JPH06208930A - 希土類永久磁石の製造方法 - Google Patents

希土類永久磁石の製造方法

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JPH06208930A
JPH06208930A JP5001922A JP192293A JPH06208930A JP H06208930 A JPH06208930 A JP H06208930A JP 5001922 A JP5001922 A JP 5001922A JP 192293 A JP192293 A JP 192293A JP H06208930 A JPH06208930 A JP H06208930A
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rare earth
sheath
permanent magnet
magnet
earth permanent
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Fumio Takagi
富美男 高城
Osamu Kobayashi
理 小林
Sei Arai
聖 新井
Seiji Ihara
清二 伊原
Koji Akioka
宏治 秋岡
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Seiko Epson Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳造、熱間圧延により、高性能R−Fe−B
系磁石をつくる。 【構成】 R−Fe−B系鋳造合金をシースに入れて圧
延する工程において、内側と外側が変形抵抗の異なる材
料で構成された多重シースを用いる。その際、内側の変
形抵抗を小さく、外側の変形抵抗を大きくする。 【効果】 磁気特性が向上し、ばらつきが小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類永久磁石の製造
方法、特に鋳造合金を熱間で塑性加工を施して磁気的に
異方性化するR−Fe−B系希土類永久磁石の製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】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る。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、高い磁気性能が得られるので、従来から多く
の研究開発がなされている。
【0003】従来、これら希土類−鉄(遷移金属)系の
高性能永久磁石の製造方法には、次のようなものがあ
る。
【0004】(1)まず、特開昭59−46008号公
報やM.Sagawa,S.Fujimura,N.T
ogawa,H.Yamamoto and Y.Ma
tsuura;J.Appl,Phys,Vol,55
(6)15March 1984,p2083、等に
は、原子百分比で8〜30%のR(但しRはYを包含す
る希土類元素の少なくとも1種)、2〜28%のB及び
残部Feから成る磁気異方性焼結体であることを特徴と
する永久磁石及びそれ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。
【0005】(2)また、特開昭59−211549号
公報やR.W.Lee;Appl,Phys,Let
t.Vol,46(8),15 April 198
5,p790には、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、その薄片を樹脂結合法で磁石にするメルトスピニ
ング法による急冷薄片を用いた樹脂結合方法で希土類−
鉄磁石が製造されることが開示されている。
【0006】(3)さらに、特開昭60−100402
号公報や前述のR.W.Leeの論文には、高温処理に
よって異方性の永久磁石を作る方法において、永久磁石
が鉄−希土類金属であり、方法が、鉄,ネオジムおよび
/あるいはプラセオジムおよびホウ素を含む無定形ない
し微細な結晶性の固体材料を高温処理し、微細な粒子の
微細構造を持つ塑性的に変形された物体を作り、その物
体を冷却し、得られる物体が磁性的に異方性であり、永
久磁石特性を示すようにすることからなることを特徴と
する永久磁石の製造方法が開示されている。
【0007】この磁石の製造方法は、前記(2)におけ
るリボン状急冷薄帯あるいは薄帯の片を、真空中あるい
は不活性雰囲気中で約700℃でホットプレスを行なっ
て高密度化し、次いで最初の厚みの1/2になるまで据
え込み加工(ダイアップセット)を行なうことにより、
合金はプレス方向と平行に配向し、異方性化する。
【0008】(4)また、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原子%〜30原子%、B 2原子%〜
28原子%、Co 50原子%以下、Al 15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および鋳造後、該鋳造合金を夫々5
00℃以上の温度で、油圧プレスのダイに装入する押出
し加工、またロールにより圧延する圧延加工、さらに基
板の上に載置しスタンプするスタンプ加工等の熱間加工
を行うことにより、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。さらに、特願平4−119118には、磁
石合金をカプセルに封入し圧延を行なう場合において、
そのカプセルが多重構造を有することにより、磁石の割
れを防ぎカプセルの製造コストを低減させるという方法
が示されている。
【0009】
【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、次の如
き欠点を有している。
【0010】(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
系合金は大変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。
【0011】又粉末を成形するときに、例えばステアリ
ン酸亜鉛のよう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の磁気性能を低下さ
せ好ましくない。
【0012】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。
【0013】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。
【0014】次に(2)及び(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。
(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よくな
いので、温度特性に対しても、使用する面においても不
利である。
【0015】(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能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iH
cが極端に低下し、実用的な永久磁石にはならない。
【0016】(4)の永久磁石を製造する方法は、磁石
合金をカプセルに密封して熱間加工するので大気中で加
工できるため、加工時の雰囲気制御が不要で高価な設備
を必要としない。製造工程全体が簡略なため、製造コス
トが安い。また、粉末工程を含まないため含有酸素濃度
が低く耐食性がよい。さらに、機械的強度が高く大型の
磁石が製造可能である等、多くの長所を有する。特に熱
間加工の手段として圧延を用いることにより、量産性が
向上する。
【0017】しかしながら、圧延加工の特性上、材料と
ロールとの摩擦によって発生するせん断応力のため、磁
気特性が低下したり、割れが発生することがあった。ま
た、磁石の断面を観察すると、自由鍛造で見られるよう
なバレリングが生じていることがわかる。さらに、前後
端は圧延独特の楔状になっているが、この部分は圧延後
の機械加工のときに端材となってしまい、その結果歩留
まりが低下するという問題があった。シースを多重構造
にして強度を高めることにより割れは低減するものの、
磁気特性や材料歩留まりについては改善の効果は見られ
ない。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記課題に対し研究を行
なった結果、シースを変形抵抗の異なる複数の材料で構
成することによって、磁気特性が向上するだけでなく、
矩形性が向上するという知見を得た。すなわち、本発明
の希土類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(鉄)、及
びB(ボロン)を原料基本成分とする合金を溶解・鋳造
し、金属製シースに入れ熱間圧延を行なった後、熱処理
を行なう希土類永久磁石の製造工程において、シースが
変形抵抗の異なる2種類以上の材料からなり、多重構造
を有すること、及び、磁石に近い内側よりも外側の方が
変形抵抗の大きい材料で構成されれいることを特徴とす
るものである。
【0019】本発明におけるR−Fe−B系永久磁石合
金は、高温において半溶融状態となっており、その場合
変形抵抗が非常に小さいという特徴がある。即ち、この
ような合金とシースとの間の変形抵抗の差をなるべく小
さくすると同時に、内部に応力が十分に伝わるように外
側を硬くすることにより、均一で割れ等の欠陥のない加
工が可能である。
【0020】具体的には、熱間圧延によって配向度が向
上する過程において、シースの外側を硬くすることによ
って、磁石にはたらく静水圧応力を高め、割れの発生を
抑えることができる。また、ロールとの摩擦によるせん
断歪をシース内側の軟らかい部分で吸収することによ
り、配向度が向上する。磁石が軟らかい材料につつまれ
ていることは、バレリングや前後端の楔状の部分を小さ
くし、端材が少なくてすむため、後加工での歩留まりが
向上するという効果もある。
【0021】
【実施例】
(実施例1)先ずアルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用い
て、Pr16.5Fe77.25.1Cu1.2なる組成の合金を溶
解し、次いで鋳造し、柱状晶組織から成る平均粒径15
μmの長さ150mm×高さ140mm×厚さ20mm
の鋳造サンプルを得た。この鋳造サンプルを幅18mm
×高さ125mm×長さ150mmのビレットに加工し
た。これを7枚並べて、表1に示す各種シースにいれ溶
接により密封した。
【0022】
【表1】
【0023】表2のようなシース構成をもつ各圧延サン
プルを、950℃の炉で2時間加熱し、ロール径900
mmの圧延機を用いて最終加工度75%まで圧延した。
この時、各パスの圧下率を10〜30%とした。冷却後
シースをとり除き、1025℃で12時間、500℃で
6時間熱処理を行なった後、機械加工により7mm×7
mm×高さ8mmのサンプルを作製し、BHトレーサに
て磁気特性を測定した。(BH)max、iHcの値を表2に示
す。
【0024】
【表2】
【0025】各材質の変形抵抗は、S45C>SS41>純鉄>
Cuの関係がある。シースの変形抵抗が、第1シース<第
2シースの関係にある場合、磁気特性が高くなってい
る。また、第3シースにS45Cを用いた場合特に性能が高
く、内部の静水圧応力が高いことが高性能につながると
いうことが言える。
【0026】(実施例2)実施例1と同様に、先ずアル
ゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、Pr16.5Fe77.2
5.1Cu1.2なる組成の合金を溶解し、次いで鋳造し、
柱状晶組織から成る平均粒径15μmの長さ150mm
×高さ140mm×厚さ20mmの鋳造サンプルを得
た。この鋳造サンプルを幅18mm×高さ125mm×
長さ150mmのビレットに加工した。これを7枚並
べ、表3に示す各シースにいれ、溶接により密封し、9
50℃の炉で2時間加熱したものを、ロール径がφ90
0の圧延機を用いて圧延を行なった。1パスの圧下率は
10〜30%で、最終加工度は75%以上となるように
した。
【0027】
【表3】
【0028】冷却後シースをとり除き、1025℃で1
2時間、500℃で6時間熱処理を行なった後、機械加
工によりバレリング部分や前後の楔状部分、及び表面の
黒皮を取り除き、完全な直方体の磁石に成形した。機械
加工の前後で重量測定を行い、歩留まりを求めた。
【0029】表4に、各サンプルのシース構成と機械加
工による歩留まりを示す。
【0030】
【表4】
【0031】変形抵抗が第1シース<第2シース<第3
シースの関係を満たすように構成されることにより、バ
レリング等が減少し機械加工による歩留まりが向上する
ことがわかる。 また、第1シースの変形抵抗が小さい
ほどその傾向は明らかである。
【0032】
【発明の効果】叙上の如く本発明の希土類永久磁石粉末
の製造方法は、次の如き効果を奏するものである。
【0033】(1)シースの外側に変形抵抗が大きい材
料を用いることにより、内部の静水圧応力を高め、磁気
特性が向上すると同時にばらつきが小さくなる。
【0034】(2)シースの内側に変形抵抗が小さい材
料を用いることにより、せん断歪を吸収するため、性能
が向上する。
【0035】(3)圧延荷重が小さくなるため、圧延機
への負担が軽減される。
【0036】(4)磁石の断面形状の矩形性が向上し、
後加工の歩留まりが向上する。
【0037】(5)応力の集中を防ぎ、割れの発生を抑
える。
フロントページの続き (72)発明者 伊原 清二 長野県諏訪市大和3丁目3番5号セイコー エプソン株式会社内 (72)発明者 秋岡 宏治 長野県諏訪市大和3丁目3番5号セイコー エプソン株式会社内

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(鉄)、及びB(ボロン)を
    原料基本成分とする合金を溶解・鋳造し、金属製シース
    に入れ熱間圧延を行なった後、熱処理を行なう希土類永
    久磁石の製造工程において、シースが変形抵抗の異なる
    2種類以上の材料からなり、多重構造を有することを特
    徴とする希土類永久磁石の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記の多重構造を有するシースにおい
    て、磁石に近い内側よりも外側の方が変形抵抗の大きい
    材料で構成されていることを特徴とする請求項1記載の
    希土類永久磁石の製造方法。
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