JP2021141137A - 磁石構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
前記中間層は、希土類元素酸化物相、及び、希土類元素と遷移金属元素とホウ素とを含有する結晶粒を含有し、
前記遷移金属元素は、それぞれ独立に、Fe、又は、Fe及びCoの組み合わせを含み、
前記磁石構造体の前記中間層に垂直な断面に基づいて測定される、前記希土類元素酸化物相の平均被覆率が10〜69%である。
図1は本発明の一実施形態に係る磁石構造体の模式断面図である。
焼結磁石2a、2bは、それぞれ独立に、R−T−B系焼結磁石であれば特に限定されないが、R−T−B系永久磁石であることが好ましい。
中間層4は、第1焼結磁石2a及び第2焼結磁石2bの間に配置され、これらを結合している。中間層4は、希土類元素酸化物相6、及び、希土類元素と遷移金属元素とホウ素とを含有するRTB結晶粒8を含有する。
本実施形態のように、中間層4が、希土類元素酸化物相6及びRTB結晶粒8を有し、希土類元素酸化物相6による被覆率が10〜69%である場合、被覆率が高過ぎる場合に比べて、基準面に沿う剪断強度が強くなる傾向がある。
磁石構造体10は、例えば、以下の工程を経て製造される。
(B)希土類元素Rを含有するペースト(拡散材ペースト)を調製するペースト調製工程(ステップS2)
(C)第2焼結磁石の主面上に拡散材ペーストを塗布して塗膜を形成し、塗膜上に第1焼結磁石を重ね合わせて積層体を得る積層工程(ステップS3)
(D)積層体を加熱して磁石構造体を得る加熱工程(ステップS4)
(E)磁石構造体の表面処理を行う表面処理工程(ステップS5)
まず、第1焼結磁石12a及び第2焼結磁石12bを準備する。ここでいう第1焼結磁石12a及び第2焼結磁石12bとは、磁石構造体10においてそれぞれ第1焼結磁石2a及び第2焼結磁石2bとなる加熱工程前の基材としての磁石である。第1焼結磁石12a及び第2焼結磁石12bはともに、R−T−B系焼結磁石であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ここでの磁石のRはRL及び/又はRHを含んでいても良く、含んでいなくても良い。
ペースト調製工程(ステップS2)では、希土類元素Rを含有するペースト(拡散材ペースト)が調製される。拡散材ペーストの調製方法は、例えば、以下の工程を有する。希土類元素Rは、重希土類元素RH、でもよく、軽希土類元素RLでもよく、これらの混合物でも良い。
(b)希土類元素含有粒子の表面に酸素を付着させ、酸素付着希土類元素含有粒子を得る酸素付着工程
(c)希土類元素含有ペーストを得る混合工程
積層工程(ステップS3)では、図2(b)に示すように、第2焼結磁石12bの主面上に拡散材ペーストが塗布され、拡散材ペーストによる塗膜14が形成される。拡散材ペーストが溶媒を含む場合、当該溶媒を除くために塗布後に加熱乾燥を行う。さらに、塗膜14上に第1焼結磁石12aを、図2(b)中のz方向に、重ね合わせて積層体が得られる。拡散材ペーストによる塗膜14の厚さは、例えば、5〜50μmであることができ、10〜35μmであってもよい。塗膜14の厚さを変更することにより、希土類元素酸化物相6の被覆率を調整することができる。
加熱工程(ステップS4)では、図2(c)に示すように、積層工程で得られた積層体を加熱する。加熱は、例えば、真空又は不活性ガス雰囲気中で行い、希土類元素拡散のための第1加熱を行い、必要に応じて、保磁力向上のための第2加熱を有してもよい。第1加熱の温度は、例えば、800〜1000℃であり、時間は10分〜48時間である。また、第2加熱の温度は、例えば、500〜600℃であり、時間は1〜4時間である。さらに、加熱は、積層体を、図2(c)のz方向に上下から加圧しながら行ってもよい。加熱が加圧を伴うことにより、磁石構造体の磁石同士の接合強度が高くなる傾向がある。積層工程で得られた積層体を加熱することにより、図2(d)に示すとおり、磁石構造体10が得られる。
以上の工程により得られた磁石構造体10には、めっき、樹脂被膜、酸化処理及び化成処理等による表面処理を施してもよい。これにより、磁石構造体10の耐食性をさらに向上させることができる。
まず、表1に示す磁石組成(質量%)を有する焼結磁石が得られるように、ストリップキャスティング法により原料合金を準備した。なお、表1では、bal.は、磁石組成全体を100質量%とした場合の残りを示し、TREは、軽希土類元素であるNd及びPrの合計質量%を示す。
(実施例1)
重希土類元素RHとしてのTbメタル(純度99.9%)を、水素吸蔵させた後、Ar雰囲気下で、600℃、1時間の脱水素を行う水素粉砕処理(粗粉砕)を行った。次に、粗粉砕粉末に粉砕助剤として、ステアリン酸亜鉛0.1質量%を添加し、ナウタミキサを用いて混合した。その後、酸素3000ppmを含んだ雰囲気中、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、平均粒径が4.0μm程度の微粉砕粉末とした。微粉砕粉末75質量部に、溶媒としてアルコール23質量部を、バインダとしてアクリル樹脂2質量部を加えて、拡散材としてTbH2を含む拡散材ペーストを作製した。
拡散材ペーストのR(Tb)の量が表2に記載のとおりとなるように変えたこと以外は、実施例1と同様にして実施例2〜3の磁石構造体を得た。
拡散材としてTbNdCuを用いた。具体的には、Tb:Nd:Cu=50:20:30(at%)となるよう組成調整し、ストリップキャスト法によりTbNdCu合金を作製したこと以外は、実施例1のようにして拡散材ペーストを作製した。
拡散材のR(Tb,Nb)の量が表2に記載のとおりとなるように変えたこと以外は、実施例1と同様にして実施例4〜6の磁石構造体を得た。
拡散材としてNdを用いた。具体的には、Ndメタル(99.9%)を用いる以外は実施例1のようにして、拡散材ペーストを作製した。拡散材のR(Tb,Nb)の量が表2に記載のとおりとなるように調整したこと以外は、実施例1と同様にして実施例7の磁石構造体を得た。
一方の磁石のc軸を、主面に対して45度傾ける以外は、実施例7と同様とした。
得られた焼結磁石を縦11mm×横11mm×厚さ8mmのサイズに機械加工して、磁石を1枚準備した。上記磁石の主面及び裏面上にそれぞれ実施例1で用いた拡散材ペーストと同じ拡散材ペーストを塗布し、他の磁石と積層しなかったこと、及び熱処理時に荷重を加えなかったこと以外は、実施例1と同様にして比較例1および2の磁石を得た。拡散材ペーストに含まれるTbとNdの量は、それぞれ、表2に記載のように調整した。
拡散材のR(Tb)の量が表2に記載のとおりとなるように変えたこと以外は、実施例1と同様にして比較例3の磁石構造体を得た。
拡散材のR(Tb,Nb)の量が表2に記載のとおりとなるように変えたこと以外は、実施例4と同様にして比較例4の磁石構造体を得た。
拡散材ペースト及び熱処理を用いず、エポキシ接着剤(厚み50μm)で2枚の磁石の主面同士を接着する以外は実施例1と同様とした。
拡散材としてTbF3を用いた。具体的には、市販のTbF3を用い、実施例1と同様に、溶媒としてアルコール23質量部を、バインダとしてアクリル樹脂2質量部を加えて、拡散材としてTbF3を含む拡散材ペーストを作製した。拡散材のR(Tb)の量が表2に記載のとおりとなるように調整したこと以外は、実施例1と同様にして比較例6,7の磁石構造体を得た。
拡散材ペーストを用いない以外は、実施例1と同様にした。
(断面の作製)
実施例及び比較例で得られた磁石構造体等の主面の中央部を、縦11mm×横5.5mmのサイズで厚み方向に切断して機械加工し、加工した磁石構造体を樹脂に埋め、磁石構造体断面の表面研磨を行った。
断面の接合部分について、oxford Instruments株式会社製、商品名:Aztec-3.3 EDSにより元素の分布を分析した。実施例1〜8,比較例3,4においては、希土類元素酸化物相及びRTB結晶粒を有する中間層の存在を確認した。
断面の中間層部分を走査電子顕微鏡(JEOL製、FE-SEM(JSM-IT300HR)で、500倍の倍率で観察した。
断面の中間層部分を走査電子顕微鏡JEOL製、FE-SEM(JSM-IT300HR)で、500倍の倍率で観察した。予めEDSにより希土類元素酸化物相の色を確認した上で、基準線(中間層の伸びる方向)に沿った方向で測定した各希土類元素酸化物相6の横幅の総和を10枚の画面について求め、10枚の基準線の全長で除した。横幅の算術平均も示す。
剪断強度試験のために、各実施例及び比較例において、1つの焼結磁石の大きさを縦50mm、横4.5mm、厚み8mmとした大型の磁石構造体を作製した。
実施例及び比較例で得られた磁石構造体等を、縦10.6mm×横10.6mmのサイズに機械加工した。加工後の磁石構造体を、120℃、2気圧、相対湿度100%の飽和水蒸気雰囲気中に200時間放置し、腐食による質量減少量を測定した。測定値を下記基準に従って評価した結果を示す。
A:2.0mg/cm2未満である。
B:質量減少量が2.0mg/cm2以上、5.0mg/cm2未満である。
C:質量減少量が5.0mg/cm2以上である
実施例及び比較例で得られた磁石構造体等の磁気特性を、B−Hトレーサーを用いて測定した。磁気特性として、残留磁束密度Brと保磁力HcJとを測定した。測定結果を表3に示す。
磁石構造体における中間層と対向する主面の中央の表面磁束密度を求めた。
Claims (4)
- 第1焼結磁石と、第2焼結磁石と、前記第1焼結磁石と前記第2焼結磁石との間に配置された中間層と、を備える磁石構造体であって、
前記第1焼結磁石及び第2焼結磁石は、それぞれ独立に、希土類元素と遷移金属元素とホウ素とを含有する結晶粒を含み、
前記中間層は、希土類元素酸化物相、及び、希土類元素と遷移金属元素とホウ素とを含有する結晶粒を含有し、
前記遷移金属元素は、それぞれ独立に、Fe、又は、Fe及びCoの組み合わせを含み、
前記磁石構造体の前記中間層に垂直な断面に基づいて測定される、前記希土類元素酸化物相の平均被覆率が10〜69%である、磁石構造体。 - 前記希土類元素酸化物相の平均厚みが3〜30μmである請求項1に記載の磁石構造体。
- 前記第1焼結磁石のc軸と、前記第2焼結磁石のc軸とが、非平行である、請求項1又は2に記載の磁石構造体。
- 前記第1焼結磁石の組成と、前記第2焼結磁石の組成とが互いに異なる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁石構造体。
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