JP5501833B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系永久磁石 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素）系焼結磁石に関し、特に着磁特性の高いＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石に関する。

希土類磁石の中でもＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、磁気特性に優れていること、主成分であるＮｄが資源的に豊富で比較的安価であることから、各種電気機器に採用されている。これまで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性、具体的には残留磁束密度、保磁力あるいは最大エネルギー積の向上のための研究、開発が主になされてきた。しかし、近時、着磁特性に着目した研究、開発が行なわれている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、フェライト磁石に比べて高い着磁磁界を必要とする。例えば、リング状のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石をモータの回転子として用いる場合に、モータにＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を組み込んだ後にリング状のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に捲き回したモータ用コイルを用いて着磁させることがある。モータが小型の場合には所定の捲き回し数を得るためにコイルの線径が細くなり、大電流を流すことができず、そのためにＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に対して十分な着磁磁界を印加することができない。したがって、以上のような用途に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石としては、低い着磁磁界で可能な限り高い着磁特性を有することが要求される。

例えば、特開２００２−３５６７０１号公報（特許文献１）には、着磁特性の優れるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石として、主相の平均組成が、（ＬＲ_１-ｘＨＲ_ｘ）_２Ｔ_１４Ａ（Ｔは、Ｆｅ、又はＦｅとＦｅ以外の遷移金属元素の少なくとも１種との混合物、Ａはボロン又はボロンと炭素との混合物、ＬＲは軽希土類元素の少なくとも１種、ＨＲは重希土類元素の少なくとも１種、０＜ｘ＜１）で表される希土類合金焼結体であって、（ＬＲ_１-ｐＨＲ_ｐ）_２Ｔ１４Ａ（０≦ｐ＜ｘ）で表される組成の第１の主相と、（ＬＲ_１-ｑＨＲ_ｑ）_２Ｔ_１４Ａ（ｘ＜ｑ≦１）で表される組成の第２の主相との少なくとも一方を複数有する結晶粒を含んでいる希土類合金焼結体が開示されている。

また、特開２００３−２１７９１８号公報（特許文献２）には、着磁特性の向上を目的として、重量％で、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、Ｒに占めるＮｄが５０原子％以上である）：２５〜３５％、Ｂ：０．８〜１．５％、必要によりＭ（Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種）：８％以下、及び残部Ｔ（Ｆｅ又はＦｅ及びＣｏ）、ならびに不可避的不純物を含有し、８０ａｔ％以上をＦｅＡＣｏ１-ＡとするＦｅ相が０．０１〜３００μｍの大きさで焼結体中に残存している結晶組織を有する希土類焼結磁石において、残留磁束密度で評価される着磁率Ｂｒ（０．２ＭＡ／ｍ）／Ｂｒ（２．０ＭＡ／ｍ）が５９％以上、フラックスで評価される着磁率Φ（０．３ＭＡ／ｍ）／Φ（４．０ＭＡ／ｍ）が４％以上であることが開示されている。

特開２００２−３５６７０１号公報 特開２００３−２１７９１８号公報

特許文献１に開示された技術によれば、磁気特性を低下させることなく着磁特性を改善することができる。しかし、５０％程度の着磁率を得るために０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）程度の着磁磁界が必要であり、さらに低い着磁磁界で５０％程度の着磁率を得ることが望まれる。また、特許文献２における残留磁束密度で評価される着磁率Ｂｒ（０．２ＭＡ／ｍ）／Ｂｒ（２．０ＭＡ／ｍ）が５９％以上、フラックスで評価される着磁率Φ（０．３ＭＡ／ｍ）／Φ（４．０ＭＡ／ｍ）が４％以上という値は、着磁特性が良いとはいえない。

一方で、本発明者等の検討によると、低い磁界でより高い着磁率が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、着磁率の着磁磁界による変動を表す着磁特性曲線がなだらかな傾斜を示す傾向にある。つまり、着磁率特性曲線が緩やかなため１００％近傍の着磁率に到達するまでに、より大きな着磁磁界が必要であった。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、低い着磁磁界でより高い着磁率を得るとともに、１００％近傍、例えば８５％程度の着磁率に到達するまで、より着磁率の立ち上がりが早いＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本願の請求項１に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素。以下同じ。）からなる主相を備え、Ｒ：２５ｗｔ％〜３５ｗｔ％、Ｂ：０．５ｗｔ％〜４ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０２ｗｔ％〜０．６ｗｔ％、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆの１種又は２種以上を０．０２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、Ｃｏ：０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％以下、残部実質的にＦｅからなる組成を有する焼結体からなり、前記Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒の平均粒径が１０μｍ以下であり、磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、前記粉砕された磁石粉末に以下の構造式Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で表わされる有機金属化合物を添加することにより、前記磁石粉末の粒子表面に前記有機金属化合物を付着させる工程と、前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形することにより成形体を形成する工程と、前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形前又は成形後であって焼結前に水素雰囲気で仮焼する工程と、前記成形体を焼結する工程と、により製造されることを特徴とする。

また、請求項２に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は、請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石において、Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、４００ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、６００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が３５％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上であることを特徴とする。

更に、請求項３に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石において、前記焼結体は、Ｂｉ及びＧａの１種又は２種を０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％含むことを特徴とする。

前記構成を有する請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石によれば、低い着磁磁界でより高い着磁率を得るとともに、１００％近傍、例えば８５％程度の着磁率に到達するまで、より着磁率の立ち上がりが早くなる。
また、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物を磁石粉末に添加することにより、有機金属化合物に含まれるＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＣｏを磁石の粒界に効率よく偏在させることができる。その結果、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＣｏの使用量を減少させ、残留磁束密度の低下を抑制できるとともに、各元素による保磁力向上や粒界相均一化等の効果を十分に達成することが可能となる。また、他の有機金属化合物を添加する場合と比較して脱カーボンを容易に行うことが可能であり、焼結後の磁石内に含まれる炭素によって磁石特性が低下する虞が無く、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となる。

また、請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石によれば、４００ｋＡ／ｍ（５．１ｋＯｅ）程度の低い着磁磁界での着磁率が向上されるとともに、６００ｋＡ／ｍ（７．６ｋＯｅ）以上の着磁磁界における着磁率も向上されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を提供する。このような着磁特性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、多極着磁磁石に用いた場合には、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができる。このようなリング磁石を用いたモータは、高い回転性能を保持することができる。また、着磁率の高い磁石は、材質的に高コストで高磁気特性であるが着磁率の低い磁石に比べて、実際に発生するトータルフラックスが多い場合がある。したがって、本発明は、所定のトータルフラックスを低コストの磁石で実現することができる。または磁石のサイズを小型化することができる。

更に、請求項３に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石によれば、焼結体は、Ｂｉ及びＧａの１種又は２種を０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％含むので、保磁力を向上させることが可能となる。

本発明に係る永久磁石を示した全体図である。 本発明に係る永久磁石の粒界付近を拡大して示した模式図である。 本発明に係る永久磁石の第１の製造方法における製造工程を示した説明図である。 本発明に係る永久磁石の第２の製造方法における製造工程を示した説明図である。

以下、本発明に係る永久磁石及び永久磁石の製造方法について具体化した実施形態について以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。

［永久磁石の構成］
先ず、本発明に係る永久磁石１の構成について説明する。図１は本発明に係る永久磁石１を示した全体図である。尚、図１に示す永久磁石１は円柱形状を備えるが、永久磁石１の形状は成形に用いるキャビティの形状によって変化する。
本発明に係る永久磁石１としてはＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を用いる。また、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、図２に示すように、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを主体とする遷移金属元素の１種以上）からなる主相１１を含む。またこの主相１１の他に粒界相１２を含む。この粒界相１２は、Ｒの含有量が主相１１よりも多い。

また、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、焼結体中に１５μｍ以上の粒径Ｄを有するＲ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒（以下、単に結晶粒ということがある）が１〜８％存在することが望ましい。後述するように、焼結体中に１５μｍ以上の粒径Ｄを有する結晶粒が１％未満では着磁率向上を図ることができない。また、焼結体中に１５μｍ以上の粒径Ｄを有する結晶粒が８％を超えて存在すると、高い着磁率を得ることができるものの、保磁力の低下が顕著となる。したがって本発明では、１５μｍ以上の粒径Ｄを有する結晶粒を１〜８％、好ましくは２〜７％、さらに好ましくは３〜６％存在させることが望ましい。

本発明において、１５μｍ以上の粒径Ｄを有する比較的に粗大な結晶粒が存在することにより優れた着磁特性が得られる理由は明らかでない。しかし、このような粗大な結晶粒ほど磁区の回転が容易であり、この粗大粒の磁区の回転が周囲の微小粒の磁区の回転を誘起したために着磁特性が向上したものと解される。
１５μｍ以上の粒径Ｄを有する結晶粒が１〜８％存在する焼結体を得る方法を本発明は問わない。なお、磁場中成形に供される微粉砕粉の粒度分布、焼結条件を操作することにより、１５μｍ以上の粒径Ｄを有する結晶粒が１〜８％存在する焼結体を得ることが可能である。

また、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒の平均粒径を１０μｍ以下とする。平均粒径が１０μｍを超えると保磁力の低下が顕著となるためである。ただし、本発明は１５μｍ以上の粒径Ｄを有する結晶粒を意識的に存在させるため、結晶粒の平均粒径を１０μｍ以下の範囲内では大きめに設定することが有利である。そのため本発明では、結晶粒の平均粒径は６〜９μｍの範囲とすることが好ましい。但し、結晶粒の平均粒径は６〜９μｍの範囲外であっても、後述のように高い効果を有する。

次に、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の好ましい化学組成について説明する。この化学組成は、主相１１及び粒界相１２全体としてのものである。
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｒを２５〜３５ｗｔ％含む。Ｒの量が２５ｗｔ％未満だと、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相１１となるＲ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒の生成が十分ではない。このため、軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Ｒの量が３５ｗｔ％を超えると主相１１を構成するＲ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またＲの量が３５ｗｔ％を超えるとＲが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なＲ−リッチ相が減少し、保磁力の低下を招く。したがって、Ｒの量は２５〜３５ｗｔ％とする。望ましいＲの量は２６〜３３ｗｔ％、さらに望ましいＲの量は２７〜３２ｗｔ％である。

ＲとしてＤｙ及び／又はＴｂを含む場合には、Ｄｙ及び／又はＴｂと他のＲとの合計を２５〜３５ｗｔ％とする。そして、この範囲において、Ｄｙ及び／又はＴｂの量は０．１〜８ｗｔ％とすることが好ましい。Ｄｙ及び／又はＴｂは、残留磁束密度及び保磁力のいずれを重視するかによって上記範囲内においてその量を定めることが望ましい。つまり、高い残留磁束密度を得たい場合にはＤｙ及び／又はＴｂの量を０．１〜３．５ｗｔ％とし、高い保磁力を得たい場合にはＤｙ及び／又はＴｂの量を３．５〜８ｗｔ％とすることが望ましい。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、ホウ素（Ｂ）を０．５〜４ｗｔ％含有する。Ｂが０．５ｗｔ％未満の場合には高い保磁力を得ることができない。但し、Ｂが４ｗｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、上限を４ｗｔ％とする。望ましいＢの量は０．５〜１．５ｗｔ％、さらに望ましいＢの量は０．８〜１．２ｗｔ％である。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｃｏを必須元素とするが、その量は０．５〜５ｗｔ％とする。Ｃｏはキュリー温度の向上及び耐食性の向上に効果があり、この効果を得るために０．５ｗｔ％以上とすることが好ましい。また、Ｃｕと複合添加することにより、高い保磁力が得られる時効処理温度範囲が拡大するという効果をも有する。しかし、過剰の添加は保磁力の低下を招くとともに、コストを上昇させるため上限を５ｗｔ％とする。望ましいＣｏの含有量は０．５〜３ｗｔ％、さらに望ましいＣｏの含有量は０．８〜２．５ｗｔ％である。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０２〜０．６ｗｔ％の範囲で含有する。この範囲でＡｌ及びＣｕの１種又は２種を含有させることにより、得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の高保磁力化、高耐食性化、温度特性の改善が可能となる。Ａｌを添加する場合において、望ましいＡｌの量は０．０３〜０．３ｗｔ％、さらに望ましいＡｌの量は０．０５〜０．２５ｗｔ％である。また、Ｃｕを添加する場合において、Ｃｕの量は０．３ｗｔ％以下（ただし、０を含まず）、望ましくは０．２ｗｔ％以下（ただし、０を含まず）、さらに望ましいＣｕの量は０．０３〜０．１５ｗｔ％である。Ａｌ及びＣｕの１種又は２種は、主相及び粒界相のいずれに含有されていても本発明の効果に悪影響を与えることはない。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆの１種又は２種以上を０．２〜１．５ｗｔ％含有する。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性向上を図るために酸素含有量を低減する際に、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆは焼結過程での結晶粒の異常成長を抑制する効果を発揮し、焼結体の組織を均一かつ微細にする。したがって、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆは酸素量が低い場合にその効果が顕著になる。Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆの１種又は２種以上の望ましい量は０．０５〜１．３ｗｔ％、さらに望ましい量は０．０８〜１．０ｗｔ％である。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、保磁力向上のためにＢｉ及びＧａの１種または２種を含有することが有効である。Ｂｉ及びＧａの１種または２種は０．０１〜０．２ｗｔ％の範囲で含有することが好ましい。Ｂｉ及びＧａの１種または２種のさらに好ましい範囲は０．０３〜０．１５ｗｔ％、より好ましい範囲は０．０５〜０．１２ｗｔ％である。Ｂｉ及びＧａは、主相及び粒界相のいずれに含有されていても本発明の効果に悪影響を与えることはない。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、その酸素量を４５００〜６０００ｐｐｍとすることが好ましい。酸素量が多いと非磁性成分である酸化物相が増大して、磁気特性を低下させる。一方、酸素量を低くすると焼結過程で結晶粒の成長を抑制する働きを有する酸化物相の量が減る。本発明は上述したように、比較的粗大な結晶粒を生成させることによる着磁特性向上効果を期待するものであり、酸化物相の増大をも考慮して、焼結体に含まれる酸素量を４５００〜６０００ｐｐｍとする。

また、本発明ではＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＣｏ（以下、Ａｌ等という）の内、一又は複数の元素の添加は、後述のように粉砕された磁石粉末を成形する前にＡｌ等を含む有機金属化合物が添加されることにより行われる。具体的には、Ａｌ等を含む有機金属化合物が添加されることによって、湿式分散により磁石粒子の粒子表面に該有機金属化合物中のＡｌ等が均一付着される。その状態で磁石粉末を焼結することによって、磁石粒子の粒子表面に均一付着された該有機金属化合物中のＡｌ等が、主相１１の粒界、即ち粒界相１２に効率よく偏在化される。

また、本発明では、特に後述のようにＭ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で表わされるＡｌ等を含む有機金属化合物（例えば、銅エトキシド、銅イソプロポキシド、アルミニウムイソポロポキシド）を有機溶媒に添加し、湿式状態で磁石粉末に混合する。それにより、Ａｌ等を含む有機金属化合物を有機溶媒中で分散させ、磁石粒子の粒子表面にＡｌ等を含む有機金属化合物を効率よく付着することが可能となる。

ここで、上記Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）の構造式を満たす有機金属化合物として金属アルコキシドがある。金属アルコキシドは、一般式Ｍ−（ＯＲ）_ｎ（Ｍ：金属元素、Ｒ：有機基、ｎ：金属又は半金属の価数）で表される。また、金属アルコキシドを形成する金属又は半金属としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｙ、ｌａｎｔｈａｎｉｄｅなどが挙げられる。但し、本発明では特に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏを用いる。

また、アルコキシドの種類は特に限定されることなく、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、炭素数４以上のアルコキシド等が挙げられる。但し、本発明では後述のように低温分解で残炭を抑制する目的から、低分子量のものを用いる。また、炭素数１のメトキシドについては分解し易く、取扱いが困難であるので、特に炭素数が２〜６のアルコキシドであるエトキシド、メトキシド、イソプロポキシド、プロポキシド、ブトキシドなどを用いることが好ましい。

［永久磁石の着磁特性］
本発明は、Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、４００ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、６００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が３５％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上である。さらに、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、７９０ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ４とすると、着磁率ｃ（＝ｆ４／ｆ３×１００）が９５％以上となり、極めて着磁率が高い。なお、本発明におけるＰｃは、「焼結磁石」俵好夫、大橋健共著（森北出版）第１４６頁の図５−４に基づいて定めている。また、着磁率は以下によって測定した。評価する磁石をポールピースに挟み込んで閉磁路を形成した後、電磁石に電流を流し着磁を行なった。この場合、印加磁場＝有効磁場となる。着磁後、フラックスメータによりトータルフラックスを測定した。

ここで着磁特性についていえば、前述したように、低磁界でより大きな着磁率を有し、かつ着磁率の立ち上がり急峻であることが理想的である。ところが、従来、保磁力（ＨｃＪ）が１６００ｋＡ／ｍ以下の低保磁力タイプのＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、この両者を満足することは容易ではなかった。しかるに、本発明は、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が３５％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上、さらには着磁率ｃ（＝ｆ４／ｆ３×１００）が９５％以上という、従来にはない低磁界において高着磁率を有し、かつ着磁率の立ち上がりの早いＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を提供する。

また、本発明は、多極着磁が施される磁石に適用することが好ましい。
多極着磁される磁石としては、モータ用に用いられるラジアル異方性又は極異方性リング状磁石、ＣＤ、ＤＶＤ等の機器のピックアップ駆動用に用いられる直方体状磁石、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）用の扇状磁石がある。これらの多極着磁磁石は、Ｎ・Ｓの極性を複数有している。

以上の多極着磁磁石に本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を適用すると、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができる。そのために、トータルフラックス量が増加し、例えばモータに用いるものであればモータの特性を向上させることができる。ここで、ニュートラルゾーンとは、磁石を着磁した際に、極性（Ｎ・Ｓ）が反転する境界においてＮ又はＳのどちらにも着磁されない領域をいう。特に、サイズの小さな磁石や極数の多い磁石においては、ニュートラルゾーンの占める割合が増大する。したがって、本発明による着磁特性の優れるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を多極着磁に供することにより、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができ、ひいては当該磁石が用いられるモータの特性を向上することができる。

［永久磁石の製造方法１］
次に、本発明に係る永久磁石１の第１の製造方法について図３を用いて説明する。図３は本発明に係る永久磁石１の第１の製造方法における製造工程を示した説明図である。

先ず、上述した組成割合を満たす分率のＲ−Ｔ−Ｂ（例えば、Ｎｄ：２０．２６ｗｔ％、Ｐｒ：９．０６ｗｔ％、Ｂ：０．９７ｗｔ％、Ｆｅ：６９．７１ｗｔ％）からなる、インゴットを製造する。また、保磁力向上のためにＤｙやＴｂを少量含めても良い。その後、インゴットをスタンプミルやクラッシャー等によって２００μｍ程度の大きさに粗粉砕する。若しくは、インゴットを溶解し、ストリップキャスト法でフレークを作製し、水素解砕法で粗粉化する。

次いで、粗粉砕した磁石粉末を、（ａ）酸素含有量が実質的に０％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気中、又は（ｂ）酸素含有量が０．０００１〜０．５％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気中で、ジェットミル４１により微粉砕し、所定サイズ（例えば焼結後の結晶粒の平均粒径が６〜９μｍの範囲となるサイズ）の平均粒径を有する微粉末とする。尚、酸素濃度が実質的に０％とは、酸素濃度が完全に０％である場合に限定されず、微粉の表面にごく僅かに酸化被膜を形成する程度の量の酸素を含有しても良いことを意味する。

一方で、ジェットミル４１で微粉砕された微粉末に添加する有機金属化合物溶液を作製する。ここで、有機金属化合物溶液には予めＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物を添加し、溶解させる。尚、溶解させる有機金属化合物としては、Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）に該当する有機金属化合物（例えば、銅エトキシド、銅イソプロポキシド、アルミニウムイソポロポキシドなど）を用いる。また、溶解させる有機金属化合物の量は特に制限されないが、焼結後の磁石に対するＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＣｏの含有量が上述した範囲内（例えば、Ｃｏは０．５〜３ｗｔ％、好ましくは０．８〜２．５ｗｔ％である。Ａｌは０．０３〜０．３ｗｔ％、好ましくは０．０５〜０．２５ｗｔ％である。Ｃｕは０．３ｗｔ％以下（ただし、０を含まず）、好ましくは０．２ｗｔ％以下（ただし、０を含まず）、さらに好ましくは０．０３〜０．１５ｗｔ％である。Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆは、０．０５〜１．３ｗｔ％、好ましくは０．０８〜１．０ｗｔ％である。）となる量とする。

続いて、ジェットミル４１にて分級された微粉末に対して上記有機金属化合物溶液を添加する。それによって、磁石原料の微粉末と有機金属化合物溶液とが混合されたスラリー４２を生成する。尚、有機金属化合物溶液の添加は、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気で行う。

その後、生成したスラリー４２を成形前に真空乾燥などで事前に乾燥させ、乾燥した磁石粉末４３を取り出す。その後、乾燥した磁石粉末を成形装置５０により所定形状に圧粉成形する。尚、圧粉成形には、上記の乾燥した微粉末をキャビティに充填する乾式法と、溶媒などでスラリー状にしてからキャビティに充填する湿式法があるが、本発明では乾式法を用いる場合を例示する。また、有機金属化合物溶液は成形後の焼成段階で揮発させることも可能である。

図３に示すように、成形装置５０は、円筒状のモールド５１と、モールド５１に対して上下方向に摺動する下パンチ５２と、同じくモールド５１に対して上下方向に摺動する上パンチ５３とを有し、これらに囲まれた空間がキャビティ５４を構成する。
また、成形装置５０には一対の磁界発生コイル５５、５６がキャビティ５４の上下位置に配置されており、磁力線をキャビティ５４に充填された磁石粉末４３に印加する。この磁場中成形は、１２〜２０ｋＯｅ（９６０〜１６００ｋＡ／ｍ）前後の磁場中で、０．３〜３．０ｔｏｎ／ｃｍ^２（３０〜３００ＭＰａ）前後の圧力で行なえばよい。また、印加する磁場は静磁場の他に、パルス状の磁場でもよい。

そして、圧粉成形を行う際には、先ず乾燥した磁石粉末４３をキャビティ５４に充填する。その後、下パンチ５２及び上パンチ５３を駆動し、キャビティ５４に充填された磁石粉末４３に対して矢印６１方向に圧力を加え、成形する。また、加圧と同時にキャビティ５４に充填された磁石粉末４３に対して、加圧方向と平行な矢印６２方向に磁界発生コイル５５、５６によってパルス磁場を印加する。それによって、所望の方向に磁場を配向させる。尚、磁場を配向させる方向は、磁石粉末４３から成形される永久磁石１に求められる磁場方向を考慮して決定する必要がある。
また、湿式法を用いる場合には、キャビティ５４に磁場を印加しながらスラリーを注入し、注入途中又は注入終了後に、当初の磁場より強い磁場を印加して湿式成形しても良い。また、加圧方向に対して印加方向が垂直となるように磁界発生コイル５５、５６を配置しても良い。

次に、圧粉成形により成形された成形体７１を水素雰囲気において２００℃〜９００℃、より好ましくは４００℃〜９００℃（例えば６００℃）で数時間（例えば５時間）保持することにより水素中仮焼処理を行う。仮焼中の水素の供給量は５Ｌ／ｍｉｎとする。この水素中仮焼処理では、有機金属化合物を熱分解させて、仮焼体中の炭素量を低減させる所謂脱カーボンが行われる。また、水素中仮焼処理は、仮焼体中の炭素量が１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは５００ｐｐｍ以下とする条件で行うこととする。それによって、その後の焼結処理で永久磁石１全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

ここで、上述した水素中仮焼処理によって仮焼された成形体７１には、ＮｄＨ_３が存在し、酸素と結び付きやすくなる問題があるが、第１の製造方法では、成形体７１は水素仮焼後に外気と触れさせることなく、後述の真空焼成に移るため脱水素工程は不要となる。焼成中に成形体中の水素は抜けることとなる。

続いて、水素中仮焼処理によって仮焼された成形体７１を焼結する焼結処理を行う。焼結処理では、所定の昇温速度で８００℃〜１１８０℃程度まで昇温し、２時間程度保持する。この間は真空焼成となるが真空度としては１０^−４Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。その後冷却し、再び６００℃で２時間熱処理を行う。そして、焼結の結果、永久磁石１が製造される。

［永久磁石の製造方法２］
次に、本発明に係る永久磁石１の他の製造方法である第２の製造方法について図４を用いて説明する。図４は本発明に係る永久磁石１の第２の製造方法における製造工程を示した説明図である。

尚、スラリー４２を生成するまでの工程は、図３を用いて既に説明した第１の製造方法における製造工程と同様であるので説明は省略する。

先ず、生成したスラリー４２を成形前に真空乾燥などで事前に乾燥させ、乾燥した磁石粉末４３を取り出す。その後、乾燥した磁石粉末４３を水素雰囲気において２００℃〜９００℃、より好ましくは４００℃〜９００℃（例えば６００℃）で数時間（例えば５時間）保持することにより水素中仮焼処理を行う。仮焼中の水素の供給量は５Ｌ／ｍｉｎとする。この水素中仮焼処理では、有機金属化合物を熱分解させて、仮焼体中の炭素量を低減させる所謂脱カーボンが行われる。また、水素中仮焼処理は、仮焼体中の炭素量が１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは５００ｐｐｍ以下とする条件で行うこととする。それによって、その後の焼結処理で永久磁石１全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

次に、水素中仮焼処理によって仮焼された粉末状の仮焼体８２を真空雰囲気で２００℃〜６００℃、より好ましくは４００℃〜６００℃で１〜３時間保持することにより脱水素処理を行う。尚、真空度としては０．１Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。

ここで、上述した水素中仮焼処理によって仮焼された仮焼体８２には、ＮｄＨ_３が存在し、酸素と結び付きやすくなる問題がある。
そこで、上記脱水素処理では、水素中仮焼処理によって生成された仮焼体８２中のＮｄＨ_３（活性度大）を、ＮｄＨ_３（活性度大）→ＮｄＨ_２（活性度小）へと段階的に変化させることによって、水素仮焼中処理により活性化された仮焼体８２の活性度を低下させる。それによって、水素中仮焼処理によって仮焼された仮焼体８２をその後に大気中へと移動させた場合であっても、Ｎｄが酸素と結び付くことを防止し、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

その後、脱水素処理が行われた粉末状の仮焼体８２を成形装置５０により所定形状に圧粉成形する。成形装置５０の詳細については図３を用いて既に説明した第１の製造方法における製造工程と同様であるので説明は省略する。

その後、成形された仮焼体８２を焼結する焼結処理を行う。焼結処理では、所定の昇温速度で８００℃〜１１８０℃程度まで昇温し、２時間程度保持する。この間は真空焼成となるが真空度としては１０^−４Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。その後冷却し、再び６００℃で２時間熱処理を行う。そして、焼結の結果、永久磁石１が製造される。

尚、上述した第２の製造方法では、粉末状の磁石粒子に対して水素中仮焼処理を行うので、成形後の磁石粒子に対して水素中仮焼処理を行う前記第１の製造方法と比較して、有機金属化合物の熱分解を磁石粒子全体に対してより容易に行うことができる利点がある。即ち、前記第１の製造方法と比較して仮焼体中の炭素量をより確実に低減させることが可能となる。
一方、第１の製造方法では、成形体７１は水素仮焼後に外気と触れさせることなく、後述の真空焼成に移るため脱水素工程は不要となる。従って、前記第２の製造方法と比較して製造工程を簡略化することが可能となる。但し、前記第２の製造方法においても、水素仮焼後に外気と触れさせることがなく焼成を行う場合には、脱水素工程は不要となる。

以上説明したように、本実施形態に係る永久磁石１では、従来に比べて低い着磁磁界でより高い着磁率を得るとともに、１００％近傍、例えば８５％程度の着磁率に到達するまで、より着磁率の立ち上がりが早くなる。
また、Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、４００ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、６００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が３５％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上であるので、４００ｋＡ／ｍ（５．１ｋＯｅ）程度の低い着磁磁界での着磁率が向上されるとともに、６００ｋＡ／ｍ（７．６ｋＯｅ）以上の着磁磁界における着磁率も向上されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を提供する。このような着磁特性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、多極着磁磁石に用いた場合には、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができる。このようなリング磁石を用いたモータは、高い回転性能を保持することができる。また、着磁率の高い磁石は、材質的に高コストで高磁気特性であるが着磁率の低い磁石に比べて、実際に発生するトータルフラックスが多い場合がある。したがって、本発明は、所定のトータルフラックスを低コストの磁石で実現することができる。または磁石のサイズを小型化することができる。
更に、焼結体は、Ｂｉ及びＧａの１種又は２種を０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％含むので、保磁力を向上させることが可能となる。
また、永久磁石１の製造方法では、粉砕されたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の微粉末に対して、Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で示される有機金属化合物が添加された有機金属化合物溶液を加え、磁石の粒子表面に対して均一に有機金属化合物を付着させる。その後、圧粉成形した成形体を水素雰囲気において２００℃〜９００℃で数時間保持することにより水素中仮焼処理を行う。その後、８００℃〜１１８０℃で焼成を行うことによって永久磁石１を製造する。それによって、有機金属化合物に含まれるＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＣｏを磁石の粒界に効率よく偏在させることができる。その結果、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ又はＣｏの使用量を減少させ、残留磁束密度の低下を抑制できるとともに、各元素による保磁力向上や粒界相均一化等の効果を十分に達成することが可能となる。また、他の有機金属化合物を添加する場合と比較して脱カーボンを容易に行うことが可能であり、焼結後の磁石内に含まれる炭素によって磁石特性が低下する虞が無く、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となる。
また、有機金属化合物が添加された磁石を、焼結前に水素雰囲気で仮焼することにより、有機金属化合物を熱分解させて磁石粒子中に含有する炭素を予め焼失（炭素量を低減）させることができ、焼結工程でカーバイドがほとんど形成されることがない。その結果、焼結後の磁石の主相と粒界相との間に空隙を生じさせることなく、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となり、保磁力が低下することを防止できる。また、焼結後の磁石の主相内にαＦｅが析出することなく、磁石特性を大きく低下させることがない。
また、特に第２の製造方法では、粉末状の磁石粒子に対して仮焼を行うので、成形後の磁石粒子に対して仮焼を行う場合と比較して、有機金属化合物の熱分解を磁石粒子全体に対してより容易に行うことができる。即ち、仮焼体中の炭素量をより確実に低減させることが可能となる。また、仮焼処理後に脱水素処理を行うことによって、仮焼処理により活性化された仮焼体の活性度を低下させることができる。それにより、その後に磁石粒子が酸素と結び付くことを防止し、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
また、磁石粉末の粉砕条件、混練条件、仮焼条件、焼結条件などは上記実施例に記載した条件に限られるものではない。
また、水素中仮焼処理や脱水素工程については省略しても良い。

また、本発明では結晶粒の平均粒径は６〜９μｍの範囲としているが、平均粒径はより小さい範囲としても良い。例えば平均粒径は０．１〜５．０μｍの範囲としても良い。また、焼結体中に１５μｍ以上の粒径Ｄを有するＲ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒が１〜８％存在しない場合であっても、本発明は高い効果を有する。

また、上述した製造方法では、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏについては、磁石粉末にＭ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で示される有機金属化合物を添加することによって、添加する構成としているが、一部については予めインゴットに含める構成としても良い。

１ 永久磁石
１１ 主相
１２ 粒界相

Claims (3)

1. Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素。以下同じ。）からなる主相を備え、Ｒ：２５ｗｔ％〜３５ｗｔ％、Ｂ：０．５ｗｔ％〜４ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０２ｗｔ％〜０．６ｗｔ％、Ｚｒ、Ｎｂ及びＨｆの１種又は２種以上を０．０２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、Ｃｏ：０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％以下、残部実質的にＦｅからなる組成を有する焼結体からなり、
   前記Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ結晶粒の平均粒径が１０μｍ以下であり、
   磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、
   前記粉砕された磁石粉末に以下の構造式
   Ｍ−（ＯＲ）_ｘ
   （式中、ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｏの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）
   で表わされる有機金属化合物を添加することにより、前記磁石粉末の粒子表面に前記有機金属化合物を付着させる工程と、
   前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形することにより成形体を形成する工程と、
   前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形前又は成形後であって焼結前に水素雰囲気で仮焼する工程と、
   前記成形体を焼結する工程と、により製造されることを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石。
2. Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、４００ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、６００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が３５％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石。
3. 前記焼結体は、Ｂｉ及びＧａの１種又は２種を０．０１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石。
   

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