JP2893705B2 - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

永久磁石の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、機械的配向による磁気異方性を有する永久
磁石の製造方法、特にR(ただしRはYを含む希土類元
素のうち少なくとも1種),Fe,Bを基本成分とする永久
磁石の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 永久磁石は、一般家庭の各種電気製品から大型コンピ
ューターの周辺端末機器まで、幅広い分野で使用されて
いる重要な電気・電子材料の一つであり、最近の電気製
品の小型化、高効率化の要求にともない、永久磁石も益
々高性能化が求められている。
永久磁石は、外部から電気的エネルギーを供給しない
で磁界を発生するための材料であり、保磁力が大きく、
また残留磁束密度も高いものが適している。
現在使用されている永久磁石のうち代表的なものはア
ルニコ系鋳造磁石、フェライト磁石及び希土類−遷移金
属系磁石であり、特に希土類−遷移金属系磁石であるR
−Co系永久磁石やR−Fe−B系永久磁石は、極めて高い
保磁力とエネルギー積を持つ永久磁石として、従来から
多くの研究開発がなされている。
従来、これらR−Fe−B系の高性能異方性永久磁石の
製造方法には、次のようなものがある。
(1)まず、特開昭59−46008号公報やM.Sagawa,S.Fuji
mura,N.Togawa,H.Yamamoto and Y.Matsu−ura;J.Appl,P
hys.Vol.55(6),15 March 1984,p2083等には、原子百
分比で8〜30%のR(ただしRはYを含む希土類元素の
少なくとも1種)、2〜28%のB及び残部Feからなる磁
気異方性焼結体であることを特徴とする永久磁石が粉末
治金法に基づく焼結によって製造されることが開示され
ている。
この焼結法では、溶解・鋳造により合金インゴットを
作製し、粉砕して適当な粒度(数μm)の磁性粉を得
る。磁性粉は成形助剤のバインダーと混練され、磁場中
でプレス成形されて成形体が出来上がる。成形体はアル
ゴン中で1100℃前後の温度1時間焼結され、その後室温
まで急冷される。焼結後、600℃前後の温度で熱処理す
る事により永久磁石はさらに保磁力を向上させる。
また、この焼結磁石の熱処理に関しては特開昭61−21
7540号公報、特開昭62−165305号公報等に、多段熱処理
の効果が開示されている。
(2)特開昭59−211549号公報やR.W.Lee;Appl.Phys.Le
tt.Vol.46(8),15 April 1985,p790には、非常に微細
な結晶性の磁性相を持つ、メルトスピニングされた合金
リボンの微細片が樹脂によって接着されたR−Fe−B磁
石が開示されている。
この永久磁石は、アモルファス合金を製造するに用い
る急冷薄帯製造方法で、厚さ30μm程度の急冷薄片を作
り、その薄片を樹脂と混練してプレス成形することによ
り製造される。
(3)特開昭60−100402号公報やR.W.Lee;Appl.Phys.Le
tt.Vol.46(8),15 April 1985,p790には、前記(2)
の方法で使用した急冷薄片を、真空中あるいは不活性雰
囲気中で2段階ホットプレス法と呼ばれる方法で緻密で
異方性を有するR−Fe−B磁石を得ることが開示されて
いる。
(4)特開昭62−276803号公報には、R(ただしRはY
を含む希土類元素のうち少なくとも1種)8〜30原子
%,B2〜28原子%,Co50原子%以下,Al15原子%以下、及
び残部が鉄及びその他の製造上不可避な不純物からなる
合金を溶解・鋳造後、該鋳造インゴットを500℃以上の
温度で熱間加工することにより結晶粒を微細化しまたそ
の結晶軸を特定の方向に配向せしめて、該鋳造合金を磁
気的に異方性化することを特徴とする希土類−鉄系永久
磁石が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] 叙上の(1)〜(4)の従来のR−Fe−B系永久磁石
の製造方法は、次のごとき欠点を有している。(1)の
永久磁石の製造方法は、合金を粉末にすることを必須と
するものであるが、R−Fe−B系合金はたいへん酸素に
大して活性を有するので、粉末化すると余計酸化が激し
くなり、焼結体中の酸素濃度はどうしても高くなってし
まう。
また粉末を成形するときに、例えばステアリング酸亜
鉛の様な成形助剤を使用しなければならず、これは焼結
工程で前もって取り除かれるのであるが、成形助剤中の
数割は、磁石体の中た炭素の形で残ってしまい、この炭
素は著しくR−Fe−B磁石の磁気性能を低下させ好まし
くない。
成形助剤を加えてプレス成形した後の成形体はグリー
ン体と言われ、これは大変脆く、ハンドリングが難し
い。従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当
の手間が掛かることも大きな欠点である。
これらの欠点があるので、一般的に言ってR−Fe−B
系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばか
りでなく、その製造方法は生産効率が悪く、結局磁石の
製造コストが高くなってしまう。従って、比較的原料費
の安いR−Fe−B系磁石の長所を活かすことが出来な
い。
次に(2)並びに(3)の永久磁石の製造方法は、真
空メルトスピニング装置を使用するが、この装置は、現
在では大変生産性が悪くしかも高価である。
(2)の永久磁石は、原理的に等方性であるので低エ
ネルギー積であり、ヒステリシスループの角形性も悪
く、温度特性に対しても、使用する面においても不利で
ある。
(3)の永久磁石を製造する方法は、ホットプレスを
二段階に使うというユニークな方法であるが、実際に量
産を考えると非効率であることは否めないであろう。
更にこの方法では、高温例えば800℃以上では結晶粒
の粗大化が著しく、それによって保磁力iHcが極端に低
下し、実用的な永久磁石にはならない。
(4)の永久磁石を製造する方法は、粉末工程を含ま
ず、ホットプレスも一段階でよいために、最も製造工程
が簡略化されるが、形状の自由度が小さくプレート状以
外の形状を得ることは難しいという問題があった。
本発明は、以上の従来技術の欠点特に(4)の永久磁
石の形状の自由度の欠点を解決するものであり、その目
的とするところは、任意の形状が得られる高性能かつ低
コストな永久磁石の製造方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、R(ただしRはYを含む希土類元素のうち
の少なくとも1種)、FeおよびBを基本成分とする合金
を溶解・鋳造し、得られた鋳造インゴットを500〜1100
℃の温度で熱間加工し、次いで、該鋳造インゴットが破
壊を生じないような条件として温度300〜1000℃かつ加
工荷重1.0〜10.0kg/mm2で曲げ加工を施すことを特徴と
する永久磁石の製造方法である。
また、前記曲げ加工における曲げ半径Rが30〜150mm
であるのが好ましい。
また、前記熱間加工における最終加工度が75〜80%で
あるのが好ましい。
また、前記熱間加工は、鋳造インゴットをカプセルに
入れた状態で行われるのが好ましい。
また、更なる高保磁力化、高性能化のために、曲げ加
工後、温度250〜1100℃で熱処理することが好ましい。
次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] [実施例1] まずアルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、Pr17Fe
76.5B5Cu1.5なる組成の合金を溶解し、次いで鋳造し
た。この時、希土類、鉄及び銅の原料としては99.9%の
純度のものを用い、ボロンはフェロボロンを用いた。
次ぎに、この鋳造インゴットをアルゴン雰囲気中、10
00℃において、加工度80%までホットプレスした。この
時のプレス圧力は0.2〜0.8ton/cm2であり、歪速度は10
-3〜10-4/secであった。
またこの熱間加工時においては、合金の押される方向
に平行になるように結晶の磁化容易軸は配向した。
この後、1000℃において24時間の熱処理を施した後、
切断、研磨されて磁気特性が測定された。
この磁石の磁気特性及びその他の諸特性値を、比較例
として、前述の従来法における(1)の焼結磁石(Nd15
Fe77B8)と(3)の永久磁石(Nd13Fe82.64.4)にお
ける値と共に第1表に示す。
なお、磁気特性はすべて最大印加磁界25kOeでB−H
トレーサーを用いて測定した。
第1表に示すごとく、本実施例による磁石(曲げ加工
前)は、従来の(1)の永久磁石と(3)の永久磁石に
比較して磁気特性は劣らず着磁性は優れていることは明
かである。
本願発明の永久磁石は、従来の(1)の焼結磁石と
は、O,C含有量及び空孔率が異なり、また従来の(2)
の永久磁石とは、結晶粒径が異なり、着磁性が優れてい
る。
次にこの3種類の磁石(20mm×20mm×5mm)に対して6
00℃において、2kg/mm2の荷重でR=50mmのかわら状と
なるよう曲げ加工を行なった。
この結果、本実施例の磁石は、容易かつ良好に加工が
でき、その磁気特性は曲げ加工前と同等であったが、比
較例1及び2の磁石は加工中に割れてしまった。
[実施例2] 実施例1と同様に、アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を
用いて、Pr15Fe81B4なる組成の合金を溶解し、次いで鋳
造した。
この時、希土類及び鉄の原料としては、実施例1と同
様に99.9%の純度のものを用い、ボロンはフェロボロン
を用いた。
次ぎに、この鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、脱気し、密封した。これに950℃で加工度30%の熱
間圧延を空気中で4回行い、最終的に加工度が76%にな
るようにした。
そしてこの圧延インゴットは800℃において荷重3.5kg
/mm2によってR=150mmのリング状に曲げ加工された。
このリング状磁石はラジアル異方性となっている。
その次には、900℃において2時間の熱処理が施され
た。このリングからラジアル方向に切り出したサンプル
の磁気特性を熱処理の前後に対して第2表に示す。
第2表に示すごとく熱処理により磁気特性、特に保磁
力と最大エネルギー積が向上することは明らかである。
[実施例3] Pr15Fe78B5.5Cu1.5なる組成の合金を実施例1及び2
と同様に、溶解・鋳造し鋳造インゴットを得た。
次ぎに、この鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、密封した。これに1000℃の熱間圧延を空気中におい
て行い、最終的に加工度が76%になるようにした。
こうして得られた60mm×700mm×10mmのプレート状磁
石を200℃から1100℃迄の様々な温度でR=100mmのリン
グ状に荷重2.0kg/mm2をもって曲げ加工した。
第3表に加工の成否と500℃×1時間の熱処理後の磁
気特性を示す。また第4表に同じサンプルを300℃にお
いて加工の荷重を変えたときの加工の成否を、第5表に
1000℃に於いて加工の荷重を変えたときの加工の成否を
示す。
この結果から300〜1000℃の温度域において磁気特性
を損ねることなく曲げ加工できることは明かである。
[4] 第6表に示す組成の合金を実施例1〜3と同様に、溶
解・鋳造した。また用いた原料も同様の純度のものを用
いた。
次に、これらの鋳造インゴットをアルゴン雰囲気中、
950℃において、加工度75%までホットプレスした。
そして、それぞれ第6表に示すところのT2において実
施例1と同じ加工荷重で曲げ加工を行い、R=30mmのか
わら状磁石とした。
第6表に示すところの各合金組成のかわら状磁石に対
して、熱処理(600℃×1時間)の後の磁気特性を第7
表に示す。
以上の実施例から、R(ただしRはYを含む希土類元
素のうち少なくとも1種),Fe,Bを基本成分とする永久
磁石は、500〜1100℃の熱間加工により異方性化され、3
00〜1000℃、加工荷重1.0〜10.0kg/mm2における曲げ加
工により、破壊を生じることなく形状を自由に整え250
〜1100℃の熱処理により高保磁力を示し、(BH)maxが1
2.1MGOe以上、特に20.5MGOe以上と高く、30MGOeを超え
るものもあることが確認された。
[発明の効果] 叙上のごとく本発明の永久磁石の製造方法は、次のご
とき効果を持つ。
(1)c軸配向率を高めることができ、残留磁束密度Br
を著しく高めることができ、結晶粒を微細化することに
より保磁力iHcを高めることができ、最大エネルギー積
(BH)maxを格段に向上させることが出来た。
(2)製造プロセスが簡単なのでコストが安い。
(3)磁石中のO2濃度が低い。
(4)従来の焼結法と比較して、加工工数及び生産投資
額を著しく低減させることが出来る。
(5)従来のメルトスピニング法による磁石の製造方法
と比較して、高性能でしかも低コストの磁石を作ること
が出来る。
(6)従来の熱間加工磁石では困難であった形状の磁石
を製造できる。
フロントページの続き (72)発明者 下田 達也 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 河合 伸泰 兵庫県神戸市須磨区北落合5―15―29 (56)参考文献 特開 昭63−285909(JP,A) 特開 昭63−185007(JP,A) 特開 昭61−247008(JP,A) 特開 昭63−289905(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 1/04 - 1/059 H01F 41/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】R(ただしRはYを含む希土類元素のうち
    の少なくとも1種)、FeおよびBを基本成分とする合金
    を溶解・鋳造し、得られた鋳造インゴットを500〜1100
    ℃の温度で熱間加工し、次いで、該鋳造インゴットが破
    壊を生じないような条件として温度300〜1000℃かつ加
    工荷重1.0〜10.0kg/mm2で曲げ加工を施すことを特徴と
    する永久磁石の製造方法。
  2. 【請求項2】前記曲げ加工における曲げ半径Rが30〜15
    0mmである請求項1に記載の永久磁石の製造方法。
  3. 【請求項3】前記熱間加工における最終加工度が75〜80
    %である請求項1または2に記載の永久磁石の製造方
    法。
  4. 【請求項4】前記熱間加工は、鋳造インゴットをカプセ
    ルに入れた状態で行われる請求項1ないし3のいずれか
    に記載の永久磁石の製造方法。
  5. 【請求項5】曲げ加工後、温度250〜1100℃の熱処理す
    る請求項1ないし4のいずれかに記載の永久磁石の製造
    方法。
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