JPH0271505A - 永久磁石フレークの製造方法 - 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〕 本発明は急冷法を用いてＮｄ系の永久磁石フレークを得
る方法に関するものである。

（従来の技術） 急冷法は非晶質物質の開発以来、その製造上の利点が注
目され新素材開発の分野で脚光を浴びてきている。この
製造法は液体状態にある物質を高速回転しているロール
上に吹きつけ象、速に固化させ、非晶質もしくは、それ
に近い結晶質の物質を得るものである。この方法による
と機械加工性が悪く冷間圧延等の塑性加工が不可能とさ
れた材料の薄帯化が可能となる。また通常の冷却法で実
現できない高温相のアモルファス化を室温で実施できる
。

超急冷法による非晶質合金の製造技術は片ロールにおい
て大量生産に向くことから広く使用されている。この方
法の従来技術としては、特公昭６０−９８５２号公報、
特公昭６１−５８２１号公報等に記載されている。Ｎｄ
系永久磁石において磁気特性のよい永久磁石を急冷法で
作成するためには製造時、フレークの表面の凸凹や傷を
少なくした表面形状と適正な冷却が必要である。これら
の条件を満足するためには従来の一般的な製造方法では
不十分であり、新たな方法の開発が必要である。以下に
従来法における問題点を述べる。

■従来法における溶湯の噴出方法は溶湯上部よりの加圧
又は上下の差圧により、常に一定差圧（もしくは圧力）
で噴出させているため液面高さの持つ位置エネルギー、
即ちトリチェリ効果により等速噴出ができなくなる。こ
こで差圧とはノズル孔の上下の圧力の差をいう。噴出速
度が一定でないと、フレークの厚みを制御できず、ロー
ルによる冷却速度が一定であるから厚み方向の冷却度合
に差が生じる。フレークの磁気特性はその組成と結晶粒
径の大きさで決まる。従って結晶粒径はフレークの厚み
によって大小が決まり磁気特性は変動する問題点がある
。

■ノズルがロール面に対して垂直でロール表面とのギャ
ップが数ミリ以上離れている場合、ロールの回転に伴い
雰囲気ガスとノズル底部が直接接触することにより冷却
され、ノズル孔からの溶湯流が徐々に縮流されるため噴
出量が減少する。この影響によってフレークの厚みが変
動し磁気特性が均一にならない。ノズルとロール表面の
ギャップを１＋＋ｕｎ以下にして雰囲気ガスの冷却を無
視できる状態にしてもＮｄ系の溶湯は表面張力が大で周
囲の物体に付着し易いため形状の良いフレークを製造す
ることが難しい。このように垂直ノズルの場合、雰囲気
ガスによる冷却で温度低下が大きく、噴出量を一定に制
御できない欠点がある。ノズルとロール表面とのギャッ
プを１５ｍｍ以下にすると噴出量の瞬時の変動によるパ
ドルの乱れが溶湯の飛散を誘い、周囲の物体に付着し以
後のフレーク形状を悪化させる。ギャップが３０ｍｍ以
上になるとノズル孔から噴出した溶湯が裾拡がりの状態
となり、ロールに接触する直前の状態は粒状になる場合
もある。このような状態では溶湯の運動エネルギーが分
散するのでロール上にパドルが形成されず、形状、厚み
が不均一なフレークが製造される。特に１０分以上の連
続生産の場合この付着や不均一さのためによる損失が顕
著である。

■ロール表面の移動速度をロールの回転速度と同一とし
て移動速度が１５ｍ／ｓｅｃ以下になった場合、ロール
表面に形成されるはずのパドルは跳ね飛び、この結果粒
状や０．２閣程度の極厚のフレークになる。これは噴出
速度が大であるための現象である。移動速度が３５ａ＋
／ｓｅｃ以上になると噴出量もそれに見合うだけ供給を
しないと溶湯は瞬時に固化され形状の不揃い、磁気特性
の不均一なフレークが製造される。噴出量が少ないと溶
湯をロールに押しつける力が不足しロール回転の慣性力
に吹きとばされロールによる抜熱量が少なくなり磁気特
性は悪くなる。数Ｌｏｇの実験室規模や数分で終了する
間欠式急冷装置では１５ｍ／ｓｅｃ以下、３５ｍ／ｓｅ
ｃ以上のロール回転速度でも従来法で対応できるが、１
０分以上の製造になるとロールへの蓄熱がフレーク冷却
速度に影響し均一な結晶粒径を得るロール回転速度の範
囲が狭くなる。これは少量の溶湯の急冷においてはロー
ル回転速度に関係なく、殆どのフレークがアモルファス
化するか若しくはそれに近い微細な結晶粒径を持つよう
になるからである。

■従来法では室内の雰囲気ガスが不活性ガスで真空度を
１〜３ｎｍＨｇ程度とした実施例があるがＮｄ系の材料
は他の物質と反応し易く、特に酸素ガスの影響は磁気的
に大である。従って不活性ガス下での高真空度という条
件は、酸素による酸化をより少なくし、ロール表面とフ
レークの間のガス境膜による熱伝導の阻害が小さくなる
という利点もある。しかしながらロール回転に同伴する
ガスの働きは溶湯が固化する最大２閥の長さにおいて上
から、左右から溶湯を押さえて成形し、かつフレ−ク上
側を冷却する。このような効果は高真空度の場合にはな
い。本発明の実施に際しても高真空度でフレークを製造
した場合、フレークの形状が捻じれたり、一部が極端に
厚くなり磁気特性は真空度の低いものより悪くなる。又
、不活性ガスの種類によってもノズル底部の冷却による
温度低下に差が生じる。この場合はＡｒよりＨｅガスが
望ましい。これは同一真空度においてもガス密度に差が
在るからである。上述したガス流による溶湯の成形効果
、フレーク上側の冷却効果はＡｒガスの方が優れている
。このようにガスの効果を考慮した適当な真空度と雰囲
気ガスの種類の選択が必要で、従来法によってＮｄ系の
材料を最適な結晶粒径で歩留りよく製造することは不可
能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記の問題点に迄み、Ｎｄ系永久磁石フレーク
を急冷法で製造するに当たり、厚みの変動が小さく、且
つ磁気特性の優れたフレークを歩留りよく製造する方法
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〕 本発明の要旨とするところは、下記のとおりである。

溶湯供給容器からノズルを介して溶湯を回転する冷却用
ロールに噴射し、溶湯を適正に冷却固化することにより
Ｎｄ系永久磁石フレークを製造する方法において、 ■溶湯の噴出速度を制御する差圧が、初期差圧が０．３
〜０．５　ｋｇ／ｃｉ、中期差圧が０．０５〜０．２ｋ
ｇＺｃ本中期差圧が前記差圧に到達後、連続的に差圧を
０．２〜０．４　ｋｇ　／　ｃｆに上昇させる３段階差
圧制御方式であること、 ■溶湯の噴出角度がロールの垂線に対して２〜１０度で
あり、噴出された溶湯がロールと接触する距離がロール
の中心から回転方向側に０〜１２ｍｍ・の範囲であり、
ロール表置とノズル間のギャップが８〜３０ｍｍである
こと、 ■ロール表面のフレークの移動速度が２０〜３０ｍ／ｓ
ｅｃであり、噴出の体積速度とロール回転速度の比で表
せば０．０６〜０．１０の範囲であること、 ■噴出前の室内の真空度が１００〜４５０ｍｍＨｇであ
り、雰囲気ガスがＡｒとＨｅの混合ガスでその混合比が
Ａｒ（５０〜７０％）：Ｈｅ　（３０〜５０％）である
こと、 を特徴とする永久磁石フレークの製造方法。

〔作　用〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

■第１図は本発明による差圧の制御方法を示す。

本発明は等速度噴出を目的として以下の手段を採用した
。

即ち、初期にノズル閉塞防止のため高い差圧をかけて溶
湯を噴出させ、その後急激な溶湯の噴出を抑えるため一
旦差圧を所定圧迄下げ（これを中期差圧という）、所定
圧に到達後液面高さの持つ位置エネルギーの減少分、雰
囲気ガスによるノズル縮流分だけ差圧を増大させる、等
速度噴出を実現する３段階差圧制御法である。

初期差圧は溶湯をノズルから噴出させる際、閉塞防止の
ため通常の差圧より高く設定する。上限の０．５ｋｇ／
ａｆｌはこれを超えた差圧であると溶湯の噴出量が増大
しロール上で跳ね飛び良好なフレークの製造ができない
。下限の０．３　ｋｇ　／　ｃｉ未溝の差圧になるとノ
ズルの一部が閉塞したり、噴出量が少なくなる確率が大
きくなる。従って、ノズル閉塞がなく良好な噴出速度が
得られる初期差圧の範囲は０．３〜０．５ｋｇ／ｃ−ｆ
ｌＴである。

初期差圧により一旦噴出させると、この差圧では噴出速
度が大きく、フレークは厚くなり、良い磁気特性のもの
が得られない。よって、出来るだけ短時間（数秒）で中
期差圧迄下げ適正な厚みのフレークを得る。この数秒間
では鋳込んだ溶湯の液面高さによる圧力が十分あり０．
２ｋｇ／ｃ１１Ｔ超では噴出速度大でフレークはまだ厚
く、０．０５　ｋｇ／ｃＩｌ１未満では小で薄くなる。

中期差圧の適正範囲は０、０５〜０．２　ｋｇ／ｃ＋ｆ
である。

後期差圧は等速度噴出を目的として、液面高さの減少分
、即ちトリチェリ効果及びノズル温度低下による縮流分
を補償するため、連続的に差圧を上昇させる。一定厚み
を得る条件としての最適範囲は０．２〜０．４　ｋｇ／
　ｃｆｆｌである。

第２図はＮｄ系永久磁石の溶湯を鋳込んだときの従来法
の差圧（圧力）を示す。第３図は従来法と本発明による
噴出時間と噴出量の比較である。従来法においては後半
トリチェリ効果およびノズルの温度低下による縮流によ
るシナジー効果により噴出量が低下する。

本発明の３段階差圧制御方式においては時間に直線的、
即ち等速度噴出が実現されており、フレークは一定の厚
みと幅の形状を持っている。第４図はフレーク厚みと磁
気特性の関係を示すものである。ある範囲の厚みのフレ
ークが最高磁気特性を示している。本発明はこの最適範
囲のフレークの厚みを３段階差圧制御方式を中心に種々
の条件の組合せで製造することができる。

■溶湯を円滑にノズルより噴出させ形状の良好なフレー
クを製造するためにはノズルをロール表面に対し垂直に
噴出するよりロールの垂線に対し２〜１０度の角度（以
後、傾斜ノズル）で噴出した方がパドルの乱れが少なく
、アスペクト比（フレークの幅と厚みの比）が安定なフ
レークを得ることができる。

垂直に噴出した場合噴出の運動エネルギーがある一定以
上にならないとパドルは形成されない。

パドルが形成されない弱い運動エネルギーでは溶湯はロ
ールに跳ね飛ばされて適正な冷却を受けることが出来な
くなり、即ち緩冷却となり、結晶粒径が肥大し磁気特性
が低下する。垂直ノズルの場合、ロール回転に伴うガス
流とノズル底部が直接接触するため温度低下が大きく噴
出量を一定に制御できない欠点がある。

本発明に従った傾斜ノズルの場合ノズル底部はガス流と
直接接触しないので温度低下は少ない。

傾斜角度が垂直に近い２度未満の場合はまだガス流の影
響を受ける。ｌＯ度超の場合は噴出に対する問題は全く
ないが溶湯がロール表面と接触する位置、即ちロール中
心からの距離が長くなり、その距離だけ接触時間が短く
なりフレークは適正に冷却を受ける事ができず磁気特性
は悪くなる。従って傾斜角度は２〜ｌＯ度が最適範囲で
ある。

第５図（ａ）、［有］）に垂直ノズルと傾斜ノズルを示
す。

第１表に垂直ノズルと傾斜ノズルの同一条件における噴
出速度の比較を示す。これから統計的な検定を必要とす
るまでもなく傾斜ノズルの方が平均値およびバラツキの
程度が良好である。又、二次的効果としてノズルを傾斜
させると運動エネルギーがある一定以下で、パドルが形
成されなくとも溶湯は円滑にロールに沿って流れ、凸凹
や傷の少ない良好な形状のフレークを製造することがで
きる。従って、傾斜ノズルは溶湯をロールに沿って円滑
に流出させる効果があり良好な形状で、且つ適正な冷却
を受けたフレークの製造が常時可能となった。

又噴出された溶湯がロール表面と接触する位置はロール
中心からＯ〜１２ＩＩＩｆｆｌの範囲とする。これより
も接触距離が遠く離れるとロールからの冷却ゾーンが短
くなり適正冷却が行われない。第２表に溶湯のロール中
心からの接触距離の違いによる磁気特性の比較を示す、
ノズルとロール表面間のギャップが小さい場合、噴出初
期は特に高い差圧をかけるのでロール表面より飛散した
溶湯がノズル加熱器に付着し、この付着物が凝固して、
以後のフレーク製造を阻害する。このため、ギャップは
最低８Ｍ以上必要とする。この初期付着を防止するため
ギャップをさらに大きくすれば安全であるが３０Ｍを超
えると噴出流がロール接触際で清流となりやすく、この
ため製造されたフレーク内に空孔が発生したり、厚みの
不均一な物が多くなる。従って、ギャップは８　ｍｍ以
上３０ｍｍ以下とする。

■第６図にロール回転速度と、一定な噴出速度における
フレークの厚みとの関係を示す。この図からロールの回
転数によってフレークの厚みを制御することが可能であ
ることが分る。第７図はロール回転速度と磁気特性の関
係の一例である。低速回転の場合アンダークエンチとな
り磁気特性は良くない。高速回転の場合はアモルファス
状になり、熱処理をしないと磁気特性は回復しない。当
然噴出量に影響を与えるノズル孔径や差圧が異なれば噴
出量が違いロール回転速度を合致させねばならない、噴
出の体積速度とロール回転速度の比が０．０６〜０，１
０の範囲は熱処理工程が不要である。

ロール回転速度で表せば２０〜３０　ｍ／ｓｅｃの範囲
で最適な磁気特性のフレークが製造される。

■第８図は雰囲気ガスの種類によるノズル底面の温度低
下の関係である。これからノズル底部の冷却による温度
低下に差が生じる。この場合はＡｒよりＩｌｅガスが望
ましい。第９図は真空度と磁気特性の関係である。真空
度１００〜４５０ｍｍＨｇの範囲で、ロール回転に同伴
したガス流による溶湯の成形、フレーク上側の冷却効果
はＡｒガスの方が優れている。このようにガスの効果を
考慮した適当な真空度と雰囲気ガスの種類の選択が必要
である。

本発明はＡｒとＩｌｅガスの長所を考慮して混合し真空
度と磁気特性の関係を求めた。その結果を第１０図に示
す。一種類の単独ガスより有利な点を列挙すればロール
とフレークの境膜による熱伝導の阻害がＡｒガス単独に
比べて改善された。即ち、ロールとフレークの境膜によ
る熱伝導は計はｌｌｅの約１７１０である。ガス流によ
る溶湯の成形、フレーク上側の冷却効果はＨｅガス単独
に比べて改善された。

〔実施例〕

第３表に本発明に従った製造条件と、これと略同−条件
の従来法による製造条件の比較を示す。

第４表は本発明に従った製造条件と従来法の製造条件で
製造したフレークの磁気特性の比較を示す。

第４表から本発明の製造条件が従来法に比べて優位性が
あることがわかる。

〔発明の効果〕

急冷法は液体状態にある物質を高速回転しているロール
上に吹きつけ急速に固化させ、非晶質もしくは、それに
近い結晶質の物質を得るものである。ロール上に生じる
パドルから固化するまでいかに安定させることができる
かが重要である。このパドルの形状や大きさがフレーク
形状（厚みと幅）をきめる。フレーク形状とその組成が
磁気特性の善し悪しを決定する要因となる。従って、そ
の組成の結晶構造物と結晶粒径の大きさが磁気特性の良
否の要因となる。磁石材以外の急冷材はフレーク内に結
晶粒のない完全なアモルファスを作ることを目的にして
いる。磁石材料はアモルファスもしくはアモルファスに
近い微細な結晶構造のフレークを製造すると最適な結晶
粒径を得るために熱処理工程を必要とする。熱処理の効
果はこの微細な結晶を適正な結晶粒径に成長させるが、
急冷時すでに最適な結晶を持つフレークの磁気特性を減
少させる反作用もある。特に固有保持力の減少が顕著で
ある。急冷して製造したフレークを選別したものと、同
じフレークを熱処理したものを比較すると選別した方の
磁気特性が良好である。

本発明者らは溶湯を等速噴出させる噴出条件や溶湯冷却
用のロール材質、ロールの表面粗度、ロール回転数、ノ
ズルとロール表面間のギャップ、ノズルの傾斜角度、室
内の雰囲気ガス等の諸条件をコントロールすることによ
って、高性能な永久磁石フレークを熱処理工程なしで製
造できる方法を完成させた。製造したフレークを熱処理
しないですむならば、その組成における最適な磁気特性
を得ることができる。又熱処理設備が不用であるため経
済性、省力化で優位となりコスト低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の３段階差圧制御方式の一例を示す図、
第２図は従来法による差圧方式を示す図、第３図は噴出
時間と噴出量の関係を従来法と本発明の３段階差圧制御
方式との比較で示す図、第４図はフレーク厚みと磁気特
性の関係を示す図、第５図は従来法における垂直ノズル
（ａ）と本発明による傾斜ノズル（ｂ）を比較して示す
図、第６図はロール回転速度とフレーク厚みの関係を示
す図、第７図はロール回転速度と磁気特性の関係を示す
図、第８図は雰囲気ガスの種類によるノズル底面の温度
低下の関係を示す図、第９図は室内の真空度と磁気特性
の関係を示す図、第１０図は室内の雰囲気をＡｒとｌｌ
ｅの混合ガスにおける磁気特性との関係を示す図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶湯供給容器からノズルを介して溶湯を回転する冷却用
   ロールに噴射し、溶湯を適正に冷却固化することにより
   Ｎｄ系永久磁石フレークを製造する方法において、 （１）溶湯の噴出速度を制御する差圧が、初期差圧が０
   ．３〜０．５ｋｇ／ｃｍ＾２、中期差圧が０．０５〜０
   ．２ｋｇ／ｃｍ＾２、中期差圧が前記差圧に到達後、連
   続的に差圧を０．２〜０．４ｋｇ／ｃｍ＾２に上昇させ
   る３段階差圧制御方式であること、 （２）溶湯の噴出角度がロールの垂線に対して２〜１０
   度であり、噴出された溶湯がロールと接触する距離がロ
   ールの中心から回転方向側に０〜１２ｍｍの範囲であり
   、ロール表面とノズル間のギャップが８〜３０ｍｍであ
   ること、 （３）ロール表面のフレークの移動速度が２０〜３０ｍ
   ／ｓｅｃであり、噴出の体積速度とロール回転速度の比
   で表せば０．０６〜０．１０の範囲であること、 （４）噴出前の室内の真空度が１００〜４５０ｍｍＨｇ
   であり、雰囲気ガスがＡｒとＨｅの混合ガスでその混合
   比がＡｒ（５０〜７０％）：Ｈｅ（３０〜５０％）であ
   ること、 を特徴とする永久磁石フレークの製造方法。