JPS6134242B2 - - Google Patents
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Description
本発明は高価で資源希少なコバルトを全く使用
しない、希土類・鉄・ホウ素系永久磁石に関す
る。 永久磁石は一般家庭の各種電気製品から、大型
コンピユータの周辺端末機まで、幅広い分野で使
われるきわめて重要な電気・電子材料の一つであ
る。近年の電気、電子機器の小型化、高効率化の
要求にともない、永久磁石はますます高性能化が
求められるようなつた。 現在の代表的な永久磁石はアルニコ、ハードフ
エライトおよび希土類コバルト磁石である。最近
のコバルトの原料事情の不安定化にともない、コ
バルトを20〜30重量％含むアルニコを磁石の需要
は減り、鉄の酸化物を主成分とする安価なハード
フエライトが磁石の主流を占めるようになつた。
一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜65重
量％を含むうえ、希土類鉱石中にあまり含まれて
いないSmを使用するため大変高価であるが、他
の磁石に比べて、磁気特性が格段に高いため、主
として小型で、付加価値の高い磁気回路に多く使
われるようになつた。 希土類磁石がもつと広い分野で安価に、かつ多
量に使われるようになるためには、高価なコバル
トを含まず、かつ希土類金属として、鉱石中に多
量に含まれている軽希土類を主成分とすることが
必要である。このような永久磁石の一つの試みと
して、RFe2系化合物（ただしＲは希土類金属の
少なくとも一種）が検討された。クラークはスパ
ツタしたアモルフアスTbFe2は4.2〓で29.5MGOe
のエネルギ積をもち、300〜500℃で熱処理する
と、室温で保磁力Hc＝3.4kOe、最大エネルギ積
（BH）max＝7MGOeを示すことを見い出した。
同様な研究はSmFe2についても行なわれ、77〓
で9.2MGOeを示すことが報告されている。（Ａ，
Ｅ，Clark Appl・Phys，Lett・vol・23 No.・11
１ December 1973 642〜644頁）。しかし、こ
れらの材料はどれもスパツタリングにより作製さ
れる薄膜であり、一般のスピーカやモータに使う
磁石ではない。また、クロートによりPrFe系合
金の超急冷リボンが、Hc＝2.8kOeの高保磁力を
示すことが報告された（Ｊ・Ｊ・Croat、Appl・
Phys Lett 37（12）15 December 1980 1096〜
1098頁）。 さらに、クーン等は（Fe0.82B0.18）0.9
Tb0.05La0.05の超急冷アモルフアスリボンを627℃
で焼鈍すると、Hc＝9kOeにも達することを見い
出した（Br＝5kG）。但し、この場合、磁化曲線
の角形性が悪いため（BH）maxは低い（Ｎ・
Ｃ・Koon他、Appl・Phys・Lett・39（10）、
1981、840〜842頁）。 また、カバコフ等は（Fe0.8B0.2）1-xPrx（ｘ＝
０〜0.3原子比）の組成の超急冷リボンを作製
し、その合金が50e程度のHcを有することを報告
するとともにFe−Pr二成分系で室温にてkOeレ
ベルのHcをもつものがあると報告している
（Ｌ・Kabacoff他Ｊ・Appl・Phys 53（３）、
March 1982、2255〜2257頁）。 これらの超急冷リボン又はスパツタ薄膜はそれ
自体として使用可能な実用永久磁石体、即ちバル
ク状ではなく、これらのリボンや薄膜から実用永
久磁石を得ることはできない。 即ち、従来のFe・Ｂ・Ｒ系超急冷リボン又は
RFe系スパツタ薄膜からは、任意の形状・寸法を
有するバルク状の永久磁石を得ることができな
い。これまでに報告されたFe・Ｂ・Ｒ系リボン
の磁化曲線は角形性が悪く、従来慣用の磁石に対
抗できる実用永久磁石とはみなされえない。ま
た、上記スパツタ薄膜及び超急冷リボンは、いず
れも本質上等方性であり、これから磁気異方性の
実用永久磁石を得ることは、事実上不可能であ
る。 従つて、本発明の基本的目的は上述の従来法の
欠点を除去した。Co等の高価な物質を含まない
新規な実用永久磁石を得ることにある。特に、本
発明は、室温以上で良好な磁気特性を有し、任意
の形状、実用寸法に成形でき、磁化曲線の角形性
が高く、さらに磁気異方性を有する実用永久磁石
であつて、しかもＲとして資源的に豊富な軽希土
類元素を有効に使用できるものを得ることを目的
とする。 本発明によれば、原子百分比で、Nd，Pr，
Dy，Ho，Tbから成る希土類元素のうち少なくと
も一種８〜30％、B2〜28％及び残部実質的にFe
から成り磁気異方性焼結体であることを特徴とす
る永久磁石、並びに、原子百分比で、Nd，Pr，
Dy，Ho，Tbから成る希土類元素のうち少なくと
も一種とLa，Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Er，
Tm，Yb，Lu，Ｙから成る希土類元素のうち少
なくとも一種の合計８〜30％、B2〜28％及び残
部実質的にFeから成り磁気異方性焼結体である
ことを特徴とする永久磁石が提供される。 以下本発明について詳述する。 本発明者は、Ｒ−Fe系化合物が磁気異方性が
大でありかつ磁気モーメントも大きく、Coを含
まない永久磁石であることに着目した。しかし、
Ｒ−Fe系化合物においてＲとして軽希土類元素
を用いた場合キユリー点が極めて低くかつ化合物
が安定に存在しないという欠点を有し、また、唯
一の可能性があるPrFe2も同様に不安定であり、
さらに多量のPr含有のためこの化合物の製造が
困難である等の欠点を有する。従つて、本発明者
は、Ｒ、Feを基本としてキユリー点が高く、か
つ常温以上で安定な新規な化合物をつくることを
目標とした。この観点から、Ｒ、Feをベースと
して多数の系を調製し、新規な合金の存在を探つ
た。その結果、第１表に示す如く、300℃前後の
キユリー点を示す新規なFe−Ｂ−Ｒ系化合物の
存在を確認した。さらにこの合金の磁化曲線を超
電導マグネツトを用いて測定した結果、異方性磁
界が100kOe以上に達するものがあることを見出
した。かくして、このFeB−Ｒ系化合物は、永久
磁石として極めて有望であることが判明した。 この材料を用いて、さらに、実用永久磁石を製
造するために、種々の方法を試みた。例えばアル
ニコ磁石等の製造に用いられる溶解、鋳造、時効
処理の方法によつては、保磁力が全く出現しなか
つた。その他多くの既知の方法によつても同様に
目的とする結果は得られなかつた。しかるに、溶
解、鋳造、粉砕、成形、焼結の方法によつて処理
したところ、目的とする良好な磁気特性を有する
実用永久磁石が得られた。 この点に関して、注目すべきは、PrCo5，
Fe2B，Fe2P等に見られる通り、巨大な異方性定
数をもつものでも理由は定かではないが、全く永
久磁石化できないものが多数存在することであ
る。本発明者は、巨大磁気異方性を備え、かつ適
当なミクロ組織の形成がなされて初めて、良好な
永久磁石としての特性が発現されることに鑑み、
鋳造合金を粉末化した後成形焼結することによ
り、実用永久磁石が得られることを見出した。 本発明の永久磁石はFe・Ｂ・Ｒ系であり、必
ずしもCoを含む必要がなく、またＲとしては好
適な実施態様として資源的に豊富なNd，Prを主
体とする軽希土類を用いることができ、必ずしも
Smを必要とせず或いはSmを主体とする必要もな
いので原料が安価であり、きわめて有用である。 本発明の永久磁石に用いる希土類元素ＲはＹを
包含し、軽希土類及び重希土類を包含する希土類
元素であり、そのうち一種以上を用いる。即ちこ
のＲとしては、Nd，Pr，La，Ce，Tb，Dy，
Ho，Er，Eu，Sm，Gd，Pm，Tm，Yb，Lu及び
Ｙが包含される。Ｒとしては、Nd，Prを主体と
する軽希土類が好ましい。また通例Ｒのうち一種
をもつて足りる（Nd，Pr，Dy，Ho，Tb等）
が、La，Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Er，Tm，
Yb，Lu，Ｙ等は他のＲ、特にNd，Pr，Dy，
Ho，Tbとの混合物として用いることができる。
実用上は二種以上の混合物（ミツシユメタル、ジ
ジム等）を入手上の便宜等の理由により用いるこ
とができる。Sm，La，Er，Tm，Ce，Gd，Ｙは
単独ではiHcが低いため好ましくなく、Eu，
Pm，Yb，Luは微量にしか存在せず高価である。
従つてこれらの希土類元素は、前述の通り、
Nd，Pr等の他のＲとの混合物として用いること
ができる。なお、このＲは純希土類元素でなくと
もよく、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な
不純物を含有するもので差支えない。 Ｂ（ホウ素）としては、純ボロン又はフエロボ
ロンを用いることができ、不純物としてAl，Si，
Ｃ等を含むものも用いることがきる。 本発明の永久磁石は、既述の８〜30％Ｒ、２〜
28％Ｂ、残部Fe（原子百分率）において、保磁
力Hc≧lkOe、残留磁束密度Br≧4kGの磁気特性
を示し、最大エネルギ積（BH）maxはハードフ
エライト（〜4MGOe程度）と同等以上となる。 Nd，PrをＲの主成分（即ち全Ｒ中Nd，Prの１
種以上が50原子％以上）とし、11〜24％Ｒ、３〜
27％Ｂ、残部Feの組成（原子百分率）は、最大
エネルギ積（BH）max≧7MGOeを示し、好まし
い範囲である。 さらに好ましくは、Nd，PrをＲの主成分（同
上）とし、12〜20％Ｒ、４〜24％Ｂ、残部Feの
組成（原子百分率）であり、最大エネルギ積
（BH）max≧10MGOeを示し、（BH）maxは
25MGOe以上、最高35MGOe以上に達する。以下
本発明の態様及び効果について、実施例に従つて
説明する。但し実施例及び記載の態様は、本発明
をこれらに限定するものではない。 第１表に、各種Fe・Ｂ・Ｒ合金の16kOeにお
ける磁化４πＩ16k（常温時）及びキユリー点Tc
（10kOeにて測定）を示す。これらの合金は高周
波溶解によつて製造しインゴツト冷却後約0.1ｇ
のブロツクを切り出し、振動試料型磁力計
（VSM）によつて４πＩ10k（10KOeにおける磁
化）の温度変化を測定し、キユリー点を確定し
た。第１図は、66Fe14B20Nd（第１表、試料
７）のインゴツトの磁化の温度変化を示すグラフ
であり、Tc＝310℃であることが示される。 従来、Ｒ・Fe合金において第１表のTcをもつ
化合物は見い出されていない。かくて、Ｒ・Fe
系にＢを添加することによつて安定となる新しい
Fe・Ｂ・Ｒ三元化合物が存在し、それらは各Ｒ
により第１表のようなTcをもつことが認められ
る。第１表に示すように、この新しいFc・Ｂ・
Ｒ三元化合物はＲの種類によらず存在する。大部
分のＲにおいて、新化合物のTcはCeを除き300℃
前後である。なお、従来即知のＲ・Fe合金のTc
よりも、本発明のFe・Ｂ・Ｒ三元化合物のTcは
かなり高い。 なお、第１表において、４πＩ16kの測定値
は、試料が多結晶体であるため、飽和磁化を示す
ものではないが、いずれも6kG以上の高値を示し
ており、高磁束密度の永久磁石として有用である
ことが明らかとなつた。
しない、希土類・鉄・ホウ素系永久磁石に関す
る。 永久磁石は一般家庭の各種電気製品から、大型
コンピユータの周辺端末機まで、幅広い分野で使
われるきわめて重要な電気・電子材料の一つであ
る。近年の電気、電子機器の小型化、高効率化の
要求にともない、永久磁石はますます高性能化が
求められるようなつた。 現在の代表的な永久磁石はアルニコ、ハードフ
エライトおよび希土類コバルト磁石である。最近
のコバルトの原料事情の不安定化にともない、コ
バルトを20〜30重量％含むアルニコを磁石の需要
は減り、鉄の酸化物を主成分とする安価なハード
フエライトが磁石の主流を占めるようになつた。
一方、希土類コバルト磁石はコバルトを50〜65重
量％を含むうえ、希土類鉱石中にあまり含まれて
いないSmを使用するため大変高価であるが、他
の磁石に比べて、磁気特性が格段に高いため、主
として小型で、付加価値の高い磁気回路に多く使
われるようになつた。 希土類磁石がもつと広い分野で安価に、かつ多
量に使われるようになるためには、高価なコバル
トを含まず、かつ希土類金属として、鉱石中に多
量に含まれている軽希土類を主成分とすることが
必要である。このような永久磁石の一つの試みと
して、RFe2系化合物（ただしＲは希土類金属の
少なくとも一種）が検討された。クラークはスパ
ツタしたアモルフアスTbFe2は4.2〓で29.5MGOe
のエネルギ積をもち、300〜500℃で熱処理する
と、室温で保磁力Hc＝3.4kOe、最大エネルギ積
（BH）max＝7MGOeを示すことを見い出した。
同様な研究はSmFe2についても行なわれ、77〓
で9.2MGOeを示すことが報告されている。（Ａ，
Ｅ，Clark Appl・Phys，Lett・vol・23 No.・11
１ December 1973 642〜644頁）。しかし、こ
れらの材料はどれもスパツタリングにより作製さ
れる薄膜であり、一般のスピーカやモータに使う
磁石ではない。また、クロートによりPrFe系合
金の超急冷リボンが、Hc＝2.8kOeの高保磁力を
示すことが報告された（Ｊ・Ｊ・Croat、Appl・
Phys Lett 37（12）15 December 1980 1096〜
1098頁）。 さらに、クーン等は（Fe0.82B0.18）0.9
Tb0.05La0.05の超急冷アモルフアスリボンを627℃
で焼鈍すると、Hc＝9kOeにも達することを見い
出した（Br＝5kG）。但し、この場合、磁化曲線
の角形性が悪いため（BH）maxは低い（Ｎ・
Ｃ・Koon他、Appl・Phys・Lett・39（10）、
1981、840〜842頁）。 また、カバコフ等は（Fe0.8B0.2）1-xPrx（ｘ＝
０〜0.3原子比）の組成の超急冷リボンを作製
し、その合金が50e程度のHcを有することを報告
するとともにFe−Pr二成分系で室温にてkOeレ
ベルのHcをもつものがあると報告している
（Ｌ・Kabacoff他Ｊ・Appl・Phys 53（３）、
March 1982、2255〜2257頁）。 これらの超急冷リボン又はスパツタ薄膜はそれ
自体として使用可能な実用永久磁石体、即ちバル
ク状ではなく、これらのリボンや薄膜から実用永
久磁石を得ることはできない。 即ち、従来のFe・Ｂ・Ｒ系超急冷リボン又は
RFe系スパツタ薄膜からは、任意の形状・寸法を
有するバルク状の永久磁石を得ることができな
い。これまでに報告されたFe・Ｂ・Ｒ系リボン
の磁化曲線は角形性が悪く、従来慣用の磁石に対
抗できる実用永久磁石とはみなされえない。ま
た、上記スパツタ薄膜及び超急冷リボンは、いず
れも本質上等方性であり、これから磁気異方性の
実用永久磁石を得ることは、事実上不可能であ
る。 従つて、本発明の基本的目的は上述の従来法の
欠点を除去した。Co等の高価な物質を含まない
新規な実用永久磁石を得ることにある。特に、本
発明は、室温以上で良好な磁気特性を有し、任意
の形状、実用寸法に成形でき、磁化曲線の角形性
が高く、さらに磁気異方性を有する実用永久磁石
であつて、しかもＲとして資源的に豊富な軽希土
類元素を有効に使用できるものを得ることを目的
とする。 本発明によれば、原子百分比で、Nd，Pr，
Dy，Ho，Tbから成る希土類元素のうち少なくと
も一種８〜30％、B2〜28％及び残部実質的にFe
から成り磁気異方性焼結体であることを特徴とす
る永久磁石、並びに、原子百分比で、Nd，Pr，
Dy，Ho，Tbから成る希土類元素のうち少なくと
も一種とLa，Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Er，
Tm，Yb，Lu，Ｙから成る希土類元素のうち少
なくとも一種の合計８〜30％、B2〜28％及び残
部実質的にFeから成り磁気異方性焼結体である
ことを特徴とする永久磁石が提供される。 以下本発明について詳述する。 本発明者は、Ｒ−Fe系化合物が磁気異方性が
大でありかつ磁気モーメントも大きく、Coを含
まない永久磁石であることに着目した。しかし、
Ｒ−Fe系化合物においてＲとして軽希土類元素
を用いた場合キユリー点が極めて低くかつ化合物
が安定に存在しないという欠点を有し、また、唯
一の可能性があるPrFe2も同様に不安定であり、
さらに多量のPr含有のためこの化合物の製造が
困難である等の欠点を有する。従つて、本発明者
は、Ｒ、Feを基本としてキユリー点が高く、か
つ常温以上で安定な新規な化合物をつくることを
目標とした。この観点から、Ｒ、Feをベースと
して多数の系を調製し、新規な合金の存在を探つ
た。その結果、第１表に示す如く、300℃前後の
キユリー点を示す新規なFe−Ｂ−Ｒ系化合物の
存在を確認した。さらにこの合金の磁化曲線を超
電導マグネツトを用いて測定した結果、異方性磁
界が100kOe以上に達するものがあることを見出
した。かくして、このFeB−Ｒ系化合物は、永久
磁石として極めて有望であることが判明した。 この材料を用いて、さらに、実用永久磁石を製
造するために、種々の方法を試みた。例えばアル
ニコ磁石等の製造に用いられる溶解、鋳造、時効
処理の方法によつては、保磁力が全く出現しなか
つた。その他多くの既知の方法によつても同様に
目的とする結果は得られなかつた。しかるに、溶
解、鋳造、粉砕、成形、焼結の方法によつて処理
したところ、目的とする良好な磁気特性を有する
実用永久磁石が得られた。 この点に関して、注目すべきは、PrCo5，
Fe2B，Fe2P等に見られる通り、巨大な異方性定
数をもつものでも理由は定かではないが、全く永
久磁石化できないものが多数存在することであ
る。本発明者は、巨大磁気異方性を備え、かつ適
当なミクロ組織の形成がなされて初めて、良好な
永久磁石としての特性が発現されることに鑑み、
鋳造合金を粉末化した後成形焼結することによ
り、実用永久磁石が得られることを見出した。 本発明の永久磁石はFe・Ｂ・Ｒ系であり、必
ずしもCoを含む必要がなく、またＲとしては好
適な実施態様として資源的に豊富なNd，Prを主
体とする軽希土類を用いることができ、必ずしも
Smを必要とせず或いはSmを主体とする必要もな
いので原料が安価であり、きわめて有用である。 本発明の永久磁石に用いる希土類元素ＲはＹを
包含し、軽希土類及び重希土類を包含する希土類
元素であり、そのうち一種以上を用いる。即ちこ
のＲとしては、Nd，Pr，La，Ce，Tb，Dy，
Ho，Er，Eu，Sm，Gd，Pm，Tm，Yb，Lu及び
Ｙが包含される。Ｒとしては、Nd，Prを主体と
する軽希土類が好ましい。また通例Ｒのうち一種
をもつて足りる（Nd，Pr，Dy，Ho，Tb等）
が、La，Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Er，Tm，
Yb，Lu，Ｙ等は他のＲ、特にNd，Pr，Dy，
Ho，Tbとの混合物として用いることができる。
実用上は二種以上の混合物（ミツシユメタル、ジ
ジム等）を入手上の便宜等の理由により用いるこ
とができる。Sm，La，Er，Tm，Ce，Gd，Ｙは
単独ではiHcが低いため好ましくなく、Eu，
Pm，Yb，Luは微量にしか存在せず高価である。
従つてこれらの希土類元素は、前述の通り、
Nd，Pr等の他のＲとの混合物として用いること
ができる。なお、このＲは純希土類元素でなくと
もよく、工業上入手可能な範囲で製造上不可避な
不純物を含有するもので差支えない。 Ｂ（ホウ素）としては、純ボロン又はフエロボ
ロンを用いることができ、不純物としてAl，Si，
Ｃ等を含むものも用いることがきる。 本発明の永久磁石は、既述の８〜30％Ｒ、２〜
28％Ｂ、残部Fe（原子百分率）において、保磁
力Hc≧lkOe、残留磁束密度Br≧4kGの磁気特性
を示し、最大エネルギ積（BH）maxはハードフ
エライト（〜4MGOe程度）と同等以上となる。 Nd，PrをＲの主成分（即ち全Ｒ中Nd，Prの１
種以上が50原子％以上）とし、11〜24％Ｒ、３〜
27％Ｂ、残部Feの組成（原子百分率）は、最大
エネルギ積（BH）max≧7MGOeを示し、好まし
い範囲である。 さらに好ましくは、Nd，PrをＲの主成分（同
上）とし、12〜20％Ｒ、４〜24％Ｂ、残部Feの
組成（原子百分率）であり、最大エネルギ積
（BH）max≧10MGOeを示し、（BH）maxは
25MGOe以上、最高35MGOe以上に達する。以下
本発明の態様及び効果について、実施例に従つて
説明する。但し実施例及び記載の態様は、本発明
をこれらに限定するものではない。 第１表に、各種Fe・Ｂ・Ｒ合金の16kOeにお
ける磁化４πＩ16k（常温時）及びキユリー点Tc
（10kOeにて測定）を示す。これらの合金は高周
波溶解によつて製造しインゴツト冷却後約0.1ｇ
のブロツクを切り出し、振動試料型磁力計
（VSM）によつて４πＩ10k（10KOeにおける磁
化）の温度変化を測定し、キユリー点を確定し
た。第１図は、66Fe14B20Nd（第１表、試料
７）のインゴツトの磁化の温度変化を示すグラフ
であり、Tc＝310℃であることが示される。 従来、Ｒ・Fe合金において第１表のTcをもつ
化合物は見い出されていない。かくて、Ｒ・Fe
系にＢを添加することによつて安定となる新しい
Fe・Ｂ・Ｒ三元化合物が存在し、それらは各Ｒ
により第１表のようなTcをもつことが認められ
る。第１表に示すように、この新しいFc・Ｂ・
Ｒ三元化合物はＲの種類によらず存在する。大部
分のＲにおいて、新化合物のTcはCeを除き300℃
前後である。なお、従来即知のＲ・Fe合金のTc
よりも、本発明のFe・Ｂ・Ｒ三元化合物のTcは
かなり高い。 なお、第１表において、４πＩ16kの測定値
は、試料が多結晶体であるため、飽和磁化を示す
ものではないが、いずれも6kG以上の高値を示し
ており、高磁束密度の永久磁石として有用である
ことが明らかとなつた。
【表】
つぎに第１表で見い出された新しい化合物が、
粉末焼結法によつて、高性能永久磁石になること
を示す。第２表は、つぎの工程によつて作製した
種々のFe・Ｂ・Ｒ化合物から成る永久磁石の特
性を示す（本発明の範囲外のものも対比のため＊
符合を付して示されている）。 (1) 合金を高周波溶解し、水冷銅鋳型に鋳造、出
発原料はFeとして純度99.9％の電解鉄、Ｂと
してフエロボロン合金（19.38％Ｂ，5.32％
A1，0.74％Si，0.03％Ｃ、残部Fe）、Ｒとして
純度99.7％以上（不純度は主として他の希土類
金属）を使用。なお純度は重量％で示す。 (2) 粉砕、スタンプミルにより35メツシユスルー
までに粗粉砕し、次いでボールミルにより３時
間微粉砕（３〜10μｍ）。 (3) 磁界（10kOe）中配向・成形（1.5t／cm2にて
加圧） (4) 焼結 1000〜1200℃ １時間Ar中。焼結後
放冷 第２表に示すように、Ｂを含まない化合物は保
磁力Hcが０に近く（高Hc用測定器では測定でき
ないくらい小さいので０とした）、永久磁石には
ならない。ところが、原子比で４％、重量比でわ
ずか0.64％のＢ添加により、Hcは約3kOeにもな
り（試料No.４）、Ｂ量の増大にともなつてHcは急
増する。これにともない（BH）maxは７〜
20MGOe、最大35MGOe以上にも達し、現在知ら
れている最高級永久磁石であるSmCo磁石をはる
かに超える高特性を示す。第２表には主として
NdとPrの場合について示したが、第２表No.19〜
30に示したように、他のＲについても、また種々
のＲの組合せについても、Fe・Ｂ・Ｒ化合物は
良好な永久磁石特性を示す。 Fe・Ｂ・Ｒ化合物は適当なＢ量およびＲ量に
おいて良好な永久磁石特性を示す。Fe・Ｂ・Ｒ
系において前述の如くＢをｏから増大していく
と、Hcは増大していく。一方、残留磁束密度Br
は、最初単調に増大するが６原子％付近でピーク
に達し、さらにＢ量を増大させるとBrは単調に
減少していく。
粉末焼結法によつて、高性能永久磁石になること
を示す。第２表は、つぎの工程によつて作製した
種々のFe・Ｂ・Ｒ化合物から成る永久磁石の特
性を示す（本発明の範囲外のものも対比のため＊
符合を付して示されている）。 (1) 合金を高周波溶解し、水冷銅鋳型に鋳造、出
発原料はFeとして純度99.9％の電解鉄、Ｂと
してフエロボロン合金（19.38％Ｂ，5.32％
A1，0.74％Si，0.03％Ｃ、残部Fe）、Ｒとして
純度99.7％以上（不純度は主として他の希土類
金属）を使用。なお純度は重量％で示す。 (2) 粉砕、スタンプミルにより35メツシユスルー
までに粗粉砕し、次いでボールミルにより３時
間微粉砕（３〜10μｍ）。 (3) 磁界（10kOe）中配向・成形（1.5t／cm2にて
加圧） (4) 焼結 1000〜1200℃ １時間Ar中。焼結後
放冷 第２表に示すように、Ｂを含まない化合物は保
磁力Hcが０に近く（高Hc用測定器では測定でき
ないくらい小さいので０とした）、永久磁石には
ならない。ところが、原子比で４％、重量比でわ
ずか0.64％のＢ添加により、Hcは約3kOeにもな
り（試料No.４）、Ｂ量の増大にともなつてHcは急
増する。これにともない（BH）maxは７〜
20MGOe、最大35MGOe以上にも達し、現在知ら
れている最高級永久磁石であるSmCo磁石をはる
かに超える高特性を示す。第２表には主として
NdとPrの場合について示したが、第２表No.19〜
30に示したように、他のＲについても、また種々
のＲの組合せについても、Fe・Ｂ・Ｒ化合物は
良好な永久磁石特性を示す。 Fe・Ｂ・Ｒ化合物は適当なＢ量およびＲ量に
おいて良好な永久磁石特性を示す。Fe・Ｂ・Ｒ
系において前述の如くＢをｏから増大していく
と、Hcは増大していく。一方、残留磁束密度Br
は、最初単調に増大するが６原子％付近でピーク
に達し、さらにＢ量を増大させるとBrは単調に
減少していく。
【表】
【表】
注 ＊ 符号試料は比較試料
永久磁石としては少なくとも1kOe以上のHcが
必要であるから、これを満たすために、Ｂ量は少
くとも２原子％以上でなければならない（好まし
くは３原子％以上）。本発明永久磁石は高Brであ
ることを特長としており、高い磁束密度を必要と
する用途に多く使われる。前述の工程と同様にし
て製造した試料により、Fe−8B−xNdの系にお
いてｘを０〜40に変化させてNd量とBr、iHcとの
関係を調べた。その結果を第３図に示す。さら
に、Fe−xB−15Ndの系においてｘを０〜35に変
化させてＢ量とBr，iHcとの関係を調べ、その結
果を第４図に示す。さらに、Fe−Ｂ−Nd三元系
における３成分と（BH）maxの関係を調べ、第
５図に示す。 ハードフエライトのBr約4kGを越えるために
は、Fe・Ｂ・Ｒ化合物において、Ｂ量は28原子
％以上でなければならない。なお、B3〜27原子
％、４〜24原子％は夫々（BH）max7MGOe以
上、10MGOe以上とするための好ましい、又は最
適の範囲である（第４図参照） つぎにＲ量の最適範囲を検討する。第２表、第
３図に示すように、Ｒの量が多いほぼHcが高く
なり、永久磁石として望ましい。永久磁石として
は、さきに述べたようにHcが1kOe以上必要であ
るから、そのためにはＲ量は８原子％以上でなけ
ればならない。一方、Ｒ量の増大にともない、高
Hcになるのは良いが、必要以上の添加は残留磁
束密度Brの低下を招く。従つてハードフエライ
トのBr約4kGを越えるためにはＲは30原子％以下
とする。又Ｒは大変酸化されやすいため、高Ｒ合
金の粉末は燃えやすく、取扱いが困難となり大量
生産性の観点からも、Ｒの量は30原子％以下であ
ることが望ましい。Ｒの量がこれ以上であると、
粉末が燃えやすく大量生産が大変困難となる。 また、ＲはFeに比べれば高価であるから、少
しでも少ない方が望ましい。なお、P11〜24原子
％、12〜20原子％の範囲は、夫々（BH）maxを
7MGOe以上、10MGOe以上とする上で好ましい
範囲である。 第２図に、FeBR磁気異方性焼結磁石の代表例
として、Fe68B17Nd15（第２表のNo.６と同じ組
成）の初磁化曲線１および第１、第２両象限の減
磁曲線２を示す。 初磁化曲線１は、低磁界で急峻に立ち上がり、
飽和に達する。減磁曲線２はきわめて角形性が高
い。初磁化曲線１の形から、本磁石の保磁力が反
転磁区の核発生によつて決まる。いわゆるニユー
クリエーシヨン型永久磁石であることが推察され
る。また、減磁曲線２の高い角形性は、本磁石が
典型的な高性能異方性磁石であることを示してい
る。第２表に示した化合物のうち、＊符合を付し
た試料以外の本発明の範囲内のものはすべて第２
図のような傾向−即ち、初磁化曲線の急峻な立ち
上がりと減磁曲線の高い角形性−を示した。この
ように高い永久磁石特性は、従来知られている
FeR系やFeBR系アモルフアスリボンの結晶化に
よつて決して得られないものである。また、その
他従来知られている永久磁石のなかで、コバルト
を含まずにこれほど高い特性を示すものも知られ
ていない。 以上の通り、本発明のFeBR三元系磁気異方性
焼結体から成る永久磁石は、Fe，Ｂ，Ｒの外
Cu，Co，Ｓ，Ｐ，Ca，Mg，Ｏ，Si，Al等工業
的に製造上不可避な不純物の存在を許容できる。
これらの不純物は、原料或いか製造工程から混入
することが多く、合計数原子％程度以下は許容さ
れる。さらに、以下の展開も可能であり、一層実
用性を高めることができる。即ち、Feの一部を
Coで置換することによりキユリー点Tcを上昇で
きる。Ｂの一部をＣ，Ｐ，Si等により置換するこ
とも可能であり、製造性改善、低価格化が可能と
なる。 さらに、三元系基本組成FeBRに、Al，Ti，
Ｖ，Cr，Mn，Ni，Zn，Zr，Nb，Mo，Ta，Ｗ，
Sn，Bi，Sbの一種以上を添加することにより、
高保磁力化が可能である。 以上、本発明はCoを含まないFeベースの安価
な合金で高残留磁化、高保磁力、高エネルギ積を
有する磁気異方性焼結体永久磁石を実現したもの
で、工業的にきわめて高い価値をもつものであ
る。さらに、Ｒとしては工業上入手し易い希土類
元素たるNd，Pr等を主体として用いることがで
きる点で本発明は極めて有用である。
永久磁石としては少なくとも1kOe以上のHcが
必要であるから、これを満たすために、Ｂ量は少
くとも２原子％以上でなければならない（好まし
くは３原子％以上）。本発明永久磁石は高Brであ
ることを特長としており、高い磁束密度を必要と
する用途に多く使われる。前述の工程と同様にし
て製造した試料により、Fe−8B−xNdの系にお
いてｘを０〜40に変化させてNd量とBr、iHcとの
関係を調べた。その結果を第３図に示す。さら
に、Fe−xB−15Ndの系においてｘを０〜35に変
化させてＢ量とBr，iHcとの関係を調べ、その結
果を第４図に示す。さらに、Fe−Ｂ−Nd三元系
における３成分と（BH）maxの関係を調べ、第
５図に示す。 ハードフエライトのBr約4kGを越えるために
は、Fe・Ｂ・Ｒ化合物において、Ｂ量は28原子
％以上でなければならない。なお、B3〜27原子
％、４〜24原子％は夫々（BH）max7MGOe以
上、10MGOe以上とするための好ましい、又は最
適の範囲である（第４図参照） つぎにＲ量の最適範囲を検討する。第２表、第
３図に示すように、Ｒの量が多いほぼHcが高く
なり、永久磁石として望ましい。永久磁石として
は、さきに述べたようにHcが1kOe以上必要であ
るから、そのためにはＲ量は８原子％以上でなけ
ればならない。一方、Ｒ量の増大にともない、高
Hcになるのは良いが、必要以上の添加は残留磁
束密度Brの低下を招く。従つてハードフエライ
トのBr約4kGを越えるためにはＲは30原子％以下
とする。又Ｒは大変酸化されやすいため、高Ｒ合
金の粉末は燃えやすく、取扱いが困難となり大量
生産性の観点からも、Ｒの量は30原子％以下であ
ることが望ましい。Ｒの量がこれ以上であると、
粉末が燃えやすく大量生産が大変困難となる。 また、ＲはFeに比べれば高価であるから、少
しでも少ない方が望ましい。なお、P11〜24原子
％、12〜20原子％の範囲は、夫々（BH）maxを
7MGOe以上、10MGOe以上とする上で好ましい
範囲である。 第２図に、FeBR磁気異方性焼結磁石の代表例
として、Fe68B17Nd15（第２表のNo.６と同じ組
成）の初磁化曲線１および第１、第２両象限の減
磁曲線２を示す。 初磁化曲線１は、低磁界で急峻に立ち上がり、
飽和に達する。減磁曲線２はきわめて角形性が高
い。初磁化曲線１の形から、本磁石の保磁力が反
転磁区の核発生によつて決まる。いわゆるニユー
クリエーシヨン型永久磁石であることが推察され
る。また、減磁曲線２の高い角形性は、本磁石が
典型的な高性能異方性磁石であることを示してい
る。第２表に示した化合物のうち、＊符合を付し
た試料以外の本発明の範囲内のものはすべて第２
図のような傾向−即ち、初磁化曲線の急峻な立ち
上がりと減磁曲線の高い角形性−を示した。この
ように高い永久磁石特性は、従来知られている
FeR系やFeBR系アモルフアスリボンの結晶化に
よつて決して得られないものである。また、その
他従来知られている永久磁石のなかで、コバルト
を含まずにこれほど高い特性を示すものも知られ
ていない。 以上の通り、本発明のFeBR三元系磁気異方性
焼結体から成る永久磁石は、Fe，Ｂ，Ｒの外
Cu，Co，Ｓ，Ｐ，Ca，Mg，Ｏ，Si，Al等工業
的に製造上不可避な不純物の存在を許容できる。
これらの不純物は、原料或いか製造工程から混入
することが多く、合計数原子％程度以下は許容さ
れる。さらに、以下の展開も可能であり、一層実
用性を高めることができる。即ち、Feの一部を
Coで置換することによりキユリー点Tcを上昇で
きる。Ｂの一部をＣ，Ｐ，Si等により置換するこ
とも可能であり、製造性改善、低価格化が可能と
なる。 さらに、三元系基本組成FeBRに、Al，Ti，
Ｖ，Cr，Mn，Ni，Zn，Zr，Nb，Mo，Ta，Ｗ，
Sn，Bi，Sbの一種以上を添加することにより、
高保磁力化が可能である。 以上、本発明はCoを含まないFeベースの安価
な合金で高残留磁化、高保磁力、高エネルギ積を
有する磁気異方性焼結体永久磁石を実現したもの
で、工業的にきわめて高い価値をもつものであ
る。さらに、Ｒとしては工業上入手し易い希土類
元素たるNd，Pr等を主体として用いることがで
きる点で本発明は極めて有用である。
第１図は、本発明の範囲内の組成を有する
FeBR合金（66Fe14B20Nd）のインゴツトの磁化
の温度変化特性を示すグラフ（縦軸磁化４πＩ10
ｋ（KG）、横軸 温度（℃））を示す。第２図は、
焼結68Fe17B15Nd磁石の初磁化曲線１と減磁曲
線２を示すグラフ（縦軸磁化４πＩ（kG）、横軸
磁界Ｈ（kOe））を示す。第３図はFe−8B−
xNd系において、Nd量（横軸原子％）としiHc，
Brの関係を示すグラフ、第４図は、Fe−xB−
15Nd系において、Ｂ量（横軸原子％）とiHc，Br
の関係を示すグラフ、を夫々に示す。第５図は、
Fe−Ｂ−Nd三元系成分比と（BH）maxの関係を
示すグラフを示す。
FeBR合金（66Fe14B20Nd）のインゴツトの磁化
の温度変化特性を示すグラフ（縦軸磁化４πＩ10
ｋ（KG）、横軸 温度（℃））を示す。第２図は、
焼結68Fe17B15Nd磁石の初磁化曲線１と減磁曲
線２を示すグラフ（縦軸磁化４πＩ（kG）、横軸
磁界Ｈ（kOe））を示す。第３図はFe−8B−
xNd系において、Nd量（横軸原子％）としiHc，
Brの関係を示すグラフ、第４図は、Fe−xB−
15Nd系において、Ｂ量（横軸原子％）とiHc，Br
の関係を示すグラフ、を夫々に示す。第５図は、
Fe−Ｂ−Nd三元系成分比と（BH）maxの関係を
示すグラフを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 原子百分比で、Nb，Pr，Dy，Ho，Tbから
成る希土類元素のうち少なくとも一種８〜30％、
B2〜28％及び残部実質的にFeから成り、磁気異
方性焼結体であることを特徴とする永久磁石。 ２ 原子百分比で、Nd，Pr，Dy，Ho，Tbから
なる希土類元素のうち少なくとも一種（但し全希
土類元素の50％以上はNdとPrの１種又は２種）
12〜20％、B4〜24％及び残部実質的にFeから成
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
永久磁石。 ３ 原子百分比で、Nd，Pr，Dy，Ho，Tbから
成る希土類元素のうち少なくとも一種とLa，
Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Er，Tm，Yb，Lu，Ｙ
から成る希土類元素のうち少なくとも一種の合計
８〜30％、B2〜28％及び残部実質的にFeから成
り、磁気異方性焼結体であることを特徴とする永
久磁石。 ４ 原子百分比で、Nd，Pr，Dy，Ho，Tbから
なる希土類元素のうち少なくとも一種とLa，
Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Er，Tm，Yb，Lu，Ｙ
からなる希土類元素のうち少なくとも一種の合計
（但し全希土類元素の50％以上はNdとPrの１種又
は２種）12〜20％、B4〜24％及び残部実質的に
Feから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
３項記載の永久磁石。
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