JP6200730B2 - 希土類鉄系ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、希土類鉄系ボンド磁石の製造方法に関する。

永久磁石は初期減磁による不可逆減磁を避けることができないため、高温で使用される用途においては保磁力の高い磁石材料を選択するか、またはパーミアンス係数を大きくするために磁石の磁化方向の厚みを大きくするなどの方法が行われている。周知のように、近年の電子機器の著しい小型化に対応して、それに使用するＰＭ形ステッピングモータ等も小型化・小径化が進んでいるが、パーミアンス係数を大きくするために磁石の磁化方向の厚みを大きくすることは、モータの小型化を阻害してしまう。

保磁力の高い磁石材料の初期減磁を防止する方法の一つとして、本発明者等は、被着磁物である永久磁石を、そのキュリー温度以上の温度からキュリー温度未満の温度まで降温させつつ、その間、被着磁物に着磁磁界を印加し続ける永久磁石の着磁方法を提案した（特許文献１）。以下、特許文献１による着磁方法をＵＨＭ着磁法（Ultra High Magnetizing processの略称）またはＵＨＭ着磁と称する。この方法によれば、極小径・多極着磁構造の保磁力ｉＨｃが５５７ｋＡ／ｍを超えるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石でも、着磁特性（磁力特性）が高く、かつ着磁品質の良好なリング状永久磁石が得られる。さらに本発明者らは、その際、被着磁物を着磁磁界から取り出す温度が変わると、被着磁物の表面磁束密度が変化すること、その取り出し温度を、被着磁物が組み込まれる電磁デバイスの使用温度上限値あるいは保証温度よりも高い温度に設定すると、着磁と初期減磁が同時に行われ、その後に熱履歴を受けても特性変化が生じないことを見出した（特許文献２）。

特開２００６−２０３１７３号公報 特開２００６−２９４９３６号公報

森井浩一，長谷川文昭（２００８）．Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性ボンド磁石の磁気特性試料 電気製鋼 第７９巻２号，２

特許文献２に記載の着磁方法は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等方性磁石（キュリー温度：約３５０℃）を用いた際に、着磁部温度を任意の温度に調整することによって、１０％程度の範囲内で表面磁束密度の微調整が可能であることを開示している。ところで、ＰＭ形ステッピングモータ等の永久磁石型モータは、モータの出力特性に適したステータの界磁力とロータ磁石の表面磁束密度とを組み合わせる必要がある。

図１は保磁力が７５６ｋＡ／ｍと５９７ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性ボンド磁石のパルス着磁における着磁電圧と表面磁束密度との関係を示している。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末にエポキシ樹脂を２．５ｗｔ％混合後、外径φ２．６ｍｍ×内径１．０ｍｍ×高さ３ｍｍのボンド磁石（成形体密度５．９Ｍｇ／ｍ^３）を作成し、外周から１０極パルス着磁を施した。パルス着磁電圧は３００Ｖ、４５０Ｖおよび６００Ｖとした。なお、パルス着磁電圧６００Ｖの電流密度はおよそ２２ｋＡ／ｍ^２であり、着磁磁界の最大値はおよそ２０００ｋＡ／ｍである。テスラメータを用いて１０極の表面磁束密度ピーク値の平均値を表面磁束密度（ｍＴ）として示した。表面磁束密度のばらつきは極ピーク値の最大値と最小値との差を極ピーク値の平均値で除した値である。また、比較例として保磁力が７１６ｋＡ／ｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等方性ボンド磁石を作成して前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性ボンド磁石と同じ評価を行った。

図１から、保磁力５９７ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石と保磁力７１６ｋＡ／ｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石は、着磁電圧が異なってもほぼ同じ表面磁束密度が得られることがわかる。また、保磁力７５６ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石は、他のボンド磁石よりも表面磁束密度は低くなるが、着磁電圧による表面磁束密度の変化は同じ傾向を示している。一方、保磁力７５６ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石は、パルス着磁電圧が低い場合には表面磁束密度のばらつきが大きくなることがわかる。

図２は、パルス着磁電圧６００Ｖで着磁したボンド磁石を、１５０℃、２１０℃、２７０℃の環境にそれぞれ２０分間暴露したときの表面磁束密度である。図３は、パルス着磁電圧６００Ｖで着磁したボンド磁石の室温（２５℃）における磁束密度を基準とし、１５０℃、２１０℃、２７０℃の環境にそれぞれ２０分間暴露したときの表面磁束密度の減少率である。比較例の保磁力７１６ｋＡ／ｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石は暴露温度２２０℃までの表面磁束密度減少率が１０％程度である。一方、保磁力７５６ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石は、暴露温度１００℃で表面磁束密度がおよそ１０％減少し、暴露温度２２０℃では表面磁束密度が３０％減少する。また、保磁力５９７ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石の表面磁束密度は、暴露温度８０℃で表面磁束密度が１０％減少し、暴露温度２２０℃では表面磁束密度が４０％減少する。図２および図３から、パルス着磁をしたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石はパルス着磁をしたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石と比較して高温暴露での減磁（初期減磁）が大きいことがわかる。

特許文献２に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ等方性磁石へのＵＨＭ着磁法では、表面磁束密度の調整幅は１０％程度の狭い範囲しかなかった。そのため、ＵＨＭ着磁法では要求される永久磁石の磁気特性毎に、磁気特性の異なる界磁力の永久磁石を組み込んだ着磁ヨークを用意する必要があった。また、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石は同程度の保磁力を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等方性磁石と比較して初期減磁が大きく、パルス着磁をしたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石は着磁後に初期減磁のための熱枯らしを行う必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、着磁後の熱枯らし工程が不要であり、永久磁石の表面磁束密度を広い範囲で調整することが可能な初期減磁の少ない希土類鉄系ボンド磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、磁石成分がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末である希土類鉄系ボンド磁石を被着磁物とし、該被着磁物の近傍に着磁用永久磁石を配置し、前記被着磁物を、そのキュリー温度以上、かつ前記着磁用永久磁石のキュリー温度未満の温度から、被着磁物のキュリー温度未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用永久磁石により前記被着磁物に着磁磁界を印加し続けて着磁し、前記被着磁物に加熱を施す工程からの取り出し温度が２１０℃〜２７０℃の範囲であって、前記被着磁物に加熱を施す前記工程が前記着磁の工程のみであることを特徴とする。

本発明では、前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末のキュリー温度が５５０℃以下であることを特徴とする。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性永久磁石は、約５５０℃程度で熱分解する性質をもつため、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性永久磁石の理論上のキュリー温度限界は熱分解温度である５５０℃以下であると考えられる。

また、本発明では、前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末の固有保磁力が８００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末の固有保磁力が８００ｋＡ／ｍ以下であることの根拠としては、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性永久磁石の保磁力が６７０ｋＡ／ｍ〜８００ｋＡ／ｍおよび５５０ｋＡ／ｍ〜６７０ｋＡ／ｍであることを開示する上記非特許文献１に基づく。

また、本発明では、着磁特性の最大値から特性調整できる範囲が５％以上４０％以下であることを特徴とする。また、本発明では、着磁特性の最大値から特性調整できる範囲が１５％以上４０％以下であることを特徴とする。

また、本発明では、希土類鉄系ボンド磁石の多極着磁極数分の表面磁束密度ピーク値の平均値を表面磁束密度とし、その際の極ピーク値の最大値と最小値との差を前記平均値で除した表面磁束密度のばらつきが０．１以下であることを特徴とする。

本発明によれば、着磁後の熱枯らし工程が不要であり、永久磁石の表面磁束密度を広い範囲で調整することが可能な初期減磁の少ない希土類鉄系ボンド磁石が提供されるといった効果を奏する。

保磁力が７５６ｋＡ／ｍと５９７ｋＡ／ｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性ボンド磁石、保磁力が７１６ｋＡ／ｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等方性ボンド磁石の、パルス着磁における着磁電圧と表面磁束密度との関係を示す線図である。 パルス着磁電圧６００Ｖで着磁した図１で示したボンド磁石の着磁後の暴露温度と表面磁束密度の関係を示す線図である。 パルス着磁電圧６００Ｖで着磁した図１で示したボンド磁石の表面磁束密度の減少率を示す線図である。 実施例の試料１〜試料３のボンド磁石のＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）と表面磁束密度の関係を示す線図である。 実施例の試料１、２のＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）と表面磁束密度の減少率の関係を示す線図である。 実施例の試料１におけるＵＨＭ着磁後の暴露温度と表面磁束密度の関係を示す線図である。 実施例の試料２におけるＵＨＭ着磁後の暴露温度と表面磁束密度の関係を示す線図である。 実施例の試料３におけるＵＨＭ着磁後の暴露温度と表面磁束密度の関係を示す線図である。

［１］ＵＨＭ着磁法による着磁特性の評価
試料１として、保磁力７５６ｋＡ／ｍ キュリー温度４９０℃のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末にエポキシ樹脂を２．５ｗｔ％混合後、外径φ２．６ｍｍ×内径１．０ｍｍ×高さ３ｍｍのボンド磁石（成形体密度５．９Ｍｇ／ｍ^３）を作成した。試料２として、保磁力５９７ｋＡ／ｍ キュリー温度４７０℃のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末を用意し、試料１と同様にボンド磁石を作成した。試料３として、保磁力７１６ｋＡ／ｍ キュリー温度３１５℃のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等方性磁石粉末を用意し、試料１と同様にボンド磁石を作成した。

着磁用永久磁石としてＳｍＣｏ焼結磁石（キュリー温度約８５０℃）を用いたＵＨＭ着磁法（被着磁部に印加される磁界２００ｋＡ／ｍ）により試料１から試料３のボンド磁石に１０極着磁を行い、着磁後の取り出し温度を５０℃、８０℃、１２０℃、１５０℃、１８０℃、２１０℃、２４０℃および２７０℃とした際の表面磁束密度を測定した。評価はテスラメータを用いて１０極の表面磁束密度ピーク値の平均値を表面磁束密度（ｍＴ）として示した。表面磁束密度のばらつきは極ピーク値の最大値と最小値との差を極ピーク値の平均値で除した値である。結果を図４に示す。

図４と図１とを比較すると、ＵＨＭ着磁法によるＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石の表面磁束密度は、パルス着磁電圧６００Ｖで着磁したＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石を高温暴露した後の表面磁束密度と同等以上であることがわかる。１０極の表面磁束密度ばらつきは、パルス着磁では最大０．２１であったのに対し、ＵＨＭ着磁法では最大０．１であり、ＵＨＭ着磁法が優れていることがわかる。

また、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）が５０℃のときの表面磁束密度を基準とし、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）を８０℃，１２０℃，１５０℃，１８０℃，２１０℃，２４０℃および２７０℃とした際の表面磁束密度の減少率を図５に示す。

［２］ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）と高温暴露による磁気特性の劣化評価
試料１から試料３のボンド磁石にＵＨＭ着磁法により１０極着磁を行い、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）を５０℃，１５０℃，２１０℃および２７０℃とした。ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）が異なるボンド磁石を室温（２５℃）、１５０℃、２１０℃および２７０℃の環境下で２０分間暴露し、暴露後の磁気特性を測定した。試料１の結果を図６に、試料２の結果を図７に、試料３の結果を図８に示す。

図６および図７から、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石は、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）まで高温暴露されても表面磁束密度が殆ど変化しないことがわかる。このことから、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石をＵＨＭ着磁した場合は、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）と同じ温度の熱枯らしを行った効果が得られていることを示している。一方、図８からＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石は、暴露温度が２１０℃を超えると、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）が暴露温度よりも高い場合でも表面磁束密度の低下が見られる。これはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁粉が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁粉と比較すると、より活性であるため、冶金学的な劣化を生じていることによるものと推察される。

［３］実施例に基づく本発明の優位性
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石は、ＵＨＭ着磁法を行うことにより、ＵＨＭ着磁温度（取り出し温度）と同じ温度で熱枯らし工程を行った場合と同じ効果を得られることは、上記の通りである。永久磁石型モータが使用される電子機器の使用温度上限値あるいは保証温度は、通常８０℃〜１００℃であることから、ＵＨＭ着磁法の被着磁物をＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石とすることで、着磁特性の最大値から特性調整できる範囲が５％以上４０％以下の永久磁石を提供することが可能となる（図５参照）。また、車載用途として用いられる永久磁石型モータの代表的な保証温度は１５０℃であることから、ＵＨＭ着磁法の被着磁物をＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石とすることで、着磁特性の最大値から特性調整できる範囲が１５％以上４０％以下の永久磁石を提供することが可能となる（図５参照）。

Claims (6)

1. 磁石成分がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末である希土類鉄系ボンド磁石を被着磁物とし、該被着磁物の近傍に着磁用永久磁石を配置し、
   前記被着磁物を、そのキュリー温度以上、かつ前記着磁用永久磁石のキュリー温度未満の温度から、被着磁物のキュリー温度未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用永久磁石により前記被着磁物に着磁磁界を印加し続けて着磁し、
   前記被着磁物に加熱を施す工程からの取り出し温度が２１０℃〜２７０℃の範囲であって、前記被着磁物に加熱を施す前記工程が前記着磁の工程のみである
   ことを特徴とする希土類鉄系ボンド磁石の製造方法。
2. 前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末のキュリー温度が５５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の希土類鉄系ボンド磁石の製造方法。
3. 前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等方性磁石粉末の固有保磁力が８００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の希土類鉄系ボンド磁石の製造方法。
4. 着磁特性の最大値から特性調整できる範囲が５％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の希土類鉄系ボンド磁石の製造方法。
5. 着磁特性の最大値から特性調整できる範囲が１５％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の希土類鉄系ボンド磁石の製造方法。
6. 希土類鉄系ボンド磁石の多極着磁極数分の表面磁束密度ピーク値の平均値を表面磁束密度とし、その際の極ピーク値の最大値と最小値との差を前記平均値で除した表面磁束密度のばらつきが０．１以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の希土類鉄系ボンド磁石の製造方法。

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