JPH02214105A - 希土類永久磁石 - 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、異方性を有する一体物の磁石が５００ｇ以上
となるような高磁気特性を有する大型の希土類永久磁石
に関する。

「従来の技術」 最近、自由電子レーザやシンクロトロン放射光装置の加
速器等に、永久磁石を多数連続配置して使用している。

この種の加速器等では、電子ビームの通路を挟んで両側
に複数個の永久磁石を連続配置させ、各永久磁石は隣接
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に横方向の周期的磁場を付
与させるものがある。あるいは、パーマロイ等と組み合
わせた所謂ハイブリッドタイプと呼ばれる形式のものも
ある。

加速器等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、Ｓａ＋−Ｃｏ系やＮｄ　−Ｆｅ　−Ｂ系の異
方性希土類永久磁石が使用されている。

これら永久磁石は、磁石材料を成形した後、焼結して作
成されるが、金型で成形する場合に、金型の外周に磁場
印加手段を設けて成形体に異方性を付与させている。し
かし、成形体の全体に有効に磁場を作用させるためには
、成形体をあまり太き（することができず、永久磁石を
大きな形状に作成することができなかった。

最近ではより大きな能力の加速器等が望まれており、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立接合して大きな形状に
して使用している。

「発明が解決しようとする課題」 従来、異方性永久磁石を大きな形状に作成する場合、複
数個のブロック磁石を接着剤で接着させているので次の
ような問題があった。

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。また前記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すると、焼結時に縮小し、その際
に割れやそりが生じることもあった。小型磁石に比べて
大型磁石の場合には特に割れやそりが大きい。

そこで本発明は、磁気的空隙を生じない一体物で大重量
の異方性永久磁石を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明の希土類永久磁石は、希土類元素を構成成分とし
て含む永久磁石粉末を、異方性を付与するために設けら
れた金型内のキャビデイ部を通過する外部磁界方向に対
して、垂直方向に加圧成形し、直方体ないしは少く共そ
の一辺がテーパーを有する一体の板状成形体となし、焼
結後において、その最短辺が５　ｍ　ｍ以上であり、且
つ重量が５００ｇ以上であることを特徴とするものであ
る。

本発明の希土類永久磁石は、希土類元素からなる異方性
が付与された永久磁石を、直方体形あるいは少く共１辺
がテーパーを有する板状に一体物で形成してその最短辺
を焼結後に５　ｍ　ｍ以上とし、重量が５００ｇ以上で
あることを特徴とする。。

永久磁石の最短辺を５ｍｍ以上にしたのは、それ未満で
は強度が弱く、取り扱いにくいためである。また５００
ｇ以上としたのは、従来技術では一体物の製造が不可能
となる限界がその辺だからである。

希土類元素としてＳ■−Ｃｏ系やＮｄ　−Ｆｅ　−Ｂを
使用できるが、これは例えば放射線の存在する環境にお
ける用途に対して、放射線照射に起因する磁束密度の低
下の懸念が少な（、磁束量の安定化のため着磁後５０℃
ないし１２０℃程度で加熱冷却した際に非可逆減磁率が
小さ（、キューリ温度も高く、かつ高保磁力を有するこ
とから、パーミアンス係数的にも有利であるＳ＋ｍ−Ｃ
ｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｈの異方性永久磁石が最も適してい
る。なお、ここにおいてパーミアンス係数Ｐは異方性永
久磁石の特性を表わす減磁曲線上の動作点における磁束
密度Ｂｄと保磁力Ｈｄとの比Ｂｄ／　Ｈｄによって算出
され、Ｐ＝Ｂｄ／μ。Ｈｄ　［μ。は磁気定数（真空透
磁率）］で表わされる。

「作用」 本発明の永久磁石は、５００ｇ以上の大きな形状に一体
物で形成されるので、大型磁石が要求される場合でも、
磁気特性が全体的に均一となり、自由電子レーザの加速
器に使用した場合、性能のよい加速器となる。

また、本発明の永久磁石は５００ｇ以上の大型のものが
容易に得られるが、得られたブロックを更にＣＩＰ（冷
間静水圧プレス）によって拡散接合させることによって
、より巨大なものを得ることも可能である。

「実施例１」 Ｓｍ３８重量％、残部ＣｏからなるＳｍＣｏ、永久磁石
合金をアーク溶解によって作製し、インゴットに鋳造し
た。得られたインゴットをスタンプミルによって３５メ
ツシュ通過まで粗粉砕し、ボールミルで３時間微粉砕し
た。次にこのようにして得られた粉末を、横断面２２．
５ｍｍｘ１００ｍｍの成形空間を有する成形金型内に充
填し、異方性を付与するため水平方向に５ｏｏｏ　　ｏ
、の並行磁場を印加した状態で垂直方向に０．”Ｉｔ、
７ｃｍ”の圧力を印加して予備成形し、ブロックを形成
した。なお上記予備成形にはリフティング付の油圧プレ
スを使用し、高さ３８ｍｍのブロックをプレス成形後、
型抜き時に上パンチを５／１００ｍｍ上方にリフティン
グすることにより、ブロックに割れその他の欠陥が発生
するのを防止した。すなわち上記予備成形における成形
圧力は通常の成形圧力３．５〜４−Ｏｔ／ａｍ”より極
めて小であり、ブロックの密度および強度が不充分であ
るため、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おそれがあるためである。な
お、成形型と成形体の少なくとも１辺にテーパを設けて
おけば、型抜きがより容易になる。

次に得られたブロックを厚さ０．１ｍｍの塩化ビニール
袋内に密封し、袋内の空気を除去した。

上記塩化ビニール袋内に密封したブロックｌの集合体を
冷間静水圧プレス内に装入して、３ｔ／ｃｍ８の圧力を
印加して成形体を得た。

上記のようにして得た成形体をＡｒ雰囲気中において１
１５０℃ｘｌｈの焼結を行ない、次に同雰囲気中におい
て９５０℃ｘｉ、５ｈ保持後、１．３℃／分の徐冷によ
り、７９０℃においてＡｒ気流中冷却による熱処理を施
し、６８０ｇの永久磁石を得た。

９ｍｍ口ｘ９．５ｍｍのテストピースを切出し、磁気特
性を測定したところ下記の値を示し、従来の横磁場プレ
ス成形によるものと比較して同等以上であることを確認
した。

Ｂｒ　”９０９０　　Ｇ　　　　ｍＨｃ　＝８６３０　
０−１Ｈｅ　＝２４２０００．　　（ＢＨ）、、、、＝
１９．６　ＮＧＯ。

また本発明方法によるものは従来法によるものより表面
磁束密度が若干１００Ｇ程度高い値を示している。

「実施例２」 Ｎｄ３１．７重量％、Ｄｙ　４．０重量％、Ｂ（硼素）
１．１重量％、Ｃｏ　１重量％残部Ｆｅ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２４．５ｍ　ｍ　ｘ　１２０　
ｍ　ｍの成形空間を有する成形型内に充填し、高さ９５
　ｍ　ｍ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と同様にＣＩＰした。

得られた成形体を支持台上に設置した多数のＮｄｘＯｓ
球体（６１０ｍｍ）ｌ上に置き１０９０℃ｘｌｈ、Ａｒ
雰囲気中で焼結した。球体上に成形体を置いた理由は、
焼結時に収縮を円滑に進行させるためである。焼結後、
試料を室温まで炉中冷却し、再度９００℃ｘ２時間過熱
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
テストピースを切出した磁気特性を測定したところＢｒ
　”　ｌ　Ｏ９５０Ｇ、　ｓ　Ｈｅ　＝２２０００　０
ｅ、、（ＢＨ）ａ＋ａｘ＝２８．６　　ＮＧＯ６のもの
が得られた。

このような重量が約２Ｋｇにも達する一体物の高性能磁
石は、今だ世の中に存在しない新規かつ有用なものであ
る。

「実施例３」 ８１３８重量％、残部ＣｏからなるＳ■Ｃｏｓ永久磁石
合金をアーク溶接により作成し、インゴットに鋳造した
。得られたインゴットをスタンプミルによって３５メツ
シュ通過まで粗粉砕し、ボールミルで３時間微粉砕した
。

次に得られた粉末を、横断面２３ｍｍｘ２４ｍｍの成形
空間を有する成形型内に充填し、異方性を付与するため
水平方向に５ｏｏｏ　　ｏ、の平行磁場を印加した状態
で垂直方向に０．７ｔ／ｃｍ２の圧力を加えて予備成形
し、高さ７６ｍｍのブロックを形成した。

予備成形したブロックを成形金型から抜き出す場合、リ
フティング付の油圧プレスを使用して、上パンチを３７
１００ｍｍ上方にリフティングさせ、ブロックに割れそ
の他の欠陥が生じないようにした。これは、予備成形で
加える圧力が極めて小さいため、ブロックの密度および
強度が不十分であるため、型抜き時に上パンチの重量が
加わってブロックが崩壊するおそれがあるためである。

次に上記で作成したブロックを異方性を一致させて５個
連続整列させ、厚さ０．１ｍｍの塩化ビニール袋内に密
封した。この場合、袋内の空気を除去し、５個のブロッ
クの各隣接面を密着させ、この集合体に冷間静水圧プレ
スにより４　ｔ　／　ａｍ”の圧力を加えて集合成形体
を得た。この集合成形体の上下表面を０．８ｍｍ平面研
削により研削した結果、隣接するブロック間には継目が
全く存在しなかった。これは、予備成形により得たブロ
ックの密度が低いためブロックの表面あらさが比較的大
であり、冷間静水圧を加えた場合に隣接するブロック間
において、微粉体相互のカミ込みが発生し、粉末冶金的
に一体に結合するものと推定される。一部、拡散接合し
ているとも推定される。

上記集合成形体をＡｒ雰囲気中において１１５０’ＣＸ
１ｈの焼却を行ない、次に同雰囲気中において９５０℃
Ｘ１．５ｈ保持後、１．３℃／分の徐冷をし、さらに７
９０℃においてＡｒ気流中冷却により熱処理をした。

上記熱処理を行なう場合、集合成形体は収縮し、その支
持面に対して集合成形体が円滑に収縮できないと割れや
そりが生じてしまうので、支持面上に多数の球状の回転
体を置き、その上に集合成形体を静置した。回転体は焼
結中に変性しないように十分な耐熱性が必要であり、か
つ焼結中東合成形体と反応しないものでなければならず
、アルミナ等のセラミック製にして表面にＢＮをコーテ
ィングしたものを使用した。また回転体の大きさは直径
１８ｍｍのものを使用し、多数の回転体の平面占有率は
約７０％となるようにした。そして、熱処理で集合成形
体が収縮変形するときに、それを支持している回転体が
回転するので収縮が円滑に行なわれ、焼結体に割れやそ
りが生じることがない。なお、集合成形体を支持してい
る回転体を回転させることなく、回転体上を集合成形体
が滑べるようにしてもよい。

比較例として磁石材料を３．５ｔ／ｃｍ”で成形した成
形体を、前記の通り焼結して得たブロック磁石を平゛面
研削して接着剤で接合した。それと本発明による永久磁
石を、熱処理後に２５ＫＯ。

のパルス磁場を使用して着磁した。そして永久磁石の着
磁面から０．５ｍｍの間隔を保持して、シーメンス製Ｆ
Ａ−２２ＥプローブによってＮ極側の表面磁束密度を測
定したところ、全表面に亘って２５００Ｇ以上の値を示
し、ブロック間の継目における表面磁束密度の低下は全
く認められなかった・ 一方、従来例のものは、接合面における表面磁束密度の
低下が認められ、本発明方法によるものが格段に優れた
特性を有することがわかる。

前記実施例で使用した永久磁石合金ＳｍＣｏ、の代りに
、ＳｍｘＣｏｔｙとＮｄ　−Ｆｅ　−Ｂ型の永久磁石を
、前記実施例と同様に作成したが、各ブロックの接合部
ではやはり粉末冶金的に一体に結合しその部分での磁束
密度の低下は認められなかった。

さらに前記実施例では、磁性材料で成形したブロックを
５個接合しなが、それ以上の数を接合することにより、
より大型で大重量の永久磁石を作成することができる。

また永久磁石は直方体に限るものでなく、任意の平面形
の板状に形成することも可能である。さらに全てのブロ
ックの異方性を同方向となるように接合させる必要はな
（、例えば自由電子レーザの加速器のように異方性の向
きを順次変更して接合させた大型磁石にも、本発明の永
久磁石を適用できる。

「発明の効果」 本発明の希土類永久磁石は、接着材を用いず、５００ｇ
以上の一体物の希土類磁石を得ることができるので、接
着剤の紫外線等による劣化もなくまたＣＩＰによる接合
を行なった場合には接合面で磁束密度が低下することが
なく、磁気特性が全体的に均一の大型大重量の永久磁石
となり、自由電子レーザの大型加速器等に使用して性能
の向上を図ることができる。また大型の永久磁石を作成
する場合、熱処理による収縮を回転体で円滑に案内させ
ているので熱処理で割れやそりが生じず、精度のよい大
型大重量の永久磁石となり、自由電子レーザ等の大型の
加速器に使用して精度の良い磁気特性を得ることができ
る。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類元素を構成成分として含む永久磁石粉末を
   、異方性を付与するために設けられた金型内のキャビテ
   ィ部を通過する外部磁界方向に対して、垂直方向に加圧
   成形して直方体ないしは一体の板状成形体となし、焼結
   後において、その最短辺が５ｍｍ以上であり、且つ重量
   が５００ｇ以上であることを特徴とする希土類永久磁石
   。
2. （２）加圧成形体の少くとも１辺にテーパを設けた請求
   項（１）に記載の希土類永久磁石。
3. （３）希土類元素を構成成分として含む永久磁石粉末が
   ＳｍＣｏ＿５系、ＳｍＣｏ＿１＿７系、（Ｓｍ、Ｃｅ）
   ＿２Ｃｏ＿１＿７系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系及び（Ｎｄ、Ｄ
   ｙ）−Ｆｅ−Ｂ系で代表される内の１種であることを特
   徴とする請求項（１）又は（２）に記載の希土類永久磁
   石。
4. （４）最短辺が５ｍｍ以上、重量が５００ｇ以上であり
   磁気異方性焼結体の一体品であることを特徴とする希土
   類永久磁石。
5. （５）重量が１０００ｇ以上である請求項（４）に記載
   の希土類永久磁石。
6. （６）重量が１５００ｇ以上である請求項（４）に記載
   の希土類永久磁石。
7. （７）重量が２０００ｇ以上である請求項（４）に記載
   の希土類永久磁石。
8. （８）重量が２５００ｇ以上である請求項（４）に記載
   の希土類永久磁石。