JPH01171219A

JPH01171219A - 永久磁石の製造法

Info

Publication number: JPH01171219A
Application number: JP33139887A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yamagami; 利昭山上; Nobuyasu Kawai; 河合　伸泰
Original assignee: Seiko Epson Corp; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Seiko Epson Corp; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1989-07-06
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JP2579787B2

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］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％ｚ
Ｘ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−Ｃｏ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；旧Ｓａ
ｇａｗａ、　Ｓ、　Ｆｕｊｉｍｕｒａ、　Ｎ、　Ｔｏｇ
ａｗａ。

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、　　Ｐｈ
ｙｓ、　　Ｌｅｔｔ、　　Ｖｏｌ、　　４８（８）１５
　Ａｐｒｉｌ　１９８５　ｐ７９０文献５；特開昭６０
−１００４０２号公報つぎに、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）磁石分を
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ることで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、６００９Ｃ前
後の温度で熱処理を施され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、まず、急冷薄帯製造装置の最適な回転
数でＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ合金の急冷薄帯を製造する。得られ
た厚さ約３０μｍの薄帯は直径が１０００Å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
脂と混線、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／ｃｍ２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雰囲気中、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／ｃｍ２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／ｃｍ２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−ＴＭ−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磁石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磁石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。

また、永久磁石はモーターや発電器、チャッキング等に
使用されるが、これらの用途を考えたとき永久磁石単体
で使用されることはまれであり、モーターや発電器、チ
ャッキングでは必ず軟磁性体等のヨークや常磁性体の軸
等と一緒に使用されや。ところが従来の技術では磁石は
磁石単体で製造し、それにヨークもしくは軸をとりつけ
るといった方法が取られてきた。この方法では磁石を精
度よく加工しなければならず、磁石の製造過程に於いて
、大きな制約になっている。特にモーターではリング状
で使用されることが多く、このリング状磁石の内面加工
は技術的にも難しく、コストも高い。

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・鋳造することを基本工程
とし、熱間加工及び熱処理を併用することにより高性能
且つ低コストなＲ−ＴＭ−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］本発明のヨーク一体型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、
鋳造インゴットを軟磁性体、または磁石と接合して使う
材料で覆い、５００℃以上で熱間加工を施す工程、その
後２５０℃以上の温度で熱処理を施す工程とからなるこ
とを特徴とするヨーク一体型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
し、軟磁性体、または磁石と接合して使う材料でできた
鋳型に鋳造する工程、鋳造インゴットを鋳型ごと５００
℃以上で熱間加工を施す工程、その後２５０℃以上の温
度で熱処理を施す工程とからなることを特徴とするヨー
ク一体型永久磁石の製造法である。

［作用］前記のように従来のＲ−ＴＭ−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、また、磁石形状の制約といった
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ｄ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、
また熱間加工を施すことにより、容易に配向する事を知
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、その切離化曲線は
ＳｍＣｏ５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−Ｔ
Ｍ−Ｂ磁石石の主相である、大きな結晶磁気異方性を有
するＲ　２Ｔ　Ｍ　＋　４Ｂ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　
２Ｔ　Ｍ　ｓ　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増大し、焼結体に残留する酸素濃度
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、　ｎｕｃｌｉ
ａｔｉｏｎ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品の成長を抑制し、
Ｒ２Ｔ　Ｍ　Ｉ　４　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。

本発明では組成と熱間加工を併用する事で以下のことを
知見した。

１）マクロ組織を柱状晶とすることで比較的微細な結晶
粒の鋳造合金が得られる。

２）この鋳造合金は面内異方性を持っている。

３）この鋳造合金は熱処理を施すことでバルク状態で充
分高い保磁力が得られ、異方性の磁石の製造が可能。

４）得られたインゴットを熱間加工することで配向度が
著しく高くなる。

以上の点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。

また、このＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石の熱間加工に於い
ては、非酸化性雰囲気で行なうことが必要不可欠であり
、工業的に行なう熱間加工に於いてはシース、カプセル
と言った被覆材が必要になる。

このシース及びカプセルを製品に使用するヨークや軸の
材料とし、−緒に熱間加工あるいは鋳型にそのような材
料を使用し、鋳造−熱間加工することにより、磁石とヨ
ークや軸が一体となった物が製造可能となる。このこと
によりヨークや軸と接合するための内面加工といった工
程が必要でなくなり、従来技術では不可欠であった切削
・研磨といった工程を著しく軽減せしめることになる。

また、ＨＩＰ等する事によりヨークとの密着製は向上す
る。

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、　　Ｐｒ、
Ｎｄ、　　Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　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−Ｐ
ｒ−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、３１％　　Ｍ　ｏｓ　　
Ｇ　ａ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Ｒａ　Ｔ　Ｍ　Ｉａ
　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　１ａ　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、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
を施さない限り微細なＲ２Ｔ　Ｍ　１４　Ｂ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表に本発明で作製した合金の組成を示す。

第１表（実施例１）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、誘導加熱炉で溶解鋳造しし、第１図に示
すように鋳造インゴット１を純鉄のシース２で覆う。こ
れを９５０　’Ｃで熱間圧延を施した。加工率は約８０
％である。その後１０００℃１２４時間の熱処理を施し
、切削研磨を行い第２図に示すように磁石１にヨーク２
が一体となったボイスコイルモーター用ヨーク一体型磁
石を得た。従来法ではヨークと磁石両方を研磨し、接着
しなければならないが、本実施例ではそのような工程は
必要でなくなり、大幅に工程が軽減する。このヨーク一
体型磁石の磁気特性を第２表に示す。充分に実用に耐え
得る磁石が得られていることがわかる。

第２表（実施例２）第１表の組成の合金を溶解し、第３図に示すような鉄製
の＃！型に鋳込み、冷却後上部に蓋を溶接し、９５０℃
に加熱し、静水圧押出を行なった。

ついで熱処理及び切削研磨を行ない、第４図に示すよう
に磁石１にヨーク２が一体となったモーター用ヨーク一
体型磁石を得た。従来法ではヨークと磁石両方を研磨し
、接着しなければならないが、本実施例ではそのような
工程は必要でなくなり、特に磁石の内面研磨が必要でな
くなり、大幅に工程が軽減する。このヨーク一体型磁石
の磁気特性を第３表に示す。

［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
処理を施すだけで十分な保磁力が得られ、且つ、シース
やカプセルをヨーク等の材料とし熱間加工をすることに
より、ヨーク一体型の磁石を製造することが可能となり
、切削・研磨の工程が大幅に軽減しする。このことによ
り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図は本発明で用いたシースの概略図。１・・鋳造インゴット２・・純鉄シース第２図は本発明で作製したＶＣＭ用ヨーク一体型磁石の
概略図。１・・磁石２・・ヨーク第３図は本発明で用いたシース兼用鋳型の断面概略図。第４図は本発明で作製したモーター用ヨーク一体型磁石
の概略図である。１・・磁石２・・ヨーク第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（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、ついで鋳造インゴットを軟磁性体、または
磁石と接合して使う材料で覆い、５００℃以上で熱間加
工を施す工程、その後２５０℃以上の温度で熱処理を施
す工程とからなることを特徴とするヨ−ク一体型永久磁
石の製造法。
（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し、
軟磁性体、または磁石と接合して使う材料でできた鋳型
に鋳造する工程、鋳造インゴットを鋳型ごと５００℃以
上で熱間加工を施す工程、その後２５０℃以上の温度で
熱処理を施す工程とからなることを特徴とするヨーク一
体型永久磁石の製造法。