JP2011114236A - 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ用磁石に好適な低保磁力、高角型比を有するＳｍＣｏ系磁石およびその製造方法を提供する。さらには、上記特性の永久磁石を用いてなる可変磁束型永久磁石モータを提供する。
【解決手段】 室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを永久磁石として次の一般式を満たすものを使う。
一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は永久磁石、特にモータ用に適した低保磁力、高角形比を具備した永久磁石およびその製造方法に関する。さらに、これらの磁石を用いた永久磁石モータに関する。

従来、永久磁石として、アルニコ磁石、フェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石などが知られている。これら永久磁石は、その仕様に応じた適正な磁石が、ＶＣＭ、スピンドルモータなどの各種モータ、計測器、スピーカー、医療用ＭＲＩ等の他、各種電気機器のキー部品に使用されている。
これらの磁石は、多量のＦｅまたはＣｏと、希土類元素とを含有している。Ｆｅ，Ｃｏは飽和磁束密度の増大に寄与する。一方、希土類元素は、結晶場中の４ｆ電子の挙動に由来する非常に大きな磁気異方性をもたらすため、保磁力の増大に寄与し、良好な磁石特性を実現している。
近年、各種電気機器の小形化、省エネルギー化の要求が高まっている。これら機器のキー部品材料である永久磁石にもより高い最大エネルギー積［（ＢＨ）_ｍａｘ］、大きな保磁力と磁石特性の温度特性改善が求められてきた。
永久磁石の応用分野として、特にモータが省エネの観点から注目されている。これに使用すると従来の誘導型に比べ、損失を大幅に低減できるため、車載、家電応用など、各種用途の省エネ技術として広がってきている。
一般に、永久磁石モータは大きく分けて２種類のタイプがある。回転子鉄心の外周に永久磁石を貼り付けた表面磁石型永久磁石モータと永久磁石を回転子鉄心の中に埋め込んだ埋め込み型永久磁石モータである。可変速駆動用モータには埋め込み型永久磁石モータが適している。

図１を用いて、埋め込み型永久磁石モータ（ＩＰＭ）の回転子の構成を説明する。図１において、１１は回転子、１２は回転子鉄心、１４は高保磁力永久磁石を示している。回転子鉄心１２の外周部に長方形の空洞を等配で極数の数だけ設ける。図１に示す回転子１１は４極の回転子１１である。回転子鉄心１２に４個の空洞が設けられ、各空洞に永久磁石１４が挿入される。永久磁石１４は回転子の半径方向、又は、永久磁石１４の断面の長方形におけるエアギャップ面に対向する辺（図１では長辺）に直角方向に磁化される。永久磁石１４は負荷電流により減磁しないように保磁力の高いＮｄＦｅＢ永久磁石等が主に適用される。回転子鉄心１２は空洞を打抜いた電磁鋼板を積層して形成する。このようなモータとして特開平１１−１３６９１２号公報（特許文献１）に記載されている永久磁石式リラクタンス型回転電機が挙げられる。
永久磁石式回転電機では、永久磁石の鎖交磁束が常に一定の割合で発生している。このため、永久磁石による誘導電圧は回転速度に比例して高くなる。低速から高速まで磁化を変化させながら運転する場合は、高速回転では永久磁石による誘導電圧が極めて高くなる。その結果、永久磁石による誘導電圧がインバータの電子部品に印加し、電子部品の耐電圧以上になると部品が絶縁破壊する。そのため、永久磁石の磁束量が耐電圧以下になるように削減された設計が行うことが考えられるが、永久磁石式回転電機の低速域での出力及び効率が低下する。
低速から高速まで定出力に近い磁化を変化させながら運転を行う場合、永久磁石の鎖交磁束は一定である。このため、高速回転域では回転電機の電圧が電源電圧上限に達して出力に必要な電流が流れなくなる。その結果、高速域では出力が大幅に低下し、さらには高速までの広範囲で駆動できなくなるため、最近では磁化を変化させながら運転する範囲を拡大する方法として弱め磁束制御が適用されはじめた。弱め磁束制御は、ｄ軸電流による減磁界を高保磁力永久磁石に作用させ、可逆の範囲で永久磁石の磁気的な動作点を移動させて磁束量を変化させる。このため、永久磁石には減磁界により不可逆減磁しないように高保磁力のＮｄＦｅＢ磁石を適用する。

ｄ軸電流の減磁界により永久磁石の鎖交磁束が減少するので、鎖交磁束の減少分が電圧上限値に対する電圧の余裕分をつくる。そして、電流を増加できるので高速域での出力が増加する。また、電圧余裕分だけ回転速度を上昇させることができ、磁化を変化させながら運転できる範囲が拡大される。
しかし、永久磁石に減磁界を与え続ける必要があり、出力には寄与しないｄ軸電流を常時流し続けるため銅損が増加して効率は悪化する。さらに、ｄ軸電流による減磁界は高調波磁束を生じ、高調波磁束等で生じる電圧の増加は弱め磁束制御による電圧低減の限界をつくる。これらより埋め込み型永久磁石式回転電機に弱め磁束制御を適用しても基底速度の３倍以上の可変速運転は困難である。さらに、前記の高調波磁束により鉄損が増加し、高調波磁束による電磁力で振動を発生する。
また、ハイブリッド自動車用駆動モータに埋め込み型永久磁石モータを適用した場合、エンジンのみで駆動される状態ではモータは連れ回される。中・高速回転ではモータの永久磁石による誘導電圧が電源電圧以上になり、弱め磁束制御でｄ軸電流を流し続ける。この状態では、モータは損失のみを発生するので総合運転効率が悪化する。

このため、上述したような従来技術の問題点に対して、特開２００６−２８０１９５号公報（特許文献２）では低速から高速までの広範囲で磁化を変化させながらの運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上を提供することのできる全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータ（永久磁石式回転電機）が提案されている。
すなわち、この永久磁石式モータは図２（特許文献２の図１）に示したような、固定子巻線を設けた固定子と、回転子鉄心中に前記固定子巻線の電流で作る磁界により不可逆的に磁束密度が変化する程度の保磁力を有する低保磁力永久磁石と前記低保磁力永久磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力永久磁石とを配置した回転子とを備えたものである。すなわち、低速から高速までの広範囲で可変速運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上を実現した永久磁石式回転電機を提供できる。この永久磁石モータに用いられる磁石は高保磁力磁石がＮｄＦｅＢ磁石であり、低保磁力磁石はアルニコ磁石、あるいはＦｅＣｒＣｏ磁石が示されている。
特許文献２に、低保磁力永久磁石としてアルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）またはＦｅＣｒＣｏ磁石、高保磁力永久磁石としてのＮｄＦｅＢ磁石を示している。アルニコ磁石の保磁力（磁束密度が０になる磁界）は６０〜１２０ｋＡ／ｍである。ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力９５０ｋＡ／ｍに対して１／１５〜１／８になる。また、ＦｅＣｒＣｏ磁石の保磁力は約６０ｋＡ／ｍであり、ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力９５０ｋＡ／ｍに対して１／１５になる。アルニコ磁石とＦｅＣｒＣｏ磁石は、ＮｄＦｅＢの高保磁力磁石と比較してかなり低保磁力である。この低保磁力を利用して、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータを作製する。実施形態では、低保磁力永久磁石の８〜１５倍の保磁力を有する高保磁力永久磁石を適用しており、これにより優れた特性の回転電機を得ることとしている。

一方、高保磁力の開発を目的としたＳｍＣｏ磁石が公開されている。
特公平２−２７４２６号公報（特許文献３）には、最大エネルギー積が向上するＳｍＣｏ系磁石として、下記一般式で示される希土類金属含有永久磁石合金が開示されている。
Ｓｍ_１−αＣｅ_α（Ｃｏ_{１−ｘ−ｙ−ｕ−ｖ−ｗ}Ｆｅ_ｘＣｕ_ｙＴｉ_ｕＺｒ_ｖＭｎ_ｗ）_ｚ
上記一般式において、０．１≦α≦０．９０、０．１０≦ｘ≦０．３０、０．０５≦ｙ≦０．１５、０．００２≦ｕ≦０．０３、０．００２≦ｖ≦０．０３、０．００５≦ｗ≦０．０８、０．０１≦ｕ＋ｖ＋ｗ≦０．１０、５．７≦ｚ≦８．１
すなわち、特にＴｉ，Ｚｒ，Ｍｎを必須元素として用い、１０５０〜１２５０℃の焼結につづき、１０５０〜１２００℃で溶体化処理を行い、ついで４００〜９００℃で２〜２０時間時効処理することで６．５ｋＯｅ以上の高保磁力が得られるとしている。
また、特公平１−２２９７０号公報（特許文献４）には、永久磁石特性の向上、すなわち高保磁力（≧６．５ｋＯｅ）と、安定化を図った製造方法が開示されている。
すなわち、希土類元素Ｒと遷移金属元素ＭからなるＲ２Ｍ１７系永久磁石合金（ただし、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｂ，Ｓｍおよびミツシユメタルの１種又は２種以上の組合せ、ＭはＣｕとＣｏ，ＦｅもしくはＮｉのうち１種又は２種以上の組合せおよび上記Ｍの一部をＭｎ，Ｚｒの各元素のうち１種以上の元素と置換した組合せ）を溶解して鋳造する。次いで、１１００〜１２５０℃、１〜１０時間のインゴツト溶体化処理を施し、金属組織的にＲ２Ｍ１７相単相となし、これを粉砕後に圧縮成型して成型体となす。次いで、成型体を５０〜３５０Ｔｏｒｒの減圧アルゴンガス雰囲気において１１００〜１２５０℃の温度範囲で焼結する。さらに１１００〜１２００℃の温度範囲で焼結後、溶体化処理後に１００℃／ｍｉｎ以上の急速冷却を施し、時効処理を行なうことにより希土類コバルト系永久磁石を製造することを特徴とする。この特許文献４では、時効処理として、１段の場合は８００℃で４時間、多段熱処理の場合は、８００℃で２時間、７００℃で４時間、６００℃で８時間、５００℃で１６時間である。いずれの条件でも高保磁力化（≧６．５ｋＯｅ）を図っている。

また、特公昭６２−４５６８６号公報（特許文献５）には、高性能（高保磁力）でかつ安価な永久磁石の提供を目的としたＣｅリッチ希土類コバルト磁石を時効処理で４００〜６５０℃で一旦保持した後、３００℃まで２時間以上要して行う工程を含むことが開示されている。即ち、（イ）一般式：Ｃｅ_１−ｕＳｍ_ｕ（Ｃｏ_{１−ｘ−ｙ−ｗ}Ｃｕ_ｘＦｅ_ｙＭ_ｗ）_ｚ、（式中のＭはＺｒおよびＴｉの少なくとも１種であり、０．０５≦ｕ＜０．５、０．０９≦ｘ≦０．１４、０．０５≦ｙ≦０．２５、０．００３≦ｗ≦０．０１５、５．８≦ｚ≦６．８である）で示される合金粉末の成型物を１１００〜１２００℃で焼結する工程、（ロ）１１００℃から６００℃までを５〜５０分を要して冷却する工程、および（ハ）４００℃〜６５０℃に保持した該焼結体を３００℃まで２時間以上要して時効処理する工程からなる希土類含有永久磁石材料の製造方法である。

また、特公昭６２−９６５８号公報（特許文献６）には、高い保磁力、高エネルギー積を有する希土類コバルト永久磁石材料を提供するとともに、時効処理を省略することを目的として、以下の技術が開示されている。すなわち、希土類元素Ｒと遷移金属ＭからなるＲ_２Ｍ_１７系磁石合金（但し、ＲはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｂ、Ｓｍ及びミツシユメタルの１種または２種以上の組合せ、ＭはＣｕとＣｏ、ＦｅもしくはＮｉのうち、１種または２種以上の組合せ及び該Ｍの一部をＭｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの各元素のうち、１種以上の元素と置換した組合せ）を溶解して鋳造する。１１５０℃〜１２１０℃、１時間〜１２時間の溶体化処理を施したのち、急速冷却を行って、金属相ＲＭ_７相を９０％以上生成させる。さらに、該合金を粉砕、圧縮成型する。この圧縮成型体を真空中または不活性雰囲気中で焼結後、８００℃以下まで２０〜５００℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却することにより時効処理を省略するといった製造方法が開示されている。
また、特公昭６０−５３１０７号公報（特許文献７）には保磁力の向上を目的とした技術の開示がなされている。すなわち、希土類成分Ｒ（Ｙ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｃｅ等の一種または二種以上の組合せ）と遷移金属成分Ｍ（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ等）から成るＲＭ５であらわされる組成物を焼結したのち、１０℃／分以下の速度で室温まで徐冷し、さらに８５０℃付近の温度で時効処理を施した後、時効処理温度から室温まで急冷することを特徴とする希土類磁石の製造方法である。

特開平１１−１３６９１２号公報 特開２００６−２８０１９５号公報 特公平２−２７４２６号公報 特公平１−２２９７０号公報 特公昭６２−４５６８６号公報 特公昭６２−９６５８号公報 特公昭６０−５３１０７号公報

いずれの特許文献も、高保磁力化を目指したものである。よって、今回適用する全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータにおける低保磁力磁石のコンセプトを十分発揮できるものではない。一方、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに適用する低保磁力磁石は、アルニコ磁石を用いた場合よりも、さらに広い範囲の磁束制御による効率向上が求められていた。
モータ、特に全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータのさらなる高出力、効率向上、信頼性向上のため、所定の動作条件での最適磁束量の設定ができる必要がある。本発明は、このような設定に適した、特に低保磁力磁石に最適な永久磁石およびその製造方法を提供することを目的とする。本発明は、洗濯機、エアコンなどの家電用途、車載用途、電車用途など各種容量のモータの高効率化に極めて有効な、高残留磁束密度をもつ永久磁石を提供するものである。さらに、上記のような応用に好適な永久磁石モータ及びモータ用永久磁石を提供することである。

本発明の永久磁石は、以下の一般式を満たすとともに、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする。
一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
室温での保磁力は０．７ｋＯｅ以上２．３ｋＯｅ以下であることが好ましい。前記一般式（Ｉ）で、ａ値が０．３１≦ａ≦０．３５、ｂ値が０．０３≦ｂ≦０．０６、ｃ値は０．０１５≦ｃ≦０．０３であることが好ましい。また、第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８であることが好ましい。

また、これらの一般式で表される磁石は、ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相の３相を具備することが好ましい。また、永久磁石は焼結体であることが好ましい。また、前記一般式（Ｉ）の永久磁石は、モータに搭載される永久磁石に好適である。特に、保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上で、かつ第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８を具備する永久磁石は、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに好適である。これにより、動作条件に適した磁束量に制御することができるモータが実現できる。

また、本発明の永久磁石の製造方法は、以下の一般式を満たす合金粉末を磁場中成形することにより成形体を調整する成形工程、前記成形体を不活性雰囲気中１０００℃以上１２００℃以下の温度で１０分以上２０時間以下焼結および溶体化することにより焼結体を得る焼結工程、前記焼結体を６００℃以上８５０℃以下の温度で１０分以上２０時間以下の熱処理をするとともに、熱処理後の冷却速度０．５〜１０℃／ｍｉｎで３００℃以上５５０℃までの範囲まで冷却する時効処理工程とを具備することを特徴とするものである。なお、溶体化処理と時効処理の間は、連続的に行っても、一旦室温まで冷却した後に時効処理を行っても良い。
一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
室温での保磁力は０．７ｋＯｅ以上２．３ｋＯｅ以下であることが好ましい。前記一般式（Ｉ）で、ａ値が０．３１≦ａ≦０．３５、ｂ値が０．０３≦ｂ≦０．０６、ｃ値は０．０１５≦ｃ≦０．０３であることが好ましい。また、第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８であることが好ましい。
時効処理の温度範囲は、好ましくは７００〜８５０℃である。また、時効処理によってＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相の３相を具備する相構成にすることが好ましい。また、永久磁石の保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることが好ましい。
また、前記焼結工程後、室温あるいは前記熱処理温度までを冷却速度０．５〜１００℃／ｍｉｎで冷却することが好ましい。

本発明に係るモータ用永久磁石は、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに用いられるモータ用永久磁石であって、
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下の希土類磁石であることを特徴とする。
本発明に係る永久磁石モータは、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下である、磁化状態を変化させるための第１の希土類永久磁石と、
前記第１の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第２の希土類永久磁石と
を備えることを特徴とする。

また、本発明によれば、以下の一般式を満たす合金粉末を磁場中成形することにより成形体を調整する成形工程、成形体を不活性雰囲気中１０００℃以上１２００℃以下の温度で１０分以上２０時間以下焼結および溶体化することにより焼結体を得る焼結工程、焼結体を６００℃以上７５０℃以下の温度で１０分以上２０時間以下熱処理するとともに、熱処理後の冷却速度０．５〜１０℃／ｍｉｎで３００℃以上５５０℃まで冷却する時効処理工程を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法が提供される。
一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
また、本発明によれば、保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８を具備し、希土類元素ではＳｍ、Ｎｄ、遷移金属ではコバルトを主として含有していることを特徴とする全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータ用永久磁石が提供される。

本発明によれば、低保磁力および高角形比を具備した永久磁石を提供できるので、モータ、特に全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの低保磁力側磁石に好適である。また、本発明の製造方法であれば低保磁力および高角形比の永久磁石を効率よく製造することができる。さらには、これらの磁石を用いることにより、高効率永久磁石モータを実現できる。

永久磁石モータの一例を示す図。 本発明の永久磁石を用いたモータの一例を示す図。 実施形態に係る永久磁石モータを示す断面図。 別の実施形態に係る永久磁石モータを示す断面図。

本発明の永久磁石は以下の一般式を満たすとともに、室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とするものである。
一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
まず、室温の保磁力は０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下である。保磁力が０．５ｋＯｅ未満では、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータにおける磁束制御範囲が狭くなる。保磁力が２．５ｋＯｅを超えると、この磁石の磁化を反転させるのに多大な電気エネルギーを必要とするため、省エネ効果が大きく低減する。そのため、好ましくは０．７〜２．３ｋＯｅであり、さらに好ましくは０．８〜２．１ｋＯｅである。また、角型比は８０％以上である。角型比を８０％未満にすると、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータにおける、磁束制御範囲が狭くなるため、高効率運転できる範囲が狭くなる。角型比の好ましい値は９０〜１００％である。なお、本発明の角型比は１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した値である。１０ｋＯｅを選択したのは以下の理由からである。本発明の永久磁石は保磁力が５ｋＯｅ以下と低保磁力であるため、１０ｋＯｅの磁場中ではほぼ磁気的に飽和しており、角型比の定義に適しているためである。永久磁石の場合、通常は残留磁化の２乗を４で割った値が最大エネルギー積の理論値である。また、実際の最大エネルギー積の値をこの値で割ったものが角型比とされている。一方、本発明の永久磁石は保磁力を比較的小さい値に制御しているため、角型性を表す新たな指標として、軟磁性材料で適用する角型比を参考に用いた。

また、第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８であることが好ましい。リコイル透磁率が１．００未満は原理的にあり得ない。リコイル透磁率が１．０８を超えると、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの磁束制御量が低減してしまい、高効率運転できる範囲が狭くなる。好ましいリコイル透磁率は１．０７以下である。
リコイル透磁率は試料振動型磁力計を用いて第２、３象限での磁化の磁場による変化、たとえば１５ｋＯｅから磁場ゼロに至る変化から求める。具体的には、パルス磁場６０ｋＯｅで着磁した試料を着磁した方向とは逆に―１５ｋＯｅまで磁場を加え、そこから０まで磁場の強さを変化させて磁化測定を行なう。この後、―１４ｋＯｅまで磁場を印加したのち、同様に磁場ゼロまで変化させ、磁化を測定する。これを、１ｋＯｅごとに繰り返し、第３象限から第２象限の範囲で測定する。リコイル透磁率は直線と近似し、各磁場（−１５ｋＯｅ、−１４ｋＯｅ、…）と磁場ゼロにしたときの磁化の差を磁場変化量で割った値である。それらを平均したものが平均リコイル透磁率である。第２、３象限で磁束がゼロとなった点から（保磁力）、磁場を反転させて磁場ゼロに至るまでの範囲での透磁率（＝［磁束変化量］／［磁場変化量］）で平均リコイル透磁率を代表させることもできる。
保磁力、角型比は通常の測定で求められる。保磁力は、最大磁場１０ｋＯｅでフルループ測定したときの保磁力である。角型比は１０ｋＯｅでの磁化に対する残留磁化である。

次に一般式に示した各元素について説明する。
ＳｍはＣｏとともに本発明の永久磁石の基本となる必須元素である。Ｎｄは高残留磁束密度を得るのに有効な元素であるが、その量ｘは０．４以下であり、この量を超えると保磁力が小さくなってしまう。また、この量を超えると角型性が低下してしまうとともに、リコイル透磁率が大きくなり、可変磁束型永久磁石モータの磁束制御には不十分となる。
ｘ値は０＜ｘ≦０．４、好ましくは０．１≦ｘ≦０．４である。
なお、Ｓｍ，Ｎｄのほかに、１１．５ｋＧ以上の残留磁束密度を実現する範囲内で、Ｃｅ、Ｐｒやミッシュメタル、ジジムなど分離前の希土類元素を添加してもよい。Ｃｅ、Ｐｒやミッシュメタル、ジジムを添加する場合は０．１〜１ａｔ％の範囲が好ましい。
Ｆｅは飽和磁化、および残留磁束密度の増大に寄与する元素である。１１．５ｋＧ以上の高飽和磁束密度を得るには、その量ａは０．３を超えた組成で有効となり、０．３８を超えると角型性の低下とリコイル透磁率が増大する。ａ値の好ましい範囲は、０．３１≦ａ≦０．３７である。Ｃｕは保磁力を制御するための必須元素であり、時効処理でＴｂＣｕ_７相をＣａＣｕ_５相とＴｈ_２Ｚｎ_１７相に２相分離させることを促進させる元素である。その量ｂは０．０２≦ｂ≦０．０７である。０．０２以上あれば、その機能を発揮し、一方０．０７を超えると残留磁束密度が低下する。さらに好ましくは、０．０２≦ｂ≦０．６である。また、Ｆｅ量を０．３＜ａとすることにより希土類元素やＭ元素等の高価な元素の使用量を減らすことができるのでコスト低減効果もある。

Ｍ元素はＴｉ，Ｚｒ及びＨｆよりなる群から選ばれる少なくとも１種である。Ｍ元素は高温相であるＴｂＣｕ_７相の安定化を促進する元素である。この元素により広い範囲で溶体化後、ＴｂＣｕ_７相の単相が得られやすくなる。その結果、６００℃以上８５０℃以下の温度で、１０分〜２０時間時効処理を行うことにより、ＴｂＣｕ_７相の一部がＣａＣｕ_５相とＴｈ_２Ｚｎ_１７相に２相分離し、最初に形成されているＴｂＣｕ_７相を残しつつ、保磁力の制御を行い、３相を具備する構造とすることが好ましい。その量ｃが０．０１未満では効果が現れ難い。量ｃが０．０３を超えると高残留磁束密度が得られにくくなる。
ｚ値は希土類元素に対するＣｏ、Ｆｅなど合計の原子比である。この値によって時効処理によってＴｂＣｕ_７相から析出する２相（ＣａＣｕ_５相とＴｈ_２Ｚｎ_１７相）の割合が異なる。この３相を具備する構成で保磁力を制御する。ｚ値が７．３未満では高残留磁束密度は得られにくく、一方、ｚ値が８．３を超えると、角型比が低下、およびリコイル透磁率が大きくなるため、制御できる磁束量が低下する。ｚ値の好ましい範囲は、６．１以上８．２以下である。

上記一般式のＳｍＣｏ系磁石に、０．００１〜０．０１ｗｔ％のＢ、および不可避不純物として、Ｃが０．０５ｗｔ％以下、Ｏが０．５ｗｔ％以下、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａがそれぞれ０．０６ｗｔ％以下、Ｓｎが０．００５ｗｔ％以下含まれていても、本発明の特性を妨げるものではない。また、一般的に磁石特性向上に用いる遷移金属（例えば、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ）も高残留磁束密度が得られる範囲で添加してもよい。遷移金属を添加する場合は０．１〜１ａｔ％の範囲が好ましい。
本発明の磁石は上記組成に加え、酸素が５０００ｗｔｐｐｍ以下、水素が２０００ｗｔｐｐｍ以下、窒素が１０００ｗｔｐｐｍ以下入っていても良い。特に、水素は水素粉砕などプロセス上水素を用いる場合に、多少残留する場合があるが、特性面には問題ない。また、その他の成分（不純物含む）を合計で０．１ｗｔ％以下含有していても良い。

本発明の永久磁石の製造方法は特に限定されるものではないが、効率よく得る方法として次のものが挙げられる。母合金は、所定の比率に調製後、高周波溶解などの方法により溶解し、鋳造あるいはストリップキャストにより作製する。鋳造法の場合は、冷却速度を十分とるために、水冷鋳型や水冷金属板上に鋳込むことが好ましい。また、ストリップキャストの場合、得られるフレークの板厚はおおよそ７０μｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、１００μｍ以上１ｍｍ以下が主体となることである。粉砕は例えばジェットミルを用いて微粉砕すればよく、その粉砕粉の平均粒径は１〜１５μｍが好ましい。平均粒径が１μｍ以下では十分な焼結密度が得られにくくなるとともに、酸化されやすくなる。一方、平均粒径が１５μｍを超えると、角型性が低下し始める。好ましくは２〜１２μｍであり、さらに好ましくは３〜１０μｍである。一方、水素を用いた水素粉砕でも良いが、この手法では所定の平均粒径にまで到達しないことがある。このため、複数回水素吸蔵放出を繰り返す、あるいは水素粉砕の後、ボールミルのような湿式法あるいはジェットミルのような乾式法でさらに粉砕することでもよい。

磁場中成形は、縦磁場あるいは横磁場でも良く、その際の磁場は配向させるためには強い方が好ましいが、通常使用している２０ｋＯｅあればよい。また、成形圧力は高いほうが好ましいが、これも通常使用している１００ｋｇ／ｃｍ^２以上あればよい。
焼結および溶体化処理は、まず室温から１〜５０℃／ｍｉｎ．の割合で昇温させ、５００〜７００℃で１〜２時間脱ガスする。脱ガスを行うことにより酸素、水素、窒素等のガス成分の含有量を少なくすることができる。この後、同様の昇温速度で１０００〜１２００℃の焼結温度までＡｒ雰囲気中で温度を上昇させ、この温度範囲で合計１０分以上２０時間までの焼結、引き続き溶体化を行った。また、溶体化処理とは単相化を目的とする処理のことで、処理時間は１〜１０時間程度が好ましい。また、溶体化処理は焼結温度と同じか２０〜３０℃程度低い温度で行うことが好ましい。その後は５〜１００℃／ｍｉｎ．の速度で冷却する。時効は焼結、溶体化に引き続き、６００℃以上８５０℃以下の温度で、１０分〜２０時間行なえばよく、その後は０．５〜１０℃／ｍｉｎ．の冷却速度で、３００〜５５０℃の範囲まで冷却し、その後は上記範囲よりも速い速度で冷却する。焼結・溶体化処理と時効処理の間は、いったん室温にまで冷却しても、連続で処理してもよい。また、時効は１段（１温度条件）の処理で保磁力を制御できるが、２段（２つの温度条件）以上の処理でもよい。この場合は、高い温度側から低い温度にステップを経ることが好ましく、この場合２つの温度間の冷却速度は０．５〜１０℃／ｍｉｎ．で行う。多段の場合、全体の時効時間が２０時間以下とすればよい。
また、この冷却速度の制御は、前記６００℃以上８５０℃以下の熱処理温度より２００℃以上低い温度まで制御することが好ましい。例えば、６００℃で熱処理した場合は４００℃以下（３００℃以上）の温度まで冷却速度を０．５〜１０℃／ｍｉｎに制御することになる。

このプロセスでの雰囲気は非酸化雰囲気が好ましく、Ａｒ、窒素、真空中での処理が好ましい。なお、焼結密度は９５％以上が好ましい。焼結密度は（アルキメデス法による実測値／理論密度）×１００％で求める。
上記焼結工程後、室温あるいは前述の時効処理における熱処理の温度までを冷却速度５℃／ｍｉｎ以上１００℃／ｍｉｎ以下で冷却することが望ましい。冷却速度は、次のステップである時効処理を連続で行う場合、一旦室温まで冷却した後に時効を行う場合で異なる。すなわち、連続処理の場合、冷却速度が速すぎるとオーバーシュートする可能性があるため、５〜１０℃／ｍｉｎ．が好ましく、後者の場合は、量産性の観点から１０〜１００℃／ｍｉｎ．が好ましい。５℃／ｍｉｎ．未満では、時効効果が起きる可能性が生じ、特性制御が困難になる。一方、１００℃／ｍｉｎ．では、冷却速度が速すぎ、焼結体に歪が入りやすく、クラックなどが入る可能性がある。

上記のプロセスで得られた磁石は、高磁気異方性のＣａＣｕ_５相と、高飽和磁化相であるＴｈ_２Ｚｎ_１７相主相、および時効処理前に形成しているＴｂＣｕ_７相も残留する、３相を具備する構成で上記した磁石特性を満足することが出来る。従って、焼結、溶体化処理でＴｂＣｕ_７相の単相化、あるいは主相とすることが重要で、時効処理によりＴｂＣｕ_７相を高飽和磁化のＴｈ_２Ｚｎ_１７相と高磁気異方性のＣａＣｕ_５相の２相に分離することで、保磁力制御ができる。ＴｂＣｕ_７相の相割合は、体積比で３０％以上が好ましく、さらに好ましくは５０％以上である。また、ＴｂＣｕ７相が１００％の場合は、保磁力が極めて小さくなる。好ましくは９５％以下であり、さらに好ましくは９０％以下である。
ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相に加え、Ｔｈ_２Ｎｉ_１７相が生成する条件は、組成および熱処理条件に依存するが、この相は磁気異方性定数が小さい、あるいは面内磁気異方性をもつため、４相構成でもよいが、その場合は１０％以下が好ましい。

ＴｂＣｕ_７相、ＣａＣｕ_５相およびＴｈ_２Ｚｎ_１７相の有無はＸＲＤ（Ｘ線回折法）により求めることができる。本発明では、各相のみ、３相以外の相構成を具備しているものを除外するものではない。また、相割合はＸ線回折法により求めることができる。

評価方法はＸ線回折法を利用する。即ち、各相のＸ線回折の特徴ある回折線について、回折強度から求める。すなわち、ＴｂＣｕ_７相は溶体化後の単相でのＸ線回折における（２００）面の回折を基準とし、これに対する強度低下で相の割合を出す。一方、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｎｉ_１７相はそれぞれの単相を別途作製し、それぞれの（０２４）面、（１１０）面と（２００）面、（２０３）面の回折強度に対する相対値で求める。Ｘ線回折測定の条件は、５０ｋＶ，１００ｍＡの条件である。また、ＳＥＭとＥＰＭＡの観察でも同様の結果が得られるため、この手法を用いても良い。
一方、ＴｂＣｕ_７相が全て２相分離すると、高保磁力Ｈｃとなり、本発明の目的とする、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータへの適用は困難である。従って、好ましくはＴｂＣｕ_７相は２０％以上であり、さらに好ましくは３０％以上である。

保磁力、角形性、リコイル透磁率などの全てを満足するには、上記時効条件が好ましい。より短時間で制御が出来る場合、８５０℃を超えた高温側での熱処理でも問題ない。量産時の時効での時間制御を考慮すると、８５０℃未満が好ましい。 得られた磁石は、耐酸化性は優れているが、さらに耐酸化性を持たせるためにＮｉめっき、Ｃｕめっき、Ａｌめっきなど各種表面処理を行うことにより、幅広い様々な環境下で使用することが出来る。
また、本発明に係る永久磁石を用いた永久磁石モータは、運転モードに適した磁束にするために、一部の磁石の磁化方向を反転させて、磁束量を制御して、高効率化を図るものである。すなわち、永久磁石モータは、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下である、磁化状態を変化させるための第１の希土類永久磁石と、第１の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第２の希土類永久磁石とを備える。第１の希土類永久磁石は、磁化方向を反転させて磁束を制御する低保磁力磁石である。第１の希土類永久磁石は、全磁石体積の５〜７０％の範囲にあることが好ましい。このような範囲にすることにより、モータの出力、効率及び信頼性を向上することができる。好ましくは１０〜６７％であり、さらに好ましくは、１５〜５０％である。

第１の希土類永久磁石の室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下であることが望ましい。また、第１の希土類永久磁石は、Ｓｍ、Ｎｄを含む希土類元素と、Ｃｏが主成分の遷移金属元素とを含有する組成を有することが好ましい。さらに好ましい組成は、前述した一般式で表される組成である。

第２の希土類永久磁石は、例えば、ＮｄＦｅＢ磁石等を挙げることができる。
本発明の永久磁石モータは、インナーロータ型でもアウターロータ型でもどちらでもよく、また表面磁石型（ＳＰＭ）でも埋め込み磁石型（ＩＰＭ）のいずれの構成でもよい。表面磁石型（ＳＰＭ）は、例えば、第１の希土類永久磁石及び第２の希土類永久磁石を含む永久磁石が、回転子の表面もしくは内周面に設置されるものを挙げることができる。埋め込み磁石型（ＩＰＭ）は、例えば、第１の希土類永久磁石及び第２の希土類永久磁石を含む永久磁石が、回転子に埋め込まれたものを挙げることができる。

一例として、インナーロータ方式のＩＰＭ型の例を図２に示す。図２に示すように、回転子１は、回転子鉄心２、複数の第１の希土類永久磁石（低保磁力永久磁石）３、複数の第２の希土類永久磁石（高保磁力永久磁石）４から構成されている。第１の希土類永久磁石３及び第２の希土類永久磁石４は、回転子鉄心２に埋め込まれ、回転子１の円周方向に配列している。第１の空洞５は、第１の希土類永久磁石３の両端に設けられている。第２の空洞６は、第２の希土類永久磁石４の両端に設けられている。７で示すのは、回転子鉄心２の磁極部である。
また、図３，４には、アウターロータ方式のＩＰＭ型の永久磁石モータの実施形態を示す。図３に示すように、本実施形態の永久磁石モータにおける回転子２１は、回転子鉄心２２、第１の希土類永久磁石２３、第２の希土類永久磁石２４から構成される。回転子鉄心２２は、例えば、珪素鋼板を積層して構成されている。第１の希土類永久磁石２３及び第２の希土類永久磁石２４は、回転子鉄心２２の径方向断面に４個ずつ埋め込まれている。第１の希土類永久磁石２３は回転子２１のほぼ径方向に沿って配置され、その断面は台形状である。また、第１の希土類永久磁石２３の磁化方向はほぼ周方向である。第２の希土類永久磁石２４は、ほぼ周方向に配置され、その断面は長方形状である。また、第２の希土類永久磁石２４の磁化方向はほぼ径方向である。

第１の希土類永久磁石２３及び第２の希土類永久磁石２４それぞれの両端部には空洞２５が設けられている。ボルト穴２６は、回転子鉄心２２に開口されている。そして、回転子鉄心２２の磁極鉄心部２７は、２個の第１の希土類永久磁石２３と１個の第２の希土類永久磁石２４とで取り囲まれるようにして形成される。回転子鉄心２２の磁極鉄心部２７の中心軸方向がｄ軸、磁極間の中心軸方向がｑ軸となる。したがって、第１の希土類永久磁石２３は磁極間の中心軸となるｑ軸方向に配置され、第１の希土類永久磁石２３の磁化方向はｑ軸に対して９０°、又は９０°方向となる。隣合う第１の希土類永久磁石２３において、互いに向かい合う磁極面は同極にしてある。また、第２の希土類永久磁石２４は磁極鉄心部２７の中心軸となるｄ軸に対して直角方向に配置され、その磁化方向はｄ軸に対して０°、又は１８０°の方向となる。隣合う第２の希土類永久磁石２４において、互いに磁極の向きは逆極性にしてある。
このような回転子２１は、固定子２８の内部に収容されている。この固定子２８は、電機子巻線２９を固定子鉄心３０の内側に形成されたスロットに収容することで構成されている。そして固定子２８の内周面と回転子２１の外周面とは、エアギャップ３１を介して対向させている。

一方、図４に示すように、本実施の形態の永久磁石モータにおける回転子４１は、回転子鉄心４２内に、第１の希土類永久磁石４３と、第２の希土類永久磁石４４とを埋め込んだ構成である。回転子鉄心４２は珪素鋼板を積層して構成されている。第１の希土類永久磁石４３及び第２の希土類永久磁石４４は、回転子鉄心４２の径方向断面に８個ずつ埋め込んである。第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４との８組それぞれは、回転子４１の内径側に凸の形状に設置されている。第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４の磁化方向はともにほぼ磁石寸法の小さい方向にしてある。第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４の両端部には必要に応じて、磁石の磁束短絡と、応力緩和のための空洞４５を設けてもよい。回転子鉄心４２の磁極鉄心部４６は、第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４とで取り囲まれるようにして形成される。なお、４７は回転軸である。
このような回転子４１は、固定子４８の内部に収容されている。固定子４８は、電機子巻線４９を固定子鉄心５０の内側に形成されたスロットに収容することで構成されている。そして固定子４８の内周面と回転子４１の外周面とは、エアギャップ５１を介して対向させている。
本発明で用いられる永久磁石モータは、前述した図２〜図４に示す形態に限定されない。本発明は、複数個の永久磁石が規則的に配列された永久磁石モータに適用可能である。回転子の円周方向に永久磁石を配置し、高保磁力と低保磁力の磁石を交互に、あるいは上記の体積比の範囲内になるように、個数、あるいは寸法（厚み、断面積など）を変えて、最適仕様の永久磁石モータとすることができる。

以下に、実施例で発明の効果を示す。
（実施例）
（実施例１〜１８）
表１に示す組成について、原料粉末を調製したのち、高周波誘導加熱炉で溶解し、水冷銅板上に鋳込み、母合金とした。得られた試料を粗粉砕の後、ジェットミルで平均粒径３〜５μｍに微粉砕し、所定の形状に、磁場２０ｋＯｅ、プレス圧０．５ｔ／ｃｍ^２の条件で磁場中成形した。得られた成形体を、母相の融点より５０℃低い温度（１０４０〜１２００℃）で、３時間の条件で焼結し、引き続き焼結温度から２０〜３０℃低い温度で１時間保持することにより溶体化処理を行い、５０℃／ｍｉｎの速度で室温まで冷却した。この後、奇数番号の実施例の時効処理は８５０℃、３時間の熱処理を行った後、２℃／ｍｉｎの割合で冷却することで行った。偶数番号の実施例の１段目の時効処理は、８００℃、４時間の熱処理後、５００℃まで２℃／ｍｉｎ．の速度で冷却した。偶数番号の実施例の２段目の時効処理は、６００℃で２時間保持した後、０．５℃／ｍｉｎの割合で４００℃まで冷却した。また、時効処理温度までの昇温速度は３０℃／ｍｉｎ．で統一した。
また、焼結までの昇温は真空中で５℃／ｍｉｎで行い、６００℃で一旦キープして脱ガスを行い、その後は全てＡｒ雰囲気中で行っている。

いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性の評価として、残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃ）、角型比、リコイル透磁率、Ｈｃレンジを測定した。残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃ）、角型比、リコイル透磁率については前述の方法を用いて測定し、１００個の平均値とした。また、Ｈｃレンジは保磁力のばらつきを示すもので１００個測定した保磁力（Ｈｃ）の「最大値−最小値」から求めた。その結果を表１に示す。
また、それぞれの試料について、Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα、管電圧：５０ｋＶ，管電流：１００ｍＡ）を行い、相構成を評価した。表１中、◎（ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相、およびＴｈ_２Ｎｉ_１７相の４相を検出）、○（ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相の３相を検出）、×（ＣａＣｕ_５相およびＴｈ_２Ｚｎ_１７相の２相を検出）、▲（ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相およびＴｈ_２Ｎｉ_１７相の３相を検出）、■（Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相を検出）、□（Ｔｈ_２Ｎｉ_１７相を検出）、△（ＴｂＣｕ_７相を検出）で表した。

表１から分かるとおり、本実施例にかかる永久磁石では保磁力は高すぎず、小さすぎず、また保磁力のばらつきも小さく、リコイル透磁率も小さいことが分かった。また、いずれも焼結密度９８％以上であった。
（比較例）
表２に比較例を示した。

（比較例１，２，３）
表２に示す組成について、高周波溶解して得た比較例１，２，３のインゴットをブラウンミルで粒子径１〜５μｍに粉砕した後、磁場中成形した。この成形体を真空中で焼結した後、冷却し、再度１１００℃で溶体化し、８５０℃、２時間時効処理後、０．５℃／ｍｉｎの速度で５００℃まで冷却し、時効処理を行なった。磁気特性を評価した結果、表２に示すとおり、いずれも保磁力が高いものが得られた。
（比較例４，５）
表２に示す組成の合金を、アルゴン雰囲気で高周波溶解・鋳造した。表２には原子比に換算した合金の組成比を表示する。得られた合金にアルゴン雰囲気中で１１８０℃、４時間インゴツト溶体化処理を施した。溶体化処理後、合金を液体窒素にて冷却速度１２００℃／ｍｉｎ．で急速冷却した。次いで、得られた試料を鉄乳鉢で粗粉砕した後、有機溶剤中でボールミルにより平均粒度４μｍの微粉末とした。得られた微粉末を１５ｋＯｅの磁界中でプレスし、圧縮成型体と成した。
この圧縮成型体を２００Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気中で１２１０℃、２時間焼結し、ひき続いて１１９０℃、２時間の焼結後溶体化処理を施した後、１５０℃／ｍｉｎの冷却速度で急速冷却した。さらに８００℃、４時間の時効処理を施し、比較例４とした。また、１１８０℃、４時間のインゴツト溶体化処理を施すことなく、上記比較例４と同様の製造方法により比較例５の永久磁石を得た。
比較例４では、保磁力６．２ｋＯｅが得られる一方で、比較例５では保磁力２．８ｋＯｅが得られた。特に、比較例５では保磁力のばらつきが大きかった。

（比較例６，７）
比較例６の永久磁石を以下の方法で作製した。組成式Ｐｒ_０．５Ｓｍ_０．５（Ｃｏ_０．６７Ｃｕ_０．１０Ｆｅ_０．２０Ｚｒ_０．０３）_８．２で与えられる組成の粉末を無磁場中で成形して得られた成形体を１１４０℃で１時間焼結し、１１００℃より６００℃までを１５分間で通過するように室温まで冷却した。ついで、この物を６００℃に１５分間保持し、３００℃まで８時間かけて時効したところ、表２に示す特性を得た。すなわち、高保磁力とそのばらつきは比較的大きい。
また、比較例７の永久磁石を以下の方法で作製した。組成式Ｐｒ_０．３Ｓｍ_０．７（Ｃｏ_０．６Ｆｅ_０．２０Ｃｕ_０．１Ｔｉ_０．０３）_８．５で与えられる組成の成型物を無磁場中で成形した。得られた成型物を比較例６と同様に１１２０℃で１時間焼結した後、１１００℃より５００℃までを約６０分で通過する如く室温まで冷却した。ひき続き、５００℃に２０分保持した後４時間で３００℃まで徐冷した。表２に示したように比較例６は保磁力が高すぎ、また比較例７は保磁力のばらつきが大きい。
（比較例８，９）
比較例８の永久磁石を以下の方法で作製した。表２に示す合金を、アルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鋳造して得られたインゴツトに１１８０℃、６時間の溶体化処理を施し、処理後、液体窒素中で急速冷却した。得られた合金を鉄乳鉢中で粗粉砕し、さらに有機溶剤中でボールミル微粉砕を行ない、２〜１０μｍの粉末とした。この粉末を１２ｋＯｅの磁界中でプレス成型し、圧縮成型体を得た。
次に、圧縮成型体を水素雰囲気中１２００℃、２時間の焼結を行ない、焼結後、１００℃／ｍｉｎの冷却速度で８００℃以下の温度まで冷却することにより、比較例８の永久磁石を得た。
また、比較例９の永久磁石を以下の方法で作製した。上記と同じ鋳造後のインゴツトに溶体化処理を施さずに、上記と同じ条件の粗粉砕、微粉砕、プレス成型、焼結した後、焼結後の溶体化処理を１１６０℃、８時間で行い、比較例９の永久磁石を得た。いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性の評価結果の平均値を表２に示す。
（比較例１０，１１）
表２に示される組成の合金をアルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鉄乳鉢中で粗粉砕した。なお、ＭＭはミッシュメタルのことであり組成は重量比でＬａ_６０Ｃｅ_１０Ｐｒ_２０Ｎｄ_１０である。
粗粉砕後の粉末をさらにヘキサン溶媒中でボールミル粉砕により平均粒度４μｍの微粉末にした。得られた微粉末を１２ＫＯｅの磁界中で５ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中１２２０℃の温度で２時間焼結し、ひき続いて３０℃／ｍｉｎの冷却速度で５００℃以下まで冷却した。
また、比較例１１では比較例１０における焼結後の冷却速度のみを１０００℃／ｍｉｎとし、その後８００℃で４時間の最適時効処理を行った。いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性の評価結果の平均値を表１に示すが、比較例１０では、保磁力８．８ｋＯｅ、比較例１１では２．３ｋＯｅであった。また、比較例１０は保磁力が大きかった。

（比較例１２，１３）
比較例１２の永久磁石を以下の方法で作製した。組成式Ｓｍ（Ｆｅ_０．１４Ｃｏ_０．７６Ｃｕ_０．１０）_７．１で示される組成の合金をアルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鉄乳鉢中で粗粉砕した。粗粉砕後の粉末をさらにヘキサン溶媒中でボールミル粉砕により平均粒度２〜１０μｍの微粉末にした。得られた微粉末を１２ＫＯｅの磁界中で５ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中１２１０℃の温度で２時間焼結し、ひき続いて６０℃／ｍｉｎの冷却速度で５００℃以下まで冷却した。
また、比較例１３として、組成式Ｓｍ（Ｃｏ_０．９０Ｃｕ_０．１０）_７．４で示される組成の合金について比較例１２における焼結後の冷却速度のみを１０００℃／ｍｉｎとし、その後、８００℃×４時間の時効処理を行った。いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性を評価した結果、保磁力が大きすぎたり、小さすぎたりし、また保磁力のばらつきが大きかった。
（比較例１４，１５）
比較例１４の永久磁石を以下の方法で作製した。組成式Ｓｍ（Ｃｏ_０．８０Ｆｅ_０．０５Ｃｕ_０．１５）_７．０で示される組成の合金をアルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、鉄乳鉢中で粗粉砕した。粗粉砕後の粉末をさらにヘキサン溶媒中でボールミル粉砕により平均粒度３μｍの微粉末にした。この微粉末を１２ＫＯｅの磁界中で５ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力で金型を用いた圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中１１９０℃の温度で２時間焼結し、ひき続いて２００℃／ｍｉｎの冷却速度で５００℃以下まで冷却した。
また、比較例１５として、Ｓｍ（Ｃｏ_０．８４Ｆｅ_０．０５Ｃｕ_０．１１）_７．２で示される組成の合金について比較例１４における焼結後の冷却速度のみを１０００℃／ｍｉｎとし、その後、８００℃で２時間の最適時効処理を行った。いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性を評価した結果、保磁力のばらつきが大きかった。

（比較例１６〜２２）
表２に示す比較例１６〜２２に示す組成の合金を高周波溶解し、粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕した。得られた微粉末を１２ｋＯｅの磁界中で５ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中で、各合金の融点の３０℃下の温度で２時間焼結し、引き続いて３０℃／ｍｉｎの冷却速度で５００℃以下まで冷却した。その後、８００℃で４時間時効処理を行い、５℃／ｍｉｎの条件で冷却した。これらの磁石特性を評価した結果を表２にまとめる。いずれの磁石も製造時の保磁力のばらつきが多く、またリコイル透磁率が大きかった。なお、比較例２２は残留磁束密度が大きかったが、保磁力が極めて小さく、さらにリコイル透磁率も高く、本発明のモータに適用できない。

（モータへの適用）
実施例１〜１８および比較例１〜２２を永久磁石モータに組込んだ際の特性を評価した。評価温度は室温である。モータ特性の評価として各実施例および各比較例に係る永久磁石を、図２に示す全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの低保磁力磁石部に組み込み、また高保磁力磁石としてＮｄＦｅＢ磁石（Ｈｃ＝２１ｋＯｅ、Ｂｒ＝１２．４ｋＧ）を用いて、モータの効率評価を行った。なお、表２に比較例２３としてアルニコ磁石を示した。本実施例の第一の永久磁石と高保磁力磁石（第二の希土類磁石）の体積率は５０％ずつとした。
基準とする永久磁石モータは磁石として全てＮｄＦｅＢ磁石（比較例２４：低保磁力側も高保磁力側と同じ磁石を使用）を用いた場合の効率を基準とし、実施例、比較例の効率を相対値として示している。評価条件は、モータの高速回転（３０００ｒｐｍ）、中速回転（２０００ｒｐｍ）、低速回転（１０００ｒｐｍ）での効率の平均値である。これらの条件は、トルクを指標とすると低トルク、中トルク、高トルクとなっており、各動作条件での効率が反映されることになる。
結果を表１および表２に併せて示すが、本実施例に係る永久磁石を用いた場合、ＮｄＦｅＢ磁石のみの永久磁石モータに比べて、大幅に効率向上しており、またアルニコ磁石を用いた場合に比べても効率が高いことがわかる。
なお、今回実施例として図２に示す構造の全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータへの適用を行ったが、保磁力の高い磁石と比較的保磁力の小さい磁石の組合せで構成される永久磁石モータ用磁石として本実施例の磁気特性をもつ永久磁石を使用するものであれば、特にモータ構造に制限されない。

１，１１，２１，４１…回転子、２，１２，２２，４２…回転子鉄心、３，２３，４３…第１の希土類永久磁石（低保磁力永久磁石）、４，２４，４４…第２の希土類永久磁石（高保磁力永久磁石）、５…第１の空洞、６…第２の空洞、７，２７，４６…鉄心の磁極部、１４…永久磁石、２６…ボルト穴、２８，４８…固定子、２９，４９…電機子巻線、３０，５０…固定子鉄心、３１，５１…エアギャップ。

Claims (23)

1. 以下の一般式を満たすとともに、室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする永久磁石。
   一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
   ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
2. 前記保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石。
3. 前記一般式のａ値が０．３１≦ａ≦０．３５、ｂ値が０．０３≦ｂ≦０．０６であることを特徴とする請求項２記載の永久磁石。
4. 第２，３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石。
5. ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相の３相を具備することを特徴とする請求項４記載の永久磁石。
6. ＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相、およびＴｈ_２Ｎｉ_１７相の４相を具備することを特徴とする請求項４記載の永久磁石。
7. 焼結体であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石。
8. モータに搭載されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の永久磁石。
9. 以下の一般式を満たす合金粉末を磁場中成形することにより成形体を調整する成形工程と、
   前記成形体を不活性雰囲気中１０００℃以上１２００℃以下の温度で１０分以上２０時間以下焼結および溶体化することにより焼結体を得る焼結工程と、
   前記焼結体を６００℃以上８５０℃以下の温度で１０分以上２０時間以下熱処理するとともに、前記熱処理後の冷却速度０．５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下で、３００℃以上５５０℃以下の範囲まで冷却する時効処理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。
   一般式： Ｓｍ_１−ｘＮｄ_ｘ（Ｃｏ_{１−ａ―ｂ−ｃ−ｄ}Ｆｅ_ａＣｕ_ｂＭ_ｃ）_ｚ （Ｉ）
   ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種、ＳｍとＮｄの和を１としたときの原子比が０＜ｘ≦０．４、０．３＜ａ≦０．３８、０．０２≦ｂ≦０．０７、０．０１＜ｃ≦０．０４、７．３≦ｚ≦８．３を満たす。
10. 前記時効処理工程の前記熱処理が６００℃以上８５０℃以下の温度で１０分以上２０時間以下行われることを特徴とする請求項９記載の永久磁石の製造方法。
11. 前記時効処理工程によってＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相の３相を具備する相構成にすることを特徴とする請求項９記載の永久磁石の製造方法。
12. 前記時効処理工程によってＣａＣｕ_５相、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７相、ＴｂＣｕ_７相およびＴｈ_２Ｎｉ_１７相の４相を具備する相構成にすることを特徴とする請求項９記載の永久磁石の製造方法。
13. 前記焼結工程後、室温あるいは前記熱処理の温度までを冷却速度５℃／ｍｉｎ以上１００℃／ｍｉｎ以下で冷却することを特徴とする請求項９記載の永久磁石の製造方法。
14. 永久磁石の室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項記載の永久磁石の製造方法。
15. 永久磁石の室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上２．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項記載の永久磁石の製造方法。
16. 全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに用いられるモータ用永久磁石であって、
    前記永久磁石は請求項１ないし７のいずれか１項に記載の永久磁石であることを特徴とするモータ用永久磁石。
17. 磁化状態を変化させるための請求項１６に記載の第１の希土類永久磁石と、前記第１の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第２の希土類永久磁石とを備えることを特徴とする永久磁石モータ。
18. 前記第１の希土類永久磁石の全磁石体積に占める割合は５％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１７記載の永久磁石モータ。
19. 請求項１７または１８のいずれか１項記載の永久磁石モータは、インナーロータ方式またはアウターロータ方式であることを特徴とする永久磁石モータ。
20. 前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が円周方向に配列される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
21. 前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が埋め込まれる回転子をさらに備えることを特徴とする請求項２０記載の永久磁石モータ。
22. 前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が表面に設置される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項２０記載の永久磁石モータ。
23. 前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が内周面に設置される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項２０記載の永久磁石モータ。

Images