JPH01161802A - 永久磁石の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、希土類（ただしイツトリウムを含む）鉄及び
ボロン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、一般家庭の各種電機製品から大型コンピュ
ーターの周辺末端機器まで幅広い分野で使用されている
重要な電機、電子材料の−っである。

最近の電ｉ製品の小型化、効能重化の要求にともない、
永久磁石も益々高性能かが求められている。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、ハー
ドフェライト及び希土類−遷移金属系磁石である。特に
希土類（以下Ｒと略す）−遷移金属系磁石であるＲ−Ｃ
ｏ系永久磁石やＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、高い磁気性
能が得られるので従来から多くの研究開発が行われてい
る。

従来、これらＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の製造方法に関し
ては以下の文献に示すような方法がある。

（１）粉末冶金法に基づく焼結による方法。

（文献１、文献２） （２）アモルファス合金を製造するのに用いる急冷薄帯
製造装置で、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片をつくり、そ
の薄片を樹脂結合法で磁石にするメルトスピニング法に
よる急冷薄片を用いた樹脂結合方法、（文献３、文献４
） （３）上記（２）の方法で使用した急冷薄片を２段階の
ホットプレス法で機械的配向処□理を行う方法。（文献
４、文献５） ここで、 文献１：特開昭５９−４６００８号公報文献２　：　Ｍ
、　Ｓａ３ａｗａ、　Ｓ、　Ｆｕｊｉｍｕｒａ、　Ｎ、
　Ｔｏｇａｗａ。

Ｈ，Ｙａｍａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｙ、　Ｍａｓｔｕｕｒ
ａ；　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　　Ｐｈｙｓ。

Ｖａｔ、　５５（６）１５　Ｍａｒｏｈ　１９８４　ｐ
２０８３文献３：特開昭５９−２１１５４９号公報文献
４：　Ｒ，Ｗ、　Ｌｅｅ；　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　
Ｌｅｔｔ、　Ｖｏｌ、　４６（８）１５　Ａｐｒｉｌ　
１９８５　ｐ７９０文献５：特開昭６０−１００４０２
号公報次ぎに上記の従来方法について説明する。

先ず（１）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）磁石粉を
得る。磁石粉は形成助材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できあがる。成形体はア
ルゴン中で１１００℃前後の温度で約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
度で熱処理することにより更に保磁力が向上させる。

（２）のメルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹
脂結合方法では、先ず急冷薄帯製造装置の最適な回転数
でＲ−Ｆｅ−Ｂ合金の急冷薄帯を作る。得られた厚さ３
０μｍのリボン状薄帯は、直径が１００ＯＡ以下の結晶
の集合体であり、脆くて割れ易く、結晶粒は等方向に分
布しているので、磁気的にも等方向である。この薄帯を
適当な粒度に粉砕して、樹脂と混練してプレス成形すれ
ば７ｔｏｎ／ｃｍ２程度の圧力で、約８５体積％の充填
が可能となる。

（３）の製造方法は、始めにリボン状の急冷薄帯あるい
は薄帯の片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で約７０
０℃で予備加熱したグラファイトあるいは他の耐熱用の
プレス型にいれる。該リボンが所望の温度に到達したと
き一軸性の圧力が加えられる。温度、圧力は特定しない
が、充分な波性が出る条件として温度Ｔ＝７２５±２６
℃、圧力Ｐ〜１．　４ｔｏｎ／ｃｍ２程度が適している
。この段階では磁石は僅かにプレス方向に配向している
とはいえ、全体的には等方性である０次のホットプレス
は、大面積を有する型で行われる。最も一般的には７０
０℃で０．７ｔｏｎ／ｃｍ２で数秒間プレスする。する
と試料は最初の１７２になりプレス方向と平行に配向し
て、合金は異方性化する。これらの工程による方法は二
段階ホットプレスと呼ばれている。この方法により　密
で異方性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂを得るものである。

尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン薄帯の
結晶粒は、それが最大の保磁力を示すときの粒径よりも
小さめにしておき、後のホットプレス中に結晶粒の粗大
化が生じて最適の粒径になるようにしておく。

しかし、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＋Ｈａが極
端に低下し、実用的な永久磁石にはならない。

［発明力１解決しようとする間届点］ 叙上の従来技術で一応Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は製造できる
が、これらの製造方法には次のような欠点を有している
。

（１）の焼結法は、合金を粉末にするのが必須であるが
、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金は大変酸素に対して活性であるの
で、粉末化すると表面積が増え酸化が激しくなり、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、例えばステアリン酸亜鉛のよう
な成形助剤を使用しなければならず、これは焼結工程で
前もフて取り除かれるのではあるが、数割は磁石の中に
炭素の形で残ってしまう。この炭素は著しくＲ−Ｆｅ−
Ｂ系磁石の磁気性能を低下させてしまい好ましくない。

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
体と言われる。これは大変脆く、ハンドリングが難しい
。従フて焼結炉にきれいに並へて°　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、−船釣に言って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、生産効率が悪く、結局磁石の製造コストが高
くなフてしまう、従って、比較的原料の安いＲ−ｖｅ−
Ｂ系磁石の長所を活かすことができる方法とは言い難い
。

次に（２）ならび（３）の方法は、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）の方法では原理的に等方性であるので、低いエネ
ルギー積であり、ヒステリシスループの角形性も良くな
いので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大変に非
効率にな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℃以上では結晶の粗大化が著しく
、それによフて保磁力ＩＨ，が極端に低下し、実用的な
永久磁石にはならない。

本発明は、以上の従来技術の欠点を解決するものであり
、その目的とするところは溶解、鋳造工程を基本工程と
し、熱処理、熱間加工を併用することにより高性能且つ
低コストなＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の製造方法を提供す
゛ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の永久磁石の製造方法の第１は希土類元素（但し
イツトリウムを含む）、鉄及びボロンを基本成分とする
磁石の製造法において、少なくとも、前記基本成分から
なる合金を溶解及び１４００〜１６００℃の範囲で鋳造
する工程、鋳造後熱処理する工程とからなる°ことを特
徴とする永久磁石の製造法であり、第２の方法は、希土
類元素（但しイツトリウムを含む）、鉄及びボロンを基
本成分とする磁石の製造法において、少なくとも、前記
基本成分からなる合金を溶解及び１４００〜１６００℃
の範囲で鋳造する工程、鋳造後熱間加工する工程、次い
で熱処理する工程とからなることを特徴とする永久磁石
の製造法であり、第３の方法は、希土類元素（但しイツ
トリウムを含む）、鉄及びボロンを基本成分とする磁石
の製造法において、少なくとも、前記基本成分からなる
合金を溶解及び１４００〜１６００℃の範囲で鋳造する
工程、鋳造後熱間加工する工程と前記鋳造合金に水素を
吸蔵させ粉砕す志工程と、次いで粉砕された合金の粉末
を有機バインダーと共に混練し加圧成形する工程からな
ることを特徴とする永久磁石の製造法である。

［作用コ 前記のように従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法であ
る焼結法、急冷法はそれぞれ粉砕による粉末管理の困難
さ、生産性の悪さといった大きな欠点を有している。

本発明者等は、これらの欠点を改良するために、バルク
の状態での磁石化の研究に着目し、先ず、前記希土類元
素、鉄およびボロンを基本成分とする磁石の組成域で、
鋳造後熱処理を施すだけで高い保磁力を有すること、ま
た、鋳造インゴットが熱間加工により異方性化ができ、
更にこの鋳造インゴットを粉砕、粉末化し、有機バイン
ダーと混練、硬化させて樹脂結合型磁石を得ることがで
きることを知見した。

本発明における熱間加工による異方性化は、前記文献４
に示すような急冷法のような２段階でなく、１段階のみ
でよく、バルクのまま加工できるので生産性は著しく高
い。また鋳造インゴットを粉砕する必要がないので、焼
結法のように厳密な雰囲気管理を行う必要はなく、設備
費が大きく低減される。

更に樹脂結合磁石においても、急冷法による磁石のよう
に原理的に等方性であるといった問題点がなく異方性の
樹脂結合磁石が得られ、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の高性能、低
コストという特徴を活かすことができる。

従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の組成は、文献２に示される
ようなＲＩＦＦ’ｅ？？１３１１が最適とされていた。

この組成は主相Ｒ２Ｆｅ、、Ｂ化合物を原子百分率にし
た孔成ＲＩ＋、７Ｆ　ｅ８２．４Ｅ３６．９に比へてＲ
，Ｂ、に富む側に移行している。このことは保磁力を得
る為には、主相だけでなくＲリッチ相、Ｂリッチ相とい
う非磁性相が必要であるという点から説明されている。

ところが本発明による組成では逆にＢが少ない側に移行
したところに保磁力のピーク１値が存在する。この組成
域では、焼結法の場合、保磁力が激減するので、これま
で余り問題にされていなかフた。しかし、本発明の方法
ではむしろこの組成域が高い保磁力が得られ、また、熱
間加工を施すことによってさらに高い保磁力が得られて
いる。

これらの点は以下のように考えられる。焼結法を用いて
も、本発明の方法を用いても動磁化曲線がＳｍＣｏ５の
ように急峻な立ち上がりを示すことから、保磁力機構そ
のものはｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌに従ってい
ることがわかる。このタイプの磁石の保磁力は基本的に
は単磁区モデルによっていることが知られている。即ち
、大きな結晶磁気異方性を有するＲ２Ｆｅ１４Ｂ化合物
相が大き過ぎると、粒内に磁壁な有するようになるので
、磁化の反転は磁壁の移動によって容易におきて保磁力
は小さくなる。一方、その結晶粒が小さくなフて、ある
大きさ以下になると磁壁を有しなくなるので、磁化の反
転は回転のみによって進行する。この磁化の反転は磁壁
の移動に比へ、大きなエネルギーを必要とするので、大
きな保磁力が得られることになる。

つまり適切な保磁力を得るためには、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ化
合物相を適切な大きさにすることが必要である。

この大きさとしては１０μｍ前後が適当であり、焼結タ
イプの場合、焼結前の粉末粒度の調整によってこの大き
さを適合させている。

一方、本発明である鋳造と熱間加工を組み合わせた方法
では、Ｒ２Ｆｅ、、Ｂ化合物相の大きさは初めに、鋳造
段階の溶湯から凝固する段階で決定されるが、熱間加工
によって結晶粒が微細化されるので、磁石の最終の結晶
粒の大きさは熱間加工の処理条件を選定することによっ
て調監することができ、充分な保磁力を作り出すことが
できる。

次に、樹脂結合化であるが、前記文献４の急冷法でも可
能ではあるが、急冷法で作製される粉末はその結晶粒径
が１００ＯＡ以下の等方向な多結晶体であり、そのため
磁気的にも等方向なので異方性磁石はできず、°Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系の低コスト、高性能という特徴が活せない。本
方法の場合、水素吸蔵による機械的歪の小さな粉砕を行
えば、保磁力がかなり維持できるので樹脂結合化を行う
ことが可能となる。本方法の最大のメリットは急冷法の
場合と異なり、異方性の樹脂結合磁石ができる点にある
。

以下、本発明による永久磁石の好ましい組成範囲、およ
び製造条件について説明する。

希土類としては、ＹＳＬａ、　　Ｃｅ、　　Ｐｒ、　　
Ｎｄ。

Ｓｒｎ、　Ｅｕ、　　Ｇｄ、　　Ｔｂ、　Ｄｙ、　Ｈａ
、Ｅｒ。

ＴｍＳ　Ｙｂ％　Ｌｕが候補として挙げられ、これらの
うちの１種類、或は１種類以上を組み合わせて用いられ
る。最も高い磁気性能はＰｒで得られる。

従フて実用的にはＰｒ、、Ｐｒ−Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ
−Ｎｄ合金等が用いられる。また、少量の添加元素、例
えば正希土類元素のＤｙ、’ｒｂ等や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等は保磁力の向上に有効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２Ｆｅ＋４Ｂである。

従って、Ｒが８原子％未満ではもはや上記化合物を形成
せず、α−Ｆｅと同一構造の立方晶組織となるため高い
磁気性能は得られない。一方、Ｒが３０原子％を越える
と非磁性のＲリッチ相が多くなり磁気特性は著しく低下
する。従ってＲの範囲は８〜３０原子％が適当である。

しかし、鋳造磁石とするため、好ましくはＲは８〜２５
原子％が適当である。

ＢはＲ２Ｆｅ、４Ｂ相を形成するための必須元素であり
、２原子％未満では菱面体のＲ−Ｆｅ系になるために高
い保磁力は墾めない。また、２８原子％を越えるとＢを
含む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低下し
てくる。しかし、鋳造磁石としては好ましくはＢは８原
子％以下がよく、それ以上では特殊な冷却を施さないか
ぎり、微細なＲ２Ｆｅ７．Ｂ相を得ることができず、適
切な保磁力が獲られない。

Ｃｏは水系磁石のキュリー点を増加させるのに有効な元
素であり、基本的にＲ２Ｆｅ１．Ｂ相のＦｅのサイトを
置換し、Ｒ２（Ｆ　ｅ　Ｃｏ）　＋４Ｂ相を形成するの
だが、この化合物は結晶異方性磁界が小さく、その量が
増すにつれて磁石全体としての保磁力は小さくなる。そ
のため永久磁石として考えられる１ｋＯｅ以上の保磁力
を与え、るには６０原子％以内が良い。

ＡＩは、保磁力の増大効果を示す。しかしながらＡＩは
非磁性元素であるためその添加量を増すと残留磁束密度
が低下し、１５原子％を越えるとハードフェライト以下
の残留磁束密度になってしまうので、希土類磁石として
の目的を果たし得ない。よってＡＩの添加量は１５原子
％以下がよい。

本発明において、鋳造時における溶湯の温度は合金の結
晶粒径に大きく影響する因子である。この温度が１２０
０℃以下では溶湯の粘性が高過ぎるため、欠陥の少ない
合金を作ることは難しい。

また、鋳型面と充分な温度勾配を持たないために微細な
結晶粒が得られない。一方、１７００℃以上では、鋳型
中央部の冷却が充分でないため結晶の微細化が充分でき
ない、また、溶湯がるつぼと反応を起こしてしまう可能
性もある。

従って、本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金では鋳込み温度の
範囲は１３００〜１６００℃が適当である。しかし、鋳
造磁石とするため、好ましい鋳込み温度は１４００〜１
６００℃の範囲である。

また、本発明において、熱間加工とは試料を加熱し、高
温状態で型性加工を施す加工法であり、紐性加工によっ
て生じる加工歪の大半を加工中に取りに除きながら加工
することができる。従って、熱間加工中には、再結晶に
よる結晶粒の微細化、およびそれに続く結晶粒の成長も
起こり、これらの現象も熱間加工に含ま゛れることは明
かである。

熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好ましくは５００
℃以上である。

［実施例コ 本発明によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の製造法の工程図
を第１図に示す。また、第１表に作製した希土類元素と
鉄とボロンな主成分とする永久磁石合金の組成を示す。

第１表 先ず、第１図のように所望の組成の合金をＡｒ雰囲気中
で高周波誘導加熱炉を用いて溶解する。

各（Ｉ鋳型に各温度で鋳造し、微細な柱状晶を形成せし
め、鋳造インゴットとする。

続いて、鋳造インゴットを磁気的に硬化させるために、
１０００℃、２４時間の熱処理を施す。

鋳造タイプのものは、この段階で切削、新訂を施すこと
によって柱状晶の異方性を利用した異方性磁石が得られ
る。

また、異方性タイプの場合は、鋳造後熱間加工を施し、
前述と同様の熱処理を行い、切削、新暦をすることで異
方性磁石を得ることができる。

本実施例では、熱間加工にホットプレスを用いた。この
時の加工温度は１０００℃である。

鋳込み温度を１３００〜１７００’Ｃまて変えた時の各
組成における鋳造タイプ磁石の磁気特性をを第２表に示
す。同様に鋳込み温度を変えたときの、各組成における
熱間加工を施した異方性タイプ磁石の磁気特性を第３表
に示す。

第２表 第３表 これから解るように、鋳造タイプにおいても熱間加工タ
イプにおいても、鋳込み温度１５００℃をピークに１４
００〜１６００℃の範囲で良い特性の磁石が得られてい
る。

樹脂結合タイプの磁石の場合、本発明による、Ｒ−Ｆｅ
−Ｂ系合金を１５００℃で鋳込み、この鋳造インゴット
を熱間加工後、室温で、圧力１０〜２０ａｔｍの条件下
で水素ガスを吸蔵し、１０−’Ｔｏｒｒの真空下で脱水
素を繰り返し行うことでインゴットを粉砕する。

粉砕後の粉末を有機バインダーとしてエポキシ樹脂を４
重量％添加し混練し、１０ｋＯｅの磁場中で加圧形成を
行った。　以上の結果を第４表に示す。

第４表 ［発明の効果コ 紙上の如く、本発明の永久磁石の製造方法によれば、鋳
造インゴットを粉砕、焼結する過程を経ることなく、熱
処理を施すだけで、バルク状態のまま、高性能、かつ低
コストの永久磁石を得ることができ、永久磁石の生産工
程を大幅に削減することができ、永久磁石の生産性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金磁石の製造工程図
である。 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類元素（但しイットリウムを含む）、鉄及び
   ボロンを基本成分とする磁石の製造法において、少なく
   とも、前記基本成分からなる合金を溶解及び１４００〜
   １６００℃の範囲で鋳造する工程、鋳造後熱処理する工
   程とからなることを特徴とする永久磁石の製造法。
2. （２）希土類元素（但しイットリウムを含む）、鉄及び
   ボロンを基本成分とする磁石の製造法において、少なく
   とも、前記基本成分からなる合金を溶解及び１４００〜
   １６００℃の範囲で鋳造する工程、鋳造後熱間加工する
   工程、次いで熱処理する工程とからなることを特徴とす
   る永久磁石の製造法。
3. （３）希土類元素（但しイットリウムを含む）、鉄及び
   ボロンを基本成分とする磁石の製造法において、少なく
   とも、前記基本成分からなる合金を溶解及び１４００〜
   １６００℃の範囲で鋳造する工程、鋳造後熱間加工する
   工程と前記鋳造合金に水素を吸蔵させ粉砕する工程と、
   次いで粉砕された合金の粉末を有機バインダーと共に混
   練し加圧成形する工程からなることを特徴とする永久磁
   石の製造法。