JPH023210A - 永久磁石 - 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〕 本発明は、希土類元素、遷移金属及びボロンを基本成分
とする永久磁石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る。

最近の電気製品の小型化、高効率化の要求に伴い、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−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、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なされている。

従来、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石には、次のようなもの
がある。

（１）まず、特開昭５９−４６００８号公報には、 ［原子百分比で８〜３０％のＲ（但しＲはＹを包含する
希土類元素の少なくとも一種）、２〜２８％のＢ及び残
部Ｆｅから成る磁気異方性焼結体であることを特徴とす
る永久磁石」 が開示されている。

またこの永久磁石は、粉末冶金法に基づく焼結により製
造される。

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）の磁石粉を得、こ
の磁石粉を成型助剤のバインダーと混練し、磁場中でプ
レス成形し、成形体とする。

次いで、成形体はアレボン中で１１００℃前後の温度で
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、
更に保磁力を向上させ永久ｍ石とするものである。

（２）また、特開昭５９−２１１５４９号公報には、 「非常に微細な結晶性の磁石粉を持つ、溶融スピンニン
グされた合金リボンの微細片から形成され、接着された
永久磁石で、上記合金は、ネオジム、プラセオジム、及
びミツシュメタルよりなる群から選ばれた一つまたはそ
れ以上の希土類元素：遷移金属、鉄：及びホウ素を含む
合金である永久磁石において、上記磁石中に微細片がそ
の間に分布した接着剤により所望の磁石の形に保持され
、また上記微細片がｔｎ磁気的等方性であり、また磁石
の成形物が接着された磁石を形づくるために適当な磁界
中で任意の望む方向磁化されえること、上記接着された
磁石が合金密度の少なくとも８０％の粒子成形密度を持
ち、飽和磁化において少なくとも９メガガウスエルステ
ツドの残留磁気エネルギー積を持つことを特徴とする接
着された希土類−鉄磁石」 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で製造される。

このメルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹脂結
合法では、ま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３０μｍのリボン状薄帯は、直径が１００
０Å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、磁気的にも等方性であ
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７ｔ　ｏ　ｎ　／　ｃ　ｍ　”程度の
圧力で、約８５体積％の充填が可能となる。

（３）さらに、特開昭６０−１００４０２号公報には、 「■鉄、ネオジム及び／あるいはプラセオジム、及びホ
ウ素より成る無定形あるいは微細な粒子状の材料を、高
温圧密と熱間加工により６ｎ石とすることを特徴とする
十分に高密度化された微細な粒子状の異方性の永久磁石
。

■鉄、ネオジム及び／あるいはプラセオジム、及びホウ
素より成る材料を高温ダイアップセットすることにより
磁石を作り、得られた磁石の好ましい磁化の方向がアッ
プセット圧縮の方向に平行であることを特徴とする微細
な粒子状の異方性の永久磁石。

■磁石が、本質的に原子パーセント基準で５０〜９０％
鉄、１０〜５０％ネオジム及び／あるいはプラセオジム
、及び１〜１０％ホウ素から成る無定形あるいは微細な
粒子状の合金を高温で塑性変形して形成され、好ましい
磁化の方向が実質的に、上記変形の間の物質流れの方向
と垂直であることを特徴とする永久磁石」 が開示されている。

これらの磁石は、前記（２）におけるリボン状急冷薄帯
あるいは薄片を、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−８ｍ石を得るものである。

このプレス過程では一軸性の圧力が加えられ、磁化容易
軸がプレス方向と平行に配向して、合金は異方性化する
。

尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン状薄帯
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
化が生じて最適な粒径になるようにしておく。

（４）最後に、特開昭６２−２７６８０３号公報には、 ｒＲ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１
種）８原子％〜３０原子％、Ｂ（ボロン）２原子％−２
８原子％、Ｃｏ５０原子％以下、Ａ１１５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
る合金を溶解及び鋳造後、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１ 斜上の（１）　〜（４）の従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久６
１１石の製造方法は、次の如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−日系合金は大変
酸素に対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。

又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
で前もって取り除かれるのであるが、成形助剤中の散開
は、磁石体の中に炭素の形で残ってしまい、この炭素は
著しくＲ−Ｆｅ−Ｂの磁気性能を低下させ好ましくない
。

成形助剤を加久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、　１１２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よくな
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
を考えると非能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、最も製造工程を
簡略化されるが、性能的には（１）−（３）に比してや
や劣る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
の性能面での欠点を解決するものであり、その目的とす
るところは、高性能かつ低コストの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１ 本発明の永久磁石は希土類元素（但しＹを含む）と遷移
金属とボロンを基本成分とし、その平均結晶粒径が０．
３〜１１００ｕであり、また希土類元素が１２〜１４原
子％、酸素濃度重量比で１１０００ｐｐ以下、そして、
そのＢ−ｒｉｃｈ相が２％であることを特徴とする。

また、そのｉ［ｉ４衝撃性がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石よ
り優れていることを特徴とし、さらには、空孔率が２％
以下であることを特徴とする。

具体的には、希土類元素としてＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｄｙ、Ｔｂのうちから選ばれた１種以上のもの、
遷移金属としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎ１、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｚｒのうちから選ばれた１種以上とする。

［作　用１ 本発明者等は、数多くのＲ−Ｆｅ−Ｂ系鋳造合金を評価
し、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金に適当な熱処理を加えれば高
保磁力が得られることを知見し、更に、この合金を基に
、ホットプレスによる機械的配向処理、添加元素による
磁気特性の改善効果を研究した結果、本発明に至ったも
のである。

即ち、本発明は、ＲがＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄ
３／、Ｔｂのうちから選ばれた少なくとも１種以上の希
土類元素であり、ＭがＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｚｒのうちから選ばれた少なくとも１種以上の遷
移金属であるＲ−Ｍ−Ｂ系合金において、鋳造−熱間加
工−熱処理という粉末工程を含まない方法で、従来法に
勝る高性能の磁石を得るものである。

耐衝撃性が高いということは、その加工時に大きな優位
性を生じ、切断スピードを速く出来る等のことが可能と
なる。

平均結晶粒系が０．３〜１００μｍであることはこの磁
性相の単磁区粒径が０．３μｍであるためにこれに近い
粒径となると保磁力機構がピニングタイプとなり着磁が
困難となることを回避することができ、かつフェライト
磁石の保磁力以上の十分な保磁力が得られる。

また、希土類元素が１２〜１４原子％であるということ
は、従来の磁石では困難であった組成域でＲｗ　Ｆ　ｅ
　１４Ｂ化合物に極めて近いことを意味する。このため
、Ｒ１Ｆｅ＋Ｊ化合物自身の高磁気特性そのものに極め
て近い特性が得られる。　そして、酸素濃度が重量比で
１１０００ｐｐ以下であることにより、酸化しにくく、
耐候性が向上する。　空孔率は、それが多くなればなる
程４πｌＳが減少し、最大エネルギー積も減少するので
。

できる限り小さいことが望まれるのだが、従来の焼結法
では２％以下にすることが非常に困難であった８本発明
においては、適切な熱間加工をインゴットに施すことに
より空孔率２％以下の磁石として高特性が得られる。

また、Ｂ−ｒｉｃｈ相も非磁性であるので、磁気的には
空孔と同じであるが、やはり従来の焼結法では、２％以
下にすると磁気特性が低下してしまい高磁気特性が得ら
れながった０本発明においてはＢ−ｒｉｃｈ相が２％以
下で十分な磁気特性が得られる。

［実　施　例） （実施例１） 先ず、アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いてＰ　ｒ　
＋ｙＦ　ｅｙｓ、ｓＢ　ｓ　Ｃｕ＋、ｓ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。

次に、この鋳造インゴットをアルゴン雰囲気中、１００
０℃において、加工度８０％でホットプレスした。この
時のプレス圧力は０．２〜０．８ｔｏｎ／ｃｍ”であり
、歪速度は１０１〜１０−’／ｓであった。

この後、１０００℃で２４時間のアニール処理を施した
後、切断、研磨され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緒特性値を比較例とし
て、前述の従来法における（１）の焼結永久磁石（Ｎｄ
＋５ＦｅｔｔＢ　ａ）と（３）の永久ｔｉｎ石（Ｎ　ｄ
　１３Ｆｅ　８２．　ＩＩＢ　４．４　）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表に示す如く、本発明磁石は、従来の（１）の永久
磁石と（３）の永久磁石に比較して磁気性能は劣らず着
磁性は優れていることは明らかである。

また銅添加の鋳造磁石は保磁力の増大に有効であり、配
向性の向上にも有効であることを示している。

従来の（１）の焼結永久磁石とは、本願発明の永久６ｎ
石はＯ，Ｃ含有量及び空孔率が異なり、また従来の（２
）永久磁石とは、結晶粒子の粒径が異なり、青磁性が優
れている。

第１図は、典型的なホットプレスＰｒ−Ｆｅ−Ｂ　−Ｃ
ｕ　６１１石の減Ｃｎ曲線を磁化容易方向と困難方向の
２種類を示している。

第１図より容易方向は、プレス方向に対して平行である
。容易方向の切離化曲線から、この磁石はｎｕｃｌｅａ
ｔｉｏｎ　ｔｙｐｅの保持力機構を有すると考えられ、
平行の方向に異方性化している。

従来の（２）の永久磁石とは、異方性方向は同じものの
保持力機構は異なることが判る。

（実施例２） 組成Ｐｒ＋２Ｎｄ　ｓ　Ｆｅ７．Ｂｓ、ａ　Ｃｕ＋、ｓ
の合金を実施例１と同様に、溶解・鋳造し鋳造インゴッ
トを鋳造した。

次いでこの鋳造インゴットをアルゴン雰囲気中、１００
０℃において、歪速度は１０−３〜１０−’／ｓ、加工
度８０％でホットプレスした。

この後、１０００℃で２４時間のアニールを施した後、
切断、研磨し、 組成：Ｐｒｉ、ｉ　ＮｄａＦｅａｏ、＋Ｂｓ、＋　Ｃｕ
ｏ、ｉの磁石を得て、この磁石の磁気特性を測定した。

この磁石の磁気特性及びその他の諸特性値を第２表に示
す。

第２表に示す如く、上記の様に組成を変えてもその磁気
特性は優れていることは明らかである。

第　　２　　表 （実施例３） 第３表に示す組成の合金を実施例１と同様に、溶解・鋳
造した。また用いた原料も同じものを用いた。

次に、これらの鋳造インゴットをアルゴン雰囲気中にお
いて、ホットプレスした後アニールを施し、切断・研暦
後、磁気特性を測定し、第４表に磁石の組成第５表に磁
石の諸特性値を示す。

第　３　表　合金組成 第　４　表　磁石の組成 第　５　表　磁石の緒特性 （実施例４） 実施例１で製造された本発明ｍ石と従来磁石（焼結法）
を同じ組成（Ｎ　ｄ　１ｓＦ　ｅ　？７Ｂ　Ｂ　）及び
同じ形状に加工し、４０℃、９５％の恒温・恒湿槽に入
れてその重量変化を調べた。この結果を第２図に示す。

第２図に示す如く、本発明磁石は従来磁石（焼結法）に
比較し、重量変化が少な（、磁石中の酸素濃度が低いこ
とは明らかである。これは従来の磁石と大きく異なる点
である。

（実施例５） 実施例１で示した本発明磁石及び従来法（１）従来法（
３）の磁石に次の様な試験を試みた。

１５ｍｍＸ１５ｍｍＸ７．５ｍｍの各磁石サンプルに直
径１０ｍｍの鋼球を高さを変えて落とし、その磁石の破
損率が５０％を越える高さを１０ｃｍ単位で調べた。そ
の結果を第６表に示す。

また、同じサンプルを高速ダイヤモンドカッターにおい
て５　ｃ　ｍ　／　ｓの送り速度で切断した場合の欠け
た割合も同時に第６表に示す。

第　　６　　表 以上の実施例から、ＲがＰｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｌａ
、Ｙ、Ｔｂのうちから選ばれた少なくとも１種以上の希
土類元素で、ＭがＦｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ
、Ｚｒのうちから選ばれた少なくとも１種以上の遷移金
属元素とボロンを原料基本成分とした永久磁石は、高保
磁力を示し、ホットプレス等の熱処理加工により、異方
性化され、最高（ＢＨ）ｍａｘは４３．６ＭＧＯｅにも
達することは明らかである。

〔発明の効果〕

取上の如く本発明の永久磁石の製造方法は、次の如き効
果を奏するものである。

（１）Ｃ軸配向率を高めることができ、残留Ｕｎ束密度
Ｂｒを著しく改善することができ磁石中の磁性相の割合
が１００％に近く、結晶粒を微細化することにより、保
磁力ｉＨｃ及び最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを格段
に高めることができた。

（２）保磁力機構がニニークリエイションタイプなので
着磁が容易。

（３）磁石中の０２濃度が低いので酸素に対して活性が
少なく、耐候性を向上せしめることができる。

（４）耐衝撃性が高いので切削性が良好でコストを低下
させる効果がある。

ご　　１ 図

【図面の簡単な説明】

第１図は磁石の４πＩ−Ｈをホットプレスした場合のプ
レス平行・垂直の２方向曲線についての説明図、第２図
は本発明磁石と従来焼結磁石との重量変化図である。 以上 時Ｙ−５

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類元素（但しＹを含む）と遷移金属とボロン
   を基本成分とし、その平均結晶粒径が０．３〜１００μ
   ｍであり、希土類元素が１２〜１４原子％であり、酸素
   濃度は重量比で１０００ｐｐｍ以下であり、かつ、Ｂ−
   リッチ相が２％以下であることを特徴とする永久磁石。
2. （２）耐衝撃性がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石より優れてい
   ることを特徴とする請求項１記載の永久磁石。
3. （３）空孔率が２％以下であることを特徴とする請求項
   １記載の永久磁石。
4. （４）希土類元素がＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄｙ
   、Ｔｂのうちから選ばれた少なくとも１種以上の元素、
   遷移金属がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ
   のうちから選ばれた少なくとも１種以上の金属であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁
   石。