JPH04196107A - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、希土類元素と遷移金属とボロンを基本成分と
する永久磁石の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、希土類−遷移金属−ボロン系の永久磁石には次の
４通りの方法による磁石が報告されてぃ（１）粉末冶金
法に基づく焼結法による磁石。

（参考文献１）・ （２）アモルファス合金を製造するのに用いる急冷薄帯
製造装置で厚さ３０μｍ程度の急冷薄片を作り、その薄
片を樹脂で結合する磁石。　（参考文献２） （３）（２）の方法で使用した同じ薄片を、２段階のホ
ットプレス法で機械的配向処理を施した磁石。　（参考
文献３） （４）鋳造インゴットを１段階の熱間加工により、機械
的配向を施し、さらに熱処理を施した磁石。

（参考文献４） 参考文献　１．特開昭５９−４６００８号公報〃号公報
間昭５９−２１１５４９号公報／ノ　　　３．特開昭６
０−１００４０２号公報７／　　　４、特開昭６３−１
５１９０５号公報次に上記の従来方法について説明する
。

先ず（１）の焼結法では、溶解・鋳造により合金インゴ
ットを作製し、粉砕して適当な粒度（数μｍ）の磁石粉
を得る。磁石粉は成形助材のバインダーと混練され、磁
場中でプレス成形されて成形体ができあがる。成形体は
アルゴン中で１１０°Ｃ前後の温度で１時間焼結され、
その後室温まで急冷される。焼結後、６００°Ｃ前後の
温度で熱処理することにより保磁力を向上させる。

（２）メルトスピニング法による急冷薄片を用いた樹脂
結合方法では、先ず急冷薄帯製造装置の最適な回転数で
Ｒ−ＴＭ−Ｂ合金の急冷薄帯をつくる。得られた厚さ３
０μｍのリボン状薄帯は、直径が１００ＯＡ’以下の結
晶の集合体であり、脆くて割れ易く、結晶粒は等方向に
分布しているので、磁気的にも等方性である。この薄帯
を適当な粒度に粉砕して、樹脂と混練してプレス成形す
る。

（３）の製造方法は、　（２）におけるリボン状急冷薄
帯あるいは薄片を、真空中あるいは不活性雰囲気中で２
段階ホットプレス法と呼ばれる方法で緻密で異方性を有
するＲ−ＴＭ−Ｂ磁石を得るものである。

このプレス過程では一軸性の圧力が加えられ、磁化容易
軸がプレス方向と平行に配向して、合金は異方化する。

尚、最初のメルトスピニング法で作られるリボン状薄帯
の結晶粒は、それが最大の保磁力を示すときの粒径より
も小さめにしておき、後のホットプレス中に結晶粒の粗
大化が生じて最適の粒径になるようにしておく。

（４）の製造方法は、　（１）と同様に溶解・鋳造によ
り作製した合金インゴットを、真空中あるいは、不活性
ガス雰囲気中で熱間加工することにより異方性を有し、
かつ熱処理に良好な磁気特性を有するＲ　−Ｔ　Ｍ　−
Ｂ　磁石を得るものである。

この方法では、異方性方向は（３）と同じく加工方向に
あるが、熱間加工は一段階のみでよく、結晶粒も、加工
によりむしろ小さくなるという違いがある。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来技術を用いることにより一応Ｒ−ＴＭ−Ｂ系
永久磁石は製造できるが、これらの製造方法には吹のよ
うな欠点を有している。

（１）の焼結法は、合金を粉末にすることが必須である
が、Ｒ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石は酸素に対して非常に活
性であり、そのため、粉末にするという工程を経ると表
面積が増え、酸化が激しくなり焼結体中の酸素温度はど
うしても高くなってしまう。また、粉末を成形するとき
に、たとえばステアリン酸亜鉛のような成形助材を使用
しなければならない。これは焼結工程で前もって取り除
かれるのではあるが、数割は磁石の中に炭素の形で残っ
てしまう。この炭素はＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石の磁気
性能を低下させてしまい好ましくない。

成形助材を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われる。これはたいへん脆く、ハンドリングが難
しい。従って、焼結炉にきれいに並べて入れるのは相当
の手間がががることも大きな欠点である。

また、異方性の磁石を得るためには磁場中でプレス成形
しなければならず、磁場電源、コイルなどの大きな装置
が必要となる。

以上の欠点があるので、−船釣に言ってＲ−ＴＭ−Ｂ系
の焼結磁石の製造には高価な設備が必要になるばかりで
はなく、生産効率も悪くなり、磁石の製造コストが高く
なってしまう。従って、比較的原料の安いＲ−ＴＭ−Ｂ
系磁石の長所を活かすことができるとは言い難い。

吹に、　（２）並びに（３）の方法であるが、これらの
方法は真空メルトスピニング装置を使用するが、この装
置は現在ではたいへん生産性が悪くしかも高価である。

（２）の方法は原理的に等方性であるので、低いエネル
ギー積であり、ビステリシスループの角形性も良くない
ので温度特性に対しても、使用する面においても不利で
ある。

（３）の方法では異方性の磁石が得られるが、ホットプ
レスを２段階に使うので、実際に量産を考えると大変に
非効率になることは否めないであろう。

また、この方法では高温、たとえば８００　’Ｃ以上で
は結晶粒の粗大化が著しく、それによって保磁力が極端
に低下し、実用的な永久磁石にはならない。

（４）の方法は、粉末工程を含まず、ホットプレスが一
段階でよい為に、最も製造工程が簡略化されるが、性能
的には（１）（３）に比してやや劣るという問題があっ
た。

本発明は、以」二の従来技術のうち特に（４）の性能面
での欠点を解決するものであり、その目的とするところ
は、高性能かつ低コストなＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石を提
供するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は希土類元素（ただしＹを含む）と遷移金属とホ
ロンを基本成分とする合金を鋳造した後、熱間加工する
工程と熱処理工程を含む永久磁石の製造方法において、
上記鋳造時に、鋳型内の合金溶湯表面に圧力を加えなが
ら合金インゴットを鋳造することを特徴とする。

［作用］ 本発明者らは、数多くのＲ−Ｆｅ−Ｂ系鋳造合金を評価
し、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金に適当な熱処理を加えれば高
い保磁力が得られることを知見し、更に、この合金を基
に熱間加工による機械的配向処理、添加元素による磁気
特性の改善効果を研究し、高性能の永久磁石の製造法を
知見した。しかし上記の方法に於て、鋳造時に通常の金
を中に鋳込んだ場合、金型とインゴット間にエアーギャ
ップが生じ、インゴットから金型への熱移動■が急激に
低下し、柱状晶の発達を妨げるとともに粒径の粗大化を
招く。このような因子は、熱間加工工程及び熱処理工程
を経て得られる磁気性能の低下を招く。

そこで本発明者らは、鋳造時に、鋳型内の合金溶湯表面
に圧力を加えながら凝固させて合金インゴットを１％る
ことにより、ン疑固収糸宿によるインゴットと鋳型間の
エアーギャップの発生を抑制して熱伝達を良好にし、微
細な柱状晶組織からなるインゴットを得た。この様にし
て得られた鋳造インボッ）・に対し、熱間加工工程及び
熱処理工程を施すことにより高性能な永久磁石が得られ
る。また、この様な加圧凝固させたインゴットは通常イ
ンゴットに比べ、ガス欠陥が少ないため機械的強度に優
れ、表面状態も非常にきれいなインゴットが得られる。

以下実施例について述べる。

［実施例］ 第１図に本発明における製造工程図を示す。

第２図に本発明による鋳造法の概要と得られるインゴッ
トの概略図を示した。金型内に鋳込まれた溶湯表面に、
予熱されたセラミックス製パンヂによって５０ＭＰａの
圧力を加えながら凝固させ、所望のインゴットを得るも
のである。また第３図に比較例として通常の鋳造法の概
要と得られるインゴットの概略図を示す。

（実施例１） 本実施例において使用した合金の組成は、Ｐｒ１７原子
％、Ｆｅ７６．５原子％、Ｂ５原子％、Ｃｕ１．５原子
％である。この合金を本発明による」二足第１図のよう
な鋳造法により作成したインゴット（Ａ種とする）と通
常鋳造によるインゴット（Ｂ種とする）について、それ
ぞれのインボットから試料片を切り出し、その密度を測
定した。

また組織観察の結果得られたインゴット組織の平均粒径
を測定した。さらにインゴット内部欠陥（ガス欠陥、引
は巣）の発生状況を調べた。この結果を第１表に示す。

第１表 この様に本発明によるインゴットＡは、粒径が微細化さ
れており、良好なインゴット組織が得られた。またイン
ゴット内部の欠陥が少なく、このため密度も高くなって
いる。このことから本発明による鋳造法を採用すること
によって良好なインゴツトが得られることが分かった。

（実施例２） 上記実施例１と同様な各インゴットから試料片を切り出
し、アルゴン雰囲気中に於て１０００°Ｃ２４時間のア
ニール処理を施した後、更にアルゴン雲囲気中４７５°
Ｃ２時間の熱処理を施した後、得られる磁気性能を測定
した。この結果を第２表に示す。

第２表 この様に本発明によるインゴットでは熱処理後の磁気性
能において、通常インゴットに比較して優れた磁気性能
が得られることが明かとなった。

（実施例３） 上記実施例１と同様な各インゴットから試料片を切り出
し、アルゴン雰囲気中１０００°Ｃに於て熱間プレスを
施した。プレス時にはインゴット試料片に鉄製リングを
つけてプレスした。プレス後上記実施例２と同様な二段
熱処理を施した。この結果得られた磁気性能を第３表に
示す。

第３表 以上のことから、熱間プレス後の磁気性能においても、
本発明によるインゴットの方が高い磁気性能を示すこと
があきらかとなった。

（実施例４） 上記実施例１と同様な各インゴットを金属シース中に封
入し、９５０°Ｃに於て加工度７５％の熱間圧延を施し
た。熱間圧延後９５０°０６時間の熱処理を施し、さら
に４７５°Ｃ２時間の熱処理を施した。この結果得られ
た磁気性能の結果を第４表に示す。また圧延後の各試料
について３点曲げ試験を行ない、曲げ強度を測定した。

この結果も併せて第４表に示す。

第４表 以上のように本発明によるインゴットは、熱間圧延後の
磁気性能においても良好な値を得ることができ、機械的
性質にも優れた製品が得られる。

（実施例５） 下記第５表に示すような組成の各合金について、上記実
施例と同様に本発明による鋳造法（Ａ種）と通常鋳造法
（Ｂ種）による２種類のインゴットを鋳造した。これら
の各インゴットについて実施例３と同様な熱間プレス工
程、および熱処理工程を施した結果得られた磁気性能を
第６表に示す。

第５表 第６表 以上のことから、いずれの組成においても本発明の鋳造
法により作成したインゴットの方が優れた磁気性能が得
られることが分かった。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、鋳造時に鋳型内の合金溶
湯表面に圧力を加えて合金インゴットを鋳造することに
よって、従来の鋳造法の欠点であった磁気特性の改善が
なされ、焼結による磁石と同等、もしくはそれ以上の性
能を得ることができる。そのため、製造工程の短縮とい
った鋳造法の長所がさらに助長される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の製造工程図、第
２図は本発明での鋳造法の概要と得られるインゴットの
概略図、第３図は通常鋳造法の概要と得られるインゴッ
トの概略図である。 ２０１．３０１・・・鋳造金型 ２０２．３０２・・・合金溶湯 ２０３．３０３・・・合金インゴット ２０４　　　　・・・セラミックス製パンチ以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 希土類元素（ただしＹを含む）と遷移金属とボロンを基
   本成分とする合金を鋳造した後、熱間加工する工程と熱
   処理工程を含む永久磁石の製造方法において、上記鋳造
   時に、鋳型内の合金溶湯表面に圧力を加えながら合金イ
   ンゴットを鋳造することを特徴とする永久磁石の製造方
   法。