JP2012099523A - 異方性希土類焼結磁石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物（ＲはＮｄを主体とする希土類元素の１種以上である。）を主磁性相とする希土類焼結磁石であって、上記化合物相結晶の結晶軸であるｃ軸及びａ軸の２軸が配向したことを特徴とする異方性希土類焼結磁石。
【効果】Ｎｄ磁石粉の主相の結晶軸である磁化容易軸ｃ軸と磁化困難軸ａ軸の２軸を、磁場中成形の磁場印加時に配向制御することにより、焼結体も２軸配向した磁石が製作できる。焼結粒同士の互いのｃ軸、ａ軸の２軸が配向することにより、粒が非磁性粒界相を介してスムーズにつながり、粒界面近傍の形態が平滑化されていると考えられる。その結果として、Ｄｙ及び／又はＴｂを添加することなくＨｃｊ１．６ＭＡ／ｍ以上のＨｃを実現できたものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、モータ等に用いられる異方性希土類焼結磁石及びその製造方法に関するものである。

正方晶Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物を主相とするＮｄＦｅＢ系磁石（以後、Ｎｄ磁石と呼ぶ）は、１９８２年の発明（特許文献１：特開昭５９−４６００８号公報等）以来、現在非常に多くの分野で用いられ、電子電気機器や産業・輸送機器等の材料となっている。この磁石はキュリー温度が相対的に低い（〜３１０℃）、錆び易い等の幾つかの欠点はあるものの、室温における飽和磁化が高い、比較的安価な材料で構成されている、機械強度が相対的に高い等の点で、従来の２−１７ＳｍＣｏ磁石を凌駕し、更に多くの分野に用途が広がっている。この中でも車載用途は、電気自動車・ハイブリッド電気自動車用モータ（以下、ＥＶ・ＨＥＶモータと呼ぶ）・発電機を筆頭として、今後もっとも有望な応用が期待されている（特許文献２：特開２０００−２４５０８５号公報）。

車載用では、Ｎｄ系磁石は通常１００℃以上の環境で使用されることが多く、ＥＶ・ＨＥＶモータでは１５０℃以上（場合によれば２００℃近傍）の耐熱性を要求されることも珍しくはない。ところが、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物のキュリー点（〜３１０℃）が相対的に低いため、保磁力（Ｍ−Ｈカーブの保磁力Ｈｃｊ；以後、Ｈｃと呼ぶ）の高温での低下が著しく（温度係数として−０．６％／℃程度）、Ｈｃの低い磁石では１００℃を超える温度領域での使用は難しい。

これを改善するには、保磁力の温度係数を改善することが一番望ましい。しかし、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁性化合物固有の物性である、結晶磁気異方性定数とキュリー点を基礎としているため、本質的な改善は難しい。そこで、次善の方法として、Ｎｄの一部を重希土類元素であるＤｙやＴｂにより置換し、異方性磁場（以下では、Ｈａと呼ぶ）を向上させることにより、室温保磁力Ｈｃを増大させている。室温の保磁力Ｈｃが高くなれば、高温に暴露してＨｃが低下したとしても、その温度での使用目的に応じたＨｃが保持される。Ｈｃを改善するため、Ｎｄサイトを置換するＤｙ／Ｔｂの他にも、ＦｅサイトをＡｌ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｒ等で置換することが有効である。しかし、そのＨｃ増大効果は限定的である。置換量に応じてほぼ比例的にＨｃ増大効果が得られるのは、重希土類元素のＤｙとＴｂに限られている。

前述のように重希土類元素Ｄｙ／Ｔｂ置換は、Ｎｄ磁石のＨｃ増大に大変に効果があるが、ＮｄとＤｙ／Ｔｂは逆方向に磁気モーメントが向くため、置換量に応じて飽和磁化（以後、Ｍｓと呼ぶ）が減少する。Ｈｃ増大の見返りにＭｓ減少が起きるため、最大エネルギー積（以下で、（ＢＨ）_max）はＭｓ²に比例して減少する。つまり、耐熱性を確保するため、飽和磁化を犠牲にしている。また、ＤｙやＴｂはクラーク数が小さく、Ｎｄの数分の１以下の資源量しかなく、Ｎｄより更に希少な元素である。当然、これらの元素の原料価格はＮｄの数倍以上から１０倍程度高価であり、かつ原料産出が極端に一国に偏っている。そのため、ＤｙやＴｂを使用することが、価格と資源の両面から、今後のＮｄ磁石生産の隘路となりつつある。

ＤｙやＴｂの置換／添加なしにＮｄ磁石のＨｃを増大させ、１００℃以上の高温環境で使用できるようにすることが望ましく、それを実現する開発が非常に重要である。前述のＡｌ，Ｃｕ，Ｇａ以外の置換元素や、低酸素プロセス、焼結組織微粒化等、組成・プロセスの両面から膨大な検討がなされてきており、かつ現在も開発が続行されている。しかし、現在までの知見として、磁石構成における脱Ｄｙ／Ｔｂの見込みは立っていないが、省Ｄｙ／Ｔｂは複数の提案がなされ、実用化が近づいている（特許文献３：国際公開２００６／６４８４８号パンフレット他）。

前述の省Ｄｙ／Ｔｂプロセスは幾つか提案があるが、焼結体を製作・加工後に、表面からＤｙ／Ｔｂを粒界を通路として、拡散浸透させる点では同じである。得られる焼結磁石は、Ｄｙ又はＴｂが粒界とその主相粒界近傍のみに高濃度に偏在し、かつ表面から磁石内部に向かって徐々にその濃度が低下する組織となっている。このような非平衡組織がＨｃ増大に有効なのは、Ｎｄ磁石の保磁力メカニズムが核発生成長型であり、主相Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ（ＲはＮｄを主体とする希土類元素の１種以上；以下、２−１４−１と呼ぶ）の粒界近傍組織形態と組成により、Ｈｃが律速されているためである。核発生成長メカニズムについて定量性を持った議論は未だできない状態であるが、粒界近傍組織のみＤｙ又はＴｂで磁気的に強化すれば、Ｈｃが増大できるのは事実である。しかも、これら元素を粒界近傍のみに偏在させるため、飽和磁化Ｍｓの低下は合金全体に置換するよりずっと少なくて済む。この粒界偏在法は、従来の溶解時に合金全体に置換する場合に比較し、同じＨｃを得るためにＤｙやＴｂの使用量が半分以下で済む。

ＤｙやＴｂの粒界偏在法は、上述のように省資源の観点からも、磁気特性向上の点からも極めて有効な方法である。しかし、この方法において極めて深刻ではないが、見過ごせない幾つかの問題点がある。１つは、磁石加工後にＨｃ増大のための拡散処理や再加工を行う必要があり、工程が増加する。当然、プロセス費用は増大する。Ｄｙ／Ｔｂは磁石表面から内部に向かって粒界を通じて拡散するため、表面と内部でこれらの元素の濃度差が生じ、その分布に応じて磁石内部でＨｃが分布する。磁石厚みが例えば１０ｍｍを超えた場合、磁石中心部ではＤｙ／Ｔｂ量が「０」ということもあり得る。表面と内部の濃度分布をもっと平坦化するため、拡散処理の温度や時間を高く長くすると、磁石内部に更に拡散進行はするが、Ｄｙ／Ｔｂが粒界から主相２−１４−１粒内部に拡散して行く傾向が顕著になる。これでは合金作製時にＤｙ／Ｔｂを添加するのと同じになってしまうので、拡散処理を適用して効果のあるのは、高々数ｍｍ厚みまでである。ただ、モータや発電機においては、渦電流が流れて発熱が顕著になる磁石表面近傍のみＨｃが強化されていればよいという考えもある。Ｈｃの磁石内部分布が応用上、決定的な律速となるかどうかは、今後の使用方法、使用量に依る。

本質的に望ましいのは脱Ｄｙ／Ｔｂである。Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物の異方性磁場Ｈａ（理論最大保磁力；以下では、Ｈａと呼ぶ）は約６．４ＭＡ／ｍ（８０ｋＯｅ）であるが、Ｄｙ／Ｔｂ添加なしの組成におけるＮｄ系焼結磁石のＨｃは、高々０．８ＭＡ／ｍ前後である。つまり理論値の１／８程度のＨｃしか得られていない。Ｎｄ磁石Ｈｃの定性的説明では、数μｍ〜１０μｍ径の焼結主相粒界近傍のもっとも乱れた部分（欠陥、転移、非平滑表面部等）が、逆磁場印加時に逆磁区の芽となり、そこを起点として磁化反転が生じる。主相の粒界近傍組織形態がＨｃに関係していることは確かだが、では組織のどこが・何が実際のＨｃを律速しているのかは、膨大な観察や検討がなされているにも関わらず、明らかではない。もちろん現在もＨｃ律速要因を明らかにするため、粒界とその近傍の制御の検討が集中的になされている。この測定・解析問題の難しさは、μｍオーダーの粒の表面近傍ｎｍ部分がＨｃを律速していて、サイズが１，０００倍以上に及ぶ表面全部を解析しなければ、Ｈｃ律速となっている磁気的最弱部が分からない点にある。μｍオーダーサイズ焼結粒の３次元的表面全部をｎｍオーダーで解析する方法はない。

しかし、Ｎｄ磁石結晶粒の表面近傍組織・組成を改善すれば、Ｈｃが改善できることは先に述べたように粒界偏在法の結果からも容易に推測できる。例えば、理論値Ｈａの１／４程度（１．６ＭＡ／ｍ）のＨｃが実現できれば、Ｎｄ磁石応用の主要な部分をカバーできる。更に理論値Ｈａの１／３のＨｃ（２．１ＭＡ／ｍ）が実現できれば、特殊用途を除いてＤｙ／Ｔｂを用いる必要はなくなる。最近では、省Ｄｙ／Ｔｂではなく、脱Ｄｙ／Ｔｂが強く求められている。

特開昭５９−４６００８号公報 特開２０００−２４５０８５号公報 国際公開２００６／６４８４８号パンフレット 特開２００６−２６４３１６号公報 特開２００８−１３３１６６号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、基本的に重希土類元素のＤｙ及びＴｂを用いなくても、また、形状等において限定されなくても、保磁力１．６ＭＡ／ｍを超えるＮｄ焼結磁石を実現できる異方性希土類焼結磁石及びその製造方法を提供することを主たる目的とする。

Ｎｄ磁石の保磁力機構は、既に述べたように核発生成長型に分類される。図１に永久磁石の保磁力機構と初磁化曲線による見分け方を示す。Ｎｄ磁石は図１（Ａ）のような初磁化曲線を有しているので、核発生成長型に分類されているが、その定量的議論は既に述べたように明らかではない。２−１７ＳｍＣｏ磁石は図１（Ｂ）の初磁化を有し、磁壁ピンニング型に分類される。図２にＮｄ焼結磁石の主相粒界近傍のＴＥＭ写真を示す。定性的には粒界相１Ａ，１Ｂと接する２−１４−１主相２Ａ，２Ｂ，２Ｃの最外層部分の形態が、できるだけ平滑で欠陥の少ない組織であるのが望ましいと考えられる。これは既に述べたように主相最外層部分の組織形態が、Ｎｄ磁石の保磁力を決定しているからである。しかし、実際のＮｄ磁石粉末冶金法による製造において、主相最外層の組織形態を意図的に制御することはできていない。この結果として、理論保磁力である異方性磁場Ｈａの数分の一以下の保磁力Ｈｃしか得られていなかった。なお、図２において、３はＺｒＢ析出相を示す。

本発明は、ＮｄＦｅＢ系磁石（Ｎｄ磁石）において、従来以上に平滑で欠陥の少ない主相最外層の状態（推測）を意図的に実現し、Ｄｙ及びＴｂを用いることなく保磁力Ｈｃを１．６ＭＡ／ｍ程度まで増大させようとするものである。もちろん、本発明にＤｙ及び／又はＴｂを用いることにより、従来より少ない量で必要なＨｃを得ることができる。本発明は、Ｄｙ及びＴｂの使用を排除するものではない。

即ち、本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、平滑で欠陥の少ない主相最外層の状態を実現するために、Ｎｄ磁石の磁化容易軸ｃ軸だけでなく、磁化困難軸ａ軸の２軸を配向制御することが効果的であることを見出した。これにより焼結粒間の整合性が向上し、従来より平滑かつ欠陥の少ない粒界近傍組織を実現でき、それによりＤｙ及びＴｂを添加することなく、Ｎｄ磁石にＨｃ１．６ＭＡ／ｍ以上のＨｃを実現できることを見出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、下記異方性希土類焼結磁石及びその製造方法を提供する。
請求項１：
正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物（ＲはＮｄを主体とする希土類元素の１種以上である。）を主磁性相とする希土類焼結磁石であって、上記化合物相結晶の結晶軸であるｃ軸及びａ軸の２軸が配向したことを特徴とする異方性希土類焼結磁石。
請求項２：
磁石組成が、Ｒ−Ｒ’−Ｔ−Ｍ−Ｂ（Ｒは、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも一種との組合せである希土類元素、Ｒ’はＤｙ及び／又はＴｂ、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏ、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａから選ばれる少なくとも一種の元素であって、各元素の含有量は、それぞれ１０原子％≦Ｒ≦２０原子％、０原子％≦Ｒ’≦５原子％、Ｔ＝残部、０原子％≦Ｍ≦１５原子％、３原子％≦Ｂ≦１５原子％である。）、及び不可避の不純物からなる組成である請求項１記載の異方性希土類焼結磁石。
請求項３：
Ｒが、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも一種との組合せであり、かつＤｙ及びＴｂを含むことなく、１．６ＭＡ／ｍ以上の保磁力Ｈｃｊを有する請求項２記載の異方性希土類焼結磁石。
請求項４：
正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物（ＲはＮｄを主体とする希土類元素の１種以上である。）を主磁性相とする異方性希土類焼結磁石を製造する方法であって、上記正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物を主磁性相とする磁石粉を磁場中で磁化容易軸のｃ軸を磁場方向に配向させ、更に該磁場方向の概ね直交方向に磁場を印加することにより、磁化困難軸のａ軸も配向させた状態で圧粉成形を行った後、該成形体を焼結して、上記化合物相の結晶軸であるｃ軸とａ軸の２軸を配向させることを特徴とする異方性希土類焼結磁石の製造方法。
請求項５：
ｃ軸を配向させる磁場が静磁場であり、ａ軸を配向させる磁場がパルス状である請求項４記載の異方性希土類焼結磁石の製造方法。
請求項６：
磁石組成が、Ｒ−Ｒ’−Ｔ−Ｍ−Ｂ（Ｒは、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも一種との組合せである希土類元素、Ｒ’はＤｙ及び／又はＴｂ、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏ、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａから選ばれる少なくとも一種の元素であって、各元素の含有量は、それぞれ１０原子％≦Ｒ≦２０原子％、０原子％≦Ｒ’≦５原子％、Ｔ＝残部、０原子％≦Ｍ≦１５原子％、３原子％≦Ｂ≦１５原子％である。）、及び不可避の不純物からなる組成である請求項４又は５記載の異方性希土類焼結磁石の製造方法。
請求項７：
Ｒが、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも一種との組合せであり、かつＤｙ及びＴｂを含むことなく、１．６ＭＡ／ｍ以上の保磁力Ｈｃｊを有する異方性希土類焼結磁石を得る請求項６記載の異方性希土類焼結磁石の製造方法。

Ｎｄ磁石粉の主相の結晶軸である磁化容易軸ｃ軸と磁化困難軸ａ軸の２軸を、磁場中成形の磁場印加時に配向制御することにより、焼結体も２軸配向した磁石が製作できる。焼結粒同士の互いのｃ軸、ａ軸の２軸が配向することにより、粒が非磁性粒界相を介してスムーズにつながり、粒界面近傍の形態が平滑化されていると考えられる。その結果として、Ｄｙ及び／又はＴｂを添加することなくＨｃｊ１．６ＭＡ／ｍ以上のＨｃを実現できたものである。

初磁化曲線と保磁力メカニズムを示すグラフであり、（Ａ）は核発生成長型、（Ｂ）は磁壁ピンニング型である。 ＮｄＦｅＢ系焼結磁石の結晶組織のＴＥＭ写真である。 粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造工程を示す説明図であり、（Ａ）は本発明の製造工程、（Ｂ）は従来の製造工程である。 本発明の２軸磁場配向を示す模式図であり、（Ａ）は磁場印加方向、（Ｂ）はパルス磁場印加による磁粉（数珠状）回転状態を示す。

以下、本発明の内容について詳しく述べる。
本発明の希土類焼結磁石の製造工程を図３（Ａ）に、一般的な粉末磁場配向法を用いた製造工程を図３（Ｂ）に示す。まず、本発明で用いられる磁石組成は一般的に知られている範囲のものでよく、Ｒ−Ｒ’−Ｔ−Ｍ−Ｂ（ＲはＮｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも一種との組合せである希土類元素、Ｒ’はＤｙ及びＴｂの一種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏ、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａから選ばれる少なくとも一種の元素であって、各元素の含有量は、それぞれ１０原子％≦Ｒ≦２０原子％、０原子％≦Ｒ’≦５原子％、Ｔ＝残部、０原子％≦Ｍ≦１５原子％、３原子％≦Ｂ≦１５原子％が好ましい。）、及び不可避の不純物からなる組成とする。但し、Ｒ中にＮｄが５０原子％以上、特に９０〜１００原子％含まれていることが望ましい。更に１２原子％≦Ｒ≦１６原子％、０原子％≦Ｒ’≦３原子％、０．００５原子％≦Ｍ≦１原子％、５．５原子％≦Ｂ≦８．５原子％に調製することがより好ましい。特に、Ｒ’（Ｄｙ及び／又はＴｂ）を含まず、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ（Ｒは上記と同じである。）を主磁性相とする化合物が好ましい。

上記組成になるように、上記元素を含む化合物を用いて粉末冶金法やストリップキャスト法等の従来法により合金を作製する。そして、得られた合金をジョークラッシャー、ブラウンミルや水素粉砕等で粗粉砕し、更にボールミル、ジェットミル等で微粉砕して、微粉末を製造する。そして、本発明の特徴である、１つ１つが単結晶サイズ（平均２〜８μｍ程度）まで微粉砕されたＮｄＦｅＢ微粉（以下、Ｎｄ微粉と呼ぶ）の主相を磁場中で磁場方向にｃ軸を配向させ、更にｃ軸と垂直方向であるａ軸に磁場を配向させて圧粉成形を行い、成形体を最終的に得る。

得られた成形体を真空中又は不活性ガス中、約１，１００℃程度（１，０００〜１，２００℃）の温度で０．５〜５時間焼結を行って、高密度化された焼結体を製作する。その後又は焼結後、連続的に適切な温度（焼結温度以下、例えば５００℃前後）、特に３００〜６００℃の温度で０．５〜５時間、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で熱処理を行って、Ｈｃを改善する。焼結磁石を加工・着磁すると、磁束は配向されたＣ面部から発生し、殆ど全ての磁石応用ではＣ面からの磁束を使用している。その直交面は困難軸方向として実用上使用されることはなく、特に困難軸の方位制御する必要性は全く認識されていなかった。本発明者は、２軸配向が焼結粒間の整合性を向上させ、粒界近傍組織の平滑性を改善し、Ｈｃ増大に効果があることを見出したものである。

Ｎｄ磁石の主相であるＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相は正方晶構造であるので、結晶軸であるａ軸とこれと直交するｃ軸の２軸を配向制御することは３軸を配向させるのと同じことである。ｃ軸方向のみならずａ軸も配向させた２軸配向磁石では、焼結粒同士の結晶学的整合性が大幅に向上する。約４〜５μｍ径の単結晶粒が非磁性相（粒界相）を介してバルク化され、擬似的に単結晶のような焼結体になっている。このためＲリッチな非磁性粒界相を介して、主相境界が平滑な状態になるようである。以後に詳述するように、このような平滑界面が保磁力Ｈｃ増大に有効に働いている。但し、背景技術でも説明したように、Ｈｃ増大と粒界面の定量的な関係は確定的に言えるものではないので、Ｈｃ増大の結果として演繹的に推測できるものである。

ここで、ｃ軸及びａ軸の２軸が配向したということは、ｃ軸が配向した磁区とａ軸が配向した磁区の両方が存在しているということを意味する。

本発明の磁場印加方法について更に詳しく説明すると、本発明においては、磁場配向の工程で、２−１４−１主相の磁化容易軸ｃ軸のみならず、磁化困難軸ａ軸の２軸を配向させる。２軸以上を配向させる方法として、例えば非磁性セラミック粉に対して回転磁場法が考案されている（特許文献４：特開２００６−２６４３１６号公報）。これは各軸に対する磁化率の差により、磁場に対する緩和応答が異なることを利用している。一般的には微粉を溶媒中に分散させ、得られたスラリーに対して単純に回転磁場を印加するか、軸方向により回転磁場の回転速度を変化させて、配向緩和時間内の磁場印加となるようにすることにより、２軸又は３軸配向を実現するものである。

しかし、Ｎｄ磁石粉を含む磁石粉末に対して、回転磁場法は適さない。磁場印加されたＮｄ磁石粉ではｃ軸方向に磁化されたＮ極とＳ極が引き合い、磁粉同士が数珠状につながった状態となる。一般的に着磁磁性粉を１つだけ取り出したときの状態は、静磁エネルギーが大きくなり、準安定ではあるがエネルギー的には不利な状態にある。一方、着磁磁粉同士がつながって数珠状になると、静磁エネルギーが大幅に低下して、極めて安定な状態となる。これは磁粉内の反磁場が大きく低下するためである。数珠状磁性粉の状態では、静磁場印加を一度終了し、別な方向に磁場を印加しても、エネルギー的に安定な数珠状態を一旦解消して、もう一度数珠をつなぎなおさなければいけない。つまり、当初の静磁場印加方向以外の方向への動きは、阻害されることになる。別な言葉で言えば、再配列に要する緩和時間が長くなる。その一方で、Ｎｄ磁石粉では磁化容易軸であるｃ軸方向の磁化率χ_cが、磁化困難軸であるａ軸方向の磁化率χ_aに比較して、圧倒的に大きくχ_c≫χ_aである。そのため、磁場方向にｃ軸を向けるトルクは極めて大きく、緩和時間は短い。この両作用の競合により、再配向の状態が決まる。Ｎｄ磁石粉では、磁場方向に磁化容易ｃ軸が向きたがる磁化トルクが大きいため、回転磁場の回転速度を上げる必要があり、その制御が難しい。そのため、従来の回転磁場配向法による２軸配向は、磁石粉に対してあまり適さない。

本発明では、磁石合金の主相における２軸への磁場印加を行う。まず、図４（Ａ）に示すように、金型に充填されたＮｄ粉末成形体に静磁場を印加し、磁場方向に磁性粉１０の磁化容易ｃ軸を配向させる。一次磁場０．５〜５Ｔの静磁場でｃ軸方向に配向するように磁場を印加する。そして、ｃ軸配向状態で、静磁場に概ね直交する方向に磁場を重畳印加する（図４（Ａ）参照）。直交する磁場は、静磁場でもよいがパルス磁場が困難軸配向の観点からより望ましい。静磁場配向状態で数珠状になった配向磁性粉１０は、直交方向にパルス磁場が印加されても、両方の磁場の合成方向にほとんど再配向しない（図４（Ｂ）参照）。それは前述のように、数珠状磁性粉の再配向のための緩和時間が長くなっているためと、静磁場方向に数珠が固定されているためである。パルス磁場印加時間が再配向の緩和時間より短いため、数珠状磁性粉の合成磁場方向への再配向は起きない。ところが、数珠状につながりあった状態で、個々の磁性粉の配向直交面内での回転は容易である。それは、個々の磁性粉の回転は数珠状の静磁エネルギーをほとんど変化させないためである。このため直交方向へのパルス磁場重畳により、Ｎｄ磁石粉のＣ面内での微粉回転（つまりａ軸配向）が可能となり、ｃ軸＋ａ軸の２軸配向が可能となった。

静磁場、パルス磁場ともに０．５〜５Ｔ（パルス磁場の場合はピーク値）、より好ましくは１〜５Ｔ、更に好ましくは１〜２．５Ｔであるが、それ未満で配向しない訳ではない。ａ軸方向を配向させるパルス磁場のピーク値が０．５Ｔ未満になるとａ軸配向度合いが徐々に低下する場合がある。静磁場の場合の印加時間は０．５〜１８０ｓｅｃとすることが好ましい。パルス磁場は立ち上がり時間が１００μｓｅｃ〜１ｓｅｃ、特に１〜１００ｍｓｅｃであればよい。立ち上がり時間が１００μｓｅｃ未満の場合でも磁性粉の回転は起きるが、磁性粉を充填する金型内にパルス磁場が浸透しにくくなるため好ましくない。配向度向上のためパルス磁場は複数回印加しても構わないが、電荷充電に時間がかかるので、生産性と配向度特性の兼ね合いで決めればよい。静磁場、パルス磁場のタイミングは、静磁場がパルス磁場に先行していればよく、ほとんど同時期での印加でも構わない。パルス磁場の代わりに直交方向にも静磁場を印加することは可能ではあるが、磁場印加にパルス磁場より時間がかかり、ｃ軸配向方向に少し影響が出るので、パルス磁場の方がより望ましい。なお、磁場を与える時間は特に制限されないが、１００μｓｅｃ〜１ｓｅｃの範囲で適宜選定し得、またパルス回数も１〜１００回、特に１〜２０回の範囲で適宜選定し得る。

２軸配向を行った後、通常の粉末焼結工程と同じように圧粉成形、焼結、加工、コーティングの工程を進めて、焼結磁石とする。特に余分な粉末冶金工程が増えることはなく、２軸配向焼結磁石を製作することが可能となる。磁場配向の成形プレス装置だけは、通常の電磁石や超伝導磁石に加えて、直交方向にパルス磁場コイルを配置する必要がある。ｃ軸配向にパルス磁場を用いることも可能である。この点が唯一通常法に対しての付加的因子である。パルスコイルは配向電磁石の直交方向に配置すればよく、従来磁場プレスの簡単な改造のみで済む。パルス磁場発生のためのコンデンサーへの電荷充填は圧粉成形・磁性粉充填時に行えばよいので、圧粉成形に要する時間は従来法と全く同等である。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

［実施例１〜１１］
Ｎｄメタル、電解鉄、フェロボロン、添加元素（その他希土類金属も含む）を所定量秤量し、表１に示す所定の組成になるようにした。原料メタルをアルミナルツボに充填し、高周波溶解炉でＮｄＦｅＢ合金を作製した。この合金をジョークラッシャー、ブラウンミルで粗粉砕後、できるだけ酸化させないようにして、ジェットミルにてＮｄＦｅＢの微粉末（平均粒径３μｍ）にした。得られた微粉末をプレス機に充填し、静磁場コイルとパルス磁場コイルにより、磁場を印加して２軸磁場配向を行い、その状態で１．２ｔ／ｃｍ²のもと圧粉成形して、２軸配向した成形体を作製した。静磁場強度は１．５Ｔ、印加時間は３０ｓｅｃで、直交するパルス磁場のピーク強度は２Ｔ、ピーク磁場までの立ち上がり時間は１０ｍｓｅｃ、パルス回数１回であった。この成形体をＡｒ雰囲気中１，１００℃前後の最適焼結温度で１時間焼結し、引き続き４００〜５００℃の間で熱処理を行った。焼結体の磁気特性をＢＨトレーサーで測定した結果を表１に示す。また、表１の実施例８の組成で、直交するパルス磁場のピーク強度を１Ｔ，３Ｔと変えた以外、その他条件は全く同じで製作した焼結磁石の磁気特性を実施例１０，１１として表１に示す。

表１に示すようにＤｙ／Ｔｂなしの組成でも１．６ＭＡ／ｍを超えるＨｃを持つことが分かった。また、Ｄｙ／Ｔｂを添加した組成の２軸配向磁石では、更に大きなＨｃを示すことがわかった。なお、組成でＡｌが全てのものに添加されているのは、原料フェロボロンから混入したものであり、必須元素という訳ではない。焼結体のｃ面とその直交面に対してＸ線回折（ＣｕＫα）を行ったところ、Ｃ面の反射からは（００ｌ）ピーク、ａ面反射からは（ｈ００）反射が卓越した回折図形として得られ、主相である２−１４−１相が正方晶でａ軸及びｃ軸の２軸配向していることが確認できた。

［比較例１〜３］
実施例の組成２、５、９で、微粉末を従来のように静磁場１．５Ｔ中でｃ軸の１軸配向のみする以外は、実施例と同じ工程と条件で焼結体を作製し、磁気特性を測定した。その結果を表２に示すが、Ｘ線回折でもＣ面直交面から（ｈ００）反射が見られず、明らかにＨｃが２軸配向磁石より低いことが分かった。

本発明の異方性希土類焼結磁石は、電子情報機器、輸送機器、産業用機器のモータやアクチュエータ、更に風力発電の発電機等に用いるのに最適である。

１Ａ，１Ｂ 粒界相
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ２−１４−１主相
３ ＺｒＢ析出相
１０ 磁性粉

Claims (7)

1. 正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物（ＲはＮｄを主体とする希土類元素の１種以上である。）を主磁性相とする希土類焼結磁石であって、上記化合物相結晶の結晶軸であるｃ軸及びａ軸の２軸が配向したことを特徴とする異方性希土類焼結磁石。
2. 磁石組成が、Ｒ−Ｒ’−Ｔ−Ｍ−Ｂ（Ｒは、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも一種との組合せである希土類元素、Ｒ’はＤｙ及び／又はＴｂ、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏ、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａから選ばれる少なくとも一種の元素であって、各元素の含有量は、それぞれ１０原子％≦Ｒ≦２０原子％、０原子％≦Ｒ’≦５原子％、Ｔ＝残部、０原子％≦Ｍ≦１５原子％、３原子％≦Ｂ≦１５原子％である。）、及び不可避の不純物からなる組成である請求項１記載の異方性希土類焼結磁石。
3. Ｒが、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも一種との組合せであり、かつＤｙ及びＴｂを含むことなく、１．６ＭＡ／ｍ以上の保磁力Ｈｃｊを有する請求項２記載の異方性希土類焼結磁石。
4. 正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物（ＲはＮｄを主体とする希土類元素の１種以上である。）を主磁性相とする異方性希土類焼結磁石を製造する方法であって、上記正方晶Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物を主磁性相とする磁石粉を磁場中で磁化容易軸のｃ軸を磁場方向に配向させ、更に該磁場方向の概ね直交方向に磁場を印加することにより、磁化困難軸のａ軸も配向させた状態で圧粉成形を行った後、該成形体を焼結して、上記化合物相の結晶軸であるｃ軸とａ軸の２軸を配向させることを特徴とする異方性希土類焼結磁石の製造方法。
5. ｃ軸を配向させる磁場が静磁場であり、ａ軸を配向させる磁場がパルス状である請求項４記載の異方性希土類焼結磁石の製造方法。
6. 磁石組成が、Ｒ−Ｒ’−Ｔ−Ｍ−Ｂ（Ｒは、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも一種との組合せである希土類元素、Ｒ’はＤｙ及び／又はＴｂ、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏ、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａから選ばれる少なくとも一種の元素であって、各元素の含有量は、それぞれ１０原子％≦Ｒ≦２０原子％、０原子％≦Ｒ’≦５原子％、Ｔ＝残部、０原子％≦Ｍ≦１５原子％、３原子％≦Ｂ≦１５原子％である。）、及び不可避の不純物からなる組成である請求項４又は５記載の異方性希土類焼結磁石の製造方法。
7. Ｒが、Ｎｄ又はＮｄとＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる少なくとも一種との組合せであり、かつＤｙ及びＴｂを含むことなく、１．６ＭＡ／ｍ以上の保磁力Ｈｃｊを有する異方性希土類焼結磁石を得る請求項６記載の異方性希土類焼結磁石の製造方法。