JPH02146705A - 高配向度永久磁石及びその製造方法 - 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］ 本発明はウィグラー用磁石等の粒子線加速器から放射光
を取り出す装置、ＭＲＩ（核磁気共鳴イメージング）等
に用いられる高配向度の永久磁石に関し、特に面の法線
に対する磁化方向の傾角が極めて小さい永久磁石及びそ
の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 自由電子レーザやシンクロトロン放射光等の粒子線加速
器から放射光を取り出す装置においては、永久磁石を多
数連続配置して使用している。この種の装置では、電子
ビームの通路を挾んで両側にウィグラー又はアンデュレ
ータとよばれる複数個の永久磁石を連続配置させ、各永
久磁石は一般に隣接するものと対向するものとが互いに
逆極になるように構成され、通過する電子ビームの進行
方向と直角方向に周期的磁場を付与させるものがある。

あるいは、パーメンジュール、パーマロイ等のヨークと
組み合わせた所謂ハイブリッドタイプとよばれる形式の
ものもある。

ウィグラーの一例を第５図に示す。板の長辺ａと短辺す
とで形成される面（以下、ａｂ面と呼ぶ）に垂直に磁束
が出入りするように磁化された磁石がＮ、Ｓ極を交互に
して数十対が配置されている。

電子ビームはその交番磁場の中を曲げられながら進行し
、ある特定の波長の放射光を発生する。

このような用途に使用する永久磁石は磁気的特性の高い
ものが要求され、Ｓｍ−Ｃｏ系やＮｄＦｅ−Ｂ系の異方
性希土類永久磁石が使用されている。一般に、ウィグラ
ー等においては、長辺または長径ａ、短辺または短径す
、および厚さＣの間に、ａ≧ｂ　）　ｃなる関係がある
ものが使用されている。

また、粒子線加速器用ウィグラー等に用いられる永久磁
石には、組み立ての基準面の法線に対して磁化方向の傾
角が３度以内、好ましくは２度以内という厳しい仕様が
要求されている。

磁化方向の傾角が３度を越える場合には、電子ビームの
進行方向に対して直角でない磁界成分が発生し、その分
だけ有効成分が減少することによって電子ビームの曲げ
られ方が変動して放射光の波長が変動する等の問題点が
ある。

従って、磁化方向の傾角は永久磁石のａｂ面内において
３度、好ましくは２度以内に均一に分布することが要求
されている。

また、最近では、より大きな能力の粒子線加速器が望ま
れており、そのような場合、大型の永久磁石が必要であ
るので、複数個のブロック磁石を接着剤で組み立て接合
することにより大きな形状にして使用している。しかし
、複数個のブロック磁石を接着剤で接着して大きな形状
の異方性永久磁石を作成する場合は、次のような問題が
ある。

接着剤が各ブロック磁石の相互間に介在して磁気的空隙
を形成するため、その部分で磁束密度が低下し、全体と
して磁気特性が不均一となり、それを使用した装置の性
能が低下してしまう。また大型の異方性永久磁石が自由
電子レーザ等に組み込まれたときには、高真空および紫
外線の存在する環境におかれるので、永久磁石に使用し
た接着剤が紫外線による光化学反応により樹脂の高分子
構造が破壊されるため劣化することが多い。さらに複数
のブロック磁石を接着剤で組立て接合する作業は、煩雑
であって、作成時間を多く要し、均一な品質のものを供
給することが困難であった。

また、永久磁石は磁石材料を成形した後、焼結して作成
されるが、大きな異方性永久磁石を作成しようとしても
、焼結時に縮小してそりが生じることもあった。特に、
小型磁石に比べて大型磁石の場合には割れやそりが大き
い。

その理由は、従来の成形用金型中で磁場配向させる方法
だと、第１に成形体内の圧力分布の不均一に帰因する成
形体密度の不均一があり、第２に成形用金型内における
配向用磁場の不均一に帰因する配向度の不均一があるた
めである。第２の理由について詳述すると、従来の成形
用金型は強度並びに剛性上の要求から工具鋼等の強磁性
材料の一体物で構成されることが多く、そのため成形用
キャビテ、イの端部付近では、金型と成形体との透磁率
の相異によって、磁束が成形体ではなく金型の方を通り
易くなるためである。

上述の通り、従来の成形用金型で磁場中成形することは
ウィグラー用磁石等には適当ではなかった。

そこで、非磁性体の容器と、成形材として与えられる粉
末を前記容器の中で加圧するために、該容器を貫通する
ように設けられた磁性体よりなる上下一対のパンチと、
これら上下パンチの間に装入される前記粉末に対して磁
場を与えるために、これら上下パンチのそれぞれの周囲
に巻かれた２つのコイルと、前記磁場中で印加される粉
末に対して静水圧を加えるために、前記容器の側面に開
けられた送水用の細孔を備えたものである磁場中湿式ラ
バープレスに関する発明がされた（特開昭６２−６４４
９８号）。冷間静水圧成形法（Ｃｏ１．ｄＩｓｏｓｔａ
ｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ、略してＣ，ＩＰとよばれる
。）である。

該公報の実施例には（００２）面の回折Ｘｍ強度と磁場
の印加方向に対する傾角の関係が図示されており、比較
的改善された磁化方向の傾角を示している。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述の磁場中湿式ラバープレスを用いる方法においては
、磁性体よりなる上下パンチが必須であるからラバープ
レスにおける加圧力は等方向とはならず、側圧付加され
るために成形体の端部が変形するだけでなく、そのこと
によって磁化方向の傾角にも影響を与えるという問題点
がある。また、成形用金型には、ＣＩＰ内部から受ける
圧力に十分耐える強度が要求され、更に、コイルをＣＩ
Ｐ装置内に設置するために十分な電気的絶縁も必要とな
り、技術的側面および安全性の面から著しい困難を伴な
うという問題点があった。

さらにまた、このようにして得られた永久磁石であって
も、粒子線加速器用ウィグラー等が要求する上述したよ
うな特性を満足するものは未だ実現されていなかった。

その理由は、特開昭６２６４４９８号公報に記載の発明
の構成では、プレス方向と印加磁界方向が平行な縦磁場
プレスと称される方法に実際上は制約されるため、配向
度の向上がある程度以上は望めないからである。

一般に希土類永久磁石においては、磁粉が偏平であって
その長手方向と磁化容易軸はほぼ一致し、磁粉を金型に
充填して加圧する場合に長手方向が加圧の方向と垂直に
なるように配列する傾向がある。従って、高性能な永久
磁石を製造する場合には横磁場プレスと称される加圧の
方向と直角方向に磁場を印加して磁場中成形する製造方
法の方が高配向度を得られて好ましいからである。

従って、横磁場プレスの利点とＣＩＰの利点を共に生か
しつつ、かつ従来の成形用金型での磁場中成形では困難
だった磁化方向の傾角が極めて小さく且つ均一である永
久磁石並びにその製造方法が要望されていた。

本発明は、粒子線加圧器用ウィグラー等に用いるのに適
した大型希土類磁石であって、磁化方向の傾角が極めて
小さい永久磁石を提供することを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、長辺若しくは長径ａ、短辺若しくは短径ｂ、
および厚さＣの間にａ≧ｂ　）　ｃなる関係があり、厚
さＣ方向に磁化された偏平形状をなし、前記ａとｂとで
形成される平面の法線に対する磁化方向の傾角が３度以
内であることを特徴とする粒子線加速器用希土類永久磁
石である。

本発明における希土類永久磁石としては、希土類コバル
ト系磁石、あるいは希土類−遷移金属−ホウ素系磁石な
どがある。また、例えば、一部を１３重量％以下のＧａ
、Ｓｉ、ＡＱ他で置換した希土類−遷移金属−ホウ素系
磁石なども含まれることは勿論である。希土類磁石とし
たのは、パーミアンス係数の観点から、偏平で強力な磁
石を得ることができるからである。

前述の粒子線加速器用ウィグラー等に要求される厳しい
仕様を満足させ得る本発明の永久磁石は、まず、特定形
状の予備成形体を均一な平行磁場となるように工夫した
成形用金型の中で磁場中成形して作製し、次いでＣＩＰ
による本成形を行うことによって製造可能ならしめたも
のである。

即ち、第２図に示す本発明による長辺若しくは長径ａ、
短辺若しくは短径ｂ、厚さＣの間にａ≧ｂ　）　ｃにな
る寸法関係を有し且つａとｂで形成される平面の法線ｎ
に対する磁化方向Ｍの傾角Ｏが３度以内である希土類磁
石は、第１図に示すように、長辺若しくは長径Ａ、短辺
若しくは短径Ｂ、厚さＣの間にＡ≧Ｂ＞Ｃなる関係をキ
ャビティであって、実質的に均一な平行磁場中に形成さ
れたキャビティを有する金型の中に、希土類磁石用の合
金粉末を充填して、ＡとＣで形成される面に実質的に垂
直な方向に０．４トン／　ａｄ以上の圧縮力を加えつつ
、ＡとＢで成形する平面に実質的に垂直な方向に磁場を
印加して、磁場中成形することによってＡとＢで形成さ
れる平面の法線に対する磁化方向の傾角が３度以内であ
る予備成形体を得た後、予備成形時の圧力よりも高い圧
力で冷間静水圧成形することにより高密度化することに
よって得ることができるようになったものである。

本発明者は、原料粉末を直ちに冷間静水圧成形（ＣＩＰ
）することなく、ＣＩＰの前に比較的低い圧力で磁場中
にて予備成形をしておくことが好ましい結果を与えるこ
とを知り本発明を成したものである。すなわち、予備成
形によって固化すると、配向した粒子はもはや移動する
ことができず、金型から取り出した成形体をゴム袋や合
成樹脂の液体を通さない袋に入れると、その後のＣＩＰ
においてもその磁気配向性を保持できることを見出した
ものである。そして、本発明によると均一に高密度な成
形体が得られるので、焼結温度が低くても磁気特性も十
分良好である。なお、予備成形においては、ブロックの
密度および強度が未だ充分ではなないため、型抜き時に
おいて上パンチの重量が印加された場合にブロックが崩
壊することがあるため、リフティング付の油圧プレスを
使用し、スプリングバックによってブロックに割れその
他の欠陥が発生するのを防止するのがよい。

本発明゛における予備成形に用いる磁場の印加方向はプ
レス方向に対して平行でもよいが、垂直方向に印加する
横磁場プレス法の方が大型の磁気特性が優れた磁石の製
造にはより適している。

従って、本発明者は、横磁場プレス法を用いつつ従来の
成形用金型の問題点であるキャビティ端部での磁場の不
均一を解消するには、第１図に示す成形用金型において
キャビティの一部を構成する非磁性材料の金型部材を突
出させてＬ＞Ωなるような寸法関係にしたときにキャビ
ティ内に均一な磁場が得られることを知見した。

また、本発明において、面の法線に対する磁化方向の傾
角は、例えば粒子線加速器用磁石の組立基準面に対して
２〜３度以内という厳しい仕様を満足しているか否かを
直接測定できるように、ヘルムホルツコイルを組合わせ
た測定装置を用いた。

なお、前述の特開昭６２−６４４９８号公報記載の（０
０２）面の回折Ｘ線強度を用いて磁場の印加方向に対す
る傾角を求める方法、あるいはＸ　４３回折法、更には
代替特性として製品の表面磁束密度の分布の均一性を測
定する方法等でも測定可能であるが必ずしも適切ではな
い。また、Ｘ＋　　ｙ＋Ｚの３個のサーチコイルを配置
し積分型磁束計で検出した磁束をＶＳＭ（振動型試料磁
束計）の原理を応用してコンピュータで情報処理するこ
とによる方法も高精度を得る測定法である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

［実施例］ （実子例１） 重量百分率でＳｍ３８％、残部ＣＯからなるＳｍＣｏ、
の永久磁石合金をアーク溶解で作製し、鋳造した。次い
で、スタンプミルで３５メツシユスルーまで粗粉砕し、
ボールミルで３時間微粉砕した。このようにして得られ
た磁粉をａ＝６９゜ｂ＝４５ｃｍの断面寸法を持ったダ
イス中に充填し２０ｋＯｅの磁場をプレス方向と同一方
向に印加しながら成形体の高さが１６師になるまで０．
　７トン／−の圧力でリフティング付の一部プレスで予
備成形した。

その後、ａ＝６９ｃｍ、ｂ＝４５ｃｍの断面寸法を持っ
たラテックスゴム製のゴム型に移した。この時、予備成
形体の強度は落下試験をしても破壊しないくらいに十分
であった為、格段取扱に注意は必要としなかった。

次にゴム型に入った予備成形体を４トン／ｄで高さがｃ
＝１４ｃｍになるようにＣＩ　ＰＩ、た。それを１１４
０℃で１時間、アルゴンガス中で焼結し次いで１０００
℃で１時間、アルゴンガス中で熱処理した。この時、Ｃ
ＩＰされた試験片は十分な密度に達しており、焼結後の
収縮も無視し得るくらい小さかった。従って、この場合
には表面の酸化皮膜を取り去る程度で十分であった。

また、比較のため、予備成形せずにＣＩＰだけを施した
場合を検討すべく、ａ＝７０ｃｍ、ｂ＝４６ｃｍの断面
寸法を持ったラテックスゴムのゴム型に充填し、高さｃ
＝１６ｃｍになるまで４１−ン／７でＣＩＰした。成形
体を取り出して前述の条件と同一条件で焼結、熱処理し
た。試験片は端部で変形していたため最終寸法がａ−６
９釧、ｂ＝４５ｃｍ、ｃ＝１４ｃｍになるように研削加
工を施さざるを得なかった。

得られた試験片についての磁場印加方向（磁化方向）に
対する（ＯＯ２）面のＸ線回折強度分布を第３図に示す
。縦軸は最大回折強度に対する相対強度で示す。この図
から比較例の場合には配向が乱れ分布がなだらかになっ
てしまっているのに対して、本発明の場合は鋭いことが
わかる。

また、磁気特性を第１表に示す。この表で上段の値は試
験片の上パンチ側から採取したものの磁気特性を、中段
の値は試験片の中央部から採取したものの磁気特性を、
下段の値は試験片の下パンチ側から採取したものの磁気
特性を示す。この表からも比較例の場合には磁気特性の
バラツキが大きく且つ絶対値も低いのに対して、本発明
によるとバラツキが少なく絶対値も大きい磁石が得られ
ることがわかる。

第１表 また、基準面に対する磁化方向の傾角を測定したところ
、本実施例の場合は０．７度であるのに対して、比較例
の場合は５．４度もあった。

（実施例２） 予備成形の圧力を０．４〜１０トン／−まで変える以外
は実施例１と同様の条件で試験片を作製した。配向の均
一性を調べるために表面の酸化皮膜を取り去った後、２
５ｋＯｅでパルス着磁を行なった後、シーメンス社製造
のＦＡ−２２Ｅプローブにより、焼結体表面の表面磁束
密度Ｂｏを測定した。第４図にＢｏの分布を示す。測定
個所は第４図の欄外に図示したように磁石の４５Ｘ１４
師の面の中央部であり、図示の「下」は下パンチ側を、
　「上」は上パンチ側を示す。

この図から４トン／−を越える場合は表面磁束密度が３
．５ｋＧより低下してしまうことがわかる。従って、予
備成形圧力は好ましくは４トン／−以下がよい。図から
磁化方向における均一性も良好であることがわかる。

なお、本実施例では、０．４トン／詞未満の場合は予備
成形後の成形体の取扱が難しいために実験は省略したが
、注意深く取り扱えば０．４トン／部未満の予備成形圧
力でも本発明の希土類磁石を得ることが可能であると考
える。

（実施例３） Ｎｄ３１．７重量％、Ｄｙ４．０重量％、Ｂ（硼素）１
．１重量％、Ｇｏ１重量％、Ｇａ０１８重量％、残部Ｆ
ｅからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石合金を実施例１と
同様に粉末とし、得られた粉末を横断面２４．５ｍｍＸ
１２０＋ｍｎの成形空間を有する成形型内に充填し、高
さ９５胴のブロックを形成した。実施例１と同様にリフ
ティング付の油圧プレスを用いた。

次に得られたブロックを実施例１と同様の方法でＣＩＰ
Ｌだ。得られた成形体を支持台上に設置した多数のＮｄ
２Ｏ３球体（φ１０Ｍ）上に置き１０９０℃Ｘｌｈ、Ａ
ｒ雰囲気中で焼結した。球体上に成形体を置いた理由は
、焼結時の収縮に伴う変形を防止するためである。焼結
後、試料を室温まで炉中冷却し、再度９００℃×２時間
加熱し、１．５℃／分の冷却速度で連続冷却した。

室温への冷却後、５８０℃で時効処理を行なった熱処理
により何らクラックは入らなかった。実施例１と同様に
テストピースを切り出した磁気特性を測定したところＢ
ｒ＝１０９００Ｇ、［１Ｈｃ２３８００　０ｅ、　　（
ＢＨ）ｍａｘ＝２８．７ＭＧＯｅのものが得られた。

また磁化方向の傾角はａｂ面内のいずれでも０、　９度
以内であり均一性が極めて良いものが得られた。

［発明の効果］ 本発明による粒子線加速器用ウィグラーや核磁気共鳴断
面撮影装置（ＭＲＩ）に用いられる大型で且つ磁化方向
の傾角が３度以内という高配向度の厳しい仕様が要求さ
れる永久磁石を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造方法の説明図、第２図は本発
明に係る永久磁石の一実施例を示す図、第３図は本発明
の一実施例に係る永久磁石の配向をＸ線回折法で測定し
た結果を示す図、第４図は本発明の一実施例における表
面磁束密度の分布図、第５図は本発明に係る永久磁石の
用いられるウィグラーの一例を示す図である。 ＝１９−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）長辺もしくは長径ａ、短辺もしくは短径ｂ、厚さ
   ｃの間にａ≧ｂ＞ｃなる関係があり、厚さｃ方向に磁化
   された偏平形状をし、前記ａとｂとで形成される平面の
   法線に対する磁化方向の傾角が３度以内であることを特
   徴とする高配向度希土類永久磁石。
2. （２）厚さｃが連続的に変化するテーパ状であることを
   特徴とする請求項１に記載の高配向度希土類永久磁石。
3. （３）長辺若しくは長径Ａ、短辺若しくは短径Ｂ、およ
   び厚さＣの間にＡ≧Ｂ＞Ｃなる関係を有するとともに実
   質的に均一な平行磁場中に存在するキャビティを形成す
   る成形用金型の中に、希土類磁石用の合金粉末を充填し
   て、前記ＡとＣで形成される面に対し実質的に垂直な方
   向に０．４トン／ｃｍ＾２以上の圧縮力を加えつつ前記
   ＡとＢで形成される平面に対し実質的に垂直な方向に磁
   場を印加して、磁場中成形することによって前記ＡとＢ
   で形成される平面の法線に対する磁化方向の傾角が３度
   以内である予備成形体を得た後、予備成形時の圧力より
   も高い圧力で冷間静水圧成形して、長辺若しくは長径ａ
   、短辺若しくは短径ｂ、厚さｃの間にａ≧ｂ＞ｃなる寸
   法関係を有するとともに前記ａとｂにより形成される平
   面の法線に対する磁化方向の傾角が３度以内である希土
   類磁石を得ることを特徴とする高配向度希土類永久磁石
   の製造方法。
4. （４）前記圧縮力が０．４〜４トン／ｃｍ＾２であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の高配向度永久磁石の製
   造方法。