JPS648445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、析出型の希土類永久磁石に関する。 本発明の希土類永久磁石の製造方法を第１図に
示す。この磁石の磁気性能は、合金組成、熱処
理、粉末の粒度ならびに形状、バインダーの種
類、成形法などにより左右されることが以前から
知られていたが、今回新たに鋳造インゴツトのマ
クロ組成により、磁気性能が大きく変化すること
を見出した。 一般に溶融金属が、るつぼから鋳型に注入され
ると、鋳壁から凝固が開始する。これは、固体異
物質と接触したエンブリオ（晶芽）は、接触しな
いで融液中に漂つているものに比べて、安定核生
成に対するエネルギー障壁が小さくなるからと説
明されている。鋳壁に生成した結晶は、隣の結晶
と相互に競争しつつ溶湯中に成長する。第３図に
示すような、鋳塊最外層の結晶の競争成長領域を
チル晶帯と呼んでいる。結晶は成長速度に異方性
があるため、最大成長速度をもつ方向が熱流の方
向に平行であるような結晶が、隣接の結晶成長を
抑えて優先的に成長する。結晶の成長中、優先方
位が熱流に近い程長く生き残り、他の結晶は淘汰
される結果、結晶の数は鋳塊内部にゆくに従つて
少くなり、柱状晶帯が形成される。条件が整えば
柱状晶帯がぶつかり合い凝固は完了するが、通常
第３図に示すように、柱状晶の内部に等軸晶が生
成する。当軸晶の生因については、以前はよく知
られていなかつたが、現在では鋳壁とか冷却され
た湯面で形成された結晶が遊離して自由晶とな
り、この自由晶が等軸晶体を形成することが明ら
かになつている（Ａ、Ohno、T.Motegi and H.
Soda：Trans.ISIJ.11（1971）18）。 Sm−Co−Cuの３元系合金を使用した磁石は、
析出硬化型、あるいは２相分離型磁石と呼ばれ
る。これは、マトリツクス中に異相を析出させ
て、磁気硬化させるためである。本合金では前述
したように、チル晶帯、柱状晶帯そして等軸晶帯
のうちで柱状晶帯が磁石にするのに最もすぐれて
いることが明らかになつた。チル晶も等軸チル晶
と柱状チル晶では、柱状チル晶の方がすぐれてい
る。今、例を樹脂結合型希土類コバルト磁石にと
つて説明する。この磁石は第１図に示すような方
法で磁石合金を磁石にする。製法を全く同じにし
て、等軸晶合金と柱状晶合金をしてチル晶合金を
磁石にしてみると、柱状晶合金が、飽和磁化
4πIs、保磁力iHc、bHcあるいはヒステリシスル
ープの角形性にと、全ての性能にわたつてすぐれ
ていることがわかつた。逆に、等軸晶合金は性能
的に一番劣つている。柱状チル晶合金からは、こ
れらのものの中間の値の磁石ができる。 これは、柱状晶組織が、該合金を熱処理（溶体
化処理および時効処理）する時に有効に作用する
ためであると考えられる。すなわち、柱状晶によ
つてマトリツクス中に析出する異相の析出物の分
布の均一化を促進するものと考えられ、そのため
にヒステリシスの角形性がよくなる。また同時に
析出物の結晶構造、形態もiHcを高める方向に形
成する作用も及ぼすものと考えられ、そのため
iHcも向上する。 このため、本合金を鋳壁近傍のチル晶体は柱状
チル晶にして、他の部分は柱状晶にする製造法が
よい磁石を得るために大切である。チル晶帯は合
金全体では量が少いので、製造上最も大切なこと
は、等軸晶帯を防ぎ柱状晶帯の比率を大きくする
ことにあるのである。また、組成的には柱状晶化
によつて最も効果が期待されるのは、いずれも重
量比でSmの含有量が21〜28％、Cuが4.5〜10％、
残部がCoからなる組成である。Smが21％未満お
よび28％を越えると、Sm₂Co₁₇型とは異なる相が
出て性能が著しく低下し、またCuが4.5％未満で
は保磁力が低く、10％を越えると飽和磁化が著し
く低下する。 以下、実施例にしたがい、柱状晶の効果を説明
してゆく。 実施例 １ 溶解後の合金インゴツトの組成がSm23.3％、
Cu6.8％、Co残部になるように１Kg秤量しAr（ア
ルゴン）ガス中で高周波溶解し、第２図に示す鋳
型に鋳造した。第２図において１はS45C材で
φ100×φ60×40hmmの円柱状で、２は高アルミナ
質の耐火物とし、１の鋳壁から冷却した。なお本
発明は注湯温度を1500℃、また従来法は1450℃で
ある。この合金の縦断面のマクロ組織を第３図
（本発明法）、第４図（従来法）に示す。第３図４
は柱状晶＋チル晶、５はインゴツトの中央部にあ
る等軸晶で、４の柱状晶＋チル晶が全体の60％以
上存在することが確認された。一方従来法の第４
図は７のチル晶＋柱状晶が少なく、８の等軸晶が
かなり多く存在している。 次にこの合金２種を第１図に示した磁石製造方
法で永久磁石を作つた。本法のポイントは、溶体
化処理は1180℃×６時間Arガス中で行い、急冷
した後磁気硬化のための時効（析出）処理を800
℃×５時間、720℃×10時間の２段処理を行なつ
た。この時の冷却は、50℃〜100℃／分であつた。 続いて、非酸化雰囲気中でボールミル法で粉砕
し粒度5μｍ〜40μｍの粉末を作り、この粉末に一
液性エポキシ樹脂2.0％（以下重量比）を加え混
練し、磁場強度15KG、加圧力2ton／cm²で成形し
た。試料の形状は、φ12×10tmmの円柱状である。
バインダーのキユアーは135℃×２時間加熱焼成
し、固化させた。こうして得た永久磁石の磁気特
性を第１表に示す。

【表】 磁気特性Br、bHc、（BH）max、iHcはもち
ろん、Ｂ−Ｈカーブにおける角型性を示すHK
（0.9×Brを示す4πI値が得られる反磁場Ｈの値）
でも本発明法に係る柱状晶化を進めた合金が磁気
性能は従来法よりすぐれることがわかつた。 本発明法における合金インゴツトの柱状晶化の
程度は、多ければ多い程磁気特性は改善出来るこ
とがわかつているが、大略30％以上は欲しい。 実施例 ２ Sm23.1％、Co残部、Cu4％〜11％の合金を実
施例１と同様方法で作り、組成との関係を調べ
た。なお永久磁石の製造方法も前記と同一内容
で、樹脂結合型磁石である。Cuの比率と4πIs、
及びiHcの関係は第５図に示したように、４％付
近ではiHcが小さく、且つ10％を越えると、4πIs
の低下を生じる。本実施例と比較のため、従来法
の等軸晶が大部分の合金で組成がSm23.1％、Cu8
％、Co残の合金と比較してみた。従来合金も、
実施例１と同様の方法で永久磁石としたものであ
る。4πIsは7900(G)、iHc4050（Oe）と低く永久磁
石として実用は出来ないものであつた。このよう
に柱状晶化を進めれば、組成を選択する巾も拡が
ることが確認された。又Sm−Co−Cu系の
Sm₂Co₁₇型でも十分高い保磁力を得ることも出来
た。従来Sm₂Co₁₇型磁石は、保磁力を高めるため
Ta、Ti、Zr、Hfなどを添加していたが、このた
め4πIsは添加量と単純希釈にはならず、大巾に
4πIsが低下するため極力少なくすることが望まれ
ていた。本発明方法は、このような欠点も除去で
きることが判明した。又バインダーは一液型エポ
キシ樹脂以外、アクリル、ポリエステル、ゴム、
エチレーンビニルエステル共重合体、フエノール
レジン、ポリプタジエンなどのポリマーおよび共
晶低融点合金、例えば60％Sn＋40％Pbあるいは
低融点金属、例えばPb、Sn、In、Biなどが利用
される。 以上詳記したように、本発明はSm₂Co₁₇樹脂又
はメタル結合型磁石の高性能化をはかる当業界に
とつて、その有効利用例えば時計用ステツプモー
ター、マイクロスピーカー、小型精密モーター、
ステツパーモーター、磁気センサー、等へ実用出
来るなど、その工業的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における磁石の製造工程を示す
フローチヤート。第２図は本発明で用いた鋳造型
の縦断面図。第３図は本発明合金インゴツトのマ
クロ組織、第４図は従来法合金インゴツトの断面
図、第５図は本発明におけるCu％と4πIs、iHcの
相関を示す図 １……S45C材で作られた円柱でφ100×φ60×
40hmm、２……高アルミナ質耐火材、３……鋳型
の鋳壁、４……柱状チル晶＋柱状晶、５……等軸
晶、６……鋳型、７……チル晶＋柱状晶、８……
等軸晶。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Sm₂Co₁₇型結晶を主体とする合金の粉末にバ
   インダーを混練して成形してなる希土類永久磁石
   において、前記合金としていずれも重量比でSm
   が21〜28％、Cuが4.5〜10％、残部がCoからな
   り、かつマクロ組織が主に柱状晶組織である合金
   を使用したことを特徴とする希土類永久磁石。