磁性材料及びこれを用いた磁石。
【課題】 少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石を提供すること。
【解決手段】 本発明の磁石は、多数の粒子２によって構成される磁性材料と、この粒子２を結合させる結合剤４とを含有する。粒子２は、Ｆｅを主成分とする主相粒子６と、この主相粒子６を覆い、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層８とから構成される。
【解決手段】 本発明の磁石は、多数の粒子２によって構成される磁性材料と、この粒子２を結合させる結合剤４とを含有する。粒子２は、Ｆｅを主成分とする主相粒子６と、この主相粒子６を覆い、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層８とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性材料及びこれを用いた磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素を含有する希土類磁石は、高磁気特性を有する磁石として種々の用途に用いられている。例えば、下記特許文献１に記載されたような所定の組成を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石が、優れた磁気特性を発揮し得るものとして知られている。
【０００３】
希土類磁石においては、希少な希土類元素の使用量をできるだけ少なくしながら高い特性を得ることが望まれる。希土類元素の使用量を少なくできる希土類磁石としては、例えば、希土類元素を含む相と、希土類元素を含まない相とを組み合わせた複合型の希土類磁石が考えられる。このような複合型の希土類磁石によれば、希土類元素を含まない相を有しているため、単一の金属間化合物から構成される希土類磁石に比べて、希土類元素の量を少なくできる。
【０００４】
複合型の希土類磁石としては、例えば、下記特許文献２に記載されたような、Ｓｍ（Ｃｏ，Ｃｕ）５の組成を有する硬磁性相と、Ｆｅからなる軟磁性相とが交互に繰り返し積層された多層膜構造を有するナノコンポジット磁石が知られている。
【特許文献１】特開２０００−２３４１５１号公報
【特許文献２】特開２００６−１７３２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のナノコンポジット磁石は、多層膜構造からなる薄膜磁石であり、広い用途に適用できるボンド磁石や焼結磁石といったバルク形状の磁石を形成することは困難であった。また、従来の単一材料から構成されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石と比べると、未だ十分な磁気特性が得られるものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の磁性材料は、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、この主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の磁性材料は、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、希土類元素を含む被覆層との複合構造を有することから、単一の材料から構成される希土類磁石と比べて希土類元素の量を少なくできる。また、主相粒子を被覆層が被覆した粒子を含むため、上記従来のような多層膜構造とした場合に比べて容易にバルク形状を有する磁石を形成することができる。さらに、本発明の磁性材料は、上記のように主相粒子が被覆層によって被覆された複合構造を有することから、希土類元素の含有量が少ないのにも関わらず、優れた磁気特性を有するものとなる。
【０００９】
ここで、本発明の磁性材料が優れた磁気特性を有するのは、必ずしも明らかではないが、以下のような要因によると考えられる。すなわち、本発明の磁性材料においては、主相粒子を覆う被覆層が、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物によって構成されている。このＣａＣｕ５型の結晶構造においては、希土類元素が密に存在する面が層状に重なった異方性構造が形成されており、しかも希土類元素が六方晶のｃ軸方向に連なった構成を有しているため、大きな異方性が発現されると考えられる。そのため、このような金属間化合物によって構成される被覆層は、極めて大きな異方性磁界を有するものとなる。そして、本発明の磁性材料は、このような被覆層が主相粒子を被覆した構造を有していることから、磁石を形成した場合にこれらによって構成される相間での交換結合を強く生じることができる。そのため、保磁力に影響する希土類元素（を含む金属間化合物）が少なくても、高い保磁力が得られるようになる。また、主相粒子が被覆されていることで、主相粒子同士の接近によるこれらの単磁区構造の不安定化も避けることができ、これによっても高い保磁力が維持される傾向にある。これらの要因により、本発明の磁性材料によれば、希土類元素の量が少なくても優れた磁気特性を有する磁石を形成できるものと考えられる。
【００１０】
上記本発明の磁性材料においては、主相粒子は、針状の形状を有することが好ましい。主相粒子が針状の形状を有すると、これが被覆層に被覆された粒子も全体として針状形状を有するようになり、その形状に起因して軸方向に大きな異方性エネルギーを有することができる。したがって、このような粒子から構成される磁性材料は、更に優れた磁気特性を発揮することができる。一方、上述した従来技術のような多層膜の構造とした場合、このような形状に由来する異方性エネルギーを十分に利用できないため、本発明のような高磁気特性は得られなくなるものと考えられる。
【００１１】
本発明はまた、上記本発明の磁性材料を用いて好適な磁石を提供する。すなわち、本発明の磁石は、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような本発明の磁石は、上記本発明と同様の複合構造を有する磁性材料によって構成されることから、容易にバルク形状を有することができ、希土類元素の含有量を少なくした場合であっても、高い磁気特性を有するものとなる。
【００１３】
本発明の磁石においては、主相粒子が針状の形状を有することが好ましい。このような主相粒子を含む磁石は、上記と同様の理由により、一層優れた磁気特性を有するものとなる。
【００１４】
上記本発明の磁石は、より具体的には、主相粒子及び被覆層からなる粒子を結合させる結合剤を更に含む構成を有することが好ましい。このように粒子が結合剤によって結合された構造を有するとバルク化が一層容易となり、本発明の磁石は、多様な用途に適した形状を有することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、好適な実施形態に係る磁石の断面構成を拡大して示す模式図である。図１に示すように、磁石１は、多数の粒子２と、この粒子２間を満たしてこれらを結合する結合剤４とからなる構造を有している。このように、磁石１は、多数の粒子２からなる磁性粉末（磁性材料）が、結合剤４で結合されることによって構成されている。
【００１８】
粒子２は、針状の形状を有する主相粒子６と、この主相粒子６の表面を覆うように形成された被覆層８とから構成されており、全体としても針状の形状を有している。ここで、針状の形状とは、特定の一方向の軸（長軸）に沿う断面がいずれもこの長軸方向に扁平な形状となる形状であり、回転楕円体のような形状がこれに該当する。具体的には、例えば、長軸が、これとほぼ直交する方向の軸（短軸）に対して３倍以上の長さとなるような形状が挙げられる。
【００１９】
粒子２における主相粒子６は、鉄（Ｆｅ）を主成分として含む磁性相である。この主相粒子６は、Ｆｅのみから構成されてもよく、Ｆｅ以外の元素を組み合わせて含んでいてもよい。主相粒子６に含まれるＦｅ以外の元素としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）や窒素（Ｎ）が挙げられ、Ｃｏを２０〜５０％含む組成を有しているとより好ましい。Ｆｅに加えてＣｏを含有することで、粒子２の飽和磁束密度が向上する傾向にある。
【００２０】
また、主相粒子６は、還元処理の際の焼結防止の目的で、アルミニウム（Ａｌ）やイットリウム（Ｙ）を含有していてもよい。すなわち、ＡｌやＹを含むことにより、後述するような主相粒子６の形成時に行う還元処理の際に焼結が生じるのを防止することができる。主相粒子６は、必要に応じて他の金属を更に含んでいてもよく、その他、不可避的に混入する成分が含まれることもある。主相粒子６の具体的な組成としては、Ｆｅ−２０％Ｃｏ−３％Ａｌ−２．８％Ｙの組成が例示できる。
【００２１】
粒子２における被覆層８は、少なくとも希土類元素を含み、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる磁性相である。この金属間化合物がＣａＣｕ５型構造を有しているか否かは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって確認することができる。被覆層８を構成する金属間化合物は、希土類元素と他の金属元素とが金属結合によって結合した化合物である。
【００２２】
金属間化合物に含まれる希土類元素としては、サマリウム（Ｓｍ）、エルビウム（Ｅｒ）やツリウム（Ｔｍ）が挙げられ、Ｓｍが好ましい。また、希土類元素と組み合わせる他の金属元素としては、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ又はニッケル（Ｎｉ））が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ）が好ましい。このような金属間化合物としては、Ｓｍ−Ｃｏ系の化合物が挙げられる。Ｓｍは、ＣａＣｕ５型構造において、ｃ軸方向に大きな異方性を付与することができ、また、Ｃｏは、ＣａＣｕ５型構造を安定化できる特性を有していると考えられる。Ｓｍ−Ｃｏ系の金属間化合物としては、具体的には、ＳｍＣｏ５が好ましい。ＳｍＣｏ５の組成を有する金属間化合物は、特に大きな異方性磁界を有する傾向にある。
【００２３】
さらに、金属間化合物としては、Ｓｍ−Ｃｏ系においてＣｏの一部がホウ素（Ｂ）に置換されたＳｍ−Ｃｏ−Ｂ系の化合物がより好ましい。このようにＣｏの一部がＢに置換されることによって、ＢはＣｏよりも原子半径が小さいため、ＣａＣｕ５型構造においてｃ軸方向のＳｍ同士の距離を小さくすることができ、より高い異方性磁界が得られると考えられる。Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の金属間化合物としては、例えば、ＳｍＣｏ４Ｂ、ＳｍＣｏ３Ｂ２、Ｓｍ２Ｃｏ７Ｂ３や、Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４等のＳｍＮＣｏ３Ｎ＋２Ｂ２Ｎ−２（Ｎは２以上）で表される組成を有するものが挙げられる。
【００２４】
さらにまた、金属間化合物としては、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の組成において、Ｃｏの一部をＦｅで置換したＳｍ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系の組成を有するものが更に好ましい。このように、Ｃｏの一部をＦｅで置換することで、金属間化合物の異方性磁界を高めながら、キュリー温度を十分に高くすることも可能となる。キュリー温度の高い金属間化合物からなる被覆層８を有することで、磁石１は高温でも優れた磁気特性を維持できるものとなる。十分に高いＴｃ及びＨｃを両立する観点からは、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の組成に対し、ＣｏをＦｅで置換した割合（原子数基準）は、７５％以下であると好ましく、２５〜７５％であるとより好ましい。
【００２５】
このような構成を有する粒子２において、主相粒子６の大きさは、針状の長軸が好ましくは０．０５〜３μｍ、より好ましくは０．１〜２μｍとなる程度の大きさを有していると好ましい。また、被覆層８は、主相粒子６を均一に被覆しており、その厚さが０．０１〜０．２μｍであると好ましく、０．０２〜０．１μｍであるとより好ましい。主相粒子６及び被覆層８がこのような条件を満たしていると、これらの相間で交換相互作用が生じ易くなり、磁石１の保磁力が向上する傾向にある。
【００２６】
磁石１における結合剤４は、上述した粒子２同士を結合させる成分であり、少なくとも粒子２よりも飽和磁束密度が小さい材料から構成され、非磁性（常磁性、反磁性）又は反強磁性の材料からなるとより好ましい。具体的には、結合剤４としては、希土類金属（Ｓｍ又はＬａ）、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ等の金属単体、ＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＦｅＡｌ等の合金、或いは、樹脂等からなるものを適用できる。
【００２７】
これらのうち、Ｓｍは、粒子２等の構造の乱れによる異方性の低下を抑制することができ、Ｚｎは融点が低いため粒子２を分散させるのに適しており、また、Ｃｕは展性、延性に優れることから結合剤として適している上、めっきによる形成等が容易であるといった利点も有している。さらに、ＮｉＯやＦｅＭｎは安価で容易に結合剤４として利用でき、また、樹脂は、溶融が容易で粒子２を分散しやすい等の利点を有している。結合剤４としては、所望の特性に合わせて上記の成分を適宜選択して用いることが好ましい。
【００２８】
なお、本発明の磁石は、上述した構造に限られず、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含む限り、適宜異なる構造を有していてもよい。
【００２９】
例えば、主相粒子６は、Ｆｅを主成分とする単一の相であってもよいが、複数の相によって構成されていてもよい。主相粒子６が複数の相によって構成される場合、粒子中に各相が混在するように分布していてもよく、また、ある相の周囲を他の相が被覆するような構造となっていてもよい。また、磁石１中、単一の相からなる主相粒子６と、複数の相からなる主相粒子６とが混在していてもよい。
【００３０】
また、被覆層８も、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる限り、単一の相から構成される必要はなく、複数の相によって形成されていてもよい。被覆層８が複数の相によって構成される場合、当該被覆層８においては、各相がそれぞれ主相粒子６の一部ずつを被覆するように形成されていてもよく、また、一方の相が他方の相を覆うように形成された多層構造となっていてもよく、これらの構造が混在していてもよい。さらに、磁石１中、単一の相からなる被覆層８が形成された粒子２と、複数の相からなる被覆層８が形成された粒子２との両方が含まれていてもよい。
【００３１】
主相又は被覆層が複数の相、特に多層構造からなる場合、主相と被覆層とが段階的に磁気的に移行するため、これらの相互作用がより強力に生じることになる。その結果、主相と被覆層とを組み合わせて有することにより、磁気特性の向上が可能となる場合もある。なお、このような複数の相が含まれる構造は、後述するような、主相用の鉄を主成分とする原料と、被覆層用の金属間化合物の原料とを混合して反応させる方法によって、特に形成され易い傾向にある。
【００３２】
一例として、被覆層が複数の相からなる多層構造を有する磁石の断面構成を図２に示す。図２に示すように、この形態の磁石１０は、複数の粒子１２と、この粒子１２間の結合剤１４とから構成されている。粒子１２においては、主相粒子１６の周囲を被覆層１８が被覆しているが、この被覆層１８は、主相粒子１６を覆う第１の被覆層１８ａと、この第１の被覆層１８ａを更に覆う第２の被覆層１８ｂとの２層構造となっている。
【００３３】
さらに、磁石１は、必ずしも上述した結合剤４を有していなくてもよい。また、結合剤４は、被覆層８と同じ組成のものであってもよい。この場合、結合剤４も強磁性体となることから、この結合剤４内に非磁性又は反強磁性の材料が混在するようにすることが好ましい。
【００３４】
次に、上述した構成を有する磁石１の製造方法の好適な例について説明する。
【００３５】
磁石１の製造においては、まず、粒子２における主相粒子６を形成するための鉄を主成分とする針状粒子を準備する。この針状粒子は、例えば、第１鉄塩水溶液とアルカリ水溶液とを反応させた後、反応後の懸濁液に空気等の酸素を含有するガスを通気して酸化反応を生じさせ、これによりゲータイト粒子粉末を生成させる。その後、このゲータイト粉末を加熱脱水した後、水素雰囲気下、高温（５００℃程度）で還元することによって、鉄を主成分とする針状粒子が得られる。
【００３６】
次に、鉄を主成分とする針状粒子の表面を、被覆層８を構成する金属間化合物で被覆することによって粒子２を形成させる。金属間化合物による被覆は、金属間化合物の原料を蒸着やスパッタ等のＰＶＤ法によって針状粒子の表面に堆積させる方法、針状粒子と金属間化合物の微粒子とを混合する方法、金属間化合物の原料の溶液中に針状粒子を浸漬させる方法等によって行うことができる。
【００３７】
また、鉄を主成分とする針状粒子と、金属間化合物の原料とを混合し、反応させることによって、針状粒子を金属間化合物で被覆することもできる。このような方法によれば、粒子２の製造が容易となるためより好ましい。かかる方法としては、例えば、短時間の熱処理による共晶反応等を用いる方法や、金属間化合物の原料粒子として希土類水素化物を用い、真空熱処理により水素を除いて反応させる方法、或いは、金属間化合物の原料粒子として希土類酸化物を用い、Ｃａで還元して反応させる方法等が挙げられる。
【００３８】
例えば、上述したＰＶＤ法による方法において、レーザーアブレーション法により、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の金属間化合物で針状粒子を被覆する場合は、まず、Ｓｍ、Ｃｏ及びＢそれぞれの原料化合物等を、所望の組成が得られるように秤量する。これらを高周波溶解したものを、型に鋳込んで鋳造品とし、所望の大きさとなるように切り出し・研磨等を行った後、１１００℃で６０時間程度の条件で溶体化処理を行うことにより、スパッタに用いるターゲットを得る。
【００３９】
次いで、このターゲットをターゲットホルダーにセットするとともに、振動機構上に配置されたサンプル容器等に、上述した針状粒子を入れ、装置内を真空に調整する。この際、針状粒子は、大気に触れないように準備することが好ましい。そして、高真空条件下、針状粒子を間欠的に振動させながら、ターゲットにレーザーを照射し、これにより生じたＳｍ−Ｃｏ−Ｂクラスターを針状粒子に堆積させることで、針状粒子の表面にＳｍ−Ｃｏ−Ｂ系の金属間化合物からなる層を形成する。その結果、針状粒子からなる主相粒子６、及び、この表面を覆い金属間化合物からなる被覆層８を有する粒子２を含む磁性粉末（磁性材料）が得られる。
【００４０】
磁石１の製造においては、その後、このようにして得られた磁性粉末を、結合剤４により結合させることによってバルク状の磁石１を得る。このバルク化は、例えば、磁性粉末を構成する粒子２を結合剤４で覆った後にこれを成形する方法や、結合剤４中に粒子２を分散させた状態で成形する方法等によって実施することができる。
【００４１】
例えば、結合剤４としてＺｎを用いる場合は、まず、Ｚｎを収容した容器を５００℃程度に加熱し、Ｚｎを溶融した後、この中に上記の磁性粉末を加えて分散させる。次いで、この混合物を徐々に昇温し、さらに磁場中で成形を行いながらＺｎを蒸発させることによって、バルク状の磁石１を得る。なお、所望の製品形状を得るために、一旦得られた磁石１を粗粉砕した後、これを更に磁場中で成形してもよい。
【００４２】
以上、説明した本実施形態の磁石１は、主相粒子６とこれを覆う被覆層８とからなる粒子２によって主に構成される。このような複合構造を有する粒子２は、被覆層８が高い磁気異方性を有するＣａＣｕ５型の結晶構造を有するほか、主相粒子６と被覆層８とが交換相互作用を生じたナノコンポジット構造を有しているため、優れた磁気特性（残留磁束密度や保磁力）を発揮し得る。
【００４３】
そして、磁石１は、粒子２によって構成される磁性材料が結合剤４によって結合されたものであるためバルク化が容易であるほか、この結合剤４が、非磁性又は反磁性を有しているため、粒子２による優れた磁気特性が阻害されずに十分に維持されたものとなる。したがって、このような磁石１は、単一の金属間化合物によって構成される従来の希土類磁石と比べて、希土類元素の含有量が少ないにもかかわらず、優れた磁気特性を有するものとなる。
【００４４】
なお、本発明の磁性材料又は磁石は、必ずしも上述した実施形態のものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、まず、上述の実施形態では、主相粒子６（更には粒子２）として針状の形状を有するものについてのみ説明を行ったが、本発明においては、主相粒子や粒子は必ずしも針状でなくてもよく、球状その他の形状を有していてもよい。ただし、優れた磁気異方性を得る観点からは、これらは針状を有していることが好ましい。
【００４５】
また、上記では、主相粒子６の全面を被覆層８が被覆した構造の粒子２を例示したが、例えば、被覆層８は、主相粒子６の少なくとも一部を覆っていればよい。さらに、本発明の磁石は、本発明の磁性材料を含むものであればよく、磁石の形状を維持できる限り、必ずしも上述したような結合剤を含有していなくてもよい。
【実施例】
【００４６】
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。
【００４７】
［比較試験１］
３７．９Ｓｍ−５９．４Ｃｏ−２．７Ｂ（数値は重量％）の組成が得られるように、Ｓｍ、Ｃｏ及びＢのそれぞれの元素の原料化合物を秤量し、これらの高周波溶解を行った。得られた合金を、Ａｒフロー中において、１１００℃で７２時間処理して、溶体化させた。こうして得られたサンプルについて、Ｘ線回折により相の同定を行った。得られた結果を図３に示す。図３より、得られたサンプルはほぼＣａＣｕ５型の結晶構造を有するＳｍＣｏ４Ｂ相であることが確認された。このサンプルの磁気特性をＶＳＭにより測定したところ、保磁力（ＨｃＪ）が３．６（ｋＯｅ）であり、飽和磁化（Ｍｓ）が３．４（ｋＧ）であり、残留磁束密度（Ｂｒ）が３．３（ｋＧ）であった。
【００４８】
［試験１］
比較試験１と同様にして製造したＳｍＣｏ４Ｂの合金に、２５０℃で水素を吸蔵させ、水素粉砕を行うことにより粗粉化した。得られた粗粉を窒素雰囲気中でジェットミル粉砕して、平均粒径が４μｍである微粉を得た。得られた微粉に対し、１００μｍの球状Ｆｅを混合して混合粉を得た。なお、試験１では、ＳｍＣｏ４Ｂ：Ｆｅが重量比で、９５：５、９９：１及び１００：０となるようにそれぞれ変化させて各種の混合粉を得た。
【００４９】
次いで、得られた各混合粉を、３Ｔの磁場中、５０ｋＮの条件で磁場中成形して、成形体を得た。それから、得られた各成形体に、急昇温及び短時間の焼結を施し、焼結体を得た。この際、急昇温の条件は０℃から８５０℃までは０．５℃／秒、８５０℃から焼結温度までは１℃／秒とした。また、焼結は、混合粉の成分割合が異なる各成形体について、１２００℃、１２５０℃及び１２８０℃の３通りの温度条件でそれぞれ５秒間保持するようにして行った。焼結後、Ａｒ中で室温まで３０分間冷却させて、各種の希土類磁石を作製した。
【００５０】
得られた各希土類磁石について、比較試験１と同様に磁気特性を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１より、ＳｍＣｏ４ＢにＦｅを混合しても（ＳｍＣｏＢ４が９５％及び９９％のサンプル）、Ｆｅを混合しなかった場合（ＳｍＣｏＢ４が１００％のサンプル）と比べて、十分に高い磁気特性が維持されるか、またはこれを上回る磁気特性が得られることが確認された。なお、表中の「＞１９．５」は今回使用したＶＳＭ装置の最大印加磁場が１９．５ｋOeであり、サンプルのＨｃＪがそれ以上であったことを意味する。
【００５３】
［比較試験２］
３９．５Ｓｍ−５６．７Ｃｏ−３．８Ｂ（数値は重量％）の組成が得られるように、Ｓｍ、Ｃｏ及びＢのそれぞれの元素の原料化合物を秤量して用いたこと以外は、比較試験１と同様にしてサンプルを作製した。得られたサンプルについて、Ｘ線回折により相の同定を行った。得られた結果を図４に示す。図４より、得られたサンプルはほぼＣａＣｕ５型派生構造を有するＳｍ３Ｃｏ１１Ｂ４相が主相であることが確認された。このサンプルの磁気特性をＶＳＭにより測定したところ、ＨｃＪが３．１（ｋＯｅ）であり、Ｍｓが２．１（ｋＧ）であり、Ｂｒが２．０（ｋＧ）であった。
【００５４】
［試験２］
比較試験２と同様にして製造したＳｍ３Ｃｏ１１Ｂ４の合金を用い、試験１と同様にして、Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４：Ｆｅの割合が重量比でそれぞれ９５：５、９９：１及び１００：０となるようにし、それぞれについて１２００℃、１２５０℃及び１２８０℃の３通りの温度条件で焼結を行った場合の各種希土類磁石を製造した。
【００５５】
得られた各希土類磁石について、比較試験１と同様に磁気特性を測定した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２より、Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４にＦｅを混合しても（Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４が９５％及び９９％のサンプル）、Ｆｅを混合しなかった場合（Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４が１００％のサンプル）と比べて、十分に高い磁気特性が維持されるか、これを上回る磁気特性が得られることが確認された。
【００５８】
［試験３］
まず、市販の針状形状を有する酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を準備し、これに水素フロー中で５００℃、３時間の還元処理を行い、針状のＦｅ粉を得た。そして、このＦｅ粉を、球状Ｆｅに代えて用いたこと以外は、試験１と同様にして、ＳｍＣｏ４ＢとＦｅとの割合、及び、焼結温度が異なる各種の希土類磁石を得た。
【００５９】
得られた各希土類磁石について、比較試験１と同様に磁気特性を測定した。得られた結果を表３に示す。
【表３】
【００６０】
表３より、針状のＦｅ粉を用いた場合、ＳｍＣｏ４ＢとＦｅの割合がどのような値であっても高いＨｃＪが得られており、また、ＳｍＣｏ４ＢとＦｅを混合した場合（ＳｍＣｏＢ４が９５％及び９９％のサンプル）は、Ｆｅを混合しなかった場合（ＳｍＣｏＢ４が１００％のサンプル）と比べて、同等以上のＢｒが得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】好適な実施形態に係る磁石の断面構成を拡大して示す模式図である。
【図２】被覆層が複数の相からなる多層構造を有する磁石の断面構成を模式的に示す図である。
【図３】比較試験１のサンプルのＸ線回折の結果を示す図である。
【図４】比較試験２のサンプルのＸ線回折の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１０…磁石、２，１２…粒子、４，１４…結合剤、６，１６…主相粒子、８，１８…被覆層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性材料及びこれを用いた磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素を含有する希土類磁石は、高磁気特性を有する磁石として種々の用途に用いられている。例えば、下記特許文献１に記載されたような所定の組成を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石が、優れた磁気特性を発揮し得るものとして知られている。
【０００３】
希土類磁石においては、希少な希土類元素の使用量をできるだけ少なくしながら高い特性を得ることが望まれる。希土類元素の使用量を少なくできる希土類磁石としては、例えば、希土類元素を含む相と、希土類元素を含まない相とを組み合わせた複合型の希土類磁石が考えられる。このような複合型の希土類磁石によれば、希土類元素を含まない相を有しているため、単一の金属間化合物から構成される希土類磁石に比べて、希土類元素の量を少なくできる。
【０００４】
複合型の希土類磁石としては、例えば、下記特許文献２に記載されたような、Ｓｍ（Ｃｏ，Ｃｕ）５の組成を有する硬磁性相と、Ｆｅからなる軟磁性相とが交互に繰り返し積層された多層膜構造を有するナノコンポジット磁石が知られている。
【特許文献１】特開２０００−２３４１５１号公報
【特許文献２】特開２００６−１７３２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のナノコンポジット磁石は、多層膜構造からなる薄膜磁石であり、広い用途に適用できるボンド磁石や焼結磁石といったバルク形状の磁石を形成することは困難であった。また、従来の単一材料から構成されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石と比べると、未だ十分な磁気特性が得られるものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の磁性材料は、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、この主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の磁性材料は、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、希土類元素を含む被覆層との複合構造を有することから、単一の材料から構成される希土類磁石と比べて希土類元素の量を少なくできる。また、主相粒子を被覆層が被覆した粒子を含むため、上記従来のような多層膜構造とした場合に比べて容易にバルク形状を有する磁石を形成することができる。さらに、本発明の磁性材料は、上記のように主相粒子が被覆層によって被覆された複合構造を有することから、希土類元素の含有量が少ないのにも関わらず、優れた磁気特性を有するものとなる。
【０００９】
ここで、本発明の磁性材料が優れた磁気特性を有するのは、必ずしも明らかではないが、以下のような要因によると考えられる。すなわち、本発明の磁性材料においては、主相粒子を覆う被覆層が、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物によって構成されている。このＣａＣｕ５型の結晶構造においては、希土類元素が密に存在する面が層状に重なった異方性構造が形成されており、しかも希土類元素が六方晶のｃ軸方向に連なった構成を有しているため、大きな異方性が発現されると考えられる。そのため、このような金属間化合物によって構成される被覆層は、極めて大きな異方性磁界を有するものとなる。そして、本発明の磁性材料は、このような被覆層が主相粒子を被覆した構造を有していることから、磁石を形成した場合にこれらによって構成される相間での交換結合を強く生じることができる。そのため、保磁力に影響する希土類元素（を含む金属間化合物）が少なくても、高い保磁力が得られるようになる。また、主相粒子が被覆されていることで、主相粒子同士の接近によるこれらの単磁区構造の不安定化も避けることができ、これによっても高い保磁力が維持される傾向にある。これらの要因により、本発明の磁性材料によれば、希土類元素の量が少なくても優れた磁気特性を有する磁石を形成できるものと考えられる。
【００１０】
上記本発明の磁性材料においては、主相粒子は、針状の形状を有することが好ましい。主相粒子が針状の形状を有すると、これが被覆層に被覆された粒子も全体として針状形状を有するようになり、その形状に起因して軸方向に大きな異方性エネルギーを有することができる。したがって、このような粒子から構成される磁性材料は、更に優れた磁気特性を発揮することができる。一方、上述した従来技術のような多層膜の構造とした場合、このような形状に由来する異方性エネルギーを十分に利用できないため、本発明のような高磁気特性は得られなくなるものと考えられる。
【００１１】
本発明はまた、上記本発明の磁性材料を用いて好適な磁石を提供する。すなわち、本発明の磁石は、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような本発明の磁石は、上記本発明と同様の複合構造を有する磁性材料によって構成されることから、容易にバルク形状を有することができ、希土類元素の含有量を少なくした場合であっても、高い磁気特性を有するものとなる。
【００１３】
本発明の磁石においては、主相粒子が針状の形状を有することが好ましい。このような主相粒子を含む磁石は、上記と同様の理由により、一層優れた磁気特性を有するものとなる。
【００１４】
上記本発明の磁石は、より具体的には、主相粒子及び被覆層からなる粒子を結合させる結合剤を更に含む構成を有することが好ましい。このように粒子が結合剤によって結合された構造を有するとバルク化が一層容易となり、本発明の磁石は、多様な用途に適した形状を有することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少ない希土類元素の含有量で十分な磁気特性を有しており、しかもバルク形状を有する磁石を容易に形成することができる磁性材料、及び、これを用いた磁石を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、好適な実施形態に係る磁石の断面構成を拡大して示す模式図である。図１に示すように、磁石１は、多数の粒子２と、この粒子２間を満たしてこれらを結合する結合剤４とからなる構造を有している。このように、磁石１は、多数の粒子２からなる磁性粉末（磁性材料）が、結合剤４で結合されることによって構成されている。
【００１８】
粒子２は、針状の形状を有する主相粒子６と、この主相粒子６の表面を覆うように形成された被覆層８とから構成されており、全体としても針状の形状を有している。ここで、針状の形状とは、特定の一方向の軸（長軸）に沿う断面がいずれもこの長軸方向に扁平な形状となる形状であり、回転楕円体のような形状がこれに該当する。具体的には、例えば、長軸が、これとほぼ直交する方向の軸（短軸）に対して３倍以上の長さとなるような形状が挙げられる。
【００１９】
粒子２における主相粒子６は、鉄（Ｆｅ）を主成分として含む磁性相である。この主相粒子６は、Ｆｅのみから構成されてもよく、Ｆｅ以外の元素を組み合わせて含んでいてもよい。主相粒子６に含まれるＦｅ以外の元素としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）や窒素（Ｎ）が挙げられ、Ｃｏを２０〜５０％含む組成を有しているとより好ましい。Ｆｅに加えてＣｏを含有することで、粒子２の飽和磁束密度が向上する傾向にある。
【００２０】
また、主相粒子６は、還元処理の際の焼結防止の目的で、アルミニウム（Ａｌ）やイットリウム（Ｙ）を含有していてもよい。すなわち、ＡｌやＹを含むことにより、後述するような主相粒子６の形成時に行う還元処理の際に焼結が生じるのを防止することができる。主相粒子６は、必要に応じて他の金属を更に含んでいてもよく、その他、不可避的に混入する成分が含まれることもある。主相粒子６の具体的な組成としては、Ｆｅ−２０％Ｃｏ−３％Ａｌ−２．８％Ｙの組成が例示できる。
【００２１】
粒子２における被覆層８は、少なくとも希土類元素を含み、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる磁性相である。この金属間化合物がＣａＣｕ５型構造を有しているか否かは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって確認することができる。被覆層８を構成する金属間化合物は、希土類元素と他の金属元素とが金属結合によって結合した化合物である。
【００２２】
金属間化合物に含まれる希土類元素としては、サマリウム（Ｓｍ）、エルビウム（Ｅｒ）やツリウム（Ｔｍ）が挙げられ、Ｓｍが好ましい。また、希土類元素と組み合わせる他の金属元素としては、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ又はニッケル（Ｎｉ））が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ）が好ましい。このような金属間化合物としては、Ｓｍ−Ｃｏ系の化合物が挙げられる。Ｓｍは、ＣａＣｕ５型構造において、ｃ軸方向に大きな異方性を付与することができ、また、Ｃｏは、ＣａＣｕ５型構造を安定化できる特性を有していると考えられる。Ｓｍ−Ｃｏ系の金属間化合物としては、具体的には、ＳｍＣｏ５が好ましい。ＳｍＣｏ５の組成を有する金属間化合物は、特に大きな異方性磁界を有する傾向にある。
【００２３】
さらに、金属間化合物としては、Ｓｍ−Ｃｏ系においてＣｏの一部がホウ素（Ｂ）に置換されたＳｍ−Ｃｏ−Ｂ系の化合物がより好ましい。このようにＣｏの一部がＢに置換されることによって、ＢはＣｏよりも原子半径が小さいため、ＣａＣｕ５型構造においてｃ軸方向のＳｍ同士の距離を小さくすることができ、より高い異方性磁界が得られると考えられる。Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の金属間化合物としては、例えば、ＳｍＣｏ４Ｂ、ＳｍＣｏ３Ｂ２、Ｓｍ２Ｃｏ７Ｂ３や、Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４等のＳｍＮＣｏ３Ｎ＋２Ｂ２Ｎ−２（Ｎは２以上）で表される組成を有するものが挙げられる。
【００２４】
さらにまた、金属間化合物としては、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の組成において、Ｃｏの一部をＦｅで置換したＳｍ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系の組成を有するものが更に好ましい。このように、Ｃｏの一部をＦｅで置換することで、金属間化合物の異方性磁界を高めながら、キュリー温度を十分に高くすることも可能となる。キュリー温度の高い金属間化合物からなる被覆層８を有することで、磁石１は高温でも優れた磁気特性を維持できるものとなる。十分に高いＴｃ及びＨｃを両立する観点からは、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の組成に対し、ＣｏをＦｅで置換した割合（原子数基準）は、７５％以下であると好ましく、２５〜７５％であるとより好ましい。
【００２５】
このような構成を有する粒子２において、主相粒子６の大きさは、針状の長軸が好ましくは０．０５〜３μｍ、より好ましくは０．１〜２μｍとなる程度の大きさを有していると好ましい。また、被覆層８は、主相粒子６を均一に被覆しており、その厚さが０．０１〜０．２μｍであると好ましく、０．０２〜０．１μｍであるとより好ましい。主相粒子６及び被覆層８がこのような条件を満たしていると、これらの相間で交換相互作用が生じ易くなり、磁石１の保磁力が向上する傾向にある。
【００２６】
磁石１における結合剤４は、上述した粒子２同士を結合させる成分であり、少なくとも粒子２よりも飽和磁束密度が小さい材料から構成され、非磁性（常磁性、反磁性）又は反強磁性の材料からなるとより好ましい。具体的には、結合剤４としては、希土類金属（Ｓｍ又はＬａ）、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ等の金属単体、ＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＦｅＡｌ等の合金、或いは、樹脂等からなるものを適用できる。
【００２７】
これらのうち、Ｓｍは、粒子２等の構造の乱れによる異方性の低下を抑制することができ、Ｚｎは融点が低いため粒子２を分散させるのに適しており、また、Ｃｕは展性、延性に優れることから結合剤として適している上、めっきによる形成等が容易であるといった利点も有している。さらに、ＮｉＯやＦｅＭｎは安価で容易に結合剤４として利用でき、また、樹脂は、溶融が容易で粒子２を分散しやすい等の利点を有している。結合剤４としては、所望の特性に合わせて上記の成分を適宜選択して用いることが好ましい。
【００２８】
なお、本発明の磁石は、上述した構造に限られず、Ｆｅを主成分とする主相粒子と、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層とを有する粒子を含む限り、適宜異なる構造を有していてもよい。
【００２９】
例えば、主相粒子６は、Ｆｅを主成分とする単一の相であってもよいが、複数の相によって構成されていてもよい。主相粒子６が複数の相によって構成される場合、粒子中に各相が混在するように分布していてもよく、また、ある相の周囲を他の相が被覆するような構造となっていてもよい。また、磁石１中、単一の相からなる主相粒子６と、複数の相からなる主相粒子６とが混在していてもよい。
【００３０】
また、被覆層８も、ＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる限り、単一の相から構成される必要はなく、複数の相によって形成されていてもよい。被覆層８が複数の相によって構成される場合、当該被覆層８においては、各相がそれぞれ主相粒子６の一部ずつを被覆するように形成されていてもよく、また、一方の相が他方の相を覆うように形成された多層構造となっていてもよく、これらの構造が混在していてもよい。さらに、磁石１中、単一の相からなる被覆層８が形成された粒子２と、複数の相からなる被覆層８が形成された粒子２との両方が含まれていてもよい。
【００３１】
主相又は被覆層が複数の相、特に多層構造からなる場合、主相と被覆層とが段階的に磁気的に移行するため、これらの相互作用がより強力に生じることになる。その結果、主相と被覆層とを組み合わせて有することにより、磁気特性の向上が可能となる場合もある。なお、このような複数の相が含まれる構造は、後述するような、主相用の鉄を主成分とする原料と、被覆層用の金属間化合物の原料とを混合して反応させる方法によって、特に形成され易い傾向にある。
【００３２】
一例として、被覆層が複数の相からなる多層構造を有する磁石の断面構成を図２に示す。図２に示すように、この形態の磁石１０は、複数の粒子１２と、この粒子１２間の結合剤１４とから構成されている。粒子１２においては、主相粒子１６の周囲を被覆層１８が被覆しているが、この被覆層１８は、主相粒子１６を覆う第１の被覆層１８ａと、この第１の被覆層１８ａを更に覆う第２の被覆層１８ｂとの２層構造となっている。
【００３３】
さらに、磁石１は、必ずしも上述した結合剤４を有していなくてもよい。また、結合剤４は、被覆層８と同じ組成のものであってもよい。この場合、結合剤４も強磁性体となることから、この結合剤４内に非磁性又は反強磁性の材料が混在するようにすることが好ましい。
【００３４】
次に、上述した構成を有する磁石１の製造方法の好適な例について説明する。
【００３５】
磁石１の製造においては、まず、粒子２における主相粒子６を形成するための鉄を主成分とする針状粒子を準備する。この針状粒子は、例えば、第１鉄塩水溶液とアルカリ水溶液とを反応させた後、反応後の懸濁液に空気等の酸素を含有するガスを通気して酸化反応を生じさせ、これによりゲータイト粒子粉末を生成させる。その後、このゲータイト粉末を加熱脱水した後、水素雰囲気下、高温（５００℃程度）で還元することによって、鉄を主成分とする針状粒子が得られる。
【００３６】
次に、鉄を主成分とする針状粒子の表面を、被覆層８を構成する金属間化合物で被覆することによって粒子２を形成させる。金属間化合物による被覆は、金属間化合物の原料を蒸着やスパッタ等のＰＶＤ法によって針状粒子の表面に堆積させる方法、針状粒子と金属間化合物の微粒子とを混合する方法、金属間化合物の原料の溶液中に針状粒子を浸漬させる方法等によって行うことができる。
【００３７】
また、鉄を主成分とする針状粒子と、金属間化合物の原料とを混合し、反応させることによって、針状粒子を金属間化合物で被覆することもできる。このような方法によれば、粒子２の製造が容易となるためより好ましい。かかる方法としては、例えば、短時間の熱処理による共晶反応等を用いる方法や、金属間化合物の原料粒子として希土類水素化物を用い、真空熱処理により水素を除いて反応させる方法、或いは、金属間化合物の原料粒子として希土類酸化物を用い、Ｃａで還元して反応させる方法等が挙げられる。
【００３８】
例えば、上述したＰＶＤ法による方法において、レーザーアブレーション法により、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系の金属間化合物で針状粒子を被覆する場合は、まず、Ｓｍ、Ｃｏ及びＢそれぞれの原料化合物等を、所望の組成が得られるように秤量する。これらを高周波溶解したものを、型に鋳込んで鋳造品とし、所望の大きさとなるように切り出し・研磨等を行った後、１１００℃で６０時間程度の条件で溶体化処理を行うことにより、スパッタに用いるターゲットを得る。
【００３９】
次いで、このターゲットをターゲットホルダーにセットするとともに、振動機構上に配置されたサンプル容器等に、上述した針状粒子を入れ、装置内を真空に調整する。この際、針状粒子は、大気に触れないように準備することが好ましい。そして、高真空条件下、針状粒子を間欠的に振動させながら、ターゲットにレーザーを照射し、これにより生じたＳｍ−Ｃｏ−Ｂクラスターを針状粒子に堆積させることで、針状粒子の表面にＳｍ−Ｃｏ−Ｂ系の金属間化合物からなる層を形成する。その結果、針状粒子からなる主相粒子６、及び、この表面を覆い金属間化合物からなる被覆層８を有する粒子２を含む磁性粉末（磁性材料）が得られる。
【００４０】
磁石１の製造においては、その後、このようにして得られた磁性粉末を、結合剤４により結合させることによってバルク状の磁石１を得る。このバルク化は、例えば、磁性粉末を構成する粒子２を結合剤４で覆った後にこれを成形する方法や、結合剤４中に粒子２を分散させた状態で成形する方法等によって実施することができる。
【００４１】
例えば、結合剤４としてＺｎを用いる場合は、まず、Ｚｎを収容した容器を５００℃程度に加熱し、Ｚｎを溶融した後、この中に上記の磁性粉末を加えて分散させる。次いで、この混合物を徐々に昇温し、さらに磁場中で成形を行いながらＺｎを蒸発させることによって、バルク状の磁石１を得る。なお、所望の製品形状を得るために、一旦得られた磁石１を粗粉砕した後、これを更に磁場中で成形してもよい。
【００４２】
以上、説明した本実施形態の磁石１は、主相粒子６とこれを覆う被覆層８とからなる粒子２によって主に構成される。このような複合構造を有する粒子２は、被覆層８が高い磁気異方性を有するＣａＣｕ５型の結晶構造を有するほか、主相粒子６と被覆層８とが交換相互作用を生じたナノコンポジット構造を有しているため、優れた磁気特性（残留磁束密度や保磁力）を発揮し得る。
【００４３】
そして、磁石１は、粒子２によって構成される磁性材料が結合剤４によって結合されたものであるためバルク化が容易であるほか、この結合剤４が、非磁性又は反磁性を有しているため、粒子２による優れた磁気特性が阻害されずに十分に維持されたものとなる。したがって、このような磁石１は、単一の金属間化合物によって構成される従来の希土類磁石と比べて、希土類元素の含有量が少ないにもかかわらず、優れた磁気特性を有するものとなる。
【００４４】
なお、本発明の磁性材料又は磁石は、必ずしも上述した実施形態のものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、まず、上述の実施形態では、主相粒子６（更には粒子２）として針状の形状を有するものについてのみ説明を行ったが、本発明においては、主相粒子や粒子は必ずしも針状でなくてもよく、球状その他の形状を有していてもよい。ただし、優れた磁気異方性を得る観点からは、これらは針状を有していることが好ましい。
【００４５】
また、上記では、主相粒子６の全面を被覆層８が被覆した構造の粒子２を例示したが、例えば、被覆層８は、主相粒子６の少なくとも一部を覆っていればよい。さらに、本発明の磁石は、本発明の磁性材料を含むものであればよく、磁石の形状を維持できる限り、必ずしも上述したような結合剤を含有していなくてもよい。
【実施例】
【００４６】
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。
【００４７】
［比較試験１］
３７．９Ｓｍ−５９．４Ｃｏ−２．７Ｂ（数値は重量％）の組成が得られるように、Ｓｍ、Ｃｏ及びＢのそれぞれの元素の原料化合物を秤量し、これらの高周波溶解を行った。得られた合金を、Ａｒフロー中において、１１００℃で７２時間処理して、溶体化させた。こうして得られたサンプルについて、Ｘ線回折により相の同定を行った。得られた結果を図３に示す。図３より、得られたサンプルはほぼＣａＣｕ５型の結晶構造を有するＳｍＣｏ４Ｂ相であることが確認された。このサンプルの磁気特性をＶＳＭにより測定したところ、保磁力（ＨｃＪ）が３．６（ｋＯｅ）であり、飽和磁化（Ｍｓ）が３．４（ｋＧ）であり、残留磁束密度（Ｂｒ）が３．３（ｋＧ）であった。
【００４８】
［試験１］
比較試験１と同様にして製造したＳｍＣｏ４Ｂの合金に、２５０℃で水素を吸蔵させ、水素粉砕を行うことにより粗粉化した。得られた粗粉を窒素雰囲気中でジェットミル粉砕して、平均粒径が４μｍである微粉を得た。得られた微粉に対し、１００μｍの球状Ｆｅを混合して混合粉を得た。なお、試験１では、ＳｍＣｏ４Ｂ：Ｆｅが重量比で、９５：５、９９：１及び１００：０となるようにそれぞれ変化させて各種の混合粉を得た。
【００４９】
次いで、得られた各混合粉を、３Ｔの磁場中、５０ｋＮの条件で磁場中成形して、成形体を得た。それから、得られた各成形体に、急昇温及び短時間の焼結を施し、焼結体を得た。この際、急昇温の条件は０℃から８５０℃までは０．５℃／秒、８５０℃から焼結温度までは１℃／秒とした。また、焼結は、混合粉の成分割合が異なる各成形体について、１２００℃、１２５０℃及び１２８０℃の３通りの温度条件でそれぞれ５秒間保持するようにして行った。焼結後、Ａｒ中で室温まで３０分間冷却させて、各種の希土類磁石を作製した。
【００５０】
得られた各希土類磁石について、比較試験１と同様に磁気特性を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１より、ＳｍＣｏ４ＢにＦｅを混合しても（ＳｍＣｏＢ４が９５％及び９９％のサンプル）、Ｆｅを混合しなかった場合（ＳｍＣｏＢ４が１００％のサンプル）と比べて、十分に高い磁気特性が維持されるか、またはこれを上回る磁気特性が得られることが確認された。なお、表中の「＞１９．５」は今回使用したＶＳＭ装置の最大印加磁場が１９．５ｋOeであり、サンプルのＨｃＪがそれ以上であったことを意味する。
【００５３】
［比較試験２］
３９．５Ｓｍ−５６．７Ｃｏ−３．８Ｂ（数値は重量％）の組成が得られるように、Ｓｍ、Ｃｏ及びＢのそれぞれの元素の原料化合物を秤量して用いたこと以外は、比較試験１と同様にしてサンプルを作製した。得られたサンプルについて、Ｘ線回折により相の同定を行った。得られた結果を図４に示す。図４より、得られたサンプルはほぼＣａＣｕ５型派生構造を有するＳｍ３Ｃｏ１１Ｂ４相が主相であることが確認された。このサンプルの磁気特性をＶＳＭにより測定したところ、ＨｃＪが３．１（ｋＯｅ）であり、Ｍｓが２．１（ｋＧ）であり、Ｂｒが２．０（ｋＧ）であった。
【００５４】
［試験２］
比較試験２と同様にして製造したＳｍ３Ｃｏ１１Ｂ４の合金を用い、試験１と同様にして、Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４：Ｆｅの割合が重量比でそれぞれ９５：５、９９：１及び１００：０となるようにし、それぞれについて１２００℃、１２５０℃及び１２８０℃の３通りの温度条件で焼結を行った場合の各種希土類磁石を製造した。
【００５５】
得られた各希土類磁石について、比較試験１と同様に磁気特性を測定した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２より、Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４にＦｅを混合しても（Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４が９５％及び９９％のサンプル）、Ｆｅを混合しなかった場合（Ｓｍ３Ｃｏ１１Ｂ４が１００％のサンプル）と比べて、十分に高い磁気特性が維持されるか、これを上回る磁気特性が得られることが確認された。
【００５８】
［試験３］
まず、市販の針状形状を有する酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を準備し、これに水素フロー中で５００℃、３時間の還元処理を行い、針状のＦｅ粉を得た。そして、このＦｅ粉を、球状Ｆｅに代えて用いたこと以外は、試験１と同様にして、ＳｍＣｏ４ＢとＦｅとの割合、及び、焼結温度が異なる各種の希土類磁石を得た。
【００５９】
得られた各希土類磁石について、比較試験１と同様に磁気特性を測定した。得られた結果を表３に示す。
【表３】
【００６０】
表３より、針状のＦｅ粉を用いた場合、ＳｍＣｏ４ＢとＦｅの割合がどのような値であっても高いＨｃＪが得られており、また、ＳｍＣｏ４ＢとＦｅを混合した場合（ＳｍＣｏＢ４が９５％及び９９％のサンプル）は、Ｆｅを混合しなかった場合（ＳｍＣｏＢ４が１００％のサンプル）と比べて、同等以上のＢｒが得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】好適な実施形態に係る磁石の断面構成を拡大して示す模式図である。
【図２】被覆層が複数の相からなる多層構造を有する磁石の断面構成を模式的に示す図である。
【図３】比較試験１のサンプルのＸ線回折の結果を示す図である。
【図４】比較試験２のサンプルのＸ線回折の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１０…磁石、２，１２…粒子、４，１４…結合剤、６，１６…主相粒子、８，１８…被覆層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを主成分とする主相粒子と、前記主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層と、を有する粒子を含む、ことを特徴とする磁性材料。
【請求項２】
前記主相粒子は、針状の形状を有する、ことを特徴とする請求項１記載の磁性材料。
【請求項３】
Ｆｅを主成分とする主相粒子と、前記主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層と、を有する粒子を含む、ことを特徴とする磁石。
【請求項４】
前記主相粒子は、針状の形状を有する、ことを特徴とする請求項３記載の磁石。
【請求項５】
前記粒子を結合させる結合剤を更に含む、ことを特徴とする請求項３又は４記載の磁石。
【請求項１】
Ｆｅを主成分とする主相粒子と、前記主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層と、を有する粒子を含む、ことを特徴とする磁性材料。
【請求項２】
前記主相粒子は、針状の形状を有する、ことを特徴とする請求項１記載の磁性材料。
【請求項３】
Ｆｅを主成分とする主相粒子と、前記主相粒子の周囲の少なくとも一部を被覆しており、少なくとも希土類元素を含みＣａＣｕ５型の結晶構造を有する金属間化合物からなる被覆層と、を有する粒子を含む、ことを特徴とする磁石。
【請求項４】
前記主相粒子は、針状の形状を有する、ことを特徴とする請求項３記載の磁石。
【請求項５】
前記粒子を結合させる結合剤を更に含む、ことを特徴とする請求項３又は４記載の磁石。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２７０７９６（Ｐ２００８−２７０７９６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９３４５７（Ｐ２００８−９３４５７）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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