JPH0410503A - 希土類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〕 本発明はウィグラ及びアンデュレータ用磁石等の電子ビ
ーム等加速器から放射光を取り出す装置、ＭＨｌ、（核
磁気共鳴イメージング及びサーボモータ等の駆動源に用
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小さく、同時に組立時において十
分な減磁耐力を有する希土類−鉄系の永久磁石に係るも
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電子線加速
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
ビームの通路を挟んで両側にウィグラ又はアンデュレー
タとよばれる複数個の永久磁石を連続配置させ、各永久
磁石はで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、パーマロイ等ノヨークと
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。

ウィグラの一例を第１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第１図
の矢印■で示す方向へと進行し、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、特に最近ではＮｄ　−Ｆｅ３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が、まれにはｂ≦Ｃの
ものも用いられている。

また、粒子線加速器用ウィグラ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と共に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、磁化方向の頭角は永久磁石の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、より大きな能力の電子線加速器が望ま
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
キャビティの端部付近では、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（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏｓｔａ
ｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ＋略してＣＩＰとよばれる。）
である。

該公報の実施例には５ＩｌｌＣＯ系磁石の場合について
（００２）面の回折Ｘ線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的とはならず、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６２−６４４９８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
法の方が高配向度着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（、ＩＰ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
永久磁石及びその製造方法が１つには要望されていた。

ところで、ウィグラ、アンデュレータ、ＭＲＴ及び駆動
源のいずれの磁石の用途を取り挙げても、磁気回路を構
成するため番こは、必ず組み立て工程が不可欠であるが
、磁石を順次組み込んで行く場合、すでに回路内に組み
込まれた磁石からの磁界によって組み込み過程にある磁
石に減磁が生じ結果として必要とする磁束量が確保でき
ないという問題点があった。

本発明は、電子線加速器用ウィグラ等に用いられる希土
類−鉄系磁石であって、磁化方向の傾角が極めて小さい
ことは勿論、更には減磁耐力に優れた永久磁石及びその
製造法を提供することを目的とするものである。

（問題を解決するための手段〕 問題となっている減磁耐力について、最も厳しい仕様が
要求されるウィグラの一種であるアンデュレータについ
て少し詳細に述べる。

第２図は、第１図に示すアンデュレータの組み立て方法
を模式図で示したものである。図中■は組み立て途中の
状況を示しており、■はバーメンダー又はパーメンジュ
ールなどの磁極を示す。■は組み込み途中の永久磁石＃
１を示し、■は対称基準面である。第２図の組み立て作
業において、磁石＃ｌが最隣接の磁石＃２及び２番目の
隣接する磁石との間で生じる磁束線の流れの状態をコン
ピュータにリシミュレーションした結果が第３図である
。なお第３図は、中心線■の上方のみを示している。図
から明らかなように、組み立て途中の磁石＃ｌと同極の
２番目の隣接磁石＃３（図中点線で示す）に対して大き
く減磁界が作用していることがわかる。二〇減磁界（逆
磁場）の最大値を■を原点とした最終組み込み位置から
の距離に対してプロットしたものが第４図である。図で
■。

■及び［相］はそれぞれ＃１．＃２及び＃３の磁石を示
す。このときの永久磁石のＢｒは９０００’であり、第
４図から、最大の減磁界は２５００”であることがわか
る。これらの関係から磁石のパーミアンスを考慮すると
、磁石のＢ−Ｈ曲線上の保磁力ｂＨｃに対して要求され
る減磁耐力は１．２×ｂＨｃ、望ましくは１．３×ｂＨ
ｃとなる。

本発明は、第１図に示す前記ａとｂとで形成される平面
の法線に対する磁化方向の頭角が３度以内であることを
基本としている。

本発明は、以上からＮｄ又はＮｄと少く共１種類の他の
希土類元素Ｒ，Ｆｅ及びＢを主成分とし、必要に応じて
用いられる添加元素を構成成分とするＮｄ（Ｒ）　−Ｆ
ｅ−Ｂ系永久磁石において、焼結及び熱処理後の磁気特
性のＢ−Ｈ曲線上の第２象限における保磁力をｂＨｃと
するとき、第２象限における４πＩ−Ｈ曲線上の変曲点
の絶対値が１．３　×ｂＨｃの絶対値よりも大であるこ
とを特徴とする永久磁石である。

本発明は上記に記載の永久磁石を構成する原料粉末を異
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
おいて異方性化方向の厚さｔに対する他の２辺の内の短
辺の長さをＷとしたとき、ｗ／ｔの比率が０．５〜１５
の範囲内にあることを特徴とする永久磁石の製造方法で
ある。

また、加圧成形体等の少く共一辺にテーパないしは曲面
を設けた希土類−鉄系永久磁石も本発明によって十分に
製造可能であり、１．３×ｂＨｃ以上の仕様を十分に満
足することができる。

前述の粒子線加速器用ウィグラ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、本発明者等によ
る特願昭６３−２０５８４９号等に記載の方法によりま
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。

すなわち、成形工程をリフティングフローコントロール
付油圧プレス又はＮＣ制御機構を備えたメカニカルプレ
スにより、成形体への実質印加圧力が０．４　ｔ　／ｃ
ｉ以上の、比較的低圧による磁場中予備成形とＣＩＰに
よる高圧下での静水圧プレスの２工程の併用によって、
磁石微粒子の配向性が極めて優れた上記形状の成形体を
得ることができる。また、成形体の時点で高配向である
ために、以陣の焼結及び熱処理後に本質的に角型性の優
れた磁気特性となるため、４πＩ−Ｈ曲線上の第２象限
での変曲点に至るまでの直線性が良好であり、１．３　
×ｂＨｃに相当する点での磁束密度Ｂも高い値を示す。

以下実施例により本発明を具体的に示す。

実施例ｌ Ｎｄ３１．７重量％、ｏｙ４．ｏ重量％、Ｂ（硼素）１
．１重量％、Ｃｏ１重量％、Ｇａ０．８重量％、残部Ｆ
ｅからなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石合金のインゴット
を作製した。次いでスタンプミル等による粗粉砕及びＮ
２ガスを用いたジェットミル粉砕により平均粒径４μｍ
の微粉末を得た。

このようにして得られた磁粉を１５２ｍｍＸ３７ｍｍの
断面寸法を持ったダイス中に充填し１４ｋｏｅ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１
２８ｍｍになるまで０．７トン／ｃ１１１の圧力でリフ
ティング付の一軸プレスで予備成形した。

その後、ａ＝２００、ｂ＝１５０ｍｍ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３ｔ／ｃｄの静水圧でＣＩ
Ｐ成形を行い１４０Ｘ１２１Ｘ３５ｍｍ（＝は配向方向
）のい成形体を得た。得られた成形体をＷ製支持台上に
設置し１０８０°ＣＸ２時間真空中で焼結した。得られ
た焼結体の寸法は１２７Ｘ１０１Ｘ２７ｍｍ、焼結密度
は７．４ｇ／ｃ４であった。焼結後、試料を室温まで炉
中冷却し、再度９００°ＣＸ２時間加熱し、１．５°Ｃ
／分の冷却速度で連続冷却した。

室温への冷却後、５８０°Ｃ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。

熱処理後の試料から、１０１０Ｘ１０Ｘ１０のテストピ
ースを切り出して測定した磁気特性の値はＢｒ１２１０
０’　、　ｂＨｃ１１Ｂ００°″、１Ｈｃ２０６００°
３、（ＢＨ）、１ｌｌｌＸ３５、４　Ｍ′′”であった
。このときのｌ、　３　×ｂＨｃ　＝１５３００°″の
減磁界位置での第２象限でのＢの値は１１７００’であ
り、前記Ｂｒ値に対して僅かに４００°８すなわち３％
の低下であり、本磁石が第３図及び第４図で要求される
組み立て仕様を十分に満足することがわかる。

また、このブロック磁石から磁化容易方向の一辺が２次
関数の曲面を有する５０ｘ３０ｘ２５（端部）、１５　
（中央部）のウィグラ用磁石に加工を行った後、Ｍｘ、
Ｍｙ、Ｍｚ等を測定した結果をの１例を第１表に示す。

第１表から１Ｍｚに対する　Ｍｘ＋Ｍｙ　　の比率は小
さく、従って磁化方向の傾角θも小であり、配向性に優
れた磁石であることがわかる。

ｄセ −ｙｉＪ４ｉｌｌ′ 鴫 派　寥 実施例２ 重量％でＮｄ２９．１　、Ｄｙ３．６、Ｂ１．０５、Ｎ
ｂ１．１５、ｉｏ、２５残部ＦｅからなるＮｄ−Ｆｅ−
Ｂ系磁石合金を実施例１と同様に粉末として、得られた
粉末を横断面１２０Ｘ３３ｍｓ＋の成形空間を有する成
形型内に充填し、磁場中予備成形により高さ９５＋ａｍ
のブロックを形成した。印加磁場は１３ｋＯｅであった
。得られた成形体を実施例１と同様にして、ＣＩＰ及び
焼結を行った。焼結密度は７．３ｇ／ａｌｌであった。

次いで、熱処理条件による保磁力ｉＨｃの変化を調べる
ため、２段階の熱処理方法により検討を行った。熱処理
の第１段階は７５０〜９５０　’Ｃの範囲で、第２段階
は５５０〜７００°Ｃの範囲に設定し、第１段と第２段
階との間で略３５０°Ｃにまでの冷却過程を設けた。ｉ
Ｈｃは全般的に第１．第２段階での保持温度が高くなる
程大となる傾向を示すが、角型性は逆に低下する。第２
表に、９００’ｃｘ２ｈ＋７００°ＣＸ２ｈの組合わせ
で得られた試料■及び８００°ＣＸ２　ｈ＋６００”Ｃ
Ｘ２ｈのそれで得た試料［相］の磁気特性を、ウィグラ
用磁石として要求される仕様値と共に示す、また、角型
性を含めた、４πＩ−Ｈ曲線の形状を、これらの２試料
について第５図に示す。第５図がら明らかなように、こ
れらの永久磁石は、いずれも１．３　×ｂＨｃに相当す
る減磁界の時点では高いＢ値を示すことがわかる。また
、第３表からこれらの永久磁石は、ウィグラに要求され
る他の仕様値も十分に満足することがわかる。また、こ
れらの永久磁磁石素材を５０Ｘ２０Ｘｂ 磁面の法線方向に対する磁化の傾角θの値を測定した３
３個のアンデュレータ用磁石について第３表に示す。表
からθは０．０７〜０．７２ｄｅｇの範囲にあり、傾角
からも優れた特性を示すことが明らかである。

リｃＤロロトト■ＣのＣへ冑■の！のの啼寸ｃＤωロＣ
ＯロＱ■■Φロロロψψωロロロロ＋、Ｉ　＋＋　＋＋
　＋、ｌ　＋＋　＋＋Ｉ　ｍ　＋＋　＋＋　＋＋　ｍ　
＋−１＋−１＋−１＋−１＋−１−＋−１＋＋ｃｏ　　
寸　曽　■　の　〜　い　ロ　■　〜　曾　膿　ロ　ψ
　ト　の　ψ　Ｎ　■■寸Ｏｗｌ　ｗ　？−■■ト寸り
■口■トク（１）トのり＋＋　＋−１＋−１＋＋　＋−
１＋＋　＋＋　＋＋　＋１　＋１　＋ｍ−＋−１　＋−
１＋１−＋１　＋１　＋ｍ叩５Ｃｘ、遼ゆゼ。５−−５
゜ヌ。ｉ−ｉ、Ｊ！、Ｊ。ｉゆｊ−５゜遍。１、Ｌ４゜
夕。

〔発明の効果〕

本発明により、ウィグラ、アンデュレータ、ＭＨＩ及び
駆動系に要求される角型性に優れ、１、３　×ｂＨｃ相
当の減磁界に於ても高いＢを示しかつ磁化方向の傾角が
極めて小さい永久磁石を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る永久磁石の用いられるウィグラ（
アンデュレータ）の−例を示す図、第２図は本発明に係
るハイブリット型アンデュレータの組み立てを示す模式
図、第３図は本発明に係る第２図に示す組立時における
磁束の流れのシミュレーションを示す図、第４図は本発
明に係る磁石の組み込み位置による反磁界の強度変化を
示す図、第５図は、本発明に係る永久磁石に関する４π
Ｉ−８曲線を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｄ又はＮｄと少く共１種類の他の希土類元素Ｒ
   ，Ｆｅ及びＢを主成分とし、必要に応じて用いられる添
   加元素を構成成分とするＮｄ（Ｒ）−Ｆｅ−Ｂ系永久磁
   石において、焼結及び熱処理後の磁気特性のＢ−Ｈ曲線
   上の第２象限における保磁力をｂＨｃとするとき、第２
   象限における４πＩ−Ｈ曲線上の変曲点の絶対値が１．
   ３×ｂＨｃの絶対値よりも大であることを特徴とする永
   久磁石。
2. （２）請求項（１）に記載の永久磁石を構成する原料粉
   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
   結後において異方性化方向の厚さｔに対する他の２辺の
   内の短辺の長さをｗとしたとき、ｗ／ｔの比率が０．５
   〜１５の範囲内にあることを特徴とする永久磁石の製造
   方法。
3. （３）加圧成形体の少く共一辺にテーパないしは曲面を
   設けた請求項（１）に記載の希土類永久磁石及びその製
   造方法。