希土類磁石及び回転機
【課題】耐食性に優れた希土類磁石を提供すること。
【解決手段】本発明の希土類磁石１００は、希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群４を備え、希土類磁石１００の表面部４０に位置する結晶粒子４の粒界三重点６に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である。
【解決手段】本発明の希土類磁石１００は、希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群４を備え、希土類磁石１００の表面部４０に位置する結晶粒子４の粒界三重点６に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石及び回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素Ｒ、鉄元素（Ｆｅ）又はコバルト元素（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ及びホウ素元素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石は優れた磁気特性を有する（下記特許文献１参照）。しかし、希土類磁石は主成分として酸化され易い希土類元素を含有していることから耐食性が低い傾向にある。そのため、希土類磁石の耐食性を向上させるために、磁石素体の表面上に樹脂やめっき等からなる保護層を設けることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／１１２４０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、表面に保護層を形成した希土類磁石においても、必ずしも完全な耐食性は得られていない。これは、高温多湿の環境では水蒸気が保護層を透過して磁石素体に到達することにより、磁石素体の腐食が進行することによる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類磁石を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機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】
【０００６】
本発明者らは、水蒸気による磁石素体の腐食メカニズムについて研究した結果、腐食反応で発生する水素が磁石素体中の粒界に存在するＲリッチ相に吸蔵されることにより、Ｒリッチ相の水酸化物への変化が加速され、それに伴う体積膨張による主相粒子の脱落によって、腐食が加速度的に磁石内部に進行していくことを発見した。なお、Ｒリッチ相とは、少なくとも希土類元素Ｒを含有し、Ｒの濃度（原子数の比率）が結晶粒子(主相)に比べて高く、Ｂの濃度が結晶粒子に比べて低い合金相を意味する。Ｒは例えばＮｄである。
【０００７】
そこで本発明者らは、粒界のＲリッチ相による水素の吸蔵を抑制する方法について鋭意研究し、磁石素体の表面近傍のＲリッチ相内にＡｌを拡散させることにより、水素吸蔵を抑制し、耐食性を大幅に向上できることを見出し、下記の本発明に至った。
【０００８】
本発明の希土類磁石は、希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群を備える希土類磁石であって、希土類磁石の表面部に位置する結晶粒子の粒界三重点に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、当該Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である。なお、結晶粒子群とは、複数の結晶粒子を意味する。
【０００９】
上記本発明によれば、希土類磁石の粒界相による水素の吸蔵が抑制され、希土類磁石の耐食性が向上する。
【００１０】
上記本発明では、結晶粒子におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値が２原子％以下であることが好ましい。Ｃｕ及びＡｌの含有率の合計値を上記の上限値以下とするにより、耐食性のみならず充分な磁気特性が希土類磁石に付与される。
【００１１】
上記本発明では、希土類磁石全体に占める結晶粒子群の割合が８５体積％以上であることが好ましい。これにより、耐食性のみならず充分な磁気特性が希土類磁石に付与される。
【００１２】
本発明の回転機は、上記本発明の希土類磁石を備える。耐食性に優れた希土類磁石を備える回転機は、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐食性に優れた希土類磁石を提供することが可能となる。また、本発明によれば、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る希土類磁石の斜視図である。
【図２】図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２に示す希土類磁石の表面部４０の一部を拡大した模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る回転機を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）による分析に基づいて作成した実施例１の希土類磁石の表面部におけるＡｌの分布図であり、図５（ｂ）は、ＥＰＭＡによる分析に基づいて作成した実施例１の希土類磁石の表面部におけるＣｕの分布図であり、図５（ｃ）は、ＥＰＭＡによる分析に基づいて作成した実施例１の希土類磁石の表面部におけるＣｏの分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付し、同一の要素の符号の一部は省略する。
【００１６】
（希土類磁石）
図１〜３に示すように、本実施形態の希土類磁石１００は、複数の結晶粒子４（主相粒子）を備える。希土類磁石１００の主相は結晶粒子４から構成される。結晶粒子４は、主成分としてＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金を含む。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金とは、例えばＲ２Ｆｅ１４Ｂ系合金等である。希土類磁石１００は複数の結晶粒子４の間に位置する粒界相を備える。粒界相はＲリッチ相、Ｂリッチ相、酸化物相及び炭化物相などから構成される。Ｂリッチ相とは、相中のＢ元素量が結晶を構成する粒子中に含まれる量より多い相である。酸化物相とは、相の構成元素の中で酸素元素が元素比で２０％以上含まれる相である。炭化物相とは、相の構成元素の中で炭素元素が元素比で２０％以上含まれる相である。
【００１７】
希土類磁石１００の寸法は、特に限定されないが、縦の長さが１〜２００ｍｍ、横の長さが１〜２００ｍｍ、高さが１〜３０ｍｍ程度である。結晶粒子４の平均粒径は、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度である。なお、希土類磁石１００の形状は、特に限定されず、リング状や円板状であってもよい。
【００１８】
希土類元素Ｒは、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一種であればよい。特に、希土類元素ＲがＮｄ及びＰｒのうち少なくともいずれか一種であることが好ましい。これにより、希土類磁石１００の飽和磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。
【００１９】
希土類磁石１００の主相及び粒界相は、必要に応じてＣｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＢｉ等の他の元素を更に含んでもよい。
【００２０】
希土類磁石１００の表面部４０に位置する粒界三重点６に含まれるＲリッチ相には、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌが偏析し、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が形成されている。なお、粒界三重点とは３つ以上の結晶粒子４に囲まれた粒界相を意味する。粒界三重点６のＲリッチ相に含まれるＡｌの一部とＦｅは合金を形成していてもよい。つまり、粒界三重点６にはＦｅとＡｌとからなる合金相が含まれていてもよい。以下では、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金を、場合により「Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金」と記す。
【００２１】
希土類磁石１００の表面部４０に位置する粒界三重点６のＲリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの各含有率は、主相（結晶粒子群）と比較して著しく高い。粒界三重点６のＲリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値は１３原子％以上である。以下では、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金が存在し、且つＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上であり、且つ粒界三重点６に存在するＲリッチ相を、場合により「Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相」と記す。なお、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相では、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値は８８原子％以下である。
【００２２】
Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は、水素を吸蔵し難い特性を有する。したがって、仮に水蒸気によって希土類磁石の表面が腐食して水素が発生した場合であっても、希土類磁石１００の表面部４０に位置するＲ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相によって、希土類磁石内部のＲリッチ相への水素の侵入及び吸蔵が抑制される。その結果、水素とＲリッチ相との反応が抑制され、腐食が希土類磁石の表面から内部へ進行し難くなる。Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相の耐食性は、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金の高い腐食電位に起因すると考えられる。例えば、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金は、Ｎｄ単体に比べて高い腐食電位を有する。
【００２３】
なお、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相が希土類磁石１００の表面部４０のみならず、希土類磁石１００の内部全体に分布すると、磁気特性が劣化する傾向があることが問題となる。したがって、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は希土類磁石１００の表面部４０だけに偏在することが好ましい。具体的には、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は、希土類磁石１００において外表面からの深さＤが５００μｍ未満である領域だけに偏在することが好ましい。より好ましくは、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は希土類磁石１００において外表面からの深さＤが４００μｍ以下である領域だけに偏在する。これにより上記の問題が解消する。なお、深さＤは、表面部４０の厚さに相当する。充分な耐食性と磁気特性を両立させるためには、表面部４０の厚さＤは１００μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ上であることがより好ましい。
【００２４】
希土類磁石１００の表面部４０におけるＣｏ及びＣｕの各含有率の合計値は、希土類磁石１００の中心部におけるＣｏ及びＣｕの各含有率の合計値よりも高いことが好ましい。この場合、希土類磁石１００の耐食性が向上し易い傾向がある。
【００２５】
結晶粒子４におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値は２原子％以下であることが好ましい。換言すれば、希土類磁石１００の主相におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値は２原子％以下であることが好ましい。主相におけるＣｕ及びＡｌの含有率が高過ぎる場合、希土類磁石１００の飽和磁束密度が劣化する傾向がある。Ｃｕ及びＡｌの含有率の合計値を上記の上限値以下とすることにより、これらの問題を抑制できる。ただし、Ｃｕ及びＡｌの含有率の合計値が上記の上限値を超えたとしても、本発明の効果は達成される。
【００２６】
結晶粒子４からなる主相の割合は希土類磁石１００全体に対して８５体積％以上であることが好ましい。これにより、充分な磁気特性が希土類磁石に付与される。
【００２７】
希土類磁石１００は、必要に応じてさらにその表面に保護層を備えてもよい。保護層としては、通常希土類磁石の表面を保護する層として形成されるものであれば特に制限なく適用できる。保護層としては、たとえば、塗装や蒸着重合法により形成した樹脂層、めっきや気相法により形成した金属層、塗布法や気相法により形成した無機層、酸化層、化成処理層等が挙げられる。
【００２８】
（希土類磁石の製造方法）
希土類磁石の製造では、まず原料合金を鋳造し、インゴットを得る。原料合金としては、希土類元素Ｒ，Ｆｅ，Ｂ，Ｃｕ及びＣｏを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＣｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＢｉ等の元素を更に含んでもよい。インゴットの化学組成は、最終的に得たい希土類磁石の主相及び粒界相の化学組成に応じて調整すればよい。
【００２９】
インゴットを、ディスクミル等により粗粉砕して１０〜１００μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、ジェットミル等により微粉砕して０．５〜５μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、磁場中で加圧成形する。成形時に合金粉末に印加する磁場の強度は８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。成形時に合金粉末に加える圧力は１０〜５００ＭＰａ程度であることが好ましい。成形方法としては、一軸加圧法またはＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。得られた成形体を焼成して焼結体を形成する。焼成温度は１０００〜１２００℃程度であればよい。焼成時間は０．１〜１００時間程度であればよい。焼成工程は、複数回行ってもよい。焼成工程は、真空中またはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００３０】
焼結体に対して時効処理を施すことが好ましい。時効処理では、焼結体を４５０〜９５０℃程度で熱処理すればよい。時効処理では、焼結体を０．１〜１００時間程度熱処理すればよい。時効処理は不活性ガス雰囲気中で行えばよい。このような時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。なお、時効処理は多段階の熱処理工程から構成されてもよい。例えば２段の熱処理からなる時効処理では、１段目の熱処理工程で焼結体を７００℃以上焼成温度未満の温度で０．１〜５０時間加熱すればよい。２段目の熱処理工程では、焼結体を４５０〜７００℃で０．１〜１００時間加熱すればよい。
【００３１】
以上の工程により得られた焼結体は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群からなる主相と、希土類元素Ｒを主成分とするＲリッチ相とを備える。また、Ｃｕ、Ｃｏ及びＦｅの一部も粒界相に析出する。
【００３２】
焼結体から所望の寸法の磁石素体を切り出し、磁石素体の表面にＡｌ単体、Ａｌ合金又はＡｌ化合物を付着させる。Ａｌの付着方法としては、例えば、Ａｌからなる粒子を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。磁石素体の表面に付着させるＡｌ粒子の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。Ａｌ粒子の粒径が大き過ぎる場合、Ａｌが磁石素体内へ拡散しにくくなることが問題となる。なお、めっき法や気相法などの手法により、磁石素体の表面にＡｌを付着させてもよい。
【００３３】
表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理する。これにより、Ａｌが磁石素体の表面から磁石素体の粒界相のＲリッチ相へ熱拡散するとともに、Ａｌの拡散に誘起される形で磁石素体内部の粒界相に含まれるＣｕ及びＣｏが磁石素体の表面層に移動して、Ｒ、ＡｌＣｕ及びＣｏの合金が形成される。Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金は、主相に比べて融点が低いため、表面部の粒界三重点に偏析する。その結果、本実施形態の希土類磁石が完成する。表面にＡｌを付着させた磁石素体は６５０℃以下で熱処理することが好ましく、６００℃以下で熱処理することがより好ましい。これにより、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相を希土類磁石の表面部だけに形成し易くなる。表面にＡｌを付着させた磁石素体の熱処理温度が６５０℃よりも高い場合、Ａｌの融点は約６６０℃であるため、Ａｌが溶融して磁石素体の主相（Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金）と反応して合金化することがある。また表面にＡｌを付着させた磁石素体の熱処理温度が高過ぎる場合、Ａｌが磁石素体の表面部の粒界三重点のＲリッチ相のみならず磁石素体の全体に熱拡散してしまう。
【００３４】
上記の熱処理において昇温させた磁石素体を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相を希土類磁石の表面部だけに形成し易くなる。
【００３５】
磁石素体表面からのＡｌの拡散距離Ｄ、粒界三重点のＲリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値、並びに希土類磁石全体に対する主相の割合は、原料合金中のＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの各含有率、磁石素体の表面に付着させるＡｌの量、表面にＡｌを付着させた磁石素体の熱処理温度又は熱処理時間等によって適宜制御できる。
【００３６】
希土類磁石に対して、上述した焼結体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。時効処理温度は、Ａｌの熱拡散に要する熱処理温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。
【００３７】
表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理した後、希土類磁石の表面に残存するＡｌ等を研磨やエッチングにより除去してもよい。希土類磁石の表面に保護層を形成してもよい。保護層としては、通常希土類磁石の表面を保護する層として形成されるものであれば特に制限なく適用できる。保護層としては、たとえば、塗装や蒸着重合法により形成した樹脂層、めっきや気相法により形成した金属層、塗布法や気相法により形成した無機層、酸化層、化成処理層等が挙げられる。
【００３８】
（回転機）
図４は、本実施形態の回転機（永久磁石回転機）の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）であり、円筒状のロータ５０と該ロータ５０の内側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と円筒状のコア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互になるように複数の希土類磁石１００が設けられている。ステータ３０は、内周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。このコイル３２と希土類磁石１００とは互いに対向するように配置されている。
【００３９】
回転機２００は、ロータ５０に、上記実施形態に係る希土類磁石１００を備える。希土類磁石１００は耐食性に優れるため、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。したがって、回転機２００は優れた性能を長時間にわたって維持することができる。回転機２００は、希土類磁石１００以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。
【００４０】
回転機２００は、コイル３２に通電することによって生成する電磁石による界磁と永久磁石１００による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機（モータ）であってもよい。また、回転機２００は、永久磁石１００による界磁とコイル３２との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）であってもよい。
【００４１】
電動機（モータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ）、永久磁石同期モータ（ＩＰＭモータ）、往復動モータなどが挙げられる。往復動モータとして機能するモータとしては、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどが挙げられる。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
粉末冶金法により、組成が２２．５重量％Ｎｄ−５．２重量％Ｐｒ−２．７重量％Ｄｙ−０．５重量％Ｃｏ−０．３重量％Ａｌ−０．０７重量％Ｃｕ−１．０重量％Ｂ−残部Ｆｅである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約３．５μｍの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、１０ｍｍ×８ｍｍ×１ｍｍの寸法を有する磁石素体を作製した。
【００４４】
磁石素体の表面に対して脱脂処理及びエッチングを施した。平均粒径３μｍのＡｌ粒子を分散させた塗布液を調製した。エッチング後の磁石素体の表面に塗布液をディップコーティングにより塗布し、厚さが約８μｍの塗膜を磁石素体の表面全体に形成した。この塗膜を１２０℃で２０分乾燥させた。
【００４５】
塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において６００℃で１時間熱処理した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。熱処理後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５４０℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した反応物を研磨で除去し、磁石素体の表面にエッチングを施すことで、実施例１の希土類磁石を得た。
【００４６】
（実施例２）
上記の塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において５７０℃で１時間熱処理して、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させたこと以外は実施例１と同様の方法で実施例２の希土類磁石を作製した。
【００４７】
（実施例３）
実施例３では、上記の塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において５４０℃で１時間熱処理して、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。また、実施例３では、この１回の熱処理が時効処理を兼ねるため、実施例１とは異なり、熱処理後に別途時効処理を行わなかった。これらの事項以外は実施例１と同様の方法で実施例３の希土類磁石を作製した。
【００４８】
（比較例１）
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１の希土類磁石を作製した。つまり、Ａｌを用いずに比較例１の希土類磁石を作製した。
【００４９】
［組成の分析］
実施例１〜３及び比較例１の各希土類磁石を切断し、研磨した切断面における元素分布をＥＰＭＡで確認した。ＥＰＭＡの装置としては、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８８００を用いた。ＥＰＭＡでは、希土類磁石の外表面からの深さが０〜１００μｍであり、外表面に平行な方向における幅が１００μｍである領域（以下、「表面部Ａ」という。）に存在する元素のマッピングを行い、Ｒリッチ相を特定してその相の直径１μｍのスポットの範囲を分析した。表面部Ａの面積は１００μｍ×１００μｍである。各希土類磁石の表面部Ａ中に存在する主相における各元素の含有率（原子％）を表１に示す。各希土類磁石の表面部Ａ中に存在する粒界三重点に含まれるＲリッチ相における各元素の含有率（原子％）を表１に示す。主相における各元素の含有率は、表面部Ａ内の任意の３つの主相粒子（結晶粒子）で測定した各元素の含有率の平均値である。粒界三重点中のＲリッチ相における各元素の含有率は、表面部Ａ内の任意の３つの粒界三重点中の各Ｒリッチ相で測定した各元素の含有率の平均値である。なお、各実施例の希土類磁石の主相の組成は同じであったため、表１には全実施例に共通する主相の組成を示す。
【００５０】
実施例１の表面部ＡにおけるＡｌの分布図を図５（ａ）に示す。図５（ａ）の白い部分はＡｌが存在する部分である。実施例１の表面部ＡにおけるＣｕの分布図を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の白い部分はＣｕが存在する部分である。実施例１の表面部ＡにおけるＣｏの分布図を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）の白い部分はＣｏが存在する部分である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
ＥＰＭＡによる分析の結果、実施例１〜３の各希土類磁石のいずれにおいても、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の結晶粒子から構成される主相の比率は、希土類磁石全体に対して９１体積％であることが確認された。実施例１〜３の各希土類磁石の表面部では粒界三重点のＲリッチ相に多量のＡｌが拡散していることが確認された。また、実施例１〜３の各粒界重点のＡｌは主相内へ殆ど拡散していないことが確認された。実施例１〜３の各希土類磁石の表面部では、比較例１と比較して粒界三重点のＲリッチ相に多量のＣｕ及びＣｏが存在していることが確認された。図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の対比から明らかなように、表面部Ａ内においてＡｌ，Ｃｕ及びＣｏがそれぞれ存在する箇所が一致していたことから、表面部Ａ内の各粒界三重点のＲリッチ相では、Ｒ，Ａｌ，Ｃｕ及びＣｏを含む合金が形成されていることが確認された。実施例１〜３の粒界三重点のＲリッチ相のいずれにも、Ｎｄ，Ｐｒ及びＦｅが存在していることが分かった。一方、比較例１の各希土類磁石の表面部では粒界三重点のＲリッチ相にＡｌが拡散していないことが確認された。
【００５３】
レーザー照射型誘導結合プラズマ質量分析（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ）で各希土類磁石を分析した。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳによる分析では、希土類磁石の断面に対して２０μｍピッチでマッピング測定を行い、磁石表面からのＡｌの拡散距離を測定した。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳの結果、実施例１では、希土類磁石の外表面からの深さが０〜４００μｍである領域にＡｌが拡散し、その領域におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度が高くなっていることが確認された。実施例２では、希土類磁石の外表面からの深さが０〜２００μｍである領域にＡｌが拡散し、その領域におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度が高くなっていることが確認された。実施例３では、希土類磁石の外表面からの深さが０〜１００μｍである領域にＡｌが拡散し、その領域におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度が高くなっていることが確認された。
【００５４】
[耐食性の評価]
実施例１〜３及び比較例１の各希土類磁石の耐食性をプレッシャークッカーテスト（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ：ＰＣＴ）により評価した。ＰＣＴでは、２気圧、温度１２０℃、湿度１００％ＲＨである環境下に各希土類磁石を設置してから３００時間後の各希土類磁石の重量の減少量を測定した。各希土類磁石の単位表面積あたりの重量減少量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
実施例１〜３の各希土類磁石は、比較例１に比較して耐食性に優れていることが確認された。
【００５７】
実施例１及び比較例１の各希土類磁石を、１００℃、０．１ＭＰａの水素雰囲気中に放置する試験を行った。比較例１では、１００秒経過後に希土類磁石が水素を吸蔵したことによって水素分圧が低下し始めた。一方、実施例１では、３００秒経過後も希土類磁石が水素を吸蔵せず、水素分圧が低下しなかった。
【００５８】
［磁気特性の評価］
実施例１〜３及び比較例１の各希土類磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）及び保磁力（ＨｃＪ）を測定した。各希土類磁石のＢｒ（単位：Ｔ）及びＨｃＪ（単位：ｋＡ／ｍ）を表３に示す。
【００５９】
【表３】
【００６０】
実施例１〜３の各希土類磁石のいずれも比較例１よりも優れた保磁力を有していることが確認された。
【符号の説明】
【００６１】
４・・・結晶粒子、６・・・粒界三重点、３０・・・ステータ、３２・・・コイル、４０，Ａ・・・表面部、５０・・・ロータ、５２・・・コア、１００・・・希土類磁石、２００・・・回転機、Ｄ・・・表面部の厚さ（Ａｌの拡散距離）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石及び回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素Ｒ、鉄元素（Ｆｅ）又はコバルト元素（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ及びホウ素元素Ｂを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石は優れた磁気特性を有する（下記特許文献１参照）。しかし、希土類磁石は主成分として酸化され易い希土類元素を含有していることから耐食性が低い傾向にある。そのため、希土類磁石の耐食性を向上させるために、磁石素体の表面上に樹脂やめっき等からなる保護層を設けることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／１１２４０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、表面に保護層を形成した希土類磁石においても、必ずしも完全な耐食性は得られていない。これは、高温多湿の環境では水蒸気が保護層を透過して磁石素体に到達することにより、磁石素体の腐食が進行することによる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた希土類磁石を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機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】
【０００６】
本発明者らは、水蒸気による磁石素体の腐食メカニズムについて研究した結果、腐食反応で発生する水素が磁石素体中の粒界に存在するＲリッチ相に吸蔵されることにより、Ｒリッチ相の水酸化物への変化が加速され、それに伴う体積膨張による主相粒子の脱落によって、腐食が加速度的に磁石内部に進行していくことを発見した。なお、Ｒリッチ相とは、少なくとも希土類元素Ｒを含有し、Ｒの濃度（原子数の比率）が結晶粒子(主相)に比べて高く、Ｂの濃度が結晶粒子に比べて低い合金相を意味する。Ｒは例えばＮｄである。
【０００７】
そこで本発明者らは、粒界のＲリッチ相による水素の吸蔵を抑制する方法について鋭意研究し、磁石素体の表面近傍のＲリッチ相内にＡｌを拡散させることにより、水素吸蔵を抑制し、耐食性を大幅に向上できることを見出し、下記の本発明に至った。
【０００８】
本発明の希土類磁石は、希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群を備える希土類磁石であって、希土類磁石の表面部に位置する結晶粒子の粒界三重点に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、当該Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である。なお、結晶粒子群とは、複数の結晶粒子を意味する。
【０００９】
上記本発明によれば、希土類磁石の粒界相による水素の吸蔵が抑制され、希土類磁石の耐食性が向上する。
【００１０】
上記本発明では、結晶粒子におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値が２原子％以下であることが好ましい。Ｃｕ及びＡｌの含有率の合計値を上記の上限値以下とするにより、耐食性のみならず充分な磁気特性が希土類磁石に付与される。
【００１１】
上記本発明では、希土類磁石全体に占める結晶粒子群の割合が８５体積％以上であることが好ましい。これにより、耐食性のみならず充分な磁気特性が希土類磁石に付与される。
【００１２】
本発明の回転機は、上記本発明の希土類磁石を備える。耐食性に優れた希土類磁石を備える回転機は、苛酷な環境下で使用しても、長期間に亘って優れた性能を維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐食性に優れた希土類磁石を提供することが可能となる。また、本発明によれば、長期間に亘って優れた性能を維持することが可能な回転機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る希土類磁石の斜視図である。
【図２】図１に示す希土類磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２に示す希土類磁石の表面部４０の一部を拡大した模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る回転機を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、電子線マイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）による分析に基づいて作成した実施例１の希土類磁石の表面部におけるＡｌの分布図であり、図５（ｂ）は、ＥＰＭＡによる分析に基づいて作成した実施例１の希土類磁石の表面部におけるＣｕの分布図であり、図５（ｃ）は、ＥＰＭＡによる分析に基づいて作成した実施例１の希土類磁石の表面部におけるＣｏの分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付し、同一の要素の符号の一部は省略する。
【００１６】
（希土類磁石）
図１〜３に示すように、本実施形態の希土類磁石１００は、複数の結晶粒子４（主相粒子）を備える。希土類磁石１００の主相は結晶粒子４から構成される。結晶粒子４は、主成分としてＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金を含む。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金とは、例えばＲ２Ｆｅ１４Ｂ系合金等である。希土類磁石１００は複数の結晶粒子４の間に位置する粒界相を備える。粒界相はＲリッチ相、Ｂリッチ相、酸化物相及び炭化物相などから構成される。Ｂリッチ相とは、相中のＢ元素量が結晶を構成する粒子中に含まれる量より多い相である。酸化物相とは、相の構成元素の中で酸素元素が元素比で２０％以上含まれる相である。炭化物相とは、相の構成元素の中で炭素元素が元素比で２０％以上含まれる相である。
【００１７】
希土類磁石１００の寸法は、特に限定されないが、縦の長さが１〜２００ｍｍ、横の長さが１〜２００ｍｍ、高さが１〜３０ｍｍ程度である。結晶粒子４の平均粒径は、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度である。なお、希土類磁石１００の形状は、特に限定されず、リング状や円板状であってもよい。
【００１８】
希土類元素Ｒは、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一種であればよい。特に、希土類元素ＲがＮｄ及びＰｒのうち少なくともいずれか一種であることが好ましい。これにより、希土類磁石１００の飽和磁束密度及び保磁力が顕著に向上する。
【００１９】
希土類磁石１００の主相及び粒界相は、必要に応じてＣｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＢｉ等の他の元素を更に含んでもよい。
【００２０】
希土類磁石１００の表面部４０に位置する粒界三重点６に含まれるＲリッチ相には、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌが偏析し、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が形成されている。なお、粒界三重点とは３つ以上の結晶粒子４に囲まれた粒界相を意味する。粒界三重点６のＲリッチ相に含まれるＡｌの一部とＦｅは合金を形成していてもよい。つまり、粒界三重点６にはＦｅとＡｌとからなる合金相が含まれていてもよい。以下では、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金を、場合により「Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金」と記す。
【００２１】
希土類磁石１００の表面部４０に位置する粒界三重点６のＲリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの各含有率は、主相（結晶粒子群）と比較して著しく高い。粒界三重点６のＲリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値は１３原子％以上である。以下では、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金が存在し、且つＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上であり、且つ粒界三重点６に存在するＲリッチ相を、場合により「Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相」と記す。なお、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相では、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値は８８原子％以下である。
【００２２】
Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は、水素を吸蔵し難い特性を有する。したがって、仮に水蒸気によって希土類磁石の表面が腐食して水素が発生した場合であっても、希土類磁石１００の表面部４０に位置するＲ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相によって、希土類磁石内部のＲリッチ相への水素の侵入及び吸蔵が抑制される。その結果、水素とＲリッチ相との反応が抑制され、腐食が希土類磁石の表面から内部へ進行し難くなる。Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相の耐食性は、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金の高い腐食電位に起因すると考えられる。例えば、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金は、Ｎｄ単体に比べて高い腐食電位を有する。
【００２３】
なお、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相が希土類磁石１００の表面部４０のみならず、希土類磁石１００の内部全体に分布すると、磁気特性が劣化する傾向があることが問題となる。したがって、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は希土類磁石１００の表面部４０だけに偏在することが好ましい。具体的には、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は、希土類磁石１００において外表面からの深さＤが５００μｍ未満である領域だけに偏在することが好ましい。より好ましくは、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相は希土類磁石１００において外表面からの深さＤが４００μｍ以下である領域だけに偏在する。これにより上記の問題が解消する。なお、深さＤは、表面部４０の厚さに相当する。充分な耐食性と磁気特性を両立させるためには、表面部４０の厚さＤは１００μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ上であることがより好ましい。
【００２４】
希土類磁石１００の表面部４０におけるＣｏ及びＣｕの各含有率の合計値は、希土類磁石１００の中心部におけるＣｏ及びＣｕの各含有率の合計値よりも高いことが好ましい。この場合、希土類磁石１００の耐食性が向上し易い傾向がある。
【００２５】
結晶粒子４におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値は２原子％以下であることが好ましい。換言すれば、希土類磁石１００の主相におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値は２原子％以下であることが好ましい。主相におけるＣｕ及びＡｌの含有率が高過ぎる場合、希土類磁石１００の飽和磁束密度が劣化する傾向がある。Ｃｕ及びＡｌの含有率の合計値を上記の上限値以下とすることにより、これらの問題を抑制できる。ただし、Ｃｕ及びＡｌの含有率の合計値が上記の上限値を超えたとしても、本発明の効果は達成される。
【００２６】
結晶粒子４からなる主相の割合は希土類磁石１００全体に対して８５体積％以上であることが好ましい。これにより、充分な磁気特性が希土類磁石に付与される。
【００２７】
希土類磁石１００は、必要に応じてさらにその表面に保護層を備えてもよい。保護層としては、通常希土類磁石の表面を保護する層として形成されるものであれば特に制限なく適用できる。保護層としては、たとえば、塗装や蒸着重合法により形成した樹脂層、めっきや気相法により形成した金属層、塗布法や気相法により形成した無機層、酸化層、化成処理層等が挙げられる。
【００２８】
（希土類磁石の製造方法）
希土類磁石の製造では、まず原料合金を鋳造し、インゴットを得る。原料合金としては、希土類元素Ｒ，Ｆｅ，Ｂ，Ｃｕ及びＣｏを含むものを用いればよい。原料合金は、必要に応じてＣｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＢｉ等の元素を更に含んでもよい。インゴットの化学組成は、最終的に得たい希土類磁石の主相及び粒界相の化学組成に応じて調整すればよい。
【００２９】
インゴットを、ディスクミル等により粗粉砕して１０〜１００μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、ジェットミル等により微粉砕して０．５〜５μｍ程度の粒径の合金粉末を得る。当該合金粉末を、磁場中で加圧成形する。成形時に合金粉末に印加する磁場の強度は８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。成形時に合金粉末に加える圧力は１０〜５００ＭＰａ程度であることが好ましい。成形方法としては、一軸加圧法またはＣＩＰなどの等方加圧法のいずれを用いてもよい。得られた成形体を焼成して焼結体を形成する。焼成温度は１０００〜１２００℃程度であればよい。焼成時間は０．１〜１００時間程度であればよい。焼成工程は、複数回行ってもよい。焼成工程は、真空中またはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００３０】
焼結体に対して時効処理を施すことが好ましい。時効処理では、焼結体を４５０〜９５０℃程度で熱処理すればよい。時効処理では、焼結体を０．１〜１００時間程度熱処理すればよい。時効処理は不活性ガス雰囲気中で行えばよい。このような時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。なお、時効処理は多段階の熱処理工程から構成されてもよい。例えば２段の熱処理からなる時効処理では、１段目の熱処理工程で焼結体を７００℃以上焼成温度未満の温度で０．１〜５０時間加熱すればよい。２段目の熱処理工程では、焼結体を４５０〜７００℃で０．１〜１００時間加熱すればよい。
【００３１】
以上の工程により得られた焼結体は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群からなる主相と、希土類元素Ｒを主成分とするＲリッチ相とを備える。また、Ｃｕ、Ｃｏ及びＦｅの一部も粒界相に析出する。
【００３２】
焼結体から所望の寸法の磁石素体を切り出し、磁石素体の表面にＡｌ単体、Ａｌ合金又はＡｌ化合物を付着させる。Ａｌの付着方法としては、例えば、Ａｌからなる粒子を分散させた塗布液を、磁石素体の表面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。磁石素体の表面に付着させるＡｌ粒子の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。Ａｌ粒子の粒径が大き過ぎる場合、Ａｌが磁石素体内へ拡散しにくくなることが問題となる。なお、めっき法や気相法などの手法により、磁石素体の表面にＡｌを付着させてもよい。
【００３３】
表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理する。これにより、Ａｌが磁石素体の表面から磁石素体の粒界相のＲリッチ相へ熱拡散するとともに、Ａｌの拡散に誘起される形で磁石素体内部の粒界相に含まれるＣｕ及びＣｏが磁石素体の表面層に移動して、Ｒ、ＡｌＣｕ及びＣｏの合金が形成される。Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ合金は、主相に比べて融点が低いため、表面部の粒界三重点に偏析する。その結果、本実施形態の希土類磁石が完成する。表面にＡｌを付着させた磁石素体は６５０℃以下で熱処理することが好ましく、６００℃以下で熱処理することがより好ましい。これにより、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相を希土類磁石の表面部だけに形成し易くなる。表面にＡｌを付着させた磁石素体の熱処理温度が６５０℃よりも高い場合、Ａｌの融点は約６６０℃であるため、Ａｌが溶融して磁石素体の主相（Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金）と反応して合金化することがある。また表面にＡｌを付着させた磁石素体の熱処理温度が高過ぎる場合、Ａｌが磁石素体の表面部の粒界三重点のＲリッチ相のみならず磁石素体の全体に熱拡散してしまう。
【００３４】
上記の熱処理において昇温させた磁石素体を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、Ｒ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ａｌ相を希土類磁石の表面部だけに形成し易くなる。
【００３５】
磁石素体表面からのＡｌの拡散距離Ｄ、粒界三重点のＲリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値、並びに希土類磁石全体に対する主相の割合は、原料合金中のＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの各含有率、磁石素体の表面に付着させるＡｌの量、表面にＡｌを付着させた磁石素体の熱処理温度又は熱処理時間等によって適宜制御できる。
【００３６】
希土類磁石に対して、上述した焼結体の場合と同様の時効処理を施すことが好ましい。時効処理により希土類磁石の保磁力がさらに向上する。時効処理温度は、Ａｌの熱拡散に要する熱処理温度以下であることが好ましい。時効処理において昇温させた希土類磁石を、３０℃／分以上の冷却速度で急冷することが好ましい。これにより、希土類磁石の磁気特性が向上し易くなる。
【００３７】
表面にＡｌを付着させた磁石素体を熱処理した後、希土類磁石の表面に残存するＡｌ等を研磨やエッチングにより除去してもよい。希土類磁石の表面に保護層を形成してもよい。保護層としては、通常希土類磁石の表面を保護する層として形成されるものであれば特に制限なく適用できる。保護層としては、たとえば、塗装や蒸着重合法により形成した樹脂層、めっきや気相法により形成した金属層、塗布法や気相法により形成した無機層、酸化層、化成処理層等が挙げられる。
【００３８】
（回転機）
図４は、本実施形態の回転機（永久磁石回転機）の内部構造を示す説明図である。本実施形態の回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）であり、円筒状のロータ５０と該ロータ５０の内側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と円筒状のコア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互になるように複数の希土類磁石１００が設けられている。ステータ３０は、内周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。このコイル３２と希土類磁石１００とは互いに対向するように配置されている。
【００３９】
回転機２００は、ロータ５０に、上記実施形態に係る希土類磁石１００を備える。希土類磁石１００は耐食性に優れるため、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。したがって、回転機２００は優れた性能を長時間にわたって維持することができる。回転機２００は、希土類磁石１００以外の部分について、通常の回転機部品を用いて通常の方法によって製造することができる。
【００４０】
回転機２００は、コイル３２に通電することによって生成する電磁石による界磁と永久磁石１００による界磁との相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動機（モータ）であってもよい。また、回転機２００は、永久磁石１００による界磁とコイル３２との電磁誘導相互作用により、機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）であってもよい。
【００４１】
電動機（モータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ）、永久磁石同期モータ（ＩＰＭモータ）、往復動モータなどが挙げられる。往復動モータとして機能するモータとしては、例えば、ボイスコイルモータ、振動モータなどが挙げられる。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００としては、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、永久磁石交流発電機などが挙げられる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
粉末冶金法により、組成が２２．５重量％Ｎｄ−５．２重量％Ｐｒ−２．７重量％Ｄｙ−０．５重量％Ｃｏ−０．３重量％Ａｌ−０．０７重量％Ｃｕ−１．０重量％Ｂ−残部Ｆｅである鋳塊を作製した。鋳塊を粗粉砕して得た粗粉末を不活性ガス中でジェットミルにより粉砕して、平均粒径が約３．５μｍの微粉末を得た。微粉末を金型内に充填し、磁場中で加圧成形して成形体を得た。成形体を真空中で焼成した後、時効処理を施して焼結体を得た。焼結体を切り出し加工し、１０ｍｍ×８ｍｍ×１ｍｍの寸法を有する磁石素体を作製した。
【００４４】
磁石素体の表面に対して脱脂処理及びエッチングを施した。平均粒径３μｍのＡｌ粒子を分散させた塗布液を調製した。エッチング後の磁石素体の表面に塗布液をディップコーティングにより塗布し、厚さが約８μｍの塗膜を磁石素体の表面全体に形成した。この塗膜を１２０℃で２０分乾燥させた。
【００４５】
塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において６００℃で１時間熱処理した後、５０℃／分で急冷し、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。熱処理後の磁石素体をＡｒ雰囲気において５４０℃で１時間時効処理した後、５０℃／分で急冷した。時効処理後の磁石素体の表面に残存した反応物を研磨で除去し、磁石素体の表面にエッチングを施すことで、実施例１の希土類磁石を得た。
【００４６】
（実施例２）
上記の塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において５７０℃で１時間熱処理して、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させたこと以外は実施例１と同様の方法で実施例２の希土類磁石を作製した。
【００４７】
（実施例３）
実施例３では、上記の塗膜を有する磁石素体をＡｒ雰囲気において５４０℃で１時間熱処理して、塗膜中のＡｌを磁石素体内へ拡散させた。また、実施例３では、この１回の熱処理が時効処理を兼ねるため、実施例１とは異なり、熱処理後に別途時効処理を行わなかった。これらの事項以外は実施例１と同様の方法で実施例３の希土類磁石を作製した。
【００４８】
（比較例１）
磁石素体の表面のエッチング以降の工程を実施しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１の希土類磁石を作製した。つまり、Ａｌを用いずに比較例１の希土類磁石を作製した。
【００４９】
［組成の分析］
実施例１〜３及び比較例１の各希土類磁石を切断し、研磨した切断面における元素分布をＥＰＭＡで確認した。ＥＰＭＡの装置としては、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８８００を用いた。ＥＰＭＡでは、希土類磁石の外表面からの深さが０〜１００μｍであり、外表面に平行な方向における幅が１００μｍである領域（以下、「表面部Ａ」という。）に存在する元素のマッピングを行い、Ｒリッチ相を特定してその相の直径１μｍのスポットの範囲を分析した。表面部Ａの面積は１００μｍ×１００μｍである。各希土類磁石の表面部Ａ中に存在する主相における各元素の含有率（原子％）を表１に示す。各希土類磁石の表面部Ａ中に存在する粒界三重点に含まれるＲリッチ相における各元素の含有率（原子％）を表１に示す。主相における各元素の含有率は、表面部Ａ内の任意の３つの主相粒子（結晶粒子）で測定した各元素の含有率の平均値である。粒界三重点中のＲリッチ相における各元素の含有率は、表面部Ａ内の任意の３つの粒界三重点中の各Ｒリッチ相で測定した各元素の含有率の平均値である。なお、各実施例の希土類磁石の主相の組成は同じであったため、表１には全実施例に共通する主相の組成を示す。
【００５０】
実施例１の表面部ＡにおけるＡｌの分布図を図５（ａ）に示す。図５（ａ）の白い部分はＡｌが存在する部分である。実施例１の表面部ＡにおけるＣｕの分布図を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の白い部分はＣｕが存在する部分である。実施例１の表面部ＡにおけるＣｏの分布図を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）の白い部分はＣｏが存在する部分である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
ＥＰＭＡによる分析の結果、実施例１〜３の各希土類磁石のいずれにおいても、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の結晶粒子から構成される主相の比率は、希土類磁石全体に対して９１体積％であることが確認された。実施例１〜３の各希土類磁石の表面部では粒界三重点のＲリッチ相に多量のＡｌが拡散していることが確認された。また、実施例１〜３の各粒界重点のＡｌは主相内へ殆ど拡散していないことが確認された。実施例１〜３の各希土類磁石の表面部では、比較例１と比較して粒界三重点のＲリッチ相に多量のＣｕ及びＣｏが存在していることが確認された。図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の対比から明らかなように、表面部Ａ内においてＡｌ，Ｃｕ及びＣｏがそれぞれ存在する箇所が一致していたことから、表面部Ａ内の各粒界三重点のＲリッチ相では、Ｒ，Ａｌ，Ｃｕ及びＣｏを含む合金が形成されていることが確認された。実施例１〜３の粒界三重点のＲリッチ相のいずれにも、Ｎｄ，Ｐｒ及びＦｅが存在していることが分かった。一方、比較例１の各希土類磁石の表面部では粒界三重点のＲリッチ相にＡｌが拡散していないことが確認された。
【００５３】
レーザー照射型誘導結合プラズマ質量分析（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ）で各希土類磁石を分析した。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳによる分析では、希土類磁石の断面に対して２０μｍピッチでマッピング測定を行い、磁石表面からのＡｌの拡散距離を測定した。ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳの結果、実施例１では、希土類磁石の外表面からの深さが０〜４００μｍである領域にＡｌが拡散し、その領域におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度が高くなっていることが確認された。実施例２では、希土類磁石の外表面からの深さが０〜２００μｍである領域にＡｌが拡散し、その領域におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度が高くなっていることが確認された。実施例３では、希土類磁石の外表面からの深さが０〜１００μｍである領域にＡｌが拡散し、その領域におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの濃度が高くなっていることが確認された。
【００５４】
[耐食性の評価]
実施例１〜３及び比較例１の各希土類磁石の耐食性をプレッシャークッカーテスト（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ：ＰＣＴ）により評価した。ＰＣＴでは、２気圧、温度１２０℃、湿度１００％ＲＨである環境下に各希土類磁石を設置してから３００時間後の各希土類磁石の重量の減少量を測定した。各希土類磁石の単位表面積あたりの重量減少量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
実施例１〜３の各希土類磁石は、比較例１に比較して耐食性に優れていることが確認された。
【００５７】
実施例１及び比較例１の各希土類磁石を、１００℃、０．１ＭＰａの水素雰囲気中に放置する試験を行った。比較例１では、１００秒経過後に希土類磁石が水素を吸蔵したことによって水素分圧が低下し始めた。一方、実施例１では、３００秒経過後も希土類磁石が水素を吸蔵せず、水素分圧が低下しなかった。
【００５８】
［磁気特性の評価］
実施例１〜３及び比較例１の各希土類磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）及び保磁力（ＨｃＪ）を測定した。各希土類磁石のＢｒ（単位：Ｔ）及びＨｃＪ（単位：ｋＡ／ｍ）を表３に示す。
【００５９】
【表３】
【００６０】
実施例１〜３の各希土類磁石のいずれも比較例１よりも優れた保磁力を有していることが確認された。
【符号の説明】
【００６１】
４・・・結晶粒子、６・・・粒界三重点、３０・・・ステータ、３２・・・コイル、４０，Ａ・・・表面部、５０・・・ロータ、５２・・・コア、１００・・・希土類磁石、２００・・・回転機、Ｄ・・・表面部の厚さ（Ａｌの拡散距離）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群を備える希土類磁石であって、
前記希土類磁石の表面部に位置する前記結晶粒子の粒界三重点に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、
前記Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である、
希土類磁石。
【請求項２】
前記結晶粒子におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値が２原子％以下である、
請求項１に記載の希土類磁石。
【請求項３】
前記希土類磁石全体に占める前記結晶粒子群の割合が８５体積％以上である、
請求項１又は２に記載の希土類磁石。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の希土類磁石を備える回転機。
【請求項１】
希土類元素Ｒを含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の結晶粒子群を備える希土類磁石であって、
前記希土類磁石の表面部に位置する前記結晶粒子の粒界三重点に含まれるＲリッチ相に、Ｒ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＡｌを含む合金が存在し、
前記Ｒリッチ相におけるＣｕ、Ｃｏ及びＡｌの含有率の合計値が１３原子％以上である、
希土類磁石。
【請求項２】
前記結晶粒子におけるＣｕ及びＡｌの含有率の合計値が２原子％以下である、
請求項１に記載の希土類磁石。
【請求項３】
前記希土類磁石全体に占める前記結晶粒子群の割合が８５体積％以上である、
請求項１又は２に記載の希土類磁石。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の希土類磁石を備える回転機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１９９１８０（Ｐ２０１１−１９９１８０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６７２５（Ｐ２０１０−６６７２５）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【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６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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