JPH04120253A - 永久磁石用合金およびそのボンド磁石 - 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、希土類金属・鉄・ホウ素系永久磁石用合金の
改良および該合金の粉末を樹脂で固めて成るボンド磁石
に関する。

（従来の技術） 近年開発された希土類金属・鉄・ホウ素系の永久磁石は
、従来の希土類コバルト磁石に比べて磁気特性に優れて
いるとこ′ろから、その利用範囲が拡大しつＳある。一
方、希土類金属・鉄・ホウ素系合金粉末を樹脂で固めて
成るボンド磁石は、一般に熱硬化性樹脂を用いる圧縮成
形磁石−と熱可塑性樹脂を用いる射出成形磁石に分Ｇ＋
へねるＨｓ−庸Ｔ丑シ仕の自由麻りけ矢く、寸注精度に
優れ、他部品との複合成形が可能であるなどの理由によ
り、近年モーター用などに市場拡大が図られている。

ところで、上記したボンド磁石は、体積比で十数％から
約４０％の非磁性物質（樹脂）を含むため、焼結磁石と
比較して相当量の磁気特性の低下が避けられないという
欠点を有していた。

−例として、焼結磁石の残留磁束密度Ｂｒ１２ＫＧ。

最大磁気エネルギー積ＢＨｍａｘ３０ＭＧＯｅに対して
、それぞれ６　ＫＧ、　１０ＭＧＯｅ程度となっている
。このボンド磁石の磁気特性上の欠点は、当然のことと
して樹脂の配合量を減らすことにより改善できるが、こ
の場合は、磁石強度や量産製造上の問題が生じ、せっか
くのボンド磁石の利点が失われることとなる。

そこで、最近はボンド磁石の原料としての合金の組成に
検討を加えることが種々なされ、例えば特開平２−５７
６６２号公報には、希土類元素として少なくとも５０原
子％以上のネオジム（Ｎｄ　）を含む元素を選択し、こ
れと鉄（Ｆｅ　）コバルト（Ｃｏ　）　、ホウ素（Ｂ）
、ノ＼ナジウム（Ｖ）とを組合わせた合金力Ｓ開示され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しカルながら、上記公報に示された新たな合金によれば
、磁気特性の向上効果力Ｓシ）ま一つ不足し、ボンド磁
石の磁気特性を高める上で根本的な解決にならないとい
う問題があった、特番こ応用製品であるモーターを設計
する観点力）らは、最大磁気エネルギー積ＢＨｍａｘよ
り残留磁束密度Ｂｒの大きさを重視することが多し１力
５、前言己合金ではこの残留磁束密度Ｂｒがｌ０ＫＧ以
下と小さく、その適用範囲も限られるという問題力Ｓあ
った。

したがって本発明の目的は、高い残留磁束密度を有する
永久磁石用合金と、この合金を用しまた適用範囲の広い
ボンド磁石を提供すること番こある。

（課題を解決するための手段） 本発明では、以下の技術的手段によって優れた磁気特性
を有する永久磁石用合金を実現した。

即ち、希土類金属（Ｒ）、遷移金属（Ｔ）、Ｂ、■が原
子百分率で、Ｘ％Ｒ−（１００−Ｘ−Ｙ−Ｚ１％Ｔ−Ｙ
％Ｂ−Ｚ％Ｖ　（ただし５≦Ｘ＜９゜３≦Ｙ＜１５．０
．５≦Ｚ〈５）の割合で含まれ、前記希土類金属（Ｒ）
はＮｄとＰｒの一種または二種の合計を５０％以上含む
ランタノイド元素から成り、前記遷移金属（Ｔ）はＣＯ
を５％以上３０％未満含むＦｅ基合金から成り、かつ溶
湯を直接急冷して薄片または粉末としてなることを特徴
とする。

本発明において、希土類金属（Ｒ）としてネオジム（Ｎ
ｄ　）とプラセオジム（Ｐｒ　）とを選択したのは、Ｎ
ｄ１Ｆｅ＋Ｊ、　ＰｒＪｅ＋Ｊ化合物両者の異方性エネ
ルギーおよび飽和磁化の理論値が、他の希土類を用いた
同様化合物より大きく、しかも実験的に優れた磁気特性
を認めたためである。またこれらの二元素は、資源的に
も豊富で利用価値が高いためである。しかして希土類金
属（Ｒ）の含有量が５原子％未満ではＦｅを主体とする
軟磁性相の増大によって保磁力が低下するばかりか磁気
エネルギーも低下し、一方、９原子％以上では残留磁束
密度が低下して所望の磁気エネルギーを得ることが難し
くなるので、本発明では希土類金属の含有量Ｘを５≦Ｘ
＜９とした。本発明において希土類金属としては、合金
コスト低減のためにＣｅ、Ｌａを含んだり、あるいは磁
気特性の改良調整のためにＤ　ｙ、　Ｇ　ｄ、　Ｔ　ｂ
、　Ｈｏ、　Ｓ　ｍ等地の希土類元素を含むことができ
る。ただしＮｄ、Ｐｒの単独または両者の合計が５０原
子％以上であることが、良好な磁気特性を得るために必
要である。

遷移金属（Ｔ）についてはＦｅを主体とし、−船釣に置
換元素として知られるコバルトＣＯを添加して、キュリ
ー温度の上昇による温度特性の改良と、スレータ−・ポ
ーリング曲線から推定されるＦｅへのＣＯの固溶による
飽和磁化の向上を目的とした。ＣＯ置換率５原子％以上
３０原子％未満の範囲としたのは、５原子％未満ではキ
ュリー温度の向上が顕著でなく、また３０原子％以上で
は保磁力の急激な低下があり期待する磁気特性が得られ
なくなる理由による。

Ｂについては、その含有量が３原子％未満ではＲ，Ｔ、
４Ｂ化合物相が不安定化して磁気特性の急激な低下があ
り、一方１５原子％以上では非磁性相の増大により磁気
エネルギーの低下が著しいので、本発明ではこのＢの含
有量Ｙを３≦Ｙ〈１５とした。

■については、保磁力の低下を抑制するために各種の遷
移金属元素Ｔｉ　、Ｃｒ　、Ｗ、Ｈｆ。

Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ等の合金への添加効果を調べた
結果、最も効果の認められたものである。しかしてこの
■の含有量が０．５原子％未満ではＦｅを主体とした軟
磁性相の出現によって保磁力が低下し、一方５原子％を
越えると非磁性相の増大により残留磁束密度の低下を招
（ので、本発明ではこの■の含有量２を０．５≦Ｚ＜５
とした。なお、この■は特に低い希土類金属組成におい
て軟磁性相の出現を抑制する働きがある。

本発明の合金は、従来公知の方法によって製造すること
ができる。最も一般的な製造方法はゼネラルモータース
社において実施されているメルトスピン法であり、これ
はたとえば高周波溶解された所定成分組成の合金を、石
英ノズルからアルゴンなどのガス圧力を利用して毎秒数
十ｍの周速度で回転する銅製ロール表面に射出する。ま
た必要によっては射出後、合金内部の組織調整のために
熱処理を行うことができる。

この他に合金を得る方法として、前記銅製ロールの代わ
りに他の金属やセラミック製ディスクを用いることがで
きる。さらには溶湯合金をガスや液中に高速で噴出させ
るアトマイズ法も、高速冷却をあまり必要としない場合
には用いることができる。なお、本発明において良好な
磁気特性を示した合金粉末は、走査型電子顕微鏡観察に
よれば数十から数百ｎｍ　（１ｎｍ＝　１０−９ｍ　）
の微細な結晶粒が認められ、またＸ線回折によれば典型
的なＲｉＴ＋４Ｂ化合物と若干量のアルファ鉄が存在し
ていた。

本発明にか＼る合金の適用範囲は任意であり、等方性ボ
ンド磁石はもとより、焼結磁石、熱間加工して得られる
等方性あるいは異方性の金属磁石、あるいは該金属磁石
を粉砕した粉末を使用する異方性ボンド磁石などに用い
ることができる。

本発明はまた、上記した合金の薄片または粉末に樹脂を
混合してボンド磁石としたことを特徴とする。本ボンド
磁石において、前記樹脂の種類は特に問うものでなく、
例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹
脂、あるいはナイロンやポリフェニレンサルファイド（
ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。こ
のボンド磁石の製造に際しては磁場中成形を行っても良
く、これによって磁気特性の若干の向上を達成すること
ができる。

（作用） 上記のように構成した永久磁石用合金においては、希土
類金属、遷移金属、ホウ素、バナジウムの所定組成によ
る相乗効果により、残留磁束密度Ｂｒ：ｌＯ〜１２ＫＧ
、最大磁気エネルギー積：ＢＨｍａｘ１８〜２２ＭＧＯ
ｅとなり、従来汎用のボンド磁石用合金に対してはもち
ろん、特開平２−５７６６２号公報に示された合金と比
較しても、特に残留磁束密度が著しく増大した。因に、
従来汎用のボンド磁石用合金粉末は米国ゼネラルモータ
ース社が製造販売しており、その代表的粉末（商品名：
　ＭＱＰ−Ｂ）の磁気特性は、残留磁束密度Ｂｒ　：　
８．５ＫＧ　、最大磁気エネルギー積ＢＨｍａｘ　：　
１２ＭＧＯｅである。この結果、本合金を用いて形成し
たボンド磁石も磁気特性が大幅に向上した。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示すような所定組成の合金を高周波溶解して鋳
造インゴットを製作した。各溶解原料は、純度９９％以
上のＮｄ、Ｐｒ、および９５％以上の他の希土類金属、
純度９９％以上の電解鉄、雪解コバルト−ぶ上γド木錦
竹シ１て釣１旨量％のＣ，Ｓｉ、　Ａｌを含有する市販
グレードのフェロボロン（Ｆｅ−Ｂ）を用いた。上記イ
ンゴットを粗粉砕して石英射出管に装填して高周波溶解
した後、アルゴンガス圧力によって石英管下部の細孔か
ら回転する単ロール面に射出急冷した。得られた合金は
、幅１　＋ｎ＋ａ、長さ１００〜５００ｍｍ　、厚さ０
．０３ｍｍの薄片または薄帯形状をしていた。なおロー
ルは表面がクロムメツキされた水冷銅ロールで、直径４
００ｍｍである。またロール周速度は得られる合金薄片
の磁気特性と密接に関係しているために、１６〜２２ｍ
／秒の範囲で変化させた。得られた合金の磁気特性を第
１表に示した。磁気特性は振動試料型磁力計（ＶＳＭ）
を用いて、６０ＫＯｅのパルス着磁後、室温で測定した
。なお測定は薄片の長平方向に行ったため、反磁場補正
は必要としなかった。

第１表から明らかなように、合金中の希土類金属（Ｒ）
の原子百分率が適当な範囲（５原子％以上、９原子％未
満）において、残留磁束密度ＢｒがｌｏＫＧ以上、最大
磁気エネルギー積ＢＨｍａｘが約２０ＭＧＯｅとなり、
優れた磁気特性が得られた。なお、Ｎｏ、　１およびＮ
ｏ、　８は比較例である。

第１表 （＃比較例） 実施例２ 実施例１と同様な方法で、所定の合金組成について急冷
合金薄片を製作して磁気特性を測定した。その結果を第
２表に示す。第２表から明らかなように、Ｃｏの適度な
置換率においてｌｏＫＧ以上の残留磁束密度Ｂｒを得た
。Ｆｅに対するＣｏの置換が少量すぎる場合（Ｎｏ、　
１１　、１２　）はその効果が顕著でなく、また過度の
場合（Ｎｏ、１８）には保磁力の急激な低下を招くこと
が明らかになった。

第２表 （＃比較例） 実施例３ 実施例１と同様な方法で、所定の合金組成について急冷
合金薄片を製作して磁気特性を測定した。その結果を第
３表に示す。第３表から明らかなように、適切なり含有
範囲（３原子％以上、］５原子％未涌）において１０Ｋ
Ｇ以上の残留磁束密度を得た。Ｂ含有量が少なすぎる場
合（Ｎ。

、１９）は合金が軟磁性化して保磁力が急激に低下し、
一定量より多すぎる場合（Ｎｏ、２４）は非磁性相の増
大によって残留磁束密度が低下することが明らかとなっ
た。

第３表 （＃比較例） 実施例４ 第４表に示すような所定組成のインゴットを製作し、石
英射出管からその合金溶湯を回転する単ロール面に射出
急冷した。この時合金を非晶質化させるために、ロール
周速度は３５ｍ／秒とした。得られた急冷合金は、幅０
．５ｍｍ、長さ５〜２０ｍｍ、厚み０．０２ｍｍの薄片
形状をしており、その磁気特性は保磁力がほとんどゼロ
であった。次にこの薄片をアルゴンガス雰囲気下で、６
００〜７５０℃の温度範囲において熱処理を実施して保
磁力を回復させた。このようにして得られた最良の磁気
特性値を第４表に示す。

第４表 （＃比較例） 第４表から明らかなように、適切な■含有量範囲（０，
５原子％以上、５原子％未満）において１０ＫＧ以上の
残留磁束密度を得た。■を含まない場合（Ｎｏ、　２５
　）は軟磁性相の出現によって保磁力が低下し、一定量
より多すぎる場合（Ｎｏ、３０）には非磁性相の増大に
よって残留磁束密度が低下することが明らかとなった。

実施例５ 実施例３におけるＮｏ、１９〜２４の薄片と、ゼネラル
モータース社製合金粉末ＭＱＰ−Ｂ　（組成式：　Ｎｄ
＋２Ｆｅ７ｔＣＯａＢｓ　）を、衝撃式気流粉砕機を使
用して１５０ミクロン以下に粉砕した。得られた粉末に
液状エポキシ樹脂を２重量％添加混合したものを金型に
充填し、５トン／　Ｃｍ　２の圧力で圧縮成型して、直
径１２ｍｍ、長さｌ　Ｏ＋ｎｍ、密度はぼ６、２　ｇ　
／　ｃｍ”の円柱状試料を製作した。続いて１５０℃で
１時間のキュア処理を行ってエポキシ樹脂を硬化させた
。試料の磁気特性は、直流式Ｂ−Ｈトレーサーによって
最大測定磁場２４ＫＯｅの下で測定し、その結果を第５
表に示す。なお第５表における試料Ｎｏ、　１９　Ａ〜
２４Ａは、実施例３に於ける試料Ｎｏ、１９〜２４に対
応し、試料Ｎ０２５Ａは粉末ＭＱＰ−Ｈに対応する。

第５表から明らかなように、本発明による所定成分組成
の急冷合金薄片を使用したボンド磁石は、比較例として
示したボンド磁石にだいして８ＫＧ以上の優れた残留磁
束密度を示した。なお、Ｎｏ、　１９Ａ　、　２４Ａ　
、および２５Ａは比較例である。

第５表 （＃比較例） 実施例６ 実施例５と同様にして、実施例３におけるＮｏ、　１９
〜２４の薄片と、ゼネラルモータース社製粉末ＭＱＰ−
Ｂ　（組成式：　Ｎｄ＋ｔＦｅｔｙＣＯａＢｇ　）を、
衝撃式気流粉砕機を使用して１５０ミクロン以下に粉砕
した。得られた粉末に、８重量％のナイロン１２を添加
して２６０℃で練合し、冷却、カッティングしてベレッ
トにした。次に日本製鋼新製の射出成形機を用いて、ペ
レット供給口に窒素ガスを３Ｉ２／分流しながら射出温
度２９０”Ｃで成形して直径１６ｍｍ、長さ１０ｍｍ、
密度５ｇ／ｃＩＩｌ″の円柱状試料を製作した。試料の
磁気特性は直流式Ｂ−Ｈトレーサーによって最大測定磁
場２４ＫＯｅの下で測定し、その結果を第６表に示す。

なお第６表における試料Ｎｏ、　１９　Ｂ〜２４Ｂは、
実施例３における試料Ｎｏ、　１９〜２４に対応し、試
料Ｎｏ、　２５Ｂは粉末ＭＱＰ−Ｂに対応する。

第６表 （＃比較例） 第６表から明らかなように、本発明による所定成分組成
の急冷合金薄片を使用した磁石は、比較例として示した
磁石にたいして６ＫＧ以上の優れた残留磁束密度を示し
た。なお、Ｎｏ、１９Ｂ。

２４Ｂ、および２５Ｂは比較例である。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明にか＼る永久磁石
用合金によれば、希土類金属、遷移金属、ホウ素、バナ
ジウムの所定組成による相乗効果により、残留磁束密度
が著しく増大するものとなった。またこの合金を用いた
ボンド磁石も同様に高い磁気特性を実現するものとなり
、その適用範囲の拡大を達成できた。

（ほか２名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類金属（Ｒ）、遷移金属（Ｔ）、Ｂ、Ｖが原
   子百分率で、Ｘ％Ｒ−（１００−Ｘ−Ｙ−Ｚ）％Ｔ−Ｙ
   ％Ｂ−Ｚ％Ｖ（ただし５≦Ｘ＜９， ３≦Ｙ＜１５，０．５≦Ｚ＜５）の割合で含まれ、前記
   希土類金属（Ｒ）はＮｄとＰｒの一種または二種の合計
   を５０％以上含むランタノイド元素から成り、前記遷移
   金属（Ｔ）は Ｃｏを５％以上３０％未満含むＦｅ基合金から成り、か
   つ溶湯を直接急冷して薄片または粉末としてなることを
   特徴とする永久磁石用合金。
2. （２）希土類金属（Ｒ）、遷移金属（Ｔ）、Ｂ、Ｂ、Ｖ
   が原子百分率で、Ｘ％Ｒ−（１００−Ｘ−Ｙ−Ｚ）％Ｔ
   −Ｙ％Ｂ−Ｚ％Ｖ（ただし５≦Ｘ＜９，３≦Ｙ＜１５，
   ０．５≦Ｚ＜５）の割合で含まれ、前記希土類金属（Ｒ
   ）はＮｄとＰｒの一種または二種の合計を５０％以上含
   むランタノイド元素から成り、前記遷移金属（Ｔ）は Ｃｏを５％以上３０％未満含むＦｅ基合金から成り、か
   つ溶湯を直接急冷して形成した薄片または粉末に樹脂を
   混合してなることを特徴とするボンド磁石。