JP7731908B2 - 永久磁石及びその製造方法、並びにデバイス - Google Patents

永久磁石及びその製造方法、並びにデバイス

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Description

本発明は永久磁石及びその製造方法、並びにデバイスに関する。
高残留磁化、高耐熱性を有する永久磁石が求められている。このような磁石材料の候補として、高飽和磁化、高キュリー温度を有するThMn12型正方晶構造を有するSmFe12系化合物が挙げられる。
例えば特許文献1には、飽和磁化と保磁力に優れ、かつ保磁力の温度特性が改善された永久磁石として、ThMn12型正方晶構造を有する硬磁性相と、非磁性相とを含む合金からなる永久磁石が開示されている。
また特許文献2には、飽和磁化を高める磁石材料として、ThMn12型結晶相からなる主相を具備し、特定の組成を有する磁石材料が開示されている。
特開2001-189206号公報 特開2018-125512号公報
上述のThMn12型正方晶構造を有する永久磁石においては、更に、高保磁力化が求められている。
本発明は上記の課題を解決するものであり、ThMn12型正方晶構造を有し、且つ、保磁力の高い永久磁石及びその製造方法、並びに当該永久磁石を用いたデバイスを提供することを目的とする。
本発明にかかる永久磁石は、
下記式(1)で表される組成を有する。
式(1): (R1-xZr(T1-y
ただし、式(1)中、
Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種、
TはFe、Co、及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、
MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Hf、Nb、Mo、Ta、及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、
a、b及びcは各々原子%を示し、x及びyは各々Zr及びMの比率を示し、かつ、下記式を満たす数である。
5≦a≦12、
b=100-(a+c)、
0.1≦c≦20、
0.01≦x≦0.5、
0.01≦y≦0.5。
上記永久磁石の一実施形態は、ThMn12型の結晶構造を有する主相からなる結晶粒と、結晶粒界とを有し、前記結晶粒界がアモルファス相を含む。
上記永久磁石の一実施形態は、前記Rの50原子%以上がSmである。
上記永久磁石の一実施形態は、前記Tの50原子%以上がFeである。
上記永久磁石の一実施形態は、前記aが5≦a≦8を満たす数である。
上記永久磁石の一実施形態は、保磁力(Hcj)が1.8kOe以上である。
上記永久磁石の一実施形態は、キュリー温度が400℃を超える。
上記永久磁石の一実施形態は、前記結晶粒界のB元素の割合(原子%)が、前記結晶粒のB元素の割合の10倍以上である。
上記永久磁石の一実施形態は、X線回折スペクトルにおける、ThMn12型の結晶構造の321面に対応するピークのピーク強度(IThMn12)と、α鉄の110面に対応するピークのピーク強度(Iα-Fe)の強度比(Iα-Fe/IThMn12)が、1.0以下である。
本発明にかかる永久磁石の製造方法は、
上記式(1)で表される組成を有する溶湯を準備する工程(I)と、
前記溶湯を10~10K/secで急冷して合金とする工程(II)と、
前記合金を粉砕して粉体とする工程(III)と、
前記粉体を成形して成形体とする工程(IV)と、
前記成形体を焼結して焼結体とする工程(V)と、
前記焼結体を熱処理し、その後急冷する工程(VI)と、を有する。
また本発明にかかるデバイスは、上記永久磁石を有することを特徴とする。
本発明により、ThMn12型正方晶構造を有し、且つ、保磁力の高い永久磁石及びその製造方法、並びに当該永久磁石を用いたデバイスが提供される。
実施例及び比較例の永久磁石のX線回折スペクトルである。
以下、本実施形態の永久磁石、製造方法、及びデバイスについて説明する。
なお、数値範囲を示す「~」は特に断りがない限り、その下限値及び上限値を含むものとする。
[永久磁石]
本実施形態の永久磁石(以下、本永久磁石ともいう)は、下記式(1)で表される組成を有することを特徴とする。
式(1): (R1-xZr(T1-y
ただし、式(1)中、
Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種、
TはFe、Co、及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、
MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Hf、Nb、Mo、Ta、及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、
a、b及びcは各々原子%を示し、x及びyは各々Zr及びMの比率を示し、かつ、下記式を満たす数である。
5≦a≦12、
b=100-(a+c)、
0.1≦c≦20、
0.01≦x≦0.5、
0.01≦y≦0.5。
式(1)におけるRは、希土類元素を表す。本実施形態において希土類元素は、La(ランタン)からLu(ルテチウム)までのランタノイドと、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)を含む元素の総称である。Rは上記希土類元素の中から選択される1種又は2種以上の元素を含有する。Rの割合が上記式(1)を満たす範囲で含有することにより磁気異方性が高く、且つ、高い保磁力を有する永久磁石が得られる。磁気異方性及び保磁力の観点から、Rは、Sm、Pr、Nd、Ce、Laより選択される1種以上を含むことが好ましく、Smを含むことがより好ましい。更に、磁気異方性及び保磁力の観点から、Rのうち50原子%以上がSmであることが好ましく、80原子%以上がSmであることが好ましく、Rが実質的にSmであることがより好ましい。
本永久磁石は、RとZrの比(原子%)が(1-x):xとなる範囲でZrを含有する。Zrを上記範囲内で含有することにより、後述するM元素含有量を抑制させながらThMn12型の結晶構造を安定化することができ、その結果、飽和磁化が向上する。ThMn12型の結晶構造を安定化する観点から、xは0.01~0.5であればよく、更に磁気異方性及び保磁力の点から、0.2以下が好ましい。
本永久磁石全体に対する、RとZrの合計の含有割合(a)は、ThMn12型結晶構造を主相とする点から、5~12である。磁化を高くする点から、aは10以下が好ましく、8以下がより好ましい。
式(1)におけるTは、Fe、Co、及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種を表す。Tの各元素は永久磁石の磁化に寄与する。磁化を高くする点からは、TがFeを含むことが好ましい。また、キュリー温度を高くする点、及び耐熱性を向上する点からは、TがCoを含むことが好ましい。磁化を高くする点から、Tのうち50原子%以上がFeであることが好ましく、60原子%以上がFeであることが好ましい。また、例えば、FeとCoを組み合わせて用いる場合、FeとCoの比(原子%)は、60:40~95:5が好ましく、70:30~80:20がより好ましい。
式(1)におけるMは、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Hf、Nb、Mo、Ta、及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種を表す。本永久磁石は、TとMの比(原子%)が(1-y):yとなる範囲でMを含有する。Mの各元素はThMn12型結晶構造安定性に寄与し、Mを上記範囲内で含有することにより、飽和磁化の低下を抑制しながら、ThMn12型結晶構造の安定性を向上する。結晶構造安定性の点からは、yが0.01以上であればよく、0.02以上が好ましい。一方、飽和磁化の低下を抑制する点からは、yが0.5以下であればよく、0.1以下が好ましい。
本永久磁石全体に対する、TとMの合計の含有割合(b)は、100-(a+c)で表すことができ、ThMn12型結晶構造を主相とする点から、70~94である。磁化を高くする点から、bは75以上が好ましく、77以上がより好ましい。
また、本永久磁石は、B(ホウ素)を0.1~20原子%含有する。Bを0.1原子%以上(0.1≦c)含むことで、本永久磁石の製造における冷却の際、α鉄(フェライト相)の析出が抑制され、保持力(Hcj)が向上する。α鉄の析出を抑制する点からは、Bの含有割合(c)は0.5以上が好ましい。
また、更に、Bの含有割合(c)を1以上とし、好ましくは、後述する製造方法を用いることにより、結晶粒界にアモルファス相が形成されるものと推定される。当該アモルファス相は、磁壁ピンニングサイトとなり本永久磁石の保磁力を増大する。アモルファス相を形成して保磁力を更に増加する点からは、Bの含有割合(c)は1.2以上が好ましく、1.5以上がより好ましい。一方、飽和磁化の低下を抑制する点からは、Bの含有割合(c)は15以下が好ましく、10以下がより好ましい。
本永久磁石は、本発明の効果を奏する範囲で、不可避不純物を含有してもよい。不可避不純物は、原料や製造工程から不可避的に混入する元素であって、式(1)に含まれない元素(R、T、M、Zr、B以外の元素)である。具体的には、O、C、N、P、S、Snなどが挙げられるが、これらに限定されない。本永久磁石における不可避不純物の割合は、本永久磁石全量に対して、5原子%以下であることが好ましく、1原子%以下がより好ましく、0.1原子%以下がさらに好ましい。
本永久磁石中の各元素の含有割合は、例えば、エネルギー分散型X線分析(EDX:Energy dispersive X-ray spectrometry)を用いて測定することができる。
本永久磁石は上記式(1)の組成を満たすことにより、ThMn12型の結晶構造を有する主相からなる結晶粒と、前記結晶粒の境界となる結晶粒界を有する永久磁石となる。本永久磁石は、ThMn12型結晶構造の安定性、飽和磁化、保磁力、及び耐熱性に優れている。
特に本永久磁石は、後述する製造方法により、B(ホウ素)を結晶粒界側に濃縮することが好ましい。例えば、本永久磁石において、結晶粒界のB元素の割合(原子%)を、前記結晶粒のB元素の割合の10倍以上とすることができる。これにより、保磁力がより向上する。
本永久磁石は、一例として、保磁力(Hcj)が1.8kOe以上となり、2.0以上が好ましい。また、本永久磁石は、一例として、キュリー温度が400℃を超えるものを得ることができる。
なお、結晶粒界の組織は、走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いて観察することができる。キュリー温度は振動試料型磁力計(VSM)を用いて測定することができる。また、保磁力は、直流磁化特性アナライザを用いて得られたJ-H曲線から求めることができる。
[希土類コバルト永久磁石の製造方法]
本実施形態に係る永久磁石の製造方法(以下、本製造方法ともいう)は、
前記式(1)で表される組成を有する溶湯を準備する工程(I)と、
前記溶湯を10~10K/secで急冷して合金とする工程(II)と、
前記合金を粉砕して粉体とする工程(III)と、
前記粉体を成形して成形体とする工程(IV)と、
前記成形体を焼結して焼結体とする工程(V)と、
前記焼結体を熱処理し、その後急冷する工程(VI)と、を有する。
本製造方法により、ThMn12型の結晶構造を有する主相からなる結晶粒と、前記結晶粒の境界となる結晶粒界を有し、結晶粒界がアモルファス相を有する前記本永久磁石を好適に製造することができる。
まず、前記式(1)で表される組成を有する溶湯を準備する(工程(I))。溶湯の準備方法は、所望の組成を有する合金の市販品を入手することにより準備してもよく、各元素を所望の組成となるように配合することにより合金を準備してもよい。なお、後工程で元素が蒸発する可能性がある場合は、永久磁石製造後の組成が前記式(1)を満たすように調整する。準備した合金を溶解して溶湯とする。溶解方法は、アーク溶解、高周波溶解など公知の溶解手段から適宜選択すればよい。
次に、前記溶湯を10~10K/secで急冷する(工程(II))。10K/sec以上の冷却速度で溶湯を急冷することで、α-Fe(α鉄)の析出が抑制された合金を得ることができる。α-Feの析出を抑制することで、粒界部にアモルファス相を好適に形成することができ、保磁力の高い永久磁石を得ることができる。急冷後の合金は、組織均一化のために更に熱処理をしてもよい。急冷速度は中でも10~10K/secが好ましい。更に、急冷によるα鉄の析出を抑制する点から、上記合金は薄片状にすることが好ましい。当該薄片の厚みは急冷しやすい点から、1~100μmとすることが好ましく、20~90μmとすることがより好ましい。なお、上記合金はホウ素を含むことで粘度が低くなるため、メルトスパン法などで溶湯を急冷する際に上記厚み薄片が得られやすい。
α鉄の量は、例えば、X線回折スペクトルにより評価できる。具体的には、永久磁石をCuのKα特性X線を用いてX線回折スペクトルを測定し、主相であるThMn12型の結晶構造の321面に対応するピークのピーク強度(IThMn12)と、α鉄の110面に対応するピークのピーク強度(Iα-Fe)の強度比(Iα-Fe/IThMn12)から、α鉄の析出の程度を見積もることができる。
なお、ピーク強度は、バックグラウンドを引いたピーク高さを用いるものとし、前記強度比は1.0以下が好ましく、0.8以下がより好ましい。なお、上記強度比は低いほど好ましく、下限は特に限定されないが、通常0.001以上である。
次に、前記合金を粉砕する(工程(III))。合金の粉砕方法は従来公知の方法の中から適宜選択すればよい。一例として、まず、不活性雰囲気中で前記合金を、ディスクミルなど公知の粉砕機により粗粉砕する。粉砕性が悪い場合は、予め合金に水素吸蔵処理をしてもよい。水素吸蔵処理により合金が脆化し粗粉砕しやすくなる。
次いで、粗粉砕物を更に微粉砕する。微粉砕は乾式粉砕であっても湿式粉砕であってもよい。乾式粉砕としては例えばジェットミル法などが挙げられる。また湿式粉砕としては、湿式ボールミル法などが挙げられる。粉砕中に粉体に潤滑性を付与するための潤滑剤を添加してもよい。また、粉砕後の有機溶媒と微粉体との混合物は不活性ガス中で乾燥する。微粉砕後の粉体の平均粒径は、後述する焼結工程の焼結時間を短縮することを可能とし、また、均一な永久磁石を製造する点から、平均粒径は1~10μmが好ましい。
次に、得られた粉体を加圧成形して所望の形状の成形体とする(工程(IV))。本発明においては、粉体の結晶方位を揃えて磁気特性を向上する点から、一定の磁場中で加圧成形することが好ましい。磁場の方向と、プレス方向との関係は特に限定されず、製品の形状等に応じて適宜選択すればよい。例えば、リング磁石や、薄板状の磁石を製造する場合には、プレス方向に対して、平行方向に磁場を印加する並行磁場プレスとすることができる。一方、磁気特性に優れる点からは、プレス方向に対して、直角に磁場を印加する直角磁場プレスとすることが好ましい。
磁場の大きさは特に限定されず、製品の用途等に応じて、例えば15kOe以下の磁場であってもよく、15kOe以上の磁場であってもよい。中でも磁気特性に優れる点からは、15kOe以上の磁場中で加圧成形することが好ましい。また、加圧成形の際の圧力は、製品の大きさ、形状等に応じて適宜調整すればよい。一例として、0.5~2.0ton/cmの圧力とすることができる。すなわち本永久磁石の製造方法においては、磁気特性の観点から、前記粉体を15kOe以上の磁場中で、磁場に垂直に0.5~2.0ton/cm以下の圧力で加圧成形することが特に好ましい。
次に、前記成形体を焼結して焼結体とする(工程(V))。焼結温度は、950~1250℃が好ましく、950~1220℃がより好ましい。また焼結時間は、20~240分が好ましく、60~120分がより好ましい。950℃以上で20分以上焼結を行うことにより、焼結体が十分に緻密化される。また、1250℃以下で240分以下の加熱とすることにより、希土類元素、特にSmの蒸発が抑制される。また、酸化を抑制する観点から、上記焼結工程は1000Pa以下の真空中または不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、更に、焼結体の密度を大きくする点から1000Pa以下、好ましくは100Pa以下の真空中で焼結することが好ましい。
上記工程(V)の後、得られた焼結体は連続して熱処理することが好ましい。熱処理により、ThMn12型の結晶構造を形成させるとともに結晶粒界部にFe-B液相成分を発生させる。熱処理温度は、500~1180℃が好ましく、500~900℃がより好ましい。500℃以上で熱処理することで、組織の均一化、ThMn12型構造形成の促進、及び、上記液相成分が得られやすい。一方、1180℃以下で熱処理することで、前記液相成分が多くなりすぎることを抑制し磁気特性の劣化が抑制される。熱処理時間は、例えば、1~100時間、好ましくは5~50時間とすることができる。
次いで熱処理後の焼結体を急冷する(工程(VI))。急冷により結晶粒界部にアモルファス相が形成される。工程(VI)における急冷速度は、60~250℃/minであればよく、好ましくは100~250℃/minである。
得られた焼結体は、更に必要に応じて時効処理を行ってもよい。このようにして、ThMn12型の結晶構造を有する主相からなる結晶粒と、前記結晶粒の境界となる結晶粒界を有し、結晶粒界がアモルファス相を有する前記本永久磁石を製造することができる。
[デバイス]
本発明は、更に前記本永久磁石を有するデバイスを提供することができる。このようなデバイスの具体例としては、例えば、時計、電動モータ、各種計器、通信機、コンピューター端末機、スピーカー、ビデオディスク、センサなどが挙げられる。また、本発明の永久磁石は、高い環境温度にあっても磁力を劣化しにくいため、自動車のエンジンルームで使用される角度センサ、イグニッションコイル、HEV(Hybrid electric vehicle)などの駆動モータ等にも好適に用いることができる。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、これらの記載により本発明を制限するものではない。
(実施例1)
表1の組成となるようにそれぞれ各金属を所定量秤量し、高周波溶解によって母合金を得た。当該母合金を再度高周波溶解し、メルトスパン法により10~10K/secで急冷して、表1に示す厚みの合金薄片を得た。次に振動ミルで粗粉砕、湿式ボールミルで微粉砕し、原料粉末を得た。これを磁場中プレスにより圧粉体に成形した。圧粉体を焼結し、連続して熱処理を行った。焼結温度は1000℃、熱処理温度は900℃とした。熱処理後、急冷して実施例1の永久磁石を得た。
(実施例2~3)
実施例1において、組成及び熱処理温度を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2~3の永久磁石を得た。
(比較例1~3)
実施例1において、組成、薄片厚み及び熱処理温度を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例1~3の永久磁石を得た。
[評価]
上記実施例及び比較例の永久磁石のX線回折スペクトルを測定した。結果を図1に示す。また、図1のX線回折スペクトルから、ThMn12型の結晶構造の321面に対応するピークのピーク強度(IThMn12)と、α鉄の110面に対応するピークのピーク強度(Iα-Fe)を求め、その比を算出した。結果を表1に示す。
また、直流磁化特性アナライザを用いて各永久磁石のJ-H曲線を測定し、保磁力Hcjを得た。結果を表1に示す。
表1の通り、ホウ素を0.1原子%以上含む実施例1~3の永久磁石は、α鉄の析出が抑制され、保磁力に優れることが示された。
(実施例4~5)
表2の組成となるようにそれぞれ各金属を所定量秤量し、高周波溶解、および急冷薄帯作製装置を用いて10~10K/secで急冷して原料合金を作製した。この合金を800~1180℃で熱処理し、組成均質化を行った。この後に合金を水素気流中で200~600℃の温度で加熱し、水素吸蔵させた。当該合金をディスクミルにより粗粉砕し、2-プロパノール溶媒中でボールミルにより微粉砕した。微粉砕中、潤滑剤を添加した。これにより粉末に潤滑性が付与され、のちの成形工程で磁場配向させやすくなる。溶媒、潤滑剤、微粉から成るスラリーを窒素ガスにより加圧乾燥し、得られた原料粉末を磁場中で成形した。成形体を水素気流中で加熱し、脱炭素熱処理を施した。その後真空に切り替えて昇温させ、30kPaのAr雰囲気中、1200℃で焼結し、さらに連続して800~1180℃で熱処理を行い、最後に焼結体を急冷することで実施例4~5の永久磁石を得た。
(比較例4)
上記実施例4~5において、組成を表2のように変更した以外は、実施例4~5と同様にして比較例の永久磁石を得た。

[評価]
直流磁化特性アナライザを用いて各永久磁石のJ-H曲線を測定し、飽和磁化(4πIs)及び保磁力Hcjを得た。結果を表2に示す。
表2の通り、上記式(1)の組成を満たす実施例4~5の永久磁石は、高い飽和磁化を維持しながら、保磁力に優れることが示された。実施例4及び5の永久磁石の組織を、走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いて観察したところ、ThMn12型の結晶構造を有する結晶粒と、アモルファス相を含む結晶粒界が確認された。また実施例4及び5の永久磁石は、B元素がアモルファス相(結晶粒界)に濃縮され、結晶粒中のB元素に対して10倍以上の原子%濃度となっていることが確認された。一方、Bを含有していない比較例4の永久磁石は、結晶粒界がアモルファス相を有していなかった。
この出願は、2020年12月8日に出願された日本出願特願2020-203239を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (11)

  1. 下記式(1)で表される組成を有し、ThMn 12 型の結晶構造を有する主相からなる結晶粒と、結晶粒界とを有し、前記結晶粒界がアモルファス相を含む、永久磁石。
    式(1): (R1-xZr(T1-y
    ただし、式(1)中、
    Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種、
    TはFe、Co、及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、
    MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Hf、Nb、Mo、Ta、及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、
    a、b及びcは各々原子%を示し、x及びyは各々Zr及びMの比率を示し、かつ、下記式を満たす数である。
    5≦a≦12、
    b=100-(a+c)、
    0.1≦c≦20、
    0.01≦x≦0.5、
    0.01≦y≦0.5。
  2. 前記結晶粒界のB元素の割合(原子%)が、前記結晶粒のB元素の割合の10倍以上である、請求項1に記載の永久磁石。
  3. X線回折スペクトルにおける、ThMn 12 型の結晶構造の321面に対応するピークのピーク強度(I ThMn12 )と、α鉄の110面に対応するピークのピーク強度(I α-Fe )の強度比(I α-Fe /I ThMn12 )が、1.0以下である、請求項1又は2に記載の永久磁石。
  4. 下記式(1)で表される組成を有し、X線回折スペクトルにおける、ThMn 12 型の結晶構造の321面に対応するピークのピーク強度(I ThMn12 )と、α鉄の110面に対応するピークのピーク強度(I α-Fe )の強度比(I α-Fe /I ThMn12 )が、1.0以下である、永久磁石。
    式(1): (R1-xZr(T1-y
    ただし、式(1)中、
    Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種、
    TはFe、Co、及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、
    MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Hf、Nb、Mo、Ta、及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、
    a、b及びcは各々原子%を示し、x及びyは各々Zr及びMの比率を示し、かつ、下記式を満たす数である。
    5≦a≦12、
    b=100-(a+c)、
    0.1≦c≦20、
    0.01≦x≦0.5、
    0.01≦y≦0.5。
  5. 前記Rの50原子%以上がSmである、請求項1~4のいずれか一項に記載の永久磁石。
  6. 前記Tの50原子%以上がFeである、請求項1~のいずれか一項に記載の永久磁石。
  7. 前記aが5≦a≦8を満たす数である、請求項1~のいずれか一項に記載の永久磁石。
  8. 保磁力(Hcj)が1.8kOe以上である、請求項1~のいずれか一項に記載の永久磁石。
  9. キュリー温度が400℃を超える、請求項1~のいずれか一項に記載の永久磁石。
  10. 下記式(1)で表される組成を有する溶湯を準備する工程(I)と、
    前記溶湯を10~10K/secで急冷して合金とする工程(II)と、
    前記合金を粉砕して粉体とする工程(III)と、
    前記粉体を成形して成形体とする工程(IV)と、
    前記成形体を焼結して焼結体とする工程(V)と、
    前記焼結体を熱処理し、その後急冷する工程(VI)と、を有する、
    永久磁石の製造方法。
    式(1): (R1-xZr(T1-y
    ただし、式(1)中、
    Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種、
    TはFe、Co、及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種、
    MはAl、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Hf、Nb、Mo、Ta、及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、
    a、b及びcは各々原子%を示し、x及びyは各々Zr及びMの比率を示し、かつ、下記式を満たす数である。
    5≦a≦12、
    b=100-(a+c)、
    0.1≦c≦20、
    0.01≦x≦0.5、
    0.01≦y≦0.5。
  11. 請求項1~9のいずれか一項に記載の永久磁石を有する、デバイス。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189206A (ja) 1999-12-28 2001-07-10 Toshiba Corp 永久磁石
JP2003213384A (ja) 2001-11-09 2003-07-30 Hitachi Metals Ltd 永久磁石合金及びボンド磁石
JP2013254756A (ja) 2010-08-30 2013-12-19 Hitachi Ltd 焼結磁石
JP2019039025A (ja) 2017-08-22 2019-03-14 トヨタ自動車株式会社 磁性化合物及びその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2727505B2 (ja) * 1986-04-15 1998-03-11 ティーディーケイ株式会社 永久磁石およびその製造方法
JPH01103805A (ja) * 1987-07-30 1989-04-20 Tdk Corp 永久磁石
JP3003979B2 (ja) * 1995-07-17 2000-01-31 ティーディーケイ株式会社 永久磁石およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189206A (ja) 1999-12-28 2001-07-10 Toshiba Corp 永久磁石
JP2003213384A (ja) 2001-11-09 2003-07-30 Hitachi Metals Ltd 永久磁石合金及びボンド磁石
JP2013254756A (ja) 2010-08-30 2013-12-19 Hitachi Ltd 焼結磁石
JP2019039025A (ja) 2017-08-22 2019-03-14 トヨタ自動車株式会社 磁性化合物及びその製造方法

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