JP2794496B2 - 不可逆減磁の小さい熱安定性に優れたＲ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ系永久磁石合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，不可逆減磁の小さい熱
安定性の優れたＲ（希土類元素)-Ｆe-Ｃo-Ｂ-Ｃ系の永
久磁石合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年, Ｓm-Ｃo系磁石の磁力を凌ぐ次世
代の永久磁石としてＲ-Ｆe-Ｂ系磁石が佐川等によって
発表されて以来, 当該磁石について多くの報告がなされ
てきた。しかしながら，該磁石はＳm-Ｃo系磁石に比べ
て磁力は優れるものの, その磁気特性の熱安定性及び耐
酸化性が著しく劣るという欠点を有する。特に耐酸化性
に係わる欠点は，重要な改善課題であり, 上述報告の多
くはその改善方法を開示している。

【０００３】他方，従来のＲ-Ｆe-Ｂ又はＲ-Ｆe-Ｃo-Ｂ
系磁石は環境温度が上昇すると残留磁束密度 (Ｂr)およ
び保磁力(iHc)がＳm-Ｃo系磁石に比較して著しく低下す
るという性質がある。すなわち熱安定性に劣るという欠
点がある。このような状況下，環境温度の変化に対して
磁気特性の安定化を図る手段としては，一般に残留磁束
密度の温度依存係数を小さくすること及び室温における
保磁力を十分に高くすることが提案されている。前者の
改善法としては，磁石のキューリー温度を高める方法が
一般的であり, 例えば特開昭59-64733号公報では，Ｆe
の一部をＣoで置換することによりキューリー温度を高
め, 残留磁束密度の温度依存係数を小さくすることを提
案している。他方, 環境温度の上昇に伴って, 保磁力が
急激に低下することは既に述べたところだが, この保磁
力の低下がもたらす重大な欠点は, 大きな不可逆減磁を
招くということである。

【０００４】不可逆減磁とは，高温時低下したＢrが室
温に戻した時に元に回復しない現象であり，一般に磁石
形状の薄型化に伴ってその劣化が顕著になる。この不可
逆減磁の劣化は, たとえＦeの一部をＣoで置換して残留
磁束密度の温度依存係数を小さくしても, 抜本的な改善
には至らない。このため，実使用に際しては環境温度及
び形状が厳しく制限され, 例えば自動車関係, 高速機器
等の過酷な用途への適用は困難となる。この不可逆減磁
の改善法としては専ら室温におけるiHcを高める方法に
頼っているのが実状である。つまり，高温時のiHcの低
下を見込んで,室温でのiHcを十分に高くすることによっ
て不可逆減磁を小さくする方法であるが, 例えば特開昭
59-89401号公報は，Ｔi,Ｎi,Ｂi,Ｖ,Ｎb,Ｃr,Ｍo等を添
加することにより, 室温におけるiHcを高め, 不可逆減
磁率を小さくすることを教示し，又，特開昭60-32306号
公報は，希土類元素成分として,軽希土類元素に加え,
Ｄy,Ｔb,Ｈo,Ｇd,Ｅr,Ｔm,Ｙbの重希土類元素の添加を
特定し，これによりiHcを高め, 不可逆減磁率を改善す
ることを教示している。

【０００５】しかし，このようにしてiHcを十分高めれ
ば確かに不可逆減磁は改善されるものの, 従来法では例
えば160℃の高温にもなると, たとえ室温時のiHcが15〜
20kOeと十分高くても急激に劣化すると言う問題点が残
る。この場合, 更にiHcを高くすることになる。一方，
このようにiHcが高くなると，着磁の問題が新たに発生
する。即ち, 磁石の磁力を最大に引き出すためにはその
磁力が飽和するまで十分大きな磁界で着磁する必要があ
り，着磁率が低いと磁気特性の不安定を招くが，通常，
該着磁界の大きさとしては磁石が有するiHcの３〜４倍
の磁界が必要とされることから，従来法のように極端な
iHcの増加は，着・脱磁の操作を困難にし，又, 設備の
大型化を招くことになる。したがって，従来においては
上記高温時の不可逆減磁の劣化と共にこれらの問題を避
けることはできなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように, 従来のＲ
-Ｆe-Ｃo-Ｂ系磁石では，高い環境温度での不可逆減磁
に対して, 十分な改善効果を得るに至っておらず，Ｓm-
Ｃo系に比べて優れた磁力を有するにも拘らず, 特に高
温時の熱安定性及び実用レベルでの高iHc化に伴う着磁
の問題が, 依然として存在し，上記メリットが大きく損
なわれているのが実状である。

【０００７】一般に, Ｒ-Ｆe-Ｂ (またはＲ-Ｆe-Ｃo-
Ｂ) 系磁石は, Ｒ₂Ｆe₁₄Ｂ〔またはＲ₂(Ｆe,Ｃo)₁₄Ｂ〕
型の正方晶と，ＲＦe₄Ｂ₄〔Ｒ(Ｆe,Ｃo)₄Ｂ₄〕型のＢリ
ッチ相, Ｒリッチ相及びＢ₂Ｏ₃相を含む非磁性相とから
構成され (尚, Ｒ-Ｆe-Ｃo-Ｂ系磁石ではＲ(Ｆe,Ｃo)₂
で代表されるラーベス相も存在するとされている),その
保磁力発生の原理は，逆磁区核発生機構によるとされて
いる。つまり, この逆磁区の存在が保磁力を決定し，そ
の成長に伴いiHcが低下することから，核発生型磁石の
保磁力は構造敏感型となり正方晶と粒界相, Ｒリッチ
相, Ｂリッチ相及びその他不純物相に支配されることに
なる。

【０００８】ところで，該逆磁区核の芽, 即ち逆磁区核
は正方晶及び粒界相の欠陥, 軟質な磁性相, その他不純
物相において発生し，これらの欠陥, 異物の存在により
容易に成長する。このように, 磁石の組織が不均質であ
ったり不純物及び種々の欠陥を含むと, iHcは容易に低
下し，これに伴い実用レベルで重要となる残留磁気の不
可逆減磁は大きくなる。

【０００９】以上のことから，不可逆減磁率を小さくす
る基本的な対策としては，磁石組織の観点から次のこと
が言える。(1) 正方晶の均質化,(2) 粒界相の均質・均
一化, (3) 軟質な磁性相の除去, (4) その他不純物相の
除去，である。これらの改善がなされた後に，iHcを適
正化することにより抜本的な不可逆減磁の改善に至ると
考えられる。

【００１０】なお，従来の不可逆減磁の改善法として例
えば前出の特開昭59-89401号公報及び特開昭60-32306号
公報は，室温におけるiHcを十分高めることにより改善
する方法を開示していることを既に述べたが，これらの
方法では磁石の組織に対しては何ら改善がなされておら
ず, 単に添加物により異方性磁界を大きくすることによ
って, 室温におけるiHcを極めて高くし，その結果, 不
可逆減磁を改善するという, 高温時のiHcの低下を犠牲
にした消極的な改善方法である。このため，より高温時
の改善効果は少なく, 又着磁等の問題が残ることは，既
に既述した。

【００１１】一方, 永久磁石合金の組成を均質にし, iH
cを向上させる方法も数多く報告されており, 一般には
磁石合金を熱処理することが提案されている。例えば特
開昭59-217304号公報では，焼結後350℃以上の温度で熱
処理することにより, iHcが改善されることを教示して
いる。該法によれば, 熱処理することにより磁石組成の
均質化は改善されるものの, 依然としてＢリッチ相やＢ
₂Ｏ₃相等の不純物相が存在していることから, 組織の構
造上は何ら変化がなく逆磁区核の発生点及びその成長に
対しては，抜本的に解決されていない。このため該法に
よりiHcを高めても高温時の不可逆減磁の改善効果は小
さいと判断される。

【００１２】このように従来技術による不可逆減磁の改
善は磁石合金組織の構造に何ら対策手段を講じていない
のが実状である。

【００１３】また，不純物を除去することにより逆磁区
核の発生及びその成長を抑制する方法としては, 例えば
酸化物相並びにＢリッチ相等の生成を抑制することが考
えられ，酸化物については磁石中の酸素を低減すること
により抑制することが可能である。また，Ｂリッチ相に
ついては従来材では多く存在し，その大きさは正方晶と
同程度にもなることから，不純物相としての欠陥だけで
なく, 場合によっては大きな磁気的空間となり減磁界形
成の要因にもなる。しかしながら, 従来より実用レベル
の高い磁気特性を得るためにはＢの含有量を高くせざる
を得ないのが実状であり，例えば特開昭59-46008号公報
及び前摘の特開昭59-64733号公報では, １kOe以上のiHc
を確保するためには，Ｂ含有量を２〜28原子％に特定し
ており,iHcを３kOeにするためには，Ｂ含有量は少なく
とも４原子％必要であるとし，更に実用レベルの高いiH
cを得るためには，Ｂの含有量をさらに高くすることを
教示している。

【００１４】即ち，従来技術では，Ｂ含有量を少なくす
るとα-Ｆeが析出しやすくなりこれに伴いiHcは急激に
低下するので，iHcを高めるためにＢ含有量を多くする
という考え方に立っていることから，Ｂリッチ相の生成
を抑制することはできなかった。従ってこのようにＢを
多く含み,不純物相として多くのＢリッチ相を含有する
従来材を実用化するためには，高温時の不可逆減磁対策
として, 前述のごとく極めて高いiHcが必要となる。

【００１５】本発明の目的はこのようなＲ-Ｆe-Ｃo-Ｂ
系永久磁石の問題, とりわけ, 不可逆減磁の問題点を解
決することにあり, 従来材のように, iHcを極めて高く
することなく比較的低いiHcでも不可逆減磁が小さく熱
安定性に優れた永久磁石合金を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は，これらの
問題点を解決するための手段として, 磁石合金の組織構
造による抜本的な不可逆減磁の改善を鋭意検討した結
果, 正方晶構造を有する磁性結晶粒及びＲリッチ粒界相
を均質にし, 且つ磁性結晶粒の各々を該粒界相で被覆す
ることにより, 従来材に比べて著しく不可逆減磁が改善
されることを見い出し, 更には, これらの効果を一層高
めるために，Ｂリッチ相を除去するという従来技術で
は，予想すら困難であった新規技術を見出すに至り, 従
来材より低いiHcでも高温に於ける不可逆減磁が極めて
小さく, 且つ同等以上の最大エネルギー積を有する新規
な永久磁石合金の提供を可能とした。即ち, 従来技術で
はもはや高い磁気特性が得られず実用範囲外とされてい
たＢ含有量２原子％未満領域でも実用に耐え得る良好な
磁気特性を付与し得る新規な技術を見出したことによ
り，画期的な不可逆減磁の改善に至ったのである。

【００１７】 すなわち本発明によれば，Ｒ−Ｆｅ−Ｃ
ｏ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系合金磁石（但し，ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｌａ，Ｙ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｔｍ，Ｙｂより選ばれる少なくとも１種，ＭはＴｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｇａ，
ｌｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｐ，Ｓｉ，Ｇ
ｅ，Ｓより選ばれる少なくとも１種）であって，該合金
の磁性結晶粒の各々が，０．０５〜１６重量％のＣを含
む粒界相で覆われていることを特徴とする不可逆減磁率
の小さい熱安定性に優れたＲ−Ｆｅ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系永久
磁石合金を提供する。

【００１８】ここで該磁性結晶粒は，粒径が好ましくは
0.3〜150μmの範囲にあり, この粒径の各結晶粒を覆っ
ている粒界相の厚みは0.001〜30μmの範囲である。

【００１９】本発明磁石の好ましい組成（磁性結晶粒と
粒界相の全体の組成）は，原子百分比で，Ｒ（ＲはＮ
ｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｇｄ，
Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂより選ばれる少なくも１種）：
１０〜３０％，Ｂ：７％以下好ましくは２％未満（０原
子％を含まず），Ｃ：０．１〜２０％，Ｃｏ：４０％以
下（０原子％を含まず），Ｍ：下記所定％の金属元素Ｍ
の少なくとも１種（但し，２種以上含む場合のＭ含有合
計量は当該元素のうち最も高い上限値をもつＭの上限値
以下），残部がＦｅおよび製造上不可避的な不純物から
なる。ここで，Ｍ元素の含有量（但し，０原子％を含ま
ず）は， Ｔｉ：６％以下，Ｖ：１０％以下，Ｃｒ：９％以下，Ｍ
ｎ：６％以下，Ｎｉ：６．５％以下，Ｚｒ：６．５％以
下，Ｎｂ：１３％以下，Ｍｏ：１０．５％以下，Ｈｆ：
６％以下，Ｔａ：１１％以下，Ｗ：１０％以下，Ｐｄ：
６％以下，Ａｇ：３％以下，Ｐｔ：４％以下，Ａｕ：４
％以下，Ａｌ：１０％以下，Ｃｕ：４．５％以下，Ｇ
ａ：７．５％以下，ｌｎ：６％以下，Ｓｎ：４％以下，
Ｓｂ：３％以下，Ｐｂ：０．８％以下，Ｂｉ：５．５％
以下，Ｚｎ：０．３％以下，Ｐ：４．１％以下，Ｓｉ：
８．５％以下，Ｇｅ：７％以下，Ｓ：２．５％以下であ
る。

【００２０】〔作用〕本発明合金において不可逆減磁を
小さくする効果はＢが２％以上でも十分発揮されるもの
ではあるが，特にＢが２％未満と少ない場合には，不可
逆減磁が顕著に良好となり，しかも磁気特性は従来材と
同等以上である。

【００２１】更にＭが無添加であっても_, 従来材に比べ
て不可逆減磁は小さくなるが，Ｍを前記記載の所定原子
％ (但し, ０原子％を含まず）含有せしめることによ
り，一層効果的に小さくできる。

【００２２】本発明による永久磁石の特徴は，従来のよ
うに磁石のiHcを極めて高くしなくても高温時の不可逆
減磁が小さいことであり, 例えばパーミアンス係数 (Ｐ
_C)が３，iHcが11.6kOeの磁石を環境温度160℃で30分放
置した後, 室温に戻した時, その不可逆減磁率は−8.0
％である。他方，同じくＰ_C３でiHc 11.5kOeの従来材を
上記と同一の方法で測定した不可逆減磁率が−28.1％で
あり，iHcが同等にも拘らず大きな劣化を示す。従って
このような高温の環境下でも本発明磁石の不可逆減磁特
性は,従来材に比べて十分低いiHcでも極めて良好であ
り, この点でまったく新規な永久磁石であるといえる。

【００２３】一方，本発明磁石の磁気特性については等
方性焼結磁石では，Ｂr≧4000(G),iHc≧4000(Oe), (Ｂ
Ｈ)max≧４(MGOe), 異方性焼結磁石では, Ｂr≧7000
(G),iHc≧4000(Oe), (ＢＨ)max≧10(MGOe)であり, 従来
のＲ-Ｆe-Ｂ系永久磁石と同等以上の値を有する。

【００２４】このような新規な不可逆減磁特性は，本発
明磁石を構成している各磁性結晶粒の周囲を適切なＣ含
有量をもつ非磁性相で覆ったことによって得られたもの
である。即ち, 本発明者等は非磁性相である粒界相にＣ
(炭素) の所定量を含有せしめることにより, つまり該
相の16重量％以下がＣとなるように, 好ましくは0.05〜
16重量％の範囲になるように含有させることにより, こ
の非磁性相をより均質にし, 不可逆減磁特性を改善でき
ることを見い出した。更には磁石中に，Ｍを前記記載の
所定原子％ (但し０原子％含まず）含有させることによ
り，一層効果的となることを見出した。Ｍの含有は磁性
結晶粒相及び粒界相における原子拡散を促進し，こらの
相を均質化すると共に不純物相の生成を抑制していると
推定される。つまり, このようなＣ含有非磁性相で各磁
性結晶粒を被覆すれば，従来材と同等のＢ含有量でも不
可逆減磁を改善することができること，更にはＢを２原
子％未満に低減することにより，磁気特性は従来の同等
レベル以上でありながら不可逆減磁が画期的に改善さ
れ, 更に，前記Ｍを含有させるとその効果は一層良好と
なることが明らかとなった。

【００２５】〔発明の詳述〕 本発明磁石はＣ (炭素) の利用の仕方に大きな特徴があ
るので先ずこの点から説明する。

【００２６】従来より, この種の磁石において一般にＣ
は不可避的に混入する不純物元素とされており, 特別の
ことがない限り積極的に添加する合金元素とは扱われて
いなかった。例えば前出特開昭59-46008号公報では，Ｃ
でＢの一部を置換することを開示するが，これは磁石中
のＢの含有量を２〜28原子％と規定し２原子％未満のＢ
量では保磁力iHcが１kOe未満になるので２原子％以上の
Ｂ量を必要とするが，Ｂの多量の含有ではコストが高く
なるのでコストダウンのメリットから，この場合にはＢ
の一部をＣで置換することが可能であると述べられてい
るに過ぎない。更に特開昭59-163803号公報にはＲ-Ｆe-
Ｃo-Ｂ-Ｃ系磁石が開示され，磁石中のＢの含有量を２
〜28原子％, Ｃの含有量を４原子％以下と規定し，Ｂと
Ｃの具体的な併用を開示しているが，Ｃの併用にも拘ら
ずＢの含有量を２原子％以上を必須とし，２原子％未満
のＢ量では，上記特開昭59-46008号公報と同様にiHcが
１kOe未満となると説明されている。すなわち，該公報
が指摘するように，Ｃは磁気特性を低下させる不純物で
あると把握されており, 例えば粉末の成形時に用いる滑
剤等からのＣの混入は不可避であり, また，これを完全
に取り除く操作はコストアップを招くという理由からハ
ードフエライト磁石相当のＢr 4000Ｇまでなら，Ｃの含
有量として４原子％以下を許容できると提案するもので
あり，Ｃは磁気特性については消極的な作用をもつもの
であり必ずしもＣを必須とはしていない。またＣ含有の
粒界相（非磁性相）の形成についてはこれらの公報では
全く示唆されていない。

【００２７】さらに特開昭62-13304号公報ではＲ-Ｆe-
Ｃo-Ｂ-Ｃ系磁石において，耐酸化性を改善するために
はＣ量が多いと良くないと教示し，Ｃの含有量を0.05重
量％(原子百分比で約0.3％) 以下に抑制することを提案
し，更に他の出願人による特開昭63-77103号公報でも同
じ目的からＣを1000ppm以下にすることを提案してい
る。このように従来においてＣは磁気特性および耐酸化
性について消極的元素とされており, 必須の添加元素と
はされていなかった。

【００２８】本発明者等は，ＣをＢの単なる置換元素と
して含有させるのではなく，磁性結晶粒を包囲する非磁
性相 (粒界) 中にＣを積極的に含有させるという添加の
仕方をするならば，従来の常識に反してＣは磁石の不可
逆減磁の改善に大きく寄与できることを見い出したもの
であり，更にはＣと共にＭを磁石中に含有させることに
よって一層これらの効果が有利に発現することを見出し
た。即ち, このような非磁性相へのＣの含有によって，
Ｂの含有量が公知の通常範囲であっても従来に比べて低
いiHcで不可逆減磁が改善されるのであるが，特に２原
子％未満のＢ量の場合にはその効果が更に著しいものに
なることがわかった。尚，従来ではＢの含有量が２原子
％未満ではiHcが１kOe以下になるとされていたのである
が，本発明では２原子％未満のＢ量であってもiHcは４k
Oe以上となる。このような本発明による新規な効果は磁
性結晶粒の各々を包囲するＣ含有粒界相の形成並びにＣ
含有粒界相及び磁石中へのＭの含有によってもたらさ
れ，このことから, これまでの磁気特性の低下及び耐酸
化の劣化をもたらしていたＣを消極元素とする従来磁石
とは全く異なり, Ｃを必須成分とする新規な磁石の発明
を完成することができた。

【００２９】この場合, 磁性結晶粒の各々を包囲するＣ
含有粒界相は，Ｃ以外に磁石を構成している合金元素の
少なくとも１種以上を含むものである。このような不可
逆減磁の改善をもたらす理由については以下のように推
察する。

【００３０】Ｃ含有粒界相が上記磁性結晶粒を構成して
いる合金元素の少なくとも１種以上を含むことは既に述
べたが，このうちＦe又はＣoの遷移金属元素はα-Ｆeや
Ｒ(Ｆe,Ｃo)₂等の軟質な磁性相の生成を招きやすく，こ
れらの相が僅かに生成しても逆磁区核の発生及びその成
長を促進し，不可逆減磁の劣化をもたらす。これに対し
て, 本発明による永久磁石合金の粒界相では，不定比な
Ｒ-Ｆe-Ｃo-Ｍ-Ｃ系の金属間化合物が生成していると推
定され，これにより上記不純物の生成が抑制されている
と考えられる。このことは，該粒界相が均質な非磁性相
であるということであり, これにより逆磁区核の発生が
抑制されると推定される。又，Ｍは，磁性結晶粒内の原
子拡散を促進することにより，均質な結晶粒としiHcを
向上させると推定され, これにより不可逆減磁率は改善
される。

【００３１】一方，Ｂを２原子％未満としても不可逆減
磁は著しく改善されるが，これは従来材では必ず存在す
るＢリッチ相が抑制されたことによると推定される。つ
まりこの場合も上記同様Ｂリッチ相が逆磁区発生点とな
っていたと考えられる。尚，従来においてはＢを２％未
満にすると，α-Ｆeの生成が容易となり磁気特性の著し
い劣化が生じると報告されているが，本発明による永久
磁石合金では，Ｃ含有粒界相によりα-Ｆeの生成が抑制
され，従来材と同等以上の特性レベルが可能となる。

【００３２】このように，本発明者等は個々の磁性結晶
粒をＣ含有粒界相で被覆し，更に磁石中にＭを含有せし
めることにより, 従来材に比べて低いiHcでも不可逆減
磁を著しく改善せしめ，特に高温での改善効果が大きく
更にＢ含有量の低減により一層その効果が著しくなるこ
とを見出し, 公知の技術では困難であった熱安定性の良
好な永久磁石を発明するに至った。

【００３３】 このＣ含有粒界相は，前記のようにＣ以
外に，磁石を構成している合金元素の少なくとも１種以
上を含んでいるが，そのＣ含有量は粒界相組成において
１６重量％以下（０重量％を含まず）であることが必要
である。すなわち，粒界相中のＣは該粒界相を均質な非
磁性相とするだけでなく，Ｂの減少に伴うｉＨｃの低下
を抑制する効果をもたらすことから，その含有量は粒界
相の組成において好ましくは０．０５〜１６重量％，更
に好ましくは，０．１〜１６重量％を必要とする。Ｃの
含有量が０．０５重量％未満では粒界相を均質な非磁性
相にすることが不十分でｉＨｃが４ＫＯｅ未満となるこ
ともある。一方，粒界相中のＣ量が１６重量％を超える
と磁石のＢｒの低下が著しくもはや実用が困難となる。
また，本発明磁石合金では粒界相中のＣ濃度は磁性結晶
粒のＣ濃度よりも一般に高い。後記実施例に示す粒界相
中含有量（重量％）は，計算してみれば明らかである
が，合金組成（原子比）中のＣの含有割合よりも高くな
っている。

【００３４】この粒界相については個々の磁性結晶粒を
均一に被覆することが重要であるが，その厚みは0.001
μm未満ではiHcの低下が著しく, 又30μmを超えるとＢr
がもはや本発明で意図する値を満足しなくなるので0.00
1μm〜30μmの範囲, 好ましくは0.005μm〜15μmの範囲
とするのがよい。なおこの厚みは粒界三重点も含むもの
である。この厚みはTEMを用いて測定することができる
(後記の実施例でもこの測定によった)。

【００３５】一方，この粒界相で囲われる各磁性結晶自
身は周知のＲ-Ｆe-Ｃo-Ｂ-(Ｃ) 系永久磁石と同様の組
成であってもよい。しかしＢが低量であっても本発明磁
石の場合には良好な磁気特性を発現できる。本発明の合
金磁石の組成 (磁性結晶粒と粒界相とを併せた全体の組
成) は，好ましくは原子百分比でＲ：10〜30％, Ｂ：７
％以下望ましくは２％未満（０原子％を含まず），Ｃ
o：40％以下（０原子％を含まず），Ｍ：下記所定％の
金属元素Ｍの少なくとも１種以上 (但し２種以上含む場
合のＭの含有合計量は当該元素のうち最も大きいＭの値
以下, 但し０原子％を含まず。), Ｃ：0.1 〜20％, 残
部がＦeおよび製造上不可避的な不純物からなる。Ｍ元
素の含有量（０原子％は含まず）は，Ｔi：６％以下，
Ｖ：10％以下, Ｃr：９％以下，Ｍn：６％以下，Ｎi：
6.5％以下, Ｚr：6.5％以下, Ｎb：13％以下, Ｍo：10.
5％以下, Ｈf：６％以下, Ｔa：11％以下, Ｗ：10％以
下, Ｐd：６％以下，Ａg：３％以下，Ｐt：４％以下，
Ａu：４％以下，Ａl：10％以下, Ｃu：4.5％以下, Ｇ
a：7.5％以下, Ｉn：６％以下，Ｓn：４％以下，Ｓb：
３％以下，Ｐb：0.8％以下,Ｂi：5.5％以下, Ｚn：0.3
％以下, Ｐ：4.1％以下, Ｓi：8.5％以下,Ｇe：７％以
下, Ｓ：2.5％以下である。

【００３６】本発明において，磁石中の総Ｃ含有量は好
ましくは0.1〜20原子％である。磁石中の総Ｃ含有量が2
0原子％を超えるとＢrの低下が著しく, 本発明で目的と
する等方性焼結磁石としてのＢr≧４KG, 並びに異方性
焼結磁石としてのＢr≧７KGの値を満足しなくなる。一
方, 0.1原子％未満ではもはや不可逆減磁を改善するこ
とが困難となる。このように磁石中の総Ｃ含有量として
は好ましくは0.1〜20原子％とするが，前述の粒界相中
のＣは不可逆減磁を改善するだけでなく, Ｂの減少に伴
うiHcの低下を抑制する効果をもたらすことから，その
含有量は粒界相の組成において16重量％以下 (０重量％
は含まず),好ましくは0.05〜16重量％, 更に好ましくは
0.1〜16重量％を必須とする。Ｃの原料としては，カー
ボンブラック, 高純度カーボン又はＮd-Ｃ, Ｆe-Ｃ等の
合金を用いることができる。

【００３７】Ｒは, Ｙ,Ｌa,Ｃe,Ｎd,Ｐr,Ｓm,Ｔb,Ｄy,
Ｇd,Ｈo,Ｅr,Ｔm,及びＹbのうち１種又は２種以上が用
いられる。なお２種以上の混合物であるミッシュメタ
ル，ジジム等も用いることができる。ここでＲを好まし
くは，10〜30原子％とするのは, この範囲内ではＢrが
実用上非常に優れるためである。

【００３８】Ｂとしては，純ボロン又はフエロボロンを
用いることができ，その含有量は公知の範囲である２原
子％以上でも従来材に比べて不可逆減磁は改善され, 例
えば７％程度までＢを含有させても本発明の前記目的は
達成されるのであるが，前述のように好ましくはＢは２
原子％未満，更に好ましくは1.8原子％以下においてよ
り一層の効果がある。他方, Ｂ無添加ではiHcが極端に
低下し本発明の目的を達成できなくなる。フエロボロン
としてはＡl,Ｓi等の不純物を含有するものでも用いる
ことができる。

【００３９】Ｃoとしては，電解コバルト若しくはＮd-
Ｃo,Ｆe-Ｃo, Ｃo-Ｃ等の合金を用いることができ，磁
石中に含有する総Ｃo量 (粒界相と磁性結晶粒のＣo量を
合計した値) は40原子％以下 (０原子％を含まず）とす
る。このようにＣo量を限定する理由は，Ｃoを含有せし
めることにより，キューリー点を高め，残留磁束密度の
温度係数を小さくする効果があり，一方総Ｃo量が40原
子％を超えると, ＢrやiHcの磁気特性の減少が著しくな
って本発明の意図する永久磁石とはならないからであ
る。

【００４０】ＭはＴi,Ｖ,Ｃr,Ｍn,Ｎi,Ｚr,Ｎb,Ｍo,Ｈ
f,Ｔa,Ｗ,Ｐd,Ａg,Ｐt,Ａu,Ａl,Ｃu,Ｇa,Ｉn,Ｓn,Ｓb,
Ｐb,Ｂi,Ｚn,Ｐ,Ｓi,Ｇe,Ｓのうち１種又は２種以上が
用いられる。磁石中のＭが０原子％でも不可逆減磁率は
従来品よりも改善されるが，Ｍを前記所定量を含有せし
めることにより，一層効果的に改善することができる。
一方Ｍ含有量が前記所定含有量を超えると，Ｂr,iHcの
減少が著しくなって，もはや本発明磁石の特性を満足し
なくなる。

【００４１】本発明の永久磁石合金は，前述のように厚
みが0.001〜30μm, 好ましくは0.001〜15μmの範囲のＣ
含有粒界相で各々の磁性結晶粒が覆われているものであ
るが, その磁性結晶粒の粒径は0.3〜150μm,好ましくは
0.5〜50μmの範囲にある。磁性結晶粒の粒径が0.3μm未
満になるとiHcが４KOe未満となり, また150μmを超える
とiHcの低下が著しくなり, 本発明磁石の特徴が損なわ
れる。なおこの結晶粒の粒径の測定はSEMによって, ま
た組成分析はEPMAを用いて正確に行うことができる (後
記実施例でもこれらの測定を行った)。

【００４２】本発明の永久磁石を製造するには，該永久
磁石合金が焼結体の場合には，溶解・鋳造・粉砕・成形
・焼結, 若しくは溶解・鋳造・粉砕・成形・焼結・熱処
理の一連の工程からなる従来同様の方法でも作製可能で
あるが，好ましくは上記製造プロセスにおいて, 鋳造後
に該鋳造合金を熱処理する工程を導入するか，または粉
砕時若しくは粉砕後にＣ原料の一部若しくは全量を二次
添加する工程を導入すること，さらにはこの二つの工程
を組合わせて導入することによって，有利に製造するこ
とができる。またＭについてもその一部若しくは全量を
二次添加してもよい。他方, 該永久磁石合金が鋳造合金
である場合には，熱間塑性加工法を用いることによっ
て，前述の効果を発揮する良好な本発明の永久磁石合金
を作製することができる。

【００４３】このような本発明の永久磁石合金は熱安定
性に優れたものであるが, 一方において耐酸化性につい
ても従来材に比べて画期的に改善されていることから,
従来のように磁石の最外表面を耐酸化性の保護被覆で被
覆しなくても, 磁石自身が極めて優れた耐酸化性を有す
るので, 場合によっては前記保護被覆の形成は不要とな
る。本発明による永久磁石合金から調整された合金粉末
は，従来材に比べて熱安定性および耐酸化性の良好なボ
ンド磁石を提供することができる。

【００４４】このように本発明による永久磁石合金は，
従来のものに比べて熱安定性及び耐酸化性が著しく優
れ, 又，良好な磁気特性を有することから種々の磁石応
用製品に好適に用いられる。磁石応用製品としては，例
えば次の製品が挙げられる。ＤＣブラシレスモーター,
サーボモーター等の各種モーター；駆動用アクチュエー
ター, 光学ビックアップ用F/Tアクチュエーター等の各
種アクチュエーター；スピーカー, ヘッドホン, イヤホ
ン等の各種音響機器；回転センサー, 磁気センサー等の
各種センサー；MRI等の電磁石代替製品；リードリレー,
有極リレー等の各種リレー；ブレーキ, クラッチ等の
各種磁気カップリング；ブザー, チャイム等の各種振動
発振機；マグネットセパレーター, マグネットチャック
等の各種吸着用機器；電磁開閉器, マイクロスイッチ,
ロッドレスエアーシリンダー等の各種開閉制御機器；光
アイソレーター, クライストロン, マグネトロン等の各
種マイクロ波機器；マグネット発電器；健康器具, 玩具
等である。なお，このような磁石応用製品は一例であ
り,これらに限定されるものではない。

【００４５】また，本発明による永久磁石合金の特徴は
熱安定性に優れ,錆にくいことであり高い環境温度で使
用しても, 従来材よりも特性の劣化は少なく, 又従来材
のように磁石品の最外露出表面に耐酸化性保護被膜を形
成しなくても高い磁気特性を保持しながら該磁石自身に
優れた耐酸化性が付与されていることから, 保護被膜が
不要となることはもとより, 特殊な環境用として保護被
膜の必要が生じた場合でも, 磁石内部からの錆の発生が
ないので, 保護被膜を形成するさいの接着性が良好であ
ると共に, 被膜の剥離や被膜厚みの変動による寸法精度
の問題等が解消される。この面からも熱安定性及び耐酸
化性を必要とする用途には最適な永久磁石を提供でき
る。 以下に実施例を挙げて本発明磁石の特性を明らか
にする。

【００４６】

【実施例１】原料として純度99.9％の電解鉄, 純度99.5
％の電解コバルト, ボロン含有量が19.32％のフエロボ
ロン合金, 添加元素Ｍ金属として純度99％のニオブ，さ
らにＲ元素として純度98.5％ (不純物として, 他の希土
類元素を含有する) のネオジウム金属を使用し，組成比
(原子比) として18Ｎd-56Ｆe-15Ｃo-1Ｂ-3Ｎbとなるよ
うに計量・配合し，真空中, 高周波誘導炉で溶解した
後, 水冷銅鋳型中に鋳込み, 合金塊を得た。このように
して得られた合金塊をジョークラッシャーで破砕後，ア
ルゴンガス中でスタンプミルを用いて−100meshまで粗
砕した後, 組成比(原子比) が18Ｎd-56Ｆe-15Ｃo-1Ｂ-7
Ｃ-3Ｎbとなるように,更に純度99.5％のカーボンブラッ
クを該粗砕粉に添加し, 次いで, 振動ミルを用いて平均
粒子径５μmまで粉砕した。このようにして得られた合
金粉末を10 KOeの磁界中で１ton/cm²の圧力で成形した
後, アルゴンガス中1120℃で１時間保持した後，急冷
し, 焼結体を得た。

【００４７】なお，比較例１として, 原料のニオブを除
き，組成比が18Ｎd-59Ｆe-15Ｃo-1Ｂ-7Ｃとした以外
は，実施例１と同一の操作で焼結体を得た。また比較例
２として，原料はカーボンブラックを除いて実施例１と
同一とし，組成比が18Ｎd-58Ｆe-15Ｃo-6Ｂ-3Ｎbとなる
ように計量・配合し，実施例１と同様に（但しカーボン
ブラックは無添加）溶解後，粗砕，微粉砕，磁場成形
し，次いで焼結，急冷して焼結体を得た。

【００４８】このようにして得られた焼結体の不可逆減
磁率をフラックスメーターを用いて次の手順で測定し
た。

【００４９】(1) パーミアンス係数(Ｐc)が３になるよ
うに形状調整した上記焼結体試料を50KOeで着磁後, 室
温(25℃) でフラックスを測定する。この時のフラック
ス値をＡ₀とする。 (2) ついで上記試料を160℃で120分間加熱処理した後,
室温まで冷却し，再びフラックスを測定する。この時の
フラックス値をＡ_tとする。 (3) 不可逆減磁率の値を次の式で算出する。 上記測定法に基づく焼結体の不可逆減磁率の評価を後記
の表１に示した。表１において「比１」は比較例１の略
である（以下，同じ）。

【００５０】表１から明らかのように，実施例１の焼結
体の不可逆減磁率は，−8.0％であるのに対して比較例
１のものでは−13.5％と本発明の実施例１に比べて劣っ
ている。更には，本発明による実施例１の焼結体（Ｃ含
有粒界相で各磁性結晶粒を被覆してなる焼結体）では，
比較例２（Ｃ含有の粒界相を持たない焼結体）に比較し
て室温(25℃) における保磁力(iHc) がほぼ同等である
が不可逆減磁率は比較例２の−28.1に比べて著しく小さ
くなっている。尚，本発明のＣ含有の粒界相を持った比
較例１はＣ含有の粒界相を持たない比較例２に比べてiH
cが0.8 KOe低いにも拘わらず不可逆減磁率は大幅に小さ
くなっている。

【００５１】また，実施例１の焼結体の粒界相における
Ｃ含有量をEPMAを用いて測定した結果は 4.5重量％であ
った。更に磁性結晶粒の粒径を焼結組織のSEMによる観
察から100個を測定したところ，その範囲は0.9〜33μm
であった。一方,TEMにより測定した粒界相の厚みは0.01
3 〜6.2μmであった。これらの値を表１に示した。又室
温(25℃)における磁気特性としてVSMを用いて測定した
Ｂr, iHc及び(ＢＨ)maxの値も表１に示した。このよう
に，本発明による永久磁石合金は比較例１及び２のもの
に比べて熱安定性に優れていることが明らかである。

【００５２】なお，上記焼結体の耐酸化性の評価（耐候
性試験）として,温度60℃, 湿度90％の恒温・恒湿下で
６ケ月間（5040時間) 放置した時のＢr, iHcの減少率を
測定したところ, Ｂr：−0.23％, iHc：−0.12と極めて
小さく, また外観観察では錆がほとんど認められず, 耐
酸化性が著しく向上していることが明らかになった。こ
れに対して比較例２の焼結体ではわずか１ケ月（720時
間) 後の減少率がＢr：−8.1％, iHc：−2.2％となり，
これ以上の放置時間では, 原形を留めないほど錆が激し
く測定不能であった。このように本発明による永久磁石
合金は比較例２のものに比べて耐酸化性にも優れている
ことがわかる。

【００５３】

【実施例２〜５】カーボン量が，表１に示す組成比にな
るように，カーボンブラックを微粉砕時に追添した以外
は，実施例１と同様の操作を行い焼結体を得た。更に，
比較例３として, 18Ｎd-63Ｆe15Ｃo-1Ｂ-3Ｎbとなるよ
うに計量・配合した後, 比較例２と同様な操作を行って
焼結体を得た。また比較例４〜７として, 原料のニオブ
を除いたうえ, 更にはカーボン量が表１の組成となるよ
うにした以外は，上記実施例と同様の操作を行って焼結
体を得た。このようにして得られた焼結体の160℃にお
ける不可逆減磁率, 粒界相におけるＣ量, 磁性結晶粒
径, 粒界相の厚み及び磁気特性を実施例１と同一の方法
で評価し，その結果を表１に示した。表１から明らかな
ように，ニオブを添加した本発明に従う焼結体はいずれ
も各比較例４〜７のニオブ無添加のものに比べて不可逆
減磁率が小さいことがわかる。なお，比較例３では粒界
相中にＣが含有されておらず，磁気特性は低い値となっ
た。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【実施例６〜１０】原料の溶解時に，表２に示すボロン
（Ｂ）量及びシリコン（Ｓi)量になるように計量・配合
した以外は, 全て実施例１と同様の操作を行って実施例
６〜10の焼結体を得た。また比較例８〜11として, 原料
のシリコンを除き, またボロン量が表２の組成になるよ
うに計量・配合し同様の操作を行って焼結体を得た。比
較例12はボロン (Ｂ) 量を０原子％とした例であり，ボ
ロンを配合しなかった以外は上記実施例と同様な操作を
行い焼結体を得たものである。

【００５６】このようにして得られた焼結体の160℃に
おける不可逆減磁率, 粒界相におけるＣ量，磁性結晶粒
径，磁界相の厚み及び磁気特性を実施例１と同一の方法
で評価し，その結果を表２に示した。

【００５７】表２から明らかなようにシリコンを添加し
た実施例６〜10の焼結体は，いずれも対応する各比較例
８〜11のシリコン無添加のものに比べて不可逆減磁率が
小さいことがわかる。又Ｂ含有量が２原子％未満の実施
例８は，Ｂ含有量が２原子％以上の実施例９に比べて，
iHcが0.4KOe低いにも拘わらず, 不可逆減磁率は小さく
なっている。更にＢ含有量が２原子％以上の実施例10に
ついても, 実施例４に比較すると同様なことが言え，Ｂ
含有量が２原子％未満の実施例４では, iHcが0.4KOe低
いにも拘わらず, 不可逆減磁率は実施例10より小さくな
っており, 特にＢ含有量が２原子％未満ではＢ≧２原子
％よりも不可逆減磁率は小さい。尚，比較例12のボロン
無添加では (ＢＨ)maxは０であった。

【００５８】

【表２】

【００５９】

【実施例１１〜３５】原料の溶解時に, 表３に示す各添
加元素（Ｍ）を, 表示の量となるように計量・配合した
以外は，全て実施例１と同様の操作を行って実施例11〜
35の焼結体を得た。このようにして得られた焼結体の16
0℃における不可逆減磁率, 粒界相におけるＣ量, 磁性
結晶粒径, 粒界相の厚み及び磁気特性を実施例１と同一
の方法で評価し，その結果を表３に示した。表３から明
らかなように，添加元素（Ｍ）を添加した実施例11〜35
の焼結体は, 表１のＭ元素無添加の比較例１のものに比
べて不可逆減磁率が小さくなっており，Ｍ元素添加の効
果が認められる。

【００６０】

【表３】

【００６１】

【実施例３６〜４３】原料として純度99.9％の電解鉄,
純度99.5％の電解コバルト, ボロン含有量が19.32％の
フエロボロン合金, 純度99.5％のカーボンブラック，添
加元素Ｍ金属として純度99％のマンガン, 及び表４に示
す希土類元素を，表４に示す組成比となるように計量・
配合し，真空中, 高周波誘導炉で溶解した後, 水冷銅鋳
型中に鋳込み合金塊を得た。このようにして得られた合
金塊を680℃で15時間加熱後, 炉内放冷した。次いで該
合金塊をジョークラッシャーで破砕した後, アルゴンガ
ス中でスタンプミルを用いて−100meshまで粗砕し, 次
いで, 振動ミルを用いて平均粒子径５μmまで粉砕し
た。このようにして得られた合金粉末を実施例１と同様
の操作を行って実施例36〜43の焼結体を得た。また比較
例13〜20として，原料のマンガンを除いたうえ, 表４の
組成になるように計量・配合した以外は，上記実施例と
同様の操作を行って焼結体を得た。このようにして得ら
れた焼結体の160℃における不可逆減磁率, 粒界相にお
けるＣ量, 磁性結晶粒径, 粒界相の厚み及び磁気特性を
実施例１と同一の方法で評価し，その結果を表４に示し
た。表４から明らかなようにマンガンを添加した実施例
36〜43の焼結体はいずれも対応する比較例13〜20のマン
ガン無添加のもの比べて不可逆減磁率が小さいことがわ
かる。

【００６２】

【表４】

【００６３】

【実施例４４】実施例１と同組成の合金微粉末を無磁場
中で成形した以外は，全て実施例１と同様の操作を行っ
て実施例１と同組成の焼結体を得た。比較例21として，
合金微粉末を無磁場中で成形した以外は，比較例１と同
様の操作を行って比較例１と同組成の焼結体を得た。こ
のようにして得られた焼結体の160℃における不可逆減
磁率, 粒界相におけるＣ量, 磁性結晶粒径, 粒界相の厚
み及び磁気特性を実施例１と同一の方法で評価し，その
結果を表５に示した。表５から明らかなように，ニオブ
を添加した焼結体は比較例21の無添加のものに比べて不
可逆減磁率が小さいことが分かる。

【００６４】

【表５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C22C 19/07 H01F 1/053

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ−Ｂ−Ｃ系合金磁石
   （但し，ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ，Ｓｍ，Ｔ
   ｂ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂより選ばれる
   少なくとも１種，ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｚ
   ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔ，
   Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｇａ，ｌｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｂ
   ｉ，Ｚｎ，Ｐ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓより選ばれる少なくとも
   １種）であって，該合金の磁性結晶粒の各々が，０．０
   ５〜１６重量％のＣを含む粒界相で覆われていることを
   特徴とする不可逆減磁の小さい熱安定性に優れた永久磁
   石合金。
2. 【請求項２】 磁性結晶粒は，粒径が０．３〜１５０μ
   ｍの範囲にあり，粒界相の厚みが０．００１〜３０μｍ
   の範囲にある請求項１に記載の永久磁石合金。
3. 【請求項３】 粒界相のＣ濃度は，磁性結晶粒のＣ濃度
   より高い請求項１または２に記載の永久磁石合金。
4. 【請求項４】 該磁性合金の組成（磁性結晶粒と粒界相
   とを併せた全体の組成）が，原子百分比でＲ：１０〜３
   ０％，Ｂ：７％以下（０原子％を含まず），Ｃ：０．１
   〜２０％，Ｃｏ：４０％以下（０原子％を含まず），
   Ｍ：下記所定％の元素Ｍの少なくとも１種以上（但し２
   種以上含む場合のＭの合計量は当該元素のうち最も高い
   上限値をもつＭの上限値以下），残部がＦｅおよび製造
   上不可避的不純物からなる請求項１，２または３に記載
   の永久磁石合金， Ｍ元素の含有量（但し，０原子％を含まず）は， Ｔｉ：６％以下，Ｖ：１０％以下，Ｃｒ：９％以下，Ｍ
   ｎ：６％以下，Ｎｉ：６．５％以下，Ｚｒ：６．５％以
   下，Ｎｂ：１３％以下，Ｍｏ：１０．５％以下，Ｈｆ：
   ６％以下，Ｔａ：１１％以下，Ｗ：１０％以下，Ｐｄ：
   ６％以下，Ａｇ：３％以下，Ｐｔ：４％以下，Ａｕ：４
   ％以下，Ａｌ：１０％以下，Ｃｕ：４．５％以下，Ｇ
   ａ：７．５％以下，Ｉｎ：６％以下，Ｓｎ：４％以下，
   Ｓｂ：３％以下，Ｐｂ：０．８％以下，Ｂｉ：５．５％
   以下，Ｚｎ：０．３％以下，Ｐ：４．１％以下，Ｓｉ：
   ８．５％以下，Ｇｅ：７％以下，Ｓ：２．５％以下であ
   る。
5. 【請求項５】 Ｂは２％未満（０原子％を含まず）であ
   る請求項４に記載の永久磁石合金。