JP2020095991A - 焼結磁石及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも保磁力が大きい焼結磁石、及び当該焼結磁石を備える回転機を提供すること。【解決手段】焼結磁石１０は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素を含有する複数の主相粒子１１と、複数の主相粒子１１の間に位置する粒界相９と、を備える焼結磁石１０であって、希土類元素Ｒが、少なくともネオジム及びセリウムを含み、遷移金属元素Ｔが、少なくとも鉄を含み、焼結磁石１０における銅の含有量が０．１〜２原子％であり、粒界相９が、希土類元素Ｒ及び遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相３を含み、Ｒ‐Ｔ相３における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］Ｌ原子％であり、Ｒ‐Ｔ相３におけるセリウムの含有量が［Ｃｅ］Ｌ原子％であり、１００×［Ｃｅ］Ｌ／［Ｒ］Ｌが７５〜１００である。【選択図】図２

Description

本発明は、焼結磁石及び回転機に関する。

希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有するＲ‐Ｔ‐Ｂ系焼結磁石は、優れた磁気特性を有する。例えば、Ｎｄ‐Ｆｅ‐Ｂ系焼結磁石の最大エネルギー積は高い。しかしながら、Ｎｄは、遷移金属に比べて高価であって、Ｎｄの供給量は安定しない。そこで、Ｎｄの一部をＹ、Ｌａ又はＣｅ等の安価な元素に置換する研究が行われている（下記特許文献１参照）。

特開２０１６−１１５７７４号公報

しかしながら、Ｎｄの一部がＹ、Ｌａ又はＣｅ等で置換された焼結磁石の保磁力ＨｃＪは、Ｎｄが置換されていない場合に比べて著しく小さい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも保磁力が大きい焼結磁石、及び当該焼結磁石を備える回転機を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る焼結磁石（希土類磁石）は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素を含有する複数の主相粒子と、複数の主相粒子の間に位置する粒界相と、を備える焼結磁石であって、希土類元素Ｒが、少なくともネオジム及びセリウムを含み、遷移金属元素Ｔが、少なくとも鉄を含み、焼結磁石における銅の含有量が０．１〜２原子％であり、粒界相が、希土類元素Ｒ及び遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相を含み、Ｒ‐Ｔ相における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｌ原子％であり、Ｒ‐Ｔ相におけるセリウムの含有量が［Ｃｅ］_Ｌ原子％であり、１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが７５〜１００である。

本発明の一側面に係る回転機は、上記焼結磁石を備える。

本発明によれば、Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも保磁力が大きい焼結磁石、及び当該焼結磁石を備える回転機が提供される。

図１中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る焼結磁石１０（焼結体）の模式的な斜視図であり、図１中の（ｂ）は、図１中の（ａ）に示される焼結磁石１０の断面１０ｃｓの模式図（ｂ−ｂ線方向の矢視図）である。 図２は、図１中の（ｂ）に示される焼結磁石１０の断面１０ｃｓの一部ＩＩの拡大図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る回転機の模式的な斜視図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は下記実施形態に何ら限定されるものではない。図面において、同一又は同等の構成要素には同一の符号を付す。

本実施形態に係る焼結磁石１０の全体は、図１中の（ａ）に示される。焼結磁石１０の断面１０ｃｓは、図１中の（ｂ）に示される。図２は、焼結磁石１０の断面１０ｃｓの一部ＩＩの拡大図である。図２に示されるように、焼結磁石１０は、複数の主相粒子１１（主相）と、複数の主相粒子１１の間に位置する粒界相９と、を備える。つまり、焼結磁石１０は、粒界相９を介した多数の主相粒子１１から構成される焼結体である。

主相粒子１１は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びＢ（ホウ素）を含有する。希土類元素Ｒは、少なくともＮｄ（ネオジム）及びＣｅ（セリウム）を含む。遷移金属元素Ｔは、少なくともＦｅ（鉄）を含む。焼結磁石１０におけるＣｕの含有量［Ｃｕ］は０．１〜２原子％である。

粒界相９は、希土類元素Ｒ及び遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相３を含む。Ｒ‐Ｔ相３における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］_Ｌ原子％と表される。１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌは７５〜１００である。

本発明者らは、以下の考察に基づいて本発明に至った。

焼結磁石の残留磁束密度は、置換されたＮｄの量が多いほど、小さくなり易い。焼結磁石の保磁力を大きくするためには、焼結磁石における粒界相の量、及び、粒界相の磁性が重要である。粒界相の含有量が増えると、主相の含有量が減少するため、焼結磁石の残留磁束密度が小さくなり易い。焼結磁石の保磁力を増加させる方法として、以下のように主相粒子を微細にする方法がある。例えば、メルトスパン法又はＨＤＤＲ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）法により、主相粒子の粒径を１μｍ以下に小さくする。そして、焼結体に対してＮｄ‐Ｇａ、又はＮｄ‐Ｃｕ等の共結晶点が低い合金を焼結体表面から拡散及び浸透させ、主相粒子の表面におけるＮｄの濃度を他の希土類元素Ｒよりも高くする。その結果、焼結磁石の保磁力は大きくなり易い。主相粒子の粒径が小さくなるほど、主相粒子の比表面積は高くなり、粒子の表面のＮｄ濃度を高めたことに起因する改質効果が得られ易い。しかしながら、焼結工程において、１μｍ以下の微細な主相の結晶組織を維持するためには、低温で焼結工程を行う必要がある。そのため、従来の高温での焼結方法を用いることができず、温間加工又は熱間加工等の方法を用いる必要があり、焼結磁石の製造コストが高くなり易い。さらに、焼結体表面から共晶点が低い合金を拡散及び浸透させることが可能な深さは限られるため、上記の方法を適用できる焼結磁石の形状は限られる。そこで、主相粒子の粒径に依存することなく、焼結磁石の保磁力を大きくする方法が求められる。

本発明者らは、Ｃｅを含有する焼結磁石の粒界相には、Ｒ‐Ｔ相が存在することを見出した。Ｒ‐Ｔ相は、例えば、ＲＦｅ_２相であってよい。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いたＳＥＭ‐ＥＤＳ分析により、ＲＦｅ_２相中の希土類元素ＲにおけるＮｄ及びＣｅの各含有量（単位：原子％）を測定した。その結果、Ｎｄの含有量は、例えば３０％であった。Ｃｅの含有量は、例えば７０％であった。ＣｅとＦｅとの二元相図にはＣｅＦｅ_２相が存在するが、ＮｄとＦｅとの二元相図にはＮｄＦｅ_２相は存在しない。つまり、ＮｄＦｅ_２相はＣｅＦｅ_２相に比べてエネルギー的に不安定であり、ＣｅＦｅ_２相は粒界相中に形成され易いが、ＮｄＦｅ_２相は粒界相中に形成され難い。そして、Ｒ‐Ｔ相におけるＣｅの含有量が多いほど、Ｒ‐Ｔ相の磁化が小さく、粒界相の磁化が小さい。したがって、粒界相中のＮｄをＣｅで置換するほど、粒界相の磁化が減少し、主相粒子同士の磁気分離が起こり易い。その結果、焼結磁石の保磁力が増加する。このようにＣｅによるＮｄの置換によって粒界相の磁化を制御する方法であれば、主相粒子の粒径に依らず、低い製造コストで焼結磁石の保磁力を大きくすることができる。以上の考察に基づいて、本発明者らは本実施形態に係る焼結磁石１０を見出した。

つまり、焼結磁石１０の保磁力が大きい理由は以下の通りである、と本発明者らは考える。Ｒ‐Ｔ相３の磁性は、Ｒ‐Ｔ相３に含まれる希土類元素Ｒの種類に応じて変化する。Ｒ‐Ｔ相３におけるＮｄの含有量と、Ｒ‐Ｔ相３の磁化との間には、正の相関関係があり、Ｒ‐Ｔ相３におけるＣｅの含有量と、Ｒ‐Ｔ相３の磁化との間には、負の相関関係がある。焼結磁石１０の原料にＣｕを添加すると、焼結磁石１０を作製する過程で、粒界相９に含まれるＣｕと、Ｒ‐Ｔ相３に含まれるＮｄとが、Ｎｄ‐Ｃｕ相を形成する。Ｎｄ‐Ｃｕ相の磁化は非常に小さい。Ｎｄ‐Ｃｕ相は、例えば、ＣｕがＲ‐Ｔ相３（ＲＦｅ_２相）に含まれるＮｄを吸引することにより、Ｒ‐Ｔ相３の外に形成される。また、ＣｕがＲ‐Ｔ相３（ＲＦｅ_２相）内に拡散し、ＴサイトがＣｕで置換されることにより、Ｎｄ‐Ｃｕ相がＲ‐Ｔ相３内に形成され、Ｎｄ‐Ｃｕ相がＲ‐Ｔ相３から分離する。Ｃｕの原子半径は、Ｆｅの原子半径とほぼ等しく、１．１７Åである。そのため、ＲＦｅ_２相のＦｅサイトは、Ｃｕで置換され易い。Ｎｄ‐Ｃｕ相がＲ‐Ｔ相３から分離することにより、Ｒ‐Ｔ相３におけるＮｄの含有量が減少し、１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが７５〜１００となる。Ｒ‐Ｔ相３におけるＮｄの含有量の減少、及びＮｄ‐Ｃｕ相の生成により、粒界相９の磁化が小さくなる。その結果、主相粒子１１同士の磁気分離が起こり易くなり、焼結磁石１０の保磁力が大きくなる。焼結磁石１０におけるＣｕの含有量［Ｃｕ］が少なすぎると、Ｎｄ‐Ｃｕ相の生成量が十分でないため、十分な保磁力が得られない。［Ｃｕ］が多すぎると、Ｒ‐Ｔ相３に含まれるＮｄに加え、主相粒子１１に含まれるＮｄと、粒界相９に含まれるＣｕとがＮｄ‐Ｃｕ相を形成する。そのため、主相粒子１１から粒界相９にＦｅが生じ、Ｆｅが粒界相中に析出し、粒界相９に異相（αＦｅ）が生じる。αＦｅの保磁力は小さく、αＦｅの磁化は大きい。その結果、主相粒子１１同士の磁気分離が起こり難くなり、焼結磁石１０の保磁力が小さくなる。［Ｃｕ］が０．１〜２原子％であることにより、十分な量のＮｄ‐Ｃｕ相が形成され、且つ、αＦｅが生じ難いことにより、焼結磁石１０の保磁力が大きくなる。Ｎｄ‐Ｃｕ相は、Ｎｄ及びＣｕの金属間化合物を含んでよい。Ｎｄ‐Ｃｕ相は、例えば、ＮｄＣｕ_２を含んでよい。なお、焼結磁石１０の保磁力が大きい理由は、上記理由に限定されない。

また、本発明者らは、焼結磁石１０を作製する過程で、後述する焼結体に対して所定の温度で時効処理を施すと、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易いことを見出した。時効処理の温度は、９００〜９７０℃、又は９００〜９５０℃であってよい。時効処理の温度が上記範囲内であると保磁力が大きくなり易い理由は以下の通りである、と本発明者らは考える。時効処理の温度が低すぎると、Ｒ‐Ｔ相３から生成する液相の量が少ない。そのため、Ｒ‐Ｔ相３におけるＮｄの移動、及び、ＣｕのＲ‐Ｔ相３への拡散が起こり難い。時効処理の温度が高すぎると、主相粒子１１に含まれるＮｄに由来するＮｄ‐Ｃｕ相が形成され易くなる。時効処理の温度が上記範囲内であると、Ｒ‐Ｔ相３から生成する液相の量が多くなり易く、Ｒ‐Ｔ相３に含まれるＮｄに由来するＮｄ‐Ｃｕ相が、主相粒子１１に含まれるＮｄに由来するＮｄ‐Ｃｕ相に比べて、形成され易い。その結果、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。なお、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い理由は、上記理由に限定されない。

各主相粒子１１は、少なくとも希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素（Ｂ）を含む。希土類元素Ｒは、少なくともＮｄ（ネオジム）及びＣｅ（セリウム）を含む。つまり、Ｎｄの一部がＣｅで置換されている。遷移金属元素Ｔは、少なくともＦｅ（鉄）を含む。遷移金属元素Ｔは、ＦｅとＣｏ（コバルト）とを含んでよい。つまり、上記のＦｅの一部がＣｏで置換されてよい。各主相粒子１１は、ホウ素に加えて炭素（Ｃ）を含んでよい。つまり、上記のＢの一部がＣで置換されてよい。主相粒子１１は、主相としてＲ_２Ｔ_１４Ｍを含んでよい。元素ＭはＢのみであってよい。元素Ｍは、Ｂ及びＣであってもよい。換言すれば、Ｒ_２Ｔ_１４Ｍは、Ｎｄ_２−ｘＣｅ_ｘＦｅ_１４−ｓＣｏ_ｓＢ_１−ｔＣ_ｔと表されてよい。ｘは、０より大きく２未満である。ｓは、０以上１４未満である。ｔは、０以上１未満である。例えば、主相粒子１１は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを含んでよい。例えば、主相粒子１１は、Ｙ_２Ｆｅ_１４Ｂを含んでもよい。例えば、主相粒子１１は、Ｃｅ_２Ｆｅ_１４Ｂを含んでもよい。

図２に示されるように、粒界相９は、Ｒ‐Ｔ相３に加えて、Ｒリッチ相５、異相（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｐｈａｓｅ）７、Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相等を含んでもよい。元素Ｅは、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群より選択される少なくとも一種であってよい。Ｒ‐Ｔ相３、Ｒリッチ相５、異相７、及びＲ_６Ｔ_１３Ｅ相それぞれの定義は、下記の通りであってよい。

Ｒ‐Ｔ相３におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３における元素Ｅの含有量の合計が［Ｅ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３は、下記不等式（１）、（２）、及び（３）の全てを満たす相であってよい。
０≦［Ｃ］_Ｌ＋［Ｎ］_Ｌ＋［Ｏ］_Ｌ＜３０ （１）
０．２６≦［Ｒ］_Ｌ／（［Ｒ］_Ｌ＋［Ｔ］_Ｌ）≦０．４０ （２）
０．００≦［Ｅ］_Ｌ／（［Ｒ］_Ｌ＋［Ｔ］_Ｌ＋［Ｅ］_Ｌ）≦０．０３ （３）

Ｒ‐Ｔ相３は、例えば、ＲＴ_２相を含んでよい。つまり、Ｒ‐Ｔ相３に含まれる金属間化合物は、例えば、ＲＴ_２であってよい。ＲＴ_２は、Ｎｄ_1−γＣｅ_γＦｅ_２−δＣｏ_δと表されてよい。γは０以上１以下である。δは０以上２以下である。ＲＴ_２は、例えば、ＮｄＦｅ_２、又はＣｅＦｅ_２であってよい。Ｒ‐Ｔ相３は、Ｒ及びＴの金属間化合物に加えて、Ｒ及びＴ以外の微量の元素を含んでもよい。Ｒ‐Ｔ相３は、ラーベス（Ｌａｖｅｓ）相であってよい。Ｒ‐Ｔ相３の結晶構造は、Ｃ１５型であってよい。Ｒ‐Ｔ相３は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンを用いて、格子面（ｈｋｌ）に由来する回折ピークの回折角２θに基づいて特定されてよい。例えば、ＸＲＤパターンの測定にＣｕＫα線を用いた場合、Ｒ‐Ｔ相３の格子面（２２０）に由来する２θが、３４．０〜３４．７３°であってよい。また、ＸＲＤパターンの測定にＣｕＫα線を用いた場合、Ｒ‐Ｔ相３の格子面（３１１）に由来する２θが、４０．１０〜４０．９７°であってよい。上記２θは、Ｒ‐Ｔ相３に含まれる希土類元素Ｒの種類に応じて、上記範囲内で変化してよい。

１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌは、７６〜８４であってよい。１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが上記範囲内である場合、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。［Ｃｅ］_Ｌ及び［Ｒ］_Ｌは、ＳＥＭ‐ＥＤＳ分析により測定されてよい。また、焼結磁石１０における希土類元素Ｒの含有量が少なく、微細なＲ‐Ｔ相３を分析する必要がある場合、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属するＥＤＳを用いたＴＥＭ‐ＥＤＳ分析、又は、３次元アトムプローブ（３ＤＡＰ）分析により測定されてもよい。測定された［Ｃｅ］_Ｌと［Ｒ］_Ｌとから１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが算出されてよい。

Ｒリッチ相５におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５は、下記不等式（４）及び（５）を満たす相であってよい。
０≦［Ｃ］_Ｒ＋［Ｎ］_Ｒ＋［Ｏ］_Ｒ＜３０ （４）
０．５０≦［Ｒ］_Ｒ／（［Ｒ］_Ｒ＋［Ｔ］_Ｒ）≦１．００ （５）

異相７におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ｄ原子％と表される。異相７におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ｄ原子％と表される。異相７におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ｄ原子％と表される。異相７は、［Ｃ］_Ｄと［Ｎ］_Ｄと［Ｏ］_Ｄとの合計［Ｃ］_Ｄ＋［Ｎ］_Ｄ＋［Ｏ］_Ｄが３０〜１００である相であってよい。つまり、異相７は、下記不等式（６）を満たす相であってよい。異相７は、例えば、Ｒの酸化物、Ｒの炭化物及びＲの窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。
３０≦［Ｃ］_Ｄ＋［Ｎ］_Ｄ＋［Ｏ］_Ｄ≦１００ （６）

Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相における元素Ｅの含有量の合計が［Ｅ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相は、下記不等式（７）、（８）及び（９）の全てを満たす相であってよい。
０≦［Ｃ］_Ａ＋［Ｎ］_Ａ＋［Ｏ］_Ａ＜３０ （７）
０．２６≦［Ｒ］_Ａ／（［Ｒ］_Ａ＋［Ｔ］_Ａ）≦０．４０ （８）
０．０３＜［Ｅ］_Ａ／（［Ｒ］_Ａ＋［Ｔ］_Ａ＋［Ｅ］_Ａ）≦１．００ （９）

希土類元素Ｒは、Ｎｄ及びＣｅに加えて、その他の希土類元素をさらに含んでもよい。その他の希土類元素は、例えば、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）及びＴｂ（テルビウム）からなる群より選ばれる少なくも一種であってよい。希土類元素Ｒは、Ｎｄ及びＣｅのみからなっていてもよい。焼結磁石１０における希土類元素Ｒの含有量の合計［Ｒ］は、１４〜１８原子％であってよい。焼結磁石１０におけるＮｄの含有量［Ｎｄ］は、７〜１３原子％、又は９〜１１原子％であってよい。焼結磁石１０におけるＣｅの含有量［Ｃｅ］は、４〜８原子％であってよい。

遷移金属元素Ｔは、Ｆｅに加えて、Ｃｏ（コバルト）をさらに含んでもよく、その他の遷移金属元素をさらに含んでもよい。その他の遷移金属元素は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）等であってよい。遷移金属元素Ｔは、Ｆｅ及びＣｏのみからなっていてもよい。焼結磁石１０における遷移金属元素Ｔの含有量の合計［Ｔ］は、７６〜８４原子％であってよい。焼結磁石１０におけるＦｅの含有量［Ｆｅ］は、７２〜８４原子％であってよい。焼結磁石１０におけるＣｏの含有量［Ｃｏ］は、０〜５原子％であってよい。

焼結磁石１０におけるＢの含有量［Ｂ］は、４．２〜５．８原子％であってよい。

焼結磁石１０におけるＣｕの含有量［Ｃｕ］は、０．１〜２原子％、又は０．３〜１．０原子％であってよい。［Ｃｕ］が上記範囲内である場合、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。

焼結磁石１０は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）、Ａｇ（銀）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓｎ（錫）及びＢｉ（ビスマス）等の元素をさらに含んでもよい。

元素Ｅが、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｇａ、及びＢｉからなる群より選択される少なくとも一種と定義されるとき、焼結磁石１０における元素Ｅの含有量の合計［Ｅ］は、０〜１原子％であってよい。［Ｅ］が上記範囲内である場合、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。［Ｅ］が上記範囲内であると焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い理由は以下の通りである、と本発明者らは考える。焼結磁石１０が元素Ｅを含有する場合、焼結磁石１０の作製過程において、粒界相９にＲ_６Ｔ_１３Ｅ相が生成し易い。粒界相９にＲ_６Ｔ_１３Ｅ相が生成することにより、Ｒ‐Ｔ相３におけるＮｄの含有量が減少し、粒界相９の磁化が小さくなる。その結果、主相粒子１１同士の磁気分離が起こり易くなり、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。一方、［Ｅ］が上記上限値以下である場合、粒界相９に、遷移金属元素Ｔを含有しないＲ‐Ｅ相が生成し難いため、遷移金属元素Ｔが粒界相９に析出し難い。その結果、主相粒子１１間の磁気分離が起こり易くなり、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相は、例えば、Ｒ_６Ｆｅ_１３Ｅ相であってよい。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相におけるＮｄの含有量が［Ｎｄ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｅ相におけるＲの含有量の合計が［Ｒ］_Ａ原子％と表される。１００×［Ｎｄ］_Ａ／［Ｒ］_Ａは大きく、例えば、７０以上であってよい。なお、保磁力が大きくなり易い理由は、上記理由に限定されない。

焼結磁石１０の組成は、蛍光Ｘ線分析法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析法、不活性ガス融解‐非分散型赤外線吸収法、酸素気流中燃焼‐赤外吸収法、不活性ガス融解‐熱伝導度法等によって特定されてよい。

主相粒子１１の平均粒径（Ｄ５０）は、２〜１０μｍ、２．４〜１０μｍ、又は３〜６μｍであってよい。主相粒子１１のＤ５０が小さすぎると、主相粒子１１の生産が難しくなり易い。主相粒子１１のＤ５０が大きすぎると、主相粒子１１の体積が増加することにより、反磁界が増加し易い。その結果、磁化反転が起こり易くなり、焼結磁石１０の保磁力が低下し易い。主相粒子１１のＤ５０が上記範囲内であると、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。ただし、主相粒子１１のＤ５０が上記範囲外である場合であっても、本発明の作用効果は得られる。なお、気流粉砕法により、主相粒子１１のＤ５０が２μｍを下回るように主相粒子１１の原料を粉砕するためには、高速の気流を発生させるための圧縮機、又は硬質のセラミック板の冷却などが必要である。そのため、運転コストが高くなり易い。また、気流の速度が十分でないため、粉砕機に投入した原料の全てを２μｍ未満の微粉末として回収することができず、原料の利用率が低くなり易い。回収できなかった原料は損失となるため、焼結磁石１０の製造コストが高くなり易い。主相粒子１１のＤ５０が上記下限値以上であると、原料の利用率が高くなり易く、焼結磁石１０の製造コストが低くなり易い。

（焼結磁石の製造方法）
焼結磁石１０の製造方法は、以下の通りであってよい。所望の焼結磁石１０の組成に一致するように出発原料を秤量する。出発原料は、例えば、金属、又は合金であってよい。

下記のストリップキャスト法、高周波誘導溶解法、アーク溶解法、その他の溶解法により、上記の出発原料から原料合金を作製してよい。還元拡散法によって出発原料から原料合金を作製してもよい。原料合金の酸化を抑制するために、ストリップキャスト法等の溶解法を非酸化雰囲気中で実施してよい。非酸化雰囲気は、例えば、真空、又はＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスであってよい。

ストリップキャスト法では、上記出発原料を非酸化雰囲気中で溶解して、溶湯（原料合金の融液）を作製する。溶湯を非酸化雰囲気中で回転するロールの表面へ出湯（ｐｏｕｒ）する。金属ロールは水冷等で冷却されているので、溶湯がロールの表面で急冷され、凝固することにより、原料合金の薄板又は薄片（鱗片）が得られる。ロールは、例えば、銅製であってよい。

上記の溶解及び急冷によって得られた原料合金を粉砕して、粗粉末を得る。原料合金の粉砕方法は、例えば、水素粉砕であってよい。水素粉砕では、原料合金を水素雰囲気に置いて、原料合金に水素を吸蔵させる。原料合金が水素を吸蔵すると、原料合金の体積が膨張する。また、原料合金に含まれる金属の水素化反応が生じて、原料合金が脆くなる。その結果、原料合金にクラックが生じて、原料合金が粉砕される。粗粉末の粒径は、例えば、１０〜１０００μｍであってよい。

粗粉末を加熱することにより、粗粉末の脱水素を行ってよい。脱水素温度は、３００〜４００℃であってよい。脱水素時間は、０．５〜２０時間であってよい。

粗粉末を粉砕して、微粉末を得る。粗粉末を粉砕する前に、粗粉末に潤滑剤を添加してよい。粗粉末に潤滑剤を添加することにより、粗粉末を粉砕するときに、粉末同士が凝集し難く、粉末が粉砕装置の内壁に融着し難い。潤滑剤は、例えば、エステル系の有機物、アミド系の有機物であってよい。アミド系の有機物は、例えば、オレイン酸アミドであってよい。粗粉末は、気流式粉砕機（ジェットミル）等により粉砕してよい。ジェットミルによる粉砕では、粗粉末が、不活性ガスの気流によって加速された後、硬質のセラミック板に衝突することによって粉砕される。得られた微粉末は、ジェットミルの粒子捕集部（サイクロン）から回収される。不活性ガスは、窒素ガス等であってよい。微粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、２〜１０μｍであってよい。微粉末のＤ５０が小さすぎると、後述する時効処理を焼結体に施した際に主相に粗大粒子が生じ易い。その結果、焼結磁石１０の保磁力が小さくなり易い。微粉末のＤ５０が大きすぎると、主相粒子１１が大きくなり易い。その結果、焼結磁石１０の保磁力が小さくなり易い。微粉末のＤ５０が上記範囲内であることにより、焼結磁石１０の保磁力が大きくなり易い。

微粉末を成型機の成形空間（キャビティ）に入れ、微粉末を磁場中で加圧することにより、成形体を得る。加圧方向は、磁場方向に対して垂直な方向であってよい。磁場の強さは、例えば、９６０〜１６００ｋＡ／ｍであってよい。微粉末に加える圧力は、例えば、１０〜５００ＭＰａであってよい。

成形体を焼結して、焼結体を得る。焼結温度は、例えば、１０００〜１２００℃であってよい。焼結時間は、例えば、０．１〜１００時間であってよい。成形体の焼結は、減圧雰囲気、不活性雰囲気等で行ってよい。成形体を焼結している間、粒界相９は溶融状態であってよく、Ｒ‐Ｔ相３は形成されていなくてよい。焼結体における粒界相９は、Ｒ‐Ｔ相３等を含んでよい。

焼結体に時効処理を施すことにより、焼結磁石１０を得る。時効処理では、焼結体を加熱する。時効処理の温度は、上述した通りであってよい。時効処理の時間は、例えば、１〜１００時間であってよい。時効処理は、減圧雰囲気、不活性雰囲気等で行ってよい。時効処理は、１段階の熱処理から構成されても、２段階以上の熱処理工程から構成されてもよい。例えば、比較的高温で加熱した後、比較的低温で加熱してもよい。この場合、焼結磁石１０の保磁力がより大きくなり易い。時効処理後の焼結体の平均粒径（Ｄ５０）は、上記の主相粒子１１の平均粒径（Ｄ５０）と同じであってよい。

必要に応じて、得られた焼結磁石１０を所定の形状に加工してもよい。加工方法は、例えば、切断、研削などの形状加工、又は、バレル研磨などの面取り加工等であってよい。例えば、磁気特性を精密に測定するため、測定試料となる焼結磁石１０の表面を平坦に加工してよい。表面が平坦であることにより、測定試料の正確な寸法が得られる。表面を平坦に加工する方法は、例えば、湿式法、乾式法等であってよい。加工時間が短く、加工費用が安いことから、湿式法が好ましい。

（回転機）
本実施形態に係る回転機は、上記の焼結磁石１０ａを備える。回転機の内部構造の一例は、図３に示される。本実施形態に係る回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）である。回転機２００は、円筒状のロータ５０と、ロータ５０の内側に配置されるステータ３０と、を備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と、コア５２の内周面に沿って配置された複数の焼結磁石１０ａと、を有している。複数の焼結磁石１０ａは、コア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置されている。ステータ３０は、その外周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。コイル３２と焼結磁石１０ａとは互いに対面するように配置されている。

回転機２００は、電動機（モータ）であってよい。電動機は、コイル３２への通電によって生成する電磁石による界磁と、焼結磁石１０ａによる界磁と、の相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する。回転機２００は、発電機（ジェネレータ）であってもよい。発電機は、焼結磁石１０ａによる界磁とコイル３２との相互作用（電磁誘導）により、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。

電動機（モータ）として機能する回転機２００は、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ）、又は往復動モータであってよい。往復動モータとして機能するモータは、例えば、ボイスコイルモータ、又は振動モータであってよい。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００は、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、又は永久磁石交流発電機であってよい。回転機２００は、自動車、産業機械、又は家庭用電化製品等に用いられてよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の種々の変更が可能であり、これ等の変更例も本発明に含まれる。

以下では、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
以下に示す方法により、焼結磁石を作製した。焼結磁石の出発原料（単体又は合金）として、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｆｅ、ＦｅＢ、Ａｌ、Ｃｏ、及びＣｕを準備した。各出発原料の純度は９９．９質量％であった。焼結磁石の組成が９．６原子％Ｎｄ‐６．４原子％Ｃｅ‐７７．８原子％Ｆｅ‐５．０原子％Ｂ‐０．５原子％Ａｌ‐０．６原子％Ｃｏ‐０．１原子％Ｃｕとなるように、各出発原料を秤量して混合し、混合原料を調製した。ストリップキャスト法により、混合原料の溶融液をロールの表面で急冷することにより、合金の薄板を得た。

水素粉砕により薄板を粉砕して、粗粉末を得た。

粗粉末に潤滑剤を添加した。潤滑剤はオレイン酸アミドであった。粗粉末における潤滑剤の含有率は０．１質量％であった。潤滑剤を添加した粗粉末を、高圧の窒素ガス雰囲気中でジェットミルにより粉砕して、微粉末を得た。微粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、３μｍであった。

微粉末を成型機内の成型空間（キャビティ）に入れた。磁場中で微粉末を加圧して成形し、成形体を得た。加圧方向は、磁場方向に対して垂直な方向であった。磁場の強さは１５×（１０^３／４π）ｋＡ／ｍであった。微粉末に加えた圧力は１４０ＭＰａであった。

成形体を焼結して、焼結体を得た。焼結温度は１０００℃であった。焼結時間は４時間であった。

焼結体を加熱することにより、焼結体に時効処理を施した。時効処理の温度は９５０℃であった。時効処理の時間は１２時間であった。時効処理後の焼結体の平均粒径（Ｄ５０）は、３．２μｍであった。

湿式法により、時効処理後の焼結体の表面を平坦に加工して、実施例１の焼結磁石を得た。

［磁気特性の測定］
Ｂ‐Ｈトレーサーを用いて、実施例１の焼結磁石における減磁曲線を測定し、実施例１の焼結磁石の保磁力ＨｃＪ（単位：ｋＡ／ｍ）を求めた。減磁曲線の測定における最大印加磁界は３Ｔであった。実施例１のＨｃＪを表１に示す。下記表中の保磁力ＨｃＪの単位（ｋＯｅ）は、「×（１０^３／４π）×（ｋＡ／ｍ）」と等価である。ＨｃＪは、１２×（１０^３／４π）ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。

［組成の分析］
磁気特性を測定した後の実施例１の焼結磁石を不活性ガス雰囲気において加熱することにより、焼結磁石の熱消磁を行った。ＩＣＰ発光分析法により、熱消磁後の焼結磁石におけるＮｄ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｏ、及びＣｕそれぞれの含有量（単位：原子％）を測定した。なお、各含有量は、上記で測定された全ての元素の含有量の合計１００原子％を基準として算出された。各結果を表１に示す。

［１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌ］
実施例１の焼結磁石に対して、ＳＥＭ‐ＥＤＳ分析により、Ｒ‐Ｔ相におけるＮｄの含有量［Ｎｄ］_Ｌと、Ｒ‐Ｔ相におけるＣｅの含有量［Ｃｅ］_Ｌとを測定した。［Ｎｄ］_Ｌと［Ｃｅ］_Ｌとを合計して、Ｒ‐Ｔ相におけるＲの含有量の合計［Ｒ］_Ｌを求めた。［Ｃｅ］_Ｌと［Ｒ］_Ｌとから、１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌを求めた。結果を表１に示す。

（実施例２〜５）
実施例２〜５では、焼結磁石の組成が表１に示す組成となるように各出発原料を秤量した。この点を除いて、実施例１と同様の方法により、実施例２〜５それぞれの焼結磁石を個別に作製した。実施例２〜５それぞれの微粉末のＤ５０、及び時効処理後の焼結体のＤ５０を表１に示す。

実施例１と同様の方法により、実施例２〜５それぞれの焼結磁石の磁気特性を分析した。実施例１と同様の方法により、実施例２〜５それぞれの焼結磁石の組成を分析した。実施例１と同様の方法により、実施例２〜５それぞれの１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌを求めた。各結果を表１に示す。

（実施例６〜８）
実施例６〜８では、ジェットミルを用いて、微粉末のＤ５０が表１に示す値となるように粗粉末を粉砕した。この点を除いて、実施例１と同様の方法により、実施例６〜８それぞれの焼結磁石を個別に作製した。実施例６〜８それぞれの時効処理後の焼結体のＤ５０を表１に示す。

実施例１と同様の方法により、実施例６〜８それぞれの焼結磁石の磁気特性を分析した。実施例１と同様の方法により、実施例６〜８それぞれの焼結磁石の組成を分析した。実施例１と同様の方法により、実施例６〜８それぞれの１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌを求めた。各結果を表１に示す。

（比較例１及び２）
比較例１及び２では、焼結磁石の組成が表１に示す組成となるように各出発原料を秤量した。この点を除いて、実施例１と同様の方法により、比較例１及び２それぞれの焼結磁石を個別に作製した。比較例１及び２それぞれの微粉末のＤ５０、及び時効処理後の焼結体のＤ５０を表１に示す。

実施例１と同様の方法により、比較例１及び２それぞれの焼結磁石の磁気特性を分析した。実施例１と同様の方法により、比較例１及び２それぞれの焼結磁石の組成を分析した。実施例１と同様の方法により、比較例１及び２それぞれの１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌを求めた。各結果を表１に示す。

（比較例３）
比較例３における時効処理の温度は８００℃であった。この点を除いて、実施例１と同様の方法により、比較例３の焼結磁石を作製した。比較例３の微粉末のＤ５０、及び時効処理後の焼結体のＤ５０を表１に示す。

実施例１と同様の方法により、比較例３の焼結磁石の磁気特性を分析した。実施例１と同様の方法により、比較例３の焼結磁石の組成を分析した。実施例１と同様の方法により、比較例３の１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌを求めた。各結果を表１に示す。

時効処理の温度を下記表１ではＴ_Ａと表記する。１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌを下記表１ではＣｅ／Ｒと表記する。

表１に示すように、全ての実施例の保磁力は１２ｋＯｅ以上（９５５ｋＡ／ｍ以上）であった。一方、保磁力が１２ｋＯｅ以上である比較例はなかった。本発明によれば、Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも保磁力が大きい焼結磁石が提供されることが確認された。

実施例６の微粉末のＤ５０は、実施例１に比べて、小さかった。その結果、実施例６の保磁力は、実施例１に比べて、大きかったと考えられる。

実施例７の微粉末のＤ５０は、実施例１に比べて、大きかった。その結果、実施例７の保磁力は、実施例１に比べて、小さかったと考えられる。

実施例８の微粉末のＤ５０は、実施例１に比べて、大きかった。その結果、実施例８の保磁力は、実施例１に比べて、小さかったと考えられる。

比較例１の焼結磁石は、Ｃｕを含有しなかった。その結果、比較例１では、１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが低くなり、保磁力が小さかったと考えられる。

比較例２では、［Ｃｕ］が多かったため、１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌは大きかった。しかしながら、Ｎｄ‐Ｃｕ相の増加によって主相においてＮｄが不足し、異相（αＦｅ）が析出した。その結果、保磁力が小さかったと考えられる。

比較例３では、時効処理の温度が低かった。その結果、１００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが低くなり、保磁力が小さかったと考えられる。

本発明に係る焼結磁石は、例えば、回転機に用いられる。

３…Ｒ‐Ｔ相、５…Ｒリッチ相、７…異相、９…粒界相、１０，１０ａ…焼結磁石、１０ｃｓ…焼結磁石の断面、１１…主相粒子、３０…ステータ、３２…コイル、５２…コア、２００…回転機。

Claims (2)

1. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素を含有する複数の主相粒子と、
   前記複数の主相粒子の間に位置する粒界相と、を備える焼結磁石であって、
   前記希土類元素Ｒが、少なくともネオジム及びセリウムを含み、
   前記遷移金属元素Ｔが、少なくとも鉄を含み、
   前記焼結磁石における銅の含有量が０．１〜２原子％であり、
   前記粒界相が、前記希土類元素Ｒ及び前記遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相を含み、
   前記Ｒ‐Ｔ相における前記希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｌ原子％であり、
   前記Ｒ‐Ｔ相におけるセリウムの含有量が［Ｃｅ］_Ｌ原子％であり、
   １００×［Ｃｅ］_Ｌ／［Ｒ］_Ｌが７５〜１００である、
   焼結磁石。
2. 請求項１に記載の焼結磁石を備える回転機。

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