JPH1154306A - 磁石合金薄帯および樹脂結合ボンド磁石 - Google Patents
磁石合金薄帯および樹脂結合ボンド磁石Info
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Abstract
いて安定した磁気特性を確保し、さらにボンド磁石にお
いて磁気特性と耐食性に優れた特性を得る。 【解決手段】磁石合金薄帯において、合金薄帯が凝固時
に冷却ロールと接触している面(ロール面)に存在する
ディンプル状凹部(22)の面積率などを規定すること
により、安定した磁気特性を達成する。またこのような
合金薄帯を粉砕した粉末を使用することにより、磁気特
性と耐食性にすぐれたボンド磁石を得る。
Description
溶湯急冷法により作製された希土類永久磁石合金薄帯、
および該合金薄帯から得られる磁石粉末を使用する樹脂
結合ボンド磁石に関するものである。
ロールに噴射し、急冷して合金薄帯を得る製造方法は、
特公平3−52528号の4ページ7欄30行〜5ページ
9欄42行に、石英管に合金インゴットのサンプルを入れ
てこれを溶解し、その後溶湯を、石英管下部に設けた円
孔オリフィスを通して溶湯に対して非常に大きな熱容量
を有する金属製の円盤上に一定の速度で噴射して合金薄
帯を得ることが記載されている。また、特開昭59−6
4739号には希土類−遷移金属−B系の磁石組成にお
いて、ロールの回転速度が合金薄帯の磁気特性に影響を
及ぼす重要な因子であることは報告されている。しか
し、合金薄帯の詳細な寸法・形状、表面形態などが磁気
特性にどのように影響を及ぼすかは考慮されていなかっ
た。
法により製造された永久磁石材料は、以下のような問題
点を有していた。すなわち、 1)合金薄帯を構成するミクロ組織のばらつきが、磁気
特性を低下させる。
への樹脂の付きまわりが不均一な場合には信頼性、特に
耐食性が低下する。
るものであり、特に合金薄帯の冷却が主として行われ
る、ロールとの接触面(ロール面)の表面形態に着目
し、優れた磁石特性を有する合金薄帯を提供することを
第1の目的としている。
帯をそのまま、または熱処理後に粉砕して作製した粉末
を樹脂と結合して、磁気特性および信頼性に優れた樹脂
結合ボンド磁石を提供することを第2の目的としてい
る。
に、本発明の磁石合金薄帯は、R−TM−B系(RはN
d,Prを主とする希土類元素、TMは遷移金属)の合
金溶湯を、回転する金属製のロール上に噴射して該合金
溶湯を急冷凝固することにより得られる磁石合金薄帯に
おいて、該薄帯が凝固時に該ロールと接触していた面
(ロール面)に存在する、凝固後のディンプル状凹部の
占める面積率が合計して3〜25%であることを特徴と
する。
−B系(RはNd,Prを主とする希土類元素、TMは
遷移金属)の合金溶湯を、回転する金属製のロール上に
噴射して該合金溶湯を急冷凝固することにより得られる
磁石合金薄帯において、該薄帯が凝固時に該ロールと接
触していた面(ロール面)に存在する、一つの面積が2
000μm2以上であるディンプル状凹部の占める面積
率が合計して0〜5%であることを特徴とする。
TM−B系(RはNd,Prを主とする希土類元素、T
Mは遷移金属)の合金溶湯を、回転する金属製のロール
上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固することにより得ら
れる磁石合金薄帯において、該薄帯が凝固時に該ロール
と接触していた面(ロール面)に存在する、凝固後のデ
ィンプル状凹部の平均深さ(d)と合金薄帯の平均厚み
(t)の比d/tが0.1〜0.5であることを特徴と
する。
−TM−B系(RはNd,Prを主とする希土類元素、
TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転する金属製のロー
ル上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固することにより得
られ、凝固時に該ロールと接触していた面(ロール面)
に存在する、凝固後のディンプル状凹部の占める面積率
が合計して3〜25%である磁石合金薄帯を、そのまま
あるいは熱処理後、粉砕して粉末とし、該粉末を樹脂と
混合後成形してなることを特徴とする。
R−TM−B系(RはNd,Prを主とする希土類元
素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転する金属製の
ロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固することによ
り得られ、凝固時に該ロールと接触していた面(ロール
面)に存在する、一つの面積が2000μm2以上であ
るディンプル状凹部の占める面積率が合計して0〜5%
である磁石合金薄帯を、そのままあるいは熱処理後粉砕
して粉末とし、該粉末を樹脂と混合後成形してなること
を特徴とする。
R−TM−B系(RはNd,Prを主とする希土類元
素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転する金属製の
ロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固することによ
り得られ、凝固時に該ロールと接触していた面(ロール
面)に存在する、凝固後のディンプル状凹部の平均深さ
(d)と合金薄帯の平均厚み(t)の比d/tが0.1
〜0.5である磁石合金薄帯を、そのままあるいは熱処
理後、粉砕して粉末とし、該粉末を樹脂と混合後成形し
てなることを特徴とする。
て述べる。
結合ボンド磁石) 図1に単ロールを使用した磁石合金薄帯製造装置(超急
冷法)の該略図を示す。これらの装置は真空引きが可能
なチャンバー内に設置してある。概略としては、不活性
雰囲気中でノズル内に装填した原料または母合金を、ノ
ズルの周囲に巻かれた高周波加熱コイルに通電すること
により誘導溶解して合金溶湯とする。なお加熱の手段は
高周波加熱に特に限定するものではなく、カーボンヒー
ターなどの発熱体を周囲に設置する方法によってもよ
い。その後、該溶湯をノズルの底部に設けたオリフィス
(開口部)を通して、るつぼ直下に設置されている高速
回転する金属製の単ロール上に噴射させる。噴射された
溶湯に対して金属製ロールの熱容量は十分に大きいた
め、溶湯はロール上で凝固するとともにロール回転方向
に延ばされ、合金薄帯(リボン)が形成される。以下に
さらに詳細に個々の項目に関して説明する。
成(R−TM−B系)となるように秤量した各原料メタ
ルでも良いし、あらかじめ高周波溶解炉などで所望の組
成の母合金インゴットを作製し、そこから切り出したサ
ンプルでも良い。またノズルの材質としては石英が好ま
しいが、高耐熱性のアルミナ、マグネシアなどの他のセ
ラミックス材料でもよい。オリフィス(開口部)は、円
孔状、あるいはスリット状が好ましい。ただしスリット
形状の場合、スリットの長手方向はなるべくロールの回
転方向と直交する方向(薄帯の幅方向)に近いことが好
ましい。
得るために、銅合金、鉄合金、クロム、モリブデンなど
が好ましく、さらに耐久性を高めるために耐摩耗性に優
れた金属・合金層を設けてもよい。たとえば表面に硬質
クロムめっきなどを施してもよい。またロール表面の面
粗さも、あまり粗いと合金溶湯とロールの濡れ性が低下
してしまうので、あらかじめ研磨紙などで少なくとも平
均表面粗さが薄帯の厚みの1/3以下の十分平滑な面に
仕上げておく必要がある。
ティングが終了した後、チャンバー内をまず真空ポンプ
によって10-2torr以下まで排気してから不活性ガスを
所望の圧力となるまでチャンバー内に充填する。不活性
ガスとしてはAr,Heなどを使用すればよい。
溶解し、合金溶湯を得た後、この合金溶湯を底部のオリ
フィスを介して噴射する。噴射する際には、ノズル中の
溶湯上の空間に図1に概略を示したように適当な圧力
(Pi)で不活性ガスを吹き付ける方法が好ましい。具
体的にはこのノズル上部に繋がって電磁弁を介して不活
性ガスの吐出装置が設けて有り、噴射のタイミングに合
わせて吐出装置内の加圧されたガスが電磁弁の開閉によ
って吐出されて合金溶湯を噴射させる。実質的な溶湯の
噴射圧Piは、吐出装置における不活性ガスの圧力と、
チャンバー内の雰囲気圧との差圧となる。
ル上で急冷凝固して合金薄帯が形成される。凝固時の冷
却速度はロールの回転数とともに増大するので所望の金
属組織を得るためには、ロールの回転数を適当にする必
要がある。良好な磁気特性を得るためには、as-spun
(熱処理無し)の状態で良好な磁気特性を得ても良い
し、一部または全てをアモルファス組織としてから熱処
理を施してもよい。前者の方法では、ロール回転数を最
適なものとする必要がある。また後者では、as-spunで
最適な特性が得られるロール回転数よりもさらに高い回
転数として、as-spunの状態では一部または全部をアモ
ルファス組織とし、その後熱処理を施して結晶化させて
磁石特性が得られるようにする。熱処理温度は合金組成
によって異なるが、結晶化温度直上から900℃の範囲
とすることが望ましい。結晶化温度よりも低い温度では
結晶化は達成されず、900℃を超える温度となると結
晶粒の粗大化が顕著となり、満足な磁気特性は得られな
い。
石特性が得られる上述のような磁石合金薄帯を粉砕して
得る。粉砕時の粉末粒度は、ボンド磁石としての成形性
を考慮すれば平均粒度を100μm以下とすればよい。
どの熱硬化性樹脂、またはナイロン樹脂などの熱可塑性
樹脂のいずれかと混合し、成形してボンド磁石を得る。
成形方法としては、圧縮成形、射出成形、押し出し成形
などが挙げられる。さらに必要に応じて、潤滑材、酸化
防止剤などを樹脂とともに少量添加してもよい。
いて、該合金薄帯が凝固時に金属製ロールと接触してい
た面(本発明中ではロール面とする)を走査型電子顕微
鏡(SEM)などで観察すると、所々ディンプル状にへ
こんでいる部分(本発明中ではディンプル状凹部とす
る)が図2のように観察された。このような部分は主と
して、溶湯をロール上に噴射して急冷凝固させる際に、
ロール上の合金溶湯とロールの間にトラップされた雰囲
気の不活性ガスによるものと考えられる。このようなガ
スの巻き込みは、主としてロールの回転に伴って発生す
るロール表面近傍のガスの粘性流によるものと考えられ
る。
EMによって観察すると通常の部分の結晶粒径は数10
nmオーダーであったにも関わらず、ディンプル状凹部に
隣接した部分の主相結晶粒径は比較的大きく、場所によ
っては1μmオーダーの粗大な結晶粒の存在が確認され
た。
した写真から、このディンプル状凹部のトータルの面積
がロール面全体の面積に対して占める面積率を画像処理
によって測定した。以下に示す本発明の実施例において
は、まず数十倍程度の倍率でSEMによって撮影した少
なくとも10枚以上の観察写真について、像のコントラ
ストの差を利用してディンプル状凹部を認識し、その面
積を画素数に換算して面積率を算出した。そして得られ
た各写真についての面積率を平均することによって、そ
の合金薄帯の面積率の値とした。
の面積率と磁石合金薄帯の磁気特性の相関を詳細に調査
した。その結果、ディンプル状凹部の面積率が25%を
超える磁石合金薄帯に於いては、保磁力、角型性、残留
磁束密度、いずれも劣化し、非常に低い磁気特性しか得
られなかった。また逆に面積率が3%未満の磁石合金薄
帯では、ロールとの密着性が高いため急冷凝固したまま
ロールに付着しやすく、磁石合金薄帯の歩留まり(収
率)をも低下させる原因となる。さらにロールに付着し
たまま回転し、その上に新たに溶湯が噴射されてくる場
合も起きる。こうして得られた合金薄帯では新たに噴射
されて凝固した部分の冷却速度は非常に小さくなるので
結晶粒の粗大化を招き、そのため磁気特性も劣化する。
するため、ボンド磁石を作製する場合にも合金薄帯の磁
気特性がそのまま反映されるので、ディンプル状凹部の
面積率が3〜25%の合金薄帯を使用することが望まし
い。
つ一つの面積に着目すると、凹部一つの面積が2000
μm2を超えるディンプルの占める面積率が合計で15
%を超えないことが望ましい。上述と同様の画像解析を
行った結果、2000μm2を超えるディンプル状凹部
が存在すると、合金薄帯自体の磁気特性が劣化するだけ
でなく、ボンド磁石とした時の信頼性にも悪影響を及ぼ
す。すなわちボンド磁石としたときの耐食性が劣化して
しまう。これは磁石粉末と樹脂を混合させた際に、樹脂
が面積の大きなディンプル状凹部に偏在してしまい、均
一に磁粉をコートすることを阻害するためと考えられ
る。
大きく影響を及ぼす。深さの測定にはレーザー変位計、
マイクロメータ、静電容量変位計などを使用すればよ
い。以下に示す本発明中の実施例においては、レーザー
変位計を用いて1ロットの合金薄帯について少なくとも
20以上の孤立したディンプル状凹部について、それぞ
れのディンプル部の縁部と最も深いところの距離の差を
深さとし、その平均値を取って平均深さdとした。また
合金薄帯の平均厚みtは、薄帯の重量とアルキメデス法
により測定した密度から体積を算出し、これを薄帯の幅
(マイクロスコープなどで10点以上測定した値の平均
値)および長さで除することにより算出した。
薄帯の磁気特性の劣化が著しくなる。またボンド磁石と
して成形した際には空孔率の低減が難しく高密度化が困
難になるため特性は低下する。さらにディンプル部分へ
の樹脂のつきまわりが不十分となるため、耐食性にも悪
影響を与える。またd/tが0.1未満の場合は合金薄
帯とロールの接着性が増すため、面積率が小さい場合
(3%未満)と同様の問題が起こり、好ましくない。
薄帯を得るための製造プロセス上のパラメータについて
述べる。先に述べたように、不活性ガスの巻き込みの主
因はロールの回転に伴って発生するロール近傍の粘性ガ
ス流と考えられる。このためこの粘性流を抑制する方策
をとることが望ましい。最も影響が大きいのはチャンバ
ー内の不活性ガス雰囲気圧である。雰囲気圧が低い程、
ガスの巻き込みは少なくなり、ディンプル状凹部の面積
率は減少する。しかし雰囲気圧を下げすぎると、面積率
が本発明の範囲(3%)未満となって上述したような磁
気特性の劣化や、合金薄帯製造のばらつきを生じる。ま
た、真空に近い状態での操業となるため、装置上の種々
の制約が発生し、装置コストの上昇を招くという問題も
発生する。その他に影響を及ぼすパラメータとしては、
オリフィスの面積、溶湯温度(粘性)などが挙げられ
る。
具体的に述べる。
e,Coの各メタルとFe−B合金(Bが19wt%)を
それぞれ秤量し、高周波誘導溶解炉にてArガス中で溶
解・鋳造して、 Nd12Febal.Co5B5.5
なる組成(組成A)の直径10φの丸棒状の母合金イン
ゴットを得た。
gのサンプルを切り出して、図1に示したような装置で
合金薄帯を作製した。切り出した各サンプルを底部に
0.6mφの円孔オリフィスを設けた石英管に入れ、A
r雰囲気中で加熱コイルに通電することによりサンプル
を溶解してから2000rpmで回転する直径200m
mの銅ロール上に合金溶湯を噴射して磁石合金薄帯を得
た。合金薄帯の製造に際しては、Arガス雰囲気圧、A
rガス噴射圧などを変化させて合計8ロットの薄帯を得
た。
施の形態の中で既述した要領でSEM写真から画像解析
によってロール面に存在するディンプル状凹部の面積率
を算出した。さらに合金薄帯の磁気特性を薄帯の長手方
向が印加磁場方向となるようにして振動試料型磁力計
(VSM)によって最大印加磁場1.44MA/mにて
測定した。各ロットについてのディンプル状凹部の面積
率および磁気特性の測定結果を表1に示す。
の面積率が3〜25%の範囲において良好な磁気特性が
得られ、この範囲外では磁気特性は劣化した。
ロール回転数を2000rpmとして、前記と同様にい
くつかの合金薄帯を作製した。
とし、1.8wt%のエポキシ樹脂と混合後、プレス装
置にて6ton/cm2の圧力で成形して10φ×7tのボン
ド磁石を作製した。得られたボンド磁石の磁気特性を直
流自記磁束計により最大印加磁場2MA/mにて測定し
た。各合金薄帯について測定されたディンプル状凹部の
面積率と磁気特性を表3に併せて示す。なお、面積率に
応じて本発明と比較例の区別を記載した。
の面積率が本発明の範囲にある合金薄帯から作製したボ
ンド磁石で良好な磁気特性を達成することが出来る。
ットからサンプルを切り出して磁石合金薄帯を作製し
た。ロール材質、回転数は実施例1と同様とし、他の噴
射条件、雰囲気条件などを変化させて合計6ロットの磁
石合金薄帯を得た。得られた各々の合金薄帯について、
画像解析によって面積が2000μm2以上のディンプル状
凹部の占める面積率を測定した。
粉末とし、得られた粉末を1.8wt%のエポキシ樹脂
と混合後、6ton/cm2の圧力で圧縮成形して、10φ×
7tのボンド磁石を得た。得られたボンド磁石の磁気特
性を直流自記磁束計により最大印加磁場2MA/mにて
測定した。さらに、各磁石について60℃95%RHで
500時間までの恒温恒湿試験を行い、耐食性評価を行
った。表面における錆の発生の有無を目視により判別し
た。
プル状凹部の面積率、磁気特性、耐食性について得られ
た結果を表4に併せて示す。なお耐食性の評価は、錆が
全く見られなかった磁石は○、発錆の見られたものは×
として表に示した。
以上のディンプル状凹部の占める面積率が0〜5%の合
金薄帯から作製したボンド磁石において良好な耐食性と
磁気特性を有するボンド磁石が得られた。
11Febal.Co8B6.5V1.5なる組成(組
成D)の直径10φの丸棒状の母合金インゴットを得
た。
gのサンプルを採取し、各サンプルを底部に0.6mm
φの円孔オリフィスを設けた石英管に入れてAr雰囲気
中で加熱コイルに通電することによりサンプルを溶解し
てから、4000rpmで回転する直径200mmの銅
ロール上に合金溶湯を噴射して磁石合金薄帯を得た。合
金薄帯の製造に際しては、噴射条件、雰囲気条件などを
変化させて合計8ロットの合金薄帯を得た。得られた各
薄帯について実施の形態の中で既述した方法で平均深さ
と平均厚みの比d/tを測定した。
ころ、回折ピークがいずれもブロードとなっており、一
部がアモルファス化している組織であることが確認され
た。これらの薄帯について650℃で10分間の熱処理
をAr中で施してから、VSMにより実施例1と同様に
磁気特性を測定した。
磁気特性を表5に示す。
0.5である合金薄帯において良好な磁気特性を得るこ
とができる。
ロール回転数を4000rpmとし、噴射条件、雰囲気
条件などを変化させていくつかの合金薄帯を作製し、各
薄帯についてd/tを測定した。
化温度以上の熱処理温度で10分間の熱処理を施した
後、ライカイ機によって粉砕して粉末とし、得られた粉
末を1.8wt%のエポキシ樹脂と混合後、6ton/cm2
の圧力で圧縮成形して、10φ×7tのボンド磁石を得
た。作製した各ボンド磁石の磁気特性を直流自記磁束計
により最大印加磁場2MA/mにて測定した。また各磁
石について60℃95%RHで500時間までの恒温恒
湿試験を行い、耐食性評価を行った。表面における錆の
発生の有無を目視により判別した。
特性、耐食性について得られた結果を表7に併せて示
す。なお耐食性の評価は、錆が全く見られなかった磁石
は○、発錆の見られたものは×として表に示した。
範囲にある合金薄帯から作製したボンド磁石において良
好な耐食性と磁気特性を有するボンド磁石が得られた。
は、磁石合金薄帯がロールと接触していた面(ロール
面)の表面形態、特に表面に存在するディンプル状凹部
の面積率などを規定することにより、優れた磁石特性を
有する合金薄帯を提供することができる。
ようにして得られた合金薄帯をそのまま、または熱処理
後に粉砕して作製した粉末を、樹脂と混合後成形するこ
とにより、磁気特性および信頼性に優れた樹脂結合ボン
ド磁石を提供することができる。
Claims (6)
- 【請求項1】R−TM−B系(RはNd,Prを主とす
る希土類元素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転す
る金属製のロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固す
ることにより得られる磁石合金薄帯において、該薄帯が
凝固時に該ロールと接触していた面(ロール面)に存在
する、凝固後のディンプル状凹部の占める面積率が合計
して3〜25%であることを特徴とする磁石合金薄帯。 - 【請求項2】R−TM−B系(RはNd,Prを主とす
る希土類元素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転す
る金属製のロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固す
ることにより得られる磁石合金薄帯において、該薄帯が
凝固時に該ロールと接触していた面(ロール面)に存在
する、一つの面積が2000μm2以上であるディンプ
ル状凹部の占める面積率が合計して0〜5%であること
を特徴とする磁石合金薄帯。 - 【請求項3】R−TM−B系(RはNd,Prを主とす
る希土類元素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転す
る金属製のロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固す
ることにより得られる磁石合金薄帯において、該薄帯が
凝固時に該ロールと接触していた面(ロール面)に存在
する、凝固後のディンプル状凹部の平均深さ(d)と合
金薄帯の平均厚み(t)の比d/tが0.1〜0.5で
あることを特徴とする磁石合金薄帯。 - 【請求項4】R−TM−B系(RはNd,Prを主とす
る希土類元素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転す
る金属製のロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固す
ることにより得られ、凝固時に該ロールと接触していた
面(ロール面)に存在する、凝固後のディンプル状凹部
の占める面積率が合計して3〜25%である磁石合金薄
帯を、そのままあるいは熱処理後、粉砕して粉末とし、
該粉末を樹脂と混合後成形してなることを特徴とする樹
脂結合ボンド磁石。 - 【請求項5】R−TM−B系(RはNd,Prを主とす
る希土類元素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転す
る金属製のロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固す
ることにより得られ、凝固時に該ロールと接触していた
面(ロール面)に存在する、一つの面積が2000μm
2以上であるディンプル状凹部の占める面積率が合計し
て0〜5%である磁石合金薄帯を、そのままあるいは熱
処理後、粉砕して粉末とし、該粉末を樹脂と混合後成形
してなることを特徴とする樹脂結合ボンド磁石。 - 【請求項6】 R−TM−B系(RはNd,Prを主と
する希土類元素、TMは遷移金属)の合金溶湯を、回転
する金属製のロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固
することにより得られ、凝固時に該ロールと接触してい
た面(ロール面)に存在する、凝固後のディンプル状凹
部の平均深さ(d)と合金薄帯の平均厚み(t)の比d
/tが0.1〜0.5である磁石合金薄帯を、そのまま
あるいは熱処理後、粉砕して粉末とし、該粉末を樹脂と
混合後成形してなることを特徴とする樹脂結合ボンド磁
石。
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