JPH04293206A - 希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系異方性化永久磁石 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系
異方性化永久磁石に関し、詳細には薄肉でありながら高
性能であり、例えばボイスコイルモータ用として最適な
特性を発揮する希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系異方性化永久磁
石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁性材料は、永久磁石を始めとして、一
般家庭用の各種電気製品から大型コンピュータの周辺末
端機器に至るまで幅広い分野で使用されており、重要な
電気，電子材料である。最近では、モータ等の小型化，
高性能化が進められ、永久磁石においても、より薄肉，
高性能であることが要求されている。特に、磁気ヘッド
を磁気ディスク上の任意の情報トラックに位置決めする
為のヘッドアクチュエータ機構で用いられるボイスコイ
ルモータには、より薄肉，高性能の永久磁石が要求され
ている。

【０００３】近年、フェライト磁石およびアルニコ磁石
に次ぐ第３の永久磁石として、希土類磁石が注目を集め
ている。この希土類磁石は電気製品や精密機器類の小型
化および高精度化に寄与し得る優れた磁気的性質を発揮
するものと期待され、物性研究面および生産技術面共に
活発な進展を見せている。中でも近年特に期待されてい
るのは、希土類元素−遷移元素−Ｂ系、例えばＮｄ−Ｆ
ｅ−ＢやＰｒ−Ｆｅ−Ｂ等の永久磁石である。本発明の
永久磁石組成は希土類元素−Ｆｅ−Ｂを基本成分とする
他、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳｎおよびＺｎよりなる群から
選択される１種以上の元素を必須成分として含むもので
あって、その評価については追って詳述するが、以下の
説明においては便宜上、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系（以下
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石と略称することがある）の３元系磁
石を代表的に取り上げて述べることとする。

【０００４】ところでＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法と
しては、当初次の２方法が検討された。第１の方法は例
えば特開昭５９−４６００８号に見られる様な粉末冶金
に基づく焼結法であるが、■焼結工程に先立って合金の
粉末化処理が必要であること、■粉末状となって酸化を
受け易くなり、焼結中に持込まれる酸素が磁気的性能に
悪影響を与えること、■焼結時に添加される成形助剤に
基づく炭素分の混入によって磁気的性能が低下すること
、■焼結前の生成形体（グリーン体）は低強度であり、
ハンドリング性が悪いこと、等といった幾つかの欠点が
ある為、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に期待されている特性が十
分に発揮されるには至っていない。

【０００５】第２の方法は急冷薄片を作った後熱可塑性
樹脂等を用いてボンド磁石とする方法であり、上記欠点
を伴なわない代り、■生産性が低い、■原理的に等方性
磁石しか得られず、従って残留磁束密度（Ｂｒ）と保磁
力（ｉＨｃ）の積で示される最大エネルギー積［以下（
ＢＨ）ｍａｘで表わすことがある］が低く、角形性も良
くない、といった欠点が生じる。そこで積極的に異方性
化するための手段として、急冷薄片を２段階ホットプレ
ス処理（機械的配向処理）に付すことも考えられた（例
えば特開昭５９−２１１５４９　号，同６０−１００４
０２　号等）。しかしながら生産性が更に低いものとな
るため、量産の必要性を考えると現実的な方法ではない
。

【０００６】そこで第３の方法として、例えば特開昭６
２−２７６８０３　号に見られる様に、鋳造合金に熱間
圧延を加え、結晶粒の微細化を達成して保磁力の増大を
実現すると共に、結晶軸を特定の方向に並べて磁気的な
異方性化を図るという手段が開発された。しかしながら
通常の圧延方法では板幅方向両側からの拘束が無いため
、圧下された鋳塊の中央部は板幅方向に展延されるが、
板幅端側では十分な密度が得られず、また結晶軸の配向
が不完成となる。従ってこの方法を採用したからといっ
て、直ちに板幅方向全体に亘って磁気的異方性が得られ
る訳ではない。しかも上記の様な通常の熱間圧延条件に
よって板幅全体に所望程度までの軸配向を形成しようと
すれば、相当の強加工を行なわなければならず、従って
これに対応し得る加工性を備えた素材が要求されること
となって希土類磁石の合金組成が大きく制限されるとい
う問題もあった。

【０００７】そこで本発明者らは、上記第３の方法によ
る欠点を解消し得る方法として、合金鋳塊を金属カプセ
ルに封入し、該金属カプセルに対して幅方向から拘束を
加えつつ熱間塑性加工（圧延，鋳造）し、また必要によ
り熱間加工後に熱処理する一連の方法を提案し、先に出
願している（特開平２−２５０９１８〜２３）。上記技
術の開発によって、加工上の理由に基づく素材面での制
約から解放され、しかも比較的簡単に磁気特性の優れた
異方性化永久磁石が得られる様になった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、ボイス
コイルモータの様に小型化，高性能化が特に要求される
製品には、用いられる永久磁石に対して、薄肉化と高性
能化という両特性を満足することが必要となる。しかし
ながら一般的に、磁石を薄肉化する程性能は低下する傾
向にあり、この相反する両特性をいかにして満足させる
かが重要なポイントとなる。

【０００９】例えば１ｍｍ以下の薄肉の永久磁石は、ボ
ンド磁石では製造可能であるが、上述した如く磁気特性
の点で難があり、まして薄肉化および高性能が要求され
るボイスコイルモータ用永久磁石としては使用に耐えな
い。一方焼結法においては薄肉のままの焼結が困難であ
り、例えば３ｍｍ以下の薄肉の磁石を得ようとすれば、
大きなブロックから削り出すことになるが、薄肉化によ
る性能低下が起こり、後記実施例に示す様に１ｍｍ程度
になると希望する磁気特性は得られなくなる。尚薄肉の
異方性磁石に関しては、例えば特開昭６２−１９２５６
６　号に示される様に、磁石を機械的に研磨して薄肉化
する方法が提案されている。しかし生産性の低下は免か
れない。

【００１０】本発明は上記の様な技術的課題を解決する
為になされたものであって、その目的は、薄肉でしかも
高性能という両特性を備えた、焼結磁石以上の磁気特性
を有する希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、下記（Ａ）〜（Ｄ）　の組成を有する平均粒
径３０μｍ　以下の柱状晶組織を熱間塑性加工および熱
処理して異方性化したものであり、３０μｍ　以下の平
均粒径を有する希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石である。 （Ａ）　Ｙを含む希土類元素の２種以上（但しその５０
重量％以上がＰｒである）：１２〜１８原子％（Ｂ）　
Ｂ：４〜６原子％ （Ｃ）　Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳｎおよびＺｎよりなる群
から選択される１種以上の元素：０．２　〜２原子％（
Ｄ）　残部：Ｆｅおよび不可避不純物

【００１２】

【作用】本発明者らは、先に提案開示した製造方法に従
って磁石を製造し、薄肉で且つ高性能という両特性を具
備する永久磁石について様々な角度から検討した。その
結果Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の高性能化には、図１に示す如
く、原料となる鋳塊段階での柱状晶組織の平均粒径（鋳
塊粒径）を微細化することが有効であることが分かった
。上記微細化の為には、鋳造時の抜熱量を大きくするこ
とである程度は達成可能であるが、設備が大がかりとな
って生産性の低下を招く。そこで本発明者らは、添加元
素による微細化について検討を重ねたところ、Ｒ−Ｆｅ
−Ｂ系に対する第４の元素として、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，
Ｓｎ，Ｚｎ等が有効であり、これらを１種または２種以
上組合わせて添加すれば、磁石合金の結晶粒の微細化が
達成されることを見出した。更に、上記添加元素は合金
の粒界相に存在し、加工に伴なう表面劣化層の生成をも
抑制し、０．５ｍｍ　程度の薄肉にした場合においても
、焼結磁石を凌駕する磁気特性［（ＢＨ）ｍａｘ＝３５
ＭＧＯｅ以上，ｉＨｃ　＝１４ＫＯｅ　以上］が得られ
ることを見出し、本発明を完成した。

【００１３】次に本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を構成す
る合金組成について説明する。まず希土元素としては、
これまでもＹを含むランタノイド系希土類元素が汎用さ
れてきたが、本発明ではこれらのうち特にＰｒを半分以
上含む２種以上の希土類元素で構成することが有用であ
るとの結論を得た。Ｐｒに併用される希土類元素の種類
は特に限定されないが、中でもＮｄ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｔｂ
，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙ等を使用するのが特に好ましい。本発
明の磁石で用いる希土類元素のうち、５０重量％以上を
Ｐｒとしたのは、Ｐｒがもっとも優れた磁気特性を示す
からである。Ｐｒ以外については、上記希土類元素のう
ちＰｒ以外のものから、１種または２種以上を組合わせ
て用いればよいが、実用的にはＰｒ−Ｎｄ合金がもっと
も有利に用いられる。尚本発明の磁石中の希土類元素に
は、上記以外の希土類元素が少量含まれてもよいが、１
重量％以下に抑えるべきである。

【００１４】本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石において、Ｒ
が少な過ぎると主相Ｒ２−Ｆｅ１４−Ｂ　（原子比、例
えばＰｒ２Ｆｅ１４Ｂ）を形成することができず、熱間
加工時の異方性化に必要とする十分な液相量（主相量）
が得られず、磁石の高性能化は達成されない。こうした
観点からして、希土類元素の割合は１２原子％以上とす
る必要がある。一方上限については１８原子％を超える
と、非磁性相であるＲリッチ相の過剰を招き、これが磁
束密度の低下等となって現われ、良好な磁気特性を発揮
することはできない。

【００１５】Ｂは４〜６原子％とする必要があり、４原
子％未満では主相体積率の不足が生じ、磁束密度の低下
を招く。他方上限については、磁気特性を有しないＲ２
Ｆｅ４Ｂ４相の出現によるｉＨｃ　の低下を防止すると
いう観点から６原子％以下とする必要がある。

【００１６】Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳｎおよびＺｎ等の添
加元素は、上述の如く柱状組織の微細化、および研削加
工に伴なう表面劣化層の生成抑制等を達成し、これによ
って薄肉であっても高い性能を発揮させる為のものであ
る。上記効果を達成するためには、単独または合計で０
．２　原子％とする必要があるが、あまり多くすると非
磁性の粒界相が増加し、特性の低下を招くので２原子％
以下とすべきである。

【００１７】本発明の磁石は、上記必須成分の他、残部
は基本的にはＦｅおよび不可避不純物からなる。Ｆｅは
磁性相形成にとって必須の元素であるが、その一部（例
えば２０重量％程度）をＣｏで置換してもよい。

【００１８】本発明の磁石においては、柱状晶組織およ
び異方性化した後の結晶組織のいずれにおいても、その
結晶平均粒径を３０μｍ　以下に規定したものであるが
、その理由は下記の通りである。まず図１に示した如く
、焼結磁石と同等以上の特性を得る為には鋳造後におけ
る柱状晶組織の平均粒径を３０μｍ　以下とする必要が
ある。また鋳塊に対して熱間塑性加工および熱処理を施
すと保磁力が向上するが、過剰な熱処理を行なうと結晶
粒が粗大化してかえって保磁力の低下を招くので、熱処
理して異性化した後の結晶においても平均粒径を３０μ
ｍ　以下にする必要がある。

【００１９】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２０】

【実施例】表１に示す組成の合金鋳塊（Ｎｏ．　１　〜
２０）　を高周波溶解によって製造した。尚このときの
出発原料は、Ｆｅとしては純度９９．９重量％の電解鉄
，Ｂはフェロボロン合金，希土類元素およびその他の添
加元素は純度９９．９重量％のものを夫々用いた。そし
て銅鋳型によって鋳造し、平均粒径３０μｍ　以下の微
細な柱状晶を形成した。

【００２１】

【表１】

【００２２】次に、合金鋳塊を切断後鉄製カプセルに封
入し、幅方向から拘束を加えつつ９５０　℃にて全圧下
率７６％の熱間圧延を行なった。引き続き、１０００℃
×６時間（１段目）および４８０　℃×２時間（２段目
）の熱処理を行い、得られた磁石合金の磁気特性および
平均粒径を調査した。その結果を表２に示すが、Ａｇ，
Ａｕ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ｚｎ等を添加したものは、結晶を微
細化することができ良好な磁気特性が得られていること
が分かる。

【００２３】

【表２】

【００２４】次に、Ｎｄ１３Ｄｙ１Ｆｅ７９Ｂ７の組成
（原子比）で、且つ平均粒径が３μｍ　からなる合金粉
末を、１０ＫＯｅ　磁界中で１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の圧
力で加圧成形した後、９９．９９９％純度のＡｒガス中
（２５０Ｔｏｒｒ）で１０７０℃×２時間焼結し、更に
５３０　℃×１時間の時効熱処理を行なって焼結磁石を
得た。得られた焼結磁石と、表２に示したＮｏ．　１１
，１４，１７，１９，２０の磁石を夫々用い、厚みが３
　，１　，０．５　，０．３　，１．０　，０．０５（
ｍｍ）となる様に研削し、それぞれの磁気特性を調査し
た。その結果を表３に示すが、本発明のものは、０．５
ｍｍ　の薄肉でも例えばボイスコイルモータ用の永久磁
石として十分使用に耐え得る良好な磁気特性を示してい
ることがわかる。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、希土類
元素−Ｆｅ−Ｂ系に第４の元素としてＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ
，Ｓｎ，Ｚｎ等を添加することによって結晶粒の微細化
が達成され、３μｍ　以下の薄肉であっても良好な磁気
特性を発揮することのできる永久磁石が得られた。また
本発明に係る永久磁石は、その特性からしてボイスコイ
ルモータ用の永久磁石として最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳塊粒径と磁気特性の関係を示すグラフである
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　下記（Ａ）　〜（Ｄ）　の成分を含有
   すると共に、平均粒径３０μｍ　以下の柱状晶組織を熱
   間塑性加工および熱処理して異方性化したものであり、
   ３０μｍ　以下の平均粒径を有するものであることを特
   徴とする希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系異方性化永久磁石。 （Ａ）　Ｙを含む希土類元素の２種以上（但しその５０
   重量％以上がＰｒである）：１２〜１８原子％（Ｂ）　
   Ｂ：４〜６原子％ （Ｃ）　Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳｎおよびＺｎよりなる群
   から選択される１種以上の元素：０．２　〜２原子％（
   Ｄ）　残部：Ｆｅおよび不可避不純物
2. 【請求項２】　　
   異方性化方向の厚みが０．５　〜３ｍｍであり、最大エ
   ネルギー積が３５ＭＧＯｅ以上，保磁力が１４ＫＯｅ　
   以上である請求項１に記載の異方性化永久磁石。