JPS60224201A - 希土類コバルト磁石の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、希土類コバルト磁石の製法に関する。

〔背景技術〕

希土類コバルト磁石は、永久磁石の中でも優れた特性を
有している。すなわち、結晶磁気異方性定数が極めて大
きく、保磁力、最大エネルギー積も非常に大きく、かつ
、リコイルエネルギー積も大きいので動的特性にも優れ
ているのである。そして、希土類コバルト磁石には、希
土類コバルト磁石材料の微粉末に結着剤を添加して磁界
中で圧縮成形し、粒子を配向させた加工性磁石と、この
微粉末を焼結して密度と強度を向上させた液相焼結磁石
がある。前者の加工性磁石としては、通常、結着剤とし
て樹脂を用いた樹脂結合型磁石がよく用いられる。

加工性磁石は、液相焼結磁石と比べて、加工性。

製品の均質性１機械的強度の点において優れるとともに
、低コスト、低比重でもある。しかし、一方において、
磁性粉以外のもの（前記結着剤）を少くとも８容積係は
含むため、従来の製法によれば１．磁気性能は液相焼結
磁石と比べると半分程度になってしまうという欠点があ
った。しかし、この欠点は磁場成形前に着磁を行なうと
いう方法（特開昭５８−１５７１１８号公報記載）によ
って大幅に改善された。また、希土類コバルト磁石は、
フェライト磁石やアルニコ磁石に比べて非常に高性能で
ある。したがって、加工性磁石型の希土類コバルト磁石
がますます汎・用されるようになってき九〇 一般に、希土類コバルト磁石を製造するには、Ｃｅ　（
セリウム）、Ｙ（イツトリウム）　、　Ｓｍ　（サブリ
ウム）　、　’ＭＭ　（ミツシュメタル）等の希土類金
属（以下、Ｒとする。）を２モルと、Ｃｏ　（コバルト
）を主体とした遷移金属（以下、１とする。）１７モル
とを化合して、金属間化合物（ＲｚＴＭｔ　ｔ　）を、
まず製造する。仁うしてできた金属間化合物（Ｉｈ″Ｔ
Ｍ１７）は、大きな結晶磁気異方性を持ち、微粒子にし
て用いると非常に高い保磁力を有するのである。

したがって、この金属間化合物（Ｒ２ＴＭ１７　）を微
粒子にして、それに前記結着剤（樹脂等）を添加して、
磁界中で圧縮成形後、粒子を配向させて前記の加工性磁
石型の希土類コバルト磁石（Ｒ２ＴＭ１７系）ができあ
がるのである。

このＲ２ＴＭ１７系の希土類コバルト磁石の中でも。

Ｒ（希土類金属）に％を使用したものが工業的に量産さ
れており、Ｒ２ＴＭ１７系のほとんどを占めている。そ
の理由は、飽和磁化４□Ｉ８が高いのみならず、室温で
の一軸異方性が大きく、かつ異方性エネルギーもＲ２Ｔ
Ｍ１７系内で大きいからである。

とのＲ２ＴＭ１７系の希土類コバルト磁石の遷移金属Ｔ
Ｍとして、ＣＯ以外にＣｕを加えることにより、Ｒ２Ｔ
Ｍ１７系の希土類コパル７ト磁石の保磁力の根幹となる
ＲＴＭｓ系化合物が得られる。すなわち、ＲＴＭｓ系化
合物の存在により、Ｃｏが豊富である２対１７相の周囲
に、Ｃｏが乏しい１対５相で包まれたセル状組織が形成
され、両相の磁壁エネルギーの差によって、相境界が磁
壁のピンニングサイトとなり、磁壁移動を阻止すること
によす１保磁力が発生するのである。

しかし、Ｃｕは非磁性体であるので、飽和磁力４πＩｓ
の減少を招いていた。そ几ゆえ、それを防止するために
Ｆｅを遷移金属刊として加えて、飽和磁束密度を上昇さ
せていた。最近、遷移金属ＴＭのＣＯの一部をＺｒ　、
　Ｈｆ　、　Ｔｉ　＋　Ｎｂ等で置換してやれば、添加
、されるＦｅの量を多くし、それに伴いＣｕの添加量を
少くしても、保磁力の十分に高いものが得られることが
判明したので、ます−ますＲ２ＴＭ１７系の希土類コバ
ルト磁石の需要が高まっているのである。

しかし、この需要に十分に答えることのできる希土類コ
バルト磁石は、まだ存在しなかった。

〔発明の目的〕

以上の事情に鑑みて、この発明は、従来の希土＼ 類コバルト磁石では得ることのできなか、つた、保磁力
等優れた磁気特性を有する希土類コバルト磁石の製法を
提供することを、その目的とする。

〔発明の開示〕

上記目的を達成すべく、発明者らは鋭意検討を重ねた。

その結果、ここにこの発明を完成した。

この発明は、希土類コバルト磁石を製造するに当たり、
多磁区構造からなる大粒子群の間隙に、単磁区構造から
なる微粒子を埋めこむようにして希土類コバルト磁石を
形成するようにしている希土類コバルト磁石の製法をそ
の要旨とする。以下、この発明を、その実施例に基づい
て詳しく説明する。

発明者らは、加工性磁石、特に樹脂を結着剤として用い
た樹脂結合型磁石のＲ２７Ｍ１７系の希土類コバルト磁
石について、保磁力等磁気特性の向上を因るためにどの
ようにしたらよいかを検討し、樹脂結合型磁石の粒子構
成にまず着目した。

樹脂結合型磁石においては、大粒子が第１図のように不
規則に並んで磁石を構成している。磁石特性の向上のた
めには、この粒子の充填率の上昇を達成すれば飽和磁化
４πＩｓが増加することに発明者らは気づき、そのため
にはこの大粒子の間隙を小粒子で埋めてやれば良いこと
を見いだした。

すなわち、Ｒ２ＴＮｈ　ｙ系の樹脂結合型希土類コバル
ト磁石は、前記したように磁壁のピンニングにより保磁
力を得ているので、粒子の粒径が異なっても、それぞれ
の粉末は等しい磁気性能を有す°る。

したがって、磁石特性は粒子の粒径に全く依存せず、粒
子の充填率を上昇させればさせる程、飽和磁化４πＩｓ
は増加するのである。

ところが、ＲＴＭｓ系の樹脂結合型希土類コバルト磁石
では、このようなことは起きないのである。

なぜならば、保磁力発生機構が核発生抑止型のいわゆる
磁化回転モート°に基づくため、保磁力の増大のために
は、各粒子の粒径を、単磁区粒子の径である（２〜３μ
ｍ）Ｖｃ均一に揃えなければならないからである。それ
ゆえ、Ｒ２ＴＭ１７系のように大粒子の間隙に小粒子を
埋めていくことはできないのである。参考までに、ＲＴ
Ｍｓ系においては、密度は約６．４　ｇ／ｃｍ３、充填
率は７６４が限界である。

発明者らは、上述したように粒子の充填率の向上が飽和
磁化４πＩｓを増加させ、磁気特性を良くすることに気
づくとともに、粒子の配向性を高めてやれば残留磁束密
度Ｂｒが向上し、磁気特性を良くすることができること
にも気づいた。そして、発明者らは、充填率を上昇させ
た上でしかも配向性を向上させるために、大きな粒子の
間隙に、単磁区構造からなる小さな粒子を埋めてやれば
、良いことを見いだし、この発明として完成させたので
ある。

樹脂結合型のＲ２ＴＭ１７系の希土類コバルト磁石にお
いて、多磁区構造からなる大きい粒子の間隙に、容積比
ｌＯ〜６０憾で単磁区構造からなる小さい粒子を埋めて
やるのが、最も効果的に、磁気特性を良くすることがで
きる。

次に、どうして単磁区構造および多磁区構造が粒子の粒
径により選択されるのかを説明する。粒径が小さくなる
と、磁壁エネルギーと静磁エネルギーの兼ね合いで、あ
る臨界寸法以下では静磁エネルギーの寄与が磁壁エネル
ギーに比べて、絶対的に小さくなり、単磁区構造を採る
のがエネルギー的に最も安定的なのである。また、逆に
粒径が大きくなると、今度は磁壁エネルギーが静磁エネ
ルギーに比べて絶対的に大きくなり、磁壁を設けて多磁
区構造を採るのが、エネルギー的に最も安定的なのであ
る。

次に、単磁区構造の粒子と多磁区構造の粒子の配向性が
、外部磁場（Ｈｍ）によってどのように変化するもので
あるかを、説明する。外部磁場（Ｈｍ）がゼロの場合に
は、第２図にみるように、単磁区構造からなる粒子（ａ
）の磁気モーメントは、既に一定方向に揃っている。こ
れに対し、多磁区構造からなる粒子（ｂ）は、１８ｏ０
の磁壁１が存在するために、この磁壁１を挾んで正逆方
向に磁気モーメントが形成されている。

この状態で外部磁場（Ｈｍ）が生じると、外２部磁場（
Ｈｍ）が粒子の保磁力（ｉＨｃ）より小さい時（Ｈｍ／
ｉＨｃ　）には、第３図にみるように、単磁区構造から
なる粒子（ａ）の磁気モーメントは、外部磁場（Ｈｍ）
の方向（図中白ヌキ矢印の向き）にただちに揃ってしま
う。しかし、多磁区構造からなる粒子（ｂ）は、磁ａｌ
が徐々に移動するの与であり、しかもこの磁壁ｌはある
位置までしかこの強さの外部磁場（１ｍ）のもとでは移
動しない。そして、磁気モーメントは、外部磁場（Ｈｍ
）がゼロの時と同じで、磁壁ｌを挾んで正逆方向に形成
されていて、外部磁場（Ｈｍ）の方向（図中白ヌキ矢印
の向き）とは全く無関係である。

外部磁場（Ｈｍ）が強まって、粒子の保磁力（１ｆ（ｃ
　）とほぼ同じぐらいになる（　ＨｍニｉＨｃ　）と、
第４図にみるように、単磁区構造からなる粒子（ａ）は
前と同様に、ただちに外部磁場（Ｈｍ）の方向に磁気モ
ーメントは揃う。そして、多磁区構造からなる粒子（ｂ
）も、磁壁１がさらに移動するとともに、優勢である方
の磁気モーメントが外部磁場（Ｈｍ）の方向に揃い始め
る。

さらに、外部磁場（Ｈｍ）が強まって、粒子の保磁力（
ｉＨｃ　）を凌駕してしまうと、第５図にみるように、
単磁区構造からなる粒子（ａ）のみならず、多磁区構造
からなる粒子（ｂ）も磁壁が消滅して、単磁区構造に変
化してしまう。したがって磁気モーメント４．外部磁場
（Ｈｍ）の方向に揃ってしまうようになる。

以上述べたように、多磁区構造からなる粒子の磁気モー
メントを外部磁場の方向に揃えるためには、粒子の保磁
力以上の強さの外部磁場が必要となる。それに引き換え
、単磁区構造からなる粒子の磁気モーメントは、非常に
小さい強さの外部磁場においても、極めて容易にその外
部磁場の方向に揃えられる。したがって、この発明にお
いて、大きな粒子の間隙に単磁区構造からなる小さな粒
子を埋めこんでいるので、粒子の配向性は容易に高める
ことができ、それゆえ磁気特性は艮くなるのである。

次に、この発明の実施例について詳しく説明する。

（実施例１） 原子比による成分組成が、Ｓｍ（Ｃｏｏ、ｔ　ｌ　Ｃｕ
ｏ、ｘ　。

Ｆｅｏ、ｘｔ　Ｚｒｏ、ｏｚ　）７．２である合金を、
高周波溶解により、Ａｒガス雰囲気中で溶解した。この
溶解された合金を金型に注入して、塊状のインゴットを
得た。

この得られたインゴットに対し、１１００〜１２００℃
の温度範囲で１ないし２時間熱処理を施したのち、室温
まで超急冷した。こののち、温度４００〜９００℃で２
ないし２０時間、Ａｒガス雰囲気中で時効処理を施して
、磁気的に硬化した。

このようにして得られた磁性合金を粗粉砕したのちジェ
ットミル粉砕して、多磁区構造からなる粒径１５０〜２
００μｍの比較的大きい粒子と、多磁区構造からなる粒
径ｌＯ〜２０μｍの小さな粒子および単磁区構造からな
る粒径ｌ〜３μｍの微粒子を得た。こののち、前記粒径
１５０〜２００μｍの大粒子群に、前記多磁区構造から
なる粒径１０〜２０ｐｍの小粒子群を容積比で０−１０
０係混合する（混合物Ａ）。同じく、前記粒径１５０〜
２００μｍの大粒子群に、前記単磁区構造からなる粒径
１〜３μｍの微粒子群を容積比で０〜１００係混合する
（混合物Ｂ）。

この混合物Ａおよび混合物Ｂを、それぞれ、乳鉢を用い
て粘度２５０　ｃｐｓの二液性熱硬化型エポキシ樹脂を
、重量比で２．０１加えて、２種類の磁性粉末を得た。

得られた２種類の磁性粉末それぞれを、２０　ＫＯｅの
磁場中で、最終６　ｔｏｒｖ’ｄｌまで加圧成形した。

こののち、Ｎ２雰囲気中で、温度１３０℃で１時間加熱
して、バインターの作用を行なう前記エポキシ樹脂のキ
ュア処理を行なった。なお、この時に磁場方向は加圧方
向に対して直角とした。

以上の工程を経て得られた２種類の樹脂結合型希土類コ
バルト磁石は、第６図にみるように、いずれもたて１５
厘、横１０　ａ＋、厚み８朋であ゛つた。

こうして得られた２種類の樹脂結合型希土類コバルト磁
石において、前記混合物Ａにおける添加される多磁区構
造からなる粒径ｌＯ〜２０μｍの小粒子群の容積混合率
および前記混合物Ｂにおける添加される単磁区構造から
なる粒径ｌ〜３μｍの微粒子群の容積混合率と、得られ
た樹脂結合型希土類コバルト磁石の密度および磁気特性
（残留磁束密度（Ｂｒ）および保磁力（ＢＨ）との相関
々係をあられしたのが、第７図および第８図である。

＠７図は、多磁区構造からなる粒径１０〜２０ｐｍの小
粒子群が、添加されて作られた、混合物Ａより得られた
樹脂結合型希土類コバルト磁石の前記相関々係をあられ
しており、第８図は、単磁区構造からなる粒径ｌ〜３μ
ｍの微粒子群が添加されて作られた、混合物Ｂより得ら
れた樹脂結合型希土類コバルト磁石の前記相関々係をあ
られしている。

第７．８両図より明らかなように、単磁区構造からなる
粒径１〜３μｍの微粒子群を添加して作られた樹脂結合
型希土類コバルト磁石の方が、磁気特性（残留磁束密度
（Ｂｒ）および保磁力（ＢＨ））が優れている。しかし
、この発明により作られた樹脂結合型希土類コバルト磁
石の特徴を十分にだすためには、前記添加される微粒子
群の容積混合率は、１０〜６０悌でなければならない。

好まし〈は、２０〜４０係の範囲内であり、３ｏチ前後
において最も磁気特性の優れた樹脂結合型希土類コバル
ト磁石が得られる。

（実施例２） 原子比による成分組成が、Ｓｍ（Ｃｏｏ、７２Ｃｕｏ、
ｏｓＦｅｏ、２ｏ　Ｚｒｏ、ｏｚｈ、ｘ　である合金？
、実施例１と同様に、溶解したのち金型成形し、塊状の
インゴットを得、このインゴットを、熱処理後超急冷し
たのち、時効処理を施し、磁気的に硬化させた。

こうして得られた磁性合金を、ジェットミル粉砕により
、粒子の平均粒径が多磁区構造からなる５　０　ｐｍの
大粒子群と、単磁区構造よすなる１〜３μｍの微粒子群
を得た。こののち、前記大粒子群に容積比３０％で前記
微粒子群を添加し、乳鉢中で、粘度２５０　ｃｐｓの二
液性熱硬化型エポキシ樹脂を、′Ｎ量比で２．０係添加
して、磁性粉末を得たＯ この磁性粉末を実施例１と同様に、磁場中成形を行ない
、次いでキュア処理を施し、樹脂結合型希土類コバルト
磁石を得た。この磁石と、比較例として前記粒径５０μ
ｍの大粒子群のみで構成した、樹脂結合型希土類コバル
ト磁石の磁気特性を比較した。それを、第１表に示す。

この表からも明らかなように、この発明により得られた
樹脂結合屋希土類コバルト磁石は、従来の磁石である比
較例より磁気特性が優れている。

〔発明の効果〕

以上＋７）！りＩｃ、この発明にかかる希土類コバルト
磁石は、希土類コバルト磁石を製造するに当たり、多磁
区構造からなる大粒子群の間隙に、単磁区構造からなる
微粒子を埋めこむようにして希土類コバルト磁石を形成
するようにしているので、磁場中成形の際に、磁石を構
成している磁性粒子の配向性を高めることができ、磁気
特性の非常に優れた磁石を得ることができる。また、多
磁区構造からなる大粒子群の間隙に、単磁区構造からな
る微粒子群を埋めこむようにして磁石を形成しているの
で、従来の磁石とほぼ同じ大きさで、より優れた磁気特
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の樹脂結合型希土類コバルト磁石の構造
をあられした説明図、第２図ないし第５図は、多磁区構
造からなる大粒子と単磁区構造からなる微粒子の配向性
を説明している説明図、第６図は、この発明の１実施例
の斜視図、第７図および＠８図は、この発明の１実施例
およびその比較例の磁気特性をあられすグラフである。 ｌ・・・磁壁 代理人　弁理士　松　本　武　彦 １１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ｊＩ６図 第７図 ０　５０　１００ 容積混合率（Ｏ／。） 第８図 ０　５０　Ｔｏ。 容頴浬含率（’／、） 年１奈六穿甫ヱＥ書（自発） 昭和５９年１０月　５日 ８召セロ５９り「牛￥言午バ頃多＠０　８　０　３　９
　５号２、発明の名称 希土類コバルト磁石の製法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 柱　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称（５
８３）松下電工株式会社 代表者　イ懐ｗｒ役小林　郁 ４、代理人 な　し ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 （１）　明細書第３頁第４行、第８行、および、第１３
行に「液相」とあるを削除する。 （２）明細書第４頁第９行に「持ち、」とあるを、「持
つ。」と訂正する。 （３）　明細書第４頁第９行ないし第１θ行に「微粒子
にして・・・のである。」とあるを削除する（４）明細
書第６頁第５行ないし第６行、および第２０行に「保磁
力」とあるを、「高配向度」と訂正する。 （５）明細書第９頁第９行に「大きく」とあるを、「小
さく」と訂正する。 （６）明細書第９頁第１８行に「工８０°の磁壁」とあ
るを、「１８０°磁壁」と訂正する。 （７）明細書第１０頁第２行ないし第３行にｒＨｍ／１
ＨｃＪとあるを、ｒＨｍ　＜　ｉＨｃ　Ｊと訂正する。 （８）明細書第１４頁第３行に「保磁力（Ｂ　Ｈ）」と
あるを、「最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａに）」と訂正
する。 （９）明細書第１４頁第１６行に「保磁力（ＢＨ）」と
あるを、「最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ」と訂正す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）希土類コバルト磁石を製造するに当たり、多磁区
   構造からなる大粒子群の間隙に、単磁区構造からなる微
   粒子を埋めこむようにして希土類コバルト磁石を形成す
   ることを特徴とする希土類コバルト磁石の製法。 （：２）希土類コバルト磁石が、希土類金属をＲとし、
   コバルトを主体とした遷移金属をＴＭとしたとき、Ｒ２
   ＴＭ１７系の希土類コバルト磁石である特許請求の範囲
   第１項記載の希土類コバルト磁石の製法・ （３）　ＲとしてＳｍを用いる特許請求の範囲第２項記
   載の希土類コバルト磁石の製法。 （４）単磁区構造からなる微粒子の粒径を１〜３μｍに
   して行なう特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の希土類コバルト磁石の製法。 （５）　多磁区構造からなる大粒子に対し、単磁区構造
   からなる微粒子を容積比で１０〜６０憾配合する特許請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の希土類
   コバルト磁石の一法。 （６）　多硫°区構造からなる大粒子粉末に単磁区構造
   からなる微粒子粉末を混合するとともに、これらと有機
   物樹脂結合剤をも混合し、磁場中で加圧成形したのち、
   結合剤を加熱固化させる特許請求の範囲第１項ないし第
   ５項のいずれかに記載の希土類コバルト磁石の製法。