JP3618648B2

JP3618648B2 - 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: JP3618648B2
Application number: JP2000243642A
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: JP2002057015A

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おける材料組成や製造条件を詳細に研究した結果、磁石の材料組成に着目することにより、本発明の異方性磁石等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、α−Ｆｅ相、およびＮｄ−Ｃｕ相の３相を少なくとも含むと共に、組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ−Ｚ}Ｂ_ｙＣｕ_Ｚ（２ａｔ％≦ｘ≦１０ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、０．５ａｔ％≦ｚ≦１０ａｔ％）で表せる、ことを特徴とする（請求項１）。
これによれば、３相の相互作用に基づく高飽和磁化、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異方性磁石とすることができる。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。
【００１０】
尚、Ｎｄを２〜１０ａｔ％とし且つＢを１〜５ａｔ％としたのは、この範囲であれば、磁石材料全体に占めるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶相と高飽和磁化の軟磁性相（ＦｅまたはＦｅ_３Ｂ等）が割合が好適となり、これらの相互作用により高い磁束密度と大きな保磁力が得られるためである。また、Ｎｄが２ａｔ％未満または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すぎて十分な保磁力が得られなくなる。更に、Ｎｄが１０ａｔ％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。
【００１１】
一方、Ｃｕの添加により、生成される低融点のＮｄ−Ｃｕ相が前記Ｎｄリッチ粒界相と同様の作用を果たし、後述する塑性加工による異方性化の度合を高めているもと推測される。Ｃｕが０．５ａｔ％未満では異方性化の度合が低く、１０ａｔ％を越えると磁化が低下するため、これらを除いた上記ｚの範囲とした。
特に、前記組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ−Ｚ}Ｂ_ｙＣｕ_Ｚ（２ａｔ％≦ｘ≦７ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、ｚ＝３ａｔ％）で表せる、異方性磁石（請求項２）とすることにより、最大エネルギ積を一層高くすることができる。
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勿論、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３）。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Ｃｕのうちの５０ａｔ％以下を、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｎ，および、Ｎｉのうちの１種または２種以上と置換してなる、異方性磁石も含まれる（請求項４）。これによれば、磁石の磁束密度や保磁力を更に高められる。但し、５０ａｔ％超の添加は、磁束密度や保磁力が低下するため除外した。
また、前記Ｎｄ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、異方性磁石も含まれる（請求項５）。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、上記置換量が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。
【００１４】
更に、前記３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６）。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７〜３５ｋＯｅである、異方性磁石も含まれる（請求項７）。
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、α−Ｆｅ相、およびＮｄ−Ｃｕ相の３相を少なくとも含み、且つ組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ−Ｚ}Ｂ_ｙＣｕ_Ｚ（２ａｔ％≦ｘ≦１０ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、０．５ａｔ％≦ｚ≦１０ａｔ％）で表せられる多数の粉末またはバルク体を、７００〜１１００℃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８）。これによれば、従来に比べて異方性化を高め且つ保磁力を向上させた磁石を確実に提供できる。
尚、上記温度が７００℃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範囲とした。特に、最大エネルギ積を高めるため、上記温度は８００℃〜１０００℃が望ましく、８５０℃〜９５０℃とすると一層望ましくなる。尚また、上記バルク体は、粉末が集合した塊状物を指す。
【００１６】
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９）。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。
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１０）。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して製造することができる。
【００１７】
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１１）。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、射出成形など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。
【００１８】
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１２）。
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る出力できる。このため、例えば電気自動車、ＯＡ機器、オーディオまたはビデオ機器、各種のデジタル機器、携帯型コンピュ−タ、或いは、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、あるいは板状などの形状が用いられる。
【００１９】
【発明の実施の形態および実施例】
以下において本発明の実施に好適な形態および実施例を図面と共に説明する。図１（Ａ）に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｂ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、Ｎｄ_７Ｆｅ_８２Ｃｏ_５Ｃｕ_３Ｂ_３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。
【００２０】
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。
【００２１】
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８５０℃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。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が揃っている異方性を有する。
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。
【００２２】
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８５０℃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。
【００２３】
（実施例１）
前記と同じ組成および製造条件（据え込み加工温度：８５０℃）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の直方体からなる実施例１の磁石片を作成した。この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。
【００２４】
【表１】

【００２５】
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約５９ＭＧＯｅ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６０ＭＧＯｅレベルを実現することができた。また、飽和磁化は１５．５ｋＧを越え且つ固有保磁力も７ｋＯｅを越えていた。そして、実施例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、α−Ｆｅ相、およびＮｄ−Ｃｕ相の混合物であることが確認された。
以上の結果から、本発明の異方性磁石３８が、優れた磁気特性を有していることが裏付けられた。
【００２６】
(実施例２)
前記と同じ組成および製造条件によって、前記と同じ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８５０℃に加熱した状態で、後方押出加工した後、着磁を行った。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を着磁し、切削加工して縦４ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ２ｍｍの瓦状体からなる実施例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。
【００２７】
【表２】

【００２８】
表２の結果から、磁石５０は最大エネルギ積が約５３ＭＧＯｅ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ことが判明した。また、飽和磁化は１５．５ｋＧを越え且つ固有保磁力も７ｋＯｅを越えていた。そして、実施例２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、α−Ｆｅ相、およびＮｄ−Ｃｕ相の混合物であった。以上の結果から、本発明の異方性磁石５０が、優れた磁気特性を有していることが裏付けられた。
【００２９】
（実施例３）
前記と同じ組成および製造条件（据え込み加工温度：８５０℃）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。
上記磁性粉末に対し、６ｗｔ％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、円柱形を呈する実施例３の異方性ボンド磁石を製造した。
一方、前記と同じ組成と寸法を有し据え込み加工を６００℃で行った磁石を製造し、上記同様に同じ樹脂を混合した後、混練および射出成形して、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の実施例３の磁石片と比較例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。
【００３０】
【表３】

【００３１】
表３の結果から、実施例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３〜４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。
【００３２】
（実施例４）
実施例３と同じ磁性粉末に２ｗｔ％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。
上記成形体を脱磁し、窒素雰囲気中おいて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、実施例４の異方性ボンド磁石を得た。
一方、前記と同じ組成と寸法を有し据え込み加工を６００℃で行った磁石を製造し、上記同様に同じ樹脂を混合した後、混練および圧縮成形して、比較例２の異方性ボンド磁石を製造した。
各例のボンド磁石（外径１０ｍｍ×高さ７ｍｍの円柱体）の実施例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。
【００３３】
【表４】

【００３４】
表４の結果によれば、実施例４の磁石片の最大エネルギ積は約３６ＭＧＯｅであり、比較例２の約４倍であった。これは、前記高圧力の圧縮加工により、異方性が著しく高められたためであり、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。
【００３５】
（実施例５〜３９）
表５に示すＮｄ−Ｆｅ−Ｃｕ−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を作成した。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。
次に、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て７００〜１１００℃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、軸方向における加工率が８５％となる据え込み加工をそれぞれ行った。
【００３６】
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、内部における多数の前記粉末１０が偏平であるため、着磁すると前記図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５〜３９の磁石片を作成した。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５に示す。
【００３７】
【表５】

【００３８】
表５によれば、実施例５〜３９の磁石片の最大エネルギ積は約３７〜６９ＭＧＯｅであり、通常の等方性ボンド磁石のレベル（約７〜１２ＭＧＯｅ）の約３倍以上であった。このうち、実施例８〜１２，２０は、６０ＭＧＯｅを越え、従来の異方性磁石に比べても高くなった。これにより、前記請求項２の組成式における（２ａｔ％≦ｘ≦７ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、ｚ＝３ａｔ％）の効果が確認された。しかも、実施例５〜３９の磁石片の飽和磁化は１５．５ｋＧを全て越え、且つ固有保磁力も７ｋＯｅを全て越えていた。
また、同じ組成で加工温度が異なる実施例１４，１９〜２１では、加工温度が８５０℃または９５０℃の実施例１４，２０のほうが、実施例１９，２１よりも最大エネルギ積が高くなった。これにより、加工温度は８５０〜９５０℃の範囲が望ましいことが理解される。因みに、実施例１９などと同じ組成で加工温度が６００℃と低い比較例３では、最大エネルギ積が約１６ＭＧＯｅと低く、且つ飽和磁化や残留磁化も低い値となった。
【００３９】
更に、Ｃｏを多く含む実施例２２，２３では、最大エネルギ積が約６０ＭＧＯｅで、且つ固有保磁力も約１９〜２０ｋＯｅと高くなっていた。
また、表５によれば、Ｐｒなどの希土類元素を含む実施例２４〜２８も、最大エネルギ積が約５４〜６８ＭＧＯｅと高く、且つ固有保磁力も約２０〜３５ｋＯｅと一層高めになった。加えて、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｎｉの何れかを含む実施例２９〜３９も、約５９〜６５ＭＧＯｅの一層高めの最大エネルギ積と約１８〜２４ｋＯｅの高い固有保磁力とを保有していた。
以上に説明した実施例１〜３９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。
【００４０】
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。
【００４１】
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３０〜４０％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。
【００４２】
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２４〜２８に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｂ系合金に添加する希土類元素は、実施例２８のＤｙとＣｅと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２９〜３９に示すように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金に添加する金属元素は、Ｓｉ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｐ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｎ、またはＮｉを個別に添加するに限らず、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１〜３９に挙げた以外の合金組成であっても、請求項１〜５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。
【００４３】
【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、α−Ｆｅ相、およびＮｄ−Ｃｕ相の３相を少なくとも含むと共に、組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ−Ｚ}Ｂ_ｙＣｕ_Ｚ（２ａｔ％≦ｘ≦１０ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、０．５ａｔ％≦ｚ≦１０ａｔ％）で表せる、
ことを特徴とする異方性磁石。
前記組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ−Ｚ}Ｂ_ｙＣｕ_Ｚ（２ａｔ％≦ｘ≦７ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、ｚ＝３ａｔ％）で表せる、
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３０ａｔ％以下をＣｏで置換してなる、
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Ｃｕのうちの５０ａｔ％以下を、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｎ，および、Ｎｉのうちの１種または２種以上と置換してなる、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、
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３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１〜５の何れかに記載の異方性磁石。
前記磁石または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７〜３５ｋＯｅである、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の異方性磁石。
Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、α−Ｆｅ相、およびＮｄ−Ｃｕ相の３相を少なくとも含み、且つ組成式がＮｄ_ｘＦｅ_{１００−ｘ−ｙ−Ｚ}Ｂ_ｙＣｕ_Ｚ（２ａｔ％≦ｘ≦１０ａｔ％、１ａｔ％≦ｙ≦５ａｔ％、０．５ａｔ％≦ｚ≦１０ａｔ％）で表せられる多数の粉末またはバルク体を、７００〜１１００℃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８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８または９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８〜１０の何れかに記載の異方性磁石の製造方法。
請求項１乃至７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。