JP5267800B2

JP5267800B2 - 自己修復性希土類−鉄系磁石

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Publication number: JP5267800B2
Application number: JP2009044970A
Authority: JP
Inventors: 文敏山下; 修山田; 紫保大矢
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: US20100219921A1; EP2226814B1; JP2010199448A; EP2226814A1

Description

本発明は異方性希土類−鉄系磁石に関し、更に詳しくは、新規な自己修復作用を用いた任意の異方性分布、ならびに１６０ｋＪ／ｍ^３以上の最大エネルギー積（ＢＨ）_ｍａｘを有する自己修復性希土類−鉄系磁石に関する。

メルトスピニングなど急冷凝固で得られる例えば、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ、αＦｅ／Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ、Ｆｅ_３Ｂ／Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂなどの希土類−鉄系磁石材料の形態はリボンなどの薄帯、或いはそれを粉砕したフレーク状の薄片に限られる。このため、小型回転機に使用されるバルク状磁石とするには材料形態の変換、つまり何らかの方法で薄帯や粉体を特定のバルクに固定化する技術が必要となる。粉末冶金における基本的な粉体固定手段は常圧焼結であるが、当該リボンは準安定状態に基づく磁気特性を維持する必要があるため常圧焼結の適用は困難である。そのため、もっぱらエポキシ樹脂のような結合剤で特定形状のバルクに固定化することが行われる。

例えば、１９８５年、Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅらは最大エネルギー積（ＢＨ）_ｍａｘ１１１ｋＪ／ｍ^３の薄片を樹脂で固定すると（ＢＨ）_ｍａｘ７２ｋＪ／ｍ^３の等方性Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系ボンド磁石ができるとした（非特許文献１参照）。

１９８６年、本発明者らは特許文献１によって上記薄片をエポキシ樹脂で固定した（ＢＨ）_ｍａｘ〜７２ｋＪ／ｍ^３の等方性Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ環状磁石が小型回転機に有用であることを明らかにした。さらに、例えば、１９９０年、Ｇ．Ｘ．Ｈｕａｎｇなどにより、等方性環状磁石の小型回転機への有用性が明らかにされ（非特許文献２参照）、１９９０年代には、主にＯＡ、ＡＶ、ＰＣおよびその周辺機器、情報通信機器など電気電子機器の電磁駆動装置として利用される高性能小型回転機の環状磁石として幅広く普及した経緯がある。

他方では、１９８０年代からメルトスピニングによる磁石材料の研究が活発に行われ、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３系、或いはそれらとαＦｅ、Ｆｅ_３Ｂ系などとの微細組織に基づく交換結合を利用したナノコンポジット材料を含め、多彩な合金組成とその組織を微細制御した材料に加え、近年ではメルトスピニング以外の急冷凝固法により、粉末形状の異なる粉体も知られている（例えば、非特許文献３、非特許文献４参照）。また、等方性でありながら（ＢＨ）_ｍａｘが２２０ｋＪ／ｍ^３に達するというＤａｖｉｅｓらの報告もある（非特許文献５参照）。しかし、工業的に利用可能な急冷凝固薄片の（ＢＨ）_ｍａｘは〜１３４ｋＪ／ｍ^３、これを用いた等方性環状磁石の（ＢＨ）_ｍａｘは、ほぼ８０ｋＪ／ｍ^３と見積もられる。

上記に拘らず、本発明の対象となる比較的小型の電磁駆動装置は電気電子機器の高性能化に伴って、更なる小型化、高出力化、高効率化などへの要求が絶えない。したがって、磁気的に等方性の急冷凝固薄片の磁気特性の改良では、もはや電磁駆動装置の高性能化に有用とは言い切れなくなりつつある。よって、とくに小型電磁駆動装置では当該回転機の鉄心との最適磁気回路に適合した静磁界分布、しかも単位体積あたりで、より強い静磁界を発生する磁石の必要性が高まっている。

ところで、希土類磁石に用いるＳｍ−Ｃｏ系磁石粉体はインゴットを粉砕しても大きな保磁力ＨｃＪが得られる。しかし、Ｃｏは資源の安定確保や、そのバランスなどで課題が多く、工業材料としての汎用化に馴染まない。これに対し、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍなどの希土類元素とＦｅを主成分とする希土類−鉄系磁石粉体は資源の確保や、そのバランスの観点で有利である。しかし、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系合金のインゴットや焼結磁石を粉砕してもＨｃＪは小さい。このため、異方性Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体の作製に関しては、メルトスピニング材料を出発原料とする研究が先行した。

１９８９年、徳永はＮｄ_１４Ｆｅ_８０−ＸＢ_６Ｇａ_Ｘ（Ｘ＝０．４〜０．５）を熱間据込加工（Ｄｉｅ−ｕｐｓｅｔ）したバルクを粉砕しＨｃＪ＝１．５２ＭＡ／ｍの異方性Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体とし、樹脂で固めて（ＢＨ）_ｍａｘ１２７ｋＪ／ｍ^３の異方性磁石を得た（非特許文献６参照）。また、１９９１年、Ｈ．ＳａｋａｍｏｔｏらはＮｄ_１４Ｆｅ_７９．８Ｂ_５．２Ｃｕ_１を熱間圧延し、ＨｃＪ＝１．３０ＭＡ／ｍの異方性Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体を作製した（非特許文献７参照）。このように、ＧａやＣｕの添加で熱間加工性を向上させ、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶粒径の微細化を進めて高ＨｃＪ化した磁石粉体が知られた。１９９１年、Ｖ．Ｐａｎｃｈａｎａｔｈａｎらは熱間加工バルクの粉砕法とし、粒界から水素を侵入させＮｄ_２Ｆｅ_１４ＢＨ_Ｘとして崩壊させ、真空加熱で脱水素したＨＤ（ＨｙｄｒｏｇｅｎＤｅｃｒｅｐｉｔａｔｉｏｎ）−Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体とし、これを樹脂で固めて（ＢＨ）_ｍａｘ１５０ｋＪ／ｍ^３の異方性磁石とした（非特許文献８参照）。２００１年、ＩｒｉｙａｍａはＮｄ_{０．１３７}Ｆｅ_{０．７３５}Ｃｏ_{０．０６７}Ｂ_{０．０５５}Ｇａ_{０．００６}を同法で３１０ｋＪ／ｍ^３の磁石粉体とし、樹脂で固めて（ＢＨ）_ｍａｘ１７７ｋＪ／ｍ^３の異方性磁石に改良した（非特許文献９参照）。

一方、ＴａｋｅｓｈｉｔａらはＮｄ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂインゴットを水素中熱処理し、Ｎｄ_２（Ｆｅ，Ｃｏ）_１４Ｂ相の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｎｄ_２（Ｆｅ，Ｃｏ）_１４ＢＨｘ）、６５０〜１０００℃で相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＮｄＨ_２＋Ｆｅ＋Ｆｅ_２Ｂ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）するＨＤＤＲ法を提案（非特許文献１０参照）、１９９９年にはＨＤＤＲ−Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体を樹脂で固めて（ＢＨ）_ｍａｘ１９３ｋＪ／ｍ^３の異方性磁石を作製した（非特許文献１１参照）。

２００１年には、ＭｉｓｈｉｍａらによってＣｏ−ｆｒｅｅのｄ−ＨＤＤＲＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体が報告され（非特許文献１２参照）、Ｎ．Ｈａｍａｄａらは（ＢＨ）_ｍａｘ３５８ｋＪ／ｍ^３のｄ−ＨＤＤＲＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ磁石粉体を樹脂とともに、１５０ ℃、２．５Ｔの配向磁界中、０．９ＧＰａで圧縮し、密度６．５１Ｍｇ／ｍ^３、（ＢＨ）_ｍａｘ２１３ｋＪ／ｍ^３の立方体（７ｍｍ×７ｍｍ×７ｍｍ）異方性磁石を作製している（非特許文献１３参照）。

しかし、上記の立方体や直方体磁石は本発明が対象とする多くの回転機に代表される電磁駆動装置には適合しない。とくに、出力が数十Ｗ以下の小型回転機に代表される電磁駆動装置は肉厚１−２ｍｍ程度の環状磁石として小口径化、薄肉化、偏肉化、長尺化など、当該電磁駆動装置の設計思想に応じた形状対応力を高める必要がある。ところが、環状形状の異方性磁石を直接成形する場合、ラジアル配向磁界は小口径化（或いは、長尺化）すると、起磁力の多くが漏洩磁束として消費され、配向磁界が減少する。したがって、小口径（長尺）化に伴って径方向の（ＢＨ）_ｍａｘが減少する。このため、（ＢＨ）_ｍａｘ約８０ｋＪ／ｍ^３の等方性環状磁石の次世代型としての極対数１以上で小口径環状異方性磁石の電磁駆動装置への普及は進展していない。

ところで、特許文献２にはアークセグメントを成形し、前記成形体を４枚組合せ、環状形状に再成形し、これを常圧焼結する方法が開示されている。

他方では、Ｄ．Ｊｏｈｎｓｏｎらは、アークセグメントからハルバッハアレイと呼ばれる異方性環状磁石でなく、直方体形状の異方性焼結磁石を環状形状のソフト磁性体の特定位置に埋設した構成の擬似ハルバッハアレイを開示している（非特許文献１４）。

特願昭６１−３８８３０号公報特許２９１１０１７号公報

Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，Ｅ．Ｇ．Ｂｒｅｗｅｒ，Ｎ．Ａ．Ｓｃｈａｆｆｅｌ， "Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｅｄＮｅｏｄｙｍｉｕｍ−Ｉｒｏｎ−Ｂｏｒｏｎｍａｇｎｅｔｓ" ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．２１，１９５８（１９８５）．Ｇ．Ｘ．ＨｕａｎｇＷ．Ｍ．Ｇａｏ，Ｓ．Ｆ．Ｙｕ， "Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｌｔ−ｓｐｕｎＮｄ−Ｆｅ−Ｂｂｏｎｄｅｄｍａｇｎｅｔｔｏｔｈｅｍｉｃｒｏ−ｍｏｔｏｒ"，Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅ１１ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲａｒｅ−ＥａｒｔｈＭａｇｎｅｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＵＳＡ，ｐｐ．５８３−５９５（１９９０）．Ｂ．Ｈ．Ｒａｂｉｎ，Ｂ．Ｍ．Ｍａ， "ＲｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＮｄ−Ｆｅ−Ｂｐｏｗｄｅｒ"，１２０ｔｈＴｏｐｉｃａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｆｔｈｅＭａｇｎｅｔｉｃＳｏｃｉｅｔｙｏｆＪａｐａｎ，ｐｐ．２３−２８（２００１）．Ｓ．Ｈｉｒａｓａｗａ，Ｈ．Ｋａｎｅｋｉｙｏ，Ｔ．Ｍｉｙｏｓｈｉ，Ｋ．Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｙ．Ｓｈｉｇｅｍｏｔｏ，Ｔ．Ｎｉｓｈｉｕｃｈｉ， "ＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ／ＦｅｘＢ−ｔｙｐｅｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｔｒｉｐｃａｓｔｉｎｇ"，９ｔｈＪｏｉｎｔＭＭＭ／ＩＮＴＥＲＭＡＧ，ＣＡ（２００４）ＦＧ−０５．Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓ，Ｊ．Ｉ．Ｂｅｔａｎｃｏｕｒｔ，Ｃ．Ｌ．Ｈａｒｌａｎｄ， "ＮａｎｏｐｈａｓｅＰｒａｎｄＮｄ／Ｐｒｂａｓｅｄｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｉｒｏｎ− ｂｏｒｏｎａｌｌｏｙｓ"，Ｐｒｏｃ．ｏｆ１６ｔｈＩｎｔ．ＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＲａｒｅ−ＥａｒｔｈＭａｇｎｅｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｅｎｄａｉ，ｐｐ．４８５−４９５（２０００）．徳永雅亮，"希土類ボンド磁石の磁気特性"，粉体および粉末冶金，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３−７，（１９８８）．Ｈ．Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｍ．ＦｕｊｉｋｕｒａａｎｄＴ．Ｍｕｋａｉ， "Ｆｕｌｌｙ−ｄｅｎｓｅＮｄ−Ｆｅ−Ｂｍａｇｎｅｔｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｈｏｔ−ｒｏｌｌｅｄａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｐｏｗｄｅｒｓ"，Ｐｒｏｃ．１１ｔｈＩｎｔ．ＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＲａｒｅ−ｅａｒｔｈＭａｇｎｅｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ｐｐ．７２−８４（１９９０）．Ｍ．Ｄｏｓｅｒ，Ｖ．Ｐａｎｃｈａｎａｃｔｈａｎ，ａｎｄＲ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ， "ＰｕｌｖｅｒｉｚｉｎｇａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｒａｐｉｄｌｙｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄＮｄ−Ｆｅ−Ｂｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｂｏｎｄｅｄｍａｇｎｅｔｓ"，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．７０，ｐｐ．６６０３−６８０５（１９９１）．Ｔ．Ｉｒｉｙａｍａ， "ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｂｏｎｄｅｄＮｄＦｅＢｍａｇｎｅｔｓｍａｄｅｆｒｏｍｈｏｔ−ｕｐｓｅｔｐｏｗｄｅｒｓ"，ＰｏｌｙｍｅｒＢｏｎｄｅｄＭａｇｎｅｔ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２）．Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ，ａｎｄＲ．Ｎａｋａｙａｍａ， "Ｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｉｃｒｏ− ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＮｄ−Ｆｅ−Ｂｍａｇｎｅｔｐｏｗｄｅｒｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｈｙｄｒｏｇｅｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ"，Ｐｒｏｃ．１０ｔｈＩｎｔ．ＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＲａｒｅ−ｅａｒｔｈＭａｇｎｅｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｋｙｏｔｏ，ｐｐ．５５１−５６２（１９８９）．Ｋ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ，Ｋ．Ｍｏｒｉ，Ｋ．Ｉｇａｒａｓｈｉ，Ｙ．Ｉｓｈｉｉ，Ｍ．Ｉｔａｋｕｒａ，Ｎ．Ｋｕｗａｎｏ，Ｋ．Ｏｋｉ， "Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ−ｂａｓｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｍａｎｅｎｃｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄＨＤＤＲｐｒｏｃｅｓｓ"，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３２５３−３２５５（１９９９）．Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｎ．Ｈａｍａｄａ，Ｈ．Ｍｉｔａｒａｉ，ａｎｄＹ．Ｈｏｎｋｕｒａ， "ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａＣｏ−ｆｒｅｅＮｄＦｅＢａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍａｇｎｅｔｐｒｏｄｕｃｅｄｄ−ＨＤＤＲｐｒｏｃｅｓｓｅｓｐｏｗｄｅｒ"，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３７，ｐｐ．２４６７−２４７０（２００１）．Ｎ．Ｈａｍａｄａ，Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｈ．ＭｉｔａｒａｉａｎｄＹ．Ｈｏｎｋｕｒａ， "Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｂｏｎｄｅｄｍａｇｎｅｔｗｉｔｈ２７ＭＧＯｅ" ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３９，ｐｐ．２９５３−２９５６（２００３）．Ｄ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｐ．ＰｉｌｌａｙａｎｄＭＭａｌｅｎｇｒｅ， "ＨｉｇｈｓｐｅｅｄＰＭｍｏｔｏｒｗｉｔｈｈｙｂｒｉｄｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ"，ＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＳｏｃｉｅｔｙＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇ，Ｃｈｉｃａｇｏ２００１．

例えば、特許２９１１０１７号公報では、合金組成Ｎｄ_１４．０Ｄｙ_１．０Ｆｅ _７７．０Ａ１_１．０Ｂ_７．０平均粒度３．５μｍの微粉末から外半径１５．２ｍｍ、内半径１０．８ｍｍ、長さ１８．０ｍｍ、体積６．４７ｃｍ^３の円弧状セグメント圧粉体を圧力約１００ＭＰａで成形し、その後、前記成形体を４枚組合せ、静水圧約２００ＭＰａの再成形で外径２７．４ｍｍ、内径１９．４ｍｍ、高さ１６．２ｍｍ、体積４．７６ｃｍ^３の環状形状とした。さらに、前記成形体を真空中１０９０ ℃で２時間焼結し、さらに５８０ ℃で１時間時効処理を施した。そして、その任意位置から切出した２ｍｍ立方体で均一な磁気特性の環状形状の焼結磁石が得られるとしている。つまり、この方法は脆弱な厚さ４．４ｍｍのアークセグメント圧粉体を複数個組合せ、厚さ４．０ｍｍの静水圧で環状形状とし、これを常圧焼結して一体的な剛体化を行うものである。

一方、Ｄ．Ｊｏｈｎｓｏｎらは、セグメントを静水圧で環状形状とし、常圧焼結する図１（ａ）のようなハルバッハアレイではなく、図１（ｂ）のように直方体焼結磁石をソフト磁性体に埋設した構成の擬似ハルバッハアレイを開示している。ただし、図中Ｍは磁石の異方性方向（磁化方向）を示している。また、１ｍはアウターロータを構成するセグメント、１’ｍは継鉄１’ｙに埋設した直方体磁石、２は固定子収納空間である。このような擬似ハルバッハアレイが提案される理由は、特許２９１１０１７号公報のようにセグメントを磁界なしに１０％程度の薄肉環状形状とするため、異方性の程度が減少する。また、常圧焼結における体積収縮と異方性に基づく熱膨張差は環状形状磁石の内部歪増加の要因となる。その結果、亀裂や歪が発生し易く、加えて焼結後の研削加工が不可欠で歩留まりが低い欠点がある。さらに、極対数の増加、小口径化、薄肉化に対しては何れも加工限界がある。加えて電磁駆動装置の小型化によるトルク低下に伴う出力の減少を補うには高速回転化が不可欠であるにもかかわらず接合界面の微小な機械的欠陥の存在と内部歪の存在は高速回転機の信頼性に重大な影響を与える欠点がある。

他方では、図１（ｂ’）に示すＤ．Ｊｏｈｎｓｏｎらの直方体焼結磁石を環状形状のソフト磁性体の特定位置に埋設した構成の擬似ハルバッハアレイでは、図１（ａ’）のハルバッハアレイの固定子収納空間２に一様な静磁界を得ることはできない。加えて、特許２９１１０１７号公報のような常圧焼結で得られる磁力線分布は図１（ａ’）のような静磁界分布であり、個々の回転機構造によって最適化した静磁界分布を得るための自在な異方性方向制御を行うことはできない。

本発明は、整列した１種または２種以上の異方性希土類−鉄系磁石粉体を架橋反応相で固定化するとともに、当該粉体間で架橋反応相と粘性流動に基づくすべり変形相とを化学的に結合し、ゲル化した不完全３次元網目構造を有するマトリクスを介在させた構成の自己修復性セグメントとし、さらにその内外周面を拘束し、熱と外力に応じた断片の生成、並びにすべり変形と架橋反応に基づく自己修復により、好ましくはセグメントの断片を円弧状、あるいは複数のセグメント相互を円筒状に統合し、環状に一体剛体化した自己修復性希土類−鉄系磁石を開示するものである。

さらに、本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石は１種または２種以上の磁石粉体の（ＢＨ）_ｍａｘが２５０ｋＪ／ｍ^３以上であり、かつその体積分率が８０ｖｏｌ．％以上、さらには、１種または２種以上の磁石粉体、架橋反応相、すべり変形相の体積分率の総和が９７ｖｏｌ．％以上、空隙を３ｖｏｌ．％以下とすることが好ましい。

加えて、本発明にかかるセグメント、それに対応する自己修復磁石の最大磁化Ｍ_ｍａｘの差が０．０３Ｔ以下、異方性分散σの差が７％以下の構成とすることができる。

また、本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石は残留磁化Ｍｒが０．９５Ｔ以上、保磁力ＨｃＪが０．９５ＭＡ／ｍ以上、（ＢＨ）_ｍａｘが１６０ｋＪ／ｍ^３以上であることが望ましい。

さらに、本発明にかかる電磁駆動装置は、本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石が円弧状、円筒状など環状形状であり、極対数が１以上、かつ鉄心との磁気回路構成ではパーミアンス係数Ｐｃを３以上とすることが望ましい。

本発明は、整列した１種または２種以上の異方性希土類−鉄系磁石粉体を架橋反応相で固定化するとともに、当該粉体間で架橋反応相と粘性流動に基づくすべり変形相とを化学的に結合し、ゲル化した不完全３次元網目構造を有するマトリクスを介在させた自己修復性セグメントとし、さらにその内外周面を拘束し、熱と外力に応じた破断面の生成、並びにすべり変形と架橋反応に基づく自己修復を伴いながら最終形状に統合し、一体的に剛体化する自己修復性希土類−鉄系磁石である。したがって、肉厚１−２ｍｍ程度の小型回転機などの電磁駆動装置の磁石として、小口径化、薄肉化、偏肉化、長尺化など、当該電磁駆動装置の設計思想に沿った形状対応力を有している。加えて、断片化、あるいは複数のセグメントを自己修復した界面は均一で機械的欠陥が接合部位に集中しない。さらにまた、自己修復性セグメントと対応する磁石の異方性の程度を低下させることなく、異方性の方向のみを制御する構成とすることもできる。

つまり、本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石は小型回転機などの電磁駆動装置の設計思想に沿って複数の自己修復性セグメントを組合せたハルバッハアレイ、あるいは異方性を連続方向制御した高（ＢＨ）_ｍａｘ磁石とすることもできる。このため、構造や動作の異なる個々の電磁駆動装置にとって最適な強い静磁界分布を得ることができる。

なお、本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉体を高密度充填した自己修復性希土類−鉄系環状磁石は鉄心との磁気回路構成でパーミアンス係数３以上とすると信頼性の高い小型、高出力、高効率な電磁駆動装置の提供に有利となる。

以上により、極対数１以上のハルバッハアレイを含む本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石を用いることにより、高出力、高効率小型電磁駆動装置を提供できる。

（ａ）ハルバッハアレイの断面構成図、（ｂ）擬似ハルバッハアレイの断面構成図（ａ）（ｂ）（ｃ）磁石粉体間のミクロ構造と、その作用効果を示す概念図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）異方性方向制御の作用効果を示す概念図（ａ）（ｂ）自己修復にかかる作用効果を示す特性図（ａ）ねじりトルクと整列度の温度分散を示す特性図、（ｂ）Ｍ−Ｈループを示す特性図（ａ）自己修復性セグメント断面図、（ｂ）環状磁石断面図、（ｃ）重量、長さ、密度の関係を示す特性図自己修復状態を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（ａ）磁化ベクトル分布を示す特性図、（ｂ）径方向表面磁束密度分布を示す特性図異方性の方向と分布を示す断面構成図（ａ）試料採取位置を示す断面図、（ｂ）試料の方位と最大磁化Ｍｍａｘの関係を示す特性図

先ず、本発明にかかる１種または２種以上の異方性希土類−鉄系磁石粉体について説明する。

例えば、特開平２−５７６６３号公報に記載される溶解鋳造法、特許第１７０２５４４１号や特開平９−１５７８０３号公報などに開示される還元拡散法により、Ｓｍ−Ｆｅ系合金、又はＳｍ−（Ｆｅ、Ｃｏ）系合金を製造し、これを窒化した後、微粉砕して得られる。微粉砕はジェットミル、振動ボールミル、回転ボールミルなど、公知の技術を適用でき、フィッシャー平均粒径で１．５μｍ以下、好ましくは１．２μｍ以下となるように微粉砕したＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３系磁石粉体を言う。なお、例えば特開昭５２−５４９９８号公報、特開昭５９−１７０２０１号公報、特開昭６０−１２８２０２号公報、特開平３−２１１２０３号公報、特開昭４６−７１５３号公報、特開昭５６−５５５０３号公報、特開昭６１−１５４１１２号公報、特開平３−１２６８０１号公報等に開示されているような徐酸化皮膜を表面に形成したものが望ましい。また、特開平５−２３０５０１号公報、特開平５−２３４７２９号公報、特開平８−１４３９１３号公報、特開平７−２６８６３２号公報、日本金属学会講演概要（１９９６年春期大会、Ｎｏ．４４６、ｐ１８４）等に開示されている金属皮膜を形成する方法や、特公平６−１７０１５号公報、特開平１−２３４５０２号公報、特開平４−２１７０２４号公報、特開平５−２１３６０１号公報、特開平７−３２６５０８号公報、特開平８−１５３６１３号公報、特開平８−１８３６０１号公報等による無機皮膜を形成する方法など、１種以上の表面処理Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３粉体であっても差支えない。

さらに、例えば、特許第３０９２６７２号公報、特許第２８８１４０９号公報、特許第３２５０５５１号、特許第３４１０１７１号、特許第３４６３９１１号、特許第３５２２２０７号、特許第３５９５０６４号公報などに開示されているＲ_２（Ｆｅ，Ｃｏ）_１４Ｂ系合金（ＲはＮｄ，Ｐｒ）の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｒ_２（Ｆｅ，Ｃｏ）_１４ＢＨｘ）、６５０〜１０００ ℃での相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＲＨ_２＋Ｆｅ＋Ｆｅ_２Ｂ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）する、所謂ＨＤＤＲ−Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石粉体、Ｃｏ−ｆｒｅｅのｄ−ＨＤＤＲ−Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石粉体、あるいは、その表面化処理粉体などを使用することもできる。

なお、上記希土類−鉄系磁石粉体の他、必要に応じて適宜Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ系、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系など非希土類−鉄系磁石粉体、あるいは、例えば１Ｔ以上の高い残留磁化Ｍｒをもつ等方性希土類−鉄系磁石粉体を併用することもできる。

以上のような本発明にかかる１種または２種以上の希土類−鉄系磁石粉体の（ＢＨ）_ｍａｘは２５０ｋＪ／ｍ^３以上であることが望ましい。このような本発明にかかる整列した（ＢＨ）_ｍａｘを２５０ｋＪ／ｍ^３以上の希土類−鉄系磁石粉体の体積分率を８０ｖｏｌ．％以上とすることにより、自己修復希土類−鉄系磁石の（ＢＨ）_ｍａｘは容易に１６０ｋＪ／ｍ^３以上が得られるからである。

次に、本発明にかかる予め整列した上記磁気異方性希土類−鉄系磁石粉体を架橋反応相で固定化するとともに、当該磁石粉体間で架橋反応相とすべり変形相とを化学的に結合したミクロ構造と、その作用効果について図２（ａ）（ｂ）（ｃ）の概念図を用いて説明する。

先ず、図２（ａ）の磁石粉体圧縮で厚さｄｙの円板部分に着目する。すると上方の全圧力はπｒ^２Ｐ、下方からはπｒ^２（Ｐ＋ｄＰ）と摩擦力（ｋＰ×２πｒｄｙ）μの和であるから、釣合の方程式はπｒ^２Ｐ＝πｒ^２（Ｐ＋ｄＰ）＋（ｋＰ×２πｒｄｙ）μとなる。これを解くと、Ｐ＝Ｐｏｅｘｐ（−２ｋμｙ／ｒ）が導かれる。したがって、圧縮圧力Ｐｏは粉体内で指数関数的に減衰する。このため、圧力軸方向への圧力減衰を抑制し、圧力伝達を高める必要がある。

圧力伝達を高めるには磁石粉体圧縮により生じる個々の摩擦係数μを小さくする必要がある。このため本発明では内部滑剤を添加し、かつ粉体圧縮時のマトリクスを液相とするとともに、予め添加した内部滑剤を溶出せしめ、その内部滑性効果により磁石粉体圧縮時では系全体をすべり流動状態とする。これにより、本発明では２０〜５０ＭＰａという低圧力でマトリクスを含む相対密度を９７％以上とすることができる。

なお、本発明にかかるマトリクスを構成する好適なすべり変形相として、鎖状分子を挙げることができる。例えば数平均分子量Ｍｗ４０００〜１２０００のポリアミド−１２、あるいはその共重合物が例示できる。さらに必要に応じて適宜加える添加剤としての内部滑剤には磁石粉体圧縮時に溶融鎖状分子から系外への溶出を促進する親水性官能基、並びに磁石粉体圧縮時の内部滑性効果を向上させるための長鎖アルキル基を、少なくとも１分子中に１以上有する融点５０℃以上の有機化合物が好ましい。具体的には１分子中１つの水酸基（−ＯＨ）、加えて炭素数１６のヘキサデシル基（−（ＣＨ_２）_１６−ＣＨ_３）を３つ有する有機化合物などを挙げることができる。

一方、本発明では、さらに磁石粉体圧縮での圧力伝達を高めるために希土類−鉄系磁石粉体として平均粒子径３μｍ程度のＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３系磁石粉体を用いる場合、例えば平均粒子径１００−１５０μｍのＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石粉体を併用する。これにより図２（ａ）に示す定数ｋを小さくすることができる。（ここで定数ｋは被圧縮物が液体では１、固体では０である）。

さらに、図２（ｂ）のような外部磁界Ｈｅｘにより整列した磁石粉体を圧縮したときの吊合いの方程式は［（４／３）πｒ３×Ｍｓ×Ｈｅｘ×ｓｉｎθ］ − ｒ（Ｐ μ ｃｏｓθ− Ｐｓｉｎ θ＋Ｐ μ ｃｏｓθ＋Ｐｓｉｎθ）＝０となり、この式を満足する角θをφとしたとき、φ＝ｔａｎ−１［３Ｐμ／（２ｒ２Ｍｓ×Ｈｅｘ）］〜３Ｐμ／（２ｒ２Ｍｓ×Ｈｅｘ）の解が得られる。すなわち、磁石粉体圧縮時におけるＣ軸整列の維持は磁石粉体の粒子径の二乗で有利となる。したがって、希土類−鉄系磁石粉体として、例えば、平均粒子径３μｍ程度のＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３を用いるとき、平均粒子径１００−１５０μｍのＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁石粉体を併用すると磁石粉体圧縮時の整列の度合いを維持するために効果的である。ただし、図２（ｂ）中、２１は希土類−鉄系磁石粉体、２２は希土類−鉄系磁石粉体２１を３次元網目状に固定する架橋反応相で、本発明では、例えば、約４０−６０ｎｍのエポキシオリゴマーを架橋剤で３次元架橋した膜が例示できる。また、２３は本発明にかかる希土類−鉄系磁石粉体２１のＣ軸（磁化容易軸）で、全ての希土類−鉄系磁石粉体２１のＣ軸が外部磁界Ｈｅｘの方向と、ほぼ一致した状態が本発明で言う磁石粉体２１の整列である。

なお、鎖状分子が溶融状態にあるとき、その分子鎖は図２（ｃ）２４のような絡み合った糸状の線で表すことができる。そして、それら溶融鎖状分子は外力の方向に応じてせん断流動、伸長流動などの粘性流動を起こす。しかしながら、本発明では架橋反応相２２と化学的に結合し、その３次元網目構造は不完全なミクロ構造となっている。このため、磁石粉体間に介在する溶融鎖状分子２４は熱と外力による粘性流動によって磁石粉体間から溶出することなく、磁石粉体間に止まり、当該粉体間におけるすべり変形作用を呈するすべり変形相を形成する。

次に、本発明にかかる図２（ｃ）の概念のミクロ構造を有する自己修復性セグメントの内外周面を拘束し、熱と外力に応じた破断面の生成、並びにすべり変形に基づく異方性の方向制御の作用効果について、先ず図３（ａ）の概念図を用いて説明する。

図３（ａ）は自己修復性セグメントＯａ−Ｏｂ−Ｂ−Ａの対角線Ｏａ−Ｂの中央部に位置する微小な希土類−鉄系磁石粉体３１を示す。ただし、図３（ａ）で、３２は希土類−鉄系磁石粉体３１を３次元網目構造で固定するとともに鎖状分子と化学的に結合した架橋反応相、３３はＣ軸（磁化容易軸）である。また、Ｍ_θは希土類−鉄系磁石粉体３１のＣ軸３３の方向、すなわち自己修復性セグメント表面Ｂ−Ａに対するＣ軸、すなわち、異方性の方向を示す角度である。

本発明にかかる自己修復性セグメント断面Ｏａ−Ｏｂ−Ｂ−Ａが、外力によって断面Ｏａ−Ｏｂ−Ｃ−Ｂ、さらに断面Ｏａ−Ｏｂ−Ｄ−Ｃに変形したとき、対角線Ｏａ−Ｂの中央に位置する微小な剛体としての希土類−鉄系磁石粉体３１は、対角線Ｏａ−Ｃ、あるいはＯａ−Ｄの中央部分に張力Ｆ１、Ｆ２、ならびに角度α、βの回転を伴って移動する。すると、異方性の方向を示すＭ_θは自己修復性セグメント表面Ｂ−Ｃ−Ｄの接線に対して角度α、βだけ回転することになる。このように、架橋反応相２２が鎖状分子を含む不完全網目構造のとき、外力を除いた際に非回復性の変形が残留する。この非回復性の変形とは粘土のような可塑性物体の変形のときにもっぱら起こる現象で、このとき、一般に鎖状分子間相互にすべりが生じる。そして、せん断とは、ある微小部分の伸長と回転によるもので、本発明では固定化された特定微小部位の剛体の回転により、Ｃ軸、すなわち異方性の方向を制御するのである。

次に、図３（ｂ）は図２（ｃ）のミクロ構造を有する自己修復性セグメントの内外周面を拘束し、張力Ｆを与えた状態を示す概念図である。なお、図３（ｂ）におけるＭ_θは磁石粉体３１は図３（ａ）のようなせん断力ではないので微小部位の剛体は回転しない。したがって、Ｃ軸３３の方向、すなわち自己修復性セグメントの異方性方向が壁面３５（ａ）、３５（ｂ）に対して９０度のまま、すべり変形することを示している。また、図３（ｃ）、（ｄ）のように、Ｃ_θは壁面を拘束し、ねじりによるせん断力を与えたときの壁面の角度変化を示しており、図３（ｂ）のようなＭ_θが９０度の初期状態とき、Ｃ_θが０度、図３（ｄ）のようにＭ_θが０度のとき、Ｃ_θを９０度となる。

図３（ｂ）のような内外周面を拘束した状態で自己修復性セグメントが熱と張力Ｆ、Ｆ’を受けたとき、自己修復性セグメントに内在する空孔などの機械的欠陥を起点とした亀裂発生とその成長、および架橋反応相３２と化学的に結合した溶融鎖状分子と内部滑剤の溶出によるすべり面３４（Ｓ１）が生成する。加えて、自己修復性セグメントと壁面３５（ａ）、３５（ｂ）の境界面ではせん断応力に応じたすべり面３４（Ｓ２）、３４（Ｓ２’）が生成する。一方、磁石粉体３１は架橋反応相３２によって不完全３次元網目状に固定されているため、壁面３５（ａ）、３５（ｂ）との距離が縮小（圧縮）した際にも、Ｃ軸３３方向が３次元網目状に固定化した状態で系全体がすべり変形する。その結果、系全体でＣ軸３３の方向と壁面とがなす角度Ｍ_θに変化はなく、その値は９０度である。

つぎに、図３（ｃ）のように壁面３５（ａ）、３５（ｂ）の角度変化Ｃ_θが３０度の場合、すなわち、外力が張力から、せん断力に変化した場合、図３（ｂ）と同様のすべり面３４（Ｓ１）、３４（Ｓ２）、３４（Ｓ２’）とともに、磁石粉体３１相互間のすべり面３４（Ｓ３）が生成する。なお、この場合も、磁石粉体３１は架橋反応相３２によって３次元網目状に固定されているために、系全体が微小部位、すなわち磁石粉体３１のような剛体の回転を伴ったすべり変形を起こす。その結果、壁面３５（ａ）、３５（ｂ）の角度変化Ｃ_θが３０度の場合には系全体でＣ軸３３の方向と壁面とがなす角度Ｍ_θが変化し、その値は６０度となる。

さらに、図３（ｄ）のように壁面３５（ａ）、３５（ｂ）の角度変化Ｃ_θが９０度の場合、図３（ｂ）と同様のすべり面３４（Ｓ１）、３４（Ｓ２）、３４（Ｓ２’）が主要なすべり面として生成する。なお、この場合も、磁石粉体３１は架橋反応相３２によって不完全３次元網目状に固定されているために、系全体が微小部位、すなわち磁石粉体３１のような剛体の回転を伴ったすべり変形を起こす。その結果、壁面３５（ａ）、３５（ｂ）の角度変化Ｃ_θが９０度の場合には、系全体でＣ軸３３の方向と壁面とがなす角度Ｍ_θが変化し、その値は９０度となる。

以上のように、本発明にかかる三次元網目状と鎖状分子が架橋したミクロ構造を有する自己修復性セグメントの内外周面を拘束し、熱と外力に応じたすべり面の生成、並びにすべり変形によって整列した磁石粉体３１の異方性の程度を低下させずに、ハルバッハアレイから、異方性の方向のみを面垂直方向から面内方向に至るまで、任意に連続方向制御した環状形状とすることもできる。

以上のような本発明にかかる自己修復性セグメント、並びにそれに対応する位置の磁石の最大磁化Ｍ_ｍａｘの差が０．０３Ｔ以下、異方性分散σの差が７％以下であることが好ましい。また、自己修復性セグメント、並びにそれに対応する磁石の異方性分布のみが異なる、あるいは変化なしとする構成とすることもできる。

また、本発明にかかる自己修復性セグメントは希土類−鉄系磁石粉体の体積分率を８０ｖｏｌ．％以上とし、異方性方向の残留磁化Ｍｒが０．９５Ｔ以上、保磁力ＨｃＪが０．９５ＭＡ／ｍ以上、（ＢＨ）ｍａｘが１６０ｋＪ／ｍ３以上であることが望ましい。

次に、本発明にかかる図２（ｃ）のミクロ構造を有する複数の自己修復性セグメントの内外周面を図３のように拘束し、かつ熱と外力に応じた破断面の生成、ならびにすべり変形により異方性を方向制御したのち、外力と架橋反応に基づく自己修復を伴いながら、所望の形状、例えば環状形状に統合する作用効果について図４（ａ）（ｂ）の磁石の粘弾性挙動に基づく特性図を用いて説明する。

先ず、図２（ｃ）のミクロ構造を有する好適な系として、粒子径３８〜１５０μｍのＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ、および粒子径３〜５μｍのＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３の体積分率の総和を８０．８ｖｏｌ．％とし、残部１９．２ｖｏｌ．％は磁石粉体を固定する架橋反応相、すべり変形相、および必要に応じて適宜加える添加剤で構成する。

架橋反応相の主成分としては、例えばエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ、融点７０−７６ ℃のｏ−クレゾールノボラックエポキシオリゴマー、その架橋剤として熱分解温度２３０℃のイミダゾール誘導体（２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール）、すべり変形相の鎖状分子としては前記エポキシオリゴマーのオキサゾリドン環と化学結合する分子鎖内アミノ活性水素をもつ平均分子量Ｍｗ４０００〜１２０００の線状ポリアミド、さらに必要に応じて適宜加える添加剤として有効な内部滑剤には融点約５２ ℃のペンタエリスリトールと高級脂肪酸との部分エステル化物を例示することができる。これは、１分子中１つの水酸基（−ＯＨ）、炭素数１６のヘキサデシル基（−（ＣＨ_２）_１６−ＣＨ_３）を３つ有し、極性基は溶融鎖状分子との相溶性、ヘキサデシル基はすべり流動による潤滑作用を呈するからである。

ところで本発明では、先ず厚さ４０〜５０ｎｍの架橋反応相の主成分であるエポキシオリゴマーを被覆した希土類−鉄系磁石粉体、すべり変形相となる線状オリゴマー、必要に応じて適宜加える添加剤からなる架橋剤を除く組成物を、例えば１４０〜１５０℃に加熱したミキシングロールを用いて一括溶融混練し、当該混練物を室温に冷却後、例えば７１０μｍ以下に解砕、分級し、さらに当該解砕物と架橋剤とを乾式混合してグラニュール状に調整したコンパウンドを好適な例として挙げることができる。

図４（ａ）は上記コンパウンドの規格化ねじりトルクの経時変化を示す特性図である。ただし、予め１６０ ℃に加熱した直径約３０ｍｍの円柱ダイスにコンパウンド２０ｇを充填し、９６ｋＰａの圧縮圧力を加えた状態でねじり角度±０．５度、周期６ｓｅｃの正弦波ねじり振動を与え、ねじり面中心から内半径３ｍｍを起点に放射状に４８本の溝（深さ０．５ｍｍ、幅０．５ｍｍ）により、系の架橋反応に伴う正弦波ねじり振動トルクを検出するものである。

図４（ａ）のように、ねじりトルクは一旦下降し、ゲル化後には架橋反応の進行に伴って急激なねじりトルク上昇に転ずる。そして、次第に増加率は減少し、飽和領域に至る。なお、この領域は架橋反応の終了を意味する。

図４（ｂ）は、ねじりトルクの飽和値を１、極小値を０として規格化し、反応率８０％付近（時間１２００ｓｅｃ）の規格化ねじりトルクの時間変化を示す。図４（ａ）のように、本発明にかかる系全体では架橋反応に伴ってねじりトルクが上昇し、飽和領域に達する。とくに、本発明にかかる系のねじりトルクの経時変化では、系のゲル化後に周期的なねじりトルク上昇と下降を繰り返しながらマクロ的に増加し、飽和に至るという特徴がある。これは、熱と外力によって、ねじり面に設けた溝部の破断面生成に伴うねじりトルクの減少、および、本発明にかかるすべり変形相と架橋反応相による、ねじりトルクの回復現象を観測している。つまり、ゲル化した本発明にかかる系の一部、あるいはゲル化した系全体にわたって熱と外力による機械的な破断面の生成があっても、すべり変形と架橋反応による当該破断面の回復、すなわち自己修復性があることを示唆している。このような新規なレオロジーに関する特徴を付与した点が本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石である。

以上のような必要に応じて行う異方性の任意な方向制御ののち、すべり変形と架橋反応による破断面、あるいはセグメント相互の統合ができる。

さらに、本発明は、自己修復性セグメントの断片やセグメント相互を統合したのち、熱処理による架橋密度の増加によって一体的な剛体化を行う。これにより、磁石としての機械的強度、寸法安定性など耐環境性を確保できる。

加えて、本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石では希土類−鉄系磁石粉体、架橋反応相、すべり変形相の体積分率の総和、すなわち相対密度を９７％以上、空隙を３ｖｏｌ．％以下とすることが好ましい。希土類−鉄系磁石粉体、架橋反応相、すべり変形相の体積分率の総和、すなわち相対密度を９７％以上、空隙率を３ｖｏｌ．％以下とする理由は、自己修復によって再統合したのち、熱により、一体的に剛体化する際、大気中熱処理での酸化反応に伴う磁気特性の劣化抑制に有利だからである。

以上のような本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石を用いた電磁駆動装置は、当該磁石の極対数１以上、パーミアンス係数Ｐｃ３以上とした磁気回路構成が本発明にかかる磁石の鉄心側（励磁巻線）からの逆磁界による減磁耐力を確保するうえで望ましい。

以上により、極対数１以上のハルバッハアレイを含む異方性磁石、並びにそれを用いた高出力、高効率小型電磁駆動装置を提供することができる。

以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。

［自己修復性セグメントの調整］
粒子径３〜５μｍのＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３（Ｍｒ＝１．２２Ｔ、ＨｃＪ＝０．９１ＭＡ／ｍ、（ＢＨ）_ｍａｘ＝２４０ｋＪ／ｍ^３）、粒子径３８〜１５０μｍのＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ（Ｍｒ＝１．３４Ｔ、ＨｃＪ＝１．１５ＭＡ／ｍ、（ＢＨ）_ｍａｘ＝３１６ｋＪ／ｍ^３）両者の体積分率８０．８ｖｏｌ．％とし、残部１９．２ｖｏｌ．％は磁石粉体を固定する架橋反応相としてエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ、融点７０−７６ ℃のｏ−クレゾールノボラック型エポキシオリゴマー６．５ｖｏｌ．％、熱分解温度２３０℃のイミダゾール誘導体（２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール）１．８ｖｏｌ．％、およびすべり変形相の鎖状分子として、前記オリゴマーのオキサゾリドン環と化学結合する分子鎖内アミノ活性水素をもつ平均分子量Ｍｗ４０００〜１２０００の線状ポリアミド９．１ｖｏｌ．％、内部滑剤としてペンタエリスリトールと高級脂肪酸との部分エステル化物１．８ｖｏｌ．％を使用した。これは、１分子中１つの水酸基（−ＯＨ）、炭素数１６のヘキサデシル基（−（ＣＨ_２）_１６ＣＨ_３）を３つ有するものであり、これにより極性基は鎖状分子との相溶性、ヘキサデシル基はすべり流動による自己修復性の向上を図る。

先ず、前ロール１４０ ℃、後ロール１５０ ℃に設定した８−ｉｎｃｈミキシングロールを用いて架橋剤を除く本発明にかかる構成成分を一括して溶融混練した。このような溶融混練による空隙除去は低圧圧縮性の確保や希土類−鉄系磁石粉体の表面酸化による減磁曲線の角型性劣化を抑制するために行う。

つぎに、上記混練物を室温にて７１０μｍ以下に解砕、分級し、さらに当該分級物と平均粒径３μｍの架橋剤とを乾式混合することでグラニュール状コンパウンドとした。

図５（ａ）は本発明にかかる上記コンパウンドに正弦波ねじり振動を与えながら定速昇温したときのねじりトルクの温度依存性、ならびに残留磁化Ｍｒを最大磁化Ｍ_ｍａｘで除した希土類−鉄系磁石粉体の整列度の温度依存性、ならびに、図５（ｂ）は本発明にかかる代表的なＭ−Ｈループを示す特性図である。

ただし、磁気特性測定試料は温度１１０〜１６０℃、直交磁界１．４ＭＡ／ｍ、圧力５０ＭＰａで圧縮した７ｍｍ立方体、密度６．０〜６．２Ｍｇ／ｍ３である。なお、１．５ＧＰａの高圧力で圧縮したＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３／Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ磁石はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの破砕による新生面の生成、表面損傷による磁気特性劣化の課題がある（Ｋ．Ｎｏｇｕｃｈｉ，Ｋ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｇ．Ａｄａｃｈｉ， “Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ−ｔｙｐｅｂｏｎｄｅｄｍａｇｎｅｔｓｏｆＳｍ２Ｆｅ１７ＮｘａｎｄＮｄ−Ｆｅ−ＢＨＤＤＲｐｏｗｄｅｒｓ”，Ｐｒｏｃ．１６ｔｈＩｎｔ．ＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＲａｒｅＥａｒｔｈＭａｇｎｅｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｐｐ．８４５−８５４，２０００）。しかしながら、本実施例のように希土類−鉄系磁石粉体が架橋反応相とすべり変形相で隔離され、熱と磁界の下、わずか５０ＭＰａの圧力で構成成分の相対密度が９７％を超える。したがって、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの新生面生成、表面損傷による磁気特性劣化を抑制できる。

ところで、図５（ａ）において１２０から１６０℃の範囲でねじりトルクの減少が観測され、それに伴って希土類−鉄系磁石粉体の整列度（Ｍｒ／Ｍ_ｍａｘ）が上昇する。しかし、ねじりトルクが上昇に転じる温度５（ａ）１を超える温度領域での整列度（Ｍｒ／Ｍ_ｍａｘ）は低下する。本実施例では前記５（ａ）１より、やや低い５（ａ）２のような温度で整列することが望ましい。また、本実施例での自己修復性を利用した環状磁石の形成は、すべり変形と架橋反応とが作用する５（ａ）３の温度領域が好ましい。

図５（ｂ）は、５（ａ）２で得られる本実施例での代表的な室温Ｍ−Ｈループを示す。また、その磁気特性は残留磁化Ｍｒ＝０．９９Ｔ、保磁力ＨｃＪ＝１．０３ＭＡ／ｍ、（ＢＨ）_ｍａｘ＝１６７．５ｋＪ／ｍ^３であった。このように本発明にかかる自己修復性希土類−鉄系磁石に必要な要件を満たすことにより、残留磁化Ｍｒ＝０．９５Ｔ以上、保磁力ＨｃＪ＝０．９５ＭＡ／ｍ以上、（ＢＨ）_ｍａｘ＝１６０ｋＪ／ｍ^３以上の値は容易に得られる。また、松永らは希土類−鉄系磁石粉体をエポキシ樹脂とともに圧縮した磁石を架橋する際、磁気特性の酸化劣化を抑制するためにＡｒ雰囲気中、できるかぎり低温で熱処理している（松永秀樹、大北雅一、三野修嗣、石垣尚幸，”ＮｄＦｅＢ系異方性ボンド磁石の圧縮成形技術”，日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，ｐｐ．２１７−２２０（１９９６））。ところが本発明にかかる要件を満たした実施例にかかる磁石では大気中、１７０℃、２０ｍｉｎの熱処理で磁石を剛体化してもその磁気特性は劣化しない。

なお、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３磁石粉体を圧縮した磁石は密度５Ｍｇ／ｍ^３以上のものは知られず、例えば室温で液体の不飽和ポリエステル樹脂組成物とともにＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３磁石粉体を圧縮したものでは密度４．７９Ｍｇ／ｍ^３、真密度７．６７Ｍｇ／ｍ^３としたときの相対密度は６２．５％、その（ＢＨ）_ｍａｘは９４．７ｋＪ／ｍ^３に止まる。（Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ，Ｓ．Ｈａｙａｓｈｉ，Ｓ．Ｙｏｓｈｉｚａｗａ， “ＩｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｅｄＳｍ−Ｆｅ−Ｎａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍａｇｎｅｔｓｕｓｉｎｇｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｐｏｌｙｅｓｔｅｒｒｅｓｉｎ”，Ｐｒｏｃ．Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ’０４ｉｎＮＡＲＡ，（２００４）ＪＯ−０２）。

なお、図５（ｂ）の室温Ｍ−Ｈループ第２象限に示したパーミアンス係数Ｐｃ３の動作線と減磁曲線の交点から、本発明にかかる磁石と鉄心との磁気回路構成のＰｃを概ね３以上とすることが好ましい。この理由は、電磁駆動装置の鉄心側（励磁巻線）からの逆磁界に対するに本発明にかかる磁石の減磁耐力の確保に有利だからである。ここで、回転機のような電磁駆動装置において鉄心と本発明にかかる磁石のパーミアンス係数Ｐｃを３以上の磁気回路構成とするには一般には径方向空隙型電磁駆動装置が有効である。

［自己修復によるセグメントの統合］
図６（ａ）に示す断面形状の自己修復性セグメントＳｅｇ．６１を図５（ｂ）のＭ−Ｈループが得られる調整条件、すなわち温度１６０℃、磁界１．４ＭＡ／ｍ、圧力５０ＭＰａで本実施例にかかるコンパウンドを用いて用意した。図６（ａ）のように自己修復性セグメントの形状は外半径３．４６ｍｍ、内半径１．８４ｍｍであり、一様な磁界Ｈｅｘの方向との関係から磁石粉体の整列はＣａｘｉｓで示す方向、いわゆるパラレル配向である。

つぎに、上記自己修復性セグメントＳｅ．６１−１、−２、−３、−４を図６（ｂ）のように外径６．９９０ｍｍ、内径３．６０５ｍｍの環状キャビティに配置し、温度１４０〜１６０℃、磁界なし、最大圧力５００ＭＰａ、保持時間なしで圧縮し、離型したのち、大気中１７０℃で２０ｍｉｎの熱処理を施した。これにより、自己修復性セグメントを一体的に剛体化した本発明にかかる環状磁石を得た。

図６（ｃ）は本実施例にかかる環状磁石の重量ｗｇと長さ方向の寸法Ｌｍｍ、および密度ｄとの関係を示す特性図である。図のようにＬはｗに相関係数Ｒ２０．９９９９で比例し、Ｌと外径ＯＤとの比Ｌ／ＯＤ＝３．２に至る長尺の環状磁石も得られる。また、その密度はわずか５０ＭＰａの低圧圧縮にかかわらず６．２５〜６．３５Ｍｇ／ｍ３の範囲であった。なお、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３（真密度７．６７Ｍｇ／ｍ３）、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ（真密度７．５５Ｍｇ／ｍ３）から構成した本実施例にかかる混合系の真密度は７．５９８Ｍｇ／ｍ３である。したがって、本実施例にかかる磁石の相対密度ＲＤは８２．２〜８２．７％であった。この値はメルトスピニングなどの急冷凝固で得られるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂをエポキシ樹脂とともに１ＧＰａ程度の圧縮で固めた磁石の相対密度８０％と同等以上の水準である。

図７は本実施例にかかる上記環状磁石の自己修復性セグメントＳｅｇ．６１−１、−２の接合部分の破断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。例えば、特許２９１１０１７号公報のようなセグメント圧粉体を複数個組合せ、厚さ静水圧で環状形状とし、これを常圧焼結して一体的な剛体化を行う場合には接合面が目視にて確認でき、機械的な欠陥が存在する欠点がある。また、接合界面の常圧焼結の促進と均質化のために接合材料を併用することも開示されている。しかしながら、本発明にかかる自己修復作用で環状形状とし、その後の熱処理で一体的に剛体化する磁石では接合界面においても一様な破断面を呈し、機械的な欠陥が集中する形跡は全く観察されない。

図８は、本発明にかかる極対数２の環状磁石の磁化状態を３次元テスラメータで計測した結果を示す特性図である。ただし、図８（ａ）は機械角φに対する磁化ベクトル角Ｍ_θの分布、図８（ｂ）は機械角φに対する径方向の表面磁束密度φｓの分布である。ここで、磁化ベクトル角Ｍ_θは図９のように任意の機械角φにおける外周接線（例えば、図中Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’）とのなす角Ｍ_θ１、Ｍ_θ２である。このような、Ｍ_θ１、Ｍ_θ２は任意の機械角での異方性の方向を、機械角φに対する分布は異方性の分布を表わす。

ところで、本実施例では所謂パラレル配向した自己修復性セグメントと極対数２の環状磁石を示した。つまり、図９における極中心、すなわちＭ_θ１は図８（ａ）の９０度と等しい。

一方、図９のように磁極端付近のＣ軸と外周接線とがなす角度は４５度である。しかし、異極間で直角に磁化されることはなく、異極間での異方性の分布は静的磁気相互作用により図８（ａ）の比較例で示す磁気的に等方性の正弦波着磁した（ＢＨ）_ｍａｘ８０ｋＪ／ｍ^３Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂボンド磁石の磁化ベクトル角の分布とほぼ等しくなる。また、図８（ｂ）に示す機械角φに対する表面磁束密度φｓの積分値は磁束の総和に比例する。図８（ｂ）の本実施例と比較例で示す磁気的に等方性の正弦波着磁した（ＢＨ）_ｍａｘ８０ｋＪ／ｍ^３Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂボンド磁石との積分値の比は１．４４であった。この値は同一磁気回路構成であれば（ＢＨ）_ｍａｘの比の平方根で近似できる。したがって、図５（ｂ）に示す（ＢＨ）_ｍａｘ１６７．５ｋＪ／ｍ^３の異方性の程度を劣化させることなく自己修復性セグメントから本発明にかかる環状磁石が得られることを裏付けている。

なお、図６（ａ）において外部磁界Ｈｅｘの方向と本発明にかかる自己修復性セグメントの向きを任意に変化させることのみで、図１（ａ）に示した８個のセグメントから構成するハルバッハアレイも容易に得られることは自明である。加えて、回転機のような電磁駆動装置での回転に伴うパーミアンス変化に起因するトルク脈動低減のために、例えば図９Ｓｅｇ．６１−１、−４の境界に示す破線のように本発明にかかる自己修復性セグメントの断面形状を必要に応じて偏肉化する（Ｙ．Ｐａｎｇ，Ｚ．Ｑ．Ｚｈｕ，Ｓ．Ｒｕａｎｇｓｉｎｃｈａｉｗａｎｉｃｈ，Ｄ．Ｈｏｗｅ， “Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂｒｕｓｈｌｅｓｓｍｏｔｏｒｓｈａｖｉｎｇｈａｌｂａｃｈｍａｇｎｅｔｉｚｅｄｍａｇｎｅｔｓａｎｄｓｈａｐｅｄｐａｒａｌｌｅｌｍａｇｎｅｔｉｚｅｄｍａｇｎｅｔｓ”，Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅ１８ｔｈｉｎｔ．ｗｏｒｋｓｈｏｐｏｎＨＰＭＡ，ｐｐ．４００−４０７（２００４））など、既知の方法を適用し、断面形状の最適化を行っても何ら差支えない。

［自己修復性セグメントの異方性方向制御］
つぎに、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）で示したような、本発明にかかる自己修復性セグメントの内外周面を拘束し、熱と外力に応じた破断面の生成、並びにすべり変形に基づき異方性の程度を崩さずに異方性の方向のみが変化する自己修復作用を原理とした異方性方向制御に関する実施例を説明する。

先ず、図１０（ａ）に示す１０−１は原点ｏとする本実施例にかかる外半径３０．０ｍｍ、内半径２７．５ｍｍの変形前の円弧状自己修復性セグメント断面である。また、図１０（ａ）１０−２は１５０℃に熱したゲル化した自己修復性セグメント１０−１の内外周面を拘束しながら、シリコーン加硫ゴム製パンチにて１０−２の位置に１０ＭＰａ以下の圧力で押出し、その後、最大圧力５００ＭＰａ、保持時間なしで再圧縮した板状セグメントの断面である。なお、押出加工段階でゲル化した自己修復性セグメントは無定形断片となるが、再圧縮により統合され、破断面の自己修復により一体的に剛体化する。また、図中Ｈｅｘは外部磁界、Ｈ_θはゲル化した自己修復性セグメント１０−１の外周接線と外部磁界Ｈｅｘとのなす角、１１、１２、１３はゲル化した自己修復性セグメント１０−１の各位置から切出した直径１ｍｍの円柱試料、２１、２２、２３は板状セグメント１０−２の各位置から切出した直径１ｍｍの円柱試料である。なお、２１、２２、２３は１１、１２、１３に対応する位置にある。また、Ｍ_θは外周接線（板状に変形したものでは表面）とＣ軸、すなわち異方性の方向とのなす角である。

図１０（ａ）において、上記円柱試料１１、１２、１３、および２１、２２、２３の中心位置を原点ｏにおけるＨ_θ、Ｍ_θとしたとき、図１０（ｂ）の円柱試料２１のように全方向で最大磁化Ｍ_ｍａｘが最大となる角度、すなわち各試料のＨ_θ、Ｍ_θを求めた。その結果、１１と２１、１２と２２、１３と２３における最大磁化Ｍ_ｍａｘの差は０．０３Ｔ以下であった。

一方、異方性の程度は異方性分散σによって評価した。ここで異方性分散σ、すなわち、整列した希土類−鉄系磁石粉体の異方性（Ｃ軸）分布の解析は回転磁化における全エネルギーＥ＝Ｋｕ・ｓｉｎ^２λ − Ｍｓ・Ｈ・ｃｏｓ（λ−λｏ）において、円柱磁石の全エネルギーＥを最小とする解、すなわち、（δＥ／δλ）＝Ｋｕ・ｓｉｎ^２ λ − Ｍｓ・Ｈ・ｓｉｎ（λ−λｏ）＝０から、先ずλを決定し、Ｍ＝Ｍｓｃｏｓ（λｏ − λ）からＭが最大になるＭ−Ｈループを試料振動型磁力計（ＶＳＭ）により測定した。更に、Ｋｕｓｉｎ^２ λ − Ｍｓ・Ｈ・ｓｉｎ（λｏ − λ）＝０からλを求め、λの確率分布を適用して全体の配向状態、すなわち異方性分散σを求めた。ただし、λｏは外部磁界の角度、λはＭｓが回転した角度、Ｍｓは自発磁気モーメント、Ｋｕは磁気異方性定数、Ｅは全エネルギーである。その結果、表１のように、円柱試料１１、１２、１３、ならびに２１、２２、２３の全方向で磁化Ｍｓが最大となる角度、すなわち、Ｈ_θ、およびＭ_θは、ほぼ等しく、円柱試料１１、１２、１３と対応する位置の円柱試料２１、２２、２３の異方性分散σの差は、１３と２４、すなわち、面垂直から面内に異方性を方向制御したときが最大となったが、その差は７％以下であった。この水準は測定誤差を考慮すれば同等で、ゲル化した自己修復性セグメントの内外周面を拘束し、熱と外力に応じた破断面の生成、並びにすべり変形に基づく作用効果により、異方性の程度を崩さずに異方性の方向のみが変化する自己修復作用に基づく異方性方向制御が可能であることを示唆する。

１０−１：原点ｏとする自己修復性セグメント断面
１０−２：自己修復したセグメント断面
Ｈｅｘ：外部磁界
Ｈ_θ：１０−１の外周接線とＨｅｘとのなす角
Ｍ_θ：１０−２外周接線とＣ軸とのなす角
１１、１２、１３：１０−１から得た円柱試料
２１、２２、２３：１０−２から得た円柱試料

Claims

整列した１種または２種以上の希土類−鉄系磁石粉体を架橋反応相で固定化するとともに、該粉体間で架橋反応相と粘性流動に基づくすべり変形相を化学的に結合し、ゲル化した不完全３次元網目構造を有するマトリクスを介在させたセグメントとし、さらにその内外周面を拘束し、熱と外力に応じたすべり変形と架橋反応に基づく自己修復作用で破断面、必要に応じてセグメント相互を統合し、一体的に剛体化した自己修復性希土類−鉄系磁石。
希土類−鉄系磁石粉体の１種、または２種以上の最大エネルギー積（ＢＨ）_ｍａｘが２５０ｋＪ／ｍ^３以上であり、かつ、その体積分率が８０ｖｏｌ．％以上である請求項１記載の自己修復性希土類−鉄系磁石。
希土類−鉄系磁石粉体、架橋反応相、すべり変形相の体積分率の総和が９７ｖｏｌ．％以上、空隙が３ｖｏｌ．％以下である請求項１記載の自己修復性希土類−鉄系磁石。
セグメント、並びにそれに対応する磁石の最大磁化Ｍ_ｍａｘの差が０．０３Ｔ以下、異方性分散σの差が７％以下である請求項１記載の自己修復性希土類−鉄系磁石。
残留磁化Ｍｒ０．９５Ｔ以上、保磁力ＨｃＪ０．９５ＭＡ／ｍ以上、（ＢＨ）_ｍａｘ１６０ｋＪ／ｍ^３以上である請求項１記載の自己修復性希土類−鉄系磁石。
円弧状、円筒状など環状形状、極対数１以上、およびパーミアンス係数Ｐｃ３以上で鉄心との磁気回路を構成する請求項１記載の自己修復性希土類−鉄系磁石。