(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｃｅ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｍの成分系からなり（ここでＲはＮｄであり、ＭはＧａまたはＺｎである。）、重量％で、Ｃｅ：１．０％以下、Ｒ＋Ｃｅ：２８．０〜３０．０％、Ｃｏ：（３．０±１．０）％、Ｂ：０．８４〜０．９６％およびＭ：０．１９％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である合金組成を有する磁石合金を熱間塑性加工して得られた、保磁力ｉＨｃ≧１３．０ｋＯｅであって、エネルギー積（ＢＨ）max≧４２．０ＭＧＯｅを示すＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のグループに属し、高エネルギー積を示すＲ−Ｃｅ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｍ系磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系（ＲはＮｄを代表とする希土類元素）の永久磁石のうち、合金粉末を燒結したものは加工性が低いため、リングなどの形状を与えるためには、磁石合金の急冷薄帯を粉砕して得た粉末の熱間塑性加工、たとえば後方押出しを行なって、ラジアル異方性を発現させることが行なわれている。
【０００３】
この種の磁石において、磁石合金を構成する成分のうちＲの一部をＣｅで置き換えることによって熱間加工時の変形能が向上し、塑性加工により高い異方性を発揮することを出願人は見出して、改善された組成の磁石合金を、さきに提案した（特開平４−２１７４４号）。
【０００４】
続いて、上記の合金組成に対してさらに適量のＧａを添加すると保磁力が高まることを知り、Ｎｄ，Ｃｅ，ＢおよびＧａの量を適正に選択することにより、磁束密度Ｂｒ≧１３．０ｋＧ、保磁力ｉＨｃ≧１２．０ｋＯｅを確保したラジアル異方性磁石を実現し、これも開示した（特開平１１−１９３４４９号）。この磁石が達成したエネルギー積は、おおよそ（ＢＨ）max＝４０．０ＭＧＯｅのレベルである。
【０００５】
その後も研究を進めた結果、発明者等は、磁束密度Ｂｒ≧１３．０ｋＧ、保磁力ｉＨｃ≧１２．０ｋＯｅ、エネルギー積（ＢＨ）max≧４２．０ＭＧＯｅを示す磁石を開発し、さらに合金組成を適正に選択することにより、（１）磁束密度Ｂｒ≧１３．５ｋＧ、保磁力ｉＨｃ≧１２．０ｋＯｅ、エネルギー積（ＢＨ）max≧４４．０ＭＧＯｅを示す磁石、および（２）磁束密度Ｂｒ≧１３．５ｋＧ、保磁力ｉＨｃ≧１４．０ｋＯｅ、エネルギー積（ＢＨ）max≧４３．０ＭＧＯｅを示す磁石を完成した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した発明者等が得た新しい知見を活用して、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のグループに属し、従来品よりいっそう高いエネルギー積を有するとともに、高い保磁力を有するものを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、Ｒ−Ｃｅ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｍの成分系からなり（ここでＲはＮｄであり、ＭはＧａまたはＺｎである。）、重量％で、Ｃｅ：１．０％以下、Ｒ＋Ｃｅ：２８．０〜３０．０％、Ｃｏ：（３．０±１．０）％、Ｂ：０．８４〜０．９６％およびＭ：０．１９％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である合金組成を有する磁石合金を熱間塑性加工して得られた、保磁力ｉＨｃ≧１３．０ｋＯｅであって、エネルギー積（ＢＨ）max≧４２．０ＭＧＯｅを示すＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石である。
【０００８】
【発明の実施形態】
本発明のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石合金は、一般にＢｒ≧１３．５ｋＧであってｉＨｃ≧１３．０ｋＯｅである高性能な永久磁石を与える。とりわけ、Ｎｄ＋Ｃｅ：（２８．５±０．２）％、Ｃｅ：（０．５±０．１）％、Ｃｏ：（３．０±１．０）％、Ｂ：０．９０±０．０３）％、ならびに、Ｇａおよび（または）Ｚｎ：（０．１５±０．０３）％を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物である合金組成のものにおいては、ｉＨｃ≧１４．０ｋＯｅ、（ＢＨ）max≧４３．０ＭＧＯｅ、（ＢＨ）max≧４２．０ＭＧという性能が実現する。
【０００９】
本発明の磁石合金を構成する各成分の作用と組成範囲の限定理由は、一部分は既知であるが、新規な部分とともに説明すれば、つぎのとおりである。
【００１０】
Ｒ＋Ｃｅ：２８．０〜３０．０％
ここで、ＲはＮｄである。保磁力ｉＨｃを高く得るには（Ｒ＋Ｃｅ）が少なくとも２８．０％必要であり、一方、磁束密度Ｂｒに関しては（Ｒ＋Ｃｅ）を高くすべきでなく、３０．０％を上限とする。好ましい範囲は、Ｒ＋Ｃｅ：２８．０％超過２９．５％未満であり、より好ましい範囲は、Ｒ＋Ｃｅ：（２８．５±０．２）％である。
【００１１】
Ｃｅ：１．０％以下
前述のようにＣｅは合金の熱間加工性を高めるので、本発明には必須の成分である。しかし、保磁力や磁束密度を低下させるので、多量の添加は避けて、１．０％以下とする。好ましい範囲は０．０５％超過１．０％未満であり、より好ましい範囲は、（０．５±０．１）％である。
【００１２】
Ｃｏ：（３．０±１．０）％
Ｃｏは、保磁力の確保に有用であるから、適量を存在させる。多量の添加は、かえって保磁力を低下させるとともに、磁束密度をも低下させる。好ましい範囲として（３．０±１．０）％をえらんだ。
【００１３】
Ｂ：０．８４〜０．９６％
Ｂは、０．８４％以上存在しないと、保磁力、磁束密度とも低く、磁石として実用性に乏しいものになる。一方、添加量を増すと熱間加工性が低下し、０．９６％を超えると材料の変形抵抗が著しく増大する。とくに好ましい範囲は（０．９０±０．０３）％である。
【００１４】
Ｍ＝Ｇａおよび（または）Ｚｎ：０．２％以下（併用の場合は合計量で）
Ｇａの添加が保磁力および磁束密度を向上させることは、前記した特開平１１−１９３４４９号に開示した。その後、Ｚｎも同様な作用をすることが見出されたので、本発明では、ＧａおよびＺｎを単独または複合して添加する。以前は、Ｇａを０．２〜１．０％の範囲で添加するとしたが、比較的多量の添加は磁束密度を低下させるため、高エネルギー積を達成するという本発明の目的に合致せず、むしろ０．１９％以下の添加量が、保磁力と磁束密度の両者をバランス好く保つ上で適切であることがわかった。とくに好ましい範囲は（０．１５±０．０３）％である。
【００１５】
【参考例】
Ｎｄ：２７．０〜２９．５％，Ｃｅ：０〜１．５％，Ｃｏ：０〜１０．０％，Ｂ：０．９％，残部Ｆｅからなる合金組成の１５種の磁石合金を溶製し、単ロール法で薄帯とし、破砕して合金粉末を得た。これらの合金に含まれている不純物は、Ｃ：０．０４％，Ｓｉ：０．０３％，Ａｌ：０．０９％およびＰｒ：０．２％である。
【００１６】
各合金粉末を冷間でプレス成形して、直径１８mmの円柱状体としたものを、Ａｒ雰囲気下に８００℃でホットプレスして燒結体を得た。この燒結体を、８２０℃で後方押出しにより塑性加工し、外径１８mm、内径１３．５mmのカップ状体に成形した。このカップ状体の外壁からリング状のサンプルを切り出し、ラジアル方向の磁束密度Ｂｒおよび保磁力ｉＨｃを測定し、減磁曲線から最大エネルギー積（ＢＨ）maxを算出した。
【００１７】
それらの結果を、Ｃｅ量の影響（表１）、Ｎｄ＋Ｃｅ量の影響（表２）およびＣｏ量の影響（表３）が明らかになるように整理して、下に示す。
【００１８】
表１  Ｃｅ量の影響
No.  区分  化学組成（重量％、残部Fe）       磁  気  特  性      
Ｎｄ＋Ｃｅ  Ｃｅ    Ｃｏ      Ｂｒ    ｉＨｃ    (BH)max
(kG)    (kOe)      (MGOe)  
１  比較例  ２９．２  ０．０  ３．０    １３．２  １０．０  ４０．４
２  参考例  ２９．２  ０．２  ３．０    １３．８  １３．４  ４５．８
３  参考例  ２９．２  ０．５  ３．０    １３．７  １３．８  ４５．４
４  参考例  ２９．２  １．０  ３．０    １３．５  １３．０  ４３．９
５  比較例  ２９．２  １．５  ３．０    １３．２  １１．４  ４１．２ 
【００１９】
表２  Ｎｄ＋Ｃｅ量の影響
No.  区分  化学組成（重量％、残部Fe）       磁  気  特  性      
Ｎｄ＋Ｃｅ  Ｃｅ    Ｃｏ      Ｂｒ    ｉＨｃ    (BH)max
(kG)    (kOe)      (MGOe)  
６  比較例  ２７．８  ０．５  ３．０    １２．７    ８．１  ３６．４
７  参考例  ２８．０  ０．５  ３．０    １３．４  １１．１  ４３．３
８  参考例  ２８．５  ０．５  ３．０    １３．８  １２．８  ４６．１
３  参考例  ２９．２  ０．５  ３．０    １３．７  １３．８  ４５．４
９  参考例  ２９．５  ０．５  ３．０    １３．４  １３．５  ４３．４
10  比較例  ３０．０  ０．５  ３．０    １２．７  １４．６  ３８．９ 
【００２０】
表３  Ｃｏ量の影響
No.  区分  化学組成（重量％、残部Fe）        磁気特性
Ｎｄ＋Ｃｅ  Ｃｅ    Ｃｏ        Ｂｒ    ｉＨｃ    (BH)max
(kG)    (kOe)      (MGOe)
11  比較例  ２９．２  ０．５    ０．０    １２．８    ８．３  ３７．１
12  参考例  ２９．２  ０．５    １．０    １３．５  １１．８  ４３．９
３  参考例  ２９．２  ０．５    ３．０    １３．７  １３．３  ４５．４
13  参考例  ２９．２  ０．５    ６．０    １３．５  １３．２  ４３．６
14  参考例  ２９．２  ０．５    ８．０    １３．２  １２．９  ４１．３
15  比較例  ２９．２  ０．５  １０．０    １３．０  １２．８  ４０．０
【００２１】
［実施例］
参考例と同様な方法で、Ｎｄ：２８．９％，Ｃｅ：０．６％，Ｃｏ：２．７％，Ｂ：０．９１％，ＭすなわちＧａおよび（または）Ｚｎ：０〜０．３０％，残部Ｆｅからなる組成の磁石合金の粉末を製造し、同様にカップ状素材からリング状のサンプルを切り出して、ラジアル方向の磁気特性を測定した。結果は、表４に示すとおりである。
【００２２】
表４  Ｇａ、Ｚｎ量の影響
No.  区分  化学組成（重量％、残部Fe）         磁気特性
Ｍ      添加量          Ｂｒ    ｉＨｃ    (BH)max
(kG)    (kOe)      (MGOe)
18  参考例     −        −           １３．６  １２．８  ４４．３
19  実施例    Ｇａ    ０．０５        １３．７  １３．３  ４５．１
20  実施例    Ｇａ    ０．１０        １３．６  １３．５  ４５．１
21  実施例    Ｇａ    ０．１９        １３．４  １４．０  ４３．７
22  比較例    Ｇａ    ０．３０        １３．２  １４．４  ４２．１
23  実施例    Ｚｎ    ０．０５        １３．５  １３．４  ４３．９
24  実施例    Ｚｎ    ０．１０        １３．５  １４．７  ４３．４
25  実施例    Ｚｎ    ０．１８        １３．３  １５．３  ４２．９
26  比較例    Ｚｎ    ０．３０        １３．０  １６．０  ４０．５
27  実施例    Ｇａ    ０．１０        １３．６  １４．４  ４４．１
Ｚｎ    ０．０５                                    
【００２３】
【発明の効果】
本発明の磁石は、高いエネルギー積に加えて高い保磁力を有し、保磁力ｉＨｃが１３．０ｋＯｅ以上であって、（ＢＨ）maxが４２．０ＭＧＯｅ以上を確保し、最適な合金組成を選択した場合は、ｉＨｃが１４．０ｋＯｅ以上であって（ＢＨ）maxが４３．０ＭＧＯｅ以上であるという、高いレベルでバランスのとれた性能を示す。
【００２４】
本発明の磁石の最大の用途は、サーボモータ用磁石であるが、精密なバルブのアクチュエータなど広い用途が展開しつつある。磁石性能の向上は、モータのトルクの増大をもたらし、それに伴い小型化を可能にするほか、応答性の向上にも役立つ。