JP2010135529A - Ｎｄ系焼結磁石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】Ｎｄ系焼結磁石ブロックに対し、磁化方向に垂直な面を除いた表面にＤｙ又はＴｂ酸化物粉末あるいはＤｙ又はＴｂフッ化物の粉末あるいはＤｙ又はＴｂを含む合金粉末を被覆し、その後高温処理してＤｙ又はＴｂをブロック内部に拡散させ、次いで磁石体の磁化方向に垂直な面でブロックを切断して、切断面の保磁力が外周部で高く内周部ほど低くなる分布をもち、磁化方向には一定の保磁力分布をもつＮｄ系焼結磁石を得ることを特徴とするＮｄ系焼結磁石の製造方法。
【効果】本発明は、永久磁石回転機に適した、永久磁石の残留磁束密度の低下がなく、保磁力が大きく、特に永久磁石端部の保磁力が大きくなり、高温でも減磁しにくい永久磁石回転機用のＮｄ系焼結磁石を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結磁石体の残留磁束密度の低減を抑制しながら保磁力を増大させたＮｄ系焼結磁石及びその製造方法に関し、特に、高速回転を行う電気自動車用モータや発電機、ＦＡモータ等に最適な永久磁石回転機に使用されるＮｄ系焼結磁石及びその製造方法に関する。

Ｎｄ系焼結磁石は、その優れた磁気特性のために、ますます用途が広がってきている。近年、モータや発電機などの回転機の分野においても、機器の軽薄短小化、高性能化、省エネルギー化に伴い、Ｎｄ系焼結磁石を利用した永久磁石回転機が開発されている。

回転機中の永久磁石は、巻き線や鉄心の発熱により高温に曝され、更に巻き線からの反磁界により極めて減磁しやすい状況下にある。このため、耐熱性、耐減磁性の指標となる保磁力が一定以上あり、磁力の大きさの指標となる残留磁束密度ができるだけ高いＮｄ系焼結磁石が要求されている。

保磁力を向上させるには、いくつかの方法がある。
Ｎｄ系焼結磁石の残留磁束密度増大は、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物の体積率増大と結晶配向度向上により達成され、これまでに種々のプロセスの改善が行われてきている。保磁力の増大に関しては、結晶粒の微細化を図る、Ｎｄ量を増やした組成合金を用いる、あるいは効果のある元素を添加する等、様々なアプローチがある中で、現在最も一般的な手法はＤｙやＴｂでＮｄの一部を置換した組成合金を用いることである。Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物のＮｄをこれらの元素で置換することで、化合物の異方性磁界が増大し、保磁力も増大する。一方で、ＤｙやＴｂによる置換は化合物の飽和磁気分極を減少させる。従って、上記手法で保磁力の増大を図る限りでは残留磁束密度の低下は避けられない。

Ｎｄ系焼結磁石は、結晶粒界面で逆磁区の核が生成する外部磁界の大きさが保磁力となる。逆磁区の核生成には結晶粒界面の構造が強く影響しており、界面近傍における結晶構造の乱れが磁気的な構造の乱れを招き、逆磁区の生成を助長する。一般的には、結晶界面から５ｎｍ程度の深さまでの磁気的構造が保磁力の増大に寄与していると考えられている（非特許文献１：Ｋ． −Ｄ． Ｄｕｒｓｔ ａｎｄ Ｈ． Ｋｒｏｎｍｕｌｌｅｒ， “ＴＨＥ ＣＯＥＲＣＩＶＥ ＦＩＥＬＤ ＯＦ ＳＩＮＴＥＲＥＤ ＡＮＤ ＭＥＬＴ−ＳＰＵＮ ＮｄＦｅＢ ＭＡＧＮＥＴＳ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ６８ （１９８７） ６３−７５）。

本発明者らは、結晶粒の界面近傍のみに僅かなＤｙやＴｂを濃化させ、界面近傍のみの異方性磁界を増大させることで、残留磁束密度の低下を抑制しつつ保磁力を増大できることを見出している（特許文献１：特公平５−３１８０７号公報）。更に、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物組成合金と、ＤｙあるいはＴｂに富む合金を別に作製した後に混合して焼結する製造方法を確立している（特許文献２：特開平５−２１２１８号公報）。この方法では、ＤｙあるいはＴｂに富む合金は焼結時に液相となり、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物を取り囲むように分布する。その結果、化合物の粒界近傍でのみＮｄとＤｙあるいはＴｂが置換され、残留磁束密度の低下を抑制しつつ効果的に保磁力を増大できる。

しかし、上記方法では２種の合金微粉末を混合した状態で１，０００〜１，１００℃という高温で焼結するために、ＤｙあるいはＴｂがＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ結晶粒の界面のみでなく内部まで拡散しやすい。実際に得られる磁石の組織観察からは結晶粒界表層部で界面から深さ１〜２μｍ程度まで拡散しており、拡散した領域を体積分率に換算すると６０％以上となる。また、結晶粒内への拡散距離が長くなるほど界面近傍におけるＤｙあるいはＴｂの濃度は低下してしまう。結晶粒内への過度な拡散を極力抑えるには焼結温度を低下させることが有効であるが、これは同時に焼結による緻密化を阻害するため現実的な手法となり得ない。ホットプレスなどで応力を印加しながら低温で焼結する方法では、緻密化は可能であるが生産性が極端に低くなるという問題がある。

一方、焼結磁石を小型に加工した後、磁石表面にＤｙやＴｂをスパッタによって被着させ、磁石を焼結温度より低い温度で熱処理することにより粒界部にのみＤｙやＴｂを拡散させて保磁力を増大させる方法が報告されている（非特許文献２：Ｋ． Ｔ． Ｐａｒｋ， Ｋ． Ｈｉｒａｇａ ａｎｄ Ｍ． Ｓａｇａｗａ， “Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｍｅｔａｌ−Ｃｏａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｘｔｅｅｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｓｅｎｄａｉ， ｐ．２５７ （２０００）、非特許文献３：町田憲一、川嵜尚志、鈴木俊治、伊東正浩、堀川高志、“Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の粒界改質と磁気特性”、粉体粉末冶金協会講演概要集、平成１６年度春季大会、ｐ．２０２参照）。この方法では、更に効率的にＤｙやＴｂを粒界に濃化できるため、残留磁束密度の低下をほとんど伴わずに保磁力を増大させることが可能である。また、磁石の比表面積が大きい、即ち磁石体が小さいほど供給されるＤｙやＴｂの量が多くなるので、この方法は小型あるいは薄型の磁石へのみ適用可能である。しかし、スパッタ等による金属膜の被着には生産性が悪いという問題があった。

これらの問題点を解決し、量産性があり効率よく保磁力を向上することのできる手段として、特許文献３：ＷＯ２００６／０４３３４８Ａ１号公報が示されている。これは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に代表されるＲ¹−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に対し、Ｒ²の酸化物、Ｒ³のフッ化物、Ｒ⁴の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末（なお、Ｒ¹〜Ｒ⁴はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を磁石表面に存在させた状態で加熱することで、粉末に含まれていたＲ²、Ｒ³又はＲ⁴が磁石体に吸収され、残留磁束密度の減少を著しく抑制しながら保磁力を増大する。特にＲ³のフッ化物又はＲ⁴の酸フッ化物を用いた場合、Ｒ³又はＲ⁴がフッ素と共に磁石体に高効率に吸収され、残留磁束密度が高く、保磁力の大きな焼結磁石が得られるものである。特許文献３では、磁石表面から吸収処理を行うために、処理をする磁石体は、焼結磁石ブロックから所定形状に研削されたもので、その大きさは特に限定されていないが、「本発明において、磁石表面に存在させたＲ²の酸化物、Ｒ³のフッ化物、Ｒ⁴の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末から磁石体に吸収されるＲ²、Ｒ³又はＲ⁴の量は磁石体の比表面積が大きい、即ち寸法が小さいほど多くなるので、上記形状の最大部の寸法は１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、特に好ましくは２０ｍｍ以下で且つ磁気異方性化した方向の寸法が１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、特に好ましくは２ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは磁気異方性化した方向の寸法が１ｍｍ以下である。」とある。これは、磁石体の広い領域に吸収処理を狙うためで、実施例でも最終形状に研削したものに吸収処理を行ったものが示されている。しかし、永久磁石回転機において、減磁しやすい部分は、磁石の一部であり、必ずしも磁石体の広い領域に保磁力が高い部分がある必要はない。最終形状まで小さくすると、細かい磁石を扱うことになり、ハンドリングし難くなって工程能力が上げられないという問題が生じる。

例を用いて永久磁石回転機の減磁しやすい部分が、磁石全面ではなく局部的であることを説明する。例えば、ＡＣサーボモータには、図４に示すようなラジアルエアギャップ形の永久磁石回転機が用いられている。この永久磁石回転機は、ロータコア１の表面に、磁石２を貼り付けた回転子３と、空隙を介して配置された複数のスロットを有するステータコア１１とティースに巻かれたコイル１２からなる固定子１３とで構成されている。図４に示す永久磁石回転機の場合、永久磁石の極数は６、ティースの数は９であり、永久磁石内の矢印は永久磁石の磁化の方向を示している。永久磁石は平行な磁場中で配向が成され、容易磁化方向は磁石の中心線に平行となっている。また、コイルはティースに集中巻きで巻かれ、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の３相のＹ結線がなされている。コイルの黒丸印はコイルの巻き方向が手前、×印はコイルの巻き方向が奥であることを意味している。

高精度のトルク制御を必要とするＡＣサーボモータ等のトルクは、脈動の小さなものでなければならない。従って、永久磁石が回転した時に固定子のスロットと永久磁石との位置関係から、空隙の磁束分布が変化することに起因するコギングトルク（コイルに電流を流さない状態でのトルク）やコイルの電流を流して駆動した時のトルクリップルが発生することは好ましくない。トルクリップルは、制御性を悪くする他に騒音の原因にもなる。コギングトルクを低減する方法として、図４に示すような永久磁石の端部形状が中央部より薄くなるようにする。この方法により、磁束分布の変化が大きな磁極の切り替わり部分である永久磁石端部での磁束分布が滑らかになり、コギングトルクを低減することができる。

コイルに電流を流すと、ステータコア部分に書いた矢印の方向に界磁され、回転子を反時計回りに回転させる。このとき、永久磁石セグメントの回転方向の後方（図４の○で囲った部分）に当たる磁石端部は界磁が永久磁石の磁化と逆方向になるので減磁しやすい状況になっている。減磁すると駆動トルクを下げるばかりか、部分的な磁場不均一によってコギングトルクを増大するという問題が生ずる。

特公平５−３１８０７号公報 特開平５−２１２１８号公報 ＷＯ２００６／０４３３４８Ａ１号公報 Ｋ． −Ｄ． Ｄｕｒｓｔ ａｎｄ Ｈ． Ｋｒｏｎｍｕｌｌｅｒ， "ＴＨＥ ＣＯＥＲＣＩＶＥ ＦＩＥＬＤ ＯＦ ＳＩＮＴＥＲＥＤ ＡＮＤ ＭＥＬＴ−ＳＰＵＮ ＮｄＦｅＢ ＭＡＧＮＥＴＳ"， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ６８ （１９８７） ６３−７５ Ｋ． Ｔ． Ｐａｒｋ， Ｋ． Ｈｉｒａｇａ ａｎｄ Ｍ． Ｓａｇａｗａ， "Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｍｅｔａｌ−Ｃｏａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ"， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｘｔｅｅｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｓｅｎｄａｉ， ｐ．２５７ （２０００） 町田憲一、川嵜尚志、鈴木俊治、伊東正浩、堀川高志、"Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の粒界改質と磁気特性"、粉体粉末冶金協会講演概要集、平成１６年度春季大会、ｐ．２０２

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、永久磁石回転機に適した磁石として、減磁しやすい部分の保磁力が高く、しかも生産性が高いＮｄ系焼結磁石及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

上述したように、永久磁石回転機の永久磁石においては、減磁しやすい部分は局部的であり、従って永久磁石回転機の永久磁石は、この減磁しやすい部分の保磁力を向上することが望まれる。

本発明者らは、磁化方向に十分厚いＮｄ系焼結磁石（Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系を基本とする希土類焼結磁石）の磁化方向に垂直な面以外の面から内部に向かってのＤｙ又はＴｂの拡散反応を行い、表面近傍における保磁力が磁石体内部の保磁力より大きくなっているＮｄ系焼結磁石を製作した後で、磁化方向に対し垂直方向から切削刃、ワイヤーソー等を用いて切断加工して、１つのブロックから所定の大きさの磁石を複数個得ること、この場合、拡散処理する際の磁石ブロックの大きさは、好ましくはＤｙ又はＴｂの拡散反応する磁化方向に垂直な方向の最大寸法を１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、特に好ましくは１０ｍｍ以下、拡散反応しない磁化方向の最大長さを３０ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上とすることにより、このように大きな磁石体の状態でＤｙ又はＴｂを吸収処理できるので、この工程の処理能力が向上したことを知見したものである。

即ち、本発明は、以下のＮｄ焼結磁石、その製造方法を提供する。
請求項１：
Ｎｄ系焼結磁石ブロックに対し、磁化方向に垂直な面を除いた表面にＤｙ又はＴｂ酸化物粉末あるいはＤｙ又はＴｂフッ化物の粉末あるいはＤｙ又はＴｂを含む合金粉末を被覆し、その後高温処理してＤｙ又はＴｂをブロック内部に拡散させ、次いで磁石体の磁化方向に垂直な面でブロックを切断して、切断面の保磁力が外周部で高く内周部ほど低くなる分布をもち、磁化方向には一定の保磁力分布をもつＮｄ系焼結磁石を得ることを特徴とするＮｄ系焼結磁石の製造方法。
請求項２：
ブロックを切断して得られた磁石片の磁化方向に垂直な面を研削加工し、上記磁石片をＣ型又はＤ型の形状にしたことを特徴とする請求項１記載のＮｄ系焼結磁石の製造方法。
請求項３：
上記磁石ブロックの大きさが、Ｄｙ又はＴｂが拡散する磁化方向に垂直な方向の最大寸法が１００ｍｍ以下、磁化方向の最大長さが３０ｍｍ以上である請求項１又は２記載のＮｄ系焼結磁石の製造方法。
請求項４：
請求項１記載の製造方法によって得られた、切断面の保磁力が外周部で高く内周部ほど低くなる分布をもち、磁化方向には一定の保磁力分布をもつことを特徴とするＮｄ系焼結磁石。
請求項５：
磁化方向に垂直な面が研削加工され、Ｃ型又はＤ型の形状に形成された請求項４記載のＮｄ系焼結磁石。
請求項６：
永久磁石回転機の永久磁石用である請求項４又は５記載のＮｄ系焼結磁石。

本発明は、永久磁石回転機に適した、永久磁石の残留磁束密度の低下がなく、保磁力が大きく、特に永久磁石端部の保磁力が大きくなり、高温でも減磁しにくい永久磁石回転機用のＮｄ系焼結磁石を提供することができる。

本発明に係るＮｄ系焼結磁石は、Ｎｄ系焼結磁石ブロックに対し、磁化方向に垂直な面を除いた表面にＤｙ又はＴｂ酸化物粉末あるいはＤｙ又はＴｂフッ化物の粉末あるいはＤｙ又はＴｂを含む合金粉末を被覆し、その後高温処理してＤｙ又はＴｂをブロック内部に拡散させ、次いで磁石体の磁化方向に垂直な面でブロックを切断することによって得られ、切断面の保磁力が外周部で高く内周部ほど低くなる分布をもち、磁化方向には一定の保磁力分布をもつものであり、このＮｄ系焼結磁石は、永久磁石回転機に適した永久磁石の残留磁束密度の低下がなく、保磁力が大きく、特に永久磁石端部の保磁力が大きくなり高温でも減磁しにくく、永久磁石回転機の磁石として有効に用いられるものである。

ここで、上記Ｄｙ又はＴｂが拡散処理されるＮｄ系焼結磁石ブロックの磁石合金組成としては、公知のＮｄ系磁石合金組成でよく、具体的には、原子％として、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙが１０〜１５原子％、Ｂが３〜１５原子％、その他のＡｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの１種以上が０〜１１原子％であり、残部はＦｅで５０原子％以上である。なお、Ｆｅの一部０原子％を超えて４０原子％以下をＣｏにしてもよい。
このようなＮｄ系焼結磁石ブロックを得る方法としては、公知の方法が採用し得る。

Ｄｙ又はＴｂの吸収処理の方法としては、非特許文献３のスパッタ膜による方法や、特許文献３の磁石の表面にＤｙ又はＴｂ酸化物粉末あるいはＤｙ又はＴｂフッ化物の粉末あるいはＤｙ又はＴｂを含む合金粉末を塗布し、その後高温で拡散させる方法が採用される。これらの方法は、残留磁束密度の低減がなく、磁石の表面近傍における保磁力を高めることができるので、回転機用の磁石に用いた場合、高出力で耐熱性に優れた回転機になることが期待できる。

この場合、本発明のＮｄ系焼結磁石ブロックは、直方体形状が好ましく、図１（図中、１００はＮｄ系焼結磁石ブロックを示す）に示すようなＤｙ又はＴｂの拡散する磁化方向に垂直な方向の寸法Ｌ₁，Ｌ₂のうち最大寸法Ｌ₁が１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、特に好ましくは２０ｍｍ以下、拡散反応しない磁化方向の最大長さＬ₃が３０ｍｍ以上で、好ましくは１００ｍｍ以上のＮｄ系焼結磁石体の磁化方向に垂直な面Ｓ₁以外の面Ｓ₂からＤｙ又はＴｂを内部に向かって主に結晶粒界を経由して拡散させ、磁石表面近傍の保磁力を向上させる。なお、図１においては、垂直な面Ｓ₁以外の面Ｓ₂全面からＤｙ又はＴｂを拡散処理している。また、上記磁化方向に垂直な方向の寸法は、少なくとも１ｍｍ以上、特に３ｍｍ以上であることが好ましく、磁化方向の長さの上限は必ずしも制限されないが、２００ｍｍ以下、特に１５０ｍｍ以下であることが好ましい。

該磁石ブロックは、ＤｙやＴｂの酸化物又はフッ化物あるいは上記合金の粉末を水、エタノール等の有機溶媒に分散させ、所望の磁石部分にスプレーや塗布により部分被膜又は塗布不要の部分（磁化方向の底面）にテーピング、フィルム化等を施し、分散液に浸漬して磁石に酸化物又はフッ化物あるいは上記合金の被膜を所望の位置に形成させる。

塗膜形成させた後、３５０℃〜磁石の焼結温度以下の温度で３０秒〜１００時間、好ましくは１分〜８時間吸収熱処理させる。更には、好ましくは２００℃〜焼結温度以下で１分〜１０時間程度時効処理を施す。

このように処理されたブロックの磁石を、本発明では、図１（Ｂ）に示すように、磁化方向に対し垂直方向から切削刃、ワイヤーソー等を用いて切断加工して、それぞれ積層させて用いることができ、モータや発電機に用いられる磁石の磁化方向寸法である１ｍｍから２０ｍｍの寸法に複数個の磁石片１００ａを得るもので、大きなブロックをＤｙやＴｂの拡散、吸収処理できるので、この工程の処理能力が向上したものである。この方法で得られた磁石の保磁力分布の様子を図２に示す。磁石表面近傍で保磁力が高まっている。

図２（Ａ）は、磁化方向に垂直な面Ｓ₁における保磁力の分布を示し、この場合、上記面Ｓ₁以外の面Ｓ₂の全面よりＤｙやＴｂを拡散処理させた状態を示し、上記面Ｓ₁の外周部Ｐが保磁力が向上した部分、中央部Ｃが保磁力が向上していない部分である。また、図２（Ｂ）は、磁化方向に沿って中央部で切断した状態を示す。

図４に示す表面磁石構造回転機に用いられる磁石は、減磁しやすい部分が局部的であり、しかも、磁化方向に平行な面周辺になっていることを説明しているが、図５に示す埋込磁石構造回転機でも同様である。図５のロータは、電磁鋼板を積層したロータヨーク１０に永久磁石２が埋め込まれた４極構造である。ステータは、電磁鋼板を積層した６スロット構造で、各ティースには集中巻きでコイルが巻かれており、コイル１２はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相Ｙ結線となっている。図５に示すＵ，Ｖ，Ｗの添え字の＋と−はコイルの巻き方向を示すもので、＋は紙面に対し出る方向、−は入る方向を意味する。ロータとステータの位置関係が図５の状態で、Ｕ相に余弦波の交流電流、Ｖ相にＵ相より１２０°位相の進んだ交流電流、Ｗ相にＵ相より２４０°位相の進んだ交流電流を流すことで、永久磁石の磁束とコイルの磁束の相互作用でロータは反時計回りに回転する。なお、図５中、１４はステータヨークである。

永久磁石回転機に使われる永久磁石の断面形状は、図３に示すような製造しやすい長方形［図３（Ａ）］や、回転機の誘起電圧波形を滑らかにしたり、コギングトルクを低減したりしてトルクの脈動を抑えるために磁石端部を薄くしたＤ型［図３（Ｂ）］やＣ型［図３（Ｃ）］（文字ＤやＣの形に類似）などが選ばれる。長方形の場合は、切断したまま、あるいは、切断面を滑らかにする程度に研削することで得られる。また、Ｃ型又はＤ型の場合は、切断した磁石の磁化方向に垂直な面を所定の形状に研削加工する。所定の形状に加工して得られた磁石の保磁力の分布状態は、保磁力を上げた面からの加工を行わないので、図２の分布と基本的に変わりはない。即ち、永久磁石回転機で減磁しやすい磁化方向に平行な面の表面近傍で、保磁力が高くなっている。特にＤ型やＣ型の磁石は、磁化方向に平行な面の表面近傍にあたる磁石端部が薄くなり反磁界が大きくなって減磁しやすくなっている。この部分の保磁力が大きくできると耐減磁特性を向上できるので本発明は特にＤ型やＣ型の磁石に有効である。

以下、本発明の具体的態様について実施例をもって詳述するが、本発明の内容はこれに限定されるものではない。

［実施例１，２及び比較例１］
＜実施例及び比較例の磁気特性＞
純度９９質量％以上のＮｄ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅメタルとフェロボロンを所定量秤量してＡｒ雰囲気中で高周波溶解し、この合金溶湯をＡｒ雰囲気中で銅製単ロールに注湯するいわゆるストリップキャスト法により薄板状の合金とした。得られた合金の組成はＮｄが１３．５原子％、Ｃｏが１．０原子％、Ａｌが０．５原子％、Ｂが５．８原子％、Ｆｅが残部であり、これを合金Ａと称する。合金Ａに水素を吸蔵させた後、真空排気を行いながら５００℃まで加熱して部分的に水素を放出させる、いわゆる水素粉砕により３０メッシュ以下の粗粉とした。更に純度９９質量％以上のＮｄ、Ｔｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕメタルとフェロボロンを所定量秤量し、Ａｒ雰囲気中で高周波溶解した後、鋳造した。得られた合金の組成はＮｄが２０原子％、Ｔｂが１０原子％、Ｆｅが２４原子％、Ｂが６原子％、Ａｌが１原子％、Ｃｕが２原子％、Ｃｏが残部であり、これを合金Ｂと称する。合金Ｂは窒素雰囲気中、ブラウンミルを用いて３０メッシュ以下に粗粉砕された。

続いて、合金Ａ粉末を９０質量％、合金Ｂ粉末を１０質量％秤量して、窒素置換したＶブレンダー中で３０分間混合した。この混合粉末は高圧窒素ガスを用いたジェットミルにて、粉末の質量中位粒径４μｍに微粉砕された。得られた混合微粉末を窒素雰囲気下１５ｋＯｅの磁界中で配向させながら、約１ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で成形した。次いで、この成形体をＡｒ雰囲気の焼結炉内に投入し、１，０６０℃で２時間焼結し、５１ｍｍ×１７ｍｍ×厚み１１０ｍｍ（１１０ｍｍが磁気異方性化した方向）の永久磁石ブロックを作製した。永久磁石ブロックをダイヤモンド砥石により図２に示すような直方体磁石に全面研削加工した。その寸法はＬ＝５０ｍｍ、Ｗ＝１６ｍｍ、Ｔ＝１０９ｍｍ（Ｔは磁気異方性化した方向）である。研削加工された磁石体をアルカリ溶液で洗浄した後、酸洗浄して乾燥させた。各洗浄の前後には純水による洗浄工程が含まれている。

次に、平均粉末粒径（マイクロトラックによる測定）が５μｍのフッ化ディスプロシウムを質量分率５０％でエタノールと混合し、これに超音波を印加しながら磁化方向の２面をテープで覆った磁石体を１分間浸した。引き上げた磁石は直ちに熱風により乾燥させた。その後２面を覆ったテープを外した。この時のフッ化ディスプロシウムによる磁石表面空間の占有率は４５％であった。これにＡｒ雰囲気中９００℃で１時間という条件で吸収処理を施し、更に５００℃で１時間時効処理して急冷した磁石体を、磁化方向に垂直な面からダイヤモンドカッターで３．６ｍｍ厚さのブロックに切断し、磁化方向に垂直な面を曲率のついたダイヤモンド砥石で研削加工を行い、Ｄ型に仕上げた。最終形状は、図３において、Ｌ＝５０ｍｍ、Ｗ＝１６ｍｍ、円弧部の曲率半径１２ｍｍで、磁化方向の厚みＴは３．５ｍｍとした。このＤ型磁石体をＭ１とした。比較のために熱処理のみ施し、同様にＤ型に加工したものを磁石体Ｐ１とした。

加工前のＭ１、Ｐ１と同じ形状の磁石体に対し、平均粉末粒径が５μｍのフッ化テルビウムを質量分率５０％でエタノールと混合し、これに超音波を印加しながら磁化方向の２面をテープで覆った磁石体を１分間浸した。引き上げた磁石は直ちに熱風により乾燥させた。その後２面を覆ったテープを外した。この時のフッ化テルビウムによる磁石表面空間の占有率は４５％であった。これにＡｒ雰囲気中９００℃で１時間という条件で吸収処理を施し、更に５００℃で１時間時効処理して急冷し、Ｍ１と同様な切断加工と研削加工を行い、Ｄ型の磁石体を得た。これを磁石体Ｍ２と称する。

これらの磁石の磁気特性を表１に示した。一辺１ｍｍの立方体に磁気特性試料を切り出し、磁石各部の磁気特性（ＶＳＭによる）を評価した。ディスプロシウムの吸収処理を施していない磁石Ｐ１の保磁力に対して、本発明による永久磁石は表面近傍で５００ｋＡｍ^-1の保磁力増大が認められた。磁石内部は、表面から８ｍｍの距離があるので、ディスプロシウムが吸収されず、保磁力に変化がなかった。詳細に保磁力の分布を調べたところ、表面から６ｍｍまで保磁力増大が認められた。また、テルビウムの吸収処理を施した磁石Ｍ２は、施していない磁石Ｐ１の保磁力に対して８００ｋＡｍ^-1の保磁力増大が認められた。本発明の永久磁石の残留磁束密度の低下は５ｍＴと僅かなものであった。比較のために、合金ＡのＮｄの一部をＤｙで置換した組成合金を用いて永久磁石を作製し、５００ｋＡｍ^-1の保磁力増大を図ったところ、残留磁束密度は５０ｍＴ低下した。

磁石体Ｍ１のＳＥＭによる反射電子像とＥＰＭＡにより、磁石にはＤｙ及びＦが観察された。処理前の磁石にはＤｙ及びＦは含まれていないので、磁性体Ｍ１におけるＤｙ及びＦの存在は、本発明の吸収処理によるものである。吸収されたＤｙは結晶粒界近傍にのみ濃化している。一方、フッ素（Ｆ）も粒界部に存在し、処理前から磁石内に含まれている不可避的不純物である酸化物と結合して酸フッ化物を形成している。このＤｙの分布により、残留磁束密度の低下を最小限に抑えながら保磁力を増大させることが可能となった。

本発明の特徴は、最終形状に加工する前の大きなブロックで吸収処理できるので、この工程の処理能力が向上することにある。例えば、実施例では、磁化方向１０９ｍｍのブロックを切断して２５個の磁石が得られる。塗布する磁石体の数を比較すると２５倍の違いがあり、その分が塗布時間の差となってあらわれる。

磁石体の形状違いの例として、Ｌ＝５０ｍｍ、Ｗ＝１６ｍｍ、内側の半径１９ｍｍ、外側の半径１２ｍｍ（外側の半径の中心は内側の半径の中心より１０．５ｍｍ偏った点にある）、磁化方向の厚みＴは３．５ｍｍのＣ型磁石を同様の手法で作製した。形状が異なるだけで、磁気特性は表１に示すものと同様になった。

＜実施例及び比較例のＤ型磁石を用いたモータ特性＞
本発明の磁石Ｍ１、Ｍ２及び比較例の磁石Ｐ１を永久磁石モータに組み込んだ時のモータ特性について説明する。永久磁石モータは図４に示す表面磁石型モータである。ロータは、０．５ｍｍの電磁鋼板を積層したものの表面に永久磁石が貼り付けられており６極構造となっている。ロータの外径寸法は４５ｍｍ、長さ５０ｍｍとなっている。ステータは、０．５ｍｍの電磁鋼板を積層した９スロット構造で、各ティースには集中巻きでコイルが１５ターン巻かれており、コイルはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相Ｙ結線となっている。ロータとステータの空隙は１ｍｍである。図４に示すコイルの黒丸印はコイルの巻き方向が手前、×印はコイルの巻き方向が奥であることを意味している。コイルに電流を流すと、ステータコア部分に書いた矢印の方向に界磁され、回転子を反時計回りに回転させる。このとき、永久磁石セグメントの回転方向の後方（図４の磁石において○で囲った部分）は界磁が永久磁石の磁化と逆方向になるので減磁しやすい状況になっている。

減磁の程度を評価するために、モータを１２０℃の温度に２時間曝した前後の駆動トルクの差を測定した。まず、室温で各コイルあたり実効値５０Ａの三相電流で回転させた時の駆動トルクを測定し、次にモータをオーブン（１２０℃）に入れて同じく５０Ａの電流で回転させた。これを、オーブンから出して室温にも戻して同じく５０Ａで回転させた時の駆動トルクを測定した。減磁によるトルク減少率＝（オーブンに入れた後の室温の駆動トルク−オーブンに入れる前の室温の駆動トルク）／（オーブンに入れる前の室温の駆動トルク）とした。

減磁による駆動トルク減少率の値を表２に示す。比較例１の保磁力が小さな磁石を用いたモータは減磁を示した。１２０℃の環境では使えないことが分かった。これに対し、実施例１，２で本発明の処理により保磁力を増加させた磁石を用いたモータは１２０℃で減磁が観測されなかった。磁石中央部の保磁力は、比較例も実施例も同じであったが、永久磁石モータで減磁しやすい部分が磁石端部であって、本発明の処理は磁石端部の保磁力をより増大できるために、減磁しにくいモータとなった。

＜実施例及び比較例のＣ型磁石を用いたモータ特性＞
本発明の磁石Ｍ１、Ｍ２及び比較例の磁石Ｐ１を永久磁石モータに組み込んだ時のモータ特性について説明する。永久磁石モータは図６に示すもので、ステータは図４のＤ型磁石を用いたモータと同じものである。ロータは、０．５ｍｍの電磁鋼板を積層したものの表面にＣ型の永久磁石が貼り付けられており、６極構造となっている。ロータの外径寸法は４５ｍｍ、長さ５０ｍｍとなっている。

Ｄ型磁石を用いたモータと同じように、１２０℃での減磁特性を評価した。結果を表３に示す。比較例１の保磁力が小さな磁石を用いたモータは減磁を示した。１２０℃の環境では使えないことが分かった。なお、Ｄ型磁石を用いたモータより減磁が少ない理由は、磁石端部の厚さがＣ型磁石の方が厚いためである。これに対し、実施例１，２で本発明の処理により保磁力を増加させた磁石を用いたモータは１２０℃で減磁が観測されなかった。磁石中央部の保磁力は、比較例も実施例も同じであったが、永久磁石モータで減磁しやすい部分が磁石端部であって、本発明の処理は磁石端部の保磁力をより増大できるために、減磁しにくいモータとなった。

実施例は永久磁石モータであるが、永久磁石発電機も同じ構造であり、本発明の磁石を適用でき、本発明の効果は同様である。

本発明の磁石ブロックを説明する斜視図で、（Ａ）は拡散処理した状態、（Ｂ）はブロックを切断した状態を示す。 本発明の磁石の保磁力の分布状態を説明する図で、（Ａ）は磁化方向に垂直な面、（Ｂ）は磁化方向に沿って中央部で切断した状態を示す。 本発明の磁石の形状を説明する図で、（Ａ）は長方形状、（Ｂ）はＤ字状、（Ｃ）はＣ字状の磁石を示す。 ６極９スロットの表面磁石構造型モータの一例を説明する断面図である。 ４極６スロットの埋込磁石構造型モータの一例を説明する断面図である。 ６極９スロットの表面磁石構造型モータの一例を説明する断面図である。

符号の説明

１ ロータコア
２ 磁石
３ 回転子
１０ ロータヨーク
１１ ステータコア
１２ コイル
１３ 固定子
１４ ステータヨーク
１００ Ｎｄ系焼結磁石ブロック
１００ａ 磁石片

Claims (6)

1. Ｎｄ系焼結磁石ブロックに対し、磁化方向に垂直な面を除いた表面にＤｙ又はＴｂ酸化物粉末あるいはＤｙ又はＴｂフッ化物の粉末あるいはＤｙ又はＴｂを含む合金粉末を被覆し、その後高温処理してＤｙ又はＴｂをブロック内部に拡散させ、次いで磁石体の磁化方向に垂直な面でブロックを切断して、切断面の保磁力が外周部で高く内周部ほど低くなる分布をもち、磁化方向には一定の保磁力分布をもつＮｄ系焼結磁石を得ることを特徴とするＮｄ系焼結磁石の製造方法。
2. ブロックを切断して得られた磁石片の磁化方向に垂直な面を研削加工し、上記磁石片をＣ型又はＤ型の形状にしたことを特徴とする請求項１記載のＮｄ系焼結磁石の製造方法。
3. 上記磁石ブロックの大きさが、Ｄｙ又はＴｂが拡散する磁化方向に垂直な方向の最大寸法が１００ｍｍ以下、磁化方向の最大長さが３０ｍｍ以上である請求項１又は２記載のＮｄ系焼結磁石の製造方法。
4. 請求項１記載の製造方法によって得られた、切断面の保磁力が外周部で高く内周部ほど低くなる分布をもち、磁化方向には一定の保磁力分布をもつことを特徴とするＮｄ系焼結磁石。
5. 磁化方向に垂直な面が研削加工され、Ｃ型又はＤ型の形状に形成された請求項４記載のＮｄ系焼結磁石。
6. 永久磁石回転機の永久磁石用である請求項４又は５記載のＮｄ系焼結磁石。