JPH04329602A - 複合磁石の製造方法 - 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】本発明は複合磁石の製造方法に関
する。更に詳しくはＲ２ＴＭ１４Ｂ化合物（但しＲはＮ
ｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｐｒ）を主相とする準安定状態
の希土類−鉄系急冷磁石材料とガラス薄片との複合磁石
の製造方法に関する。これにより得られる本発明複合磁
石は例えば高出力化と減磁耐力とが要求される各種モー
タやアクチュエータなどに研削加工レスでそのまま実装
可能な高度な寸法精度を有する。しかも磁石組織中に電
気絶縁層を特定方向に配列した構造を採るから渦電流損
失低減を求められる環状磁石回転子などに対してとくに
有効である。

【０００２】

【従来の技術】急冷磁石材料の製造は例えばＥｇａｍｉ
による発表論文“Ｌｏｗ−ＦｉｅｌｄＭａｇｎｅｔｉｃ
　　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　　ｏｆ　　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
Ａｌｌｏｙｓ”（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｔｈｅ　
　Ａｍｅｒｉｃａｎ　　ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ
，ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．３　　ｐ．１２８　　１９７７
）に連続スプラット急冷法が開示されている。

【０００３】希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅと
Ｂとを２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメルト
スピニングと称する連続スプラット急冷するとＲ２ＴＭ
１４Ｂ化合物（但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ
）を主相とする準安定状態で磁気的に等方性の急冷磁石
材料が得られる（特開昭５９−６４７３９号，特開昭６
０−９８５２号）。この希土類−鉄系急冷磁石材料の磁
石特性は固有保磁力ＨＣＪ＞８ｋＯｅ、残留磁化≒８ｋ
Ｇ程度で有用な磁石材料である。この磁石材料の磁石特
性の発現は２０〜４００ｎｍのＲ２ＴＭ１４Ｂ化合物（
但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｐｒ）が非晶質Ｆｅ
相に分散された微細構造に基づくもので結晶化温度は約
５８０℃程度である。

【０００４】上記急冷磁石材料の材料形態は薄帯或いは
薄片など粉末状に限定される。従って一般のバルク状磁
石とするためには材料形態の変換、すなわち薄帯或いは
薄片を何等かの方法で固定化する技術が必要となる。粉
末冶金における基本的な固定化技術は常圧焼結であるが
急冷磁石材料は準安定状態に基づく固有保磁力ＨＣＪを
維持する必要があるので常圧焼結の適用は困難である。 そこで一般のバルク状磁石への変換はもっぱら急冷磁石
材料を樹脂で固定化する樹脂磁石が先行した。樹脂は急
冷磁石材料をその結晶化温度以下で固定化できるためＨ
ＣＪは基本的に不変である。しかし樹脂磁石は概ね６ｇ
／ｃｍ３以上の高密度化は困難で残留磁化≦６．２ｋＧ
に制約される。

【０００５】一方、急冷磁石材料を熱間圧縮で固定化す
る技術によればＨＣＪの水準を或る程度維持しながらそ
の真密度に近い状態まで高密度化したフル密度磁石とな
る。このフル密度磁石は残留磁化≦８．４ｋＧである。 またフル密度磁石を更に塑性変形すると磁気異方性の誘
発が促進されることがＲ．Ｗ．Ｌｅｅらによる発表論文
“Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｅｄ　　ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｉ
ｒｏｎ−ｂｏｒｏｎ　　ｍａｇｎｅｔｓ”（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ　　Ｖｏ１
．４６　　Ｎｏ．８、ｐ．７９０、１９８５）に報告さ
れ塑性変形の程度に応じて残留磁化≧８ｋＧが得られる
ことが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】急冷磁石材料を３〜５
ｗｔ％程度の樹脂で固定化した磁気的に等方性の環状樹
脂磁石は半径方向へも残留磁化≦６．２ｋＧが得られる
ので各種モータやアクチュエータへ応用される（例えば
、ＵＳＰ．４，６８９，１６３、ＵＳＰ．４，９８１，
６３５）。なお回転体として実装する場合も渦電流損失
への配慮は不要である。しかし残留磁化≦６．２ｋＧで
あり高出力化の要求を十分満たせない欠点がある。 また樹脂磁石の寸法安定性や機械的強度などは樹脂成分
の性質に重大な影響を受けるので実使用での耐環境に対
する信頼性確保に十分な配慮を必要とする。

【０００７】一方急冷磁石材料を熱間圧縮で固定化した
環状フル密度磁石は磁気的にほぼ等方性であり半径方向
へも残留磁化≒８ｋＧが得られる。従って樹脂磁石に比
較して各種モータやアクチュエータを≦３０％高出力化
することが可能である。しかも寸法安定性は樹脂成分の
影響を排除でき機械的強度も高くなるので耐環境に対す
る信頼性の確保に有利となる。しかし電気抵抗が１５０
μΩｃｍ程度であるため回転体として実装する場合は渦
電流損失への配慮が必要になる。

【０００８】以上のように残留磁化≦６．２ｋＧの希土
類−鉄系樹脂磁石や残留磁化≦４．２ｋＧのフェライト
焼結磁石の電気抵抗は＞１０４μΩｃｍである。しかし
、例えば残留磁化＞６．２ｋＧの希土類−鉄系焼結磁石
の電気抵抗は１５０μΩｃｍ程度、希土類−コバルト系
焼結磁石は８５μΩｃｍ程度に低下してしまう。従って
残留磁化≧６．２ｋＧの高性能磁石を回転体として実装
する場合は何れにしても渦電流損失への配慮が必要にな
る。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するため
に、残留磁化≧６．２ｋＧの高性能磁石を回転体として
実装する場合に渦電流損失への配慮を不要とする複合磁
石の製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の複合磁石の製造方法は急冷磁石材料を熱間圧
縮で固定化した残留磁化≧６．２ｋＧの高性能磁石で磁
石組織中に電気絶縁層を特定方向に配列した構造を与え
るものである。

【００１１】本発明複合磁石は希土類−鉄系合金の急冷
磁石材料とガラス薄片との混合体を成形型中で熱間圧縮
することで得られる。この複合磁石の製造方法では（１
）急冷磁石材料をメルトスピニングした薄帯または／お
よび薄片とし、（２）混合体のガラス薄片を１４重量％
以下とし、（３）熱間圧縮を混合体への定荷重負荷によ
る圧縮と直接通電で行う。

【００１２】

【作用】以下、本発明を更に詳しく説明する。

【００１３】先ず、本発明複合磁石の出発原料である希
土類−鉄系合金の急冷磁石材料とガラス薄片の混合体に
ついて説明する。本発明で言う希土類−鉄系合金の急冷
磁石材料とは希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅと
Ｂとを２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメルト
スピニングと称する連続スプラット急冷したものである
。この磁石材料は４００ｎｍ以下のＲ２ＴＭ１４Ｂ化合
物（但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）を主相と
する準安定状態を呈し磁気的に等方性である。また材料
形態は厚さ３０μｍ程度の不定形の薄帯または／および
薄片である。なお希土類−鉄系合金の添加元素として結
晶粒成長を抑制したりＨＣＪを高める元素Ｚｎ，Ａｌ，
Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗなどは残留磁
化が低下しない範囲で使用することができる。一方のガ
ラス薄片はＳｉＯ２を主成分とする厚さ４μｍ程度の不
定形の薄片で他の成分としてＡｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｍｇ
Ｏ，Ｂ２Ｏ３，ＺｎＯなどの酸化物が存在しても差し支
えない。

【００１４】次に上記急冷磁石材料とガラス薄片の混合
体を成形型中で熱間圧縮するプロセスを図面により説明
する。

【００１５】図１は本発明複合磁石を製造するための熱
間圧縮の構成を示す要部外観図である。図において１は
ダイ、２ａ，２ｂはダイ１に対応した一対の電極である
。ここで電極２ａ，２ｂはダイ１とキャビティを形成す
る。３ａ，３ｂは電極２ａ，２ｂの反キャビティ面に配
置した一対の熱補償体である。４は所定の複合磁石とす
る急冷磁石材料とガラス薄片の混合体である。５ａ，５
ｂは定荷重負荷の加圧系、６ａは放電処理電源、６ｂは
直流定電流電源である。なおこれらの電源６ａ，６ｂは
加圧系５ａ，５ｂの圧力軸ロッドと電気的に接続されて
いる。なおダイ材質は窒化珪素或いはサイアロン，電極
材質は超硬合金（例えばＪＩＳ　　Ｈ５５０１；Ｇ５）
、熱補償体はグラファイトが好ましい。

【００１６】次に上記構成の熱間圧縮装置で本発明複合
磁石を製造する動作を説明する。先ず、一対の熱補償体
３ａ，３ｂの端面より電極２ａ，２ｂを介して混合体４
に２００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ２の定荷重負荷による圧
縮を加える。圧縮により混合体４のポテンシャルエネル
ギーは低下する。続いて混合体４に対して放電を行う。 放電による電子，イオン，励起種などの活性化学種が或
る程度の運動エネルギーをもって混合体の表面に衝突す
ることにより混合体表面に付着している汚染物質や低分
子化合物と反応するエッチング効果で混合体４のポテン
シャルエネルギーは更に低下する。

【００１７】上記のような放電処理ののち混合体４への
定荷重負荷による圧縮圧力を保持したまま一対の熱補償
体３ａ，３ｂと電極２ａ，２ｂを介して混合体４へ直接
通電する。各部の電流密度ΔＩの二乗および比抵抗ρと
体積比熱の比ρ／ｓｃの両者に比例したジュール熱の発
生で昇温が始まる。

【００１８】混合体４の初期状態のρ／ｓｃは１０−４
程度である。そこでキャビティを構成する電極２ａ，２
ｂのρ／ｓｃを１０−４程度、或いはそれよりやや低い
１０−５水準とする。そして電極２ａ，２ｂの反キャビ
ティ面に接する一対の熱補償体３ａ，３ｂのρ／ｓｃを
１０−３水準とする。これにより混合体４の昇温を熱補
償体４ａ，４ｂからの伝熱で補正することができる。昇
温が補正されたキャビティ中の混合体４は定荷重負荷に
よる圧縮圧力下で急冷磁石材料の結晶化温度以上に加熱
されると１０−１〜１０−２ｍｍ／ｓ或るいはそれ以上
の歪み速度で塑性変形し緻密化する。歪み速度は混合体
４の昇温に伴う粘性低下で加速されるが緻密化の進展に
よってピークを示し次第に小さな値に推移する。歪み速
度１０−３〜０ｍｍ／ｓｅｃ程度になった時点で電流を
遮断すれば混合体４はＨＣＪを維持したまま本発明複合
磁石となる。なおＨＣＪの水準の維持には急冷磁石材料
の結晶化温度〜７５０℃以下とすることや熱間圧縮を１
０−１〜１０−３Ｔｏｒｒの真空雰囲気中にて行うこと
が望ましい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明複合磁石を実施例により説明す
る。

【００２０】（実施例１）希土類−鉄系合金の急冷磁石
材料は合金組成Ｎｄ１３Ｆｅ６８Ｃｏ１８Ｂ６の母合金
をＡｒガス雰囲気中で高周波加熱することにより溶融状
態とし周速度約５０ｍ／ｓｅｃのＣｕ製単ロールに噴射
するメルトスピニングで厚さ３０μｍ程度の不定形薄帯
とした。次にその薄帯を粉砕し５３〜３５０μｍの粒度
範囲の薄片とした。この急冷磁石材料を３ｗｔ％のエポ
キシ樹脂と混合し１０ｔｏｎ／ｃｍ２で圧縮したのち樹
脂硬化して得た密度６．３０ｇ／ｃｍ３のΦ２０ｍｍ×
８ｍｍｈ樹脂磁石とした。この樹脂磁石の５０ｋＯｅパ
ルス着磁時のＨＣＪは１８．５ｋＯｅ，残留磁化６．１
ｋＧであった。

【００２１】続いて図２に示すような厚さ３０μｍ程度
の不定形ガラス薄片を急冷磁石材料に任意量混合した。 使用したガラス薄片の組成はＳｉＯ２　　５２ｗｔ％、
Ａｌ２Ｏ３　　１６ｗｔ％、ＣａＯ　　１５ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ　　５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３　　１０ｗｔ％、ＺｎＯ　
　２ｗｔ％であり真密度は２．５２ｇ／ｃｍ３、電気抵
抗１０１３Ωである。

【００２２】上記急冷磁石材料とガラス薄片の混合体を
外径Φ２６ｍｍ／内径Φ２０ｍｍ×４０ｍｍｈのサイア
ロン製ダイと先端にＢＮ（窒化ボロン）／有機高分子膜
を設けたΦ２０ｍｍ×５ｍｍｈの超硬合金製電極で形成
したキャビティ中へ一定体積（Φ２０ｍｍ×８ｍｍｈ）
の複合磁石となる量だけ充填した。そして外径Φ２０ｍ
ｍ×２０ｍｍｈのグラファイト製熱補償体を使用し図１
のような熱間圧縮装着とした。

【００２３】一対の熱補償体と電極を介し混合体に２５
０ｋｇｆ／ｃｍ２の定荷重負荷の圧縮圧力を加え１０−
１〜１０−３Ｔｏｒｒの真空雰囲気を維持した状態で混
合体を放電処理して活性化し圧着・固化し、更に通電に
より発生する熱補償体のジュール熱を電極を介して混合
体へ伝熱することにより結晶化温度以上に加熱して緻密
化させ所定体積の複合磁石とした。ただし放電処理はパ
ルス幅２０ｍｓｅｃ，１０Ｖ直流電圧の３０ｓ印加、続
いての通電は電流密度１５０〜３００Ａ／ｃｍ２の直流
定電流である。通電による加熱と定荷重負荷の圧縮圧力
のもとで混合体は急速に粘性低下し歪み速度が増加する
。しかし混同体の緻密化が９０％を越えた時点では歪み
速度はピークを越え緻密化進展に伴って次第に小さな値
になる。歪み速度１０−３〜０ｍｍ／ｓｅｃの範囲で通
電電流を遮蔽しダイの外表面温度が冷却に転じたのち真
空雰囲気と圧縮圧力を解除した。この操作によって混合
体から直接一定体積（Φ２０ｍｍ×８ｍｍｈ）の複合磁
石を得た。この複合磁石はΦ２０±０．０１ｍｍ×８．
０±０．５ｍｍという優れた寸法精度を有していた。

【００２４】上記複合磁石のＨＣＪと残留磁化はＲＦＭ
、密度はアルキメデス法で求めた。図３は上記複合磁石
中ガラス薄片６ｗｔ％複合磁石製造時の電流密度に対す
る５０ｋＯｅパルス着磁時のＨＣＪ、残留磁化および密
度の関係をガラス薄片０ｗｔ％磁石ＨＣＪと対比した特
性図である。複合磁石の密度は一定であるにも拘らず電
流密度が２００Ａ／ｃｍ２を越えるとＨＣＪと残留磁化
は大きく低下する。一方ガラス薄片０ｗｔ％磁石では３
００Ａ／ｃｍ２でもＨＣＪの低下がない。密度一定下で
のＨＣＪと残留磁化の低下は過熱によるＲ２ＴＭ１４Ｂ
化合物の粗大化を意味し換言すれば複合磁石の電気抵抗
増加を示唆している。

【００２５】図４は上記複合磁石のガラス薄片混合量（
ｗｔ％）に対する５０ｋＯｅパルス着磁時のＨＣＪと残
留磁化および密度の関係を示す特性図である。図中

【０
０２６】

【外１】

【００２７】

【外２】 は磁石製造時の電流密度最適値での、また

【００２８】

【外３】

【００２９】

【外４】 は電流密度３００Ａ／ｃｍ２一定下でのＨＣＪと残留磁
化のガラス薄片含有量依存性である。

【００３０】ガラス薄片０ｗｔ％磁石の密度７．６５ｇ
／ｃｍ３に対してガラス薄片１４ｗｔ％複合磁石の密度
は５．９６ｇ／ｃｍ３であった。すなわちガラス薄片体
積分率３３％相当で磁石中に空隙は存在しない。また密
度はガラス薄片含有量の増加に伴って直線的に低下する
のでガラス薄片１４ｗｔ％以下の範囲であっても空隙は
存在せずガラス薄片体積分率相当で電気絶縁されている
のである。

【００３１】密度６．３０ｇ／ｃｍ３，３ｗｔ％樹脂磁
石はＨＣＪ１８．５ｋＯｅ，残留磁化６．１ｋＧ，密度
５．９６ｇ／ｃｍ３ガラス薄片１４ｗｔ％複合磁石はＨ
ＣＪ１７．５ｋＯｅ，残留磁化６．１ｋＧである。すな
わちガラス薄片１４ｗｔ％複合磁石は前記樹脂磁石に対
する密度が９４．６％であるにも拘らず樹脂磁石で得ら
れる最高水準の残留磁化を示す。これは急冷磁石材料の
磁気異方性の誘発による。すなわちガラス薄片含有量１
４ｗｔ％以下とすれば樹脂磁石では得られない高残留磁
化の複合磁石がＨＣＪ１ｋＯｅ程度の変動で得られる。 とくにガラス薄片含有量３ｗｔ％以下とすれば電流密度
で代表される磁石製造条件を安定化することができ樹脂
磁石に対する残留磁化を２５〜３０％高めることができ
る。

【００３２】図５はガラス薄片１ｗｔ％複合磁石の圧縮
方向に対する垂直面の磁石組織を示す特性図である。図
中（外１）は固定化した急冷磁石材料薄片であり、（外
２）は（外１）と複合化したガラス薄片である。このよ
うに本発明複合磁石は磁石組織中にガラス薄片からなる
電気絶縁層が特定方向に層状に配列した構造を呈する。

【００３３】

【発明の効果】本発明によって得られる複合磁石は残留
磁化≧６．１ｋＧの高性能磁石である。しかも磁石組織
中に電気絶縁層を特定方向に配列した構造であるから回
転体として実装する場合には渦電流損失の低減が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

図１　　熱間圧縮の構成を示す要部外観図図２　　ガラ
ス薄片の粒子構造を示す写真図３　　ＨＣＪ，残留磁化
，密度の電流密度依存性を示す特性図 図４　　ＨＣＪ，残留磁化，密度のガラス薄片含有量依
存性を示す特性図 図５　　複合磁石の組織を示す粒子構造写真

【符号の説明】

１　　ダイ ２ａ，２ｂ　　電極 ３ａ，３ｂ　　熱補償体 ４　　混合体 ５ａ，５ｂ　　加圧系 ６ａ，６ｂ　　電源 （外１）　　急冷磁石材料 （外２）　　ガラス薄片

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】希土類−鉄系合金の急冷磁石材料とガラス
   薄片との混合体を成形型中で熱間圧縮する複合磁石の製
   造方法。
2. 【請求項２】急冷磁石材料がメルトスピニングした薄帯
   または／および薄片である請求項１記載の複合磁石の製
   造方法。
3. 【請求項３】混合体のガラス薄片が１４重量％以下であ
   る請求項１記載の複合磁石の製造方法。
4. 【請求項４】成形型中での熱間圧縮が混合体への定荷重
   負荷による圧縮と直接通電である請求項１記載の複合磁
   石の製造方法。
5. 【請求項５】環状に熱間圧縮する請求項１記載の複合磁
   石の製造方法。
6. 【請求項６】磁気異方性を誘発する請求項１記載の複合
   磁石の製造方法。