JPH113812A - 永久磁石材料およびボンド磁石 - Google Patents

永久磁石材料およびボンド磁石

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JPH113812A
JPH113812A JP10070805A JP7080598A JPH113812A JP H113812 A JPH113812 A JP H113812A JP 10070805 A JP10070805 A JP 10070805A JP 7080598 A JP7080598 A JP 7080598A JP H113812 A JPH113812 A JP H113812A
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magnet material
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JP10070805A
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Shinya Sakurada
新哉 桜田
Takatomo Hirai
隆大 平井
Keisuke Hashimoto
啓介 橋本
Tomohisa Arai
智久 新井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba 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
    • H01F1/055Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/059Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and Va elements, e.g. Sm2Fe17N2

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 主相がTbCu7 型結晶構造を有し、磁気特
性が向上された永久磁石材料を提供する。 【解決手段】 メルトスパン法により作製され、主相が
TbCu7 型結晶構造を有すると共に平均厚さをt(μ
m)、厚さの標準偏差をσ(μm)とした場合、5≦t
≦50、σ≦0.20tの関係を満たす急冷した合金薄
帯を原料素材とし、かつ全体の組成が一般式R1x R2
yzu100-x-y-z-u 、ただし、R1は少なくとも
一つの希土類元素(Yを含む)、R2はZr、Hf及び
Scから選ばれる少なくとも一つの元素、MはFeおよ
びCoの少なくとも1つの元素、x、y、zおよびuは
原子%でそれぞれx≧2、y≧0.01、4≦x+y≦
20、0≦z≦10、0<u≦20を示す、にて表され
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石材料および
ボンド磁石に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高性能希土類永久磁石の一種とし
てはSm−Co系磁石、Nd−Fe−B系磁石などが知
られている。このような高性能磁石は主としてスピーカ
ー、モータ、計測器などの電気機器に使用されている。
近年、各種電気機器の小型化の要求が高まり、これに対
応してさらに高性能の永久磁石が要望されている。
【0003】このような要求に対し、本発明者らは特開
平6−172936号公報および特開平9−74006
号公報に飽和磁化が高く磁石特性の優れたTbCu7
化合物およびその窒化物等をを提案した。
【0004】前記TbCu7 型結晶構造を主相とする磁
石材料は、通常、メルトスパン法、メカニカルアロイイ
ング法などの急冷工程を経て製造される。しかしなが
ら、このような方法で得られた磁石材料はその製造条件
によって磁気特性が大きく変動する場合があり、高性能
の磁石材料を安定的に製造することが困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、主相がTb
Cu7 型結晶構造を有し、磁気特性が向上された永久磁
石材料を提供しようとするものである。また、本発明は
前記永久磁石材料とバインダを含む磁気特性が高く、か
つ安定したボンド磁石を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる永久磁石
材料は、メルトスパン法により作製され、主相がTbC
7 型結晶構造を有すると共に平均厚さをt(μm)、
厚さの標準偏差をσ(μm)とした場合、5≦t≦5
0、σ≦0.20tの関係を満たす急冷した合金薄帯を
原料素材とし、かつ全体の組成が一般式 R1x R2yzu100-x-y-z-u ただし、R1は少なくとも一つの希土類元素(Yを含
む)、R2はZr、Hf及びScから選ばれる少なくと
も一つの元素、MはFeおよびCoの少なくとも1つの
元素、x、y、zおよびuは原子%でそれぞれx≧2、
y≧0.01、4≦x+y≦20、0≦z≦10、0<
u≦20を示す、にて表されることを特徴とするもので
ある。
【0007】本発明に係わるボンド磁石は、前記永久磁
石材料とバインダとを含むことを特徴とするものであ
る。本発明に係わる別の永久磁石材料は、一般式 R1x R2yzu100-x-y-z-u ただし、R1は少なくとも一つの希土類元素(Yを含
む)、R2はZr、Hf及びScから選ばれる少なくと
も一つの元素、MはFeおよびCoの少なくとも1つの
元素、x、y、zおよびuは原子%でそれぞれx≧2、
y≧0.01、4≦x+y≦20、0≦z≦10、0<
u≦20を示す、にて表され、主相がTbCu7 型結晶
構造を有し、かつ前記主相の平均結晶粒径をt(n
m)、結晶粒径の標準偏差をσ(nm)とした場合、t
≦60、σ/t≦0.7の関係を満たすことを特徴とす
るものである。本発明に係わる別のボンド磁石は、前記
永久磁石材料とバインダとを含むことを特徴とするもの
である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の永久磁石材料は、メルトスパン法により作製さ
れた急冷した合金薄帯を原料素材とする。前記合金薄帯
は、主相がTbCu7 型結晶構造を有する。前記合金薄
帯は、平均厚さをt(μm)、厚さの標準偏差をσ(μ
m)とした場合、5≦t≦50、σ≦0.20tの関係
を満たす。
【0009】また、前記永久磁石材料の組成は一般式 R1x R2yzu100-x-y-z-u ただし、R1は少なくとも一つの希土類元素(Yを含
む)、R2はZr、Hf及びScから選ばれる少なくと
も一つの元素、MはFeおよびCoの少なくとも1つの
元素、x、y、zおよびuは原子%でそれぞれx≧2、
y≧0.01、4≦x+y≦20、0≦z≦10、0<
u≦20を示す、にて表される。
【0010】前記合金薄帯の主相は、その合金薄帯中の
占有量が最大の相で、前記TbCu7 型結晶構造を有す
る主相は磁気特性を担うものである。このため、本発明
の永久磁石材料中の主相の含有比率が低下すると、主相
の特性が反映されないため、少なくとも50体積%以上
の含有比率を有することが望まれる。
【0011】前記合金薄帯において、TbCu7 型結晶
構造を有する相を主相とするが、TbCu7 相の格子定
数a、cの比c/aを0.847以上にすることによっ
て、飽和磁化が高められ、残留磁化を増大させることが
可能になる。前記c/aの値は、永久磁石材料を構成す
る成分の比率または製造方法により制御される。
【0012】前記合金薄帯の平均厚さtを5μm未満に
すると、熱処理などの後工程時に永久磁石材料の主相に
α−Feが析出し易くなる。また、合金薄帯の厚さ自体
の制御も困難になる恐れがある。一方、前記合金薄帯の
平均厚さtが50μmを越えると、この合金薄帯より得
られる永久磁石材料は大きな残留磁化を有することが困
難になる。より好ましいt(μm)は、10≦t≦25
である。
【0013】前記合金薄帯の厚さの標準偏差σが0.2
0tを越えると、磁石特性が著しく劣化する。より好ま
しいσは0.15t以下、さらに好ましいσは0.10
t以下である。
【0014】本発明に係わる永久磁石材料は、単一の急
冷した合金薄帯のみならず、平均厚さ、厚さの標準偏差
が相異なる2種以上の急冷した合金薄帯を原料素材とす
るものからも得ることができる。この場合、2種以上の
合金薄帯は平均厚さt(μm)、厚さの標準偏差σ(μ
m)が前述した条件を満たすことが必要である。
【0015】次に、前記一般式で示される永久磁石材料
を構成する各成分の働きおよび各成分の配合量を規定し
た理由について詳細に説明する。 (1)R1元素 R1元素である希土類元素としては、La、Ce,P
r、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Lu、Yが挙げられ、これらは1種または2
種以上の混合物で使用される。R1元素は、前記永久磁
石材料に大きな磁気異方性をもたらし、高い保磁力を付
与する。特に、R1元素は50原子%以上がSmである
ことが好ましい。この場合、Sm以外の残部はPr、N
d、Ceであることが好ましい。
【0016】前記R1元素を2原子%未満にすると、磁
気異方性の低下が著しく大きな保磁力を有する永久磁石
材料を得ることが困難になる。一方、前記R1元素が過
剰に配合されると、永久磁石材料の磁化が低下する恐れ
がある。したがって、R1元素含有量xは4≦x≦16
であることがより好ましい。さらに好ましいR1元素含
有量xは、6≦x≦12である。
【0017】(2)R2元素 R2元素としては、Zr、Hf及びScの群から選ばれ
る少なくとも1つの元素を用いることができる。このよ
うなR2元素は、主として主相の希土類サイトを占有
し、希土類サイトの平均原子半径を低減させるなどの作
用により、主相であるTbCu7 型相中のFeおよびC
o濃度を高めることが可能になる。また、これらの元素
はTbCu7 相の結晶粒を微細化する働きを有し、保磁
力および残留磁化の向上に有用である。好ましいR2元
素の含有量yは、0.1≦y、さらに好ましくは1≦y
≦3である。
【0018】また、R1元素及びR2元素の合計量を4
原子%未満にするとα−Fe(Co)の析出が著しくな
り、大きな保磁力を有する永久磁石材料を得ることが困
難になる。一方、R1元素及びR2元素の合計量が20
原子%を超えると永久磁石材料の磁化が低下する。より
好ましいR1元素及びR2元素の合計含有量(x+y)
は、4≦x+y≦16である。
【0019】(3)B(硼素) 硼素は、永久磁石材料の残留磁束密度を向上するために
有効な元素であるが、磁石材料として必須な元素ではな
い。硼素の含有量が10原子%を超えると熱処理工程等
においてR2 Fe14B相の生成が多くなって、永久磁石
材料の磁気特性が劣化する恐れがある。
【0020】磁石材料中に硼素が含有する場合には、そ
の量(z)は0.01≦z≦4、さらに好ましくは1≦
z≦3にすることが望ましい。 (4)N(窒素) 窒素は、主として主相の格子間位置に存在し、窒素を含
まない場合と比較して前記主相のキュリー温度、磁気異
方性を向上させる働きを有する。このうち、磁気異方性
の向上は、永久磁石材料に大きな保磁力を付与するため
に重要である。
【0021】窒素は、少量の配合でその効果が発揮され
るが、20原子%を超えるとα−Fe(Co)の析出が
多くなる。より好ましい窒素の含有量uは、2≦u≦2
0、更に好ましくは10≦u≦20である。
【0022】窒素の50原子%以下をH、CおよびPか
ら選ばれる少なくとも1つの元素で置換することによっ
て、保磁力等の磁石特性を改善することが可能である。 (5)M元素 M元素は、FeおよびCoから選ばれた少なくとも1つ
の元素であり、永久磁石材料の飽和磁束密度を増大させ
る働きを有する。飽和磁束密度の増大は、残留磁束密度
の増大をもたらし、これに伴って最大エネルギー積も増
大する。前記M元素は、永久磁石材料中に70原子%以
上含有されることにより効果的に飽和磁束密度が増大さ
れる。より一層飽和磁束密度を増大させるためには、前
記M元素の総量の50%以上がFeで占めることが好ま
しい。
【0023】前記Mは、前記主相中に90原子%以上含
有されることが好ましい。前記主相中のM元素濃度を増
大させると、永久磁石材料の飽和磁束密度が増大され、
磁気特性がさらに向上される。特に、前記主相中のM元
素の濃度を90原子%以上にすると、前記効果が顕著に
現れる。
【0024】前記M元素の20原子%以下をTi、V、
Cr、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、Ta、N
b、SiおよびNiから選ばれる少なくとも1つの元素
(T元素)で置換することを許容する。このようなT元
素の置換により、耐食性、耐熱性、保磁力などの実用上
重要な諸特性を改善することが可能になる。ただし、前
記T元素の置換量がM元素の20原子%を越えると、磁
気特性の劣化が顕著になる。
【0025】本発明に係わる永久磁石材料は、酸化物な
どの不可避的不純物を含有することを許容する。次に、
本発明の永久磁石材料の製造方法を詳細に説明する。
【0026】まず、所定量の各元素および必要に応じて
前記M元素の一部を置換するT元素を含有するインゴッ
トをアーク溶解または高周波溶解にて調製する。このイ
ンゴットを小片に切り出し、高周波誘導加熱等により溶
融した後、ノズルから溶湯を高速で回転する金属製ロー
ル上に噴出させるメルトスパン法により急冷した合金薄
帯を作製する。この場合、ノズルの穴径、ロール周速、
射出圧力等を制御することによって前記合金薄帯の厚さ
を制御することが可能である。
【0027】前記メルトスパン法としては、単ロール法
のほかに双ロール法、回転ディスク法、ガスアトマイズ
法などの手段を用いてもよい。前記メルトスパン工程
は、Ar、Heなどの不活性ガス雰囲気で行うことが望
ましい。このような雰囲気で急冷させることによって、
酸化による磁気特性の劣化を防止することが可能にな
る。
【0028】前記メルトスパン法で得られた合金薄帯
は、必要に応じてAr、Heなどの不活性ガス雰囲気中
または真空中、300〜1000℃の熱処理が0.1〜
10時間施されることを許容する。このような熱処理を
施すことにより、保磁力等の磁気特性を向上させること
が可能になる。
【0029】次いで、前記合金薄帯を必要に応じてボー
ルミル、ブラウンミル、スタンプミル、ジェットミル等
によって平均粒径数μm〜数100μmに粉砕し、この
合金粉末を窒素ガス雰囲気中で熱処理(窒化処理)する
ことにより永久磁石材料を製造する。
【0030】前記窒化処理は、0.001〜100気圧
の窒素ガス雰囲気中、200〜700℃の温度下で行う
ことが好ましい。このような圧力および温度下での窒化
処理は、0.1〜300時間行えばよい。
【0031】前記窒化処理の雰囲気は、窒素ガスに代え
てアンモニア等の窒素化合物ガスを用いてもよい。この
アンモニアの使用により、窒化反応速度を高めることが
可能になる。この場合、水素、アルゴン、窒素等のガス
を同時に用いることにより、窒化反応速度を制御するこ
とも可能である。
【0032】前記窒化処理の前工程として0.001〜
100気圧の水素ガス雰囲気中、100〜700℃の温
度下で熱処理を行うか、または窒素ガスに水素を混合し
たガスを用いることにより、高効率の窒化を行うことが
可能になる。
【0033】前述した永久磁石材料の製造において、合
金薄帯の厚さのばらつきを抑制するには、溶湯温度、ロ
ール周速、ロール表面状態、ノズル穴の形状および大き
さ、ノズルとロール間のギャップ等の条件を調節する方
法を採用できる。具体的には、例えばノズル穴の面積を
大きくした場合には、単位時間当たりの射出溶湯量が増
大するため、ロール周速を速くする等の制御を行う。
【0034】以上説明した本発明に係わる永久磁石材料
は、メルトスパン法により作製され、主相がTbCu7
型結晶構造を有すると共に、平均厚さをt(μm)、厚
さの標準偏差をσ(μm)とした場合、5≦t≦50、
σ≦0.20tの関係を満たす急冷した合金薄帯を原料
素材とし、かつ組成が一般式R1x R2yzu
100-x-y-z-u で表わされる。このように厚さのばらつき
を抑制した合金薄帯を原料素材として例えば粉砕し、窒
素を含む雰囲気で熱処理することによって、良好かつ安
定した磁気特性を有する永久磁石材料を得ることができ
る。
【0035】すなわち、メルトスパン法により得られた
急冷した合金薄帯の厚さのばらつきと磁石材料の特性の
間には際立った相関性を有する。この理由は、合金薄帯
の厚さがその金属組織、特に結晶粒径を代表しているこ
とに起因するものと考えられる。つまり、合金薄帯に対
する後処理、特に窒素を合金中に導入するための窒素ガ
ス雰囲気中での熱処理の最適条件が金属組織毎、結晶粒
径毎に異なることを考慮すれば、金属組織または合金薄
帯の厚さがばらついている場合には、適正な窒化処理が
なされている部分と不適切な窒化処理がなされている部
分が生じ、材料全体として高い磁石特性が得られない原
因になると考えられる。
【0036】このようなことから、本発明のように急冷
した合金薄帯の厚さのばらつきを小さくすることによっ
て、後処理の条件さえ適切にすればその組成本来の高い
磁石性能を引き出すことができるため、良好かつ安定し
た磁石特性を有する永久磁石材料を得ることができる。
【0037】次に、本発明に係わるボンド磁石を説明す
る。ボンド磁石は、前記永久磁石材料の粉末とバインダ
と混合し、圧縮成形または射出成形することにより得ら
れる。
【0038】前記バインダは、例えばエポキシ樹脂、ナ
イロン等の合成樹脂を用いることができる。前記合成樹
脂としてエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いる場
合には、圧縮成形後、100〜200℃の温度でキュア
処理を施すことが好ましい。前記合成樹脂としてナイロ
ンのような熱可塑性樹脂を用いる場合には、射出成形法
を用いることが望ましい。
【0039】前記圧縮成形工程において、磁場を印加し
て合金粉末の結晶方位を揃えることにより、高磁束密度
を有するボンド磁石を得ることが可能になる。前記バイ
ンダとして低融点金属または低融点合金を用いてメタル
ボンド磁石を製造することも可能である。前記低融点金
属としては、例えばAl、Pb、Sn、Zn、Cu、M
gなどの金属を挙げることができ、前記合金は前記金属
の合金を用いることができる。
【0040】以上説明した本発明に係わるボンド磁石
は、前述したように高い磁気特性を有し、そのばらつき
が極めて小さい永久磁石材料を含むため、安定した高い
磁気特性を有する。
【0041】次に、本発明に係わる別の永久磁石材料を
詳細に説明する。この永久磁石材料は、一般式R1x
yzu100-x-y-z-u ただし、R1は少なくとも一つの希土類元素(Yを含
む)、R2はZr、Hf及びScから選ばれる少なくと
も一つの元素、MはFeおよびCoの少なくとも1つの
元素、x、y、zおよびuは原子%でそれぞれx≧2、
y≧0.01、4≦x+y≦20、0≦z≦10、0<
u≦20を示す、にて表される。前記永久磁石材料、主
相がTbCu7 型結晶構造を有し、かつ主相の平均結晶
粒径をt(nm)、結晶粒径の標準偏差をσ(nm)と
した場合、t≦60、σ/t≦0.7の関係を満たす。
【0042】前記主相は、永久磁石材料中の占有量が最
大の相で、前記TbCu7 型結晶構造を有する主相は磁
気特性を担うものである。このため、本発明の永久磁石
材料中の主相の含有比率が低下すると、主相の特性が反
映されないため、少なくとも50体積%以上の含有比率
を有することが望まれる。
【0043】次に、前記一般式の永久磁石材料を構成す
る各成分の働きおよび各成分の配合量を規定した理由
は、前記永久磁石材料で説明した(1)〜(5)と同様
である。また、前記M元素は、その20原子%以下をT
i、V、Cr、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、T
a、Nb、SiおよびNiから選ばれる少なくとも1つ
の元素(T元素)で置換されることを許容する。このよ
うなT元素の置換により、耐食性、耐熱性、保磁力など
の実用上重要な諸特性を改善することが可能になる。た
だし、前記T元素でM元素を20原子%を越えて置換す
ると、磁気特性の劣化が顕著になる。
【0044】本発明に係わる永久磁石材料は、酸化物な
どの不可避的不純物を含有することを許容する。本発明
に係わる永久磁石材料において、TbCu7 型結晶構造
を有する相を主相とするが、TbCu7 相の格子定数
a、cの比c/aは0.847以上にすることによって
飽和磁化が高められ、残留磁化を増大させることが可能
になる。前記c/aの値は、永久磁石材料を構成する成
分の比率または製造方法により制御される。
【0045】前記主相の平均結晶粒径t(nm)、結晶
粒径の標準偏差σ(nm)の測定方法の一例を以下に説
明する。透過型電子顕微鏡を用いて永久磁石材料の金属
組織写真を撮影し、その写真からTbCu7 相の結晶粒
を観察し、その断面積をSn (nm3 )とした場合、結
晶粒径rn (nm)は次式(1)で定義する。
【0046】rn =2×(√Sn )/π…(1) 平均結晶粒径t(nm)は、各結晶粒径rn の平均値、
つまり次式(2)にて定義する。
【0047】t=(1/N)×Σrn …(2) ここで、Nは結晶粒径を測定した数である。一方、結晶
粒径の標準偏差σ(nm)は、次式(3)にて定義す
る。
【0048】 σ=√{[NΣrn 2 −(Σrn2 ]/N}…(3) このような方法によりtおよびσを測定する場合、測定
数Nは60以上にすることが好ましい。
【0049】前記主相の平均結晶粒径tが60nmを越
えると、大きな残留磁化を有する磁石材料を得ることが
困難になる。より好ましいtは、t≦30nmである。
前記結晶粒径の標準偏差σを平均結晶粒径tで割った値
σ/tが0.7を越えると磁石特性が著しく劣化する。
より好ましいσ/tは0.5以下、さらに好ましいσ/
tは0.3以下である。
【0050】本発明に係わる永久磁石材料は、前述した
永久磁石材料の製造方法と同様な方法により製造され
る。ただし、前記永久磁石材料の製造において、結晶粒
径のばらつきを抑制するには前記急冷工程におけるプロ
セス条件を制御することによって急冷時に結晶粒径を均
一化する方法や、熱処理工程において熱処理条件等を工
夫することにより結晶粒径を均一化する方法が採用され
る。急冷工程で結晶粒径を均一化するには、射出圧力、
ロール周速、ロール表面状態、ノズル穴の形状および大
きさ等の条件を制御し、合金薄帯の厚さを均一にするこ
とが有効である。例えば、射出圧力が高く、ノズル穴の
面積が大きい場合には、単位時間当たりの射出溶湯量が
増大するため、ロール周速を大きくする必要がある。た
だし、ロール周速を過度に大きくすると得られた合金薄
帯の厚さが薄くなり過ぎて厚さの均一性が損なわれる恐
れがある。
【0051】このように急冷した合金薄帯の厚さを均一
化することによって、合金薄帯の各部分において生成す
る主相の結晶粒径を均一化することが可能になる。具体
的には前記平均結晶粒径をt(nm)、結晶粒径の標準
偏差をσ(nm)とした時の前記σ/tを0.7以下に
するためには、急冷した合金薄帯の厚さの標準偏差をσ
r 、その厚さをtr とした時にσr /tr を0.1以下
にすることが好ましい。
【0052】以上説明した本発明に係わる別の永久磁石
材料は、前記一般式R1x R2yzu
100-x-y-z-u で表わされ、主相がTbCu7 型結晶構造
を有すると共に、主相の平均結晶粒径をt(nm)、結
晶粒径の標準偏差をσ(nm)とした場合、t≦60、
σ/t≦0.7の関係を満たす。このような特定の組
成、主相を有する永久磁石材料において、その結晶粒径
のばらつきを抑制することによって、磁気特性の優れた
永久磁石材料を得ることができる。
【0053】すなわち、本発明に係わる別の永久磁石材
料は前述したように窒化処理工程を経て製造される。こ
の窒化処理工程においては、通常、窒素ガスもしくは窒
素化合物ガスを含む雰囲気中で前記一般式中のNを除く
組成の材料粉末を熱処理することによって窒素を吸収さ
せて粉末(合金)中に窒素を導入する。この場合、窒素
は最初に結晶粒界に侵入し、その後結晶粒内に侵入(拡
散)していくものと考えられる。結晶粒径に大きなばら
つきがあると、ある大きさの結晶粒が十分に窒素を吸収
する条件で窒化処理を行っても、それより大きな結晶粒
内にはまだ十分に窒素が吸収されない領域が存在する。
一方、小さな結晶粒内には過剰の窒素が存在するか、も
しくは不均化反応によってα−Feが析出するという事
象が起こるものと推定される。窒素の吸収が不十分な部
分や過剰な部分は磁気異方性が小さく、磁石特性を劣化
させる要因になる。また、α−Feの析出も保磁力や角
型性に悪影響を及ぼす。
【0054】このようなことから、本発明のように結晶
粒径のばらつきを小さくすることによって、窒化処理の
条件さえ適切にすればほぼ全ての結晶粒に対して必要か
つ十分な窒素を吸収させることができる。その結果、良
好な磁石特性を有する永久磁石材料を得ることができ
る。
【0055】次に、本発明に係わる別のボンド磁石を説
明する。ボンド磁石は、前記永久磁石材料の粉末とバイ
ンダと混合し、圧縮成形または射出成形することにより
得られる。
【0056】前記バインダは、例えばエポキシ樹脂、ナ
イロン等の合成樹脂を用いることができる。前記合成樹
脂としてエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いる場
合には、圧縮成形後、100〜200℃の温度でキュア
処理を施すことが好ましい。前記合成樹脂としてナイロ
ンのような熱可塑性樹脂を用いる場合には、射出成形法
を用いることが望ましい。
【0057】前記圧縮成形工程において、磁場を印加し
て合金粉末の結晶方位を揃えることにより、高磁束密度
を有するボンド磁石を得ることが可能になる。前記バイ
ンダとして低融点金属または低融点合金を用いてメタル
ボンド磁石を製造することも可能である。前記低融点金
属としては、例えばAl、Pb、Sn、Zn、Cu、M
gなどの金属を挙げることができ、前記合金は前記金属
の合金を用いることができる。
【0058】以上説明した本発明に係わる別のボンド磁
石は、前述したように高い磁気特性を有し、そのばらつ
きが極めて小さい永久磁石材料を含むため、安定した高
い磁気特性を有する。
【0059】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。 (実施例1〜3)まず、高純度のSm、Zr、Fe、C
oおよびBの各原料を所定の割合で調合し、アルゴン雰
囲気中で高周波溶解して3種の原料インゴットを調製し
た。つづいて、これらのインゴットをアルゴンガス雰囲
気中のチャンバ内で溶融した後、これらの溶湯を射出圧
15kPaで周速30m/sで回転する直径300mm
の銅製ロール上に噴出して急冷した合金薄帯をそれぞれ
作製した。これら合金薄帯における生成相をCuKα線
を用いた粉末X線回折にて調べた。その結果、回折パタ
ーン上、微小なα−Feの回折ピークの他はすべての回
折ピークがTbCu7 型結晶構造にて指数付けされ、そ
の格子定数a、cの比(c/a)は0.856〜0.8
68であることがわかった。
【0060】前記各合金薄帯の幅方向に沿う部分をマイ
クロメータで60回測定した。この測定から、厚さの平
均値と標準偏差を求めた。その結果を下記表1に示す。
次いで、前記各合金薄帯をアルゴン雰囲気中、720℃
で15分間熱処理した後、ボールミルを用いて粉砕し、
平均粒径30μmの合金粉末を作製した。これらの合金
粉末を1気圧の窒素ガス雰囲気中、440℃で60時間
熱処理(窒化処理)することにより下記表1に示す3種
の永久磁石材料を製造した。
【0061】次いで、前記各永久磁石材料にエポキシ樹
脂を2重量%それぞれ添加し、混合した後、1000M
Paの圧力で圧縮成形し、さらに150℃で2.5時間
のキュアを施すことにより3種のボンド磁石を製造し
た。
【0062】得られた各ボンド磁石の磁気特性を調べ
た。その結果を下記表1に併記する。 (比較例1)まず、高純度のSm、Zr、Fe、Coお
よびBの各原料を所定の割合で調合し、アルゴン雰囲気
中で高周波溶解して原料インゴットを調製した。つづい
て、このインゴットを実施例1〜3と同様な方法により
合金薄帯を作製した。ただし、合金薄帯の作製におい
て、溶湯の射出圧を70kPa、銅ロールの周速を60
m/s設定した。次いで、実施例1〜3と同様な方法に
よりアルゴン雰囲気中での熱処理、粉砕、窒素中での熱
処理を施して下記表1に示す組成を有する磁石材料を作
製し、さらにこの磁石材料を用いて実施例1〜3と同様
な方法によりボンド磁石を製造した。
【0063】得られたボンド磁石の磁気特性を下記表1
に併記する。なお、前記合金薄帯の幅方向に沿う部分を
マイクロメータで60回測定した。この測定から、厚さ
の平均値値と標準偏差を求めた結果を下記表1に併記す
る。
【0064】
【表1】
【0065】前記表1から明らかなように厚さの標準偏
差が小さい、つまり厚さのばらつきが少ない急冷した合
金薄帯から得られた磁石材料を含む実施例1〜3のボン
ド磁石は、比較例1のボンド磁石に比べて優れた磁気特
性、特に最大エネルギー積が大きくなることがわかる。
【0066】(実施例4〜17)まず、高純度のSm、
Nd、Pr、Gd、Dy、Zr、Hf、Ti、V、C
r、Mo、W、Mn、Al、Sn、Ta、Nb、Si、
Fe、Co、Ni、B、CおよびPの各原料を所定の割
合で調合し、アルゴン雰囲気中で高周波溶解して原料イ
ンゴットを調製した。つづいて、これらのインゴットを
アルゴンガス雰囲気中のチャンバ内で溶融した後、これ
らの溶湯を射出圧15kPaの速度で周速30m/s〜
50m/sで回転する直径300mmの銅製ロール上に
噴出して14種の急冷した合金薄帯をそれぞれ作製し
た。これら合金薄帯における生成相をCuKα線を用い
た粉末X線回折にて調べた。その結果、回折パターン
上、微小なα−Feの回折ピークの他はすべての回折ピ
ークがTbCu7 型結晶構造にて指数付けされ、その格
子定数a、cの比(c/a)は0.856〜0.868
であることがわかった。
【0067】次いで、前記各合金薄帯をアルゴン雰囲気
中、750℃で30分間熱処理した後、ボールミルを用
いて粉砕し、平均粒径60μmの合金粉末を作製した。
これらの合金粉末を5気圧の窒素ガス雰囲気中、440
℃で40時間熱処理(窒化処理)することにより下記表
2に示す組成の14種の永久磁石材料を製造した。
【0068】次いで、前記各永久磁石材料にエポキシ樹
脂を2重量%それぞれ添加し、混合した後、1000M
Paの圧力で圧縮成形し、さらに150℃で2.5時間
のキュアを施すことにより14種のボンド磁石を製造し
た。
【0069】得られた各ボンド磁石の磁気特性を調べ
た。その結果を下記表3に示す。なお、前記各合金薄帯
の幅方向に沿う部分をマイクロメータで60回測定し
た。この測定から、厚さの平均値値と標準偏差を求めた
結果を下記表3に併記する。
【0070】
【表2】
【0071】
【表3】
【0072】前記表2、表3から明らかなように厚さの
標準偏差が小さい、つまり厚さのばらつきが少ない急冷
した合金薄帯から得られた磁石材料を含む実施例4〜1
7のボンド磁石は、優れた磁気特性、特に最大エネルギ
ー積が大きくなることがわかる。
【0073】(実施例18〜27)まず、高純度の原料
を所定の割合で調合し、アルゴン雰囲気中で高周波溶解
して10種の原料インゴットを調製した。つづいて、こ
れらのインゴットをアルゴンガス雰囲気中で高周波誘導
加熱により溶融した後、0.5mmの厚さのスリットノ
ズルから溶湯を周速35m/sで回転する金属製ロール
上に噴出して急冷した合金薄帯を作製した。ひきつづ
き、これらの合金薄帯をアルゴン雰囲気中、750℃で
15分間熱処理した。
【0074】次いで、前記各合金薄帯をボールミルを用
いて粉砕し、平均粒径30〜60μmの合金粉末を作製
した。これらの合金粉末を1気圧の窒素ガス雰囲気中、
440℃で80時間熱処理することにより下記表4に示
す組成を有する10種の永久磁石材料を製造した。得ら
れた各永久磁石材料における生成相をCuKα線を用い
た粉末X線回折にて調べた。その結果、回折パターン
上、微小なα−Feの回折ピークの他はすべての回折ピ
ークがTbCu7 型結晶構造にて指数付けされ、その格
子定数a、cの比(c/a)は0.856〜0.868
であることがわかった。
【0075】また、各永久磁石材料について透過型電子
顕微鏡により金属組織写真を撮影し、その写真からTb
Cu7 相の結晶粒径の平均値(t)、標準偏差(σ)を
求めた。その結果を下記表5に示す。
【0076】次いで、前記各永久磁石材料にエポキシ樹
脂を2重量%それぞれ添加し、混合した後、1000M
Paの圧力で圧縮成形し、さらに150℃で2.5時間
のキュアを施すことにより10種のボンド磁石を製造し
た。
【0077】得られた各ボンド磁石の磁気特性を調べ
た。その結果を下記表5に併記する。 (比較例2)まず、高純度のSm、Nd、Zr、B、C
o、Ni、Feの原料を所定の割合で調合し、アルゴン
雰囲気中で高周波溶解して原料インゴットを調製した。
つづいて、このインゴットをアルゴンガス雰囲気中で高
周波誘導加熱により溶融した後、1mmの厚さのスリッ
トノズルから溶湯を周速25m/sで回転する金属製ロ
ール上に噴出して合金薄帯を作製した。次いで、実施例
18〜27と同様な方法によりアルゴン雰囲気中での熱
処理、粉砕、窒素中での熱処理を施して下記表4に示す
組成を有する磁石材料を作製し、さらにこの磁石材料を
用いて実施例18〜27と同様な方法によりボンド磁石
を製造した。
【0078】得られた磁石材料のTbCu7 相の結晶粒
径の平均値(t)、標準偏差(σ)およびボンド磁石の
磁気特性を下記表5に併記する。 (比較例3)まず、高純度のSm、Nd、Zr、B、C
o、Ni、Feの原料を所定の割合で調合し、アルゴン
雰囲気中で高周波溶解して原料インゴットを調製した。
つづいて、このインゴットをアルゴンガス雰囲気中で高
周波誘導加熱により溶融した後、0.5mmの厚さのス
リットノズルから溶湯を周速70m/sで回転する金属
製ロール上に噴出して合金薄帯を作製した。次いで、実
施例18〜27と同様な方法によりアルゴン雰囲気中で
の熱処理、粉砕、窒素中での熱処理を施して下記表4に
示す組成を有する磁石材料を作製し、さらにこの磁石材
料を用いて実施例18〜27と同様な方法によりボンド
磁石を製造した。得られた磁石材料のTbCu7 相の結
晶粒径の平均値(t)、標準偏差(σ)およびボンド磁
石の磁気特性を下記表5に併記する。
【0079】
【表4】
【0080】
【表5】
【0081】前記表4、表5から明らかなようにTbC
7 相の結晶粒径のばらつき、つまりσ/tの値が0.
7以下の磁石材料を用いた実施例18〜27のボンド磁
石は、比較例2、3のボンド磁石に比べて優れた磁気特
性、特に最大エネルギー積が大きくなることがわかる。
【0082】また、σ/tの値が0.5以下の磁石材料
を用いた実施例18〜22、24、25、27のボンド
磁石は、より優れた磁気特性を有し、さらにσ/tの値
が0.3以下の磁石材料を用いた実施例18、22、2
7のボンド磁石は、より一層優れた磁気特性を有するこ
とがわかる。
【0083】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、主
相がTbCu7 型結晶構造を有し、磁気特性が向上され
た永久磁石材料を提供できる。また、本発明によれば前
記永久磁石材料とバインダを含み、安定した高い磁気特
性を有し、スピーカー、モータ、計測器などの小型の電
気機器の駆動源等として有用なボンド磁石を提供でき
る。
フロントページの続き (72)発明者 新井 智久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メルトスパン法により作製され、主相が
    TbCu7 型結晶構造を有すると共に平均厚さをt(μ
    m)、厚さの標準偏差をσ(μm)とした場合、5≦t
    ≦50、σ≦0.20tの関係を満たす急冷した合金薄
    帯を原料素材とし、かつ全体の組成が一般式 R1x R2yzu100-x-y-z-u ただし、R1は少なくとも一つの希土類元素(Yを含
    む)、R2はZr、Hf及びScから選ばれる少なくと
    も一つの元素、MはFeおよびCoの少なくとも1つの
    元素、x、y、zおよびuは原子%でそれぞれx≧2、
    y≧0.01、4≦x+y≦20、0≦z≦10、0<
    u≦20を示す、にて表されることを特徴とする永久磁
    石材料。
  2. 【請求項2】 前記合金薄帯の厚さの標準偏差σは、σ
    ≦0.15tであることを特徴とする請求項1記載の永
    久磁石材料。
  3. 【請求項3】 前記合金薄帯の厚さの標準偏差σは、σ
    ≦0.10tであることを特徴とする請求項1記載の永
    久磁石材料。
  4. 【請求項4】 前記一般式中のNは、その50原子%以
    下をH、CおよびPから選ばれる少なくとも1種の元素
    で置換されることを特徴とする請求項1記載の永久磁石
    材料。
  5. 【請求項5】 前記主相の格子定数をa、cとした時、
    a、cの比c/aが0.847以上であることを特徴と
    する請求項1記載の永久磁石材料。
  6. 【請求項6】 前記一般式中のR1は、その総量の50
    原子%以上がSmであることを特徴とする請求項1記載
    の永久磁石材料。
  7. 【請求項7】 前記一般式中のzは、0.01≦z≦4
    であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石材料。
  8. 【請求項8】 前記一般式中のzは、0.01≦z≦2
    であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石材料。
  9. 【請求項9】 前記一般式中のMは、T元素でMの総量
    の20原子%以下の範囲で置換され、ここでTはTi、
    V、C、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、Ta、N
    b、SiおよびNiから選ばれる少なくとも1つの元素
    であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石材料。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の永久磁石材料とバイン
    ダとを含むボンド磁石。
  11. 【請求項11】 前記バインダはエポキシ系樹脂または
    ナイロン系樹脂であることを特徴とする請求項10記載
    のボンド磁石。
  12. 【請求項12】 一般式 R1x R2yzu100-x-y-z-u ただし、R1は少なくとも一つの希土類元素(Yを含
    む)、R2はZr、Hf及びScから選ばれる少なくと
    も一つの元素、MはFeおよびCoの少なくとも1つの
    元素、x、y、zおよびuは原子%でそれぞれx≧2、
    y≧0.01、4≦x+y≦20、0≦z≦10、0<
    u≦20を示す、にて表され、主相がTbCu7 型結晶
    構造を有し、かつ前記主相の平均結晶粒径をt(n
    m)、結晶粒径の標準偏差をσ(nm)とした場合、t
    ≦60、σ/t≦0.7の関係を満たすことを特徴とす
    る永久磁石材料。
  13. 【請求項13】 σ/tは、0.5以下であることを特
    徴とする請求項12記載の永久磁石材料。
  14. 【請求項14】 σ/tは、0.3以下であることを特
    徴とする請求項12記載の永久磁石材料。
  15. 【請求項15】 前記一般式中のNは、その50原子%
    以下をH、CおよびPから選ばれる少なくとも1種の元
    素で置換されることを特徴とする請求項12記載の永久
    磁石材料。
  16. 【請求項16】 前記主相の格子定数をa、cとした
    時、a、cの比c/aが0.847以上であることを特
    徴とする請求項12記載の永久磁石材料。
  17. 【請求項17】 前記一般式中のR1は、その総量の5
    0原子%以上がSmであることを特徴とする請求項12
    記載の永久磁石材料。
  18. 【請求項18】 前記一般式中のzは、0.01≦z≦
    4であることを特徴とする請求項12記載の永久磁石材
    料。
  19. 【請求項19】 前記一般式中のzは、1≦z≦3であ
    ることを特徴とする請求項12記載の永久磁石材料。
  20. 【請求項20】 前記一般式中のMは、T元素でMの総
    量の20原子%以下の範囲で置換され、ここでTはT
    i、V、Cr、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、T
    a、Nb、SiおよびNiから選ばれる少なくとも1つ
    の元素であることを特徴とする請求項12記載の永久磁
    石材料。
  21. 【請求項21】 請求項12記載の永久磁石材料とバイ
    ンダとを含むことを特徴とするボンド磁石。
  22. 【請求項22】 前記バインダは、エポキシ系樹脂また
    はナイロン系樹脂であることを特徴とする請求項21記
    載のボンド磁石。
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