JPS63111602A - 高性能希土類鋳造磁石 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は希土類−鉄−ホウ素系永久磁石（以下、Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系磁石という）に関するものであり、さらに詳し
く述べるならば鋳造により高性能を達成したＲ−Ｆｅ−
Ｂ系磁石に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、高価なコバルト等を必須成分と
せずにまた安価な工業材料である鉄を多量に用いること
によって、優れた磁石特性を実現する。これまで、より
一層の磁石特性の向上を図り、より安価な元素を使用し
つつ良好な磁石特性を達成し、あるいは加工性を向上す
る等の方法によって、従来の一般的永久磁石である希土
類コバルト永久磁石、フェライト磁石に代替しあるいは
これらの磁石と競合できるＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を提供す
るための研究が活発になされている。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石については、各種製造方法が示され
ているが、それらは主に次の２つに大別される。１つは
、特開昭５９−６４７３９号公報で発表された高速急冷
法を用いたものである。この方法では、合金溶湯を、高
速回転する銅や鉄のロールに噴射することにより、１０
５°Ｃ／ｓｅｃ以上という非常に早い冷却速度を得、非
晶質もしくは非晶質と結晶質が混在した状態の合金を得
る。この場合、適度な冷却速度を選択することによって
高い保磁力を得ることができる。またさらに高速で急冷
して適度の熱処理をすることにより高保磁力を得ること
ができる。得られた合金の形状はリボン状であり、磁気
的には等方性である。この等方性リボン状合金を永久磁
石として用いる為には、リボンを粉砕し、樹脂と混合し
、成型し樹脂磁石とするか、あるいはホットプレスによ
って高密度化をはかりブロック磁石とする。ＧＭ社が特
開昭６０−１００４０２号公報に発表したところによる
と、そのブロックを、ダイアンプセントという工法によ
り、異方性ができるとされている。

第２の方法は、特開昭５９−４６００８号公報に発表さ
れた粉末冶金焼結法であり、この方法では、従来から一
般的に用いられている粉末冶金法を利用して、溶解鋳造
によって得られた合金鋳塊を粉砕し、成型し、焼結し、
時効する工程を行なって永久磁石を得る。磁界を印加し
ながら成型を行なうので異方性化した磁石が得られる。

この方法で保磁力が合金に付与される工程は焼結工程で
あり、鋳塊製造工程での磁気特性は磁石としての特性を
示しておらない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、従来高速急冷法
あるいは粉末冶金焼結法の何れかにより製造されていた
。周知のアルニコ磁石は鋳造法により製造されているが
、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を鋳造法で製造し、高性能を付与
する方法は従来知られていなかった。このため、鋳造法
によれば容易に対応できる需要家からの要請に充分に対
応できず、また高速急冷設備、プレス等の設備が必要と
なり、工程が長いなどの問題があった。

アルニコ磁石は、周知のように、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃ
ｏおよび添加物からなり、合金溶湯を鋳造することによ
り磁石特性を付与されている。場合によっては、高特性
化の為、鋳造体をさらに熱処理する場合もあるが、基本
的磁石特性は鋳造後に具備している。本発明者らは、Ｒ
−Ｆｅ−Ｂ系磁石にあってもアルニコ磁石と同様に鋳造
後に基本的磁石特性を具備している磁石を提供すること
を目的として研究を行なった。

なお、アルニコ磁石は、等方性のもので２．５ＭＧＯｅ
、異方性のものでも１０ＭＧＯｅのエネルギ積しか有さ
す、また保磁力については１．５　ＫＯ，以下という低
い値しか有さない。よって、鋳造Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の
磁気特性はアルニコのものを凌ぐものでなければ、磁気
特性上の優位性はない。ところが従来は鋳造法でアルニ
コ磁石に匹敵するＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は得られていなか
った。すなわち、超高速冷却しなければ磁石特性は得ら
れなかった。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の組成限定および添
加物の種類と量の限定により鋳造法が適用可能になるこ
とを見出した。

かかる知見に基づいて、本発明はＲヶ（ＦｅａＣｏ＋−
ｍ）、、−、−、ＭｙＢ、（ただし、ＲはＹを含む１種
以上の希土類元素、ＭはＡｌ、　Ｎｉ　　、　Ｔｉ　　
、　Ｖ　、　Ｃｒ。

Ｍｎ　　、Ｚｒ　　、Ｎｂ　　、Ｍｏ　　、Ｈｆ　　、
Ｔａ　　、ｗ、　　Ｃｕからなる群から選択された少な
くとも１種の元素、Ｘ、ｙ、２は原子比であり、０．０
３≦ｘ≦０．２５；０．００５≦ｙ≦０．１５　；　０
．０２≦ｚ≦０．１５　；　０．５≦ａ≦１である）な
る組成式で表わされることを特徴とする高性能希土類鋳
造磁石を提供する。

上記組成は従来発表されているＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の組
成と一部重複するが、上記組成範囲内に特徴である。す
なわち、これらの添加元素を加えた場合、無添加合金に
比べ溶湯からの冷却過程における粒成長が抑制され、ひ
いては高保磁力が得られる事を見出したものである。こ
れらの添加元素の中では、特にＮｂ、Ｚｒにおいて効果
が著しい。このような添加元素を加えた場合、高速急冷
法で用いる１０５℃／ｓｅｃ以上よりも低い速度でさせ
ブロックを作る高速鋳造も保磁力ｉＨｃからは好ましい
。鋳造法を使用することにより、複雑な、高速急冷装置
も必要とせず又リボン等の形状制限もなく、所謂粉末冶
金法という何段にも別れた工程を必要としないで、永久
磁石を製造できるようになった。上記組成式中のｘ、ｙ
、ｚの第一提供できることである。次に、上記組成式中
のＸ。

ｙ、ｚの磁気特性面からの限定理由を説明する。

Ｘ（希土類元素の含有量）が０．０３より小さいと保磁
力が低下し、一方Ｘが０．２５より大きいと残留磁束密
度（Ｂｒ）が低下する。ｙ　（Ｍ元素−Ａβ。

Ｎｉ　　、Ｔｉ　　、Ｖ、Ｃｒ　　、Ｍｎ　　、Ｚｒ　
　、Ｎｂ　　＋Ｍｏ＋Ｈｆ　　、Ｔａ　　、Ｗ、Ｃｕか
らなる群から選択された少なくとも１種の元素）が０．
００５より小さいと、高い保磁力が得られず、またｙが
０．１５より大きいと残留磁束密度（Ｂｒ）が低下する
。２　（ホウ素含有量）が０．０２より小さいと保磁力
が低下し、一方２が０．１５より大きいと残留磁束密度
（Ｂｒ）が低下する。このように、ｘ、ｙ、ｚが所定範
囲外となり、保磁力もしくは残留磁束密度（Ｂｒ）が低
下すると、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ界磁石の磁気特性は、従来の高
速急冷法あるいは粉末冶金焼結法による磁石の磁気特性
より著しく劣るとともに、アルニコ磁石の最大エネルギ
積を下回ることになる。これに対して、ｘ＋　Ｖ　＋　
２が所定範囲内にあると、鋳造状態のＲ−Ｆｅ−Ｂ界磁
石の磁気特性は、従来の高速急冷法あるいは粉末冶金焼
結法で得られたと発表されているそれぞれ１４ＭＧＯｅ
および４５ＭＧＯｅの最大エネルギ積の最高値には到達
しないものの、各種用途の永久磁石に要求されている磁
気特性を完全に満足している。

本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ界磁石の上記組成において、Ｆｅ
をＣｏ（コバルト）で置換し、Ｆｅ／傘亭（Ｆｅ＋Ｃｏ
）≧０．５とすると、残留磁束密度の温度特性が改良さ
れる。Ｃｏの置換量が５０原子％を越えると、残留磁束
密度が低下するため好ましくない。

以下、本発明に係るＲ−Ｆｅ−Ｂ界磁石の製造法につい
て説明するが、下記説明の方法に限らずいかなる鋳造法
によっても本発明の磁石の製造は可能である。

希土類金属、鉄、ホウ素（またはフェロボロン）、遷移
金属からなる原料群から適量を選択し、非酸化性雰囲気
中で溶解し、合金化し、それに連続して鋳型に鋳造し、
鋳塊を得る。鋳型は金型、砂型、シェルモールド、ロス
トワックス、など任意のものであってよい。鋳塊の大き
さは任意であり、また高性能磁石が使用されている自動
車、コンピューター、モーター用部品を鋳塊から製造す
ることができる。

鋳塊磁石をさらに高性能化する為に３００℃〜９００℃
の温度で熱処理を施す工程、その熱処理中に磁場を印加
する工程、製品形状に加工する工程を、適宜附加するこ
とも選択できる。

得られた磁石はそのままでも、もちろん使用できるが、
−旦適当な粒径に粉砕し、樹脂と混合し成型し、樹脂磁
石とすることも可能である。場合によっては、異方性化
を計る為に、鋳塊を粉砕し、磁界中成型を行ない焼結、
時効を行なうことも可能である。

〔発明の効果〕

のような効果が達成される。

（１）低０２化の実現−特に粉末冶金焼結５ｇ、による
と粉末を処理する工程が多く、また粉末成形体が高温で
加熱されるため、粉末中の希土類成分の酸化が多く起る
。このため酸化を予め見込んで粉末中の希土類成分の量
を多くしなければならない。

ところが本発明によれば、合金化と鋳造という工程のみ
でＲ−Ｆｅ−Ｂ界磁石の基本的磁石特性が具備されるた
め、粉末中の希土類成分の酸化が少なくなる（約１１０
００ｐｐ以下）。このため酸化による磁石特性の劣化が
少なくなり、また希土類成分を予め多く配合する必要が
なくなる。また同じ組成で、本性と粉末冶金法を比較す
ると、本性の方が高い残留磁束密度が得られる。

（２）歩留りの向上−粉末冶金焼結法と比較して工程数
が少なくなったことにより歩留が向上する。

さらに、焼結体は反り、ちしみなどを伴うので、製品形
状にするためには大きな削りしろを必要とするが、本発
明では、鋳型が設計できる形状であれば加工はほんの僅
かしか必要ではない。

（３）形状の任意性−鋳型の設計は、粉末成型金型や、
ホットプレスの型の設計に比べ任意性があり、製品の形
状の要求に幅広く対応できる。またリボン形状を得る高
速急冷法のように磁石素材（製品）形状が一種に限られ
ることはない。

以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。

〔実施例〕

表１に組成を示す合金を高周波溶解炉により溶解し、金
型に鋳造した。得られた鋳塊の寸法はφ表１の比較例と
本発明例を対比すると分かるように、組成の限定により
鋳造後の磁石特性が大幅に異なる。

以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｒ＿ｘ（Ｆｅ＿ａＣｏ＿１＿−＿ａ）＿１＿−＿ｘ
   ＿−＿ｙ＿−＿ｚＭ＿ｙＢ＿ｚ（ただし、ＲはＹを含む
   １種以上の希土類元素、ＭはＡｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
   ｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｕか
   らなる群から選択された少なくとも１種の元素、ｘ、ｙ
   、ｚ、ａは原子比であり、０．０３≦ｘ≦０．２５；０
   ．００５≦ｙ≦０．１５；０．０２≦ｚ≦０．１５；０
   ．５≦ａ≦１．０である）なる組成式で表わされること
   を特徴とする高性能希土類鋳造磁石。 ２、ＭがＺｒ、Ｎｂの１種であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の高性能希土類鋳造磁石。