JP3822031B2 - 交換スプリング磁石粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法に係り、更に詳細には、モータ、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ及びトルクセンサ等に好適に用いることのできる異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石材料としては、化学的に安定で低コストなフェライト磁石や高性能な希土類系磁石が実用化されている。これらの磁石は磁石化合物としてほぼ単一の化合物で構成されているが、近年、高保磁力の永久磁石材料と高磁束密度の軟磁性材料を複合化した交換スプリング磁石が注目されている。
かかる交換スプリング磁石には高い最大エネルギー積が期待されており、理論的には７９００ＭＡ／ｍ（１００ＭＧＯｅ）以上の極めて高い磁石特性が実現可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在開発されている交換スプリング磁石は等方性磁石であり、得られる最大エネルギー積も１５８０ＭＡ／ｍ（２０ＭＧＯｅ）程度の低い値にとどまっている。これは、交換スプリング磁石を構成する結晶粒の方向性が一定方向に揃っていないために特性向上がなされていないことが最大の原因であり、交換結合を示すような微細で且つ結晶方向が揃った異方性交換スプリング磁石を実現するために多くの研究がなされている。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、有意な異方性を有し、良好な最大エネルギー積を有する交換スプリング磁石を実現できる、異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の結晶質母材を特定のアモルファス化工程及び結晶化工程で処理することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法は、永久磁石材料と軟磁性材料を複合化して成る異方性交換スプリング磁石粉末であって、
元素成分として、希土類元素と、６３〜８７原子％の鉄（Ｆｅ）と５〜８原子％のコバルト（Ｃｏ）が少なくとも包含される遷移金属元素と、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）から成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を１〜２５原子％含み、
上記永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下である、異方性交換スプリング磁石粉末を製造するに当たり、
上記永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質母材及び／又はアモルファス部を有する該結晶質母材を、ボールミル法又はプラズマ照射法によりこの母材中に微細な結晶粒が残留している状態にするアモルファス化工程と、これに続く熱処理であって、該結晶粒が交換結合を行うような微細な結晶粒に結晶化される結晶化工程から成る連続工程で１回以上処理することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の異方性交換スプリング磁石材料粉末の製造方法の好適形態は、上記希土類元素の含有量が２〜１５原子％であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の好適形態は、上記希土類元素が、ネオジウム（Ｎｄ）、プラセオジウム（Ｐｒ）及びサマリウム（Ｓｍ）から成る群より選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の好適形態は、上記アモルファス部を有する結晶質母材は、磁化の温度特性から得られるアモルファス部含有量が９５％以下であることを特徴とする。
【００１０】
更にまた、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の他の好適形態は、上記結晶化工程の際、上記アモルファス化工程でアモルファス化された結晶質母材に異方性を付与して固化成形することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の他の好適形態は、上記アモルファス化工程を、真空中、不活性ガス中、窒素中及び有機溶媒中のいずれかで酸素を遮断した状態で行うことを特徴とする。
また、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の更に他の好適形態は、上記結晶化工程を、真空中、不活性ガス中、窒素中及び有機溶媒中のいずれかで酸素を遮断した状態で行うことを特徴とする。
更にまた、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法のその他の好適形態は、上記結晶化工程の結晶化加熱処理温度が９５０℃以下であることを特徴とする。
また、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の他の好適形態は、上記結晶化工程の結晶化加熱処理時間が１時間以内であることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明によれば、結晶粒径が微細で且つ結晶方向が揃った異方性交換スプリング磁石粉末及び異方性交換スプリング磁石が得られる。
なお、本発明の製造方法を行う際、アモルファス化工程と結晶化工程の連続工程を繰り返し実施すれば、より微細で磁石特性に優れた異方性交換スプリング磁石粉末を得ることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末について詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
この交換性スプリング磁石粉末は、永久磁石材料と軟磁性材料を複合化して成る異方性に優れた交換スプリング磁石粉末である。
元素成分としては、希土類元素と、遷移金属元素と、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）又は酸素（Ｏ）及びこれらの任意の混合元素を含み、永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下である。
【００１４】
ここで、永久磁石材料としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系、Ｂａ６（バリウム）−Ｆｅ２Ｏ３系及びＳｒ（ストロンチウム）６−Ｆｅ２Ｏ３系などの材料を挙げることができ、軟磁性材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｎ系材料や、Ｍｎ（マンガン）−Ｚｎ（亜鉛）系フェライト、Ｎｉ（ニッケル）−Ｚｎ系フェライト及びＦｅ３Ｏ４系フェライトなどを挙げることができる。
【００１５】
本発明で得られる交換性スプリング磁石粉末では、上述の如き永久磁石材料と軟磁性材料が複合化されており、これを換言すると、この磁石粉末では、隣接する永久磁石材料相の磁化と軟磁性材料相の磁化が交換結合している状態で両者が混在していることになる。
そして、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末は、大きな異方性を示し、代表的には、次式
Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥＝１０〜３０
（式中のＢｒ／／は磁場中成形時の磁場印加方向の残留磁束密度、Ｂｒ⊥はこの磁場印加方向に垂直方向の残留磁束密度を示す）で表される異方性強度を有する。
【００１６】
一方、本発明で得られる交換性スプリング磁石粉末は、元素成分の観点からは、希土類元素と、遷移金属元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ又Ｏ及びこれらの任意の組合せに係る元素を含有し、希土類元素と、少なくともＦｅとＣｏをそれぞれ６３〜８７原子％、５〜原子％の割合で含む遷移金属元素と、ＢやＣ等の元素を必須成分とする。
この場合、希土類元素としては、特に限定されるものではないが、Ｎｄ、Ｐｒ又はＳｍ及びこれらの任意の組合せに係る元素が好適であり、遷移金属元素としても特に限定されるものではないが、Ｆｅ及び／又はＣｏを主成分として用いることが好ましい。なお、遷移金属元素としては、その他にバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びジルコニウム（Ｚｒ）等の元素を用いることも可能である。
【００１７】
また、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末において、上記希土類元素やＢ、Ｃ等の元素の含有量は、上述した特性を発揮する限り特に限定されるものではないが、代表的には、希土類元素含有量が２〜１５原子％であることが好ましく、Ｂ、Ｃ等の元素含有量が１〜２５原子％以下であることを要する。
希土類元素含有量が２原子％未満では、その後に製造される磁石中の永久磁石材料の含有量が低下し、１５原子％を超えると、軟磁性材料の含有量が低下して、いずれの場合でも磁石性能が低下してしまうことがある。
一方、Ｂ、Ｃ等の元素含有量が上述の範囲を逸脱すると、本発明の狙いとする磁石材料にとって好ましくない化合物が生成したり、磁石材料中の化合物組成比が好ましい範囲を外れるなどの不都合が生じて磁石材料の性能が低下してしまうことがある。なお、遷移金属元素については、７０〜８５原子％とすることが好ましい。
【００１８】
更に、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末においては、上述した永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下に制御されており、これにより、この磁石粉末は良好な交換結合性を示す。
粒径が１５０ｎｍを超えると、良好な磁気特性が得られないことがあり、本発明の意図する磁石材料が得られない。
【００１９】
次に、本発明の交換スプリング磁石粉末の製造方法について詳細に説明する。
本発明の交換スプリング磁石粉末の製造方法は、上述のような交換スプリング磁石粉末を得る方法であり、上記永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質母材若しくはかかる結晶質母材の一部にアモルファス部を形成した材料、又は両者の混合物につき、アモルファス化処理と結晶化処理を少なくとも１回ずつ連続的に施すことにより行われる。
【００２０】
ここで、上記結晶質母材は、上述したような永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質の磁性材料であり、その元素成分も上述の通りであり、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末との大きな差異は、隣接する永久磁石相と軟磁性相の磁化が交換しているか否かである。
本発明の製造方法において、かかる結晶質母材へのアモルファス部の導入は、公知の技術、例えば高周波溶解法や液体急冷法やアトマイズ法などによって行うことができる。
【００２１】
このように、結晶質母材の一部に予めアモルファス部を導入することの利点は、その後のアモルファス化工程を簡素化・短時間化できるため、母材の酸化を十分に抑制できることにあり、これにより、得られる交換スプリング磁石粉末の磁石特性を更に向上できる。
このとき、母材中のアモルファス部の含有量は、磁化の温度特性から評価できるが、９５％以下の範囲とすることが望ましい。これを超えてアモルファス部を多くすると、母材結晶の配向度が低下して磁石特性が低下してしまうことがある。
【００２２】
また、上記アモルファス化工程は、ボールミル法やプラズマ照射法等を適用することによって行うことができ、この工程により、結晶質母材及び／又はこれにアモルファス部を導入した材料を、アモルファスマトリックスの中に微細な結晶粒が残留している状態へとアモルファス化させる。
そして、本製造方法では、このアモルファス化工程に引き続き熱処理による結晶化工程を実施するが、この工程により、上記アモルファスマトリックス中の結晶粒が交換結合を行うような微細な結晶粒に結晶化され、この際、在留していた微細結晶粒の方向に連続的に結晶が成長するために、一つの母結晶粒内では微細で且つ結晶方向が揃った異方性交換スプリング磁石粉末が形成されることになる。
【００２３】
なお、本製造方法おいて、上記アモルファス化工程及び／又は結晶化工程は、酸素を遮断した状態、例えば真空中、不活性ガス中、窒素中又は有機溶媒中で行うことが望ましい。かかる条件下で行うことにより、希土類系磁石化合物の劣化を防止することができ、得られる交換スプリング磁石粉末の磁石特性の低下を防止することが可能となる。
また、本製造方法では、上記アモルファス化工程と結晶化工程（アモルファス化−結晶化の連続工程）を１回以上繰り返すことが望ましく、これにより、結晶配向度がいっそう向上して異方性付与効果が大きくなり、磁石特性の向上に有効となる。
【００２４】
なお、上記結晶化工程では、上述のような交換結合を実現できる結晶化が行えれば十分であるが、代表的には、結晶化加熱処理温度を９５０℃以下とすることが好ましい。９５０℃を超えると、微細な結晶粒の異方性交換スプリング磁石粉末が得られないことがあり、磁気特性の劣化が発生するため、９５０℃以下で行うことが望ましく、同様の理由で、結晶化加熱処理時間は１時間以内にすることが望ましい。
【００２５】
また、本製造方法では、この結晶化工程を圧縮下に行うことも可能であり、これにより、結晶成長を促進することができる。
圧縮方法としては、例えばホットプレスや放電プラズマ焼結方法が適用でき、ホットプレスの場合は４９〜９８ＭＰａ（０．５〜１．０ｔｏｎ／ｃｍ２）、放電プラズマ焼結方法の場合は４９０〜９８０ＭＰａ（５〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２）程度の圧力で圧縮することが望ましい。
【００２６】
更に、かかる熱処理による結晶化工程では、前工程でアモルファス化された磁性材料に異方性を付与した後に固化成形し、これを結晶化させてもよく、これにより、結晶配向度を更に向上して磁石特性を更に改善することができる。
かかる異方性を付与する方法としては、例えば磁場中において結晶方向を揃えた状態で圧縮成形を行うといった方法がある。また、このときの処理条件としては、磁場強度１５８０ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、圧縮圧力９８〜２９４ＭＰａ（１〜３ｔｏｎ／ｃｍ２）で、常温とすることが望ましい。
【００２７】
次に、本発明で得られる異方性交換スプリング磁石について詳細に説明する。
この異方性交換スプリング磁石は、上述した本発明で得られる異方性交換スプリング磁石粉末を用いて得られるものであり、かかる磁石粉末を異方性付与成形工程及び固化工程で処理することによって得られる。
なお、この際の固化工程としては、結晶粒の粗大化を防止する必要があるため、低温でのフルデンス化が可能であるホットプレス法やプラズマ焼結法などが有効である。
【００２８】
また、本発明で得られる異方性交換スプリング磁石は、代表的にはバルク型異方性交換スプリング磁石として得られるが、同じ形態の既存の樹脂や低融点金属ボンド磁石又はフルデンス磁石に比べて大きな最大エネルギー積を示すので、モータ、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ及びトルクセンサ等に応用すると、製品の小型軽量化を促進し、例えば自動車用部品に適用した場合には、燃費の飛躍的向上が可能となる。
更に、かかるバルク磁石は極めて大きな最大エネルギー積を有するため、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ及びトルクセンサの中でも、特に電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動用モータに適用することで、これまではスペースの確保が困難であった場所に駆動用モータを搭載することを可能とし、環境問題を一気に解決できるものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
高周波誘導溶解させたＮｄ４Ｆｅ８８−ｘＣｏ５Ｎｂ３Ｂｘ組成合金を用い、液体急冷法によりアモルファス部を含む結晶質の母材料を作製した。次いで、この結晶質母材を１ｍｍ以下に粉砕した粗粉末に、プラズマ照射法によるアモルファス化処理を施し、その後、結晶化処理を施し、これらの処理を所定のサイクル実施して本例の異方性交換スプリング磁石粉末を作製した。この磁石粉末において、永久磁石材料であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの結晶粒径は約４０ｎｍ、軟磁性材料であるＦｅ３Ｂの結晶粒径は約４０ｎｍであった。
なお、ここでのプラズマ照射法は、上記粗粉末を高周波アルゴン（Ａｒ）プラズマ中に曝すことによって行い、この粗粉末をその表面方向からプラズマエネルギーでアモルファス化させるものである。
得られた交換スプリング磁石粉末を１００μｍ以下に粉末化した後、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中でプレス成形して圧粉体を作製し、最大１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の直流ＢＨトレーサにて、磁場印加方向とこれに垂直方向での磁化曲線を測定して、これらの曲線の相違から異方性の有無を確認した。
【００３１】
図１は、上記合金でｘ＝１９の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が８０％である母材について、結晶化工程を６５０℃×１０ｍｉｎの真空中熱処理とし、アモルファス化と結晶化のサイクル回数と、異方性の強度（磁場中成形時の磁場印加方向の残留磁束密度Ｂｒ／／とこれに垂直方向の残留磁束密度Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
図１より、本発明のプロセスの効果は極めて大きく、１回のアモルファス化と結晶化により異方性が付与できることが分かる。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向も示されている。
【００３２】
図２は、図１と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。磁石特性として重要な保磁力は、母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
また、このようなプロセスの繰り返し回数による異方性の増大は、表１に示したような各種の永久磁石材料と軟磁性材料を組み合わせた交換スプリング磁石粉末においても同様であり、図２にデータを併記した。
【００３３】
【表１】
【００３４】
図３は、ｘ＝２０の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が９０％である母材について、結晶化工程として、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中で異方性付与して圧縮成形した後に真空中、ホットプレス圧縮圧力５９ＭＰａ（０．６ｔｏｎ／ｃｍ２）、６５０℃×１０ｍｉｎ．のホットプレスを行った場合のアモルファス化、結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
本プロセスの効果は極めて大きく１回の実施により異方性が付与できることがわかる。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向も示されている。
【００３５】
図４は、図３と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。磁石特性として重要な保磁力は、母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
【００３６】
図５は、ｘ＝０．５〜３０の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が７５％である母材に関して、結晶化工程を６５０℃×１０ｍｉｎ．の真空中熱処理とし、アモルファス化と結晶化のサイクル回数を３としてｘと異方性強度の関係を評価した圧粉体の最大エネルギー積を示したものである。
このときの圧粉体の最大エネルギー積は、圧粉体作製時の磁場印加方向の磁化曲線から求めたものであり、粉末の磁気特性として示している。
組成範囲としては、Ｂが１〜２５原子％において、現状の磁石材料を上回る高特性が得られることがわかる。
【００３７】
図６は、ｘ＝１９の組成を有する母材について、結晶化工程を６５０℃×１ｍｉｎ．の真空中熱処理、結晶化のサイクル回数を３として、アモルファス部含有量と異方性強度を評価した圧粉体の最大エネルギー積の相対値を示したものである。アモルファス部含有量は母材の磁化−温度特性から評価した。
アモルファス部含有量が９０％以上で急激に磁石特性が低下するのは、異方性が低下することが原因である。また、アモルファス部を含有させることにより酸素濃度の定量評価から素材の酸化が低減できていることが判明した。
【００３８】
（実施例２）
高周波誘導溶解したＮｄｘＦｅ８４−ｘＣｏ８Ｖ２Ｂ６組成合金を用いて、液体急冷法でアモルファス部を含む結晶質の母材を作製し、この母材をステンレス製ボールとともにシクロヘキサンを溶媒としてステンレス製ボールミルポット内に投入し、ボールミル法によりアモルファス化処理を行った。
その後、結晶化工程を施し、これらの処理を所定のサイクル実施して、本例の異方性交換スプリング磁石粉末を作製した。なお、この磁石粉末において、永久磁石材料であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの結晶粒径は約５０ｎｍ、軟磁性材料であるＦｅの結晶粒径は約５０ｎｍであった。
得られた粉末を１００μｍ以下に粉末化した後、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中でプレス成形して圧粉体を作製し、最大１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の直流ＢＨトレーサにて、磁場印加方向とこれに垂直方向での磁化曲線を測定し、これらの曲線の差異により異方性の有無を確認した。
【００３９】
図７は、上記合金においてｘ＝９の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が５０％である母材について、結晶化工程を６００℃×１０ｍｉｎ．の真空中熱処理として、アモルファス化と結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
本プロセスの効果は極めて大きく、１回の実施により異方性が付与できることが分る。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向も示されている。
【００４０】
図８は、図７と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。
磁石特性として重要な保磁力は母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
【００４１】
図９は、ｘ＝８の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が６０％である母材について、結晶化工程として、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中で異方性付与して圧縮成形した後に真空中、圧縮圧力９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ２）、６００℃×１０ｍｉｎ．の放電プラズマ焼結を行った場合のアモルファス化と結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
本プロセスの効果は極めて大きく、１回の実施しにより異方性が付与できることが分る。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向が示されている。
【００４２】
図１０は、図９と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。
磁石特性として重要な保磁力は母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
【００４３】
図１１は、ｘ＝０．５〜２０の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス部含有量が４５％である母材につき、アモルファス化と結晶化のサイクル回数を２として、ｘと異方性強度の関係を評価した圧粉体の最大エネルギー積を示したものである。このときの圧粉体の最大エネルギー積は、圧粉体作製時の磁場印加方向の磁化曲線から求めたものであり、粉末の磁気特性として示している。
組成範囲としては、２〜１５原子％において、現状の磁石材料を上回る高特性が得られることがわかる。また、希土類元素のＮｄに対して、Ｎｄ−Ｐｒ、Ｐｒ、Ｎｄ−Ｄｙ（ジスプロシウム）などを希土類元素として用いた場合においても同様の効果と高性能化が実現でき、これらのデータを合わせて図示した。
【００４４】
図１２は、ｘ＝７の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が５０％である母材について、結晶化工程として「６５０℃×５ｍｉｎ．の真空中熱処理」又は「１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中で圧縮成形した後に真空中、７８４ＭＰａ（８ｔｏｎ／ｃｍ２）、６５０℃×５ｍｉｎ．の放電プラズマ焼結」を行い、アモルファス化と結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
結晶化工程を真空中熱処理とした場合に比べて、磁場中成形後の焼結とした場合の方が更に異方性度合いが増すことがわかる。
【００４５】
（実施例３）
図１３は、実施例２で得られた異方性交換スプリング磁石粉末を用いて、バルクの異方性交換スプリング磁石を作成し、これを電気自動車又はハイブリッド電気自動車の駆動用モータに応用した例を示している。
従来の磁石を用いたモータに比べて最大トルクが１．６７倍に増加した。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、所定の結晶質母材を特定のアモルファス化工程及び結晶化工程で処理することなどとしたため、有意な異方性を有し、良好な最大エネルギー積を有する交換スプリング磁石を実現できる、異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法が提供される。
即ち、本発明の製造方法は優れた磁石性能を有する異方性交換スプリング磁石を提供する製造方法であり、これにより得られた異方性交換スプリング磁石粉末は、従来の等方性磁石粉末では得られなかった高性能なボンド磁石やフルデンス磁石を実現できるため、磁石を用いたモータ、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ、トルクセンサなどに本発明で得られる異方性交換スプリング磁石を応用すると、製品の小型軽量化を促進し、自動車用部品に適用した場合には、飛躍的な燃費の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図２】実施例１における表１中の材料の工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図４】実施例１における工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図５】実施例１における含有量ｘと最大エネルギー積の関係を示すグラフである。
【図６】実施例１におけるアモルファス含有量と最大エネルギー積相対値の関係を示すグラフである。
【図７】実施例２における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図８】実施例２における工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図９】実施例２における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図１０】実施例２における工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２における含有量ｘと最大エネルギー積の関係を示すグラフである。
【図１２】実施例２における結晶化処理が異なる場合の工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３における駆動モータの構造を示した概略図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法に係り、更に詳細には、モータ、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ及びトルクセンサ等に好適に用いることのできる異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石材料としては、化学的に安定で低コストなフェライト磁石や高性能な希土類系磁石が実用化されている。これらの磁石は磁石化合物としてほぼ単一の化合物で構成されているが、近年、高保磁力の永久磁石材料と高磁束密度の軟磁性材料を複合化した交換スプリング磁石が注目されている。
かかる交換スプリング磁石には高い最大エネルギー積が期待されており、理論的には７９００ＭＡ／ｍ（１００ＭＧＯｅ）以上の極めて高い磁石特性が実現可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在開発されている交換スプリング磁石は等方性磁石であり、得られる最大エネルギー積も１５８０ＭＡ／ｍ（２０ＭＧＯｅ）程度の低い値にとどまっている。これは、交換スプリング磁石を構成する結晶粒の方向性が一定方向に揃っていないために特性向上がなされていないことが最大の原因であり、交換結合を示すような微細で且つ結晶方向が揃った異方性交換スプリング磁石を実現するために多くの研究がなされている。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、有意な異方性を有し、良好な最大エネルギー積を有する交換スプリング磁石を実現できる、異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の結晶質母材を特定のアモルファス化工程及び結晶化工程で処理することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法は、永久磁石材料と軟磁性材料を複合化して成る異方性交換スプリング磁石粉末であって、
元素成分として、希土類元素と、６３〜８７原子％の鉄（Ｆｅ）と５〜８原子％のコバルト（Ｃｏ）が少なくとも包含される遷移金属元素と、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）から成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を１〜２５原子％含み、
上記永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下である、異方性交換スプリング磁石粉末を製造するに当たり、
上記永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質母材及び／又はアモルファス部を有する該結晶質母材を、ボールミル法又はプラズマ照射法によりこの母材中に微細な結晶粒が残留している状態にするアモルファス化工程と、これに続く熱処理であって、該結晶粒が交換結合を行うような微細な結晶粒に結晶化される結晶化工程から成る連続工程で１回以上処理することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の異方性交換スプリング磁石材料粉末の製造方法の好適形態は、上記希土類元素の含有量が２〜１５原子％であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の好適形態は、上記希土類元素が、ネオジウム（Ｎｄ）、プラセオジウム（Ｐｒ）及びサマリウム（Ｓｍ）から成る群より選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の好適形態は、上記アモルファス部を有する結晶質母材は、磁化の温度特性から得られるアモルファス部含有量が９５％以下であることを特徴とする。
【００１０】
更にまた、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の他の好適形態は、上記結晶化工程の際、上記アモルファス化工程でアモルファス化された結晶質母材に異方性を付与して固化成形することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の他の好適形態は、上記アモルファス化工程を、真空中、不活性ガス中、窒素中及び有機溶媒中のいずれかで酸素を遮断した状態で行うことを特徴とする。
また、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の更に他の好適形態は、上記結晶化工程を、真空中、不活性ガス中、窒素中及び有機溶媒中のいずれかで酸素を遮断した状態で行うことを特徴とする。
更にまた、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法のその他の好適形態は、上記結晶化工程の結晶化加熱処理温度が９５０℃以下であることを特徴とする。
また、本発明の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法の他の好適形態は、上記結晶化工程の結晶化加熱処理時間が１時間以内であることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明によれば、結晶粒径が微細で且つ結晶方向が揃った異方性交換スプリング磁石粉末及び異方性交換スプリング磁石が得られる。
なお、本発明の製造方法を行う際、アモルファス化工程と結晶化工程の連続工程を繰り返し実施すれば、より微細で磁石特性に優れた異方性交換スプリング磁石粉末を得ることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末について詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
この交換性スプリング磁石粉末は、永久磁石材料と軟磁性材料を複合化して成る異方性に優れた交換スプリング磁石粉末である。
元素成分としては、希土類元素と、遷移金属元素と、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）又は酸素（Ｏ）及びこれらの任意の混合元素を含み、永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下である。
【００１４】
ここで、永久磁石材料としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｂ系、Ｂａ６（バリウム）−Ｆｅ２Ｏ３系及びＳｒ（ストロンチウム）６−Ｆｅ２Ｏ３系などの材料を挙げることができ、軟磁性材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｎ系材料や、Ｍｎ（マンガン）−Ｚｎ（亜鉛）系フェライト、Ｎｉ（ニッケル）−Ｚｎ系フェライト及びＦｅ３Ｏ４系フェライトなどを挙げることができる。
【００１５】
本発明で得られる交換性スプリング磁石粉末では、上述の如き永久磁石材料と軟磁性材料が複合化されており、これを換言すると、この磁石粉末では、隣接する永久磁石材料相の磁化と軟磁性材料相の磁化が交換結合している状態で両者が混在していることになる。
そして、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末は、大きな異方性を示し、代表的には、次式
Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥＝１０〜３０
（式中のＢｒ／／は磁場中成形時の磁場印加方向の残留磁束密度、Ｂｒ⊥はこの磁場印加方向に垂直方向の残留磁束密度を示す）で表される異方性強度を有する。
【００１６】
一方、本発明で得られる交換性スプリング磁石粉末は、元素成分の観点からは、希土類元素と、遷移金属元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ又Ｏ及びこれらの任意の組合せに係る元素を含有し、希土類元素と、少なくともＦｅとＣｏをそれぞれ６３〜８７原子％、５〜原子％の割合で含む遷移金属元素と、ＢやＣ等の元素を必須成分とする。
この場合、希土類元素としては、特に限定されるものではないが、Ｎｄ、Ｐｒ又はＳｍ及びこれらの任意の組合せに係る元素が好適であり、遷移金属元素としても特に限定されるものではないが、Ｆｅ及び／又はＣｏを主成分として用いることが好ましい。なお、遷移金属元素としては、その他にバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びジルコニウム（Ｚｒ）等の元素を用いることも可能である。
【００１７】
また、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末において、上記希土類元素やＢ、Ｃ等の元素の含有量は、上述した特性を発揮する限り特に限定されるものではないが、代表的には、希土類元素含有量が２〜１５原子％であることが好ましく、Ｂ、Ｃ等の元素含有量が１〜２５原子％以下であることを要する。
希土類元素含有量が２原子％未満では、その後に製造される磁石中の永久磁石材料の含有量が低下し、１５原子％を超えると、軟磁性材料の含有量が低下して、いずれの場合でも磁石性能が低下してしまうことがある。
一方、Ｂ、Ｃ等の元素含有量が上述の範囲を逸脱すると、本発明の狙いとする磁石材料にとって好ましくない化合物が生成したり、磁石材料中の化合物組成比が好ましい範囲を外れるなどの不都合が生じて磁石材料の性能が低下してしまうことがある。なお、遷移金属元素については、７０〜８５原子％とすることが好ましい。
【００１８】
更に、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末においては、上述した永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下に制御されており、これにより、この磁石粉末は良好な交換結合性を示す。
粒径が１５０ｎｍを超えると、良好な磁気特性が得られないことがあり、本発明の意図する磁石材料が得られない。
【００１９】
次に、本発明の交換スプリング磁石粉末の製造方法について詳細に説明する。
本発明の交換スプリング磁石粉末の製造方法は、上述のような交換スプリング磁石粉末を得る方法であり、上記永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質母材若しくはかかる結晶質母材の一部にアモルファス部を形成した材料、又は両者の混合物につき、アモルファス化処理と結晶化処理を少なくとも１回ずつ連続的に施すことにより行われる。
【００２０】
ここで、上記結晶質母材は、上述したような永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質の磁性材料であり、その元素成分も上述の通りであり、本発明で得られる交換スプリング磁石粉末との大きな差異は、隣接する永久磁石相と軟磁性相の磁化が交換しているか否かである。
本発明の製造方法において、かかる結晶質母材へのアモルファス部の導入は、公知の技術、例えば高周波溶解法や液体急冷法やアトマイズ法などによって行うことができる。
【００２１】
このように、結晶質母材の一部に予めアモルファス部を導入することの利点は、その後のアモルファス化工程を簡素化・短時間化できるため、母材の酸化を十分に抑制できることにあり、これにより、得られる交換スプリング磁石粉末の磁石特性を更に向上できる。
このとき、母材中のアモルファス部の含有量は、磁化の温度特性から評価できるが、９５％以下の範囲とすることが望ましい。これを超えてアモルファス部を多くすると、母材結晶の配向度が低下して磁石特性が低下してしまうことがある。
【００２２】
また、上記アモルファス化工程は、ボールミル法やプラズマ照射法等を適用することによって行うことができ、この工程により、結晶質母材及び／又はこれにアモルファス部を導入した材料を、アモルファスマトリックスの中に微細な結晶粒が残留している状態へとアモルファス化させる。
そして、本製造方法では、このアモルファス化工程に引き続き熱処理による結晶化工程を実施するが、この工程により、上記アモルファスマトリックス中の結晶粒が交換結合を行うような微細な結晶粒に結晶化され、この際、在留していた微細結晶粒の方向に連続的に結晶が成長するために、一つの母結晶粒内では微細で且つ結晶方向が揃った異方性交換スプリング磁石粉末が形成されることになる。
【００２３】
なお、本製造方法おいて、上記アモルファス化工程及び／又は結晶化工程は、酸素を遮断した状態、例えば真空中、不活性ガス中、窒素中又は有機溶媒中で行うことが望ましい。かかる条件下で行うことにより、希土類系磁石化合物の劣化を防止することができ、得られる交換スプリング磁石粉末の磁石特性の低下を防止することが可能となる。
また、本製造方法では、上記アモルファス化工程と結晶化工程（アモルファス化−結晶化の連続工程）を１回以上繰り返すことが望ましく、これにより、結晶配向度がいっそう向上して異方性付与効果が大きくなり、磁石特性の向上に有効となる。
【００２４】
なお、上記結晶化工程では、上述のような交換結合を実現できる結晶化が行えれば十分であるが、代表的には、結晶化加熱処理温度を９５０℃以下とすることが好ましい。９５０℃を超えると、微細な結晶粒の異方性交換スプリング磁石粉末が得られないことがあり、磁気特性の劣化が発生するため、９５０℃以下で行うことが望ましく、同様の理由で、結晶化加熱処理時間は１時間以内にすることが望ましい。
【００２５】
また、本製造方法では、この結晶化工程を圧縮下に行うことも可能であり、これにより、結晶成長を促進することができる。
圧縮方法としては、例えばホットプレスや放電プラズマ焼結方法が適用でき、ホットプレスの場合は４９〜９８ＭＰａ（０．５〜１．０ｔｏｎ／ｃｍ２）、放電プラズマ焼結方法の場合は４９０〜９８０ＭＰａ（５〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２）程度の圧力で圧縮することが望ましい。
【００２６】
更に、かかる熱処理による結晶化工程では、前工程でアモルファス化された磁性材料に異方性を付与した後に固化成形し、これを結晶化させてもよく、これにより、結晶配向度を更に向上して磁石特性を更に改善することができる。
かかる異方性を付与する方法としては、例えば磁場中において結晶方向を揃えた状態で圧縮成形を行うといった方法がある。また、このときの処理条件としては、磁場強度１５８０ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、圧縮圧力９８〜２９４ＭＰａ（１〜３ｔｏｎ／ｃｍ２）で、常温とすることが望ましい。
【００２７】
次に、本発明で得られる異方性交換スプリング磁石について詳細に説明する。
この異方性交換スプリング磁石は、上述した本発明で得られる異方性交換スプリング磁石粉末を用いて得られるものであり、かかる磁石粉末を異方性付与成形工程及び固化工程で処理することによって得られる。
なお、この際の固化工程としては、結晶粒の粗大化を防止する必要があるため、低温でのフルデンス化が可能であるホットプレス法やプラズマ焼結法などが有効である。
【００２８】
また、本発明で得られる異方性交換スプリング磁石は、代表的にはバルク型異方性交換スプリング磁石として得られるが、同じ形態の既存の樹脂や低融点金属ボンド磁石又はフルデンス磁石に比べて大きな最大エネルギー積を示すので、モータ、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ及びトルクセンサ等に応用すると、製品の小型軽量化を促進し、例えば自動車用部品に適用した場合には、燃費の飛躍的向上が可能となる。
更に、かかるバルク磁石は極めて大きな最大エネルギー積を有するため、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ及びトルクセンサの中でも、特に電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動用モータに適用することで、これまではスペースの確保が困難であった場所に駆動用モータを搭載することを可能とし、環境問題を一気に解決できるものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
高周波誘導溶解させたＮｄ４Ｆｅ８８−ｘＣｏ５Ｎｂ３Ｂｘ組成合金を用い、液体急冷法によりアモルファス部を含む結晶質の母材料を作製した。次いで、この結晶質母材を１ｍｍ以下に粉砕した粗粉末に、プラズマ照射法によるアモルファス化処理を施し、その後、結晶化処理を施し、これらの処理を所定のサイクル実施して本例の異方性交換スプリング磁石粉末を作製した。この磁石粉末において、永久磁石材料であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの結晶粒径は約４０ｎｍ、軟磁性材料であるＦｅ３Ｂの結晶粒径は約４０ｎｍであった。
なお、ここでのプラズマ照射法は、上記粗粉末を高周波アルゴン（Ａｒ）プラズマ中に曝すことによって行い、この粗粉末をその表面方向からプラズマエネルギーでアモルファス化させるものである。
得られた交換スプリング磁石粉末を１００μｍ以下に粉末化した後、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中でプレス成形して圧粉体を作製し、最大１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の直流ＢＨトレーサにて、磁場印加方向とこれに垂直方向での磁化曲線を測定して、これらの曲線の相違から異方性の有無を確認した。
【００３１】
図１は、上記合金でｘ＝１９の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が８０％である母材について、結晶化工程を６５０℃×１０ｍｉｎの真空中熱処理とし、アモルファス化と結晶化のサイクル回数と、異方性の強度（磁場中成形時の磁場印加方向の残留磁束密度Ｂｒ／／とこれに垂直方向の残留磁束密度Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
図１より、本発明のプロセスの効果は極めて大きく、１回のアモルファス化と結晶化により異方性が付与できることが分かる。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向も示されている。
【００３２】
図２は、図１と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。磁石特性として重要な保磁力は、母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
また、このようなプロセスの繰り返し回数による異方性の増大は、表１に示したような各種の永久磁石材料と軟磁性材料を組み合わせた交換スプリング磁石粉末においても同様であり、図２にデータを併記した。
【００３３】
【表１】
図３は、ｘ＝２０の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が９０％である母材について、結晶化工程として、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中で異方性付与して圧縮成形した後に真空中、ホットプレス圧縮圧力５９ＭＰａ（０．６ｔｏｎ／ｃｍ２）、６５０℃×１０ｍｉｎ．のホットプレスを行った場合のアモルファス化、結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
本プロセスの効果は極めて大きく１回の実施により異方性が付与できることがわかる。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向も示されている。
【００３５】
図４は、図３と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。磁石特性として重要な保磁力は、母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
【００３６】
図５は、ｘ＝０．５〜３０の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が７５％である母材に関して、結晶化工程を６５０℃×１０ｍｉｎ．の真空中熱処理とし、アモルファス化と結晶化のサイクル回数を３としてｘと異方性強度の関係を評価した圧粉体の最大エネルギー積を示したものである。
このときの圧粉体の最大エネルギー積は、圧粉体作製時の磁場印加方向の磁化曲線から求めたものであり、粉末の磁気特性として示している。
組成範囲としては、Ｂが１〜２５原子％において、現状の磁石材料を上回る高特性が得られることがわかる。
【００３７】
図６は、ｘ＝１９の組成を有する母材について、結晶化工程を６５０℃×１ｍｉｎ．の真空中熱処理、結晶化のサイクル回数を３として、アモルファス部含有量と異方性強度を評価した圧粉体の最大エネルギー積の相対値を示したものである。アモルファス部含有量は母材の磁化−温度特性から評価した。
アモルファス部含有量が９０％以上で急激に磁石特性が低下するのは、異方性が低下することが原因である。また、アモルファス部を含有させることにより酸素濃度の定量評価から素材の酸化が低減できていることが判明した。
【００３８】
（実施例２）
高周波誘導溶解したＮｄｘＦｅ８４−ｘＣｏ８Ｖ２Ｂ６組成合金を用いて、液体急冷法でアモルファス部を含む結晶質の母材を作製し、この母材をステンレス製ボールとともにシクロヘキサンを溶媒としてステンレス製ボールミルポット内に投入し、ボールミル法によりアモルファス化処理を行った。
その後、結晶化工程を施し、これらの処理を所定のサイクル実施して、本例の異方性交換スプリング磁石粉末を作製した。なお、この磁石粉末において、永久磁石材料であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの結晶粒径は約５０ｎｍ、軟磁性材料であるＦｅの結晶粒径は約５０ｎｍであった。
得られた粉末を１００μｍ以下に粉末化した後、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中でプレス成形して圧粉体を作製し、最大１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の直流ＢＨトレーサにて、磁場印加方向とこれに垂直方向での磁化曲線を測定し、これらの曲線の差異により異方性の有無を確認した。
【００３９】
図７は、上記合金においてｘ＝９の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が５０％である母材について、結晶化工程を６００℃×１０ｍｉｎ．の真空中熱処理として、アモルファス化と結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
本プロセスの効果は極めて大きく、１回の実施により異方性が付与できることが分る。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向も示されている。
【００４０】
図８は、図７と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。
磁石特性として重要な保磁力は母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
【００４１】
図９は、ｘ＝８の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が６０％である母材について、結晶化工程として、１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中で異方性付与して圧縮成形した後に真空中、圧縮圧力９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ２）、６００℃×１０ｍｉｎ．の放電プラズマ焼結を行った場合のアモルファス化と結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
本プロセスの効果は極めて大きく、１回の実施しにより異方性が付与できることが分る。また、１回以上の繰り返しにより異方性の大きさが増大する傾向が示されている。
【００４２】
図１０は、図９と同様の材料の保磁力の相対値を示したものである。
磁石特性として重要な保磁力は母材状態では得られず、アモルファス化と結晶化を１回以上行うことによって向上することが明らかである。
【００４３】
図１１は、ｘ＝０．５〜２０の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス部含有量が４５％である母材につき、アモルファス化と結晶化のサイクル回数を２として、ｘと異方性強度の関係を評価した圧粉体の最大エネルギー積を示したものである。このときの圧粉体の最大エネルギー積は、圧粉体作製時の磁場印加方向の磁化曲線から求めたものであり、粉末の磁気特性として示している。
組成範囲としては、２〜１５原子％において、現状の磁石材料を上回る高特性が得られることがわかる。また、希土類元素のＮｄに対して、Ｎｄ−Ｐｒ、Ｐｒ、Ｎｄ−Ｄｙ（ジスプロシウム）などを希土類元素として用いた場合においても同様の効果と高性能化が実現でき、これらのデータを合わせて図示した。
【００４４】
図１２は、ｘ＝７の組成を有し、磁化の温度特性から評価したアモルファス含有量が５０％である母材について、結晶化工程として「６５０℃×５ｍｉｎ．の真空中熱処理」又は「１９７５ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）の磁場中で圧縮成形した後に真空中、７８４ＭＰａ（８ｔｏｎ／ｃｍ２）、６５０℃×５ｍｉｎ．の放電プラズマ焼結」を行い、アモルファス化と結晶化のサイクル回数と異方性の強度（Ｂｒ／／／Ｂｒ⊥比）の相対値を示したものである。
結晶化工程を真空中熱処理とした場合に比べて、磁場中成形後の焼結とした場合の方が更に異方性度合いが増すことがわかる。
【００４５】
（実施例３）
図１３は、実施例２で得られた異方性交換スプリング磁石粉末を用いて、バルクの異方性交換スプリング磁石を作成し、これを電気自動車又はハイブリッド電気自動車の駆動用モータに応用した例を示している。
従来の磁石を用いたモータに比べて最大トルクが１．６７倍に増加した。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、所定の結晶質母材を特定のアモルファス化工程及び結晶化工程で処理することなどとしたため、有意な異方性を有し、良好な最大エネルギー積を有する交換スプリング磁石を実現できる、異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法が提供される。
即ち、本発明の製造方法は優れた磁石性能を有する異方性交換スプリング磁石を提供する製造方法であり、これにより得られた異方性交換スプリング磁石粉末は、従来の等方性磁石粉末では得られなかった高性能なボンド磁石やフルデンス磁石を実現できるため、磁石を用いたモータ、磁界センサ、回転センサ、加速度センサ、トルクセンサなどに本発明で得られる異方性交換スプリング磁石を応用すると、製品の小型軽量化を促進し、自動車用部品に適用した場合には、飛躍的な燃費の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図２】実施例１における表１中の材料の工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図４】実施例１における工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図５】実施例１における含有量ｘと最大エネルギー積の関係を示すグラフである。
【図６】実施例１におけるアモルファス含有量と最大エネルギー積相対値の関係を示すグラフである。
【図７】実施例２における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図８】実施例２における工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図９】実施例２における工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図１０】実施例２における工程サイクル数と保磁力相対値の関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２における含有量ｘと最大エネルギー積の関係を示すグラフである。
【図１２】実施例２における結晶化処理が異なる場合の工程サイクル数と異方性強度相対値の関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３における駆動モータの構造を示した概略図である。
Claims (9)
- 永久磁石材料と軟磁性材料を複合化して成る異方性交換スプリング磁石粉末であって、
元素成分として、希土類元素と、６３〜８７原子％の鉄（Ｆｅ）と５〜８原子％のコバルト（Ｃｏ）が少なくとも包含される遷移金属元素と、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）から成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を１〜２５原子％含み、
上記永久磁石材料及び軟磁性材料の結晶粒径が１５０ｎｍ以下である、異方性交換スプリング磁石粉末を製造するに当たり、
上記永久磁石材料と軟磁性材料を含有する結晶質母材及び／又はアモルファス部を有する該結晶質母材を、ボールミル法又はプラズマ照射法によりこの母材中に微細な結晶粒が残留している状態にするアモルファス化工程と、これに続く熱処理であって、該結晶粒が交換結合を行うような微細な結晶粒に結晶化される結晶化工程から成る連続工程で１回以上処理することを特徴とする異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。 - 上記希土類元素の含有量が２〜１５原子％であることを特徴とする請求項１記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記希土類元素が、ネオジウム（Ｎｄ）、プラセオジウム（Ｐｒ）及びサマリウム（Ｓｍ）から成る群より選ばれた少なくとも１種の元素であることを特徴とする請求項１又は２記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記アモルファス部を有する結晶質母材は、磁化の温度特性から得られるアモルファス部含有量が９５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記結晶化工程の際、上記アモルファス化工程でアモルファス化された結晶質母材に異方性を付与して固化成形することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の項に記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記アモルファス化工程を、真空中、不活性ガス中、窒素中及び有機溶媒中のいずれかで酸素を遮断した状態で行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記結晶化工程を、真空中、不活性ガス中、窒素中及び有機溶媒中のいずれかで酸素を遮断した状態で行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記結晶化工程の結晶化加熱処理温度が９５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
- 上記結晶化工程の結晶化加熱処理時間が１時間以内であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の異方性交換スプリング磁石粉末の製造方法。
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