JPH0617184A - 焼結異方性磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｒ成分とバインダーとの反応による磁気特性
の劣化を防止し、射出成形性を向上させて複雑な形状の
Ｒ₂Ｃｏ₁₇型焼結磁石が得られる焼結異方性磁石の製造
方法の提供。 【構成】 磁性粉として平均粒度１〜５μｍとなしたＲ
₂Ｃｏ₁₇型Ｒ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍ）系合金微粉末を
用い、これをメチルセルロースと純水との混練物となし
射出成形し、真空中の特定昇温速度の脱水処理したの
ち、焼結、熱処理する。 【効果】 処理時の希土類元素（Ｒ）との反応を抑制す
ることができ、特に脱バインダー時間の短縮とともに残
留炭素量を著しく低減して、磁気特性の劣化防止ととも
に、射出成形時の成形性を向上させ、三次元的に複雑な
形状の焼結異方性磁石が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、射出成形によるＲ₂
Ｃｏ₁₇型Ｒ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍ系焼結異方性永久磁
石を製造する方法に係り、微細結晶化した該系合金微粉
末と所定温度によりゾルーゲル反応を起こすバインダー
としてメチルセルロースと水との混練物を射出成形し、
脱バインダー処理後、焼結し、焼結体中の炭素と酸素の
残留を抑制し、磁気特性の劣化防止とともに、射出成形
時の成形性を向上させ、三次元的に複雑な形状の焼結磁
石が得られる射出成形による焼結異方性磁石の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、家電製品を初めコンピュータの周
辺機器や自動車等用途に用いられる小型モーターやアク
チュエータなどには、小型化、軽量化とともに高性能化
が求められており、その磁石材料も小型化、軽量化、薄
肉化からさらに三次元的に複雑な形状製品が要求されて
いる。

【０００３】複雑な形状の高性能永久磁石を得る方法と
して、Ｓｍ−Ｃｏ系磁性材またはＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁性材
を用いて樹脂バインダー等を混練して機械的に成形する
希土類系ボンド磁石の製造方法、あるいはＲ−Ｆｅ−Ｂ
系合金鋳塊を粉砕して得られた合金粉末と樹脂バインダ
ーを混練して射出成形し、脱バインダー後に焼結するＲ
−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石の製造方法（特開昭６１−２
２０３１５号公報、特開昭６４−２８３０２号公報、特
開昭６４−２８３０３号公報）が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、希土類元素
（Ｒ）を含有する金属間化合物はＯ、Ｈ、Ｃ、Ｎ等の元
素と反応し易く、当該系磁性粉と有機物バインダー等の
混練時、あるいは脱バインダー時に磁性粉中のＲ成分と
バインダーが反応し、磁気特性が劣化したり、特に射出
成形時の成形性が非常に悪くなり、複雑な形状が得難い
問題があった。

【０００５】従来の射出成形法で一般的に使用されてい
る熱可塑性のバインダー（アクリル系、ワックス系、ポ
リエチレン、ポリスチレン等のポリマー）をＲ₂Ｃｏ₁₇
型磁石合金粉末に添加混合した場合、一般的に炭素と酸
素の含有量がＲとの反応によりかなり増加するために、
射出成形、脱脂した後、また、焼結後でもかなりの炭素
と酸素が残留し、特に永久磁石の場合磁気特性の劣化を
招き、射出成形法による複雑形状品の磁石部品への応用
の妨げになっている。

【０００６】この発明は、射出成形にて成形し、これを
焼結するＲ₂Ｃｏ₁₇型焼結永久磁石の製造方法におい
て、Ｒ成分とバインダーとの反応や、炭素および酸素の
残留による磁気特性の劣化を防止し、射出成形性を向上
させて複雑な形状、特に小型製品のＲ₂Ｃｏ₁₇型焼結異
方性磁石が得られる焼結異方性磁石の製造方法の提供を
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、Ｒ₂Ｃｏ₁₇
型磁性粉中のＲ成分とバインダーとの反応を抑制でき、
残留する炭素および酸素量を低減できる方法を目的に種
々検討した結果、従来の射出成形法で一般的に使用され
ている熱可塑性のバインダーの代わりに、Ｒ₂Ｃｏ₁₇型
合金粉末にバインダーとしてバインダー中に含まれる炭
素含有量を大幅に減らしたメチルセルロースバインダー
と水、さらに少量の滑剤を使用することにより、射出成
形時に金型内でゲル化させて硬化させて所定の形状に成
形し、脱バインダー、焼結することにより、Ｒ₂Ｃｏ₁₇
型焼結体中の残留炭素量と酸素量を大幅に減少可能で、
射出成形時の成形性を向上させ、三次元的に複雑な形状
の焼結磁石が得られることを知見し、この発明を完成し
た。

【０００８】すなわち、この発明は、 Ｒ（Ｃｏ_1-a-b-cＦｅ_aＣｕ_bＭ_c）_z （但しＲはＹを含
む希土類元素のうち少なくとも１種以上、ＭはＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｎｉのうち
少なくとも１種以上、ａ＝０．１０〜０．３０、ｂ＝
０．０５〜０．３０、ｃ＝０．００１〜０．１００、ｚ
＝６．０〜８．７）で表される合金からなるＲ₂Ｃｏ₁₇
型金属間化合物の平均粒度１〜５μｍの微粉末に、所定
温度によりゾルーゲル反応を起こす有機バインダーとし
てメチルセルロースと水を加えて磁場中で射出成形によ
り成形体となし、該成形体を脱バインダー後に焼結し
て、焼結体が含有する炭素量を６００ｐｐｍ以下、酸素
量７０００ｐｐｍ以下となしたことを特徴とする焼結異
方性磁石の製造方法である。

【０００９】また、この発明は、上記の構成において、
有機バインダーが、メチルセルロース０．０５〜０．５
０ｗｔ％、滑剤としてグリセリン、ワックスエマルジョ
ン、ステアリン酸、水溶性アクリル樹脂のうち１種以上
を０．１０〜０．３０ｗｔ％、さらに、水８〜１６ｗｔ
％からなることを特徴とする焼結異方性磁石の製造方法
である。

【００１０】組成の限定理由 この発明のＲ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍ） で表されるＲ
₂Ｃｏ₁₇型磁石合金粉末及び永久磁石に用いられるＲ
は、Ｙを含む希土類元素のうち少なくとも１種以上であ
り、ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｒ，
Ｓｉ，Ｎｉのうち少なくとも１種以上である。Ｆｅは、
残留磁束密度（Ｂｒ）を向上させる効果を有するが、ａ
が０．１０未満では高い残留磁束密度（Ｂｒ）が得られ
ず、０．３０を越えると保磁力（ｉＨｃ）及びエネルギ
ー積（ＢＨｍａｘ）が低下するため、ａは０．１０〜
０．３０の範囲とする。

【００１１】Ｃｕは、折出効果による保磁力（ｉＨｃ）
の向上に効果があり、ｂが０．０５未満ではその保磁力
の向上効果がなく、０．３０を越えると残留磁束密度
（Ｂｒ）が低下するとともにキュリー点を低下させるた
め、ｂは０．０５〜０．３０の範囲とする。

【００１２】Ｍは、折出による保磁力（ｉＨｃ）の向上
及び焼結温度の低下などを目的に単独あるいは複合添加
するが、ｃが０．００１〜０．１００の範囲外である
と、保磁力（ｉＨｃ）及びエネルギー積（ＢＨｍａｘ）
が低下する。

【００１３】また、ｚが６．０未満では残留磁束密度
（Ｂｒ）が低く、８．７を越えるとデンドライト（Ｃ
ｏ，Ｆｅ，Ｃｕリッチ相）が生じて永久磁石として好ま
しくない。

【００１４】微粉末の製造条件 この発明において、使用する平均粒度１〜５μｍのＲ
（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍ）系合金微粉末の製造方法は溶
解、粉砕法、超急冷法などの公知のいずれの方法でもよ
い。得られた合金微粉末の平均粒径が１μｍ未満では混
練物とするためのバインダー添加量を、合金粉末の表面
積を増大させるため、合金粉末との容積比で、１：１．
２に増加させる必要があり、射出成形後の焼結品の焼結
密度が９５％程度と低下するため好ましくなく、また、
５μｍを超える平均粒径では粒径が大きすぎて焼結密度
が９５％程度で飽和し、該密度の向上が望めないため好
ましくない。すなわち、この発明において、通常の遷移
金属粉末の場合よりも有機バインダーの添加量を大幅に
減少できるのは、Ｒ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍ）合金粉末
の平均粒径が通常の遷移金属粉末の場合よりも数分の一
から１０分の１と小さいからである。

【００１５】バインダー成分 メチルセルロースの含有量は、０．０５ｗｔ％未満では
ゾル状態での粘度が著しく低下し、また０．５０ｗｔ％
を越えると、残留炭素量と酸素量が増加して保磁力が下
がり磁気特性が劣化するので、０．０５ｗｔ％〜０．５
０ｗｔ％の含有量がこれらの点で好ましい。

【００１６】この発明において、バインダーとしてメチ
ルセルロースとともに水を使用することを特徴とする
が、Ｒとの反応を抑制するために、脱酸素処理した純水
を使用することが望ましい。水の含有量は８ｗｔ％未満
では成形時の流動性が悪くなり、ショート・ショットが
発生しやすくなり、１６ｗｔ％を越えると実質総バイン
ダー量が増加するために、焼結後の焼結密度が低下する
と同時に残留酸素量が増加し、磁気特性が劣化するの
で、８〜１６ｗｔ％が最も好ましい。

【００１７】またグリセリン、ワックスエマルジョン、
ステアリン酸、水溶性アクリル樹脂等の滑剤の含有量
は、０．１０ｗｔ％未満では成形体の密度が不均一にな
りやすく、０．３０ｗｔ％を越えると成形体の強度が低
下するので、０．１０ｗｔ％〜０．３０ｗｔ％が最も好
ましい。

【００１８】射出成形条件 射出条件はバインダーの添加量に応じて変動するが、金
型温度は７０℃〜９５℃が好ましく、７０℃未満では成
形後の取出時に固化が不十分で変形する恐れがあり、９
５℃を超えると混練物の流動性が悪くなる。また、射出
成形圧力は、３０ｋｇ／ｃｍ²未満ではウエルドが発生
し成形密度が不均一になり、焼結後に曲がりやうねりが
発生し、また５０ｋｇ／ｃｍ²を超えるとばりが発生し
て好ましくないため、圧力は３０〜５０ｋｇ／ｃｍ²が
好ましい。射出成形時の磁場が１０ｋＯｅ未満では配向
が不十分なため、１０ｋＯｅ以上の磁場中射出成形が好
ましい。

【００１９】脱バインダー処理 脱バインダー処理において、まず脱水するが、昇温温度
は選定した純水の添加量に応じて変動するが、少なくと
も２０℃〜１００℃までの昇温速度を３０〜６０℃／時
間にする必要があり、３０℃／時間未満では処理品が酸
化する恐れがあり、６０℃／時間を超えると水の急激な
気化蒸発のため、処理品にひび、割れを生じるため好ま
しくない。特に処理品が小物である場合は、少なくとも
２０℃〜１００℃までの昇温速度を４５〜５５℃／時間
にするとよく、脱水処理がより簡素化できる。また、１
００℃までの昇温中に水のほとんどが蒸発してしまうた
め、１００℃を超える温度域での脱水処理は不要であ
る。引き続いて脱バインダー処理するが、昇温速度は、
１００〜２００℃／時間で脱バインダー処理できるの
で、通常の有機バインダーの場合よりも大幅に処理時間
を短縮できる利点がある。また、脱水雰囲気を１×１０
^-3Ｔｏｒｒ以下の真空中で行う理由は、当該処理を低温
から高温まで連続して行うためであり、またＲ₂Ｃｏ₁₇
型合金粉末の酸化を抑えるためである。なお、脱水処理
後は、引き続いて昇温加熱して焼結を行うことが好まし
く、５００℃を超えてからの昇温速度は任意に選定すれ
ばよく、例えば１００〜３００℃／時間など、焼結に際
して取られる公知の昇温方法を採用できる。

【００２０】脱水処理後の成形品の焼結並びに焼結後の
熱処理条件は、選定した合金粉末組成に応じて適宜選定
されるが、従来公知のＲ₂Ｃｏ₁₇型焼結永久磁石の製造
条件と同様でよい。

【００２１】この発明において、焼結体が含有する炭素
量と酸素量の上限を規定するが、これは炭素量が６００
ｐｐｍを越え、酸素量が７０００ｐｐｍを越えると磁気
特性の劣化を招来し好ましくないためである。

【００２２】

【作用】この発明は、メチルセルロースは、一般によく
知られているように、水に溶解した後約５０℃前後に加
熱すると溶解して弾性のあるゲル状物質となって固化
し、約３５℃以下に冷却すると粘性のあるゾル状物質と
なる。この性質を利用すると、水分を多量に含む割りに
は、粘弾性が発生するために、射出成形用のバインダー
としては総バインダー中の炭素含有量を大幅に減らすこ
とができるのである。さらに脱バインダー時には１００
℃までに総バインダー中の約９９％の水分が蒸発除去さ
れるので、Ｒ₂Ｃｏ₁₇型合金粉末が活性になる温度で
は、既に大量の水分が抜けた状態となり、Ｒ₂Ｃｏ₁₇型
合金粉末の酸化が大幅に抑えられる利点がある。

【００２３】

【実施例】

実施例 原料粉としてＳｍ１１．９ａｔ％、Ｃｕ８．８ｓｔ％、
Ｆｅ１２．６ａｔ％、Ｚｒ１．２ａｔ％、残部Ｃｏと不
可避的不純物とからなる平均粒度３μｍのＳｍ−Ｃｏ系
合金微粉末に、バインダーとして市販のメチルセルロー
ス（信越化学製ＳＭ−４０００）の粉末を０．２８ｗｔ
％添加し、さらにグリセリンを０．１０ｗｔ％、水１
２．５ｗｔ％を添加して室温で混練した。この混練ペレ
ットを射出温度を２５℃に設定し、金型温度は９０℃に
保温して２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍの板に磁場中（１
５ｋＯｅ）で成形した。この成形体を、真空中で室温か
ら１００℃まで昇温速度５０℃／Ｈで昇温し、この温度
で１時間保持し完全脱水した後、５００℃まで昇温速度
１００℃／Ｈで昇温し脱バインダーを行った。更に加熱
して１２００℃で１時間保持して焼結した。焼結完了後
に１１６０℃にて溶体化処理を施し、Ａｒガスを導入し
て８００℃から４００℃まで多段時効処理を施した。得
られた焼結体にはワレ、ヒビ、変形等は全く見られなか
った。この工程によって得られたＳｍ（Ｃｏ_0.74Ｃｕ
_0.10Ｆｅ_0.14Ｚｒ_0.013）_7.4焼結合金の特性は、以下に
説明する比較例と共に説明する。

【００２４】比較例 実施例の平均粒度３μｍの微粉末を用いて、アクリル系
バインダーを容積比１：１で配合し、１６０℃で、１０
分間加熱混練して射出成形用混練物となした後、４５℃
に加熱した金型内に磁場強さ１５ｋＯｅ中で射出成形し
て、２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍの板状射出成形体を得
た。射出成形体を３×１０^-4Ｔｏｒｒの真空中で、５０
０℃まで６℃／時間の昇温速度で昇温する脱バインダー
処理した後、実施例１と同一条件で焼結、熱処理して焼
結異方性磁石を得た。得られた比較例磁石及び実施例磁
石の磁石特性並びに残留酸素量、残留炭素量の測定結果
は表１に示すとおりである。

【００２５】表１から明らかなように、アクリル系の有
機バインダーを用いた場合よりもメチルセルロースバイ
ンダーを使用した焼結体の方が、残留炭素量、残留酸素
量が大幅に減少しているために、磁気特性がかなりすぐ
れていることがわかる。メチルセルロースバインダーを
用いた方が、水分を多く含んでいるために、総バインダ
ー中の炭素量が実質的にかなり低く抑えられていること
と、また主にバインダーが水のため、Ｒ₂Ｃｏ₁₇型合金
粉末が活性になる温度では既に蒸発してなくなっている
ために、酸化がかなり抑えられることにより、結果的に
残留炭素量、残留酸素量が大幅に減少したと考えられ
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】この発明は、平均粒度１〜５μｍのＲ₂
Ｃｏ₁₇型Ｒ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍ）系合金微粉末とメ
チルセルロースバインダーと純水とを混練して、これを
所要形状に射出成形することにより、射出成形時の成形
性が向上して三次元的に複雑な形状の焼結磁石を得るこ
とができ、また得られた成形体を特定昇温速度の脱水、
脱バインダー処理することにより、脱バインダー時間が
数時間に短縮されると同時に処理時の希土類元素（Ｒ）
との反応を著しく抑制し、特に残留炭素量を著しく低減
して、磁気特性の劣化を防止することができ、複雑な形
状で磁気特性のすぐれたＲ₂Ｃｏ₁₇型焼結異方性磁石を
得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｆ 7/02 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ（Ｃｏ_1-a-b-cＦｅ_aＣｕ_bＭ_c）_z
   （但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種以
   上、ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｒ，
   Ｓｉ，Ｎｉのうち少なくとも１種以上、ａ＝０．１０〜
   ０．３０、ｂ＝０．０５〜０．３０、ｃ＝０．００１〜
   ０．１００、ｚ＝６．０〜８．７）で表される合金から
   なるＲ₂Ｃｏ₁₇型金属間化合物の平均粒度１〜５μｍの
   微粉末に、所定温度によりゾルーゲル反応を起こす有機
   バインダーとしてメチルセルロースと水を加えて磁場中
   で射出成形により成形体となし、該成形体を脱バインダ
   ー後に焼結して、焼結体が含有する炭素量を６００ｐｐ
   ｍ以下、酸素量７０００ｐｐｍ以下となしたことを特徴
   とする焼結異方性磁石の製造方法。