JPS6111304B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、Sm₂Co₁₇型結晶を主体とするSm
（Co₁―uM_u）_z系永久磁石に関する。さらに詳しく
述べると、Sm―Co―Ｍ合金を溶解鋳造して、該
合金の鋳造組織を柱状晶化させて、磁気的硬化の
ための熱処理を行なつた後、磁場成形しバインダ
ーにより結合強化した永久磁石に係るものであ
る。 本発明の目的はSm―Co―Ｍよりなる合金の磁
気性能を向上させるのにインゴツトの鋳造組織を
柱状晶化することにある。 我々は、特願昭55―3226号でSm―Co―Cu―
Fe―Zr系で合金インゴツトを柱状晶にすると、
等軸晶およびチル晶に較べて、この合金を使用し
た磁石の磁気性能が格段とよくなることを示し
た。本発明は、該事実がSm―Co―Ｍ系合金に対
しても同様に当てはまることを示したものであ
る。 本発明は、該合金のマクロ組織である柱状晶を
鋳造条件を制御して多く得れば、熱処理後粉砕
し、バインダーと混合し磁場場中成形して永久磁
石となす樹脂又はメタル（低融点金属）結合型磁
石の高性能化に極めて有効であることを示す。す
なわち本磁石はインゴツトの結晶状態をそのまま
用いるので、鋳造組織は磁気性能を大きく左右す
る。。この点焼結磁石は、再度液相を作るので、
元の鋳造組織は余り影響せず逆に、組成及び再結
晶粒の大きさなどで、磁気特性が決定される。従
つて本発明法とは、基本的に異なるものと考えた
方が正しい。 一般に溶融金属が、るつぼから鋳型に注入され
ると、鋳壁から凝固が開始する。これは、固体異
物質と接解したエンブリオ（晶芽）は、接触しな
いで融液中に漂つているものに比べて、安定核生
成に対するエネルギー障壁が小さくなるからと説
明されている。鋳壁に生成した結晶は、隣の結晶
と相互に競争しつつ溶湯中に成長する。第２図に
示すような、鋳塊最外層の結晶の競争成長領域を
チル層と呼んでいる。結晶は成長速度に異方性が
あるため、最大成長速度をもつ方向が熱流の方向
に平行であるような結晶が、隣接の結晶成長を抑
えて優先的に成長する。結晶の成長中、優先方位
が熱流に近い程長く生き残り、他の結晶は淘汰さ
れる結果、結晶の数は鋳塊内部にゆくに従つて少
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くなり、柱状晶帯が形成される。条件が整えば柱
状結晶帯がぶつかり合い凝固は完了するが、通常
第２図に示すように、柱状晶の内部に等軸晶が生
成する。等軸晶の生因については、以前はよく知
られていなかつたが、現在では鋳壁とか冷却され
た湯面で形成された結晶が遊離して自由晶とな
り、この自由晶が等軸晶体を形成することが明ら
かになつている（A.Ohno，T.Motegi andH.
Soda：Trans.ISIJ.11（1971）18）。 Sm―Co―Ｍの３元系又は４元系合金を使用し
た磁石は、析出硬化型、あるいは２相分離型磁石
と呼ばれる。これは、マトリツクス中に異相を析
出させて、磁気硬化させるためである。本合金で
は前述したように、チル晶帯、柱状晶帯そして等
軸晶帯のうちで柱状晶帯が磁石にするのに最もす
ぐれていることが明らかになつた。チル晶も等軸
チル晶と柱状チル晶では、柱状チル晶の方がすぐ
れている。今、例を樹脂結合型希土類コバルト磁
石にとつて説明する。この磁石は第３図に示すよ
うな方法で磁石合金を磁石にする。製法を全く同
じにして、等軸晶合金と柱状晶合金をしてチル晶
合金を磁石にしてみると、柱状晶合金が、飽和磁
化４πIs、保磁力iHc，bHcあるいはヒステリシ
スループの角形性にと、全ての性能にわたつてす
ぐれていることを見出した。逆に、等軸晶合金お
よび等軸チル晶合金が性能的に一番劣つている。
柱状チル晶合金からは、これらのものの中間の値
の磁石ができる。柱状晶合金は、結晶が揃つてい
るので磁石にした時の一軸方向への配向性がよく
なる。また、該合金は、熱処理によつてできる析
出物が他のものに比べ均一になると考えられる。
このためヒステリシスの角形性がよくなる。また
析出物の結晶構造、形態も等軸晶のものに比べ
iHcをよく高める方向に形成されると考えられ
る。 このため、本合金を鋳壁近傍のチル晶体は柱状
チル晶にして、他の部分は柱状晶にする製造法が
よい磁石を得るために大切である。チル晶帯は合
金全体では量が少いので、製造上最も大切なこと
は、等軸晶帯を防ぎ柱状晶帯の比率を大きくする
ことにあるのである。また、体積比率で30％以上
の柱状晶を現出することが望ましい。さらに好ま
しくは50％以上の柱状晶が望まれる。組成的には
柱状晶化によつて最も効果が期待されるのは、
Smの含有量が21〜28wt％のSm₂Co₁₇型の結晶構
造を有する組成である。Ｍは磁気硬化のための熱
処理で析出を均一に分散させる必要から、Al，
Ag，Au，Pd，Niのうちの少なくとも１種が望ま
しい。またCuとAlあるいはAgのどちらかとを複
合して用いても良い特性が得られる。また望まし
い組成範囲は2.0〜10mt％である。さらに残部は
Coと不可避的な不純物とからなるが、使用する
原料からの不純物及び製造工程から混入する不純
物は全体の0.5％以下が好ましい。バインダー
は、各種ポリマー例えば、エポキシ，フエノー
ル，ゴム，ポリエステル，などが、又メタルバイ
ンダーは低融点金属又は合金でその融点が400℃
以下のものが好ましい。以下実施例から本発明を
述べる。 実施例 １ 第１表に示す組成のSm₂Co₁₇合金を１Kg高周波
溶解炉を用いて溶解し、第１図に示した鋳型に鋳
造しインゴツトを得た。

【表】 〓〓〓〓

【表】 第１図において１はS15Cで作られた円筒状で
寸法はφ100×φ70×50hm/mで、２はムライト
質の耐火物である。溶湯はこの中に鋳込まれ主に
１の側壁から冷却される。該インゴツトの縦断面
マクロ組織を第２図に示す。Ａは鋳壁近傍に出来
たチル層をＢは柱状層Ｃは等軸層である。なお鋳
込温度は、1560℃で行なつた。次に第２図に示し
たインゴツト断面のＡ＋Ｂ，Ｃ部分をダイヤモン
ドソーで切り出し第３図の製造工程に従つて磁石
をつくつた。先ず、1140℃〜1160℃の間の適当な
温度で溶体化処理した。続いて810℃×16時間時
効処理をし磁気硬化させた。それを粗粒砕し、ボ
ールミル中で微粉砕した後、二液性エポキシ樹脂
と混練した混合物を140℃×１時間加熱キユアー
した。該磁石の寸法は、φ15×8tm/mの円柱状
試料である。磁気性能と合金の組織及び組成との
関係を第４図に示す。図中Ａ＋Ｂは合金のマクロ
組織の柱状晶メタル晶の併合された部分、Ｃは中
心部の等軸晶部分の各々の４πIS（飽和磁化）、
iHc（保磁力）を示す。第４図から分るように、
柱状組織（一部チル晶を含む）が等軸組織に比べ
高い磁気性能が得られることがわかつた。 実施例 ２ 以下の組成になるよう評量した原料１KgをAr
（アルゴンガス）雰囲気中で溶解、第５図に示し
た鋳型に鋳造した。

【表】 第５図において、３はφ110×φ70×60hm/m
の円筒状で材質はS25Cで作られている。４は底
板で第１図に示す鋳型の底板２と同一材質であ
る。本発明は、同鋳型に湯温1600℃で鋳造しイン
ゴツトを得た。一方従来法は、同一組成及び鋳型
で湯温1460℃で鋳込まれたものである。該インゴ
ツト２種類の断面マクロ組織は、本発明インゴツ
トではチル晶＋柱状晶部が60％程度で、従来法の
インゴツトは、10％〜20％程度であつた。このイ
ンゴツトを実施例１と同様の製造方法で磁石を作
つた。その結果以下に記す磁気特性を得た。

【表】

【表】 このように樹脂結合型又はメタル結合型磁石は
鋳造組織によつて、磁気性能は大きく左右される
ことがわかつた。すなわち結晶状態が次の熱処理
に多大の影響を与えることがいえる。 以上詳記したように本発明は、樹脂結合又はメ
タル結合のSm―Co―Ｍ系２―17型磁石の高性能
化をはかり且つ、使用できる組成の巾をも拡大で
きる利点を有する。その用途は、時計用ステツプ
モーター，マイクロスピーカー，コアーレスモー
ター，磁気センサーなどに実用され、小型化に役
に立つものである。このように本発明は当業界に
多大の利益を持たらすものである。 参考文献 特願昭55―3226号 A.Ohno，T.Motegi and H.Soda：Trans
ISIJ.11（1971）18

【図面の簡単な説明】

第１図……本発明で用いた鋳型の断面図、 １…円筒状鋳型、２…底板。 第２図……本発明で得たSm―Co―Ｍ合金イン
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ゴツトの断面でマクロ組織を示す。 Ａ…チル層、Ｂ…柱状晶、Ｃ…等軸晶。 第３図……本発明における永久磁石の製造工程 第４図……本発明における実施例１で得られた
磁気特性（４πIS，iHc） 第５図……実施例２で用いた鋳型断面図 ３…円筒状、４…底板。 〓〓〓〓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ いずれも重量比でSmが21〜28％、Ｍ（但し
   ＭはAl，Ag，Au，Pd，Niのうちの少なくとも１
   種もしくはCuとAlあるいはAgのどちらかとを複
   合したものを示す。）が2.0〜10％、残部がCoか
   らなり、かつ鋳造時のインゴツトのマクロ組織の
   50％以上が柱状晶組織である合金を用い、樹脂結
   合もしくは融点が400℃以下の金属または合金で
   メタル結合したことを特徴とする希土類コバルト
   永久磁石。