JP3995677B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系希土類永久磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素）系希土類永久磁石に関し、特に着磁特性の高いＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石に関する。

希土類磁石の中でもＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、磁気特性に優れていること、主成分であるＮｄが資源的に豊富で比較的安価であることから、各種電気機器に採用されている。
これまで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の磁気特性、具体的には残留磁束密度、保磁力あるいは最大エネルギー積の向上のための研究、開発が主になされてきた。しかし、近時、着磁特性に着目した研究、開発が行なわれている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、フェライト磁石に比べて高い着磁磁界を必要とする。例えば、リング状のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石をモータの回転子として用いる場合に、モータにＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を組み込んだ後にリング状のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石に捲き回したモータ用コイルを用いて着磁させることがある。モータが小型の場合には所定の捲き回し数を得るためにコイルの線径が細くなり、大電流を流すことができず、そのためにＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石に対して十分な着磁磁界を印加することができない。したがって、以上のような用途に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石としては、低い着磁磁界で可能な限り高い着磁特性を有することが要求される。

例えば、特開２００２−３５６７０１号公報（特許文献１）には、着磁特性の優れるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石として、主相の平均組成が、（ＬＲ_1-xＨＲ_x）₂Ｔ₁₄Ａ（Ｔは、Ｆｅ、又はＦｅとＦｅ以外の遷移金属元素の少なくとも１種との混合物、Ａはボロン又はボロンと炭素との混合物、ＬＲは軽希土類元素の少なくとも１種、ＨＲは重希土類元素の少なくとも１種、０＜ｘ＜１）で表される希土類合金焼結体であって、（ＬＲ_1-pＨＲ_p）₂Ｔ₁₄Ａ（０≦ｐ＜ｘ）で表される組成の第１の主相と、（ＬＲ_1-qＨＲ_q）₂Ｔ₁₄Ａ（ｘ＜ｑ≦１）で表される組成の第２の主相との少なくとも一方を複数有する結晶粒を含んでいる希土類合金焼結体が開示されている。

また、特開２００３−２１７９１８号公報（特許文献２）には、着磁特性の向上を目的として、重量％で、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、Ｒに占めるＮｄが５０原子％以上である）：２５〜３５％、Ｂ：０．８〜１．５％、必要によりＭ（Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種）：８％以下、及び残部Ｔ（Ｆｅ又はＦｅ及びＣｏ）、ならびに不可避的不純物を含有し、８０ａｔ％以上をＦｅ_AＣｏ_1-AとするＦｅ相が０．０１〜３００μｍの大きさで焼結体中に残存している結晶組織を有する希土類焼結磁石において、残留磁束密度で評価される着磁率Ｂｒ（０．２ＭＡ／ｍ）／Ｂｒ（２．０ＭＡ／ｍ）が５９％以上、フラックスで評価される着磁率Φ（０．３ＭＡ／ｍ）／Φ（４．０ＭＡ／ｍ）が４％以上であることが開示されている。

特開２００２−３５６７０１号公報 特開２００３−２１７９１８号公報

特許文献１に開示された技術によれば、磁気特性を低下させることなく着磁特性を改善することができる。しかし、５０％程度の着磁率を得るために０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）程度の着磁磁界が必要であり、さらに低い着磁磁界で５０％程度の着磁率を得ることが望まれる。また、特許文献２における残留磁束密度で評価される着磁率Ｂｒ（０．２ＭＡ／ｍ）／Ｂｒ（２．０ＭＡ／ｍ）が５９％以上、フラックスで評価される着磁率Φ（０．３ＭＡ／ｍ）／Φ（４．０ＭＡ／ｍ）が４％以上という値は、着磁特性が良いとはいえない。

一方で、本発明者等の検討によると、低い磁界でより高い着磁率が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、着磁率の着磁磁界による変動を表す着磁特性曲線がなだらかな傾斜を示す傾向にある。つまり、着磁率特性曲線が緩やかなため１００％近傍の着磁率に到達するまでに、より大きな着磁磁界が必要であった。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、低い着磁磁界でより高い着磁率を得るとともに、１００％近傍、例えば９０％程度の着磁率に到達するまで、より着磁率の立ち上がりが早いＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明者はＲ_２Ｔ_１４Ｂ相からなる主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた焼結体からなる磁石について検討を行なった。その結果、重希土類元素を多く含むことにより保磁力の高いタイプのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石において、焼結体の平均結晶粒径及び含有酸素量を制御すること、さらにはＮｂ等の元素を含有させることにより、従来にない優れた着磁特性が得られることを確認した。
すなわち本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素。以下同じ。）からなる主相と、主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた、酸素含有量が２０００ｐｐｍ以下、平均結晶粒径が３．５〜５．０μｍの焼結体からなり、Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、２４０ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、４００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が６０％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上であるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法であって、Ｒ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上）、Ｂ：０．５〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２〜１．５ｗｔ％及びＺｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％の１種又は２種、Ｃｏ：２ｗｔ％以下（０を含まず）、残部実質的にＦｅからなる組成を有する原料粉末を磁場中で成形して成形体を作製し、成形体を焼結することを特徴としている。
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｐｃが０．５において、着磁率ａが４０％以上で、かつ、着磁率ｂが７０％以上であり、さらにＰｃが１において、着磁率ａが５５％以上で、かつ、着磁率ｂが８０％以上という高い着磁特性を実現することができる。

ところで従来から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、高い保磁力を得ようとする場合には残留磁束密度が低くなり、逆に高い残留磁束密度を得ようとする場合には保磁力が低くなることが知られている。例えば、希土類元素として含有されるＤｙの量を調整すること、具体的には高保磁力を得たいときにはＤｙ量を増やし、高残留磁束密度を得たいときにはＤｙ量を減らすことにより、所望する特性を得ていた。そして、高い保磁力を有するタイプのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は高い着磁特性が得られることは概念的には知られていた。そのため、高保磁力タイプのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石においては、それ以上の高い着磁特性を追求することが行われていなかった。ところが、本発明によると、保磁力（ＨｃＪ）が１６８０ｋＡ／ｍ（２１ｋＯｅ）、さらには２０００ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）を超える高保磁力タイプにおいても低い着磁磁界における着磁特性を向上させることができるという利点がある。このＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、残留磁束密度（Ｂｒ）が１．２０Ｔ以上、最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）が２４０ｋＪ／ｍ³以上、角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が９０％以上の特性を確保することができる。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石において、焼結体中の酸素量が１５００ｐｐｍ以下、さらには１０００ｐｐｍ以下であること、焼結体中の平均結晶粒径が３．５〜５．０μｍであることが、以上の優れた着磁特性を得るために重要である。
さらに、焼結体中にＮｂが分散していることが、以上の優れた着磁特性を得るために重要である。この場合、焼結体が、Ｒ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上）、Ｂ：０．５〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２〜１．５ｗｔ％、Ｃｏ：２ｗｔ％以下（０を含まず）、残部実質的にＦｅからなる組成を有することが望ましい。
また、焼結体中にＺｒが分散していることが、以上の優れた着磁特性を得るために重要である。この場合、焼結体が、Ｒ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上）、Ｂ：０．５〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２〜０．５ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％、Ｃｏ：２ｗｔ％以下（０を含まず）、残部実質的にＦｅからなる組成を有することが望ましい。

また、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石にＮｂを含む場合、このＮｂは焼結体中の主相（Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ相）及び結晶粒界に分散する。また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石にＺｒを含む場合、このＺｒは焼結体中の結晶粒界に分散する。
また、保磁力や温度特性の向上、生産性の向上、低コスト化などのためにＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｇａ等を１種以上添加してもよい。この中でＧａは着磁特性向上にとって有効であり、０．０２〜１．５ｗｔ％、さらには０．１〜１．０ｗｔ％の範囲で添加することが望ましい。

本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｒとして４．０〜１２．０ｗｔ％のＤｙを含むことができる。また、Ｒとして１．０〜６．０ｗｔ％のＴｂを含むことができる。Ｄｙ及びＴｂは単独又は複合で含むことができることはいうまでもない。
本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、種々の形態の磁石に用いることができるが、多極着磁される磁石に用いた場合にその効果を顕著に発揮することができる。

本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、高い磁気特性を有するためには、焼結体中の窒素量を２０〜６００ｐｐｍ、炭素量を１５００ｐｐｍ以下に規制することが望ましい。

本発明によれば、４００ｋＡ／ｍ（５ｋＯｅ）程度の低い着磁磁界での着磁率が向上されるとともに、８００ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）以上の着磁磁界における着磁率も向上されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を提供する。このような着磁特性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、多極着磁磁石に用いた場合には、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができる。このようなリング磁石を用いたモータは、高い回転性能を保持することができる。また、着磁率の高い磁石は、材質的に高コストで高磁気特性であるが着磁率の低い磁石に比べて、実際に発生するトータルフラックスが多い場合がある。したがって、本発明は、所定のトータルフラックスを低コストの磁石で実現することができる。または磁石のサイズを小型化することができる。

以下、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石及びその製造方法について詳細に説明する。
＜着磁特性＞
本発明によって得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、よく知られているように、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを主体とする遷移金属元素の１種以上）からなる主相と、この主相よりＲを多く含む粒界相とを少なくとも含んでいる。
そして、Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、２４０ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、４００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が６０％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上である。さらに、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、８００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ４とすると、着磁率ｃ（＝ｆ４／ｆ３×１００）が９５％以上となり、極めて着磁率が高い。なお、本発明におけるＰｃは、「希土類永久磁石」俵好夫、大橋健共著（森北出版）第１４６頁の図５−４に基づいて定めている。また、着磁率は以下によって測定した。評価する磁石をポールピースに挟み込んで閉磁路を形成した後、電磁石に電流を流し着磁を行なった。この場合、印加磁場＝有効磁場となる。着磁後、フラックスメータによりトータルフラックスを測定した。

ここで着磁特性についていえば、前述したように、低磁界でより大きな着磁率を有し、かつ着磁率の立ち上がり急峻であることが理想的である。ところが、従来、この両者を満足することは容易ではなかった。しかるに、本発明は、着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が６０％以上、かつ、着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上、さらには着磁率ｃ（＝ｆ４／ｆ３×１００）が９５％以上という、従来にはない低磁界で高着磁率で、かつ着磁率の立ち上がりの早いＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を提供する。

以上の着磁特性を得るためには、焼結体の結晶粒が平均粒径で３．５〜５．０μｍという限られた範囲にあることが重要である。後述する第１実施例で説明するように、結晶粒の平均粒径が３．５μｍ未満あるいは５．０μｍを超えると、上述した着磁率ａ、着磁率ｂを得ることができない。
また、以上の着磁特性を得るための組成的な要因としては、焼結体中の酸素含有量を規制すること、さらにＮｂ及びＺｒの１種又は２種を含むことが掲げられる。この点については、以下の＜化学組成＞の欄で述べることにする。

＜化学組成＞
次に、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の望ましい化学組成について説明する。ここでいう化学組成は焼結後における最終組成をいう。
本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、希土類元素（Ｒ）を２５〜３５ｗｔ％含有する。
ここで、本発明におけるＲはＹを含む概念を有しており、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹの１種又は２種以上である。Ｒの量が２５ｗｔ％未満であると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の主相となるＲ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒の生成が十分ではなく軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Ｒの量が３５ｗｔ％を超えると主相であるＲ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またＲが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なＲ−リッチ相が減少し、保磁力の低下を招く。したがって、Ｒの量は２５〜３５ｗｔ％とする。望ましいＲの量は２８〜３３ｗｔ％、さらに望ましいＲの量は２９〜３２ｗｔ％である。
Ｎｄは資源的に豊富で比較的安価であることから、希土類元素としての主成分をＮｄとすることが好ましい。また、Ｄｙ及びＴｂは保磁力を向上させる上で有効である。よって、希土類元素としてＮｄ及びＤｙを選択し、ＮｄとＤｙ及び／又はＴｂの合計を２５〜３５ｗｔ％とすることが望ましい。Ｄｙ及びＴｂは、残留磁束密度及び保磁力のいずれを重視するかによって上記範囲内においてその量を定めることが望ましい。つまり、高い保磁力を得たい場合にはＤｙ量を４．０〜１２．０ｗｔ％、Ｔｂ量を１．０〜６．０ｗｔ％とすることが望ましい。なお、保磁力向上の効果はＴｂがＤｙよりも高く、Ｔｂは同じ量を含む場合にＤｙの２倍程度の保磁力向上効果を発揮する。

本発明は、前述したように、保磁力が比較的高いタイプのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石においても優れた着磁特性を有している点に特徴がある。したがって、Ｄｙ及び／又はＴｂが上述した範囲にある場合に本発明の効果を十分に発揮することができる。その場合の保磁力（ＨｃＪ）は１６８０ｋＡ／ｍを超え、また１７５０ｋＡ／ｍ以上、さらには２０００ｋＡ／ｍ以上となる。

また、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、ホウ素（Ｂ）を０．５〜４．５ｗｔ％含有する。Ｂが０．５ｗｔ％未満の場合には高い保磁力を得ることができない。ただし、Ｂが４．５ｗｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、上限を４．５ｗｔ％とする。望ましいＢの量は０．５〜１．５ｗｔ％、さらに望ましいＢの量は０．８〜１．２ｗｔ％である。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０２〜０．５ｗｔ％の範囲で含有することができる。この範囲でＡｌ及びＣｕの１種又は２種を含有させることにより、得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の高保磁力化、温度特性の改善が可能となる。Ａｌを添加する場合において、望ましいＡｌの量は０．０３〜０．３ｗｔ％、さらに望ましいＡｌの量は０．０５〜０．２５ｗｔ％である。また、Ｃｕを添加する場合において、望ましいＣｕの量は０．１５ｗｔ％以下（０を含まず）、さらに望ましいＣｕの量は０．０３〜０．０８ｗｔ％である。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、０．２〜１．５ｗｔ％のＮｂ及び０．０３〜０．２５ｗｔ％のＺｒの１種又は２種を含有することが望ましい。
Ｎｂ及びＺｒはＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の着磁特性向上を図るために有効である。また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の磁気特性を向上するために酸素含有量を低減する際に、焼結過程での結晶粒の異常成長を抑制する効果を発揮し、焼結体の組織を均一かつ微細にする。したがって、Ｎｂ及びＺｒは酸素量が低い場合にその効果が顕著になる。Ｎｂの望ましい量は０．５〜１．３ｗｔ％、さらに望ましい量は０．５〜１．２ｗｔ％である。また、Ｚｒの望ましい量は０．０５〜０．２５ｗｔ％、さらに望ましい量は０．１〜０．２ｗｔ％である。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、その酸素量を２０００ｐｐｍ以下とする。酸素量が多いと非磁性成分である酸化物相が増大して、磁気特性を低下させる。そこで本発明では、焼結体中に含まれる酸素量を、２０００ｐｐｍ以下、望ましくは１５００ｐｐｍ以下、さらに望ましくは１０００ｐｐｍ以下とする。ただし、単純に酸素量を低下させたのでは、粒成長抑制効果を有していた酸化物相の量が不足し、焼結時に十分な密度上昇を得る過程で異常粒成長が容易に起こる。そこで、本発明では、着磁特性向上効果とともに異常粒成長抑制効果を有するＮｂ及びＺｒの１種又は２種を所定量添加する。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｃｏを２ｗｔ％以下（０を含まず）、望ましくは０．１〜１ｗｔ％、さらに望ましくは０．３〜０．７ｗｔ％含有する。Ｃｏはキュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上に効果がある。

＜多極着磁磁石＞
本発明は、前述したように、多極着磁が施される磁石に適用することが望ましい。
多極着磁される磁石としては、モータ用に用いられるラジアル異方性又は極異方性リング状磁石、ＣＤ、ＤＶＤ等の機器のピックアップ駆動用に用いられる直方体状磁石、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）用の扇状磁石がある。これらの多極着磁磁石は、Ｎ・Ｓの極性を複数有している。
以上の多極着磁磁石に本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を適用すると、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができる。そのために、トータルフラックス量が増加し、例えばモータに用いるものであればモータの特性を向上させることができる。ここで、ニュートラルゾーンとは、磁石を着磁した際に、極性（Ｎ・Ｓ）が反転する境界においてＮ又はＳのどちらにも着磁されない領域をいう。特に、サイズの小さな磁石や極数の多い磁石においては、ニュートラルゾーンの占める割合が増大する。したがって、本発明による着磁特性の優れるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石を多極着磁に供することにより、ニュートラルゾーンの幅を狭くすることができ、ひいては当該磁石が用いられるモータの特性を向上することができる。

＜製造方法＞
次に、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の好適な製造方法について説明する。
本実施の形態では、単一の原料合金を用いて製造する方法について示す。ただし、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒を主体とする合金（低Ｒ合金）と、低Ｒ合金よりＲを多く含む合金（高Ｒ合金）とを用いる混合法により製造することができることはいうまでもない。

はじめに、真空又は不活性ガス、好ましくはＡｒ雰囲気中でストリップキャスティングすることにより、所定組成の原料合金を得る。
原料合金が作製された後、原料合金は粉砕される。粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、原料合金を、それぞれ粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行なうことが望ましい。粗粉砕性を向上させるために、水素を吸蔵させた後、粗粉砕を行なうことが効果的である。
粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕は、主にジェットミルが用いられ、粒径数百μｍ程度の粗粉砕粉末が、平均粒径２．５〜６μｍ、好ましくは３〜５μｍになるまで行われる。ジェットミルは、高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。微粉砕時に、ステアリン酸亜鉛等の粉砕助剤を０．０１〜０．３ｗｔ％程度添加することにより、成形時に配向性の高い微粉を得ることができる。

次いで、微粉末を磁場印加によってその結晶軸を配向させた状態で磁場中成形する。この磁場中成形は、１２〜２０ｋＯｅ（９６０〜１６００ｋＡ／ｍ）前後の磁場中で、０．３〜３．０ｔ／ｃｍ²（３０〜３００ＭＰａ）前後の圧力で行なえばよい。また、磁場印加方法は前述の他に、パルス印加磁場を用いてもよい。

磁場中成形後、その成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、粒度と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、１０００〜１１００℃で１〜５時間程度焼結すればよい。焼結工程の前に成形体に含まれている粉砕助剤、ガスなどを除去する処理を行なってもよい。焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力を制御する重要な工程である。時効処理を２段に分けて行なう場合には、８００℃近傍、６００℃近傍での所定時間の保持が有効である。８００℃近傍での熱処理を焼結後に行なうと、保磁力が増大するため、混合法においては特に有効である。また、６００℃近傍の熱処理で保磁力が大きく増加するため、時効処理を１段で行なう場合には、６００℃近傍の時効処理を施すとよい。

以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
＜第１実施例＞
ストリップキャスト法により、表１に示す組成の原料合金を作製した。
得られた各々の原料合金に対して室温にて水素を吸蔵させた後、Ａｒ雰囲気中で６００℃×１時間の脱水素を行なう、水素粉砕処理を行なった。
高磁気特性を得るべく、本実験では焼結体酸素量を１０００ｐｐｍ以下に抑えるために、水素粉砕（粉砕処理後の回収）から焼結（焼結炉に投入する）までの各工程の雰囲気を１００ｐｐｍ未満の酸素濃度に抑えてある。

通常、粗粉砕と微粉砕による２段粉砕を行っているが、本実施例では粗粉砕工程を省いている。
水素粉砕された合金に粉砕助剤としてオレイン酸アミドを０．１％添加し、ジェットミルにて微粉砕を行ない、平均粒径（ｄ）３．３μｍ、３．７μｍ、４．１μｍ、４．４μｍ、４．８μｍ及び５．３μｍの６種類の微粉末を得た。なお、粒径の測定はレーザ回折式粒度分布計（Malvern Instruments社製Mastersizer）により行なった。

得られた微粉末を１３２０ｋＡ／ｍ（１６．５ｋＯｅ）の磁場中で加圧成形を行って成形体を得た。成形体の密度は４．２Ｍｇ／ｍ³である。
得られた成形体を真空中において１０４０℃で４時間焼結した後、急冷した。次いで得られた焼結体に８００℃×１時間と５３０℃×２．５時間（ともにＡｒ雰囲気中）の２段時効処理を施した。

得られたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石についてＢ−Ｈトレーサにより磁気特性を測定するとともに、焼結体の密度、平均結晶粒径、酸素含有量、窒素含有量及び炭素含有量を測定した。その結果を表２に示す。表２において、ｄは焼結体の平均結晶粒径、ρは焼結体の密度、Ｂｒは残留磁束密度、ＨｃＪは保磁力、（ＢＨ）ｍａｘは最大エネルギー積を、Ｈｋ／ＨｃＪは角形比を示す。なお、角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）は磁石性能の指標となるものであり、磁気ヒステリシスル−プの第２象限における角張の度合いを表す。またＨｋは、磁気ヒステリシスル−プの第２象限において、磁束密度が残留磁束密度の９０％になるときの外部磁界強度である。焼結体の平均結晶粒径は、焼結体の研磨面を簡易偏光顕微鏡（オリンパス光学工業（株）製ＢＸ６０Ｍ）で観察し、それを画像処理装置（旭化成工業（株）製ＩＰ−１０００）にて評価した。この評価により、粒子面積が得られるので、それを円相当径に換算して結晶粒径とした。

表２に示すように、試料１〜６のいずれのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石も１．３Ｔ以上の残留磁束密度、２０００ｋＡ／ｍ以上の保磁力、３４０ｋＪ／ｍ³近傍又はそれ以上という最大エネルギー積、９０％以上の角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）を有していることがわかる。また、いずれのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石も酸素量が１０００ｐｐｍ以下、窒素量が５００ｐｐｍ以下、炭素量が１０００ｐｐｍ以下と、不純物量が低いレベルにあることがわかる。

次に、試料１〜６のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石について、着磁率（Ｐｃ＝２）を測定した。その結果を表３に示す。表３に示すように、平均結晶粒径が最も小さい試料１（３．３μｍ）及び最も大きい試料５（５．３μｍ）のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、２４０ｋＡ／ｍの着磁磁界で６０％未満の着磁率しか得られないことがわかる。

以上より、焼結体の平均結晶粒径が３．５〜５．０μｍ、望ましくは４．０〜４．５μｍの範囲とすることにより、２４０ｋＡ／ｍという低い着磁磁界で６０％以上の着磁率を得ることができるとともに、４００ｋＡ／ｍという低い着磁磁界で８５％以上の着磁率を得ることができる。さらに、８００ｋＡ／ｍの着磁磁界で９５％以上の着磁率が得られることからわかるように、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、着磁率の立ち上がりが早い。

＜第２実施例＞
表４に示す組成の原料合金を用いること及び微粉末を作製する際の粉砕ガス（窒素）中の酸素含有量を制御することによって最終の焼結体の酸素含有量を変動させた以外は第１実施例と同様にして５種類のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（試料７〜１１）を得た。得られたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石について、第１実施例と同様に磁気特性等を測定した。その結果を表５に示す。

表５に示すように、試料７〜１１のいずれのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石も１．３Ｔ以上の残留磁束密度、２３００ｋＡ／ｍ以上の保磁力、３３０ｋＪ／ｍ³近傍の最大エネルギー積を有していることがわかる。

次に、試料７〜１１のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石について、着磁率（Ｐｃ＝２）を測定した。その結果を表６に示す。表６に示すように、焼結体の酸素量が４９０ｐｐｍと最も低い試料７のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石が低い着磁磁界における着磁率が最も高いことがわかる。また、試料７〜１０は、２４０ｋＡ／ｍ（３ｋＯｅ）の着磁磁界で７０％以上の着磁率、４００ｋＡ／ｍ（５ｋＯｅ）の着磁磁界で９０％以上の着磁率、８００ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）の着磁磁界でほぼ１００％の着磁率を得ることができる。これに対して、試料１１は２４０ｋＡ／ｍ（３ｋＯｅ）の着磁磁界で６０％を超える着磁率を得ることができない。同様に４００ｋＡ／ｍ（５ｋＯｅ）の着磁磁界における着磁率が８５％に達しない。

以上のように、着磁率はＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石に含まれる酸素の量と関連があり、低い着磁磁界から高い着磁磁界まで着磁率を向上させるためには、酸素含有量は２０００ｐｐｍ以下、望ましくは１５００ｐｐｍ以下、さらに望ましくは１０００ｐｐｍ以下とすべきである。

＜第３実施例＞
表７に示す原料合金を用いた以外は第１実施例と同様にして８種類のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（試料１２〜１９）を得た。得られたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石について、第１実施例と同様に磁気特性等を測定した。その結果を表８に示す。なお、第１実施例における試料１も表７、８に示している。
表８に示すように、Ｍ元素を含まない試料１２は角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が９３．６％と他の試料に比べて低い。これに対してＭ元素を含む試料１、１３〜１９は９５％を超える角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）を有しており、特にＮｂを含む試料１３、Ｇａを含む試料１７及びＺｒとＮｂを含む試料１９の角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が高くかつ保磁力（ＨｃＪ）も高いことがわかる。

試料１２について組織観察を行なったところ、試料１２は焼結体中に１００μｍ程度まで異常に成長した結晶粒が観察された。これは、酸素含有量が１０００ｐｐｍ程度と低く、結晶粒成長を抑制していた酸化物の量が低減されたためである。この異常成長した結晶粒の存在が低い角形比の原因と推測される。
試料１、１３〜１９についても同様に組織観察を行なったが、試料１２で観察された異常成長した結晶粒は観察されなかった。試料１、１３及び１９ではＮｂが主相結晶粒及び粒界相に、また試料１４、１９ではＺｒが粒界相に分散していることが確認されており、Ｎｂ又はＺｒが何らかの化合物を形成し、この化合物が結晶粒の異常成長を抑制しているものと解される。

次に、試料１、試料１２〜１９のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石について、着磁率（Ｐｃ＝２）を測定した。その結果を表９に示す。なお、試料１の結果についても表９に示してある。表９に示すように、Ｍ元素を含まない試料１２は２４０ｋＡ／ｍの着磁磁界で５０％以下の着磁率しか得られないのに対して、Ｍ元素を含む試料１、１３〜１８は２４０ｋＡ／ｍの着磁磁界で６０％以上の着磁率が得られることがわかる。また、Ｍ元素を含まない試料１２は４００ｋＡ／ｍの着磁磁界で８５％以下の着磁率しか得られないのに対して、Ｍ元素を含む試料１、１３〜１９は４００ｋＡ／ｍの着磁磁界で８５％以上の着磁率が得られることがわかる。

以上より、Ｍ元素は異常粒成長を抑制することにより磁気特性、特に角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）の向上にとって有効な元素であるとともに、着磁特性の向上にとっても有効な元素であることがわかる。特に、Ｎｂ、Ｚｒ及びＧａは磁気特性及び着磁特性の両者を高いレベルにするために有効な元素である。

＜第４実施例＞
表１０に示す原料合金を用いた以外は第１実施例と同様にして４種類のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（試料２０〜２３）を得た。試料２０〜２３について、第１実施例と同様に磁気特性、焼結体の平均結晶粒径等を測定した。その結果を表１１に示す。Ｄｙ量が多くなるにつれて保磁力（ＨｃＪ）が高くなる一方、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下することがわかる。試料２０〜２３の着磁率（Ｐｃ＝２）を第１実施例と同様に測定した。その結果を表１２に示す。表１２に示すように、Ｄｙ量が多くなるにつれて着磁率が向上することがわかる。特に、その差異は４００ｋＡ／ｍ以下の着磁磁界において顕著である。

また、試料２０及び試料２３から図１に示す形状の試験片（厚さ２．１ｍｍ）を作製するとともに、図１に示すようにコの字状に着磁を行なった。なお、着磁条件を以下の４条件とした。
８００μＦ×３５０Ｖ、８００μＦ×６００Ｖ、８００μＦ×９００Ｖ、８００μＦ×１５００Ｖ
各着磁条件において、図１の一点鎖線上のトータルフラックスを測定した。図２は、一点鎖線上の位置とトータルフラックス（Ｂ）との関係を着磁電圧ごとに示したグラフである。
フル着磁に近い着磁電圧が１５００Ｖのときには試料２０及び試料２３は同等のトータルフラックス（Ｂ）を示している。しかし、着磁電圧が３５０Ｖの時には試料２３は試料２０の１．３倍以上のトータルフラックス（Ｂ）を有している。同様に、着磁電圧が６００Ｖの時には試料２３は試料２０の１．１倍以上のトータルフラックス（Ｂ）を有している。また、着磁電圧が３５０Ｖの場合、極性が反転すべき３．５ｍｍの位置近傍の試料２０及び試料２３の曲線を比較すると、後者の傾きに比べて前者の傾きが小さく、ニュートラルゾーンの発生を示唆している。

以上の結果より、着磁特性の優れた試料を用いることにより、ニュートラルゾーンの幅を小さくすることができるため、アクチュエータに優れた動作特性を与えることができる。

＜第５実施例＞
表１３に示す原料合金を用いた以外は第１実施例と同様にして４種類のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（試料２４〜２７）を得た。試料２４〜２７について、第１実施例と同様に磁気特性、焼結体の平均結晶粒径等を測定した。その結果を表１４に示す。Ｔｂ量が多くなるにつれて保磁力（ＨｃＪ）が高くなる一方、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下することがわかる。試料２４〜２７の着磁率（Ｐｃ＝２）を第１実施例と同様に測定した。その結果を表１５に示す。表１５に示すように、Ｔｂ量が多くなるにつれて着磁率が向上することがわかる。特に、４００ｋＡ／ｍ以下の着磁磁界においてその差異が顕著である。また、第４実施例と比較すると、Ｔｂはより少ない含有量でＤｙと同等の効果を得ることができる。

＜第６実施例＞
実施例１の試料２について、Ｐｃ＝１．０、０．５の試料をさらに作製し、第１実施例と同様に着磁率を測定した。その結果を表１６に示す。

表１６に示すように、Ｐｃが小さくなるにつれて着磁率は低下する傾向にあるが、２４０ｋＡ／ｍの着磁磁界において、Ｐｃ＝１．０の着磁率が５５％以上、Ｐｃ＝０．５の着磁率が４０％以上と低磁界で高い着磁率を示している。また、４００ｋＡ／ｍの着磁磁界において、Ｐｃ＝１．０の着磁率が８０％以上、Ｐｃ＝０．５の着磁率が７０％以上の着磁率を示していることがわかる。

第４実施例によるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石から作製した試験片の形状を示す平面図である。 図１の試験片の一点鎖線上の位置とトータルフラックス（Ｂ）との関係を着磁電圧ごとに示したグラフである。

Claims (15)

1. Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ相（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする１種又は２種以上の遷移金属元素）からなる主相と、
   前記主相よりＲを多く含む粒界相とを備えた、酸素含有量が２０００ｐｐｍ以下、平均結晶粒径が３．５〜５．０μｍの焼結体からなり、
   Ｐｃ（パーミアンス係数）が２において、
   ２４０ｋＡ／ｍの有効磁場（ただし、有効磁場＝印加磁場−反磁場）を印加したときのトータルフラックスをｆ１、
   ４００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ２、
   ２０００ｋＡ／ｍの有効磁場を印加したときのトータルフラックスをｆ３とすると、
   着磁率ａ（＝ｆ１／ｆ３×１００）が６０％以上、かつ、
   着磁率ｂ（＝ｆ２／ｆ３×１００）が８５％以上であるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法であって、
   Ｒ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上）、Ｂ：０．５〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２〜１．５ｗｔ％及びＺｒ：０．０３〜０．２５ｗｔ％の１種又は２種、Ｃｏ：２ｗｔ％以下（０を含まず）、残部実質的にＦｅからなる組成を有する原料粉末を磁場中で成形して成形体を作製し、
   前記成形体を焼結することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
2. 前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の保磁力（ＨｃＪ）が１６８０ｋＡ／ｍを超えることを特徴とする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
3. 前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）が１．２０Ｔ以上、最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）が２４０ｋＪ／ｍ³以上、角形比（Ｈｋ／ＨｃＪ）が９０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
4. 前記焼結体中の酸素量が１５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
5. 前記焼結体中の酸素量が１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
6. 前記焼結体中にＮｂが分散していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
7. 前記焼結体中にＺｒが分散していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
8. Ｒとして４．０〜１２．０ｗｔ％のＤｙを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
9. Ｒとして１．０〜６．０ｗｔ％のＴｂを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
10. Ｎｂは前記焼結体の主相及び結晶粒界に分散していることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
11. Ｚｒは前記焼結体の結晶粒界に分散していることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
12. 多極着磁される磁石であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
13. 前記焼結体中の窒素量が２０〜６００ｐｐｍ、炭素量が１５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
14. Ｇａ：０．０２〜１．５ｗｔ％を含有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。
15. 前記原料粉末は原料合金を粉砕して作製され、
    前記原料合金の粉砕から前記成形体の焼結までの工程の雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ未満とすることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法。

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