(57)【要約】【課題】急冷速度が比較的低い急冷装置を用いて、高性能希土類急冷磁合金を安定して生産する。【解決手段】本発明による希土類急冷磁石合金の製造方法は、希土類合金の溶湯１を急冷する第１急冷工程を行なった後、この第１急冷工程によって温度の低下が始まった合金５を冷却媒体に接触させ、それによって合金５を更に急冷する第２急冷工程を行なう。第２急冷工程では、冷却媒体として機能する冷却用ドラム６を回転させながらドラムの内壁に合金５を接触させる。【選択図】図３
2005064096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類合金の溶湯を急冷する第１急冷工程と、
前記第１急冷工程によって温度の低下が始まった合金を冷却媒体に接触させ、それによって前記合金を更に急冷する第２急冷工程と、
を含み、
前記第２急冷工程は、前記冷却媒体として機能する冷却用ドラムを回転させながら前記ドラムの内壁に前記合金を接触させる工程を含む、希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項２】
前記第２急冷工程は、前記第２急冷工程の前に結晶化を開始した合金を前記冷却用ドラムの内壁に接触させることにより、前記合金を更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制する工程を含む請求項１に記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項３】
前記第２急冷工程は、前記冷却用ドラムを回転させることにより、前記合金を粉砕する工程を含む、請求項１または２に記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項４】
前記第２急冷工程は、前記冷却用ドラムの回転による遠心力により、前記合金を前記冷却用ドラムの前記内壁に押圧する工程を含む、請求項１から３のいずれかに記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項５】
前記第１急冷工程の後、第２急冷工程を開始するまでの間、前記合金は他の部材に接触することなく雰囲気中を移動する請求項１から４のいずかに記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項６】
前記第１急冷工程は、回転する冷却ロールの表面に前記希土類合金の溶湯を接触させる工程を含む請求項１から５のいずかに記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項７】
前記合金が前記冷却ロールの表面から離れた後、前記冷却用ドラムの内壁に接触するまでの時間を０．２秒以下に調節する請求項６に記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項８】
前記第１急冷工程は、ガスアトマイズ法により、前記希土類合金の溶湯を急冷する工程を含む請求項１から５のいずかに記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項９】
前記結晶相は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相である請求項２に記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項１０】
前記第２急冷工程で前記冷却用ドラムの内壁に前記合金を接触させるときの前記合金の温度を５００℃以上１０００℃以下の範囲に設定する請求項１から９のいずれかに記載の希土類急冷磁石合金の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の希土類急冷磁石合金の製造方法によって希土類急冷磁石合金を作製する工程と、
前記希土類急冷磁石合金に対する熱処理を行う工程と、
を包含する希土類磁石の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理を行うことにより、ナノ結晶磁石組織を完成する請求項１１に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項１３】
前記ナノ結晶磁石組織は、硬磁性相と軟磁性相とが交換相互作用によって磁気的に結合したナノコンポジット磁石組織である請求項１２に記載の希土類磁石の製造方法。
【請求項１４】
希土類合金の溶湯を急冷する第１急冷手段と、前記第１急冷手段によって温度の低下が始まった合金が接触する第２急冷手段とを備えた急冷装置であって、
前記第２急冷手段は、回転可能に支持された冷却用ドラムと、前記冷却用ドラムを回転させる駆動機とを備え、
急冷工程に際して、回転する前記冷却用ドラムの内壁に前記合金を接触させることができるように前記第１急冷手段と前記第２急冷手段との配置関係が規定されている、急冷装置。
【請求項１５】
前記冷却用ドラムの少なくとも内壁は、炭素鋼、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂｅ、Ａｌ、および／または、これらの合金から形成されている請求項１４に記載の急冷装置。
【請求項１６】
前記駆動機は、前記冷却用ドラムの回転による遠心力によって前記合金を前記冷却用ドラムの前記内壁に押圧することができるように前記冷却用ドラムを回転させる請求項１４または１５に記載の急冷装置。
【請求項１７】
前記冷却用ドラムは、前記合金を粉砕する粉砕機構を備えている請求項１４から１６のいずれかに記載の急冷装置。
【請求項１８】
前記第１急冷手段は、回転する冷却ロールである請求項１４から１６のいずかに記載の急冷装置。
【請求項１９】
前記合金が前記冷却ロールの表面から離れた後、前記冷却用ドラムの内壁に接触するまでの時間が０．２秒以下になるように前記第１急冷手段と前記第２急冷手段との配置関係が規定されている、請求項１８に記載の急冷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細結晶（ナノ結晶）組織を有する希土類磁石合金の製造方法および急冷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンド磁石に好適に用いられる希土類急冷磁石として、ナノコンポジット磁石が注目されている。ナノコンポジット磁石は、２種類以上の微細結晶相を含み、硬磁性相と軟磁性相とが磁気的に結合した磁石である。鉄基希土類系のナノコンポジット磁石は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ相を主相とする単相型磁石を凌駕する高性能を発揮することが理論的に予測されているが、現在のところ、そのように優れた性能を持つナノコンポジット磁石は量産されていない。
【０００３】
ナノコンポジット磁石などの急冷磁石を製造する方法としては、メルトスピニング法やストリップキャスティング法があり、これらの従来技術は、例えば特許文献１に開示されている。このような従来技術によって急冷磁石を製造する場合、まず、メルトスピニング法などの液体超急冷法によって合金溶湯から非晶質状態の急冷合金、または、非晶質相および微細結晶相の両方を含む急冷合金を作製する。その後、これらの急冷合金を加熱することによって結晶化を引き起こす工程が行われる。
【０００４】
メルトスピニング法やストリップキャスティング法では、回転する冷却ロールの表面に合金溶湯を供給し、合金溶湯の熱を急速に奪い取ることによって急冷し、凝固することができる。このような冷却ロールを用いて合金溶湯を急冷する場合、急冷時における冷却速度は、合金溶湯の供給レートや急冷ロールの表面速度を制御することによって調節される。
【０００５】
合金が急冷ロールに接触している時間は極めて短い。このため、まだ高温状態（例えば７００〜９００℃）にある合金が急冷ロールとの接触領域から連続的に吐き出されることになる。高温状態の合金は、帯状に長く延びた状態にあり、周囲の雰囲気ガスに熱を奪われながら室温程度まで更に冷えてゆく（自然放冷）。
【０００６】
従来、硬磁性を担うＮｄ2Ｆｅ14Ｂ相と軟磁性を担うα−Ｆｅ相や鉄基硼化物相とが均一かつ微細に分散した組織を有するナノコンポジット磁石は、特定組成の合金溶湯を急冷することによって非晶質相が大半を占める急冷凝固合金を作製した後、その急冷凝固合金を加熱し、結晶化させる方法で作製されていた。この場合、急冷工程における冷却レートを低下させると、急冷直後の合金中にα−Ｆｅなどが析出した結晶組織が形成され、その後の熱処理によって軟磁性のα−Ｆｅなどが粗大化してしまう問題があった。
【０００７】
しかし、本出願人は、合金組成にＴｉを加えることにより、合金溶湯の冷却過程でα−Ｆｅの析出・成長を抑制し、それによってＮｄ2Ｆｅ14Ｂ相を多く含む急冷合金を作製できることを見いだし、特許文献１および特許文献２に開示している。Ｔｉの添加は、急冷工程における冷却レートを低下させることを可能にしたため、冷却レートが相対的に低く量産性に優れたストリップキャスティング法を用いてナノコンポジット磁石を製造することが可能になった。
【０００８】
一方、本出願人は、急冷合金の組織構成を制御する技術として、合金溶湯を急冷することによって金属ガラス状態を形成した後、金属ガラス状態にある合金を加熱または冷却する方法を特許文献３に開示している。
【特許文献１】特開２００２−１７５９０８号公報
【特許文献２】ＷＯ ０２／３９４６５ Ａ１パンフレット
【特許文献３】特開２００１−３１９８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ストリップキャスティング法による場合、ロールへの単位時間当たりの溶湯の供給量を一定に保つことが難しく、単位時間当たりの溶湯供給量が多くなりすぎると、冷却ロールでの冷却が不十分となる問題がある。冷却が不十分になると、Ｔｉが添加された組成であっても、急冷合金中の結晶組織が粗大化し、結果として磁気特性に優れた鉄基希土類永久磁石を得ることが困難な場合がある。このような問題は、急冷合金が充分に冷却されない状態で装置の回収槽に堆積するような場合に顕著に生じる。
【００１０】
一方、本発明者の一人が双ロール急冷法による急冷合金の作製を検討した結果、急冷速度を上げようとしてロール周速度を高くすると、急冷薄帯がロールに巻きついてしまい、薄帯を安定して得ることができなかった。その結果、急冷薄帯を安定して得るためにはストリップキャスティングよりも更に遅い急冷速度で急冷を行う必要があり、結果として磁気特性に優れた鉄基希土類永久磁石を得ることができないという問題もあった。
【００１１】
本発明は、かかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ストリップキャスティング法や双ロール急冷法のように急冷速度が比較的低い急冷方法を用いても、最終的に磁気特性の優れたナノ結晶磁石が得られる希土類急冷磁石合金の製造方法および急冷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による希土類急冷磁石合金の製造方法は、希土類合金の溶湯を急冷する第１急冷工程と、前記第１急冷工程によって温度の低下が始まった合金を冷却媒体に接触させ、それによって前記合金を更に急冷する第２急冷工程とを含み、前記第２急冷工程は、前記冷却媒体として機能する冷却用ドラムを回転させながら前記ドラムの内壁に前記合金を接触させる工程を含む。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記第２急冷工程の前に結晶化を開始した合金を前記冷却用ドラムの内壁に接触させることにより、前記合金を更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制する工程を含む。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記第２急冷工程は、前記冷却用ドラムを回転させることにより、前記合金を粉砕する工程を含む。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記第２急冷工程は、前記冷却用ドラムの回転による遠心力により、前記合金を前記冷却用ドラムの前記内壁に押圧する工程を含む。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程の後、第２急冷工程を開始するまでの間、前記合金は他の部材に接触することなく雰囲気中を移動する。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程は、回転する冷却ロールの表面に前記希土類合金の溶湯を接触させる工程を含む。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記合金が前記冷却ロールの表面から離れた後、前記冷却用ドラムの内壁に接触するまでの時間を０．２秒以下に調節する。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程は、ガスアトマイズ法により、前記希土類合金の溶湯を急冷する工程を含む。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記第１急冷工程による結晶化で発現する前記結晶相は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相である。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記第２急冷工程で前記冷却用ドラムの内壁に前記合金を接触させるときの前記合金の温度を５００℃以上１０００℃以下の範囲に設定する。
【００２２】
本発明による希土類磁石の製造方法は、上記いずれかの希土類急冷磁石合金の製造方法によって希土類急冷磁石合金を作製する工程と、前記希土類急冷磁石合金に対する熱処理を行う工程とを包含する。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記熱処理を行うことにより、ナノ結晶磁石組織を完成する。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記ナノ結晶磁石組織は、硬磁性相と軟磁性相とが磁気的に結合したナノコンポジット磁石組織である。
【００２５】
本発明の急冷装置は、希土類合金の溶湯を急冷する第１急冷手段と、前記第１急冷手段によって温度の低下が始まった合金が接触する第２急冷手段とを備えた急冷装置であって、前記第２急冷手段は、回転可能に支持された冷却用ドラムと、前記冷却用ドラムを回転させる駆動機とを備え、急冷工程に際して、回転する前記冷却用ドラムの内壁に前記合金を接触させることができるように前記第１急冷手段と前記第２急冷手段との配置関係が規定されている。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記冷却用ドラムの少なくとも内壁は、炭素鋼、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂｅ、Ａｌ、および／または、これらの合金から形成されている。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記駆動機は、前記冷却用ドラムの回転による遠心力によって前記合金を前記冷却用ドラムの前記内壁に押圧することができるように前記冷却用ドラムを回転させる。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記冷却用ドラムは、前記合金を粉砕する粉砕機構を備えている。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記第１急冷手段は、回転する冷却ロールである。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記合金が前記冷却ロールの表面から離れた後、前記冷却用ドラムの内壁に接触するまでの時間が０．２秒以下になるように前記第１急冷手段と前記第２急冷手段との配置関係が規定されている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明では、第１急冷工程の急冷の後、冷却用ドラムを用いた第２急冷工程の急冷を行う。このため、合金溶湯を急冷・凝固する過程において、結晶化反応が最も高速に進行する温度範囲で合金を効率的に急冷でき、結晶化のプロセスを最適に制御することが可能になる。その結果、第１急冷工程における急冷速度を相対的に低下させ、第１急冷工程で結晶化が始まったとしても、結晶化の初期状態の合金に対して第２急冷工程を行なうことにより、結晶粒の粗大化を抑制できるので、急冷速度が比較的低い量産性に優れた急冷装置を用いても、高性能な希土類急冷磁石合金を安定して生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明による希土類急冷磁石合金の製造方法では、希土類合金の溶湯を急冷する第１急冷工程と、この第１急冷工程によって温度の低下が始まった合金を「冷却媒体」に接触させることによって前記合金を更に急冷する第２急冷工程とを行なう。本発明では、この第２急冷工程を行なうに際して、冷却媒体として機能する冷却用ドラムを回転させながら、冷却用ドラムの内壁に合金を接触させる。合金は遠心力により、ドラム内壁に押し付けられるため、効率的な抜熱が可能になる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、第１急冷工程を行なうことにより、合金溶湯の温度を下げるため、第１急冷工程の途中、またはそれ以降に結晶化が開始するが、結晶化しつつある合金を第２急冷工程において冷却用ドラムの内壁に接触させて更に急冷し、結晶相の粒成長を抑制することができる。本願明細書における「結晶化の開始」とは、合金中における結晶相の数密度が２×１０21ｍ-3〜１０27ｍ-3の範囲内に達することをいうものとする。結晶化の開始により、発熱が生じ始めるため、第２急冷工程は結晶化の開始前または開始後速やかに行なうことが好ましい。
【００３４】
本発明では、合金の状態を液相から固相へ変化させるための最初の急冷工程と、その後の急冷工程と別々に行うため、冷却プロセスの設計自由度が向上する。このため、従来技術のように急冷工程の後は雰囲気ガスを媒介した自然な放熱による冷却を行なう場合に比べて、所望の構成相からなる微細急冷組織を安定して形成することができる。
【００３５】
以下、図１および図２を参照しながら、本発明の基本的な概念を説明する。ここでは、希土類急冷磁石合金として、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物からなる硬磁性相とα−Ｆｅや硼化物などの軟磁性相とが同一組織内に混在するナノコンポジット磁石を例にとって説明する。
【００３６】
図１は、合金溶湯を急冷し、その状態を液相から固相に変化させる場合における合金温度の時間変化を示すグラフである。グラフの縦軸は合金温度を示し、横軸は合金溶湯と急冷ロールとの接触からの経過時間（対数表示）を示している。
【００３７】
図１のグラフには、冷却経路１〜３と結晶相Ａ〜Ｃの生成領域とが模式的に示されている。本発明による２段階の急冷を行うと、合金溶湯は、冷却経路１を経て液相から固相に変化し、凝固する。この例における第１急冷工程は、合金溶湯を冷却ロールの表面に接触させることによって行っている。冷却経路１の始点は、第１急冷工程において合金溶湯が冷却ロールの表面に接触する時に対応し、冷却経路上の点ａは、合金が冷却ロールの表面から離れる時点に対応している。
【００３８】
合金温度は、冷却ロールと接触している極めて短い間に低下する。図１に示す例では、冷却経路１の点ａにおける状態（以下、「状態ａ」と称する。）で、結晶相Ａの核が生成するものとする。この状態ａにおける合金の組織を図２（ａ）に示す。
【００３９】
Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物を硬磁性相として含むナノコンポジット磁石用合金を作製する場合、結晶相Ａは、例えばＮｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物である。この場合、図２（ａ）に示される小さな白い点は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物の結晶成長の核を模式的に示している。Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物（＝結晶相Ａ）は、これらの核を中心にして成長してゆくことになる。現実には、結晶相Ａの析出・成長は、冷却経路の点ａで示される時点よりも早くに開始することもあれば、遅くに開始する場合もある。ここでは、簡単のため、合金が第１急冷工程のための冷却手段（冷却ロール）を離れたタイミングで大部分の結晶化が開始すると仮定して、本発明を説明することとする。
【００４０】
本発明では、この例のように、合金溶湯の第１急冷工程によって結晶相Ａの核が生成した場合においても、結晶化が開始した後、合金の冷却を自由放冷に委ねることなく、第２急冷工程を行うことにより、合金の熱を積極的に奪う。このため、結晶相Ａが成長しつつあるときも合金温度が低下し、結晶相Ｂの生成温度領域を速やかに通過する（図１の冷却経路１）。その結果、最終的な状態ｂ−１では、図２（ｂ−１）に示すように、微細な結晶相Ａおよび結晶相Ｂが分散した組織構造が得られ、ナノコンポジット磁石の優れた特性を最大限に発揮させることが可能となる。
【００４１】
次に、図１の冷却経路２を経て冷却される場合を説明する。この例では、第１急冷工程の後に第２急冷工程を行わない。その結果、結晶相Ａの結晶化開始とともに放出される結晶化反応熱により、合金温度は速やかに低下せず、図１に示す冷却経路２を辿ることになり、結晶相Ａが析出・成長しやすい領域の滞在時間が長くなる。このため、結晶核の再溶解と成長過程とが進行し、結晶相Ａの生成が完了した後に結晶相Ｂの結晶化が開始する。このため、最終的な状態Ｂ−２では、図２（ｂ−２）に示すように、結晶相Ａが粗大化した組織が得られる。
【００４２】
次に、図１の冷却経路３を経て冷却される場合を説明する。この場合も、第１急冷工程の後に第２急冷工程を行わないが、この例では、結晶相Ａの結晶化開始とともに放出される結晶化反応熱の量が多く、合金温度が一時的に上昇する。そのため、結晶相Ａの核が再融解し、目的としない結晶相Ｃ（ナノコンポジット磁石にとって不用な相）が生成されてしまう。このようにして結晶相Ｃが生成した後、結晶相Ａおよび結晶相Ｂがこの順序で成長する。このため、最終的な状態Ｂ−３では、図２（ｂ−３）に示すように、結晶相Ｃが存在することにより、残りの部分の組成が変化してしまい、結晶相Ａおよび結晶相Ｂが充分に生成されず、結晶相Ａおよび結晶相Ｂが磁気的に結合したナノコンポジット磁石組織が得られない。
【００４３】
このように、冷却経路２および３では、第２急冷工程を実行せず、冷却例路上の点ａの時点以降における合金温度の低下は、自由放冷によって生じる。これに対して、本発明では、冷却途上で結晶化が開始した後、第２急冷工程を行い、更に合金を急冷することによって、冷却過程における結晶相の成長を抑制する。
【００４４】
図１に示す例では、第２急冷工程を開始する時点では既に結晶化が開始しているが、合金の結晶化は、第２急冷工程を開始した後に始まっても良い。合金の組成や第１急冷工程の条件によっては第２急冷工程を開始する前には結晶化が始まる温度にまで合金は冷却されていない場合があり得る。そのような場合でも、第２急冷工程を行なうことにより、結晶相の成長を効果的に抑制できるので、微細な急冷組織を安定して形成することが可能になる。
【００４５】
なお、本明細書における「自由放冷」とは、急冷ロールなどの急冷手段の冷却部表面から離れた合金薄帯が雰囲気ガスを介して熱を奪われ、それによって自然に冷却されることや、合金が自ら放射冷却によって熱を失うことを意味する。また、「急冷」とは、「自由放冷」によって雰囲気ガスが合金から熱を奪うレートよりも速いレートで合金の熱を奪い、自由放冷による冷却速度よりも速い冷却速度で合金温度を低下させることを意味するものとする。本発明では、第１急冷工程の後、第２急冷工程を開始するまでの間において、合金が空中を飛行する期間が存在してもよい。この期間は、第１急冷工程と第２急冷工程との間に存在する期間であり、極めて短い自由放冷の期間に相当する。
【００４６】
本発明において、第２急冷工程の役割として重要な点は、合金内で結晶化が開始し、結晶化反応熱が発生しているとき、その熱を速やかに奪うことにより、冷却途中における結晶成長を適切に抑制することにある。
【００４７】
なお、特許文献３には、第１急冷工程の後、合金内で結晶化が開始する前における金属ガラスの温度を制御する技術が開示されているが、結晶化発熱によって生じた熱を奪うことにより、結晶成長を抑制することは教示されていない。
【００４８】
以下、このように制御された急冷を行なうために好適な急冷装置を説明する。
【００４９】
［製造装置］
図３は、本発明による希土類急冷磁石合金の製造方法に好適に用いられ得る装置の一構成例を示す図である。図示されている装置は、合金溶湯１を放出するノズルを備えた出湯部と、出湯部から出た合金溶湯１に対して第１急冷工程を施すための急冷ロール４と、急冷ロール４から薄帯状に延びた合金５に対して第２急冷工程を行うための冷却用ドラム６と、冷却用ドラム６を回転させる駆動モータ７とを備えている。出湯部には、高周波コイル２が巻かれており、高周波コイル２に高周波電力を供給することにより、原料合金を溶融することができる。
【００５０】
図示されている装置においては、急冷ロール４による抜熱で第１急冷工程の急冷が行われた後、冷却用ドラム６による抜熱で第２急冷工程の急冷が行われる。すなわち本実施形態では、冷却用ドラム６が「冷却媒体」として機能する。
【００５１】
図に示す本実施形態の急冷装置では、第１急冷工程を実行するための第１急冷手段として単ロール法によるメルトスピニング装置を採用しているが、本発明の第１急冷手段は、これに限定されない。例えば、双ロール急冷装置、ストリップキャスティング装置、ガスアトマイズ装置、遠心アトマイズ装置、水アトマイズ装置などの種々の液体急冷装置を好適に採用することができる。
【００５２】
冷却用ドラム６は、回転可能に支持され、駆動モータ７によって回転させられるが、その回転速度は所定の範囲で任意に調節される。本実施形態の急冷装置によれば、冷却ロール４の回転速度に制限されずに、独立して冷却用ドラム６の回転速度を調節できるため、冷却プロファイルの設計自由度が大きく向上する。
【００５３】
さらに本発明によれば、冷却用ドラム６の遠心力を利用して合金５をドラム内壁に押し付けることができるため、ドラム内壁による合金５からの抜熱を効果的に行なうことができる。冷却を一次冷却のように単ロール法によって行なう場合は、冷却ロール４の表面と合金５（合金溶湯１）との間の接触時間が短いが、冷却用ドラム６を用いることにより、合金５とドラム内壁との接触時間を長くすることができる。
【００５４】
冷却用ドラム６の内壁と接触するときの合金５の温度は、合金組成によって適宜選択される。具体的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系急冷合金磁石の場合、急冷合金の温度が５００℃から１０００℃のときに冷却用ドラム６の内壁と接触させればよい。
【００５５】
なお、冷却用ドラム６の少なくとも内壁部分は、熱伝導性や耐久性の観点から、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ベリリウム（Ｂｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、および／または、これらの合金から形成されることが好ましい。合金を安定的に急冷するには、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上の材料（銅、銅合金、Ｗ、Ｍｏ、Ｂｅ）を用いることが好ましい。また、ドラム６の内壁の表面には、Ｃｒ、Ｎｉ、これらの合金の単層／積層のめっきが施されていることが好ましい。Ｃｕなどの融点および硬度が比較的低い材料からドラム６を作成する場合でも、Ｃｒなどのめっきを行うことにより、ドラム内壁の強度を高めることができ、急冷工程時における内壁面の溶融や劣化を抑制することが可能になる。
【００５６】
前述したように、本発明の好ましい実施形態では、第１急冷工程の急冷時に結晶化を開始した合金、あるいは第１急冷工程の急冷直後に結晶化を開始した合金に対して、第２急冷工程の急冷を行い、結晶相の望まぬ成長を抑制する。もし第２急冷工程の急冷を行わなかったとしたならば結晶相の成長が進むために最終的な磁石特性の劣化につながるところ、本発明の好ましい実施形態によれば、そのような結晶相の成長を抑制できるため、優れた磁石特性を発現し得る急冷合金を作製することが可能になる。この結晶化を開始した後、的確に第２急冷工程を行うためには、低下しつつある合金温度が所定範囲に入ったタイミングを逃すことなく、第２急冷工程を開始する必要がある。ある好ましい実施形態では、急冷ロール４を離れた合金が雰囲気中を飛行して冷却用ドラム６の内壁に接触するタイミングを適宜調節し、例えば合金が急冷ロール４を離れてから０．００２〜０．２秒の範囲内に冷却用ドラム６の内壁に達するようにすることができる。この期間を０．００２秒よりも短くすることは、急冷ロール４と冷却用ドラム６とが接近しすぎるため、装置の設計上困難である。また、０．２秒よりも長くすると、第１急冷工程後の冷却速度が低くなりすぎるため、目的とする結晶相以外の相が析出したり、目的とする結晶相が粗大化して良好な磁気特性を得にくくなる。これらの観点から、上記期間は０．００２〜０．２秒の範囲に設定することが好ましい。また、第２急冷工程の効果を高めるには、上記の期間を０．００５〜０．０２秒の範囲に設定することが更に好ましい。
【００５７】
なお、冷却用ドラム６の内部には合金５を粉砕するための粉砕機構を設けてもよい。粉砕機構の構造は特に限定されないが、例えば、図３に示すように単数または複数の粉砕刃８を冷却用ドラム６の底面および／または内壁に設けることにより、冷却用ドラム６の回転力を利用して合金を効率的に粉砕することが可能である。冷却用ドラム６の底面部に粉砕刃８を設ける場合は、冷却用ドラム６の回転とは独立して粉砕刃８を回転できるようにしてもよいし、あるいは、粉砕刃８は回転させずに装置に対して固定してもよい。一方、粉砕刃８を回転させる場合は、その回転の向きを冷却用ドラム６の回転の向きに一致させてもよいし、反対に設定してもよい。
【００５８】
冷却用ドラム６の回転速度は、合金５が遠心力によってドラム内壁に接触しうる速度、すなわち、遠心力＞重力となる回転速度に設定することが好ましい。具体的には、ドラム半径をｒ（ｍ）とすると、３０ｒ1/2ｒｐｍ以上に設定することが好ましい。合金５の自重に抗してドラム内壁に長時間接触することができれば、効率的な抜熱を実現できる。
【００５９】
［製造方法］
以下、本発明による希土類急冷磁石合金の製造方法の実施形態を説明する。
【００６０】
本実施形態では、まず、最終的に作製すべき磁石に応じて所望の組成を有する合金の溶湯を作製し、図３に示す装置を用いて第１急冷工程を実行し、合金の温度を低下させ、結晶化を開始させる。その後、冷却用ドラム６を用いて第２急冷工程を行う。本発明の製造方法で好適に作製され得る磁石の組成は、特に限定されないが、ここでは、以下の組成を有する磁石を作製する。
【００６１】
（Ｆｅ1-mＴm）100-x-y-z-lＱxＲyＭ１zＭ２lで表現される。ここで、ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＱはＢ、Ｃ、Ｏ、およびＮからなる群から選択された１種以上の元素、ＲはＹ（イットリウム）および希土類金属からなる群から選択された１種以上の元素、Ｍ１は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ、およびＨｆからなる群から選択された１種以上の元素、Ｍ２は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｂｉからなる群から選択された１種以上の元素である。組成比率（原子比率）ｘ、ｙ、ｚ、ｌ、およびｍが、それぞれ、１＜ｘ≦３０原子％、３≦ｙ＜２０原子％、０．１≦ｚ≦２０原子％、０．１≦ｌ≦２０原子％、および０≦ｍ≦０．５である。
【００６２】
本発明の製造方法は、特に第１および第２急冷工程中および／または急冷工程後の結晶化で発現する結晶相がＮｄ2Ｆｅ14Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相と、鉄や鉄基硼化物の軟磁性相である場合に特に好適に採用される。ただし、他の構成相を含むナノコンポジット磁石や、単相磁石でも、所望の構成相を適切なサイズで含有する組織構造を形成できる利点がある。
【００６３】
本実施形態では、冷却ロール４のロール表面速度が例えば３ｍ／秒以上３０ｍ／秒以下になるように冷却ロール４を回転させる。急冷は、７０ｋＰａ以下の不活性ガス雰囲気中または真空中で行うことが好ましい。雰囲気圧力が７０ｋＰａを超える場合、回転ロールの表面と合金溶湯との間に雰囲気ガスが巻き込まれやすくなる。そのような雰囲気ガスの巻き込みが発生すると、合金帯の表面にガスポケットが生じ、均一な急冷が達成されず、急冷組織が不均一化するため、急冷を安定的に行うことが困難になる。不活性ガス雰囲気中で急冷を行う場合のガス圧力の好ましい範囲は、３５ｋＰａ以下、特に１．５ｋＰａ程度である。
【００６４】
冷却用ドラム６の内壁の温度は、例えば、図１における結晶相Ｂの生成領域の下限温度以下の温度に設定することが好ましい。本実施形態のようにＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のナノコンポジット磁石を作製する場合には、ドラム６の内壁温度を５００℃以下に維持することが好ましい。冷却用ドラム６の内壁温度が５００℃を超える場合、第２急冷工程での抜熱が不十分になり、結晶相の成長を充分に抑制できなくなるおそれがあるからである。
【００６５】
［熱処理］
上記の２段階急冷工程を経て凝固した急冷合金に対しては、磁気特性を向上させることなどを目的として、公知の熱処理装置を用いた熱処理を行うことが好ましい。この熱処理は、急冷合金を粗く粉砕したあとに行ってもよい。この熱処理により、非晶質相の全部または一部を結晶化して磁石特性を更に向上させることができる。
【００６６】
上記組成を有するナノコンポジット磁石を作製する場合、急冷合金は真空中またはアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中において５００℃〜９００℃の温度で熱処理されることが好ましい。このような熱処理により、急冷合金中に残存した非晶質相の結晶化を進行させ、より優れた磁気特性を有する鉄基希土類永磁石を得ることができる。
【００６７】
［結晶構造］
上記組成を有するナノコンポジット磁石を作製する場合、得られた合金の金属組織は、鉄や鉄基硼化物の軟磁性相とＲ2Ｆｅ14Ｂ型結晶構造を有する硬磁性相とが混在し、これらの相が交換相互作用によって磁気的に結合しているナノコンポジット構造を有している。軟磁性相および硬磁性相の平均結晶粒径は、いずれも、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、特に軟磁性相の平均結晶粒径は３０ｎｍ以下と小さい。最も好ましい形態では、軟磁性相が厚さ５ｎｍ程度のフイルム状の層を形成し、硬磁性相を取り囲んでいる。このような形態の組織は、Ｔｉを添加した場合に好適に形成される。
【００６８】
なお、Ｓｍ−Ｃｏ系やＳｍ−Ｆｅ系の希土類急冷磁石を製造する場合は、それぞれの磁石に適した原料合金を用い、適切なナノ結晶組織を形成すればよい。本発明の製造方法は、特に、包晶反応によって目的とする磁石構成相が生成される場合に顕著な効果を発揮するといえる。
【００６９】
以上説明した方法で作製されたナノ結晶磁石は、種々の態様で各種の装置に応用され得る。以下、本発明の製造方法によって作製したナノ結晶磁石の粉末を用いてボンド磁石を製造する方法を簡単に説明する。
【００７０】
まず、上記のナノ結晶磁石の粉末にエポキシ樹脂からなるバインダーと添加剤とを加え、混練することによってコンパウンドを作製する。次に、コンパウンドを成形装置によって配向磁場中でプレス成形した後、加熱硬化工程、洗浄工程、コーティング工程、検査工程、着磁工程を経て、最終的なボンド磁石を得ることができる。このボンド磁石は、種々のモータやアクチュエータに好適に用いられる。
【００７１】
以上、主として、鉄や鉄基硼化物などの軟磁性相とＲ2Ｆｅ14Ｂ型硬磁性相とを含むナノコンポジット磁石を例に本発明の好ましい実施形態を説明しているが、本発明の製造方法は、他の材料系のナノ結晶磁石にも適用できる。本発明では、２段階で冷却工程を行なうことにより、第１急冷工程のみによっては得にくいナノ結晶細組織構造を再現性良く作製することが可能になり、このような効果は、硬磁性相を単相として含むナノ結晶磁石であっても発揮される。特に、従来のメルトスピニング法で均一なナノ結晶組織を得ようとすると、冷却ロールの回転周速度を高く設定する必要があるが、本発明の製造方法によれば、第１急冷工程における冷却速度を比較的低く設定しても、第２急冷工程で効果的な冷却を行なうことができるため、所望のナノ結晶組織を得ることが可能になる。このことは、第１急冷工程に用いる冷却ロール装置を小型化することを可能にする利点もある。
【００７２】
図４は、第１急冷工程での冷却速度（一次冷却速度）が相対的に高い場合と低い場合において、１段階急冷工程と２段階急冷工程を行なったときの合金温度の時間変化を示している。図４では、横軸が冷却時間をリニアスケールで示している。図１のグラフは、横軸がｌｏｇスケールであるため、第１急冷工程の所要時間が長く見えるが、実際には、図４に示すように、第２急冷工程の時間が相対的に長い。このため、冷却用ドラムによる効果的な二次冷却を実行しない場合は、合金は室温に比べて遥かに高い温度状態を長時間経験することになり、ナノ結晶の組織構造が粗大化したり、望まない結相が析出・粗大化するおそれがある。本発明によれば、このような不都合を適切に回避することができ、最終的に優れた磁石特性を示すナノ結晶磁石を再現性良く作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】合金溶湯から急冷合金を形成する場合における合金温度の時間変化（冷却経路１〜３）を示すグラフである。グラフの縦軸は温度、横軸は時間（Ｌｏｇスケール）である。
【図２】（ａ）は、状態ａにおける合金組織を模式的に示す図であり、（ｂ−１）は、状態ｂ−１における合金組織を模式的に示す図であり、（ｂ−２）は、状態ｂ−２における合金組織を模式的に示す図であり、（ｂ−３）は、状態ｂ−３における合金組織を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態で好適に用いられる急冷装置の構成を示す図である。
【図４】第２の冷却工程による効果を示すグラフである。グラフの縦軸は温度、横軸は時間（リニアスケール）である。
【符号の説明】
【００７４】
１    合金溶湯
２    高周波コイル
３    ノズル
４    急冷ロール
５    急冷合金
６    冷却用ドラム
７    モータ
８    粉砕刃
【図１】
2005064096.tif 000003
【図２】
2005064096.tif 000004
【図３】
2005064096.tif 000005
【図４】
2005064096.tif 000006