JPH01171207A - 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 本発明は希土類元素と遷移金属、及びボロンを基本成分
とする永久磁石とその製造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
ーターの周辺末端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る。

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。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（以下、ＴＭ
と略す、）系磁石であるＲ−Ｇｏ系永久磁石や、Ｒ−Ｆ
ｅ−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なわれている。

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

（１）粉末冶金に基づく焼結による方法。

（文献１、文献２） （２）非晶質合金を製造するのに用いる急冷薄体装置で
、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作り、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
ホットプレスで機械的配向処理を行なう方法。　　　　
（文献４、文献５） ここで、 文献１；特開昭５９−４６００８号公報文献２；　Ｍ、
　Ｓａｇａｗａ、　Ｓ、　Ｆｕｊｉｍｕｒａ、　Ｎ、　
Ｔｏｇａｗａ。

Ｈ，Ｙａｍａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｙ、　Ｍａｔｕｕｒａ
；Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ。

Ｖｏｌ、　５５（６）１５　Ｍａｒｃｈ　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６０−１００
４０２号公報次ぎに、上記従来法の詳細について説明す
る。

（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、粉砕する事で適当な粒度の（数μｍ）磁石弁
を得る。磁石粉は成形助材のバインダーと混練され、磁
場中でプレス成形され成形体ができあがる。この成形体
はアルゴン中で１１００℃前後の温度で約１時間焼結さ
れ、室温まで急冷される。その後、６００℃前後の温度
で熱処理をすることにより保磁力が向上する。

（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−Ｔ　Ｍ−Ｂ合金の急冷薄帯を作る。得られた厚
さ約３０μｍの薄帯は直径が１０００Ａ以下の結晶の集
まりであり、脆くて割れ易く、結晶粒は等方向に分布し
ている。このため、磁気的にも異方性は得られず等方向
になっている。

この薄片を適当な大きさに粉砕し、樹脂と混練、プレス
成形する事でボンド磁石が得られる。このとき７　ｔ／
ｃｍ”程度の圧力で約８５体積％の充填が可能である。

（３）の方法は、　（２）で得られた急冷薄帯あるいは
薄帯の片を、真空中あるいは不活性８囲気中で約７００
℃で予備加熱したグラファイトあるいは他の耐熱用のプ
レス型に入れる。該薄片が所望の温度に到達したとき１
軸の圧力が加えられる。

温度圧力は特定しないが、十分な塑性が得られる条件と
して７２５±２５℃、１．４　ｔ／ａｍ２程度が適して
いる。この段階では磁石の磁化容易軸は僅かにプレス方
向に配向しているとはいえ、全体的には等方向である。

２回目のホットプレスは大面積を有する型で行なわれる
。−船釣には７００℃、０．７　ｔ／ａｍ２で数秒間プ
レスする。すると磁石は最初のほぼ１／２になり磁化容
易軸はプレス方向と平行に配向して、磁石は異方性化す
る。、この方法で異方性を有するＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁
石が得られる− 尚、最初のメルトスピニング方で作られる急冷薄帯の結
晶粒は、それが最大の保磁力を示す時の粒径よりも小さ
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が極端に低
下し、実用的な永久磁石にはならない。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述の従来技術を用いることにより、一応Ｒ−ＴＭ−Ｂ
系永久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、合金を粉末にする事が必須であるが
、Ｒ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系合金は酸素に対して非常に活性であ
り、そのため、粉末にするという工程を経ると表面積が
増え、酸化が激しくなり焼結体中の酸素温度はどうして
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材を使用しなけれ
ばならない。これは焼結工程で前もって取り除かれるの
ではあるが、散剤は磁石の中に炭素の形で残ってしまう
。

この炭素はＲ−ＴＭ−Ｂ系磁石の磁気性能を低下させて
しまい好ましくない。

成形助材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
。従って、焼結炉にきれいに並べて入れるのは相当の手
間がかかることも大きな欠点である。

また、異方性の磁石を得るためには磁場中でプレス成形
しなければならず、磁場電源、コイル等の大きな装置が
必要となる。

以上の欠点があるので、−船釣に言って、Ｒ−ＴＭ−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、生産効率も悪くなり、磁石の製造コストが高く
なってしまう。従って、比較的原料の安いＲ−Ｔ　Ｍ−
Ｂ系磁石の長所を生かすことが出来るとは言いがたい。

次に（２）ならびに（３）の方法であるが、これらの方
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よくない
ので温度特性にたいしても、使用する面においても不利
である。

（３）の方法では異方性の磁石が得られるが、ホットプ
レスを２段階に使うので、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。

また、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−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石の製造法を提供すると
ころにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の永久磁石の製造法の第１は希土類元素（但しイ
ツトリウムを含む）と遷移金属、及びボロンを基本成分
とする永久磁石の製造法に於て、少なくとも、前記基本
成分から成る合金を溶解・鋳造する工程、鋳造後最初１
０４〜１０／ｓｅｃの歪速度で、次に１０−４〜１０−
３／ｓｅｃの歪速度で熱間加工する工程とから成る事を
特徴とする永久磁石の製造法であり、その第２は希土類
元素（但しイツトリウムを含む）と遷移金属、及びボロ
ンを基本成分とする永久磁石の製造法に於て、少なくと
も、前記基本成分から成る合金を溶解・鋳造する工程、
鋳造後最初１０す〜１０　／ｓｅｅの歪速度で、次に１
０”〜１０−３／ｓｅｃの歪速度で熱間加工する工程、
ついで２５０℃以上の温度で熱処理を施す工程とから成
る事を特徴とする永久磁石の製造法である。

［作用］ 前記のように従来のＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石の製造方
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、バルク状
態での磁気硬化の研究に着目し、前記希土類元素と遷移
金属、及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充分高い保持力を有することを
知見した。以下この点について説明する。

本発明の製造方法を用いた磁石も、従来技術に置ける（
１）の焼結法を用いた磁石と同様に、その初磁化曲線は
Ｓ　ｍ　Ｃｏ　ｓのように急峻な立ち上がりを示す。こ
のことから保磁力機構そのものはｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ
タイプであることがわかる。このタイプの磁石の保磁力
機構は基本的には単磁区モデルによって説明づけられ、
磁石の保磁力はその結晶粒径に大きく依存する。即ち、
Ｒ−ＴＭ−Ｂ系磁石の主相である、大きな結晶磁気異方
性を有するＲ　２　Ｔ　Ｍ　１ａ　Ｂ化合物相の結晶粒
が大きすぎると、その結晶粒内に磁壁を有するようにな
り、磁化の反転は磁壁の移動により容易に起きて保磁力
は小さくなる。一方、結晶粒がある臨界半径以下になる
と結晶粒は磁壁をもたない単磁区粒子になり、磁化の反
転は回転のみによって進行することになる。

この磁化の回転は磁壁の移動に比べ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。

即ち、充分大きな保磁力を得るためには主相であるＲ　
２　Ｔ　Ｍ　ｔ　ａ　Ｂ化合物相の結晶粒を適切な大き
さにする事が必要である。

この臨界半径はサブミクロンオーダーであるにもかかわ
らず、焼結法に於ける粒径は１０μｍ程度である。これ
は、焼結法の場合鋳造インゴットをいったん粉砕すると
いう工程を経るので、臨界半径に近い粉末を得ようとす
ると表面積が著しく塔太し、焼結体に残留する酸素温度
が増加してしまうために、臨界半径に近い粒径を持つ焼
結体は作製不能と言うことになる。逆に、ｎｕｃｌｉａ
ｔｉｏｎタイプの磁石であるならば、わざわざ鋳造イン
ゴットの粉砕という工程を経ずとも、冷却速度の調整に
より、粗大な柱状晶あるいは等軸晶の成長を抑制し、Ｒ
２Ｔ　Ｍ　＋　ａ　Ｂ化合物相の結晶粒を微細化できる
ならば、充分高い保磁力を得られることになる。

本発明では組成と冷却速度を調整することで、比較的微
細な結晶粒のＲ２Ｔ　Ｍ　１４Ｂ化合物相を有する鋳造
合金が得られ、さらに熱間加工を施すことにより結晶粒
をより微細にかつ配向し、熱処理をするだけでバルク状
態で充分高い保磁力の異方性磁石が得られることを知見
した。これにより前述のような粉砕、焼結といった工程
を経る必要がなくなり、粉末管理の困難さといった生産
性の問題から解放される事になる。

本発明に於ける熱間加工とは冷間加工に対する概念であ
り、塑性加工によって生じる加工歪の大半を加工中に取
り除きながら加工する高温での塑性加工を指す。したが
って、熱間加工中には加工による結晶の微細化と再結晶
による配向、及びそれに続く結晶粒の成長もおこり、こ
れらの現象も熱間加工には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
発明におけるＲ　−Ｔ　Ｍ−Ｂ系合金に於いては５００
℃以上が望ましい。

この熱間加工に於ける歪速度は重要な因子である。歪速
度が速ければ結晶粒の微細化に良好な結果をもたらす一
方結晶粒の配向は不十分になる。

そして、その歪速度が小さければ配向性も良好で割れの
可能性も小さくなるが極度に小さければ生産性が著しく
低下し、結晶粒の成長も起こり始め保磁力の原因である
結晶粒の微細化が困難となる。

そこで、歪速度を加工途中で変化させ、結晶粒の微細化
と配向の両方を満足させる方法を見いだした。すなわち
、最初は比較的大きな歪速度（１０４〜１０／ｓｅｃ）
で加工し、結晶粒の微細化を主に行ない、その後、歪速
度を落して１０−〜１０−”／ｓｅｃで加工し、結晶の
配向を行なう方法である。この歪速度を変化させる時期
は全加工の２０〜８０％までを高速度で、残りを低速度
で行なうのが望ましい。

以下、本発明による永久磁石の好ましい組成範囲につい
て説明する。

希土類金属としては、Ｙ、　　Ｌａ、　　Ｃｅ、　　Ｐ
ｒ。

Ｎｄ、Ｓｍ、ＥｕＳ　Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、
Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが候補として挙げられ、これらの内１
種類、あるいは２種類以上を組み合わせて用いられる。

最も高い磁気特性はＰｒで得られる。従って実用的には
、Ｐｒ、Ｐｒ−Ｎｄ、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎｄ合金等が用いら
れる。遷移金属としてはＦｅ、　　Ｃｏ、　　Ｎｉ、　
　Ｃｕ、　　等が候補として挙げられ、これらの内１種
類、あるいは２種類以上を組み合わせて用いられる。ま
た、小量の添加元素、例えば重希土類のＤｙ、’ｒｂ等
や、Ａ１、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｇａ等は保磁力の向上に有効で
ある。

Ｒ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石の主相はＲ２Ｔ　Ｍ　＋　ａ
　Ｂ化合物相である。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、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８〜２５原子
％が適当である。

ＢはＲ２Ｔ　Ｍ　＋　ａ　Ｂ化合物相を形成するための
必須元素であり、２原子％以下では菱面体のＲ−ＴＭ系
になるために高い保磁力は望めない。また、２日原子％
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
却を施さない限り微細なＲ２Ｔ　Ｍ　＋　４Ｂ化合物相
を得ることが出来ず、適切な保磁力が得られない。

Ａ１．Ｇａ等は保磁力増大の効果を示す。しかしながら
、Ａ１やＧａ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、Ａ１では１５原子％を越え
ると、Ｇａでは６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Ａ１の添加量は１５原子
％以下、Ｇａは６原子％以下がよい。

［実施例］ 第１図に本発明によるＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造法
の工程図を示す。また、第１表に作製した合金の組成を
示す。

第１表 第１表の組成となるように、希土類、遷移金属およびボ
ロンを秤量し、誘導加熱炉で溶解し、鋳造する。ついで
磁石に磁気異方性を付与するために熱間加工を施す。本
実施例ではホットプレスを使用した。

適当な大きさに切り出した鋳造インゴットをカーボンの
ダイに入れ、１０００℃に加熱する。所望の温度に達し
たら、歪速度的１０−’／ｓｅｃで加工する。加工度が
６０％に達したところで、歪速度を落し、１０−’／ｓ
ｅｃの歪速度でプレスした。その結果を表２に示す。比
較例として同組成で歪速度を約１０−’／ｓｅｃ、およ
び約１０−’／ｓｅｃと一定にした時の磁気性能も併せ
て示す。歪速度を変化させた効果が分かる。

第２表 ［発明の効果］ 以上のごとく、本発明の永久磁石の製造法によれば、鋳
造インゴットを粉砕・焼結という工程を経ることなく熱
処理、および低速と高速の熱間加工を併用するだけで十
分な保磁力が得られ、高い磁気性能の異方性の磁石が得
ることが出来る。これにより従来のＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永
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という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造法
の工程図である。 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 出願人　株式会社神戸製鋼所　　　　　２．−代理人　
弁理士　最　上　　務　化１名　−７ｒ゛・（−二）′
・′

Claims (2)

【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）と遷移金
   属、及びボロンを基本成分とする永久磁石の製造法に於
   て、少なくとも、前記基本成分から成る合金を溶解・鋳
   造する工程、鋳造後最初１０＾−＾１〜１０／ｓｅｃの
   歪速度で、次に１０＾−＾４〜１０＾−＾３／ｓｅｃの
   歪速度で熱間加工する工程とから成る事を特徴とする永
   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）と遷移金
   属、及びボロンを基本成分とする永久磁石の製造法に於
   て、少なくとも、前記基本成分から成る合金を溶解・鋳
   造する工程、鋳造後最初１０＾−＾１〜１０／ｓｅｃの
   歪速度で、次に１０＾−＾４〜１０＾−＾３／ｓｅｃの
   歪速度で熱間加工する工程、ついで２５０℃以上の温度
   で熱処理を施す工程とから成る事を特徴とする永久磁石
   の製造法。