JP5501828B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系希土類永久磁石 - Google Patents

Description

本発明は、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）_２Ｔ_１４Ａ（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）_２Ｔ_１４Ａ（０≦ｐ＜ｘ）で表される組成の第１の主相と、（ＬＲ_１−ｑＨＲ_ｑ）_２Ｔ_１４Ａ（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、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。

前記目的を達成するため本願の請求項１に係るＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｒ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上であり、１．０ｗｔ％〜６．０ｗｔ％のＴｂを必須とする）、Ｂ：０．５ｗｔ％〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％及びＺｒ：０．０３ｗｔ％〜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焼結体からなり、前記焼結体中の酸素量が２０００ｐｐｍ以下、前記焼結体の平均結晶粒径が３．５μｍ〜５．０μｍであって、磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、前記粉砕された磁石粉末に以下の構造式Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で表わされる有機金属化合物を添加することにより、前記磁石粉末の粒子表面に前記有機金属化合物を付着させる工程と、前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形することにより成形体を形成する工程と、前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形前又は成形後であって焼結前に水素雰囲気で仮焼する工程と、前記成形体を焼結する工程と、により製造されることを特徴とする。

また、請求項２に係るＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石において、Ｒとして１．０ｗｔ％〜１２．０ｗｔ％のＤｙを含むことを特徴とする。

また、請求項３に係るＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、請求項１又は請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石において、多極着磁される磁石であることを特徴とする。

また、請求項４に係るＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石において、前記焼結体中の窒素量が２０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍ、炭素量が１５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

更に、請求項５に係るＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石において、Ｇａ：０．０２〜１．５ｗｔ％を含有することを特徴とする。

前記構成を有する請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石によれば、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とができる。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。
また、添加されたＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌを磁石の粒界に効率よく偏在させることができる。その結果、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌの使用量を減少させ、残留磁束密度の低下を抑制できるとともに、各元素による効果（例えばＴｂでは保磁力の向上、ＮｂやＺｒでは着磁特性向上及び粒成長抑制、Ｃｏではキュリー温度の向上及び粒界相の耐食性向上、ＡｌやＣｕでは高保磁力化及び温度特性の改善）を十分に図ることが可能となる。また、他の有機金属化合物を添加する場合と比較して脱カーボンを容易に行うことが可能であり、焼結後の磁石内に含まれる炭素によって磁石特性が低下する虞が無く、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となる。

また、請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石によれば、Ｒとして１．０ｗｔ％〜１２．０ｗｔ％のＤｙを含むので、Ｄｙによる保磁力の向上を図ることが可能となる。

また、請求項３に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石によれば、多極着磁される磁石であることを特徴とするので、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。

また、請求項４に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石によれば、焼結体中の窒素量が２０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍ、炭素量が１５００ｐｐｍ以下であるので、磁気特性を向上させることが可能となる。

更に、請求項５に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石によれば、Ｇａ：０．０２〜１．５ｗｔ％を含有するので、着磁特性を向上させることが可能となる。

本発明に係る永久磁石を示した全体図である。 本発明に係る永久磁石の粒界付近を拡大して示した模式図である。 本発明に係る永久磁石の第１の製造方法における製造工程を示した説明図である。 本発明に係る永久磁石の第２の製造方法における製造工程を示した説明図である。

以下、本発明に係る永久磁石及び永久磁石の製造方法について具体化した実施形態について以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。

［永久磁石の構成］
先ず、本発明に係る永久磁石１の構成について説明する。図１は本発明に係る永久磁石１を示した全体図である。尚、図１に示す永久磁石１は円柱形状を備えるが、永久磁石１の形状は成形に用いるキャビティの形状によって変化する。
本発明に係る永久磁石１としてはＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を用いる。尚、永久磁石１の組成はＲ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上であり、１．０ｗｔ％〜６．０ｗｔ％のＴｂを必須とする）、Ｂ：０．５ｗｔ％〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％及びＺｒ：０．０３ｗｔ％〜０．２５ｗｔ％の１種又は２種、Ｃｏ：２ｗｔ％以下（０を含まず）、残部実質的がＦｅからなる。

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、上記したように希土類元素（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Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ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Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ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、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Ｔｂを選択し、ＮｄとＴｂの合計を２５ｗｔ％〜３５ｗｔ％とすることが望ましい。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Ｔｂ量を１．０〜６．０ｗｔ％とすることが望ましい。
また本発明は、Ｔｂに加えてＤｙを１．０〜１２．０ｗｔ％含有することができる。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、Ｔｂ、さらにはＤｙが上述した範囲にある場合に本発明の効果が十分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。

また、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。
また、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。

また、本発明において、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。

更に、本発明では、後述のように上記Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種については、粉砕対象とする磁石原料に予め含めるのではなく、Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で表わされるＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物（例えば、テルビウムエトキシド、ニオブイソポロポキシド、銅イソプロポキシド等）を有機溶媒に添加し、湿式状態で磁石粉末に混合することにより、磁石粉末に対して添加する。

また、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。

また、本発明に係る永久磁石１は、図２に示すように、永久磁石１は磁化作用に寄与する磁性相である主相１１と、粒界相１２とが共存する合金である。図２は永久磁石１を構成する主相１１及び粒界相１２を拡大して示した図である。

ここで、主相１１は化学量論組成であるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ金属間化合物相（Ｆｅは部分的にＣｏで置換しても良い）が高い体積割合を占めた状態となる。一方、粒界相１２には同じく化学量論組成であるＲ_２Ｆｅ_１４Ｂ（Ｆｅは部分的にＣｏで置換しても良い）よりＲの組成比率が多いＲリッチ相（例えば、Ｒ_{２．０〜３．０}Ｆｅ_１４Ｂ金属間化合物相）が形成されている。また、粒界相１２にはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。

また、本発明ではＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種の添加は、後述のように粉砕された磁石粉末を成形する前にＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物が添加されることにより行われる。具体的には、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物が添加されることによって、湿式分散により磁石粒子の粒子表面に該有機金属化合物中のＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌが均一付着される。その状態で磁石粉末を焼結することによって、磁石粒子の粒子表面に均一付着された該有機金属化合物中のＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌが、主相１１の粒界、即ち粒界相１２に偏在化される。

ここで、永久磁石の保磁力は、磁化された状態から逆方向への磁場を加えていった際に、磁気分極を０にする（即ち、磁化反転する）のに必要な磁場の強さである。従って、磁化反転を抑制することができれば、高い保磁力を得ることができる。尚、磁性体の磁化過程には、磁気モーメントの回転に基づく回転磁化と、磁区の境界である磁壁（９０°磁壁と１８０°磁壁からなる）が移動する磁壁移動がある。また、本発明が対象とするＲ−T−Ｂ系のような焼結体磁石では、逆磁区は主相である結晶粒の表面近傍において最も発生しやすい。従って、本発明において粒界相１２に特にＴｂを偏在させることとすれば、主相１１の結晶粒の表面部分（外殻）において、Ｒの一部をＴｂで置換した相を生成し、逆磁区の生成を抑制する。尚、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ金属間化合物の保磁力を高める（磁化反転を阻止する）という効果の点において、磁気異方性の高いＴｂは有効な元素である。

また、本発明では、特に後述のようにＭ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で表わされるＴｂを含む有機金属化合物（例えば、テルビウムエトキシド、ニオブイソポロポキシド、銅イソプロポキシド等）を有機溶媒に添加し、湿式状態で磁石粉末に混合する。それにより、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物を有機溶媒中で分散させ、磁石粒子の粒子表面にＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物を効率よく付着することが可能となる。

ここで、上記Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）の構造式を満たす有機金属化合物として金属アルコキシドがある。金属アルコキシドは、一般式Ｍ−（ＯＲ）_ｎ（Ｍ：金属元素、Ｒ：有機基、ｎ：金属又は半金属の価数）で表される。また、金属アルコキシドを形成する金属又は半金属としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｙ、ｌａｎｔｈａｎｉｄｅなどが挙げられる。但し、本発明では特に、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌを用いる。

また、アルコキシドの種類は特に限定されることなく、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、炭素数４以上のアルコキシド等が挙げられる。但し、本発明では後述のように低温分解で残炭を抑制する目的から、低分子量のものを用いる。また、炭素数１のメトキシドについては分解し易く、取扱いが困難であるので、特に炭素数が２〜６のアルコキシドであるエトキシド、メトキシド、イソプロポキシド、プロポキシド、ブトキシドなどを用いることが好ましい。

また、圧粉成形により成形された成形体を適切な焼成条件で焼成すれば、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌが主相１１内へと拡散浸透（固溶化）することを防止できる。それにより、結晶粒全体としては（すなわち、焼結磁石全体としては）、コアのＲ_２Ｔ_１４Ｂ金属間化合物相が高い体積割合を占めた状態となる。それにより、その磁石の残留磁束密度（外部磁場の強さを０にしたときの磁束密度）の低下を抑制することができる。

また、本発明によって得られるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石は、Ｒを化学量論組成に基づく分率（２６．７ｗｔ％）より多くした磁石原料を粉砕、焼結することによって、粒界相１２にＲを多く含むＲリッチ相が形成される。
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、焼結体の磁石結晶粒子が平均粒径で３．５〜５．０μｍという限られた範囲にあることが重要である。磁石結晶粒子の平均粒径が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、上記したように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。

［永久磁石の製造方法１］
次に、本発明に係る永久磁石１の第１の製造方法について図３を用いて説明する。図３は本発明に係る永久磁石１の第１の製造方法における製造工程を示した説明図である。

先ず、上述した組成割合を満たす分率のＲ−Ｔ−Ｂ（例えば、Ｎｄ：２９．７３ｗｔ％、Ｂ：１．０１ｗｔ％、Ｆｅ：６９．２６ｗｔ％）からなる、インゴットを製造する。その後、インゴットをスタンプミルやクラッシャー等によって２００μｍ程度の大きさに粗粉砕する。若しくは、インゴットを溶解し、ストリップキャスト法でフレークを作製し、水素解砕法で粗粉化する。

次いで、粗粉砕した磁石粉末を、（ａ）酸素含有量が実質的に０％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気中、又は（ｂ）酸素含有量が０．０００１〜０．５％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気中で、ジェットミル４１により微粉砕し、所定サイズ（焼結体の磁石結晶粒子が平均粒径で３．５〜５．０μｍ、より好ましくは４．０〜５．０μｍの範囲となるサイズ）の平均粒径を有する微粉末とする。尚、酸素濃度が実質的に０％とは、酸素濃度が完全に０％である場合に限定されず、微粉の表面にごく僅かに酸化被膜を形成する程度の量の酸素を含有しても良いことを意味する。

一方で、ジェットミル４１で微粉砕された微粉末に添加する有機金属化合物溶液を作製する。ここで、有機金属化合物溶液には予めＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む有機金属化合物を添加し、溶解させる。尚、溶解させる有機金属化合物としては、Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）に該当する有機金属化合物（例えば、テルビウムエトキシド、ニオブイソポロポキシド、銅イソプロポキシド等）を用いる。また、溶解させるＴｂを含む有機金属化合物の量は特に制限されないが、焼結後の磁石に対するＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの含有量が上述した範囲内（例えば、Ｔｂ：１．０〜６．０ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、Ｚｒ：０．０３ｗｔ％〜０．２５ｗｔ％、Ｃｏ：２ｗｔ％以下（０を含まず）である。）となる量とする。

続いて、ジェットミル４１にて分級された微粉末に対して上記有機金属化合物溶液を添加する。それによって、磁石原料の微粉末と有機金属化合物溶液とが混合されたスラリー４２を生成する。尚、有機金属化合物溶液の添加は、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気で行う。

その後、生成したスラリー４２を成形前に真空乾燥などで事前に乾燥させ、乾燥した磁石粉末４３を取り出す。その後、乾燥した磁石粉末を成形装置５０により所定形状に圧粉成形する。尚、圧粉成形には、上記の乾燥した微粉末をキャビティに充填する乾式法と、溶媒などでスラリー状にしてからキャビティに充填する湿式法があるが、本発明では乾式法を用いる場合を例示する。また、有機金属化合物溶液は成形後の焼成段階で揮発させることも可能である。

図３に示すように、成形装置５０は、円筒状のモールド５１と、モールド５１に対して上下方向に摺動する下パンチ５２と、同じくモールド５１に対して上下方向に摺動する上パンチ５３とを有し、これらに囲まれた空間がキャビティ５４を構成する。
また、成形装置５０には一対の磁界発生コイル５５、５６がキャビティ５４の上下位置に配置されており、磁力線をキャビティ５４に充填された磁石粉末４３に印加する。印加させる磁場は例えば１ＭＡ／ｍとする。

そして、圧粉成形を行う際には、先ず乾燥した磁石粉末４３をキャビティ５４に充填する。その後、下パンチ５２及び上パンチ５３を駆動し、キャビティ５４に充填された磁石粉末４３に対して矢印６１方向に圧力を加え、成形する。また、加圧と同時にキャビティ５４に充填された磁石粉末４３に対して、加圧方向と平行な矢印６２方向に磁界発生コイル５５、５６によってパルス磁場を印加する。それによって、所望の方向に磁場を配向させる。尚、磁場を配向させる方向は、磁石粉末４３から成形される永久磁石１に求められる磁場方向を考慮して決定する必要がある。
また、湿式法を用いる場合には、キャビティ５４に磁場を印加しながらスラリーを注入し、注入途中又は注入終了後に、当初の磁場より強い磁場を印加して湿式成形しても良い。また、加圧方向に対して印加方向が垂直となるように磁界発生コイル５５、５６を配置しても良い。

次に、圧粉成形により成形された成形体７１を水素雰囲気において２００℃〜９００℃、より好ましくは４００℃〜９００℃（例えば６００℃）で数時間（例えば５時間）保持することにより水素中仮焼処理を行う。仮焼中の水素の供給量は５Ｌ／ｍｉｎとする。この水素中仮焼処理では、有機金属化合物を熱分解させて、仮焼体中の炭素量を低減させる所謂脱カーボンが行われる。また、水素中仮焼処理は、仮焼体中の炭素量が１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは５００ｐｐｍ以下とする条件で行うこととする。それによって、その後の焼結処理で永久磁石１全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

ここで、上述した水素中仮焼処理によって仮焼された成形体７１には、ＮｄＨ_３が存在し、酸素と結び付きやすくなる問題があるが、第１の製造方法では、成形体７１は水素仮焼後に外気と触れさせることなく、後述の真空焼成に移るため脱水素工程は不要となる。焼成中に成形体中の水素は抜けることとなる。

続いて、水素中仮焼処理によって仮焼された成形体７１を焼結する焼結処理を行う。焼結処理では、所定の昇温速度で８００℃〜１１８０℃程度まで昇温し、２時間程度保持する。この間は真空焼成となるが真空度としては１０^−４Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。その後冷却し、再び６００℃で２時間熱処理を行う。そして、焼結の結果、永久磁石１が製造される。

［永久磁石の製造方法２］
次に、本発明に係る永久磁石１の他の製造方法である第２の製造方法について図４を用いて説明する。図４は本発明に係る永久磁石１の第２の製造方法における製造工程を示した説明図である。

尚、スラリー４２を生成するまでの工程は、図３を用いて既に説明した第１の製造方法における製造工程と同様であるので説明は省略する。

先ず、生成したスラリー４２を成形前に真空乾燥などで事前に乾燥させ、乾燥した磁石粉末４３を取り出す。その後、乾燥した磁石粉末４３を水素雰囲気において２００℃〜９００℃、より好ましくは４００℃〜９００℃（例えば６００℃）で数時間（例えば５時間）保持することにより水素中仮焼処理を行う。仮焼中の水素の供給量は５Ｌ／ｍｉｎとする。この水素中仮焼処理では、有機金属化合物を熱分解させて、仮焼体中の炭素量を低減させる所謂脱カーボンが行われる。また、水素中仮焼処理は、仮焼体中の炭素量が１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは５００ｐｐｍ以下とする条件で行うこととする。それによって、その後の焼結処理で永久磁石１全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

次に、水素中仮焼処理によって仮焼された粉末状の仮焼体８２を真空雰囲気で２００℃〜６００℃、より好ましくは４００℃〜６００℃で１〜３時間保持することにより脱水素処理を行う。尚、真空度としては０．１Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。

ここで、上述した水素中仮焼処理によって仮焼された仮焼体８２には、ＮｄＨ_３が存在し、酸素と結び付きやすくなる問題がある。
そこで、上記脱水素処理では、水素中仮焼処理によって生成された仮焼体８２中のＮｄＨ_３（活性度大）を、ＮｄＨ_３（活性度大）→ＮｄＨ_２（活性度小）へと段階的に変化させることによって、水素仮焼中処理により活性化された仮焼体８２の活性度を低下させる。それによって、水素中仮焼処理によって仮焼された仮焼体８２をその後に大気中へと移動させた場合であっても、Ｎｄが酸素と結び付くことを防止し、残留磁束密度や保磁力を低下させることが無い。

その後、脱水素処理が行われた粉末状の仮焼体８２を成形装置５０により所定形状に圧粉成形する。成形装置５０の詳細については図３を用いて既に説明した第１の製造方法における製造工程と同様であるので説明は省略する。

その後、成形された仮焼体８２を焼結する焼結処理を行う。焼結処理では、所定の昇温速度で８００℃〜１１８０℃程度まで昇温し、２時間程度保持する。この間は真空焼成となるが真空度としては１０^−４Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。その後冷却し、再び６００℃で２時間熱処理を行う。そして、焼結の結果、永久磁石１が製造される。

尚、上述した第２の製造方法では、粉末状の磁石粒子に対して水素中仮焼処理を行うので、成形後の磁石粒子に対して水素中仮焼処理を行う前記第１の製造方法と比較して、有機金属化合物の熱分解を磁石粒子全体に対してより容易に行うことができる利点がある。即ち、前記第１の製造方法と比較して仮焼体中の炭素量をより確実に低減させることが可能となる。
一方、第１の製造方法では、成形体７１は水素仮焼後に外気と触れさせることなく、後述の真空焼成に移るため脱水素工程は不要となる。従って、前記第２の製造方法と比較して製造工程を簡略化することが可能となる。但し、前記第２の製造方法においても、水素仮焼後に外気と触れさせることがなく焼成を行う場合には、脱水素工程は不要となる。

以上説明したように、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石の製造方法では、粉砕されたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石の微粉末に対して、Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で示される有機金属化合物が添加された有機金属化合物溶液を加え、磁石粒子表面に対して均一に有機金属化合物を付着させる。その後、圧粉成形した成形体を水素雰囲気において２００℃〜９００℃で数時間保持することにより水素中仮焼処理を行う。その後、８００℃〜１１８０℃で焼成を行うことによって永久磁石１を製造する。
上記製造方法により製造されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類の永久磁石１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とができる。このような着磁特性に優れたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類の永久磁石１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。
また、Ｍ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で示される有機金属化合物が添加された有機金属化合物溶液を磁石粉末に湿式状態で添加することによって、添加されたＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌを磁石の粒界に効率よく偏在させることができる。その結果、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ又はＡｌの使用量を減少させ、残留磁束密度の低下を抑制できるとともに、各元素による効果（例えばＴｂでは保磁力の向上、ＮｂやＺｒでは着磁特性向上及び粒成長抑制、Ｃｏではキュリー温度の向上及び粒界相の耐食性向上、ＡｌやＣｕでは高保磁力化及び温度特性の改善）を十分に図ることが可能となる。また、他の有機金属化合物を添加する場合と比較して脱カーボンを容易に行うことが可能であり、焼結後の磁石内に含まれる炭素によって磁石特性が低下する虞が無く、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となる。
また、有機金属化合物が添加された磁石を、焼結前に水素雰囲気で仮焼することにより、有機金属化合物を熱分解させて磁石粒子中に含有する炭素を予め焼失（炭素量を低減）させることができ、焼結工程でカーバイドがほとんど形成されることがない。その結果、焼結後の磁石の主相と粒界相との間に空隙を生じさせることなく、また、磁石全体を緻密に焼結することが可能となり、保磁力が低下することを防止できる。また、焼結後の磁石の主相内にαＦｅが析出することなく、磁石特性を大きく低下させることがない。
また、Ｒとして１．０ｗｔ％〜１２．０ｗｔ％のＤｙを含むこととすれば、Ｄｙによる保磁力の向上を図ることが可能となる。
また、永久磁石１は多極着磁される磁石であることを特徴とするので、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。
また、焼結体中の窒素量が２０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍ、炭素量が１５００ｐｐｍ以下であるので、磁気特性を向上させることが可能となる。
また、永久磁石１はＧａ：０．０２〜１．５ｗｔ％を含有するので、着磁特性を向上させることが可能となる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
また、磁石粉末の粉砕条件、混練条件、仮焼条件、焼結条件などは上記実施例に記載した条件に限られるものではない。
また、水素中仮焼処理や脱水素工程については省略しても良い。

また、上述した製造方法では、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌについては、磁石粉末にＭ−（ＯＲ）_ｘ（式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）で示される有機金属化合物を添加することによって、添加する構成としているが、一部については予めインゴットに含める構成としても良い。例えば、Ｔｂは有機金属化合物により添加し、他の元素については予めインゴットに含める構成としても良い。また、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの全ての元素について有機金属化合物により添加する構成としても良い。

１ 永久磁石
１１ 主相
１２ 粒界相

Claims (5)

1. Ｒ：２５〜３５ｗｔ％（ただし、Ｒは希土類元素の１種又は２種以上であり、１．０ｗｔ％〜６．０ｗｔ％のＴｂを必須とする）、Ｂ：０．５ｗｔ％〜４．５ｗｔ％、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種：０．０２ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｎｂ：０．２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％及びＺｒ：０．０３ｗｔ％〜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焼結体からなり、
   前記焼結体中の酸素量が２０００ｐｐｍ以下、前記焼結体の平均結晶粒径が３．５μｍ〜５．０μｍであって、
   磁石原料を磁石粉末に粉砕する工程と、
   前記粉砕された磁石粉末に以下の構造式
   Ｍ−（ＯＲ）_ｘ
   （式中、ＭはＴｂ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｚｒ，Ｃｕ、Ａｌの内、少なくとも一種を含む。Ｒは炭素数２〜６のアルキル基のいずれかであり、直鎖でも分枝でも良い。ｘは任意の整数である。）
   で表わされる有機金属化合物を添加することにより、前記磁石粉末の粒子表面に前記有機金属化合物を付着させる工程と、
   前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形することにより成形体を形成する工程と、
   前記有機金属化合物が粒子表面に付着された前記磁石粉末を成形前又は成形後であって焼結前に水素雰囲気で仮焼する工程と、
   前記成形体を焼結する工程と、により製造されることを特徴とする永久磁石。
   ることを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石。
2. Ｒとして１．０ｗｔ％〜１２．０ｗｔ％のＤｙを含む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。
3. 多極着磁される磁石であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石。
4. 前記焼結体中の窒素量が２０ｐｐｍ〜６００ｐｐｍ、炭素量が１５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石。
5. Ｇａ：０．０２ｗｔ％〜１．５ｗｔ％を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石。
   

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