JPS5989401A - 永久磁石 - Google Patents

永久磁石

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JPS5989401A
JPS5989401A JP57200204A JP20020482A JPS5989401A JP S5989401 A JPS5989401 A JP S5989401A JP 57200204 A JP57200204 A JP 57200204A JP 20020482 A JP20020482 A JP 20020482A JP S5989401 A JPS5989401 A JP S5989401A
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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】 本発明(I;j、 、 F e (3TI・ 三元系永
久磁石1(おいて、−その(ff磁力の一層噌大改善に
関する。本発明に若・いて、Rは希土類元素を示す記号
として用いる。
永久磁石材料は一般家庭の各種電気製品から。
大型コンビュークの周辺端末機−まで、幅広い分野で使
われるきわめて重要な電気・電子材料の一つである。近
年の電気・電子機器の小型化、高効率化の要求にともな
い、永久磁石材料はます寸す高性能化が求められるよう
になった。
現在の代表的な永久磁石材料はアルニコ、ノ・−ドアエ
ライトおよび希土類コバルト磁石である。
最近のコバルトの原料事情の不安定化にともない、コバ
ルトを20〜30重喰チ含むアルニコ磁石の需要は減、
す1鉄の酸化物を主成分とする安価なノ・−ドアエライ
トが磁石材料の主流を占めるようになった。一方、希土
類コバルト磁石はコバルトを50〜65重量係も含むう
え、希土類鉱石中間てあ貰り含まれていないSmを使用
するため大変高価であるが、他の磁石に比べて、磁気特
性が格段に高いだめ、主として小型で、付加価値の高い
磁気回路に多く使われるようになった。
希士炉磁石がもつと広い分野で安価に、かつ多量に使わ
れるようになるためには、高価なコバルトを含甘す、か
つ希土類金属として、鉱石中に多量に含まれている軽希
土類を主成分とすることが必要である。このような永久
磁石材料として、先に、本発明者はFeBR系永久磁石
を見出し、本願と同一出願人により出願された(特願昭
57−145072 )。このFeBR系永久磁石1q
tco’r含寸ず、几としてNd+Prを中心とする資
源的に豊富な軽希土類を用い、FCを主成分として25
M G Oe以上の極めて高いエネルギー積を示す。こ
の磁石は従来のアルニコ磁石−や希土類コノ<ル1・磁
石に比し−C1より低いコストで高い特性を有する。
即ち、より高いコストパフォーマンスをんえ工業ト大き
な有用性を有する。
このF’eBR系磁石の保磁力i )−1cはI K 
Oeから最高約13J(Oe  にも達し、現在最も特
性が高い磁石として知られている希土類コノ(ルト磁石
の1)4Cにも匹敵−、iろほと大きい。しかし、最近
、永久磁石はます寸す苛酷な環境−たとえば、磁石)の
薄型化にともなう強い反磁界、コイルや他の磁て機器の
高速化、高負荷化による高温度の環境−にさらされるこ
とが多くなシ、多くの用途において、特性安定化のため
に1一層の高保磁力化が必要とされる(一般に永久磁石
のi I(cは温度上昇にともない低下する。そのため
室温におけるi I−(cが小さければ、永久磁石が高
温度に露されると減磁が起こる。しかし、室温における
i I(cが十分高ければ実質的にこのような減磁は起
こらない。)本発明は、か\るF e B I(、系イ
改石において、とのF e B几三元系合金よりもさら
に高いi I−1cを有する合金組成全県い出すことを
目的とする。本発明は、F e 、 B、 R,合金に
、Ti、Ni、Bi、V、Nb、Ta。
Cr、Mo、W、Mn、AI 、Sb、Ge、Sn、Z
r、Hf等の特定の添加元素Mを一種寸だけ二種以上加
えることにより、三元系磁石よりも、さら((高いi 
I−J cを与えることを可能にしたものである。即ち
、本発明の永久磁石(材料)は次の通9である。
原子巨分比で、8〜30係のR・(伊しR・けYを包含
する希土類元素の少くとも一種)、2〜28係の13、
斗°記の所定係の添加元素へ1の一種又は二種以上(併
しMO%を除く)、及び残部Feから成る磁気異方性焼
結永久磁石(材料);’I”i  4.5%以下、f’
Ji4.5q6す、下、Bi5 −以下。
■  85%以下、  Nb  ]、2.5%以下、 
 Ta 1o、ss以下。
Cr  8.5%、[R,■、  Mo   9.5%
り下、  W    9.5%以下。
八−f 11  :(5%以下、AIq5ギlet丁、
  Sh   Qj:5ギI゛(’i’ rLjc  
7  %、b、jJ’、  So    3,5%以5
.Z r    5.5 %J’)、 ト及びhJr5
,5チ以下 但し、前記Mとしてニネ會以」二の前記添加元素を含む
場合において、M合欧は当該添加冗:素のうち最大値を
有するもののチリ下である。
本発明者は、F e B 11 系三元合金、特に8〜
:30係のT1. 、2〜28 %ノ’jii 、残部
F’eカ・ら成るFeBRE元合金をベースとして、そ
の保(jQ ゛)Jの改善をrl漂とし7て、放射性元
素等を除くにとんとの元素についてその微量域(0,0
05原子係、以下%け原子%を示す)から10数チに亘
る範囲において、その添加による保磁力その他の磁気特
性の変イ「1を詳細に調べだ。その結果前記添加元素M
の添フッ1]カニFeBR三元系磁石にさらに高保磁力
を付与する効果を有することを見出した。イリし、これ
らの添加元素Mの添加は、夫々の態様に赴いて、残留磁
化Brの漸次の低下を招くことも明らかとなった。
従って、添加元素Mの含有准は、少くとも残留磁化Br
が、従来の・・−ドフエライトの残留磁化Brと同等以
上の範囲で、かつ高保磁力を示すものが本発明の対架と
して把1屋される。
かくて、本発明により、 Fe81%M (Mは前記の
添加元素)系磁石が、FeBR系磁石上磁石高い保磁力
を有しかつ従来・・−ドフエライトと同等以上の残留磁
化を有するものとして、工業上有用な新規々永久磁石(
又は材料)を提供する。
本発明のFeBRM系磁石において、R,13の組成範
囲り1、基本的にF e B R三元素合金と同様(8
〜30%R,2〜28チ13)である。即ち、保磁プ戸
1−1 c ) I K Oelr:満たすためBは2
係以上とし、ノ・−ドフエライトの残留磁束密度Br約
4KG以−ヒとするだめにBけ28%す、下とする。I
(、は保磁力をIKOe  以上とするため8係収−F
必要で、あり。
寸だ燃え易く工業的取扱、製造上の困難のだめ(かつ1
だ高価であるため)、30%以下とする。
このr:3 、 I(、;[(、囲において最大エネル
ギ積CB H)++]aXはハードフェライト(〜4M
GOe程度)と同等J以上となる。
軽希土類をItの主成分(即し全R中軽希に類50原子
係以−]二)とし、11〜24%J 3〜27%B、残
部(Fe十M)の組成は、最大エネルギ積(1311)
 max≧7MGOe  とするだめに好ましい範囲で
ある。
量も好甘しくば、軽希土類を凡の主成分とし、t2〜2
0%几、4〜24%B、残部(Fe+M)の組成であり
、最大エネルギ積(B H) max≧10MGOe 
を可能とし、(B ’H) maxは第高25MGOe
以上に達する。
本発明(7) Fe 13 RM系永久磁石は、Fe−
13−R系永久磁石と同様磁気異方性焼結体とし、て得
られる。11]ち、合金を溶解、鋳造し、鋳造合金を粉
末化し/、2後磁界中にて成形し7焼結することにより
永久磁石が得られる。
以下本発明について、実験例及び実施例を引照しつつ詳
述する゛。
種りの添加元素を含むFe−B−R−M合金の永久磁石
試料をつぎの方法で作製した。
(1)合金を高周波溶解し、水冷銅鋳型に鋳造、出発原
料はFeとして純度999チの電解鉄、Bとしてフェロ
ボロン合金および99%の純度のボロンを用い、ILと
して純度997%以上(不純物は主として他の希土灼金
属)を使用、添加元素として、純度99係のTi、Mo
、Bi。
Mn、Sb、Ni、Ta、g 6%のW、99.9%の
Af 、 95%ノl゛] f 、 g g、g%のC
u、−5たVとして81.2%のVを含むフェロバナジ
ウム、Nbとし、て、67.6%のN I)を含むフェ
ロニオブ、Crとして+61.9%のCr を含むフェ
ロクロムおよびZr として、75.5%のZrを含む
フェロジルコニウムを使用した。
(2) 粉碑=スタンプミルにより35メツンユスルー
壕でに粗粉砕し1次いでき−ルミルにより3時間微粉砕
(3〜10μm )、 (3)  磁界(I□KOe)中配向・成U (1,5
L/clにて加圧)、 (4)焼結1.000〜1200℃1時間Ar中、焼結
後放冷。
」二記試利について、1I−Tc 、Br 、 (BI
−1)maxを夫々測定し7、そのうちの代表的な試料
してついての結果を第1表((1)〜(4))、第2表
に示す。なお、・第2表の符号Cを(t L、たものは
比較例である。1だ第1,2表中Feけ数値を挙げてな
いが残部を示す。
上記の結果から、次のことが明らかとなった。
第1表(1)は、希」二鎖元素として軽希土類の代表的
なもノテするNdf:中心として、Pe−BB−15N
d系に丸・いて添加元素Mの効果を調べたものである。
その結果、第2表の試料91 (D i I(c 7.
3KOe 、に叱べて、全ての試料(A、 1−36 
)’ IFついてより1m1 イ保(HB fJ (+
 14 c 80I(0’、e以上)を示し、最大15
1<σe以−にに達し7てい為(届31. 、36 )
。一方、残留イ、隻化旧゛はC1の12. I KGに
比べて同等程度(j6. ]、 t 4等)から添加元
素Mの増大に従い一般に除々に低下を示している。しか
し第1表に示す全ての試料において従来のハードフェラ
イトのレベルの残留磁化約4KG、l:夕も十分妃高b
0第  1  表  (]) 第  1  表  (2) 第  j  表 (3) 第  1  表  (4) 第  2  表 しかも一般に用途が余りないため、余剰気味であり、こ
のような軽希土類元素を、本発明の磁石材料(ないし合
金)の中心的元素とすることは、極めて有利である。
RとLiはNdcy)他に、Pr、La、Ce、Tb 
Dy、Ha、Er 、Eu、Sm、Gd、Pm、Tm、
Yb、Lu及びYが包含され、そのうち、軽希土類をも
って足り、特にNd、rrが好ましい。なお重希土類は
資源的に希小でかつ高価であり、一般的シて工業的利用
価値は少ないが、しかし、重希土類単独又は重、軽希土
類混合でも用いることができる。1だ( 通例凡のうち一種ヲもって足りるか、実用上は二種1(
上の混合物(ミツシュメタル、ジジム等)を入手上の便
宜等の理由により用いることができ乙。
なお、仁のRは純希土類元素でなくともよく、工業」−
人手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有するもの
で差支えない。
B(ホウ素)としては、純ボロン又(伐フエロゼロンを
用いることができ、不純′吻としてAi、Si、C等を
含むものも用いるととができる。
本発明の永久磁石は、そのベースとなるFeBR三元系
三元−て、既述の8〜30%R,2〜28%B、残部F
e(原子百分率)の全範囲において、添加元素Mの有効
性が認められており、このFe3几の範囲外では、有効
ではない(比較例C12゜C13R過少;cl、413
過多;C15几過多;C8〜CIIB不含有等参照)。
次に添加元素Mの夫々の添加の効果全明らかにするため
その添加量を弯化させて実験によりBrの変化を測定し
、その結果を第1図〜第3図に示す。Bi、Mn、Ni
を除く、他の添加元素M(Ti。
Zr、l−14,V、Ta、Nb、Cr、W、Mo、S
b、Sn。
Ge、AI)の添加量の上限は、第1図〜第3図に示す
通り、・・−ドフエライトのHr約4KGと同等以上の
範囲として定められる。さらに、好iしい範囲は、Br
を6.8,1.oKG等の段階をもって区画するととに
よシ夫々第1図〜第3図から明らかに読むことができる
Mn、Niは多81に添加すると、□iHc  が減少
する。即ち、Mn3,5チ、f’Ji4.5%  を夫
々越えると、iHc  が無添加の場合よりも低くなっ
てし貰うため、これをもって上限とする(なお、第2表
比較例CL9.C20参照)。
B1については、その、微気圧が極めて高(Bi5を超
える合金の製造が、事実−1−不可能であり5%以下と
する。2種以上の添加元素を含む合金の場合、Brが4
KG以上の条件を満たすためには、上述の各元素の添加
量の上限のうち、最大の値(%)以下であることが必要
である。
第1図〜第3図から明らかな通り、添加金属Mの添加は
その添加量の増大と共に、はとんとの場合B rが減少
しており、壕だ(B H) m 、a x  も第1表
に示す通り減少する。しかし、保も電力i I−1c 
 の増大は、極めて強い逆磁場や、高温の苛酷な環境に
さらされる場合、永久磁石にとって重要な特性であり、
高(BH) m a x  型の永久磁石と同様工業的
に有用性が大である。
第4図に、代表例とL ”?: (1) F e  8
 B15 N−ds(z)Fe−BB−15Nd−IN
b、(3)Fe−8B−15Nd−2AIの3種の初磁
化曲線及び減磁曲線(1〜3)を示す。
試別(1)(曲線1)は比較例CI(第2表)と同じも
の、試料(2)(曲線2)は実施例試別扁5と同じもの
、試料(3)(曲線3)は実施例状1−4 /F6.2
1と同じものについて測定したものである。曲線2゜3
とも永久磁石材)1として有用な角形性を示し7ている
第1表試料37〜42,51.52はRとしてPrを用
いたもの、試料48〜50けFe−12B−2ON d
 −I M系、試料5 it 、 52はFe−121
3−20P r−I M 系を示す。試別40./12
〜47゜53〜58.60〜65にj Mとし7て24
重1;L−にのものを用いたものでも良好な結果が得ら
ねろことを示す。
なお、比較例C5,C5のIHむ の値が高いのは、N
dの高含有量によるものであり、これらに対してtqL
、試料48〜50.53〜55及び試料63.64によ
り夫々M添加の効果が明らかである。
試料扁56 u i l−1c  4,3KOe−cあ
ルカ、比較例C16(i He 30KOe)と、1だ
試料459 C7) i He7.3KOeはC7(i
Hc 5.IKOe)と比較すると、M添加の効果が認
められる。
壕だ試料1,4等の如く、高(BH)maxを保持しつ
つ高保磁力化を実現することも可能である。
上記F e B RM系永久磁石材料は前記F e 、
 B、 R。
Mのほか、工業的製造上不可避な不純物の存在を許容で
きる。兼だ、Bの一部をC,N、Si 等により置換す
ることも可能であり、製造性改善、低別格化が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は、本発明の実施列(Fe−BB−−]
 5 N d −x M )にオイテ添加金属M(7)
量(X%)と残留磁化Br(KG)との関係を示すグラ
フ、第4図は代表的な実施例(2) 、 (3)につい
ての初磁化曲線及び減磁曲線金、比較例(1)と共に示
すグラフ(縦軸は磁化4π■(I(G)、横軸は磁界I
I (KOe))である。 手続補正書(方式) 昭和58年3月 l1日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 ■ 事件の表示 昭和57年 特許願第200204号 (昭和57年11月15日出M) 2 発明の名称 永久磁石 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所(居所) 氏名(名称) 住友特殊金属株式会社 富士アネックスビル4階電話(1173)、5.9.8
−0295(発送日 昭和58年2月22日) 6 補正により増加する発明の数  なし7 補正の対
象 明細書の第11頁〜第15頁 第  1  表  (]) 第  1  表 (2) 第  1  表  (4) 第  2  表 手続補正書(自発) 昭和58年4月12日 特許庁長官 若杉 和犬 殿 l 事件の表示 昭和57年特許願第200204号 (昭和57年11月15日出願) 2 発明の名称     永久礎石 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 氏名(名称)   (8081)弁理士加藤朝ii  
tri。 5 補止命令の日伺   自発 6 補正により増加する発明の数  なし7 補正の対
象     明細書の特許請求の範囲の欄及び発明の詳
細な説明の欄 、二・・・−一5.2 8 補正の内容     別紙の通り      、、
、 4.1′許I■、 明細書の発明の詳細な説明の欄
を次の通り補正する。 l) 明細書第3頁第4行「ある。」のあとに欧文を挿
入する。 「本発明は、このような課題に応えるべき新規な永久磁
石(材料)であって、従来のハードフェライトと同等量
−にの磁気特性を有するものを提供することを基本目的
とする。」2) 同第4頁第1O行「本発明」の前に「
従って」を挿入する。 3) 同第4頁第12行「ことを」の後に「も(iせて
」を挿入する。 4) 同第4頁第16行「より、」の後に欧文を挿入す
る。 [従来のバーI・フェライトと同等量]−の磁気特性を
乍え、好ましい態様において前記FeRJ 5) 同第5頁第4行rNi  4.5%以下jをrN
i  8.0%以下に訂IFする。 」 6) 同第5貫第7行rMn  3.5%以下」をrM
n  8.0%以下に訂正する。 7) 同第6頁第10行rFeBR系磁石よりも」を削
除する。 8) 同第18頁第3行「もって」の後に「好ましい範
囲の」を挿入する。 9) 同第18頁第4行「)。jの後にr i Hcを
1KOe以トとするためM n 、 N iのに限は夫
々8%とする。」を挿入する。 10)  同第18頁第18行「る。」の後に欧文を挿
入する。 [Mとして2種以北含む場合には、夫々の添j)11几
素の特性曲線を合成したものとほぼ同様なりr曲線を示
す。」 (以ド余白) II 、  明細書の特許請求の範囲の欄を次の通り補
正する。 「原子百分比で、8〜30%のR(但しRはYを包含す
る希土類元素の少くとも一種)、2〜28%のB、下記
の所定%の添加元素Mの一種又は二二種以に(但しMと
して二種以上の前記添加元素を含む場合において、M合
量は当該添加元素のうち最大値を有するものの原7百分
比以ド)、及び残部Feから成る磁気異方性 焼結永久
磁石;Ti  4.5%以下、 N i  8.0%以
−F、Bi5%以下V   9.5%以F、Nb12.
S%以ド、 T alo、5ya以下Cr  8.!J
以F、 Mo  9.5%以’F、 W  9.5%以
丁Mn  8.0%以下、A19.5%以下、Sb2.
5%以下Ge7%以下、Sn3.5%以下、 Z r5
.5%以下及び Hf  5.5%以下。」 (以下余白) 手 続 補 丁 書 (自発) 昭和58年10月31日 特許庁長官  若杉  和犬 殿 1 事件の表示 昭和57年特許願第200204吋 (R拝1157年11月15日 出願)2 発明の名称 永久磁石 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 氏名    住友特殊金属株式会社 5 補正命令の11付     自発 6 補iEにより増加する発明の数  なし7 補正の
対象 明細書の特許請求の範囲および発明の詳細な説明の欄8
 補止の内容 別紙の通り ■ 明細書の発明の詳細な説明の欄を次の通り補jE↑
る。 (1〕明細書5頁2行Pめ)らJを「及び不純物から木
質上Jに訂正する。 (2)6頁17行「〉」を「≧」に訂正する。 (3)7頁18行「鋳造し、鋳造」を「冷却、例えば鋳
造し、生成」に訂正する。 (4)第16頁15行、「用いることができる。」を「
用いることがてき、Sm、Y、La、Ce、Gd等は他
(7)R,特にNd、Pr等とのl昆合物として用いる
ことができる。」に訂正する。 (5’l16頁末行rA i JをrAl」に訂正する
。 (6)18頁18行末尾に欧文を追加する。 「なおMの添加策は、i Hcの増大効果、Br減少傾
向、(BH)maxへの#臂を考慮すると、Q、l 〜
3%が最も望ましく、MとしてはV、Nb、Ta、Mo
、W、Ge、A +が好ましく、特にAIが有効である
。」 (?)20頁8行「工業的」の前にrCa、Mg、0、
St、C,S、P、Cu等」を挿入する。 (8)同頁9行「できる。」を「でき、Ca、Mg、C
各4%以下、Cu、P各3,5z以下。 32.5 X 以下、02%以下、Si5%以下、計5
%以下は許容できる。」に訂正する。 (8)同頁9行〜10行[また、・・・可能てあり」を
「このため、」に訂正する。 II 、明細書の特許請求の範囲の欄を別紙の通り補正
する。 (以下余白) 「原子百分比で、8〜30%のR(但しRはYを包含す
る希土類元素の少くとも一種)、2〜28%のB、下記
の所定%の添加元素Mの一種又は二種以上(但しMとし
て二種以りの前記添加元素を含む場合において、M合量
は当該添カリ元素のうち酸大値を有するものの原子百分
比以下)、及び残部Fe良囚玉貝局から木頁」成る磁気
異方性焼結永久磁石: Ti  4.5%以下、 Ni  8.0%以下、Bi
  5% 以下、 ■  9.5%以下、N b  1
2.5 %以下、 Ta  10.5%以下、Cr8.
5%以ド  Mo  9.5%以ド、W   9.5%
以下、 Mn  8.0%以下、A1 9.5%以下、
 Sb2.5%以下、G e  7 %以下、  Sn
3.5?;以下、Zr5.5%以下、  及び Hf5.5%  以下。」 以  −[

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 原子四分化で、8〜30%の1モ(但t、 f(、はY
    を包含する希1−類元素の少くとも一種)、2〜28係
    のB、下記の所定チの添加元素Mの−・種又は二種り、
    土(世しMとして二種以上の前記添加元素を含む場合に
    おいて、M金星は当該添加元素のうち最大値を有するも
    のの原子百分化」ソ下)1 及び残音l(F eから成
    る磁%、異方性 焼結永久a(石;Ti  45%、’
    lJ、下、  Ni   i、s%、lu下、  CI
    ’   5  ”、下。 V   !1.5%以−F、  Nb  12.5%l
    a下t  ””  、10.5 %以下。 (218,5チリ汀、  Mo   9.5%す、下、
      W    9.5係り、丁。 I\4n  3=5チリ、下、Al1.5%μ下  S
    b   2,5係り、F。 Ge  7  %り下、  Sn   :3.5%以下
    、Zr5.5%以下。 及び Hf5,5チ以1;。
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