希土類永久磁石及びそれを用いたモータ
【課題】繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する希土類永久磁石及びそれを用いたモータを提供する。
【解決手段】希土類焼結磁石は、磁石素体１１と、前記磁石素体の表面に形成される被覆層とを有し、前記被覆層が、前記磁石素体に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶１３と、前記柱状結晶から前記柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶１４とを含み、前記柱状結晶の存在比率が、前記磁石素体の表面に形成される前記被覆層に対して２０％以上８０％以下である。
【解決手段】希土類焼結磁石は、磁石素体１１と、前記磁石素体の表面に形成される被覆層とを有し、前記被覆層が、前記磁石素体に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶１３と、前記柱状結晶から前記柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶１４とを含み、前記柱状結晶の存在比率が、前記磁石素体の表面に形成される前記被覆層に対して２０％以上８０％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類永久磁石及びそれを用いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系（Ｒは希土類元素を表す）などの希土類永久磁石は、高性能な永久磁石として、電気自動車やハイブリッドカーなど特に高性能が要求されるモータなどに使用されている。この希土類永久磁石は、主成分として酸化され易い希土類元素と鉄とを含有するため、使用される環境条件によって、腐食などが発生し易い。このため、希土類永久磁石の表面の保護を目的として希土類永久磁石には被覆層が設けられる。被覆層は、希土類永久磁石の用途や求められる特性に応じて、めっき膜や樹脂膜などで形成される。
【０００３】
例えば、磁石素体の表面に、該磁石素体に略平行に成長した柱状結晶を有するＮｉめっき層を形成して磁石素体を被覆し、耐食性を改善したＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種を示し、ＴＭは、Ｆｅを主体とする遷移金属を示す。）が開示されている（特許文献１参照）。このＮｉめっき層は、磁石素体に略平行に成長した柱状結晶を有することで、Ｎｉめっき層の形成時にＮｉめっき層に形成されるピンホールの発生を防ぐようにしている。これにより、Ｎｉめっき層から水分が浸入するのを防ぎ、Ｎｉめっき層に被覆された磁石素材の腐食を予防し、耐食性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０６１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
希土類永久磁石は様々な用途に用いられており、磁石素体に形成される被覆層にとっても、用途に応じて様々な特性が要求される。例えば、モータ等の内部に希土類永久磁石が露出する状態で用いられる場合、砂塵、煤塵がモータ等の内部に浸入した際には、モータ等に用いられる希土類永久磁石は、モータの回転運動に伴い、希土類永久磁石に連続的な衝撃が繰り返し加わることとなる。このため、希土類永久磁石の表面は、繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性（容易に割れや欠けを生じないこと）を有し、かつ優れた耐食性（容易に腐食することがないこと）を有することが求められる。
【０００６】
特許文献１に記載のＮｉめっき層は、Ｎｉめっき層の形成時にＮｉめっき層に形成されるピンホールの発生を防いで、磁石素体まで水分が到達するのを防ぐようにしている。しかしながら、特許文献１に記載のＮｉめっき層は、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有しておらず、煤塵等により加わった傷に起因して生じる腐食については考慮されていない、という問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載のＮｉめっき層は、磁石素体に略平行に成長した柱状結晶を有するため、結晶粒界を介して拡散した腐食性不純物が、Ｎｉめっき／磁石素体界面に到達し腐食進行した場合、Ｎｉめっき／磁石素体界面でＮｉめっき層が剥がれ易い、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する希土類永久磁石及びそれを用いたモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る希土類焼結磁石は、磁石素体と、前記磁石素体の表面に形成される被覆層とを有し、前記被覆層が、前記磁石素体の表面の接線に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶と、前記柱状結晶から前記柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶とを含み、前記磁石素体の表面に形成される前記被覆層に対する前記柱状結晶の存在比率が、２０％以上８０％以下であることを特徴とする。なお、柱状結晶の存在比率とは、被覆層における柱状結晶の体積比をいうが、ここでは、磁石素体に対する被覆層の成膜方向の断面積における柱状結晶の面積比をいう。
【００１０】
本発明の希土類焼結磁石は、磁石素体に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶を有している。柱状結晶は磁石素体に対して略垂直方向に成長しているため、被覆層の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対する耐衝撃性を有する。被覆層が、柱状結晶のみである場合、磁石素体に対して被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して被覆層は十分な強度を備えることはできない。本発明は、柱状結晶の他に、柱状結晶から柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶を有している。双晶とは、鏡像関係など対称性を有する方向に成長した結晶をいう。このため、磁石素体に対して被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても強度を有し、耐衝撃性を有する。また、磁石素体の表面全体の面積に対する柱状結晶の存在比率は、２０％以上８０％以下であるため、被覆層の厚さ方向と被覆層の厚さ方向とは異なる方向との両方から加わる衝撃に対して同時に安定した耐衝撃性を有する。また、被覆層は柱状結晶以外に双晶を含むため、例えば、結晶粒界からの不純物の拡散を抑制したり、結晶粒界に起因する電気化学的な欠陥を抑制することで、被覆層自体あるいは被覆層下の磁石素体の腐食が進行することを抑制することができる。また、被覆層は柱状結晶の他に双晶も含むことで、被覆層内に形成される結晶が成長する方向は複雑に形成されるため、被覆層表面に傷が生じても傷が被覆層の内部にまで進行することを抑制することができるので、被覆層に深い傷が形成されるのを抑制することができる。よって、本発明の希土類焼結磁石は、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する。このため、本発明の希土類焼結磁石は、繰り返し衝撃を受け易い、モータ用の永久磁石として好適に用いることができる。
【００１１】
また、本発明では、前記双晶が、前記磁石素体の表面の接線に対して３０°と６０°と１２０°と１５０°との各々の方向から±５°の範囲内に結晶方向をもつ結晶であることが好ましい。双晶は柱状結晶から上記範囲内の結晶方向を持つ複数の結晶であるため、磁石素体に対して被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても更に高い強度を有し、耐衝撃性を有することができる。
【００１２】
また、本発明では、前記被覆層における前記柱状結晶の存在比率を１としたときの前記柱状結晶の存在比率に対する前記双晶の存在比率の割合が、０．１以上０．６以下であることが好ましい。柱状結晶の存在比率に対する双晶の存在比率とは、被覆層における柱状結晶に対する双晶の体積比をいうが、ここでは、磁石素体に対する被覆層の成膜方向の断面積における柱状結晶に対する双晶の面積比をいう。柱状結晶は被覆層を主に形成する主結晶として存在し、双晶は柱状結晶から成長する結晶として被覆層内に形成されている。被覆層を構成する結晶として双晶が多すぎると、被覆層の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。柱状結晶の存在比率に対する双晶の存在比率の割合を上記範囲内とすることで、被覆層の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有しつつ、被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても十分な耐衝撃性を有することができる。
【００１３】
また、本発明では、前記被覆層における前記柱状結晶と前記双晶との存在比率の合計が、４５％以上９０％以下であることが好ましい。柱状結晶と双晶との存在比率とは、被覆層における柱状結晶と双晶との体積比をいうが、ここでは、磁石素体に対する被覆層の成膜方向の断面積における柱状結晶と双晶との面積比をいう。柱状結晶以外の結晶との関係で双晶が多くなると、被覆層に欠陥が生じやすくなり、不純物、異常粒成長によって被覆層の剥離やピンホールが発生しやすくなる。柱状結晶以外の結晶に対する双晶の存在比率を上記範囲内とすることで、被覆層に欠陥が生じるのを抑制することができると共に、不純物、異常粒成長によって被覆層の剥離やピンホールが発生するのを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記被覆層が、金属層であることが好ましい。被覆層を金属層とすることで、磁石素体に容易に被覆層を形成することができる。
【００１５】
また、本発明では、前記被覆層が、電気めっきで形成されることが好ましい。被覆層を電気めっきで形成することで、磁石素体に容易に被覆層を形成することができる。電気めっきは蒸着などにより被覆層を形成する場合に比べて低コスト、かつ簡便に再現性を有して形成することができる。
【００１６】
また、本発明では、前記被覆層が、Ｎｉを含むＮｉめっき膜であることが好ましい。Ｎｉは強度が高く、耐腐食性を有するため、強度が高く、耐腐食性に優れた被覆層を形成することできる。
【００１７】
また、本発明に係るモータは、上記の希土類永久磁石を含むことを特徴とする。本発明のモータは、上記特徴を有する希土類永久磁石を備えるため、砂塵等がある過酷な環境下で使用しても、高い出力で長時間安定して継続して運転することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する希土類永久磁石を提供することができる。また、上記希土類焼結磁石をモータに用いることにより、モータ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の好適な一実施形態である希土類永久磁石の模式断面図である。
【図２】図２は、被覆層の結晶構造を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、双晶の成長方向を簡略に示す模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＳＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＩＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る希土類永久磁石の実施の形態（以下、実施形態という）及び実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための実施形態及び実施例により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態及び実施例で開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記の実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせても良いし、適宜選択して用いてもよい。
【００２１】
図１は、本発明の好適な一実施形態である希土類永久磁石の模式断面図である。図１に示すように、希土類永久磁石１０は、磁石素体１１と該磁石素体１１の表面全体を覆う被覆層１２とを備える。本実施形態では、希土類永久磁石１０が高い磁気特性を有する観点から、磁石素体１１は希土類焼結磁石を用いている。
【００２２】
磁石素体１１はＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる希土類焼結磁石である。Ｒは、１種以上の希土類元素を表す。希土類元素とは、長周期型周期表の第３族に属するＳｃとＹとランタノイド元素とのことをいう。ランタノイド元素は、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を含む。希土類元素は、軽希土類及び重希土類に分類され、重希土類元素とは、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕをいい、軽希土類元素はそれ以外の希土類元素である。製造コスト及び磁気特性の観点から、ＲはＮｄを含むものであることが好ましい。
【００２３】
Ｔは、Ｆｅ又はＦｅ及びＣｏを含む１種以上の遷移金属元素を示すものである。Ｔは、Ｆｅ単独であってもよく、Ｆｅの一部がＣｏで置換されていてもよい。Ｆｅの一部をＣｏに置換する場合、磁気特性を低下させることなく温度特性を向上させることができる。また、Ｃｏの含有量は、Ｆｅの含有量の２０質量％以下に抑えることが望ましい。これは、Ｃｏの含有量がＦｅの含有量の２０質量％より大きくなるようにＦｅの一部をＣｏに置換すると、磁気特性を低下させる虞がある。また、磁石素体１１が高価となってしまうからである。Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏ以外に、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなどの遷移元素の少なくとも１種の元素を更に含んでいてもよい。
【００２４】
本実施形態に係る希土類永久磁石の主相には、結晶粒の組成がＲ2Ｔ14Ｂという組成式で表されるＲ2Ｔ14Ｂ相とＲ2Ｔ14Ｂ相よりＲが多いＲリッチ相が含まれる。粒界相には、Ｒリッチ相が含まれる。粒界相は、Ｒリッチ相の他に、ホウ素（Ｂ）原子の配合割合が高いＢリッチ相が含まれていてもよい。焼結体の結晶粒の平均粒径は、通常１μｍから３０μｍ程度である。
【００２５】
磁石素体１１は、優れた磁石特性が得られるという観点から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる希土類焼結磁石を用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、他の組成を有する合金を用いてもよい。
【００２６】
被覆層１２は、めっきや気相法により形成した金属を主成分として含む金属層、塗布法や気相法により形成した無機化合物を主成分として含む無機層等からなるものである。これらの中では、めっきや気相法により形成した金属層が好ましい。被覆層１２を金属層とすることで、磁石素体１１に容易に被覆層１２として形成することができる。また、被覆層１２はめっきにより形成しためっき膜とするのがより好ましい。めっき膜は、Ｎｉめっき膜、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌの何れか一つ以上を主成分として含む層で形成される金属めっき膜が好ましい。金属めっき膜の中でも特に被覆層１２は、Ｎｉを含むＮｉめっき膜であることが好ましい。Ｎｉは強度が高く、耐腐食性を有するため、被覆層１２をＮｉめっき膜とすることで、強度が高く、耐腐食性に優れた被覆層１２を形成することできる。これらのめっき膜は、例えば、電気めっき法や無電解めっき法によって形成される。めっき膜は電気めっき法により形成するのが好ましい。被覆層１２を電気めっきで形成することで、磁石素体１１に容易に被覆層１２を形成することができる。また。電気めっきは蒸着などにより被覆層１２を形成する場合に比べて低コスト、かつ簡便に再現性を有して形成することができる。
【００２７】
図２は、被覆層１２の結晶構造を模式的に示す説明図である。図２に示すように、被覆層１２は、柱状結晶１３と双晶１４とを含む。柱状結晶１３は、磁石素体１１に対して略垂直方向に成長し、磁石素体１１の垂直方向に±１０°の範囲内で成長している。双晶１４は、柱状結晶１３から柱状結晶１３とは異なる方向に成長している。柱状結晶１３は磁石素体１１に対して略垂直方向に成長しているため、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対する耐衝撃性を有する。被覆層１２が、柱状結晶１３のみである場合、磁石素体１１に対して被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して被覆層１２は十分な強度を備えることはできない。被覆層１２は、柱状結晶１３の他に柱状結晶１３とは異なる方向に成長した双晶１４を有している。図３は、双晶１４の成長方向を簡略に示す模式図である。図３に示すように、双晶１４は、柱状結晶１３から双晶１４が成長する始点１４ａと磁石素体１１の水平方向とにより形成される角度θを有する方向に成長している。このため、磁石素体１１に対して被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても強度を有し、耐衝撃性を有する。また、被覆層１２は双晶１４を含むため、結晶粒界から水分は被覆層１２内に浸入し難くなり、結晶粒界を介して腐食が進行することを抑制することができる。また、被覆層１２は柱状結晶１３の他に、双晶１４を含むことで、被覆層１２内に形成される結晶が成長する方向は複雑に形成されているため、被覆層１２の表面に傷がついても傷が被覆層１２内部にまで進行することを抑制することができる。このため、被覆層１２に深い傷が形成されるのを抑制することができる。
【００２８】
磁石素体１１の表面全体に形成される被覆層１２の面積に対する柱状結晶１３の存在比率は、２０％以上８０％以下とし、より好ましくは、３０％以上５０％以下であり、更に好ましくは３５％以上４５％以下である。柱状結晶１３の存在比率とは、被覆層１２における柱状結晶１３の体積比をいうが、ここでは、磁石素体１１に対する被覆層１２の成膜方向の断面積における柱状結晶１３の面積比をいう。柱状結晶１３の存在比率が被覆層１２の面積に対して２０％を下回ると、被覆層１２の厚さ方向に加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することができないからである。また、柱状結晶１３の存在比率が被覆層１２の面積に対して８０％を超えると、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することができないからである。被覆層１２の面積に対する柱状結晶１３の存在比率を上記範囲内とすることで、被覆層１２の厚さ方向と被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向との両方から加わる衝撃に対して同時に安定した耐衝撃性を有することができる。
【００２９】
双晶１４は、柱状結晶１３から磁石素体１１に対して３０°と６０°と１２０°と１５０°との各々の方向から±５°の範囲内に結晶方向の角度θ（図３参照）を有する結晶であることが好ましい。即ち、双晶１４は、磁石素体１１に対して２５°以上３５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶と、磁石素体１１に対して５５°以上６５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶と、磁石素体１１に対して１１５°以上１２５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶と、磁石素体１１に対して１４５°以上１５５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶との何れか一つ以上を含んでいる。結晶方向とは、結晶が成長する方向あるいは結晶軸をいう。被覆層１２は、上記のように、柱状結晶１３から所定の角度θ（図３参照）を持って柱状結晶１３から成長した複数の結晶方向をもつ双晶１４を含むことで、被覆層１２の厚さ方向と異なる方向から繰り返し加わる衝撃に対しても更に高い強度を有し、耐衝撃性を有することができる。
【００３０】
被覆層１２における柱状結晶１３の存在比率を１としたときの柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率の割合は、０．１以上０．６以下であることが好ましく、より好ましくは０．２５以上０．５以下であり、更に好ましくは０．３以上０．４５以下である。柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率とは、被覆層１２における柱状結晶１３に対する双晶１４との体積比をいうが、ここでは、磁石素体１１に対する被覆層１２の成膜方向の断面積における柱状結晶１３に対する双晶１４の面積比をいう。柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率が０．１を下回ると、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできないからである。また、柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率が０．６を超えると、被覆層１２の厚さ方向に加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできないからである。柱状結晶１３は被覆層１２を形成する主結晶として存在し、双晶１４は柱状結晶１３から成長する結晶として被覆層１２内に形成されている。被覆層１２を構成する結晶として双晶１４が多すぎると、被覆層１２内の柱状結晶１３は少なくなるため、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。また、被覆層１２に含まれる双晶１４が少なすぎても被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率を、上記範囲内とすることで、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有しつつ、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても十分な耐衝撃性を有することが可能となる。
【００３１】
被覆層１２における柱状結晶１３と双晶１４との存在比率の合計は、４５％以上９０％以下であることが好ましく、より好ましくは５０％以上８５％以下であり、更に好ましくは５５％以上７０％以下である。柱状結晶１３と双晶１４との存在比率とは、被覆層１２における柱状結晶１３と双晶１４との体積比をいうが、ここでは、磁石素体１１に対する被覆層１２の成膜方向の断面積における柱状結晶１３と双晶１４との面積比をいう。被覆層１２において柱状結晶１３と双晶１４の存在比率の合計が４５％より少ないと、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできないからである。また、被覆層１２において柱状結晶１３と双晶１４の存在比率の合計が９０％より多いと、被覆層１２に欠陥が生じやすくなり、不純物、異常粒成長によって被覆層１２の剥離やピンホールが発生しやすくなるからである。また、柱状結晶１３以外の結晶との関係で双晶１４が多くなると、被覆層１２に欠陥が生じやすくなり、不純物、異常粒成長によって被覆層１２の剥離やピンホールが発生しやすくなる。このため、柱状結晶１３以外の結晶に対する双晶１４の存在比率を上記範囲内とすることで、被覆層１２に欠陥が生じるのを抑制すると共に、不純物、異常粒成長によって被覆層１２の剥離やピンホールが発生するのを抑制することができる。
【００３２】
柱状結晶１３の結晶粒径は双晶１４の結晶粒径より大きいことが好ましい。柱状結晶１３は被覆層１２を形成する主結晶として存在し、双晶１４は柱状結晶１３から成長する結晶であるため、柱状結晶１３の粒子径が双晶１４の粒子径よりも小さいと、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。よって、柱状結晶１３の結晶粒径は、双晶１４の結晶粒径よりも大きいことで、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して安定した耐衝撃性を有することができる。
【００３３】
被覆層１２の膜厚は、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは２μｍ以上４０μｍ以下である。被覆層１２の膜厚が１μｍ未満であると、磁石素体１１の表面が外部に露出し易くなり、初期耐食性の確保が困難になる傾向がある。一方、被覆層１２の膜厚が５０μｍを超えると、成膜コストが増大してしまう傾向がある。被覆層１２の厚みを２μｍ以上４０μｍ以下とすることによって、優れた耐食性を有する希土類永久磁石１０とすることができる。
【００３４】
よって、本実施形態の希土類永久磁石１０は、被覆層１２が柱状結晶１３と所定角度の双晶１４とを含み、柱状結晶１３と双晶１４との被覆層１２における存在比率を所定の範囲内としているため、被覆層１２の厚さ方向及び被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する。
【００３５】
希土類永久磁石１０は、磁石素体１１と被覆層１２との間に下地層を有していてもよい。下地層は、被覆層１２と同様の組成であってもよく、例えば、めっきや気相法により形成した金属を主成分として含む金属層、塗布法や気相法により形成した無機化合物を主成分として含む無機層等からなるものであってもよい。希土類永久磁石１０は、被覆層１２の表面上に被覆層１２と同じ材料又は被覆層１２とは異なる材料で形成される被覆層を更に有していてもよい。また、希土類永久磁石１０は、被覆層１２の他に異なる結晶構造の層を備えていてもよい。例えば、非晶質層や光沢めっきなどの微結晶層であってもよい。希土類永久磁石１０は、磁石素体１１の表面に少なくとも被覆層１２が形成されていればよい。
【００３６】
＜希土類永久磁石の製造方法＞
本実施形態の希土類永久磁石１０の製造方法について説明する。磁石素体１１の各構成元素の原料金属を準備し、これらを用いてストリップキャスト（ＳＣ）法等を行なうことにより原料合金を作製する。原料金属は、例えば、希土類金属や希土類合金、純鉄、フェロボロン、またはこれらの合金が挙げられる。これらを用い、所望とする希土類焼結磁石の組成を有する原料合金を作製する。なお、原料合金としては、組成が異なる複数のものを用いてもよい。
【００３７】
原料合金を粉砕して、原料合金粉末を準備する。原料合金の粉砕は、粗粉砕及び微粉砕の２段階で行うことが好ましい。粗粉砕は、例えば、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。また、粗粉砕は、水素を吸蔵させた後、粉砕を行う水素吸蔵粉砕により行うこともできる。粗粉砕は、原料合金を粒径が数百μｍ程度の粉末になるまで粉砕を行う。
【００３８】
微粉砕は、粗粉砕して得られた粉砕物を、更に平均粒径が３μｍ以上５μｍ以下の粉末とする。微粉砕は、例えば、ジェットミルなどを用いて行うことができる。原料合金の粉砕は、必ずしも粗粉砕と微粉砕との２段階で行なう必要はなく、所望の平均粒径に粉砕されていれば良い。また、原料合金を複数種類準備した場合は、複数種類の原料合金毎に予め別々に粉砕して混合するようにしてもよい。あるいは、複数種類の原料合金毎に予め別々に粗粉砕して粉砕物を得た後、それら複数種類の粉砕物を混合して微粉砕するようにしてもよい。さらには、原料合金を予め混合した後、粉砕を行うようにしてもよい。
【００３９】
このようにして得られた原料粉末を磁場中で成形して、成形体を得る。原料粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料粉末の結晶軸を配向させながら、原料粉末を加圧することにより成形を行なう。この磁場中の成形は、例えば、１２．０ｋＯｅ以上１７．０ｋＯｅ以下の磁場中、０．７ｔ／ｃｍ2以上１．５ｔ／ｃｍ2以下の圧力で行なう。
【００４０】
磁場中成形後、成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼成し、焼結体を得る。焼成は、組成、粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、例えば、１０００℃以上１１００℃以下で１時間以上５時間以下行う。
【００４１】
必要に応じて焼結体に時効処理を施すことにより、希土類焼結磁石（図１中、磁石素体１１）を得る。時効処理を行うことによって、得られる希土類焼結磁石の保磁力ＨｃＪが向上する傾向にある。時効処理は、例えば、２段階に分けて行うことができ、８００℃程度と６００℃程度の２つの温度条件で時効処理を行うことが好ましい。上記条件で時効処理を行うことで、より優れた保磁力ＨｃＪを有する希土類焼結磁石が得られる。なお、時効処理を１段階で行う場合は、６００℃程度の温度とすることが好ましい。
【００４２】
このようにして得られた磁石素体１１の表面に被覆層１２を形成する。被覆層１２としてめっき膜を形成する場合は、例えば、以下の手順で磁石素体１１の表面上に被覆層１２を形成する。
【００４３】
めっき膜の形成を容易にするために、磁石素体１１に、アルカリ脱脂処理、酸洗浄処理、スマット除去処理等の前処理を施す。前処理した磁石素体１１を、ニッケル源、導電性塩、及びｐＨ安定剤等を含むめっき浴に浸漬し、所定時間、電気めっきを行なう。
【００４４】
電気めっきを行なう際、めっき浴は形成したいめっき膜に応じて選択すればよいが、その際、めっき浴の種類やめっき時の電流密度を調節することにより、被覆層１２の平均結晶粒径及び結晶の形状を制御することができる。電流密度を０．０１Ａ／ｄｍ2以上０．３Ａ／ｄｍ2以下とし、さらにバレルめっき法の場合、１バレル内において、メディア（鉄球）など、めっきが被着する全領域の面積に対して投入する磁石素体の表面積の合計の比（被着面積比）が１／１．８以上１／３．５以下の範囲となるようにする。また適切な光沢剤を使用して、被覆層１２を形成することで、本発明の柱状結晶１３と双晶１４とを含む結晶構造を有する被覆層１２を形成することができる。これによって、所望の厚みの被覆層１２を、磁石素体１１上に形成する。このようにして、磁石素体１１と該磁石素体１１の表面全体を覆う被覆層１２とを有する希土類永久磁石１０を得ることができる。
【００４５】
めっき用の光沢剤は、例えば、必要に応じて半光沢添加剤又は光沢添加剤を用いる。半光沢添加剤は、例えば、ブチンジオール、クマリン、プロパギルアルコール又はホルマリンなどの硫黄を含まない有機物などがある。また、光沢添加剤のうち、一次光沢剤は、例えば、サッカリン、１，５−ナフタリンジスルホン酸ナトリウム、１，３，６−ナフタレントリスルホン酸ナトリウム、パラトルエンスルホンアミドなどである。二次光沢剤は、例えば、クマリン、２−ブチン−１，４−ジオール、エチレンシアンヒドリン、プロパギルアルコール、ホルムアルデヒド、チオ尿素、キノリン又はピリジンなどである。
【００４６】
希土類永久磁石１０の製造方法は上述の方法に限定されるものではなく、無電解めっき方法などによって、被覆層１２を形成してもよい。なお、必ずしも磁石素体１１の表面全体に被覆層１２を形成する必要はなく、磁石素体１１の形状や、希土類永久磁石１０の用途に応じて、耐衝撃性を有することが求められる部位のみに被覆層１２を形成してもよい。あるいは、被覆層１２の表面上に被覆層１２と同じ材料又は被覆層１２とは異なる材料で形成される被覆層を更に有していてもよい。また、希土類永久磁石１０は、被覆層１２の他に異なる結晶構造の層を備えていてもよい。例えば、非晶質層や光沢めっきなどの微結晶層であってもよい。希土類永久磁石１０は、磁石素体１１の表面に少なくとも被覆層１２が形成されていればよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態の希土類永久磁石１０は、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有するので、この希土類永久磁石１０は、例えばロータ表面に磁石を取り付けた表面磁石型（Surface Permanent Magnet：ＳＰＭ）モータ、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ、ＰＲＭ（Permanent magnet Reluctance Motor）、ダイレクトドライブモータ（ＤＤＭ：Direct drive Motor）などの磁石として好適に用いられる。
【００４８】
＜モータ＞
本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０をモータに用いた好適な実施形態について説明する。本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０をＳＰＭモータやＩＰＭモータの永久磁石として適用した一例について説明する。図４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＳＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。本実施形態のＳＰＭモータ２０は、円筒状のロータ２１とステータ２２とを有している。図４に示すように、ロータ２１は、円筒状のロータコア２３と永久磁石２４と磁石挿入スロット２５とを有する。永久磁石２４は、磁石挿入スロット２５内に設けられている。永久磁石２４は、円筒状のロータコア２３の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶように複数設けられている。永久磁石２４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０が用いられる。ステータ２２はロータ２１の内側に配置されている。ステータ２２は、外周面に沿って設けられた複数のステータコア２６を有している。ステータコア２６には、コイル２７が巻装されている。このステータコア２６と永久磁石２４とは互いに対向するように配置されている。ステータ２２は、電磁気的作用によってロータ２１にトルクを与え、ロータ２１は円周方向に回転する。
【００４９】
ＳＰＭモータ２０は、ロータ２１に永久磁石２４を備え、永久磁石２４は繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有する優れた被覆層１２（図１参照）で被覆されている。このため、モータの動作時の遠心力や発熱によるモータ部材の膨張や、ロータ２１とステータ２２とのギャップの間に粉塵等を巻き込んだとしても、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０を適用した永久磁石２４は傷がつきにくく、永久磁石２４の表面にクラック等の傷が発生し難いため、耐衝撃性を有する。また、磁石素体１１（図１参照）の腐食を、長期間に亘って十分に抑制することができ、優れた耐食性を有する。磁石素体１１はＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる希土類永久磁石であるため磁石素体１１自体は腐食し易いものであっても磁石素体１１の腐食の進行に伴う経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができるため、ＳＰＭモータ２０は、従来よりも長期間に亘って高出力を維持することができる。
【００５０】
図５は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＩＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。図５に示すように、ＩＰＭモータ３０はインナーロータ型のブラシレスモータとして構成されている。即ち、ＩＰＭモータ３０は、ロータ３１とステータ３２とを有する。ロータ３１は、円筒状のロータコア３３と、円筒状のロータコア３３の外周面に沿って所定の間隔で設けられる永久磁石３４と、永久磁石３４を収容する複数の磁石挿入スロット３５とを有する。永久磁石３４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０が用いられる。この永久磁石３４は、ロータ３１の円周方向に沿って隣り合う各々の磁石挿入スロット３５内にＮ極とＳ極が交互に並ぶように設けられている。これによって、円周方向に沿って隣り合う永久磁石３４は、ロータ３１の径方向に沿って互いに逆の方向の磁力線を発生する。ステータ３２は、その内周に、ロータ３１の外周面に沿って所定の間隔で設けられた複数のステータコア３６を有している。この複数のステータコア３６はステータ３２の中心に向けてロータ３１に対向するようにステータ３２の内壁から突設されている。各々のステータコア３６にはコイル３７が巻装されている。永久磁石３４とステータコア３６とは互いに対向するように設けられている。ステータ３２は、電磁気的作用によってロータ３１にトルクを与え、ロータ３１は円周方向に回転する。
【００５１】
ＩＰＭモータ３０は、ロータ３１の磁石挿入スロット３５に永久磁石３４を挿入して使用しても、永久磁石３４は繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有する被覆層１２（図１参照）で被覆されている。このため、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用した永久磁石３４は被覆層１２（図１参照）が傷ついて磁石素体１１（図１参照）が露出することや被覆層１２に割れや欠けが生じることを抑制することができるので、耐衝撃性を有すると共に、磁石素体１１の腐食を、長期間に亘って十分に抑制することができ、優れた耐食性を有する。よって、ＩＰＭモータ３０は、磁石素体１１が露出し、腐食することにより発生する経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することが可能となり、ＩＰＭモータ３０は、長期間に亘って高出力を維持することができ、信頼性に優れる。
【００５２】
また、本実施形態に係る被覆層１２を備える希土類永久磁石１０が適用されるモータは、希土類永久磁石が砂塵などの外乱粒子と接触する可能性のある構造や、希土類永久磁石と他のモータ部材とが接触する可能性のある構造を有するものであればよい。上述のＳＰＭモータ２０、ＩＰＭモータ３０以外の他に、本実施形態に係る希土類永久磁石１０が適用されるモータとしては、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、ボイスコイルモータ、振動モータなどがある。
【００５３】
このように、希土類永久磁石１０は、ＳＰＭモータ２０やＩＰＭモータ３０などの永久磁石として砂塵などと接触する可能性があるような過酷な環境下で使用しても、繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する。従って、希土類永久磁石１０は、モータ用などの永久磁石として使用しても希土類永久磁石１０の有する磁気特性を長期間に亘って維持することが可能であるため、長期間に亘って安定して高出力を維持することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明の内容を実施例及び比較例を用いて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５５】
＜希土類永久磁石の作製＞
［実施例１］
Ｎｄ14Ｄｙ1Ｆｅ78Ｂ7の組成を有するインゴットを、スタンプミル及びボールミルにより粉砕し、所望の組成を有する合金粉末を得た。
【００５６】
得られた合金粉末を、磁場中でプレス成形して成形体を作製した。この成形体を、１１００℃程度での温度で１時間保持した後、焼結して焼結体を得た。この焼結体に、Ａｒガス雰囲気下で、６００℃程度の温度で２時間保持して時効処理を施し、希土類焼結磁石を得た。得られた希土類焼結磁石を、２０×１０×２（ｍｍ）の大きさに加工し、バレル研磨処理により面取りを行って磁石素体を得た。この磁石素体に、アルカリ脱脂処理、水洗、硝酸溶液による酸洗浄処理、水洗、超音波洗浄によるスマット除去処理、水洗からなる前処理を施した。
【００５７】
表１の組成を有するめっき浴を調製した。このめっき浴のｐＨは４．５、温度は４０℃であった。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記表１の組成を有するめっき浴に、上述の通り、前処理を施した磁石素体を浸漬し、電気めっきを行った。電気めっきは、バレルめっき法により、電流密度０．１Ａ／ｄｍ2とし、めっきが被着する全領域の面積に対する磁石素体の表面積の比（被着面積比）が１／２．５となるようにして、磁石素体の表面に被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を１０μｍ程度形成した。このようにして、磁石素体の表面上にＮｉめっき膜からなる被覆層が形成された希土類永久磁石を得た。得られた希土類永久磁石を、純水で洗浄して乾燥し、下記評価用の試料とした。
【００６０】
［実施例２］
下記表２の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．５、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．２Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／２．０となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６１】
【表２】
【００６２】
［実施例３］
下記表３の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．０、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．１Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／３．０となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６３】
【表３】
【００６４】
［実施例４］
下記表４の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．０、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．０１Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／３．０となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６５】
【表４】
【００６６】
［比較例１］
下記表５の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．５、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．８Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／１．５となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６７】
【表５】
【００６８】
＜被覆層の結晶構造の評価＞
被覆層の結晶構造の評価は、被覆層を収束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）で断面加工した後、走査イオン顕微鏡（Structured Illumination Microscopy：ＳＩＭ）で観察、撮影した。撮影した画像を２次元フーリエ変換することで、結晶の成長方向（角度）と当該角度をもつ結晶の頻度（割合）とを算出した。算出された結晶の成長方向（角度）と当該角度をもつ結晶の頻度（割合）とから、被覆層（めっき）の面積に対する柱状結晶の存在比率（％)と、柱状結晶の存在比率（％)に対する双晶の存在比率（％)の割合と、被覆層（めっき）の面積における柱状結晶と双晶との存在比率（％)の合計とを求めた。なお、柱状結晶の存在比率（％)に対する双晶の存在比率（％)の割合は、被覆層（めっき）における柱状結晶の存在比率を１とした。実施例１から実施例４、比較例１の評価結果を下記表６に示す。
【００６９】
＜硬さ＞
市販の微小ビッカース硬度計を用いて、希土類永久磁石の被覆層のビッカース硬度（Ｈｖ）を計測した。この計測結果を下記表６に示す。
【００７０】
【表６】
【００７１】
＜摩耗量＞
上述の通り作製した希土類永久磁石を用いて、ダイレクトドライブ方式の（ダイレクトドライブ）モータ（(Direct Drive) motor：ＤＤモータ）を組み立てた。ＤＤモータは、ロータが２４極、ステータが３６スロットのアウターロータ方式の３相のダイレクトドライブブラシレスＤＣモータとした。このＤＤモータを、降塵試験装置内に設置し、「ＪＩＳ Ｃ６００６８−２−６８」に準拠して砂塵（降塵）試験を行った（試験種類：試験Ｌｂ）。砂塵試験中に、ＤＤモータを、３相インバータ正弦波駆動により回転数１４００ｒｐｍで所定時間（１日から３０日間）連続駆動させた。実施例１から実施例４、比較例１の結果を下記表７に示す。
【００７２】
砂塵試験後のＤＤモータを分解し、砂塵の衝突により生じた希土類永久磁石の被覆層表面の傷を任意に１０点選択した。市販のレーザー顕微鏡を用いて選択した傷の表面形状を観察し、高さ情報を含んだ画像情報を記録した。この画像情報から傷深さを求め、その最大値を摩耗量とした。傷の観察の結果は以下のＡからＤに分類して評価した。実施例１から実施例４、比較例１の結果を表７に示す。
Ａ：希土類永久磁石の被覆層の摩耗量が１μｍ以下であり、且つ被覆層の表面の傷部にクラックが発生していないもの
Ｂ：摩耗量が１μｍ以上であり、且つ被覆層の表面の傷部にクラックが発生していないもの
Ｃ：被覆層の表面の傷部にクラックが発生しているもの
Ｄ：磁石素体が露出しているもの
【００７３】
＜耐食性＞
上述の砂塵試験後のＤＤモータを分解して取り出した希土類永久磁石を、温度８５℃、相対湿度８５ＲＨ％に維持された恒温恒湿槽に５００時間保持し、保持前後における外観変化を目視にて評価した。評価基準は、以下のＡ、Ｂに分類して各評価を行った。実施例１から実施例４、比較例１の各評価結果を下記表７に示す。
Ａ：外観変化が認められなかったもの
Ｂ：傷部から発錆びが認められたもの
【００７４】
【表７】
【００７５】
砂塵試験において、実施例１から４は、降塵を３０日間行った後の被覆層の傷部にクラックは発生しておらず、腐食も生じておらず外観に変化は見られなかった。これに対し、比較例１は、被覆層の表面の傷部にクラックが発生しているか被覆層に磁石素体が露出するほどのクラックが発生し、傷部から腐食が発生していた。表６、７より、被覆層（めっき）は、柱状結晶と双晶とを含み、その被覆層に含まれる柱状結晶の存在比率を所定の範囲内とすることで、被覆層の硬さ（Ｈｖ）は抑えられるので被覆層の耐傷性が向上するといえる。従って、被覆層が柱状結晶と双晶とを含み、被覆層に含まれる柱状結晶の存在比率を所定の範囲内とする希土類永久磁石は、安定して高い耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有することが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る希土類永久磁石は、優れた耐衝撃性及び耐食性を有するので、モータ用の永久磁石として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 希土類永久磁石
１１ 磁石素体
１２ 被覆層
１３ 柱状結晶
１４ 双晶
２０ ＳＰＭモータ
２１、３１ ロータ
２２、３２ ステータ
２３、３３ ロータコア
２４、３４ 永久磁石
２５、３５ 磁石挿入スロット
２６、３６ ステータコア
２７、３７ コイル
３０ ＩＰＭモータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類永久磁石及びそれを用いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系（Ｒは希土類元素を表す）などの希土類永久磁石は、高性能な永久磁石として、電気自動車やハイブリッドカーなど特に高性能が要求されるモータなどに使用されている。この希土類永久磁石は、主成分として酸化され易い希土類元素と鉄とを含有するため、使用される環境条件によって、腐食などが発生し易い。このため、希土類永久磁石の表面の保護を目的として希土類永久磁石には被覆層が設けられる。被覆層は、希土類永久磁石の用途や求められる特性に応じて、めっき膜や樹脂膜などで形成される。
【０００３】
例えば、磁石素体の表面に、該磁石素体に略平行に成長した柱状結晶を有するＮｉめっき層を形成して磁石素体を被覆し、耐食性を改善したＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種を示し、ＴＭは、Ｆｅを主体とする遷移金属を示す。）が開示されている（特許文献１参照）。このＮｉめっき層は、磁石素体に略平行に成長した柱状結晶を有することで、Ｎｉめっき層の形成時にＮｉめっき層に形成されるピンホールの発生を防ぐようにしている。これにより、Ｎｉめっき層から水分が浸入するのを防ぎ、Ｎｉめっき層に被覆された磁石素材の腐食を予防し、耐食性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０６１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
希土類永久磁石は様々な用途に用いられており、磁石素体に形成される被覆層にとっても、用途に応じて様々な特性が要求される。例えば、モータ等の内部に希土類永久磁石が露出する状態で用いられる場合、砂塵、煤塵がモータ等の内部に浸入した際には、モータ等に用いられる希土類永久磁石は、モータの回転運動に伴い、希土類永久磁石に連続的な衝撃が繰り返し加わることとなる。このため、希土類永久磁石の表面は、繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性（容易に割れや欠けを生じないこと）を有し、かつ優れた耐食性（容易に腐食することがないこと）を有することが求められる。
【０００６】
特許文献１に記載のＮｉめっき層は、Ｎｉめっき層の形成時にＮｉめっき層に形成されるピンホールの発生を防いで、磁石素体まで水分が到達するのを防ぐようにしている。しかしながら、特許文献１に記載のＮｉめっき層は、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有しておらず、煤塵等により加わった傷に起因して生じる腐食については考慮されていない、という問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載のＮｉめっき層は、磁石素体に略平行に成長した柱状結晶を有するため、結晶粒界を介して拡散した腐食性不純物が、Ｎｉめっき／磁石素体界面に到達し腐食進行した場合、Ｎｉめっき／磁石素体界面でＮｉめっき層が剥がれ易い、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する希土類永久磁石及びそれを用いたモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る希土類焼結磁石は、磁石素体と、前記磁石素体の表面に形成される被覆層とを有し、前記被覆層が、前記磁石素体の表面の接線に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶と、前記柱状結晶から前記柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶とを含み、前記磁石素体の表面に形成される前記被覆層に対する前記柱状結晶の存在比率が、２０％以上８０％以下であることを特徴とする。なお、柱状結晶の存在比率とは、被覆層における柱状結晶の体積比をいうが、ここでは、磁石素体に対する被覆層の成膜方向の断面積における柱状結晶の面積比をいう。
【００１０】
本発明の希土類焼結磁石は、磁石素体に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶を有している。柱状結晶は磁石素体に対して略垂直方向に成長しているため、被覆層の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対する耐衝撃性を有する。被覆層が、柱状結晶のみである場合、磁石素体に対して被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して被覆層は十分な強度を備えることはできない。本発明は、柱状結晶の他に、柱状結晶から柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶を有している。双晶とは、鏡像関係など対称性を有する方向に成長した結晶をいう。このため、磁石素体に対して被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても強度を有し、耐衝撃性を有する。また、磁石素体の表面全体の面積に対する柱状結晶の存在比率は、２０％以上８０％以下であるため、被覆層の厚さ方向と被覆層の厚さ方向とは異なる方向との両方から加わる衝撃に対して同時に安定した耐衝撃性を有する。また、被覆層は柱状結晶以外に双晶を含むため、例えば、結晶粒界からの不純物の拡散を抑制したり、結晶粒界に起因する電気化学的な欠陥を抑制することで、被覆層自体あるいは被覆層下の磁石素体の腐食が進行することを抑制することができる。また、被覆層は柱状結晶の他に双晶も含むことで、被覆層内に形成される結晶が成長する方向は複雑に形成されるため、被覆層表面に傷が生じても傷が被覆層の内部にまで進行することを抑制することができるので、被覆層に深い傷が形成されるのを抑制することができる。よって、本発明の希土類焼結磁石は、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する。このため、本発明の希土類焼結磁石は、繰り返し衝撃を受け易い、モータ用の永久磁石として好適に用いることができる。
【００１１】
また、本発明では、前記双晶が、前記磁石素体の表面の接線に対して３０°と６０°と１２０°と１５０°との各々の方向から±５°の範囲内に結晶方向をもつ結晶であることが好ましい。双晶は柱状結晶から上記範囲内の結晶方向を持つ複数の結晶であるため、磁石素体に対して被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても更に高い強度を有し、耐衝撃性を有することができる。
【００１２】
また、本発明では、前記被覆層における前記柱状結晶の存在比率を１としたときの前記柱状結晶の存在比率に対する前記双晶の存在比率の割合が、０．１以上０．６以下であることが好ましい。柱状結晶の存在比率に対する双晶の存在比率とは、被覆層における柱状結晶に対する双晶の体積比をいうが、ここでは、磁石素体に対する被覆層の成膜方向の断面積における柱状結晶に対する双晶の面積比をいう。柱状結晶は被覆層を主に形成する主結晶として存在し、双晶は柱状結晶から成長する結晶として被覆層内に形成されている。被覆層を構成する結晶として双晶が多すぎると、被覆層の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。柱状結晶の存在比率に対する双晶の存在比率の割合を上記範囲内とすることで、被覆層の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有しつつ、被覆層の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても十分な耐衝撃性を有することができる。
【００１３】
また、本発明では、前記被覆層における前記柱状結晶と前記双晶との存在比率の合計が、４５％以上９０％以下であることが好ましい。柱状結晶と双晶との存在比率とは、被覆層における柱状結晶と双晶との体積比をいうが、ここでは、磁石素体に対する被覆層の成膜方向の断面積における柱状結晶と双晶との面積比をいう。柱状結晶以外の結晶との関係で双晶が多くなると、被覆層に欠陥が生じやすくなり、不純物、異常粒成長によって被覆層の剥離やピンホールが発生しやすくなる。柱状結晶以外の結晶に対する双晶の存在比率を上記範囲内とすることで、被覆層に欠陥が生じるのを抑制することができると共に、不純物、異常粒成長によって被覆層の剥離やピンホールが発生するのを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記被覆層が、金属層であることが好ましい。被覆層を金属層とすることで、磁石素体に容易に被覆層を形成することができる。
【００１５】
また、本発明では、前記被覆層が、電気めっきで形成されることが好ましい。被覆層を電気めっきで形成することで、磁石素体に容易に被覆層を形成することができる。電気めっきは蒸着などにより被覆層を形成する場合に比べて低コスト、かつ簡便に再現性を有して形成することができる。
【００１６】
また、本発明では、前記被覆層が、Ｎｉを含むＮｉめっき膜であることが好ましい。Ｎｉは強度が高く、耐腐食性を有するため、強度が高く、耐腐食性に優れた被覆層を形成することできる。
【００１７】
また、本発明に係るモータは、上記の希土類永久磁石を含むことを特徴とする。本発明のモータは、上記特徴を有する希土類永久磁石を備えるため、砂塵等がある過酷な環境下で使用しても、高い出力で長時間安定して継続して運転することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する希土類永久磁石を提供することができる。また、上記希土類焼結磁石をモータに用いることにより、モータ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の好適な一実施形態である希土類永久磁石の模式断面図である。
【図２】図２は、被覆層の結晶構造を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、双晶の成長方向を簡略に示す模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＳＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＩＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る希土類永久磁石の実施の形態（以下、実施形態という）及び実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための実施形態及び実施例により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態及び実施例で開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記の実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせても良いし、適宜選択して用いてもよい。
【００２１】
図１は、本発明の好適な一実施形態である希土類永久磁石の模式断面図である。図１に示すように、希土類永久磁石１０は、磁石素体１１と該磁石素体１１の表面全体を覆う被覆層１２とを備える。本実施形態では、希土類永久磁石１０が高い磁気特性を有する観点から、磁石素体１１は希土類焼結磁石を用いている。
【００２２】
磁石素体１１はＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる希土類焼結磁石である。Ｒは、１種以上の希土類元素を表す。希土類元素とは、長周期型周期表の第３族に属するＳｃとＹとランタノイド元素とのことをいう。ランタノイド元素は、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を含む。希土類元素は、軽希土類及び重希土類に分類され、重希土類元素とは、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕをいい、軽希土類元素はそれ以外の希土類元素である。製造コスト及び磁気特性の観点から、ＲはＮｄを含むものであることが好ましい。
【００２３】
Ｔは、Ｆｅ又はＦｅ及びＣｏを含む１種以上の遷移金属元素を示すものである。Ｔは、Ｆｅ単独であってもよく、Ｆｅの一部がＣｏで置換されていてもよい。Ｆｅの一部をＣｏに置換する場合、磁気特性を低下させることなく温度特性を向上させることができる。また、Ｃｏの含有量は、Ｆｅの含有量の２０質量％以下に抑えることが望ましい。これは、Ｃｏの含有量がＦｅの含有量の２０質量％より大きくなるようにＦｅの一部をＣｏに置換すると、磁気特性を低下させる虞がある。また、磁石素体１１が高価となってしまうからである。Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏ以外に、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなどの遷移元素の少なくとも１種の元素を更に含んでいてもよい。
【００２４】
本実施形態に係る希土類永久磁石の主相には、結晶粒の組成がＲ2Ｔ14Ｂという組成式で表されるＲ2Ｔ14Ｂ相とＲ2Ｔ14Ｂ相よりＲが多いＲリッチ相が含まれる。粒界相には、Ｒリッチ相が含まれる。粒界相は、Ｒリッチ相の他に、ホウ素（Ｂ）原子の配合割合が高いＢリッチ相が含まれていてもよい。焼結体の結晶粒の平均粒径は、通常１μｍから３０μｍ程度である。
【００２５】
磁石素体１１は、優れた磁石特性が得られるという観点から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる希土類焼結磁石を用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、他の組成を有する合金を用いてもよい。
【００２６】
被覆層１２は、めっきや気相法により形成した金属を主成分として含む金属層、塗布法や気相法により形成した無機化合物を主成分として含む無機層等からなるものである。これらの中では、めっきや気相法により形成した金属層が好ましい。被覆層１２を金属層とすることで、磁石素体１１に容易に被覆層１２として形成することができる。また、被覆層１２はめっきにより形成しためっき膜とするのがより好ましい。めっき膜は、Ｎｉめっき膜、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌの何れか一つ以上を主成分として含む層で形成される金属めっき膜が好ましい。金属めっき膜の中でも特に被覆層１２は、Ｎｉを含むＮｉめっき膜であることが好ましい。Ｎｉは強度が高く、耐腐食性を有するため、被覆層１２をＮｉめっき膜とすることで、強度が高く、耐腐食性に優れた被覆層１２を形成することできる。これらのめっき膜は、例えば、電気めっき法や無電解めっき法によって形成される。めっき膜は電気めっき法により形成するのが好ましい。被覆層１２を電気めっきで形成することで、磁石素体１１に容易に被覆層１２を形成することができる。また。電気めっきは蒸着などにより被覆層１２を形成する場合に比べて低コスト、かつ簡便に再現性を有して形成することができる。
【００２７】
図２は、被覆層１２の結晶構造を模式的に示す説明図である。図２に示すように、被覆層１２は、柱状結晶１３と双晶１４とを含む。柱状結晶１３は、磁石素体１１に対して略垂直方向に成長し、磁石素体１１の垂直方向に±１０°の範囲内で成長している。双晶１４は、柱状結晶１３から柱状結晶１３とは異なる方向に成長している。柱状結晶１３は磁石素体１１に対して略垂直方向に成長しているため、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対する耐衝撃性を有する。被覆層１２が、柱状結晶１３のみである場合、磁石素体１１に対して被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して被覆層１２は十分な強度を備えることはできない。被覆層１２は、柱状結晶１３の他に柱状結晶１３とは異なる方向に成長した双晶１４を有している。図３は、双晶１４の成長方向を簡略に示す模式図である。図３に示すように、双晶１４は、柱状結晶１３から双晶１４が成長する始点１４ａと磁石素体１１の水平方向とにより形成される角度θを有する方向に成長している。このため、磁石素体１１に対して被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても強度を有し、耐衝撃性を有する。また、被覆層１２は双晶１４を含むため、結晶粒界から水分は被覆層１２内に浸入し難くなり、結晶粒界を介して腐食が進行することを抑制することができる。また、被覆層１２は柱状結晶１３の他に、双晶１４を含むことで、被覆層１２内に形成される結晶が成長する方向は複雑に形成されているため、被覆層１２の表面に傷がついても傷が被覆層１２内部にまで進行することを抑制することができる。このため、被覆層１２に深い傷が形成されるのを抑制することができる。
【００２８】
磁石素体１１の表面全体に形成される被覆層１２の面積に対する柱状結晶１３の存在比率は、２０％以上８０％以下とし、より好ましくは、３０％以上５０％以下であり、更に好ましくは３５％以上４５％以下である。柱状結晶１３の存在比率とは、被覆層１２における柱状結晶１３の体積比をいうが、ここでは、磁石素体１１に対する被覆層１２の成膜方向の断面積における柱状結晶１３の面積比をいう。柱状結晶１３の存在比率が被覆層１２の面積に対して２０％を下回ると、被覆層１２の厚さ方向に加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することができないからである。また、柱状結晶１３の存在比率が被覆層１２の面積に対して８０％を超えると、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することができないからである。被覆層１２の面積に対する柱状結晶１３の存在比率を上記範囲内とすることで、被覆層１２の厚さ方向と被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向との両方から加わる衝撃に対して同時に安定した耐衝撃性を有することができる。
【００２９】
双晶１４は、柱状結晶１３から磁石素体１１に対して３０°と６０°と１２０°と１５０°との各々の方向から±５°の範囲内に結晶方向の角度θ（図３参照）を有する結晶であることが好ましい。即ち、双晶１４は、磁石素体１１に対して２５°以上３５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶と、磁石素体１１に対して５５°以上６５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶と、磁石素体１１に対して１１５°以上１２５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶と、磁石素体１１に対して１４５°以上１５５°以下の範囲内に結晶方向をもつ結晶との何れか一つ以上を含んでいる。結晶方向とは、結晶が成長する方向あるいは結晶軸をいう。被覆層１２は、上記のように、柱状結晶１３から所定の角度θ（図３参照）を持って柱状結晶１３から成長した複数の結晶方向をもつ双晶１４を含むことで、被覆層１２の厚さ方向と異なる方向から繰り返し加わる衝撃に対しても更に高い強度を有し、耐衝撃性を有することができる。
【００３０】
被覆層１２における柱状結晶１３の存在比率を１としたときの柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率の割合は、０．１以上０．６以下であることが好ましく、より好ましくは０．２５以上０．５以下であり、更に好ましくは０．３以上０．４５以下である。柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率とは、被覆層１２における柱状結晶１３に対する双晶１４との体積比をいうが、ここでは、磁石素体１１に対する被覆層１２の成膜方向の断面積における柱状結晶１３に対する双晶１４の面積比をいう。柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率が０．１を下回ると、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできないからである。また、柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率が０．６を超えると、被覆層１２の厚さ方向に加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできないからである。柱状結晶１３は被覆層１２を形成する主結晶として存在し、双晶１４は柱状結晶１３から成長する結晶として被覆層１２内に形成されている。被覆層１２を構成する結晶として双晶１４が多すぎると、被覆層１２内の柱状結晶１３は少なくなるため、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。また、被覆層１２に含まれる双晶１４が少なすぎても被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。柱状結晶１３の存在比率に対する双晶１４の存在比率を、上記範囲内とすることで、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有しつつ、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対しても十分な耐衝撃性を有することが可能となる。
【００３１】
被覆層１２における柱状結晶１３と双晶１４との存在比率の合計は、４５％以上９０％以下であることが好ましく、より好ましくは５０％以上８５％以下であり、更に好ましくは５５％以上７０％以下である。柱状結晶１３と双晶１４との存在比率とは、被覆層１２における柱状結晶１３と双晶１４との体積比をいうが、ここでは、磁石素体１１に対する被覆層１２の成膜方向の断面積における柱状結晶１３と双晶１４との面積比をいう。被覆層１２において柱状結晶１３と双晶１４の存在比率の合計が４５％より少ないと、被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできないからである。また、被覆層１２において柱状結晶１３と双晶１４の存在比率の合計が９０％より多いと、被覆層１２に欠陥が生じやすくなり、不純物、異常粒成長によって被覆層１２の剥離やピンホールが発生しやすくなるからである。また、柱状結晶１３以外の結晶との関係で双晶１４が多くなると、被覆層１２に欠陥が生じやすくなり、不純物、異常粒成長によって被覆層１２の剥離やピンホールが発生しやすくなる。このため、柱状結晶１３以外の結晶に対する双晶１４の存在比率を上記範囲内とすることで、被覆層１２に欠陥が生じるのを抑制すると共に、不純物、異常粒成長によって被覆層１２の剥離やピンホールが発生するのを抑制することができる。
【００３２】
柱状結晶１３の結晶粒径は双晶１４の結晶粒径より大きいことが好ましい。柱状結晶１３は被覆層１２を形成する主結晶として存在し、双晶１４は柱状結晶１３から成長する結晶であるため、柱状結晶１３の粒子径が双晶１４の粒子径よりも小さいと、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有することはできなくなる。よって、柱状結晶１３の結晶粒径は、双晶１４の結晶粒径よりも大きいことで、被覆層１２の厚さ方向に繰り返し加わる衝撃に対して安定した耐衝撃性を有することができる。
【００３３】
被覆層１２の膜厚は、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは２μｍ以上４０μｍ以下である。被覆層１２の膜厚が１μｍ未満であると、磁石素体１１の表面が外部に露出し易くなり、初期耐食性の確保が困難になる傾向がある。一方、被覆層１２の膜厚が５０μｍを超えると、成膜コストが増大してしまう傾向がある。被覆層１２の厚みを２μｍ以上４０μｍ以下とすることによって、優れた耐食性を有する希土類永久磁石１０とすることができる。
【００３４】
よって、本実施形態の希土類永久磁石１０は、被覆層１２が柱状結晶１３と所定角度の双晶１４とを含み、柱状結晶１３と双晶１４との被覆層１２における存在比率を所定の範囲内としているため、被覆層１２の厚さ方向及び被覆層１２の厚さ方向とは異なる方向から繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する。
【００３５】
希土類永久磁石１０は、磁石素体１１と被覆層１２との間に下地層を有していてもよい。下地層は、被覆層１２と同様の組成であってもよく、例えば、めっきや気相法により形成した金属を主成分として含む金属層、塗布法や気相法により形成した無機化合物を主成分として含む無機層等からなるものであってもよい。希土類永久磁石１０は、被覆層１２の表面上に被覆層１２と同じ材料又は被覆層１２とは異なる材料で形成される被覆層を更に有していてもよい。また、希土類永久磁石１０は、被覆層１２の他に異なる結晶構造の層を備えていてもよい。例えば、非晶質層や光沢めっきなどの微結晶層であってもよい。希土類永久磁石１０は、磁石素体１１の表面に少なくとも被覆層１２が形成されていればよい。
【００３６】
＜希土類永久磁石の製造方法＞
本実施形態の希土類永久磁石１０の製造方法について説明する。磁石素体１１の各構成元素の原料金属を準備し、これらを用いてストリップキャスト（ＳＣ）法等を行なうことにより原料合金を作製する。原料金属は、例えば、希土類金属や希土類合金、純鉄、フェロボロン、またはこれらの合金が挙げられる。これらを用い、所望とする希土類焼結磁石の組成を有する原料合金を作製する。なお、原料合金としては、組成が異なる複数のものを用いてもよい。
【００３７】
原料合金を粉砕して、原料合金粉末を準備する。原料合金の粉砕は、粗粉砕及び微粉砕の２段階で行うことが好ましい。粗粉砕は、例えば、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。また、粗粉砕は、水素を吸蔵させた後、粉砕を行う水素吸蔵粉砕により行うこともできる。粗粉砕は、原料合金を粒径が数百μｍ程度の粉末になるまで粉砕を行う。
【００３８】
微粉砕は、粗粉砕して得られた粉砕物を、更に平均粒径が３μｍ以上５μｍ以下の粉末とする。微粉砕は、例えば、ジェットミルなどを用いて行うことができる。原料合金の粉砕は、必ずしも粗粉砕と微粉砕との２段階で行なう必要はなく、所望の平均粒径に粉砕されていれば良い。また、原料合金を複数種類準備した場合は、複数種類の原料合金毎に予め別々に粉砕して混合するようにしてもよい。あるいは、複数種類の原料合金毎に予め別々に粗粉砕して粉砕物を得た後、それら複数種類の粉砕物を混合して微粉砕するようにしてもよい。さらには、原料合金を予め混合した後、粉砕を行うようにしてもよい。
【００３９】
このようにして得られた原料粉末を磁場中で成形して、成形体を得る。原料粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して原料粉末の結晶軸を配向させながら、原料粉末を加圧することにより成形を行なう。この磁場中の成形は、例えば、１２．０ｋＯｅ以上１７．０ｋＯｅ以下の磁場中、０．７ｔ／ｃｍ2以上１．５ｔ／ｃｍ2以下の圧力で行なう。
【００４０】
磁場中成形後、成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼成し、焼結体を得る。焼成は、組成、粉砕方法、粒度等の条件に応じて適宜設定することが好ましいが、例えば、１０００℃以上１１００℃以下で１時間以上５時間以下行う。
【００４１】
必要に応じて焼結体に時効処理を施すことにより、希土類焼結磁石（図１中、磁石素体１１）を得る。時効処理を行うことによって、得られる希土類焼結磁石の保磁力ＨｃＪが向上する傾向にある。時効処理は、例えば、２段階に分けて行うことができ、８００℃程度と６００℃程度の２つの温度条件で時効処理を行うことが好ましい。上記条件で時効処理を行うことで、より優れた保磁力ＨｃＪを有する希土類焼結磁石が得られる。なお、時効処理を１段階で行う場合は、６００℃程度の温度とすることが好ましい。
【００４２】
このようにして得られた磁石素体１１の表面に被覆層１２を形成する。被覆層１２としてめっき膜を形成する場合は、例えば、以下の手順で磁石素体１１の表面上に被覆層１２を形成する。
【００４３】
めっき膜の形成を容易にするために、磁石素体１１に、アルカリ脱脂処理、酸洗浄処理、スマット除去処理等の前処理を施す。前処理した磁石素体１１を、ニッケル源、導電性塩、及びｐＨ安定剤等を含むめっき浴に浸漬し、所定時間、電気めっきを行なう。
【００４４】
電気めっきを行なう際、めっき浴は形成したいめっき膜に応じて選択すればよいが、その際、めっき浴の種類やめっき時の電流密度を調節することにより、被覆層１２の平均結晶粒径及び結晶の形状を制御することができる。電流密度を０．０１Ａ／ｄｍ2以上０．３Ａ／ｄｍ2以下とし、さらにバレルめっき法の場合、１バレル内において、メディア（鉄球）など、めっきが被着する全領域の面積に対して投入する磁石素体の表面積の合計の比（被着面積比）が１／１．８以上１／３．５以下の範囲となるようにする。また適切な光沢剤を使用して、被覆層１２を形成することで、本発明の柱状結晶１３と双晶１４とを含む結晶構造を有する被覆層１２を形成することができる。これによって、所望の厚みの被覆層１２を、磁石素体１１上に形成する。このようにして、磁石素体１１と該磁石素体１１の表面全体を覆う被覆層１２とを有する希土類永久磁石１０を得ることができる。
【００４５】
めっき用の光沢剤は、例えば、必要に応じて半光沢添加剤又は光沢添加剤を用いる。半光沢添加剤は、例えば、ブチンジオール、クマリン、プロパギルアルコール又はホルマリンなどの硫黄を含まない有機物などがある。また、光沢添加剤のうち、一次光沢剤は、例えば、サッカリン、１，５−ナフタリンジスルホン酸ナトリウム、１，３，６−ナフタレントリスルホン酸ナトリウム、パラトルエンスルホンアミドなどである。二次光沢剤は、例えば、クマリン、２−ブチン−１，４−ジオール、エチレンシアンヒドリン、プロパギルアルコール、ホルムアルデヒド、チオ尿素、キノリン又はピリジンなどである。
【００４６】
希土類永久磁石１０の製造方法は上述の方法に限定されるものではなく、無電解めっき方法などによって、被覆層１２を形成してもよい。なお、必ずしも磁石素体１１の表面全体に被覆層１２を形成する必要はなく、磁石素体１１の形状や、希土類永久磁石１０の用途に応じて、耐衝撃性を有することが求められる部位のみに被覆層１２を形成してもよい。あるいは、被覆層１２の表面上に被覆層１２と同じ材料又は被覆層１２とは異なる材料で形成される被覆層を更に有していてもよい。また、希土類永久磁石１０は、被覆層１２の他に異なる結晶構造の層を備えていてもよい。例えば、非晶質層や光沢めっきなどの微結晶層であってもよい。希土類永久磁石１０は、磁石素体１１の表面に少なくとも被覆層１２が形成されていればよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態の希土類永久磁石１０は、繰り返し加わる衝撃に対しては十分な耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有するので、この希土類永久磁石１０は、例えばロータ表面に磁石を取り付けた表面磁石型（Surface Permanent Magnet：ＳＰＭ）モータ、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ、ＰＲＭ（Permanent magnet Reluctance Motor）、ダイレクトドライブモータ（ＤＤＭ：Direct drive Motor）などの磁石として好適に用いられる。
【００４８】
＜モータ＞
本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０をモータに用いた好適な実施形態について説明する。本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０をＳＰＭモータやＩＰＭモータの永久磁石として適用した一例について説明する。図４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＳＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。本実施形態のＳＰＭモータ２０は、円筒状のロータ２１とステータ２２とを有している。図４に示すように、ロータ２１は、円筒状のロータコア２３と永久磁石２４と磁石挿入スロット２５とを有する。永久磁石２４は、磁石挿入スロット２５内に設けられている。永久磁石２４は、円筒状のロータコア２３の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶように複数設けられている。永久磁石２４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０が用いられる。ステータ２２はロータ２１の内側に配置されている。ステータ２２は、外周面に沿って設けられた複数のステータコア２６を有している。ステータコア２６には、コイル２７が巻装されている。このステータコア２６と永久磁石２４とは互いに対向するように配置されている。ステータ２２は、電磁気的作用によってロータ２１にトルクを与え、ロータ２１は円周方向に回転する。
【００４９】
ＳＰＭモータ２０は、ロータ２１に永久磁石２４を備え、永久磁石２４は繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有する優れた被覆層１２（図１参照）で被覆されている。このため、モータの動作時の遠心力や発熱によるモータ部材の膨張や、ロータ２１とステータ２２とのギャップの間に粉塵等を巻き込んだとしても、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０を適用した永久磁石２４は傷がつきにくく、永久磁石２４の表面にクラック等の傷が発生し難いため、耐衝撃性を有する。また、磁石素体１１（図１参照）の腐食を、長期間に亘って十分に抑制することができ、優れた耐食性を有する。磁石素体１１はＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる希土類永久磁石であるため磁石素体１１自体は腐食し易いものであっても磁石素体１１の腐食の進行に伴う経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することができるため、ＳＰＭモータ２０は、従来よりも長期間に亘って高出力を維持することができる。
【００５０】
図５は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用したＩＰＭモータの内部構造の一例を示す説明図である。図５に示すように、ＩＰＭモータ３０はインナーロータ型のブラシレスモータとして構成されている。即ち、ＩＰＭモータ３０は、ロータ３１とステータ３２とを有する。ロータ３１は、円筒状のロータコア３３と、円筒状のロータコア３３の外周面に沿って所定の間隔で設けられる永久磁石３４と、永久磁石３４を収容する複数の磁石挿入スロット３５とを有する。永久磁石３４は、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石１０が用いられる。この永久磁石３４は、ロータ３１の円周方向に沿って隣り合う各々の磁石挿入スロット３５内にＮ極とＳ極が交互に並ぶように設けられている。これによって、円周方向に沿って隣り合う永久磁石３４は、ロータ３１の径方向に沿って互いに逆の方向の磁力線を発生する。ステータ３２は、その内周に、ロータ３１の外周面に沿って所定の間隔で設けられた複数のステータコア３６を有している。この複数のステータコア３６はステータ３２の中心に向けてロータ３１に対向するようにステータ３２の内壁から突設されている。各々のステータコア３６にはコイル３７が巻装されている。永久磁石３４とステータコア３６とは互いに対向するように設けられている。ステータ３２は、電磁気的作用によってロータ３１にトルクを与え、ロータ３１は円周方向に回転する。
【００５１】
ＩＰＭモータ３０は、ロータ３１の磁石挿入スロット３５に永久磁石３４を挿入して使用しても、永久磁石３４は繰り返し加わる衝撃に対して十分な耐衝撃性を有する被覆層１２（図１参照）で被覆されている。このため、本実施形態に係る被覆層を備える希土類永久磁石を適用した永久磁石３４は被覆層１２（図１参照）が傷ついて磁石素体１１（図１参照）が露出することや被覆層１２に割れや欠けが生じることを抑制することができるので、耐衝撃性を有すると共に、磁石素体１１の腐食を、長期間に亘って十分に抑制することができ、優れた耐食性を有する。よって、ＩＰＭモータ３０は、磁石素体１１が露出し、腐食することにより発生する経時的な磁気特性の低下を十分に抑制することが可能となり、ＩＰＭモータ３０は、長期間に亘って高出力を維持することができ、信頼性に優れる。
【００５２】
また、本実施形態に係る被覆層１２を備える希土類永久磁石１０が適用されるモータは、希土類永久磁石が砂塵などの外乱粒子と接触する可能性のある構造や、希土類永久磁石と他のモータ部材とが接触する可能性のある構造を有するものであればよい。上述のＳＰＭモータ２０、ＩＰＭモータ３０以外の他に、本実施形態に係る希土類永久磁石１０が適用されるモータとしては、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、ボイスコイルモータ、振動モータなどがある。
【００５３】
このように、希土類永久磁石１０は、ＳＰＭモータ２０やＩＰＭモータ３０などの永久磁石として砂塵などと接触する可能性があるような過酷な環境下で使用しても、繰り返し加わる衝撃に対して耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有する。従って、希土類永久磁石１０は、モータ用などの永久磁石として使用しても希土類永久磁石１０の有する磁気特性を長期間に亘って維持することが可能であるため、長期間に亘って安定して高出力を維持することができる。
【実施例】
【００５４】
本発明の内容を実施例及び比較例を用いて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５５】
＜希土類永久磁石の作製＞
［実施例１］
Ｎｄ14Ｄｙ1Ｆｅ78Ｂ7の組成を有するインゴットを、スタンプミル及びボールミルにより粉砕し、所望の組成を有する合金粉末を得た。
【００５６】
得られた合金粉末を、磁場中でプレス成形して成形体を作製した。この成形体を、１１００℃程度での温度で１時間保持した後、焼結して焼結体を得た。この焼結体に、Ａｒガス雰囲気下で、６００℃程度の温度で２時間保持して時効処理を施し、希土類焼結磁石を得た。得られた希土類焼結磁石を、２０×１０×２（ｍｍ）の大きさに加工し、バレル研磨処理により面取りを行って磁石素体を得た。この磁石素体に、アルカリ脱脂処理、水洗、硝酸溶液による酸洗浄処理、水洗、超音波洗浄によるスマット除去処理、水洗からなる前処理を施した。
【００５７】
表１の組成を有するめっき浴を調製した。このめっき浴のｐＨは４．５、温度は４０℃であった。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記表１の組成を有するめっき浴に、上述の通り、前処理を施した磁石素体を浸漬し、電気めっきを行った。電気めっきは、バレルめっき法により、電流密度０．１Ａ／ｄｍ2とし、めっきが被着する全領域の面積に対する磁石素体の表面積の比（被着面積比）が１／２．５となるようにして、磁石素体の表面に被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を１０μｍ程度形成した。このようにして、磁石素体の表面上にＮｉめっき膜からなる被覆層が形成された希土類永久磁石を得た。得られた希土類永久磁石を、純水で洗浄して乾燥し、下記評価用の試料とした。
【００６０】
［実施例２］
下記表２の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．５、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．２Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／２．０となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６１】
【表２】
【００６２】
［実施例３］
下記表３の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．０、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．１Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／３．０となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６３】
【表３】
【００６４】
［実施例４］
下記表４の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．０、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．０１Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／３．０となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６５】
【表４】
【００６６】
［比較例１］
下記表５の組成を有するめっき浴（ｐＨ：４．５、温度：５０℃）を用いて、電流密度０．８Ａ／ｄｍ2、被着面積比が１／１．５となるようにして、被覆層として磁石素体の表面にＮｉめっき膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６７】
【表５】
【００６８】
＜被覆層の結晶構造の評価＞
被覆層の結晶構造の評価は、被覆層を収束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）で断面加工した後、走査イオン顕微鏡（Structured Illumination Microscopy：ＳＩＭ）で観察、撮影した。撮影した画像を２次元フーリエ変換することで、結晶の成長方向（角度）と当該角度をもつ結晶の頻度（割合）とを算出した。算出された結晶の成長方向（角度）と当該角度をもつ結晶の頻度（割合）とから、被覆層（めっき）の面積に対する柱状結晶の存在比率（％)と、柱状結晶の存在比率（％)に対する双晶の存在比率（％)の割合と、被覆層（めっき）の面積における柱状結晶と双晶との存在比率（％)の合計とを求めた。なお、柱状結晶の存在比率（％)に対する双晶の存在比率（％)の割合は、被覆層（めっき）における柱状結晶の存在比率を１とした。実施例１から実施例４、比較例１の評価結果を下記表６に示す。
【００６９】
＜硬さ＞
市販の微小ビッカース硬度計を用いて、希土類永久磁石の被覆層のビッカース硬度（Ｈｖ）を計測した。この計測結果を下記表６に示す。
【００７０】
【表６】
【００７１】
＜摩耗量＞
上述の通り作製した希土類永久磁石を用いて、ダイレクトドライブ方式の（ダイレクトドライブ）モータ（(Direct Drive) motor：ＤＤモータ）を組み立てた。ＤＤモータは、ロータが２４極、ステータが３６スロットのアウターロータ方式の３相のダイレクトドライブブラシレスＤＣモータとした。このＤＤモータを、降塵試験装置内に設置し、「ＪＩＳ Ｃ６００６８−２−６８」に準拠して砂塵（降塵）試験を行った（試験種類：試験Ｌｂ）。砂塵試験中に、ＤＤモータを、３相インバータ正弦波駆動により回転数１４００ｒｐｍで所定時間（１日から３０日間）連続駆動させた。実施例１から実施例４、比較例１の結果を下記表７に示す。
【００７２】
砂塵試験後のＤＤモータを分解し、砂塵の衝突により生じた希土類永久磁石の被覆層表面の傷を任意に１０点選択した。市販のレーザー顕微鏡を用いて選択した傷の表面形状を観察し、高さ情報を含んだ画像情報を記録した。この画像情報から傷深さを求め、その最大値を摩耗量とした。傷の観察の結果は以下のＡからＤに分類して評価した。実施例１から実施例４、比較例１の結果を表７に示す。
Ａ：希土類永久磁石の被覆層の摩耗量が１μｍ以下であり、且つ被覆層の表面の傷部にクラックが発生していないもの
Ｂ：摩耗量が１μｍ以上であり、且つ被覆層の表面の傷部にクラックが発生していないもの
Ｃ：被覆層の表面の傷部にクラックが発生しているもの
Ｄ：磁石素体が露出しているもの
【００７３】
＜耐食性＞
上述の砂塵試験後のＤＤモータを分解して取り出した希土類永久磁石を、温度８５℃、相対湿度８５ＲＨ％に維持された恒温恒湿槽に５００時間保持し、保持前後における外観変化を目視にて評価した。評価基準は、以下のＡ、Ｂに分類して各評価を行った。実施例１から実施例４、比較例１の各評価結果を下記表７に示す。
Ａ：外観変化が認められなかったもの
Ｂ：傷部から発錆びが認められたもの
【００７４】
【表７】
【００７５】
砂塵試験において、実施例１から４は、降塵を３０日間行った後の被覆層の傷部にクラックは発生しておらず、腐食も生じておらず外観に変化は見られなかった。これに対し、比較例１は、被覆層の表面の傷部にクラックが発生しているか被覆層に磁石素体が露出するほどのクラックが発生し、傷部から腐食が発生していた。表６、７より、被覆層（めっき）は、柱状結晶と双晶とを含み、その被覆層に含まれる柱状結晶の存在比率を所定の範囲内とすることで、被覆層の硬さ（Ｈｖ）は抑えられるので被覆層の耐傷性が向上するといえる。従って、被覆層が柱状結晶と双晶とを含み、被覆層に含まれる柱状結晶の存在比率を所定の範囲内とする希土類永久磁石は、安定して高い耐衝撃性を有すると共に、優れた耐食性を有することが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る希土類永久磁石は、優れた耐衝撃性及び耐食性を有するので、モータ用の永久磁石として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 希土類永久磁石
１１ 磁石素体
１２ 被覆層
１３ 柱状結晶
１４ 双晶
２０ ＳＰＭモータ
２１、３１ ロータ
２２、３２ ステータ
２３、３３ ロータコア
２４、３４ 永久磁石
２５、３５ 磁石挿入スロット
２６、３６ ステータコア
２７、３７ コイル
３０ ＩＰＭモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石素体と、前記磁石素体の表面に形成される被覆層とを有し、
前記被覆層が、前記磁石素体の表面の接線に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶と、前記柱状結晶から前記柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶とを含み、
前記磁石素体の表面に形成される前記被覆層の面積に対する前記柱状結晶の存在比率が、２０％以上８０％以下であることを特徴とする希土類永久磁石。
【請求項２】
前記双晶が、前記磁石素体の表面の接線に対して３０°と６０°と１２０°と１５０°との各々の方向から±５°の範囲内に結晶方向をもつ結晶である請求項１に記載の希土類永久磁石。
【請求項３】
前記被覆層における前記柱状結晶の存在比率を１としたときの前記柱状結晶の存在比率に対する前記双晶の存在比率の割合が、０．１以上０．６以下である請求項１又は２に記載の希土類永久磁石。
【請求項４】
前記被覆層における前記柱状結晶と前記双晶との存在比率の合計が、４５％以上９０％以下である請求項１から３の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項５】
前記被覆層が、金属層である請求項１から４の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項６】
前記被覆層が、電気めっきで形成される請求項１から５の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項７】
前記被覆層が、Ｎｉを含むＮｉめっき膜である請求項１から６の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一つに記載の希土類永久磁石を含むことを特徴とするモータ。
【請求項１】
磁石素体と、前記磁石素体の表面に形成される被覆層とを有し、
前記被覆層が、前記磁石素体の表面の接線に対して垂直方向に±１０°の範囲内で成長した柱状結晶と、前記柱状結晶から前記柱状結晶とは異なる方向に成長した双晶とを含み、
前記磁石素体の表面に形成される前記被覆層の面積に対する前記柱状結晶の存在比率が、２０％以上８０％以下であることを特徴とする希土類永久磁石。
【請求項２】
前記双晶が、前記磁石素体の表面の接線に対して３０°と６０°と１２０°と１５０°との各々の方向から±５°の範囲内に結晶方向をもつ結晶である請求項１に記載の希土類永久磁石。
【請求項３】
前記被覆層における前記柱状結晶の存在比率を１としたときの前記柱状結晶の存在比率に対する前記双晶の存在比率の割合が、０．１以上０．６以下である請求項１又は２に記載の希土類永久磁石。
【請求項４】
前記被覆層における前記柱状結晶と前記双晶との存在比率の合計が、４５％以上９０％以下である請求項１から３の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項５】
前記被覆層が、金属層である請求項１から４の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項６】
前記被覆層が、電気めっきで形成される請求項１から５の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項７】
前記被覆層が、Ｎｉを含むＮｉめっき膜である請求項１から６の何れか一つに記載の希土類永久磁石。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一つに記載の希土類永久磁石を含むことを特徴とするモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１６６６７（Ｐ２０１１−２１６６６７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３４６４（Ｐ２０１０−８３４６４）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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