JPH04324907A - 永久磁石の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械的配向による磁気
異方性を有する永久磁石の製造方法、特にＲ（ただしＲ
はＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種），Ｆｅ，
Ｂを原料基本成分とする永久磁石の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【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り、
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。

【０００３】永久磁石は、外部から電気的エネルギーを
供給しないで磁界を発生するための材料であり、保磁力
が大きく、また残留磁束密度も高いものが適している。

【０００４】現在使用されている永久磁石のうち代表的
なものはアルニコ系鋳造磁石、フェライト磁石及び希土
類−遷移金属系磁石であり、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、極めて高い保磁力とエネルギー積を持つ永久磁石と
して、従来から多くの研究開発がなされている。

【０００５】従来、これらＲ−Ｆｅ−Ｂ系の高性能異方
性永久磁石の製造方法には、次のようなものがある。

【０００６】（１）まず、特開昭５９−４６００８号公
報やＭ．Ｓａｇａｗａ，Ｓ．Ｆｕｊｉｍｕｒａ，Ｎ．Ｔ
ｏｇａｗａ，Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏａｎｄ　Ｙ．Ｍａｔ
ｓｕ−ｕｒａ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．５５
（６），１５　Ｍａｒｃｈ　１９８４，ｐ２０８３　等
には、原子百分比で８〜３０％のＲ（ただしＲはＹを含
む希土類元素の少なくとも１種）、２〜２８％のＢ及び
残部Ｆｅからなる磁気異方性焼結体であることを特徴と
する永久磁石が粉末冶金法に基づく焼結によって製造さ
れることが開示されている。

【０００７】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
性粉を得る。磁性粉は成形助剤のバインダーと混練され
、磁場中でプレス成形されて成形体が出来上がる。成形
体はアルゴン中で１１００℃前後の温度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事により永久磁石はさらに保磁力を
向上させる。

【０００８】また、この焼結磁石の熱処理に関しては特
開昭６１−２１７５４０　号公報、特開昭６２−１６５
３０５　号公報等に、多段熱処理の効果が開示されてい
る。

【０００９】（２）特開昭５９−２１１５４９　号公報
や　Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ；　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
．Ｖｏｌ．４６（８），１５　Ａｐｒｉｌ１９８５，　
ｐ７９０には、非常に微細な結晶性の磁性相を持つ、メ
ルトスピニングされた合金リボンの微細片が樹脂によっ
て接着されたＲ−Ｆｅ−Ｂ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、その薄片を樹脂と混練してプレス成形することによ
り製造される。

【００１０】（３）特開昭６０−１００４０２　号公報
や　Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ；　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
．Ｖｏｌ．４６（８），１５　Ａｐｒｉｌ１９８５，　
ｐ７９０には、前記（２）　の方法で使用した急冷薄片
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−
Ｂ磁石を得ることが開示されている。

【００１１】（４）特開昭６２−２７６８０３　号公報
には、Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
とも１種）８〜３０原子％，Ｂ　２〜２８原子％，Ｃｏ
　５０原子％以下，Ａｌ１５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
・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。

【００１２】また、この熱間加工においては、　５００
℃以上の温度において一回の圧延における高さの減少量
が圧延前の高さの２０％を越える圧延を１回以上行い、
総加工量が５０％以上となるように熱間加工することが
高性能化に効果があり、一回の圧延における高さの減少
量が圧延前の高さの３０％の圧延の場合は、総加工量が
６０％〜８０％となるように熱間加工することが高性能
化に対して有効であることが、特願平２−２５７６５０
に開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】叙上の（１）〜（４）
の従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の製造方法は、次のご
とき欠点を有している。

【００１４】（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−Ｂ
系合金はたいへん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。

【００１５】また粉末を成形するときに、例えばステア
リン酸亜鉛の様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
助剤中の数割は、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磁石の磁気性能を低下
させ好ましくない。

【００１６】成形助剤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、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。

【００１７】これらの欠点があるので、一般的に言って
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。

【００１８】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。

【００１９】（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
形性も悪く、温度特性に対しても、使用する面において
も不利である。

【００２０】（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効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。

【００２１】（４）の永久磁石を製造する方法は、粉末
工程を含まず、熱間加工も一段階でよいために、最も製
造工程が簡略化され量産コストの低減が図れる製造法で
あるが、熱間加工により結晶軸を配向させる際に、高い
磁気性能を得るために有効な配向を得ることが容易でな
く、磁気特性が焼結法に比べるとやや低いという問題が
あった。

【００２２】本発明は、以上の従来技術の欠点特に　（
４）の永久磁石に関する配向性に関する問題を解決し、
即ち、良好な配向を与え、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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石の製造
方法は、Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少な
くとも１種），Ｆｅ，Ｂを原料基本成分とし、該基本成
分とする合金を溶解・鋳造し、次いで鋳造インゴットを
　５００℃以上の温度において、熱間加工による加工量
が４０％〜７０％の範囲であるときに１回の圧延におけ
る高さの減少量が圧延前の高さの２０％を越える圧延を
１回以上行い、総加工量が５０％〜８５％となるように
熱間加工し、次に　２５０〜１１００℃の温度において
熱処理する事を特徴とする。

【００２４】また更なる高保磁力化、高性能化のために
は、熱間加工後　７５０〜１１００℃において熱処理し
た後に２５０〜７５０℃の温度において熱処理する事を
特徴とする。

【００２５】前記のように、鋳造インゴットに熱間加工
を施して得られた磁石では、熱間加工により結晶軸を配
向させるわけであるが、容易に良好な配向が得られず、
磁気性能が低いという欠点があった。本発明では、熱間
圧延加工において加工量が４０％〜７０％の範囲である
ときに一回の圧延における加工度を大きくとることによ
り、配向度を大きく向上させ、良好な配向が得られるこ
とを見いだした。

【００２６】以下、本発明における永久磁石の好ましい
組成範囲について説明する。

【００２７】希土類としては、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕが候補として挙げられ、これらのうちの
１種あるいは２種以上を組み合わせて用いる。最も高い
磁気性能はＰｒで得られるので、実用的には　　Ｐｒ，
Ｐｒ−Ｎｄ合金，Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎｄ合金等が用いられる
。 少量の重希土元素、例えばＤｙ，Ｔｂ等は保磁力の向上
に有効である。

【００２８】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２Ｆｅ１４
Ｂ　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磁気特性は得られない。一方Ｒが３
０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。よってＲの範囲は８〜３０原子
％が適当である。しかし高い残留磁束密度のためには、
好ましくはＲ８〜２５原子％が適当である。

【００２９】Ｂは、Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ　相を形成するため
の必須元素であり、２原子％未満では菱面体のＲ−Ｆｅ
系になるために高保磁力は望めない。また２８原子％を
越えるとＢに富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。しかし高保磁力を得るためには、
好ましくはＢ８原子％以下がよく、それ以上では微細な
Ｒ２Ｆｅ１４Ｂ　相を得ることが困難で、保磁力は小さ
い。

【００３０】Ｃｏは本系磁石のキュリ−点を増加させる
のに有効な元素であるが、保磁力を小さくするので５０
原子％以下がよい。

【００３１】Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｇａ等のＲリッ
チ相とともに存在し、その相の融点を低下させる元素は
、保磁力の増大効果を有する。しかし、これらの元素は
非磁性元素であるため、その量を増すと残留磁束密度が
減少するので、６原子％以下が好ましい。

【００３２】熱間加工における温度は再結晶温度以上が
望ましく、本発明Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好まし
くは５００℃以上である。

【００３３】熱間圧延における特定の加工量の範囲での
１回の圧延での高さの減少量は、本発明の磁石の製造方
法において重要な因子となっている。熱間加工の工程に
おいては、結晶軸の配向と結晶粒の微細化の二つの効果
がもたらされるわけであるが、一回の圧延での加工度を
大きくすることにより、結晶粒の微細化にはより良好な
結果をもたらすが、熱間加工による加工量が小さい時点
で一回の圧延での加工度が大きい圧延を行なうと、結晶
粒の配向が乱れ、配向度が低下する。また、加工時に大
きな力を要するため、圧延機にかかる負担も大きくなり
、加工も困難になってくる。一回の圧延での加工度が小
さい場合、結晶粒の配向が乱れる可能性は小さくなるが
、十分な配向が得られず、低性能である。また、結晶粒
の成長も激しく起こり始め、保磁力も低下する。このた
め、一回の圧延での高さの減少量が２０％を越える圧延
を１回以上行なうことが望ましい。また、圧延の総加工
量は、結晶を十分に配向させるためには、５０％以上が
望ましい。しかし、８５％を越えるとかえって配向が乱
され、配向度が低下するので、５０％〜８５％の範囲が
望ましい。

【００３４】そして、熱処理温度は粒界の清浄化及び初
晶のＦｅを拡散するために２５０℃以上が好ましく、Ｒ
２Ｆｅ１４Ｂ　相が１１００℃以上では急激に粒成長し
て保磁力を失うのでそれ以下の温度が好ましい。

【００３５】また、２段階以上の熱処理を施す場合の温
度は、１段目は初晶のＦｅが早く拡散するように７５０
℃以上が好ましく、２段目は粒界のＲリッチ相の融点付
近以下の温度、すなわち７５０℃以下が好ましく、２５
０℃以下では熱処理の効果に時間が掛かりすぎるのでそ
れ以上がよい。

【００３６】次に本発明の実施例について述べる。

【００３７】

【実施例】

（実施例１）アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、
Ｐｒ１６．５Ｆｅ７７．３Ｂ５Ｃｕ１．２なる組成の合
金を溶解し、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。

【００３８】こうして得られた鋳造インゴットから厚さ
２０ｍｍ、高さ４０ｍｍの板状のサンプルを切り出し、
鉄製のカプセル（高さ方向の厚み２０ｍｍ、幅方向の厚
み４０ｍｍ）に入れ、脱気し、密封して、加工温度　９
５０℃で表１に示す条件で圧延の総加工度が７８％にな
るまで熱間圧延を行なった。

【００３９】この後、１０００℃において２４時間の熱
処理を施し、次に　５１５℃において　２時間の熱処理
を施した後、切断、研磨されて磁気特性が測定された。 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。

【００４０】表２に表１の条件で加工したときの最大エ
ネルギー積　（ＢＨ）ｍａｘを示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】この表からわかるように、熱間加工による
加工量が２８％になったときから３０％／パスで２パス
の圧延を行なったもの（条件１）は、加工量が３９％，
５６％になったときから３０％／パスで２パスの圧延を
行なったもの（条件２及び条件３）よりも　（ＢＨ）ｍ
ａｘの値は低く、十分な配向が得られていないことがわ
かる。条件２及び条件３で加工したものは　（ＢＨ）ｍ
ａｘが３０ＭＧＯｅを越える高い値を示し、十分配向し
ていることがわかる。加工量が６８％になってから３０
％／パスの圧延を行なったもの（条件４）は、　（ＢＨ
）ＭＡＸの値は低く、良好な配向を得るために有効な加
工ではない事がわかる。

【００４４】（実施例２）実施例１と同様に、アルゴン
雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、表３に示す組成の合金
を溶解し、鋳造した。この時、希土類、鉄及び銅の原料
としては、実施例１と同様に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。

【００４５】こうして得られた鋳造インゴットを実施例
１と同様にして鉄製のカプセルに入れ、脱気し、密封し
て、熱間圧延を施した。この時、加工温度は　９５０℃
で、先ず１５％／パスで４パスの圧延を行なった。この
時の加工量は、４８％である。その後、３５％／パスで
総加工度が７８％になるまで圧延を行なった。

【００４６】この後、１０００℃において２４時間の熱
処理を施し、次に　５２５℃において　４時間の熱処理
を施した。

【００４７】こうして得られた圧延磁石の最大エネルギ
ー積　（ＢＨ）ｍａｘの値を１５％／パス及び３０％／
パスで同様に７８％まで加工した場合と比較した。その
結果を表３に示す。加工量４８まで１５％／パスで圧延
し、その後３５％／パスで圧延した場合は、総加工度７
８％まで１５％／パスで加工した場合と比較して、最大
エネルギー積　（ＢＨ）ｍａｘの向上が見られ、その値
は、３０％／パスで総加工度７８％まで加工した場合と
ほぼ同等である。

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】以上の実施例から、Ｒ（ただしＲはＹを含
む希土類元素のうち少なくとも１種），Ｆｅ，Ｂを原料
基本成分とする永久磁石は、　５００℃以上の温度にお
いて、熱間加工による加工量が４０％〜７０％の範囲で
あるときに１回の圧延における高さの減少量が圧延前の
高さの２０％を越える圧延を１回以上行い、総加工量が
５０％〜８５％となるように熱間加工することにより、
十分に異方性化し、良好な配向が得られ、熱間加工後の
結晶粒が微細化され、　２５０〜１１００℃の温度にお
いて熱処理することにより、高保磁力を示し、その磁気
特性が大幅に向上することは明らかである。

【００５１】

【発明の効果】叙上のごとく本発明の永久磁石の製造方
法は、次のごとき効果を持つ。

【００５２】（１）ｃ軸配向率を大きく向上させること
ができ、残留磁束密度Ｂｒを高めることができ、結晶粒
を微細化でき、それにより保磁力ｉＨｃを高めることが
でき、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ　を格段に向上
させることが出来た。

【００５３】（２）製造プロセスが簡単であり、コスト
が安い。

【００５４】（３）従来の焼結法と比較して、加工工数
及び生産投資額を著しく低減させることが出来る。

【００５５】（４）従来のメルトスピニング法による磁
石の製造方法と比較して、高性能でしかも低コストの磁
石を作ることが出来る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち
   少なくとも１種），Ｆｅ，Ｂを原料基本成分とし、該基
   本成分とする合金を溶解・鋳造し、次いで鋳造インゴッ
   トを　５００℃以上の温度において、熱間加工による加
   工量が４０％〜７０％の範囲であるときに１回の圧延に
   おける高さの減少量が圧延前の高さの２０％を越える圧
   延を１回以上行い、総加工量が５０％〜８５％となるよ
   うに熱間加工し、次に　２５０〜１１００℃の温度にお
   いて熱処理する事を特徴とする永久磁石の製造方法。
2. 【請求項２】熱間加工後の熱処理において　７５０〜１
   １００℃において熱処理した後に２５０〜７５０℃の温
   度において熱処理する事を特徴とする請求項１記載の永
   久磁石の製造方法。