JPH03114206A

JPH03114206A - 永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JPH03114206A
Application number: JP2198815A
Authority: JP
Inventors: Itaru Okonogi; 格小此木; Tatsuya Shimoda; 達也下田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1991-05-15

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　ｒＳＣｅ。

Ｌａ、を１１種又は２種以上と、遷移金属のＦｅ。

Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ５ＴａＳＮｂ、Ｈｆ５Ｚｒ、ＣｒＳＭ
ｏ、Ｖ、−ＭｎＳＣｕを２種以上で構成されたＲ２ＴＭ
、、型永久磁石合金の製造方法に係るものである。

従来Ｒ２Ｔ　Ｍ　１７型永久磁石の製造方法としては、
例えば一般式Ｓｍ（Ｃｏｂａ＝ＩＣｕＯ，１２ＦｅＯ，
２Ｚｒ０．０２’）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）ｍａｘ
２２〜３０ＭＧＯｅと大変高い性能が得られている。し
かしＲ２ＴＭＩ７型合金は希土類元素（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−５ｍｓ　Ｃｅ５Ｐｒ、Ｙの場合、概算±０．５重量
％の変位は、２が１も変化することになり少くとも±０
．３重量％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」二
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、割れを生じ易い
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〜］ＯＭＧＯｅと低
いものである。

さらに、Ｒ２ＴＭ、□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℃〜１２
００℃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、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｃｅ５Ｌ
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％
、Ｚｒ、Ｈｆ５Ｔｉ、Ｎｂ。

Ｃｒ５Ｖ、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。次に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を越えると保磁ツバ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
１０〜１５・μｍで分布が３μｍ〜５０μｍの磁性粉°
木粒子が良い。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、００．５％（重量比）〜
１０％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
０２６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　ｎ、Ｂ１ＳＣ
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Ｉイ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。

Ｓｍ、Ｙ、Ｐｒ、Ｃｅを１種又は２種以上・・・２２％
〜２５％Ｃｕ・・・・・・・・・４％〜１０％（〃）Ｆｅ・・・
・・・・・・１０％〜３５％（〃）Ｃｏ・・・・・・・
・・残部Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、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、Ｒ２７Ｍ、、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、ＲＴ　Ｍ　、１目が
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ＩＦｌｉに限らず２種以上複合しても同様の
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、４πＩｓが
低下するからである。Ｚｒ、Ｎｂ５Ｈｆ％Ｔｉ、Ｃｒ。

Ｖ、Ｍｎの１Ｆ！又は２Ｆ１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、３
５％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。本合金の重量組成は以下の通りであ
る。

Ｓｍ：２３．８９６、Ｃｕ　：　６．　５９６、Ｆｅｅ
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゜Ｃｕ：　　　６゜Ｆｅ：１５゜Ｚｒ：　　　３゜ＣＯ：残１９６３２％５１％１５％第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、約り００℃／分であった。続いて室温まで冷却じた
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、３　ｌ１ｍ〜５０
μｍの分布の微粉末を得た。この微粉末粒子を液体で粘
度２０００ＣＰＳ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／ｃ−であった。

次に磁場中成形したままの状態で成形型を別設の油圧プ
レスで、−軸方向に５ｔｏｎ／ｃ＋＃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−１４
ｍ／ｍ５ｈ−８，０ｎ／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
。

磁６は比較例で、インゴットを微粉砕して粒度５〜１５
μｍ平均粒度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／ｃｄ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Ｎｏ、５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−漱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、ハ１定磁場強度２５ＫＯｅ
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、ＳｍＣｏ１合金粉末の平均粒度５μｍものを用
いて、エポキシ樹脂２重量％を混和した。同様にｎ−５
ケ磁場中成形し、焼成（１５０℃×１時間）後、磁気測
定を行なった。又比較例２として、第１表Ｎ０１６と同
一条件で製造し、焼結し熱処理したちの１０ロツトにつ
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、合金インゴ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１
ト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ＮＯ１２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
に重量比で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ｆｌトで加圧成形し、角柱状ブ
ロック（成形体）を得た。

該成形体を粘度１００　ＣＰ　Ｓの１液性エポキシ樹脂
液２０Ｏｃｃ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”ＣＸ１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。１は比較例１のＳｍＣｏ９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ＳｍＣｏ５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。

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

実施例４第１表ＮＱ、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ｆｆ
ｉ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／ａｉｒ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出来た。′続いて
、Ａ「ガス雰囲気中で温度３２５℃×１時間加熱し、室
温まで冷却した。本発明方法で得られた、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）ｍａｘ−１５，２
ＭＧＯｅ ρ（ｇ／ｃｃ）−７，６第１表ＮＩＬ３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、原料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、Ｒ２ＴＭ、７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（）、　　／〆　　　　（〃）パ磁性粉末・プレス用台座（上部）〃　　（下部）第２図 −Ｈ（にｏｅ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

　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とで実質的に構成される合金からなり且つ該合
金のマクロ組織が柱状晶を含むインゴットを微粉砕する
工程、微粉砕された磁粉を磁場成形し仮成形体（グリー
ンボディ）を形成する工程、前記グリーンボディを焼結
する工程とからなることを特徴とする永久磁石の製造方
法。