專利名稱：粘結磁鐵、粘結磁鐵的制造方法及使用該磁鐵的傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可用作高性能永磁鐵的粘結磁鐵及其制造方法，以及涉及一種使用所述粘結磁鐵的電動機等傳動裝置。
以往，作為高性能永磁鐵的一種，已知有Sm-Co系磁鐵及Nd-Fe-B系磁鐵等的稀土類磁鐵。這些磁鐵中，含有較多的Fe及Co等元素，對飽和磁通密度的增大作用很大。又，Nd及Sm等稀土類元素來源于晶體場中的4f電子的運動，這些元素形成了非常大的磁各向異性。由此，可以力求增大頑磁力。
稀土類高性能磁鐵主要用于如電動機、測量器等的電器設備中。近年來，隨著對各種電器設備的小型化及低成本化要求的高漲，與此對應地，人們要求開發(fā)高性能的永磁鐵。特別是，對于硬盤裝置(HDD)、軟盤裝置(FDD)、CD-ROM裝置、DVD裝置等上所使用的介質(zhì)驅動用微型電機、及用于CD-ROM裝置及DVD裝置中的光傳感驅動用傳動裝置，為實現(xiàn)小型化、高性能化，也要求開發(fā)一種性能更高的永磁鐵。
針對上述對于永磁鐵的要求，有人提出了以具有例如TbCu7型晶體結構的晶相(以下，稱為TbCu7型結晶相)為主晶相的R-Zr-Fe(Co)-N系磁鐵材料(R稀土類元素)等(參照特開平6-172936號公報等)。作為使用這類磁鐵材料的永磁鐵，已知有將例如磁粉與樹脂系粘結劑等混合，藉由例如壓制成形上述混合物而成形的成形體(壓制成形體)構成的粘結磁鐵。磁粉和樹脂系粘結劑等的混合物的壓制成形適用通常的利用壓機裝置的壓制。
可是，如上所述的粘結磁鐵的磁性能，特別是其剩磁及最大磁能積((BH)max)取決于所使用的磁鐵材料的磁特性和構成粘結磁鐵的成形體(加壓成形體等)的密度。即，在使用同樣性能的磁鐵材料時，通過提高成形體的密度，可獲得粘結磁鐵的高性能化。又，在提高成形體密度，減少空隙時，也可望提高粘結磁鐵的耐腐蝕性效果。
然而，在以往通常的壓制成形中，要提高磁粉和粘結劑的混合物構成的加壓成形體的密度有限制。特別是，在將如TbCu7型結晶相為主晶相的磁鐵材料的、藉由淬冷方法制作的薄片狀(或薄帶狀)的磁鐵材料時，在加壓成形時產(chǎn)生的磁鐵材料之間的磨擦或回彈性成為影響高密度化的主要原因。為此，現(xiàn)狀是基于成形體密度的提高，欲進一步提高粘結磁鐵的高性能是有困難的。
本發(fā)明系為解決上述課題而作，本發(fā)明的目的在于提供一種粘結磁鐵及粘結磁鐵的制造方法，所述粘結磁鐵藉由進一步提高使用以TbCu7型結晶相為主晶相的磁鐵材料的粘結磁鐵成形體密度，獲得有望提高最大磁能積等磁特性及耐腐蝕性的粘結磁鐵；所述粘結磁鐵的制造方法可以可更加容易、且重量性良好地提高成形體密度；本發(fā)明的目的還在于提供一種藉由上述粘結磁鐵的使用而獲得的小型化、高性能化的傳動裝置。
本發(fā)明者們?yōu)檫_成上述目的，進行了刻意的研究。其結果發(fā)現(xiàn)在加壓成形磁鐵材料和粘結劑的混合物，制作成形體之時，通過對壓制條件及成形體形狀的控制，可進一步提高成形體密度。
即，最初加壓時，磁鐵材料和粘結劑的混合物的流動性差，產(chǎn)生微觀密度較大的偏差。對此，一旦降低壓力，表現(xiàn)為彈性回復力形式、局部所形成的殘余應力的偏差得到緩解。同時，對此作驅動力加壓時所破碎的磁鐵材料及粘結劑發(fā)生微觀移動。這樣，再次加壓，則可使磁鐵材料及粘結劑沿其內(nèi)部應力更均質(zhì)化的方向流動，結果，降低密度微觀偏差，且可更有效地使所施加的壓力發(fā)揮作用，減少空隙，提高密度。
又，在加壓成形時，使錘或臼狀模等的成形用金屬模作回轉或作往復運動，同時，外加壓機壓力，藉此，也可使成形體內(nèi)生成剪切力等，更積極地促進混合物的流動，實現(xiàn)更加高密度化的粘結磁鐵。再者，對混合物邊施加壓機壓力，邊使粘結劑固化，藉此，也可實現(xiàn)粘結磁鐵的高密度化。
另一方面，關于成形體的形狀，可以適當取值例如環(huán)狀粘結磁鐵上的環(huán)狀部分壁厚和高度的比率及具體的壁厚值，或者，可以藉由將例如環(huán)狀、園板狀及方板狀等的粘結磁鐵上的壁厚取適當值，藉此，可以更加容易地提高粘結磁鐵的密度，本發(fā)明系基于上述見解而作，本發(fā)明的粘結磁鐵如權利要求1所述，在以稀土類元素—鐵—氮為主要成份的同時，也系一種具有成形體的粘結磁鐵。所述成形體系以TbCu7型的結晶相為主晶相，且將板厚不及200μm的薄片狀磁鐵材料和粘結劑的混合物成形為所希望的磁鐵形狀；其特征在于，所述成形體的密度在6.0×103kg/m3(6.0g/cm3)以上。在本發(fā)明的粘結磁鐵中，更好的是如權利要求2所述成形體的密度超過6.1×103kg/m3(6.1g/cm3)。
如權利要求3所述，本發(fā)明的粘結磁鐵系將熔融狀態(tài)下的母合金注塑于冷卻體上所得的合金薄帶作為薄片狀磁鐵材料基體，并將其作成5-50μm厚范圍內(nèi)的片狀，此時，可以發(fā)揮特別的效果。又，如權利要求4所述，本發(fā)明的粘結磁鐵較好的是，使用其平均晶體粒徑在5nm以上、不到50nm范圍內(nèi)的TbCu7型的結晶相為主晶相的薄片狀磁鐵材料。如此，藉由微細的、以TbCu7型結晶相為主晶相的薄片狀磁鐵材料的使用，可以提高粘結磁鐵的磁特性。
再者，在本發(fā)明的粘結磁鐵中，所述成形體的形狀如權利要求5所述，為外徑在30mm以下，內(nèi)徑在0.1mm以上、高度在20mm以下的環(huán)狀。更好的是，所述成形體的形狀如權利要求6所述，為徑向壁厚在6mm以下的環(huán)狀?；蛘?，所述成形體的形狀如權利要求7所述，為壁厚在4mm以下的板狀。根據(jù)上述的成形體形狀，可以更加容易地提高粘結磁鐵的密度。
在本發(fā)明的粘結磁鐵中，較好的是，薄片狀磁鐵材料具有實質(zhì)上如權利要求9所述的、具有以下述通式表示的組成{(R1XR21-X)YBZT1-Y-Z}1-QNQ(式中，R1表示至少一種選自稀土類的元素，R2表示至少一種選自Zr、Hf及Sc中的一種元素，T表示至少一種選自Fe及Co中的一種元素X、Y、Z及Q分別為原子比，滿足0.2≤X≤1，0.04≤Y≤0.2，0≤Z≤0.1，0.01≤Q≤0.2的數(shù))。又，T元素的一部分也可為選自Ti、Cr、Cu、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、Ta、Nb、Si及Ni中的至少一種元素所取代。
在本發(fā)明中，粘結劑的種類并無特別的限制。例如，如權利要求12所述，本發(fā)明使用該權利要求的樹脂系粘結劑，它粘結磁鐵特別有效。另外，如權利要求13所述，樹脂系粘結劑的含量以對于磁鐵材料在0.5-5％(質(zhì)量)的范圍為宜。本發(fā)明的粘結磁鐵如權利要求14所述，具有例如前述混合物的加壓成形體。
本發(fā)明的第一種粘結磁鐵的制造方法系一種如權利要求15所述的粘結磁鐵的制造方法，所述方法包括將磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望的磁鐵形狀的工序；其特征在于，在所述磁鐵材料的制造方法中，對所述混合物施加多次壓機壓力。
更具體地，第一種磁鐵材料的制造方法如權利要求16所述，其特征在于，在所述加壓成形工序中，在相對于混合物為最大的壓機壓力和該最大壓機壓力的90％以下的壓力之間，可變地反復交互進行多次加壓與減壓。再者，如權利要求17所述，較好的是，反復進行二次以上的施加壓力階段和壓力釋放階段的順序。所述外加壓力階段系在加壓成形工序中，對混合物施加6×102Mpa以上的壓機壓力，所述壓力釋放階段為繼上述加壓階段之后，由所述壓機壓力降低至低于所述外加壓力階段2×102Mpa以下。
本發(fā)明的第二種磁鐵材料的制造方法如權利要求21所述，系一種包括將磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望磁鐵形狀工序的磁鐵材料的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，至少使選自加壓成形用的錘或臼狀模中的一種構件回轉或往復運動一次，同時，對所述混合物外加壓機壓力。
本發(fā)明的第三種磁鐵材料的制造方法如權利要求26所述，系一種包括將磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望磁鐵形狀工序的磁鐵材料的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，在對所述混合物外加壓機壓力的同時，使所述粘結劑固化。
本發(fā)明的磁鐵材料的制造方法，如權利要求27所述，對于這樣一種磁鐵材料的制造特別有效即，作為磁鐵材料的主要成份，在使用以稀土類元素—鐵—氮的同時，也使用以TbCu7型結晶相為主晶相、且其厚度不到200μm的薄片狀磁鐵材料，另外，使用樹脂系粘結劑。但是，在制造將其它結晶相作為主晶相的磁鐵材料，例如，在制造使用例如Th2Ni17型晶相、Th2Zn17型晶相、R2Fe14型晶相(RNd等的稀土類元素)等為主晶相的磁鐵材料的粘結磁鐵時，可有效發(fā)揮提高成形體密度的效果。
本發(fā)明的傳動裝置如權利要求30所述，其特征在于，所述傳動裝置包括上述本發(fā)明的粘結磁鐵。如上所述的本發(fā)明的傳動裝置適用于以HDD、FDD、CD-ROM、DVD等上所使用的介質(zhì)傳動用微型電機、打印機電機、移動電話等的振動發(fā)生用的頁式馬達(pager motor)光傳感透鏡的傳動裝置、汽車速度表的傳動裝置、(直)線型傳動元件、各種磁性輥筒等要求小型化、高性能化的各種傳動裝置。本發(fā)明的粘結磁鐵也適用于移動電話等高音質(zhì)的薄型楊聲器用磁鐵等。
附圖的簡單說明

圖1為本發(fā)明的粘結磁鐵的一個較佳形狀例子的立體圖。
圖2為本發(fā)明的粘結磁鐵的另一個較佳形狀例子的正視圖。
圖3為用于說明本發(fā)明的第二種粘結磁鐵的制造方法的第一實施方式的說明圖。
圖4為圖3所示的實施方式的變化例的說明圖。
圖5為用于說明本發(fā)明的第二種粘結磁鐵的制造方法的第二實施方式的說明圖。
圖6為用于說明本發(fā)明的第二種粘結磁鐵的制造方法的第三實施方式的說明圖。
圖7為圖6所示的實施方式的變化例的說明圖。
圖8為用于說明本發(fā)明的第二種粘結磁鐵的制造方法的第四實施方式的說明圖。
圖9所示為將使用本發(fā)明的粘結磁鐵的微型電機用作介質(zhì)傳動用的電動機的磁盤裝置(HDD)的一個結構示意圖。
圖中，1為環(huán)狀粘結磁鐵，2為板狀粘結磁鐵，11為混合物，12為臼狀模，13為上錘，14為下錘，15為中心錘，21為磁盤，22為微型電機。
以下，就本發(fā)明的實施形態(tài)作一說明。
本發(fā)明的粘結磁鐵在以稀土類元素—鐵—氮為主要成份的同時，也系一種具有成形體的粘結磁鐵，所述成形體系以TbCu7型的結晶相為主晶相，且將厚度不及200μm的薄片狀磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望的磁鐵形狀的加壓成形體。構成本發(fā)明的粘結磁鐵的成形體密度在6.0×103kg/m3(6.0g/cm3)以上。
在使用以TbCu7型結晶相為主晶相、厚度不及200μm的薄片狀磁鐵材料的粘結磁鐵中，具有6.0×103kg/m3以上的成形密度可藉由本發(fā)明的成形體形狀的適當化及加壓成形時的條件控制而得以重復性良好地實現(xiàn)。在本發(fā)明中，根據(jù)壓機條件的控制等，還可以進一步得到具有超過6.1×103kg/m3成形體密度的粘結磁鐵。
根據(jù)由如上所述的高密度成形體所構成的，具體地說，根據(jù)由加壓成形體構成的粘結磁鐵，在使用相同性能的磁鐵材料時，特別可以獲得剩磁率提高的效果，其結果可以增大最大磁能積((BH)max)。再有，成形體密度提高導致的空隙的減少，這也可以提高粘結磁鐵的耐腐蝕性。特別是，當成形體密度超過6.1×103kg/m3時，可以進一步謀求如((BH)max)等磁鐵特性的提高。粘結磁鐵的密度可在精確測得形狀的基礎上，求得體積，再用高精度天平測量其質(zhì)量而求得。但是，在進行了防銹涂層等的粘結磁鐵的表面部分除外。為此，可以從粘結磁鐵精確地切出可測定形狀，對其密度進行評價。另外，也可用阿基米德法進行測量。
本發(fā)明的粘結磁鐵中所使用的磁鐵材料，以稀土類元素—鐵—氮為主要成份，且也系一種以TbCu7型結晶相為主晶相的粘結磁鐵。作為所述磁鐵材料，可以舉出，例如，具有以下述通式表示的實質(zhì)性組成、以TbCu7型結晶相為主晶相的磁鐵材料。
{(R1XR21-X)YBZT1-Y-Z}1-QNQ……(1)(式中，R1表示至少一種選自稀土類元素的元素，R2表示至少一種選自Zr、Hf及Sc中的一種元素，T表示至少一種選自Fe及Co，X、Y、Z及Q分別為原子比，滿足0.2≤X≤1，0.04≤Y≤0.2，0≤Z≤0.1，0.01≤Q≤0.2的數(shù))。
在上述式(1)中，作為R1元素的稀土類元素為賦予磁鐵材料以大的磁鐵各向異性，并賦予高頑磁力的成份。作為具體的R1元素，可以舉出如La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Y等的稀土類元素。其中，以R1元素的50％(原子)以上為Sm，藉此，可以提高主晶相的磁各向異性，增大頑磁力。
R2元素為選自Zr、Hf及Sc中的至少一種元素。所述R2元素主要包括主晶相的稀土類元素，顯示了減小稀土類元素的平均原子半徑的作用。由此，可以尋求促進TbCu7型結晶相的生長及提高TbCu7型結晶相中的Fe及Co濃度。再者，R2元素在藉由淬冷法等制作磁鐵材料時，顯示了由于促進淬冷時的無定形化及熱處理后結晶的細化，及由于抑止了磁鐵材料制作工序中α-Fe相的析出，而提高了磁特性等的效果。
在上述式(1)中，R1元素占R1元素和R2元素合計總量的比例X，較好的是在0.2≤X≤1的范圍。如過分減少上述R1元素的含量，則其磁各向異性的降低顯著，很難得到具有高頑磁力的磁鐵材料。為此，R1元素的比例X以大于0.2為宜。再者，由于增大R1元素的比例X，則有利于提高頑磁力，所以，更好的是，所述X值大于0.5。然而，如過分增大R1元素比例，則將導致α-Fe相的析出，所以，X值以在0.95以下為宜，更好的是X值在在0.65≤X≤0.85的范圍。
B(硼)為一種可有效地用于提高因淬冷時的無定形化、及在熱處理后的晶粒的細化所導致的剩磁率及抑制α-Fe相析出的元素。添加B可得到更好的特性。但也并不是非在本發(fā)明的磁鐵材料中添加不可的元素。不過，如B的配合量過大，則在熱處理工序中顯著生成R2Fe14B相，可能導致磁鐵材料的磁特性的劣化。所以，在摻用B時，B的含量Z以小于0.1為宜。即，B的含量Z在0≤Z≤0.1的范圍。如B的含量Z在0.001≤Z≤0.1的范圍則更佳。更好的是，B的含量Z在0.001≤Z≤0.05的范圍。
T元素系一種選自Fe及Co中的至少一種元素，它具有增大磁鐵材料的飽和磁化率的作用。飽和磁化率的增大導致剩磁增大，從而，也提高了最大磁能積。如此，T元素在磁鐵材料中的含量以在70％(原子)以上為宜，由此，可有效地增大飽和磁化率。為進一步增大磁鐵材料的飽和磁化率，較好的是，在T元素總量中，F(xiàn)e的含量在50％(原子)以上。
T元素的一部分也可以被選自Ti、Cr、Cu、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、Ta、Nb、Si及Ni中的至少一種元素(以下，稱為M元素)所取代。藉由用這種M元素取代T元素的一部分，可以改善耐腐蝕性及耐熱性等實用上很重要的各種特性。但，如過多地用這種M元素取代T元素，則粘結磁鐵的磁特性顯著低下，所以，較好的是，用M元素取代T元素的取代量在20％(原子)以下。
N(氮)主要存在于主晶相晶格之間，與不含有N的場合比較起來，顯示了提高主晶相居里溫度和磁各向異性的功效。其中，磁各向異性的提高賦予了磁鐵材料以大的頑磁力，所以很重要。少量配合N即可發(fā)揮其效果，然而，如過分配合，則析出的α-Fe相增多。因此，N含量Q以在0.01≤Q≤0.2的范圍為宜。較好的是，N的含量Q在0.02≤Q≤0.2的范圍；更好的是，N的含量Q以在0.1≤Q≤0.2的范圍；最好的是，N的含量Q在0.11≤Q≤0.18的范圍。
N的一部分也可以被選自H、C及P中的至少一種元素(以下，稱為X元素)所取代。藉由用這種X元素取代可以改善頑磁力等磁特性。但，如過多地用這種X元素取代N元素，則主晶相的居里溫度和磁各向異性的提高功效不大，所以，用X元素對N取代的取代量以在50％(原子)以下為宜。
在上述式(1)中所表示的磁鐵材料可允許含有如氧化物等不可避免的雜質(zhì)。又，在上述磁鐵材料中的主晶相(TbCu7型結晶相)指合金中含有無定形相的構成相中的體積比為最大的晶相，但較好的是，指含有體積比在50％以上的晶相。再者，從磁特性等的觀點來說，較好的是，所述TbCu7型晶相的體積比含量在80％以上。其晶體結構用X射線衍射可容易鑒定。
又，在下述用于結晶化的熱處理條件下，有時，會有以α-Fe相等的Fe及Co為主體的軟磁相析出，此時，例如，平均粒徑在50nm以下的微細的軟磁相有助于改善剩磁。不過，α-Fe相等軟磁相比例較好的是在體積比20％以下。軟磁相平均晶體粒徑如超過50nm，或者，如果軟磁相的體積比超過20％，則其頑磁力顯著低下。
本發(fā)明的粘結磁鐵，在使用如上所述的厚度不到200μm的薄片狀2磁鐵材料時，可以發(fā)揮效果。即，厚度不到200μm的薄片狀磁鐵材料在制作粘結磁鐵時的回彈性很大，在通常加壓成形時，極難獲得高密度的成形體密度。根據(jù)本發(fā)明，可以將使用這種薄片狀磁鐵材料的粘結磁鐵的密度重復性良好地提高至6.0×103kg/m3以上。
厚度不到200μm的薄片狀磁鐵材料系由將例如熔融主狀態(tài)的母合金注塑于冷卻體上后，淬冷而制得。即，藉由電弧熔煉及高頻熔煉等方法，配制具有以下述通式表示的實質(zhì)上組成的合金錠(R1XR21-X)YBZT1-Y-Z……(2)(式中，R1表示選自稀土類元素的至少一種元素，R2表示選自Zr、Hf及Sc中的至少一種元素，T表示選自Fe及Co中的至少一種元素，X、Y及分別為原子比滿足0.2≤X≤1，0.04≤Y≤0.2，0≤Z≤0.1的數(shù))。但，T元素的一部分(例如，20％原子以下)也可以是選自Ti、Cr、Cu、Mo、W、Mn、Ga、Al、Sn、Ta、Nb、Si及Ni中的至少一種元素所取代。
在熔融所述母合金之后，將其注塑至單輥及雙輥等高速移動的冷卻體上淬冷，由此，制得以TbCu7型結晶相為主晶相的薄片狀(或薄帶狀)合金材料，或者，制得無定形的薄片狀合金材料。在本發(fā)明中，特別是對無定形的合金材料上施以熱處理，使之晶化，藉此，可以得到以TbCu7型結晶相為主晶相的薄片狀合金材料。根據(jù)所述的熱處理，可以將以TbCu7型晶相的晶粒粒徑細化且均一化，可以提高磁特性。
為得到晶化的、或均質(zhì)、且細微的金屬組織所作的熱處理，較好的是，在例如Ar等的惰性氛圍或真空中，在300-1200℃的溫度下，進行0.1-200個小時的熱處理。此時，在所述熱處理條件下，可能會導致α-Fe相的析出，使磁特性劣化。但如上所述，如α-Fe相等的軟磁相的晶體粒徑充分細化，則有時反而可以提高磁特性。
其次，將上述薄片狀合金材料(基體材料)在含氮氣氛中進行熱處理(氮化處理)，藉此，可以得到作為目的產(chǎn)品的、以TbCu7型結晶相為主晶相的薄片狀磁鐵材料。較好的是，上述氮化處理在0.01-10大氣壓的氮氣氛中，在400-500℃的溫度下進行。上述條件下的氮化處理時間較好的是在0.1-300小時。
氮化處理氣氛也可以使用如氨等的氮化物氣體，以取代氮氣。在使用氨氣體時，可以提高氮化反應速度。此時也可同時使用如氫、氮、氬等的氣體，以控制氮化反應速度。又，在氮化處理之前，將上述合金材料粉碎，也可提高氮化反應速度。但，過份的粉碎則會產(chǎn)生大量的微粉，也可能使磁特性劣化。
在本發(fā)明的粘結磁鐵中所使用的薄片狀磁鐵材料中，TbCu7型結晶相的晶粒粒徑較好的是，其平均粒徑在5nm以上、不到50nm的范圍。如此，藉由細化TbCu7型結晶相的晶粒，可以得到剩磁大、具有高的(BH)max的同時，其頑磁力也大的磁鐵材料。如TbCu7型結晶相的平均晶粒粒徑不到5nm，則磁鐵材料的頑磁力低下。另一方面，如TbCu7型晶相的晶粒平均粒徑超過50nm，則不能提高剩磁率(BH)max。TbCu7型結晶相的平均晶粒粒徑以在10-45nm的范圍為宜。
又，硬磁(性)相的平均晶粒粒徑為在TEM(透射電子顯微鏡)觀察下得到一個視野范圍的微細結晶聚集的照片。確認TbCu7型晶相之后的各個晶粒粒徑的最大值和最小值，取其平均值，作為10個的平均值?；蛘?，從X射線衍射的半(周期)寬度用謝勒算式求得平均晶粒粒徑。又，前述軟磁相的平均晶粒粒徑與硬磁相相同，為TEM觀察下所得到的一個視野范圍的微細結晶聚集的照片。確認為bcc相(Fe或FeCo)之后的各個晶粒粒徑的最大值和最小值的平均值。另外，藉由畫面處理方法求得一個視野中的TbCu7型結晶相、或者Fe或FeCo相的面積，通過圖象處理求得面積率。調(diào)查二個以上的視野范圍，取其平均值為體積％。
又，上述淬冷法所得到的薄片狀磁鐵材料的厚度設為不到200μm。如果該厚度達200μm以上，則不僅不能充分發(fā)揮本發(fā)明的效果，且使TbCu7型結晶相的晶粒粒徑粗化，導致磁特性劣化。薄片狀磁鐵材料的厚度最好是作成150μm以下，更好的是作成5-50μm的范圍。藉由將厚度作成上述范圍，可以重復性良好地細化TbCu7型晶相的晶粒粒徑。再者，厚度在5-50μm范圍的薄片狀磁鐵材料特別是在粘結磁鐵的制作過程中，其回彈性大，可以更加有效地實現(xiàn)本發(fā)明的高密度化的效果。
關于磁鐵材料厚度的測定，就淬冷所得到的試樣求得薄帶的寬度、長度之后，測定上述試樣的質(zhì)量，然后，使用預先測定密度再算出厚度的方法，及使用從粘結磁鐵的截面照片測得其厚度的方法測得厚度。又，特別是厚度較薄、例如，在100μm以下的試樣，在以單輥筒淬冷時，在很多情況下，與輥筒接觸的一面和自由凝固的一面的二側以大致平坦的狀態(tài)留下，就該部分進行評價，求得正確的厚度。
混合上述的磁鐵材料和粘結劑，將所述混合物加壓成形為所希望的磁鐵材料形狀，藉此，得到由本發(fā)明的粘結磁鐵所構成的成形體。使用于粘結磁鐵制作的粘結劑并無特別的限制，可以使用通常的樹脂系粘結劑或金屬粘結劑，但如使用樹脂系粘結劑，則對本發(fā)明中的粘結磁鐵特別有效。
作為樹脂系粘結劑，可以使用例如環(huán)氧樹脂系、耐綸系、聚酰胺系、聚酰亞胺樹脂系、硅樹脂系等的各種樹脂，但，其中特別以環(huán)氧樹脂系為宜。在要求具有耐熱性的場合，以使用聚酰胺或聚酰亞胺為宜。所使用的樹脂可以是粉末狀、液狀、或其混合物形狀中之任何一種形狀，但使用液狀的樹脂特別容易獲得高密度。較好的是，液狀樹脂的粘度以在1-500泊的粘度范圍為宜。
如上所述的樹脂系粘結劑的含量以占磁鐵材料的0.5-5％(質(zhì)量)的范圍為宜。如果上述粘結劑含量超過5％(質(zhì)量)，則粘結磁鐵的磁特性低下。在使用本發(fā)明的粘結磁鐵的制造方法的場合，少量的粘結劑即可充分粘結磁鐵材料，可以得到具有足夠的強度的粘結磁鐵。但是，如果上述粘結劑含量不到0.5％(質(zhì)量)，則磁鐵材料之間的粘結不充分。較好的是，上述粘結劑含量在1-3％％(質(zhì)量)，更好的是在1.5-2.5％(質(zhì)量)。
在本發(fā)明的粘結磁鐵中，也可以添加二氧化鈦系、二氧化硅系等的偶合劑。偶合劑提高了粉末的分散性，有利于提高磁密度。又，用脂肪酸、脂肪酸類鹽、胺類及胺酸類等的滑劑處理磁粉表面，也可抑止所述磁鐵的回彈性，有效地提高粘結磁鐵的密度。再有，使晶粒粒度作適當?shù)姆植?，也能有效地提高粘結磁鐵的密度。
在本發(fā)明的粘結磁鐵中，6.0×103kg/m3以上的成形密度，甚至超過6.1×103kg/m3的成形密度系根據(jù)以下詳述的方法實現(xiàn)，但粘結磁鐵的成形體形狀也會對所述成形密度產(chǎn)生影響。因此，在本發(fā)明的粘結磁鐵中，較好的是，使用如下所示的成形體形狀。由此，可以重復性良好地實現(xiàn)如上所述的成形體密度。
即，在制作具有如圖1所示的環(huán)狀粘結磁鐵1的時侯，其形狀以外徑d1在30mm以下、內(nèi)徑d2在0.1mm以上，高度在20mm以下為宜。更好的是，外徑d2在20mm以下。再者，環(huán)部分的壁厚t以在6mm以下為宜。更好的是，所述壁厚t在4mm以下。壁厚t和高度h的關系，較好的是它們的比(h/t)在0.1-20的范圍為宜。根據(jù)所述的環(huán)狀，厚度不到200μm(特別是厚度為5-50μm)的薄片狀磁鐵材料難以引起回彈性，容易得到高密度化的粘結磁鐵。
又，環(huán)狀磁鐵并不僅限于其壁厚一定的粘結磁鐵，所述磁鐵也可以是其壁厚不均一的磁鐵，例如，可以是其外徑一側為圓形，其內(nèi)徑一側為多角形(如六角形)的磁鐵。另外，粘結磁鐵截面也可在高度方向上形成為多段的形狀。
在制作如圖2所示的板狀粘結磁鐵2的場合，厚度(板厚)T較好的是在6mm以下，更好的是在4mm以下。該形狀也可有效地抑止薄片狀磁鐵材料的回彈性。板狀粘結磁鐵的具體的形狀既可以是園板狀，也可以是方板狀。園板狀的粘結磁鐵的外形D(在方板狀的場合則為其對角線長度)并無特別的限制，如同環(huán)狀的場合，以選擇其板厚T和外徑D之比(D/T)在0.1-20范圍內(nèi)為宜。園板狀磁鐵較好的外形D在25mm以下。
以下，就本發(fā)明粘結磁鐵的制造方法的實施方式作一說明。
首先，將磁鐵材料和如上所述的樹脂系粘結劑或金屬粘結劑按所述比率混合。樹脂系粘結劑可以使用如前所述的各種樹脂。又，粘結劑的配合量如前所述。又，在制造金屬粘結磁鐵時，則為粘結劑可以使用低熔點金屬或低熔點合金，例如，可以使用Al、Pb、Sn、Zn、Cu、Mg、Ga等及含有這些金屬的合金等。
磁鐵材料通常是在粉碎后使用。但在磁鐵材料的制造工序中，已經(jīng)進行了粉碎的場合，該粉碎工序可以省略。且，藉由將所述的混合物加壓成形為所希望的磁鐵形狀，可以得到構成粘結磁鐵的加壓成形體。這里，作為適用于本發(fā)明的制造方法的磁鐵材料，首先，可列舉出如前所述的、以TbCu7型結晶相為主晶相的磁鐵材料，但本發(fā)明的制造方法并不限于這些，本發(fā)明也可適用Nd-Fe-B系磁鐵材料，或者可適用于除了TbCu7型結晶相之外的晶相為主晶相的稀土類磁鐵材料。例如，本發(fā)明可適用以Th2Ni17型晶相、Th2Zn17型晶相、Th2Mn12型晶相為主晶相的稀土類磁鐵材料等。這些磁鐵材料可由對前述式(1)中的組成、磁鐵材料的制造條件進行控制而制得。
又，磁鐵材料的形狀也并無特別的限制，不限于薄片狀磁鐵材料，也可適用粉末狀或塊狀的磁鐵材料。但是，排除由回彈性所導致的低密度化的因素。從達成高密度化的這點來說，本發(fā)明的制造方法在使用其壁厚不到200μm的薄片狀磁鐵材料時，特別能發(fā)揮其效果。再有，在使用回彈性大、壁厚5-50μm的薄片狀磁鐵材料時，本發(fā)明顯示了更大的效果。
磁鐵材料和粘結劑的混合物的加壓成形可由使用加壓成形裝置進行，但在加壓成形時適用如下所述的(A)-(C)中之任一項的條件控制。這些方法也可以組合使用。藉由對(A)-(C)中所示的加壓控制，可以容易、且重復性良好地實現(xiàn)粘結磁鐵的高密度化。
(A)對于磁鐵材料和粘結劑的混合物外加多次壓機壓力。
(B)在對磁鐵材料和粘結劑的混合物進行加壓成形之時，使選自加壓成形用的錘或臼狀模中之至少一個回轉或作往復運動，對混合物外加壓機壓力。
(C)在對磁鐵材料和粘結劑的混合物進行加壓成形之時，邊對混合物外加壓機壓力，邊使粘結劑固化。
首先，詳述(A)的壓機條件的控制。即，磁鐵材料和粘結劑的混合物的壓機加壓過程中，對混合物反復多次進行交互的加壓、減壓構成，所述加壓、減壓過程系在最大壓機壓力和所述最大加壓的90％以下的壓力之間變換。更具體地，較好的是，混合物的壓機壓力工序中，以下述(a)和(b)的順序為一工序，反復進行所述工序二次以上。
(a)對磁鐵材料和粘結劑的混合物外加6×102Mpa以上的壓機壓力(P1)。
(b)接著，將壓機壓力(P2)降低至低于(a)中外加的壓機壓力(P1)2×102Mpa以下。
即，在對磁鐵材料和粘結劑的混合物外加最大壓機壓力(例如，6×102Mpa以上的壓機壓力P1)，成形之后，一旦壓機壓力降低至最大壓機壓力的90％以下(例如，低于壓機壓力P1為2×102Mpa壓力P2(即，＝P1-2×102Mpa))，換言之，將壓力釋放至一定程度，由此，消除磁鐵材料之間的磨擦及回彈性等，而這些正是成為高密度化障礙的主要因素。其后，再度外加最大壓機壓力P1，藉此可以對磁鐵材料外加有效的壓力。藉由所述操作，磁鐵材料被適當碎裂，可以實現(xiàn)粘結磁鐵的進一步的高密度化。
最大壓機壓力P1取決于磁鐵材料的形狀及種類，但較好的是在6×102Mpa以上。如果，最大壓機壓力P1不到6×102Mpa，則恐怕無法充分實現(xiàn)成形體密度的高密度化。如將(a)的壓力加壓階段時的最大的壓機壓力P1作成8×102Mpa以上則更佳。
另一方面，在(b)的壓力釋放階段，較好的是，將壓力降低至最大壓機壓力P1的90％以下。如壓力釋放時的壓力超過最大壓機壓力P1的90％，則伴隨壓力的釋放，不能得到充分的回彈性消除效果等。更具體地，壓力釋放時的壓力從最大壓機壓力P1降低2×102Mpa以上為宜。
在壓力釋放階段時的壓力P2，較好的是，特別的作成則為壓力的絕對值的2×102Mpa以下為宜。藉此，可以更有效地獲得消除磁鐵材料之間的磨擦及回彈性等的效果。又，壓力釋放階段的壓力P2，從提高密度這點來說，較好的是，作成幾乎為零(大氣壓狀態(tài))。但在本發(fā)明中，由于將所述(a)和(b)的順序反復進行二次以上，所以，考慮到向下一加壓階段的轉移，較好的是，保持一定程度的壓力。由此，可以抑止粘結磁鐵成形性的降低。
又，反復進行(a)和(b)的順序次數(shù)特別好的是進行5次以上。由此，可以重復性良好地獲得更高密度化的粘結磁鐵。
其次，就(B)的壓機壓力條件的控制作一詳述。即，在對磁鐵材料和粘結劑的混合物外加壓機壓力的狀態(tài)下，使錘及臼狀?；剞D，并對混合物外加扭轉應力。同時，使錘及臼狀模往復運動，使對混合物外加剪切應力。由此，消除磁鐵材料之間的磨擦及回彈性等，使得粘結磁鐵更加高密度化。
圖3-圖8分別顯示了(B)的壓機壓力條件控制的具體結構圖。在這些圖中，11為磁鐵材料和粘結劑的混合物(粘結磁鐵的制作材料)，12為臼狀模(沖模)，13為上錘(沖頭)，14為下錘，15為中心錘。
即，在壓機壓力工序中，例如，如圖3所示，使上錘13回轉，或如圖4所示，使上錘13和下錘14反向回轉等，使上錘13和下錘14對于中心軸作相對扭轉回轉。所示壓機壓力工序對于壁厚在6mm以下(較好的是在4mnm以下，更好的是在2mm以下)的園板狀磁鐵及，徑向壁厚大于高度的環(huán)狀磁鐵的成形特別有效。
又，如圖5所示，使臼狀模12和上錘13(或下錘14)對于中心軸作相對的扭轉回轉。所示壓機壓力工序對于壁厚在5mm以下(較好的是在3mnm以下，更好的是在1.5mm以下)的園板狀磁鐵及，徑向壁厚大于高度的環(huán)狀磁鐵的成形特別有效。
又，如圖6所示，使臼狀模12和中心錘15對于中心軸作相對扭轉回轉?；蛘撸鐖D7所示，使上錘13(或下錘14)和中心錘15對于中心軸作相對扭轉回轉。所示壓機壓力工序對于徑向壁厚小于高度的環(huán)狀或圓柱狀磁鐵的成形特別有效。
也可以如圖8所示，使臼狀模12和中心錘15對于中心軸作平行方向的相對往復移動。所述壓機壓力工序對于徑向壁厚小于高度的環(huán)狀或圓柱狀磁鐵的成形特別有效。
上述錘及臼狀模1的回轉所必須的角度在1度以上即可，但也可以轉動360度以上，即，在壓機壓力時間內(nèi)，可使錘和臼狀模作多次回轉。另外，也可在壓機壓力時間內(nèi)，使錘和臼狀模作反向回轉，壓縮，再反復進行所述的反轉。藉由將(B)的壓機壓力控制條件和(A)的壓機壓力控制條件組合，可以發(fā)揮更加好的效果。
其次，就(C)的壓機壓力條件的控制作一詳述。即，在對磁鐵材料和粘結劑的混合物外加壓機壓力的狀態(tài)下，加熱溫度可固化用作粘結劑的樹脂。由此，可以進一步地控制因磁鐵材料的回彈性所導致的密度低下。也可將所述(C)的壓機壓力控制條件和(A)及(B)的壓機壓力控制條件組合使用。又，較好的是，使用(A)及(B)的壓機壓力條件，將壓機裝置的改善作為必要的最低限，控制伴隨產(chǎn)生的制造成本的上升等。
在制造本發(fā)明的粘結磁鐵之時，高密度化的方法并不限于如上所述的(A)-(C)的壓機壓力條件，也可適用可抑止起因于薄的磁鐵材料的回彈性的各種方法。例如，延長每次加壓時間，藉此提高粘結磁鐵的密度。此時，考慮到壓機壓力進行條件設定，但具體的加壓時間較好的是在5秒-10分鐘，更好的是在10秒-8分鐘。通過這樣長時間的加壓，在成形體中心部位產(chǎn)生碎裂，使得成形體內(nèi)部壓力分布一定，提高成形體密度。
又，在將成形金屬模內(nèi)的溫度提高至樹脂系粘結劑的熔融溫度(或軟化點)以上的狀態(tài)下進行壓機加壓，則因樹脂的流動性良好，壓機壓力充分傳遞，難以發(fā)生回彈。例如，使用耐綸系或聚對苯二甲酸乙二酯等熱塑性樹脂，將金屬模內(nèi)的磁粉和復合物試樣升高溫度至其熔點以上，加壓成形。然后，金屬模內(nèi)冷卻，得到高密度粘結磁鐵。此時，從高密度化觀點考慮，磁粉以長5mm以下、厚為1.0-3.0μm，且占60％以上為宜。再者，在將磁鐵材料和粘結劑的混合物填充于成形用金屬模內(nèi)之后、壓機加壓之前，通過超聲波振動使材料內(nèi)部處于密實狀態(tài)，由此也可抑止回彈。另外，還可使用加壓成形時的破碎方法、及瞬時沖擊的高密度化方法，例如，爆炸成形方法等。
又，在將環(huán)氧樹脂等的熱固化性樹脂用作粘結劑時，較好的是，在進行上述加壓成形工序之后，在100-200℃的溫度下進行固化處理。
根據(jù)上述本發(fā)明的制造方法，在使用原本很難實現(xiàn)高密度化的TbCu7型結晶相為主晶相的磁鐵材料制作粘結磁鐵時，如前所述，可以重復性良好地實現(xiàn)6.0×103kg/m3以上的成形體密度，甚至得到超過6.1×103kg/m3的成形體密度。即，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在使用藉由淬冷法制作薄片狀(或薄帶狀)磁鐵材料的場合，可以消除所述磁鐵材料之間的磨擦及回彈性等、在通常壓機加壓成形中成為影響高密度化的主要因素，然而，根據(jù)本發(fā)明的制造方法有可能解決此類問題，可以進一步提高磁鐵成形體密度。
但是，在本發(fā)明的粘結磁鐵的制造方法中，也可如上所述，使用Nd-Fe-B系磁鐵材料，如以Th2Ni17型晶相、Th2Zn17型晶相、ThMn12型結晶相等為主晶相的稀土類磁鐵材料等的各種磁鐵材料。在使用上述任一種磁鐵材料時，可以進一步提高粘結磁鐵的密度。特別是，上述磁鐵材料的使用對以淬冷法制作的、厚度不到200μm的薄片狀磁鐵材料，及對使用厚度在5-50μm范圍的薄片狀磁鐵材料的粘結磁鐵的高密度化很有效。
本發(fā)明的粘結磁鐵，或根據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的粘結磁鐵可用于電動機、測量儀等各種電器設備。特別是，本發(fā)明的粘結磁鐵用作HDD、FDD、CD-ROM、DVD等上所使用的介質(zhì)傳動用微型電機、光傳感透鏡的傳動裝置、打印機電機、移動電話等的振動發(fā)生用頁式馬達(pager motor)、汽車速度表的傳動裝置等要求小型化、高性能化的傳動元件。另外，圓筒狀粘結磁鐵對于如移動電話等的薄型化、輕量化裝置的高性能薄型、揚聲器用磁鐵等特別有效。
本發(fā)明的傳動裝置包括如前所述的本發(fā)明的粘結磁鐵。圖9所示為包括具有本發(fā)明的粘結磁鐵的轉子(或定子)的電機，具體的顯示了具有微型電機作為記錄介質(zhì)(磁盤)的驅動用電機的磁盤裝置(HDD)的一個結構。磁盤21安裝于微型電機22的轉軸上。微型電機22包括具有本發(fā)明的粘結磁鐵的圓筒體作為轉子，轉軸固定于該轉子上。構成圓筒體的粘結磁鐵沿其圓弧方向形成N、S極。圓筒體的內(nèi)側設有作為定子的電磁鐵，藉由對該電磁鐵的N、S極的切換，在磁力的作用下轉子轉動。隨著該轉子的轉動，轉軸回轉，藉此使磁盤21轉動。
又，粘結磁鐵并不限于轉子，也可將包括有本發(fā)明的粘結磁鐵的圓筒體等用作定子，而將電磁鐵用作轉子。這些結構如同通常的電機結構。
具有對于磁盤21進行信息記錄再生的磁頭的磁頭滑塊23安裝于薄膜狀的懸掛構件24的前端。懸掛構件24連接于傳動臂25的一端。傳動臂25的另一端設有線性電動機之一的音圈電機26。
音圈電機26由卷裝于傳動臂25的繞線管部、圖中未示的驅動線圈、夾持該驅動線圈對向而置的永久磁鐵及對置的軛鐵所構成。這些結構也可使用本發(fā)明的粘結磁鐵。傳動臂25藉由設置于固定軸27的上下二處的圖中未示的滾珠軸承所支承，可藉由音圈電動機26作自如的回轉滑動。
如前所述，上述的微型電機22，可藉由具有優(yōu)異的剩磁及最大磁能積等的磁特性的本發(fā)明的粘結磁鐵而實現(xiàn)更小型化、高性能化。再者，藉由將所述微型電機22用作磁盤21驅動用電動機，可以獲得HDD等的小型化及高性能化。
實施例以下，就本發(fā)明具體的實施例作一說明。
實施例1首先，將各種高純度原料按設定比例配合，在Ar氣氛中，高頻熔煉之后，制得母合金錠塊。其次，在Ar氣氛中，藉由高頻感應加熱所述母合金錠塊，然后，將熔融合金從噴嘴中噴射至以45m/s的圓周速度回轉的輥筒上進行淬冷，制得薄帶狀合金。厚度為12-14μm。
接著，將所述薄帶狀合金在Ar氣氛中，于760℃下加熱處理60分鐘。對熱處理后的薄帶狀合金進行X線衍射，除了微小的α-Fe相衍射峰之外，確認所有的峰值為TbCu7型晶體結構，測得晶面指數(shù)。然后，將所述薄帶狀合金粉碎至平均粒度約為100μm，作成薄片狀之后，在101kPa(一個大氣壓)的氮氣氛中，在450℃×50小時的條件下加熱處理，藉此得到吸收氮的磁鐵材料。
對上述磁鐵材料進行化學分析的結果，可以確認，上述磁鐵材料具有Sm7Zr3Co4B1N15Febal(原子％)({(Sm0.7Zr0.3)0.12B0.01(Fe,Co)0.87}0.85N0.15)的組成。又，在透射電子顯微鏡下觀察上述磁鐵材料，檢測其主晶相的平均晶粒粒徑及由FeCo所組成的軟磁相的體積率。其結果，其主晶相的平均晶粒粒徑為21nm，軟磁相的體積率約為5％。
對如此所得到的磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將上述混合物裝入油壓式加壓成形裝置中，按下述順序進行加壓成形。首先，(1)外加10×102Mpa的壓機壓力。其次，(2)將壓機壓力降低至0.5×102Mpa。反復進行上述工序(1)和(2)5次。其后，將壓機壓力降至零，取出成形體。將該成形體在150℃的溫度下，固化處理2.5小時，得到所需產(chǎn)品的粘結磁鐵。測試所得到的粘結磁鐵的密度、剩磁、頑磁力、最大磁能積，其結果示于表1。
又，作為比較例，將上述粘結磁鐵和粘結劑的混合物在10×102Mpa的壓機壓力下成形(壓機壓力僅外加一次)，然后，將壓機壓力降至零，取出成形體。。其它如同上述實施例1，制得粘結磁鐵。就上述比較例1的粘結磁鐵，測得所其密度、剩磁、頑磁力、最大磁能積，其結果示于表1。
表1
從表1可以明白，實施例1的粘結磁鐵的密度在6.0×103kgf/m3以上，將其與使用同樣的磁鐵材料的比較例1的粘結磁鐵進行比較，可以明白，其剩磁及最大磁能積得以提高。
實施例2在上述實施例1的粘結磁鐵的加壓成形工序中，除了上述(1)及(2)的工序的反復進行次數(shù)如表2所示之外，其它如同實施例1，分別制得粘結磁鐵，檢測這些粘結磁鐵的密度。其結果一并示于表2。
表2
從表2可以明白，隨著在加壓成形工序中增加(1)和(2)的工序的反復次數(shù)，粘結磁鐵的密度有增加的傾向。特別是，藉由將反復次數(shù)達到5次以上，可以根據(jù)達到粘結磁鐵的高密度化。
實施例3-10，比較例3-4使用如同實施例1的方法，將Sm-Zr-(Fe，Co)-B系列的母合金錠塊熔融之后，將熔融合金從噴嘴中噴射至以35m/s的圓周速度回轉的冷卻輥筒上進行淬冷，制得薄帶狀合金。厚度為15-17μm。又，作為比較例3、4，以1m/s的圓周速度，制得厚度為300μm的薄帶狀合金。
然后，將上述各個薄帶狀合金在Ar氣氛中于760℃下加熱處理30分鐘。處理后的薄帶狀合金進行X線衍射的結果，確認所有的峰值為TbCu7型晶體結構，測得晶面指數(shù)。然后，將NH3∶H2的流量比取為1∶10，在420℃×3小時的條件下導入氮氣，其后，在同一溫度下于氮氣氛中，對所述薄帶狀合金進行加熱處理2小時，制得磁鐵材料。
對上述磁鐵材料進行化學分析的結果，可以確認，實施例中的磁鐵材料具有{(Sm0.75Zr0.25)0.100Fe0.8Co0.2)0.885}0.84N0.16的組成，比較例中的磁鐵材料具有{(Sm0.75Zr0.25)0.100Fe0.8Co0.2)0.89B0.01}0.87N0.13的組成。又，在透射電子顯微鏡下觀察實施例的磁鐵材料主晶相的平均晶粒粒徑為25nm。
對如此所得到的各種磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將上述混合物裝入油壓式加壓成形裝置中，按如同實施例1的順序進行加壓成形和固化。但，壓機加壓次數(shù)為二次。另外，磁鐵形狀分布如同表3所示。磁鐵形狀可藉由金屬模的改變而調(diào)整。這些粘結磁鐵的特性一并示于表3。
表3
從表3可以明白，本發(fā)明的粘結磁鐵具有最大的磁能積。比較例3、4的粘結磁鐵的密度雖然很高，但其磁鐵材料的特性低下基于此因，作為粘結磁鐵的特性也差。
實施例11-19，比較例5-8使用如同實施例1的方法，將Sm-Zr-(Fe，Co)-B系列的母合金錠塊熔融之后，將熔融合金從噴嘴中噴射至以30m/s的圓周速度回轉的冷卻輥筒上進行淬冷，制得實施例1-16的薄帶狀合金。厚度為18-20μm。又，作為比較例5-8，除了使用Sm-(Fe，Co)系母合金之外，其它如同上述，制得薄帶狀母合金。再以20m/s的圓周速度，藉由雙輥筒法，使具有與實施例11-16同樣的組成的熔融金屬淬冷，制得厚度為45μm的薄帶狀合金(實施例17-19)。
然后，上述各個薄帶狀合金及框架狀合金在Ar氣氛中，于720℃下加熱處理40分鐘。對處理后的薄帶狀合金進行X線衍射的結果，確認所有的峰值為TbCu7型晶體結構，測得晶面指數(shù)。然后，將NH3∶H2的流量比取為1∶15，在440℃×3.5小時的條件下導入氮氣，其后，在同一溫度下于氮氣氛中，對所述薄帶狀合金進行加熱處理2小時，制得磁鐵材料。
對上述磁鐵材料進行化學分析的結果，可以確認，實施例中的磁鐵材料具有{(Sm0.8Zr0.2)0.10Fe0.8Co0.2)0.88B0.02}0.85N0.15的組成，比較例中的磁鐵材料具有{Sm0.10(Fe0.9Co0.1)0.90}0.87N0.13的組成。又，從X射線衍射圖案的波譜半寬值求得的實施例11-16的主晶相的平均晶粒粒徑為30nm，實施例17-19的主晶相平均晶粒粒徑為45nm。
對如此所得到的各種磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將上述混合物裝入油壓式加壓成形裝置中，按如同實施例1的順序進行加壓成形和固化。但，壓機加壓次數(shù)為二次。另外，磁鐵形狀分別如同表4所示。磁鐵形狀可藉由改變金屬模而調(diào)整。這些粘結磁鐵的特性一并示于表4。
表4
從表4可以明白，本發(fā)明的粘結磁鐵具有最大的磁能積。另一方面，比較例5-8的粘結磁鐵特性低下。
實施例20-23使用如同實施例1的方法，將Sm-Zr-(Fe，Co)-B系列的母合金錠塊熔融之后，將熔融合金從噴嘴中噴射至以40m/s的圓周速度回轉的冷卻輥筒上進行淬冷，制得實施例1-16的薄帶狀合金。厚度為14-16μm。
然后，上述各個薄帶狀合金及框架狀合金在Ar氣氛中于700℃下加熱處理60分鐘。對處理后的薄帶狀合金進行X線衍射的結果，確認所有的峰值為TbCu7型晶體結構，測得晶面指數(shù)。然后，將NH3∶H2的流量比取為1∶20，在440℃×4小時的條件下導入氮氣。其后，在同一溫度下于氮氣氛中，對所述薄帶狀合金進行加熱處理2小時，制得磁鐵材料。
對上述磁鐵材料進行化學分析的結果，可以確認，實施例中的磁鐵材料具有{(Sm0.65Zr0.35)0.400Fe0.8Co0.2)0.885B0.015}0.87N0.13的組成。又，從電子顯微鏡評價所得到的主晶相的平均晶粒粒徑為18nm。
對如此所得到的各種磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將上述混合物裝入油壓式加壓成形裝置中，按以下順序進行加壓成形和固化。分布測得其磁特性。其結果示于表5。又，成形體的形狀作成外徑5mm，內(nèi)徑2.5mm，高3mm的環(huán)狀。
壓機加壓條件實施例20壓機加壓10×102Mpa，加壓時間1分鐘。
實施例21壓機加壓10×102Mpa，使臼狀模(沖模)回轉360度1分鐘。
實施例22壓機加壓10×102Mpa，使臼狀模(沖模)回轉180度1分鐘。
實施例23壓機加壓10×102Mpa，使錘(沖頭)回轉45度和反轉45度反復3次，每次1分鐘。
表5
條件下制得的磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將該混合物裝入具有使如圖4所示的上錘13和下錘14回轉機構的油壓式加壓成形裝置中。
以1×102Mpa/分鐘的速度，對混合物11徐徐加壓，同時，使如圖4所示的上錘13和下錘14互作反向的反復回轉。在壓力達2×102Mpa時，停止上錘13和下錘14的回轉，外加10×102Mpa的壓力，取出加壓成形體，進行通常的固化，成形體密度為6.21×103kgf/m3。又，成形體的形狀為外徑16mm、厚1.5mm的園板狀。
作為本發(fā)明的比較例，除了加壓時，不使上述上、下錘回轉之外，以相同的方法制得粘結磁鐵，該粘結磁鐵的成形體密度為5.73×103kgf/m3。
實施例25
對在與實施例1相同的條件下制得的磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將該混合物裝入具有使如圖5所示的上錘13回轉機構的油壓式加壓成形裝置中。
以1×102Mpa/分鐘的速度，對混合物11徐徐加壓，同時，使如圖5所示的上錘13對臼狀模12作反復回轉。在壓力達2×102Mpa時，停止上錘13的回轉，外加10×102Mpa的壓力，取出加壓成形體，進行通常的固化。此時，成形體密度為6.09×103kgf/m3。又，成形體的形狀為外徑20mm、內(nèi)徑18mm、環(huán)形部分厚1.5mm、高5mm的環(huán)狀。
又，作為本發(fā)明的比較例，除了加壓時，不使上述上錘回轉之外，以相同的方法制得環(huán)狀粘結磁鐵，該環(huán)狀粘結磁鐵的成形體密度為5.73×103kgf/m3。
實施例26對在與實施例1相同條件下制得的磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將該混合物裝入具有使如圖6所示的中心錘15回轉機構的油壓式加壓成形裝置中。
以1×102Mpa/分鐘的速度，對混合物11徐徐加壓，同時，使如圖6所示的中心錘15對臼狀模12進行反復回轉。在壓力達2×102Mpa時，停止中心錘15回轉，外加10×102Mpa的壓力，取出加壓成形體，進行通常的固化，成形體密度為6.05×103kgf/m3。又，成形體的形狀為外徑5mm、內(nèi)徑2mm、環(huán)狀壁厚1.5mm、高5mm的環(huán)狀。
又，作為本發(fā)明的比較例，除了加壓時，不使上述中心錘回轉之外，以相同的方法制得粘結磁鐵，該粘結磁鐵的成形體密度為5.51×103kgf/m3。
實施例27對在與實施例1相同條件下制得的磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將該混合物裝入具有使如圖8所示的中心錘15上下運動的機構的油壓式加壓成形裝置中。
以1×102Mpa/分鐘的速度，對混合物11徐徐加壓，同時，使如圖8所示的中心錘15在相對中心軸平行的方向上進行往復運動。在壓力達3×102Mpa時，停止中心錘15的運動，外加10×102Mpa的壓力，取出加壓成形體，進行通常的固化，成形體密度為6.30×103kgf/m3。又，成形體的形狀為外徑3mm、內(nèi)徑1mm、環(huán)狀壁厚1mm、高10mm的環(huán)狀(圓筒狀)。
又，作為本發(fā)明的比較例，除了加壓時，不使上述中心錘作往復運動之外，以相同的方法制得粘結磁鐵，該粘結磁鐵的成形體密度為5.63×103kgf/m3。
實施例28對在與實施例1相同條件下制得的磁鐵材料添加2％(質(zhì)量)的環(huán)氧樹脂作為粘結劑，混合之后，將該混合物裝入油壓式加壓成形裝置中，外加10×102Mpa的壓力。在維持外加的壓機壓力的狀態(tài)下，將金屬模整體升溫至樹脂固化溫度，使其固化。冷卻后，取出粘結磁鐵，測量其密度，成形體密度為6.25×103kgf/m3。
又，作為本發(fā)明的比較例，在加壓時并不進行金屬模的升溫，取出成形體，作通常的固化處理，制得磁鐵。該粘結磁鐵的密度為5.63×103kgf/m3。
實施例29將在實施例3-10中所使用的SmZrFeCoBN磁粉以85％(體積)，與耐綸樹脂混練，作成復合物。所述復合物試樣為磁粉70％(體積)在5mm以下、厚度為17μm的試樣(該試樣系由篩分后，從重量換算出)。將所述復合物試樣設置于220℃的金屬模內(nèi)，外加500Mpa壓力。加壓成形后，冷卻金屬模，作成粘結磁鐵。所述粘結磁鐵形狀為外徑4mm、內(nèi)徑2mm、高6mm。所制得的粘結磁鐵的密度、(BH)max的評價分別為40×103kgf/m3和15.4MGOe。達到高密度和高(BH)max。
又，作為本發(fā)明的比較例，除了加壓不使上述中心錘回轉之外，以相同的方法制得粘結磁鐵，該粘結磁鐵的成形體密度為5.51×103kgf/m3。
發(fā)明效果如上所述，本發(fā)明的粘結磁鐵使用以TbCu7型的結晶相為主晶相的磁鐵材料，可以使磁鐵材料成形體的密度在6.0×103kg/m3以上，和實現(xiàn)高密度化。由此，可以重復性良好地提供加壓最大的磁能積等磁特性及優(yōu)異的耐腐蝕性的粘結磁鐵。又，根據(jù)本發(fā)明的粘結磁鐵的制造方法，可以進一步提高使用各種磁鐵材料的粘結磁鐵的成形體密度，謀求粘結磁鐵的磁特性及耐腐蝕性的提高。
權利要求
1.一種粘結磁鐵，所述粘結磁鐵系一種包括成形體的粘結磁鐵，所述成形體在以稀土類元素—鐵—氮為主要成份的同時，以TbCu7型的結晶相為主晶相，且將厚度不及200μm的薄片狀磁鐵材料和粘結劑的混合物成形為所希望的磁鐵形狀；其特征在于，所述成形體密度在6.0×103kg/m3(6.0g/cm3)以上。
2.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述成形體密度超過6.1×103kg/m3。
3.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述薄片狀磁鐵材料系將熔融狀態(tài)下的母合金注塑于冷卻體上所得的合金薄帶作為薄片狀磁鐵材料基體，并將其作成5-50μm厚范圍內(nèi)的片狀。
4.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述TbCu7型晶相的平均晶粒粒徑在5-50nm的范圍。
5.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述成形體的形狀為外徑在30mm以下，內(nèi)徑在0.1mm以上、高度在20nm以下的環(huán)狀。
6.如權利要求5所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述成形體的形狀為徑向壁厚在6mm以下的環(huán)狀。
7.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述成形體的形狀為壁厚在6mm以下的板狀。
8.如權利要求7所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述成形體的形狀為外徑在25mm以下的園板狀。
9.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述薄片狀磁鐵材料具有實質(zhì)上以下述通式表示的組成{(R1XR21-X)YBZT1-Y-Z}1-QNQ式中，R1表示至少一種選自稀土類元素的元素，R2表示至少一種選自Zr、Hf及Sc中的一種元素，T表示選自Fe及Co中的至少一種元素，X、Y、Z及Q分別為原子比，滿足0.2≤X≤1，0.04≤Y≤0.2，0≤Z≤0.1，0.01≤Q≤0.2的數(shù)。
10.如權利要求9所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述R1元素的50％(原子)以上為Sm。
11.如權利要求9所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述T因素的50％(原子)以上為Fe。
12.如權利要求1-11之任一項所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述粘結劑為樹脂系粘結劑。
13.如權利要求12所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述粘結劑含量在所述磁鐵材料的0.5-5％(質(zhì)量)的范圍。
14.如權利要求1所述的粘結磁鐵，其特征在于，所述成形體為前述混合物的加壓成形體。
15.一種粘結磁鐵的制造方法，所述粘結磁鐵的制造方法包括將磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望的磁鐵形狀的工序；其特征在于，在所述磁鐵材料的制造方法中，對所述混合物施加多次壓機壓力。
16.如權利要求15所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述磁鐵材料的制造方法ey在所述加壓成形工序中，在相對于混合物為最大的壓機壓力和該最大壓機壓力的90％以下的壓力之間，可變地反復交互進行多次加壓與減壓。
17.如權利要求15所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，反復進行二次以上的外加壓力階段和壓力釋放階段的順序所述外加壓力階段系在加壓成形工序中，對混合物施加6×102Mpa以上的壓機壓力，所述的壓力釋放階段為繼上述加壓階段之后，由所述外加壓力階段將壓機壓力降低至低于所述外加壓力階段2×102Mpa以下。
18.如權利要求17所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，反復進行五次以上的外加壓力階段和壓力釋放階段。
19.如權利要求17所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述壓力釋放階段，將所述壓機壓力降低至低于2×102Mpa以下。
20.如權利要求15所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形階段，至少使選自加壓成形用的錘或臼狀模中的至少一個構件回轉或往復運動。
21.一種粘結磁鐵的制造方法，所述粘結磁鐵的制造方法包括將磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望的磁鐵形狀的工序；其特征在于，在所述加壓成形工序中，使選自加壓成形用的錘及臼狀模中的至少一個構件回轉，或作往復運動，同時對所述混合物外加壓機壓力。
22.如權利要求21所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，使上錘和下錘相對中心軸作相對扭轉回轉的同時，對所述混合物外加壓機壓力。
23.如權利要求21所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，使臼狀模和錘相對中心軸作相對扭轉回轉的同時，對所述混合物外加壓機壓力。
24.如權利要求21所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，使臼狀模和中心錘，或使錘和中心錘相對中心軸作相對扭轉回轉的同時，對所述混合物外加壓機壓力。
25.如權利要求21所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，使臼狀模和中心錘對平行于中心軸的方向作相對往復運動的同時，對所述混合物外加壓機壓力。
26.一種粘結磁鐵的制造方法，所述粘結磁鐵的制造方法包括將磁鐵材料和粘結劑的混合物加壓成形為所希望的磁鐵形狀的工序，其特征在于，在所述加壓成形工序中，在對所述混合物外加壓機壓力的同時，使所述粘結劑固化。
27.如權利要求15-26之任一項所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，作為磁鐵材料的主要成份，在使用以稀土類元素—鐵—氮的同時，也使用以TbCu7型結晶相為主晶相、且其厚度不到200μm的薄片狀磁鐵材料，另外，使用樹脂系粘結劑作為粘結劑。
28.如權利要求27所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，所述薄片狀磁鐵材料系將熔融狀態(tài)下的母合金注塑于冷卻體上所得的合金薄帶作為薄片狀磁鐵材料基體，并將其作成5-50μm厚范圍內(nèi)的片狀。
29.如權利要求27所述的粘結磁鐵的制造方法，其特征在于，在所述加壓成形工序中，制作密度在6.0×103kgf/m3以上的成形體。
30.一種傳動裝置，所述傳動裝置包括權利要求1至14之任一項所述的粘結磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明因使用以TbCu
文檔編號C22C38/00GK1274933SQ0010887
公開日2000年11月29日 申請日期2000年5月19日 優(yōu)先權日1999年5月19日
發(fā)明者中川勝利, 川島史行, 澤孝雄, 櫻田新哉, 新井智久 申請人:東芝株式會社