JPWO2009145229A1 - 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ - Google Patents
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Abstract
Description
上記一般式において、0.1≦α≦0.90、0.10≦x≦0.30、0.05≦y≦0.15、0.002≦u≦0.03、0.002≦v≦0.03、0.005≦w≦0.08、0.01≦u+v+w≦0.10、5.7≦z≦8.1
すなわち、特にTi,Zr,Mnを必須元素として用い、1050〜1250℃の焼結につづき、1050〜1200℃で溶体化処理を行い、ついで400〜900℃で2〜20時間時効処理することで6.5kOe以上の高保磁力が得られるとしている。
但し、RはLa,Nd及びPrよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、MはTi,Zr及びHfよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、TはMn,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、Smを1としたときの原子比が、0≦x≦0.5、0≦y≦0.3、0≦x+y≦0.7、0.05≦a≦0.3、0.02≦b≦0.15、0.01<c≦0.04、0≦d≦0.05、6.0≦z≦8.3を満たす。
但し、RはLa,Nd及びPrよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、MはTi,Zr及びHfよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、TはMn,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、Smを1としたときの原子比が、0≦x≦0.5、0≦y≦0.3、0≦x+y≦0.7、0.05≦a≦0.3、0.02≦b≦0.15、0.01<c≦0.04、0≦d≦0.05、6.0≦z≦8.3を満たす。
室温の保磁力が0.5kOe以上5kOe以下、10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比80%以上で、かつ第2、3象限の平均リコイル透磁率が1.00以上1.08以下の希土類磁石であることを特徴とする。
前記第1の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第2の希土類永久磁石と
を備えることを特徴とする。
R:La,Nd,Prから選ばれる少なくとも1種
M:Ti,Zr,Hfから選ばれる少なくとも1種
T:V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Niから選ばれる少なくとも1種
Smを1としたときの原子比
0≦x≦0.5
0≦y≦0.3
0≦x+y≦0.7
0.05≦a≦0.3
0.02≦b≦0.15
0.01<c≦0.04
0≦d≦0.05
6.0≦z≦8.3
また、本発明によれば、保磁力が0.5kOe以上3.5kOe以下、10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比80%以上で、かつ第2、3象限の平均リコイル透磁率1.00〜1.08を具備し、希土類元素ではSm、遷移金属ではコバルトを主として含有していることを特徴とする全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータ用永久磁石が提供される。
但し、RはLa,Nd及びPrよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、MはTi,Zr及びHfよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、TはMn,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、Smを1としたときの原子比が、0≦x≦0.5、0≦y≦0.3、0≦x+y≦0.7、0.05≦a≦0.3、0.02≦b≦0.15、0.01<c≦0.04、0≦d≦0.05及び6.0≦z≦8.3を満たす。
(実施例1〜34)
表1A及び表1Bに示す組成について、原料粉末を調製したのち、高周波誘導加熱炉で溶解し、水冷銅板上に鋳込み、母合金とした。得られた試料を粗粉砕の後、ジェットミルで平均粒径3〜5μmに微粉砕し、所定の形状に、磁場20kOe、プレス圧0.5t/cm2の条件で磁場中成形した。得られた成形体を、母相の融点より50℃低い温度(1040〜1200℃)で、3時間の条件で焼結し、引き続き焼結温度から20〜30℃低い温度で1時間保持することにより溶体化処理を行い、50℃/minの速度で室温まで冷却した。この後、奇数番号の実施例の時効処理は700℃、3時間の熱処理を行った後、10℃/minの割合で冷却することで行った。偶数番号の実施例の1段目の時効処理は、670℃、4時間の熱処理後、600℃まで5℃/min.の速度で冷却することにより行った。偶数番号の実施例の2段目の時効処理は、600℃で2時間保持した後、10℃/minの割合で冷却することにより行った。また、時効処理温度までの昇温速度は30℃/min.で統一した。なお、時効処理における冷却速度は熱処理温度から500℃までとし、その後は自然冷却とした。
表2Aに示す組成について、高周波溶解して得た比較例1,2,3のインゴットをブラウンミルで粒子径1〜5μmに粉砕した後、磁場中成形した。この成形体を真空中で焼結した後、冷却し、再度1100℃で溶体化し、850℃、2時間時効処理後、0.5℃/minの速度で500℃まで冷却し、時効処理を行なった。磁気特性を評価した結果、表2Aに示すとおり、いずれも保磁力が高いものが得られた。
純度99.9%以上のSm26.0wt%、純度99.8%のCo47.3wt%、Fe12.8wt%、Ni5.3wt%、およびCu8.6wt%からなる合金を、アルゴン雰囲気で高周波溶解・鋳造した。表2Aには原子比に換算した合金の組成比を表示する。得られた合金にアルゴン雰囲気中で1180℃、4時間インゴツト溶体化処理を施した。溶体化処理後、合金を液体窒素にて冷却速度1200℃/min.で急速冷却した。次いで、得られた試料を鉄乳鉢で粗粉砕した後、有機溶剤中でボール・ミルにより平均粒度4μmの微粉末とした。得られた微粉末を15kOeの磁界中でプレスし、圧縮成型体と成した。
比較例6の永久磁石を以下の方法で作製した。Ce0.56Sm0.44(Co0.697Cu0.13Fe0.16Zr0.013)6.2で与えられる組成の粉末を無磁場中で成形して得られた成形体を1140℃で1時間焼結し、1100℃より600℃までを15分間で通過するように室温まで冷却した。ついで、この物を600℃に15分間保持し、300℃まで8時間かけて時効したところ、表2Aに示す特性を得た。すなわち、高保磁力とそのばらつきは比較的大きい。
比較例8の永久磁石を以下の方法で作製した。表2Aに示す合金を、アルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鋳造して得られたインゴツトに1180℃、6時間の溶体化処理を施し、処理後、液体窒素中で急速冷却した。得られた合金を鉄乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶剤中でボール・ミル微粉砕を行ない、2〜10μmの粉末とした。この粉末を12kOeの磁界中でプレス成型し、圧縮成型体を得た。
Sm(Ni0.18Fe0.15Co0.57Cu0.1)6.9で示される組成の合金をアルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鉄乳鉢中で粗粉砕した。粗粉砕後の粉末をさらにヘキサン溶媒中でボールミル粉砕により平均粒度4μmの微粉末にした。得られた微粉末を12kOeの磁界中で5ton/cm2の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中1220℃の温度で2時間焼結し、ひき続いて30℃/minの冷却速度で500℃以下まで冷却した。
比較例12の永久磁石を以下の方法で作製した。化学式Sm(Ni0.11Fe0.19Co0.6Cu0.1)6.9で示される組成の合金をアルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鉄乳鉢中で粗粉砕した。粗粉砕後の粉末をさらにヘキサン溶媒中でボールミル粉砕により平均粒度2〜10μmの微粉末にした。得られた微粉末を12kOeの磁界中で5ton/cm2の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中1210℃の温度で2時間焼結し、ひき続いて60℃/minの冷却速度で500℃以下まで冷却した。
比較例14の永久磁石を以下の方法で作製した。組成式Sm(Co0.60Fe0.19Ni0.11Cu0.1)6.9で示される組成の合金をアルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鉄乳鉢中で粗粉砕した。粗粉砕後の粉末をさらにヘキサン溶媒中でボールミル粉砕により平均粒度3μmの微粉末にした。この微粉末を12kOeの磁界中で5ton/cm2の圧力で金型を用いた圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中1190℃の温度で2時間焼結し、ひき続いて200℃/minの冷却速度で500℃以下まで冷却した。
表2A及び表2Bに示す比較例16〜36に示す組成の合金を高周波溶解し、粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕した。得られた微粉末を12kOeの磁界中で5ton/cm2の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中で、各合金の融点の30℃下の温度で2時間焼結し、引き続いて30℃/minの冷却速度で500℃以下まで冷却した。その後、800℃で4時間時効処理を行い、5℃/minの条件で冷却した。これらの磁石特性を評価した結果を表2A及び表2Bにまとめる。いずれの磁石も製造時の保磁力のばらつきが多く、またリコイル透磁率が大きかった。
実施例1〜34および比較例1〜36を永久磁石モータに組込んだ際の特性を評価した。評価温度は室温である。モータ特性の評価として各実施例および各比較例に係る永久磁石を、図2に示す全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの低保磁力磁石部に組み込み、また高保磁力磁石としてNdFeB磁石(Hc=21kOe、Br=12.4kG)を用いて、モータの効率評価を行った。なお、表2Bに比較例37としてアルニコ磁石を示した。
次に実施例1と同様の組成を用いた原料粉末を用意し、製造条件を表3のように変えて製造を行った。得られた永久磁石について実施例1と同様の磁気特性の測定を行った。その結果を表3に示す。
Claims (27)
- 以下の一般式を満たすとともに、室温での保磁力が0.5kOe以上5.0kOe以下、かつ10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が80%以上であることを特徴とする永久磁石。
一般式: Sm1−x―yCexRy(Co1−a―b−c−dFeaCubMcTd)z
但し、RはLa,Nd及びPrよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、MはTi,Zr及びHfよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、TはMn,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、Smを1としたときの原子比が、0≦x≦0.5、0≦y≦0.3、0≦x+y≦0.7、0.05≦a≦0.3、0.02≦b≦0.15、0.01<c≦0.04、0≦d≦0.05及び6.0≦z≦8.3を満たす。 - 前記保磁力が0.5kOe以上3.5kOe以下であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石。
- 前記一般式のa値が0.10≦a≦0.25、b値が0.04≦b≦0.12であることを特徴とする請求項2記載の永久磁石。
- 第2,3象限の平均リコイル透磁率が1.00以上1.08以下であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石。
- CaCu5相、Th2Zn17相、TbCu7相の3相を具備することを特徴とする請求項4記載の永久磁石。
- CaCu5相、Th2Zn17相、TbCu7相、およびTh2Ni17相の4相を具備することを特徴とする請求項4記載の永久磁石。
- 焼結体であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石。
- モータに搭載されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の永久磁石。
- 以下の一般式を満たす合金粉末を磁場中成形することにより成形体を調整する成形工程と、
前記成形体を不活性雰囲気中1000℃以上1200℃以下の温度で10分以上20時間以下焼結および溶体化することにより焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体を600℃以上800℃以下の温度で10分以上20時間以下熱処理するとともに、前記熱処理後の冷却速度1℃/min以上10℃/min以下で500℃まで冷却する時効処理工程と
を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法。
一般式: Sm1−x―yCexRy(Co1−a―b−c−dFeaCubMcTd)z
但し、RはLa,Nd及びPrよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、MはTi,Zr及びHfよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、TはMn,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも1種で、Smを1としたときの原子比が、0≦x≦0.5、0≦y≦0.3、0≦x+y≦0.7、0.05≦a≦0.3、0.02≦b≦0.15、0.01<c≦0.04、0≦d≦0.05及び6.0≦z≦8.3を満たす。 - 前記時効処理工程の前記熱処理が600℃以上750℃以下の温度で10分以上20時間以下行われることを特徴とする請求項9記載の永久磁石の製造方法。
- 前記時効処理工程によってCaCu5相、Th2Zn17相、TbCu7相の3相を具備する相構成にすることを特徴とする請求項9記載の永久磁石の製造方法。
- 前記時効処理工程によってCaCu5相、Th2Zn17相、TbCu7相およびTh2Ni17相の4相を具備する相構成にすることを特徴とする請求項9記載の永久磁石の製造方法。
- 前記焼結工程後、室温あるいは前記熱処理の温度までを冷却速度5℃/min以上100℃/min以下で冷却することを特徴とする請求項9記載の永久磁石の製造方法。
- 永久磁石の室温での保磁力が0.5kOe以上5kOe以下、かつ10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が80%以上であることを特徴とする請求項9〜13いずれか1項記載の永久磁石の製造方法。
- 永久磁石の室温での保磁力が0.5kOe以上3.5kOe以下、かつ10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が80%以上であることを特徴とする請求項9〜13いずれか1項記載の永久磁石の製造方法。
- 全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに用いられるモータ用永久磁石であって、
室温の保磁力が0.5kOe以上5kOe以下、10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比80%以上で、かつ第2、3象限の平均リコイル透磁率が1.00以上1.08以下の希土類磁石であることを特徴とするモータ用永久磁石。 - 前記室温の保磁力が0.5kOe以上3.5kOe以下であることを特徴とする請求項16記載のモータ用永久磁石。
- 前記希土類磁石は、Smを含む希土類元素と、Coが主成分の遷移金属元素とを含有することを特徴とする請求項16または17記載のモータ用永久磁石。
- 室温の保磁力が0.5kOe以上5kOe以下、10kOeの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比80%以上で、かつ第2、3象限の平均リコイル透磁率が1.00以上1.08以下である、磁化状態を変化させるための第1の希土類永久磁石と、
前記第1の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第2の希土類永久磁石と
を備えることを特徴とする永久磁石モータ。 - 前記第1の希土類永久磁石の前記保磁力が0.5kOe以上3.5kOe以下であることを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
- 前記第1の希土類永久磁石は、Smを含む希土類元素と、Coが主成分の遷移金属元素とを含有することを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
- 前記第1の希土類永久磁石の全磁石体積に占める割合は5%以上70%以下であることを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
- 請求項19〜22いずれか1項記載の永久磁石モータは、インナーローター方式またはアウターローター方式である。
- 前記第1の希土類永久磁石及び前記第2の希土類永久磁石が円周方向に配列される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
- 前記第1の希土類永久磁石及び前記第2の希土類永久磁石が埋め込まれる回転子をさらに備えることを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
- 前記第1の希土類永久磁石及び前記第2の希土類永久磁石が表面に設置される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
- 前記第1の希土類永久磁石及び前記第2の希土類永久磁石が内周面に設置される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項19記載の永久磁石モータ。
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