JPH0569907B2 - - Google Patents

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JPH0569907B2
JPH0569907B2 JP59073201A JP7320184A JPH0569907B2 JP H0569907 B2 JPH0569907 B2 JP H0569907B2 JP 59073201 A JP59073201 A JP 59073201A JP 7320184 A JP7320184 A JP 7320184A JP H0569907 B2 JPH0569907 B2 JP H0569907B2
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JP
Japan
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magnets
rare earth
magnet
performance
alloy
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JP59073201A
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JPS60218457A (ja
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Tatsuya Shimoda
Koji Akioka
Ryuichi Ozaki
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕 本発明は、セリウム−ジジム(ジジムはNd−
Pr合金の通称)と鉄を主成分とした低コストで
高性能な永久磁石合金に関する。 〔従来技術〕 従来実用化されている磁石の主なものを、化学
組成と製造法にもとづいて分類すると第1表のよ
うになる。
【表】 表中○印は生産されているもの、×印は生産され
ていないものを示している。日本市場においては
焼結アルニコを除く他の5種類の磁石が生産され
ている。この5種類の磁石は、日本市場において
出荷金額および生産重量で99%以上(1983年)占
めており、磁石といえばこれらのどれかであると
言える。磁石の種類がこのように多いのは、各々
のものがそれぞれ長所短所を持つており、種々の
応用から要求される仕様によりそれぞれ使いわけ
られているからである。これらの磁石の長所短所
を挙げてみる。まず焼結フエライト磁石である
が、この磁石は他のものに比べて単価が最も安い
ことから、現在多量に使用されている(於日本、
1983年の推定59000ton)。単価は、等方性で0.5〜
1円/g、異方性で2〜3円/gであり、性能は
エネルギー積で示すと等方性で1MGOe程度、異
方性で3.5〜4.0MGOe程度である。このように焼
結フエライト磁石は性能は低いが、それにも増し
て単価にメリツトがある。しかしながら、本来が
セラミツク磁石なので硬くて脆く、耐衝撃性に乏
しい。そして複雑な形状には加工しにくいという
欠点を有している。この欠点を補う目的で作られ
たのが、プラスチツクボンド型フエライト磁石で
ある。通常フエライトボンド磁石と呼ばれるこの
磁石は、靭性に富んでいるので割れ欠けに強く複
雑形状の磁石も簡単にできる。製造法は、射出成
形、押出し成形、圧延成形が主に採用されてい
る。等方性の磁石はエネルギー積で0.5〜
1MGOe、単価0.6円/g程度であり、一方異方性
の磁石はエネルギー積1.5程度、単価は2.8円/g
程度である。異方性のものは、単価が焼結フエラ
イトより若干高くしかも性能が低いのは、バイン
ダー材として高価なエンジニアプラスチツクを用
いているからであり、およそプラスチツクは40〜
50Vol%含まれている。この単価が高く、性能が
低いという欠点にもかかわらず異方性のものは、
需要が急増している。これは前述の長所が大きく
効いていることに他ならない。次にはアルニコ磁
石であるが、希土類磁石が出現する以前には高磁
束を得ようとするならばこの磁石しかなかつたの
で、生産額もフエライト磁石をしのぐ程大きかつ
た。しかし、希土類磁石の出現、コバルト価格の
不安定さ、その保磁力の小ささなどが原因となり
1979年頃から需用は低下し続け、遂に1983年には
生産額で希土類磁石に抜かれてしまつた。今後も
この傾向は続き、磁石全体の中で占める割合は将
来10%以下になることは間違いないだろう。最後
に希土類磁石であるが1970年頃から試験的に作ら
れ始め、1976年あたりより工業的な意味での生産
が開始された。1976年の日本の生産量は若干5ton
であるが、その後急激に伸び1983年には、290ton
生産されたものと推定されている。希土類磁石が
このように伸びた理由は、第一にそのエネルギー
積の高さ(焼結法で16〜30MGOe)がうまく市
場のニーズと一致したからである。しかし、単価
の方は他の磁石に比べ桁違いに高くて、40〜50
円/gである。また焼結希土類磁石は、非常に脆
いという欠点を有しており、割れ欠けが起りやす
く使いにくい。この脆弱性を克服したものに希土
類プラスチツクボンド磁石がある。圧粉成形で製
造されるものは、エネルギー積10〜18MGOeを
有しており、この範囲では焼結のものに優位を保
つている。また近年、射出成形、押出し成形とい
つた技術によつてもこの希土類プラスチツク磁石
は製造されるようになり増々その応用範囲を拡大
している。しかし、バインダーの混入させるので
どうしても磁気性能が上げられず、しかも単価も
焼結のものに比べあまり低下しないのでコストパ
フオーマンスはあまり上らない。 磁石のコストパフオーマンスを評価するのに、
従来エネルギー積(BH)max(MGOe)を単価
(円/g)で割り算した指標が便宜的に使用され
ているが、実際には重さ当りではなく体積当りの
指標にした方が理論的には正しい。従つて密度を
ρとすると指標IDは ID=(BH)max/(ρ・単価) とするのがよいであろう。この指標にもとずいて
前述した5種類の磁石のコントパフオーマンスを
計算した(第2表a、b)。
〔目的〕
本発明はこのような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、性能が高くしかも低コ
ストの磁石を提供することにある。 〔概要〕 本発明による永久磁石合金は、セリウム−ジジ
ム、鉄、銅、ボロンを主成分としたものである。
広い意味では希土類磁石の範ちゆうに入るが、従
来のサマリウム−コバルトを主体とした磁石とは
成分を全く異にする。 希土類元素は一般に15種類が混合希土として産
出する。個々の元素を取り出すには混合希土を分
離精製しなければならない。また特定の元素のみ
が多く使用されると他の元素が余つてしまい都合
が悪い。従つて希土類の値段は、単に資源の豊富
さ、需要量ばかりでなく、精練の難易さ、他の元
素とのバランス性によつて定まつてくる。結果と
してSmは約3万円/Kgミツシユメタルは約3千
円/Kgというふうになる(いずれも1983年の値)。
Ce−Di(ジジム)は、混合希土中にモナザイトお
よびバストネサイト鉱の場合それぞれ約75%およ
び70%も含まれており、精練もミツシユメタルよ
りも少し複雑なだけであり、また近年の重希土類
(SmからLuに至る元素)の伸びとミツシユメタ
ル需要減から余剰が生ずる傾向にあり、バランス
性も心配ない。従つて多量に使用するようになれ
ば、ミツシユメタルとあまり変らない価格で手に
入るようになるであろう。本発明による永久磁石
合金の特徴の第1はこのように安価な希土類メタ
ルを使用したことにある。 本発明による永久磁石合金の第2の特徴は、従
来の希土類磁石の主成分の一つであるコバルトを
用いていないことである。通常、Ce−Di−Feだ
けではキユーリー点が低くて強磁性体としては使
用できないが、ポロンを適量添加することにより
キユリー点が上昇し強磁性は安定する。ポロン
は、純粋なものを使用してもよいし、安価なフエ
ロボロンも使用できる。コバルトを使用の代りに
鉄を使用したことにより資源的な制約条件から解
放されるとともに合金コストも大幅に引き下げら
れる。 本発明による永久磁石合金の第3の特徴は、保
磁力向上のため銅(Cu)を添加したことにある。 Cuを添加しないと保磁力iHcは3〜4KOe程度
しか得られないが、添加することにより格段に大
きな保磁力が得られる。また、本合金をプラスチ
ツクボンド磁石に利用する時、Cuを添加しない
と磁粉の粒度が2〜3mμにならないと満足な保
磁力が得られないが銅を添加すると保磁力は粒度
にあまり依存しなくなる。従つてCu添加により
磁粉の粒度を大きくできるとともに粒度調整も行
うことができ、磁石の安定性と磁気性能が一段と
向上する。Cuの一部をFi、Zr、Hf、V、Nb、
Taのうち少なくとも一つの元素で置換するとこ
のCuの効果は強められる。 また、本発明のCe−Di−Fe−Cu−B合金のB
の一部をAl、Ga、In、Si、Ge、P、S、Bi、
Sm、Pbの少なくとも一つの元素で置換しても強
磁性を安定化する効果は減ることはない。希土類
元素の一部をLaで置換しても少量では磁力の低
下は起らない。そしてLaの入つたCe−Di−Laメ
タルは、入らないものより製造法が簡単で低コス
トになる効果がある。 次に組成域の限定の理由を述べる。希土類元素
中での元素の数の割合R=Cei−a−bNda Prb
を示す指標aおよびbは、Ce−Di合金を工業的
に安価に製造できる組成範囲を取つてある。M=
Fei−x−yCuxByとしたときのRとMの比Z
(RMZ)は保磁力を5KOe以上出そうとすると4.0
から9.0の間になる。M中の組成比xはCuの効果
が出始めるのは0.01以上であり、0.2を越えると
飽和磁束密度の低下が著しいという理由で決めら
れた。M中のyは同様にBの効果が出始めるのは
0.001以上であり、0.15を越えると保磁力、飽和
磁化が急激に低下するという理由による。 〔実施例〕 以下、本発明について実施例に基づき詳細に説
明する。 実施例 1 R=Ce0.5Nd0.4Pr0.1、M=Fe0.82Cu0.1B0.08
RMZとした時、Z=4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、
6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0の11種類の合金(表
示はすべて原子数比)を、低周波誘導炉を用いて
溶解した。Bは前もつてFeと母合金を作製し、
溶解しやすいようにした。各合金は、アルゴン雰
囲気中で1100〜1200℃の間の最適温度で溶体化処
理を4時間行つた後、室温までクエンチされた。
その後800℃で2〜50時間の間の時間で熱処理を
行い保磁力を付与した。合金は次に、10〜20mμ
の平均粒度に粉砕され、3重量%のエポキシ樹脂
と混練された。混練された磁性粉は、15KOeの
磁場中で加圧成形され、エポキシをキユアーさせ
て磁石にした。各組成の中でエネルギー積が最大
である磁石の磁気特性をZ値ごとに第1図に示し
た。Z値が4〜9の間で高保磁力が得られ、残留
磁束密度Brも安定して高い値が得られている。
ただZが大きくなるとヒステリシスの角形性が低
下し、(BH)maxもZ=9に近くなると低下す
る。しかしこの程度の磁気特性があればフエライ
ト磁石よりも性能が高いのでこの組成域の合金は
充分に実用になる。 実施例 2 Z=6.0としてRとMの中の組成比を変化させ
た合金を12種類実施例1と同様な方法で溶解して
熱処理して磁石にした。合金の組成は、第3表に
示す。各合金の中で最大のエネルギー積を示す磁
石の磁気特性を合金ごとに第4表に示す。
【表】
【表】
【表】 各組成にわたり、(BH)maxが8以上のもの
が得られており中にはSm2Co17系の最高性能と同
等のものが得られており、このような磁石が低コ
ストで得られることは意義深い。 実施例 3 Cuの一部を、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Taで置
換した合金を実施例1の方法で溶解した。ただし
M=Fe0.82−wCu0.1AwB0.08(Aは上記の6元素を
示す)としてwを0.01から0.02刻みで0.19まで10
種類取り、R=Ce0.5Nd0.4Pr0.1とし、RとMの比
Zは5.8とした。磁石製造法は実施例1と同様の
方法で行つた。第2図にA=Zrの場合の結果を
示した。各々の値は最もよい熱処理条件で行つた
ものである。Zrの添加によりiHcは向上するの
で、高いエネルギー積を得るに、iHcは10Koe程
度で抑えてヒステリシスの角型性を高めるように
した。Zr添加しないものよりある程度添加した
方がよい結果が得られていることが分る。上記6
元素の添加によりどれ位添加前に比べて性能が向
上したかを第5表に示す。
【表】 実施例 4 Bの一部を、Al、Ga、In、Si、Ge、P、Si、
Bi、Sn、Pbで置換した合金を実施例1の方法で
溶解した。ただしM=Fe0.75Cu0.1B0.15−uQu(Q
は上記の10元素を示す)、uを0.01から0.01刻み
で0.10まで10種類取り、R=Ce0.5Nd0.4Pr0.1とし、
RとMの比Zは5.8とした。磁石製造法は実施例
1と同様の方法で行つた。各置換元素で得られた
磁石で(BH)max12MGOe以上のものの中か
らその合金のキユリー点が添加前に比べて最高に
向上した合金のキユーリ点の向上分を各元素ごと
に示すと第6表のようになる。
〔効果〕
以上述べたように本発明によれば、安価な希土
類化合物Ce−Diを用いて高性能なプラスチツク
ボンド磁石および焼結磁石が発現でき、従来の磁
石にない高コストパフオーマンスが達成できると
いう効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Ce0.5Nd0.4Pr0.1(Fe0.82Cu0.1B0.06)Z
組成において、希土類と他元素との比Zを変化さ
せた時のプラスチツクボンド磁石の磁気特性を示
す。第2図は、Ce0.5Nd0.4Pr0.1(Fe0.82−wCu0.1
ZrwB0.085.8組成において、Zrの量wを変化させ
た時のプラスチツクボンド磁石のエネルギー積を
示す。第3図には、Ce0.55−cNd0.35Pr0.15Lac
(Fe0.82Cu0.1B0.086.5の組成において、Laの量cを
変化させた時のプラスチツクボンド磁石の角型性
およびエネルギー積の変化を示す。第4図は、
Ce0.55−cNd0.35Pr0.15Lac(Fe0.82Cu0.01B0.086.5
組成において、Laの量cを変化させた時の焼結
磁石のエネルギー積の変化を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (La1-a-b-cCeaPrbNdc)(Fe1-x-y(Cu1-Sαsx
    (B1-tβtyzで表わされる永久磁石合金において、
    希土類元素Rと他の元素Mとの比をz(z=Mの
    原子数/Rの原子数)としたとき、係数a、b、
    c、x、y、zが次の値の範囲、すなわち 0.01≦a≦0.9 0.05≦b≦0.5 0.05≦c≦0.8 0.01≦x≦0.3 0.001≦y≦0.15 3.5≦z≦9.0 であり、αはTi、Zr、Hf、V、Nb、Taから選
    ばれた少なくとも1種の元素、βは、Al、Ga、
    In、Si、Ge、P、S、Bi、Sn、Pb、Cから選ば
    れた少なくとも1種の元素で係数s、tが次の値
    の範囲すなわち 0.01≦s≦0.99 0.01≦t≦0.99 であることを特徴とする永久磁石合金。
JP59073201A 1984-04-12 1984-04-12 永久磁石合金 Granted JPS60218457A (ja)

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