JPS60224757A - 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（Ｃｅ）−ジジム（ＤＩ）−鉄（Ｆ
ｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−ホ゛ロン（Ｂ）からなるある
いけ鎖糸を主体とした低コストで高性能な永久磁石合金
に関する。ただし、ジジムはＮ　ｄ　−Ｐ　ｒ合金の通
称である。

従来実用化されている磁石の主なものを、化学組成と製
造法にもとすいて分類すると第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、日本市場において出荷金額および生産重量で
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に
多いのは、各々のものがそれぞれ長所短所を持っており
、種々の応用から要求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、１９８５年の推定で５９．
０００　ｔ　ｏ　ｎ　）。単価は等方性で０．５〜１円
／ｆ、異方性で２〜５円／ｆであり、性能はエネルギー
積（ＢＨ）ｍａｘで示すと、等方性でＩＭＧＯｅ程度、
異方性で３．５〜４．０　Ｍ　Ｇ　Ｏｅ　程度である。

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
増して単価罠メリットがある。

しかしながら本来がセラミック磁石なので硬くて胞く耐
衝撃性に乏しい。そして複雑な形状に加工しにくいとい
う欠点を有している。この欠点を補う目的で作られてい
るのがグラスチックボンド形フェライト磁石である。通
常フェライトボンド磁石と呼ばれるこの磁石は、靭性と
加工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。等方性の磁石は、（ＢＨ）ｍａｘ＝α
５〜１ＭＧＯｅで単価が約α６円／Ｖであり、異方性の
磁石は、（ＢＨ）ｍａｘ＝１．５程度で単価は約２．８
円／２である。異方性のものの単価が焼結フェライトと
比べ同等以上でありしかも性能が低いのは、ノ（インダ
ー材料として高価なエンジニアプラスチックをｖｏ１％
で４０〜５０％も含んでいるからである。けれどもフェ
ライトボンド磁石はこのような単価が高く性能が低いと
いう欠点にもかかわらず、異方性のものは需要が急増し
ている。この理由は前述の長所が効いていることに他な
らない。次にはアルニコ磁石であるが希土類磁石が出現
する以前には高磁束密度を得ようとするならばこの磁石
しかなかったので、生産額もフェライト磁石を凌ぐ程大
きかった。しかし、本来持っている保磁力ｊＨｃの小さ
さ、コバルト価格の不安定さ、加工のしすらさそして希
土類磁石の出現等が原因となり、１９７９年頃からその
需要は低下し続け、遂に１９８５年には生産額で希土類
磁石に抜かれてしまった。今後もこの傾向は続くであろ
う。最後に希土類磁石であるが、１９７０年頃から試験
的に製造され始め、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５ｔｏｎであるが以後急激に伸び１９８３年には２９
０ｔｏｎ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としては何と１つでも、そのエ
ネルギー積がそれまでの磁石より玉料的に高い（焼結で
１６〜３０ＭＧＯｅ）ことが市場のニーズとうまく一致
したことが挙げられる。しかし単価は他の磁石に比較し
て桁違いに高く、４０〜５０／１である。また焼結希土
類磁石は非常忙胞いという欠点を有しており割れ欠けが
起りやすく使いにくい。この胞弱性を克服したものにプ
ラスチックボンド形希土類磁石がある。圧粉成形で製造
されるものは、（ＢＨ）ｍａｘ＝１０〜ｉ８ＭＧＯｅ＋
　を有しておりこの範囲では焼結磁石に対して優位な保
っている。また最近になって射出成形、押出し成形とい
った技術が本磁石に採用されるようになり増々使いやす
い磁石としてその応用範囲を拡大している。しかしノく
インターを混入させるのでどうしても磁気性能には限度
があり単価も焼結に比べて現実には低下していないので
コストパフォーマンスはあまり向上しない。

磁石のコストパフォーマンスを評価するのに従来は、（
ＢＨ）ｍａｘ（ＭＧＯｅ）　を単価（円／２）で割り算
した指標が便宜的に使用されていたが、実際に磁石を１
吏用する時に重要なのは重量当りではなく体積あたりの
エネルギー積であるから、コストパフォーマンスの指標
も体積あたりにすべきである。従って密度をρとすると
、指標ＩＤけＩＤ＝（ＢＨ）ｍａｘ／（ρ・単価） とするのがよいであろう。この指標にもとすいて前述し
た５種類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（−） 第２表（ｂ） この表から分るように１　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でている。

従って、従来の磁石忙おいては性能が市場の要求に合致
する程変に高くしかもコストパフォーマンスにすぐれた
磁石は存在しないという問題点があった。

〔目的〕

本発明け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、性能が昼＜シ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、
ニッケル、ボロンを主成分とした合金である。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。

希土類元素は一般に１５種類が混合粘土として産出する
。個々の元素を取り出すＫは混合粘土を分離精製しなけ
ればならない。また特定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。従って希土類元素
の値段は単に資源の豊富さ、需要量ばかりでなく、精練
においての抽出順序その難易さ、そして他の元素とのバ
ランス性によって定まる。結果としてはＳｍは約５７ｊ
Ｆ１／〜、だツシュメタルは５千円／　Ｋｖ強というよ
うに決まる（いずれも１９８５年現在）。Ｃｅ−ＤＩ（
ジジム；Ｎｄ−ｐｒ合金）は、モナザイトおよびバスト
ネサイト鉱の混合希土中にそれぞれ約７５％および７０
％も含まれており、精錬プロセスの最初の方で抽出され
るので精錬工数はかからず、また近年の重希土類（Ｓｍ
からＬｕに至る元素）の伸びとミツシュメタル需要減か
らむしろ余剰が生ずる傾向にあり、バランス性の心配は
ない。

従って多量に使用されるようＫなればミツ７二メタルに
近い価格で手に入るようＫなるであろう。

本発明による永久磁石合金の特徴の第一けこのように安
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％徴は、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。普通、Ｃｅ−Ｄｉ−Ｆ。

だけではキューリ点Ｔｅが低くて強磁性体としては使用
できないが、ボロ／を適量添加することによりＴｃが上
昇し強磁性は安定する。ボロンは純度の高いものを使用
してもよいし、安価なフェロボロンも使用できる。コバ
ルトの代りに鉄を使用したことＫ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けら
れる。

本発明による永久磁石合金の第５の特徴は、保磁方向上
およびバルク状態でも大きな保磁力が得られるようにす
るためニッケル（Ｎｉ）を加えたことＫある。Ｍｎ添加
により、保磁力ｉＨｃは実用に支障のない大きさまで向
上する。またバルク状態で大きな保磁力が得られること
は、樹脂ボンド磁石への応用にとって特に大切であり１
０μｍ以上の磁粉も問題なく利用できるので磁石の信頼
性、特性を高めることができる。また、大きな粒度の磁
粉を扱えることはその製造にとってもメリットがある。

の一部をＴＩ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ。

Ｔａのうち少なくとも一つの元素で１纜換するとこのＮ
ｌの効果は強められる。

また本発明のＣｅ　−Ｄ　ｉ　−Ｆ　ｅ　−Ｎ　Ｉ　−
Ｂ合金のＢの一部をＡｔ、Ｇａ＋Ｉｎ、Ｓｔ、Ｇｅ＋Ｐ
＋８゜Ｂｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃの少なくとも一つの元素で
置換すると強磁性安定効果はさらに高められる。希土類
元素の一部をＬ　ａで置換しても少量では磁力は低下し
ない。Ｌａを入れることにより希土類成分の製造は一層
簡単になりさらに合金を低コストにできる。

次に組成域の限定の理由を述べる。希土類元素中におけ
る元素の原子比Ｒ＝Ｃｅ　１−　ａ　−ｂＮｄ　ａＰｒ
ｂを示す係数ａ、ｂは、Ｃｅ−ＤＩ合金を工業的に安価
に製造できる組成範囲に取っである。またＭ＝Ｆｅ１−
ｘ−ｙＮＩｘＢｙとしたときのＲとＭの比Ｚ（Ｚ＝Ｍ／
Ｒ）は保磁力を５ｋＯａ以上出すためにけ４、Ｄ〜９０
の間になくてはならない。Ｍ中のＮｉ量Ｘけ、［１０１
以上での効果が出始め、α２を越えると飽和磁束密度の
低下が著しいという理由で決められた。ｙけ同様にボロ
ンの幼果が出始めるのはα００１以上であり、α１５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
により範囲が定まる。

〔実施例〕

以下、本発明について実施例に基づき詳細に説明する。

実施例１゜ ＣｅＱ４Ｎｄ０４Ｐｒ０２（Ｆｅ０８ＮｉＯ，ＩＢαＩ
）Ｚの組成式で２を４．０から０．５刻みで９０まで取
った１１株類の合金（組成式は原子比）を、低周波誘導
炉を用いて溶解した。Ｂは前もって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１１０Ｕ〜１２００Ｃの間の最適温度で均質化処
理を４時間行った後、室温までクエンチされた。その後
８２０℃で６時間続いて６５０Ｃで４時間等温熱処理を
行った後室温まで１．５Ｃ／ｍｉｎの冷却速度で除冷し
た。合金は次に１０〜２０μｍの平均粒度に粉砕され、
３ｗｔ％のエポキシ樹脂と混線された。混練された磁性
粉は１５ｋＯｅの磁場中で加圧成形され、エポキシ樹脂
をキュアーさせて磁りにした。得られた磁石の磁気特性
１ｚの値に従って第１図に示した。２が４０から９０の
間で実用上（（支障のない穆変の保磁力１１１　ｃと高
い残留磁束密度Ｂｒ、工洋ルギー積（ＢＨ）ｍａｘが得
られていることが分る。

実施例２ 第５表に示した組成の合金を用いて実施例１と同様な方
法を用いて磁石を作製した。得られた磁石の磁気性能を
第４表に示す。

第３表 第４表 各組成にわたり、（ＢＨ）ｍａｘが７以上の特性が得ら
れており中にはＳｍ２Ｃｏ１７系の最高性能と同等のも
のが得られている。このような磁石が低コストでできる
ことは意義深い。

実施例２゜ Ｎｌの一部をＴＩ、Ｚｒ１Ｈｆ、Ｖ、Ｎｄ、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：＝Ｆ
　ｅ　０８２−ＷＮ　ｌ　（１１ＡＷＢα０６（Ａは上
記の６元素）としてＷを０からα０２刻みで０．２０ま
で１１種類とり、Ｒ＝Ｃｅａ４Ｎｄα５　Ｐ　ｒ　ａｔ
　としＲとＭの比２は６．０とした。磁石製造法は実施
例１と同様な方法で行った。第２図にＡがＺｒの場合の
結果を示した。友だし均質化後の熱処理は、Ｚｒ添加に
よりｌＨｃは向上するので高エネルギー積なｒｌるため
に、ｌＨｃは適度に抑えてヒステリシスの角形性向上を
狙って最適な条件を採用した。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前に比べて性能
が向上したかを第５表に示す。

第５表 実施例４゜ Ｂ〇一部を、Ａｔ、Ｇａ、Ｉｎ＋Ｓｉ＋Ｇｅ、Ｐ、Ｓｌ
＋Ｂｌ、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＝Ｆ　＠　ａｙｓ　Ｎ　１　ｏｒ
　Ｂ　ｏｒ５−ｕＱｕ（Ｑは上記の１０元素）、Ｒ＝Ｃ
ｅ　Ｏ，４Ｎ　ｄ　ＯＪ　Ｐ　ｒα１そしてＺ＝６．５
（ＲＭａｓ）とし、Ｕを０．０１から００１刻みで０．
１まで１０種類とった。磁石製造は実施例１と同様な方
法で行った。各置換元素で得られた磁石で（ＢＨ）ｍａ
ｘシ１０ＭＧＯ６以上のものの中からその合金のキュー
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
一点の向上分を各元素ごと忙示すと第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＝Ｃｅ　
α４５−ｃＮｄＯ，１５Ｐｒ　ｏ、Ｉ　Ｌａ　ｃ　（Ｃ
＝α０２゜α０８　、０．１５　、α２５）＋Ｍ＝＝Ｆ
ｅｏ、ｇｚＮｉａｔＢｏ、ｏａそしてＺ＝−Ｓ、５（Ｒ
Ｍ収Ｓ）の４稽類を対象にした。得られた磁気特性を第
６−に示ｊ　ｏ　Ｌ　ａを加えると、微量のと！！　ｊ
７（まヒステリ７スの角形性が若干向上することが示さ
れている。角形性の評価ＳＱ値は、４ｆｆ−Ｈ減磁曲線
上で４　ｚ　ｒ＝＝ｏＪｘｎ　ｒＫなる磁場Ｈの絶対値
をＨｋとすると、Ｓ　Ｑ　＝　Ｈｋ　／　ｌ　Ｈｃで与
えられる。

実施例６゜ 実施例５と同組成の合金を実施例１と同様な方法で溶解
して、焼結／ｊＫより磁石を作製した。焼Ｍ温度は１２
００〜１３［１０ｔ：の閤の最適条件（収縮が最も大き
い条件）で行い、焼結後ンま室温まで２〜５時間除冷を
した。そして再度ｍ度？上昇させ、８５０〜４００Ｃま
で多段時効を行った。痔られた磁石の磁気性能を第４図
に示す。図に示すように本組成のような安価な材料を用
いてもＳｍ−Ｃ。

系と同等■磁仙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１ｄｆｉな希土類
化合物Ｃｏ−ＤＩを用いても高性能なプラスチックボン
ド磁石および焼結磁石が発見でき、従来の磁石にない高
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、４Ｎｄｏ４Ｐｒｏ、ｚ（Ｐａα８Ｎ
ｌａ＋Ｂｏ、＋）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ポンド磁石の磁気特
性を示す。 第２図は、Ｃｅα４Ｎｄα５ｐｒａｔ（Ｆａαｓｚ−ｗ
Ｎｉｏ、ｌｚｒｗＢαｏｓ）ｉｏ組成においてＺｒの酸
Ｗを変化させた時のプラスチック磁石のエネルギー積を
示す。 第６図は、ＣｅＯ，４５−ｃＮｄＯ，４５Ｐｒｏ、ＩＬ
ａｃ（Ｆｅｏ、ｇｚ　Ｎ　ｉ　ｏ、＋　Ｂ　ｏ、ｏａ）
ｉ５の組成においてＬａの量Ｃを変化させた時のグラス
チックポンド磁石の角形性およびエネルギー積の変化を
示す。 第４図は、Ｃａａ４５−ｃＮｄａ４５Ｐｒｏ、ＩＬａｃ
（Ｆｅ（Ｌａ２　Ｎ　Ｉ　Ｏ，１１３０，０８）＆５の
組成の合金を焼結した磁石のエネルギー積をＬａの量Ｃ
の変化の因数として示す。 ４５６７＄９ 、Ｅ　４１　啼 第１図 ｗ　４’ｋ　→ 第２図 ０．００　０．０５　０．１０　０４＋；０．２０　０
．２ダＣ４１１→ 第３図 ０、［）Ｄ　Ｏ，０５０，１００，１５α２０　０．２
５Ｃイ遁　−一・ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　Ｃｅ−Ｎｄ−Ｐ　ｒ−Ｆ　ａ−Ｎ　ｌ−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Ｚ
   （Ｚ＝Ｍの原子数／Ｒの原子数）とし、Ｒの中での原子
   比をＲ＝Ｃａ１−ｉ−ｂＮｄａＰｒ　としまたＭの中の
   原子比をＭ＝Ｆｅ１−ｘ−ｙＮＩｘＢｙで表した時、係
   数”ｒｂｒｘ＊ＹｒＺが次の値の範囲、すなわち α０５≦ａ≦０．８ α０５≦ｂ≦０．５ ００１≦Ｘ≦０．５ ０．００１≦ｙ≦α１５ 五５≦２≦９０ であることを特徴とする永久磁石合金。 （２）Ｎｉの一部を、Ｔ　ｉ　、Ｚ　ｒ　、Ｈｆ　、　
   Ｖ　ｒ　Ｎ　ｂ　＋　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項記載の永
   久磁石合金。 （５）　Ｂの一部を、Ａ　Ｚ　ＨＧ　ａ　ｒ　Ｉ　ｎ　
   Ｉ　Ｓ　Ｉ　＋　Ｇ　ｅ　ｒ　Ｐ　ｒＳ、Ｂｌ、Ｐｂ、
   Ｃ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Ｌｍ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。