JPS60218457A - 永久磁石合金 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、セリウムージジム（ジジムはＮｄ−Ｐｒ合金
の通称）と鉄を主成分とした低コストで高性能な永久磁
石合金に関する。

〔従来技術〕

従来実用化されている磁石の主なものを、化学組成と製
造法にもとづいて分類すると＠１表のようになる。

第１表 表中○印は生産されているもの、Ｘ印は生産されていな
いものを示している。日本市場においては焼結アルニコ
を除く他の５種類の磁石が生産されている。この５種類
の磁石は、ノテ日本市場において出荷金額および半量重
量で９９％以上（１９８３年）占めており、磁石といえ
ばこれらのどれかであると言える。磁石の種類がこのよ
うＶＣ多いのは、各々のものがそねそれ長所短所を持っ
ており、種々の応用から装束される仕様によりそれぞれ
使いわけられているからである。これらの磁石の長所短
所を挙げてみる。まず焼結フェライト磁石であるが、こ
の磁石は他のものに比べて単価が最も安いことから、現
在多量に使用されている（於日本、１９８３年の推定５
９．０００　ｔｏｎ　）。単価は、等方性で０．５〜１
円／　１　、異方性で２〜６日／２であり、性能はエネ
ルギー積で示すと等方性で１ＭＧＯｅ程度、異方性で３
．５〜４．０　ＭＧＯｅ　８度である。このように焼結
フェライト磁石は性能は低いが、それにも増して単価に
メリットがある。しかしながら、本来がセラミック磁石
なので硬くて脆く、耐衝撃性に乏しい。そして複雑な形
状には加工しにくいという欠点を有している。この欠点
を補う目的で作られたのが、グラスチックボンド型７工
ライト磁石である。通常フェライトボンド磁石と呼ばれ
るこの磁石は、靭性に富んでいるので割れ欠けに強く複
雑形状の磁石も簡単にできる。

製造法は、射出成形、押出し成形、圧延成形が主に採用
されている。等方性の磁石はエネルギー積で０，５〜Ｉ
　ＭＧＯｅ、単価０．６円／ｆ程度であり、一方異方性
の磁石はエネルギー積１．５程度、単価は２．８円／を
程度である。異方性のものは、単価が焼結フェライトよ
り若干高くしかも性能が低いのは、バインダー材として
高価なエンジニアプラスチックを用いているからであり
、およそプラスチックは４０〜５０　ｖ０１％含まれて
いる。この単価が高く、性能が低いという欠点にもかか
わらず異方性のものけ、需要が急増している。これは前
述の長所が大き（効いていることに他にらない。

次にはアルニコ磁石であるが、希土類磁石が出現する以
＠には高磁束を得ようとする斤らばこの磁石しかなかっ
たので、生産額もフェライト磁石をしのぐ程太きかった
、しかし、希土類磁石の出現、コバルト価格の不安定さ
、その保磁力の小ささなどが原因となり１９７９年頃か
ら需用は低下し続け、遂［１９８５年には生産額で希土
類磁石に抜かれてし寸っだ。今後もこの傾向は続き、磁
石全体の中で占める割合は将来１０％以下になることは
間違いないだろう。最後に希土類磁石であるが１９７０
年頃から試験的に作られ始め、１９７６年あたりより工
業的な意味での生産が開始された。

１９７６年の日本の生産量は若干５　ｔｏｎであるが、
その後急激に伸び１９８３年には、２９０　ｔｏｎ生産
されたものと推定されている。希土類磁石がこのように
伸びた理由は、ポーにそのエネルギー積の高さく焼結法
で１６〜３ｏ　ｙａｏｅ　）がうまく市場のニーズと一
致したからである。しかし、単価の方は他の磁石に比べ
桁違いに高くて、４０〜５０円／ｆである。、また焼結
希土類磁石は、非常ｖｃ瞼いという欠点を有しており、
割れ欠けが起りやすく１吏い［（い、この脆弱性を克服
したものに希土類プラスチックボンド磁石がある。圧粉
成形で製造されるものは、エネルギー積１０〜１８ＭＧ
Ｏｅを有しており、この範囲では焼結のものに優位を保
っている。また近年、射出成形、押出し成形といった技
術によってもこの希土類プラスチック磁石は製造される
ようになり増々その応用範囲を拡大している。しかし、
バインター−を混入させるのでどうしても磁気性能がト
けられず、しかも単価も焼結のものに比べあまり低下し
ないのでコストパフォーマンスはあまり上らない。

磁石のコストパフォーマンスを評価するのに、従来エネ
ルギー積（ＢＨ）ｍａｘ（Ｍｏｏｅ）をＭｊＬ価ＣＷ？
）で割り算した指標が便宜的に使用されているが、実際
には重さ肖りではなく体積当りの指標にした方が理論的
には正しい。従って密Ｗｆｐとすると指標よりは ＩＤ＝（Ｂ）］　）ｍａｘ／（ρ・単価）とするのガよ
いであろう。この指標にもとすいて前述した５種桶の磁
石のコストパフォーマンスを計算した（第２表ａ、ｂ）
。

第２表（ａ） 第２表（ｂン この表から分るように、コストパフォーマンスの高い磁
石は、性能が低く、逆に性能の高い磁石はコストパフォ
ーマンスが低いという現象が出ている。従って、従来の
磁石では性能が市場の要求にあう程度に高くてしかもコ
ストパフォーマンスのすぐれた磁石は存在しないという
問題点があった。

〔目的〕

本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的
とするところは、性能が高くしかも低コストの磁石を提
供することにある。

〔概要〕

本発明による永久磁石合金は、セリウムージジム、鉄、
銅、ボロンを主成分としたものである。

広い意味では希土類磁石の範ちゅうに入るが、従来のサ
マリウム−コバルトを主体とした磁石とは成分を全く異
にする、 希土類元素は一般［１５種類が混合宿生として産出する
。個々の元素を取り出すには混合粘土を分離精製しなけ
ればならない。４た時延の元素のみが多く使用されると
他の元素が余ってしまい都合が悪い。従って希土類の値
段は、単に資源の豊゛富さ、需要偕ばかりでなく、精練
の難易さ、他の元素とのバランス性によって足まってく
る。結果としてＳｍは約６万！Ｊ１／　Ｋｑ　、ミツ７
ユメタルは約３千円／Ｋｆというふうになる（いずれも
１９８５年の値）、、ＣＧ−ＴＪｌ（ジジム）・は、・
混合希土中にモナザイトおよびバストネサイト鉱の場合
それぞれ約７５係および７０チも含壕れており、精練も
ミツシュメタルよりも少し複雑なだけであり、また近年
の重希土１４（ｓｍからＬｕ１Ｃ至る元素）の伸びＨミ
ツシュメタル需要減から余剰が生ずる傾向にあり、バラ
ンス性も心配ない。従って多量に使用するようになプ１
．げ、ミツ７ユメタルとあまり変らない価格で手に入る
ようになるであろう。本発明による永久磁石合金の特徴
の第１はこのように安価な希土類メタルを使用したこと
にある。

本発明による永久磁石合金の第２の特１ａは、従来の希
土類磁石の主成分の一つであるコバルトを用いていない
ことである。通常、Ｃｅ−１）ｉ−Ｆｅだけではキュー
リ一点が低くて強磁性体としては使用できないが、ボロ
ンを適量添加することによりキュリ一点が上昇し強磁性
は安？する。ボロンは、純粋々ものを使用してもよいし
、安価斤フェロボロンも使用できる。コバルトを使用の
代りに鉄を使用したことにより資源的な制約条件から解
放されるとともに合金コストも大幅に引き下げられる。

本発明による永久磁石合金の声３の％徴は、保磁方向上
のため銅ＣＣｕ）ｔｌ−添加したことにある。

Ｃｕを添加しないと保磁力１）］Ｃは３〜４　ＫＯｅ程
度しか得られないが、添加することにより格段に大きな
保磁力が得られる。また、本合金を１ラスチックボンド
磁石に利用する時、Ｃｕを添加しないと磁粉の粒度が２
〜５ｍｐにならないと満足な保磁力が得られないが銅を
添加すると保磁力は粒度にあまり依存しなくなる。従っ
てＣｕ添加により磁粉の粒Ｉｆを大きくできるとともに
粒度調整も行うことができ、磁石の安冗性と磁気性能が
一段と向トする。Ｃｕの一部’５Ｆｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ
、Ｎｂ。

Ｔａのうち少なくとも一つの元素で１＃僕するとこのＣ
ｕの効果は強められる。

また、一本発明のＣ！ｅ−Ｄｉ−Ｆｅ−Ｏｕ−Ｂ合金の
Ｂの一部を／Ｖ！、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓ、
Ｂｉ。

Ｓｍ、Ｐｂの少なぐとも一つの元素て置換しても強磁性
を安定化する効果は減ることはない。希土類元素の一部
ｆｆＬａで置換しても少量では磁力の低下は起らない、
そしてＬａ　の入ったＯ　ｅ−ＩＪ　ｉ　−Ｌ、ａメタ
ルは、入らないものより製造法が簡単で低コストになる
効果がある。

次に組成域の駆足の理由を述べる。希土類元素中での元
素の数の割合Ｒ＝　Ｏｅ＋−ａ−ｂＮ６ａ　Ｐｒｂを示
す指標ａおよびｂは、０ｅ−ＩＪｉ合金を工業的に安価
に製造できる組成範囲を取っである。λ４　＝　Ｆｅｔ
−ｘ−ｙ　ｃｕｘＢｙ　（！：　シたときのＲとＭの比
Ｚ（ＲＭＺ’）は保磁力を５　ＫＯθ以ト出そうとする
と４．０から９．０の間［なる、、Ｍ中の組成比ＸはＣ
ｕの効果が出始めるのは０．０１以りであり、０，２を
越えると飽和磁束密貼の低下が著しいという理由で決め
られた。、Ｍ中のｙ／ｄ同様ＫＢの効果が出始めるのは
０．００１以上であり、０．１５を越えると保磁力、飽
和磁化が急激に低下するという理由による。

〔実施例〕

以下、本発明について実施例に基つき詳細に説明する。

実施例１ Ｒ＝　Ｏｅｏ、ｓ　Ｎ（５０，４Ｐｒ（ｉ、ｌ　、　Ｍ
　＝　Ｆｅ、ｏ、５２ＱｕＯ，ｌ　Ｂｏ、ｏｓでＲＭＺ
とした時、Ｚ＝４．０　、４；５　、５．口、５．５，
６．０゜６、５　、７．０　、７．５　、８．　Ｏ、ａ
　５　、９．０　（７）１１種類の合金（表示はすべて
原子数比）を、低周波誘導炉を用いて溶解した。Ｂｔ／
ｉ萌もってＦｅと母合金を作製し、溶解しやすいよう°
にした。各合金は、アルゴン雰囲気中で１１ｏＯ〜１２
００　ｔｌ：（７）ｌｔＪＩ（’）最通温度で溶体化処
理を４時間行った後、室温までクエンチされた。その後
８００℃で２〜５０時間の間の時間で熱処理を行い保磁
力を付与した。

合金は次に、１０〜２０ｍμの平均粒譲に粉砕され、３
重量％のエポキシ樹脂と混練された。混練された磁性粉
は、１５ＫＯｅの磁場中で加圧成形され、エポキシをキ
ュアーさせて磁石にした。各組成の中でエネルギー積が
最大である磁石の磁気特性を２値とと［第１図に示した
。ｚ値が４〜９の間で高保磁力が得られ、列留磁束密度
Ｂｒも安定して高い値が−得ら力、ている。たｆｆｚが
大きくなるとヒステリシスの角形性が低−トし、（Ｂ）
］　）ｍａｘもＺ＝９に近くなると低−トする。しかし
この相聞の磁気特性があれｉｒフェライト磁石よりも性
能が高いのでこの組成域の合金は充分に実用して々る。

実施例２ ｚ＝６０としてＲとＭの中の組成比を変化ζせた合金を
１２種杯実施例１と同様な方法で溶解して熱処理して磁
石にした。合金の組成は、第３表に示す、各合金の中で
瀞大のエネルギー積を示す磁石の磁気特性を合金ごとに
第４表に示す。

第３表 第４表 各組成にわたり、（ＢＥ　）　ｍａｘが８以上のものが
得られており中りではＳｍ、Ｃｏ、、系の最高性能と同
等のものが得られており、このような磁石が低コストで
得られることは意義深い。

実施例３ Ｃｕの一部を、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、ｆ、■、Ｎｂ、Ｔａで
置換した合金を実施例１の方法で溶解した。ただしＭ＝
Ｆｅｏｎｚ−ｗＣ！ｕｏ、＋　ＡｗＢｏ、ｏｓ　（Ａは
上記の６元素を示す）としてＷを０．０１から０．０２
刻みで０．１９まで１０種類敗り、Ｒ＝　０１１３０．
５　Ｎｄ　Ｏ，４Ｐｒｏ、ｔ　とし、ＲとＭの比２は５
．８とした。磁石製造法は実施例１と同様の方法で行っ
た。第２図にＡ＝Ｚｒの場合の結果を示した。各々の値
は最もよい熱処理条件で行ったものである。Ｚｒの添加
によりｉＨｃは向とするので、高いエネルギー積を得る
に、ＩＨＣは１０ＫＯθ程度で抑えてヒステリシスの角
型性を高めるようにした。Ｚｒ添加しないものよりある
程度添加した方がよい結果が得られていることが分る。

上記６元素の添加によりどれ位添加ＰＩＪＶｃ比べて性
能が向上したかを第５表に示す。

第５表 実施例４ Ｂの一部を、ＡＩ’、、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、
８１゜Ｂｉ、Ｓｎ、Ｐｂ　で置換した合金を実施例１の
方法で溶解した。ただしＭ　＝　Ｆｅａｔｓ　ｃｕｏ、
＋　Ｂｕｇｓ−ｕＱｕ　（Ｑ、は上記の１０元素を示ス
）、ｕ　ｆ：０．０１から０．０１刻みで０．１０まで
１０ｆｉｌｊ類取り、Ｒ＝　Ｏｅ　ａｓ　Ｍａ４Ｐｒａ
ｔとし、ＲとＭの比２は５．８とした。磁石製造法は実
施例１と同様の方法で行った。各置換元素で得られた磁
石で（Ｅ）］）ｍａｘ≧１２　ＭＧＯｅ　以上のものの
中からその合金のキュリ一点が添加前に比べて最高に向
上した合金のキューリ点の向七分を各元素ごとｒ示すと
第６表のようになる。

第６表 実施例５ 希土類元素の一部１をＬａで置換した合金を実施例１と
同様な方法で磁石にした。ただし、組成としてはＲ＝Ｃ
ｅｏ、５ｓ−ｃ、Ｎｄｏ３ｓＰｒｏｔｓ　１ＩＪａｃ（
ｃ　＝＝　０．０２　。

０、０８　、０．１５　、０．２５　）　、　Ｍ　＝、
Ｆｅｏ、ａ２０ｕｏ、＋　ＢｏｎｓそしてＲＭ　６．５
の４種類を対象とした。得らｔ″Ｌ、た磁気特性を第３
図に示す。Ｌａ　ｆ：加えると、微量のとき［ｉｊヒス
テリ７スの角型性が若干向上することが示されている。

角型性の評価のＳＱ値は、４πニ−Ｈ減磁曲線上で４π
工＝０．９Ｂｒに々る磁場Ｈの絶対値をＨｋ　とすると
、Ｓ　Ｑ　＝＝Ｈｋ／　ｉＥｃで与えられる。

実施例６ 実施例５と同絹成の合金を実施例１と同様な方法で溶解
して、焼結法により磁石を作製した。焼結温度は１２０
０〜１３００℃の間の最適条件（収縮が最も大きい条件
）で行い、焼結後、室温まで２〜３時間除冷を行った。

そして再常温度をと昇し、８５０〜４００℃ｉ°で多段
時効を行った。

得られた磁石の磁気特性を第４図に示す、図に示すよう
に、本組成のような安価な拐＃４を用いてもＳｍ−Ｃｏ
系と同等の磁石が得られることが分る。

〔効果〕

以上述べたように本発明によれば、安価な希土類化合物
０ｅ−１１１’ｉ用いて高性能なフ”ラスチックボンド
磁石および焼結磁石が発現でき、従来の研石にない高コ
ストパフォーマンスが達成できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｃｅｏ、ｓ　ＮｄｏＡＰｒｏ、ｔ　（Ｆｅｏ
、５２０ｕｏ、ｔ　Ｅｏ、ｏｓ　）　Ｚ組成において、
希土類と他元素との比２を変化させた時のプラスチック
ボンド磁石の磁気特性を示す。 第２図は、Ｃｅｏ５Ｎｄａａ　ＰｒＯ，＋　（？ｅａ、
５２７ｗ０ｕＯ，ｔ　ＺｒｗＢａｏｓ）ｓ、ｓ組成にお
いて、ＺｒのｔＷを変化掻せた時のプラスチックボンド
磁石のエネルギー積を示す。 第３図は、０ｅ０５Ｓ−ｃ　ＮｄＯ，３５Ｐｒｏ、１５
　Ｉａｃ　（ＦｅＯＪ２０ｕＯ，ｌ　ＢＯｆ１８）６．
５の組成において、Ｌａの量Ｃを変化させた時のプラス
チックボンド磁石の角型性およびエネルギー積の変化を
示す。 第４図は、ＯｅＯ，５ｓ−ｃ　Ｎｄ０．３５　ＰｒＯ，
ｌＳ　ＬａＱ（ＦｅＯＪ２　Ｃｕ０Ｄ１ｆ３０．０Ｂ）
ｕの組成において、Ｌａの量Ｃを変化させた時の焼結磁
石のエネルギー積の変化を示す。 以　上 出願人　株式会社諏訪精工舎 代理人　弁理土量　上　務 ２４１＋ 第１図 ０、ｏｌ　Ｏ，０５０，０９０，１３０，１７０，２１
Ｗ４１　＋ 第２図 ０．０１）　０．田０．１０　１７．１１；　ＯｊＤ　
Ｏ，２５Ｃ埴　９ 第３図 ０．００　０．０５　０，１０　０．１”ａ　Ｏ，２０
０，２５Ｃ（遺　→ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　Ｃｅ−Ｎｄ−Ｐｒ−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｂ系合金にお
   いて希土類元素Ｒと他の元素Ｍとの原子比を２（２＝Ｍ
   の原子数／Ｒの原子数）とし、Ｒの中での原子数の割合
   を、Ｒ＝　Ｃｅ　）　−＋ａ・−ｂ　Ｎｄ、ａ　Ｐｒ　
   ｂとしまたＭの中での原子数の割合を、Ｍ　＝　Ｆｅｆ
   −ｘ−ｙ　Ｏｕｘ　Ｂｙで表した時、係数ａ、ｂ、ｘ、
   −ｙ、ｚが次の値、すなわち ０、０５　＜　ａ　＜　０．７ ０、０　５　＜　ｂ　＜：　０．７ ０、０　１　＜　ｘ　＜　０．２ ｏ、ｏｏｌくｙ≦０．１５ ４．０≦Ｚ　＜：、　９．０ を取ることを特徴とする永久磁石合金。 ＋２１　０ｔの一部を、Ｔｉ、Ｚ、ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ
   。 Ｔａの少なくとも一つの元素で置換したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記鯖の永久磁石合金。 （３）Ｂの一部を、Ａｌｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、
   Ｐ。 Ｓ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｐｂの少なくとも一つの元素で置換し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の永久磁
   石合金。 （４）希土類元素の一部をＬａで置換したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の永久磁石合金。