KR100485464B1

KR100485464B1 - 자석분말 및 등방성 희토류 본드 자석

Info

Publication number: KR100485464B1
Application number: KR10-1999-0062548A
Authority: KR
Inventors: 아라이아키라
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2005-04-28
Also published as: CN1208788C; KR20000048417A; US6503415B1; CN1265512A; EP1017066B1; JP3186746B2; EP1017066A3; JP2000252110A; EP1017066A2; DE69939248D1; TW469450B; ID24022A

Abstract

자속 밀도가 높고, 착자성이 뛰어나며, 양호한 신뢰성을 갖는 자석을 제공한다. 본 발명의 자석 분말은, R_x(Fe_1- _yCo_y)_100-x-z- _wB_zAl_w(단, R은 적어도 1종의 희토류 원소, x:8.1 내지 9.4원자%, y:0 내지 0.30, z:4.6 내지 6.8원자%, w:0.02 내지 0.8원자%)로 나타나는 합금조성으로 이루어지고, 또한, 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 조직으로 되어 있는 자석분말로서, 결합수지와 혼합 성형하여 등방성 본드 자석으로 하였을 때에, 실온에서의 자기(magnetic)특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면에 있어서, Pc=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에 있어서, 그 자속밀도가 하기 식(I)으로 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고, 또한 그 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0kOe인 특성을 갖는다.

B=1.25×ρ+1.25×H …(Ｉ)

(단, B는 자속밀도, ρ는 본드 자석의 밀도, H는 자계를 나타낸다)

Description

자석분말 및 등방성 희토류 본드 자석{Magnet powder and isotropic rare-earth bonded magnets}

본 발명은 자석분말 및 등방성 희토류 본드 자석에 관한 것이다.

모터 등의 소형화를 도모하기 위해서는, 그 모터에 사용될 때의(실질적인 투과(permeance)에 있어서의) 자석의 자속밀도가 높은 것이 요구된다. 본드 자석에 있어서의 자속밀도를 결정하는 요인은, 자석분말의 자기성능(자화)과, 본드 자석중에 있어서의 자석 분말의 함유량(함유율)이 있다. 따라서, 자석 분말 자체의 자기성능(자화)이 그다지 높지 않는 경우에는, 본드 자석중의 자석분말의 함유량을 극단적으로 많게 하지 않으면 충분한 자속밀도가 얻어지지 않는다.

그런데, 현재, 고성능인 희토류 본드 자석으로서 사용되고 있는 것으로서는, 희토류 자석분말로서, MQI사 제조의 MQP-B 분말을 사용한 등방성 본드 자석이 대부분을 차지하고 있다. 등방성 본드 자석은, 이방성 본드 자석과 비교하여 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 본드 자석의 제조 시에, 자장 배향(magnetic field orientation)이 불필요하기 때문에, 제조 공정이 간단하여, 그 결과 제조 비용이 염가가 된다는 것이다. 그러나 이 MQP-B 분말로 대표되는 종래의 등방성 본드 자석에는, 다음과 같은 문제점이 있다,

1) 종래의 등방성 본드 자석에서는, 자속밀도가 불충분하였다. 즉 사용되는 자석분말의 자기성능(자화)이 낮기 때문에, 본드 자석중의 자석분말의 함유량(함유율)을 높이지 않으면 안되지만, 자석분말의 함유량을 높게 하면, 본드 자석의 성형성이 나빠지기 때문에, 한계가 있다. 또한, 성형조건의 고안 등에 의해 자석분말의 함유량을 많게 하였다고 하더라도, 역시, 얻어지는 자속밀도에는 한계가 있고, 이것 때문에 모터의 소형화를 도모할 수 없다.

2) 보자력이 높기 때문에, 착자성이 나쁘고, 비교적 높은 착자 자장이 필요하였다.

3) 나노콤포지트 자석에서 잔류 자속 밀도가 높은 자석도 보고되어 있지만, 그 경우는 반대로 보자력이 지나치게 작고, 실용상 모터로서 얻어지는 자속밀도(실제로 사용될 때의 투과에서의)는 대단히 낮은 것이었다.

종래의 자석분말을 사용한 경우, 한계까지 자속 밀도를 높이기 위해서 본드 자석중의 자석분말의 함유량을 높게 하면(즉 본드 자석의 밀도를 극단적으로 고밀도화하면), 다음과 같은 문제가 생긴다.

a) 통상의 방법에서는 성형이 곤란해지거나, 또는 성형성이 나빠진다. 그 때문에, 성형방법이 압축성형에 한정되거나, 성형에 요하는 성형압력이나 성형온도를 높게 하거나, 기계의 대형화나 특수장치가 필요하게 되거나, 사용하는 결합수지의 종류나 조성에 현저한 제약을 받기도 한다.

b) 성형성의 저하로부터, 얻어진 본드 자석의 치수 정밀도도 저하한다.

c) 본드 자석의 내식성, 내열성이 저하한다.

d) 본드 자석이 무르게 되어, 균열이나 결손(chipping)이 생기기 쉽고, 충분한 기계적 강도가 얻어지지 않는다.

본 발명의 목적은, 자속밀도가 높고, 착자성에 뛰어나고, 양호한 신뢰성을 갖는 자석을 제공할 수 있는 자석분말 및 등방성 희토류 본드 자석을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 이하의 본 발명에 의해 달성된다.

R_x(Fe_1- _yCo_y)_100-x-z- _wB_zAl_w(단, R은 적어도 1종의 희토류 원소, x:8.1 내지 9.4원자%, y= 0 내지 0.30, z:4.6 내지 6.8원자%, w:0.02 내지 0.8원자%)로 나타나는 합금조성으로 이루어지고, 또한, 그 구성 조직이, 연 자성상(soft magnetic phase)과 경 자성상(hard magnetic phase)이 서로 인접하여 존재하는 조직으로 되어 있는 자석분말로서,

결합수지와 혼합 성형하여 등방성 본드 자석으로 하였을 때, 실온에서의 자기특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면에 있으며, Pc(투과 계수)=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에 있어서, 그 자속밀도가 하기 식(I)으로 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고, 또한 그 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0kOe인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 자석분말.

B=1.25×ρ+1.25×H …(I)

본 발명에 있어서는, 상기 구성조직은, 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 나노콤포지트 조직인 것이 바람직하다. 이 경우, 바람직하게는 상기 R은 Nd 및/또는 Pr을 주로 하는 희토류 원소이다. 또한 상기 R은, Pr을 포함하고, 그 비율이 상기 R 전체에 대하여 5 내지 75인 것이 바람직하다. 또한, 상기 R은, Dy를 포함하고, 그 비율이 상기 R 전체에 대하여 10이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 바람직하게는, 자석분말은, 용융합금을 급냉하는 것에 의해 얻어진 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 바람직하게는, 자석분말은, 냉각로울을 사용하여 제조된 급냉 리본(quenched ribbon)을 분쇄하여 얻어진 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 바람직하게는, 자석분말은, 그 제조과정에서, 또는 제조 후 적어도 1회 열처리가 실시된 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 평균 입자 직경이 0.5 내지 150μm인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상술한 자석분말을 결합수지로 결합하여 이루어지는 등방성 희토류 본드 자석에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 특징은, 자석분말을 결합수지로 결합하여 이루어지는 등방성 희토류 본드 자석으로서,

실온에서의 자기특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면에 있어서, Pc(투과 계수)=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에 있어서, 그 자속밀도가 하기 식(I)으로 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고, 또한 그 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0kOe 인 것을 특징으로 한다.

B=1.25×ρ+1.25×H …(I)

이 경우, 상기 자석분말은, 그 구성조직이, 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 조직으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 바람직하게는 상기 구성조직은, 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 나노콤포지트 조직이다.

이 등방성 본드 자석은, 다극 착자(multiple magnetization)에 제공되거나, 또는 다극 착자된 것으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 등방성 본드 자석은 바람직하게는 모터에 사용된다.

본 발명의 상술한 및 다른 목적, 구성 및 효과는 도면을 참조하여 아래의 실시예의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 자석분말 및 이것을 사용한 등방성 희토류 본드 자석의 실시예에 관해서, 상세히 설명한다.

[본 발명의 개요]

모터 등의 소형화를 도모하기 위해서, 자속밀도가 높은 자석을 얻는 것이 과제로 되어 있다. 본드 자석에 있어서의 자속밀도를 결정하는 요인은, 자석분말의 자기성능(자화)과, 본드 자석중에 있어서의 자석분말의 함유량(함유율)이 있지만, 자석분말 자체의 자기성능(자화)이 그다지 높지 않는 경우에는, 본드 자석중의 자석분말의 함유량을 극단으로 많게 하지 않으면 충분한 자속밀도가 얻어지지 않는다.

현재 보급되고 있는 상술한 MQI사 제조의 MQP-B 분말은, 상술한 바와 같이, 자속밀도가 불충분하고, 따라서, 본드 자석의 제조 시에, 본드 자석중의 자석분말의 함유량을 높이는 것, 즉 고밀도화를 부득이하게, 강도 등의 면에서 신뢰성이 부족함과 동시에, 보자력이 높기 때문에, 착자성이 나쁘다는 결점을 가지고 있다.

이것에 대하여, 본 발명의 자석분말 및 등방성 희토류 본드 자석은, 실온에서의 자기 특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면에 있어서, Pc=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에 있어서, 그 자속밀도가 상기 식(I)으로 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고, 또한 그 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0 kOe인 특성을 갖기 때문에, 충분한 자속밀도와 적절한 보자력이 얻어지고, 이것에 의해, 본드 자석중의 자석분말의 함유량(함유율)을 그다지 높일 필요가 없으며, 그 결과, 고강도로, 성형성, 내식성, 착자성 등이 뛰어난 신뢰성이 높은 본드 자석을 제공할 수 있고, 또한, 본드 자석의 소형화, 고성능화에 의해, 모터 등의 자석 탑재 기기의 소형화에도 크게 공헌할 수 있다.

또한, 본 발명의 자석분말은, 경 자성상과 연 자성상이 수 10nm 레벨로 서로 인접하여 존재하는 조직(특히 나노콤포지트 조직)을 구성하는 것으로 할 수 있다.

상술한 MQI사 제조의 MQP-B 분말은, 경 자성상의 단상조직(single phase structure)이지만, 이러한 나노콤포지트 조직에서는 자화가 높은 연 자성상이 존재하기 때문에, 토탈의 자화가 높아지는 이점이 있고, 더욱이 리코일 투자율(recoil permeability)이 높게 되기 때문에, 일단 역자장을 가하더라도 그 후의 감자율이 작다는 이점도 갖는다.

종래의 나노콤포지트 조직을 갖는 자석이라도, 잔류 자속밀도가 높은 것도 있지만, 보자력(coercivity)이 낮고, 각(squreness) 형성이 나쁘기 때문에 Pc가 약 5 이상이 아니면 상기 식(I)보다 높은 자속밀도는 얻어지지 않고, 그 때문에, 본드 자석의 용도는 매우 한정된다.

[자석분말의 합금 조성]

자석분말은, R_x(Fe_1- _yCo_y)_100-x-z- _wB_zAl_w(단, R은 적어도 1종의 희토류 원소, x:8.1 내지 9.4원자%, y:0 내지 0.30, z:4.6 내지 6.8원자%, w:0.02 내지 0.8원자%)로 나타나는 합금조성으로 이루어진다.

R(희토류 원소)로서는, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 미시메탈(misch metal)을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.

R의 함유량(함유율)은, 8.1 내지 9.4원자로 된다. R이 8.1원자미만에서는, 충분한 보자력이 얻어지지 않고, Al을 첨가하더라도 보자력의 향상이 적다. 한편, R이 9.4원자를 초과하면, 자화의 포텐셜(potential)이 내려가기 때문에, 충분한 자속밀도가 얻어지지 않게 된다.

여기서, R은 Nd 및/또는 Pr을 주(principal ingredient)로 하는 희토류 원소인 것이 바람직하다. 그 이유는, 이들 희토류 원소는, 나노콤포지트 조직을 구성하는 경 자성상의 포화자화를 높이고, 또한 자석으로서 양호한 보자력을 실현하기 위해서 유효하기 때문이다.

또한, R은, Pr을 포함하고, 그 비율이 R 전체에 대하여 5 내지 75인 것이 바람직하고, 20 내지 60인 것이 보다 바람직하다. 이 범위라면, 잔류 자속 밀도의 저하를 거의 발생하지 않고서, 보자력 및 각형성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

또한, R은, Dy를 포함하고, 그 비율이 R 전체에 대하여 10이하인 것이 바람직하다. 이 범위이면, 잔류 자속 밀도의 현저한 저하를 발생하지 않고서, 보자력을 향상시킬 수 있는 동시에, 온도 특성의 향상도 가능해지기 때문이다.

Co(코발트)는, Fe와 같은 특성을 갖는 천이금속이다. 이 Co를 첨가하는 것(Fe의 일부를 치환하는 것)에 의해, 퀴리 온도가 높아지고, 온도 특성이 향상하지만, Fe에 대한 Co의 치환비율이 0.30을 넘으면, 보자력, 자속밀도는 함께 저하하는 경향을 보인다. Fe에 대한 Co의 치환비율이 0.05 내지 0.20의 범위에서는, 온도특성의 향상 뿐만 아니라, 자속 밀도 자체도 향상하기 때문에, 더욱 바람직하다.

B(붕소)는, 높은 자기 특성을 얻기 위해 중요한 원소이고, 그 함유량은, 4.6 내지 6.8원자로 된다. B가 4.6미만이면, B-H 루프에 있어서의 각형성이 나빠진다. 한편, B가 6.8를 넘으면, 비자성상이 많아져, 자속밀도가 급감한다.

Al(알루미늄)은, 보자력 향상에 있어서 유리한 원소이고, 0.02 내지 0.8원자%의 범위에서 보자력 향상의 효과가 현저히 나타난다. 또한, 이 범위에서는, 보자력 향상에 따라서, 각형성 및 자기 에너지면적도 향상한다. 게다가, 내열성 및 내식성에 대해서도 양호하게 된다. 단, 상술한 바와 같이, R이 8.1원자% 미만에서는, Al 첨가에 의한 이러한 효과는 매우 작다. 또한, Al이 0.8원자%를 넘으면, 자화의 저하가 현저하게 된다. 이와 같이, 본 발명에서는, Al을 미량 또는 극미량 함유시키는 것에 그 특징을 찾아낸 것이고, 0.8원자%를 넘는 양을 첨가하는 것은, 오히려 역효과이며, 본 발명이 의도하는 부분은 아니다.

또한, 자기 특성을 향상시키기 위해서, 자석분말을 구성하는 합금중에는, 필요에 따라서, Cu, Ga, Si, Ti, V, Ta, Zr, Nb, Mo, Hf, Ag, Zn, P, Ge 등의 다른 원소를 함유하는 것도 가능하다.

[나노콤포지트 조직]

나노콤포지트 조직은, 연 자성상(10)과 경 자성상(11)이, 예를 들면 도 1, 도 2 또는 도 3에 도시하는 바와 같은 패턴(모델)으로 존재하고 있고, 각 상의 두께나 입자 직경이 나노 미터 레벨(예를 들면 1 내지 100 nm)로 존재하고 있다. 그리고, 연 자성상(10)과 경 자성상(11)이 서로 인접하여, 자기적인 교환상호 작용을 발생한다. 또, 도 1 내지 도 3에 도시하는 패턴은, 일 예이고, 이들에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 도 2에 도시하는 패턴에 있어서, 연 자성상(10)과 경 자성상(11)이 반대로 되어 있어도 좋다.

연 자성상의 자화는, 외부자계의 작용에 의해 용이하게 그 방향을 바꾸기 때문에, 경 자성상에 혼재(coexist)하면 , 시스템 전체의 자화곡선은 B-H 도의 제 2 사분면에서 계단이 있는 「뱀형 곡선(serpentine curve)」으로 된다. 그러나, 연 자성상의 사이즈가 수 10nm 이하로 충분히 작은 경우에는, 소트트 자성체의 자화가 주위의 경 자성체의 자화와의 결합에 의해서 충분히 강하게 구속되며, 시스템 전체가 경 자성체로서 행하게 된다.

이러한 나노콤포지트 조직을 갖는 자석은, 주로, 이하에 예를 드는 특징 1) 내지 5)를 가지고 있다.

1) B-H 도의 제 2 사분면에서, 자화가 가역적으로 튀어 오른다(이 의미에서 「스프링 자석」이라고도 한다).

2) 착자성이 좋고, 비교적 낮은 자장에서 착자할 수 있다.

3) 자기 특성의 온도 의존성이 경 자성상 단독의 경우와 비교하여 작다.

4) 자기 특성의 경시(lapse of time) 변화가 작다.

5) 미세 분쇄하더라도 자기 특성이 열악화되지 않는다.

상술한 합금조성에 있어서, 경 자성상 및 연 자성상은, 예를 들면 다음과 같은 것이 된다.

경 자성상: R₂TM₁₄B계(단, TM은 Fe 또는 Fe와 Co), 또는 R₂TM₁₄BAl계

연 자성상: TM(특히 α-Fe, α-(Fe, Co)), 또는 TM과 Al과의 합금

[자석분말의 제조]

본 발명의 자석분말은, 용융 합금을 급냉하는 것에 의해 제조된 것이 바람직하고, 특히, 합금의 용탕을 급냉, 고화하여 얻어진 급냉 리본(quenched ribbon)을 분쇄하여 제조된 것이 바람직하다. 이하, 그 방법의 일 예에 대해서 설명한다.

도 4는 단일 로울을 사용한 급냉법에 의해 자석재료를 제조하는 장치(급냉 리본 제조장치)의 구성예를 도시하는 사시도, 도 5는, 도 4에 도시하는 장치에 있어서의 용탕의 냉각로울로의 충돌 부위 부근의 상태를 도시하는 단면 측면도이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 급냉 리본 제조장치(1)는, 자석재료를 수납할 수 있는 원통체(2)와, 해당 원통체(2)에 대하여 도면중 화살표(9A) 방향으로 회전하는 냉각로울(5)을 구비하고 있다. 원통체(2)의 하단에는, 자석재료(합금)의 용탕을 사출하는 노즐(오리피스)(3)이 형성되어 있다.

또한, 원통체(2)의 노즐(3) 근방의 외주에는, 가열용의 코일(4)이 배치되고, 이 코일(4)에 예를 들면 고주파를 인가함으로써, 원통체(2)내를 가열(유도가열)하여, 원통체(2)내의 자석재료를 용융상태로 한다.

냉각로울(5)은, 기초부(51)와, 냉각로울(5)의 원주면(53)을 형성하는 표면층(52)으로 구성되어 있다.

기초부(51)의 구성재료는, 표면층(52)과 같은 재질로 일체로 구성되어 있어도 되고, 또한, 표면층(52)과는 다른 재질로 구성되어 있어도 된다.

기초부(51)의 구성재료는, 특히 한정되지 않지만, 표면층(52)의 열을 보다 빠르게 방산할 수 있도록, 예를 들면 구리 또는 구리계 합금과 같은 열전도율이 높은 금속재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 표면층(52)은, 열전도율이 기초부(51)와 동등하거나 또는 기초부(51)보다 낮은 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 급냉 리본 제조장치(1)는, 챔버(도시하지 않음)내에 설치되고, 해당 챔버내에, 바람직하게는 불활성 가스나 그 밖의 분위기 가스가 충전된 상태에서 작동한다. 특히, 급냉 리본(8)의 산화를 방지하기 위해서, 분위기 가스는, 예를 들면 아르곤 가스, 헬륨 가스, 질소 가스 등의 불활성 가스인 것이 바람직하다.

급냉 리본 제조장치(1)에서는, 원통체(2)내에 자석재료(합금)을 넣고, 코일(4)에 의해 가열하여 용융하고, 그 용탕(6)을 노즐(3)로부터 토출하면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 용탕(6)은, 냉각로울(5)의 원주면(53)에 충돌하고, 패들(탕욕)(7)을 형성한 후, 회전하는 냉각로울(5)의 원주면(53)으로 끌면서 급속히 냉각되어 응고하고, 급냉 리본(8)이 연속적 또는 단속적으로 형성된다. 이렇게 하여 형성된 급냉 리본(8)은, 곧, 그 로울면(81)이 원주면(53)으로부터 떨어지고, 도 4중의 화살표(9B) 방향으로 진행한다. 또, 도 5중, 용탕의 응고계면(71)을 점선으로 나타낸다.

냉각로울(5)의 원주속도는, 합금용탕의 조성, 원주면(53)의 용탕(6)에 대한 습윤성 등에 의해 그 적합한 범위가 다르지만, 자기 특성 향상을 위해, 통상, 1 내지 60m/초인 것이 바람직하고, 5 내지 40m/초인 것이 보다 바람직하다. 냉각로울(5)의 원주속도가 너무 늦으면, 급냉 리본(8)의 부피유량(단위 시간당 토출되는 용탕의 체적)에 따라서는, 급냉 리본(8)의 두께(t)가 두껍게 되고, 결정 입자 직경이 증대하는 경향을 나타내고, 반대로 냉각로울(5)의 원주속도가 지나치게 빠르면, 대부분이 비정질 조직으로 되며, 양쪽의 경우 모두, 그 후에 열처리를 가하였다고 해도 자기특성의 향상을 기대할 수 없게 된다.

또, 얻어진 급냉 리본(8)에 대해서는, 예를 들면, 비정질 조직의 재결정화의 촉진, 조직의 균질화를 위해, 열처리를 실시하는 것도 가능하다. 이 열처리의 조건으로서는, 예를 들면, 400 내지 900℃에서, 0.5 내지 300분 정도로 할 수 있다.

또한, 이 열처리는, 산화를 방지하기 위해서, 진공 또는 감압상태하(예를 들면 1×10^-1 내지 1×10^-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스 중과 같은, 비산화성 분위기중에서 행하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 제조방법에 의해 얻어진 급냉 리본(리본 형상의 자석재료)(8)은, 미세 결정조직, 또는 미세결정이 비정질 조직중에 포함되는 것과 같은 조직이 되고, 뛰어난 자기 특성이 얻어진다. 그리고, 이 급냉 리본(8)를 분쇄함으로써, 본 발명의 자석분말이 얻어진다.

분쇄방법은, 특히 한정되지 않으며, 예를 들면 볼 밀, 진동 밀, 제트 밀, 핀 밀 등의 각종 분쇄장치, 파쇄장치를 사용하여 행할 수 있다. 이 경우, 분쇄는, 산화를 방지하기 위해서, 진공 또는 감압상태하(예를 들면 1×10^-1 내지 1×10^-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스중과 같은, 비산화성 분위기중에서 행할 수도 있다.

자석분말의 평균 입자 직경은, 특히 한정되지 않지만, 후술하는 등방성 희토류 본드 자석을 제조하기 위한 것인 경우, 자석분말의 산화방지와, 분쇄에 의한 자기 특성 열화의 방지를 고려하여, 0.5 내지 l50μm 정도가 바람직하고, 0.5 내지 80μm 정도가 보다 바람직하며, 1 내지 50μm 정도가 더욱 바람직하다.

또한, 본드 자석의 성형시의 보다 양호한 성형성을 얻기 위해서, 자석분말의 입자 직경 분포는, 어느 정도 분산되어 있는 (흩어짐이 있다)것이 바람직하다. 이것에 의해, 얻어진 본드 자석의 공극율을 저감할 수 있고, 그 결과, 본드 자석중의 자석분말의 함유량을 같다고 하였을 때에, 본드 자석의 밀도나 기계적 강도를 보다 높일 수 있고, 자기 특성을 더욱 향상할 수 있다.

또, 얻어진 자석분말에 대해서는, 예를 들면, 분쇄에 의해 도입된 변형의 영향의 제거, 결정입자 직경의 제어를 목적으로서, 열처리를 실시할 수도 있다. 이 열처리의 조건으로서는, 예를 들면, 350 내지 850℃에서, 0.5 내지 300분 정도로 할 수 있다.

또한, 이 열처리는, 산화를 방지하기 위해서, 진공 또는 감압상태하(예를 들면 1×10^-1 내지 1×10^-6Torr), 또는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스중과 같은, 비산화성 분위기중에서 행하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 자석분말을 사용하여 본드 자석을 제조한 경우, 그와 같은 자석분말은, 결합수지와의 결합성(결합수지의 습윤성)이 좋고, 그 때문에, 이 본드 자석은, 기계적 강도가 높으며, 열안정성(내열성), 내식성이 뛰어난 것으로 된다. 따라서, 해당 자석분말은, 본드 자석의 제조에 적합하다.

또, 이상에서는, 급냉법으로서, 단일 로울법을 예로 설명하였지만, 쌍 로울법을 채용해도 된다. 또한, 기타, 예를 들면 가스 분무와 같은 분무법, 회전 디스크법, 용융추출법, 미케니컬·얼로잉(MA)법 등에 의해 제조해도 된다. 이러한 급냉법은, 금속조직(결정입자)을 미세화할 수 있기 때문에, 본드 자석의 자석특성, 특히 보자력 등을 향상시키는 데 유효하다.

[본드 자석 및 그 제조]

다음에, 본 발명의 등방성 희토류 본드 자석(이하 간단히 「본드 자석」이라고도 한다)에 대해서 설명한다.

본 발명의 본드 자석은, 상술한 자석분말을 결합수지로 결합하여 이루어지는 것이다.

결합수지(binder)로서는, 열가소성 수지, 열경화성 수지의 어떠한 것이라도 좋다.

열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리아미드(예: 나일론6, 나일론46, 나일론66, 나일론610, 나일론612, 나일론11, 나일론12, 나일론6-12, 나일론6-66), 열가소성 폴리이미드, 방향족 폴리에스테르 등의 액정 중합체, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 등의 폴리올레핀, 변성 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈 등, 또는 이들을 주로 하는 공중합체, 블렌드체, 중합체 알로이(alloy) 등을 들 수 있고, 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

이들 중에서도, 성형성이 특히 뛰어나고, 기계적 강도가 높기 때문에, 폴리아미드, 내열성 향상의 면에서, 액정 중합체, 폴리페닐렌설파이드를 주로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 열가소성 수지는, 자석분말과의 혼련성(kneadability)도 우수하다.

이러한 열가소성 수지는, 그 종류, 공중합화 등에 의해, 예를 들면 성형성을 중시한 것이나, 내열성, 기계적 강도를 중시한 것과 같이, 광범위한 선택이 가능해진다는 이점이 있다.

한편, 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 비스페놀형, 노볼락형, 나프탈렌계 등의 각종 에폭시 수지, 페놀수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르(불포화 폴리에스테르)수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 들 수 있고, 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

이들 중에서도, 성형성이 특히 뛰어나고, 기계적 강도가 높고, 내열성이 뛰어난 점에서, 에폭시 수지, 페놀수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지가 바람직하고, 에폭시 수지가 특히 바람직하다. 또, 이들 열경화성 수지는, 자석분말과의 혼련성, 혼련의 균일성도 우수하다.

또, 사용되는 열경화성 수지(미경화)는, 실온에서로 액상인 것이라도, 고형(분말상)인 것이라도 좋다.

이러한 본 발명의 본드 자석은, 예를 들면 다음과 같이 제조된다. 자석분말과, 결합수지와, 필요에 따라서 첨가제(산화 방지제, 윤활제 등)를 포함하는 본드 자석용 조성물(컴파운드)을 제조하고, 이 본드 자석용 조성물을 사용하여, 압축성형(프레스 성형), 압출성형, 사출성형 등의 성형방법에 의해, 무자장중에서 원하는 자석형상으로 성형한다. 결합수지가 열경화성 수지인 경우에는, 성형후, 가열 등에 의해 그것을 경화한다.

여기서, 상기 3종의 성형방법중, 압출성형 및 사출성형(특히, 사출성형)은, 형상선택의 자유도가 광범위하고, 생산성이 높은 등의 이점이 있지만, 이들 성형방법에서는, 양호한 성형성을 얻기 위해서, 성형기내에서의 컴파운드가 충분한 유동성을 확보하지 않으면 안되기 때문에, 압축성형과 비교하여, 자석분말의 함유량을 많게 하는 것, 즉 본드 자석을 고밀도화할 수 없다. 그러나, 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이, 높은 자속밀도가 얻어지고, 그 때문에, 본드 자석을 고밀도화하지않더라도 뛰어난 자기특성이 얻어지기 때문에, 압출성형, 사출성형에 의해 제조되는 본드 자석에도 그 이점을 누릴 수 있다.

본드 자석중의 자석분말의 함유량(함유율)은, 특히 한정되지 않고, 통상은, 성형방법이나, 성형성과 고자기 특성과의 양립을 고려하여 결정된다. 구체적으로는, 75 내지 99wt정도인 것이 바람직하고, 85 내지 97.5wt정도인 것이 보다 바람직하다.

특히, 본드 자석이 압축성형에 의해 제조되었지만 경우에는, 자석분말의 함유량은, 90 내지 99wt정도인 것이 바람직하고, 93 내지 98.5wt정도인 것이 보다 바람직하다,

또한, 본드 자석이 압출성형 또는 사출성형에 의해 제조된 경우에는 자석분말의 함유량은, 75 내지 98wt정도인 것이 바람직하고, 85 내지 97wt정도인 것이 보다 바람직하다.

본드 자석의 밀도(ρ)는, 그것에 포함되는 자석분말의 비중, 자석분말의 함유량, 공극율 등의 요인에 의해 결정된다. 본 발명의 본드 자석에 있어서, 그 밀도(ρ)는 특히 한정되지 않지만, 5.3 내지 6.6g/cm³정도인 것이 바람직하고, 5.5 내지 6,4g/cm³정도인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서는, 자석분말의 자속밀도, 보자력이 크기 때문에, 본드 자석으로 성형한 경우에, 자석분말의 함유량이 많은 경우는 물론이며, 함유량이 비교적 적은 경우라도, 뛰어난 자기특성(특히, 고 자기 에너지면적, 고 보자력)이 얻어진다.

본 발명의 본드 자석의 형상, 치수 등은 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 형상에 대해서는, 예를 들면, 원주형, 각기둥형, 원통형(링형), 원호형, 평판형, 만곡판형 등의 모든 형상의 것이 가능하고, 그 크기도, 대형인 것으로부터 초소형인 것까지 모든 크기의 것이 가능하다. 특히, 소형화, 초소형화된 자석에 유리한 것은, 본 명세서중에서 자주 언급하고 있는 바와 같다.

이상과 같은 본 발명의 본드 자석은, 실온에서의 자기특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면에 있어서, Pc(투과 계수)=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에서, 그 자속밀도가 하기 식(I)에서 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고(도 6중의 사선으로 나타내는 영역내에 있고), 또한 그 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0 k0e라는 자기특성을 갖고 있다.

B=1.25×ρ+1.25 ×H…(I)

(단, B는 자속밀도 [kG], ρ는 본드 자석의 밀도[g/cm³], H는 자계[kOe]를 나타낸다) 또, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, H는, 제 2 사분면에서는 음의 값이 된다.

이하, 그 이유에 대해서 설명한다.

[식(I)에 대해서]

상술한 MQP-B 분말에 의해 제조된 본드 자석과 같이, 현존하는 등방성 본드 자석에서는, Pc>2.0에 있어서 상기 식(I)보다도 높은 자속밀도를 얻는 것은 어렵고, 모터 등의 한층 더 소형화를 달성하는 것은 불가능하다.

또한, 식(I)보다도 높은 B측의 자속 밀도가 얻어지면, 자석분말의 함유량을 많게 하여 본드 자석의 밀도(ρ)를 높게 하지 않고서, 즉, 본드 자석의 성형성, 내식성, 내열성, 기계적 강도의 저하를 초래하지 않고서, 고 자기특성의 본드 자석이 얻어진다.

또, 여기서, Pc가 2.0 이상의 영역으로 한 것은, 실제로 사용되는 모터용도등에서는, 거의 이 영역에서 커버할 수 있기 때문이다.

[고유 보자력에 대해서]

본드 자석의 고유 보자력(iHc)은 5.1 내지 9.0 kOe 인 것이 바람직하고, 5.5 내지 8.5 kOe가 보다 바람직하다.

고유 보자력(iHc)이 상기 상한치를 넘으면 , 착자성이 열악화되고, 상기 하한치 미만이면, 모터의 용도에 따라서는 역자장이 걸렸을 때의 감자(減磁)가 현저하게 되고, 또한, 고온에 있어서의 내열성이 취약화된다. 따라서, 고유 보자력(iHc)을 상기 범위로 하는 것에 의해, 본드 자석(특히, 원통형 자석)에 다극 착자 등을 하는 경우에, 충분한 착자 자장이 얻어질 때에도, 양호한 착자가 가능해지고, 충분한 자속밀도가 얻어지며, 고성능인 본드 자석, 특히 모터용 본드 자석을 제공할 수 있다.

본 발명의 본드 자석의 자기 에너지면적 (BH)max은, 특히 한정되지 않지만 7 내지 15 MGOe 정도가 바람직하고, 12 내지 15 MGOe 정도가 보다 바람직하다.

(실시예 1)

이하에 설명하는 바와 같은 방법으로 합금조성이 Nd_8.9Fe_balCo₈B_5.5Al_0.2(이하, 「조성(A)」라고 한다)의 자석분말을 얻었다.

먼저, Nd, Fe, Co, B, Al 각 원료를 계량하여 모합금(mother alloy) 잉곳을 주조하고, 이 잉곳으로부터 약 15g의 샘플을 절단하였다.

도 4 및 도 5에 도시하는 구성의 급냉 리본 제조장치를 준비하여, 밑바닥부에 노즐(둥근 구멍 오리피스)을 설치한 석영관내에 상기 샘플을 넣었다. 급냉 리본 제조장치(1)가 수납되어 있는 챔버내를 탈기(evacuating)한 후, 불활성 가스(Ar 가스)를 도입하고, 원하는 온도 및 압력의 분위기로 하였다,

그 후, 석영관내의 잉곳 샘플을 고주파 유도가열에 의해 용해하고, 또한, 냉각로울의 원주속도 및 분사압(석영관의 내압과 분위기압과의 차압)을 각각 20m/초, 40kPa로 조정하여, 용탕을 냉각로울의 원주면을 향하여 분사하고, 급냉 리본(평균두께: 약 30μm, 평균폭: 약 2 mm)을 얻었다.

이 급냉 리본을 거칠게 분쇄한 후, Ar 가스 분위기중에서 700℃×300sec의 열처리를 실시하고, 조성(A)의 자석분말을 얻었다.

얻어진 자석분말에 대해서, 그 상 구성을 분석하기 위해서, Cu-Kα를 사용하여 회절각 20°내지 60°에서 X선 회절을 행하였다. 회절 패턴으로부터 경 자성상인 Nd₂(Fe·Co)₁₄B₁상과, 연 자성상인 α-(Fe, Co)상의 회절 피크를 확인할 수 있고, 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰 결과로부터, 나노콤포지트 조직을 형성하고 있는 것이 확인되었다.

또한, 얻어진 자석분말에 대해서, VSM에 의해 자기특성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 제시한다. 또, 측정에 있어서, 반자계 보정은 행하지 않았다.

	ρ(emu/g)	iHC(kOe)
조성(A)	110.5	6.2

다음에, 입도 조정을 위해, 이 자석분말을 또한 분쇄기(라이카이기)를 사용하여 아르곤 가스중에서 분쇄하여, 평균 입자 직경30μm의 자석분말로 하였다.

삭제

이 자석분말과, 에폭시 수지(결합수지)와, 소량의 하이드라진계 산화 방지제를 혼합, 혼련하여 본드 자석용 조성물(컴파운드)을 제작하였다.

이어서, 이 컴파운드를 분쇄하여 입자형상으로 하고, 이 입자 형상물을 계량하여 프레스 장치의 금형내에 충전하고, 압력 6ton/cm²으로 압축성형(무자장 중)하여, 성형체를 얻었다.

이형후, 가열에 의해 에폭시 수지를 경화시켜 (큐어 처리), 직경 10mmφ× 높이 8mm의 원주형의 등방성 본드 자석을 얻었다. 이 본드 자석을 본 발명1로 한다. 또, 본드 자석중의 자석분말의 함유량은, 97.0wt% 이었다.

또한, 비교예 로서, 시판되는 MQI 사 제조의 MQP-B 분말에 의한 자석분말을 준비하여, 이 자석분말을 사용하여, 상기 본 발명1과 같은 조건, 방법으로 본드 자석을 제조하였다. 이 본드 자석을 비교예 1로 한다.

얻어진 2종의 본드 자석의 밀도는, 모두 6.10g/cm³이었다. 게다가, 이들 양 본드 자석에 대해서, 미리 펄스 착자(최대 인가 자장4OkOe)한 후, 직류 자기 자속계로써 최대 인가 자장25kOe에서 자기특성을 측정하였다. 측정시의 온도는, 23℃(실온)이었다. 그 결과를 하기 표 2에 제시한다.

	Br(kG)	iHC(kOe)	(BH)max(MGOe)
본 발명 1	8.5	6.2	12.7
비교예 1	7.2	10.0	11.0

또한, 양 본드 자석의 감자곡선을 나타낸 B-H 도를 도 6에 도시한다. 본드 자석의 밀도(ρ)는, 본 발명 1, 비교예 1 모두, ρ=6.10g/cm³이기 때문에, 상기 식(I)은,

B=7.63+1.25H

가 된다. 이 직선과, Pc=2.0의 2개의 직선을 모두 도 6에 도시한다.

이 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 1과 비교예 1의 본드 자석은, 같은 밀도이면서, 얻어지는 자속 밀도는 본 발명 1의 쪽이 높다.

또한, 본 발명 1에서는, Pc>2.0에 있어서, 자속밀도는 식(I)보다 항상 높은 값이 되고, 따라서, 본 발명 1의 본드 자석을 모터 등에 실제로 사용한 경우, 동등한 성능을 유지하면서, 기기의 대폭적인 소형화가 가능해진다.

다음에, 본 발명 1, 비교예 1의 양 본드 자석에 대해서, 착자자계(착자자장)의 강도와 착자율과의 관계를 조사하였다. 그 결과를 도 7에 도시한다. 착자율은, 착자자계를 60kOe로 하였을 때의 잔류 자속 밀도의 값을 100로 하고, 이것에 대한 비율로 나타내었다.

도 7로부터 분명한 바와 같이, 본 발명 1은, 비교예 1과 비교하여, 착자성이 우수하다. 즉, 보다 낮은 착자자장에서, 높은 자속밀도를 얻는 것이 가능해진다.

다음에, 본 발명 1과 동일한 본드 자석용 조성물(컴파운드)을 사용하여, 링형 캐비티를 갖는 금형에 입상물을 충전하여, 압력 7ton/cm²으로 압축성형(무자장중)하여, 성형체를 얻었다.

이형후, 에폭시 수지를 가열경화시켜, 외경 22mmφ×내경20mmφ× 높이4mm의 원통형(링형)의 등방성 본드 자석을 얻었다. 이 본드 자석을 본 발명 2로 한다. 또, 이 본드 자석중의 자석분말의 함유량은, 97.5wt%, 본드 자석의 밀도(ρ)는, 6.24g/cm³이었다.

또한, 비교예 1과 동일한 본드 자석용 조성물(컴파운드)을 사용하여, 본 발명 2와 동일 조건으로, 동일 사이즈의 원통형(링형)의 등방성 본드 자석을 제조하였다. 이 본드 자석을 비교예 2로 한다, 또, 이 본드 자석중의 자석분말의 함유량은, 97.6wt, 본드 자석의 밀도(ρ)는, 6.25g/cm³이었다.

얻어진 본 발명 2 및 비교예 2의 등방성 본드 자석을 8극에 다극 착자하였다. 착자 시에 착자 코일에 흘리는 전류치는 16kA로 하였다. 이렇게 하여 착자된 양 본드 자석을 로터 자석으로서 사용하여 CD-ROM 용 스핀들 모터를 조립하였다.

이 CD-ROM용 스핀들 모터에 있어서, 로터를 1000rpm에서 회전시키었을 때의 권선 코일에 발생한 역 기전압을 측정하였다. 그 결과, 비교예 2의 본드 자석을 사용한 것은 전압이 0.80V인데 대하여, 본 발명 2의 본드 자석을 사용한 것으로서는 0.98V와 20정도 높은 값이 얻어졌다.

또한, 본 발명 2의 본드 자석의 치수 오차(치수의 분산)을 조사한 바, 본드 자석의 내경, 외경, 높이의 모두에 대해서도, 치수 오차가 적고(±0.05이내), 높은 치수 정밀도를 갖고 있었다,

(실시예 2)

본 발명 1의 자석분말 및 결합수지를 사용하여, 압축 성형시의 성형압을 변화시킨 것 이외는 동일하게 하여, 밀도(ρ)가 다른 수종의 등방성 본드 자석을 제조하였다. 이 본드 자석을 본 발명 3으로 한다.

또한, 비교예 1의 자석분말(MQP-B 분말) 및 결합수지를 사용하여, 압축성형시의 성형압을 변화시킨 것 이외는 동일하게 하여, 밀도(ρ)가 다른 수 종류의 본드 자석을 제조하였다. 이 본드 자석을 비교예 3으로 한다.

이들에 대해서, 각 성형압에 대한 본드 자석의 밀도(ρ)를 조사하였다. 그 결과를 하기 표 3에 제시한다.

성형압(t/cm²)	4	6	9	20	30	45
본발명 3(g/cm³)	5.90	6.13	6.35	6.55	6.60	6.65
비교예 3(g/cm³)	5.89	6.14	6.35	6.53	6.60	6.67

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 성형압과 밀도의 상관은, 본 발명 3, 비교예 3 모두 같이 거의 동등하고, 성형압을 높게 할수록, 공극율이 저하하여, 고밀도의 본드 자석이 얻어진다는 경향을 보인다.

또한, 어느쪽의 본드 자석에 있어서도, 밀도(ρ)가 6.6g/cm³을 넘도록 성형하면, 본드 자석이 무르게 되어, 균열(크랙)이 발생하였기 때문에, 실제로는 양호하게 성형하는 것이 곤란하였다.

실시예 1에서 설명한 바와 같이, 본드 자석의 밀도를 같다고 한다면, 본 발명 3의 본드 자석쪽이 비교예 3의 본드 자석과 비교하여 높은 자속밀도가 얻어진다. 바꾸어 말하면, 같은 자속밀도를 얻기 위해, 본 발명 3의 본드 자석쪽이, 낮은 밀도로 가능하고, 또는, 작은 부피로 가능하다는 사실이 된다. 저밀도로 가능하다는 것은, 그 만큼, 성형성이 양호하고, 따라서, 치수 정밀도가 높고, 균열 등의 결함이 생기기 어려우며, 고 강도로 신뢰성이 높은 본드 자석이 얻어진다. 또한, 작은 부피로 가능하다는 것은, 본드 자석을 설계함에 있어서, 그 형상이나 치수의 자유도가 증가하고, 본드 자석을 탑재하는 모터 등의 기기의 소형화에 기여한다,

더욱이, 상기 본 발명 3 및 비교예 3의 본드 자석중, 밀도가 6.35g/cm³인 것과, 밀도가 6.60g/cm³의 자석에 대해서, 60℃×95RH에서 500시간까지의 항온 항습 시험을 행하여, 내식성을 조사하였다. 이 내식성의 평가는, 본드 자석 표면에서의 녹의 발생의 유무를 육안으로 판별하는 것에 의해 수행하였다.

본 발명 3, 비교예 3의 쌍방 모두, 밀도가 6.35g/cm³의 자석에 있어서는 녹의 발생이 보이지 않았지만, 밀도가 6.6Og/cm³의 자석에 대해서는 녹의 발생이 보였다. 이 점에서, 본드 자석을 고밀도화하면 내식성이 저하하는 것이 확인되었다.

따라서, 자기특성이 뒤떨어지는 종래의 자석분말을 사용하여 고밀도의 본드 자석을 제조하였다고 해도, 충분한 자속밀도가 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 녹이 생기기 쉽고, 신뢰성이 낮은 자석이 되어 버린다.

이것에 대하여, 본 발명의 본드 자석에서는, 그다지 고밀도화하지 않더라도, 즉, 양호한 내식성을 유지할 수 있을 정도의 밀도라도, 높은 자속밀도를 얻을 수 있고, 고성능으로 신뢰성이 높은 본드 자석을 제공할 수 있다.

(실시예 3)

실시예 1과 같은 방법에 의해, 합금조성이 Nd_8.9Fe_86.25- _xCo₈B_5.7Al_x의 급냉 리본을 제조하여, Ar 가스 분위기중에서, 700℃×10분간의 열처리를 행하였다. 상기와 같은 분석방법으로부터, 이 급냉 리본의 조직은, 나노콤포지트 조직을 형성하고 있는 것이 확인되었다.

다음에, 실시예 1과 동일하게 하여, 상기 급냉 리본에서 자석분말을 얻고, 이 자석분말로부터 등방성 본드 자석을 제조하였다. 성형압의 조정에 의해, 본드 자석의 밀도는 전부 6.20g/cm³가 되도록 하였다.

급냉 리본의 제조 시에는, Al 함유량(x)을 다양하게 변화시켰다. 자석분말중의 Al함유량(x)과, 얻어진 본드 자석의 자기특성과의 관계를 하기 표 4에 제시한다.

Al 함유량과 자기특성과의 관계

X(원자)	Br(kG)	iHC(kOe)	(BH)max(MGOe)
0	8.4	4.3	9.7
0.02	8.8	5.5	12.4
0.05	9.0	6.5	13.9
0.2	8.8	6.3	13.4
0.8	8.6	5.8	12.1
1	8.2	5.0	10.9
1.5	7.9	4.5	8.8

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, Al 함유량(x)이 0.02 내지 0.8원자의 범위에서 보자력 향상의 효과가 나타났다. Al 함유량(x)이 O.8원자를 넘는 경우에는, Br 및 각형성(SQ)의 저하가 현저하게 되고, 그 때문에 충분한 자기 에너지면적이 얻어지지 않는다.

또한, 각 본드 자석의 감자곡선을 나타낸 B-H 도를 도 8에 도시한다. 도 8로부터 분명한 바와 같이, Al 함유량(x)이 0.02 내지 0.8원자%의 범위에 있어서, 상기 식(I)보다도 항상 높은 자속밀도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

실시예 1과 같은 방법에 의해, 합금조성이 (Nd_1-yPr_y)_9.0Fe_86.25Co ₈B_5.7Al_0.2의 급냉 리본을 제조하여, Ar 가스 분위기중에서, 650℃×10분간의 열처리를 행하였다. 상기와 같은 분석방법으로부터, 이 급냉 리본의 조직은, 나노콤포지트 조직을 형성하고 있는 것이 확인되었다.

다음에, 실시예 1과 동일하게 하여, 상기 급냉 리본에서 자석분말을 얻고, 이 자석분말로부터 등방성 본드 자석을 제조하였다. 성형압의 조정에 의해, 본드 자석의 밀도는 전부 6.35g/cm³이 되도록 하였다.

급냉 리본의 제조 시에는, Pr 치환량(y)을 여러가지로 변화시켰다. 자석분말중의 Pr 치환량(y)과, 얻어진 본드 자석의 자기 특성과의 관계를 도 9에 도시한다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, Nd의 일부를 Pr로 치환하는 것에 의해, 보자력의 향상이 보인다.

(실시예 5)

실시예 1과 같은 방법에 의해, 합금조성이((Nd_0.5Pr_0.5)_zDy_1-z) _9.0Fe_86.25Co₈B_5.7 Al_0.2의 급냉 리본을 제조하여, Ar 가스 분위기중에서, 680℃×15분간의 열처리를 행하였다. 상기와 같은 분석방법으로부터, 이 급냉 리본의 조직은, 나노콤포지트 조직을 형성하고 있는 것이 확인되었다.

다음에, 실시예 1과 동일하게 하여, 상기 급냉 리본에서 자석분말을 얻고, 이 자석분말로부터 등방성 본드 자석을 제조하였다. 성형압의 조정에 의해, 본드 자석의 밀도는 전부 6.15g/cm³이 되도록 하였다.

급냉 리본의 제조 시에는, Dy 치환량(1-z)을 여러가지로 변화시켰다. Dy 함유량이 다른 각 본드 자석의 감자곡선을 나타낸 B-H 도를 도 10에 도시한다.

도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, Dy를 첨가함으로써 보자력이 향상하는 것, 특히 Dy의 치환량이 0.1(R 전체에 대하여 10) 이하에서, 적절한 보자력의 향상을 도모할 수 있는 것이 확인되었다.

본드 자석을 압출성형에 의해 제조한 것 이외는, 상기 실시예 1 내지 5와 동일하게 하여 본 발명의 본드 자석을 제조하여, 성능 평가를 행한 바, 상기와 같은 결과가 얻어졌다.

본드 자석을 사출성형에 의해 제조한 것 이외는, 상기 실시예 1 내지 5와 동일하게 하여 본 발명의 본드 자석을 제조하여, 성능 평가를 행한 바, 상기와 같은 결과가 얻어졌다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

높은 자속밀도가 얻어지기 때문에, 등방성이더라도, 고자기 특성을 가지는 본드 자석이 얻어진다. 특히, 종래의 등방성 본드 자석과 비교하여, 보다 작은 부피의 본드 자석으로 동등 이상의 자기성능을 발휘할 수 있기 때문에, 보다 소형으로 고 성능의 모터를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 높은 자속밀도가 얻어지기 때문에, 본드 자석의 제조 시에, 고밀도화를 추구하지 않더라도 충분히 높은 자기특성을 얻을 수 있고, 그 결과, 성형성의 향상과 함께, 치수 정밀도, 기계적 강도, 내식성, 내열성 등의 향상이 도모되고, 신뢰성이 높은 본드 자석을 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.

착자성이 양호하기 때문에, 보다 낮은 착자자장에서 착자할 수 있고, 특히 다극 착자 등을 용이하고 또한 확실히 행할 수 있고, 또한 높은 자속밀도를 얻을 수 있다.

고밀도화를 요구되지 않기 때문에, 압축성형법과 비교하여 고밀도의 성형이 하기 어려운 압출성형법이나 사출성형법에 의한 본드 자석의 제조에도 적합하고, 이러한 성형방법으로 성형된 본드 자석이라도, 상술한 바와 같은 효과가 얻어진다. 따라서, 본드 자석의 성형방법의 선택의 폭, 또한, 그것에 의하는 형상선택의 자유도가 넓어진다.

마지막으로 본 발명은, 이상의 발명의 상세한 설명 및 실시예에 한정되지 않으며, 이하의 특허청구범위에서 여러가지의 개량이나 개변이 가능하다는 점에 유의하고자 한다.

도 1은 본 발명의 자석분말에 있어서의 나노콤포지트 조직(매크로 조직)의 일예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 자석분말에 있어서의 나노콤포지트 조직(매크로 조직)의 일예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 자석분말에 있어서의 나노콤포지트 조직(매크로 조직)의 일예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 4는 자석재료를 제조하는 장치(급냉 리본 제조장치)의 구성예를 도시하는 사시도.

도 5는 도 4에 도시하는 장치에 있어서의 용탕의 냉각로울로의 충돌 부위 부근의 상태를 도시하는 단면 측면도.

도 6은 감자곡선(demagnetization curve)을 도시하는 B-H 도.

도 7은 착자성(착자자계와 착자율과의 관계)를 도시하는 그래프.

도 8은 감자곡선을 도시하는 B-H 도.

도 9는 Pr 치환량과 본드 자석의 자기(magnetic)특성과의 관계를 도시하는 그래프.

도 10은 감자곡선을 도시하는 B-H 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 급냉리본 제조장치 2 : 원통체

3 : 노즐 4 : 코일

5 : 냉각로울 6 : 용탕

7 : 패들 8 : 급냉리본

51 : 기초부 52 : 표면층

53 : 원주면 71 : 응고계면

Claims

R_x(Fe_1- _yCo_y)_100-x-z- _wB_zAl_w(단, R은 적어도 1종의 희토류 원소, x:8.1 내지 9.4원자%, y:0 내지 0.30, z:4.6 내지 6.8원자%, w:0.02 내지 0.8원자%)로 나타나는 합금조성으로 이루어지고, 구성조직이 연 자성상(soft magnet phase)과 경 자성상(hard magnet phase)이 서로 인접하여 존재하는 조직으로 되어 있는 자석분말로서,

결합수지(binding resin)와 혼합 성형하여 등방성 본드 자석으로 하였을 때에, 실온에서의 자기특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면(quadrant)에 있으며, Pc(투과 계수)=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에 있어서, 상기 등방성 본드 자석의 자속밀도가 하기 식(I)으로 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고, 또한 상기 등방성 본드 자석의 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0kOe인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 자석분말.

B=1.25×ρ+1.25×H …(Ｉ)

(단, B는 자속밀도, ρ는 본드 자석의 밀도, H는 자계를 나타낸다)
제 1 항에 있어서,

상기 구성조직은 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 나노콤포지트 조직(nanocomposite structure)인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 R은 Nd 및/또는 Pr을 주로 하는 희토류 원소인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 R은 Pr을 포함하고, 상기 Pr의 비율이 상기 R 전체에 대하여 5 내지 75% 인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 R은 Dy를 포함하고, 상기 Dy의 비율이 상기 R 전체에 대하여 10% 이하인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 자석분말은 용융합금을 급냉하는 것에 의해 얻어진 것인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 자석분말은 냉각로울을 사용하여 제조된 급냉 리본(quenched ribbon)을 분쇄하여 얻어진 것인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 자석분말은 제조과정에서 또는 제조 후 적어도 1회 열처리가 실시된 것인 자석분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 자석분말의 평균 입자 직경이 0.5 내지 150μm인 자석분말.
제 1 항에 기재된 자석분말을 결합수지로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 등방성 희토류 본드 자석.
자석분말을 결합수지로 결합하여 이루어지는 등방성 희토류 본드 자석으로서,

실온에서의 자기특성을 나타내는 B-H 도의 제 2 사분면에 있으며, Pc(투과 계수)=2.0의 직선보다도 높은 B측의 영역에 있어서, 상기 등방성 희토류 본드 자석의 자속밀도가 하기식(I)으로 나타나는 직선보다도 항상 위에 있고, 또한 상기 등방성 희토류 본드 자석의 고유 보자력(iHc)이 5.1 내지 9.0 kOe 인 것을 특징으로 하는 등방성 희토류 본드 자석.

B=1.25×ρ+1.25×H …(I)

(단, B는 자속밀도, ρ는 본드 자석의 밀도, H는 자계를 나타낸다)
제 11 항에 있어서,

상기 자석분말은 구성조직이 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 조직으로 되어 있는 것인 등방성 본드 자석.
제 12 항에 있어서,

상기 구성조직은 연 자성상과 경 자성상이 서로 인접하여 존재하는 나노콤포지트 조직(nanocomposite structure)인 등방성 본드 자석.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이방성 본드 자석은 다극 착자에 제공되거나, 또는 다극 착자된 등방성 본드 자석.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이방성 본드 자석은 모터에 사용되는 등방성 본드 자석.