JP2002057014A

JP2002057014A - 異方性磁石とその製造方法およびこれを用いたモータ

Info

Publication number: JP2002057014A
Application number: JP2000243637A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ono; 秀昭小野; Munekatsu Shimada; 宗勝島田; Norihisa Waki; 憲尚脇; Akira Fujiki; 章藤木; Yasuhiko Iriyama; 恭彦入山
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-22
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP3618647B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高磁束密度などの優れた磁気特性を有する異方
性磁石とその製造方法およびこの磁石を用いたモータを
提供する。【解決手段】Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相およびα−Ｆｅ相の２
相を少なくとも含み、組成式がＮｄ_ｘＦｅ
_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｙ(２at％≦ｘ≦１０at％、１at％≦
ｙ≦５at％)で表せる、異方性磁石３８。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高磁束密度などの
優れた磁気特性を有する異方性磁石とその製造方法およ
び係る磁石を用いたモータに関する。尚、本明細書にお
いては、後述する加工により所定の形状に成形された着
磁前の磁石用の成形体も磁石と称する。

【０００２】

【従来の技術】希土類系の材料から形成される磁石は、
高いエネルギ積を有する。このため、係る磁石を搭載す
るモータなどの高性能化や小型化が達成できることか
ら、近年その市場が拡大している。現在、市販されてい
るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、最高で５０ＭＧＯｅ程
度の最大エネルギ積を有する。しかしながら、今後はモ
ータなどの省エネルギ化や更なる高性能化が求められる
ことから、これらに使用される磁石の高性能化、特に高
磁束密度化が求められている。

【０００３】ところで、磁石における最大エネルギ積の
最大値は、その磁石を形成する材料自体の飽和磁化の値
から計算可能である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の場合、そ
の主相であるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの正方晶における飽和磁
化値１６.０ｋＧを基にして計算する〔(１６.０／
２)^２〕と、得られる最大エネルギ積の最大値は６４．
０ＭＧＯｅであり、且つこの値が最大エネルギ積の到達
限界である。このため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石では、理
論的な最高到達値の６４．０ＭＧＯｅに対し、実際値と
して約５０ＭＧＯｅ程度まで高められているが、実質的
に磁力向上のうえで限界に近付いてきている。今後、大
幅な磁気特性の向上を図るには、従来の手法から脱却し
たアプローチが望まれている。

【０００４】例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石における最
大エネルギ積の限界値を超える材料の提案もされている
(ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ、１９９３年、第
４８巻第２１号、１５８１２〜１５８１６頁)。これ
は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの結晶とα−Ｆｅなどの高飽和磁化
の軟磁性相とを微細にして共存させることで、係る２相
間の相互作用を高め、磁石の高保磁力とα−Ｆｅ相によ
る高磁束密度化とを同時に発現させようとするものであ
り、この磁石は交換スプリング磁石と呼ばれる。しか
し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの結晶粒子径が大きいと上記のよう
な効果は得られない。一般に、上述した相互作用を発現
させるには、１μｍ以下の結晶粒子を用いることが必要
である。上記交換スプリング磁石を実現するため、超急
冷プロセスによる微細粒子を持つ粉末を製作したり、或
いは、スパッタリングなどにより微細結晶粒子からなる
薄膜を製作する試みが行われている。これらの方法によ
り、上記２相間の相互作用が発生したとの報告もある
が、何れも磁石を形成する結晶がランダムな方向を向い
ており、磁石のＮ・Ｓ極の方向がランダムな等方性磁石
であるため、得られる磁気特性は何れも低い値に留ま
る、という問題があった。

【０００５】一方、異方性交換スプリング磁石を得るた
め、次のような方法も考えられている。異方性Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系焼結磁石では、その焼結前に粒子径が数μｍの
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの合金粉末に対し磁場を印加しつつプレ
スすることにより、磁気的に配向した予備成形体を製作
する。この際、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末にＦｅ粉末を混合し
た状態で磁場中プレスした後に焼結すると、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ粒子とＦｅ粒子とが相互作用を持った異方性の交換
スプリング磁石を得られる可能性がある。しかしなが
ら、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粒子が焼結前の段階で既に数μｍと
相互作用を発生させるには大きすぎるサイズであるた
め、上述した方法では異方性交換スプリング磁石を得る
ことができない。

【０００６】また、磁石材料を熱間塑性加工することで
異方性磁石を得る提案もされている(Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＭａｇｎｅｔｉｓｍａｎｄＭａｇｎｅｔｉｃ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１９９０年、第８４巻、８８〜
９４頁)。これは、超急冷プロセスにて製造したＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系(Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物の化学量論値より
もＮｄリッチ側の組成)の粉末をホットプレスで固めた
後、得られた成形体を据え込み加工して塑性変形させる
ことにより、元来は磁気的に等方性であった磁石材料が
異方性となり、最大エネルギ積(ＢＨ)maxが高められ
る、というものである。上記異方性化のメカニズムは、
塑性変形時にてＮｄリッチの粒界相に囲まれたＮｄ_２Ｆ
ｅ_１４Ｂ結晶が粒界滑りしつつ粒成長した結果、結晶の
方向が揃うため異方性となる、というものである。この
際、Ｎｄリッチ粒界相は、融点が６００℃付近と低く、
熱間の塑性加工時に融液状となるため、潤滑剤のような
作用を行うと共に、結晶粒成長の促進剤としても作用し
ていると考えられる。しかしながら、Ｆｅ濃度が高いＮ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系交換スプリング磁石は、上記Ｎｄリッチ
粒界相が存在しないため、熱間の塑性加工による異方性
化を行うことは困難である。

【０００７】更に、熱間の塑性加工時の温度が、異方性
化の度合に大きく影響することも知られている(ＩＥＥ
ＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉ
ｃｓ、１９９９年、第３５巻・第５号、３２６８〜３２
７０頁)。これによると、従来の熱間塑性加工による異
方性磁石の場合、８００℃程度が最適の塑性加工温度で
あり、これより低温または高温過ぎても異方性化の度合
が低下し、得られる磁石の残留磁化Ｂｒが低下する、と
説明されている。即ち、塑性加工温度が低い場合は、前
述した粒界滑りや結晶の粒成長が起こりにくいため、異
方性化が進まないと考えられる。また、塑性加工温度が
高い場合は、高温加熱により塑性加工を施す前に結晶の
粒成長が進行し、この際に結晶方向は粒子によってラン
ダムになる。この結果、その後で塑性加工を施しても結
晶の粒成長は、もはや大きく進行しないため、異方性化
の度合が低下するものと考えられる。即ち、従来の熱間
塑性加工により得られる異方性磁石は、Ｎｄリッチ粒界
相の存在が必須であり、且つ熱間塑性加工時の温度も約
８００℃で磁気特性を発現させるものであった。

【０００８】

【発明が解決すべき課題】本発明は、以上にて説明した
従来の技術における問題点を解決し、高磁束密度などの
優れた磁気特性を有する異方性磁石とその製造方法およ
びこの磁石を用いたモータを提供する、ことを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、発明者らは、一般にＦｅ濃度が高く且つＮｄリッチ
粒界相が存在しないため、従来の方法では異方性化が困
難なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系交換スプリング磁石について、そ
の材料組成あるいは製造条件を詳細に研究した。その結
果、磁石の材料組成や熱間塑性加工の条件を工夫するこ
とにより、本発明の異方性磁石などを見出したものであ
る。即ち、本発明の異方性磁石は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相
およびα−Ｆｅ相の２相を少なくとも含み、組成式がＮ
ｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｙ(２at％≦ｘ≦１０at％、
１at％≦ｙ≦５at％)で表せる、ことを特徴とする(請求
項１)。

【００１０】これによれば、高い飽和磁化、固有保磁
力、磁束密度、および大きな最大エネルギ積という優れ
た磁気特性を有する異方性磁石を提供できる。このた
め、例えばモータなどの高性能化および小型化に大きく
寄与することが可能となる。尚、Ｎｄが２at％未満で且
つＢが１at％未満になると、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶相の
磁石材料全体に占める割合が少なくなり過ぎて十分な保
磁力が得られない。また、Ｎｄが１０at％を越え且つＢ
が５at％を越えると、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶相の磁石材
料全体に占める割合が９０at％以上となり、Ｆｅ相など
の高飽和磁化を示す相が少なくなり過ぎ、実質的に交換
スプリング磁石を形成することが困難になる。これらの
ため、上記ｘ，ｙの範囲を定めたものである。

【００１１】特に、前記組成式がＮｄ_ｘＦｅ
_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｙ(５at％≦ｘ≦７at％、１at％≦ｙ
≦５at％)で表せる、とする異方性磁石(請求項２)とす
ることにより、後述するように、その最大エネルギ積が
一層高められる。尚また、上記異方性磁石は、磁石を形
成する多数の結晶中の磁化容易軸が特定の方向に沿って
いる焼結磁石またはボンド磁石を指し、トロイダル(リ
ング)形、円盤形、角棒、板状の直方体、丸棒、瓦形な
どの形状に成形されものであり、且つ上記磁化容易軸に
沿って着磁したものはもちろん、着磁前のものも含まれ
る。

【００１２】また、前記Ｆｅのうちの３０at％以下をＣ
ｏで置換してなる、異方性磁石も含まれる(請求項３)。
これによれば、磁石のキュリー点を高め且つ高温特性を
高めることができる。但し、Ｃｏが３０at％を越えると
磁束密度が低下し且つ材料コストが割高になるため、こ
の範囲を除いたものである。高い飽和磁化、高磁束密
度、および高保磁力などの優れた磁気特性を有する磁石
を提供できる。このため、例えばモータ等の高性能化お
よび小型化に大きく寄与することが可能となる。

【００１３】更に、前記Ｆｅのうちの１at％以下を、Ｎ
ｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｚｒ，およびＨ
ｆのうちの１種または２種以上の元素と置換してなる、
異方性磁石も含まれる(請求項４)。これによれば、上記
元素の添加により、高温での結晶粒粗大化を抑制して微
細化と異方性化を促進するため、磁石の磁束密度や保磁
力を高めることができる。上記の元素のうち、Ｎｂ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆは、磁気特性を向上させる
ので好ましく、更に、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒは、一層磁気特性
を向上させるので好ましいものである。但し、Ｆｅに対
し１at％を越えて添加すると、磁束密度が低下するた
め、係る範囲を除いたものである。

【００１４】また、前記Ｎｄのうちの５０at％以下を、
Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄｙ，および、Ｔｂのうちの１種または２
種以上の希土類元素と置換してなる、異方性磁石も含ま
れる(請求項５)。これによれば、Ｐｒ，Ｃｅの添加によ
り材料コストを低減でき、Ｄｙ，Ｔｂを添加することに
より保磁力を高めることができる。但し、Ｎｄに対し５
０at％を越えて添加すると、磁束密度が低下するため、
係る範囲を除いたものである。更に、前記２つの相を含
む粉末とバインダ樹脂とが混合され且つ所定の形状に成
形されている、異方性磁石も含まれる(請求項６)。これ
によれば、例えば、薄肉サイズ、複雑な形状、あるいは
小型の磁石であっても、磁気特性および形状や寸法の精
度が良い異方性ボンド磁石とすることができる。加え
て、前記磁石またはその磁性粉末分の飽和磁化が、１
５．５ｋＧ以上で且つ固有保磁力が４〜３０ｋＯｅであ
る、異方性磁石も含まれる(請求項７)。これによれば、
同じサイズでも従来よりも高い磁気特性を発現でき、或
いは、同じ磁気特性を得るために従来よりも小型の磁石
とすることができ、例えばモータの高性能化や小型化に
寄与することができる。

【００１５】一方、本発明の異方性磁石の製造方法は、
Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相およびα−Ｆｅ相の２相を少なくと
も含み、且つ組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ
_ｙ(２at％≦ｘ≦１０at％、１at％≦ｙ≦５at％)で表せ
られる多数の粉末またはバルク体を、９００〜１１００
℃の温度範囲で塑性加工する工程を、含む、ことを特徴
とする(請求項８)。これによれば、従来に比べ高い温度
域で組成加工することにより、異方性化を高め且つ保磁
力を向上させることができる。尚、上記温度が９００℃
未満では、異方性化の度合が低くなり、１１００℃を越
えると異方性化と保磁力の双方が低下するため、これら
の温度域を除いた上記範囲とした。更に、上記バルク体
は、粉末が集合した塊状物を指す。また、前記塑性加工
が、据え込み加工、または、押出加工、である、異方性
磁石の製造方法も含まれる(請求項９)。これによれば、
得られる成形体や磁石の異方性化を確実に発現させられ
る。

【００１６】更に、前記塑性加工の前に、冷間プレスお
よびホットプレスの工程を有する、異方性磁石の製造方
法も含まれる(請求項１０)。これによれば、前記粉末を
プレスしてグリーン成形体とし、且つこれをホットプレ
スして高密度の成形体とし、この成形体を塑性加工する
ことにより、内部の結晶粒が確実に異方性化した磁石を
形状および寸法精度良くして製造することができる。ま
た、前記塑性加工の後に、前記異方性磁石を粉砕し、こ
れにバインダ樹脂を混合した混合物を磁場中で射出成形
または圧縮成形する工程を有する、異方性磁石の製造方
法も含まれる(請求項１１)。これによれば、任意の形状
で且つ高い磁気特性を有する異方性磁石を容易に得るこ
とができる。尚、上記磁石は、射出成形され且つ脱磁さ
れた後、その磁化容易軸に沿って再度着磁されること
で、高い磁気特性を有する異方性磁石となる。

【００１７】加えて、本発明のモータは、前記異方性磁
石をロータまたはステータに取り付ける永久磁石として
用いている、ことを特徴とする(請求項１２)。これによ
れば、上記磁石をコイルと併用し且つロータまたはステ
ータとして活用することにより、従来のモータに比べて
小型で高いトルクを少ない電力によって得ることができ
る。このため、例えば電気自動車やハイブリッド電気自
動車、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ、トルク
センサ、ＯＡ機器、オーディオ機器、ビデオ機器、各種
のデジタル機器、携帯型コンピュ−タ、あるいは、携帯
用端末器などの駆動源として活用することが可能であ
る。尚、上記磁石には、リング形、瓦形、または板片状
の形態が用いられる。

【００１８】

【発明の実施の形態および実施例】以下にて本発明の実
施に好適な形態および実施例を図面などと共に説明す
る。図１(Ａ)に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｏ系合
金１を、石英からなるノズル２内に装入し且つアルゴン
雰囲気中で高周波溶解した後、ノズル２の下端における
内径０．５ｍｍの孔４から、周速度が２５メートル／秒
で高速回転する銅製の片ロール６の周面に上記合金１の
溶湯を噴射して注下する。すると、この溶湯は、片ロー
ル６の周面に接触した際に超急冷され、図１(Ａ)に示す
ように、リボン状の薄膜片８となって飛び散る。この薄
膜片８は、Ｎｄ_８Ｆｅ_８３Ｃｏ_５Ｂ_４の組成を有する。
係る薄膜片８を図示しない粉砕機により粉砕した後、篩
い分けすることによって、図１(ａ)に示すように、３０
０μｍ以下の粉末１０とする。

【００１９】図１(Ｂ)に示すように、上記粉末１０を冷
間プレス１２における円筒形のダイ１４のキャビティ１
３中に充填し、係るキャビティ１３内に予め進入させた
円柱形の下型１６と粉末１０の充填後に進入する上型１
８とにより、常温で圧縮する。この結果、図１(ｂ)に示
すように、外径２０ｍｍ×高さ５０ｍｍの円柱体を呈す
る予備成形体２０が得られる。次いで、図１(Ｃ)に示す
ように、ホットプレス２２の内部にヒータ２５を配置し
たダイ２４におけるキャビティ２３の中に、上記成形体
２０を装入し、係るキャビティ２３内に予め進入させた
円柱形の下型２６と上記成形体２０の装入後に進入する
上型２８とにより、アルゴン雰囲気中において８００℃
で圧縮するホットプレスを行う。その結果、図１(ｃ)に
示すように、外径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍの円柱体を呈
する高密度の成形体３０が得られる。

【００２０】更に、図１(Ｄ)に示すように、据え込み装
置３２の上型３４と下型３６との間に上記成形体３０を
挿入し、アルゴン雰囲気中において１０００℃に加熱し
つつ上・下型３４，３６を接近させることにより、軸方
向における加工率が８５％となる据え込み加工を行う。
この結果、図１(ｄ)に示すように、外径５２ｍｍ×高さ
(厚さ)４．５ｍｍの薄肉で円盤形の磁石(磁石素材)３８
が得られる。この磁石３８は、内部における多数の前記
粉末１０が偏平となっているため、その軸方向(厚さ)方
向に沿って、磁石３８全体の磁化容易軸３９が揃った異
方性を有する。従って、上記磁石３８を公知の方法で着
磁すると、図１(Ｅ)に示すように、各粉末１０の磁化容
易軸１１が磁石３８の厚さ方向に揃っているため、磁石
３８全体の磁化容易軸３９に沿った方向の両端面におい
てＮ・Ｓ極が形成され、強い磁力を保有することができ
る。

【００２１】また、図２(Ａ)，(Ｂ)に示すように、押出
装置４０におけるダイ４２の円柱形のキャビティ４１内
に前記成形体３０を装入し、係るキャビティ４１内に予
め進入させた円柱形の下型４４と上記成形体３０の装入
後に進入するキャビティ４１よりも細径の上型４６とに
より、アルゴン雰囲気中において８００℃で後方押出加
工を行う。この結果、図２(Ｃ)に示すように、上端に開
口する中空部４７を有する円筒形で且つラジアル方向に
異方性化した磁石(磁石素材)４８が得られる。上記磁石
４８における底面寄りの部分を切除すると共に、公知の
方法で着磁することにより、図２(Ｄ)，(Ｅ)に示すよう
に、軸方向に沿って偏平となった多数の前記粉末１０を
貫通する磁化容易軸１１が径方向に貫通し、全体の磁化
容易軸４９もラジアル方向に沿ったリング形の磁石５０
を得ることができる。

【００２２】(実施例１)前記と同じ組成および製造条件
(据え込み加工温度：１０００℃)により得られ、且つ前
記と同じ寸法を有する磁石３８の磁気特性を測定するた
め、磁石３８を切削加工して、縦４．５ｍｍ×横４．５
ｍｍ×厚さ４．５ｍｍの直方体からなる実施例１の磁石
片を作成した。上記磁石片の磁化容易軸３９に沿った方
向とこれに直角の方向における磁気特性を、ＢＨトレー
サにより測定した。その結果を表１に示す。尚、表１中
における飽和磁化とは、外部磁界を２０ｋＯｅ印加した
際における磁化の値である。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１の結果によれば、磁化容易軸３９に沿
った方向における磁気特性は、直角方向に比べて何れも
高く、特に最大エネルギ積は５２ＭＧＯｅと直角方向に
比べ著しく高いと共に、従来の異方性磁石では達成が困
難であった５０ＭＧＯｅレベルを実現することができ
た。また、実施例１の磁石片の構造をＸ線回折により調
べた結果、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶およびα−Ｆｅ結晶の
混合物であった。しかも、飽和磁化は１５．５ｋＧを越
え、且つ固有保磁力も４ｋＯｅを越えていた。以上の結
果から、本発明の異方性磁石３８が、優れた磁気特性を
有していることが裏付けられた。

【００２５】(実施例２)前記と同じ組成および製造条件
により得られ、且つ寸法を有する高密度の成形体３０を
用意し、前記図２(Ａ)に示した押出装置４０を用いて、
アルゴン雰囲気中で１０００℃に加熱した状態で、後方
押出加工した後、着磁を行った。この結果、外径２０ｍ
ｍ、内径１６ｍｍ、高さ６０ｍｍのリング形の磁石５０
を得た。上記ラジアル方向に異方性化した磁石５０を切
削加工して、縦４ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ７ｍｍの瓦状
体からなる実施例２の磁石片を作成した。この磁石片の
磁化容易軸４９に沿った方向における磁気特性を、ＢＨ
トレーサにより測定した。その結果を表２に示す。尚、
飽和磁化の値は、前記と同じである。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２の結果から、磁石５０は、最大エネル
ギ積が４９ＭＧＯｅと従来のラジアル異方性磁石の最高
レベルであり、ラジアル方向に異方性化された優れた磁
気特性を有すると共に、飽和磁化は１５．５ｋＧを越え
且つ固有保磁力も４ｋＯｅを越えていたことが判明し
た。

【００２８】(実施例３)前記実施例１と同じ組成および
製造条件(据え込み加工温度：１０００℃)により、前記
と同じ寸法を有する磁石３８を製造し、これをピンミル
を用いて粉砕した後、篩い分けにより粒径が５０〜３０
０μｍの磁性粉末を採取した。この磁性粉末に対し、６
質量％のポリアミド樹脂(バインダ樹脂)を混合した後、
２３０℃の温度で２軸押し出し混練機により混練した
後、粉砕することにより、粒径約４ｍｍの粒状のペレッ
トを得た。係るペレットを２６０℃の温度で１３ｋＯｅ
の磁場を印加しながら、円柱形のキャビティ中に射出成
形を行うことにより、円柱形を呈する実施例３の異方性
ボンド磁石を製造した。また、前記実施例１と同じ組成
と寸法を有し据え込み加工を８００℃で行った磁石を製
造し、上記と同様にこれを粉砕して磁石粉末とした後、
同じ量の上記樹脂を混合した後、上記同様の混練および
射出成形を行い比較例１の異方性ボンド磁石を製造し
た。上記各例のボンド磁石を脱磁した後、切削加工し且
つ再着磁することにより、縦７ｍｍ×横７ｍｍ×厚さ７
ｍｍの実施例３と比較例１の磁石片を個別に作成した。
これらの磁石片の磁化容易軸に沿った方向における磁気
特性を、ＢＨループトレーサにより測定した。その結果
を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３の結果から、実施例３の磁石片の最大
エネルギ積は約２０ＭＧＯｅであり、比較例１の約３倍
であった。これにより、前記異方性ボンド磁石は、優れ
た磁気特性を有することが判明した。

【００３１】(実施例４)実施例３と同じ磁性粉末に２質
量％のエポキシ樹脂(バインダ樹脂)を混合した後、得ら
れた混合物を１５ｋＯｅの磁場を印加しつつ、プレス機
により９８０ＭＰａの圧力を加える圧縮加工を行って、
円柱形で異方性の磁性成形体を得た。この成形体を脱磁
した後、窒素雰囲気中において１５０℃で１時間に渉り
熱処理を施して、エポキシ樹脂を硬化させた。その後、
再着磁することにより、異方性ボンド磁石を得た。ま
た、前記実施例１と同じ組成と寸法を有し据え込み加工
を８００℃で行った磁石を製造し、上記と同様にこれを
粉砕して磁石粉末とした後、同じ量の上記樹脂を混合し
た後、上記同様の混練および圧縮成形を行い比較例２の
異方性ボンド磁石を製造した。上記各例のボンド磁石
(外径１０ｍｍ×高さ７ｍｍの円柱体)の実施例４と比較
例２の磁石片を個別に作成した。これらの磁石片の磁化
容易軸に沿った方向における磁気特性を、ＢＨループト
レーサにより測定した。その結果を表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】表４の結果から、実施例４の磁石片の最大
エネルギ積は約３４ＭＧＯｅであり、比較例２の約３倍
であった。これにより、前記異方性ボンド磁石は、優れ
た磁気特性を有することが判明した。

【００３４】(実施例５〜３７)表５に示すＮｄ−Ｆｅ−
Ｂ系合金から、前記図１(Ａ)に示したと同じノズル２と
ロール６とを用いて、それぞれ超急冷によるリボン状の
薄膜片８を得た。これを粉砕し且つ篩い分けにより平均
粒径が３００μｍ以下の磁性粉末１０を得た。前記図１
(Ｂ)および(Ｃ)に示したように、上記粉末１０を常温で
プレスし、外径２０ｍｍ×高さ５０ｍｍの円柱形の予備
成形体２０とした後、この成形体２０をアルゴン雰囲気
中にて８００℃でホットプレスし、外径２０ｍｍ×高さ
３０ｍｍの高密度の成形体３０を得た。次いで、前記図
１(Ｄ)に示したように、据え込み装置３２の上・下型３
４，３６間に上記成形体３０を挿入し、アルゴン雰囲気
中において９００〜１１００℃の範囲で加熱しつつ上下
型３４，３６を接近させることにより、軸方向の加工率
が８５％となる据え込み加工をそれぞれ行った。

【００３５】この結果、前記図１(ｄ)に示したように、
外径５２ｍｍ×高さ(厚さ)４．５ｍｍの薄肉で円盤形の
磁石(磁石素材)３８が複数個得られた。これらの磁石３
８は、内部の多数の前記粉末１０が偏平であるため、着
磁すると、前記図１(Ｅ)に示したように、その軸方向
(厚さ)方向に沿って、各粉末１０の磁化容易軸１１が揃
った異方性を有している。各磁石３８の磁気特性を測定
するため、磁石３８を切削加工して縦４．５ｍｍ×横
４．５ｍｍ×厚さ４．５ｍｍの直方体からなる実施例５
〜３７の磁石片を作成した。これらの磁石片の磁化容易
軸３９に沿った方向における磁気特性を、ＢＨトレーサ
により測定した。その結果を表５に示す。尚、飽和磁化
の値は、前記と同じである。

【００３６】

【表５】

【００３７】表５によれば、実施例５〜３７の磁石片の
最大エネルギ積は約３０〜７０ＭＧＯｅであり、通常の
等方性ボンド磁石のレベル(約７〜１２ＭＧＯｅ)の約３
倍以上であった。このうち、実施例８〜１０，１２，１
３，１７は、５０ＭＧＯｅを越えており、従来の異方性
磁石よりも高くなった。これらから、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系
の組成では、請求項２のように、５at％≦Ｘ≦７at％，
１at％≦Ｙ≦５at％の範囲が特に望ましいことが確認さ
れた。しかも、実施例５〜３７の磁石片の飽和磁化は１
５．５ｋＧを全て越え、且つ固有保磁力も４ｋＯｅを全
て越えていた。また、実施例１７と同じ組成で加工温度
が１１００℃と高い実施例１８の最大エネルギ積は、約
６５ＭＧＯｅであった。これによって、加工温度は９０
０℃よりも高いほうが望ましいことが理解される。因み
に、実施例１７，１８と同じ組成で加工温度が８００℃
と低い比較例３では、最大エネルギ積が２０ＭＧＯｅ未
満であり、且つ飽和磁化や残留磁化も低い値に留まっ
た。

【００３８】更に、Ｃｏを多く含む実施例２０，２１で
は、最大エネルギ積が７０ＭＧＯｅを越え且つ固有保磁
力も約１６ｋＯｅと高くなっていた。また、表５によれ
ば、Ｐｒなどの希土類元素を含む実施例２２〜２６も、
最大エネルギ積が約５２〜６９ＭＧＯｅと高く、且つ固
有保磁力も約１５〜３０ｋＯｅと高くなった。加えて、
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｚｒ，Ｈｆの
何れかを含む実施例２７〜３７も、約５０〜６４ＭＧＯ
ｅの高い最大エネルギ積と約１５〜１８ｋＯｅの固有保
磁力とを保有していた。以上に説明した実施例１〜３７
から、本発明の異方性磁石とその製造方法の作用および
効果が裏付けられたことが容易に理解される。

【００３９】図３は、板状の異方性磁石５８を用いたモ
ータ用のロータ５２を示す。上記磁石５８は、前記実施
例１と同じ組成の超急冷リボン８をプレスおよびホット
プレスした後、１０００℃の据え込み加工を行って得ら
れた板状の異方性磁石で、厚み(短辺)方向に沿った磁化
容易軸を有するため、図３に示すように、両側の長辺に
Ｎ極とＳ極とが個別に着磁されている。ロータ５２は、
円盤状の本体５４と、その中心部を軸心に沿って貫通す
る回転軸用の挿通孔５６とを有し、図３に示すように、
本体５４の側面において、挿通孔５６を中心として４方
向に対称に４つの磁石５８を固定したものである。

【００４０】そして、係るロータ５２を図示しない電磁
石を有するステータと共に、モータを構成することによ
り、従来の異方性磁石で同じサイズと数の磁石を用いた
モータに比べて、最大トルクを約２０〜３０％高めるこ
とができる。この結果、上記ロータ５２を含むモータを
電気自動車やハイブリッド電気自動車に適用することに
より、小型で且つ高い出力を有するため、優れた電気特
性または燃費効率を得ることが可能となる。尚、瓦形に
成形した複数の異方性磁石５８を、ステータの内周に沿
って配置し、その中心部に電磁石を有するロータを配置
したモータとによっても、上記同様の性能が得られるこ
とは、明らかである。

【００４１】本発明は、以上に説明した各形態や実施例
に限定されるものではない。例えば、表５中の実施例２
２〜２６に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に添加す
る希土類元素は、実施例２６のＤｙおよびＣｅの複合添
加のみを挙げたが、この組合せを除く、Ｐｒ，Ｃｅ，Ｄ
ｙ，Ｔｂの複合添加も可能である。また、表５中の実施
例２７〜３７に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に添
加する金属元素は、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｚｒ、またはＨｆを個別に添加するのに限ら
ず、上記の２種または３種以上を複合添加しても良い。
更に、前記実施例１〜３７に挙げた以外の合金組成であ
っても、請求項１〜５の範囲であれば、各実施例と同様
の効果を得ることが可能である。尚、本発明の異方性磁
石は、電気自動車のモータ用の永久磁石に限らず、リニ
アモータ用の永久磁石、義歯などの吸着用磁石、或いは
核磁気共鳴(ＮＭＲ)装置用の永久磁石などにも適用可能
である。

【００４２】

【発明の効果】以上において説明した本発明の異方性磁
石によれば、飽和磁化、固有保磁力、磁束密度、および
最大エネルギ積が高い特性を有する磁石を提供できる。
従って、モータなどの高性能化および小型化に大きく寄
与することが可能となる。また、本発明の製造方法によ
れば、以上のような優れた磁気特性を有する異方性磁石
を、比較的容易な工程により確実に製造することが可能
となる。更に、本発明のモータによれば、上記磁石をコ
イルと併用し且つロータまたはステータとして活用する
ことにより、従来のモータに比べて小型で高いトルクを
少ない電力によって得ることができる。従って、例えば
電気自動車の性能を飛躍的に高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)〜(Ｄ)は本発明の異方性磁石の製造工程を
示す概略図、(ａ)は途中の磁石粉末を、(ｂ)は途中の予
備成形体を、(ｃ)は途中の成形体を、(ｄ)は得られた磁
石を示す概略図、(Ｅ)はこの磁石の模式的断面図。

【図２】(Ａ)，(Ｂ)は本発明の異方性磁石の異なる製造
工程を示す概略図、(Ｃ)は得られた成形体の斜視図、
(Ｄ)これを加工して得た磁石の斜視図、(Ｅ)はこの磁石
の模式的断面図。

【図３】本発明のモータに用いるロータを示す概略図。

【符号の説明】

１０…………………粉末３８，５０，５８…異方性磁石５２…………………ロータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 21/12 Ｈ０２Ｋ 1/27 ５０１Ａ // Ｈ０２Ｋ 1/27 ５０１Ｈ０１Ｆ 1/04 Ｈ (72)発明者島田宗勝神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者脇憲尚神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者藤木章神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者入山恭彦愛知県東海市加木屋町南鹿持18 Ｆターム(参考） 5E040 AA04 AA19 BB03 CA01 HB05 HB07 HB17 NN01 NN12 NN13 NN18 5E062 CC01 CC05 CD04 CD05 CE02 CE04 CF01 5H621 HH01 JK03 5H622 AA03 CA02 CA05 CA07 CA10 CB03 DD02 PP03 PP07 PP10 QA02 QA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相およびα−Ｆｅ相の２
相を少なくとも含み、組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｙ(２at％≦ｘ≦
１０at％、１at％≦ｙ≦５at％)で表せる、ことを特徴
とする異方性磁石。
【請求項２】前記組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ
_ｙ(５at％≦ｘ≦７at％、１at％≦ｙ≦５at％)で表せ
る、ことを特徴とする請求項１に記載の異方性磁石。
【請求項３】前記Ｆｅのうちの３０at％以下をＣｏで置
換してなる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の異方性磁
石。
【請求項４】前記Ｆｅのうちの１at％以下を、Ｎｂ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｚｒ，および、Ｈｆ
のうちの１種または２種以上の元素と置換してなる、こ
とを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の異方性磁
石。
【請求項５】前記Ｎｄのうちの５０at％以下を、Ｐｒ，
Ｃｅ，Ｄｙ，および、Ｔｂのうちの１種または２種以上
の希土類元素と置換してなる、ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の異方性
磁石。
【請求項６】前記２つの相を含む粉末とバインダ樹脂と
が混合され且つ所定の形状に成形されている、ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の異方性
磁石。
【請求項７】前記磁石またはその磁性粉末部分の飽和磁
化が、１５．５ｋＧ以上で且つ固有保磁力が４〜３０ｋ
Ｏｅである、ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の異方性
磁石。
【請求項８】Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相およびα−Ｆｅ相の２
相を少なくとも含み、且つ組成式がＮｄ_ｘＦｅ
_{１００−ｘ−ｙ}Ｂ_ｙ(２at％≦ｘ≦１０at％、１at％≦
ｙ≦５at％)で表せられる多数の粉末またはバルク体
を、９００〜１１００℃の温度範囲で塑性加工する工
程、を含む、ことを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項９】前記塑性加工が、据え込み加工、または、
押出加工である、ことを特徴とする請求項８に記載の異方性磁石の製造方
法。
【請求項１０】前記塑性加工の前に、冷間プレスおよび
ホットプレスの工程を有する、ことを特徴とする請求項
８または９に記載の異方性磁石の製造方法。
【請求項１１】前記塑性加工の後に、前記異方性磁石を
粉砕し、これにバインダ樹脂を混合した混合物を磁場中
で射出成形または圧縮成形する工程を有する、ことを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の異方
性磁石の製造方法。
【請求項１２】請求項１乃至７の何れかの異方性磁石
を、ロータまたはステータに取り付ける永久磁石として
用いている、ことを特徴とするモータ。