製造装置の
他の実施形態を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 合金溶湯 ２ ヒータ ３ ノズル ４ 急冷ロール ５ 合金の過冷却液体 ６ 圧延ロール ８ 異方性鉄基合金磁石 ９ 合金溶湯の湯溜まり １２ 急冷合金薄帯 １４ 異方性磁石 ２０ 過冷却液体 ２２ 圧延ロール ２４ 急冷合金（異方性磁石）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｆ 9/04 Ｂ２２Ｆ 9/04 Ｃ Ｃ２１Ｄ 6/00 Ｃ２１Ｄ 6/00 Ｂ Ｃ２２Ｃ 33/02 Ｃ２２Ｃ 33/02 Ｊ 38/00 ３０３ 38/00 ３０３Ｄ Ｈ０１Ｆ 1/053 Ｈ０１Ｆ 41/02 Ｇ 41/02 1/04 Ｈ Ｆターム(参考） 4E004 DB02 DB03 TA01 TA03 TB02 4K017 AA04 BB12 BB13 DA04 EA03 4K018 AA27 BA18 BD01 KA46 5E040 AA04 AA19 CA01 HB05 HB07 NN01 NN06 NN17 5E062 CD04 CE05 CG02 CG05

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＢ_xＲ
   _yＭ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１
   種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類金属元素、ＭはＡ
   ｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、
   Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａg、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａ
   ｕ、およびＰｂからなる群から選択された少なくとも１
   種の元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍ
   が、それぞれ、 ５≦ｘ≦３０ａｔ％、 ２≦ｙ≦１５ａｔ％、 ０≦ｚ≦１０ａｔ％、および ０≦ｍ≦０．５ を満足し、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する微細結晶相
   が異方化しており、前記微細結晶相の平均サイズが１ｎ
   ｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内にある異方性鉄基合金磁
   石。
2. 【請求項２】 過冷却液体状態で圧延されたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の異方性鉄基合金磁
   石。
3. 【請求項３】 粉末状態にある請求項１または２に記載
   の異方性鉄基合金磁石。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の異方性鉄基合金磁石を
   成形することによって作製されたボンド磁石。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のボンド磁石を備えた回
   転機。
6. 【請求項６】 鉄基合金磁石用原料合金の溶湯を急冷す
   ることによって、前記原料合金の過冷却液体を形成する
   工程と、 雰囲気圧より大きな圧力を前記過冷却液体に印加しなが
   ら前記過冷却液体を変形させ、それによって、圧延され
   た合金を作製する工程と、を包含する異方性鉄基合金磁
   石の製造方法。
7. 【請求項７】 前記過冷却液体を変形させる工程におい
   て、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する微細結晶相を生成
   する請求項６に記載の異方性鉄基合金磁石の製造方法。
8. 【請求項８】 前記圧延された合金を加熱し、前記Ｒ₂
   Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する微細結晶相を成長させる請
   求項７に記載の異方性鉄基合金磁石の製造方法。
9. 【請求項９】 前記Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を有する微
   細結晶相の平均サイズを１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲
   内に調節する請求項７または８に記載の異方性鉄基合金
   磁石の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記過冷却液体を加圧することによっ
    て前記合金の厚さを加圧前の厚さｔから加圧後の厚さ
    ｔ’に薄くし、圧下率（ｔ’／ｔ）を０．９以下にする
    請求項６から９のいずれかにに記載の異方性鉄基合金磁
    石の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記過冷却液体を加圧するとき、前記
    過冷却液体を加熱する請求項６から９のいずれかに記載
    の異方性鉄基合金磁石の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記過冷却液体を加圧する前、前記過
    冷却液体を加熱する請求項６から１１のいずれかに記載
    の異方性鉄基合金磁石の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記過冷却液体の加圧は、加熱された
    双ロールを用いて行う請求項６から１２のいずれかに記
    載の異方性鉄基合金磁石の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記圧延された合金を粉末化する工程
    を更に包含する請求項６から１３のいずれかに記載の異
    方性鉄基合金磁石の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の異方性鉄基合金磁
    石の製造方法によって作製された異方性鉄基合金磁石の
    粉末を用意する工程と、 前記粉末を成形する工程と、を包含するボンド磁石の製
    造方法。
16. 【請求項１６】 鉄基合金の溶湯を冷却し、過冷却液体
    状態にある合金を生成する冷却ロールと、 前記過冷却状態にある合金を加圧しながら前記合金中で
    結晶化を進行させる圧延ロールと、 前記圧延ロールの表面を所定範囲の温度に加熱するため
    の加熱手段とを備えている異方性鉄基合金磁石の製造装
    置。