JPH09260171A

JPH09260171A - 希土類永久磁石の製造方法

Info

Publication number: JPH09260171A
Application number: JP8066009A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kobayashi; 理小林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金または合金粉末を金属カ
プセルに封入して熱間加工を行う永久磁石の製造方法に
おいて、その磁石に発生する割れを防止することを目的
としている。【解決手段】Ｒ，Ｆｅ，Ｂを原料基本成分とする合金
または合金粉末をカプセル内に密封し、該カプセルを熱
間加工した後、０．０１〜２℃／分の冷却速度による徐
冷または加工材に圧縮応力を加えつつ冷却等といった合
金とカプセルの熱膨張率の差による応力を緩和する冷却
工程を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素、鉄及
びＢを基本成分とする希土類合金または希土類合金粉末
をカプセルに入れて熱間加工する永久磁石の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】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、高透
磁率材料とは逆に保磁力が大きく、また残留磁束密度も
高いものが適し、一般家庭の各種電気製品から大型コン
ピ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１つである。

【０００３】現在使用されている永久磁石のうち希土類
永久磁石は、極めて高い保磁力とエネルギー積を持つ永
久磁石として多くの研究開発がなされている。そしてこ
の希土類永久磁石の製造方法としては、特公昭６１−３
４２４２号公報等にあるように焼結法によるものや、特
公平４−２０９７５号公報等にあるように急冷薄片を樹
脂結合法で磁石にする方法、さらに、特公平４−２０２
４２号公報等の２段階ホットプレス法と呼ばれる方法が
知られていた。

【０００４】また、特開昭６２−２７６８０３号公報等
の希土類と鉄とＢを基本成分とする合金を熱間加工する
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、磁気特性と機械的強度に優れた希
土類−鉄系永久磁石を得る方法も知られていた。そして
この方法においては、特開平１−１７１２０４号公報に
あるように金属カプセルで合金を覆って熱間加工を行う
方法が、加熱中の雰囲気管理も不要であり量産に向く方
法として開示されている。

【０００５】この希土類合金をカプセルにいれて熱間加
工する希土類磁石の製造方法においてはさらに次のよう
な方法が知られていた。

【０００６】（１）特開平２−３９０１号公報２頁右下
欄７〜１６行には、希土類元素と鉄とボロンとを基本成
分とする合金の鋳塊を熱間加工する工程を含む希土類−
Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法において、剥離剤（ガラス潤
滑剤、ＢＮ、アルミナ等）を介して金属カプセルに鋳塊
を封入した上で熱間加工を行うことにより磁石と金属カ
プセルの反応を防止でき、割れ発生の防止に効果がある
ことが開示されている。

【０００７】（２）特開平３−２８７７２３号公報２頁
左上欄２０行〜左下欄４行には、希土類元素と鉄とボロ
ンとを基本成分とする合金の鋳塊を熱間加工する工程を
含む希土類−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造方法において、炭素
量が０．２５ｗｔ％以下で融点が６００℃以上の金属材
料で鋳塊を囲僥すると共に密封した上で熱間加工を行
い、加工後１０℃／分未満の冷却速度で冷却することが
磁石の割れ発生の防止に効果があることが開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】叙上の（１）〜（２）
の従来の希土類永久磁石の製造方法は、次の如き欠点を
有している。

【０００９】（１）の永久磁石を製造方法は、磁石とカ
プセルの間の反応を剥離剤・潤滑剤で防ぐことにより両
者の融着・一体化を平均としては少なくすることができ
たが、潤滑剤保持材を用いた場合でも潤滑剤の加工に伴
う展延が均一でなく、どうしても一部では潤滑剤切れを
起こして融着が生じ磁石の割れが発生するといった欠点
がある。

【００１０】（２）の永久磁石の製造方法は（１）の製
造方法の欠点を改良するものであり熱間加工後の冷却速
度を規定したものであるが、この場合でも磁石の割れの
発生は完全に防止されたわけではなく、磁石材が２分割
される様な大きな割れが１〜２割の頻度で発生し、また
磁石表面層には浅く小さな割れがまだ発生しその割れ部
除去のためにも歩留まりが低下する欠点がある。

【００１１】本発明は、以上の従来技術の欠点、（１）
〜（２）の永久磁石製造方法における割れによる歩留ま
りの低下の欠点を解決するものであり、その目的とする
ところは、機械的強度に優れ大型磁石の作製が可能な鋳
造・熱間加工法によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石において
割れによる歩留まり低下を防ぎ、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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の希土類永
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種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分
とする希土類合金または希土類合金粉末をカプセルに入
れて熱間加工する永久磁石の製造方法において、熱間加
工後に合金とカプセルの熱膨張率の差による応力を緩和
する冷却工程をもつことを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の希土類永久磁石の製造方法
は、前記合金とカプセルの熱膨張率の差による応力を緩
和する冷却工程が、０．０１〜２℃／分の冷却速度によ
って徐冷する工程であることを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の希土類永久磁石の製造方法
は、前記合金とカプセルの熱膨張率の差による応力を緩
和する冷却工程が、加工材に圧縮応力を加えつつ冷却す
る工程であることを特徴とする。

【００１５】請求項４記載の希土類永久磁石の製造方法
は、(ａ) Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分とする合金
を溶解・鋳造する工程、(ｂ) 前記鋳造合金をＡ₃ 変態
点を有する鉄基金属カプセル内に装入、密封する工程、
(ｃ) 該カプセルを８００〜１１００℃のＡ₃ 変態点以
上の温度で熱間加工する工程、(ｄ) 次いで熱間加工さ
れた圧延材（カプセル）を該鉄基金属カプセルのＡ₃変
態開始温度（Ｔ₁）からＡ₃ 変態終了温度（Ｔ₂）までを
０．０５〜２℃／分の冷却速度で徐冷し、更に室温まで
冷却する工程。

【００１６】上記(ａ)〜(ｄ)の工程からなり、該合金を
磁気的に異方性化することを特徴とする。

【００１７】請求項５記載の希土類永久磁石の製造方法
は、(ａ) Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分とする合金
を溶解・鋳造する工程、(ｂ) 前記鋳造合金をＡ₃ 変態
点を有する鉄基金属カプセル内に装入、密封する工程、
(ｃ) 該カプセルを８００〜１１００℃のＡ₃ 変態点以
上の温度で熱間加工する工程、(ｄ) 次いで熱間加工さ
れた圧延材（カプセル）を該鉄基金属カプセルのＡ₃変
態開始温度（Ｔ₁）からＡ₃ 変態終了温度（Ｔ₂）までを
０．０５〜２℃／分の冷却速度で徐冷し、更に室温まで
冷却する工程、(ｅ) 前記鋳造合金を金属カプセルより
取出し熱処理する工程。

【００１８】上記(ａ)〜(ｅ)の工程からなり、該合金を
磁気的に異方性化することを特徴とする。

【００１９】請求項６記載の希土類永久磁石の製造方法
は、(ａ) Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少
なくとも１種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分とする合金
を溶解・鋳造する工程、(ｂ) 前記鋳造合金をＡ₃ 変態
点を有する鉄基金属カプセル内に装入、密封する工程、
(ｃ) 該カプセルを８００〜１１００℃のＡ₃ 変態点以
上の温度で熱間加工する工程、(ｄ) 次いで熱間加工さ
れた圧延材（カプセル）を該鉄基金属カプセルのＡ₃変
態開始温度（Ｔ₁）からＡ₃ 変態終了温度（Ｔ₂）までを
０．０５〜２℃／分の冷却速度で徐冷し、更に室温まで
冷却する工程、(ｅ) 前記鋳造合金を金属カプセルより
取出し熱処理する工程、(ｆ) 次いで所望の形状に切断
・研磨する工程。

【００２０】上記(ａ)〜(ｆ)の工程からなり、該合金を
磁気的に異方性化することを特徴とする。

【００２１】請求項７記載の希土類永久磁石の製造方法
は、前記工程（ｄ）の冷却工程において、（Ｔ₁＋５
０）℃から（Ｔ₂−５０）℃までの温度域を０．０５〜
１℃／分の冷却速度で徐冷し、次いで（Ｔ₂−５０）℃
から２５０℃までの温度域を０．０１〜２℃／分の冷却
速度で徐冷することを特徴とする。

【００２２】請求項８記載の希土類永久磁石の製造方法
は、前記工程（ａ）の鋳造合金がＲ１４〜１９原子％、
Ｂ４〜６原子％、Ｃｕ０．１〜２原子％、残部鉄及び製
造上不可避な不純物からなり、さらに前記工程（ｂ）の
鉄基金属カプセルが冷却時のＡ₃ 変態点を６００〜９０
０℃にもつ汎用鋼であることを特徴とする。

【００２３】請求項９記載の希土類永久磁石の製造方法
は、前記工程（ｂ）の鋳造合金を鉄基金属カプセル内に
装入する際、合金とカプセルの間に剥離剤を介在させる
ことを特徴とする。

【００２４】ここでＡ₃ 変態点とは、鉄及び鉄基合金の
α鉄（体心立方格子）⇔γ鉄（面心立方格子）の変態点
および変態温度域を指し、例えば高温からの冷却時の亜
共析鋼の様な場合にはγ鉄からα鉄への変態とγ鉄から
α鉄＋セメンタイトへの変態の連続する変態温度域を指
す。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明における希土類永久合金ま
たは希土類合金粉末として好ましい組成について以下に
説明する。

【００２６】希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕが候補として挙げられ、これらの
うち１種あるいは２種以上を組み合わせて用いる。最も
高い磁気特性はＰｒで得られるので、実用的にはＰｒ，
Ｐｒ−Ｎｄ，Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎｄ合金等が用いられる。

【００２７】希土類元素の量は１２〜２５原子％が適当
で、１２原子％未満だとＲ−リッチ相の量が少なく加工
中に割れ易くなり歩留まりが低下してしまう。また２５
原子％を越えると非磁性相の量が多くなり磁気特性は著
しく低下する。そして、希土類磁石が高い磁気特性と優
れた機械的強度を得るためには、希土類元素の量は１４
〜１９原子％であることが望まれる。

【００２８】Ｆｅは６５〜８５原子％が適当であり、６
５原子％未満では非磁性相の量が増えすぎて性能が低下
する。一方８５原子％を越えると希土類元素の量が減少
し、希土類元素の説明で述べたような問題が出て来る。

【００２９】Ｂは２〜８原子％が適当であり、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８原子％を越えると微細なＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒
を得ることが困難で熱間加工性が悪くなり高保磁力を得
ることも出来なくなる。そして、希土類磁石が高い磁気
特性と優れた機械的強度を得るためには、Ｂの量は４〜
６原子％であることが望まれる。

【００３０】またＣｏはキュリー温度を高めるのに有効
であり、Ｆｅに対して５０％以内の置換であれば保磁力
を大きく損なうことが無く置換できる。

【００３１】Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｇａは熱間加工性を高
め、保磁力と角形性の向上効果を有するので添加するこ
とが有効だが非磁性相を形成するのでその添加量は６原
子％以下が好ましい。そして、このうちＣｕが最も高い
効果を持ち、希土類磁石が高い磁気特性と優れた機械的
強度を得るためには、Ｃｕが０．１〜２原子％であるこ
とが望まれる。

【００３２】また、上記以外に更にＡｌ，Ｓｉ等を含む
こともでき、残留磁束密度を低下させない程度の少量添
加によって保磁力の向上を図ることも良い。

【００３３】そして、以上説明してきた希土類元素と鉄
とＢを基本成分とする合金は昇温時に次のような熱膨張
挙動を示す。まず主相が強磁性体であるこの合金は室温
から３００℃前後のキュリー温度までは収縮し、キュリ
ー温度以上で膨張に転じる。そして、４５０℃〜７００
℃の温度範囲のなかに一部の粒界相の融点が存在し、そ
の温度からは液相の出現により、より大きな膨張率へ変
化する。そして、この融点以上ではほとんど単調に膨張
する。

【００３４】上記の希土類合金または希土類合金粉末の
作成は、現在知られている製造法のどれをも採用でき、
例えば水冷銅ハース上でのアーク溶解による合金イン
ゴットの作成、高周波溶解後、鉄・銅等の金型への鋳
造による合金インゴットの作成、メルトスパン法によ
る急冷合金リボン・フレークの作成、希土類化合物か
らの還元・拡散法による合金粉末の作成、ボールミル
を用いたメカニカルアロイング法による合金粉末の作成
等の方法が採用できる。及びの合金インゴットを機
械的に粉砕して粉末にしても良いし、水素脆化を用いて
粉砕し粉末とすることも可能である。またこれらの希土
類合金および希土類合金粉末の作成は、合金の酸化を防
ぐためＡｒ、窒素等の不活性雰囲気中で行われることが
望まれる。

【００３５】またの溶解・鋳造により合金インゴット
を作成する場合には、そのインゴットのマクロ組織が柱
状晶でかつ主相の平均粒径が１〜５０μｍの微細な結晶
となるように鋳造することが好ましく、そのために金型
の冷却能を十分に大きくなるようにその体積を大きくし
たり水冷機構をつけた金型が用いられる。

【００３６】次に、本発明の製造方法では希土類合金イ
ンゴットまたは希土類合金粉末はカプセルに封入される
が、その熱間加工は合金中に液相を生成させ、いわゆる
半溶融状態となるほどの高温で行われることから、カプ
セルとしてはこの加工温度より十分に高融点の材料が使
用される。そして熱間加工において合金の変形に対応で
きる延性と強度が必要で、例えば鉄系合金、銅系合金、
ニッケル系合金などの金属カプセルが使用される。これ
らの金属カプセルの多くは室温以上の温度域では単調な
熱膨張を示す。

【００３７】また、この高温に於ける液相は希土類に富
み反応性が高いので、この液相と比較的緩やかな反応を
起こして合金層または化合物層を生成する鉄基金属カプ
セルが望ましく、例えばJIS G 3101の一般構造用圧延鋼
材、JIS G 3131の熱間圧延軟鋼板及び鋼帯、JIS G 3141
の冷間圧延鋼板及び鋼帯、JIS G 4051の機械構造用炭素
鋼鋼材、JIS G 4304の熱間圧延ステンレス鋼板及び鋼
帯、JIS G 4305の冷間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯等の
Ａ₃ 変態点を有する鉄基金属カプセルが使用できる。こ
れらの鉄基金属カプセルは６００〜９００℃に冷却時の
Ａ₃ 変態点を有しており、その昇温時の熱膨張に関して
はα鉄（体心立方格子）→γ鉄（面心立方格子）のＡ₃
変態点において収縮を生じるが、そのほかの室温以上の
温度域では単調な膨張を示すものである。

【００３８】そして、この金属カプセルの厚みであるが
中に装入される合金のサイズに対して２０％以上である
ことが望ましい。例えば外形が幅Ｗ１×長さＬ１×高さ
Ｈ１の直方体のカプセルに幅Ｗ２×長さＬ２×高さＨ２
の合金が装入されるとき、幅方向のカプセル厚みＴｗ＝
（Ｗ１−Ｗ２）／２が０．２×Ｗ２より大きくなるよう
にカプセル厚みは設定される。さらに、長さ方向のカプ
セル厚みＴｌ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２，高さ方向のカプセ
ル厚みＴｈ＝（Ｈ１−Ｈ２）／２についてもそれぞれ
０．２×Ｌ２，０．２×Ｈ２より大きくなるように設定
される。複数の合金インゴットが装入されるときは、あ
る合金塊に対してその外側へ向かっての幅方向、長さ方
向、高さ方向のカプセル材の厚さの和が前述のカプセル
厚みの条件を満たしていれば良い。この厚みよりカプセ
ルが薄いと熱間加工中にカプセルが破断して大きな割れ
を引き起こすことがある。

【００３９】これらのカプセルは前述の材料金属塊をく
り抜いて作るのが強度上好ましいが、板材を溶接によっ
てカプセル化したものも使用できる。また多重カプセル
によってカプセルを作成することも良い。

【００４０】そして、この液相と鉄基金属カプセルとの
過剰な反応を抑えるために合金／カプセル間に剥離材を
介在させることが有効で、剥離剤としてはＢＮ、アルミ
ナ、シリカ等が使用できる。

【００４１】また、熱間加工時に合金の酸化の原因とな
る酸素、水等をカプセル内に残留させることは好ましく
なく、特に複数枚の合金インゴットを熱間加工中に融着
させて一体の磁石としようとする場合及び合金粉末を熱
間加工する場合にはカプセル内を１０^-3torr程度の真空
に脱気して合金を封入することが望ましい。

【００４２】熱間加工を実施する場合の温度は、その主
相粒の十分な配向を得るためと圧延時の大きな割れを防
止するためには８００℃以上とすることが望ましい。ま
たその上限は、主相粒（Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒）の急激な粗大
化によるｉＨｃの減少を避けるために１１００℃以下と
することが望ましい。この加工温度は、先に説明した鉄
基金属カプセルにとっては、Ａ₃ 変態途中であるより一
度Ａ₃ 変態点以上の温度となってγ鉄相の状態で熱間加
工されることが望ましい。

【００４３】熱間加工法としては、圧延、プレス、鍛
造、押出などが採用でき、その加工条件としては、歪速
度が１０^-4〜１０²／ｓであり、総加工度（板厚減少
率）が５０％以上であることが結晶粒の配向すなわち残
留磁束密度の向上のために望ましい。

【００４４】加工法が熱間圧延である場合には、その圧
延を金属カプセルに対して幅方向からの拘束を加えつつ
行うのが、磁石の磁気特性向上と圧延時の磁石の割れ防
止にとって望ましい。この為には例えば溝付の雌雄ロー
ル、または孔型ロールを用いれば良いが、最も簡便には
圧延されるカプセルの圧延方向に対する幅Ｗと高さＨの
比Ｗ／Ｈを１．０以上にしておけばカプセル内の合金は
カプセル外皮により幅方向両側から拘束を受けることに
なり、上記の特殊ロールを用いた場合と同様の効果が得
られるので、この方法が採用できる。

【００４５】また、熱間圧延の場合１度加熱した後は多
段パスの間再加熱しない様な方式（１ヒート・多パス）
と多段パスの中間に再加熱して加工温度の定常化を図る
方式（多ヒート・多パス）のどちらでも良いが、被圧延
材が５０ｋｇを越えるような大型材の場合は、その大き
な熱容量のために加工中の温度低下による悪影響も小さ
くなり、１ヒート・多パス方式がその生産性の高さが活
かせるので望ましい。

【００４６】さらに上記多パス圧延では、圧延装置に対
して被圧延材を常に一つの方向から導く一方向圧延方式
と、各パス毎に交互に往復させるいわゆるリバース圧延
方式の両方が考えられどちらも採用できるが、圧延磁石
の磁気特性の圧延長さ方向の均一性においてはリバース
圧延方式が優れている。また、多パスのパススケジュー
ル中に１５％以上の大きな加工度のパスがあることが磁
気特性の向上に好ましい。

【００４７】次に希土類合金とカプセルの熱間加工終了
後の冷却時の挙動であるが、前述したように希土類合金
はその粒界相（液相）の凝固点まで一様に収縮し、そこ
でその収縮率を小さくする変化を示して、キュリー点よ
り下の温度では膨張に転ずる。この様子は例えば図１に
示されている。そしてカプセルであるが、銅合金等の一
般的金属カプセルであれば、希土類合金の粒界相の凝固
以前の収縮率とほぼ同様の収縮率で室温まで一様に収縮
する。このためこの様な金属カプセルと希土類合金の熱
膨張率の差による応力は、希土類合金の粒界相の凝固点
付近で発生する。

【００４８】また、カプセルが９００〜６００℃の範囲
に冷却時のＡ₃ 変態点をもつ鉄基金属である場合は冷却
時Ａ₃ 変態点において一度膨張し、その後一様に収縮す
る。これは、例えば図２に示されたような変化を示すも
のである。よって、この様なＡ₃ 変態点をもつ鉄基金属
カプセルと希土類合金の熱膨張の差による応力は、カプ
セルのＡ₃ 変態点付近において発生する。

【００４９】上記銅合金等の一般的金属カプセルおよび
Ａ₃ 変態点をもつ鉄基金属カプセルいずれの場合も熱間
加工後に合金とカプセルの熱膨張率の差による応力を緩
和する冷却工程としては、０．０１〜２℃／分の冷却速
度による徐冷工程、あるいは加工材に圧縮応力を加えつ
つ冷却する工程が採用できる。

【００５０】後者の場合、例えば熱間鍛造終了後鍛造ダ
イをそのままの位置に保持して、圧縮状態のまま冷却す
ることにより上記の応力緩和が達成できる。

【００５１】また、前者の徐冷による場合の冷却条件で
あるが、１０℃／分以上の冷却速度の様な急冷をすれば
磁石が２分されるような大きな割れが確実に発生し応力
緩和はなし得ない。また、５℃／分程度の冷却速度では
大きな割れはかなり防止できるが１〜２割の確率で発生
するので十分な応力緩和とは言えない。２℃／分以下の
冷却速度の時に応力緩和の効果を発揮して、磁石が２分
されるような大きな割れはほぼ１００％防止できる。し
かし、その生産性の面から、あまりに遅い冷却は好まし
くなく０．０１℃／分以上の冷却速度であることが望ま
れる。

【００５２】特にＡ₃ 変態点をもつ鉄基金属カプセルを
用いた場合では、カプセルのＡ₃ 変態点付近の熱膨張の
差による応力を緩和するための冷却条件として、その応
力発生開始点であるＡ₃ 変態開始温度（Ｔ₁）から応力
拡大領域の終点であるＡ₃変態終了温度（Ｔ₂）までを
０．０５〜２℃／分の冷却速度で徐冷する事が好まし
い。ここで冷却速度の下限が０．０５℃と高いのは、こ
れ以下の冷却速度ではカプセルと磁石合金の反応が進み
すぎて、その反応・融着による割れが発生しやすくなる
ためである。そしてより割れの発生確率を低減するため
には前述の徐冷領域を広げ、（Ｔ₁＋５０）℃から（Ｔ₂
−５０）℃までの温度域を０．０５〜１℃／分の冷却速
度で徐冷し、次いで（Ｔ₂−５０）℃から２５０℃まで
の温度域を０．０１〜２℃／分の冷却速度で徐冷するこ
とが望ましい。ここで２５０℃以下においては、合金と
カプセルの熱膨張の差による新たな応力の増加は少な
く、合金の引っ張り強度も大きい温度域なので徐冷の必
要はなくなる。

【００５３】また、カプセルの一部が局所的に冷やされ
ることや熱間加工時に生じた温度むらなどによってカプ
セルの一部に応力集中が起こると割れにつながるので、
炉にいれたり熱浴となるような金属塊に接触させて、カ
プセルの温度均一度を高めた後または均一度を高めたま
まで徐冷することが良い。

【００５４】こうして、室温まで冷却された被加工材か
らガス溶断、鋸刃切断等の方法を用いてカプセルを外
し、磁石合金を取り出せば磁石として使用できる。しか
し、更に熱処理を施せばより大きな保磁力を得ることが
できるので、要求される保磁力に応じて不活性雰囲気中
で熱処理を施すことが望まれる。

【００５５】ここで熱処理を実施する場合の温度は、そ
の保磁力増大効果を得るためには４５０℃以上が好まし
く、しかし１１００℃以上では主相粒が急激に粗大化し
ｉＨｃの減少が起こるので避けるべきで、適正な熱処理
温度は４５０〜１１００℃である。さらには、先に７５
０〜１１００℃の高温の熱処理を施し、次に４５０〜７
５０℃の低温熱処理を施す２段熱処理、あるいはそれを
繰り返す多段熱処理が保磁力の向上と角型性の向上に効
果があるのでより好ましい。

【００５６】そして、最後に所望の形状が小さい場合に
は、熱間加工された磁石合金よりダイヤモンドホイール
による切断、砥石によるに研削、ワイヤー放電加工によ
る切断等により多数の磁石を切り出すことができる。

【００５７】以下本発明を実施例に基づいて説明する。

【００５８】〔実施例１〕アルゴン雰囲気中で誘導加熱
炉を用いて、 Pr_17.2Fe₇₇B_5.2Cu_0.6なる組成の合金をア
ルミナ坩堝中で溶解し、１５５０℃において水冷銅鋳型
に注湯し鋳造インゴットを得た。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。鋳造したインゴットのサイズ
は、厚み２０ｍｍ×幅５００ｍｍ×高さ２４０ｍｍであ
り、厚み方向に柱状晶の発達したマクロ組織を持ってい
た。またこの柱状晶組織の平均粒径は１５μｍであっ
た。

【００５９】このインゴットからφ１０ｍｍ×２０ｍｍ
の円柱サンプルを切り出し、１０２５℃×１ｈの熱処理
後、室温から１０００℃までの昇温時（昇温速度１℃／
分）の熱膨張を測定した。この結果を図１に示す。

【００６０】次ぎに、この鋳造インゴットからは幅（厚
み）１７ｍｍ×長さ１３０ｍｍ×高さ６０ｍｍのサンプ
ルが切り出された。このサイズのサンプルインゴットを
幅方向に５枚並べて１ブロックにまとめ、厚み３ｍｍの
ＳＳ４００鋼材の溶接によって角パイプにした第一カプ
セルに挿入してインゴットの幅方向（側面）と高さ方向
（上下面）を覆った。長さ方向（前後）にも同厚みの同
板材を点溶接して第一カプセルを完成させた。そして外
形が幅１３０ｍｍ×長さ２３０ｍｍ×高さ１２０ｍｍの
溶接によって作られたＳＳ４００鋼製（炭素量０．１６
ｗｔ％、珪素０．２０ｗｔ％、マンガン０．７５ｗｔ
％）の第２カプセルに入れられた。この第二カプセルの
長さ方向の１面にはφ１．５ｍｍの孔が有り、１．５×
１０^−４ｔｏｒｒの真空チャンバー内で電子ビーム溶接
により封じることでカプセルは真空封入された。

【００６１】また、この第２カプセルからもφ１０ｍｍ
×２０ｍｍの円柱サンプルを切り出し、室温から１００
０℃までの昇温時及び降温時（昇温及び降温速度１℃／
分）の熱膨張を測定した。この結果を図２に示す。この
図からカプセルの冷却時のＡ_３変態開始温度（Ｔ₁）は
８００℃でありＡ₃変態終了温度（Ｔ₂）は７００℃であ
ることが解る。

【００６２】熱間加工法としては圧延法を採用し、この
カプセルを１０２５℃で９０分加熱し、φ４５０のロー
ルの圧延機を用いて、１２０→１１０→９５→８０→７
０→６０ｍｍのパススケジュールで圧延を５回施し、総
加工度を５０％とした。この時圧延はいわゆるリバース
圧延で２回め、４回めの圧延の間には１０２５℃で１５
分間の中間加熱を行った。

【００６３】圧延終了後の圧延材は９５０〜９８０℃程
度に表面が冷えていたが、すぐに９５０℃の炉に入れら
れて９５０℃〜４００℃の温度域を表１に示される種種
の冷却速度で冷却され、４００℃から室温までを０．１
℃／分で冷却された。一部の圧延材は９５０℃の炉に入
れられることなくレンガ上で空冷された。この場合の冷
却速度は、９５０℃付近から６００℃付近までは約２０
℃／分、６００℃付近から３００℃付近までは約１２℃
／分、そして３００℃から１００℃付近までは８℃／分
であった。

【００６４】室温まで冷却された圧延材から磁石を取り
出し割れ状況とその圧延面の表面粗さを測定した。この
時カプセルを切断すると磁石／カプセル間は既にほとん
ど分離していた。また１０ｍｍ角のサンプルを切り出
し、熱処理なしで４０ｋＯｅのパルス着磁後直流自記磁
束計（Ｂ−Ｈトレーサー）を用いて磁気特性を測定し
た。

【００６５】上記の圧延は、一つの冷却条件に対して５
本から１０本の圧延がなされ、割れ指標としては取り出
された磁石の割れ発生率（割れ発生圧延材数／圧延総
数）と表面粗さＲｍａｘ（基準長さ２５ｍｍ，圧延材幅
方向中央の圧延材の長さ方向３カ所の平均）を評価し
た。その結果と磁気特性として最大エネルギー積（Ｂ
Ｈ）max （以下（ＢＨ）max と記す）を表１に示す。こ
こでの割れとは磁石を２分する大きな割れである。

【００６６】

【表１】

【００６７】これから９５０℃から４００℃の温度域の
冷却速度を０．０５〜２℃／分とすることにより割れの
発生を１０％未満という低率にすることができ、歩留ま
りを向上できることがわかる。

【００６８】〔実施例２〕実施例１で用いたと同じカプ
セル（インゴット装入済み）に対して実施例１と同じ条
件で熱間圧延を施した。

【００６９】圧延終了後の圧延材は実施例１と同様９５
０〜９８０℃程度に表面が冷えていたが、すぐに９５０
℃の炉に入れることなく表２に示される温度までレンガ
上で空冷された。次に９５０℃の炉に入れられて１５分
保持された後、９５０℃〜４００℃の温度域を０．３℃
／分の冷却速度で冷却され、４００℃から室温までを
０．１℃／分で冷却された。

【００７０】室温まで冷却された圧延材から磁石を取り
出し割れ状況とその圧延面の表面粗さを測定した。この
時カプセルを切断すると磁石／カプセル間は既にほとん
ど分離していた。

【００７１】上記の圧延は、一つの空冷条件に対して５
本以上の圧延がなされ、割れ指標としては取り出された
磁石の割れ発生率（割れ発生圧延材数／圧延総数）と表
面粗さＲｍａｘ（基準長さ２５ｍｍ，圧延材幅方向中央
の圧延材の長さ方向３カ所の平均）を評価した。その結
果を表２に示す。ここでの割れとは磁石を２分する大き
な割れである。

【００７２】

【表２】

【００７３】これからＡ₃変態開始温度（Ｔ₁）より５０
℃以上高い温度からの徐冷がより応力緩和の効果が高
く、割れの発生を防ぎ歩留まりを向上できることがわか
る。

【００７４】〔実施例３〕アルゴン雰囲気中で誘導加熱
炉を用いて、 Nd₁₆Fe_77.5B₆Al_0.5なる組成の合金をアル
ミナ坩堝中で溶解し、１６００℃において鉄鋳型に注湯
し鋳造インゴットを得た。この時、希土類、鉄及びアル
ミニウムの原料としては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。鋳造したインゴットのサ
イズは、厚み１０ｍｍ×幅５０ｍｍ×高さ１００ｍｍで
あった。このインゴットを砕いて適当な大きさにして石
英管にいれ、アルゴン雰囲気中で高周波加熱により溶融
させると石英管の小さなノズルよりアルゴン圧４０ｋＰ
ａをもって噴出させ、このノズル直下の直径２００ｍｍ
で３０００ｒｐｍで高速回転している銅ホイール上にて
急速固化させて、急冷薄片を得た。この急冷薄片はＸ線
回折パターンに於て、結晶による回折ピークより、アモ
ルファス的なブロードな回折強度パターンを示した。

【００７５】次ぎに、この急冷薄片４８０ｇを外形が直
径７５ｍｍ×高さ８０ｍｍで内容積が直径４０ｍｍ×高
さ５０ｍｍの溶接によって作られたＳ１０Ｃ鋼製のカプ
セルに入れた。このカプセルの高さ方向の１面にはφ
１．５ｍｍの孔が有り、１．５×１０^-4torrの真空チャ
ンバー内で電子ビーム溶接により封じることでカプセル
は真空封入された。

【００７６】熱間加工法としてはホットプレス法を採用
し、このカプセルを１０００℃で７０分加熱し、２５０
℃に加熱された上下パンチにより１０ｍｍ／ｓのプレス
スピードで３２ｍｍの高さになるまでプレスされた。

【００７７】プレス終了後の被加工材は９４０〜９７５
℃程度に表面が冷えていたが、加工後条件１ではプレス
ダイをはずさずにのせ続けて１ｍｍ／ｈ程度の圧縮を続
けて、サンプル表面が１５０℃に冷えるまで圧縮状態を
保った。この条件１サンプルの冷却速度は９５０℃程度
から１５０℃まで平均２０℃／分程度であった。また加
工後条件２のサンプルはすぐに９５０℃の炉に入れられ
て９５０℃〜６００℃の温度域を０．５℃／分の冷却速
度で冷却され、６００℃から室温までを０．３℃／分で
冷却された。そして加工後条件３のサンプルは９５０℃
の炉に入れられることなくレンガ上で空冷された。この
場合の冷却速度は、９５０℃付近から６００℃付近まで
は約２０℃／分、６００℃付近から３００℃付近までは
約１６℃／分、そして３００℃から１００℃付近までは
１０℃／分であった。

【００７８】室温まで冷却されたカプセルからワイヤー
放電加工によって磁石を取り出し割れ状況を観察した。
この時カプセルを切断すると磁石／カプセル間は一部に
融着が見られたがほとんどは分離していた。また１０ｍ
ｍ角のサンプルを切り出し、１０００℃×５ｈと６５０
℃×２ｈの熱処理を施した後４０ｋＯｅのパルス着磁を
行い、Ｂ−Ｈトレーサーを用いて磁気特性を測定した。

【００７９】上記のホットプレスは、一つの条件に対し
て５本以上の加工がなされ、割れ指標としては取り出さ
れた磁石の割れ発生率（割れ発生圧延材数／圧延総数）
を評価した。その結果と磁気特性として（ＢＨ）max を
表３に示す。ここでの割れとは磁石を２分する大きな割
れである。

【００８０】

【表３】

【００８１】〔実施例４〕表４に示す組成の合金を実施
例１と同様の方法により溶解・鋳造して厚さ１５ｍｍ×
幅１００ｍｍ×高さ１００ｍｍの鋳造インゴットを得
た。このインゴットの組織はいずれも柱状晶で、平均粒
径は１２〜２０μｍであった。

【００８２】これより幅（厚み）１３ｍｍ×長さ６０ｍ
ｍ×高３８ｍｍのインゴットサンプルを切り出し、その
表面に剥離材としてＢＮを塗布し、幅１９ｍｍ×長さ６
８ｍｍ×高４６ｍｍのＳＰＣＣ鋼製の溶接によって作ら
れたカプセルに入れ、実施例１と同様に１．５×１０^-4
torrの真空チャンバー内で電子ビーム溶接により蓋の一
つを封じることでカプセルは真空封入された。さらにこ
のカプセルを横に３列、前後に２列計６カプセル並べ、
幅９８ｍｍ×長さ１６０ｍｍ×高７８ｍｍのＳ４５Ｃ製
のカプセルに封入した。

【００８３】次にこれらを１０００℃において８０分加
熱し、φ３００のロールの圧延機を用いて高さを７８→
６７→５６→４６→３６→２７→１９ｍｍと減少させる
６パスのリバース圧延で総加工度を７６％とした。この
時６回の圧延のうち２パス後、４パス後の２回、１００
０℃で１５分の中間加熱を行った。

【００８４】圧延終了後これらの圧延材はその表面が８
５０℃以下に冷えることなく、９５０℃の炉に入れられ
た。そして２０分加熱された後、圧延材は９５０℃から
６００℃までを１℃／分、６００℃から４００℃までを
０．５℃／分で冷却され、４００℃から室温までは０．
１℃／分で冷却された。

【００８５】室温まで冷却された圧延材から磁石を取り
出し割れ状況とその圧延面の表面粗さを測定した。この
時カプセルを切断すると磁石／カプセル間は既に分離し
ていた。

【００８６】この時の割れ指標として取り出された磁石
の割れ数（磁石を２分する大きな割れ）を表４に示す。
表面粗さＲｍａｘ（基準長さ２５ｍｍ，圧延材幅方向中
央の圧延材の長さ方向３カ所の平均）はこの６種類の圧
延材において、５００〜６００μｍの間であった。

【００８７】また、割れ無く取り出された圧延磁石から
圧延方向に長い６×６×４０ｍｍのサンプルがダイヤモ
ンドホイールによる切断と砥石研削により作成され、３
点曲げによる抗折力が評価された。この結果も表４にあ
わせて示す。３点曲げ条件はスパン３０ｍｍ，荷重点Ｒ
＝２ｍｍ，クロスヘッドスピード＝１ｍｍ／分である。

【００８８】比較として合金組成Nd₁₄Fe₇₉B₇より焼結法
により作成した磁石から同型状のサンプルを切り出し、
同じ３点曲げによる抗折力を評価したところ２４．６ｋ
ｇｆ／ｍｍ₂であった。

【００８９】

【表４】

【００９０】〔実施例５〕実施例１と同様の方法で、同
組成・同サイズのインゴットを得た。次ぎに、この鋳造
インゴットから幅（厚み）１７．５ｍｍ×長さ２５０ｍ
ｍ×高２２５ｍｍのインゴットサンプルを切り出しビレ
ットとした。このビレットを６枚厚み方向に並べ、ＳＳ
４００製鋼板（炭素量０．０６ｗｔ％、珪素０．０１ｗ
ｔ％、マンガン０．２４ｗｔ％）の６枚で覆いカプセル
を形成した。このカプセル形成は、鋼板の各稜を溶接す
ることでなされ、溶接のチェックは、ヘリウムリークデ
ィテクタにより、カプセルの漏れ値を測定し、１×１０
_-8ｔｏｒｒ・ｌ／ｓ以下であることを確認した。カプセ
ルには真空引き用の穴をもうけ、真空チャンバーの中
で、２×１０_-4ｔｏｒｒ以下に１時間保持した後、電子
ビームで穴を封じて真空封入した。そのカプセルの外側
をさらに図３に示すようにＳＳ４００鋼製（炭素量０．
１５ｗｔ％、珪素０．２７ｗｔ％、マンガン１．５５ｗ
ｔ％）のカプセルに入れ、各稜を溶接し、３重のカプセ
ルを作成した。最外形は１０００ｍｍ×４００ｍｍ×１
７００ｍｍとした。カプセルの寸法は、ａ＝１０５ｍ
ｍ，ｈ1＝３．２ｍｍ，ｃ1＝１１１．４ｍｍ，ｈ2＝
２８．０ｍｍ，ｃ2＝８１２．４ｍｍ，ｈ3＝５６．３
ｍｍであった。圧延は、１０００℃均熱にて８時間加熱
し、４００→３４５→２９０→２３５→１８５→１４５
→１２０→１００ｍｍのパススケジュールにて行った
（加工度７５％）。圧延ロール径はφ１２００ｍｍであ
る。周速度は４５ｍ／分である。各パス間での途中再加
熱は行わなかった。圧延終了後圧延材の表面は８４０℃
まで冷えていたが、１１００℃に加熱された幅１２００
ｍｍ×長さ６５００ｍｍ×厚さ２４０ｍｍのＳＳ４００
鋼板４枚を用いて、上下２枚ずつで圧延材を挟み、直ち
に徐冷ボックス（鉄の箱の内側に耐火煉瓦を貼ったも
の）に入れ、２００℃まで徐冷を行った。この時、圧延
材とＳＳ４００鋼板の間に熱電対を挟み、圧延材表面の
徐冷時の温度変化を測定した。その徐冷曲線を図４に示
す。これから、圧延材は９１０℃に再加熱された後、８
００℃付近まではおよそ０．５℃／分の冷却速度で、８
００〜６００℃の範囲ではおよそ０．２℃／分の冷却速
度で、６００〜４００℃の範囲は０．１〜０．２℃／分
の冷却速度で、４００℃〜２００℃の温度範囲では０．
０３〜０．１℃／分の冷却速度で徐冷されたことがわか
る。２００℃〜室温ではおよそ０．０５℃／分で冷却さ
れた。

【００９１】室温に冷却された圧延材は、ガス溶断と鋸
刃切断によってカプセルを除去して、磁石が取り出され
た。この切断時のカプセル切断面の観察の結果、第１カ
プセルの上下板は薄く判別がつかず、一部第２と第３カ
プセルの分離が観察されたが、空げき、破断はなかっ
た。磁石とカプセル間の融着により磁石の取り出しが困
難になっている箇所もなく、磁石は健全に取り出せた。

【００９２】

【発明の効果】本発明のような製造方法をとることで、
以下のような効果が得られる。

【００９３】（１）焼結法では得られない、高い機械的
強度をもつ大型磁石を安定して生産することができる。

【００９４】（２）従来の熱間加工法による場合より、
磁石の割れをほとんど防止でき、さらに磁石表面の凸凹
が防止でき、それにより歩留まりを著しく向上でき、コ
ストが低減できる。

【００９５】（３）又、カプセルに詰められて、大気中
で加工できるので生産効率が高く、コストが低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に用いた合金インゴットの熱
膨張曲線。

【図２】本発明の実施例１に用いたカプセル材（ＳＳ４
００鋼）の熱膨張曲線。

【図３】本発明の実施例５の多重カプセル断面模式図。

【図４】本発明の実施例５の圧延材表面の冷却曲線。

【符号の説明】

２：合金３１：第１カプセル上下板３２：第２カプセル上下板３３：第３カプセル上下板４：圧延方向を示す矢印５：圧下方向を示す矢印

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分とする
希土類合金または希土類合金粉末をカプセルに入れて熱
間加工する永久磁石の製造方法において、熱間加工後に
合金とカプセルの熱膨張率の差による応力を緩和する冷
却工程をもつことを特徴とする希土類永久磁石の製造方
法。
【請求項２】前記合金とカプセルの熱膨張率の差によ
る応力を緩和する冷却工程が、０．０１〜２℃／分の冷
却速度によって徐冷する工程であることを特徴とする請
求項１記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項３】前記合金とカプセルの熱膨張率の差によ
る応力を緩和する冷却工程が、加工材に圧縮応力を加え
つつ冷却する工程であることを特徴とする請求項１記載
の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項４】 (ａ) Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分
とする合金を溶解・鋳造する工程、 (ｂ) 前記鋳造合金をＡ₃ 変態点を有する鉄基金属カプ
セル内に装入、密封する工程、 (ｃ) 該カプセルを８００〜１１００℃のＡ₃ 変態点以
上の温度で熱間加工する工程、 (ｄ) 次いで熱間加工された圧延材（カプセル）を該鉄
基金属カプセルのＡ₃変態開始温度（Ｔ₁）からＡ₃ 変態
終了温度（Ｔ₂）までを０．０５〜２℃／分の冷却速度
で徐冷し、更に室温まで冷却する工程。上記(ａ)〜(ｄ)
の工程からなり、該合金を磁気的に異方性化することを
特徴とする請求項２記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項５】 (ａ) Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分
とする合金を溶解・鋳造する工程、 (ｂ) 前記鋳造合金をＡ₃ 変態点を有する鉄基金属カプ
セル内に装入、密封する工程、 (ｃ) 該カプセルを８００〜１１００℃のＡ₃ 変態点以
上の温度で熱間加工する工程、 (ｄ) 次いで熱間加工された圧延材（カプセル）を該鉄
基金属カプセルのＡ₃変態開始温度（Ｔ₁）からＡ₃ 変態
終了温度（Ｔ₂）までを０．０５〜２℃／分の冷却速度
で徐冷し、更に室温まで冷却する工程、 (ｅ) 前記鋳造合金を金属カプセルより取出し熱処理す
る工程。上記(ａ)〜(ｅ)の工程からなり、該合金を磁気
的に異方性化することを特徴とする請求項２記載の希土
類永久磁石の製造方法。
【請求項６】 (ａ) Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元
素のうち少なくとも１種以上）、Ｆｅ及びＢを基本成分
とする合金を溶解・鋳造する工程、 (ｂ) 前記鋳造合金をＡ₃ 変態点を有する鉄基金属カプ
セル内に装入、密封する工程、 (ｃ) 該カプセルを８００〜１１００℃のＡ₃ 変態点以
上の温度で熱間加工する工程、 (ｄ) 次いで熱間加工された圧延材（カプセル）を該鉄
基金属カプセルのＡ₃変態開始温度（Ｔ₁）からＡ₃ 変態
終了温度（Ｔ₂）までを０．０５〜２℃／分の冷却速度
で徐冷し、更に室温まで冷却する工程、 (ｅ) 前記鋳造合金を金属カプセルより取出し熱処理す
る工程、 (ｆ) 次いで所望の形状に切断・研磨する工程。上記
(ａ)〜(ｆ)の工程からなり、該合金を磁気的に異方性化
することを特徴とする請求項２記載の希土類永久磁石の
製造方法。
【請求項７】前記工程（ｄ）の冷却工程において、
（Ｔ₁＋５０）℃から（Ｔ₂−５０）℃までの温度域を
０．０５〜１℃／分の冷却速度で徐冷し、次いで（Ｔ₂
−５０）℃から２５０℃までの温度域を０．０１〜２℃
／分の冷却速度で徐冷することを特徴とする請求項４〜
６のいずれかに記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項８】前記工程（ａ）の鋳造合金がＲ１４〜１
９原子％、Ｂ４〜６原子％、Ｃｕ０．１〜２原子％、残
部鉄及び製造上不可避な不純物からなり、さらに前記工
程（ｂ）の鉄基金属カプセルが冷却時のＡ₃ 変態点を６
００〜９００℃にもつ汎用鋼であることを特徴とする請
求項４〜７のいずれかに記載の希土類永久磁石の製造方
法。
【請求項９】前記工程（ｂ）の鋳造合金を鉄基金属カ
プセル内に装入する際、合金とカプセルの間に剥離剤を
介在させることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに
記載の希土類永久磁石の製造方法。