JPH04143221A - 永久磁石の製造方法 - 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、機械的配向による磁気異方性を有する永久磁
石の製造方法、特にＲ（ただしＲはＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種）＋Ｆｅ＋Ｂを原料基本成分とす
る永久磁石の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 永久磁石は、一般家庭の各種電気製品から大型コン−ビ
ューターの周辺端末機器まで、幅広い分野で使用されて
いる重要な電気・電子材料の一つであり、最近の電気製
品の小型化、高効率化の要求にともない、永久磁石も益
々高性能化が求められている。

永久磁石は、外部から電気的エネルギーを供給しないで
磁界を発生するための材料であり、保磁力が大きく、ま
た残留磁束密度も高いものが適している。

現在使用されている永久磁石のうち代表的なものはアル
ニコ系鋳造磁石、フェライト磁石及び希土類−遷移金属
系磁石であり、特に希土類−遷移金属系磁石であるＲ−
Ｃｏ系永久磁石やＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、極めて高
い保磁力とエネルギー積を持つ永久磁石として、従来か
ら多くの研究開発がなされている。

従来、これらＲ−Ｆｅ−Ｂ系の高性能異方性永久磁石の
製造方法には、次のようなものがある。

（１）まず、特開昭５９−４６００８号公報や　）１．
ｓａｇａＷａ。

Ｓ、Ｆｕｊｉｍｕｒａ、Ｎ、Ｔｏｇａｗａ、Ｈ，Ｙａｍ
ａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｙ、Ｍａｔｓｕ−ｕｒａ；−Ｊ、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、５５（８）、１５　　Ｍ
ａｒｃｈ　　ヱ９８４　、ｐ２０ａ３等には、原子百分
比で８〜３０％のＲ（ただしＲはＹを含む希土類元素の
少なくとも１種）、２〜２８％のＢ及び残部Ｆｅかうな
る磁気異方性焼結体であることを特徴とする永久磁石が
粉末冶金法に基づく焼結によって製造されることが開示
されている。

この焼結法では、溶解・鋳造により合金インゴットを作
製し、粉砕して適当な粒度（数μｍ）の磁性粉を得る。

磁性粉は成形助剤のバインダーと混練され、磁場中でプ
レス成形されて成形体が出来上がる。成形体はアルゴン
中で１１００℃前後の温度１時間焼結され、その後室温
まで急冷される。

焼結後、６００℃前後の温度で熱処理する事により永久
磁石はさらに保磁力を向上させる。

また、この焼結磁石の熱処理に関しては特開昭６１−２
１７５４０号公報、特開昭６２−１６５３０５号公報等
に、多段熱処理の効果が開示されている。

（２）特開昭５９−２１１５４９号公報やＲ，Ｗ、Ｌｅ
ｅ；　　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４６（８）、１５　Ａｐ
ｒｉｌ　　１９８５．ｐ７９０には、非常に微細な結晶
性の磁性相を持つ、メルトスビニンーグされた合金リボ
ンの微細片が樹脂によって接着されたＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石
が開示されている。

この永久磁石は、アモルファス合金を製造するに用いる
急冷薄帯製造装置で、厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作
り、その薄片を樹脂と混練してプレス成形することによ
り製造される。

（３）特開昭６０−１００４０２号公報やＲ，Ｗ、Ｌｅ
ｅ；　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４６（８）、１５　Ａｐ
ｒｉｌ　　１９８５．ｐ？９０には、前記（２）の方法
で使用した急冷薄片を、真空中あるいは不活性雰囲気中
で２段階ホットプレス法と呼ばれる方法で緻密で異方性
を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石を得ることが開示されている
。

（４）特開昭６２−２７６８０３号公報には、Ｒ（ただ
しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）８〜
３０原子％、Ｂ２〜２８原子％、Ｃｏ５０原子％以下、
Ａ１１５原子％以下、及び残部が鉄及びその他の製造上
不可避な不純物からなる合金を溶解・鋳造後、該鋳造イ
ンゴットを５００℃以上の温度で熱間加工することによ
り結晶粒を微細化しまたその結晶軸を特定の方向に配向
せしめて、該鋳造合金を磁−気的に異方性化することを
特徴とする希土類−鉄系永久磁石が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 叙上の（１）〜（４）の従来のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石
の製造方法は、次のごとき欠点を有している。

（１）の永久磁石の製造方法は、合金を粉末にすること
を必須とするものであるが、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金はたい
へん酸素に対して活性を有するので、粉末化すると余計
酸化が樽しくなり、焼結体中の酸素温度はどうしても高
くなってしまう。

また粉末を成形するときに、例えばステアリン酸亜鉛の
様な成形助剤を使用しなければならず、これは焼結工程
で前もって取り除かれるのであるが、成形助剤中の数刻
は、磁石体の中に炭素の形で残ってしまい、この炭素は
著しくＲ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁気性能を低下させ好ましく
ない。

成形助剤を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われ、これは大変脆く、ハンドリングが難しい。

従って焼結炉にきれいに並べて入れるのには、相当の手
間が掛かることも大きな欠点で−ある。

これらの欠点があるので、一般的に言ってＲ−Ｆｅ−Ｂ
系の焼結磁石の製造には、高価な設備が必要になるばか
りでなく、その製造方法は生産効率が悪く、結局磁石の
製造コストが高くなってしまう。従って、比較的原料費
の安いＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の長所を活かすことが出来な
い。

次に　（２）並びに（３）の永久磁石の製造方法は、真
空メルトスピニング装置を使用するが、この装置は、現
在では大変生産性が悪くしかも高価である。

（２）の永久磁石は、原理的に等方性であるので低エネ
ルギー積であり、ヒステリシスループの角形性も悪く、
温度特性に対しても、使用する面においても不利である
。

（３）の永久磁石を製造する方法は、ホットプレスを二
段階に使うというユニークな方法であるが、実際に量産
を考えると非効率であることは否めないであろう。

更にこの方法では、高温例えば８００℃以上では結晶−
粒の粗大化が著しく、それによって保磁力ｉＨｃが極端
に低下し、実用的な永久磁石にはならない。

（４）の永久磁石を製造する方法は、粉末工程を含まず
、ホットプレスも一段階でよいために、最も製造工程が
簡略化され量産コストの低減が図れる製造法であるが、
磁気特性が焼結法に比べるとやや低いという問題があっ
た。特に、熱処理後の冷却にともなう割れや欠けの発生
を避けるためには冷却速度を抑えなければならず、それ
による磁気特性の低下や生産性の悪化が起こるという問
題があった。

本発明は、以上の従来技術の欠点特に（４）の永久磁石
の性能面での欠点と割れの問題を解決するものであり、
その目的とするところは、高性能かつ低コストの永久磁
石の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の永久磁石の製造方法は、Ｒ（ただしＲはＹを含
む希土類元素のうち少なくとも１種）。

Ｆｅ７Ｅを原料基本成分とし、該基本成分とする合金を
溶解して鋳造し、次いで鋳造インゴットを５００°Ｃ以
上の温度にて熱間加工し、次に７５０〜１１００°Ｃに
おいて一段目の熱処理を行なった後に、二段目の熱処理
として２５０〜７５０°Ｃの温度に保持した後該磁石合
金の共晶点直上の温度からキュリー温度直上の温度まで
の範囲を冷却速度５℃／分以上で冷却する事を特徴とす
る。

磁石合金の結晶粒の保磁力は、その結晶粒が接している
粒界相の性質に大きく依存している。粒界相は共晶組織
になっているが、その組織が粗大であると、粒界相の均
一性がなくなり、そのために同一の磁石の中で保磁力の
分布が一様でなくなり、磁石の性能を悪化させる。本発
明では、粒界相の共晶点直上の温度からキュリー温度直
上の温度までの温度範囲を５°Ｃ／分以上の冷却速度で
冷却することにより、粒界相の組織を均一で微細なもの
とし、均一な保磁力の分布が得られ、磁石の性能が向上
することを見いだした。また、熱処理後の冷却にともな
う割れや欠けも、本発明の方法を用い−れば、インゴッ
トの重量が１０ｋｇ以内ならば避けられることも見いだ
された。

以下、本発明における永久磁石の好ましい組成範囲につ
いて説明する。

希土類としては、Ｙ、　　Ｌａ、　　Ｃｅ＋　　Ｐｒ、
　　Ｎｄ。

Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　Ｇｄ、　　Ｔｂ、　　Ｄｙ、　　
Ｈｏ、　　Ｅｒ、　　Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが候補として挙
げられ、これらのうちの１種あるいは２種以上を組み合
わせて用いる。最も高い磁気性能はＢｒで得られるので
、実用的には　Ｐｒ、Ｐｒ−Ｎｄ合金、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎ
ｄ合金等が用いられる。少量の重希土元素、例えばＤＶ
、Ｔｂ等は保磁力の向上に有効である。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の主相はＲ２ＦｅｚＢ　である。従
ってＲが８ｗ子％未満では、もはや上記化合物を形成せ
ず高磁気特性は得られない、一方Ｒが３０原子％を越え
ると非磁性のＲリッチ相が多くなり磁気特性は著しく低
下する。よってＲの範囲は８〜３０原子％が適当である
。しかし高い残留磁束密度のためには、好ましくはＲ８
〜２５Ｗ子％が適当である。

Ｂ−は、Ｒ２Ｆｅ＋４Ｂ　相を形成するための必須元素
であり、２原子％未満では菱面体のＲ−Ｆｅ系になるた
めに高保磁力は望めない、また２８原子％を越えるとＢ
に富む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は著しく低下
してくる。しかじ高保磁力を得るためには、好ましくは
Ｂ８８原子以下がよく、それ以上では微細なＲ２Ｆｅ＋
４Ｂ　相を得ることが困難で、保磁力は小さい。

ＣＯは本系磁石のキュ１↓−点を埒加させるのに有効な
元素であるが、保磁力を小さくするので５０原子％以下
がよい。

Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇａ等のＲリッチ相とともに
存在し、その相の融点を低下させる元素は、保磁力の増
大効果を有する。しかし、これらの元素は非磁性元素で
あるため、その量を増すと残留磁束密度が減少するので
、６原子％以下が好ましい。

熱間加工における温度は再結晶温度以上が望ましく、本
発明Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金においては好ましくは５００℃
以上である。

モーして、熱処理温度は粒界の清浄化及び初晶のＦｅを
拡散するために２５０℃以上が好ましく、Ｒ２Ｆｅ＋Ｊ
Ｂ　相が１１００℃以上では急激に粒成長して保磁力を
失うのでそれ以下の温度が好ましい。

また、２段階以上の熱処理を施す場合の温度は、１綾目
は初晶のＦｅが早く拡散するように７５０℃以上が好ま
しく、２段目は粒界のＲリッチ相の融点付近以下の温度
、すなわち７５０℃以下が好ましく、２５０℃以下では
熱処理の効果に時間が掛かりすぎるのでそれ以上がよい
。

冷却速度を規定する温度範囲の理由は、粒界相を微細で
均一な共晶組繊にするためには共晶点直上の温度からが
よく、主相のキュリー温度付近を速い冷却速度で冷却す
ると主相のキュリー温度通過にともなう歪のために割れ
等の欠陥が生じてしまう、従って、５℃／分以上の冷却
速度で冷却する温度範囲は、磁石合金の共晶点直上の温
度からキュリー温度直上の温度までの範囲が望ましい。

冷却速度については、５℃１分より遅いと粒界相の組−
織が粗大化し、磁石の高性能化に対し好ましくない、従
って、５℃／分以上が望ましい。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ ［実施例１］ 本発明による製造法の工程図を第１図に示す。

この工程に従い、アルゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用い
て、Ｐ　ｒ　＋ｖＦ　ｅ　ｖａ、５Ｂｓｃ　ｕ　＋、ｂ
なる組成の合金を溶解し、鋳造した。７この時、希土類
、鉄及び銅の原料としては９９．９％の純度のものを用
い、ボロンはフェロボロンを用いた。

こうして得られた鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、脱気し、密封した。これに、　９５０℃で加工度３
０％の熱間圧延を空気中で４回行い、最終的な加工度が
７６％になるようにした。

またこの熱間加工時においては、合金の押される方向に
平行になるように結晶の磁化容易軸は配向した。

この後、１０００℃において２４時間の熱処理を施し、
次に４７５℃において２時間保持した後、４７５℃〜３
ＯＯ＝Ｃ−の温度範囲を様々な冷却速度で冷却した。　
３００℃〜の冷却速度は、約３℃１分とした。

これらの磁石の磁気特性を第１表に示す、また、減磁曲
線！！Ｉ（４πＸ−Ｈカーブ）を第２図に、保磁力の分
布曲線を第３図に示す。

第　　１　　表 なお、磁気特性はすべて最大印加磁界２５ｋＯｅでＢ−
Ｈトレーサーを用いて測定した。

第２図及び第３図に示すごとく、熱処理後の冷却速−度
の速い条件のほうが、保磁力の均一性が高く、減磁曲線
の角形性も向上していることが解る。

このために、第１表に示すごとく、冷却速度による保磁
力の大きな差はないが、最大エネルギー積には差が生じ
てくる事が解る。

また、いずれの冷却速度の場合においても熱処理後の冷
却にともなう割れや欠けは生じていなかった。

［実施例２］ 実施例１と同様に、第１図に示す製造工程に従い、アル
ゴン雰囲気中で誘導加熱炉を用いて、第２表に示す組成
の合金を溶解し、鋳造した。この時用いた原料も同様の
純度のものを用いた。

こうして得られた鋳造インゴットを鉄製のカプセルに入
れ、脱気し、密封した。これに、１０００℃で４バスの
熱間圧延を空気中において行い、最終的な加工度が７５
％になるようにした。

この後、１０００℃において２４時間保持した後、室温
まで空冷し、次いで第２表に示すところのＴ２において
２時間保持した後、次のような条件で冷却を行−い、切
断・研磨して磁気特性を測定した。

条件１：熱処理炉から取り出した後、空冷。この時の冷
却速度はＴ２〜各々の合金のキュリー温度までの温度範
囲をおよそ２５℃／分となっている。

キュリー温度以下の温度範囲は、冷却速度３°Ｃ／分と
なるように制御空冷した。

条件２：　Ｔ２の温度に保持後、Ｔ２〜各々の合金のキ
ュリー温度まで９０分で直線的に温度が下がるように制
御空冷（約２．２°Ｃ／、ｅ）して、その後、冷却速度
３°Ｃ／分となるように制御空冷した。

これらの磁石の磁気特性を第３表に示す。

第 表 第 表 以上の実施例から、Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素
のうち少なくとも１種）＋　　Ｆｅ、Ｂを原料基本成分
とする永久磁石は、５００°Ｃ以上で熱間加工さ−れれ
ば異方性化され、２５０〜７５０°Ｃの熱処理により高
保磁力を示し、最高の（ＢＨ）ｍａｘは３０８ＧＯｅを
越えており、また、熱処理後、磁石合金の共晶点直上の
温度からキュリー温度直上の温度までを５°Ｃ／分以上
の冷却速度で冷却することにより、その磁気特性が大幅
に向上し、また割れや欠けの無い磁石が得られることは
明らかである。

［発明の効果コ 以上のごとく本発明の永久磁石の製造方法は、次のごと
き効果を持つ。

（１）ｃ軸配向率を高めることができ、残留磁束密度Ｂ
ｒを著しく高めることができ、結晶粒を微細化する事に
より保磁力ｉＨｃを高めることができ、最大エネルギー
積（ＢＨ）ｍａｘを格段に向上させることが出来た。

（２）製造プロセスが簡単であり、コストが安い。

（３）従来の焼結法と比較して、加工工数及び生産投資
額を著しく低減させることが出来る。

（４）従来のメルトスピニング法による磁石の製造方法
と比較して、高性能でしがも但コストの磁石を作ること
が出来る。

（５）従来の熱間加工法による磁石の製造方法と比較し
て、磁気特性、特に減磁曲線の角形性を向上させること
が出来る。

（６）従来の熱間加工法による磁石の製造方法と比較し
て、熱処理後の冷却により生じる割れや欠けの無い磁石
を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造工程図であ
る。 第２７は、Ｐｒ＋７Ｆｅ７ｓ、５ＢｓＣｕ＋、ｓ組成の
磁石の減磁曲線を示すグラ、。 １・・冷却速度２０°Ｃ／分 ２・・冷却速度　３°Ｃ／分 第３図はＰ　ｒ　１７Ｆ　ｅｔｅ、５Ｂｓｃ　ｕ　＋、
ｓ組成の磁石における保磁力の分布曲線を示すグラフ。 １・・冷却速度２０°Ｃ／分 冷却速度 ３℃／分 以上 出願−人 セイコーエプソン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少なく
   とも１種），Ｆｅ，Ｂを原料基本成分とし、該基本成分
   とする合金を溶解・鋳造し、次いで鋳造インゴットを５
   ００℃以上の温度にて熱間加工し、次に７５０〜１１０
   ０℃の温度において一段目の熱処理を行なった後、二段
   目の熱処理として、２５０〜７５０℃の温度に保持した
   後該磁石合金の共晶点直上の温度からキュリー温度直上
   の温度までの範囲を冷却速度５℃／分以上で冷却する事
   を特徴とする永久磁石の製造方法。