JP2001313206A

JP2001313206A - Ｒ−ｔ−ｎ系異方性磁粉およびその製造方法ならびにｒ−ｔ−ｎ系異方性ボンド磁石

Info

Publication number: JP2001313206A
Application number: JP2000129784A
Authority: JP
Inventors: Mikio Shindo; 幹夫新藤; Katsunori Iwasaki; 克典岩崎; Masahiro Tobise; 飛世　　正博
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気特性の耐熱性が優れており、かつ高い(B
H)max、さらには良好な着磁性を有するＲ−Ｔ−Ｎ系異
方性磁粉、製造方法およびＲ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁
石を提供する。【解決手段】主要成分組成が、重量百分率で、Ｒ（Ｒ
はＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、Ｓｍを
必ず含む）20〜30％、Ｎ2.5〜3.5％、残部Ｔ（ＴはＦｅ
またはＦｅとＣｏである）および不可避的不純物からな
る、平均粒径が５〜300μｍのＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉
であって、前記Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉は微細な２−17
型硬質磁性相の再結晶粒の集合体から実質的になり、平
均再結晶粒径が0.02〜５μｍでありかつ再結晶粒径が５
μｍ以下の再結晶粒の面積比率が90％以上であることを
特徴とするＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改良されたＲ−Ｔ
−Ｎ系異方性磁粉（ＲはＹを含む希土類元素の少なくと
も１種でありＳｍを必ず含み、ＴはＦｅまたはＦｅとＣ
ｏである）およびその製造方法に関する。また本発明
は、前記Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉およびバインダーから
なる高性能のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】希土類元素（Ｒ）、Ｆｅおよび窒素から
なるＲ−Ｔ−Ｎ系永久磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石
に匹敵する高い磁気特性を有するが、約700℃超の温度
域で熱分解するので焼結磁石としての実用化が困難であ
る。このため、近年ボンド磁石への実用化が進められて
いる。Ｒ−Ｔ−Ｎ系ボンド磁石はＳｒフェライト異方性
焼結磁石に比べてボンド磁石特有の形状自由度および加
工性に優れ、かつ高い磁気特性を有することから、今後
各種磁石応用製品分野へ採用されていくものと期待され
ている。

【０００３】従来のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性ボンド磁石
は、例えば特許第2739860号公報に記載されるように、
窒化したＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金を平均粒径で約２μｍの
単磁区微粒子に微粉砕し、次いで前記微粉とバインダー
とを混練してコンパウンドとし、次いでコンパウンドを
磁場中で圧縮または射出成形して異方性化したものであ
る。しかし、この異方性ボンド磁石に配合されるＳｍ−
Ｆｅ−Ｎ系磁粉が平均粒径で約２μｍの微粉粒子である
ため、急激に酸化されて磁気特性が大きく低下する他、
異方性ボンド磁石中への磁粉の充填性が低下し成形体密
度の顕著な低下を招き、最大エネルギー(BH)maxの向上
が困難であるという問題を有している。

【０００４】特開平４−260302号公報には、Ｓｍを５〜
15原子％、Ｍ（ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｎ、ＰｂおよびＳ
ｉの少なくとも１種である）を10原子％以下、Ｎを0.5
〜15原子％および残部がＦｅまたはＦｅおよびＣｏであ
り、複数の結晶粒を含み、平均結晶粒径が１μｍ以下の
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉が開示されている。また、
特開平８−37122号公報には、Ｒ（ＲはＹを含む希土類
元素の少なくとも１種でかつＳｍを50％以上含有）10〜
12at％、Ｔ（ＴはＦｅあるいはＦｅの一部を50at％以下
のＣｏで置換）80〜90at％、Ｍ（ＭはＡｌ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，ＴａおよびＷの少なくとも1種）10at％以下からな
る鋳塊を溶体化処理後、平均粒度が20μｍ〜10ｍｍの少
なくとも80vol.％以上がＴｈ_２Ｚｎ_１７型構造を有する
化合物からなる粗粉砕粉となした後、前記粗粉砕粉を1.
0×10^４〜1.0×^６Pa（0.1〜10atm）のＨ_２ガスまたはそ
れに等しいＨ_２分圧を有する不活性ガス（Ｎ_２ガスを除
く、但し全圧力は1.0×^６Pa（10atm）以下）中で、750
〜900℃に30分〜８時間加熱保持し、さらにＨ _２分圧1.3
Pa（１×10^−２Torr）以下にて750〜900℃に30分〜８時
間加熱保持する脱Ｈ_２処理を行い、次いで冷却して平均
結晶粒径が0.05〜３μｍであり、かつ個々の粉末を形成
する微細結晶の方位が一定の方向にそろった集合組織を
有する粉体となし、次に前記粉体をＮ_２圧力５×10^４〜
1.0×10^８Pa （0.5〜1000atm）のＮ_２ガス中で300〜650
℃に30分〜50時間保持し、Ｒ８〜10at％、Ｔ65〜82at
％、Ｍ10at％以下、Ｎ８〜15at％を含有し、Ｔｈ_２Ｚｎ
_１７型構造を有する合金粉末を得た後、３〜500μｍに
粉砕、整粒し、次いで樹脂を混合して磁場中で成形す
る、Ｒ−Ｔ−Ｍ−Ｎ系異方性ボンド磁石を製造する方法
が開示されている。しかし、特開平４−260302号公報お
よび特開平８−37122号公報のいずれにも、本発明の製
造方法の特徴である脱水素・再結合反応処理時の真空度
（水素分圧）をｙ（Ｐａ）、脱水素時間をｘ（秒）とし
たとき、ｘが60〜1000秒のときにｙ＝Ａｘ^ｚ（ただし−
0.5≦ｚ≦−0.01であり、Ａは脱水素条件により決定さ
れる定数である）で表される指数関数の条件下で脱水素
・再結合反応処理を行う旨の開示はない。また、この脱
水素条件を採用した場合に最終的に得られるＲ−Ｔ-Ｎ
系異方性磁粉が実質的に２−17型の硬質磁性相のシャー
プな粒径分布を有する微結晶粒からなり、同時に角形
（Hk）および最大エネルギー積(BH)maxを顕著に向上で
きる旨の開示はなく、示唆も認められない。

【０００５】次に、着磁性は実用に供するＳｍ−Ｆｅ−
Ｎ系異方性ボンド磁石において極めて重要な特性であ
る。通常、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性ボンド磁石の着磁磁
場強度は着磁電源等の制限から室温の1989.5kA/m（25k
Ｏｅ）以下に制限される場合がほとんどであるので、本
発明では着磁性を、室温の1989.5kA/m （25kＯｅ）で着
磁した場合の最大エネルギー積(BH)maxで評価した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は、従来の平均粒径が５μｍ未満のＳｍ−Ｆｅ
−Ｎ系異方性磁粉に比べて磁気特性の耐熱性が優れてお
り、かつ高い(BH)max、さらには良好な着磁性を有する
Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉およびその製造方法を提供する
ことである。また本発明の課題は、前記Ｒ−Ｔ−Ｎ系異
方性磁粉を用いた高性能のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁
石を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉は、主要成分組成が、重量
百分率で、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１
種であり、Ｓｍを必ず含む）20〜30％、Ｎ2.5〜3.5％、
残部Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏである）および不可
避的不純物からなる、平均粒径が５〜300μｍのＲ−Ｔ
−Ｎ系異方性磁粉であって、前記Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁
粉は微細な２−17型硬質磁性相の再結晶粒の集合体から
実質的になり、平均再結晶粒径が0.02〜５μｍでありか
つ再結晶粒径が５μｍ以下の再結晶粒の面積比率が90％
以上のものである。このため、従来の平均粒径が５μｍ
未満のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉に比べて磁気特性の
耐熱性が良好であり、かつ角形（Hk）および(BH)maxを
高めることができる。Hkは4πI-Ｈ減磁曲線上において
0.7Brの位置におけるＨの値であり、減磁曲線の矩形性
の尺度である。Brは残留磁束密度、Ｈは磁界の強さ、4
πIは磁化の強さである。

【０００８】本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉におい
て、主要成分組成が、重量百分率で、Ｒ（ＲはＹを含む
希土類元素の少なくとも２種であり、ＳｍおよびＬａを
必ず含み、Ｌａ含有量が0.1〜3.5％である）20〜30％、
Ｎ2.5〜3.5％、残部Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏであ
る）および不可避的不純物からなる場合に着磁性を向上
できる。本発明者らの検討により、本発明のＲ−Ｔ−Ｎ
系異方性磁粉のうち平均結晶粒径が0.02〜0.5μｍのも
のはピンニング型と判断される磁化反転機構を示すこと
がわかった。これに対し、平均粒径が２μｍ程度の２−
17型Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉の磁化反転機構はニュ
ークリエーション型である。着磁性はニュークリエーシ
ョン型に比べてピンニング型が悪い。この着磁性の悪さ
を改善するために本発明者らが鋭意検討した結果、本発
明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉に所定量のＬａを含有する
とき、平均粒径が約２μｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁
粉に相当する着磁性が得られることがわかった。ＲがＳ
ｍ、Ｌａおよび不可避的不純物からなり、重量百分率
で、（Ｓｍ＋Ｌａ）含有量が20〜30％であり、かつＬａ
含有量が0.1〜3.5％のときに、着磁性を改善することが
できる。Ｌａ含有量が0.1％未満では着磁性の改善効果
が認められず、3.5％超では角形（Hk）が逆に低下す
る。これは前記Ｌａ含有量範囲のときに異方性磁界はや
や低下するが、室温の1989.5kA/m （25kＯｅ）以下で着
磁した場合の(BH)maxおよびHkが高められるからであ
る。

【０００９】Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉とバインダーとか
らなる本発明の異方性ボンド磁石は、良好な磁気特性の
耐熱性および高い(BH)max等を有し、さらに良好な着磁
性を具備することができるので、各種磁石応用製品分野
（回転機、アクチュエータまたはマグネットロール等）
において極めて有用である。

【００１０】また本発明は、主要成分組成が、重量百分
率で、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種で
あり、Ｓｍを必ず含む）が20〜30％、残部Ｔ（ＴはＦｅ
またはＦｅとＣｏである）および不可避的不純物からな
るＲ−Ｔ系母合金を平均粒径５〜300μｍに粉砕し、次
いで水素化・分解反応処理、脱水素・再結合反応処理お
よび窒化を行うＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の製造方法にお
いて、脱水素・再結合反応処理時の真空度（水素分圧）
をｙ（Ｐａ）、脱水素時間をｘ（秒）としたとき、ｘが
60〜1000秒のときにｙ＝Ａｘ^ｚ（ただし−0.5≦ｚ≦−
0.01、Ａは脱水素条件により決定される定数）で表され
る指数関数の条件下で脱水素処理を行う、Ｒ−Ｔ−Ｎ系
異方性磁粉の製造方法である。本発明者らは窒化用のＲ
−Ｔ系母合金に対し、脱水素時の相変態速度が磁気異方
性化度に顕著な影響を与えると考え、種々の脱水素条件
下で実験を繰り返した。その結果、脱水素工程に規則性
があることを発見した。つまり脱水素工程を脱水素・再
結合反応処理の開始後60〜1000秒の間における一次脱水
素工程とそれ以降の二次脱水素工程に分けられること、
および最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の磁気
特性が一次脱水素工程の脱水素速度によりほぼ決定され
ることがわかった。二次脱水素工程は一次脱水素工程を
終了後、格子間に残った余分な水素を放出させるための
工程であるので、不可避ではあるが一次脱水素工程に比
べて磁気特性への影響度は小さい。一次脱水素工程にお
ける真空度（水素分圧）をｙ（Ｐａ）、ｘを脱水素時間
(秒)とした場合、ｘ＝60〜1000秒ではｙとｘとの関係が
対数グラフ上でほぼ直線に近似でき、ｙ＝Ａｘ^ｚなる指
数関数（Ａは脱水素条件により決定される定数）で表せ
ることがわかった。また、二次脱水素工程では急激に真
空度が高まることがわかった。ここでｘを前記範囲に特
定した理由は、ｘが60秒未満ではＲ−Ｔ系母合金以外の
炉内水素雰囲気分を脱気するための時間を含んでおり、
正味のＳｍ _２Ｔ_１７生成のための相変態状態に至らない
からである。ｘの上限の1000秒はＲ−Ｔ系母合金の入炉
量（処理量）、真空排気装置の性能によって変動するも
のの、ｘ＝1000秒が一次脱水素工程がほぼ完了する目安
となるからである。本発明者らはＲ−Ｔ系母合金の入炉
量を調整し、ｚを意図的に変化させる検討を行った。そ
の結果、ｚが−0.5未満では保磁力iHcは高いが、残留磁
束密度Brおよび最大エネルギー積(BH)maxが顕著に低下
した。この現象を詳細に説明すると、一次脱水素工程を
高速で行うため再結晶粒の成長に必要な核の生成方向が
ランダムになり、ランダムな配向状態で再結晶粒が成長
するために磁気的にほぼ等方性になると判断される。し
たがってBr、(BH)maxは等方性磁粉相当の値になる。一
方、ｚが−0.01を超えると再結晶化速度が極めて遅くな
るので、脱水素処理時間が非常に長くなり工業生産効率
が大きく低下する。したがって脱水素速度を−0.5≦ｚ
≦−0.01 の速度勾配に調整することにより、再結晶化
の相変態が異方性が十分付与される好適な速度で進行す
るため、従来にない高いBr、(BH)maxを有し、かつシャ
ープな再結晶粒径分布を有する微細な２−17型硬質磁性
相から実質的になるＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉を得られる
と判断される。一次脱水素工程における脱水素速度の制
御は容易である。例えば炉内容積および真空排気ポンプ
の排気能力が決まれば、窒化用のＲ−Ｔ系母合金の入炉
量を調整することにより自在に制御できる。あるいは炉
内と真空排気ポンプを接続する配管中に圧力コントロー
ラを設置することにより制御することができる。あるい
はバルブの開閉により所定の真空度ｙ（Ｐａ）で所定時
間ｘ（秒）保持する一次脱水素工程を１ステップとし
て、次第に真空度ｙ（Ｐａ）を低下させるようにして段
階的に複数のステップの一次脱水素工程を行い、平均的
な一次脱水素工程における脱水素速度がｘ＝60〜1000秒
でかつｙ＝Ａｘ^ｚなる指数関数で表されるように行って
もよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方
性磁粉の組成限定理由を説明するが、％と単に記してい
るのは重量％を意味している。

【００１２】Ｒ含有量は20〜30％が好ましく、22〜28が
より好ましい。Ｒ含有量が20％未満ではiHcが397.9kA/m
（5kＯｅ）未満になり、30％超では(BH)maxが大きく低
下する。ＲにはＳｍを必ず含み、ＳｍおよびＬａ以外に
Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕの少なくとも１種を含
むことが許容される。Ｓｍミッシュメタルやジジム等の
２種以上の希土類元素の混合物を用いてもよい。Ｒとし
て、より好ましくはＳｍまたはＳｍおよびＬａとＹ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、ＤｙおよびＥｒの少なくとも１
種の組み合わせ、さらに好ましくはＳｍまたはＳｍおよ
びＬａとＹ、Ｃｅ、ＰｒおよびＮｄの少なくとも１種と
の組み合わせ、特にＲがＳｍまたはＳｍおよびＬａから
なることが好ましい。Ｓｍの純度でいえば、iHc≧397.9
kA/m（5kＯｅ）とするために、Ｒに占めるＳｍ比率を、
好ましくは50原子％以上、さらに好ましくは70原子％以
上とすることがよい。Ｒには、製造上混入が避けられな
いＯ、Ｈ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎａ、ＭｇおよびＣａ等の
不可避的不純物を合計でＲのうちの10原子％以下含有す
ることが許容される。

【００１３】本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉にＭ元素
（ＭはＢ、Ｔｉ、ＮｂおよびＧａの少なくとも１種）を
0.1〜５％含有するとき、iHcが高められて磁気特性の耐
熱性が向上する。Ｍ元素の含有量が0.1％未満では磁気
特性の耐熱性を向上する効果が認められず、５％超では
(BH)maxが大きく低下する。

【００１４】窒素の含有量は2.5〜3.5％が好ましく、2.
7〜3.3％がより好ましい。窒素含有量が2.5％未満およ
び3.5％超ではiHcおよび(BH)maxが大きく低下する。

【００１５】Ｆｅの一部を0.1〜25のＣｏで置換するこ
とが好ましく、１〜15原子％のＣｏで置換することがよ
り好ましい。所定量のＣｏを含有することによりキュリ
ー温度およびiHcの温度係数が向上するが、Ｃｏ含有量
が25％超では(BH)maxおよびiHcが顕著に低下し、0.1％
未満では添加による磁気特性の改善効果が認められな
い。

【００１６】窒化に供するＲ−Ｔ系母合金として、還元
/拡散法、高周波溶解法またはアーク溶解法等によるＲ
−Ｔ系母合金溶湯を鋳型鋳造法またはストリップキャス
ト法により凝固せしめたものを使用することができる。
ストリップキャスト法による場合、Ｒ−Ｔ系母合金溶湯
の急冷凝固に用いる冷却用ロールの周速を、好ましくは
0.05〜10ｍ／秒、より好ましくは0.1〜８ｍ／秒とする
ことが急冷凝固したＲ−Ｔ系母合金のαＦｅの発生量を
低減し、かつ最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｎ系磁粉のαＦ
ｅ量の低減を実現し、丸みを帯び、充填性に富んだ粒子
形態にするためによい。

【００１７】還元／拡散法によるＲ−Ｔ系母合金を用い
て、本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉を作製する場合の
好ましい製造条件を以下に説明する。まず、Ｒの酸化物
とＴまたはＴの酸化物を用いて、Ｒ−Ｔ−Ｎ系磁粉に対
応したＲ−Ｔ系母合金の主要成分組成に配合する。さら
にＲの酸化物および必要に応じてＴの酸化物が化学反応
式上100％還元される量（これを化学量論的必要量とい
う）の0.5〜２倍に相当する量の還元剤（Ｃａ、Ｍｇ、
ＣａＨ_２およびＭｇＨ _２の少なくとも１種）を前記配合
物に添加後、混合する。続いて、混合物を不活性ガス雰
囲気中で1000〜1300℃×１〜20時間加熱してＲの酸化物
等を還元し、続いて還元したＲとＴとを十分に相互拡散
させた後室温まで冷却する。還元剤の添加量が化学量論
的必要量の0.5倍未満では工業生産上有益な還元反応が
実現されず、２倍超では最終的にＲ−Ｔ−Ｎ系磁粉に残
留する還元剤量が増大して磁気特性の低下を招く。ま
た、不活性ガス雰囲気中での加熱条件が1000℃×１時間
未満では工業生産上有益な還元／拡散反応が進行せず、
1300℃×20時間超では還元／拡散反応炉の劣化が顕著に
なる。次に、反応物を洗浄液中に投入してＣａＯ等の反
応副生成物を洗い流した後、脱水および真空乾燥を行っ
て還元／拡散法によるＲ−Ｔ系母合金が得られる。次
に、必要に応じて前記Ｒ−Ｔ系母合金を、窒素を含まな
い不活性ガス雰囲気中で1010〜1280℃×１〜40時間加熱
する均質化熱処理を行い、αＦｅ等の偏析相を固溶させ
た後、室温まで冷却する。均質化熱処理の条件が1010℃
×１時間未満ではαＦｅやＳｍＦｅ_３等の偏析相の固溶
が進まず、1280℃×40時間超では均質化熱処理の効果が
飽和し、Ｓｍ等の蒸発による組成ずれが顕著になる。こ
うして得られたＲ−Ｔ系母合金は、Ｃａ含有量が好まし
くは0.4重量％以下、より好ましくは0.2重量％以下、特
に好ましくは0.1重量％以下であり、酸素含有量が好ま
しくは0.8重量％以下、より好ましくは0.4重量％以下、
特に好ましくは0.2重量％以下であり、炭素含有量が好
ましくは0.3重量％以下、より好ましくは0.2重量％以
下、特に好ましくは0.1重量％以下のものである。次
に、0.005Pa〜1.0×10^６Pa（4.9×10^−８〜10atm）の水
素ガス中または水素ガス分圧を有する不活性ガス（窒素
ガスを除く）中で500〜900℃に加熱する水素化・分解反
応処理、および続いて650〜900℃でかつ後述の脱水素条
件下で脱水素・再結合反応処理を行う。水素化・分解反
応によりＲ−Ｔ系母合金は希土類元素Ｒの水素化物ＲＨ
ｘ、αＦｅ、ＦｅＣｏ相などに分解する。続いて、脱水
素・再結合反応により、Ｒ_２Ｔ _１７相に再結晶させて平
均再結晶粒径が0.02〜５μｍでありかつ再結晶粒径が５
μｍ以下の再結晶粒の面積比率が90％以上のＲ−Ｔ系母
合金粒子が得られる。各Ｒ−Ｔ系母合金粒子を構成する
個々の再結晶粒はほぼ一致した磁化容易軸を有するの
で、窒化後のものは良好な磁場配向性を示す。水素化・
分解反応処理の水素分圧が0.005Pa（4.9×10^−８atm）
未満では分解反応が起こらず、1.0×10^６Pa（10atm）超
では高圧設備を必要とするのでコスト増を招く。また水
素化・分解反応処理の加熱条件が500℃未満ではＲ−Ｔ
系母合金が水素を吸収するのみでＲＨx相などへの分解
が起こらず、900℃超では脱水素後のＲ−Ｔ系母合金が
粗大粒化し、Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁石のiHc、Hk
が大きく低下する。脱水素・再結合反応処理の加熱温度
が650℃未満ではＲＨｘ等の分解が進行せず、900℃超で
は再結晶組織が粗大粒化してiHc、Hkが大きく低下す
る。次に必要に応じて粉砕を行い、その後窒化すること
により本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉が得られる。窒
化前に必要に応じて分級または篩分し、粒径分布を調整
することが均一な窒化組織を実現し、かつＲ−Ｔ−Ｎ系
異方性ボンド磁石の成形容易性および密度を向上するた
めに好ましい。窒化は、2.0×10^４〜1.0×10^６Pa （0.2
〜10atm）の窒素ガス、水素が1〜95モル％で残部が窒素
からなる（水素＋窒素）の混合ガス、ＮＨ_３のモル％が
1〜50％で残部水素からなる（ＮＨ_３＋水素）の混合ガ
スのいずれかの雰囲気中で300〜650℃×0.1〜30時間加
熱するガス窒化が実用性に富んでいる。ガス窒化の加熱
条件は300〜650℃×0.1〜30時間が好ましく、400〜550
℃×0.5〜20時間がより好ましい。300℃×0.1時間未満
では窒化が進行せず、650℃×30時間超では逆にＲＮ相
を生成しiHcが低下する。窒化における窒素単独ガスま
たは窒素含有ガスの圧力は2.0×10^４〜1.0×10^６Pa
（0.2〜10atm）が好ましく、5.0×10^４〜5.0×10^５Pa
（0.5〜５atm）がより好ましい。2.0×10^４Pa（0.2at
m）未満では窒化反応が非常に遅くなり、1.0×10^６Pa
（10atm）超では高圧ガス設備によるコスト増を招く。
窒化後に、真空中あるいは不活性ガス中（窒素ガスを除
く）で300〜600℃×0.5〜50時間の熱処理を行うとiHcを
さらに高めることができる。こうして得られたＲ−Ｔ−
Ｎ系磁粉には10〜500ppm（重量比）の水素の含有が許容
される。水素含有量が10ppm未満のものは工業生産上製
造が困難であり、500ppm超では実用に耐える有用な磁気
特性を実現することが困難である。

【００１８】本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の平均粒
径は５〜300μｍが好ましく、５〜100μｍがより好まし
く、10〜50μｍが特に好ましい。平均粒径が５μｍ未満
では酸化が顕著になり、磁気特性の耐熱性および(BH)ma
x等が大きく低下し、平均粒径が300μｍ超では表面性が
悪化して磁気回路のギャップの小さい用途への適用が困
難になる。

【００１９】Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の主相は２-17型
結晶構造の硬質磁性相であり、高い(BH)maxおよび良好
なHkを具備するために、前記硬質磁性相の平均再結晶粒
径が0.02〜５μｍのときは面積比率で90％以上の前記硬
質磁性相の再結晶粒の粒径を５μｍ以下にすることが好
ましく、前記硬質磁性相の平均再結晶粒径が0.02〜１μ
ｍのときは面積比率で90％以上の前記硬質磁性相の再結
晶粒の粒径を１μｍ以下にすることがさらに好ましく、
前記硬質磁性相の平均再結晶粒径が0.02〜0.5μｍのと
きは面積比率で90％以上の前記硬質磁性相の再結晶粒の
粒径を0.5μｍ以下にすることが特に好ましい。磁気特
性を高めるために、Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉のαＦｅの
含有比率を、面積比率の平均値で５％以下にすることが
好ましく、３％以下がより好ましく、１％以下が特に好
ましい。硬質磁性相、αＦｅの同定および各相の面積比
率の算出は、電子顕微鏡、光学顕微鏡等により撮影した
断面組織写真、電子回折結果およびｘ線回折結果等を考
慮して求める。例えば、対象とするＲ−Ｔ−Ｎ系磁粉粒
子の断面を撮影した透過型電子顕微鏡写真およびその断
面組織の同定結果を符合させて求めることができる。

【００２０】本発明のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁石の
バインダーとして熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂またはゴ
ム材料が好適である。圧縮成形法、射出成形法またはカ
レンダーロール法による場合はバインダーとして熱可塑
性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、それら実施例により本発明が限定されるものではな
い。（実施例１）表１の実施例１の窒化磁粉組成に対応する
主要成分組成に調整したＳｍ−Ｆｅ系母合金を高周波溶
解し、鋳型鋳造した。次いで、αＦｅ等の偏析相を固溶
させるために、鋳造したＳｍ−Ｆｅ系母合金をアルゴン
ガス雰囲気中で1100℃×10時間加熱後、室温まで冷却す
る均質化熱処理を行った。次いで、水素化・分解反応処
理および続いて脱水素・再結合反応処理を以下の条件で
行った。まず、640dm^３/分（640リットル/分）の排気能力を
有する真空ポンプを備えた所定容積の雰囲気制御炉に、
均質化熱処理済みのＲ−Ｆｅ系母合金を10kg入炉した。
次いで、室温で85kPa（0.85atm）の水素雰囲気とし、こ
の水素雰囲気を保ちながら室温から５℃/分の昇温速度
で820℃まで加熱し、次いで820℃で3時間保持した。続
いて820℃で到達真空度が10Pa（７.5×10^−２Torr）以
下になるまで排気する脱水素・再結合反応処理を行っ
た。脱水素・再結合反応処理後、炉内をアルゴンガス雰
囲気に置換し、その後室温まで冷却した。前記脱水素・
再結合反応処理の開始後60秒を経過した時点から炉内の
真空度（水素分圧）を測定し、対数グラフ上にプロット
した。結果を図１に示す。図１において、10kgと記した
ものがこの実施例のデータである。図１より、脱水素を
開始後60〜1000秒までの一次脱水素工程の真空度は直線
に近似でき、1000秒超の二次脱水素工程で急激に真空度
が高くなる（水素分圧が低くなる）ことがわかる。次
に、水素化・分解反応処理および脱水素・再結合反応処
理を完了したＳｍ−Ｆｅ系母合金をアルゴンガス雰囲気
中で粉砕後、75μｍアンダーに篩分した。次いで、窒化
ガス雰囲気中で450℃×10時間加熱する窒化処理を施
し、その後室温まで冷却し、平均粒径が38μｍの本発明
のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉を得た。この異方性磁粉
は平均再結晶粒径が0.15μｍでありかつ0.3μｍ以下の
再結晶粒が面積比率で96％である硬質磁性相（Ｔｈ_２Ｚ
ｎ_１７型）とごく少量のαＦｅとからなっており、αＦ
ｅは面積比率の平均値で１％未満であり非常に少なかっ
た。平均再結晶粒径は、前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁粉粒子
を顕微鏡観察用樹脂中に埋め込み、研磨後、前記Ｓｍ−
Ｆｅ−Ｎ系磁粉粒子の研磨断面を電子顕微鏡により撮影
した。次いで、撮影した断面写真の代表的な視野におい
て30個の結晶粒を貫通する直線を引き、（30個分の結晶
粒が貫通する線分長さ）を（貫通する結晶粒の数：30
個）で除して求めた。また、平均再結晶粒の粒径分布は
測定した前記30個の結晶粒径値の分布から求めた。次
に、前記Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁粉：95.3重量部、シランカ
ップリング剤：0.5重量部、液状エポキシ樹脂：3.5重量
部、硬化剤DDS（ジアミノジフェニルスルフォン）：0.7
重量部を配合し、混合した。次いで混合物を約90℃に加
熱した二軸混練機に投入して混練し、コンパウンドを作
製した。次いで、コンパウンドを所定の成形機に投入
し、磁場中で圧縮成形した。次いで加熱硬化後、室温ま
で冷却して本発明のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性ボンド磁石
を得た。表１にＳｍ−Ｆｅ系母合金の入炉量、脱水素時
間ｘ＝10〜1000秒におけるｚ値およびＡ値、作製したＳ
ｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性ボンド磁石の密度および室温にお
ける磁気特性（(BH)max、iHc）を示す。次に、前記コン
パウンドを用いて磁場中で圧縮成形し、パーミアンス係
数(Pc)が２；（厚み）／（直径）＝0.7 の中実円筒状
の異方性ボンド磁石（試料）を得た。次いで加熱硬化を
行い、その後室温まで冷却した。次に、前記試料を、20
℃、2387.4kA/m（30kOe）で着磁後、総磁束量（Φ）を
測定した。次いで、大気中で120℃×１時間加熱後室温
まで冷却し、総磁束量（Φ１）を測定した。磁気特性の
耐熱性の指標として、下記式で定義した不可逆減磁率
（総磁束量の変化率）を用いて評価した。（不可逆減磁率）＝（Φ−Φ１）／（Φ）×100（％）その結果、この異方性ボンド磁石の磁気特性の耐熱性
（不可逆減磁率）は2.1％であり、十分実用に耐えるこ
とがわかった。また、この異方性ボンド磁石の減磁曲線
の角形性は良好であった。（比較例１）実施例１において作製したコンパウンドを
成形機に投入し、磁場を印加せずに無磁場で圧縮成形し
て等方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石を得た。この等
方性ボンド磁石の評価結果を表１に示す。（実施例２〜４、比較例２、３）入炉量を表１の値に変
えた以外は実施例１と同様にして実施例２〜４、比較例
２、３の各Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁粉を作製し、Ｓｍ−Ｆｅ
−Ｎ系異方性ボンド磁石を作製した。なお、図１におけ
る３ｋｇ〜65ｇは実施例２〜４および比較例２、３のそ
れぞれにおける入炉量を示している。実施例２〜４のＳ
ｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉は平均粒径が35〜53μｍおよ
び平均再結晶粒径が0.15〜0.3μｍでありかつ0.3μｍ以
下の再結晶粒が面積比率で90〜96％である硬質磁性相
（Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型）とごく少量のαＦｅとからなって
いた。αＦｅは面積比率の平均値で１％未満であり非常
に少なかった。また、実施例２〜４の異方性ボンド磁石
の不可逆減磁率は2.1〜2.3％であり良好であった。ま
た、これらの異方性ボンド磁石の減磁曲線の角形性は良
好であった。（比較例４）実施例１の均質化熱処理済みのＳｍ−Ｆｅ
系母合金に対し、水素化・分解反応処理および脱水素・
再結合反応処理を施さずに、そのままアルゴンガス雰囲
気中で粉砕し、75μｍアンダーに篩分した。次いで、窒
化ガス雰囲気中で450℃×10時間加熱する窒化処理を施
し、その後室温まで冷却した。次に、窒素ガスを粉砕媒
体とするジェットミルで微粉砕し、平均粒径1.9μｍの
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉を得た。以降は、この磁粉
を用いた以外は実施例１と同様にして異方性ボンド磁石
を作製し、不可逆減磁率を求めた。その結果、不可逆減
磁率は8.3％であり、磁気特性の耐熱性が非常に悪いこ
とがわかった。また、この異方性ボンド磁石の減磁曲線
の角形性は悪く、上記実施例のものに比べてHkは2.3〜
４％低かった。

【００２２】

【表１】

【００２３】図１より、脱水素を開始後60〜1000秒まで
の一次脱水素工程の真空度はいずれも直線に近似でき、
1000秒超の二次脱水素工程において入炉するＲ−Ｆｅ系
母合金量が減少するほど急激に真空度が高くなることが
わかる。また一次脱水素工程における各近似直線から求
めた勾配（ｚ値）は入炉量が多いほど増大しており、入
炉量が多いほど脱水素速度が遅くなることがわかる。ま
た表１より、脱水素速度が早いほど(BH)maxは小さくな
り、脱水素速度が遅いほど(BH)maxが大きくなることが
わかる。特に、実施例１、２のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性
ボンド磁石は非常に高い(BH)maxを有している。

【００２４】（実施例５）Ｓｍ_２３．７Ｆｅ_ｂａｌ．Ｔ
ｉ_ｘＢ_０．２Ｎ_３．１，Ｓｍ_２３．７Ｆｅ_ｂａ _ｌ．Ｂ
_ｘＮ_３．１，Ｓｍ_２３．７Ｆｅ_ｂａｌ．Ｇａ_ｘＮ_３．１
およびＳｍ_２３． _７Ｆｅ_ｂａｌ．Ｎｂ_ｘＮ_３．１（いず
れもｘ＝０〜７％）で示される主要成分組成の各窒化磁
粉に対応するＳｍ−Ｆｅ−Ｍ系母合金を作製した。次い
で、実施例１と同様の均質化熱処理および水素化・分解
反応処理を施した。続いて各水素化・分解反応処理後の
ものに対し、それぞれ脱水素・再結合反応処理における
入炉量（処理量）を10kgとした以外は実施例１と同様に
して、脱水素・再結合反応処理を行った。各々の一次脱
水素工程におけるｚ値は−0.20〜−0.28であった。以降
は実施例１と同様にして前記の各Ｓｍ−Ｆｅ―Ｍ−Ｎ系
異方性磁粉を作製した。これらの異方性磁粉は平均粒径
が33〜55μｍであり、平均再結晶粒径は0.2〜0.35μｍ
でありかつ0.35μｍ以下の再結晶粒が面積比率で91〜95
％である硬質磁性相（Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型）とごく少量の
αＦｅとからなっていた。αＦｅは面積比率の平均値で
１％未満であり非常に少なかった。前記各Ｓｍ−Ｆｅ−
Ｍ−Ｎ系異方性磁粉をそれぞれ用いた以外は実施例１と
同様にして異方性ボンド磁石を作製した。これらの異方
性ボンド磁石の室温における(BH)maxと配合した各磁粉
のＭ元素（ＴｉＢ、Ｂ、ＧａまたはＮｂ）含有量ｘ（ｗ
ｔ％）との関係を図２に示す。図２より、高い(BH)max
を保持するために、Ｂ含有量は３％以下、Ｔｉ、Ｇａま
たはＮｂ含有量は５％以下が望ましいことがわかる。ま
た、実施例１と同様にして評価した不可逆減磁率は、Ｂ
含有量が0.1〜３％のもの、Ｔｉ含有量が0.1〜５％のも
の、Ｇａ含有量が0.1〜５％のものおよびＮｂ含有量が
0.1〜５％のものでいずれもが1.7％以下であり、磁気特
性の耐熱性が向上していた。

【００２５】（実施例６）Ｓｍ_{２３．７−ｘ}Ｌａ_ｘＦｅ
_ｂａｌ．Ｎ_３．１（ｘ＝０〜７％）で示される主要成分
組成の窒化磁粉に対応するＳｍ−Ｌａ−Ｆｅ系母合金を
作製後、実施例１と同様の均質化熱処理および水素化・
分解反応処理を施した。続いて、入炉量を10kgとした以
外は実施例１と同様にして脱水素・再結合反応処理を行
った。これらの一次脱水素工程におけるｚ値は−0.24〜
−0.28であった。次いで実施例１と同様にして粉砕、窒
化を行い本発明のＳｍ−Ｌａ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉を
得た。これら磁粉は平均粒径が33〜52μｍであり、平均
再結晶粒径は0.18〜0.31μｍでありかつ0.31μｍ以下の
再結晶粒が面積比率で90〜94％である硬質磁性相（Ｔｈ
_２Ｚｎ_１７型）とごく少量のαＦｅとからなっていた。
αＦｅは面積比率の平均値で１％未満であり非常に少な
かった。以降は各Ｓｍ−Ｌａ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉を
用いた以外は実施例１と同様にして異方性ボンド磁石を
作製し、室温の1989.5kA/m （25kＯｅ）で着磁し、室温
の(BH)maxを測定した。これら異方性ボンド磁石の(BH)m
axと配合した各Ｓｍ−Ｌａ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉のＬ
ａ含有量ｘ（ｗｔ％）との関係を図３に示す。図３よ
り、Ｌａ含有量が0.1〜3.5％のときにｘ＝０に比べて(B
H)maxが高められる（着磁性が改善される）ことがわか
る。また、このＬａ含有量が0.1〜3.5％のときの着磁性
は比較例４のものと同等以上であり良好であった。

【００２６】（実施例７）Ｓｍ_２３．７Ｆｅ_ｂａｌ．Ｃ
ｏ_ｘＮ_３．１（ｘ＝０〜35％）で示される主要成分組成
の窒化磁粉に対応するＳｍ−Ｆｅ−Ｃｏ系母合金を作製
後、実施例１と同様の均質化熱処理および水素化・分解
反応処理を施した。続いて、入炉量を10kgとした以外は
実施例１と同様にして脱水素・再結合反応処理を行っ
た。これらの一次脱水素工程におけるｚ値は−0.21〜−
0.27であった。次いで実施例１と同様にして粉砕、窒
化を行い本発明のＳｍ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ系異方性磁粉を
得た。これら磁粉は平均粒径が30〜46μｍであり、平均
再結晶粒径は0.19〜0.33μｍでありかつ0.33μｍ以下の
再結晶粒が面積比率で90〜95％である硬質磁性相（Ｔｈ
_２Ｚｎ_１７型）とごく少量のαＦｅとからなっていた。
αＦｅは面積比率の平均値で１％未満であり非常に少な
かった。以降は各Ｓｍ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ系異方性磁粉を
用いた以外は実施例１と同様にして異方性ボンド磁石を
作製し、室温の(BH)maxを測定した。これら異方性ボン
ド磁石の(BH)maxと配合した各異方性磁粉のＣｏ含有量
ｘ（ｗｔ％）との関係を図４に示す。図４より、高い(B
H)maxを有するために、Ｃｏ含有量は25％以下が好まし
く、20％以下がより好ましく、10％以下が特に好ましい
ことがわかる。

【００２７】

【発明の効果】以上記述の通り、本発明によれば、従来
に比べて、磁気特性の耐熱性に優れ、かつ高い(BH)max
を有するＲ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁石およびそれに用
いるＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉ならびにその製造方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】脱水素時間と炉内真空度の関係の一例を示すグ
ラフである。

【図２】Ｓｍ−Ｆｅ−Ｍ−Ｎ系異方性磁粉のＭ元素の含
有量と異方性ボンド磁石の(BH)maxの相関の一例を示す
グラフである。

【図３】Ｓｍ−Ｌａ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁粉のＬａ含有
量と異方性ボンド磁石の(BH)maxの相関の一例を示すグ
ラフである。

【図４】Ｓｍ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ系異方性磁粉のＣｏ含有
量と異方性ボンド磁石の(BH)maxの相関の一例を示すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E040 AA03 AA19 CA01 HB17 HB19 NN17 5E062 CD05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主要成分組成が、重量百分率で、Ｒ（Ｒ
はＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、Ｓｍを
必ず含む）20〜30％、Ｎ2.5〜3.5％、残部Ｔ（ＴはＦｅ
またはＦｅとＣｏである）および不可避的不純物からな
る、平均粒径が５〜300μｍのＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉
であって、前記Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉は微細な２−17型硬質磁性
相の再結晶粒の集合体から実質的になり、平均再結晶粒
径が0.02〜５μｍでありかつ再結晶粒径が５μｍ以下の
再結晶粒の面積比率が90％以上であることを特徴とする
Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉。
【請求項２】主要成分組成が、重量百分率で、Ｒ（Ｒ
はＹを含む希土類元素の少なくとも２種であり、Ｓｍお
よびＬａを必ず含み、Ｌａ含有量が0.1〜3.5％である）
20〜30％、Ｎ2.5〜3.5％、残部Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅ
とＣｏである）および不可避的不純物からなる請求項１
に記載のＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉。
【請求項３】主要成分組成が、重量百分率で、Ｒ（Ｒ
はＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、Ｓｍを
必ず含む）20〜30％、残部Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅとＣ
ｏである）および不可避的不純物からなるＲ−Ｔ系母合
金を平均粒径５〜300μｍに粉砕し、次いで水素化・分
解反応処理、脱水素・再結合反応処理および窒化を行う
Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の製造方法において、脱水素・再結合反応処理時の真空度（水素分圧）をｙ
（Ｐａ）、脱水素時間をｘ（秒）としたとき、ｘが60〜
1000秒のときにｙ＝Ａｘ^ｚ（ただし−0.5≦ｚ≦−0.01
であり、Ａは脱水素条件により決定される定数である）
で表される指数関数の条件下で脱水素を行うことを特徴
とするＲ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の製造方法。
【請求項４】主要成分組成が、重量百分率で、Ｒ（Ｒ
はＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、Ｓｍを
必ず含む）20〜30％、Ｎ2.5〜3.5％、残部Ｔ（ＴはＦｅ
またはＦｅとＣｏである）および不可避的不純物からな
るとともに、微細な２−17型硬質磁性相の再結晶粒の集
合体から実質的になり、平均再結晶粒径が0.02〜５μｍ
でありかつ再結晶粒径が５μｍ以下の再結晶粒の面積比
率が90％以上である、平均粒径が５〜300μｍのＲ−Ｔ
−Ｎ系異方性磁粉と、バインダーとからなることを特徴
とするＲ−Ｔ−Ｎ系異方性ボンド磁石。
【請求項５】前記Ｒ−Ｔ−Ｎ系異方性磁粉の主要成分
組成が、重量百分率で、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素の
少なくとも２種であり、ＳｍおよびＬａを必ず含み、Ｌ
ａ含有量が0.1〜3.5％である）20〜30％、Ｎ2.5〜3.5
％、残部Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏである）および
不可避的不純物からなる請求項４に記載のＲ−Ｔ−Ｎ系
異方性ボンド磁石。