JPS63160211A - 永久磁石 - 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） 本発明は、希土類・鉄・ホウ素系の磁性合金微粉末を樹
脂等のバインダーにて結合した永久磁石に間するもので
ある。

（背景技術） 従来、磁石粉を樹脂で結合した樹脂ボンド磁石が広く用
いられている。磁石粉を結きするための樹脂としては、
ナイロンやエポキシ等が用いられ、−ａにグラスチック
磁石と通称されている（バインダーとしてゴムやエラス
トマーを用いる場合には、ゴム磁石と呼ばれる場６らあ
る。）、このようなプラスチック磁石は形状の自由度が
高く、また、他の部品との一体成型が可能であるなど、
焼結磁石では得られない加工性の良さを有しているため
に、磁気特性はｖＬ結磁石と比較して大幅に低いにも拘
わらず、大きな需要がある。

グラスチック磁石には、磁石粉末としてＢａフェライト
やＳｒフェライト・を用いた低性能ではあるが安価なフ
ェライト系と、磁石粉末としてサマリウム・コバルト化
合物の磁石粉を用いた高性能であるが高価°な希土類系
とがある。近年、小形モータ等のＴｃ、ｍ応用機器の軽
薄短小化の市場要求から、特に高性能の希土類系の需要
が拡大しており、その一層の性能向上やコストダウンの
要請も高まっている。

一方、特開昭５９−４６００８号、同６４７３３号、同
６４７３９号公報等に開示されているように、希少資源
である高部なサマリウムやコバル１−を基本的には必要
としない新規な高性能希土類磁石材料として、Ｒ−Ｆｅ
−Ｂ系磁石（但し、Ｒは１種又は２種以上の冷土類元素
）が知られている。

この磁石材料による焼結磁石の最大エネルギー積（ＢＨ
）ｎａｘは、量産品でも３５ＭＧＯｅが可能であり、実
験室レベルでは５０　Ｍ　Ｇ　Ｏｅを越えたと言われて
いる（佐用他；固体物理、Ｖｏ１．２１．Ｎｏ、１（１
９８６）ｐ３７〜４５参照）、シかしながら、焼結磁石
では、湿気のある大気中で使用すると、磁石表面に錆が
発生するために、磁石表面には一般にメッキ等の防ｔ＋
１９５理を施す必要がある。さらに、この磁性会食の主
用となる正方晶は、熱膨張係数が結晶方位によって異な
り、磁場配向させた異方性焼結磁石では均質な焼結が困
難であり、変形やヒビ割れが発生しやすく、形状の自由
度に制約があるという問題があった。

そこで、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を樹脂ボンド磁石とすれば
、焼結磁石における錆の発生や成型形状の制約という問
題を解決でき、且つ、従来のサマリウム・コバルト系の
プラスチック磁石よりも大幅な性能向」二を図ることが
できると共に、コストダウンの可能性があり、その研究
開発が行われている。

既に、液体急冷法で作成されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石
粉を用いたボンド磁石が検討されているが、急冷磁粉の
保磁力の発生機構がサブミクロン以下のＶ＆細な正方品
の等方的な析出構造によるため、磁粉を磁場配向させる
ことができない＜１ｔＩ開昭５９−２１１５４９号公報
参照）、つまり、プラスチック磁石は出来るが、等方性
であるため、最大エネルギー績（Ｂ　ＩＩ　）ｗａｘは
５　Ｍ　Ｇ　Ｏｅ程度であり、正方品の持つ磁石性能を
十分に活かすまでには至っていない。

一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を扮砕した磁石扮末
を原料としたボンド磁石（特開昭５９−２１９９０４号
公報参照）も提案されているが、焼結磁石の大きな保磁
力が粉砕によって著しく損なわれ、粉砕粉では満足な磁
気特性を確医でき・ないという問題があった。このよう
な焼結磁石の粉砕による保磁力の低下は、塑性変形によ
る加工歪みや格子欠陥の発生によるものと思われる。第
２図は焼結磁石の粉砕により削磁力が低下することを示
す図である。同図において、黒丸で示す曲線は粉砕した
ままの状態での５Ａ＆！力を表し、白丸で示す曲線は粉
砕後に熱処理した場合の保磁力を表している。この第２
図に示すように、粉砕粒径が２００μ輪以上と大きけれ
ば、熱処理によって保磁力の回復が可能であるが、ボン
ド磁石用として適した１００μ麟以下の粒径では、熱処
理による保磁力の回復が困難である。これは微粉末にな
ると、熱処理中の希土類元素等の酸化を回避することが
困難なためであると忠われる。仮に、酸化防止が出来る
としても、焼結体を再粉砕することはコスト的に実用的
ではない。

（発明の目的） 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、保磁力が高く、磁場配向が可
能な微粉末に扮砕された希土類・鉄ホウ素系の磁性り金
粉末をバインダーで結きすることにより、磁気特性が優
れ、安価で加工性の良好な永久磁石を提供するにある。

（発明の開示） 本発明に係る永久磁石は、原子百分率で１２乃至２０％
のＮｄ（ネオジム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）及びＴｂ
（テルビウム）（但し、ＤＦとＴｂとの合計は３乃至７
％）、６５乃至８１％のＦｅ（鉄）、及び、６乃至１５
％のＢ（ホウ素）を主成分とし、組成式がｎ２Ｆｅ、Ｂ
（但し、Ｒは希土類元素）で表される正方晶化合物を主
用とし、平均粒径１乃至５０μ柚で前記主相が単結晶状
態にある磁性合金微粉末と、体１１ｆｆｌ成比で５０？
５以下のバインダーとから成るものであ°る。

ここで、組成式がＮ　ｄ、　Ｆ　ｅ、　、　Ｂで表され
る正方晶化合物は、１＠の大きな結晶磁気異方性エネル
ギーを有し、従来のＢａフェライトやサマリウム・コバ
ルト化合物のように、理論的には微粉末が磁石化する可
能性を有している。華磁区粒子となる臨界径は０．３μ
−と言われているが、実際にＮｄ２Ｆｅ、、Ｂ（１１，
８％Ｎｄ−８２，３％Ｆｅ−５，９％Ｂ）合金を機械的
に粉砕し、微粉化して行くと、粉末の平均粒径が０．５
μ紬以下で、保磁力ｉＨｃは３ｋＯｅ程度まで上昇する
。

第１図は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金の６００℃以下での三
元平衡状態図である０図において、三角形で囲まれる領
域（ａ）〜（ｄ）は、ＮｄｚＦｅ＋４Ｂの周辺組成の合
金であり、その微粉化による保磁力の上昇の程度を検討
すると、領域（、）のき金がＮｄｘＦｅ１４Ｂ合金と同
等のｉ■イｃ＝３ｋｏｅ程度の保磁力が得られるが、領
域（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）の合金については、
保磁力ｉＨｃは１ｋＯｅ以下と小さなものである。これ
は、領域（ｂ）　、　（ｅ）　、　（ｄ）の合金では、
平衡相として、Ｎ　ｄ　２Ｆ　ｅ　ｌ　４　Ｂ相に加え
、磁気的に軟質なα−Ｆｅやｌ’Ｊｄ２Ｆｅ１ｙが共存
するため、これらが逆磁区の発生場所となり、磁化反転
を容易にして保磁力を低下させるなめであると思われる
。領域（ａ）では、共存平衡相がＮｄ相やＮｄＦｅｎＢ
４相であり、これらは非磁性であるため、逆磁区の芽に
はならず、したがって保磁力が高いものと思われ、この
上に異方性磁場をさらに高めてやれば、領域（ａ）のき
金で＠扮磁石化の可能性がある。そこで、領域（、）の
合金について、Ｎｄの一部を異方性磁場の大きなりｙ＋
Ｔｂに置換し、微粉化による保磁力の増加を検討し、そ
の磁粉を用いたボンド磁石の特性評価を行った。

第３図は、組成が（１５−Ｘ）％Ｎｄ　　ｘ％Ｄｙ　　
７７％Ｆｅ−８％Ｂで示されるＤｙ置換合金の粗粉（粒
径７０μ輪以下で平均粒径５０Ｌ１ｍ）について、ボー
ルミルによる粉砕時間と保磁力との関係を示す。

図から分かるように、Ｄｙが高１度になるほど、微粉化
によって容易に高保磁力が得られる。しかし、粒径が１
μ端以下では、加工歪等の影響で、磁粉の磁場配向性や
４πｌ−１−１曲線の角型性が悪くなる。逆に、ｆα径
が５ＯＬＬＩＩ以上の！！４合には、単結晶粒になりに
くく、やはり磁場配向性やｌｌπＩ−０曲線の角型性が
悪くなる。

このＤｙ置換合金の飽和磁束密度Ｂｓは、第４１２Ｉに
示すように、Ｄｙ濃度の増加と共に単調に低下する。従
来のサマリウム・コバルト系磁石との対比から、低コス
トで高性能の磁粉としては、保磁力１Ｈｃ＝５ｋｏｅ以
上、飽和磁束密度Ｂｓ＝９ｋＧ以上が望ましく、これら
の結果からＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のボンド磁石を得るための
Ｄｙｉ！換量は、３〜７％が好ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。

幻ＬＬＬ 組成が１０％Ｎｄ−５％Ｄｙ−７７％Ｆｅ−８％Ｂの磁
性合金をＡ「ガス雰囲気下でアーク溶解し、固化されて
得られたインゴットを窒素雰囲気下で鉄製乳鉢中にて粗
粉砕し、粒径７０μｍ以下（平均粒径５０μｍ）の粗粉
を得て、これをヘキサン溶媒と共にボールミルに入れて
、２．５時間粉砕し、平均粒径１μ鋼の微粉末を得た。

この微粉末を金型に入れて、１５ｋＯｅの磁場を加えて
配向させ、２ｔｏｎ７’ｃｍ２の圧力で成型し、１２ｍ
ｍＸＩＱ輪輪×１０Ｍ１１の成型体を作成した。その後
、該成型体にエポキシ樹脂を真空含浸させて室温で硬化
させ５ｖＡ脂ボンド磁石を得た。この樹脂ボンド磁石に
、最大２０ｋＯｅの磁場を、成型時の磁場方向（配向方
向）及びこれと垂直方向に加えて、測定した磁化４πＩ
と磁場１１との関係を第５図に示す。また、得られた磁
気特性を第１表に示す、第５図の４πＩ−０曲線より明
らかなように、配向方向とその垂直方向の間には特性に
差異があり、得られた樹脂ボンド磁石は異方的であり、
４πＩ−０曲線の角型性が良い。

Ｌ１匠１ 実施ｒＩＡ１と同様の組成か魚をボールミ、ル中で８時
間粉砕し、平均粒径０．５μ翰の微粉末を得た。

この微粉末を用いて、実施例１と同じ方法により樹脂ボ
ンド磁石を得た。第６図に、この樹脂ボンド磁石の配向
方向に磁場を加えて測定した４π■−０曲線を示す、粉
砕時間が長くなると、加工歪み等の原因により、保磁力
のｗ１端に低下した領域が現れるために、第６図の第２
象限に見られるように、磁化が一旦急に減少し、その後
、りつくつと反転する。それ故、４πＩ−０曲線の角型
性が悪くなり、保磁力１）Ｉｃ、ＩｘＨｃ（：ｋｏｅ）
、最大残留磁束密度Ｉ３　ｒ（ｋＧ　Ｅ、最大エネルギ
ー積（Ｂ　Ｈ）ｌＡａｘ（ＭＧＯｅ）等の磁気特性その
ものは、第１表に示すように、粒径１μｍのものよりも
低下している。

第１表 Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ基磁性合金について、Ｎｄの一部をＴｂ
で置換した合金や、Ｎｄの一部をＤＦとＴｂで複合置換
した合金について、実施例１と同様にしてインゴットを
溶製し、これを粒径の下限が１μ哨となるまで粉砕した
き全微粉を用いてボンド磁石を作製した。その合金組成
（原子百分率）と、合金自体の飽和磁束密度ＢｓＣｋＧ
）、及び、異方性ボンド磁石の保磁力ｉＨｃ、ｂｌ−１
ｃ（ｋｏｅ）、残留磁束密度ＢｒＣｋＧ］、最大エネル
ギー積（Ｂ　Ｈ）ｍａｘｌｌＭ　Ｇ　Ｏｅ〕を第２表に
示した。この第２表に示すように、Ｔｂはり、よりも、
保磁力を高める効果がやや高く、一方、合金の飽和磁化
の減少効果はやや大きい。

しかし、その差は小さく、第２表に示すように、Ｄｙと
Ｔｂによる復き置換でも、Ｄｙによる単独置換の場きと
ほぼ同等の磁気特性を示す。

」λｌ 前述のように、磁石として必要な特性を得るためには、
き食中に３〜７％のり、もしくはＴｂが必要である。そ
こで、組成が（６７％Ｎｄ−３３％Ｄｙ）−Ｆｅ−Ｂの
疑三元素について、磁石特性の組成依存を調べた。　Ｎ
ｃｌ（Ｄｙ）　　Ｆｅ−Ｂ系会金の三元平衡状態図とし
ては、第２図が提唱されており、これを参考にして、領
域（ａ）〜（ｄ）のそれぞれの組成範囲でき金を作製し
た。これらの合金を先の実施例と同様に、ボールミルで
・粉砕し、保磁力を測定した。念のために、これらの合
金のＸ線回折図を測定したが、全ての合金でＮｄ２Ｆｅ
、、Ｂ相が観察された。これ以外に［察された相は次の
通りである。

領域（＆）の組成１０％Ｎｄ−５％Ｄｙ−７７％Ｆｅ−
８％Ｂでは、Ｂリッチ相（Ｎ　ｄＦ　ｅ＜　Ｂ　４）と
Ｎｄリッチ相が観察された。

領域（ｂ）の組成６．７％Ｎｄ−３，３％Ｄｙ−８２％
Ｆｅ−８％Ｂでは、α−Ｆｅ相とＢリッチ相が観察され
た。

領域（ｃ）の組成６．７％Ｎｄ−３，３％Ｄｒ−８７％
Ｆｅ−３％Ｂでは、ａ−Ｆｅ相とＮｄ２Ｆｅ＋ｙ相が観
察された。

領域（ｄ）の組成１０％Ｎｄ−５％Ｄｙ−Ｂ２％Ｆｅ−
３％Ｂでは、Ｎｄ２Ｆｅ＋を相とＮｄリッチ相が１０１
察された。

したがって、このＸ線回折測定結果より、第２図の三元
平衡状態図は妥当であると考えられ１本実験で作製した
き金は、それぞれ目的とした相状態となっていることが
判明した。これらの合金の保磁力の測定結果を第７図に
示す、この図から分かるように１本発明の組成（領域（
ａ）の組成）以外のき金では、いずれも粒径１μ輪以上
の状態では、保磁力ｉ　ｆ（ｃが５ｋＯｅ未満であり、
ボンド磁石として使用することはできない、これは２強
磁性相として、主相のＮｄ＝Ｆｅ＋ｙＢ以外に、ａ　−
ＦｅやＮｄ。

Ｆｅａｔといった磁気的に款質な相が生じ、これが強磁
区の芽となるためであると考えられる。

なお、第３表に先の実施例と合Ａ）せて比較例の合金を
平均粒径１μ端に粉砕したもので、異方性ボンド磁石を
作製し、その特性を求めた結果を示した。この表から分
かるように、特許請求の範囲に記載された条件の下では
、いずれも保磁力ｉ　Ｈｃが５ｋＯｅ以上で、最大エネ
ルギーＭ　（Ｂ　Ｈ）＋ｓａｘが６　Ｍ　Ｇ　Ｏｅ以上
となっている。

（以下余白） （発明の効果） 本発明は上述のような組成及び粒径の希土類・鉄・ホウ
素系合金の微粉末を用いたことにより、従来のサマリウ
ム・コバルト系ボンド磁石とほぼ同等の磁気特性を得る
ことができ、高性能で加工性の優れた永久磁石を安価に
提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の永久磁石に用いる磁性合金の三元平衡
状態を示す図、第２図は従来の焼結磁石の粉砕時におけ
る粒子径と保磁力との関係を示す図、第３図は本発明の
永久磁石に用いる磁性合金の粉砕時間と保磁力との関係
を示す図、第４図は同上の磁性合金の置換濃度と飽和磁
束密度との関係を示す図５第５図は本発明の第１実施例
の磁気特性を示す図、第６図は本発明との対比のために
示した比較例の磁気特性を示す図、第７図は本発明とそ
の比較例に用いる磁性合金の粉砕時間と保磁力との関係
を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子百分率で１２乃至２０％のＮｄ、Ｄｙ及びＴ
   ｂ（但し、ＤｙとＴｂとの合計は３乃至７％）、６５乃
   至８１％のＦｅ、及び、６乃至１５％のＢを主成分とし
   、組成式がＲ＿２Ｆｅ＿１＿４Ｂ（但し、Ｒは希土類元
   素）で表される正方晶化合物を主相とし、平均粒径１乃
   至５０μｍで前記主相が単結晶状態にある磁性合金微粉
   末と、体積構成比で５０％以下のバインダーとから成る
   ことを特徴とする永久磁石。