Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーター
【課題】高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いた生産性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法を提供する。
【解決手段】希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなるＲ−Ｔ−Ｂ系合金であって、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料とする。
【解決手段】希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなるＲ−Ｔ−Ｂ系合金であって、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーターに係り、特に、優れた磁気特性を有し、モーターに好適に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石」という場合がある）は、ハードディスクドライブのボイスコイルモーターなどのモーターに使用されている。ローター中にＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を組み込んだモーターは、高いエネルギー効率を発揮するものである。近年、省エネルギーへの要望が高まっていることや、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の耐熱性が向上したことから、家電、エアコン、自動車などの各種モーター等に用いるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の使用量が増えてきている。
【０００３】
一般に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系合金を成形して焼結することによって得られる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金においてＲは、通常、Ｎｄと、Ｎｄの一部をＰｒ、Ｄｙ、Ｔｂ等の他の希土類元素で置換したものである。Ｔは、ＦｅとＦｅの一部をＣｏ、Ｎｉ等の他の遷移金属で置換したものである。Ｂはホウ素であり、一部をＣまたはＮで置換できる。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、普通、Ｒ２Ｔ１４Ｂで構成される主相と、主相の粒界に存在して主相よりもＮｄ濃度の高いＮｄリッチ相の２相から構成されている。なお、Ｎｄリッチ相は粒界相とも呼ばれている。
【０００４】
ハイブリッド自動車や電気自動車などのモーターに用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石は、モーター内で高温に曝されるため、高い保磁力（Ｈｃｊ）が要求される。Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる技術としては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲをＮｄからＤｙあるいはＴｂに置換する技術がある。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる技術としては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の焼結体の外部からＤｙを蒸着し、これを内部の粒界に拡散させる手法（例えば、特許文献１および特許文献２参照）や、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の焼結体表面にＤｙのフッ化物などを塗布する方法（例えば、特許文献３参照）、Ｄｙ濃度の高い原料を添加してコアシェル型構造を得る方法（例えば、非特許文献１参照）等が検討されている。
【０００５】
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力の発現機構について、熱処理による効果を調べた結果が報告されている。具体的には、熱処理により粒界に極薄いアモルファス層が形成され、Ｎｄリッチ相とともにＣｕ濃縮相が存在すること（例えば、非特許文献２参照）や、Ｃｕの存在により液相が存在してＮｄ−リッチ相間の濡れ性が向上すること（例えば、非特許文献３参照）などが報告されている。
【０００６】
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を作製する際には、一般に、微細な組織を有する合金をジェットミルなどで４〜６μｍに粉砕し、これを磁場中で配向させながら成形、焼結している。また、合金を粉砕する際に粉末を３μｍ以下まで細かくし、焼結後に得られる磁石粒子の大きさを小さくすることで、保磁力を向上させてＤｙの使用量を削減する取り組みも行われている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／０８８７１８号
【特許文献２】国際公開第２００８／０３２６６７号
【特許文献３】特許第４４５０２３９号公報
【特許文献４】特開２００８−２６３３２４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】杉本、粉体及び粉末冶金、Ｖｏｌ．５７、Ｎｏ．６、ｐｐ３９５−４００（２０１０）
【非特許文献２】Ｗ．Ｆ．Ｌｉ ｅｔ．ａｌ、Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ、５７、ｐｐ１３３７−１３４６（２００９）
【非特許文献３】松浦ら、電気学会マグネティックス研究会資料、Ｖｏｌ．ＭＡＧ−０９、Ｎｏ．１６８−１８９、ｐｐ７７−８１（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の技術では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分であり、より一層Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させることが望まれていた。
より詳細には、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くすると、焼結後に保磁力（Ｈｃｊ）の高いＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られる。しかしながら、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ含有量が１０質量％を超えると、Ｄｙの含有量を増やすことによる保磁力の向上効果が得られにくくなる。したがって、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ含有量を増やすだけで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を十分に高くすることは困難であった。
【００１０】
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させために、焼結体にＤｙを蒸着し、これを内部の粒界に拡散させる技術を用いる場合、焼結体表面のＤｙを粒界に拡散させることにより焼結体表面の平滑度が失われるため、再加工が必要となる。そのため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の製造に手間がかかり、生産性が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いた生産性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
また、上記のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造された優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を用いたモーター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】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために、１０質量％を超えてＤｙを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、それを用いて製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力とに着目して、検討を重ねた。その結果、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすると、焼結後に得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中の粒界相が凝集し、粒界相の分散が悪化することがわかった。そして、粒界相の分散が悪化すると、主相（Ｒ２Ｔ１４Ｂ相）同士が十分に隔離されなくなり、十分な保磁力が発揮できないことがわかった。
【００１３】
そこで、本発明者らは、粒界相の分散を改善するため、さらに検討を重ねた。その結果、焼結前のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石となる材料を、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含むものとすることにより、焼結後に得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の粒界相の分散が改善され、保磁力が向上することを見出し、本発明に至った。
この効果は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を成形し、焼結してＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造した場合、焼結中に、金属粉末に含まれる金属がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の粒界相中に入り込み、粒界相中に含まれる金属濃度が高くなることにより、粒界相の濡れ性が改善され、主相粒子間への粒界相の回り込みが容易になり、粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散されることによるものと推定される。
【００１４】
すなわち本発明は、下記の各発明を提供するものである。
（１）希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むことを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【００１５】
（２）前記金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする（１）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（３）前記金属粉末が、０．０２質量％以上６質量％未満含まれていることを特徴とする（１）または（２）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（４）前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と前記金属粉末とが、混合されてなる混合物であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【００１６】
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
（６）（５）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料は、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものであるので、これを成形して焼結することにより、十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）を有し、モーターに好適に用いられる優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実験例３のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の断面の反射電子像である。
【図２】図２は、実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の断面の反射電子像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料（以下、「永久磁石用合金材料」と略記する）は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものである。永久磁石用合金材料に含まれるＲ−Ｔ−Ｂ系合金は、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂ（ホウ素）および不可避不純物からなるものである。また、本実施形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を構成するＲには、Ｄｙが含有されている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中に含まれるＤｙの含有量は、１０質量％を超え３１質量％未満とされている。
【００２０】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の組成は、特に限定されないが、優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られるものとするために、Ｒが２７〜３５質量％、好ましくは３０〜３２質量％、Ｂが０．８５〜１．３質量％、好ましくは０．８７〜０．９８質量％、Ｔが残部と不可避の不純物からなるものであることが好ましい。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＲが２７質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｒが３５質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）が不十分となるおそれがある。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＢが０．８５質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｂが１．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が著しく低下するおそれがある。
【００２１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲに含まれるＤｙ以外の希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられ、中でも特に、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｂが好ましく用いられる。また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲは、Ｎｄを主成分とすることが好ましい。
【００２２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中に含まれるＤｙの含有量は、１０質量％を超え３１質量％未満とされており、１０質量％超〜２５質量％含まれていることが好ましく、１０質量％超〜２１質量％含まれていることがより好ましい。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中に含まれるＤｙが３１質量％以上であると、金属粉末を含む永久磁石用合金材料であっても、Ｄｙの含有量を増やすことによるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力の向上効果が得られなくなるとともに、磁化（Ｂｒ）の低下が顕著となる。また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中にＤｙが１０質量％を超えて含有されていると、非常に保磁力の高いＲ−Ｔ−Ｂ系磁石となる。
【００２３】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＴは、Ｆｅを必須とする遷移金属である。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＴに含まれるＦｅ以外の遷移金属としては、Ｃｏ、Ｎｉなどが挙げられる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＴがＦｅ以外にＣｏを含む場合、Ｔｃ（キュリー温度）を改善することができ好ましい。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＢは、ホウ素であるが、一部をＣまたはＮで置換できる。
【００２４】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金には、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させるために、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａから選ばれるいずれか１種または２種以上が含まれていることが好ましい。
ＧａはＲ−Ｔ−Ｂ系合金中に０．０３質量％〜０．３質量％含まれていることがより好ましい。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中にＧａが０．０３質量％以上含まれている場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を効果的に向上させることができ、好ましい。しかし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＧａの含有量が０．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が低下するため好ましくない。
【００２５】
また、永久磁石用合金材料中の酸素濃度は、低いほど好ましいが、永久磁石用合金材料中に酸素が０．０３質量％〜０．５質量％含まれていても、十分な磁気特性を達成できる。永久磁石用合金材料中に含まれる酸素含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。永久磁石用合金材料中に含まれる酸素含有量は、０．０５質量％〜０．２質量％であることが好ましい。
【００２６】
また、永久磁石用合金材料中の炭素濃度は、低いほど好ましいが、永久磁石用合金材料中に炭素が０．００３質量％〜０．５質量％含まれていても、十分な磁気特性を達成できる。永久磁石用合金材料中に含まれる炭素含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。永久磁石用合金材料中に含まれる炭素含有量は、０．００５質量％〜０．２質量％であることが好ましい。
【００２７】
本実施形態の永久磁石用合金材料に含まれるＲ−Ｔ−Ｂ系合金は、希土類濃度やＢ濃度など成分の異なる複数の合金を混合したものであってもよいし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系の合金とＲ−Ｔ系の合金とを混合して最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系の合金としたものであってもよいし、１種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金であってもよい。
【００２８】
また、本実施形態の永久磁石用合金材料は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とが混合されてなる混合物であることが好ましい。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末は、例えば、ＳＣ（ストリップキャスト）法により合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造し、得られた鋳造合金薄片を、例えば、水素解砕法などにより解砕し、粉砕機により粉砕する方法などによって得られる。
なお、本実施形態においては、ＳＣ法を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系合金を製造する場合について説明したが、本発明において用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系合金は、ＳＣ法を用いて製造されるものに限定されるものではない。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を、遠心鋳造法、ブックモールド法などを用いて鋳造してもよい。
【００２９】
水素解砕法としては、室温で鋳造合金薄片に水素を吸蔵させ、３００℃程度の温度で熱処理した後、減圧して水素を脱気し、その後、５００℃程度の温度で熱処理して鋳造合金薄片中の水素を除去する方法などが挙げられる。水素解砕法において水素の吸蔵された鋳造合金薄片は、体積が膨張するので、合金内部に容易に多数のひび割れ（クラック）が発生し、解砕される。
【００３０】
また、水素解砕された鋳造合金薄片を粉砕する方法としては、ジェットミルなどの粉砕機により、水素解砕された鋳造合金薄片を例えば０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて平均粒度３〜４．５μｍに微粉砕して粉末とする方法などが挙げられる。
なお、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の粉砕は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が成分の異なる複数の合金を混合したものである場合、混合される各合金をそれぞれ粉砕してから混合しても良いし、複数の合金のうち一部または全てを混合してから粉砕しても良い。
【００３１】
また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末としては、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒなどを用いることができ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上であることが好ましい。
【００３２】
金属粉末は、永久磁石用合金材料中に０．０２質量％〜６質量％未満含まれていることが好ましく、０．０２質量％〜２質量％含まれていることがより好ましい。永久磁石用合金材料中の金属粉末の含有量が０．０２質量％未満であると、保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が十分に得られない恐れがある。また、金属粉末の含有量が６質量％以上であると、磁化（Ｂｒ）や最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）などの磁気特性の低下が顕著となるため好ましくない。
【００３３】
また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末の平均粒度（ｄ５０）は、０．０１〜５０μｍの範囲であることが好ましい。なお、永久磁石用合金材料中の金属粉末は、微細で均一に分布していてもよいが、微細で均一に分布していなくてもよく、例えば、粒度１μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上に凝集していてもよい。
【００３４】
本実施形態の永久磁石用合金材料は、上述したＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とを混合する方法により製造できる。
なお、永久磁石用合金材料を構成するＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とは、上述したように、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末としてから混合してもよいが、例えば、鋳造合金薄片を粉砕する前に、鋳造合金薄片と金属粉末とを混合して永久磁石用合金材料とし、その後、鋳造合金薄片の含まれる永久磁石用合金材料を粉砕してもよい。この場合、鋳造合金薄片と金属粉末とからなる永久磁石用合金材料を、鋳造合金薄片の粉砕方法と同様にして粉砕して粉末とすることが好ましい。
【００３５】
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を製造する方法を説明する。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する方法としては、例えば、上述した永久磁石用合金材料に、潤滑剤として０．０２質量％〜０．０３質量％のステアリン酸亜鉛を添加し、横磁場中成型機などを用いてプレス成形して、真空中で１０３０℃〜１２００℃で焼結し、その後４００℃〜８００℃で熱処理する方法などが挙げられる。
【００３６】
なお、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とは、上述したように、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末としてから混合してもよいが、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末に、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加した後に行ってもよい。
【００３７】
本実施形態の永久磁石用合金材料は、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものであるので、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石における粒界相の分散が改善され、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が向上する。これは、本実施形態の永久磁石用合金材料を成形し、焼結してＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する場合、焼結中に、金属粉末に含まれる金属がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を構成する粒界相中に入り込み、粒界相中に含まれる金属濃度が高くなることにより、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の粒界相の濡れ性が改善され、粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散されることによるものと推定される。
【００３８】
また、本実施形態の永久磁石用合金材料において、金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上である場合、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石における粒界相の濡れ性がより効果的に改善され、粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散される。
また、本実施形態の永久磁石用合金材料において、金属粉末が、０．０２質量％以上６質量％未満含まれている場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙの含有量を多くすることによってＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が十分に得られるとともに、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙの含有量を多くすることによるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）や最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）などの磁気特性の低下を抑制でき、好ましい。
【００３９】
また、本実施形態の永久磁石用合金材料が、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とが混合されてなる混合物である場合、粉末のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを混合するだけで、容易に品質の均一な永久磁石用合金材料が得られ、これを成形して焼結することで、容易に品質の均一なＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られる。
【００４０】
また、本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の製造方法は、本実施形態の希土類磁石用合金材料を成形して焼結することによりＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する方法であるので、モーターに好適に用いられる優れた保磁力を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を容易に効率よく製造できる。
【実施例】
【００４１】
Ｎｄメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｐｒメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｄｙメタル（純度９９ｗｔ％以上）、フェロボロン（Ｆｅ８０％、Ｂ２０ｗ％）、Ｃｏメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｇａメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ａｌメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｃｕメタル（純度９９ｗｔ％以上）、鉄塊（純度９９％ｗｔ以上）を表１に示す合金Ａ〜合金Ｉの成分組成になるように秤量し、アルミナるつぼに装填した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
その後、アルミナるつぼを高周波真空誘導炉の炉内に入れ、炉内をＡｒで置換し、１４５０℃まで加熱して溶融させて溶湯とした。次いで、溶湯を水冷銅ロールに注ぎ、ＳＣ（ストリップキャスト）法を用いて、ロール周速度１．０ｍ／秒で、平均厚み０．３ｍｍ程度、Ｒリッチ相（希土類リッチ相）間隔３〜１５μｍ、Ｒリッチ相以外（主相）の体積率≧（１３８−１．６ｒ）（ただし、ｒは希土類（Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ）の含有量）となるように制御し、鋳造合金薄片を得た。
【００４４】
このようにして得られた鋳造合金薄片のＲリッチ相間隔および主相の体積率は、以下に示す方法により調べた。
すなわち、平均厚みの±１０％以内の鋳造合金薄片を樹脂に埋め込んで研磨し、走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ−５３１０）を用いて反射電子像を撮影し、３００倍の写真を得た。そして、得られた鋳造合金薄片の写真を用いて、Ｒリッチ相の間隔を測定するとともに主相の体積率を算出した。その結果、表１に示した合金Ａ〜合金ＩのＲリッチ相間隔は４〜５μｍであり、主相の体積率は９０〜９５％であった。
【００４５】
次に、鋳造合金薄片を以下に示す水素解砕法により解砕した。まず、鋳造合金薄片を直径５ｍｍ程度になるように粗粉砕し、室温の水素中に挿入して水素を吸蔵させた。続いて、粗粉砕して水素を吸蔵させた鋳造合金薄片を３００℃において熱処理を行い水素解砕した。その後、減圧して水素を脱気し、さらに５００℃まで加熱する熱処理を行って鋳造合金薄片中の水素を放出除去し、室温まで冷却した。
【００４６】
次に、水素解砕された鋳造合金薄片に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．０２５ｗｔ％を添加し、ジェットミル（ホソカワミクロン１００ＡＦＧ）により、０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて、水素解砕された鋳造合金薄片を平均粒度４．５μｍに微粉砕して粉末とした。
【００４７】
このようにして得られたＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末（合金Ａ〜合金Ｉ）に、表２に示す平均粒度の金属粉末を、表３に示す割合（永久磁石用合金材料中に含まれる金属粉末の濃度（質量％））で添加して混合することにより、永久磁石用合金材料を製造した。なお、金属粉末の粒度は、レーザ回析計によって測定した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を、横磁場中成型機を用いて圧力０．８ｔ／ｃｍ２でプレス成形して圧粉体とし、真空中で焼結した。焼結温度は、合金によって異なり、合金Ａおよび合金Ｂは１１００℃、合金Ｃは１１３０℃、合金Ｄ、合金Ｅ、合金Ｆは１１４０℃、合金Ｇは１１５０℃、合金Ｈは１０３０℃、合金Ｉは１０８０℃で焼結した。その後８００℃および５３０℃で熱処理して冷却することにより、表３に示す実験例１〜実験例４１のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を得た。
【００５１】
そして、得られた実験例１〜実験例４１のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石それぞれの磁気特性をＢＨカーブトレーサー（東英工業ＴＰＭ２−１０）で測定した。その結果を表３に示す。
なお、表３において「Ｈｃｊ」とは保磁力であり、「Ｂｒ」とは磁化であり、「ＳＲ」とは角形性であり、「ＢＨｍａｘ」とは最大エネルギー積である。また、これらの磁気特性の値は、それぞれ５個のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の測定値の平均である。
【００５２】
表３に示すように、合金Ａ〜Ｆ、Ｉと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、いずれも金属粉末を含まない合金Ａ〜Ｆ、Ｉからなる永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が向上している。
【００５３】
これに対し、Ｄｙ含有量が３１質量％以上である合金Ｇと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２５のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、合金Ｇからなる金属粉末を含まない実験例２４の永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が低くなっている。
【００５４】
また、Ｄｙを含まない合金Ｈと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２７、２９のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、合金Ｈからなる金属粉末を含まない永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２６のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が低くなっている。
また、Ｄｙを含まない永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２６〜２９のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、金属粉末を含有していてもいなくても、十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られなかった。
【００５５】
また、実験例３および実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の断面を、走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ−５３１０）を用いて撮影し、反射電子像を得た。図１は、実験例３のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の断面の反射電子像であり、図２は、実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の断面の反射電子像である。なお、実験例３は金属粉末を含まない永久磁石用合金材料を用いて得られた本発明の比較例であり、実験例４は本発明の実施例である。
【００５６】
図１および図２に示すように、合金Ｂと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、金属粉末を含まない合金Ｂからなる永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例３のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、粒界相の大きさが小さく、かつ粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散していることが分かる。
これは、永久磁石用合金材料に金属粉末を含有させることで、焼結時に主相粒子間への粒界相の回り込みが容易になり、粒界相が分散しやすくなったためと推定できる。そして、均一に分散された粒界相に主相粒子が被覆されることで、隣接する主相粒子同士が電磁気学的に隔離される確率が高まり、保磁力が向上されると考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーターに係り、特に、優れた磁気特性を有し、モーターに好適に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法およびモーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石」という場合がある）は、ハードディスクドライブのボイスコイルモーターなどのモーターに使用されている。ローター中にＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を組み込んだモーターは、高いエネルギー効率を発揮するものである。近年、省エネルギーへの要望が高まっていることや、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の耐熱性が向上したことから、家電、エアコン、自動車などの各種モーター等に用いるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の使用量が増えてきている。
【０００３】
一般に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系合金を成形して焼結することによって得られる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金においてＲは、通常、Ｎｄと、Ｎｄの一部をＰｒ、Ｄｙ、Ｔｂ等の他の希土類元素で置換したものである。Ｔは、ＦｅとＦｅの一部をＣｏ、Ｎｉ等の他の遷移金属で置換したものである。Ｂはホウ素であり、一部をＣまたはＮで置換できる。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、普通、Ｒ２Ｔ１４Ｂで構成される主相と、主相の粒界に存在して主相よりもＮｄ濃度の高いＮｄリッチ相の２相から構成されている。なお、Ｎｄリッチ相は粒界相とも呼ばれている。
【０００４】
ハイブリッド自動車や電気自動車などのモーターに用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石は、モーター内で高温に曝されるため、高い保磁力（Ｈｃｊ）が要求される。Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる技術としては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲをＮｄからＤｙあるいはＴｂに置換する技術がある。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させる技術としては、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の焼結体の外部からＤｙを蒸着し、これを内部の粒界に拡散させる手法（例えば、特許文献１および特許文献２参照）や、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の焼結体表面にＤｙのフッ化物などを塗布する方法（例えば、特許文献３参照）、Ｄｙ濃度の高い原料を添加してコアシェル型構造を得る方法（例えば、非特許文献１参照）等が検討されている。
【０００５】
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力の発現機構について、熱処理による効果を調べた結果が報告されている。具体的には、熱処理により粒界に極薄いアモルファス層が形成され、Ｎｄリッチ相とともにＣｕ濃縮相が存在すること（例えば、非特許文献２参照）や、Ｃｕの存在により液相が存在してＮｄ−リッチ相間の濡れ性が向上すること（例えば、非特許文献３参照）などが報告されている。
【０００６】
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を作製する際には、一般に、微細な組織を有する合金をジェットミルなどで４〜６μｍに粉砕し、これを磁場中で配向させながら成形、焼結している。また、合金を粉砕する際に粉末を３μｍ以下まで細かくし、焼結後に得られる磁石粒子の大きさを小さくすることで、保磁力を向上させてＤｙの使用量を削減する取り組みも行われている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／０８８７１８号
【特許文献２】国際公開第２００８／０３２６６７号
【特許文献３】特許第４４５０２３９号公報
【特許文献４】特開２００８−２６３３２４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】杉本、粉体及び粉末冶金、Ｖｏｌ．５７、Ｎｏ．６、ｐｐ３９５−４００（２０１０）
【非特許文献２】Ｗ．Ｆ．Ｌｉ ｅｔ．ａｌ、Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ、５７、ｐｐ１３３７−１３４６（２００９）
【非特許文献３】松浦ら、電気学会マグネティックス研究会資料、Ｖｏｌ．ＭＡＧ−０９、Ｎｏ．１６８−１８９、ｐｐ７７−８１（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の技術では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分であり、より一層Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させることが望まれていた。
より詳細には、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ濃度を高くすると、焼結後に保磁力（Ｈｃｊ）の高いＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られる。しかしながら、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ含有量が１０質量％を超えると、Ｄｙの含有量を増やすことによる保磁力の向上効果が得られにくくなる。したがって、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中におけるＤｙ含有量を増やすだけで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を十分に高くすることは困難であった。
【００１０】
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＤｙの含有量を多くすることなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させために、焼結体にＤｙを蒸着し、これを内部の粒界に拡散させる技術を用いる場合、焼結体表面のＤｙを粒界に拡散させることにより焼結体表面の平滑度が失われるため、再加工が必要となる。そのため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の製造に手間がかかり、生産性が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料およびこれを用いた生産性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
また、上記のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造された優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を用いたモーター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】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために、１０質量％を超えてＤｙを含有するＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、それを用いて製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力とに着目して、検討を重ねた。その結果、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙ濃度を高くすると、焼結後に得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中の粒界相が凝集し、粒界相の分散が悪化することがわかった。そして、粒界相の分散が悪化すると、主相（Ｒ２Ｔ１４Ｂ相）同士が十分に隔離されなくなり、十分な保磁力が発揮できないことがわかった。
【００１３】
そこで、本発明者らは、粒界相の分散を改善するため、さらに検討を重ねた。その結果、焼結前のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石となる材料を、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含むものとすることにより、焼結後に得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の粒界相の分散が改善され、保磁力が向上することを見出し、本発明に至った。
この効果は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を成形し、焼結してＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造した場合、焼結中に、金属粉末に含まれる金属がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の粒界相中に入り込み、粒界相中に含まれる金属濃度が高くなることにより、粒界相の濡れ性が改善され、主相粒子間への粒界相の回り込みが容易になり、粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散されることによるものと推定される。
【００１４】
すなわち本発明は、下記の各発明を提供するものである。
（１）希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むことを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【００１５】
（２）前記金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする（１）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（３）前記金属粉末が、０．０２質量％以上６質量％未満含まれていることを特徴とする（１）または（２）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
（４）前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と前記金属粉末とが、混合されてなる混合物であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【００１６】
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
（６）（５）に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料は、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものであるので、これを成形して焼結することにより、十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）を有し、モーターに好適に用いられる優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実験例３のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の断面の反射電子像である。
【図２】図２は、実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の断面の反射電子像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料（以下、「永久磁石用合金材料」と略記する）は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものである。永久磁石用合金材料に含まれるＲ−Ｔ−Ｂ系合金は、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂ（ホウ素）および不可避不純物からなるものである。また、本実施形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を構成するＲには、Ｄｙが含有されている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中に含まれるＤｙの含有量は、１０質量％を超え３１質量％未満とされている。
【００２０】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の組成は、特に限定されないが、優れた磁気特性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られるものとするために、Ｒが２７〜３５質量％、好ましくは３０〜３２質量％、Ｂが０．８５〜１．３質量％、好ましくは０．８７〜０．９８質量％、Ｔが残部と不可避の不純物からなるものであることが好ましい。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＲが２７質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｒが３５質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）が不十分となるおそれがある。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＢが０．８５質量％未満であると、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が不十分となる場合があり、Ｂが１．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が著しく低下するおそれがある。
【００２１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲに含まれるＤｙ以外の希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられ、中でも特に、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｔｂが好ましく用いられる。また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＲは、Ｎｄを主成分とすることが好ましい。
【００２２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中に含まれるＤｙの含有量は、１０質量％を超え３１質量％未満とされており、１０質量％超〜２５質量％含まれていることが好ましく、１０質量％超〜２１質量％含まれていることがより好ましい。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中に含まれるＤｙが３１質量％以上であると、金属粉末を含む永久磁石用合金材料であっても、Ｄｙの含有量を増やすことによるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力の向上効果が得られなくなるとともに、磁化（Ｂｒ）の低下が顕著となる。また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中にＤｙが１０質量％を超えて含有されていると、非常に保磁力の高いＲ−Ｔ−Ｂ系磁石となる。
【００２３】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＴは、Ｆｅを必須とする遷移金属である。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＴに含まれるＦｅ以外の遷移金属としては、Ｃｏ、Ｎｉなどが挙げられる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金のＴがＦｅ以外にＣｏを含む場合、Ｔｃ（キュリー温度）を改善することができ好ましい。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金に含まれるＢは、ホウ素であるが、一部をＣまたはＮで置換できる。
【００２４】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金には、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を向上させるために、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａから選ばれるいずれか１種または２種以上が含まれていることが好ましい。
ＧａはＲ−Ｔ−Ｂ系合金中に０．０３質量％〜０．３質量％含まれていることがより好ましい。Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中にＧａが０．０３質量％以上含まれている場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力を効果的に向上させることができ、好ましい。しかし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＧａの含有量が０．３質量％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化が低下するため好ましくない。
【００２５】
また、永久磁石用合金材料中の酸素濃度は、低いほど好ましいが、永久磁石用合金材料中に酸素が０．０３質量％〜０．５質量％含まれていても、十分な磁気特性を達成できる。永久磁石用合金材料中に含まれる酸素含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。永久磁石用合金材料中に含まれる酸素含有量は、０．０５質量％〜０．２質量％であることが好ましい。
【００２６】
また、永久磁石用合金材料中の炭素濃度は、低いほど好ましいが、永久磁石用合金材料中に炭素が０．００３質量％〜０．５質量％含まれていても、十分な磁気特性を達成できる。永久磁石用合金材料中に含まれる炭素含有量が０．５質量％を超える場合、磁気特性が著しく低下するおそれがある。永久磁石用合金材料中に含まれる炭素含有量は、０．００５質量％〜０．２質量％であることが好ましい。
【００２７】
本実施形態の永久磁石用合金材料に含まれるＲ−Ｔ−Ｂ系合金は、希土類濃度やＢ濃度など成分の異なる複数の合金を混合したものであってもよいし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系の合金とＲ−Ｔ系の合金とを混合して最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系の合金としたものであってもよいし、１種類のＲ−Ｔ−Ｂ系合金であってもよい。
【００２８】
また、本実施形態の永久磁石用合金材料は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とが混合されてなる混合物であることが好ましい。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末は、例えば、ＳＣ（ストリップキャスト）法により合金溶湯を鋳造して鋳造合金薄片を製造し、得られた鋳造合金薄片を、例えば、水素解砕法などにより解砕し、粉砕機により粉砕する方法などによって得られる。
なお、本実施形態においては、ＳＣ法を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系合金を製造する場合について説明したが、本発明において用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系合金は、ＳＣ法を用いて製造されるものに限定されるものではない。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金を、遠心鋳造法、ブックモールド法などを用いて鋳造してもよい。
【００２９】
水素解砕法としては、室温で鋳造合金薄片に水素を吸蔵させ、３００℃程度の温度で熱処理した後、減圧して水素を脱気し、その後、５００℃程度の温度で熱処理して鋳造合金薄片中の水素を除去する方法などが挙げられる。水素解砕法において水素の吸蔵された鋳造合金薄片は、体積が膨張するので、合金内部に容易に多数のひび割れ（クラック）が発生し、解砕される。
【００３０】
また、水素解砕された鋳造合金薄片を粉砕する方法としては、ジェットミルなどの粉砕機により、水素解砕された鋳造合金薄片を例えば０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて平均粒度３〜４．５μｍに微粉砕して粉末とする方法などが挙げられる。
なお、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金の粉砕は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金が成分の異なる複数の合金を混合したものである場合、混合される各合金をそれぞれ粉砕してから混合しても良いし、複数の合金のうち一部または全てを混合してから粉砕しても良い。
【００３１】
また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末としては、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒなどを用いることができ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上であることが好ましい。
【００３２】
金属粉末は、永久磁石用合金材料中に０．０２質量％〜６質量％未満含まれていることが好ましく、０．０２質量％〜２質量％含まれていることがより好ましい。永久磁石用合金材料中の金属粉末の含有量が０．０２質量％未満であると、保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が十分に得られない恐れがある。また、金属粉末の含有量が６質量％以上であると、磁化（Ｂｒ）や最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）などの磁気特性の低下が顕著となるため好ましくない。
【００３３】
また、永久磁石用合金材料に含まれる金属粉末の平均粒度（ｄ５０）は、０．０１〜５０μｍの範囲であることが好ましい。なお、永久磁石用合金材料中の金属粉末は、微細で均一に分布していてもよいが、微細で均一に分布していなくてもよく、例えば、粒度１μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上に凝集していてもよい。
【００３４】
本実施形態の永久磁石用合金材料は、上述したＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とを混合する方法により製造できる。
なお、永久磁石用合金材料を構成するＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とは、上述したように、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末としてから混合してもよいが、例えば、鋳造合金薄片を粉砕する前に、鋳造合金薄片と金属粉末とを混合して永久磁石用合金材料とし、その後、鋳造合金薄片の含まれる永久磁石用合金材料を粉砕してもよい。この場合、鋳造合金薄片と金属粉末とからなる永久磁石用合金材料を、鋳造合金薄片の粉砕方法と同様にして粉砕して粉末とすることが好ましい。
【００３５】
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を製造する方法を説明する。
「Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法」
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する方法としては、例えば、上述した永久磁石用合金材料に、潤滑剤として０．０２質量％〜０．０３質量％のステアリン酸亜鉛を添加し、横磁場中成型機などを用いてプレス成形して、真空中で１０３０℃〜１２００℃で焼結し、その後４００℃〜８００℃で熱処理する方法などが挙げられる。
【００３６】
なお、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とは、上述したように、鋳造合金薄片を粉砕してＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末としてから混合してもよいが、例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末に、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加した後に行ってもよい。
【００３７】
本実施形態の永久磁石用合金材料は、希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むものであるので、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石における粒界相の分散が改善され、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力が向上する。これは、本実施形態の永久磁石用合金材料を成形し、焼結してＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する場合、焼結中に、金属粉末に含まれる金属がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を構成する粒界相中に入り込み、粒界相中に含まれる金属濃度が高くなることにより、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石の粒界相の濡れ性が改善され、粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散されることによるものと推定される。
【００３８】
また、本実施形態の永久磁石用合金材料において、金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上である場合、これを用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石における粒界相の濡れ性がより効果的に改善され、粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散される。
また、本実施形態の永久磁石用合金材料において、金属粉末が、０．０２質量％以上６質量％未満含まれている場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙの含有量を多くすることによってＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の保磁力（Ｈｃｊ）を向上させる効果が十分に得られるとともに、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金中のＤｙの含有量を多くすることによるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の磁化（Ｂｒ）や最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）などの磁気特性の低下を抑制でき、好ましい。
【００３９】
また、本実施形態の永久磁石用合金材料が、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と金属粉末とが混合されてなる混合物である場合、粉末のＲ−Ｔ−Ｂ系合金と金属粉末とを混合するだけで、容易に品質の均一な永久磁石用合金材料が得られ、これを成形して焼結することで、容易に品質の均一なＲ−Ｔ−Ｂ系磁石が得られる。
【００４０】
また、本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の製造方法は、本実施形態の希土類磁石用合金材料を成形して焼結することによりＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を製造する方法であるので、モーターに好適に用いられる優れた保磁力を有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を容易に効率よく製造できる。
【実施例】
【００４１】
Ｎｄメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｐｒメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｄｙメタル（純度９９ｗｔ％以上）、フェロボロン（Ｆｅ８０％、Ｂ２０ｗ％）、Ｃｏメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｇａメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ａｌメタル（純度９９ｗｔ％以上）、Ｃｕメタル（純度９９ｗｔ％以上）、鉄塊（純度９９％ｗｔ以上）を表１に示す合金Ａ〜合金Ｉの成分組成になるように秤量し、アルミナるつぼに装填した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
その後、アルミナるつぼを高周波真空誘導炉の炉内に入れ、炉内をＡｒで置換し、１４５０℃まで加熱して溶融させて溶湯とした。次いで、溶湯を水冷銅ロールに注ぎ、ＳＣ（ストリップキャスト）法を用いて、ロール周速度１．０ｍ／秒で、平均厚み０．３ｍｍ程度、Ｒリッチ相（希土類リッチ相）間隔３〜１５μｍ、Ｒリッチ相以外（主相）の体積率≧（１３８−１．６ｒ）（ただし、ｒは希土類（Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ）の含有量）となるように制御し、鋳造合金薄片を得た。
【００４４】
このようにして得られた鋳造合金薄片のＲリッチ相間隔および主相の体積率は、以下に示す方法により調べた。
すなわち、平均厚みの±１０％以内の鋳造合金薄片を樹脂に埋め込んで研磨し、走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ−５３１０）を用いて反射電子像を撮影し、３００倍の写真を得た。そして、得られた鋳造合金薄片の写真を用いて、Ｒリッチ相の間隔を測定するとともに主相の体積率を算出した。その結果、表１に示した合金Ａ〜合金ＩのＲリッチ相間隔は４〜５μｍであり、主相の体積率は９０〜９５％であった。
【００４５】
次に、鋳造合金薄片を以下に示す水素解砕法により解砕した。まず、鋳造合金薄片を直径５ｍｍ程度になるように粗粉砕し、室温の水素中に挿入して水素を吸蔵させた。続いて、粗粉砕して水素を吸蔵させた鋳造合金薄片を３００℃において熱処理を行い水素解砕した。その後、減圧して水素を脱気し、さらに５００℃まで加熱する熱処理を行って鋳造合金薄片中の水素を放出除去し、室温まで冷却した。
【００４６】
次に、水素解砕された鋳造合金薄片に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．０２５ｗｔ％を添加し、ジェットミル（ホソカワミクロン１００ＡＦＧ）により、０．６ＭＰａの高圧窒素を用いて、水素解砕された鋳造合金薄片を平均粒度４．５μｍに微粉砕して粉末とした。
【００４７】
このようにして得られたＲ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末（合金Ａ〜合金Ｉ）に、表２に示す平均粒度の金属粉末を、表３に示す割合（永久磁石用合金材料中に含まれる金属粉末の濃度（質量％））で添加して混合することにより、永久磁石用合金材料を製造した。なお、金属粉末の粒度は、レーザ回析計によって測定した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
次に、このようにして得られた永久磁石用合金材料を、横磁場中成型機を用いて圧力０．８ｔ／ｃｍ２でプレス成形して圧粉体とし、真空中で焼結した。焼結温度は、合金によって異なり、合金Ａおよび合金Ｂは１１００℃、合金Ｃは１１３０℃、合金Ｄ、合金Ｅ、合金Ｆは１１４０℃、合金Ｇは１１５０℃、合金Ｈは１０３０℃、合金Ｉは１０８０℃で焼結した。その後８００℃および５３０℃で熱処理して冷却することにより、表３に示す実験例１〜実験例４１のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を得た。
【００５１】
そして、得られた実験例１〜実験例４１のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石それぞれの磁気特性をＢＨカーブトレーサー（東英工業ＴＰＭ２−１０）で測定した。その結果を表３に示す。
なお、表３において「Ｈｃｊ」とは保磁力であり、「Ｂｒ」とは磁化であり、「ＳＲ」とは角形性であり、「ＢＨｍａｘ」とは最大エネルギー積である。また、これらの磁気特性の値は、それぞれ５個のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の測定値の平均である。
【００５２】
表３に示すように、合金Ａ〜Ｆ、Ｉと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、いずれも金属粉末を含まない合金Ａ〜Ｆ、Ｉからなる永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が向上している。
【００５３】
これに対し、Ｄｙ含有量が３１質量％以上である合金Ｇと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２５のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、合金Ｇからなる金属粉末を含まない実験例２４の永久磁石用合金材料を用いて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が低くなっている。
【００５４】
また、Ｄｙを含まない合金Ｈと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２７、２９のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、合金Ｈからなる金属粉末を含まない永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２６のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、保磁力（Ｈｃｊ）が低くなっている。
また、Ｄｙを含まない永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例２６〜２９のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、金属粉末を含有していてもいなくても、十分に高い保磁力（Ｈｃｊ）が得られなかった。
【００５５】
また、実験例３および実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の断面を、走査電子顕微鏡（日本電子ＪＳＭ−５３１０）を用いて撮影し、反射電子像を得た。図１は、実験例３のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の断面の反射電子像であり、図２は、実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の断面の反射電子像である。なお、実験例３は金属粉末を含まない永久磁石用合金材料を用いて得られた本発明の比較例であり、実験例４は本発明の実施例である。
【００５６】
図１および図２に示すように、合金Ｂと金属粉末とを含む永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例４のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石では、金属粉末を含まない合金Ｂからなる永久磁石用合金材料を用いて得られた実験例３のＲ−Ｔ−Ｂ系磁石と比較して、粒界相の大きさが小さく、かつ粒界相がＲ−Ｔ−Ｂ系磁石中に均一に分散していることが分かる。
これは、永久磁石用合金材料に金属粉末を含有させることで、焼結時に主相粒子間への粒界相の回り込みが容易になり、粒界相が分散しやすくなったためと推定できる。そして、均一に分散された粒界相に主相粒子が被覆されることで、隣接する主相粒子同士が電磁気学的に隔離される確率が高まり、保磁力が向上されると考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むことを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項２】
前記金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項３】
前記金属粉末が、０．０２質量％以上６質量％未満含まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項４】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と前記金属粉末とが、混合されてなる混合物であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
【請求項１】
希土類元素から選ばれる２種以上であるＲと、Ｆｅを必須とする遷移金属であるＴと、Ｂおよび不可避不純物からなり、Ｄｙ含有量が１０質量％を超え３１質量％未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系合金と、金属粉末とを含むことを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項２】
前記金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗのうちから選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項３】
前記金属粉末が、０．０２質量％以上６質量％未満含まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項４】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金からなる粉末と前記金属粉末とが、混合されてなる混合物であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石用合金材料を成形して焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を備えることを特徴とするモーター。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−５７１８２（Ｐ２０１２−５７１８２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９８１７１（Ｐ２０１０−１９８１７１）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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