JPS63286514A - 永久磁石の製造方法 - 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、鉄及びボロンを基本成分とする永久
磁石の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

永久磁石は、一般家庭の各種電気製品から大型コンピュ
ーターの周辺端末機器まで幅広い分野で使用されている
重要な電気、電子材料の一つである。

最近の電気製品の小型化、高効率化の要求にともない、
永久磁石も益々高性能化が求められている。現在使用さ
れている永久磁石のうち代表的なものはアルニコ、ハー
ドフェライト及び希土類−遷移金属系磁石である。特に
希土類−遷移金属系磁石であるＲ−Ｃｏ系永久磁石やＲ
−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、高い磁気性能が得られるので
従来から多くの研究開発が成されている。

従来、これらＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の製造方法に関し
ては、以下の文献に示すような方法がある。

（１）粉末冶金法に基づく焼結による方法。

（文献１１文献２） （２）アモルファス合金を製造するに用いる急冷薄帯製
造装置で、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作り、その薄
片を樹脂結合法で磁石にするメルトスピニング法による
急冷薄片を用いた樹脂結合方法。（文献３２文献４） （３）上記（２）の方法で使用した急冷薄片を２段階の
ホットプレス法で機械的配向処理を行う方法。

（文献４２文献５） ここで、 文献１：特開昭５９−４８００８号公報；文献２　：Ｍ
、Ｓａｇａｗａ、Ｓ、Ｆｕｊ　ｉｍｕｒａ、　　Ｎ、　
　Ｔｏｇａｗａ、　　Ｈ，Ｙａｍａｍｏ　　ｔ。

ａｎｄ　　　Ｙ、Ｍａｔｓｕｕｒａ：Ｊ、Ａ　ｐ　ｆ）
１、　　Ｐｈｙｓ、　　Ｖｏ　　１．　５５　　（６）
　　１５Ｍａｒ。

ｈ　　　１９８４．Ｐ２Ｏ８３゜ 文献３：特開昭５９−２１１５４９号公報；文献４：Ｒ
，Ｗ、Ｌｅｅ；ＡｐｐＩ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ
、４Ｂ　（８）、１５　　Ａｐｒｉｌ　　１９８５．ｐ
７９０； 文献５：特開昭６０−１００４０２号公報次に上記の従
来方法について説明する。

先ず（１）の焼結法では、溶解、鋳造により合金インゴ
ットを作製し、粉砕して適当な粒度（数μｍ）の磁石粉
を得る。磁石粉は成形助剤のバインダーと混練され、磁
場中でプレス成形されて成形体が出来上がる。成形体は
アルゴン中で１１００℃前後の温度で１時間焼結され、
その後室温まで急冷される。焼結後、６００℃前後の温
度で熱処理することにより更に保磁力を向上させる。

（２）のメルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹
脂結合方法では、先ず急冷薄帯製造装置の最適な回転数
でＲ−Ｆｅ−Ｂ合金の急冷薄帯を作る。得られた厚さ３
０μｍのリボン状薄帯は、直径が１０００λ以下の結晶
の集合体であり、脆くて割れ易く、結晶粒は等方向に分
布しているので、磁気的にも等方性である。この薄帯を
適当な粒度に粉砕して、樹脂と混練してプレス成形すれ
ば７ｔｏｎ／Ｃｍ’程度の圧力で、約８５体積％の充填
が可能となる。

（３）の製造方法は、始めにリボン状の急冷薄帯あるい
は薄帯の片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で、約７
００℃で予備加熱したグラファイトあるいは他の耐熱用
のプレス型に入れる。該リボンが所望の温度に到達した
時−軸性の圧力が加えられる。温度、時間は特定しない
が、充分な型性が出る条件としてＴ−７２５±２５℃、
圧力はＰＮ２．４ｔｏｎ／ｃｍ’程度が適している。

この段階では磁石は僅かにプレス方向に配向していると
は言え、全体的には等方性である０次のホットプレスは
、大面積を育する型で行なわれる。

最も一般的には、７００℃で０．７ｔｏｎ／ｃｍ！で数
秒間プレスする。すると試料は最初の厚みの１７２にな
りプレス方向と平行に配向して、合金は異方性化する。

これらの工程による方法は二段階ホットプレス法た呼ば
れている。この方法で緻密で異方性を「するＲ−Ｆｅ−
Ｂ磁石を得るものである。

尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン薄帯の
結晶粒は、それが最大の保磁力を示す時の粒径よりも小
さめにしておき、後のホットプレス中に結晶粒の粗大化
が生じて最適の粒径になるようにしてお（。

しかし、この方法では高温例えば８００’Ｃ以上では結
晶粒の粗大化が著しく、それによって保持力ｉＨｃが極
端に低下し、実用的な永久磁石にはならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以下の従来技術で一応Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は製造出来る
が、これらの製造方法には次の如き欠点を存している。

（１）の焼結法は、合金を粉末にするのが必須であるが
、ＲＦ　ｅ　−Ｂ系合金は大変酸素に対して活性である
ので、粉末化すると余計酸化が激しくなり、焼結体中の
酸素濃度はどうしても高くなってしまう。又粉末を成形
するときに、例えばステアリン酸亜鉛のような成形助剤
を使用しなければならず、これは焼結工程で前もって取
り除かれるのであるが、数刻は磁石体の中に炭素の形で
残ってしまう。この炭素は著しくＲ−Ｆｅ−Ｂの磁気性
能を低下させ好ましくない。

成形助剤を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われる。これは大変脆（、ハンドリングが難しい
。従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当の
手間が掛かることも大きな欠点である。

これらの欠点があるので、一般的に言ってＲ−Ｆｅ−Ｂ
系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばか
りでな（、生産効率が悪く、結局磁石の製造コストが高
（なってしまう、従って、比較的原料費の安いＲ−Ｆｅ
−Ｂ系磁石の長所を活かすことが出来る方法とは言い難
い。

次に（２）並びに（３）の方法は、真空メルトスピニン
グ装置を使用するがこの装置は現在では、大変生産性が
悪くしかも高価である。

（２）の方法では原理的に等方性であるので低エネルギ
ー積であり、ヒステリシスループの角形性もよくないの
で温度特性に対しても、使用する面においても不利であ
る。

（３）の方法は、ホットプレスを二段階に使うという二
二一りな方法であるが、実際に量産を考えると、大変非
効率になることは否めないであろう。更にこの方法では
、高温例えば８００℃以上では結晶粒の粗大化が著しく
、それによって保磁力ｉＨｃが極端に低下し、実用的な
永久磁石にはならない。

本発明は、以上の従来技術の欠点を解決するものであり
、その目的とするところは鋳造法をベースの工程とし熱
間加工を併用することにより高性能且つ低コストな希土
類−鉄系永久磁石の製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の永久磁石の製造方法の第１は、希土類元素（但
しＹを含む）、鉄、ボロン及び製造上不可避な不純物か
らなる磁石の製造方法において、少なくとも、前記成分
からなる合金を溶解及び鋳造する工程、鋳造後熱間加工
する工程とからなることを特徴とする永久磁石の製造方
法であり、第２の方法は、第１の方法の鋳造後熱間加工
する工程に次いで、熱処理する工程を付加したことを特
徴とする永久磁石の製造方法であり、第３の方法は、第
２の方法の熱処理する工程の後、鋳造合金を粉砕する工
程と、次いで粉砕された合金の粉末を有機バインダーと
共に混練し加圧成型する工程とからなることを特徴とす
る永久磁石の製造方法である。

一作用〕 前記のように希土類−鉄系磁石の製造方法である焼結法
、急冷法は夫々粉砕による粉末管理の困難さ、生産性の
悪さといった大きな欠点を存している。

本発明者等は、これらの欠点を改良するため、バルクの
状態での磁石化の研究に着目し、先ず前記希土類元素、
鉄、ボロン及び製造上不可避な不純物からなる磁石の適
切な組成域で熱間加工による異性化が出来、更にこの鋳
造インゴットを粉砕して粉末化し、宵機物バインダーと
混練硬化させて樹脂結合型磁石を得ることが出来ること
を知見した。

この方法における熱間加工による異方化は、前記文献４
に示すような急冷法のような２段階でなく、ｉ段ｉのみ
でよ（、バルクのまま加工出来るので生産性は著しく高
い、また鋳造インゴットを粉砕する必要がないので、焼
結法はどの厳密な雰囲気管理を行う必要はなく、設備費
が太き（低減される。

更に樹脂結合磁石においても、急冷法によった磁石のよ
うに原理的に等片性であるといった問題点がなく、異方
性の樹脂結合磁石が得られ、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石の高性能
、低コストという特徴を生かすことが出来る。

この組成では、通常の鋳造では主相であるＮｄｇ　Ｆ　
ｅ　、ａ　Ｂ相が粗大化してしまい少々の波性加工では
良好な磁気特性は得られない。

従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の組成は、文献２に示される
ようなＲ＋５Ｆｅ７ｔＢａが最適とされていた。

この組成は主相Ｒ＊Ｆｅ＋ａＢ化合物を原子百分率にし
た組成Ｒｒｓ−ｔＦｅａ＊、ａＢ＊、曾に比してＲ，Ｂ
に富む側に移行している。このことは保磁力を得るため
には、主相のみでなくＲリッチ相、Ｂリッチ相という非
磁性相が必要であるという点から説明されている。

ところが本発明による組成では逆にＢが少ない側に移行
したところに保磁力のピーク値が存在する。この組成域
では、焼結法の場合、保磁力が激減するので、これまで
あまり問題にされていなかった。しかし鋳造法ではむし
ろこの組成域で高い保磁力が得られ熱間加工を施すこと
によってさらに高い保磁力が得られる。

これらの点は以下のように考えられる。先ず焼結法を用
いても鋳造法を用いても、保磁力機構そのものはｎｕｃ
ｌｅａｔｉｏｎ　　ｍｏｄｅｌに従っている。これは、
両者の切破化曲線が、ＳｍＣ０，のよう−に急峻な立上
がりを示すことかられかる。このタイプの磁石の保磁力
は基本的には単磁区モデルによっている。即ちこの場合
、大きな結晶磁気異方性を育するＲｔ　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ
化合物が、大きすぎると、粒内に磁壁を有するようにな
るため、磁化の反転は磁壁の移動によって容易に起きて
、保磁力は小さい。

一方、粒子が小さくなって、ある寸法以下になると、粒
子内に磁壁を存さな（なり、磁化の反転は回転のみによ
って進行するため、保磁力は太き（なる。つまり適切な
保磁力を得るためにはＲ１Ｆｅｔ　ａ　Ｂ相が適切な粒
径を有することが必要である。この粒径としては１０μ
ｍ前後が適当であり、焼結タイプの場合は、焼結前の粉
末粒度の調整によって粒径を適合させることが出来る。

ところが鋳造法と熱間加工法とを組合わせた場合、Ｒｔ
　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ化合物の結晶の大きさは先ず初めに溶
湯から凝固する段階で決定されるが、熱間加工によって
結晶が微細化されるので、磁石の最終の結晶の大きさは
熱間加工の処理条件を選定することによって調節出来、
十分な保磁力を作り出すことが出来る。

また、鋳造時のマクロ組織としては柱状晶組織が好まし
い。この柱状晶組織を用いることにより鋳造時の面内異
方性化、更に熱間加工時の高性能化が可能になる。

次に、樹脂結合化であるが前記文献４の急冷法でも確か
に樹脂結合磁石は作成出来る。

しかし、急冷法で作成される粉末は、直径が１０００Å
以下の多結晶が等方向に集合したものであるため磁気的
にも等方性であり、異方性磁石は作成出来ず、Ｒ−Ｆ　
ｅ　　Ｂ系の低コスト、高性能という特徴が生かせない
。本系の場合、機械的な歪みの小さな粉砕を行えば、保
持力がかなり維持出来るので樹脂結合化を行なえる。こ
の方法の最大のメリットは、文献４と異なり、異方性磁
石の作成が可能な点にある。

以下、本発明による永久磁石の好ましい組成範囲につい
て説明する。

希土類としては、　Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、　　
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｌｕが候補として挙げられ、これらのうちの目しあ
るいは１種以上を組合わせて用いられる。最も高い磁気
性能はＰｒで得られる。従って実用的にはＰｒ、Ｐｒ−
Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎｄ合金等が用いられる。また
少量の重希土元素のＤｙ５Ｔｂ等は保磁力の向上にを効
である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲｘＦｅ、ａＢである。従
ってＲが８原子％未満では、もはや上記化合物を形成せ
ずα−鉄と同一構造の立方晶組織となるため高磁気特性
は得られない。一方Ｒが３０原子％を越えると非磁性の
Ｒリッチ相が多くなり、磁気特性は著しく低下する。よ
ってＲの範囲８〜３０原子％が適当である。しかし鋳造
磁石とするため、好ましくはＲ８〜２５原子％が適当で
ある。

Ｂは、Ｒｔ　Ｆｅｔ　ａ　Ｂ相を形成するための必須元
素であり、２原子％未満では菱面体のＲ−Ｆｅ系になる
ため、高保磁力は望めない。また２８原子％を越えると
Ｂに富む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低
下してくる。しかし鋳造磁石としては好ましくはＢ８８
原子以下がよ（、それ以上では特殊な冷却を施さないか
ぎり、微細なＲｔ　Ｆｅ＋　ａ　Ｂ相を得ることが出来
ず、保磁力は小さい。

又、本発明において、熱間加工とは冷間加工に対する概
念であり、理性加工によって生じる加工歪みの大半を加
工中に取除きながら加工する高温での製性加工を指す。

従って、熱間加工中には、再結晶による結晶粒の微細化
及びそれに続（結晶粒の成長も起り、これらの現象も熱
間加工には含まれることは明らかである。

熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好ましくは５００
°Ｃ以上である。

次に本発明の実施例について述べる。

〔実施例１〕 本発明による製造法の工程図を第１図に示す。

先ず第１図に示す如く所望の組成の合金を誘導炉で溶解
し、鋳型に鋳造する。

次に磁石に異方性を付与するために、各種の熱間加工を
施す。

各種の熱間加工として第２図に押出し加工の説明図、第
３図に圧延加工の説明図、第４図にスタンプ加工の説明
図を示す。

図において、１：油圧プレス；２：ダイ；３：磁石合金
；４：磁化溶湯方向；５：ｌｊ−ル；６：スタンプ；７
：基板を示す。

押出し加工については、等方向に力が加わるようにダイ
２側からも力が加わるように工夫した。

圧延加工及びスタンプ加工については、極力歪速度が小
さくなるようにロール５．スタンプ６の速度を調整した
。

いずれの方法でも高温領域（５００〜１１００℃）にお
いて矢視する如く合金の押される方向に平行になるよう
に結晶の磁化容易軸は配向する。

本発明者等は、希土類元素、鉄及びボロンを基本成分と
する合金を溶解・鋳造した後、覆性加工実験を広範囲に
亘り行い次の実験結果を得た。

（１）室温から５００℃の間の低温で歪速度の大きい条
件で塑性加工すると大半の組成の合金インゴットには割
れが生じる。

割れていない小片を用いて磁気測定すると保磁力ｉＨｃ
は加工率に見合って増大するが、結晶の配向はほとんど
起こらず、従って残留磁束密度Ｂｒはほとんど増大しな
い。このようなことから、この範囲の型性加工では、最
大エネルギー積（ＢＨ）ｒｎ−Ｘはほとんど増大しない
。

（２）一方、１１００℃を越える高温で型性加工すると
大きな歪速度でも割れ欠けは発生せず、加工性は良好と
なるとともに良好な結晶配向が生じる。しかし、保磁力
ｉＨｃは低下してくる。

（３）５００〜１１００℃の間で熱間加工すると歪速度
が太き（とれるとともに、残留磁束密度Ｂｒ及び保磁力
ｉＨｃが増大し、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍ−ｘも増
大する。なかでも属性加工温度は８００〜１０５０℃が
良好である。

（４）本発明の合金組成を鋳造したインゴットはその融
点近くまで加熱しても結晶粒の粗大化はわずかじか生じ
ない。

（５）また加工温度と歪速度が最適の場合加工率と平均
Ｃ軸と配向性の関係は、加工率が２０％でＣ軸配向率が
６０〜７０％、加工率が４０％でＣ軸配向率が６５〜７
５％、加工率６０％でＣ軸配向率７５〜８５％、加工率
８０％でＣ軸配向率８５〜９５％、加工率９０％でＣ軸
配向率８５〜９８％となる。

第１表の組成の合金を溶解し、第１図に示す工程に従っ
て磁石を作製した。但し用いた熱間加工法は第１表中に
併記した。第１表に示す組成の合金において熱間加工は
、加工温度が５００〜１１００℃、歪速度が１０−４〜
１７秒の間で種々の条件を組合わせて行なった。その中
から加工温度が１０００℃、アニール処理が１０００℃
Ｘ２４時間の場合の磁気特性を第２表に示す。参考デー
タとして熱間加工を行なわない試料の特性も示した。

アニール処理については、その最適条件即ち温度と時間
は合金の組成と加工条件によって変化する。組成によっ
ては５００゛〜８００℃の低温領域の方が、また熱間加
工条件によっては８００〜１０００℃の、やや低ｍ頌域
が良好な処理温度となる。

第２表より、押出し・圧延・スタンプのすべての熱間加
工法で残留磁束密度が増加し磁気的に異方化されたこと
がわかる。なかでも押出し法が勝れている。

第３表は、組成としてＰ　ｒ　ｓ　ｙ　Ｆ　ｅ　？　Ｉ
　Ｂ　ａ、Ｎｄｓ　ｏ　Ｆｅ、Ｂｓ　ｈ及びＣｅｓ　Ｎ
ｄ＋　＊　Ｐｒ＋＊Ｆｅｓ會Ｂｍを代表例にとり、定性
加工温度と加工性・１Ｈｃ−Ｃ軸配向率との関係を示し
たものである。加工率は８０％を目標としΔ印は壁性加
工中割れが生じたもの、Ｘ印は型性加工できなかったも
のを指す。

波性加工温度は５００〜１１００℃に亘って良好である
が、その中でも８００〜１０５０℃カ優れている。磁気
特性と生産性の双方を併せて評価すると９００〜１０５
０℃が最適である。歪速度は高墨になる程そして希土類
元素をボロンの含「量が低い程大きくとることができる
。

本実験での歪速度は１０−４〜１／秒の範囲を用いた。

中でも歪速度は１０−ｓ〜１０−”／秒がより良好であ
った。１０００℃前後では歪速度を１〜１０′／秒とす
ることが加工方法特に押出成形においては加工応力が圧
縮応力が主で引張応力が小さいため可能であることが判
明した。

又、Ｃ軸配向率が高（なると残留磁束密度Ｂｒと保磁力
ｉＨｃ双方が大きくなり、（ＢＨ）ｒｎ。

８は急激に増大する。

第　　１　　表 第　　２　　表 第３表 ×印　加工できない　△割れが生じ測定できない加工率
　８０％ （実施例２） 先ず第４表のような組成の合金を誘導炉で溶解し鉄鋳型
にて鋳造し、１０００℃におけるホットプレスの後イン
ゴットを磁気的に硬化させるため１０００℃Ｘ２４時間
のアニール処理を施した。

このときアニール後の平均粒径は約１５μｍであった。

この階段で切断・研削を施せば、異方性磁石となる。

樹脂結合タイプの磁石の場合は、室温において１８−８
ステンレス鋼製容器中、１０気圧程度の水素ガス雰囲気
のもとでの水素の吸蔵と１０−′ｔｏｒｒでの脱水素を
くりかえし行ない粉砕後、エポキシ樹脂を４重量％混練
した、１０ＫＯｅの磁場で横磁場成形を行った。

以上の結果を第５表に示す。

第　　４　　表 第　　５　　表 〔発明の効果〕 以上の如（本発明の、永久磁石の製造方法によれば、希
土頴元素等を、鋳造した後、温度が５゜０〜１１００℃
、加工率が５０％以上、そして小さい歪速度で熱間加工
することにより、次の如き効果を奏するものである。

（１）　　Ｃ軸配向率を高めることができ、残留磁束密
度Ｂｒを著しく改善することができた。

■　又、結晶粒を微細化することにより、保磁力ｉＨｃ
を著しく高めることができた。

（３）　　（１）及び（２）の相乗効果により最大エネ
ルギー積（ＢＨ）ｍ−ｘを格段に高めることができた。

（４）　　従来の焼結法と比較し、加工工数及び生産設
備投資額を著しく低減させることができた。

向　従来のメルトスピニング法と比較し、高性能でしか
も低コストの、磁石をつくることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の製造工程図、第２
図は、熱間押出しによる磁石合金の配向処理説明図、第
３図は、熱間圧延による磁石合金の配向処理説明図、第
４図は、熱間スタンプ加工による磁石合金の配向処理説
明図である。 図において、１；油圧プレス、２；ダイ（型）、３；磁
石合金、４；磁化溶湯方向、５；ロール、６；スタンプ
、７：基板。 尚、図面中間符号は同−又は相当部分を示す。 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 （、″ （−〕 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類元素（但しＹを含む）、鉄、ボロン及び製
   造上不可避な不純物からなる磁石の製造方法において、
   少なくとも、前記成分からなる合金を溶解及び鋳造する
   工程、鋳造後熱間加工する工程とからなることを特徴と
   する永久磁石の製造方法。
2. （２）希土類元素（但しＹを含む）、鉄、ボロン及び製
   造上不可避な不純物からなる磁石の製造方法において、
   少なくとも、前記成分からなる合金を溶解及び鋳造する
   工程、鋳造後熱間加工する工程次いで熱処理する工程と
   からなることを特徴とする永久磁石の製造方法。
3. （３）希土類元素（但しＹを含む）、鉄、ボロン及び製
   造上不可避な不純物からなる磁石の製造方法において、
   少なくとも、前記成分からなる合金を溶解及び鋳造する
   工程、鋳造後熱間加工する工程と前記鋳造合金を熱処理
   後粉砕する工程と、次いで粉砕された合金の粉末を有機
   バインダーと共に混練し加圧成型する工程とからなるこ
   とを特徴とする永久磁石の製造方法。