JP2008223052A - 希土類磁石合金、希土類磁石合金薄帯の製造方法、およびボンド磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】希土類元素が比較的少ない量でありながら、十分な磁気特性を備えた希土類磁石合金を得る。
【解決手段】磁石の合金組成式がＲ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ （Ｒは、Ｙを除くＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうちの少なくとも１種を含む希土類元素、ＴはＦｅ、またはＦｅの一部を２０％以上のＣｏで置換したもの、ＭはＢ、またはＢおよびＣ）であり、組成比率ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％、ｘ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％、および、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低希土類元素および低Ｂ（ボロン）であるにも拘わらず高残留磁束密度および耐熱性を有する希土類磁石合金、希土類磁石合金薄帯の製造方法、およびボンド磁石に関するものである。

Ｎｄに代表される希土類元素、鉄、ボロンを含む希土類磁石合金が知られている。たとえば、ネオジウム−鉄−ボロン系磁石合金がそれである。このような磁石合金は、その粉末を樹脂バインダを用いて成形して着磁したボンド磁石、その粉末をホットプレスにより成形し着磁した熱間成形磁石などに用いられる。これらの磁石は、比較的高い磁気特性と成形の容易性とが同時に得られ、種々のモータの部品などに広く用いられている。

保磁力を引き下げて着磁を容易にするためや、高価な元素の消費を少なくして低コストとするために、Ｎｄ( ネオジウム) などの希土類元素の割合を低くする試みがなされているが、Ｎｄ量を少なくすると磁石の温度特性が悪くなり、高温とされたときの不可逆減磁率が使用に耐えられない程度の値に増加する。

これに対し、希土類元素の割合を低くしても温度特性の悪化を回避した希土類−鉄−ボロン系磁石合金が提案されている。たとえば、特許文献１に記載されたものがそれである。この技術は、合金組成Ｒ_ｗ Ｆｅ_{１００−ｗ−ｘ−ｙ−ｚ} Ｃｏ_ｘ Ｂ_ｙ Ｍ_ｚ （ただし、ＲはＹを含む希土類元素から選んだ１種または２種以上の金属、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａおよびＷから選んだ１種または２種以上の金属であり、ｗ＝２〜１２、ｘ＝０〜１０、ｙ＝３〜９、ｚ≦０．５）を持つ磁石合金の急冷薄帯を粉砕することにより、希土類−鉄−ボロン系磁石合金を得るものである。これによれば、希土類−鉄−ボロン系磁石合金において、Ｎｄなどの希土類の量を低減することにより保磁力を低下させ着磁を容易にするとともに残留磁束密度を向上させた合金組成を採用したとき、従来は避けられなかった温度特性の悪化を防止でき、高温で使用したときの不可逆減磁率の度合いが小さい磁石が得られる。
特開平９−３２０８２４号公報

ところで、上記従来の希土類−鉄−ボロン系磁石合金では、確かに希土類元素の含有量が少なくされているが、保磁力、残留磁束密度等の磁気特性が必ずしも十分なものではないという問題があった。すなわち、保磁力、残留磁束密度等のどの磁気特性においても必要な値が得られバランスのとれた希土類磁石合金が待ち望まれていた。

そこで、本発明は、希土類元素が比較的少ない量でありながら、十分な磁気特性を備えた希土類磁石合金を得ることを課題とする。

かかる目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、希土類磁石合金であって、その合金の組成式はＲ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ （Ｒは、Ｙを除くＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうちの少なくとも１種を含む希土類元素、Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅの一部を２０％以下のＣｏで置換したもの、ＭはＢ、またはＢおよびＣ）であり、組成比率ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％、ｘ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％、および、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％を満足することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ のうち、Ｆｅが０．１〜３．０ａｔ％のＴｉで置換されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項１または２に係る発明において、前記組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ のうち、Ｆｅが０．１〜２．０ａｔ％のＮｂで置換されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至請求項３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を冷却して得られる希土類磁石合金薄帯であって、その希土類磁石合金薄帯を着磁し、その着磁後の希土類磁石合金薄帯を１２５℃まで加熱したときの不可逆減磁率が４．０％以下であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至請求項３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を冷却して得られる希土類磁石合金薄帯を、粉砕し、樹脂と混合し、成形することによって得られるボンド磁石である。

また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、希土類磁石合金薄帯の製造方法であって、(a) 請求項１乃至３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を回転する冷却ホイール上に供給することにより薄帯を形成する薄帯形成工程と、(b) その薄帯を熱処理してその薄帯を結晶化させる熱処理工程とを、含むことを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の要旨とするところは、請求項６に係る発明において、前記冷却ホイールは、２０〜４０ｍ／ｓｅｃの周速で回転することを特徴とする。

また、請求項８に係る発明の要旨とするところは、請求項６または７に係る発明において、前記熱処理工程の熱処理温度が６７５〜７２５℃であることを特徴とする。

請求項１にかかる発明の希土類磁石合金によれば、その合金の組成式がＲ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ （Ｒは、Ｙを除くＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうちの少なくとも１種を含む希土類元素、Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅの一部を２０％以下のＣｏで置換したもの、ＭはＢ、またはＢおよびＣ）であり、組成比率ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％、ｘ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％、および、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％を満足するものであることから、十分な磁石性能を備えた低希土類元素且つ低ボロンの希土類磁石合金が得られる。

上記請求項１に係る発明の希土類磁石合金において、その合金の組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ 中のＲの組成比率ｗの範囲は３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％である。ｗがその下限値３．０ａｔ％を下回ると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、ＨcBが低下する。反対に、ｗがその上限値である５．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)が低下する。したがって、磁気特性のバランスを考えて上記Ｒの組成比率ｗの範囲が定められている。なお、５．０ａｔ％は、磁石組成の改良とＹの最適な添加により、この種の磁石合金に代表的な値１２を大幅に下回っている。これにより低コスト化を実現できる。また、上記組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ 中のＭの組成比率ｙの範囲は６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％である。ｙがその下限値６．０を下回ると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、ＨcBが低下する。反対に、ｙがその上限値８．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)が低下する。したがって、磁気特性のバランスを考えて上記Ｍの組成比率ｙの範囲が定められている。また、上記組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ 中のＹの組成比率ｚの範囲は０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％である。ｚがその下限値０．１ａｔ％を下回ると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、ＨcBが低下する。反対に、ｚがその上限値である1 ．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)が低下する。Ｙ( イットリウム）は保磁力増加効果が得られるが、大量に含まれると、保磁力ＨcJ、ＨcBや残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)を低下させる。したがって、磁気特性のバランスを考えて上記Ｙの組成比率ｚの範囲が定められている。合金の組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ の中のＴの組成比率ｘ( ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ) は、上記組成比率ｗ、ｙ、ｚが決まることに従って、決定される。

また、請求項２に係る発明の希土類磁石合金によれば、前記組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ のうち、Ｆｅが０．１〜３．０ａｔ％のＴｉ( チタン）で置換されていることから、磁石の組成中の結晶が小さくなり、磁束密度および保磁力が一層高められる。すなわち、上記合金の組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ の中のＦｅはその０．１〜３．０ａｔ％のＴｉで置換されている。一般に、Ｔｉの添加は、合金の磁気特性を向上させる効果がある。ＴｉがＦｅの０．１ａｔ％を下回ると、保磁力ＨcJ、ＨcBに関しての磁気特性が低下する。反対に、ＴｉがＦｅの３．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)に関しての磁気特性が低下する。

また、請求項３に係る発明の希土類磁石合金によれば、前記組成式のうち、Ｆｅが０．１〜２．０ａｔ％のＮｂ( ニオブ）で置換されていることから、磁石の組成中の結晶が小さくなり、磁束密度および保磁力が一層高められる。すなわち、上記合金の組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ の中のＦｅはその０．１〜２．０ａｔ％のＮｂで置換されている。一般に、Ｎｂの添加は、合金の磁気特性を向上させる効果がある。ＮｂがＦｅの０．１ａｔ％を下回ると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、ＨcBに関しての磁気特性が低下する。反対に、ＮｂがＦｅの２．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)に関しての磁気特性が低下する。

また、請求項４に係る発明の希土類磁石合金薄帯によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を冷却して得られる希土類磁石合金薄帯であって、その希土類磁石合金薄帯を着磁し、その着磁後の希土類磁石合金薄帯を１２５℃まで加熱したときの不可逆減磁率が４．０％以下であるので、磁石の組成中の結晶が小さくなり、磁束密度および保磁力が一層高められる。

また、請求項５に係る発明のボンド磁石によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を冷却して得られる希土類磁石合金薄帯を、粉砕し、樹脂と混合し、成形することによって得られるボンド磁石であるので、十分な磁気性能を備えた低希土類元素且つ低ボロンの希土類磁石合金を含むボンド磁石が得られる。

また、請求項６に係る発明の希土類磁石合金薄帯の製造方法によれば、(a) 請求項１乃至３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を回転する冷却ホイール上に供給することにより薄帯を形成する薄帯形成工程と、(b) その薄帯を熱処理してその薄帯を結晶化させる熱処理工程とを、含むことから、磁石を構成する希土類磁石合金の組成中において、磁気的に寄与できる大きさの結晶が多く得られるので、保磁力を始めとする磁気特性が高められる。

また、請求項７に係る発明の希土類磁石合金薄帯の製造方法によれば、前記冷却ホイールは、２０〜４０ｍ／ｓｅｃの周速で回転することから、磁石を構成する希土類磁石合金の組成中の結晶が磁気的に寄与できる大きさとなるための適切な冷却速度が得られるので、保磁力を始めとする磁気特性が高められる。冷却ホイールの周速が２０ｍ／ｓｅｃを下回ると、冷却ホイールの回転が遅過ぎて薄帯( リボン）の厚みが厚くなり、結晶が大きくなるので、磁気特性が低下する。反対に、冷却ホイールの周速が４０ｍ／ｓｅｃを上回ると、冷却ホイールの回転が速すぎて冷却ホイールから剥がれ易くなることから冷却効果が得られず、磁気特性の向上が望めない。

また、請求項８に係る発明の希土類磁石合金薄帯の製造方法によれば、前記熱処理工程の熱処理温度が６７５〜７２５℃であることから、磁石を構成する希土類磁石合金の組成中において磁気的に寄与できる大きさの結晶が増加されるので、保磁力を始めとする磁気特性が高められる。熱処理温度が６７５℃を下まわると、磁気的に寄与できる大きさの結晶の増加が不十分であり、熱処理温度が７２５℃を超えると結晶が大きくなりすぎて結晶数が減少し磁気的に寄与できる大きさの結晶数が十分に得られない。

ここで、好適には、前記希土類磁石合金の組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ において、ＲはＹを除く希土類元素として定義されるが、そのＲとして、Ｎｄ、Ｐｒ( プラセオジム）だけでなく、Ｄｙ( ジスブロジウム）、Ｈｏ( ホルミウム）、Ｔｂ( テルビウム）などの他の希土類元素が用いられても同様の効果が得られる。

また、好適には、前記希土類磁石合金の組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ において、ＴはＦｅのみであってもよいしＦｅの一部を２０％以下のＣｏで置換したものであっても同様の効果が得られる。Ｆｅの一部をＣｏで置換した場合、残留磁化特性を向上させることができる。ここで、２０％以下としたのは、２０％を越えると保磁力が減少するためである。また、ＭはＢのみであってもよいが、そのＢにＣが加えられたものであっても同様の効果が得られる。

また、好適には、前記希土類磁石合金は、１２５℃まで加熱したときの不可逆減磁率が４．０％以上である。これによれば、高い温度特性が得られる。

また、好適には、前記希土類磁石合金薄帯を粉砕し、樹脂と混合し、成形することによってボンド磁石を得ることができる。これによれば、磁束密度、保磁力において十分な磁石性能を備えた低希土類元素且つ低ボロンの希土類磁石合金から成る安価なボンド磁石が得られる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、たとえば図２に示す円筒状のボンド磁石１０を製造するための製造工程を説明する図である。図１において、溶解工程Ｐ１では、溶解炉内に投入する複数種類の原料を調合して溶解することにより希土類磁石合金の溶湯１２が作製される。原料は、その希土類磁石合金の組成式をＲ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ （Ｒは、Ｙを除くＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうちの少なくとも１種を含む希土類元素、Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅの一部を２０％以下のＣｏで置換したもの、ＭはＢ、またはＢおよびＣ）としたとき、その組成比率ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％、ｘ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％、および、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％を満足するように調合され、溶解炉内においてその原料にたとえば高周波加熱が加えられることにより溶解される。

続く急冷工程( 急冷薄帯製造工程）Ｐ２では、図３に示すように溶解工程Ｐ１で溶解させられた溶湯１２が急冷装置１４を用いてロール急冷法により超急冷される。この急冷装置１４を用いて行われる単ロール法では、真空若しくはアルゴンガスなどの不活性雰囲気下において、所定の周速で回転させられている冷却ホイール１６の表面上に、前記溶解工程Ｐ１で溶解させられた溶湯１２が溶湯容器１８内から落下させられる。溶湯１２は、回転させられている冷却ホイール１６の表面に接触させられることによって急冷され、リボン２０と呼ばれる偏平な原料片である薄帯が形成される。上記冷却ホイール１６の周速は、磁石合金の組成によって異なるが、たとえば、２０〜４０ｍ／秒である。また、冷却ホイール１６は、熱伝導度が高い銅、または、銅とクロムやベリリウムなどとの合金等の熱伝導の良い材質から円柱状或いは厚肉円板状に構成される。この急冷工程Ｐ２により製造されるリボン２０の厚さは、１０〜４０μｍ程度である。

次いで、粉砕工程Ｐ３では、上記急冷工程Ｐ２で得られたリボン２０がたとえばピンミルなどの粉砕機で粉砕されて、フレーク状の磁石粉末が製造される。

次の熱処理工程Ｐ４では、上記磁石粉末の結晶の完全性を高めるようにすなわち磁気的に寄与できる大きさの結晶をアモルファス状態から増加させるように、上記粉砕工程Ｐ３により製造された磁石粉末が、アルゴンガスなどの不活性雰囲気下において５００〜９００℃、好適には６７５℃程度で５乃至１０分程度加熱される。

混合工程Ｐ５では、上記磁石粉末から選別された１５０μｍ以下の磁粉粒子に、エポキシ樹脂等のバインダがたとえば２．５重量％の割合で添加された後、混練される。次いで、プレス成形工程Ｐ６では、このように混練された成形材料が所定の金型内に充填された状態でプレス成形される。そして、硬化工程Ｐ７では、オーブン内でたとえば２００℃で１時間程度の加熱が加えられることにより成形品が硬化され、図２に示すボンド磁石１０が得られる。そして、測定工程Ｐ８において、磁気性能の測定とともに、温度特性等の評価試験が行われる。

上述のように、本実施例のボンド磁石１０に用いられる希土類磁石合金によれば、その合金の組成式がＲ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ （Ｒは、Ｙを除くＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうちの少なくとも１種を含む希土類元素、Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅの一部を２０％以下のＣｏで置換したもの、ＭはＢ、またはＢおよびＣ）であり、組成比率ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％、ｘ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％、および、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％を満足するものであるので、十分な磁石性能を備えた低希土類元素且つ低ボロンの希土類磁石合金が得られる。

また、本実施例のボンド磁石１０に用いられる希土類磁石合金によれば、その組成式Ｒ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ のうち、Ｆｅが０．１〜３．０ａｔ％のＴｉ( チタン）で置換されていることから、磁石の組成中の結晶が小さくなり、磁束密度および保磁力が一層高められる。

また、本実施例のボンド磁石１０に用いられる希土類磁石合金によれば、その組成式のうち、Ｆｅが０．１〜２．０ａｔ％のＮｂ( ニオブ）で置換されていることから、磁石の組成中の結晶が小さくなり、磁束密度および保磁力が一層高められる。

また、本実施例の希土類磁石合金薄帯の製造方法によれば、(a) 希土類磁石合金の溶湯１２を回転する冷却ホイール１６上に供給することによりリボン( 薄帯）２０を形成する急冷工程Ｐ２と、(b) そのリボン( 薄帯）２０を熱処理してそのリボン２０を結晶化させる熱処理工程Ｐ４とを、含むことから、ボンド磁石１０を構成する希土類磁石合金の組成中において、磁気的に寄与できる大きさの結晶が多く得られるので、保磁力を始めとする磁気特性が高められる。

また、本実施例の希土類磁石合金薄帯の製造方法によれば、冷却ホイール１６は、２０〜４０ｍ／ｓｅｃの周速で回転することから、ボンド磁石１０を構成する希土類磁石合金の組成中の結晶が磁気的に寄与できる大きさとなるための適切な冷却速度が得られるので、保磁力を始めとする磁気特性が高められる。

また、本実施例の希土類磁石合金薄帯の製造方法によれば、熱処理工程Ｐ４の熱処理温度が６７５〜７２５℃であることから、ボンド磁石１０を構成する希土類磁石合金の組成中において磁気的に寄与できる大きさの結晶が増加されるので、保磁力を始めとする磁気特性が高められる。

また、本実施例の希土類磁石合金を含むボンド磁石１０によれば、粉砕工程Ｐ３においてリボン( 希土類磁石合金薄帯) ２０が粉砕され、混合工程Ｐ５においてエポキシ樹脂等のバインダ樹脂と混合され、成形工程Ｐ６においてプレス成形されることによって得られるものであることから、磁束密度、保磁力において十分な磁石性能を備えた低希土類元素且つ低ボロンの希土類磁石合金から成る安価なボンド磁石１０が得られる。

以下、上記ボンド磁石１０に用いられる希土類磁石合金の作用効果を検証する為に本発明者が行った各実験例について説明する。

＜実験１＞
合金組成Ｒ_ｗ Ｆｅ_{８２．２−ｗ}Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｂ_７ Ｙ_０．３ 内の希土類元素Ｒの組成比率ｗが２．７ａｔ％、３．０ａｔ％、３．５ａｔ％、４．０ａｔ％、５．０ａｔ％である５種類の磁石合金の溶湯を作る所定の原料を調合する他は、図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で５種類のリボン状の試料( およそ５×１×０．０２ｍｍ）を作製し、３種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ 又はＭＧＯｅ] 、保磁力ＨcJ、ＨcB[ 単位：ｋＡ／ｍ又はｋＯｅ] 、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])をそれぞれ測定した。

図４は、上記実験１の測定結果を示している。図４に示されるように、上記Ｒの組成比率ｗは、磁気特性のバランスを考慮すると、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％の範囲内で好適な磁気性能が得られている。Ｒの組成比率ｗがその下限値３．０ａｔ％を下回ると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、ＨcBに関しての磁気特性が低下する。反対に、Ｒの組成比率ｗがその上限値である５．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)に関しての磁気特性が低下する。

＜実験２＞
Ｐｒ_３．５ Ｆｅ_７９ Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｂ_７ で示される低希土類且つ低ボロンの組成にＹ( イットリウム）をＦｅの一部を置換する形態で複数種類の割合で添加し、その合金組成Ｐｒ_３．５ Ｆｅ_７９−ｚ Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｙ_ｚ Ｂ_７ 内のＹの組成比率ｚが０ａｔ％、０．３ａｔ％、０．５ａｔ％、０．７ａｔ％、１．０ａｔ％、１．３ａｔ％である６種類の磁石合金の溶湯を作る所定の原料を調合する他は、実験１と同様に、図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で６種類の所定形状のリボン状の試料を作製し、３種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ 又はＭＧＯｅ] 、保磁力ＨcJ、ＨcB[ 単位：ｋＡ／ｍ又はｋＯｅ] 、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])をそれぞれ測定した。

図５は、上記実験２の測定結果を示している。図５において、上記Ｙの組成比率ｚは、磁気特性のバランスを考慮すると、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％の範囲内で好適な磁気性能が得られている。Ｙの組成比率ｚがその下限値０．１ａｔ％を下回ると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、ＨcBに関しての磁気特性が低下する。反対に、Ｙの組成比率ｚがその上限値である１．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)に関しての磁気特性が低下する。

＜実験３＞
上記同様のＰｒ_３．５ Ｆｅ_７９Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｂ_７ で示される低希土類且つ低ボロンの組成にＹ( イットリウム）をＦｅの一部を複数種類の割合でＦｅと置換して、その合金組成Ｐｒ_３．５ Ｆｅ_７９−ｚ Ｃｏ_８Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｂ_７ Ｙ_ｚ内のＹの組成比率ｚが０ａｔ％、０．３ａｔ％、０．５ａｔ％、０．７ａｔ％、１．０ａｔ％である５種類の磁石合金の溶湯を作り、図１に示すものと同様の工程Ｐ１乃至Ｐ７で５種類のリボン状の試料を作製した。次いで、それらリボン状の試料を着磁した後、先ず加熱前の常温で残留磁束密度Ｂｒをそれぞれ測定した。次いで、それらリボン状の試料をオーブン内にて１２５℃にて加熱して常温に戻した状態で、加熱後の残留磁束密度Ｂｒ’をそれぞれ測定した。そして、それらの測定値から各リボン状の試料の不可逆減磁率ＤＭ（％）を以下の式にしたがってそれぞれ算出した。

ＤＭ（％）＝１００×[ Ｂｒ−Ｂｒ’] ／Ｂｒ

図６は、Ｙの組成比率ｚが０ａｔ％、０．３ａｔ％、０．５ａｔ％、０．７ａｔ％、１．０ａｔ％である５種類の磁石合金を含む所定形状のリボン状の試料の不可逆減磁率ＤＭ（％）を示している。不可逆減磁率ＤＭ（％）は、Ｙが添加されることにより改善され、添加量の増加すなわち組成比率ｚの増加とともに不可逆減磁率ＤＭ（％）が零に向かって減少する。換言すれば、Ｙがたとえその組成比率ｚが０．１ａｔ％であっても添加されることによって磁石合金の温度特性が明らかに改善され、組成比率ｚが増加するに伴ってさらにその磁石合金の温度特性が一層改善される。

＜実験４＞
Ｐｒ_５ Ｆｅ_７９．７Ｃｏ_８ Ｂ_７ Ｙ_０．３で示される低希土類且つ低ボロンの組成にＴｉ( チタン）をＦｅの一部を置換する形態で複数種類の割合で添加し、その合金組成Ｐｒ_５ Ｆｅ_{７９．７−ｔ}Ｃｏ_８ Ｔｉ_ｔ Ｂ_７ Ｙ_０．３内のＴｉの組成比率ｔが０ａｔ％、１．０ａｔ％、１．５ａｔ％、２．０ａｔ％、３．０ａｔ％、４．０ａｔ％である６種類の磁石合金の溶湯を作る所定の原料を調合する他は、実験１と同様に、図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で６種類の所定形状の試料を作製し、３種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ ] 、保磁力ＨcJ[ 単位：ｋＡ／ｍ] 、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] をそれぞれ測定した。

図７は、上記実験４の測定結果を示している。図７において、上記Ｔｉの組成比率ｔは、磁気特性のバランスを考慮すると、１．０≦ｔ≦３．０ａｔ％の範囲内で好適な磁気性能が得られている。ｔがその下限値１．０ａｔ％を下回ると、保磁力ＨcJに関しての磁気特性が低下する。反対に、ｔがその上限値である３．０ａｔ％を上まわると、最大エネルギー積（ＢＨ)max、保磁力ＨcJ、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)に関しての磁気特性が低下する。

＜実験５＞
Ｐｒ_５Ｆｅ_７８．２ Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｂ_７ Ｙ_０．３で示される低希土類且つ低ボロンの組成にＮｂ( ニオブ）をＦｅの一部を置換する形態で複数種類の割合で添加し、その合金組成Ｐｒ_５ Ｆｅ_{７８．２−ｎ}Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｂ_７ Ｙ_０．３内のＮｂの組成比率ｎが０ａｔ％、１．０ａｔ％、２．０ａｔ％、３．０ａｔ％である４種類の磁石合金の溶湯を作る所定の原料を調合する他は、実験１と同様に、図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で４種類の所定形状の試料を作製し、２種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ ] 、保磁力ＨcJ[ 単位：ｋＡ／ｍ］ をそれぞれ測定した。

図８および図９は、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxと上記Ｎｂの組成比率ｎとの関係を示すものであって、上記実験５の測定結果を示している。図８および図９において、上記Ｎｂの組成比率ｎは、磁気特性のバランスを考慮すると、０．１≦ｔ≦２．０ａｔ％の範囲内で好適な磁気性能が得られている。Ｎｂの組成比率ｎがその下限値０．１ａｔ％を下回ると、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxに関しての磁気特性が低下する。反対に、Ｎｂの組成ｎがその上限値である２．０ａｔ％を上まわると、保磁力ＨcJが一定値に安定し、最大エネルギー積（ＢＨ)maxが低下する。

＜実験６＞
Ｐｒ_５ Ｆｅ_８４．２ Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１Ｂ_ｙＹ_０．３で示される低希土類且つ低ボロンの組成中のＢ( ボロン）を複数種類の割合で加え、その合金組成Ｐｒ_５ Ｆｅ_８４．２Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１Ｙ_０．３内のＢの組成比率ｙが５．０ａｔ％、６．０ａｔ％、７．０ａｔ％、８．０ａｔ％、９．０ａｔ％である５種類の磁石合金の溶湯を作る所定の原料を調合する他は、実験１と同様に、図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で３種類の所定形状の試料を作製し、２種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ 又はＭＧＯｅ] 、保磁力ＨcJ[ 単位：ｋＡ／ｍ又はｋＯｅ]、残留磁化Ｊｒ［単位：Ｔ］(残留磁束密度Ｂｒ［単位：ｋＧ］) をそれぞれ測定した。

図１０は、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxと上記Ｂの組成比率ｙとの関係を示すものであって、上記実験６の測定結果を示している。図１０において、上記Ｂの組成比率ｙは、磁気特性のバランスを考慮すると、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％の範囲内で好適な磁気性能が得られている。Ｂの組成比率ｙがその下限値６．０ａｔ％を下回ると、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxに関しての磁気特性が低下する。反対に、Ｂの組成比率ｙがその上限値である８．０ａｔ％を上まわると、残留磁化Ｊr ( 残留磁束密度Ｂr)および最大エネルギー積（ＢＨ)maxが低下する。

＜実験７＞
Ｐｒ_３．５ Ｆｅ_７８．５Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｂ_７ Ｙ_０．５ で示される低希土類且つ低ボロンの合金組成の溶湯を用いて、急冷工程Ｐ２において冷却ホイール１６を、２０．０、２５．０、３０．０、４０．０という４種類の周速ＲＶ（ｍ／ｓ）を用いて急冷を行った他は、実験１と同様に図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で４種類の所定形状の試料を作製し、３種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ 又はＭＧＯｅ] 、保磁力ＨcJ、ＨcB[ 単位：ｋＡ／ｍ又はｋＯｅ] 、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])をそれぞれ測定した。

図１１は、上記実験７の測定結果を示している。図１１において、上記冷却ホイール１６の周速ＲＶ（ｍ／ｓ）は、磁気特性のバランスを考慮すると、２０．０≦ＲＶ≦４０．０の範囲内で好適な磁気性能が得られている。周速ＲＶがその下限値２０．０を下回ると、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxに関しての磁気特性が低下する。反対に、周速ＲＶがその上限値である４０．０を上まわると、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxに関しての磁気特性が低下する。冷却ホイール１６の周速ＲＶがその下限値２０．０ｍ／ｓを下回ると、冷却ホイール１６の回転が遅過ぎてリボン( 薄帯）２０の厚みが厚くなり、結晶が大きくなるので、磁気特性が低下すると考えられる。反対に、冷却ホイール１６の周速ＲＶが４０ｍ／ｓを上回ると、冷却ホイール１６の回転が速すぎて冷却ホイール１６から剥がれ易くなることから冷却効果が得られず、磁気特性の向上が望めない。

＜実験８＞
Ｐｒ_３．５ Ｆｅ_７８．３Ｃｏ_８ Ｔｉ_１．５ Ｎｂ_１ Ｂ_７ Ｙ_０．７ で示される低希土類且つ低ボロンの合金組成を用いて、熱処理工程Ｐ４で４種類の異なる熱処理温度ＴＴすなわち６５０℃、６７５℃、７００℃、７２５℃で熱処理を行った他は、実験１と同様に図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で４種類の所定形状の試料を作製し、３種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ 又はＭＧＯｅ] 、保磁力ＨcJ、ＨcB[ 単位：ｋＡ／ｍ又はｋＯｅ] 、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])をそれぞれ測定した。

図１２は、上記実験８の測定結果を示している。図１２において、熱処理温度ＴＴ（℃）は、磁気特性のバランスを考慮すると、６７５℃乃至７２５℃の範囲内で好適な磁気性能が得られている。熱処理温度ＴＴがその下限値６７５℃を下回ると、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxだけでなく、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])に関しての磁気特性が低下する。反対に、熱処理温度ＴＴがその上限値である７２５℃を上まわると、同様に、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxだけでなく、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])に関しての磁気特性が低下する。熱処理温度ＴＴが６７５℃を下まわると、磁気的に寄与できる大きさの結晶の増加が不十分となり、熱処理温度ＴＴが７２５℃を超えると結晶が大きくなりすぎて十分な保磁力が得られないからである。

＜実験９＞
図１３の表の合金組成に示す成分を有する原料を用いて、図１に示す工程Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４と同様の工程で１６種類の所定形状の試料( 実施例１〜８、比較例１〜８) を作製し、３種類の磁気特性、最大エネルギー積（ＢＨ)max[ 単位：ｋＪ／ｍ^３ 又はＭＧＯｅ] 、保磁力ＨcJ、[ 単位：ｋＡ／ｍ又はｋＯｅ] 、残留磁化Ｊr [ 単位：Ｔ] ( 残留磁束密度Ｂr[単位：ｋＧ])をそれぞれ測定した。

図１３の表は、上記実験９の測定結果を示している。その図１３の表において、実施例１〜８の合金組成は、Ｐｒに対応する希土類元素Ｒの組成比率ｗが３．５乃至５ａｔ％、Ｙの組成比率ｚが０．３乃至０．７ａｔ％、Ｂの組成比率ｙが７ａｔ％であり、残留磁化Ｊｒが１．２０乃至１．３８、保磁力ＨcJが２０１乃至３６９、最大エネルギー積（ＢＨ)maxが１００乃至１２７である。すなわち、残留磁束密度Ｂｒ１．２０以上、且つ最大エネルギー積（ＢＨ)maxが１００以上で比較的大きく、しかも保磁力ＨcJが過大或いは過少な値ではなく比較的安定した値であり、バランスのとれた高い磁石性能が得られる。

これに対し、図１３の表において、比較例１では、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxが小さく、十分な磁石性能が得られない。また、比較例２では、比較例１の成分に加えてＡｇが加えられているものの、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxが小さく、十分な磁石性能が得られない。また、比較例３では、比較例１の成分に加えてＴｉが加えられているものの、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxが小さく、十分な磁石性能が得られない。比較例４では、比較例１の成分に加えてＣｏ、Ｃｕ、Ｎｂが加えられているものの、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJは改善されるけれども最大エネルギー積（ＢＨ)maxが小さく、十分な磁石性能が得られない。比較例５では、比較例１の成分に加えてＣｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃが加えられているものの、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxは改善されるものの、残留磁化が小さく、十分な磁石性能が得られない。比較例６では、比較例１の成分に加えてＴｉ、Ｖ、Ｃが加えられているものの、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxは改善されるものの、残留磁化が小さく、十分な磁石性能が得られない。比較例７では、比較例１の成分に加えてＣｏ、Ｔｉ、Ｎｂが加えられているものの、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJおよび最大エネルギー積（ＢＨ)maxは改善されるものの、残留磁化が小さく、十分な磁石性能が得られない。比較例８では、比較例１の成分に加えてＣｏ、Ｔｉ、Ｎｂが加えられているものの、Ｙが含まれていないことから、保磁力ＨcJは改善されるものの、残留磁化および最大エネルギー積（ＢＨ)maxが小さく、十分な磁石性能が得られない。

その他一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

本発明の希土類磁石合金を含むボンド磁石の製造方法の一例を示す工程図である。 図１の製造工程により製造されたボンド磁石の一例を示す斜視図である。 図１の急冷工程において溶湯の急冷用いられる急冷装置を説明する略図である。 実験１の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれる希土類元素の組成比率ｗと磁気特性との関係を示す図である。 実験２の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれるイットリウムＹの組成比率ｚと磁気特性との関係を示す図である。 実験３の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれるイットリウムＹの組成比率ｚと不可逆減磁率との関係を説明する図である。 実験４の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれるチタンＴｉの組成比率ｔと磁気特性との関係を示す図である。 実験５の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれるニオブＮｂの組成比率ｎと保磁力ＨcJとの関係を示す図である。 実験５の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれるニオブＮｂの組成比率ｎと最大エネルギ積( ＢＨ）max との関係を示す図である。 実験６の結果を示す図であって、希土類磁石合金に含まれるボロンＢの組成比率ｙと磁気特性との関係を示す図である。 実験７の結果を示す図であって、図１の製造工程中の急冷工程Ｐ２における希土類磁石合金の溶湯を急冷するための冷却ホイールの周速ＲＶと希土類磁石合金の磁気特性との関係を示す図である。 実験８の結果を示す図であって、図１の製造工程中の熱処理工程Ｐ４における希土類磁石合金の熱処理温度ＴＴと希土類磁石合金の磁気特性との関係を示す図である。 実験９の試料の合金組成およびその磁気特性の測定結果を示す図である。

符号の説明

１２：溶湯
１６：冷却ホイール
Ｐ２：急冷工程( 急冷薄帯製造工程）
Ｐ４：熱処理工程

Claims (8)

1. 組成式がＲ_ｗ Ｔ_ｘ Ｍ_ｙ Ｙ_ｚ （Ｒは、Ｙを除くＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂのうちの少なくとも１種を含む希土類元素、Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅの一部を２０％以下のＣｏで置換したもの、ＭはＢ、またはＢおよびＣ）であり、組成比率ｗ、ｘ、ｙ、ｚが、３．０≦ｗ≦５．０ａｔ％、ｘ＝１００−ｗ−ｙ−ｚ、６．０≦ｙ≦８．０ａｔ％、および、０．１≦ｚ≦１．０ａｔ％を満足することを特徴とする希土類磁石合金。
2. 前記組成式のうち、Ｆｅが０．１〜３．０ａｔ％のＴｉで置換されていることを特徴とする請求項１の希土類磁石合金。
3. 前記組成式のうち、Ｆｅが０．１〜２．０ａｔ％のＮｂで置換されていることを特徴とする請求項１または２の希土類磁石合金。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を冷却して得られる希土類磁石合金薄帯であって、該希土類磁石合金薄帯を着磁し、該着磁後の希土類磁石合金薄帯を１２５℃まで加熱したときの不可逆減磁率が４．０％以下であることを特徴とする希土類磁石合金薄帯。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を冷却して得られる希土類磁石合金薄帯を、粉砕し、樹脂と混合し、成形することによって得られるボンド磁石。
6. 請求項１乃至３のいずれかの希土類磁石合金の溶湯を回転する冷却ホイール上に供給することにより薄帯を形成する薄帯形成工程と、
   該薄帯を熱処理して該薄帯を結晶化させる熱処理工程と
   を、含むことを特徴とする希土類磁石合金薄帯の製造方法。
7. 前記冷却ホイールは、２０〜４０ｍ／ｓｅｃの周速で回転することを特徴とする請求項６の希土類磁石合金薄帯の製造方法。
8. 前記熱処理工程の熱処理温度が６７５〜７２５℃であることを特徴とする請求項６または７の希土類磁石合金薄帯の製造方法。

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