JPH04163902A - 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、焼結によって形成される希土類・コバルト系
永久磁石の改良に関する。

（従来の技術） この種の希土類・コバルト系永久磁石の代表的なものに
サマリウム・コバルト磁石がある。

このサマリウム・コバルト磁石は、基本成分としてサマ
リウム（Ｓｍ　）とコバルト（ＣＯ）とを含み、さらに
少量の鉄（Ｆｅ　）　、銅（Ｃｕ　）、ジルコニウム（
Ｚｒ　）等を含んでおり、Ｓｍ２Ｃｏｔ？化合物相を主
体として成っている。このサマリウム・コバルト磁石の
磁気特性は、通常、最大エネルギー積Ｂ　Ｈｍａｘ　２
４ＭＧＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ　１Ｏ−１１ＫＧ　、保
磁力ｉＨｃ　７−１５ＫＯｅであり、その優れた磁気特
性によりボイスコイルモータ（ＶＣＭ）や各種モータ、
スピーカ類に広汎に使用されている。

ところで近年、希土類・鉄・ホウ素系永久磁石が開発さ
れ、その利用が注目されている。この希土類・鉄・ホウ
素系永久磁石は、その代表的なネオウジム・鉄・ホウ素
磁石で、Ｂ　Ｈｍａｘ３０−４０　ＭＧＯｅ、　Ｂ　ｒ
　１２−１３ＫＧと上記サマリウム・コバルト磁石より
高い磁気特性を有している。

しかし、この希土類・鉄・ホウ素系永久磁石は、空気中
で錆び易い鉄を多量に含む（６０〜７５重量％）ために
耐食性に劣って表面被覆処理が不可欠になるばかりか、
温度特性がサマリウム・コバルト磁石に比して劣るため
（サマリウム・コバルト磁石の温度係数ａ−０，０３％
／℃に対して一０１２％／’Ｃ）、高温域での使用に制
限を受ける、という欠点を有している。

（発明が解決しようとする課題） そこで、希土類・コバルト系永久磁石における耐食性及
び温度特性の優れた点をそのまＳ生かし、さらにその磁
気特性を希土類・鉄・ホウ素系永久磁石に近いレベルま
で高めることができればきわめて有用なものとなり、従
来、製造面あるいは組成面からの検討が進められている
。しかしながら、磁石製造工程における改良、例えば粉
末化あるいは焼結工程での酸化防止や、異方性を付与す
るための磁場中成形における粉末粒子の整列配向なとは
、既に一定の技術水準に達してこれ以上の向上を期待す
ることは困難な状況にあり、また長期の技術改良によっ
て得た今日のサマリウム・コバルト磁石の延長上で組成
面に検討を加えても、磁気特性の向上には一定の限界が
あり、所望の性能を有する磁石を得ることはきわめて困
難な状況にあった。

したがって本発明の目的は、希土類・コバルト系永久磁
石における磁気特性のより一層の向上を達成し、もって
適用範囲の拡大を図ることにある。

（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
を有する永久磁石を実現した。

即ち、希土類金属（Ｒ）とコバルト（Ｃｏ　）との化合
物Ｒ２Ｃ０１７の磁気特性について種々調査した結果、
ネオジム（Ｎｄ　）とプラセオジム（Ｐｒ　）の化合物
Ｎ　ｄｚＣ０１？　、　Ｐ　ｒ２Ｃ０１７の飽和磁化が
１４ＫＧであり、Ｓ　ｍｚＣ０１？のそれ１２ＫＧを大
幅に上回ることが確認できた。さらに永久磁石の可能性
について詳細に検討した結果、これら化合物のうち、Ｎ
ｄ２Ｃｏ＋ｔのＣｏの一部をＦｅで置換しても一軸の結
晶磁気異方性を認めることができなかったのに対し、Ｐ
　ｒ２Ｃ０１７のＣｏの一部をＦｅで置換した場合には
、−軸の結晶磁気異方性を示し、磁石材料として有用で
あることが明らかになった。

本発明は、以上の知見をもとに種々の技術実験を行って
なされたもので、希土類金属（Ｒ）とその他の金属類が
原子比で１：７〜９の割合で含まれ、前記希土類金属（
Ｒ）はＰｒまたはＰｒを７０原子％以上含むランタノイ
ド元素から成り、前記その他の金属類はＣｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｕおよびその他の遷移金属（Ｔ）を原子％で、１５〜４
０％Ｆｅ　−５−２０％Ｃｕ−１〜６％Ｔ−残部Ｃ。

の割合で含み、前記その他の遷移金属（Ｔ）はＺｒ、Ｔ
ｉ、Ｖの一種または二種から成り、かつ圧粉体を焼結し
て成ることを特徴とする。

本発明において、希土類金属（Ｒ・）としてプラセオジ
ウムＰｒを選択したのは、上記したように高い飽和磁化
にもとづく残留磁束密度を得るのにきわめて有効である
からである。またこのＰｒはサマリウム（Ｓｍ　）に比
較して資源的には５倍の供給量があり、かつその原料価
格はＳｍのほぼ半分と割安であるからである。本発明に
おいてこの希土類金属としては、磁気特性の改良やコス
ト低減のために、前記ＰｒにさらにＣｅ　、Ｌａ　Ｄｙ
、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｓｍ等他の希土類金属を含ませる
ことができる。ただしＰｒは、良好な磁気特性を得るた
めに７０原子％以上であることが必要である。

また希土類金属（Ｒ）に対するＣｏを主体とする他の金
属類の割合は、１：７〜９であることが所望の磁気特性
を得るために必要である。

即ち、Ｒ２Ｃ０１□相を基本とした場合、その計算上の
比率は１：８．５であるが、この化合物はある程度の固
溶限を有しており、そこで、本発明はこの固溶限の範囲
内でその比率に幅を持たるようにした。さらに、本磁石
は旧来のサマリウム・コバルト磁石と同様に、内部組織
的にＲＣｏ５化合物相の少量の共存によって成り立つも
のであるため、計算上の比率より希土類金属リッチな組
成とした。

Ｆｅは、上記したようにＰｒｚＣｏ＋□に一軸の結晶磁
気異方性を付与するために必要なものであるが、希土類
金属以外の金属類中に占める割合が１５原子％未満では
その効果が小さく、一方その割合が４０原子％を越すと
化合物の異方性は容易面となって永久磁石として適さな
くなるので、これを１５〜４０原子％範囲とした。

また磁石としての保磁力を得るためには内部組織をＰｒ
ｚＣｏｌ□とＰｒＣｏ５との二相状態を作り上げること
が重要であるが、Ｃｕはこの二相状態を作り上げるのに
きわめて有効に働くので、これを希土類金属以外の金属
類中に５〜２０原子％含ませた。しかして、このＣｕの
含有量が５％未満ではその効果がが小さく、一方、２０
％を越すと残留磁束密度の低下を招くので、これを前記
範囲とした。

さらに、その他の遷移金属（Ｔ）としては、Ｚｒ、Ｔｉ
、Ｖの適量添加が保磁力の向上に効果を有することが明
らかになったので、希土類金属以外の金属類に対して１
〜６原子％含有させた。

本発明の永久磁石は、従来公知の方法によって製造する
ことができる。例えば高周波溶解して鋳造した所定成分
の合金インゴットを数ミクロンに粉砕し、これを磁場中
で圧縮成形して圧粉体となし、この圧粉体を焼結、熱処
理して焼結体を得、最終研削加工を行って製品とするこ
とができる。

（作用） 上記のように構成した永久磁石においては、ＰｒｚＣＯ
＋７化合物相の存在とＣＯに対するＦｅ置換とにより、
特に残留磁束密度Ｂｒが従来のサマリウム・コバルト永
久磁石に比して大幅に向上する。

（実施例） 以下１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
造インゴットを得た。各溶解原料は、純度９５％のＰｒ
および純度９９％以上のその他の希土類金属、純度９９
％以上の電解コバルト、電気銅、電解鉄、スポンジチタ
ン、およびフェロジルコニウム（Ｆｅ　−Ｚｒ　）を用
いた。

上記インゴットを粗粉砕後、窒素ガスを導入したジェッ
トミルを使用して平均粒径５μｍの微細粉を得た。次に
、この粉末を金型に充填して、１０ＫＯｅの磁場、２ト
ン／ｃｍ２の圧力で圧縮成形した後、アルゴンガス雰囲
気で１０６０〜ｂ６００〜ｂ Ｘ　８ｍｍの直方体試料を得た。なお、比較例としてサ
マリウム・コバルト系合金による焼結体試料も同時に製
作した。

磁気特性は、直流型磁束計（通称、ＢＨＩ−レーザ）を
用いて、６０ＫＯｅのパルス着磁後２５ＫＯｅの磁場中
でヒステリシスループを描（ことによって測定し、また
その測定は試料の磁化容易軸である８ｍｍの厚み方向で
行った。これらの結果を第１表に一括して示す。

なお、以下の表において、成分組成のうち、Ｃｏを主体
とするかっこ内の金属類は希土類金属以外の金属類を、
このかつこの外に付した数値は希土類金属に対するかっ
こ内の金属類の原子比率を、かっこ内の各元素に付した
数値は希土類金属または希土類金属以外の金属類中に占
める各元素の原子比をそれぞれ表している。またＢｒ　
（ＫＧＩは残留磁束密度を、ｉＨｃ　（ＫＧｅ）は保磁
力を、ＢＨｍａｘは最大磁気エネルギー積をそれぞれ表
している。

第１表から明らかなように、本発明にか５る希土類・コ
バルト系磁石は、希土類金属とＣ。

を主体とする他の金属類との所定の組成によりサマリウ
ム・コバルト系磁石と比較して保磁力においてやや劣る
ものの、磁気特性としてより重要な残留磁束密度Ｂｒが
１２ＫＯｅを越える高い磁気特性を示した。

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焼結
磁石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に対するＦｅの適度な
置換により１２ＫＧ以上の残留磁束密度Ｂｒを得ること
ができた。なお、比較試料Ｎ。

、１１はＦｅの置換不足のために一軸の結晶磁気異方性
が失われて、磁気特性値全体が大幅に低下している。

第２表 （＃比較例〕 実施例３ 数種類の規定組成の第一合金、及び６０重量％Ｓｍ−１
０重量％Ｃｕ−残部ＣＯの第二合金を溶解して鋳造イン
ゴットを得、次いで、これらをそれぞれ実施例１と同様
な方法で粉砕したものを、フッ素化炭化水素溶液を満た
したボールミル中で混合して、所定の合金組成になるよ
うに調整した。次に、やはり実施例１と同様にして成形
、焼結、熱処理をして第３表に示すような焼結体試料を
製作した。なお焼結は１０４０〜１０８０℃の温度範囲
で実施した。本実施例で用いた第二合金は、液相焼結を
容易にして焼結体の密度及び磁気特性を向上させる役割
をなすものである。得られた磁気特性の結果を第３表に
示す。

第３表から明らかなように、Ｃｕの適正な添加量におい
て１２ＫＧ以上の残留磁束密度Ｂｒが得られた。

実施例４ 実施例１と同様な方法で、所定の合金組成の焼結磁石を
製作して磁気特性を測定した。その結果を第４表に示す
。

（＃比較例） 第４表から明らかなように、Ｚｉ、ＴｉあるいはＶの少
量添加が保磁力の向上に太き（寄与することが分かった
。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明にかＳる永久磁石
によれば、従来のサマリウム・コバルト永久磁石に比し
て、特に残留磁束密度に代表される磁気特性が大幅に向
上し、その利用範囲が著しく拡大する効果が得られた。

また、サマリウムよりも安価なプラセオジム主体の希土
類金属の使用により、磁石製造コストが低減する効果が
得られた。

（ばか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類金属（Ｒ）とその他の金属類が原子比で１
   ：７〜９の割合で含まれ、前記希土類金属（Ｒ）はＰｒ
   またはＰｒを７０原子％以上含むランタノイド元素から
   成り、前記その他の金属類はＣｏ，Ｆｅ，Ｃｕおよびそ
   の他の遷移金属（Ｔ）を原子％で、１５〜４０％Ｆｅ−
   ５〜２０％Ｃｕ−１〜６％Ｔ−残部Ｃｏの割合で含み、
   前記その他の遷移金属（Ｔ）はＺｒ，Ｔｉ，Ｖの一種ま
   たは二種から成り、かつ圧粉体を焼結して成ることを特
   徴とする永久磁石。