JP2001345207A - 磁石粉末、磁石粉末の製造方法およびボンド磁石 - Google Patents
磁石粉末、磁石粉末の製造方法およびボンド磁石Info
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Abstract
的安定性に優れた磁石を提供すること。 【解決手段】 本発明の磁石粉末は、Rx(Fe1-aCo
a)100-x-y-zByMz(ただし、Rは、Dyを除く少なく
とも1種の希土類元素、Mは、Ti、Cr、Nb、V、
Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1
種の元素、x:7.1〜9.9原子%、y:4.6〜
8.0原子%、z:0.1〜3.0原子%、a:0〜
0.30)で表される合金組成からなる磁石粉末であっ
て、ハード磁性相とソフト磁性相とを有する複合組織で
構成され、結合樹脂と混合し圧縮成形して密度ρ[Mg
/m3]のボンド磁石としたとき、室温での最大磁気エ
ネルギー積(BH)max[kJ/m3]が、(BH)max
/ρ2[×10-9J・m3/g2]≧2.40の関係を満足
し、かつ室温での固有保磁力HcJが400〜750kA
/mである。
Description
末の製造方法およびボンド磁石に関するものである。
モータに使用される際の(実質的なパーミアンスにおい
ての)磁石の磁束密度が高いことが望まれる。ボンド磁
石における磁束密度を決定する要因は、磁石粉末の磁化
の値と、ボンド磁石中における磁石粉末の含有量(含有
率)とがある。従って、磁石粉末自体の磁化がそれほど
高くない場合には、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量を
極端に多くしないと十分な磁束密度が得られない。
石として使用されているものとしては、希土類磁石粉末
として、MQI社製のMQP−B粉末を用いた等方性ボ
ンド磁石が大半を占めている。等方性ボンド磁石は、異
方性ボンド磁石に比べ次のような利点がある。すなわ
ち、ボンド磁石の製造に際し、磁場配向が不要であるた
め、製造プロセスが簡単で、その結果製造コストが安価
となることである。しかしこのMQP−B粉末に代表さ
れる従来の等方性ボンド磁石には、次のような問題点が
ある。
密度が不十分であった。すなわち用いられる磁石粉末の
磁化が低いため、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量(含
有率)を高めなければならないが、磁石粉末の含有量を
高くすると、ボンド磁石の成形性が悪くなるため、限界
がある。また、成形条件の工夫等により磁石粉末の含有
量を多くしたとしても、やはり、得られる磁束密度には
限界があり、このためモータの小型化を図ることはでき
ない。
度の高い磁石も報告されているが、その場合は保磁力が
小さすぎて、実用上モータとして得られる磁束密度(実
際に使用される際のパーミアンスでの)は非常に低いも
のであった。また、保磁力が小さいため、熱的安定性も
劣る。
なる。すなわち、磁石粉末の磁気特性の低さを補うため
に、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量を多くしなければ
ならず(すなわちボンド磁石の密度を極端に高密度化す
ることとなり)、その結果、ボンド磁石は、耐食性、耐
熱性が劣り信頼性が低いものとなる。
特性が優れ、信頼性に優れた磁石を提供することができ
る磁石粉末およびボンド磁石を提供することにある。
(1)〜(23)の本発明により達成される。
yMz(ただし、Rは、Dyを除く少なくとも1種の希土
類元素、Mは、Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、
W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元素、
x:7.1〜9.9原子%、y:4.6〜8.0原子
%、z:0.1〜3.0原子%、a:0〜0.30)で
表される合金組成からなり、ハード磁性相とソフト磁性
相とを有する複合組織で構成される磁石粉末であって、
結合樹脂と混合し圧縮成形して密度ρ[Mg/m3]の
ボンド磁石としたとき、当該ボンド磁石の室温での最大
磁気エネルギー積(BH)max[kJ/m3]が、(B
H)max/ρ2[×10-9J・m3/g2]≧2.40の関
係を満足し、かつ当該ボンド磁石の室温での固有保磁力
HcJが400〜750kA/mであることを特微とする
磁石粉末。
度ρ[Mg/m3]のボンド磁石としたとき、当該ボン
ド磁石の室温での残留磁束密度Br[T]が、Br/ρ
[×10-6T・m3/g]≧0.125の関係を満足する
上記(1)に記載の磁石粉末。
yMz(ただし、Rは、Dyを除く少なくとも1種の希土
類元素、Mは、Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、
W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元素、
x:7.1〜9.9原子%、y:4.6〜8.0原子
%、z:0.1〜3.0原子%、a:0〜0.30)で
表される合金組成からなり、ハード磁性相とソフト磁性
相とを有する複合組織で構成される磁石粉末であって、
結合樹脂と混合し圧縮成形して密度ρ[Mg/m3]の
ボンド磁石としたとき、当該ボンド磁石の室温での残留
磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/
g]≧0.125の関係を満足し、かつ当該ボンド磁石
の室温での固有保磁力HcJが400〜750kA/mで
あることを特微とする磁石粉末。
得られたものである上記(1)ないし(3)のいずれか
に記載の磁石粉末。
0μmである上記(4)に記載の磁石粉末。
を回転する冷却ロールの周面に衝突させ、冷却固化する
ことにより得られるものである上記(4)または(5)
に記載の磁石粉末。
金で構成される基部と、周面を構成する表面層とを有
し、該表面層の熱伝導率が前記基部の熱伝導率より小さ
いものである上記(6)に記載の磁石粉末。
成される上記(7)に記載の磁石粉末。
rを主とする希土類元素である上記(1)ないし(8)
のいずれかに記載の磁石粉末。
合が前記R全体に対して5〜75%である上記(1)な
いし(9)のいずれかに記載の磁石粉末。
ット組織である上記(1)ないし(10)のいずれかに
記載の磁石粉末。
び/または製造後に、少なくとも1回熱処理が施された
ものである上記(1)ないし(11)のいずれかに記載
の磁石粉末。
ある上記(1)ないし(12)のいずれかに記載の磁石
粉末。
である上記(1)ないし(13)のいずれかに記載の磁
石粉末。
ロールの周面に衝突させ、冷却固化することにより急冷
薄帯を得、該急冷薄帯を粉砕して上記(1)ないし(1
4)のいずれかに記載の磁石粉末を得ることを特徴とす
る磁石粉末の製造方法。
り製造された磁石粉末を結合樹脂と混合し圧縮成形して
なることを特徴とするボンド磁石。
ずれかに記載の磁石粉末を結合樹脂と混合し圧縮成形し
てなることを特徴とするボンド磁石。
が溶融または軟化する温度で行われる上記(16)また
は(17)に記載のボンド磁石。
Hf、W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元
素を含有するR−TM−B系合金(ただし、Rは、Dy
を除く少なくとも1種の希土類元素、TMは、Feを主
とする遷移金属)の磁石粉末と、結合樹脂とを混合し圧
縮成形してなるボンド磁石であって、ボンド磁石の密度
をρ[Mg/m3]としたとき、室温での最大磁気エネ
ルギー積(BH)max[kJ/m3]が、(BH)max/
ρ2[×10-9J・m3/g2]≧2.40の関係を満足
し、かつ室温での固有保磁力HcJが400〜750kA
/mであることを特徴とするボンド磁石。
[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.12
5の関係を満足する上記(19)に記載のボンド磁石。
Hf、W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元
素を含有するR−TM−B系合金(ただし、Rは、Dy
を除く少なくとも1種の希土類元素、TMは、Feを主
とする遷移金属)の磁石粉末と、結合樹脂とを混合し圧
縮成形してなるボンド磁石であって、ボンド磁石の密度
をρ[Mg/m3]としたとき、室温での残留磁束密度
Br[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.
125の関係を満足し、かつ室温での固有保磁力HcJが
400〜750kA/mであることを特徴とするボンド
磁石。
maxが50kJ/m3以上である上記(16)ないし(2
1)のいずれかに記載のボンド磁石。
絶対値が6.2%以下である上記(16)ないし(2
2)のいずれかに記載のボンド磁石。
末の製造方法およびボンド磁石の実施の形態について、
詳細に説明する。
るために、磁束密度が高い磁石を得ることが課題となっ
ている。ボンド磁石における磁束密度を決定する要因
は、磁石粉末の磁化の値と、ボンド磁石中における磁石
粉末の含有量(含有率)とがあるが、磁石粉末自体の磁
化がそれほど高くない場合には、ボンド磁石中の磁石粉
末の含有量を極端に多くしないと十分な磁束密度が得ら
れない。
P−B粉末は、前述したように、用途によっては磁束密
度が不十分であり、よって、ボンド磁石の製造に際し、
ボンド磁石中の磁石粉末の含有量を高めること、すなわ
ち高密度化を余儀なくされ、耐食性、耐熱性や機械的強
度等の面で信頼性に欠けるとともに、保磁力が高いた
め、着磁性が悪いという欠点を有している。
ド磁石は、十分な磁束密度と適度な保磁力が得られ、こ
れにより、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量(含有率)
をそれほど高める必要がなく、その結果、高強度で、成
形性、耐食性、着磁性等に優れた信頼性の高いボンド磁
石を提供することができ、また、ボンド磁石の小型化、
高性能化により、モータ等の磁石搭載機器の小型化にも
大きく貢献することができる。
相とソフト磁性相とを有する複合組織を構成するものと
することができる。
ード磁性相の単相組織であるが、このような複合組織で
は磁化の高いソフト磁性相が存在するため、トータルの
磁化が高くなるという利点があり、さらにリコイル透磁
率が高くなるため、一旦逆磁場を加えてもその後の減磁
率が小さいという利点を有する。
は、Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByMz(ただし、R
は、Dyを除く少なくとも1種の希土類元素、Mは、T
i、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、Mn、Zr、D
yのうち少なくとも1種の元素、x:7.1〜9.9原
子%、y:4.6〜8.0原子%、z:0.1〜3.0
原子%、a:0〜0.30)で表される合金組成からな
るものである。
Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、G
d、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ミッシュメ
タルが挙げられ、これらを1種または2種以上含むこと
ができる。
原子%とされる。Rの含有量が7.1原子%未満では、
十分な保磁力が得られず、Mを添加しても保磁力の向上
が少ない。一方、Rの含有量が9.9原子%を超える
と、磁化のポテンシャルが下がるため、十分な磁束密度
が得られなくなる。
とする希土類元素であるのが好ましい。その理由は、こ
れらの希土類元素は、複合組織(特にナノコンポジット
組織)を構成するハード磁性相の飽和磁化を高め、また
磁石として良好な保磁力を実現するために有効だからで
ある。
体に対し5〜75%であるのが好ましく、20〜60%
であるのがより好ましい。この範囲であると、残留磁束
密度の低下をほとんど生じることなく、保磁力および角
型性を向上させることができるためである。
属である。このCoを添加すること(Feの一部を置換
すること)により、キュリー温度が高くなり、温度特性
が向上するが、Feに対するCoの置換比率が0.30
を超えると、保磁力、磁束密度は共に低下する傾向を示
す。Feに対するCoの置換比率が0.05〜0.20
の範囲では、温度特性の向上のみならず、磁束密度自体
も向上するので、さらに好ましい。
有効な元素であり、その含有量は、4.6〜8.0原子
%とされる。Bが4.6原子%未満であると、B−H
(J−H)ループにおける角型性が悪くなる。一方、B
が8.0原子%を超えると、非磁性相が多くなり、磁束
密度が急減する。
り、その含有量は、0.1〜3.0原子%とされる。特
に、Mの含有量は、0.2〜2.5原子%であるのが好
ましく、0.5〜2.0原子%であるのがより好まし
い。このような範囲でMが含有されることにより、顕著
な保磁力向上の効果が現れる。また、このような範囲で
は、保磁力向上に追随して、角型性および最大磁気エネ
ルギー積も向上する。さらに、耐熱性および耐食性につ
いても良好となる。ただし、上述したように、Rの含有
量が7.1原子%未満では、Mの添加によるこのような
効果は非常に小さい。また、Mの含有量が上限値を超え
ると、磁化の低下が生じる。
発明では、実験、研究を重ねた結果、ソフト磁性相とハ
ード磁性相を有する複合組織で構成される磁石粉末にお
いて、Mを前述の範囲内で含有せしめることにより、
優れた角型性、最大磁気エネルギー積を確保しつつ保磁
力の向上が図れる、不可逆減磁率の改善(絶対値の低
減)が図れる、良好な耐食性を保持できる、という3
つの効果が得られること、特にこれらの効果が同時に得
られることを見出したものであり、この点に本発明の意
義がある。
的で、磁石粉末を構成する合金中には、必要に応じ、T
a、Zn、P、Ge、Cu、Ga、Si、In、Ag、
Alよりなる群(以下この群を「Q」で表す)から選択
される少なくとも1種の元素を含有することもできる。
Qに属する元素を含有する場合、その含有量は、2.0
原子%以下であるのが好ましく、0.1〜1.5原子%
であるのがより好ましく、0.2〜1.0原子%である
のがさらに好ましい。
た固有の効果を発揮する。例えば、Ta、Cu、Ga、
Si、Alは、耐食性を向上させる効果がある。
性相とハード磁性相とを有する複合組織となっている。
は、ソフト磁性相10とハード磁性相11とが、例えば
図1、図2または図3に示すようなパターン(モデル)
で存在しており、各相の厚さや粒径がナノメーターレベ
ルで存在している。そして、ソフト磁性相10とハード
磁性相11とが相隣接し(粒界相を介して隣接する場合
も含む)、磁気的な交換相互作用を生じる。
好ましく、10〜40nmであるのがより好ましい。平
均結晶粒径が下限値未満であると、結晶粒間の交換相互
作用の影響が強くなり過ぎて、磁化反転が容易となり、
保磁力が劣化する場合がある。
結晶粒径の粗大化と、結晶粒間の交換相互作用の影響が
弱くなることから、磁束密度、保磁力、角型性、最大エ
ネルギー積が劣化する場合がある。
であって、これらに限られるものではなく、例えば図2
に示すパターンにおいて、ソフト磁性相10とハード磁
性相11とが逆になっているものでもよい。
より容易にその向きを変えるので、ハード磁性相に混在
すると、系全体の磁化曲線は、B−H図の第二象現で段
のある「へび型曲線」となる。しかし、ソフト磁性相の
サイズが十分小さい場合には、ソフト磁性体の磁化が周
囲のハード磁性体の磁化との結合によって十分強く拘束
され、系全体がハード磁性体として振舞うようになる。
織)を持つ磁石は、主に、以下に挙げる特徴1)〜5)
を有している。
磁化が可逆的にスプリングバックする(この意味で「ス
プリング磁石」とも言う)。 2)着磁性が良く、比較的低い磁場で着磁できる。 3)磁気特性の温度依存性がハード磁性相単独の場合に
比べて小さい。 4)磁気特性の経時変化が小さい。 5)微粉砕しても磁気特性が劣化しない。
およびソフト磁性相は、例えば次のようなものとなる。
TMは、FeまたはFeとCoを主とする遷移金属) ソフト磁性相:TM(特にα−Fe,α−(Fe,C
o))
溶湯合金を急冷することにより製造されたものであるの
が好ましく、特に、合金の溶湯を急冷、固化して得られ
た急冷薄帯(リボン)を粉砕して製造されたものである
のが好ましい。以下、その方法の一例について説明す
る。
石材料を製造する装置(急冷薄帯製造装置)の構成例を
示す斜視図、図5は、図4に示す装置における溶湯の冷
却ロールへの衝突部位付近の状態を示す断面側面図であ
る。
は、磁石材料を収納し得る筒体2と、該筒体2に対し図
中矢印9A方向に回転する冷却ロール5とを備えてい
る。筒体2の下端には、磁石材料(合金)の溶湯を射出
するノズル(オリフィス)3が形成されている。
加熱用のコイル4が配置され、このコイル4に例えば高
周波を印加することにより、筒体2内を加熱(誘導加
熱)し、筒体2内の磁石材料を溶融状態にする。
5の周面53を形成する表面層52とで構成されてい
る。
構成されていてもよいが、基部51の構成材料より熱伝
導率の小さい材料で構成されているのが好ましい。
が、表面層52の熱をより速く放散できるように、例え
ば銅または銅系合金のような熱伝導率の高い金属材料で
構成されているのが好ましい。
えば、Cr、Ni、Pd、W等、またはこれらを含む合
金等の金属薄層や金属酸化物層、セラミックス等が挙げ
られる。その中でも、特に、急冷薄帯8のロール面(冷
却ロール5と接触する側の面)81とフリー面(ロール
面81の反対側の面)82との冷却速度の差をより小さ
くできるという点で、セラミックスであるのが好まし
い。
2O3、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2、Y
2O3、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の
酸化物系セラミックス、AlN、Si3N4、TiN、B
N等の窒化物系セラミックス、グラファイト、SiC、
ZrC、Al4C3、CaC2、WC等の炭化物系のセラ
ミックス、あるいは、これらのうちの2以上を任意に組
合せた複合セラミックスが挙げられる。
みならず、例えば組成の異なる複数の層の積層体であっ
てもよい。この場合、隣接する層同士は、密着性の高い
ものが好ましく、その例としては、隣接する層同士に同
一の元素が含まれているものが挙げられる。
場合でも、その組成は、厚さ方向に均一なものに限ら
ず、例えば、含有成分が厚さ方向に順次変化するもの
(傾斜材料)であってもよい。
はその合計厚さ)は、特に限定されないが、0.5〜5
0μmであることが好ましく、1〜20μmであること
がより好ましい。
と、次のような問題が生じる場合がある。すなわち、表
面層52の材質によっては、冷却能が大きすぎて、厚さ
がかなり大きい急冷薄帯8でもロール面81では冷却速
度が大きく、非晶質になり易くなる。一方、フリー面8
2では急冷薄帯8の熱伝導率が比較的小さいので急冷薄
帯8の厚さが大きいほど冷却速度が小さくなり、その結
果、結晶粒径の粗大化が起こり易くなる。すなわち、フ
リー面82では粗大粒、ロール面81では非晶質といっ
た急冷薄帯となり易くなり、満足な磁気特性が得られな
い場合がある。また、フリー面82での結晶粒径を小さ
くするために、例えば、冷却ロール5の周速度を大きく
して、急冷薄帯8の厚さを小さくしたとしても、ロール
面81での非晶質がよりランダムなものとなり、急冷薄
帯8の作成後に、熱処理を施したとしても、十分な磁気
特性が得られない場合がある。
えると、急冷速度が遅く、結晶粒径の粗大化が起こり、
結果として磁気特性が低下する場合がある。
バー(図示せず)内に設置され、該チャンバー内に、好
ましくは不活性ガスやその他の雰囲気ガスが充填された
状態で作動する。特に、急冷薄帯8の酸化を防止するた
めに、雰囲気ガスは、例えばアルゴンガス、ヘリウムガ
ス、窒素ガス等の不活性ガスであるのが好ましい。
材料(合金)を入れ、コイル4により加熱して溶融し、
その溶湯6をノズル3から吐出すると、図5に示すよう
に、溶湯6は、冷却ロール5の周面53に衝突し、パド
ル(湯溜り)7を形成した後、回転する冷却ロール5の
周面53に引きずられつつ急速に冷却されて凝固し、急
冷薄帯8が連続的または断続的に形成される。このよう
にして形成された急冷薄帯8は、やがて、そのロール面
81が周面53から離れ、図4中の矢印9B方向に進行
する。なお、図5中、溶湯の凝固界面71を点線で示
す。
成、表面層52の構成材料(組成)、周面53の表面性
状(特に、周面53の溶湯6に対する濡れ性)等により
その好適な範囲が異なるが、磁気特性向上のために、5
〜60m/秒であるのが好ましく、10〜40m/秒で
あるのがより好ましい。冷却ロール5の周速度が下限値
未満であると、溶湯6(パドル7)の冷却速度が低下
し、結晶粒径が増大する傾向を示し、磁気特性が低下す
る場合がある。一方、冷却ロール5の周速度が上限値を
超えると、逆に冷却速度が大きくなり、非晶質組織が占
める割合が大きくなり、その後に、後述する熱処理を施
したとしても、磁気特性が十分に向上しない場合があ
る。
その幅wおよび厚さができるだけ均一であるものが好ま
しい。この場合、急冷薄帯8の平均厚さtは、10〜4
0μmであるのが好ましく、12〜30μmであるのが
より好ましい。平均厚さtが下限値未満であると、非晶
質組織が占める割合が大きくなり、その後に、後述する
熱処理を施したとしても磁気特性が十分に向上しない場
合がある。単位時間当たりの生産性も低下する。一方、
平均厚さtが上限値を超えると、フリー面82側の結晶
粒径が粗大化する傾向を示すため、磁気特性が低下する
場合がある。
えば、非晶質組織の再結晶化の促進、組織の均質化のた
めに、少なくとも1回熱処理を施すこともできる。この
熱処理の条件としては、例えば、400〜900℃で、
0.2〜300分程度とすることができる。
に、真空または減圧状態下(例えば1×10-1〜1×1
0-6Torr)、あるいは窒素ガス、アルゴンガス、ヘ
リウムガス等の不活性ガス中のような、非酸化性雰囲気
中で行うのが好ましい。
薄帯(薄帯状の磁石材料)8は、微細結晶組織、もしく
は微細結晶がアモルファス組織中に含まれるような組織
となり、優れた磁気特性が得られる。そして、この急冷
薄帯8を粉砕することにより、本発明の磁石粉末が得ら
れる。
ールミル、振動ミル、ジェットミル、ピンミル等の各種
粉砕装置、破砕装置を用いて行うことができる。この場
合、粉砕は、酸化を防止するために、真空または減圧状
態下(例えば1×10-1〜1×10-6Torr )、あ
るいは窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活
性ガス中のような、非酸化性雰囲気中で行うこともでき
る。
が、後述するボンド磁石を製造するためのものの場合、
磁石粉末の酸化防止と、粉砕による磁気特性劣化の防止
とを考慮して、0.5〜150μm程度が好ましく、
0.5〜80μm程度がより好ましく、1〜50μm程
度がさらに好ましい。
形性を得るために、磁石粉末の粒径分布は、ある程度分
散されている(バラツキがある)のが好ましい。これに
より、得られたボンド磁石の空孔率を低減することがで
き、その結果、ボンド磁石中の磁石粉末の含有量を同じ
としたときに、ボンド磁石の密度や機械的強度をより高
めることができ、磁気特性をさらに向上することができ
る。
ば、粉砕により導入されたひずみの影響の除去、結晶粒
径の制御を目的として、熱処理を施すこともできる。こ
の熱処理の条件としては、例えば、350〜850℃
で、0.2〜300分程度とすることができる。
に、真空または減圧状態下(例えば1×10-1〜1×1
0-6Torr)、あるいは窒素ガス、アルゴンガス、ヘ
リウムガス等の不活性ガス中のような、非酸化性雰囲気
中で行うのが好ましい。
を製造した場合、そのような磁石粉末は、結合樹脂との
結合性(結合樹脂の濡れ性)が良く、そのため、このボ
ンド磁石は、機械的強度が高く、熱安定性(耐熱性)、
耐食性が優れたものとなる。従って、当該磁石粉末は、
ボンド磁石の製造に適している。
法を例に説明したが、双ロール法を採用してもよい。ま
た、その他、例えばガスアトマイズのようなアトマイズ
法、回転ディスク法、メルト・エクストラクション法、
メカニカル・アロイング(MA)法等により製造しても
よい。このような急冷法は、金属組織(結晶粒)を微細
化することができるので、ボンド磁石の磁石特性、特に
保磁力等を向上させるのに有効である。
明のボンド磁石について説明する。
樹脂とを混合し、圧縮成形してなるものである。
性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。
ド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナ
イロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロ
ン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、熱可
塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマ
ー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸
ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィ
ン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等、
またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマ
ーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種
以上を混合して用いることができる。
り、機械的強度が高いことから、ポリアミド、耐熱性向
上の点から、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイ
ドを主とするものが好ましい。また、これらの熱可塑性
樹脂は、磁石粉末との混練性にも優れている。
重合化等により、例えば成形性を重視したものや、耐熱
性、機械的強度を重視したものというように、広範囲の
選択が可能となるという利点がある。
スフェノール型、ノボラック型、ナフタレン系等の各種
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン
樹脂、ポリエステル(不飽和ポリエステル)樹脂、ポリ
イミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙
げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して
用いることができる。
り、機械的強度が高く、耐熱性に優れるという点から、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリ
コーン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂が特に好ましい。
また、これらの熱硬化性樹脂は、磁石粉末との混練性、
混練の均一性にも優れている。
は、室温で液状のものでも、固形(粉末状)のものでも
よい。
次のようにして製造される。磁石粉末と、結合樹脂と、
必要に応じ添加剤(酸化防止剤、潤滑剤等)とを混合、
混練(例えば、温間混練)してボンド磁石用組成物(コ
ンパウンド)を製造し、このボンド磁石用組成物を圧縮
成形機の成形金型内に充填し、磁場中または無磁場中
で、コンパウンドを加圧することにより、所望の磁石形
状に成形する。結合樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、成
形後、加熱等によりそれを硬化する。
は軟化する温度で行われるのが好ましい(温間圧縮成
形)。
加熱すること等により、成形時のコンパウンドの温度
を、用いられる結合樹脂が溶融または軟化する所定の温
度とした状態で行われる。
脂の軟化点以上の温度であるのが好ましい。特に、金型
温度は、結合樹脂の融点をt℃としたとき、t〜(t+
80)℃程度であるのが好ましい。ただし、結合樹脂が
熱硬化性樹脂であり、かつこの結合樹脂の硬化を開始す
る温度が(t+80)より低い場合、温間圧縮成形時に
おける金型温度の上限は、結合樹脂の硬化を開始する温
度未満の温度であるのが好ましい。
により、成形時におけるコンパウンドの流動性が向上
し、成形性が向上するとともに、空孔率の小さいボンド
磁石を製造することができ、更なる磁気特性の向上が図
れる。また、ボンド磁石の機械的強度も向上する。
温度等によって若干異なるが、1〜25ton/cm2
であるのが好ましく、5〜20ton/cm2であるの
がより好ましい。
率は、5vol%以下であるのが好ましく、3vol%
以下であるのがより好ましい。
形に比べて、コンパウンドの流動性が要求されないの
で、射出成形や押出成形に比べて、ボンド磁石中の磁石
粉末の含有量を多くすることができる。しかも、本発明
の磁石粉末は、前述したように、従来の磁石粉末に比
べ、高い磁気特性を有している。したがって、本発明の
磁石粉末を用いて圧縮成形(特に、温間圧縮成形)を行
うことにより、それらの相乗効果で非常に優れた磁気特
性を有するボンド磁石を得ることができる。
率)は、特に限定ないが、90〜99.5wt%程度で
あるのが好ましく、93〜98.5wt%程度であるの
がより好ましい。
石粉末の比重、磁石粉末の含有量、空孔率等の要因によ
り決定される。本発明のボンド磁石において、その密度
ρは特に限定されないが、4.5〜6.6Mg/m3程
度であるのが好ましく、5.5〜6.4Mg/m3程度
であるのがより好ましい。
すべく、磁石粉末の含有量を少なくした場合でも、前述
したように、磁石粉末自体の磁気特性が高いので、十分
な磁気特性を得ることができる。
限定されず、例えば、形状に関しては、例えば、円柱
状、角柱状、円筒状(リング状)、円弧状、平板状、湾
曲板状等のあらゆる形状のものが可能であり、その大き
さも、大型のものから超小型のものまであらゆる大きさ
のものが可能である。特に、小型化、超小型化された磁
石に有利であることは、本明細書中で度々述べている通
りである。
は、多極着磁に供される、または多極着磁されたもので
あるのが好ましい。
件を満足するのが好ましい。
保磁力)HcJは、400〜750kA/mであるのが好
ましく、430〜720kA/mであるのがより好まし
い。保磁力が前記下限値未満では、モータの用途によっ
ては逆磁場がかかったときの減磁が顕著になり、また、
高温における耐熱性が劣る。また、保磁力が前記上限値
を超えると、着磁性が低下する。従って、保磁力HcJを
上記範囲とすることにより、ボンド磁石(特に、円筒状
磁石)に多極着磁等をするような場合に、十分な着磁磁
場が得られないときでも、良好な着磁が可能となり、十
分な磁束密度が得られ、高性能なボンド磁石、特にモー
タ用ボンド磁石を提供することができる。
積(BH)max[kJ/m3]と密度ρ[Mg/m3]と
の間で、下記式(I)を満足するのが好ましい。
好ましく、式(III)を満足するのがさらに好ましい。
式中の下限値未満であると、磁石の密度を高くしない
と、すなわち磁石粉末の含有量(含有率)を高くしない
と、十分な磁気特性が得られない。そうした場合、高コ
スト化、結合樹脂の減少による成形性の低下という問題
を招く。また、一定の磁気特性を得るためには、体積が
増えることとなり、機器の小型化が困難となる。
度Br[T]と密度ρ[Mg/m3]との間で、下記式
(IV)を満足するのが好ましい。
好ましく、式(VI)を満足するのがさらに好ましい。
値未満であると、磁石の密度を高くしないと、すなわち
磁石粉末の含有量(含有率)を高くしないと、十分な磁
束密度が得られない。そうした場合、高コスト化、結合
樹脂の減少による成形性の低下という問題を招く。ま
た、一定の磁束密度を得るためには、体積が増えること
となり、機器の小型化が困難となる。
積(BH)maxが50kJ/m3以上であるのが好まし
く、60kJ/m3以上であるのがより好ましく、70
〜120kJ/m3であるのがさらに好ましい。最大磁
気エネルギー積(BH)maxが50kJ/m3未満である
と、モータ用に用いた場合、その種類、構造によって
は、十分なトルクが得られない。
減磁率)の絶対値が6.2%以下であるのが好ましく、
5%以下であるのがより好ましく、4%以下であるのが
さらに好ましい。これにより、熱的安定性(耐熱性)に
優れたボンド磁石が得られる。
る。
表1に示す合金組成で表される7種の磁石粉末(サンプ
ルNo.1〜No.7)を得た。
Mの各原料を秤量して母合金インゴットを鋳造した。
装置1を用意し、底部にノズル(円孔オリフィス:オリ
フィス直径0.6mm)3を設けた石英管内に前記サン
プルを入れた。急冷薄帯製造装置1が収納されているチ
ャンバー内を脱気した後、不活性ガス(アルゴンガス)
を導入し、所望の温度および圧力の雰囲気とした。
外周に、WCよりなる厚さ約7μmの表面層52を設け
たもの(直径200mm)を用いた。
高周波誘導加熱により溶解し、さらに、溶湯の噴射圧
(石英管の内圧と筒内2における液面の高さに比例して
かかる圧力の和と、雰囲気圧との差圧)、冷却ロールの
周速度を調整して、急冷薄帯を作製した。このとき得ら
れた急冷薄帯の厚さは、いずれも約20μmであった。
ンガス雰囲気中で680℃×300秒の熱処理を施し
て、磁石粉末を得た。
さらに粉砕機(ライカイ機)を用いてアルゴンガス中で
粉砕し、平均粒径60μmの磁石粉末(サンプルNo.
1〜No.7)にした。
を分析するため、Cu−Kαを用い回折角20°〜60
°にてX線回折を行った。回折パターンからハード磁性
相であるR2(Fe・Co)14B型相と、ソフト磁性相
であるα−(Fe,Co)型相の回折ピークが確認で
き、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察結果から、
いずれも、複合組織(ナノコンポジット組織)を形成し
ていることが確認された。また、各磁石粉末について、
平均結晶粒径の測定を行った。これらの値を表1に示
す。
℃)を混合し、これらを100℃×15分間、混練して
ボンド磁石用組成物(コンパウンド)を作製した。この
とき、磁石粉末とエポキシ樹脂との配合比率(重量比)
は、各ボンド磁石についてほぼ等しい値とした。すなわ
ち、各ボンド磁石中の磁石粉末の含有量(含有率)は、
約98wt%であった。
とし、この粒状物を秤量してプレス装置の金型内に充填
し、金型温度95℃、圧力8ton/cm2で圧縮成形
(無磁場中)した。このとき、結合樹脂は、軟化した状
態(ただし、硬化には至らない状態)であった。冷却
後、成形金型から離型し、150℃で結合樹脂を加熱硬
化させて、直径10mm×高さ7mmの円柱状のボンド
磁石を得た。
3.2MA/mのパルス着磁を施した後、直流自記磁束
計(東英工業(株)製、TRF−5BH)にて最大印加
磁場2.0MA/mで磁気特性(磁束密度Br、保磁力
HcJおよび最大磁気エネルギー積(BH)max)を測定
した。測定時の温度は、23℃(室温)であった。
は、ボンド磁石を100℃×1時間の環境下に保持した
後、室温に戻した際の不可逆減磁率(初期減磁率)を測
定し、評価した。不可逆減磁率(初期減磁率)の絶対値
が小さいほど、耐熱性(熱安定性)に優れる。
ルキメデス法により測定した。
Br/ρの値を表2に示す。
2〜No.6(本発明)によるボンド磁石は、いずれ
も、優れた磁気特性(残留磁束密度Br、最大磁気エネ
ルギー積(BH)maxおよび保磁力HcJ)を有するとと
もに、不可逆減磁率が小さく、熱的安定性(耐熱性)に
も優れている。
(いずれも比較例)のボンド磁石は、磁気特性が劣って
いるとともに、不可逆減磁率の絶対値が大きく、熱的安
定性も低い。
に、ポリアミド樹脂(ナイロン12、融点178℃)を
混合し、これらを225℃×15分間、混練してボンド
磁石用組成物(コンパウンド)を作製した。このとき、
磁石粉末とポリアミド樹脂との配合比率(重量比)は、
各ボンド磁石についてほぼ等しい値とした。すなわち、
各ボンド磁石中の磁石粉末の含有量(含有率)は、約9
7wt%であった。
とし、この粒状物を秤量してプレス装置の金型内に充填
し、金型温度210℃、圧力6ton/cm2で圧縮成
形(無磁場中)した。このとき、結合樹脂は、溶融した
状態であった。冷却後、成形金型から離型し、直径10
mm×高さ7mmの円柱状のボンド磁石を得た。
同様にして、磁気特性、不可逆減磁率および密度を測定
した。
Br/ρの値を表3に示す。
2〜No.6(本発明)によるボンド磁石は、いずれ
も、優れた磁気特性(残留磁束密度Br、最大磁気エネ
ルギー積(BH)maxおよび保磁力HcJ)を有するとと
もに、不可逆減磁率が小さく、熱的安定性(耐熱性)に
も優れている。
(いずれも比較例)のボンド磁石は、磁気特性が劣って
いるとともに、不可逆減磁率の絶対値が大きく、熱的安
定性も低い。
末を用いて製造されたボンド磁石は、優れた磁気特性、
熱的安定性(耐熱性)を有する。
のような効果が得られる。
Mo、Hf、W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1
種の元素)を所定量含有し、また、ソフト磁性相とハー
ド磁性相とを有する複合組織を有することにより、磁化
が高く、優れた磁気特性を発揮し、特に固有保磁力と角
型性が改善される。
の含有率を適宜選択することにより、さらに優れた磁気
特性、耐熱性が得られる。
耐熱性(熱的安定性)が得られる。
あっても、高磁気特性を持つボンド磁石が得られる。特
に、従来の等方性ボンド磁石に比べ、より小さい体積の
ボンド磁石で同等以上の磁気性能を発揮することができ
るので、より小型で高性能のモータを得ることが可能と
なる。
ら、圧縮成形によりボンド磁石とした場合に、非常に高
い磁気特性を得ることができる。また、ボンド磁石用組
成物中における磁石粉末の含有量を比較的少なくした場
合であっても、優れた磁気特性のボンド磁石を得ること
ができるので、成形性の向上と共に、寸法精度、機械的
強度、耐食性、耐熱性(熱的安定性)等のさらなる向上
が図れ、信頼性の高いボンド磁石を容易に製造すること
が可能となる。
で着磁することができ、特に多極着磁等を容易かつ確実
に行うことができ、かつ高い磁束密度を得ることができ
る。
ポジット組織)の一例を模式的に示す図である。
ポジット組織)の一例を模式的に示す図である。
ポジット組織)の一例を模式的に示す図である。
の構成例を示す斜視図である。
衝突部位付近の状態を示す断面側面図である。
Claims (23)
- 【請求項1】 Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByM
z(ただし、Rは、Dyを除く少なくとも1種の希土類
元素、Mは、Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、
Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元素、x:
7.1〜9.9原子%、y:4.6〜8.0原子%、
z:0.1〜3.0原子%、a:0〜0.30)で表さ
れる合金組成からなり、ハード磁性相とソフト磁性相と
を有する複合組織で構成される磁石粉末であって、 結合樹脂と混合し圧縮成形して密度ρ[Mg/m3]の
ボンド磁石としたとき、当該ボンド磁石の室温での最大
磁気エネルギー積(BH)max[kJ/m3]が、(B
H)max/ρ2[×10-9J・m3/g2]≧2.40の関
係を満足し、かつ当該ボンド磁石の室温での固有保磁力
HcJが400〜750kA/mであることを特微とする
磁石粉末。 - 【請求項2】 結合樹脂と混合し圧縮成形して密度ρ
[Mg/m3]のボンド磁石としたとき、当該ボンド磁
石の室温での残留磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×
10-6T・m3/g]≧0.125の関係を満足する請求
項1に記載の磁石粉末。 - 【請求項3】 Rx(Fe1-aCoa)100-x-y-zByM
z(ただし、Rは、Dyを除く少なくとも1種の希土類
元素、Mは、Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、W、
Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元素、x:
7.1〜9.9原子%、y:4.6〜8.0原子%、
z:0.1〜3.0原子%、a:0〜0.30)で表さ
れる合金組成からなり、ハード磁性相とソフト磁性相と
を有する複合組織で構成される磁石粉末であって、 結合樹脂と混合し圧縮成形して密度ρ[Mg/m3]の
ボンド磁石としたとき、当該ボンド磁石の室温での残留
磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×10-6T・m3/
g]≧0.125の関係を満足し、かつ当該ボンド磁石
の室温での固有保磁力HcJが400〜750kA/mで
あることを特微とする磁石粉末。 - 【請求項4】 磁石粉末は、急冷薄帯を粉砕して得られ
たものである請求項1ないし3のいずれかに記載の磁石
粉末。 - 【請求項5】 前記急冷薄帯の厚さは、10〜40μm
である請求項4に記載の磁石粉末。 - 【請求項6】 前記急冷薄帯は、磁石材料の溶湯を回転
する冷却ロールの周面に衝突させ、冷却固化することに
より得られるものである請求項4または5に記載の磁石
粉末。 - 【請求項7】 前記冷却ロールは、金属または合金で構
成される基部と、周面を構成する表面層とを有し、該表
面層の熱伝導率が前記基部の熱伝導率より小さいもので
ある請求項6に記載の磁石粉末。 - 【請求項8】 前記表面層は、セラミックスで構成され
る請求項7に記載の磁石粉末。 - 【請求項9】 前記Rは、Ndおよび/またはPrを主
とする希土類元素である請求項1ないし8のいずれかに
記載の磁石粉末。 - 【請求項10】 前記Rは、Prを含み、その割合が前
記R全体に対して5〜75%である請求項1ないし9の
いずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項11】 前記複合組織は、ナノコンポジット組
織である請求項1ないし10のいずれかに記載の磁石粉
末。 - 【請求項12】 磁石粉末は、その製造過程および/ま
たは製造後に、少なくとも1回熱処理が施されたもので
ある請求項1ないし11のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項13】 平均結晶粒径が5〜50nmである請
求項1ないし12のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項14】 平均粒径が0.5〜150μmである
請求項1ないし13のいずれかに記載の磁石粉末。 - 【請求項15】 磁石材料の溶湯を回転する冷却ロール
の周面に衝突させ、冷却固化することにより急冷薄帯を
得、該急冷薄帯を粉砕して請求項1ないし14のいずれ
かに記載の磁石粉末を得ることを特徴とする磁石粉末の
製造方法。 - 【請求項16】 請求項15に記載の方法により製造さ
れた磁石粉末を結合樹脂と混合し圧縮成形してなること
を特徴とするボンド磁石。 - 【請求項17】 請求項1ないし14のいずれかに記載
の磁石粉末を結合樹脂と混合し圧縮成形してなることを
特徴とするボンド磁石。 - 【請求項18】 前記圧縮成形は、前記結合樹脂が溶融
または軟化する温度で行われる請求項16または17に
記載のボンド磁石。 - 【請求項19】 Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、
W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元素を含
有するR−TM−B系合金(ただし、Rは、Dyを除く
少なくとも1種の希土類元素、TMは、Feを主とする
遷移金属)の磁石粉末と、結合樹脂とを混合し圧縮成形
してなるボンド磁石であって、 ボンド磁石の密度をρ[Mg/m3]としたとき、室温
での最大磁気エネルギー積(BH)max[kJ/m3]
が、(BH)max/ρ2[×10-9J・m3/g2]≧2.
40の関係を満足し、かつ室温での固有保磁力HcJが4
00〜750kA/mであることを特徴とするボンド磁
石。 - 【請求項20】 室温での残留磁束密度Br[T]が、
Br/ρ[×10-6T・m3/g]≧0.125の関係を
満足する請求項19に記載のボンド磁石。 - 【請求項21】 Ti、Cr、Nb、V、Mo、Hf、
W、Mn、Zr、Dyのうち少なくとも1種の元素を含
有するR−TM−B系合金(ただし、Rは、Dyを除く
少なくとも1種の希土類元素、TMは、Feを主とする
遷移金属)の磁石粉末と、結合樹脂とを混合し圧縮成形
してなるボンド磁石であって、 ボンド磁石の密度をρ[Mg/m3]としたとき、室温
での残留磁束密度Br[T]が、Br/ρ[×10-6T
・m3/g]≧0.125の関係を満足し、かつ室温での
固有保磁力HcJが400〜750kA/mであることを
特徴とするボンド磁石。 - 【請求項22】 最大磁気エネルギー積(BH)maxが
50kJ/m3以上である請求項16ないし21のいず
れかに記載のボンド磁石。 - 【請求項23】 不可逆減磁率(初期減磁率)の絶対値
が6.2%以下である請求項16ないし22のいずれか
に記載のボンド磁石。
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