JPS61243153A - 超低温用永久磁石材料 - 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】 利用産業分野 この発明は、１００″に以下の超低温用、特に、核磁気
共鳴断層撮影装置、アンジュレータ−装置あるいは高速
荷電粒子線収束装置に用いられる超低温用高保磁力高磁
束密度永久磁石材料に係り、Ｒ（Ｒは円、あるいはさら
に陶、あるいはざらにり、　Ｎｄを除くＹを含む希土類
元素のうち少なくとも１種）、Ｂ、Ｆｅを主成分とする
超低温用永久磁石材料に関する。

背景技術 従来、核磁気共鳴断層撮影装置、あるいは高速荷電粒子
線収束装置などの高磁界を発生する装置の磁石には、液
体ヘリウムを使用する超電導磁石が用いられてきたが、
ヘリウムは資源として、今後数十年で枯渇すると言われ
ており、超電導磁石に代わる高性能磁界発生装置が求め
られている。

また、アンジュレータ−装置などの用途には、希土類コ
バルト磁石が用いられている例があるが、主成分のシ、
Ｃｏは共に資源的に不足し、かつ高価であり、今後長期
間にわたって、安定して多量に供給されることは困難で
ある。

そのため、従来の磁気回路の問題点を解消し、前述の用
途に適した、安価でかつ、磁気回路の組立構造及び操作
の容易な超低温用永久磁石材料が切望されてきた。

本出願人は先に、高価なＳｍやらを含有しない新しい高
性能永久磁石としてＦｓ−ＢＲ系（ＲはＹを含む希土類
元素のうち少なくとも１種）永久磁石を提案したく特開
昭５９−４６００８号、特開昭５９−６４７３３号、特
開昭５９−８９４０１号、特開昭５９−１３２１０４号
）。

この永久磁石は、Ｒとして陶や円を中心とする資源的に
豊富な軽希土類を用い、Ｆａを主成分として２５ＭＧＯ
ｅ以上の極めて高いエネルギー積を示すすぐれた永久磁
石である。

上記のすぐれた磁気特性を有するＦ＠−Ｂ−Ｒ系磁気異
方性焼結体からなる永久磁石は、（Ｓｒ）。

（ｉＨｃ）の温度係数が大きく、低温において、特性が
飛躍的に向上することを見出した。しかし、Ｆａ−Ｂ−
Ｒ系永久磁石の代表的な組成を有する、Ｒに陶を用いた
Ｆｅ　　Ｂ　　Ｎｄ系永久磁石は、常温並びに低温域で
はすぐれた特性を示すが、１５０°に以下の超低温域で
は、異方性定数（ＫｔＪｔ）、残留磁束密度（Ｂｒ）、
最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが低下する問題があっ
た。

発明の目的 この発明は、希土類・ボロン・鉄を主成分とする新規な
永久磁石の１５０’　Ｋ以下の超低温域での、異方性定
数（ＫＬＪｔ　）、残留磁束密度（Ｂｒ）、最大エネル
ギー積’（ＢＨ）ｍａｘを改善し、超低温用として、核
磁気共鳴断層撮影装置、アンジュレータ−装置あるいは
高速荷電粒子線収束装置などの高磁界を発生する装置に
最適な永久磁石材料を目的としている。

発明の構成と効果 この発明は、超低温時での異方性定数、残留磁束密度、
最大エネルギー積が常温時よりすぐれたＦ＠−Ｂ　　Ｒ
系超低温用永久磁石を目的に種々検討した結果、Ｒに陶
を用いたＦａ　　Ｂ　−Ｎｄ系永久磁石は、第２図及び
第３図に示す如く、常温並びに低温域ではすぐれた特性
を示すが、１５０″に以下の超低温域では、Ｎｄ２Ｆａ
ｎ　Ｂ正方晶相がスピン再配列転移を示し、磁化容易方
向が正方品のＣ軸からずれ、異方性定数（Ｋｕｌ＞、残
留磁束密度（Ｂｒ）、最大エネルギー積（ＢＨ）Ｉｌｌ
ａｘが低下するもので、Ｆ＠Ｂ　　Ｒ系のＲにＰｒある
いはさらに陶および円、Ｎｄを除くＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種を用いることにより、第１図に示
す如く、超低温時での異方性定数、残留磁束密度、最大
エネルギー積が常温時より著しく向上することを知見し
た。

すなわち、この発明は、 Ｒが下記のいずれかであり、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 ）”ｅ６５６５原子８０原子％を主成分とし、主相が正
方晶相からなることを特徴する超低温用永久磁石材料で
ある。

Ｒは、Ｒ（ＲはＰｒ）１０原子％〜３０１ＪＫ子％、あ
るいは Ｒ（Ｒは円、　Ｎｄ＞　ｉｏ原子％〜３０原子％、ただ
し、Ｒはその４０％以上がＰｒで残部がＮｄからなる。

３ あるいは Ｒ１が８０％以上で残部がＲ２からなるＲ（Ｒは円。

Ｍおよびり、　Ｎｄを除くＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種）１０原子％〜３０原子％、ただし、Ｒ１
はその４０％以上がＰｒで残部がＮｄからなり、Ｒ２は
Ｐｒ、　Ｎｄ以外のＹを含む希土類元素のうち少なくと
も１種からなる。

である。

また、この発明の永久磁石材料は結晶粒径が２〜４０虜
の範囲にある正方晶系の結晶構造を有する化合物を主相
とし、体積比で１％〜５０％の非磁性相（酸化物相を除
く）を含むことを特徴とする。

したがって、この発明の永久磁石材料は、Ｒとして円あ
るいはざらに陶を中心とする資源的に豊富な軽希土類を
主に用い、Ｆａ、Ｂ、Ｒ，を主成分とすることにより、
第１図に示す如く、１５０°に以下の超低温域で磁気特
性がすぐれ、２５ＨＧＯａ以上の極めて高いエネルギー
積並びに、高残留磁束密度、高保持力を有する、すぐれ
た永久磁石を安価に得ることができる。

この発明による永久磁石材料は、液体空気や液体窒素な
どの冷媒を用いて、超低温域まで冷却して使用すること
により、実施例に示す如く、最大エネルギー積（ＢＨ）
ＩＩｌａＸが４０ＨＧＯａ　ＪＸ上の特性を示す。

永久磁石の限定理由 この発明の永久磁石に用いる希土類元素Ｒは、組成の１
０原子％〜３０原子％を占めるが、円のみ、あるいはＲ
（Ｒはその４０％以上がＰｒで残部が陶からなる）、あ
るいはＲ１が８０％以上で残部がＲ２からなるＲ（ただ
し、Ｒ＋はその４０％以上がＰｒで残部がＮｄからなり
、Ｒ２はり、　Ｎｄ以外のＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種からなる）ものである。

又、通例Ｒ単独元素を使用してもよいが、実用上は２種
以上の混合物（ミッシユメタル、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る。

なお、このＲは純希土類元素でなくてもよく、工業上入
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
も差支えない。

Ｒ（Ｐｒあるいはさらに陶、あるいはざらに門。

陶を除くＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）は
、新規な上記系永久磁石材料における、必須元素であっ
て、１０原子％未満では、結晶構造がα−鉄と同一構造
の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力が
得られず、３０原子％を越えると、Ｒリッチな非磁性相
が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下して、すぐれ
た特性の永久磁石が得られない。よって、希土類元素は
、１０原子％〜３０原子％の範囲とする。

また、Ｒ中の円が４０％未満では、スピン再配列の現象
が超低温域にて発生し、超低温における目的磁気特性が
得られないため、Ｒの４０％以上とする。

Ｒ１がＲの８０％未満では、高保磁力を保つために必要
な異方性磁場が低下するか、残留磁束密度が低下するた
め、好ましくなく、Ｒ１はＲの８０％以上とする。また
、Ｒ１中の円が４０％未満（Ｒ中の円が３２％未満）で
は、スピン再配列の現象が超低温域にて発生し、超低温
における目的磁気特性が得られないため、Ｒ１の４０％
以上とする。

Ｒ２はＲの２０％以下であり、円、陶以外のＹを含む希
土類元素のうち少なくとも１種を含有すればよいが、Ｓ
ｍ、　Ｔｍ、　Ｅｒは異方性磁場を大幅に低下させ、保
磁力を劣化させるため、添加しないほうが好ましく、ま
た、Ｔｂ、きは正方品のＲ２Ｆ１１１４　Ｂ化合物の磁
気異方性を大幅に向上させ、保磁力を飛躍的に向上させ
るため、Ｔｂまたは〜または１と国の混合物がＲ２の４
０％以上含有することが好ましい。

Ｂは、この発明による永久磁石材料における、必須元素
であって、２原子％未満では、菱面体組織となり、高い
保磁力（ｉＨＣ）は得られず、２８原子％を越えると、
Ｂリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ）
が低下するため、すぐれた永久磁石が得られない。よっ
て、Ｂは、２原子％〜２８原子％の範囲とする。

Ｆｅは、新規な上記系永久磁石において、必須元素であ
り、６５原子％未満では、残留磁束密度（Ｂ「）が低下
し、８０原子％を越えると、高い保磁力が得られないの
で、Ｆｅは６５原子％〜８０原子％の含有とする。

また、この発明による永久磁石材料において、Ｆｅの一
部をもで置換することは、得られる磁石の磁気特性を損
うことなく、温度特性を改善することができるが、ら置
換量がＦｅの２０％を越えると、逆に磁気特性が劣化す
るため、好ましくない。らの置換量がＲ８とらの合計量
で５原子％〜１５原子％の場合は、（Ｂｒ）は置換しな
い場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るため
には好ましい。

また、この発明による永久磁石は、Ｒ，Ｂ、Ｆａの伯、
工業的生産上不可避的不純物の存在を許容できるが、Ｂ
の一部を４．０原子％以下のＣ，３，５原子％以下のＰ
、　　２．５原子％以下の３，３．５原子％以下の伍の
うち少なくとも１種、合計量で４．０原子％以下で置換
することにより、永久磁石の製造性改善、低価格化が可
能である。

また、下記添加元素のうち少なくとも１種は、Ｒ−Ｂ−
Ｆａ系永久磁石に対してその保磁力、減磁曲線の角型性
を改善めるいは製造性の改善、低価格化に効果があるた
め添加することができる。しかし、保磁力改善のための
添加に伴ない残留磁束密度（Ｂｒ）の低下を招来するの
で、超低温域温度において、最大エネルギー積３０）ｆ
ＧＯｅを得るのに必要なＳｒ値１１　ｋＧをしたまわら
ない範囲での添加が望ましい。

９．５原子％以下の＾１．４゜５原子％以下のＴｉ、９
．５原子％以下のＶ、８．５原子％以下のＣｒ。

８．０原子％以下の）ｆｎ、　　５．０原子％以下のＢ
１１９．５原子％以下のＮｂ、９，５原子％以下の丁ａ
。

９．５原子％以下のＮｏ、９．５原子％以下の琴、２．
５原子％以下のｓｂ、７原子％以下のＧｅ、３．５原子
％以下の５Ｏ１５，５原子％以下のＺｒ。

９．０原子％以下のＮｉ、９．０原子％以下のＳｌ、１
．１原子％以下のＺｎ、　　５．５原子％以下のＨｆ、
のうち少なくとも１種を添加含有、但し、２種以上含有
する場合は、その最大含有量は当該添加元素のうち最大
値を有するものの原子％以下の含有させることにより、
永久磁石の高保磁力化が可能になる。

添加元素としては、Ｖ　、　Ｗｂ、　Ｔａ、　８０．　
Ｃｒ、　Ａ＆。

賛が特に好ましい。添加元素量は、所望のＢｒ値に応じ
て、適宜、前記範囲内で選定できるが。超低温域にて高
磁束密度を得る用途の特殊性を考慮すると、０．１原子
％〜３原子％が好ましく、特に１原子％以下が望ましい
。前記添加元素は製造工程の原料微粉末を得るまでの工
程で添加することができる。例えば、添加元素を酸化物
の形にて、あるいは他の好意元素との混合酸化物の形に
て直接還元の際に、出発原料に配合することもできる。

また、微粉砕工程の前に配合添加することもできる。

結晶相は主相が正方晶であることが、微細で均一な合金
粉末より、すぐれた磁気特性を有する焼結永久磁石を作
製するのに不可欠である。

また、この発明の永久磁石は、磁場中プレス成型するこ
とにより磁気的異方性磁石が得られ、また、無磁界中で
プレス成型することにより、磁気的等方性磁石を得るこ
とができる。

この発明による永久磁石は、液体空気などの超低温域に
おいて、保磁力ｉＨｃ≧１０ｋＯａ、残留磁束密度Ｂｒ
＞１１　ｋＧ、を示し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａ
ｘは、最も好ましい組成範囲では、（ＢＨ）ｍａＸ≧４
０ＭＧＯｅを示し、最大値は５０ＨＧＯｅ以上に達する
。

また、この発明永久磁石用合金粉末のＲの主成分がその
５０％以上を聞を主とする軽希土類金属が占める場合で
、Ｒ１２，５原子％〜２１原子％、Ｂ５５原子〜１５原
子％、Ｆｅ　　７４原子％〜８０原子％、を主成分とす
るとき、焼結磁石で超低温域において、（ＢＨ）ｍａｘ
　４０８ＧＯｅ以上のすぐれた磁気特性を示し、特に軽
希土類金属が円と陶で円が両者の合計量の４０％以上の
場合には、（ＢＨ）ｍａＸは１７°Ｋにおいて、その最
大値が４０ＨＧＯａ以上に達する。

実施例 亘酊 出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、純度９９．
５％以上の８１９．４％純度９９．９％以上の電界ら、
純度９９．７％以上の円、陶、Ｙ、Ｃｏを使用し、ざら
に、添加元素として純度９９．５％のＭ、　Ｎｂ、　Ｔ
ａを使用し、これらを第１表に示す組成合金となる如く
配合し、これらを高周波溶解し、その後水冷銅鋳型に鋳
造し、第１表の各組成の鋳塊を得た。

その後インゴットを、スタンプミルにより粗粉砕し、次
にボールミルにより微粉砕し、粒度２虜の微粉末を得た
。

この微粉末を金型に挿入し、１０　ｋＯａの磁界中で配
向し、磁界に直角方向に、１１着の圧力で成形した。

得られた成形体を、１０６０℃、１．５時間、Ａｒ雰囲
気中、の条件で焼結し、その後放冷し、ざらにＡｒ中で
の８００℃、１時間と６３０℃、１．５時間の２段時効
処理を施して、永久磁石を作製した。

得られた各永久磁石材料のＢｒ　、　（Ｂｔｌ）ｍａｘ
の値を、振動型磁力系（ＶＳ）ｉ　）を用いて、７１°
Ｋ及び（ＢＨ）ｍａｘについては室温時も合せて測定し
、第１表にその結果を示す。

また、第１表の本発明組成Ｎｌｌ、２及び比較例の陽２
２については、７７°に〜３００°にの温度変化と最大
エネルギー積の関係を測定し、第４図に示す。なお、第
４図には、組成Ｎｏ、１は実線・印、組成陽２は実線Ｑ
印、組成陽２２は実線Δ印で表示しである。

第１表及び第４図から明らかなように、この発明による
永久磁石材料は、超低温域において、磁気特性が大きく
向上し、核磁気共鳴断層撮影装置、アンジュレータ−装
置あるいは高速荷電粒子線収束装置等に用いられる超低
温用高保磁力高磁束密度永久磁石材料に最適なことが分
る。

第１表

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による永久磁石材料の温度変化と磁気
特性の関係を示すグラフである。第２図は比較永久磁石
材料の温度変化と磁気特性の関係を示すグラフである。 第３図は比較永久磁石材料の温度変化と最大エネルギー
積の関係を示すグラフである。第４図はこの発明による
永久磁石材料及び比較永久磁石材料の温度変化と最大エ
ネルギー積の関係を示すグラフである。 出願人　　住友特殊金属株式会社 代理人　　押　　１）　良　　久甜世 第１図 絶対温度（Ｋ） 第２ｒｌＡ 絶対温度（Ｋ） 第３図 ０　　　　　　　１００　　　　　２００　　　　　３
０Ｇ絶対温度（Ｋ） 第４図 絶対温度（Ｋ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｒ（ＲはＰｒ）１０原子％〜３０原子％、 Ｂ２原子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなることを特徴する超低温用永久磁石材料。 ２ Ｒ（ＲはＰｒ、Ｎｄ）１０原子％〜３０原子％、Ｂ２原
   子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなることを特徴する超低温用永久磁石材料。 ただし、Ｒはその４０％以上がＰｒで残部がＮｄからな
   る。 ３ Ｒ＿１が８０％以上で残部がＲ＿２からなるＲ（ＲはＰ
   ｒ、ＮｄおよびＰｒ、Ｎｄを除くＹを含む希土類元素の
   うち少なくとも１種）１０原子％〜３０原子％、Ｂ２原
   子％〜２８原子％、 Ｆｅ６５原子％〜８０原子％を主成分とし、主相が正方
   晶相からなることを特徴する超低温用永久磁石材料。 ただし、Ｒ＿１はその４０％以上がＰｒで残部がＮｄか
   らなり、Ｒ＿２はＰｒ、Ｎｄ以外のＹを含む希土類元素
   のうち少なくとも１種からなる。