永久磁石およびその製造方法
【課題】コストの増大を招くことなく耐熱性ならびに磁気特性の向上が効果的に図られる永久磁石を得る。
【解決手段】希土類含有磁性粉末の界面にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成し、該磁性粉末を磁場中成形または高密度化させて一次成形体を得、該一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得、最後に二次成形体を熱処理する。
【解決手段】希土類含有磁性粉末の界面にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成し、該磁性粉末を磁場中成形または高密度化させて一次成形体を得、該一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得、最後に二次成形体を熱処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類含有磁性粉末を含む磁性粉末の表面に絶縁被膜が形成された材料からなる永久磁石およびその製造方法に係り、特に絶縁被膜の形成技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動源とする電気自動車、あるいはモータとエンジンを組み合わせたハイブリッド自動車は、環境問題の影響から近年において開発が急速に進んでいる。この種の自動車に装備される駆動用モータに用いられる磁石は、渦電流の発生によって自己発熱する傾向にあり、外部からの熱影響とあいまって、残留磁束密度が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、希少金属であるＤｙ（ディスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）等の高保磁力化元素を添加して磁石自体の耐熱性を向上させたり（特許文献１）、材料の磁石粉末の界面に無機絶縁材料を介在させることにより粉末間の絶縁性を高めて渦電流損失を低下させる（特許文献２，３）といった対策がなされている。また、磁石を分割して渦電流の発生領域を分散させて自己発熱させにくくするといった工夫も試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−１０５２８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２８３０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高保磁力化元素の添加は残留磁束密度の低下を招き、また、希少金属であるが故に安定した供給は保証されず、また、コスト的には不利である。コストの面では、磁石を分割するという対策は、磁石の分割、磁石の組み立てといった工程が増加するため同じく不利である。一方、磁石粉末の界面に無機絶縁材料を介在させて絶縁性を向上させる対策は、磁気特性に関係のない物質を混合させていることから磁気特性を大幅に低下させる場合があり、決して得策ではない。また、熱間塑性加工磁石においては粉末界面に絶縁物（特に金属酸化物）が介在して加工性が低下するといったことが起こり、さらに磁気特性が低下するといった問題が生じるものであった。さらに、粉末界面間にＲＥ（希土類、例えばＮｄなど）リッチ相が液相状態で形成されるため、例え絶縁物が介在していたとしてもＲＥリッチ相が絶縁物間に浸透することにより粉末どうしが結合し、完全な絶縁には至らない。
【０００６】
よって本発明は、希少金属の使用や加工数の増加によるコストの増大を招くことなく耐熱性ならびに磁気特性の向上が効果的に図られる永久磁石およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の永久磁石は、希土類含有磁性粉末を含み、該希土類含有磁性粉末の界面にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の永久磁石によれば、高い絶縁性を有するフラーレンまたは化学修飾フラーレンからなる絶縁被膜が、材料粉末である希土類含有磁性粉末の界面に形成されているため、高抵抗化が図られて絶縁性に富み、このため、渦電流損失が低下して磁気特性の向上が図られる。また、希少金属を用いたり磁石を分割したりする必要もないことから、製造上、有利となる。
【０００９】
上記絶縁被膜を形成するフラーレンまたは化学修飾フラーレンは、耐熱性および潤滑性の点で優れている。耐熱性が高いということは高温での熱処理が可能であるといった利点がある。潤滑性に関しては、塑性変形への追従性が高く成形性に優れるため、圧縮成形により製造される成形体の密度を高くすることができるとともに、絶縁被膜にクラックなどの損傷の発生が生じにくくなる。これらのことからも、磁気特性が向上したものとなる。
【００１０】
本発明の永久磁石においては、前記絶縁被膜に、前記化学修飾フラーレンと前記希土類含有磁性粉末の表面に生じるＲＥ（希土類）−リッチ相の希土類とが結合してなる無機化合物が含有されていることを好ましい形態とする。これは、絶縁被膜を形成する化学修飾フラーレンが、例えばフッ化フラーレン等のフッ化物との混合フラーレンである場合、そのフッ化物と希土類含有磁性粉末の希土類とが結合して生成された無機化合物により粉末界面間に均一な絶縁被膜が形成される形態である。
【００１１】
次に、本発明の永久磁石の製造方法は、上記本発明の永久磁石を好適に製造する方法であって、希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、前記絶縁被膜を形成した希土類含有磁性粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、前記二次成形体を熱処理する工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の永久磁石の製造方法としては、上記製造方法において、最初の絶縁被膜を形成する工程と次の一次成形体を得る工程との間に、前記希土類含有磁性粉末を熱処理する工程を追加する方法を含む。すなわち、希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜を形成した前記希土類含有磁性粉末を熱処理する工程と、前記熱処理した粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、前記二次成形体を熱処理する工程とを具備することを特徴とする製造方法である。
【００１３】
上記各製造方法では、前記化学修飾フラーレンを、前記希土類含有磁性粉末の希土類と結合して無機化合物を形成するものとすることにより、該無機化合物で絶縁被膜を形成することができ、その結果、磁気特性を大幅に向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の製造方法では、前記絶縁被膜の形成工程においては、非極性溶媒あるいは極性溶媒にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つを溶かした溶液を用いて行うことを好ましい形態とする。この形態では、フラーレンまたは化学修飾フラーレンが溶剤化されるため、フラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末の表面に薄く、かつ、均一にコーティングすることができる。このため、なるべく少ない使用量でフラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末の表面に被覆することができ、コストの増大を抑えることができる。また、均一に、かつ、確実に被覆されることから、均一な絶縁層が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、材料である希土類含有磁性粉末の界面に、絶縁性、耐熱性および耐熱性に優れたフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜が形成されていることにより、製造上の懸念を招来することなく、耐熱性ならびに磁気特性の向上が効果的に図られる永久磁石を得ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を模式的に示す図である。
【図３】実施例で行った電気抵抗率の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
図１は第１実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を示している。本方法は、まず図１（Ａ）に示す希土類金属を含有する磁性粉末１を用意する。磁性粉末１の組成は特に限定されないが、例えば、ＲＥ（希土類）−Ｆｅ−Ｂ，ＲＥ−Ｆｅ−Ｎ，ＲＥ−Ｃｏ等が挙げられる。また、ＨＤＤＲ処理（水素の吸収による分解と脱水素による再結合）により結晶粒が微細化、異方化されて磁気特性が高められた磁性材料からなる希土類含有磁性粉末も用いることができる。
【００１８】
希土類金属としては、Ｎｄ（ネオジム）やＰｒ（プラセオジウム）が挙げられるが、これらに限定はされない。希土類の含有量は特に限定されないが、磁性粉末中に２７．０〜３２．０ｗｔ％の割合で含有されることが好適とされる。これは、２７．０ｗｔ％を下回ると粉末どうしが結合し難く、製造上困難となり、３２．０ｗｔ％を超えると主相の割合が少なくなって磁気特性が低下し、実用的ではないといった理由からである。
【００１９】
次に、図１（Ｂ）に示すように、フラーレンからなる粒子状材料Ｐを溶媒Ｓに溶解して粒子状材料Ｐを溶剤化する。この場合、フラーレンの代わりに、化学修飾フラーレン、あるいはフラーレンと化学修飾フラーレンの混合物を用いてもよい。
【００２０】
フラーレンとしては、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ９０、Ｃ９４、Ｃ９６、Ｃ１００以上の高次フラーレンの単体、またはこれら単体の混合体が挙げられる。また、化学修飾フラーレンとしては、Ｃ６０−ＦＸ（フッ化フラーレン）、Ｃ６０−ＯＸ（酸化フラーレン）、Ｃ６０−ＯＨＸ（水酸化フラーレン）等の単体、あるいはこれらの混合物が挙げられる（元素記号右下のＸは係数）。化学修飾フラーレンは、後述するように、加熱影響時においてＲＥリッチ相の希土類と結合して無機化合物を生成するものが好適に用いられる。
【００２１】
溶媒Ｓは特に限定されないが、粒子状材料Ｐとしてフラーレンを用いる場合、フラーレンが溶解するベンゼン系溶媒などの非極性溶媒が挙げられる。また、この場合、粒子状材料Ｐを非極性溶媒に溶解させた後、その非極性溶媒を揮発性の高い極性溶媒と混合してもよい。また、粒子状材料Ｐとして化学修飾フラーレンを用いる場合、化学修飾フラーレンは極性溶媒にも溶解するから、溶媒Ｓは、非極性および極性のいずれであってもよい。さらに、粒子状材料Ｐの溶媒Ｓへの混合法は特に限定されるものではなく、容器回転式や、機械撹拌式、流動撹拌式などの各種混合法が適用可能である。
【００２２】
次に、図１（Ｃ）に示すように、粒子状材料Ｐが溶解してフラーレン溶剤となった溶媒Ｓを、磁性粉末１の表面に均一に塗布し、乾燥させてフラーレンを磁性粉末１の表面に固着させる。これによりフラーレンからなる絶縁被膜２が磁性粉末１の表面に形成される。粘度が低いフラーレン溶剤を用いることにより、絶縁被膜２は磁性粉末１の表面に薄く、かつ、均一に形成される。
【００２３】
絶縁被膜２の具体的な形成方法は特に限定されないが、例えば、超音波照射、気流噴霧法、あるいはバレル混合などが挙げられる。絶縁被膜２の膜厚は特に限定されないが、０．７ｎｍ〜１０μｍであることが好適である。絶縁被膜２の膜厚が０．７ｎｍ未満の場合、最小フラーレン分子の直径以下となるから、絶縁効果が小さくなる。一方、絶縁被膜２の膜厚が１０μｍ超の場合、磁化が大きく低下するため、実用性がなくなる。
【００２４】
次いで、図１（Ｄ）に示すように、絶縁被膜２が表面に形成された磁性粉末１を圧縮して一次成形体３１を得る。一次成形体３１を得るには、この場合、次の２通りの方法のうちのいずれかを選択する。１つは磁場中の成形であり、もう１つは磁場ではない通常環境での高密度化である。いずれも金型内に磁性粉末１を充填して圧縮成形する方法が採られるが、磁場中での成形であるか否かの他に、成形圧力に差がある。すなわち、磁場中成形での成形圧力は、例えば３０〜３００ＭＰａ程度でり、一方、高密度化では５５０〜８００℃程度に加熱しながら、例えば５０〜１００ＭＰａ程度で行う。
【００２５】
次に、図１（Ｅ）に示すように、上記圧縮成形工程で磁場中成形により得た一次成形体３１に関しては、焼結して二次成形体３２を得、この後、熱処理を施して永久磁石とする。二次成形体３２を得る焼結は、磁場中成形した一次成形体３１を例えば９００〜１２００℃で６０分間加熱するといった処理となる。また、高密度化処理された一次成形体３１は、さらに塑性加工を行うことにより二次成形体３２としてから、図１（Ｆ）に示すように最後に熱処理を施す。二次成形体３２を得る塑性加工は、高密度化処理した一次成形体３１を、所定形状が得られる金型内にセットし、荷重を加えて変形させる。この塑性加工は、例えば５５０〜８００℃程度に加熱しながら行ってもよい。
【００２６】
最後の二次成形体３２の熱処理は、例えば６００〜９００℃で１０〜１５０分間加熱する。熱処理時の雰囲気は特に限定されず、真空中、アルゴン、あるいは窒素などの不活性雰囲気や、水素などの還元雰囲気が挙げられる。熱処理温度は特に限定されないが、６００℃以上では化学修飾フラーレンとＲＥ−リッチ層の希土類とが結合して無機化合物を生成しやすくなるので、６００℃以上が好適である。
【００２７】
以上の製造方法により所定形状に成形された永久磁石を得る。
得られた永久磁石にあっては、高い絶縁性を有するフラーレンまたは化学修飾フラーレンからなる絶縁被膜２が磁性粉末１の界面に形成されている。このため、当該永久磁石は高抵抗値を示して絶縁性が向上し、渦電流が低下して自己発熱が抑えられたものとなっている。
【００２８】
また、絶縁被膜２を形成するフラーレンまたは化学修飾フラーレンは、耐熱性および潤滑性の点で優れている。耐熱性が高いということは高温での熱処理が可能であり、このため均一な絶縁被膜が得られる。また、高い潤滑性により塑性変形への追従性が高く成形性に優れるため、一次成形が磁場中成形の場合、配向時、粉末界面での摩擦が低減され、高い磁場配向が得られる。また、二次成形が熱間塑性加工の場合、従来の固体絶縁物と比べて界面での潤滑効果により、熱間塑性加工性を阻害することがないため、高い磁気特性が得られる。
【００２９】
ここで、上記粒子状材料Ｐとして特に化学修飾フラーレンを用いた場合には、加熱の影響がある工程中において、磁性粉末１の表面に、磁性粉末１の主相をなす母材中から希土類金属の一部が溶け出し、この希土類リッチ相と化学修飾フラーレンの化学修飾元素とが反応して結合し、無機化合物が生成される。そしてこの無機化合物が絶縁被膜２を形成することとなる。
【００３０】
例えば、磁性粉末１がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）、絶縁被膜２を形成する化学修飾フラーレンがＣ６０−ＦＸ（フッ化フラーレン）であった場合、熱処理中に、Ｎｄのリッチ相が磁性粉末１の表面に溶け出し、そのＮｄとＣ６０−ＦＸのフッ化物とが反応して結合し、無機化合物が生成される。このようにして生成される無機化合物はきわめて絶縁性が高く、したがって無機化合物からなる絶縁被膜２が形成されることにより高い高抵抗化が可能となる。
【００３１】
なお、加熱影響により希土類リッチ相が磁性粉末１の表面に溶け出す作用は、磁場中焼結後の焼結時、または高密度化による成形時（加熱して成形する場合）、さらには高密度化による成形後の塑性加工時（加熱して塑性加工する場合）や、最後の熱処理時に起こる。また、希土類リッチ相と反応して無機化合物を形成するための化学修飾元素はフッ素に限られず、酸化物や水酸化物等であってもよい。
【００３２】
また、磁性粉末１の表面に絶縁被膜２を形成するにあたり、粒子状材料Ｐを溶剤化して低粘度とし、これを磁性粉末１の表面に塗布している。このため、フラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末１の表面に薄く、かつ、均一にコーティングすることができる。その結果、なるべく少ない使用量でフラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末１の表面に被覆することができ、コストの増大を抑えることができる。また、均一に、かつ、確実に被覆されることから、高抵抗化が図られる。このように溶剤塗布による絶縁被膜２の形成方法によれば、抵抗加熱や電子ビームを使用した蒸着などが不要であるから、製造方法が簡便になるといった利点もある。
【００３３】
コストに関しては、Ｄｙ（ディスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）等の希少金属を用いることなく、また、磁石を分割するといった手法を採ることなく磁気特性の向上が図られる点において、大きなコスト抑制効果が果たされる。
【００３４】
［２］第２実施形態
図２は第２実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を示している。本方法は、上記第１実施形態の製造方法の、最初の絶縁被膜２を形成する工程と次の一次成形体３１を得る工程との間に、（Ｃ’）で示す磁性粉末１を熱処理する工程を追加している。図２（Ｃ’）で行う熱処理の条件は、例えば１００〜１０００℃で１０〜１５０分間加熱するといった処理となる。
【００３５】
このように一次成形体３１を得る前の段階で熱処理を行う方法は、上述した無機化合物により絶縁被膜を形成して絶縁性の大幅な向上を図る際に有利である。すなわちこの第２実施形態の方法は、図２（Ｃ）の粒子状材料Ｐにフッ化フラーレン等の化学修飾フラーレンを用いて磁性粉末１の表面に絶縁被膜２を形成する。この後、絶縁被膜２を形成した磁性粉末１を上記条件で熱処理すると、その表面に形成される絶縁被膜２は無機化合物からなるものとなる。このように、磁性粉末１の段階で熱処理することにより、磁性粉末１の表面全面を確実に無機化合物からなる絶縁被膜２で覆うことが可能となる。したがって得られた永久磁石においては高い絶縁性を示す。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を提示して本発明の効果を実証する。
［実施例１］
フラーレン：Ｃ６０を１，２，４−トリメチルベンゼン（溶解度１７．９ｍｇ／ｍｌ）で溶解し、その溶液を揮発性の高いエタノールと混合してフラーレン溶剤を作製した。続いて、そのフラーレン溶剤とＮｄ−Ｆｅ−Ｂからなる磁性粉末とをビーカー内で仮混合した後、４０ｋＨｚ／２５０Ｗ／６０分の条件で超音波照射を行った。ここでの磁性粉末に対するフラーレンの添加量は、１．３ｖｏｌ.％とした。
【００３７】
次いで、上記フラーレン溶剤に混合した磁性粉末を、５ｋＰａ以下の真空下において４０ｋＨｚ／５０Ｗ／６０分の条件で超音波照射を行いながら乾燥させ、磁性粉末の表面に絶縁被膜としてフラーレン膜を形成した。次に、所定形状の金型を用い、７００℃に加熱した状況で５０ＭＰａの圧力をかけ、フラーレン膜が形成された磁性粉末を高密度化させて一次成形体を得た。
【００３８】
次に、得られた一次成形体に、７５０℃に加熱しながら３０ＭＰａの圧力で熱間塑性加工を施し、所定形状の二次成形体を得た。次いで、得られた二次成形体を６００〜８００℃で６０分間加熱して焼結し、永久磁石を得た。
【００３９】
［実施例２］
上記実施例１において、磁性粉末に対するフラーレンの添加量を２．２ｖｏｌ.％とした以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
【００４０】
［実施例３］
上記実施例１において、磁性粉末に対するフラーレンの添加量を４．３ｖｏｌ.％とした以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
【００４１】
［実施例４］
上記実施例１において、フラーレンＣ６０の代わりに化学修飾フラーレンとしてＣ６０−Ｆ（フッ化フラーレン）を用いた以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
【００４２】
［比較例１］
フラーレン等の添加材を用いなかった以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
［比較例２］
添加材としてフラーレンの代わりにＢ２Ｏ３を用いた以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
表１は、上記実施例１〜４および比較例１，２の磁性粉末材料および磁性粉末の表面に絶縁被膜を形成するための添加材の添加量を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
次に、上記実施例１〜４および比較例１，２の永久磁石につき、４端子法によって電気抵抗率を測定した。測定結果を、表１に併記するとともに図３のグラフで表した。なお、表１の電気抵抗率の数値は、比較例１の測定値を１とした場合の比率を示している。
【００４５】
表１によれば、フラーレンまたは化学修飾フラーレンを添加した実施例１〜４では、添加材無しの比較例１よりも電気抵抗率が上昇しており、絶縁性が向上していることが判った。特に実施例４の電気抵抗率は比較例１の８．２４倍と大幅に上昇したものとなっており、これは上述した無機化合物からなる絶縁被膜が形成されたことによる絶縁性の大幅な向上によるものと推測される。一方、Ｂ２Ｏ３を用いた比較例２では電気抵抗率が上昇しているが、添加量が実施例１〜４と比べると数倍多く、したがって磁化の大幅な低下が生じる。
【符号の説明】
【００４６】
１…磁性粉末
２…絶縁被膜
３１…一次成形体
３２…二次成形体
Ｐ…粒子状材料
Ｓ…溶媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類含有磁性粉末を含む磁性粉末の表面に絶縁被膜が形成された材料からなる永久磁石およびその製造方法に係り、特に絶縁被膜の形成技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動源とする電気自動車、あるいはモータとエンジンを組み合わせたハイブリッド自動車は、環境問題の影響から近年において開発が急速に進んでいる。この種の自動車に装備される駆動用モータに用いられる磁石は、渦電流の発生によって自己発熱する傾向にあり、外部からの熱影響とあいまって、残留磁束密度が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、希少金属であるＤｙ（ディスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）等の高保磁力化元素を添加して磁石自体の耐熱性を向上させたり（特許文献１）、材料の磁石粉末の界面に無機絶縁材料を介在させることにより粉末間の絶縁性を高めて渦電流損失を低下させる（特許文献２，３）といった対策がなされている。また、磁石を分割して渦電流の発生領域を分散させて自己発熱させにくくするといった工夫も試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−１０５２８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２８３０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高保磁力化元素の添加は残留磁束密度の低下を招き、また、希少金属であるが故に安定した供給は保証されず、また、コスト的には不利である。コストの面では、磁石を分割するという対策は、磁石の分割、磁石の組み立てといった工程が増加するため同じく不利である。一方、磁石粉末の界面に無機絶縁材料を介在させて絶縁性を向上させる対策は、磁気特性に関係のない物質を混合させていることから磁気特性を大幅に低下させる場合があり、決して得策ではない。また、熱間塑性加工磁石においては粉末界面に絶縁物（特に金属酸化物）が介在して加工性が低下するといったことが起こり、さらに磁気特性が低下するといった問題が生じるものであった。さらに、粉末界面間にＲＥ（希土類、例えばＮｄなど）リッチ相が液相状態で形成されるため、例え絶縁物が介在していたとしてもＲＥリッチ相が絶縁物間に浸透することにより粉末どうしが結合し、完全な絶縁には至らない。
【０００６】
よって本発明は、希少金属の使用や加工数の増加によるコストの増大を招くことなく耐熱性ならびに磁気特性の向上が効果的に図られる永久磁石およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の永久磁石は、希土類含有磁性粉末を含み、該希土類含有磁性粉末の界面にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の永久磁石によれば、高い絶縁性を有するフラーレンまたは化学修飾フラーレンからなる絶縁被膜が、材料粉末である希土類含有磁性粉末の界面に形成されているため、高抵抗化が図られて絶縁性に富み、このため、渦電流損失が低下して磁気特性の向上が図られる。また、希少金属を用いたり磁石を分割したりする必要もないことから、製造上、有利となる。
【０００９】
上記絶縁被膜を形成するフラーレンまたは化学修飾フラーレンは、耐熱性および潤滑性の点で優れている。耐熱性が高いということは高温での熱処理が可能であるといった利点がある。潤滑性に関しては、塑性変形への追従性が高く成形性に優れるため、圧縮成形により製造される成形体の密度を高くすることができるとともに、絶縁被膜にクラックなどの損傷の発生が生じにくくなる。これらのことからも、磁気特性が向上したものとなる。
【００１０】
本発明の永久磁石においては、前記絶縁被膜に、前記化学修飾フラーレンと前記希土類含有磁性粉末の表面に生じるＲＥ（希土類）−リッチ相の希土類とが結合してなる無機化合物が含有されていることを好ましい形態とする。これは、絶縁被膜を形成する化学修飾フラーレンが、例えばフッ化フラーレン等のフッ化物との混合フラーレンである場合、そのフッ化物と希土類含有磁性粉末の希土類とが結合して生成された無機化合物により粉末界面間に均一な絶縁被膜が形成される形態である。
【００１１】
次に、本発明の永久磁石の製造方法は、上記本発明の永久磁石を好適に製造する方法であって、希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、前記絶縁被膜を形成した希土類含有磁性粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、前記二次成形体を熱処理する工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の永久磁石の製造方法としては、上記製造方法において、最初の絶縁被膜を形成する工程と次の一次成形体を得る工程との間に、前記希土類含有磁性粉末を熱処理する工程を追加する方法を含む。すなわち、希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜を形成した前記希土類含有磁性粉末を熱処理する工程と、前記熱処理した粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、前記二次成形体を熱処理する工程とを具備することを特徴とする製造方法である。
【００１３】
上記各製造方法では、前記化学修飾フラーレンを、前記希土類含有磁性粉末の希土類と結合して無機化合物を形成するものとすることにより、該無機化合物で絶縁被膜を形成することができ、その結果、磁気特性を大幅に向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の製造方法では、前記絶縁被膜の形成工程においては、非極性溶媒あるいは極性溶媒にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つを溶かした溶液を用いて行うことを好ましい形態とする。この形態では、フラーレンまたは化学修飾フラーレンが溶剤化されるため、フラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末の表面に薄く、かつ、均一にコーティングすることができる。このため、なるべく少ない使用量でフラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末の表面に被覆することができ、コストの増大を抑えることができる。また、均一に、かつ、確実に被覆されることから、均一な絶縁層が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、材料である希土類含有磁性粉末の界面に、絶縁性、耐熱性および耐熱性に優れたフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜が形成されていることにより、製造上の懸念を招来することなく、耐熱性ならびに磁気特性の向上が効果的に図られる永久磁石を得ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を模式的に示す図である。
【図３】実施例で行った電気抵抗率の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
図１は第１実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を示している。本方法は、まず図１（Ａ）に示す希土類金属を含有する磁性粉末１を用意する。磁性粉末１の組成は特に限定されないが、例えば、ＲＥ（希土類）−Ｆｅ−Ｂ，ＲＥ−Ｆｅ−Ｎ，ＲＥ−Ｃｏ等が挙げられる。また、ＨＤＤＲ処理（水素の吸収による分解と脱水素による再結合）により結晶粒が微細化、異方化されて磁気特性が高められた磁性材料からなる希土類含有磁性粉末も用いることができる。
【００１８】
希土類金属としては、Ｎｄ（ネオジム）やＰｒ（プラセオジウム）が挙げられるが、これらに限定はされない。希土類の含有量は特に限定されないが、磁性粉末中に２７．０〜３２．０ｗｔ％の割合で含有されることが好適とされる。これは、２７．０ｗｔ％を下回ると粉末どうしが結合し難く、製造上困難となり、３２．０ｗｔ％を超えると主相の割合が少なくなって磁気特性が低下し、実用的ではないといった理由からである。
【００１９】
次に、図１（Ｂ）に示すように、フラーレンからなる粒子状材料Ｐを溶媒Ｓに溶解して粒子状材料Ｐを溶剤化する。この場合、フラーレンの代わりに、化学修飾フラーレン、あるいはフラーレンと化学修飾フラーレンの混合物を用いてもよい。
【００２０】
フラーレンとしては、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ９０、Ｃ９４、Ｃ９６、Ｃ１００以上の高次フラーレンの単体、またはこれら単体の混合体が挙げられる。また、化学修飾フラーレンとしては、Ｃ６０−ＦＸ（フッ化フラーレン）、Ｃ６０−ＯＸ（酸化フラーレン）、Ｃ６０−ＯＨＸ（水酸化フラーレン）等の単体、あるいはこれらの混合物が挙げられる（元素記号右下のＸは係数）。化学修飾フラーレンは、後述するように、加熱影響時においてＲＥリッチ相の希土類と結合して無機化合物を生成するものが好適に用いられる。
【００２１】
溶媒Ｓは特に限定されないが、粒子状材料Ｐとしてフラーレンを用いる場合、フラーレンが溶解するベンゼン系溶媒などの非極性溶媒が挙げられる。また、この場合、粒子状材料Ｐを非極性溶媒に溶解させた後、その非極性溶媒を揮発性の高い極性溶媒と混合してもよい。また、粒子状材料Ｐとして化学修飾フラーレンを用いる場合、化学修飾フラーレンは極性溶媒にも溶解するから、溶媒Ｓは、非極性および極性のいずれであってもよい。さらに、粒子状材料Ｐの溶媒Ｓへの混合法は特に限定されるものではなく、容器回転式や、機械撹拌式、流動撹拌式などの各種混合法が適用可能である。
【００２２】
次に、図１（Ｃ）に示すように、粒子状材料Ｐが溶解してフラーレン溶剤となった溶媒Ｓを、磁性粉末１の表面に均一に塗布し、乾燥させてフラーレンを磁性粉末１の表面に固着させる。これによりフラーレンからなる絶縁被膜２が磁性粉末１の表面に形成される。粘度が低いフラーレン溶剤を用いることにより、絶縁被膜２は磁性粉末１の表面に薄く、かつ、均一に形成される。
【００２３】
絶縁被膜２の具体的な形成方法は特に限定されないが、例えば、超音波照射、気流噴霧法、あるいはバレル混合などが挙げられる。絶縁被膜２の膜厚は特に限定されないが、０．７ｎｍ〜１０μｍであることが好適である。絶縁被膜２の膜厚が０．７ｎｍ未満の場合、最小フラーレン分子の直径以下となるから、絶縁効果が小さくなる。一方、絶縁被膜２の膜厚が１０μｍ超の場合、磁化が大きく低下するため、実用性がなくなる。
【００２４】
次いで、図１（Ｄ）に示すように、絶縁被膜２が表面に形成された磁性粉末１を圧縮して一次成形体３１を得る。一次成形体３１を得るには、この場合、次の２通りの方法のうちのいずれかを選択する。１つは磁場中の成形であり、もう１つは磁場ではない通常環境での高密度化である。いずれも金型内に磁性粉末１を充填して圧縮成形する方法が採られるが、磁場中での成形であるか否かの他に、成形圧力に差がある。すなわち、磁場中成形での成形圧力は、例えば３０〜３００ＭＰａ程度でり、一方、高密度化では５５０〜８００℃程度に加熱しながら、例えば５０〜１００ＭＰａ程度で行う。
【００２５】
次に、図１（Ｅ）に示すように、上記圧縮成形工程で磁場中成形により得た一次成形体３１に関しては、焼結して二次成形体３２を得、この後、熱処理を施して永久磁石とする。二次成形体３２を得る焼結は、磁場中成形した一次成形体３１を例えば９００〜１２００℃で６０分間加熱するといった処理となる。また、高密度化処理された一次成形体３１は、さらに塑性加工を行うことにより二次成形体３２としてから、図１（Ｆ）に示すように最後に熱処理を施す。二次成形体３２を得る塑性加工は、高密度化処理した一次成形体３１を、所定形状が得られる金型内にセットし、荷重を加えて変形させる。この塑性加工は、例えば５５０〜８００℃程度に加熱しながら行ってもよい。
【００２６】
最後の二次成形体３２の熱処理は、例えば６００〜９００℃で１０〜１５０分間加熱する。熱処理時の雰囲気は特に限定されず、真空中、アルゴン、あるいは窒素などの不活性雰囲気や、水素などの還元雰囲気が挙げられる。熱処理温度は特に限定されないが、６００℃以上では化学修飾フラーレンとＲＥ−リッチ層の希土類とが結合して無機化合物を生成しやすくなるので、６００℃以上が好適である。
【００２７】
以上の製造方法により所定形状に成形された永久磁石を得る。
得られた永久磁石にあっては、高い絶縁性を有するフラーレンまたは化学修飾フラーレンからなる絶縁被膜２が磁性粉末１の界面に形成されている。このため、当該永久磁石は高抵抗値を示して絶縁性が向上し、渦電流が低下して自己発熱が抑えられたものとなっている。
【００２８】
また、絶縁被膜２を形成するフラーレンまたは化学修飾フラーレンは、耐熱性および潤滑性の点で優れている。耐熱性が高いということは高温での熱処理が可能であり、このため均一な絶縁被膜が得られる。また、高い潤滑性により塑性変形への追従性が高く成形性に優れるため、一次成形が磁場中成形の場合、配向時、粉末界面での摩擦が低減され、高い磁場配向が得られる。また、二次成形が熱間塑性加工の場合、従来の固体絶縁物と比べて界面での潤滑効果により、熱間塑性加工性を阻害することがないため、高い磁気特性が得られる。
【００２９】
ここで、上記粒子状材料Ｐとして特に化学修飾フラーレンを用いた場合には、加熱の影響がある工程中において、磁性粉末１の表面に、磁性粉末１の主相をなす母材中から希土類金属の一部が溶け出し、この希土類リッチ相と化学修飾フラーレンの化学修飾元素とが反応して結合し、無機化合物が生成される。そしてこの無機化合物が絶縁被膜２を形成することとなる。
【００３０】
例えば、磁性粉末１がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）、絶縁被膜２を形成する化学修飾フラーレンがＣ６０−ＦＸ（フッ化フラーレン）であった場合、熱処理中に、Ｎｄのリッチ相が磁性粉末１の表面に溶け出し、そのＮｄとＣ６０−ＦＸのフッ化物とが反応して結合し、無機化合物が生成される。このようにして生成される無機化合物はきわめて絶縁性が高く、したがって無機化合物からなる絶縁被膜２が形成されることにより高い高抵抗化が可能となる。
【００３１】
なお、加熱影響により希土類リッチ相が磁性粉末１の表面に溶け出す作用は、磁場中焼結後の焼結時、または高密度化による成形時（加熱して成形する場合）、さらには高密度化による成形後の塑性加工時（加熱して塑性加工する場合）や、最後の熱処理時に起こる。また、希土類リッチ相と反応して無機化合物を形成するための化学修飾元素はフッ素に限られず、酸化物や水酸化物等であってもよい。
【００３２】
また、磁性粉末１の表面に絶縁被膜２を形成するにあたり、粒子状材料Ｐを溶剤化して低粘度とし、これを磁性粉末１の表面に塗布している。このため、フラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末１の表面に薄く、かつ、均一にコーティングすることができる。その結果、なるべく少ない使用量でフラーレンまたは化学修飾フラーレンを磁性粉末１の表面に被覆することができ、コストの増大を抑えることができる。また、均一に、かつ、確実に被覆されることから、高抵抗化が図られる。このように溶剤塗布による絶縁被膜２の形成方法によれば、抵抗加熱や電子ビームを使用した蒸着などが不要であるから、製造方法が簡便になるといった利点もある。
【００３３】
コストに関しては、Ｄｙ（ディスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）等の希少金属を用いることなく、また、磁石を分割するといった手法を採ることなく磁気特性の向上が図られる点において、大きなコスト抑制効果が果たされる。
【００３４】
［２］第２実施形態
図２は第２実施形態に係る永久磁石の製造方法の過程を示している。本方法は、上記第１実施形態の製造方法の、最初の絶縁被膜２を形成する工程と次の一次成形体３１を得る工程との間に、（Ｃ’）で示す磁性粉末１を熱処理する工程を追加している。図２（Ｃ’）で行う熱処理の条件は、例えば１００〜１０００℃で１０〜１５０分間加熱するといった処理となる。
【００３５】
このように一次成形体３１を得る前の段階で熱処理を行う方法は、上述した無機化合物により絶縁被膜を形成して絶縁性の大幅な向上を図る際に有利である。すなわちこの第２実施形態の方法は、図２（Ｃ）の粒子状材料Ｐにフッ化フラーレン等の化学修飾フラーレンを用いて磁性粉末１の表面に絶縁被膜２を形成する。この後、絶縁被膜２を形成した磁性粉末１を上記条件で熱処理すると、その表面に形成される絶縁被膜２は無機化合物からなるものとなる。このように、磁性粉末１の段階で熱処理することにより、磁性粉末１の表面全面を確実に無機化合物からなる絶縁被膜２で覆うことが可能となる。したがって得られた永久磁石においては高い絶縁性を示す。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を提示して本発明の効果を実証する。
［実施例１］
フラーレン：Ｃ６０を１，２，４−トリメチルベンゼン（溶解度１７．９ｍｇ／ｍｌ）で溶解し、その溶液を揮発性の高いエタノールと混合してフラーレン溶剤を作製した。続いて、そのフラーレン溶剤とＮｄ−Ｆｅ−Ｂからなる磁性粉末とをビーカー内で仮混合した後、４０ｋＨｚ／２５０Ｗ／６０分の条件で超音波照射を行った。ここでの磁性粉末に対するフラーレンの添加量は、１．３ｖｏｌ.％とした。
【００３７】
次いで、上記フラーレン溶剤に混合した磁性粉末を、５ｋＰａ以下の真空下において４０ｋＨｚ／５０Ｗ／６０分の条件で超音波照射を行いながら乾燥させ、磁性粉末の表面に絶縁被膜としてフラーレン膜を形成した。次に、所定形状の金型を用い、７００℃に加熱した状況で５０ＭＰａの圧力をかけ、フラーレン膜が形成された磁性粉末を高密度化させて一次成形体を得た。
【００３８】
次に、得られた一次成形体に、７５０℃に加熱しながら３０ＭＰａの圧力で熱間塑性加工を施し、所定形状の二次成形体を得た。次いで、得られた二次成形体を６００〜８００℃で６０分間加熱して焼結し、永久磁石を得た。
【００３９】
［実施例２］
上記実施例１において、磁性粉末に対するフラーレンの添加量を２．２ｖｏｌ.％とした以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
【００４０】
［実施例３］
上記実施例１において、磁性粉末に対するフラーレンの添加量を４．３ｖｏｌ.％とした以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
【００４１】
［実施例４］
上記実施例１において、フラーレンＣ６０の代わりに化学修飾フラーレンとしてＣ６０−Ｆ（フッ化フラーレン）を用いた以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
【００４２】
［比較例１］
フラーレン等の添加材を用いなかった以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
［比較例２］
添加材としてフラーレンの代わりにＢ２Ｏ３を用いた以外は、実施例１と同様にして永久磁石を得た。
表１は、上記実施例１〜４および比較例１，２の磁性粉末材料および磁性粉末の表面に絶縁被膜を形成するための添加材の添加量を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
次に、上記実施例１〜４および比較例１，２の永久磁石につき、４端子法によって電気抵抗率を測定した。測定結果を、表１に併記するとともに図３のグラフで表した。なお、表１の電気抵抗率の数値は、比較例１の測定値を１とした場合の比率を示している。
【００４５】
表１によれば、フラーレンまたは化学修飾フラーレンを添加した実施例１〜４では、添加材無しの比較例１よりも電気抵抗率が上昇しており、絶縁性が向上していることが判った。特に実施例４の電気抵抗率は比較例１の８．２４倍と大幅に上昇したものとなっており、これは上述した無機化合物からなる絶縁被膜が形成されたことによる絶縁性の大幅な向上によるものと推測される。一方、Ｂ２Ｏ３を用いた比較例２では電気抵抗率が上昇しているが、添加量が実施例１〜４と比べると数倍多く、したがって磁化の大幅な低下が生じる。
【符号の説明】
【００４６】
１…磁性粉末
２…絶縁被膜
３１…一次成形体
３２…二次成形体
Ｐ…粒子状材料
Ｓ…溶媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類含有磁性粉末を含み、該希土類含有磁性粉末の界面にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする永久磁石。
【請求項２】
前記絶縁被膜には、前記化学修飾フラーレンと前記希土類含有磁性粉末の希土類とが結合してなる無機化合物が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜を形成した希土類含有磁性粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、
前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、
前記二次成形体を熱処理する工程と、
を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法。
【請求項４】
希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜を形成した前記希土類含有磁性粉末を熱処理する工程と、
前記熱処理した粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、
前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、
前記二次成形体を熱処理する工程と、
を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法。
【請求項５】
前記化学修飾フラーレンは、前記希土類含有磁性粉末の希土類と結合して無機化合物を形成するものであることを特徴とする請求項３または４に記載の永久磁石の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁被膜の形成工程においては、非極性溶媒あるいは極性溶媒にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つを溶かした溶液を用いて行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
【請求項１】
希土類含有磁性粉末を含み、該希土類含有磁性粉末の界面にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする永久磁石。
【請求項２】
前記絶縁被膜には、前記化学修飾フラーレンと前記希土類含有磁性粉末の希土類とが結合してなる無機化合物が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜を形成した希土類含有磁性粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、
前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、
前記二次成形体を熱処理する工程と、
を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法。
【請求項４】
希土類含有磁性粉末の界面に、フラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つからなる絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜を形成した前記希土類含有磁性粉末を熱処理する工程と、
前記熱処理した粉末を、磁場中成形するか、または高密度化させて一次成形体を得る工程と、
前記一次成形体を焼結または塑性加工して二次成形体を得る工程と、
前記二次成形体を熱処理する工程と、
を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法。
【請求項５】
前記化学修飾フラーレンは、前記希土類含有磁性粉末の希土類と結合して無機化合物を形成するものであることを特徴とする請求項３または４に記載の永久磁石の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁被膜の形成工程においては、非極性溶媒あるいは極性溶媒にフラーレンまたは化学修飾フラーレンのうちの少なくとも１つを溶かした溶液を用いて行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２３８７６１（Ｐ２０１０−２３８７６１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２６３４（Ｐ２００９−８２６３４）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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