JPS60224761A - 永久磁石合金 - Google Patents

永久磁石合金

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JPS60224761A
JPS60224761A JP59081393A JP8139384A JPS60224761A JP S60224761 A JPS60224761 A JP S60224761A JP 59081393 A JP59081393 A JP 59081393A JP 8139384 A JP8139384 A JP 8139384A JP S60224761 A JPS60224761 A JP S60224761A
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JP
Japan
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magnets
magnet
alloy
rare earth
permanent magnet
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Pending
Application number
JP59081393A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Shimoda
達也 下田
Ryuichi Ozaki
隆一 尾崎
Koji Akioka
宏治 秋岡
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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Publication date
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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〕 本発明は、セリウム(Co )−ジジム(Dl)−鉄(
Fe )−タングステ/(W〕−ポロ/(B)からなる
あるいは鎖糸を主体とした低コストで高性能な永久磁石
合金に関する。ただし、ジジム、はN d −P r合
金の通称である。
従来実用化されている磁石の主なものを、化学組成と製
造法にもとすいて分類すると第1表のようになる。
第1表 表中○印は生産されているもの、x印は生産されていな
いものを示している。日本市場においては焼結アルニコ
を除く他の5種類の磁石が生産されている。このssi
類の磁石は、日本市場において出荷金額および生産重量
で99%以上(1985年)占めており、磁石といえば
これらのどれかであると言える。磁石の種類がこのよう
に多いのは、各々のものがそれぞれ長所短所を持ってお
り、種々の応用から要求される仕様によりそれぞれ使い
わけられているからである。これらの磁石の長所短所を
挙げてみる。まず焼結フェライ)ff1石であるが、こ
の磁石は他のものに比べて単価が最も安いことから、現
在多IK使用されている(於日本、1985年の推定で
59.000 t o n )。単価は等方性でα5〜
1円/2、異方性で2〜5円/′/であり、性能はエネ
ルギー積(BH)maxで示すと、等方性でIMGOe
程度、異方性で15〜4.0MGOe程度である。この
ように焼結フェライト磁石は性能は低いがそれにも増し
て単価にメリットがある。
しかしながら本来がセラミック磁石なので硬くて胞く耐
衝撃性に乏しい。そして複雑な形状に加工しにくいとい
う欠点を有している。この欠点を補う目的で作られてい
るのがグラスチックボンド形フェライト磁石である。通
常フェライトボンド磁石と呼ばれるこの磁石は、靭性と
加工性に富んでいるので割れ欠けに強く複雑形状の磁石
も簡単にできる。等方性の磁石は、(B H) m a
 x == 0.5〜1MGOaで単価が約α6円/?
であり、異方性の磁石は、(BH)max=1.5程度
で単価は約2−8円/Vである。異方性のものの単価が
焼結フェライトと比べ同等以上でありしかも性能が低い
のは、バインダー材料として高価なエンジニアグラスチ
ックをVo1%で40〜50%も含んでいるからである
。けれどもフェライトボンド磁石はこのような単価が高
く性能が低いという欠点にもかかわらず、異方性のもの
は需要が急増している。この理由は前述の長所が効いて
いることに他ならない。
次にけアルニコ磁石であるが希土類磁石が出現する以前
には高磁束密変を得ようとするならばこの磁石しかなか
ったので、生産額もフェライト磁石を凌ぐ程大きかった
。しかし、本来持っている程磁力iHcの小ささ、コバ
ルト価格の不安定さ、加工のしすらさそして希土類磁石
の出現等が原因となり、1979年頃からその需賛は低
下し続け、遂に1985年には生産額で希土類磁石に抜
かれてしまった。今後もこの傾向は続くであろう。最後
に希土類磁石であるが、1970年頃から試験的に製造
され始め、1976年あたりより工業的な意味での生産
が開始烙れた。1976年の日本の生産破は若干5to
nであるが以後急激に伸び1985年にVi29 D 
t o n生産されたものと推定されている。希土類磁
石がこのように伸びた理由としては何と言っても、その
エネルギー積がそれまでの磁石より玉料的に高い(焼結
で16〜50MGOp)ことが市場のニーズとう抜く一
致したことが挙げられる。しかし単価は他の磁石に比較
して桁違いに高く、40〜50円/2である。また焼結
希土類磁石は非常に胞いという欠点を有しており割れ欠
けが起りやすく使いにくい。この胞弱性を克服したもの
罠プラスチックボンド杉希土類磁石がある。圧粉成形で
製造されるものは、(BH)max=10〜18MGO
a を有しておりこの範囲では焼結磁石に対して優位を
保っている。また最近になって射出成形、押出し成形と
℃・つた技術が本磁石に採用されるようになり増々使い
やすい磁石としてその応用範囲を拡大している。しかし
バインダーを混入させるのでどうしても磁気性能には限
度があり単価も焼結に比べて現実には低下していないの
でコストパフォーマンスはあまり向上しない。
磁石のコストパフォーマンスを評価するのに従来は、(
BH)maw(MGOe) を単価(円/2)で割り算
した指標が便宜的に使用されていたが、実際に磁石を使
用する時に重要なのは重量当りでけなく体積あたりのエ
ネルギー積であるから、コストパフォーマンスの指標も
体積あたり圧すべきである。従って密変をρとすると、
指標IDはID:=(BH)max/(ρ4単価)とす
るのがよいであろう。この指標にもとすいて前述した5
4@の磁石のコストパフォーマンスヲ計算した(−@2
表a、b)。
第2表(−) 第2表(b) この表から分るように、コストパフオー−r7ス(D高
い磁石は性能が低く、逆に性能の高い磁石はコストパフ
ォーマンスが低いという現象がでている。
従って、従来の磁石においては性能が市場の要求に合致
する程度に高くしかもコストパフォーマンス罠すぐれた
磁石は存在しないという問題点があった。
〔目的〕
本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的
とするところは、性能が高くしかも・低コストの磁石を
提供することにある。
〔概要〕
本発明による永久磁石合金は、セリウムージジム、鉄、
タングステン、ボロンを主成分とした合金である。広い
意味では希土類磁石の範ちゅうに入るが、従来のナマリ
ウムーコバルトを主体とした磁石とけ成分を全く異にす
る。
希土類元素は一般に15種類が混合粘土として産出する
。個々の元素を取り出すKは混合粘土を分離精製しなけ
ればならない。また特定の元素のみが多く使用されると
他の元素が余ってしまい都合が悪い。従って希土類元素
の値段は単に資源の豊富さ、需要量ばかりでなく、精練
においての抽出順序その難易さ、そして他の元素とのバ
ランス性によって定まる。結果としてSmは約6万円/
す、ミツ7ユメタルは3千円/Kt強いというように決
まる(いずれも1985年現在)。Ca−Dl(ジジム
; N d −P r合金)け、モナザイトおよびバス
トネサイト鉱の混合希土中にそれぞれ約75チおよび7
0%も含まれており、精錬プロセスの最初の方で抽出烙
れるので精錬工数はかからず、また近年の重希土類(S
mからLuK至る元素)の伸びとごツノユメタル需要f
域からむしろ余剰が生ずる傾向にあり、バランス性の心
配はない。従って多i[(吏用されるよう罠なればごツ
7ユメタルに近い価格で手に入るよう罠なるであろう。
本晃明忙よる永久磁石合金の特徴の第一はこのように安
価な希土類メタルを使用したことKあるO 本発明による永久磁石合金の第2の特徴は、従来の希土
類磁石の主成分の一つであるコバルトを用いていないこ
とである。普通、Co−DI−Feだ番すではキューリ
点Teが低くて強磁性体としては使用できないが、ボロ
ンを適を添加すること罠よりTcが上昇し強磁性は安定
する。ボロンは純度の高いものを使用してもよいし、安
価なフェロボロンも使用できる。コバルトの代りに鉄を
使用したことKより資源的な制約条件から解放されると
とも九合金コストも大幅忙引き下げられる。
本発明による永久磁石合金の第5の特徴は、従磁力回上
およびバルク状態でも大きな保磁力が得られるようKす
るためタングステン(W)を加えたことKある。Mn添
加により、保磁力IHeは実用に支障のない大きさまで
向上する。またバルク状態で大きな保磁力が得られるこ
とは、樹脂ボンド磁石への応用にとって特に大切であり
、10μm以上の磁粉も問題なく利用できるので磁石の
信頼性、特性を高めることができる。また、大きな粒度
の磁粉を扱えることはその製造にとってもメリットがあ
る。の一部をT I * Z r HHr + V+N
b 、Taのうち少なくとも一つの元素で1置換すると
このWの効果は強められる。
また本発明のCe −D I −F e −W −B合
線のBの一部をAt、Ga、In、St、Ge、P。
S HB i HS n HP b + Cの少なくと
も一つの元素で置換すると強−性安定効果はさらに高め
られる。希土類元素の一部をLaで置換しても少量では
磁力は低下しない。Laを入れることにより希土類成分
の製造は一層簡単になりさらに合金を低コストにできる
。
次に組成域の限定の理由を述べる。希土類元素中におけ
る元素の原子比R=C’e 1− a −b N d 
aPrbゲ示す係数a、bけ、Ce−DI合金を工業的
に安価に製造できる組成範1ffiK取っである。また
M= F e 1 x−yWx B yとしたときのR
とMの比2(Z=M/R)は保磁力を5koe以上出す
ためには4.0〜90の間になくてはならない。M中の
W量Xは、l101以上での効果が出始め、α2を越え
ると飽和磁束密度の低下が著しいという理由で決められ
た。yは同様にボロンの効果が出始めるのはα001以
上であり、0.15を越えると保磁力、飽和磁化が急激
に低下するという理由忙より範囲が定まる。
〔実施例〕
以下、本発明について実施例に基づき詳細に説明する。
実施例1゜ CeO,4NdO,4Pr0.2(Fe0.1lWO,
1Bal)Zの組成式で2を4.0から0.5刻みで9
0まで取った11種類の合金(組成式は原子化)を、低
周波誘導炉を用いて液層した。Bは前もってFeと母合
金を作製し、溶解しやすいようにした。各合金は、アル
ゴン雰囲気中で1100〜1200Cの間の最適温度で
均質化処理を4時間行った後、室温までクエンチされた
。その後820Cで6時間続いて650℃で4時間等温
熱処理を行った後室温まで1.5C/ m l nの冷
却速度で除冷した。合金は次罠10〜20μmの平均粒
度に粉砕され、5wt%のエポキシ樹脂と混練された。
混線された磁性粉は15koeの磁場中で加圧成形され
、エポキシ樹脂をキュアーさせて磁石にした。得られた
磁石の磁気特性を2の値に従って第1図に示した。2が
4.0から90の間で実用上に支障のない程度の保磁力
iHcと高い残留磁束密度Br、エネルギーill (
B H) m a xが得られていることが分る。
実施例2゜ 第5表に示した組成の合金を用いて実施例1と同様な方
法を用いて磁石を作製した。得られた磁石の磁気性能を
第4表に示す。
第3表 第4表 各組成にわたり、(BH)marが7以上の特性が得ら
れており中にはS m2 C、It系の最高性能と同等
のものが得られている。このような磁石が低コストでで
きることは意義深い。
実施例2 の−耶をTI 、Zr、Hf 、V、Nb、Taで置換
した合金を実施例1の方法で溶解した。ただしM=Fe
αax−wWαIA w B O,0B (Aは上記の
6元素)としてWを0から[102刻みでQ、20まで
11種類とり、R:Cea4NdO,5PralとしR
とMの比2は6.0とした。磁石製造法は実施例1と同
様なる方法で行った。第2図icAがZrの場合の結果
を示した。ただし均質化後の熱処理は、Zr添加により
lHeけ向上するので高エネルギー積を得るために、i
Heけ適度に抑えてヒステリシスの角形性同上を狙って
最適な条件を採用した。Zr添加しないものよりある程
度添71Bした方がよい結果が得られていることが分る
。上記6元素の添加によりどれ位添加前に比べて性能が
向上したかを第5表に示す。
第5表 実施例4゜ Bの一部を、A tlG & + I n HS l 
、G o 、P + S I HBi、Sr+、Pb 
で置換した合金を実施例1の方法で溶解した。ただしM
=lF60.75Wal BcLli−uQu(Qa上
記の10元素)、R:Ce O,4N d as Pr
1llそしてZ=6.5 (RM as )とし、Uを
0.01から0.01刻みでQlまで10種類とった。
磁石製造は実施例1と、同様な方法で行った。各置換元
素で得られた磁石で(BH)max210MGOe以上
のものの中からその合金のキューリ一点が添加前に比べ
て最高に向上した合金のキューリ一点の向上分を谷元素
ごとに示すると第6表のようになる。
第6表 実施例5゜ 希土類元素の一部をLaで置換した合金を実施例1と同
Sな方法で磁石にした。ただし組成としてはR:Ca 
α45− c Ndα45 p rαI L a c 
(C=lQ2゜α08.[115,0,25)、M”:
Fe(L82WαI B 0.08そしてZ=6.5 
(RMILS )の4種類を対象にした。得られた磁気
特性を第5図に示す。Laを加えると、微量のときには
ヒステリシスの角形性が若干向上することが示されてい
る。角形性の評価8−値は、4πI−H減磁曲線上で4
yJ=[l、9XByになる磁場Hの絶対値をHkとす
ると、S Q ” Hk / l Heで与えられる。
実施例6゜ 実施例5と同組成の合金を実施例1と同様な方法で溶解
して、焼結法により磁石を作製した。焼結温度は120
0〜1300Cの間の最適条件(収縮が最も大きい条件
)で行い、焼結後は室温まで2〜6時間除冷をした。そ
して再度温度を上昇させ、850〜400Cまで多段時
効を行った。得られた磁石の磁気性能を第4図に示す。
図に示すように本組成のような安価な材料を用いてもa
m Co系と同等の磁石が得られることが分る。
〔効果〕
以上述べたように本発明によれ51 、安価な希土類化
合物Ce−DIを用いても高性能なグラスチックボンド
磁石および焼結磁石が発現でき、従来の磁石にない高コ
ストパフォーマンスが達成できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、(e(1,4Ndα4 P r O,2(F
 e O,8W O,IBO,+)2組成において、希
土類と他元素との比2を変化させた時のプラスチックボ
ンド磁石の磁気特性を示す。 第2図は、Ce0.4NdO,5prO,I (Feα
82−wWo、IZrwBαoa ) 6.0組成にお
いて2「のtWを変化させた時のプラスチック磁石のエ
ネルギー積を示す。 第3図け、Coα4s−cNdα4B P r o、+
 L a c (Feo、52WO,IBαos ) 
asの組成においてLaのgcを変化させた時のグラス
チックボンド磁石の角形性およびエネルギー積の変化を
示す。 第4図は、Ceα4s−cNd O,45P r o、
+ Lac(FeO,82W at B cog ) 
46の組成の合金を焼結した磁石のエネルギー積をLa
の量Cの変化の区数として示す。 5G789 2 イ直 −− 第1図 o、o+ o、oタ o、09 D−130,170,
2+W値啼 第2図 0.00 0.05 0.10 0,15 0.20 
0.250イJ − 第3図 o、oo o、05 0.10 0.15 0.20 
0.2ジCイ1 → 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (j) Ca−N d−P r−F e −W−B系合
    金において、希土類元素Rと他の元素Mとの原子比を2
    (2=Mの原子数/Rの原子数)とし、Rの中での原子
    比をR=Ce1−a−bNdaPrbとしまたMの中の
    原子比をM=Fe1−x−yWxByで表した時、係数
    alb+!+y+”が次の値の範囲、すなわち0.05
    ≦a≦α8 α05≦b≦α5 α01≦X≦0.5 0、001≦y≦α15 3.5≦2≦90 であることを特徴とする永久磁石合金。 (2)Wの一部を、TI、Zr、Hf、V、Nb、Ta
    の少なくとも一つの元素で置換したことを特徴とする特
    #!F請求の範囲第1項記載の永久磁石合金。 (5)Bの一部を、At、Ga、In+81.Ga、P
    IS、Bi、Sn+Pb、Cの少なくとも一つの元素で
    置換したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    永久磁石合金。 (4)希土類元素の一部をLmで置換したことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の永久磁石合金。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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