JP4790933B2 - 磁石用固形材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軽量でありながら高磁気特性を有し、熱安定性に優れた希土類−鉄−窒素−水素系磁石用固形材料、及びそれを用いてなる磁石を利用した装置並びに部品に関する。この発明は、又、磁場中で圧粉成形後、衝撃圧縮して分解や脱窒を防止しながら高磁気特性の磁石用固形材料を得る製造方法に関する。
【０００２】
ここで言う固形材料とは、塊状の材料のことを指す。さらに、ここで言う磁石用固形材料とは、塊状の磁性材料のことを指し、磁石用固形材料を構成する磁性材料の粉末同士が直接、または金属相若しくは無機物相を介して、連続的に結合し、全体として塊状を成している状態の磁性材料である。
【０００３】
【従来の技術】
高性能の希土類磁石として、例えばＳｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が知られている。前者は高い熱安定性と耐食性等により、また、後者は極めて高い磁気特性、低コスト、原料供給の安定性等によりそれぞれ広く用いられている。今日、更に高い熱安定性と高い磁気特性とを併せ持ち、軽量で原料コストの安価な希土類磁石が、電装用や各種ＦＡ用のアクチュエータ、あるいは回転機用の磁石として要望されている。
【０００４】
一方、菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する希土類−鉄化合物をＮＨ₃とＨ₂の混合ガス等の中で４００℃〜６００℃の比較的低温にて反応させる時、Ｎ原子及びＨ原子が上記結晶、例えばＴｈ₂Ｚｎ₁₇型化合物の格子間位置に侵入し、キュリー温度や磁気異方性の顕著な増加を招来することが報告されている（米国特許第５１８６７６６号）。近年、かかる希土類−鉄−窒素系磁性材料を用いた高性能固形磁石が前記要望に沿う新磁石材料としてその実用化の期待が高まっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
窒素と水素とを金属間化合物の格子間に含有し、菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する希土類−鉄−窒素−水素系材料（以下Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料という）は、一般に粉体状態にて得られるが、常圧下約６００℃以上の温度ではα−Ｆｅ分解相と希土類窒化物相とに分解し易いため、自己焼結により焼結して磁石用固形材料として得ることは、通常の工業的方法では非常に困難である。
【０００６】
そこで、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を用いた磁石としては、樹脂をバインダとしたボンド磁石が製造され使用されている。しかし、この材料を用いて作られた磁石は、４００℃以上のキュリー温度を有し、本来２００℃以上の温度でも磁化を失わない磁性粉体を使用しているにもかかわらず、１２−ナイロン樹脂などのバインダの耐熱温度が低いことと保磁力の温度係数が−０．５％／℃程度であるのに対し保磁力が０．６ＭＡ／ｍと小さい（電気学会技術報告第７２９号、電気学会編、第４１頁参照）ことが主な原因となって不可逆減磁率が大きくなり、概ね１００℃未満の温度でしか使用されていない。すなわち、最近ヘビーデューティーの要求から、１５０℃以上の高温の環境下で使用される動力源としてのブラシレスモータ等を作る場合、このボンド磁石は使用することができないという問題があった。
【０００７】
また、樹脂をバインダとした圧縮成形ボンド磁石を製造する場合、充填率を向上させ高性能化するには、工業的に難しい１０重量トン／ｃｍ²以上の成形圧力が必要であり、金型寿命等を考慮すると、混合比率は体積比にて８０％未満にせざるを得ない場合が多く、圧縮成形ボンド磁石によってはＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の優れた基本磁気特性を十分に発揮できないという問題があった。
【０００８】
以上の問題点を解決するために、樹脂バインダを用いない希土類−鉄−窒素系永久磁石の製造方法が特許第３１０８２３２号公報に提案されている。
しかしながら、当該方法によると、衝撃圧縮後の残留温度をＴｈ₂Ｚｎ₁₇型希土類−鉄−窒素系磁性材料の分解温度以下に抑制するためには、衝撃圧縮の際の圧力を一定の狭い範囲に限定しなければならないという欠点があった。
さらに、当該方法によれば、希土類−鉄−窒素系磁性材料の分解を十分に押さえられないため、保磁力も最高で０．２１ＭＡ／ｍと低くとどまるものであった。
【０００９】
また、特開２００１−６９５９には、大型でヒビや欠けのない成形体を得る目的で、円筒収束衝撃波を用いてＴｈ₂Ｚｎ₁₇型希土類−鉄−窒素系磁性材料を圧縮固化する方法が開示されているが、当該方法により得られる磁石においても、保磁力の最高値は０．６２ＭＡ／ｍと、まだ満足できるものではなかった。
【００１０】
他に、衝撃波圧縮により成形したＴｈ₂Ｚｎ₁₇型希土類−鉄−窒素系磁性材料の例としては、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第８０巻、第１号、３５６頁に報告されたものがあるが、１０ＧＰａでは充填率が低く２０ＧＰａではα−Ｆｅ分解相とＳｍＮ相への分解が進むため、各衝撃圧縮条件での磁気特性の最高値は保磁力０．５７ＭＡ／ｍ、（ＢＨ）_max＝１３４ｋＪ／ｍ³と、Ｔｈ₂Ｚｎ₁₇型Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系ボンド磁石に対して十分高い磁気特性を有しているとは言えないものであった。
【００１１】
さらに、家電・ＯＡ機器や電気自動車への用途において、軽量高性能化が求められているが、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石の密度が８．４ｇ／ｃｍ³程度、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の密度が７．５ｇ／ｃｍ³程度とこれらの磁石を搭載すると重量が大きくなりがちであった。また、用途によっては磁気特性に余裕があるため磁石の小型化による軽量化が可能であっても、加工による歩留まりを考慮するとコスト的に必ずしも有利とは言えないものであった。例えば、切削屑は切削面積に比例するので体積が小さくなるほど製品の単位体積当たりの歩留まりは悪くなってしまう。
【００１２】
その欠点を補う各種ボンド磁石は上述のように熱安定性に劣るものなので、軽量でありながら高磁気特性であり、熱安定性に優れ、コストパフォーマンスの高い磁石はまだ開発されていない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、菱面体晶または六方晶の結晶構造を有したＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を８０〜９７体積％含有し、６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³と小さな密度を有しながら磁気特性とその安定性が優れることを特徴とする磁石用固形材料を提供することを目的とする。
本発明はまた、前記磁石用固形材料を製造する方法を提供することを他の目的とする。
本発明はさらに、前記磁石用固形材料を利用した装置、部品を提供することを更に他の目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、菱面体晶または六方晶の結晶構造を有するＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を含有し、軽量で磁気特性とその安定性が高い磁石用固形材料を得るために、原料組成と含有率、その製造方法について鋭意検討したところ、窒素だけでなく水素をも含む磁性材料粉体を用い、その体積分率を８０〜９７体積％として、磁場中で圧粉成形体にした後、前記圧粉体を一定の衝撃波圧力を有する水中衝撃波で衝撃圧縮し、衝撃圧縮の持つ超高圧剪断性、活性化作用、短時間作用現象などの特徴を活かして衝撃圧縮後の残留温度をＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の分解温度（常圧で約６００℃）以下に抑制することにより、分解を防ぎながら、密度６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³で１００℃以上でも使用可能な、金属結合により固化したＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁石用固形材料を容易に得ることができるという知見を得て、この発明を完成した。
【００１５】
すなわち、本発明の態様は以下のとおりである。
（１）衝撃波圧力が３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いて圧縮固化され、菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料を８０〜９７体積％含有することを特徴とする磁石用固形材料。
（２）衝撃波圧力が３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いて圧縮固化され、密度が６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³であることを特徴とする菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する希土類−鉄−窒素−水素系の磁石用固形材料。
（３）前記（１）又は（２）記載の磁石用固形材料であって、常温の残留磁束密度Ｂ_r、常温の保磁力Ｈ_cJ、磁石として使用するときのパーミアンス係数Ｐ_c及び最高使用温度Ｔ_maxの関係が、μ₀を真空の透磁率とするとき、
Ｂ_r≦μ₀Ｈ_cJ（Ｐ_c＋１）（１１０００−５０Ｔ_max）／（１００００−６Ｔ_max）
であることを特徴とする磁石用固形材料。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の磁石用固形材料であって、保磁力Ｈ_cJが０．７６ＭＡ／ｍ以上で、しかも角形比Ｂ_r／Ｊ_sが９５％以上であることを特徴とする磁石用固形材料。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の磁石用固形材料であって、希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の成分が密度６．５ｇ／ｃｍ³以下の元素、化合物またはそれらの混合物であることを特徴とする磁石用固形材料。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の磁石用固形材料であって、希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の部分に大気、不活性ガスのうち少なくとも１種を含有することを特徴とする磁石用固形材料。
（７）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の磁石用固形材料であって、希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の部分に酸化物、フッ化物、炭化物、窒化物、水素化物、炭酸化物、硫酸塩、ケイ酸塩、塩化物、硝酸塩のうち少なくとも１種を含有することを特徴とする磁石用固形材料。
（８）前記（１）〜（７）のいずれかに記載の磁石用固形材料であって、希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の部分に有機物を含有することを特徴とする磁石用固形材料。
（９）前記（１）〜（８）のいずれかに記載の磁石用固形材料であって、希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料又はこれと他の構成成分との混合物を衝撃波圧力が３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いて圧縮固化することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の磁石用固形材料の製造方法。
（１０）前記（９）に記載の磁石用固形材料を製造する方法であって、希土類−鉄−窒素−水素系磁性粉体を磁場中で圧粉成形した後、水中衝撃波を用いて圧縮固化することを特徴とする磁石用固形材料の製造方法。
（１１）磁石の静磁場を利用する装置に使用するための部品であって、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の磁石用固形材料を用いたことを特徴とする部品。
（１２）磁石の静磁場を利用する最高使用温度Ｔ_maxが１００℃以上の装置であって、その部品として上記（１１）に記載の部品を使用することを特徴とする装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の磁石用固形材料に用いられるＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料としては、次の（１）〜（７）から選ばれた少なくとも一つの磁性材料が挙げられる。
（１）一般式Ｒ_αＦｅ_{100 ―α - β - γ}Ｎ_βＨ_γで表され、菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する磁性材料であり、又、ＲはＹを含む希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素であり、又、α、β、γは原子百分率で、３≦α≦２０、５≦β≦３０、０．０１≦γ≦１０であることを特徴とする磁性材料。
（２）一般式Ｒ_αＦｅ_{100 ―α - β - γ - δ}Ｎ_βＨ_γＯ_δで表され、菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する磁性材料であり、又、ＲはＹを含む希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素であり、又、α、β、γ、δは原子百分率で、５≦α≦２０、１０≦β≦２５、０．０１≦γ≦５、１≦δ≦１０であることを特徴とする磁性材料。
（３）Ｒ及び又はＦｅの２０原子％以下をＮｉ、Ｔｉ、Ｖ、 Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｂから選ばれた少なくとも一種の元素と置換した上記（１）又は（２）の磁性材料。
（４）Ｎ及び又はＨの１０原子％以下をＣ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓ、Ａｌから選ばれる少なくとも一種の元素と置換した上記（１）〜（３）のいずれか磁性材料。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかの磁性材料の成分のうち、Ｒの５０原子％以上がＳｍであることを特徴とする磁性材料。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかの磁性材料の成分のうち、Ｆｅの０．０１〜５０原子％をＣｏで置換したことを特徴とする磁性材料。
（７）上記（１）〜（６）のいずれかの磁性材料の粒界又は表面にＺｎを反応させた磁性材料。
【００１７】
これらの磁性材料は、公知の方法（例えば、米国特許第５１８６７６６号、米国特許第５１６４１０４号、特許第２７０３２８１号公報、特許第２７０５９８５号公報、特許第２７０８５６８号公報、特許第２７３９８６０号公報、特許２８５７４７６号公報等）により調製される。
【００１８】
これらのＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料は、０．１〜１００μｍの平均粒径を有する粉体状で得られ、磁石用固形材料の原料として供給される。平均粒径が０．１μｍ未満であると、磁場配向性が悪くなり、残留磁束密度が低くなる。逆に平均粒径が１００μｍを越えると保磁力が低くなり、実用性に乏しくなる。優れた磁場配向性を付与させるために、更に好ましい平均粒径の範囲は１〜１００μｍであり、２〜８０μｍであれば、最も好ましい。
また、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料は、高い飽和磁化、高いキュリー点と共に、大きな磁気異方性を有することが特徴である。従って、粒径２μｍ以上の単結晶粉体とすれば外部磁場により容易に磁場配向することができ、高い磁気特性を持つ異方性磁石とすることができる。
【００１９】
Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の大きな特徴の一つは、耐酸化性が高く、錆が発生しにくい点である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石は、磁気特性が極めて高く、ＶＣＭ等のアクチュエータや各種モータに多用されているが、表面が常温の大気中でも容易に酸化してしまうため、錆落ち防止の目的でニッケルメッキやエポキシ樹脂コーティングなどにより表面処理することが必須となる。
【００２０】
これに対して、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を用いた磁石の場合、上記の表面処理を必要としないか、或いは簡便なものとすることができる。このことは、コスト的に有利であって、しかも、磁性の低い表面層がない分アクチュエータやモータとして使用する場合に磁石の磁力を最大限活かすことができるため、例えば（ＢＨ）_max値がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石より劣る場合であっても同様なコストパフォーマンスを発揮することができる。
【００２１】
ところで、水素を含有しないＴｈ₂Ｚｎ₁₇型Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料は、磁気特性の最適化を図ろうとした場合、窒素量がＲ₂Ｆｅ₁₇当たり３個より少なくなり、熱力学的に不安定なＲ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_{3- Δ}相が生じる。この相は、熱的、機械的なエネルギーにより容易にα−Ｆｅ分解相と窒化希土類とへ分解する結果、従来の衝撃波圧縮によっては高性能な磁石用固形材料とはなり得ない。
【００２２】
これに対し、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料においては、水素が上記で規定される範囲内に制御されれば、通常、その主相は熱力学的に安定なＲ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃Ｈ_x相又は余剰な窒素を含むＲ₂Ｆｅ₁₇Ｎ_{3+ Δ}Ｈ_x相（通常ｘは０．０１〜２程度の範囲）になって熱的、機械的なエネルギーによるα−Ｆｅ分解相及び窒化希土類相への分解は、Ｈを含まないＴｈ₂Ｚｎ₁₇型Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料に比べて顕著に抑制される。
このことは、高磁気特性で、熱安定性、耐酸化性の優れた磁石用固形材料を得るための重要な知見に他ならない。
【００２３】
本発明の磁石用固形材料は、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を８０〜９７体積％含有した材料である。Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料以外の３〜２０体積％の部分は真空であっても良いし、密度６．５ｇ／ｃｍ³以下の元素、化合物、またはそれらの混合物であってもよい。
【００２４】
本発明の磁石用固形材料の密度は６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³とすることが好ましい。６．１５ｇ／ｃｍ³未満であってもＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の成分が８０体積％以上となる場合は好ましい場合がある。また、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を９７体積％以下としても７．４５ｇ／ｃｍ³を越える場合があり、既存の固形磁石に比べ軽量である本発明の磁石用固形材料の特徴が活かせなくなることもある。例えば、Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃Ｈ_0.1磁性材料の真密度は７．６９ｇ／ｃｍ³（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．、ＭＡＧ−２８、２３２６頁、及びＩＣＤＤによるＰｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅ ＷＺ１４３０を参照）であるが、磁性材料以外の部分が充分無視できるほど密度の低いガスなどであったとして、磁性材料の含有率が８０〜９７体積％のとき、密度は６．１５〜７．４６となる。
【００２５】
ここに言う真密度とは、Ｘ線から求められる、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈユニットセルの体積ｖと、そのユニットセルを構成する原子の原子量の総和ｗから求められる密度ｗ／ｖのことであり、一般にＸ線密度Ｄ_xと呼ばれるものである。また、磁石用固形材料の密度Ｄ_mは、アルキメデス法や体積法などのマクロな方法で求めることができる。
【００２６】
Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料の組成や磁性材料以外の部分の種類により、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料の体積分率と密度の関係は変わるが、熱安定性の良い磁石用固形材料とするために８０体積％以上の磁性材料含有率が求められ、軽量である磁石用固形材料とするために７．４５ｇ／ｃｍ³以下の密度が求められるので、より好ましい磁石用固形材料は、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を８０〜９７体積％含有し、しかも密度が６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³の範囲にあるものである。
【００２７】
さらに好ましいＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の体積分率または磁石用固形材料の密度の範囲を述べると、特に熱安定性が要求される用途には８３〜９７体積％であって密度６．３５〜７．４５ｇ／ｃｍ³の範囲が選ばれ、機械的強度、磁気特性、熱安定性に非常に優れる軽量な磁石とするためには、８５〜９６体積％であって密度６．５０〜７．４０ｇ／ｃｍ³の範囲が選ばれる。
【００２８】
本発明の磁石用固形材料は、常温の残留磁束密度Ｂ_r、常温の保磁力Ｈ_cJ、磁石として使用するときのパーミアンス係数Ｐ_c及び最高使用温度Ｔ_maxの関係が、μ₀を真空の透磁率とするとき、
Ｂ_r≦μ₀Ｈ_cJ（Ｐ_c＋１）（１１０００−５０Ｔ_max）／（１００００−６Ｔ_max）
であれば更に望ましい。
上記の関係式は、磁石が顕著な減磁をしない条件を定める式であるが、その意味について以下に補足する。ここに顕著な減磁とは、不可逆でかつ大きな減磁のことを指し、例えば１０００時間以内に不可逆減磁率で−２０％を越えるような減磁を言う。
【００２９】
磁石の逆磁場に対する磁化の変化を表すＢ−Ｈ曲線上における屈曲点のＨ座標は、角形比がほぼ１００％であるとき、ほぼＨ_cJの値となる。磁石の動作点が、屈曲点より高磁場側に来ると急激に減磁して、磁石の有する性能を有効に発揮させることができないので、動作点は屈曲点よりも低磁場側にあるべきである。従って、磁石の形状によって決まる反磁場に対する磁束密度の比を内部パーミアンス係数Ｐ_c0、磁石として磁気回路や装置に組み込んだ後、運転中磁石に掛かる逆磁場の大きさによって定まる各動作点でのパーミアンス係数の中で最小のパーミアンス係数をＰ_cとするとき、Ｐ_c0とＰ_cのうち小さい方の値をＰ_cminとすれば、少なくとも下記式（１）でなければ、顕著な減磁が生じてしまう。
【００３０】
【数１】

【００３１】
（１）式は室温における条件式であり、温度Ｔ℃においては、残留磁束密度の温度係数［α（Ｂ_r）］、保磁力の温度係数［α（Ｈ_cJ）］を用いて、下記式（２）と書き改めることにより、大幅な減磁が生じない条件が決定される。
【００３２】
【数２】

【００３３】
ここでＰ_c0がＰ_cより小さく、着磁しても磁場を取り去るとすぐに減磁してしまう場合は、予めヨークなどに磁石を組み込んでから着磁することによって顕著な減磁を回避することができるが、少なくとも（２）式によって定める条件を満たしていなくては磁石の使用による顕著な減磁を免れることはできない。
【００３４】
Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料の組成や温度領域によってα（Ｂ_r）、α（Ｈ_cJ）の値は変わるが、ほぼα（Ｂ_r）は−０．０６％／℃、α（Ｈ_cJ）は−０．５％／℃である。α（Ｂ_r）の値に比べてα（Ｈ_cJ）の値の方が絶対値が大きく、両者とも負の値なので、Ｔが高いほど（２）式を満たす正の値の組み合わせ（Ｂ_r、Ｈ_cJ）の領域は小さくなる。従って、本発明の磁石用固形材料を用いて成る磁石が、パーミアンス係数Ｐ_cの条件で使用される場合、動作中最も高くなる温度Ｔ_max℃により決定される（２）式の範囲にＢ_r及びＨ_cJを制御することにより、磁石の減磁を緩和することができることになる。
（２）式にＴ＝Ｔ_max、α（Ｂ_r）＝−０．０６、α（Ｈ_cJ）＝−０．５を代入し、整理すると下記式（３）のようになる。
【００３５】
【数３】

【００３６】
即ち、磁石としたとき、Ｂ_r、Ｈ_cJ、Ｐ_c、Ｔ_max が（３）式を満たせば、顕著な減磁が起こらない磁石であるということができる。また、（３）式によれば、Ｈ_cJが大きいほど、Ｂ_rの取りうる値は大きくなる。熱安定性が高く、高磁気特性の磁石とするためには、Ｈ_cJが０．６２ＭＡ／ｍを越える磁石用固形材料とする方が好ましい。
【００３７】
ところで、磁性材料の体積分率を上げることにより、Ｂ_rを大きくして常温の最大エネルギー積（ＢＨ）_maxが高い磁石用固形材料としたとしても、Ｔ_maxが例えば１００℃以上であるような高い温度であって（３）式の範囲を逸脱すれば、減磁が顕著となり、磁性材料の体積分率が低くＢ_rの小さい磁石用固形材料とパフォーマンスが変わらなくなってしまう場合がある。つまり、Ｐ_cとＴ_maxの組み合わせと磁石用固形材料のＨ_cJによっては、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の体積分率を上げてＢ_rを大きく取る意味がない。むしろ、磁性材料の体積分率を下げた方が軽量でコストパフォーマンスの高い磁石用固形材料となるのである。
【００３８】
具体的な例を挙げて説明する。Ｈ_cJ＝０．６２ＭＡ／ｍであるようなＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性粉体を原料とし、衝撃波圧縮を用いれば、ある条件でほぼ１００％の体積分率を有する磁石用固形材料とすることができる。このときのＢ_rは１．２Ｔを越える。
しかし、Ｐ_c＝１、Ｔ_max＝１００℃である用途の場合、（３）式から、Ｂ_rを０．９９Ｔ以上とする必要はない。即ち、この場合、０．９９Ｔより高いＢ_rを有した磁石用固形材料であったとしても磁石の動作又は使用によって減磁して、０．９９ＴのＢ_rを有した磁石とパフォーマンスは変わらなくなるのである。従って、磁性体の体積分率をむしろ８３％〜８５％程度に下げて、Ｂ_r＝０．９９Ｔ程度の磁石とし、軽量かつコストの安い磁石とする方が好ましい。
【００３９】
上記は、磁石の形状または磁気回路、動作によって決まる最小のパーミアンス係数、及びＢ_r、Ｈ_cJ、α（Ｂ_r）、α（Ｈ_cJ）といった磁性材料の磁気的な特性によって決まる熱安定性について述べたものであり、一般に磁石の温度特性とも言われる性質である。
【００４０】
この他に、熱安定性が低下する大きな原因としては、磁性粉体同士が、充分金属結合により接合して固化していないことが挙げられる。本来、永久磁石は外界に静磁ポテンシャルを作るために、結晶の容易磁化方向を揃えているが、磁気的に非平衡な状態であるため、磁性粉体同士が充分結合され固定されていない状態であると、各磁性粉がマトリックスの中で回転するなどして容易磁化方向の向きを変え、蓄えられた静磁エネルギーが徐々に小さくなっていく。
【００４１】
磁性粉充填率が８０％未満の材料、例えばボンド磁石などは、１００℃以上の高温で樹脂が軟化あるいは劣化すると比較的容易に上記のような緩和が起こり、顕著な減磁が生じることになる。ボンド磁石は、その名のとおり、バインダによりボンディングされている磁石であって、金属結合により固化された磁石ではない。熱安定性の不足はそのことに起因する問題点であるといえる。
【００４２】
一方、本発明の材料であれば、体積分率が８０％以上或いは８３％以上であるために、磁性粉同士が金属結合で固化しており、このような緩和は起こらない。以上のように、１００℃以上で満足する熱安定性を達成するためにも、磁性材料の体積分率の下限と上限を特定の範囲に制御する必要がある。
【００４３】
本発明の磁石用固形材料は、特別な方法によらなくとも、磁石としたときの保磁力Ｈ_cJが０．７６ＭＡ／ｍ以上で、しかも角形比Ｂ_r／Ｊ_sが９５％以上である磁石用固形材料とすることもできる。但し、Ｊ_sは常温の飽和磁化であり、本発明においては外部磁場を１．２ＭＡ／ｍとしたときの磁化の値とする。
【００４４】
例えば、Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃Ｈ_0.1材料は、ニュークリエーション型の磁場反転機構を持つため粒径と保磁力Ｈ_cJがほぼ反比例するような関係を持つ。２μｍ未満になると保磁力が０．７６ＭＡ／ｍを越えるが、この領域では、磁性粉の粒径が小さくなるに従って凝集しやすくなり、通常工業的に利用されている磁場では磁性粉体の磁場配向度が急激に落ちて、角形比が低下する。
【００４５】
図１は、ボールミルでＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃Ｈ_0.1粉体を粉砕して得た様々な粒径の磁性粉体を外部磁場１．２ＭＡ／ｍ、成形圧力１４重量トン／ｃｍ²で圧縮成形し、それらの保磁力Ｈ_cJと角形比Ｂ_r／Ｊ_sの関係（図中●）を示したものである。Ｈ_cJが０．７３ＭＡ／ｍを越えると角形比が急激に低下し、Ｈ_cJが０．７６ＭＡ／ｍ以上で９５％以下となる。
【００４６】
本発明の磁石用固形材料であると、衝撃波圧縮固化した際に組織を微細化することができるために、保磁力が０．７６ＭＡ／ｍ未満の磁性粉体を用いて角形比の高い圧粉体を調製し、これを衝撃波圧縮固化すると同時に保磁力を向上させ、高い角形比と高い保磁力を併せ持つ磁石用固形材料とすることができる。
保磁力が０．８〜１．２ＭＡ／ｍの範囲の場合、角形比を９５％から、磁場配向の方法と磁性材料の成分などの工夫を加えることによりほぼ１００％の範囲で調整することが可能である。
【００４７】
本発明の磁石用固形材料において、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の成分は密度６．５ｇ／ｃｍ³以下の元素、化合物またはそれらの混合物であることが好ましい。密度が６．５ｇ／ｃｍ³を越える元素などであると、磁性材料の体積分率を８０％に限定しても、磁石用固形材料全体の密度が７．４５ｇ／ｃｍ³を越える場合が多く、軽量である本発明の特徴が活かせなくなるので好ましくない。
【００４８】
密度６．５ｇ／ｃｍ³以下の元素としては、Ａｌ、Ａｒ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｒ、Ｃ、Ｃａ、Ｃｌ、Ｆ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｍｇ、Ｎ、Ｎｅ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒなどが挙げられる。
また、これらの化合物、合金や、密度６．５ｇ／ｃｍ³以上の元素が含まれていても、Ｍｎ−Ａｌ−ＣやＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金などのように化合物や合金において密度６．５ｇ／ｃｍ³以下となるもの、或いは体積比で１：１のＢｉ−Ａｌなどの混合物において、密度６．５ｇ／ｃｍ³以下となるものも好ましい。
【００４９】
Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の部分が密度６．５ｇ／ｃｍ³以下であるガス、例えば大気、窒素ガス、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅなどの不活性ガスのうち少なくとも１種であっても良い。これらの磁性材−ガス複合磁石用固形材料は軽量であることが特徴である。
【００５０】
また、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の部分が密度６．５ｇ／ｃｍ³以下のＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、フェライトなどの酸化物、ＣａＦ₂、ＡｌＦ₃などのフッ化物、ＴｉＣ、ＳｉＣ、ＺｒＣなどの炭化物、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｎＮ、ＡｌＮなどの窒化物などであっても好ましく、その他、水素化物、炭酸化物、硫酸塩、ケイ酸塩、塩化物、硝酸塩またはそれらの混合物であっても良い。
この中で、特にＢａＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃系、ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃系、Ｌａ添加フェライト系などの硬磁性フェライト、場合によってはＭｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系軟磁性フェライトなどを含有させることにより、磁気特性やその安定性を向上させることができる。これらの磁性材−無機物複合磁石用固形材料は機械的強度が高く、熱安定性や磁気特性に優れる。
【００５１】
さらに、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の部分が密度６．５ｇ／ｃｍ³以下の有機物であっても良い。例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、全芳香族ポリエステルなどエンジニアリング樹脂と呼称される樹脂や液晶ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、弗素樹脂など、耐熱性の熱可塑性或いは熱硬化性樹脂を初め、シリコーンゴムなどの有機ケイ素化合物、カップリング剤や滑剤などの有機金属化合物など、ガラス転移点、軟化点、融点、分解点が１００℃以上の有機物であるならば本発明の磁石用固形材料の成分として用いることができる。
但し、その体積分率は２０％以下好ましくは１７％以下であって、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の金属結合による固化を妨げるものであってはならない。この磁性材−有機物複合磁石用固形材料は、軽量なわりに耐衝撃性に優れる。但し、高温高湿度の過酷な環境においては、磁性材−有機物複合磁石用固形材料を用いない方が良い場合がある。
【００５２】
本発明の磁石用固形材料のＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の部分に、上記のガス、無機物、有機物のうち２種以上を同時に含有することができる。例えば、大気である空隙を有し、シリカを分散したシリコーンゴムを含有したＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材−ガス−無機物−有機物複合磁石用固形材料などであり、それぞれの成分の特徴を活かして、用途により使い分けることが望ましい。
【００５３】
次に、本発明の磁石用固形材料の製造法について述べる。但し、本発明の製造法は、これに限定されるわけではない。
水中衝撃波を用いた、本発明の衝撃圧縮法による固化工程では、衝撃波の持つ超高圧剪断性、活性化作用は、粉体の金属的結合による固化作用と組織の微細化作用を誘起し、固化と共に高保磁力化を可能とする。
このとき、衝撃圧力自体の持続時間は、従来の衝撃波を用いた場合よりも長いが、体積圧縮と衝撃波の非線型現象に基づくエントロピーの増加による温度上昇は極めて短時間（数μｓ以下）に消失し、その結果、分解や脱窒は殆ど起こらない。
【００５４】
水中衝撃波を用いて圧縮した後も残留温度は存在する。この残留温度が分解温度（常圧で約６００℃）以上になると、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系化合物等の分解が開始され、磁気特性を劣化するので好ましくない。しかし、水中衝撃波による場合は、従来の衝撃波による場合よりも、残留温度を低く保つことが非常に容易である。
【００５５】
さらに、圧粉成形を８０ｋＡ／ｍ以上、好ましくは８００ｋＡ／ｍ以上の定常磁場、若しくはパルス磁場中で行うことにより、粉体の磁化容易軸を一方向に揃えることができ、得られた圧粉体を衝撃圧縮により、 固化しても、配向性は損なわれず、磁気的に一軸性の異方性をもつ磁石用固形材料体が得られる。
【００５６】
本発明において、衝撃圧縮時の圧粉体の温度上昇を抑制するために、衝撃圧縮には、衝撃波圧力３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いる必要がある。衝撃波圧力が３ＧＰａより低いと、必ずしも密度６．１５ｇ／ｃｍ³以上の磁石用固形材料が得られない。衝撃波圧力が４０ＧＰａより高いと、α−Ｆｅ分解相等の分解物が生じることがあって好ましくない。さらに、密度が６．３５〜７．４５ｇ／ｃｍ³の範囲、さらに６．５０〜７．４０ｇ／ｃｍ³の範囲の磁石用固形材料を再現性良く得るには水中衝撃波の衝撃波圧力を３〜２０ＧＰａ、さらに衝撃波圧力を４〜１５ＧＰａとすることで達成される。
但し、磁性材−ガス複合磁石用固形材料においては、衝撃圧力が高すぎると容易に密度が７．４５ｇ／ｃｍ³を越える磁石用固形材料となってしまうので衝撃波圧力３〜１５ＧＰａの水中衝撃波を用いる方が好ましい。
【００５７】
水中衝撃波による衝撃圧縮方法としては、二重管の最内部に当該粉体を圧粉成形し中間部に水を入れ、外周部に爆薬を配置し、爆薬を爆轟させることで、前記中間部の水中に衝撃波を導入し、最内部の当該粉体を圧縮する方法や、当該粉体を密閉容器中へ圧粉成形し、水中へ投入し、爆薬を水中にて爆轟させ、その衝撃波により当該粉体を圧縮する方法や、特許第２９５１３４９号公報又は、特開平６−１９８４９６号公報による方法が選択できるが、いずれの方法においても、次に挙げる水中衝撃波による衝撃圧縮の利点を得ることができる。
【００５８】
即ち、
（１）水中衝撃波の圧力は、爆薬と水のユゴニオ関係によって決まり、圧力Ｐは概略次式で示される。
Ｐ＝２８８（ＭＰａ）｛（ρ／ρ₀）^7.25−１｝
上式より、水中衝撃波を用いた場合には、水の密度ρの基準時密度ρ₀に対する変化に関して圧力Ｐの増加量が非常に大きいため、爆薬量の調節により容易に超高圧が得られ、その際の磁性材料の温度は従来の衝撃波を用いた場合に比べて容易に低温度に保持される。
（２）衝撃圧力自体の持続時間が従来の衝撃波を用いた場合よりも長い。
（３）体積圧縮と衝撃波の非線型現象に基づくエントロピーの増加による磁性材料の温度上昇は極めて短時間に消失する。
（４）磁性材料の温度は、その後高く保持されることが少なく、又、長く保持されることが少ない。
（５）衝撃圧力が被圧縮体に対して均一に負荷される。
水中衝撃波のもつ、これらの優れた特徴によって、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料が熱分解を起こさず、容易に金属結合により圧縮固化される。
【００５９】
以上述べてきたように、磁性粉体として熱的に安定でα−Ｆｅ分解相を析出しにくいＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料を選び、上記の衝撃波圧縮法にて成形することにより初めて、前記磁性材料の体積分率が８０〜９７％で、密度が６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³である磁石用固形材料を作製することができるのであり、この磁石用固形材料は、高磁気特性で金属結合により固化されているため、熱安定性に優れた特徴を有するのである。
【００６０】
次に、本発明の装置又は部品について述べる。
最高使用温度Ｔ_maxが１００℃以上である用途には、従来のＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系ボンド磁石であると、樹脂成分を含みかつ磁性粉体同士が金属結合で固化していないために、熱安定性に劣り、使用することが難しかった。本発明の磁石用固形材料であれば、よしんば樹脂成分を含んでいてもＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性粉同士が金属結合で固化しているので熱安定性に優れる。さらに磁石用固形材料のＢ_r、Ｈ_cJが、磁石としたときのＰ_cとＴ_max及び（３）式で規定される領域にあれば、大きく減磁せず、軽量でコストパフォーマンスが高い上に熱安定性がさらに優れた磁石とすることができる。
【００６１】
Ｔ_maxの上限はＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料のキュリー点付近であり、４００℃を越えるが、磁石用固形材料磁石の組成や成分、磁石としての使われ方によりＴ_max上限は４００℃以下の様々な値をとる。例えば、Ｚｎで被覆したＨ_cJ＝１．６ＭＡ／ｍであるＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系材料を用いたとしても、Ｔ_maxが２２０℃以上のとき、本発明の磁石として使用することは不可能である。
【００６２】
本発明の磁石用固形材料により得られた磁石のＰ_c0は、０．０１〜１００、さらに好ましくは０．１〜１０であり、Ｐ_c0、Ｂ_r、Ｈ_cJの値の組み合わせが（１）式の範囲を逸脱するときは、ヨークなどを装着してのちＰ_c0を高めてから、着磁を行うことが好ましい。
【００６３】
本発明の磁石用固形材料により得られた磁石の静磁場を用いた、各種アクチュエータ、ボイスコイルモータ、リニアモータ、ロータ又はステータとして回転機用モータ、その中で特に産業機械や自動車用モータ、医療用装置や金属選別機の磁場発生源のほかＶＳＭ装置、ＥＳＲ装置、加速器などの分析機用磁場発生源、マグネトロン進行波管、プリンタヘッドや光ピックアップなどＯＡ機器、アンジュレータ、ウイグラ、リターダ、マグネットロール、マグネットチャック、各種マグネットシートなどの装置並びに部品は、Ｐ_cの極めて小さなステッピングモータなどの特殊な用途を除いて、１００℃以上の環境においても顕著な減磁が生ずることなく安定に使用することができる。
【００６４】
用途によっては１２５℃以上の温度でも使用でき、例えばＨ_cJ＞０．７（ＭＡ／ｍ）かつＰ_c＞１であるような場合が挙げられる。さらに、１５０℃以上での使用も可能で、例えばＨ_cJ＞０．８（ＭＡ／ｍ）かつＰ_c＞２であるような場合が挙げられる。
また、これらの装置又は部品に用いるとき、本発明の磁石用固形材料を各種加工を施してから、各形状のヨークやホールピース、各種整磁材料を接着、密着、接合した上で組み合わせて用いても良い。
【００６５】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の分解の度合いは、成形した磁石用固形材料のＸ線回折図（Ｃｕ−Ｋα線）をもとに、菱面体晶又は六方晶の結晶構造由来の回折線における最強線の高さａに対する、回折角２θが４４度付近のα−Ｆｅ分解相由来の回折線の高さｂの比ｂ／ａをもって判断した。この値が０．２以下なら分解の度合いは小さいと言える。好ましくは０．１以下である。さらに好ましくは０．０５以下で、この場合、分解は略無いと言える。
【００６６】
【実施例１】
図２は、水中衝撃波を用いた衝撃圧縮法を実施するための手段の一例を示す説明図である。
平均粒径６０μｍのＳｍ₂Ｆｅ₁₇母合金をＮＨ₃分圧０．３５ａｔｍ、Ｈ₂分圧０．６５ａｔｍのアンモニア−水素混合ガス気流中、４５０℃で９ｋｓ窒化水素化を行った後、アルゴン気流中で３．６ｋｓアニールを行い、その後ジェットミルにより２μｍに粉砕した。この粉体を１．２ＭＡ／ｍの磁場中で磁場配向させながら圧粉成形を行うことにより得た成形体を、図２に示す如く、銅製パイプ１に入れて銅製プラグ２に固定した。さらに銅製パイプ３を銅製プラグ２に固定して、更に、この間隙に水を充填し、外周部に均一な間隙を設け、紙筒４を配置し、前記間隙中に２００ｇの硝酸アンモニウム系爆薬５を装填し、起爆部６より前記爆薬を起爆し、爆薬を爆轟させた。この時の衝撃波圧力は、１４ＧＰａであった。衝撃圧縮後、パイプ１から固化したＳｍ_9.0Ｆｅ_76.1Ｎ_13.4Ｈ_1.5なる組成の磁石用固形材料を取り出し、４．０ＭＡ／ｍのパルス磁場で着磁し、常温での磁気特性を測定した結果、飽和磁化Ｊ_s＝１．２１Ｔ、残留磁束密度Ｂ_r＝１．１９Ｔ、保磁力Ｈ_cJ＝０．７３ＭＡ／ｍ、最大エネルギー積（ＢＨ）_max＝２４３ｋＪ／ｍ³であった。又、アルキメデス法により密度を測定した結果、７．４０ｇ／ｃｍ³であった。このときのＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の体積分率は９６．２％であった。
また、Ｘ線回折法で解析した結果、固化した磁石用固形材料は殆どα−Ｆｅ分解相の析出は起きておらず、Ｔｈ₂Ｚｎ₁₇型菱面体晶の結晶構造を有していることが確認された。
【００６７】
爆薬量を調整して同様の実験を多数回繰り返した。
衝撃波圧力が１５ＧＰａより高いと、密度は７．４５ｇ／ｃｍ³を越える場合が多く、又、衝撃波圧力が４０ＧＰａより高いとα−Ｆｅ分解相等の分解物が生じることが確認された。又、この衝撃波圧力は、密度が６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³である磁石用固形材料をより再現性良く得るためには、衝撃波圧力を３〜１５ＧＰａとすることが好ましいことも分かった。
【００６８】
【実施例２】
Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の粉砕法をボールミルとすることと、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の成分、衝撃波圧力を表１に示したとおりとする以外は、実施例１と同様にして磁石用固形材料を作製し、４．０ＭＡ／ｍのパルス磁場で着磁してから、Ｂ_r、Ｈ_cJ、角形比Ｂ_r／Ｊ_s、（ＢＨ）_maxを測定した。
その結果を表１に示した。Ｈ_cJが０．８１ＭＡ／ｍと大きい値であるにも関わらず、角形比が９６％であった。その結果を図１中○で示し、通常の圧縮成形体の場合と比較した。
【００６９】
【実施例３〜５】
Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の成分、衝撃波圧力を表１に示したとおりとする以外は、実施例１と同様にして磁石用固形材料を作製し、実施例２と同様にしてそれらの各種磁気特性を測定した。その結果を表１に示した。
【００７０】
【表１】

【００７１】
【比較例１】
平均粒径２０μｍのＳｍ₂Ｆｅ₁₇母合金をＮ₂ガス気流中、４９５℃で７２ｋｓ窒化を行う以外は実施例１と同様な操作によりＳｍ_9.1Ｆｅ_77.9Ｎ_13.0磁性材料を得た。この粉体を２μｍに粉砕し、実施例１と同様な方法により磁石用固形材料を作製した。この磁石を４．０ＭＡ／ｍのパルス磁場で着磁し常温での磁気特性を測定した結果、飽和磁化Ｊ_s＝１．２２Ｔ、残留磁束密度Ｂ_r＝０．９３Ｔ、保磁力Ｈ_cJ＝０．３４ＭＡ／ｍ、最大エネルギー積（ＢＨ）_max＝１１３ｋＪ／ｍ³であった。また，アルキメデス法により密度を測定した結果、７．２３ｇ／ｃｍ³であった。この材料のＸ線回折図には、Ｔｈ₂Ｚｎ₁₇型菱面体晶の結晶構造以外にα−Ｆｅ分解相由来の回折線も観察された。回折角２θが４４度付近におけるα−Ｆｅ分解相の回折線とＴｈ₂Ｚｎ₁₇型菱面体晶の結晶構造を示す（３０３）最強線との強度比ｂ／ａは０．２２であった。
【００７２】
【比較例２】
図３に示す如く、実施例１における平均粒径２μｍのＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性粉体を銅製パイプ１に入れて銅製プラグ２に固定し、外周部に均一な間隙を設け、紙筒４を配置し、前記間隙中に実施例１と同量の硝酸アンモニウム系爆薬５を装填し、起爆部６より前記爆薬を起爆し、爆薬を爆轟させた。衝撃圧縮後、パイプ１から固化した試料を取り出し、Ｘ線回折法により解析した結果、衝撃圧縮後はＳｍＮ相と多量のα−Ｆｅ分解相が生成していることが認められ、出発原料のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ化合物が分解していることが分かった。このときの強度比ｂ／ａは３．２であった。
【００７３】
【実施例６及び比較例３、４】
平均粒径を２．５μｍとしたＳｍ_9.0Ｆｅ_76.4Ｎ_13.5Ｈ_1.1なる磁性粉体を用いることと衝撃波圧力を３ＧＰａ（実施例６）並びに２３ＧＰａ（比較例３）としたこと以外は実施例１と同様にして磁石用固形材料を作製した。これらの磁石用固形材料の磁気特性を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示した。
【００７４】
また、これらの磁石用固形材料を正確に同形状の円盤に加工し、４．８ＭＡ／ｍのパルス磁場で着磁して、Ｐ_c0が２の磁石とした。これらの磁石を、１２５℃の恒温槽中で極力逆磁場が掛からないように注意して３．６Ｍｓ放置した。試料引き抜き式磁束測定装置を用いて、恒温槽放置前後の磁束の値を測定し、磁束の変化率、即ち不可逆減磁率（％）を求めた。結果を表２に示した。
不可逆減磁率は絶対値が小さいほど熱安定性が良いと判断できる。
また、公知の方法により磁性粉体積率６０％でＰ_c0が２の１２−ナイロンをバインダとした射出成形ボンド磁石（比較例４）について、上記と同様にして不可逆減磁率を求めた。結果を表２に示した。
【００７５】
【表２】

【００７６】
以上の評価によって得られた結果は、Ｐ_cがＰ_c0と等しく、Ｔ_max＝１２５℃であるような用途を考えたとき、動作又は使用前後の減磁の度合いを調べるのに適切である。
【００７７】
表２に示したとおり、比較例４のようにＲ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料の体積分率が８０％未満であると磁性粉体同士が金属結合で固化していないために非常に低い熱安定性を示した。また、磁性粉体同士が金属結合で固化しているにも関わらず、Ｐ_c、Ｔ_max、Ｂ_r、Ｈ_cJが（３）式を満たさない比較例３の熱安定性についても、［３］式を満たす実施例６よりかなり悪いことが判った。
【００７８】
【実施例７及び比較例５】
実施例６の磁石を２個、ヨークを用いず固定してステータとしたブラシ付のＤＣモータを組み立て、コイルに一定の大きさの電力を与えながら１００℃での環境下で３６ｋｓ運転した（実施例７）。また、比較例３の磁石を用いて上記と同様にモータを組み立て同様に運転した（比較例５）。３６ｋｓ後の回転数は、初期回転数が安定した直後に比べ、実施例７のモータで約２％、比較例５のモータでは約１０％変化し、３６ｋｓ後の回転数はどちらもほぼ５１０ｒｐｍで同等であった。比較例５のモータで用いた比較例３の磁石は、実施例７のモータで用いた実施例６の磁石より密度が１７％も高く、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁石の体積分率が高いのにも関わらず上記モータとしたときのパフォーマンスは同じであった。
【００７９】
【実施例８】
実施例６において、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ−Ｈ系磁性材料以外の成分をＺｒＯ₂とし、衝撃波圧力を１４ＧＰａとする以外は同様にして密度７．３８ｇ／ｃｍ³の磁石を作製し、実施例７と同様にしてモータを組み立て、１００℃の環境下で運転した。その結果、実施例７と同等な成績が得られた。
【００８０】
【発明の効果】
この発明は、特定組成、結晶構造の希土類−鉄−窒素−水素系磁性粉体等を圧粉成形し、水中衝撃波により衝撃圧縮することにより、自己焼結によらずに、分解、脱窒を防ぎ、軽量で高性能、特に熱安定性の高い希土類−鉄−窒素−水素系磁石用固形材料を得ることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃Ｈ_0.1磁性材料をボールミル粉砕して得た様々な粒径の磁性粉体を磁場圧縮成形した磁石用固形材料（●）及び実施例２の磁石用固形材料（○）の保磁力と角形比の関係を示した図である。
【図２】水中衝撃波を用いた衝撃圧縮法を実施するための手段の一例を示す説明図である。
【図３】比較例で使用した、爆薬の爆轟波を直接用いた衝撃圧縮法を実施するための手段を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 銅製パイプ（粉体を保持する為に使用）
２ 銅製プラグ
３ 銅製パイプ（水を保持するために使用）
４ 紙筒（爆薬を保持するために使用）
５ 爆薬
６ 起爆部

Claims (12)

1. 衝撃波圧力が３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いて圧縮固化され、菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料を８０〜９７体積％含有することを特徴とする磁石用固形材料。
2. 衝撃波圧力が３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いて圧縮固化され、密度が６．１５〜７．４５ｇ／ｃｍ³であることを特徴とする菱面体晶又は六方晶の結晶構造を有する希土類−鉄−窒素−水素系の磁石用固形材料。
3. 常温の残留磁束密度Ｂ_r、常温の保磁力Ｈ_cJ、磁石として使用するときのパーミアンス係数Ｐ_c及び最高使用温度Ｔ_maxの関係が、μ₀を真空の透磁率とするとき、Ｂ_r≦μ₀Ｈ_cJ（Ｐ_c＋１）（１１０００−５０Ｔ_max）／（１００００−６Ｔ_max）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁石用固形材料。
4. 保磁力Ｈ_cJが０．７６ＭＡ／ｍ以上で、しかも角形比Ｂ_r／Ｊ_sが９５％以上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磁石用固形材料。
5. 希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の成分が密度６．５ｇ／ｃｍ³以下の元素、化合物またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁石用固形材料。
6. 希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の部分に大気、不活性ガスのうち少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁石用固形材料。
7. 希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の部分に酸化物、フッ化物、炭化物、窒化物、水素化物、炭酸化物、硫酸塩、ケイ酸塩、塩化物、硝酸塩のうち少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁石用固形材料。
8. 希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料以外の部分に有機物を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の磁石用固形材料。
9. 希土類−鉄−窒素−水素系磁性材料又はこれと他の構成成分との混合物を衝撃波圧力が３〜２２ＧＰａの水中衝撃波を用いて圧縮固化することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の磁石用固形材料の製造方法。
10. 希土類−鉄−窒素−水素系磁性粉体を磁場中で圧粉成形した後、水中衝撃波を用いて圧縮固化することを特徴とする請求項９に記載の磁石用固形材料の製造方法。
11. 磁石の静磁場を利用する装置に使用するための部品であって、請求項１〜８のいずれかに記載の磁石用固形材料を用いた部品。
12. 磁石の静磁場を利用する最高使用温度Ｔmaxが１００℃以上の装置であって、その部品として請求項１１記載の部品を使用することを特徴とする装置。

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