JPH1154307A - 磁石合金薄帯および樹脂結合ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

磁石合金薄帯および樹脂結合ボンド磁石の製造方法

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JPH1154307A
JPH1154307A JP9206847A JP20684797A JPH1154307A JP H1154307 A JPH1154307 A JP H1154307A JP 9206847 A JP9206847 A JP 9206847A JP 20684797 A JP20684797 A JP 20684797A JP H1154307 A JPH1154307 A JP H1154307A
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resin
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JP9206847A
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Sei Arai
聖 新井
Hiroshi Kato
洋 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】溶湯急冷法によって磁気特性ばらつきの少ない
磁石合金薄帯を高い収率で作製する製造方法を提供す
る。 【解決手段】合金溶湯を噴射する際の平均溶湯流速を規
定することにより、安定した磁気特性を有する磁石合金
薄帯を高収率で得ることを可能とするとともに、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
気特性に優れたボンド磁石を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石材料の製造
方法、特に希土類永久磁石材料を溶湯急冷法により作製
する製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】希土類磁石材料の合金溶湯を金属製の単
ロール上に噴射し、合金溶湯を急冷凝固させて磁石合金
薄帯を得る製造方法としては、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
噴射して合金薄帯を得ることが記載されている。しかし
溶湯噴射時の溶湯流速が、得られる合金薄帯の磁気特性
などにどう影響を及ぼすかということはこれまで検討さ
れていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
る磁石合金薄帯の製造方法は、以下のような問題点を有
していた。
【0004】1)溶湯噴射時の諸条件によっては磁石合
金薄帯の寸法ばらつきが大きく、かつそれに起因して磁
気特性にばらつきを生じる。
【0005】2)溶湯噴射時の諸条件によっては、投入
重量(原料または母合金の重量)に対して、作製される
磁石合金薄帯の収率(歩留まり)が劣化する。
【0006】3)磁石合金薄帯にロット内ばらつきが存
在する場合には、該合金薄帯を粉末としてボンド磁石を
作製しても、満足な磁石特性が得られない。
【0007】本発明は、こうした従来技術の問題点を解
決するものであり、合金溶湯を金属製ロール上に噴射す
る際の平均溶湯流速を適切な範囲とすることにより、得
られる磁石合金薄帯の収率が良好で、かつ合金薄帯の同
一ロット内における磁気特性ばらつきも少ない磁石合金
薄帯の製造方法を提供することを第1の目的としてい
る。
【0008】さらにはこのようにして得られた磁石合金
薄帯から作製した粉末を樹脂と結合した、磁気特性に優
れる樹脂結合ボンド磁石の製造方法を提供することを第
2の目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁石合金薄帯の製造方法は、 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、金属製の回転するロール上に噴
射して該合金溶湯を急冷凝固させることからなる磁石合
金薄帯の製造方法において、該合金溶湯噴射時の平均溶
湯流速が0.2〜5m/sであることを特徴とする。
【0010】また、本発明の磁石合金薄帯の製造方法
は、 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、金属製の回転
するロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固させるこ
とからなる磁石合金薄帯の製造方法において、該合金溶
湯噴射時の平均溶湯流速が0.5〜3m/sであること
を特徴とする。
【0011】さらに、本発明の樹脂結合ボンド磁石の製
造方法は、 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、金属製
の回転するロール上に平均溶湯流速を0.2〜5m/s
となるように噴射して急冷凝固させて磁石合金薄帯を得
て、得られた該合金薄帯をそのまま、または熱処理した
後、粉砕して粉末とし、得られた該粉末と樹脂とを混合
後成形して得られることを特徴とする。
【0012】また、本発明の樹脂結合ボンド磁石の製造
方法は、 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、金属製の
回転するロール上に平均溶湯流速を0.5〜3m/sと
なるように噴射して急冷凝固させて磁石合金薄帯を得
て、得られた該合金薄帯をそのまま、または熱処理した
後、粉砕して粉末とし、得られた該粉末と樹脂とを混合
後成形して得られることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て述べる。
【0014】1)製造方法の概略(磁石合金薄帯、樹脂
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方法の概略
図を示す。概略としては、適当な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。その後、該合金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、ノズル直下に設置
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非
常に大きいため、溶湯はロール上で10〜10K/s
程度の冷却速度で急冷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。
【0015】まず、ノズル内に装填するのは所望の組成
(R−Fe−B系またはR−Co系、R−TM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
製して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、石英が最も好ましいが、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回転方向と直交に近い方向
(得られる合金薄帯の幅方向)が好ましい。
【0016】金属製ロールの材質は、十分な熱伝導率を
得るために、銅合金、鉄合金、クロム合金、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表面に耐
摩耗性に優れる金属・合金層を設けてもよい。たとえば
硬質クロムめっきなどを施してもよい。またロール表面
の面粗さは、粗すぎる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十分平滑な
面に仕上げておく必要がある。具体的には作製する合金
薄帯の厚みの1/3以下の平均表面粗さを保たせること
が望ましい。また冷却能力を高めるために、ロールを水
冷してもよい。
【0017】サンプルの装填、ロールの研磨などのセッ
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。
【0018】所望の雰囲気としてからコイルに通電して
溶湯を得る。ただし、図1に示したように、サンプルを
ノズルに入れて直接加熱する方法をとらなくてもよく、
具体的には別に設置したるつぼに原料を入れて溶解した
合金溶湯をノズルに移してから噴射してもよい。また加
熱方法も誘導加熱に限定されるものではなく、たとえば
カーボンヒーターなどの発熱体をノズルの周囲に設ける
方法を取ってもよい。
【0019】こうして得られた合金溶湯を底部のオリフ
ィスを介して噴射する。噴射する際には重力を利用して
溶湯を噴射する(落とす)方法も考えられるが、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が噴射される。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。
【0020】噴射された合金溶湯はロール上で急冷され
て凝固し、磁石合金薄帯が形成される。合金薄帯の厚み
は一般的にロール周速とともに減少するので、冷却速度
は逆に周速と伴に増大する。このため所望の金属組織を
得るためには、ロール周速を適当な値とする必要があ
り、たとえばas-spun(熱処理無し)の状態で良好な磁
気特性を得るためには、数10nmオーダーの結晶組織を
得るように周速を設定する。一方、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良好な磁気特
性を実現する方法を取ってもよい。この場合、as-spun
で最適な特性が得られるロール周速よりもさらに高いロ
ール周速として、一部または全て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好
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。
【0021】ボンド磁石に供する磁石粉末は、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。
【0022】こうして得られる粉末を、エポキシ樹脂な
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後、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。
【0023】2)平均溶湯流速について 合金溶湯がオリフィスを介してロール上に噴射される際
の平均溶湯流速は、磁石合金薄帯の磁気特性などに大き
く影響をおよぼす。
【0024】ここで本発明中で定義した平均溶湯流速
(v)は以下のように算出した。
【0025】まず高速度ビデオカメラにより、図2に概
略を示したような溶湯噴射時のノズル先端周辺とパドル
(溶湯だまり)付近の様子を撮影・収録し、溶湯の噴射
開始から終了までの時間を算出し、噴射時間(t)とす
る。噴射された合金溶湯の体積は、例えば以下のように
測定する。まず、噴射を行う前にノズルと母合金サンプ
ル(または原料メタル)の合計重量をあらかじめ測定し
ておき、さらに溶湯噴射による合金薄帯の作製が終了し
てからノズルとその中に残っている残さの合計重量を測
って、この2つの測定値の差を噴射された溶湯重量
(W)とする。さらに溶湯の密度を知れば噴射された体
積を知ることができる。溶湯自体の密度を知ることは困
難であるが作製された磁石合金薄帯の密度は溶湯の密度
とそれほど大きく違わないと考えられるので、磁石合金
薄帯についてエチルアルコール中でのアルキメデス法に
より測定した密度の値(ρ)を代替値とした。このよう
にして得られた密度(ρ)と溶湯重量(W)から、噴射
された溶湯の体積をW/ρとして算出した。この体積を
先述の単位時間(t)で除した値が、体積流速であり、
これをさらに噴射時の溶湯流の断面積で除した単位面積
あたりの体積流速が溶湯流速となる。噴射時の溶湯流の
断面積を実際に求めるのは困難であるが、高速度ビデオ
カメラの観察の結果、溶湯流は噴射中はほぼ一様の流れ
を形成しており、またノズル底部のオリフィス形状にほ
ぼ沿った形で噴射されていたため、オリフィスの断面積
(A)をもって溶湯流の断面積とした。
【0026】すなわち本発明の平均溶湯流速(v)は次
式で算出される。
【0027】
【数1】
【0028】次に本発明の限定理由について述べる。
【0029】図2に示したように、噴射された合金溶湯
はロール直上でパドル(溶湯だまり)25を形成する。
平均溶湯流速が本発明の範囲内にある場合は、このパド
ル25が噴射中その形状が非常に安定しており、合金薄
帯もほぼ連続的に作製され、厚みばらつきが少なく長い
リボンが作製される。これに対し、図3は平均溶湯流速
が5m/sよりも大きい場合の同様の模式図である。同図
に示したように、パドル35の形状は不安定で、ロール
37から跳ねたような状態となる。それだけではなく、
溶湯の一部はそのままロール37に跳ね返されて同図に
示したようなドロップ状粒子38、あるいは不定形状粒
子39となって飛び散ってしまう状況も確認された。こ
うした状況が生じる結果、平均溶湯流速(v)が5m/
sよりも大きい場合には、上述のようなドロップ状ある
いは不定形状の粒子を除いた磁石合金薄帯の得られる収
率が著しく低下し、製造コストの上昇を招く。さらに図
3に示したドロップ状粒子38あるいは不定形状粒子3
9は、凝固の際に金属製ロール37の熱伝導による冷却
はほとんど行われず、雰囲気ガスの熱伝達によって主と
して冷却されるため凝固速度は極端に小さい。このため
内部のミクロ組織を形成する結晶粒径は数μm〜数十μ
mレベルの結晶粒を多く含み、満足な磁気特性は得られ
ない。よってドロップ状あるいは不定形状の粒子が混入
した状態でボンド磁石を作製すると、磁気特性は劣化す
る。
【0030】逆に平均溶湯流速が0.2m/sより小さい
場合には、噴射に要する時間が長くなって工程が長時間
化するため高コスト化を招く。また吹き付ける不活性ガ
ス流による冷却によって溶湯温度の低下が著しくなる。
その結果、噴射初期に出来た薄帯と末期に出来た薄帯で
は合金溶湯の過冷度が大きく異なり、ミクロ組織に大き
な違いが生じ、そのため磁気特性にもばらつきを生じ
る。さらに噴射途中でオリフィス付近の溶湯が凝固し、
それ以上の噴射が不可能となってしまう事態も場合によ
っては生じてくる。以上のような理由から、平均溶湯流
速(V)を0.2〜5m/sとすることが望ましい。
【0031】さらに望ましくは、平均溶湯流速(V)を
0.5〜3m/sとすることが望ましい。このような範囲
に於いては収率がより良好で、かつ磁気特性のばらつき
も少ない磁石合金薄帯を得ることができる。
【0032】平均溶湯流速(V)を制御するためのパラ
メータとしては次のようなものが挙げられる。
【0033】溶湯の噴射圧(Pi) オリフィスの面積(A) 噴射時の溶湯温度、粘性 上記の中で最も影響を及ぼすパラメータは溶湯の噴射圧
(Pi)であり、噴射圧の増加と共に平均溶湯流速も増
大する。また合金溶湯の温度、粘性は合金組成によって
も変化する。
【0034】以下に実施例を挙げながら本発明をさらに
具体的に述べる。
【0035】(実施例1)純度99.9%以上のNd,F
e,Coの各メタルとFe−B合金をそれぞれ秤量し、
高周波誘導溶解炉にてNd11.5Febal.
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。
【0036】このインゴットから1ロットにつき約15
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
0.6mmφの円孔オリフィスを設けた石英管内に入れ、
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2000rpm(周速:20.9m/
s)で回転する直径200mmの銅ロール上に合金溶湯
をArガスの吹き付けによって噴射して合金薄帯を得
た。磁石合金薄帯の製造に際しては、Arガスの噴射圧
(Pi)を変化させて合計7ロットの合金薄帯を得た。
【0037】各ロットについて合金溶湯噴射時の様子を
チャンバーに設けてある覗き窓から、毎秒400コマの高
速ビデオカメラにて撮影・収録し、合金溶湯の噴射時間
(t)を測定した。
【0038】また、既述した実施の形態に示した方法
で、噴射された溶湯重量および密度を算出した。密度は
いずれも7.60Mg/mであった。これらの測定値
から、各々のサンプルについて前記数式1から平均溶湯
流速(v)を算出した。さらに各ロットについて、投入
したインゴットサンプル重量に対する、厚みが50μm
以下の作製された合金薄帯の重量の比を取って収率とし
た。さらに各ロットから20mg前後の薄帯サンプルを
すくなくとも10サンプル以上採取して、各サンプルに
ついて振動試料型磁力計(VSM)により最大印加磁場
1.44MA/mにて測定した。同一ロットの各サンプ
ルの最大エネルギー積の測定値の標準偏差を算出してロ
ット内の特性ばらつきの評価を行った。
【0039】表1には、各ロットについて噴射圧(P
i)、平均溶湯流速(v)と収率の評価結果および磁気
特性ばらつきの評価結果を示した。なお、収率の評価は
90%以上を◎、75〜90%を○、75%未満を×と
して表中に示した。またロット内磁気特性ばらつきの評
価は、標準偏差が1MGOe以下のものを◎、1〜2M
GOeのものを○、2MGOeを超えるものを×として
評価した。
【0040】
【表1】
【0041】平均溶湯流速が0.2m/sに満たない場合
にはオリフィスの溶湯づまりが発生して溶湯が途中から
噴射されなくなり、石英管の中に一部が残ったまま凝固
した。そのため表のように収率が劣化している。また平
均溶湯流速が5m/sよりも大きい場合には、ドロップ状
粒子、不定形状粒子の重量が増すため、厚みが50μm
以下の合金薄帯の得られる収率が低い値となった。また
平均溶湯流速が0.5〜3m/sの範囲においては、非
常に高い収率を得ることができる。
【0042】さらに磁気特性についても平均溶湯流速を
本発明の範囲とすることでロット内ばらつきの少ない磁
石合金薄帯を得ることができる。
【0043】上述のA1、A3、A6、A10のそれぞ
れから粉砕して磁石粉末を得て、得られた粉末を1.8
wt%のエポキシ樹脂と混合後、6ton/cm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。得られた磁気特性を表
2に示す。
【0044】
【表2】
【0045】表から明らかなように、本発明によれば磁
気特性に優れた樹脂結合ボンド磁石を得ることができ
る。
【0046】(実施例2)表3に示す各組成のインゴッ
トを実施例1と同様に作製して各インゴットからサンプ
ルを切り出し、ロール回転数を4000rpmとし、噴
射圧、オリフィス形状などを変化させていくつかの合金
薄帯を作製した。
【0047】
【表3】
【0048】各薄帯について噴射時の平均溶湯流速
(v)と合金薄帯の収率の評価を実施例1と同様に行っ
た。
【0049】また得られた合金薄帯をX線回折により調
査したところ、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各薄帯の結晶化温度
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た。得られた粉末を
1.8wt%のエポキシ樹脂と混合後、6ton/cm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。
【0050】上記のようにして得られた各サンプルにつ
いての平均溶湯流速(v)と合金薄帯の収率の評価結果
(評価基準は実施例1と同様)、およびボンド磁石の磁
気特性を表4に併せて示す。
【0051】
【表4】
【0052】表から明らかなように、いずれの組成にお
いても本発明によれば高い収率で磁石合金薄帯を得るこ
とができ、さらに良好な磁気特性を有するボンド磁石を
得ることができる。
【0053】
【発明の効果】本発明のうち請求項1および2に記載の
発明は、合金溶湯が噴射される際の流速について規定す
ることにより、磁気特性ばらつきの少ない磁石合金薄帯
を高い収率で得られる合金薄帯の製造方法を提供するこ
とができる。
【0054】さらに、請求項3および4に記載の発明
は、このようにして得られた磁石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、優れた磁気特性が得られる樹脂
結合ボンド磁石の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】磁石合金薄帯製造装置の概略図。
【図2】合金溶湯噴射時の噴射溶湯付近の概略図。
【図3】平均溶湯流速が5m/sを超える場合の噴射溶
湯付近の概略図。
【符号の説明】
11、23、33 ・・・ 合金溶湯 12、21、31 ・・・ ノズル 13、22、32 ・・・ 高周波加熱コイル 14、27、37 ・・・ 金属製ロール 15、26、36 ・・・ 磁石合金薄帯 16 ・・・ ロール回転軸 17 ・・・ ロール回転方向 24、34 ・・・ 噴射溶湯流 25、35 ・・・ ロール状に形成されるパドル(溶湯
だまり) 38 ・・・ ドロップ状粒子 39 ・・・ 不定形状粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01F 41/02 H01F 1/08 A

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、金属製
    の回転するロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固さ
    せることからなる磁石合金薄帯の製造方法において、該
    合金溶湯噴射時の平均溶湯流速が0.2〜5m/sであ
    ることを特徴とする磁石合金薄帯の製造方法。
  2. 【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、金属製
    の回転するロール上に噴射して該合金溶湯を急冷凝固さ
    せることからなる磁石合金薄帯の製造方法において、該
    合金溶湯噴射時の平均溶湯流速が0.5〜3m/sであ
    ることを特徴とする磁石合金薄帯の製造方法。
  3. 【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、金属
    製の回転するロール上に平均溶湯流速を0.2〜5m/
    sとなるように噴射して急冷凝固させて磁石合金薄帯を
    得て、得られた該合金薄帯をそのまま、または熱処理し
    た後、粉砕して粉末とし、得られた該粉末と樹脂とを混
    合後成形して得られることを特徴とする樹脂結合ボンド
    磁石の製造方法。
  4. 【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、金属
    製の回転するロール上に平均溶湯流速を0.5〜3m/
    sとなるように噴射して急冷凝固させて磁石合金薄帯を
    得て、得られた該合金薄帯をそのまま、または熱処理し
    た後、粉砕して粉末とし、得られた該粉末と樹脂とを混
    合後成形して得られることを特徴とする樹脂結合ボンド
    磁石の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005254249A (ja) * 2004-03-09 2005-09-22 Yaskawa Electric Corp 液体金属急冷装置

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