JPH1012424A - Ｒ２ｔ１７ｎｘ 系磁石粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 希土類（Ｒ）−鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系磁
石粉末の微粉砕に関し、乾式で量産性に優れ製造コスト
の安価な製造方法を実現すること。 【解決手段】 Ｒ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X 系磁石粉末を、空気を搬
送吹きつけガスとして用いてジェットミル粉砕し、３μ
ｍ以下の微粉末にする微粉砕方法で、好ましくは気流式
ジェットミル粉砕で、また好ましくは高圧空気の温度が
３０℃以下である製造方法であり、高価な不活性ガスを
使う事なく空気を搬送吹きつけガスとして使えるため製
造コストを安価にするができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、モ−タなど磁石応
用機器に多く用いられいるボンド磁石の主たる構成材料
である硬質磁性材料の合金粉末即ち磁石粉末の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｍ−Ｃｏ系の異方性磁石粉末やＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系の等方性磁石粉末などの高性能な希土類系の
磁石粉末を用いた高性能なボンド磁石がモ−タを始めと
した磁石応用機器に使用されている。このボンド磁石の
使用分野は徐々に拡っており、それに応じて多様な特性
を持った磁石が要求されている。

【０００３】このような背景から、新しい磁石粉末の開
発が活発に行われているが、そのなかで希土類（Ｒ）−
鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系の磁石材料、特にサマリウム
（Ｓｍ）−鉄−窒素系の磁石材料が注目されている。し
かしながらその開発はまだ実験室段階であり、早い実用
化が望まれている。

【０００４】このＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料は、Ｔｈ₂
Ｚｎ₁₇型構造を有するＳｍ₂ Ｆｅ₁₇を窒化したものでＳ
ｍ₂ Ｆｅ₁₇Ｎ₃ 付近の組成を有するものが最も磁気特性
が優れており、飽和磁化４πＩ_S ＝１５．７ｋＧ，異方
性磁界Ｈａ＝２６０ｋＯｅ，キュリ−点Ｔｃ＝４７０℃
という基本物性が明らかにされている。

【０００５】このＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料はその保磁
力機構が核成長タイプであるために保磁力を大きくする
には、(1)反転磁区の核ができるキッカケとなる芽（欠
陥など）を少なくするか、(2)単磁区粒子の大きさにま
で磁石粉末を小さくするという二つの方法がある。欠陥
を無くするには焼結温度付近まで昇温しなければならな
いが、このＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料は６５０℃以上で
ＳｍＮとα−Ｆｅに分解してしまうので６５０℃以上に
は昇温できない。このため保磁力を大きくするには(1)
の方法は無理で、(2)の方法である単磁区粒子（１〜３
μｍ）にまで小さく粉砕する方法がとられる。

【０００６】今までこの微粉砕の方法としては、特開平
５−３０４００８号公報や特開平６−４５１２１号公報
に開示されているように、ジェット粉砕機（ジェットミ
ル）や湿式粉砕機（ボ−ルミル）が提案されている。

【０００７】特開平５−３０４００８号公報によると、
ジェットミル粉砕では粉末の結晶構造に大きなストレス
を与えること無く微粒子化が可能であるが、粒子径が小
さくなると粉砕効率が悪くなり、高価な不活性ガスを使
用するため大きなコスト負担になる。そこで上記公報の
発明は、まずジェットミル粉砕で適当な粒度（平均粒子
径で２．５〜２０μｍ）まで粉砕し、それ以降の粉砕は
湿式粉砕機で平均粒子径で１〜３μｍまで微粉砕するこ
とを開示し、この製造方法でジェットミル粉砕に用いる
高価なガス量が削減できることを明らかにし、またジェ
ットミル粉砕の方式は衝突式であることを実施例におい
て明らかにしている。

【０００８】また特開平６−４５１２１号公報には、微
粉砕時に保磁力の向上は図れるが飽和磁化が大きく低下
するためそれを解決する方法としてジェットミル粉砕機
を用いかつ酸素濃度が５ｖｏｌ％以下（０を含まず）好
ましくは０．０１〜３ｖｏｌ％の雰囲気中で粉砕するこ
とを開示している。この酸素濃度に範囲限定した理由は
０ｖｏｌ％では粉砕され表面が活性になった粒子が粒子
同士または壁面に付着して粉砕の進行を遅らせ、また酸
素濃度が高いと活性な粒子表面で急激な酸化が起こり易
く粉塵爆発の可能性が出てきて取扱いが難しくなりまた
急激な酸化により粒子表面に軟磁性層ができて磁気特性
が低下するためであることを明らかにしている。この限
定された酸素濃度の雰囲気では粉砕された粒子表面に安
定な薄い酸化膜ができ、このため凝集性の低い微粒子が
得られ、ボンド磁石にする際に凝集が少なく、配向性に
優れたボンド磁石が得られることを明らかにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述で明らかなよう
に、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料は極めて酸化しやすいと
いう欠点を有しているため、従来のジェットミル方式で
は主に不活性ガスを用いて粉砕している。この不活性ガ
スとしてはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈe）、窒素
（Ｎ₂）が好ましいがコストが高く、このコスト削減が
大きな課題となっていた。上述の公報では、ある程度の
粒子径までジェットミルで粉砕し、最終的に必要な単磁
区粒子径（１〜３μｍ）には湿式粉砕機を用いる複合粉
砕を行ない、高価な不活性ガスを減らす方法を開示して
おり、また限定された酸素濃度雰囲気（５ｖｏｌ％以
下）で粉砕し、その際には空気を混合して不活性ガス量
を少なくする方法を開示している。

【００１０】しかしそれでもジェットミルが必要とする
ガス量は極めて多いため、製造コストの多くwo占めてそ
の低減が実用化の鍵となっていた。

【００１１】本発明は、このような従来の磁石粉末の製
造方法の課題を考慮し、Ｒ₂Ｔ₁₇Ｎ_X系の磁石粉末の製造
方法におけるジェットミル粉砕における搬送吹きつけガ
スのコストを削減できるＲ₂Ｔ₁₇Ｎ_X 系磁石粉末の製造
方法の提供を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の製造方法は、Ｒ（Ｒ：ＳｍあるいはＳｍの
一部を希土類元素の１種または２種以上で置換）とＴ
（Ｔ：ＦｅあるいはＦｅの一部を他の元素の１種または
２種以上で置換）と窒素（Ｎ）とを主成分としたＲ₂Ｔ
₁₇Ｎ_X 相を主とした合金粉末を、空気を搬送吹きつけガ
スとして用いてジェットミル粉砕し平均粒子径が３μｍ
以下の微粉末とする方法で、好ましくはジェットミル粉
砕が気流式方式であり、また吹き込む前の高圧空気の温
度が３０℃以下である方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】本実施の形態で使用されるＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X
の原料粉末の作成方法を一例を示して説明する。Ｓｍ
−Ｆｅ２元合金を高周波溶解して鋳造塊を作成し、それ
を約１１００℃で１０時間かけて均一化熱処理してＳｍ
₂Ｆｅ₁₇相を主相とする合金塊にする。この合金塊を機
械粉砕や水素吸蔵粉砕して１５０μｍ以下の粉末にし、
次に窒素雰囲気中で熱処理して窒化する。その温度は４
７０℃が最適で約１００時間かける。Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇相は
窒化によりＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X になる。Ｘは２．８〜３．
０が良い。アンモニア中で熱処理すると窒化は速く行わ
れるが粉末の表面部分が窒素過多となりアモルファスに
なることがあり、その後に均一な窒素組成にするために
アニ−ル処理が必要となる。磁気特性は上述のＸ＝２．
８〜３．０において一番良くなる。

【００１５】本実施の形態の組成については、Ｓｍ−Ｆ
ｅ−Ｎ系において磁石材料として使用可能な、既に多く
の論文や特許により開示されている組成範囲である。特
に、Ｓｍの一部を他の希土類元素の１種または２種以上
で置換したもので、これをＲと表記し、またＦｅの一部
を他の元素の１種または２種以上で置換したもので、こ
れをＴと表記している。これらの元素からなるＴｈ₂Ｚ
ｎ₁₇型構造を有するＲ₂Ｔ₁₇Ｎ_X 相を主とする構造の組
成物である。

【００１６】窒化処理に使われるＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X の原
料粉末の大きさは上述では１５０μｍ以下であるがこれ
は窒化を速く均一に行なうための粒径で、さらに小さけ
れば窒化時間は短縮できる。大きければ窒化時間は長く
なるが５００μｍが均一に窒化する限界の大きさである
と思われる。微粉砕に用いられるＳｍ₂Ｆe₁₇Ｎ_X の原料
粉末の大きさは小さければ微粉砕時間が短くできる。窒
化されたＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_Xの粉末は比較的もろく、乳鉢に
入れて乳棒で軽く叩くことで４５μｍ以下にできる。し
かしそれでは１工程増えることになり繁雑となる。窒化
したまま使えればそれが一番簡略で良い。本実施の形態
の方法では１５０μｍ以下の粉末を用いて十分に単磁区
粒子径の３μｍ以下、望ましくは２μｍ以下に十分微粉
砕できる。この微粉砕粒子の大きさは小さいほど保磁力
が大きく優れており平均粒子径２μｍで約１０ｋＯｅと
なり、実用性のある優れた特性となる。

【００１７】ジェットミル粉砕には大きく分類すると２
種類の方式がある。一つは粉末を高速の搬送ガスに乗せ
てタ−ゲットに衝突させて粉砕する衝突式で、もう一つ
は粉末を高速の搬送ガスに乗せて廻旋し通路の壁面から
高速ガスを吹きつけて粉末同士を衝突させて粉砕する気
流式がある。

【００１８】Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X 系磁石粉末では、衝突式
で粉砕すると磁気特性が悪く、その原因は粉砕の際に衝
撃的な大きな力がかかり粉末内部に欠陥や歪みが入るた
めと推定される。気流式では磁気特性は良好である。こ
れは衝突式のような大きな力が粉末にかからないためと
考えられる。その代わり衝突式に比べると粉砕効率が悪
く粉末が細かくなりにくい。このため分級器がある場合
には、粉砕機内に滞留する時間が長くなる。分級器を付
けない場合は粉砕回数を増やす必要がある。

【００１９】本実施の形態では、優れた磁気特性を有し
た磁石粉末を製造するために、気流式ジェットミル粉砕
を用い、搬送吹き付けガスのコストを低減する方法を種
々検討し見出した方法である。

【００２０】Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X 系磁石粉末は酸化されや
すく、製造工程ではできるだけ酸素に触れさせないよう
にするため酸素を除去している。ジェットミル粉砕にお
いても窒素ガスを用いて粉砕してきたが、コスト削減の
ためには空気を使うしか無いと考え、空気を搬送吹きつ
けガスとして用いて酸化を抑える工法を検討した。

【００２１】ジェットミル粉砕では粉末が粉砕されて新
しい活性な破面が出るのは時間的には瞬時であると考え
られ、その時に酸化反応は起こるが燃えるような激しい
反応を起こさせないようにすれば得られる粉末の磁気特
性は悪くはならないと推定される。そこで粉砕時の酸化
反応を抑えるには低温にすれば可能と考え、粉砕時に粉
末の周りの温度を低温にして検討した。

【００２２】実験に用いたジェットミル粉砕設備の概略
のフローシートを図１に示す。１はコンプレッサーで、
２は圧縮されたガスを貯めるリザーブタンク、３はジェ
ットミルに送り込まれるガスを冷却する冷却槽、４は気
流式ジェットミル、５はジェットミルの粉砕部分を冷却
する冷却パイプ、６は原料粉末を貯蔵しフィーダにその
原料粉末を供給するホッパー、７は原料粉末をジェット
ミルに定量供給するフィーダ、８は粉砕された粉末とガ
スを分離するバグフィルター、９は粉砕された粉末が入
る回収器である。

【００２３】装置の粉砕部分については、ミルの粉砕部
の外側に冷却用パイプ５を配管してク−ラ−で冷やした
水や液体窒素により冷却を図り、ミルの粉砕部の温度を
測定した。また搬送吹き付けガスの温度については、ガ
スをジェットミル装置に高圧ガス配管により導入してい
るが、その高圧配管部分に冷却槽３を設け、配管自体を
冷却してガスを冷却できるようにした。ガス温度はジェ
ットミルの粉砕ノズル側の高圧配管に熱電対を付けて高
圧ガスの温度を測定した。この装置でミルの粉砕部の外
側温度と高圧ガス温度を測定してジェットミル粉砕を行
ない、得られた粉末について試料振動式磁気測定装置
（ＶＳＭ）で磁気特性を測定した。

【００２４】実験の結果以下のことが明らかになった。
まず空気を用いても粉末が燃えることはなかった。これ
は粉砕が瞬時に起きるので新しい破面が出たその瞬間に
酸化され粉末は空気流に揉まれるために発火するほどに
は反応熱が上がらず、冷却されたと推定される。磁気特
性も窒素ガスの場合と比べて残留磁化Ｂｒは２．５％ほ
ど低下しているにすぎなかった。

【００２５】搬送吹きつけ空気圧力については、高い
程、得られる粉末の粒子径が小さくなったが、約６ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以上ではほぼ同じであった。一回の粉砕では
目的の粒子径まで細かくならない場合もありその場合は
複数回粉砕を行って目的の粒子径にし、実用性のある磁
気特性を有した粉末にすることができた。

【００２６】ミルの粉砕部の外側温度は、粉砕実験の開
始のとともに低下したが、低下の程度は小さかった。こ
れはミルの粉砕部分がセラミック製であるため断熱され
た、粉砕時の粉砕部が低温になっていてもその温度が外
部にまで伝わっていないと考えられる。搬送吹き付けガ
スとしての高圧空気温度に付いては、３０℃以下で磁気
特性が安定しており残留磁化Ｂｒの低下が少なかった。
３０℃を越えるとＢｒの値にばらつきがあり、酸化が激
しく生じた部分のあることが予想される。ジェットミル
に吹き込む高圧空気は６ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力から大気
圧に瞬時に断熱膨張するので膨張した空気の温度は低下
し、粉砕時の粉末の温度を低下させると思われ、実際の
粉砕時の温度は高圧空気の温度より低いと考えられる。

【００２７】回収器に入った粉砕された粉末は、周りの
酸素と反応して酸化が徐々に進行する。このため回収器
に溜った粉末は早く回収して酸素濃度の低いところで保
存することが望ましい。また粉砕を長時間大量に行う場
合は回収器に窒素ガスを少量流して窒素ガス雰囲気にし
ておくことが望ましい。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００２９】（実施例１）溶解鋳造し均一化熱処理した
Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇合金を高圧容器に入れ、容器内を水素ガス
置換して室温から温度を上げる過程で水素吸蔵させて粉
末化し、３５０℃〜４５０℃の範囲で水素ガスを排気し
て粉末内の水素を抜き、続いて窒素ガスを入れてその窒
素ガス圧力を約５０ｋｇｆ／ｃｍ² の高圧にして４７０
℃〜５５０℃の温度範囲に置いて窒化し、そのあと室温
に冷却して取り出し、１５０μｍ以下の粉末を取り分け
てジェットミル粉砕の試料とした。

【００３０】使用した気流式ジェットミル粉砕機は旋回
形のもので、試料投入口から定量供給された粉末はプッ
シャーノズルから吐出されるガスでベンチュリーノズル
に押し込まれ、そこで超音速に加速されてミルの内部に
入り、ミルの壁面に設けられた粉砕ノズルから吐出され
るガスで粉末同志が相互衝突しまたはミルの壁面でこす
られぶつかって粉砕され、細かくなった粉末は出口から
ガスと一緒に排出されてバグフィルターでガスと分離さ
れて回収器に入り、粉砕が十分でない粉末はミルの中を
旋回して粉砕される、という粉砕状態の粉砕機である。

【００３１】搬送吹きつけガスとして空気をコンプレッ
サーで圧縮して用いた。ジェットミルへの投入ガス圧力
は６ｋｇｆ／ｃｍ²とし、投入粉末量は１．２ｇ〜１．
５ｇ／分とした。

【００３２】高圧空気の温度は冷却槽で冷やして２３℃
とし、始め高圧空気のみを５分ほど送り込んで粉砕機の
粉砕部分の温度を下げて安定化してから試料粉末の投入
を開始した。６０分で８０ｇを投入したところで試料粉
末の投入を停止し、高圧空気の吹き込みをその後１分間
続けて中止した。その後粉砕された粉末を回収し、大気
中に取り出したが燃えることは無かった。ＶＳＭにてそ
の磁気特性を測定したが、残留磁化Ｂｒ＝１３．６ｋ
Ｇ、保磁力ｉＨｃ＝５．７ｋＯｅ、最大エネルギー積
（ＢＨ）ｍａｘ＝２５ＭＧＯｅで、酸化による磁気特性
の大幅な低下は生じていなかった。しかし保磁力ｉＨｃ
が１０ｋＯｅに達していなかったので、回収した粉末を
再度同じ条件すなわちガス圧力は６ｋｇｆ／ｃｍ²、投
入粉末量は１．２ｇ〜１．５ｇ／分で粉砕した。２度粉
砕した粉末を回収して磁気測定したところ、今度はｉＨ
ｃ＝１０．５ｋＯｅと実用性のある値となっていた。Ｂ
ｒ＝１３．０ｋＧ、（ＢＨ）ｍａｘ＝３４ＭＧＯｅであ
り、２回の粉砕によっても酸化はわずかであり、磁石と
して実用性のある磁気特性を有しており、粉砕時に空気
中の酸素によって強度に酸化されることは生じていな
い。因に窒素ガスを搬送吹きつけガスとして同様の２回
の粉砕を行った場合にはＢｒ＝１３．３ｋＧ程度である
ので、残留磁化（Ｂｒ）の低下は２．３％程度である。

【００３３】得られた粉末について走査電子顕微鏡で粉
末の粒子径を観察した。１回目の粉砕での粉末は３μｍ
〜４μｍのものが多く平均粒子径は約３．２μｍであっ
た。２回目の粉砕粉末は１．５μｍ〜２μｍが大部分で
平均粒子径は約１．８μｍであった。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、酸化さ
れやすいＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_X （Ｘ＝２．８〜３．０）の粉
末を空気を搬送吹きつけガスとして用いて気流式ジェッ
トミル粉砕を行うと、高圧空気の温度を一定以下にする
ことで燃える事なく粉砕でき、その磁気特性も保磁力は
粉末の平均粒子径を３μｍ以下に粉砕することで達成で
き、残留磁化Ｂｒは不活性ガスの窒素を用いたときに比
べて２．５％程度低下するだけで実用性のある磁石粉末
が得られる。

【００３５】これで高価な窒素ガスを用いることなく、
空気を用いることができるため、磁石粉末の製造コスト
を安価にすることができ、実用化にとって顕著な効果を
出す製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に用いられる気流式ジェ
ットミル装置の概略フローシートである。 １ コンプレッサー ２ リザーブタンク ３ 冷却層 ４ 気流式ジェットミル ５ 冷却パイプ ６ ホッパー ７ フィーダ ８ バグフィルタ ９ 回収器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ（Ｒ：ＳｍあるいはＳｍの一部を希土
   類元素の１種または２種以上で置換）とＴ（Ｔ：Ｆｅあ
   るいはＦｅの一部を他の元素の１種または２種以上で置
   換）と窒素（Ｎ）とを主成分としたＲ₂Ｔ₁₇Ｎ_X 相を主
   とした合金粉末を、空気を搬送吹きつけガスとして用い
   てジェットミル粉砕し、平均粒子径が３μｍ以下の微粉
   末とすることを特徴とするＲ₂Ｔ₁₇Ｎ_X 系磁石粉末の製
   造方法。
2. 【請求項２】 ジェットミル粉砕が気流式方式である請
   求項１記載のＲ₂Ｔ₁₇Ｎ_X 系の磁石粉末の製造方法。
3. 【請求項３】 吹き込む前の高圧空気の温度が３０℃以
   下である請求項１記載のＲ₂Ｔ₁₇Ｎ_X 系磁石粉末の製造
   方法。