JPS6367323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、希土類金属のSm、遷移金属（TM）
のFe、Cu、Co、Znが２種以上で構成されたSm₂
（Co Cu Fe Zr）₁₇型永久磁石合金の製造方法に係
るものである。 従来Sm₂（Co Cu Fe Zr）₁₇型永久磁石の製造方
法としては、例えば(1)一般式Sm（Co_balCu_0.12Fe_0.2
Zr_0.02）_7.0で表わされる金属間化合物を粉砕して、
粒度2μm〜10μmに粒度調整し、この粉末を磁場
中で所望形状に成形した後焼結する方法が行われ
ている。焼結法では、磁石の磁気特性は（BH）
max22〜30MGOeと大変高い磁気性能が得られ
ている。しかしSm₂Co₁₇型合金は希土類元素
（Sm）量は、磁石特性に大きい影響力があるとい
われている。すなわち所望の磁気特性を得る条件
としてＲ（TM）ｚのＺの範囲は非常に狭い範囲
であることが知られている。例えばＲ＝Smの場
合、概算±0.5％重量の変位は、Ｚが１も変位す
ることになり少くとも±0.3重量％の範囲に入ら
なければならない。しかし希土類元素は活性であ
り、その蒸気圧も高いので磁石化工程で、組成変
動が大きく所望の磁気性能を安定して維持出来な
い。すなわち溶解によるSm元素の蒸発、粉末化
工程における酸化、焼結、溶体化熱処理（以下
SSTと呼称）、時効処理（以下AGEと呼称）、に
よるSm元素の蒸発、及び酸化を生じ易い。又焼
結磁石は、硬く脆いため機械加工、あるいは取り
扱い上欠け、割れを生じ易い欠点があつた。一方
RTM₅合金、例えばSmCo₅合金を微粉砕して樹
脂結合した永久磁石材料も知られているが、最大
磁気エネルギー積は、５〜10MGOeと低いもの
である。 さらに、Sm₂Co₁₇型永久磁石の磁気性能の一番
の決め手である酸化防止に多大な工程技術管理が
要求される。粉末法による焼結磁石は、焼結温度
1150℃〜1200℃で不活性雰囲気中又は還元性ガス
中で焼結を行なうが、この際粉末表面は空気中の
酸素および水蒸気を吸着し易く、これらによりど
うしても酸化を生じ易い欠点があつた。 この発明は、上述した従来方法の欠点を改善し
たもので希土類元素の酸化、蒸発による変動を押
え所定組成を容易に得られる製造方法を提供する
ことを目的とするものである。 さらに他の目的は、従来Sm₂Co₁₇型焼結磁石で
は得られなかつた、高鉄系組成で高い保磁力を得
ることにある。 以下本発明を工程に従つて順次詳細に説明す
る。本発明における磁性合金は、いずれも重量比
でSmが22％を越え26％以下、Feが16％を越え30
％以下、Cuが５〜10％、Zrが1.5〜3.5％、残部が
実質的にCoからなるSm₂Co₁₇型磁性合金である。 まず上記組成の合金をアルゴンガス中で高周波
溶解してインゴツトに鋳造する。この場合、鋳型
の構造材質は金型とし、冷却速度をコントロール
しながら、柱状晶を現出させることにより、4πIs
（飽和磁化）及びiHc（保磁力）を高められる。更
に該合金インゴツトをアルゴンガスなどの非酸化
性雰囲気中で1100℃〜1220℃に加熱して１時間〜
24時間熱処理を行ない、室温まで冷却する。この
時の冷却速度は、10〜100℃／分に調整すること
により、大きな保磁力が得られる。次に室温まで
冷却した磁性合金を500〜900℃に加熱して、時効
処理を行ない、磁気的硬化をさせる。前記２種類
の熱処理を、磁性合金インゴツトのまま、すなわ
ち塊状で行なうので、合金組成の変動を極めて少
なく出来る利点がある。磁性合金の表面積は、イ
ンゴツト塊状のまま熱処理を行なうので、大変小
さく出来る。その結果、当然磁性合金の表面酸化
を著るしく減少出来る利点を有する、溶体化で均
一相を続いて時効によつて、析出硬化を促進さ
せ、磁気的に硬化するものと考えられる。次に熱
処理したインゴツトを、ジヨークラツシヤー、ト
ツプミルなどを用いて粗粉砕する。この時の粒度
は−30メツシユとかなり粗粒子粉末である。該粗
粒子粉末を、ボールミル、ジエツトミル、などの
機械装置を用いて、微粉砕を行なう。この場合磁
石の保磁力は熱処理により、形成された合金中の
微細構造組織に起因するため、これが破壊されな
い程度に粉砕する。粉末の粒度は、3μm〜85μm
に粉砕することが望ましい。なお粒径が3μ以下
になると、微細組織が破壊されるため、飽和磁化
および保磁力が減小し易いので3μ以上とした。
又85μmを越えると保磁力、及び飽和磁化が減小
する問題がある。さらに粉末の充填率及び磁場中
配向性の低下を来たし易い。従つて好ましくは、
平均粒度10〜15μmで、粒度3μm〜50μmの磁性粉
末粒子が良い。このようにして得られた微粉状粒
子に有機物バインダーあるいは融点が400℃以下
のメタルバインダーを添加して、混合した後、非
磁性材料からなる金型内に充填し、12〜30KGの
磁場をかけて、粒子を磁場配向させながら１〜
7ton／cm²の圧力で加圧成形して所望形状に圧粉成
形し、焼成して永久磁石を製造せんとするもので
ある。ここで有機物バインダーは、熱硬化性、熱
可塑性のいずれでも良く好ましくは、エポキシ樹
脂、EVA樹脂、フエノール系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂などがあり、その量は、0.5％（重量比）
〜10％である。有機物バインダーの好ましい量
は、重量比で１％〜５％でこの場合、加圧成形に
おける、磁性粉末の充填率が60％以上となり、密
度ρ＝5.0以上を得られる。 又メタルバインダーは、Sn、Pb、In、Bi、
Cd、Tlなどの低融点金属及びその合金でM.P（融
点）が概ね、400℃以下のものを用いる。メタル
バインダーの効果は、永久磁石の機械的な強度、
靭性及び磁気特性の中の温度特性を改良すること
が出来る。 なお本発明において、希土類金属のSmを前記
組成に限定した理由は、22％以下では、Sm₂Co₁₇
型結晶からずれて、Fe―Co相があらわれ、保磁
力が低下するためであり、26％をこえると、
RTM₅相が多くなり、飽和磁化（4πIs）が6000G
以下に低下し、最大エネルギー積が5.0MGOe以
下になるからである。なお希土類金属は１種に限
らず２種以上複合しても同様の効果を得られる。
Cuは５％未満では、保磁力の増大が認められず、
10％をこえると、4πIsが低下するからである。又
Zrは1.5％未満では、保磁力の改善効果がなく3.5
％をこえると、4πIsが低下する。さらにFeは16
％以下では4πIs8000G以上が得られず、30％をこ
えると、保磁力が低下するからである。 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 １ 組成式がSm（Co_0.9−vCu_0.08FevZr_0.02）_8.35の組
成になる原料を秤量し、各１Kgを高周波溶解炉を
用いて、Arガス雰囲気中で溶解し、金型に鋳込
んだ。金型の冷却速度は、600℃まで500〜700
℃／分で行つたが、その結果インゴツト全体の90
％以上柱状晶であつた。 次に得られたインゴツト７種類（Ｖ（Fe）＝
0.22、0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34）各100gを以
下の条件で熱処理を行なつた。 溶体化処理：1150℃×10時間（Arガス雰囲気
中）冷却速度：50〜100℃／分で
冷却 時効処理 ：800℃×24時間（Arガス雰囲気
中）冷却速度：30〜80℃／分で冷
却 熱処理上りのインゴツト表面は、金属光沢を呈
し、ほとんど酸化は認められなかつた。本発明法
の特徴は、磁性合金を塊状のまま行うので、表面
酸化及びSmの蒸発等の問題が防止出来る利点が
ある。従つてインゴツトの組成がそのまま永久磁
石完成品まで維持出来るので、性能のバラツキが
小さくなる。次にこの合金をボールミルを用い
て、ダイフロン中で湿式粉砕し、平均粒径13μm
で且つ、3μm〜50μmの分布の微粉末を得た。こ
の微粉状粒子を液状で粘度1000CPSのエポキシ樹
脂を２重量％加えて乳鉢中で混和した。なおボー
ルミル上りの粉末は、常温で真空中乾燥を行なつ
てある。エポキシ樹脂と混和した微粉状粒子を、
第１図に示す磁場プレス中で加圧成形した。 １は励磁コイル、２は純鉄製のボールピースで
この間に15KGの磁場を発生させた。５は非磁性
材のステライト、３，４も同材質の上パンチ、下
パンチである。３と４の間に、前記エポキシ樹脂
と混和した粉末8gを装入し、印加磁場15KG中で
７，８から油圧を加え、磁場方向と加圧方向を直
角にして成形した。この時の加圧力は2.5ton／cm²
であつた。次に磁場中成形したままの状態で成形
型を別設の油圧プレスで、一軸方向に5ton／cm²加
え成形し、型より抜き出した。この時の試料形状
は第２図に示した角柱状試料である。続いて、
150℃×１時間オーブン中で焼成した成形体の形
状寸法は、ａ＝８m/m、ｂ＝14m/m、ｈ＝7.9±
0.1m/mで矢印方向が異方性の方向である。 第３図及び第４図は本実施例におけるSm
（Co_0.9−vCu_0.08、Fev Zr_0.02）_8.35合金のｖ（Fe）の
変化と4πIs、iHcの関係を示す。4πIs（飽和磁化）
は、Feの量がモル比0.24以上（重量比で16％以
上）多くなるに従い増加することがわかつた。一
方永久磁石として必要な保磁力はｖ＝0.34（重量
比でｖ＝24％）でもiHcは８〜15KOeと大変高い
値が得られた。第３図、第４図の中で○・印は比較
例のｖ＝0.22における性能を示す。このように従
来法に比べｖ＝0.24以上の高鉄組成系でも、永久
磁石材料として有望なことがわかつた。これは、
本発明法がインゴツト状態で、磁気的硬化のため
の熱処理を行なうことによつて、酸化、Smの蒸
発など組成変動を極力防止出来たためである。そ
して、時効処理における複雑な析出を、インゴツ
トの柱状組織と併せてコントロールし易くなつた
ためと考えられる。 実施例 ２ 実施例１で得た本発明合金と比較例合金２種を
用いて、磁石材料製造方法のうち、含浸法により
つくつた試料でＢ―Ｈカーブと4πI―Ｈカーブを
調べた。先ず実施例１と同様の熱処理工程、微粉
砕工程を経て、磁性粉末をつくつた。ここで用い
た磁石材料の組成は以下の通りである。 本発明法…Sm（Co_0.6Cu_0.08Fe_0.3Zr_0.02）_8.35 比較例…Sm（Co_0.68Cu_0.08Fe_0.22Zr_0.02）_8.35 この粉末20gにオレイン酸を0.2重量％添加、乳
鉢中で混和し、第１図に示した磁場成形装置で加
圧成形した。この成形体は第２図に示したブロツ
ク形状のもので、これを粘度100CPSの一液型エ
ポキシ樹脂液中に浸漬し、両者とも真空脱気を行
なつた。真空度は10^-2Torrに約３時間保持した
後、大気圧に戻して成形体を液中より取り出し、
エタノールで洗浄し、恒温槽に移し温度150℃×
1.5時間保持して、十分に焼成後室温まで冷却す
る。この試料を自記磁束計で測定したところ下記
の特性が得られた。 本発明法4πIs―9300（Ｇ） Br―9200（Ｇ） bHc―7200（Oe） iHc―11500（Oe） （BH）max―18.5MGOe ρ（ｇ／c.c.）―7.23 比較例4πIs―8400（Ｇ） Br―8.350（Ｇ） bHc―6400（Oe） iHc―9250（Oe） （BH）max―15.3MGOe ρ（ｇ／c.c.）―7.21 第５図は、Ｂ―Ｈ及び4πI―Ｈカーブを示した
ものであるが、図中１１，１２が本発明法、１
３，１４が比較例である。このように高鉄に組成
をずらすことによつて、4πIsを高め、且つiHcを
10KOe以上にも増加出来た。又従来法のSm₂Co₁₇
型の焼結磁石では、本発明法のような高鉄（ｖ＝
0.24以上）、高Ｚ（ｚ＝7.5以上）組成でこのよう
にすぐれた磁気性能は全く得られていない。本発
明法は、合金のまま熱処理し必要な磁気的硬化を
行なうので、酸化、組成変動が極めて小さいこと
が、性能向上の主因と考えられる。 実施例 ３ 実施例１で得られたSm（Co_0.58Cu_0.08Fe_0.32
Zr_0.02）_8.35磁性合金粉末にメタルバインダーを混
合し、第１図に示した磁場成形装置で加圧成形
し、第２図と同じブロツクをつくつた。以下に製
造条件と特性を示す。

【表】 比較例はSm（Co_0.68Cu_0.08Fe_0.22Zr_0.02）_8.35合金で
実施例１で用いた磁性粉末と同じものである。 本実施例は、バインダーに融点が400℃以下の
金属又は合金を用いたが、有機物樹脂バインダー
の性能と同等の結果が得られた。 実施例 ４ 実施例１、２、３で得られた磁石材料を用いて
機械的性質を調べた。第２表に結果を示す。

【表】 本実施例の磁性合金の組成は、Sm（Co_0.60
Cu_0.08Fe_0.3Zr_0.02）_8.35で、製造条件は実施例１〜３
と同一である。なお比較例のSmCo₅合金は、こ
の組成になるよう秤量し50gをArアーク溶解炉中
で溶解しインゴツトを得た。これをジエツトミル
法で粒度２〜5μmの粉末をつくり、第１図に示す
磁場成形装置で加圧成形した。この成形体をAr
ガス雰囲気中で焼結しSmCo₅磁石を得た。本発
明方法によれば、抗張力、耐衝撃性が改善され、
従来の焼結磁石の硬質で脆弱な機械的性質は、全
く解消出来た。従つて、時計用の小型ローター磁
石、腕時計用ステツプモーター用磁石、時計用電
磁ブザー、マイクロスピーカー、コアーレスモー
ターなど、精密機器への応用が拡大出来る。これ
らは、大量生産、低コスト及び高性能化が要求さ
れるが、十分応えられる素質の永久磁石材料であ
る。 実施例 ５ 実施例１で得られたSm（Co_0.6Cu_0.08Fe_0.3Zr_0.02）
_8.35組成合金を用い熱処理及び磁性粉末の製造ま
で同じものを用いた。比較例は、実施例４で得ら
れたSmCo₅合金を用いた。 第６図は、希土類永久磁石の加工工程を示す。
１５は比較例のSmCo₅焼結磁石の加工例である。
比較例は、焼結磁石ブロツクを切断、次に角柱状
に切断し、これをφ1.8m/mの柱状に円筒研削装
置で加工し、続いて厚さ（ｔ）＝0.6m/mのデイ
スク状に切断後円板の中心部にφ0.45m/mの穴を
明ける。穴明け加工は、放電加工法で行なつた。
さらに該中心穴の内面研摩加工を行なつた。こう
して最後にパルス着磁機で径方向に２極着磁を行
なつて、水晶腕時計用ステツプモーター用ロータ
ー磁石をつくつた。第６図１６は本発明法でつく
られた水晶腕時計用ステツプモーター用ローター
磁石の加工工程を示す。図からもわかるように、
極めて小型精密のローター磁石が１回の成形工程
で形状をつくり込める利点を有する。又ローター
磁石の中心に穴を明けることは、加工方法に限定
され、ほとんど電気化学加工（放電加工、電子ビ
ーム加工、超音波加工、レーザービーム加工）の
ような方法がとられる。従つて加工速度が遅く、
精度も悪く且つ穴内面は、溶解変質層を生じる欠
点があつた。本発明法によればこのような欠点が
全く解消出来た。第７図は本発明法におけるロー
ター磁石の成形方法で、１は上パンチ、２は下パ
ンチ３は外型（ダイ）で非磁性超硬で作られてい
る。バインダーを混和した磁性粉末を下パンチ１
８の空間部分２０に充填し、次に上パンチ１７を
下に移動させ１９の外型（ダイ）にわずか接触さ
せた状態で外周方向から磁場約15KGを加えて、
磁場配向を行つた後、パンチ１７を下に移動させ
加圧する。この時の加圧力は、50Kg／mm²で一軸加
圧を行つた。 次に加圧状態で反転磁場を加え、ローター磁石
成形体を脱磁する。続いて上パンチ１７を上に移
動させ、次に下パンチ１８と成形体を共に移動さ
せ、外型１８より抜き出したローター磁石２１を
別設のオーブン中で150℃×0.5時間加熱焼成し
た。 加熱焼成による寸法、形状の変化量は極めて小
さく、公差の範囲内という精度であつた。ちなみ
にローター磁石の寸法は、φ1.8^±0.03×φ0.45^0.015×
0.6^±0.02m/mである。 第２表は本実施例で得た前記ローター磁石のコ
スト及び原料の高価な希土類金属間化合物磁石の
原料歩留りを示す。ここでコストは従来法の
SmCo₅焼結磁石を100とした時の本発明法のロー
ター磁石コストを比較した。第２表からもわかる
ように、本発明法は、加工工程の単純化による工
数低減による低コスト化及び原料のムダが極めて
少ないため歩留りが大巾に向上出来る利点があ
る。

【表】 以上詳述したように、本発明方法によれば、低
コスト、高性能で且つ大量生産の可能な永久磁石
材料を提供出来る、工業上極めて有益なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法における磁場成形装置の概
略図。 １…コイル、２…ボールピース（純鉄）、３…
成形型上パンチ（ステライト）、４…成形型下パ
ンチ（ステライト）、５…成形型外型（ステライ
ト）、６…磁性合金粉末、７，８…プレス加圧台 第２図は本発明法における第１図磁場成形装置
で得られた永久磁石成形体。矢印は異方性の方向
を示す。第３図、第４図は本発明方法におけるＶ
（Fe）の変化量と4πIs及びiHcの相関図。第５図
は、本発明法、実施例２で得られた永久磁石材料
のＢ―Ｈ及び4πI―Ｈカーブを示す。 １１…本発明法永久磁石材料のＢ―Ｈカーブ、
１２…本発明法永久磁石材料の4πI―Ｈカーブ、
１３…比較例（従来法）永久磁石材料のＢ―Ｈカ
ーブ、１４…比較例（従来法）永久磁石材料の
4πI―Ｈカーブ、 第６図の１５は比較例のSmCo₅₇焼結型磁石を
用いて水晶腕時計用ステツプモーター用ローター
磁石の加工工程を示す。第６図１６は、本発明方
法を用いた水晶腕時計用ステツプモーター用ロー
ター磁石の加工工程を示す。第７図は本発明方法
実施例５における、水晶腕時計用ステツプモータ
ー用ローター磁石の型成形工程を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ いずれも重要比で希土類金属のSm（サマリウ
   ム）が22％を越え26％以下、Fe（鉄）が16％を越
   え30％以下、Cu（銅）が５〜10％、Zr（ジルコニ
   ウム）が1.5〜3.5％、残部が実質的にCo（コバル
   ト）からなるSm₂Co₁₇型永久磁石合金を溶解、鋳
   造して得られるインゴツトを塊状のまま熱処理し
   て磁気的に硬化させた後、該インゴツトを粉砕
   し、バインダーを混合して成形することを特徴と
   する永久磁石材料の製造方法。