JPH03160705A - ボンド磁石 - 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一鉄一窒素一水素一酸素系磁性材料
を用いたボンド磁石に関する。

特にこの磁性材料粉体の結晶化度、粒径、組戊及び粒子
形状を制御することにより粉体の磁気特性を制御し、有
機物、無機物又は金属をバインダーとし、その粉体を圧
縮又は射出成形あるいは圧粉成形により作製したボンド
磁石に関する。

？従来の技術］ ボンド磁石は機械的な加工性が良好なこと、複雑な形状
の磁石や一体成形が可能なことから近年とくに注目され
、工業的な応用範囲が広がっている。とくに古くから焼
結磁石として信頼性のあるＳｍ＋　Ｃｏ５系やＳｍ２Ｃ
ｏｒｒ系の磁性材料を用いたボンド磁石、更に高磁気特
性で最近大きな市場を獲得しつつあるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
のボンド磁石は希土類系ボンド磁石、又はプラスチック
・マグネット（以下“ブラマグという）と呼称され、市
場規模も拡大しつつある。

しかしＳｍ−Ｃｏ系は、その成分であるＳｍ．Ｃｏがと
もに高価で供給も不安定であること、物性的にもＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系に劣るために物性的に安定な材料であるにも
かかわらず、多くの用途でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に変換
されつつある。この傾向は焼結磁石にとどまらず、プラ
マグに関して一般的である。又、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系は焼
結磁石でその（Ｂ｝Ｉ）■ヨが４０ＭＧＯｅ以上と非常
に高いことと、Ｎｄ，Ｆｅ，Ｂともに比較的安価で供給
も安定したものであることから、近年とみに需要が増大
しているが、耐食性に問題があり、その点の改良が更に
望まれている。

又、ボンド磁石あるいはブラマグ用の磁性材料として、
これら二つの磁性材料とも不利な点がある。すなわちＳ
ｍ２Ｃｏ＋７系やＮｄ−Ｆｅ一Ｂ系の磁気特性の発現機
構は、その焼結体の微構造に大いに依存し、粒子内部と
粒界部分の組成の相違又は粒界部分の析出相の存在が高
磁気特性の発現に必須である。そのため数μｍ程度のボ
ンド磁石用バインダーとの混練に好都合の粒径まで粉砕
すると、磁気特性及び耐食性の劣化が顕著となる。又Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系の超急冷法により得た試料は細粒の調製
ができるが磁気特性は焼結体より著しく低下し、かつそ
のままでは等方性磁石しか作製できないという欠点があ
る そこで結局Ｓｍ２Ｆｅｒｒ系で約３０μｍ以上、Ｎｄ−
Ｆｅ−Ｂ系では５０〜１００ｕｍの粒径が必要となり、
ボンド磁石用原料粉体としては扱いが難しい。Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系では工業的に使用可能な粉体で異方性磁石を作
製する試みとしてホットプレスやダイアプセット処理を
ほどこして、細粒で異方性を有するボンド磁石原料粉体
を用いることも研究され、成功しつつあるが、処理工程
が長くなり、費用がかさむという問題点は残っている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、２〜３μ一程度に微粉砕しても高い磁気特性
を有する磁性材料（特願平１−２３５８２２号）を用い
て、従来の技術における上記問題点を解決したボンド磁
石を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の構成は、（１〉下記
組成式で表わされる、希土類元素一鉄−窒素一水素一酸
素系磁性粉末材料を含有することを特徴とするボンド磁
石。

組成式 Ｒ　ｅ　ｍ　　Ｆ　　ｅ　ｘｏｏ−ａ−ｐ−ｖ−ａ＋　
　ＮＪ　　Ｈ，Ｏａただし上記組成式中、原子百分率で
表わして、 ５≦　α　≦２０ １０≦β≦２５ ０．Ｏｌ≦γ　≦５ ０．Ｏｌ≦　６　≦ｌＯ Ｒｅはイットリウムを含む希土類完素である。

（２）　！求項（１）記載の磁性粉末材料の成分のうち
、鉄の０．１〜４９％を等モルのコバルトで置換した磁
性粉末材料を含有する請求項（１）記載のボンド磁石。

（３）保磁力が１０００　ｅ乃至１５ｋＯｅ　，飽和磁
化が５〜１５ｋＧ， 角型比として飽和磁化に対する残留磁化をとると０．１
〜０．９９、 磁気異方性として試料の長軸配向方向の磁化に対する垂
直方向の磁化をとると　０．１〜０．７ である上記請求項（１）又は（２）記載のボンド磁石で
ある。

本発明で用いる希土類元素一鉄一窒素一水素−酸素系磁
性材料は先願（特願平１−２３５８２２号）に記載され
ている磁性材料であり、２〜３μ一程度の微細粒子とし
たときも高い磁気特性を有する特徴がある。又、その基
本的性質としては希土類元素一鉄のいわゆる２−１７構
造中に窒素、水素及び酸素を遍在あるいは局在させるこ
とにより磁気特性を発現させ得るが、その組成及び粒子
径、粒子形状を変化させることにより磁気特性を制御す
ることが可能であるという特徴がある。

従って、本発明は、該磁性材料が有する上記特徴を生か
して調製した、保磁力がｌ００Ｏｅ−１５ｋＯｅ　，飽
和磁化が５ｋＧから１５ｋＧ，角型比が０．１から０．
９９、磁気異方性が０．１から０．７の範囲にあるボン
ド磁石に関する。

又、ホンド磁石のバインダ′一として、一般に用いられ
る有機系バインダー以外に無機系及び金属系のバインダ
ーも用い得る。

く製造方法〉 本発明の構成要件の第１は希土類元素一鉄一窒素一水素
一酸素系磁性材料にあり、第２は該磁性材料の磁気特性
を粉体の作製条件により変化させるうろことにあり、第
３は該磁性粉体を用いて、有機系、無機系、金属系のバ
インダーにより構成するボンド磁石にある。

以下に第１の構或要件から述べる。ただし、この方法に
限定されるわけではない。希土類元素一鉄一窒素一水素
一酸素系磁性材料の製造工程は以下の４段階に大別でき
る。

（１）希土類元素一鉄系母合金の作製 （２）粗粉砕 （３）窒化、水素化 （４）微粉砕すなわち粉体特性の調整 全般的な注意事項として以下のことがある。

（４）の微粉砕時に酸素量を制御することができ、それ
により磁性粉体の特性を変化させ得る。

又（１）の母合金の合或後に組成を均一化するため、更
に（３）の窒化・水素化後に組成の均一化と粒子に発生
した機械的応力を取り除くためにアニールを行うことは
磁気特性の向上にとって効果がある。

以下、これらの工程について説明する。

（１）母合金の合成 原料合金は高周波炉、アーク溶解炉によっても、又液体
超急冷法によっても作製できる。その組或はＲｅが５〜
２５原子％、Ｆｅが７５〜９５原子％の範囲にあること
が好ましい。Ｒｅが５原子％未満では合金中にα一Ｆｅ
相が多く存在し、高保磁力が得られない。また、Ｒｅが
２５原子％を越えると高い飽和磁束密度が得られない。

高周波炉及びアーク溶解炉を用いた場合、溶融状態から
合金が凝固する際にＦｅが析出し易く、このことは磁気
特性、とくに保磁力の低下をひきおこす。そこでＦｅ単
体での相を消失させ、合金の組成の均一化および結晶性
の向上を目的として焼鈍を行うことが有効である。この
焼鈍は８００℃〜１２８０℃で行う場合に効果が顕著で
ある。この方法で作製した合金は液体超急冷法などと比
較して結晶性が良好であり、高い飽和磁化を有している
。

液体超急冷法、ロール回転法などの合金作製法でも、目
的組或の合金を作製できる。しかも、これらの方法によ
り作製した合金の結晶粒は微細であり、条件によっては
サブミクロンの粒子も調製できる。ただし、冷却速度が
大きい場合には合金の非品質化が起こり、窒化、水素化
後にも飽和磁化、保磁力が他の方法ほど上昇しない。こ
の場合にも焼鈍等の後処理が必要である。

母合金はいずれの方法で合金した場合でも３ＱＱ〜５０
０ｐｐｍ程度の酸素を含有している。この段階における
この程度の酸素含有量は工程中で行う通常の操作で導入
されるものである。

（２）粗粉砕 この段階の粉砕はジョークラッシャー、スタンプミルの
ような粗粉のみを調製するような方法でもよいし、ボー
ルミル、ジェットミルによっても条件次第で可能である
。しかし、この粉砕は次の段階における窒化、水素化を
均一に行わしめるためのものであり、その条件とあわせ
て十分な反応性を有し、かつ酸化は進行しない粉体状態
に調製することが重要である。

この粗粉砕後の材料が含有する酸素量も母合金と大差な
＜　１０００ｐｐＩ１以下である。

（３）窒化、水素化 粉砕された原料母合金中に窒素及び水素を化合もしくは
含浸させる方法としては原料合金粉末をアンモニアガス
或いはアンモニアガスを含む還元性の混合ガス中で加圧
あるいは加熱処理する方法が有効である。合金中に含ま
れる窒素及び水素量はアンモニアガス含有混合ガスの混
合成分比、及び加熱温度、加圧力、処理時間によって制
御し得る。

混合ガスとしては水素、ヘリウム、ネオン、窒素及びア
ルゴンのいずれか、もしくは２種以上とアンモニアガス
を混合したガスが有効である。混合比は処理条件との関
連で変化させ得るが、アンモニアガス分圧としては、と
くに０．０２〜０．７５ａｔｍが有効であり、処理温度
は２００〜８５０℃の範囲が好ましい。低温では侵入速
度が小さく、６５０℃以上の高温では鉄の窒化物が生成
し、磁気特性は低下する。加圧処理では１０ａｔｉ＋程
度の加圧でも窒素、水素の含有量を変化させ得る。

アンモニアガス以外のガスを窒化、水素化雰囲気の主成
分とすると、反応効率は著しく低下する。しかし、たと
えば水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用い長時間反応を
行うと窒素及び水素の導入は可能である。

窒化・水素化工程は低酸素分圧中で行われるが、工程終
了時の酸素量は多少増大し１０００ｐｐａ＋前後となる
。

（４）微粉砕すなわち粉体特性の調整 本発明における希土類元素一鉄一窒素一水素酸素系磁性
材料は基本的には希土類元素一鉄系の２−１７構造を有
する。従って組成式としてＲｅｚ　ＦｅａＮｘＨＹ　Ｏ
Ｚと表わせる。同構造を基本とした場合、Ｘ量は４〜５
付近まで安定に存在し得るが、それにつれて保磁力も　
１００〜１５００Ｏｅ程度の変化を示す。又、Ｈ，　Ｏ
ｆｉ，すなわちＹ，Ｚについても保磁力を含む磁気特性
は若干の依存性を示し、Ｙについては０．Ｏｌ〜１、Ｚ
については０．０１〜１０程度で得られた粉体の機械的
性質、耐食性などを含む特性に影響を与える。

上記の組成を変化させた材料の粉体の磁気特性は組或以
外の粒径、結晶化度及び粒子形状によっても変化する。

これは単磁区粒子径と現実の粒子径の相違や形状磁気異
方性の相違によって生じる結果である。微粉砕工程はこ
れら組成と粒子状態の双方に関連する工程である。

微粉砕の方法としては、回転型ボールミル、振動ボール
ミル、遊星ボールミル、ジェットミル、アイガーミルな
ど種々の方法を用い得るが、該磁性材料はいずれの方法
でも比較的容易に数μ麿以下の粒子径まで粉砕し得る。

又粒子形状についても粉砕に用いる粉砕球の材質、重量
、個数、そし溶媒の種類と量、更に装置の運転条件によ
って比較的針状のものから球状に近いものまで調製する
ことができる。

以上のようにして粒子径でサブミクロンのものから　１
００μ馴以上のものまで調製すると、保磁力が１００Ｏ
ｅ　〜１５ｋＯｅ　，飽和磁化が５ｋＧから１５ｋＧ，
角型比が０．ｌ〜０，９９、磁気異方性が０．１〜０．
７の範囲にある各種磁性粉体を作製できる。

次に本発明の主たる構成要件であるボンド磁石の作製方
法について述べる。

以下に５種類の作製法を示す。

使用可能なバインダーとして以下のものをあげることが
できる。

第一グループとして天然ゴム、ポリクロロプレン、ニト
リル◆ブチルゴム、ポリイソプチレン、シリコンゴム、
ポリイソプレンゴムとそれらの２種以上の混合物。

第二グループとしてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、合
成ゴム、ポリエステル樹脂、尿素樹脂とそれらの２種以
上の混合物。

第三グループとしてポリアミド、ボリブチレンテレフタ
レート、ポリフエニレンサルファイト、液晶ポリマー、
ボリフエニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリエ
ーテルサルフォン、ポリエチレン、ボリブロピレン、エ
チレン酢酸ビニルコポリマー、塩素化ポリエチレン、エ
ラストマー、軟質塩化ビニルと、それらの２種以上の混
合物。

第四グループとしてアルミナセメント、マグネシアセメ
ントとその混合物。

第五グループとしてＣｕ，ＡｇＳＺｎ，ＡＩ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉ金属及びそれらの２種以上の合金
。

（Ａ）圧縮成形 希土類元素一鉄一窒素一水素一酸素系磁性粉体の磁気特
性を調整後、耐食処理、カップリング処理などを行い、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、合成ゴム、ポリエステ
ル樹脂、尿素樹脂等と混練し必要量を金型中で圧縮成形
する。この際磁場を印加する場合と印加しない場合があ
る。これを加熱硬化した後、金型から取り出し、消磁又
は着磁した後、製品とする． （Ｂ）射出成形 該磁性粉体の磁気特性を調整後、耐食処理、カップリン
グ処理などを行いボリアミド、ポリブチレンテレフタレ
ート、ポリフエニレンサルファイド、液晶ポリマー　ボ
リフエニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリエー
テルサルフォン、ポリエチレン、ボリブロピレン、エチ
レン酢酸ビニルコポリマー、塩素化ポリエチレン、エト
ストマー、軟質塩化ビニル等と、滑剤等の添加剤を混練
し造粒した後、磁場プレス機を用い射出成形する。更に
泪磁又は着磁を行って製品とする。

（Ｃ）圧粉或形 該磁性粉体の磁気特性を調整後、滑剤等の添加剤を加え
混練し、次いで金型を用い加圧成形する。この成形体を
取り出し、天然ゴム、ポリクロロブレン、ニトリル・ブ
チルゴム、ポリイソプチレン、シリコンゴム、又はボリ
イソプレンゴムをトルエン、エタノール等で希釈したも
のを含浸又は圧入し、溶媒を揮発させて乾燥する。これ
らの工程のいずれかの段階で脱磁又は着磁を施しボンド
磁石とする。

（Ｄ）無機物バインダーボンド磁石 該磁性粉体の磁気特性を調整後、滑剤等の添加剤と、ア
ルミナ・セメント、マグネシア・セメントなどを、更に
溶媒などで希釈したものを混合、混練し、金型で圧縮成
形するか、単純に成形を施した後、取り出し溶媒を揮発
させ乾燥する。これらの工程のいずれかの段階で消磁又
は着磁を施しボンド磁石とする。

（Ｅ）金属バインダーボンド磁石 該磁性粉体の磁気特性を調整後、Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ％Ａ
Ｉ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｎ％Ｐｂ，Ｂｉのいずれかの金属又
は２種以上の合金の粉末と混合、混練し、セラミックス
製又は金属製の型に入れ、圧縮するか加熱圧縮する。

これにより密度の比較的高い金属バインダー磁石が作製
できる。

［実施例コ 以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１ 純度９９．９％のＳｍ及びＦｅをＳｍ，ＩＦｅ８，組或
となるように混合し、セラミックスルッポ中に入れ、−
　２０ａｖＨｇ程度の減圧Ａｒ雰囲気中でｉ５５０℃で
高周波溶解した後冷却し、Ｓｍ−Ｆｅ合金インゴットを
作製する。次にこのインゴットをｌ２５０℃Ａｒ雰囲気
中で約３時間焼鈍し、Ｓｍ，．．４Ｆ　ｅｓｅ．ａ組成
の母合金を調製する。同母合金はＸ線的にほぼ均質なＳ
　ｍ　２　Ｆ　ｅ　Ｉ？構造である。

この合金を平均粒径が約１００μ厘になるようにコーヒ
ーミルによって粉砕し、アンモニアガス（０．３５ａｔ
＊）一水素ガス（０．［ｆ５ａｔｍ）の混合ガス中、４
６５℃で約２時間加熱した後、Ａ『ガス雰囲気中約２．
５時間、同じ４６５℃で加熱する。

この結果得られのはＳ　ｍＢ．ｂ　Ｆ　ｅ　７２、２Ｎ
，６，，Ｈ２．ｏＯｏ．ｓ組成の磁性材料である。この
粉体を回転ボールミルで粉砕し平均粒径が約２μ曽の微
粉体にする。同粉体を微粉体化する際の雰囲気及び微粉
砕後のアニールにより酸素量を制御し、最終組成をＳ　
ｍｓ，ｏ　Ｆ　ｅ　６８，ＩＮ＋６．３Ｈ２．７０４．
８に調整した。この粉体は保磁力６５００Ｏｅ，飽和磁
化１１．５ｋＧの磁気特性を有する。

この粉体０，５ｇをエボキシ樹脂０．４ｇと混合し、セ
ラミックスの型中に移し、ｌｏｋｏｅの磁場中で熱硬化
させた。これらの成形体を約６０ｋＯｅの磁場で着磁し
て、この磁気特性を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用い
て測定し、以下の結果を得た。

保磁力（Ｈｅ）　　　６．５ｋＯｅ 残留磁化（Ｂｒ）　　５．２ｋＯｅ （ＢＨ）ｓ．．　　　　　　　４．２ＭＧＯｅ実施例２ 実施例１の粉体ｔｏｏｇと５０ｇのナイロン−６を混練
し、５〜ｌ　Ｏｔｓｔｓ　ｓ約７φの円柱状チップに裁
断し、射出戒形機により窒素雰囲気中３００℃で、３１
１Ｘ　１２ｇａ＋の断面を有する金型に射ち込み棒状の
成形体を作製し、これを６０ｋＯｅの磁場中で着磁した
。同試料の磁気特性を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用
いて測定し、以下の結果を得た。

保磁力（ｌｌｃ）　　　６．３ｋＯｅ 残留磁化（Ｂｒ）　　ｆｉ．４ｋｏｅ （Ｂ｝ｌ）．．．　　　　６．７ＭＧＯｅ実施例３ 実施例１のＳｍ−Ｆｅ合金インゴットの焼鈍条件を変化
させる。第１にＡｒガス雰囲気中１０９４℃で２０時間
焼鈍したＳｍ−Ｆｅ母合金《Ａ）、同様にＡ『ガス雰囲
気１０９４℃で１０時間焼鈍したＳｍ−Ｆｅ母合金（Ｂ
）、更にＡｒガス雰囲気９４８℃で３２時間焼鈍したＳ
ｍ−Ｆｅ母合金（Ｃ）を調製する。これら母合金（Ａ）
　、（Ｂ）、（Ｃ）を平均粒径約１００μ厘になるよう
にコーヒーミルで粉砕し、以下は実施例１と全く同様の
操作によって、最終組成として、 （Ａ）　Ｓ　ｍｓ．ｓ　Ｆ　ｅ　６１１．ＩＮ！６．Ｉ
Ｈ２．６　０ｓ．＋　　ｉ（Ｂ）　　　Ｓ　　ｍ＝．ｏ
　　　Ｆ　　ｅ　　７０．ＯＮ　　＋６．ＯＨ　　Ｌ．
Ｓ　　　０４．５　　　　；（Ｃ）　Ｓｍｇ．Ｉ　Ｆ　
ｅａ＊．ｏＮ＋７．３Ｈ＋．ｓ　０３．１＋となる組成
の磁性材料を得た。

まず（Ａ）磁性体を振動ボールミルにて粉砕し、その粉
砕時間を変化させ種々の粉体を得た。次に（Ｂ）磁性体
、（Ｃ）磁性体及び（Ｃ゜）磁性体については回転型ボ
ールミルを用い粉砕し、種々の粉体を得た。これらの粉
体を１軸型の磁場プレスで約１５ｋＯｅ下で５ｓｓＸ　
１ｈｍＸ　２ｔｓの成形体とする。これらの成形体をイ
ンブレンゴムの２重量％トルエン溶液に浸し、液を十分
含浸させたのち取り出し乾燥する。得られた磁石を８０
ｋＯｅの磁場中で着磁し、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）
を用いて、これらの試料の磁気特性を測定した。

以下にそれぞれの試料につき粉砕条件と磁気特性を記載
する。

試料（Ａ） 振動ボールミル 試料（Ｂ） 回転ボールミル（３７０回転／分） 試料（Ｃ） 回転ボールミル（３５０回転／分） 試料（Ｃ ）回転ボールミル（３７０回転／分） ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のボンド磁石は従来のボン
ド磁石に比較してその磁気特性が優れており、かつ、製
造も比較的容易である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記組成式で表わされる、希土類元素−鉄−窒素
   −水素−酸素系磁性粉末材料を含有することを特徴とす
   るボンド磁石。 組成式 Ｒｅ＿αＦｅ＿（＿１＿０＿０＿−＿α＿−＿β＿−γ
   ＿−＿δ＿）Ｎ＿βＨ＿γＯ＿δただし上記組成式中、
   原子百分率で表わし て、 ５≦α≦２０ １０≦β≦２５ ０．０１≦γ≦５ ０．０１≦δ≦１０ Ｒｅはイットリウムを含む希土類元素であ る。
2. （２）請求項（１）記載の磁性粉末材料の成分のうち、
   鉄の０．１〜４９％を等モルのコバルトで置換した磁性
   粉末材料を含有することを特徴とする請求項（１）記載
   のボンド磁石。
3. （３）保磁力が１００Ｏｅ乃至１５ｋＯｅ、飽和磁化が
   ５〜１５ｋＧ、 角型比として飽和磁化に対する残留磁化を とると０．１〜０．９９、 磁気異方性として試料の長軸配向方向の磁 化に対する垂直方向の磁化をとると０．１〜０．７ であることを特徴とする上記請求項（１）又は（２）記
   載のボンド磁石。