JP3618647B2

JP3618647B2 - 異方性磁石とその製造方法およびこれを用いたモータ

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Publication number: JP3618647B2
Application number: JP2000243637A
Authority: JP
Inventors: 秀昭小野; 宗勝島田; 憲尚脇; 章藤木; 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: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002057014A

Description

【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−Ｆｅ−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（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｇｎｅｔｉｓｍａｎｄＭａｇｎｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ、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_２Ｆｅ_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Ｎｄ−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（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ、１９９９年、第３５巻・第５号、３２６８〜３２７０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）。
【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５at％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７at％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】
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Ｃｏで置換してなる、異方性磁石も含まれる（請求項２）。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、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、異方性磁石も含まれる（請求項３）。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４）。
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５０at％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５）。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、１５．５ｋＧ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６）。
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（５at％≦ｘ≦７at％、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７)。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８）。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９）。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１０）。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１１）。
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、参考形態である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、３００μｍ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１３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１８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】
(参考例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４．５ｍｍ×厚さ４．５ｍｍの直方体からなる参考例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、参考例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、参考例１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】
(参考例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、後方押出加工を行った。この結果、外径２０ｍｍ、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２ｍｍの瓦状体からなる参考例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】
(参考例３)
前記参考例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５０〜３００μｍ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、円柱形を呈する参考例３の異方性ボンド磁石を製造した。
また、前記参考例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７ｍｍの参考例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、参考例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】
(参考例４)
参考例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、参考例４の異方性ボンド磁石を得た。
また、前記参考例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）の参考例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、参考例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１〜２６)
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３４，３６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３８は、内部の多数の前記粉末１０が偏平であるため、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１〜２６の磁石片と参考例５〜１１の磁石片とを作成した。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、表５中の「実」は実施例を、「参」は参考例を示す。
【００３６】
【表５】

【００３７】
表５によれば、実施例１〜２６の磁石片の最大エネルギ積は約５０〜７０ＭＧＯｅであり、通常の等方性ボンド磁石のレベル（約７〜１２ＭＧＯｅ）の約４倍以上であった。このうち、実施例１〜３，５〜７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１のように、５at％≦Ｘ≦７at％，１at％≦Ｙ≦５at％の範囲が望ましいことが確認された。しかも、実施例１〜２６の磁石片の飽和磁化は１６ｋＧを全て越え、且つ固有保磁力も９ｋＯｅを全て越えていた。
また、実施例７と同じ組成で加工温度が１１００℃と高い実施例８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９００℃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７，８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１０，１１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、Ｃｅなどの希土類元素を含む実施例１２〜１５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１６〜２６も、約５０〜６４ＭＧＯｅ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１〜２６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、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１２〜１５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１５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，Ｄｙ，Ｔｂの複合添加も可能である。
また、表５中の実施例１６〜２６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，Ｔａ，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１〜２６に挙げた以外の合金組成であっても、請求項１〜４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

Claims

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（５at％≦ｘ≦７at％、１at％≦ｙ≦５at％）で表せる、ことを特徴とする異方性磁石。
前記Ｆｅのうちの３０ at ％以下をＣｏで置換してなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の異方性磁石。
前記Ｆｅのうちの１ at ％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または２に記載の異方性磁石。
前記Ｎｄのうちの５０ at ％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１〜３の何れかに記載の異方性磁石。
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１〜４の何れかに記載の異方性磁石。
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４〜３０ｋＯｅである、
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。
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（５at％≦ｘ≦７at％、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。
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７に記載の異方性磁石の製造方法。
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７または８に記載の異方性磁石の製造方法。
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７〜９の何れかに記載の異方性磁石の製造方法。
請求項１乃至６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。