JPH03114205A - 焼結型永久磁石 - 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】 本発明は、希土類金属のＳｍ、ＹＳＰ　ｒ、Ｃｅ。

Ｌａ、を１種又は２ＦＪ以上と、遷移金属のＦｅ。

Ｃｏ５ＮｆＳＴｉ、Ｔａｓ　Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃ「、
Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕを２種以上で構成されたＲ２ＴＭ
Ｉ□型永久磁石合金の製造方法に係るものである。

従来Ｒ２ＴＭＩ７型永久磁石の製造方法としては、例え
ば一般式Ｓｍ　（ＣｏｂａｌＣｕｏ、　　１２Ｆｅ０．
２ＺｒＯ，０２）７．０で表わされる金属間化合物を粉
砕して、粒度２μｍ〜１０μｍに粒度調整し、この粉末
を磁場中で所望形状に成形した後焼結する方法が行われ
ている。焼結法は、磁石の磁気特性は（ＢＨ）ｍａｘ２
２〜３０ＭＧＯｅと大変高い性能が得られている。しか
しＲ２ＴＭ＋ｔｙＪ、合金は希土類元素（Ｒ）の量は、
磁石特性に大きい影響力があるといわれている。すなわ
ち所望の磁気特性を得る条件としてＲ（ＴＭ）ｚの２の
範囲は非常に狭い範囲であることが知られている。例え
ばＲ−３ｍ　％　Ｃｅ　ｓ　Ｐ　ｒ　ｓ　Ｙの場合、概
算±０．５ｆｆｉ量％の変位は、Ｚが１も変化すること
になり少くとも±０．３ｆｆｉｍ％の範囲に入らなけれ
ばならない。しかし希土類元素は活性であり、その蒸気
、圧も高いので磁石化工程で、組成変動が大きく所望の
磁気性能を安定して維持出来ない。すなわち溶解による
Ｒ元素の蒸発、粉末化工程における酸化、焼結、溶体化
熱処理（以下ＳＳＴと呼称）、時効処理（以下ＡＧＥと
呼称）、によるＲ元素の蒸発、及び酸化を生じ易い。又
焼結磁石は、硬く脆いため機械加工、あるいは取り扱い
上欠け、割れを生じ昌い欠点があった。一方ＲＴＭ、合
金、例えばＳｍＣｏ９合金を微粉砕して樹脂結合した永
久磁石材料も知られているが、最大磁気エネルギー積は
、５〜１０ＭＧＯｅと低いものである。

さらに、Ｒ２Ｔ　Ｍ　１７型永久磁石の磁気性能の一番
の決め手である酸化防止に多大な工程技術管理が要求さ
れる。粉末法による焼結磁石は、焼結温度１１５０℃〜
１２００℃で不活性雰囲気中又は遷元性ガス中で焼結を
行なうが、この際粉末表面は極く微量の空気又は酸素で
どうしても酸化を生じ易い欠点があった。

この発明は、上述した従来方法の欠点を改善したもので
希土類元素の酸化、蒸発による変動を押え所定組成を容
易に得られる製造方法を提供することを目的とするもの
である。以下本発明を工程に従って順次詳細に説明する
。

本発明における磁性合金は、Ｙ　％　Ｓ　ｍ　−Ｐ　ｒ
、Ｃｅ　ＳＬ　ａ　、などの希土類金属を２０％〜２８
％（以下重量％を示す）とＣｕ（銅）３〜１５％、Ｆｅ
（鉄）５〜３５％、Ｚ「、Ｈｆ５Ｔｉ、Ｎｂ。

Ｃ「、Ｖ、Ｍｎ、のいずれか、を１種又は２種以上１〜
５％、残部ＣＯ゛からなる合金である。

まず上記組成の合金をアルゴンガス中で高周波溶解して
インゴットに鋳造する。この場合、鋳型の構造材質は金
型とし、冷却速度をコントロールしながら、柱状晶を現
出させることにより、４πＩｓ（飽和磁化）及びｉＨｃ
　（保磁力）を高められる。更に該合金インゴットをア
ルゴンガスなどの非酸化性雰囲気中で１１００℃〜１２
２０℃に加熱して１時間〜２４時間熱処理を行ない、室
温まで冷却する。この時の冷却速度は、１０〜ｂ得られ
る。次；こ室温まで冷却した磁性合金を５００〜８５０
℃に加熱して、時効処理によって、磁気的に硬化をさせ
る。前記２種類の熱処理を、磁性合金インゴットのまま
、すなわち塊状で行なうので、合金組成の変動を極めて
少なく出来る利点がある。すなわち、磁性合金の表面積
は体積に比しインゴット塊状のまま熱処理を行なうので
、大変小さく出来る。その結果、当然磁性合金の表面酸
化を著るしく減小出来る利点を有する。溶体化で均一相
を、続いて時効によって、析出硬化を促進させ、磁気的
に硬化するものと考えられる。次に熱処理したインゴッ
トを、ショークラッシャートップミルなどを用いて粗粉
砕する。この時の粒度は一３０メツシュとかなり粗粒子
粉末である。

該粗粒子粉末を、ボールミル、ジュツトミル、などの機
械装置を用いて、微粉砕を行なう。この場合磁石の保磁
力は熱処理により、形成された合金中の微細構造組織に
起因するため、これが破壊されない程度に粉砕する。粉
末の粒度は、３μｍ〜８５μｍに粉砕することが望まし
い。なお粒径が３μ以下になると、微細組織が破壊され
るため、飽和磁化、保磁力が減小し易いので３μ以上と
した。又８５μを越えると保磁力、及び飽和磁化が減小
する問題がある。さらに粉末の充てん率、及び磁場中配
向性の低下を来たし易い。従って好ましくは、平均粒度
１０〜１５μｍで分布が３μｍ〜５０μｍの磁性粉末粒
子が良い。このようにして得られた微粉状粒子に有機物
バインダー、融点が４００℃以下のメタルバイ・ンダー
を添加して、混合した後、非磁性゛材料からなる金型内
に充てんし、１２〜３０ＫＧの磁場をかけて、粒子を磁
場配向させながら１〜７ｔｏｎ／ｃｄの圧力で加圧成形
して所望形状に圧粉成形し、焼成して永久磁石を製造せ
んとするものである。ここで有機物バインダーは、熱硬
化性、熱可塑性のいずれでも良く好ましくは、エポキシ
系樹脂、ＥＶＡ樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル
系樹脂などがあり、その量は、０．５％（重量比）〜１
０％である。

有機物バインダーのさらに好ましい量は、１％〜５％で
この場合、加圧成形における、磁性粉末の充てん率が６
０％以上となり、密度ρは５．０以上を得られる。

又メタルバインダーは、Ｓｍ、Ｐｂ、Ｉ　ｎ５Ｂｔ、Ｃ
ｄ、ＴＩなどの低融点金属、及びその合金でＭ、Ｐ（融
点）が概ね４００℃以下のものを用いる。メタルバイン
ダーの効果は、永久磁石の機械的な強度、靭性、及び磁
気特性のもの温度特性を改良することが出来る。

次に本発明永久磁石材料の製造方法における好ましい合
金組成は以下の通りである。

Ｓ　ｍｓ　Ｙｓ　Ｐ　ｒ　ＳＣｅを１種又は２種以上・
・・２２％〜２５％ Ｃｕ・・・・・・・・・４％〜１０％（〃）Ｆｅ・・・
・・・・・・１０％〜３５％（／／）ＣＯ・・・・・・
・・・残部 Ｚ　ｒ　ＳＨｆ　％　Ｔ　ｔ　１Ｎ　ｂ　ｓ　Ｔ　ａ　
、　Ｖの１種又は２種以上・・・・・・０％〜５％ なお本発明において、希土類金属の添加量を前記組成に
限定した理由は、２０％以下では、Ｒ２ＴＭ、、型結晶
からずれて、Ｆｅ−ＣＯ相があられれ、保磁力が低下す
るためであり、２８％をこえると、ＲＴＭ、ｅｌｌが多
くなり、４πＩＳが５０００Ｇ以下に低下し、最大エネ
ルギー積が４．５ＭＧＯｅ以下になるからである。希土
類金属は１種に限らず２ＦＩｉ以上腹合しても同様の効
果を得られる。Ｃｕ（銅）は３％未満では、保磁力の増
大が認められず、１５％をこえると、４π！Ｓが低下す
るからである。Ｚｒ５ＮｂＳＨｆ、Ｔｉ５Ｃｒ、Ｖ、Ｍ
ｎの１種又は２種以上で１％未満では、保磁力の改善効
果がなく５％をこえると、４πＩｓが低下する。さらに
鉄は５％以下では４πＩｓが高められず、３５％をこえ
ると、保磁力が低下するからである。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例１ 次の組成からなる合金１　ｋｇを高周波溶解炉で溶解し
、金型に鋳込んだ。本合金のｆｆｌ量組成は以下の通り
である。

Ｓｍ：２３．８％、Ｃｕ：６．５％、Ｆｅ：１５．６％
、Ｚｒ：３．２％、ＣＯ：残部ここで得られた磁性合金
インゴットは８０％以上柱状品であった。この合金の分
析値は以下の通りであった。

Ｓｍ：２３．２１％ Ｃｕ：　　６．３２％ Ｆｅ：１５．５１％ Ｚ　「　： ３゜ １５％ ＣＯ：残 第 表 次に該合金のインゴットで塊状のもの各１００ｇを用い
て、アルゴンガス中で溶体化処理を行なった。冷却速度
は、約２００”Ｃ／分であった。続いて室温まで冷却し
た合金を別設の熱処理炉で、アルゴンガス中で８００℃
×８時間加熱し、時効処理を行ない１００℃／分で冷却
した。熱処理上りの合金表面はほと°んど酸化は認めら
れなかった。

次にこの合金をボールミルを用いて、ダイフロン中で湿
式粉砕し、平均粒径１５μｍで且つ、３μｍ〜５０μｍ
の分布の微粉末を得た。この微粉末粒子を液状で粘度２
０００ＣＰＳのエポキシ樹脂を２重量％加えて乳鉢中で
混和した。なおボールミル上りの粉末は、常温で真空中
乾燥を行なっである。

エポキシ樹脂と混和した微粉状粒子を、第１図に示す磁
場プレス中で加圧成形した。

１は励磁コイル、２は純鉄製のポールピースでこの間に
１５ＫＧの磁場を発生させた。５は非磁性材のステライ
ト、３．４は同材質で上パンチ、下パンチである。３．
４の間に、前記エポキシ樹脂と混和した粉末８ｇを装入
し、印加磁場１５ＫＧ中で７．８から油圧を加え、加圧
成形した。この時の加圧力は２ｔｏｎ／ｃｄであった。

次に磁場中成形したままの状聾で成形型を別設の油圧プ
レスで、−軸方向に５ｔｏｎ／ｃＪ加え成形し、型より
抜き出した。この時の試料形状は第２図に示した角柱状
試料である。続いて、１５０℃×１時間オーブン中で焼
成した成形体の形状寸法は、ａ−８ｍ／ｍ、ｂ−１４ｍ
／ｍ５ｈ−８，０ｍ／ｍで矢印方向が異方性の方向であ
る。本発明方法によれば第１表１〜５に示したように、
樹脂結合型磁石として、大変高い磁気性能が得られた。

Ｎα６は比較例で、インゴットを微粉砕して粒度５〜１
５μｍ平均拉度７μｍとし、本発明方法と同じように磁
場成形した。磁場成形の加圧力は１ｔｏｎ／ｃ＋ｊで第
２図に示したのと同形状の仮成形体（グリーンボディ）
を得た。第１表Ｎａ６は比較例の焼結した永久磁石の特
性を示す。

実施例２ 実施例１．−Ｎｏ、４の条件でｎ−１０ロツト熱処理し
、永久磁石を成形した。続いて１５０℃×１時間オーブ
ン中で加熱焼成し室温まで冷却後、測定磁場強度２５　
Ｋ　Ｏｅで、自記磁束計を用いて磁気性能を調べた。又
比較例１として、ＳｍＣｏ５合金粉末の平均粒度５μｍ
ものを用いて、エポキシ樹脂２ｆｆｉ量％を混和した。

同様にｎ−５ケ磁場中成形し、焼成（１５°０℃×１時
間）後、磁気測定を行なった。又比較例２として、第１
表Ｎｏ、　６と同一条件で製造し、焼結し熱処理したも
のｌｏロットについて調べた。第２表に以上の結果をま
とめて記す。

第 表 本発明法の樹脂結合型磁石は、磁気性能は、ＳｍＣｏ、
合金のそれより高く、焼結法よりは若干低い。しかし、
磁気性能のバラツキは大変に小さいことがわかった。こ
の理由は本発明法は、合金インボッ・トのまま熱処理を
行うので、酸化、Ｓｍの蒸発等組成に係る問題が極力防
市出来るためであると考えられる。すなわち・焼結法は
グリーンボディ（仮成形体）めため内部にガスを吸着し
ており、且つ粉末を成形しであるため、表面積が大きく
、焼結の際Ａｒガス中の酸素ガス、窒素ガスなどとの反
応を生じ性能のバラツキに起因することがわかった。

実施例３ 実施例第１表Ｎｏ、　２に示したのと同一の製造条件の
磁性粉末を用いて、含浸法により永久磁石をつくった。

先ず磁性粉の粒度は平均粒度１５μｍとし、２５ｇ中に
ｆｆＩ量比で０．３％のオレイン酸を加え乳鉢中で混合
した。この混合粉末を第１図に示した磁場成形装置で第
１表Ｎｏ、２と同様の条件で加圧成形し、角柱状ブロッ
ク（成形体）を得た。

該成形体を粘度ｔｏｏｃｐｓの１液性エポキシ樹脂液２
００ｃｃ中に浸漬して、常温で２時間放置して、含浸を
行なった。続いてバインダーであるエポキシ液中より、
成形体をとり出し、エチルアルコールで洗浄後オーブン
中で１５０℃×１時間加熱焼成固化させた。該試料を自
記磁束計を用いてＢ−Ｈカーブを測定した。その結果を
第３図３に示す。］は比較例１のＳｍＣｏ１合金粉末を
成形したブロックを同様に含浸した時に得られたＢ−Ｈ
カーブを示す。

又２は比較例２のＳｍＣｏ、焼結型磁石量産製造品の代
表的なり−Ｈカーブをあられしたものである。

本発明方法は第２表からもわかるように、従来から知ら
れているＳｍＣｏ５合金の樹脂結合型磁石よりもはるか
に磁気特性が高く１つ焼結法で作られたＳｍＣｏ、磁石
と同じ磁気特性が得られた。

実施例４ 第１表Ｎｏ、３と同一の熱処理条件で得られた微粉末２
０ｇを用意した。この磁性粉末にｐｂとＳｎが１：１の
組成比か、らなるハンダ粉末（平均粒度が２μｍ）をｆ
ｆｌ量比で６％混合し、窒素ガスを流出させた、グロー
ボックス中で１時間混和した。

次に第１図に示した磁場成形装置で第１表Ｎｏ、３の試
料と同様に磁場中加圧成形を行なった。この時の最終加
圧成形圧力は７ｔｏｎ／ｃ−であったが、成形体の割れ
、型からの抜き出しは同等問題なくへ 出来た。、、続いて、Ａｒガス雰囲気中で温度３２５℃
×１時間加熱し、室温まで冷却した。本発明ノｊ法でｔ
ｉｌられな、永久磁石の特性を以下に記す。

Ｂｒ　　　　　　−８，３００（Ｇ） ｂＨｃ　　　　　−６，５００（Ｏｅ）ｉＨｃ　　　　
　−１０，５００（Ｏｅ）（ＢＨ）ｍａｘＪ−１５，２
ＭＧＯｅ ρ（ｇ／ｃｃ）−７，６ 第１表隘３の本発明方法の永久磁石に比べ、本実施例に
よれば、さらに磁気特性が改良出来ることがわかった。

又本実施例永久磁石材料は、耐衝撃性、欠け、割れ等に
も大変強いことが判明した。

磁石成形体を高さ１ｍの高さからコンクリート床上に落
下させても、何ら異状は認められなかった。

さらに本発明法は、原１１費の高い希土類金属、及びコ
バルトを使用するので、原料歩留りがコストに大きく影
響する。本発明法は、直接製品形状に型を用いて成形出
来るので９０％以上の歩留りであった。一方従来法の焼
結磁石は歩留りが１０％〜３０％にもなりコストが高く
なる欠点がある。

本発明は、Ｒ２Ｔ　Ｍ　１７型永久磁石合金の特性を樹
脂結合あるいは、メタルバインダー法によって、磁気特
性を高めたこと及び量産製造のバラツキを少く出来るな
ど、当業界にとって多大の利益を持たらすものである。

本発明永久磁石材料の用途は、コアーレスモーター、ス
テッピングモーター、電磁ブザー、スピーカー、時計用
ステッピングモーター、カートリッヂなど精密機器への
応用が拓けているこれら分野の該デバイスに用いれば、
低コスト、高性能すなわち、コストパフォーマンスの高
い商品づくりに画期的な効果を果すものと信する。この
ように本発明方法は、工業上大変有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例で用いた磁場成形装置の断面概略図
。 第２図は本実施例で磁場中成形したブロックの概略図。 第３図は、本発明方法の実施例３で得られた、永久磁石
材料のＢ−Ｈカーブを示す図。 励磁コイル ポールピース 成形型上パンチ（非磁性ステライト） 成形型下パンチ（〃） ／／　　　　　（／／　　　　　） 磁性粉末 プレス用台座（上部） 〃　　（下部） 第２図 Ｈ（ｋｏｅ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　組成が１種類以上の希土類金属Ｒと１種類以上の遷移
   金属ＴＭとを含む合金からなる焼結型永久磁石において
   、前記合金の組織が柱状晶からなることを特徴とする焼
   結型永久磁石。