JP5885907B2 - 希土類焼結磁石及びその製造方法、並びにモータ及び自動車 - Google Patents

Description

本発明は、希土類焼結磁石及びその製造方法、並びに希土類焼結磁石を備えるモータ及び当該モータを備える自動車に関する。

希土類焼結磁石は、主成分である希土類化合物が比較的腐食され易い性質を有する。このため、腐食に伴う磁気特性の低下を抑制することを目的として、希土類焼結磁石には被覆層が設けられる。被覆層としては、希土類焼結磁石の用途や求められる特性に応じて、めっき皮膜や樹脂皮膜など様々な材質のものが用いられている。例えば、特許文献１では、銅めっき液を用いて電解めっきを行い、希土類焼結磁石の表面に銅被膜を形成することが提案されている。

特許第３６１４７５４号公報

しかしながら、めっき膜のうち、銅めっき、亜鉛めっき、スズめっき等は、めっき膜が比較的軟らかいために、衝撃等によって希土類焼結磁石が容易に変形してしまう。また、亜鉛めっきの場合は、めっき膜を形成する際に磁石素体が腐食して、磁気特性が低下してしまう。一方、ニッケルめっき及びニッケル合金めっきは、他のめっきに比べて比較的硬いため、めっきの材質の点からは希土類焼結磁石用のめっきとして有望であると考えられ、現在広く使用されている。

ところが、本発明者らの検討によれば、ニッケルめっき又はニッケル合金めっきを形成する際に発生する水素が希土類焼結磁石の表面部に含まれる希土類元素と反応してしまい、磁石素体の表面近傍にマイクロクラックが生じることが分かった。そして、これに伴って、希土類焼結磁石の磁気特性が低下したり、磁石素体とめっき膜との密着性が損なわれたりしてしまうことが分かった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、密着性に優れたニッケルを含むめっき膜を有するとともに優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石を提供することを目的とする。また、ニッケルを含むめっき膜の密着性に優れるとともに優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。さらに、そのような希土類焼結磁石を備えることによって、信頼性に優れるモータ及び自動車を提供することを目的とする。

本発明者らは、希土類焼結磁石のニッケルを含むめっき膜の密着性を改善する手段を種々検討した。その結果、磁石素体の表面部の組成を制御することによって、磁石素体とめっき膜との界面付近における微細組織が改善されてめっき膜の密着性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、希土類化合物を含む磁石素体と、磁石素体の上にニッケル又はニッケル合金を含むめっき膜と、を備え、磁石素体の表面部の方が、表面部に囲まれた前記磁石素体の内部よりも重希土類元素の含有率が高い希土類焼結磁石を提供する。

上記本発明の希土類焼結磁石は、磁石素体においても表面部の方が内部よりも重希土類元素の含有率が高くなっている。これによって、磁石素体にニッケルめっき又はニッケル合金めっき（以下、纏めて「ニッケルめっき等」という。）をする際に発生する水素、及びニッケルめっき等に由来する、磁石素体とめっき膜との界面に残留する水素によるマイクロクラックの発生を抑制することができる。このようにマイクロクラックの発生が抑制できる要因の一つとして、重希土類元素と軽希土類元素の水素との親和性の相違が考えられる。すなわち、重希土類元素やその化合物の方が、軽希土類元素やその化合物よりも水素化され難く、これが水素によるマイクロクラックの発生の抑制に寄与していると考えられる。これによって、磁石素体の劣化が抑制されて、めっき膜との密着性が高く、且つ磁気特性に優れる希土類焼結磁石とすることができる。

本発明の希土類焼結磁石は、磁石素体とめっき膜との界面から深さ１０μｍの位置において、軽希土類元素に対する重希土類元素の質量比が０．０４以上であることが好ましい。磁石素体の表面部の組成を上記質量比とすることによって、水素によるマイクロクラックの発生が十分に抑制され、一層優れた密着性と磁気特性を有する希土類焼結磁石とすることができる。

本発明の希土類焼結磁石は、磁石素体の内部の重希土類元素に対する表面部の重希土類元素の質量比が２以上であることが好ましい。磁石素体全体の重希土類濃度を高くすることによってもマイクロクラックの発生は抑制され、ニッケルめっき等による磁気特性の劣化を抑えることができる。ただし、その場合、希土類焼結磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）が低下する傾向にある。そこで、磁石素体の表面部と内部における希土類元素の含有率の差を大きくすることによって、水素によるマイクロクラックの発生を抑制しつつ、残留磁束密度の高い高性能な希土類焼結磁石を得ることができる。

本発明の希土類焼結磁石は、重希土類元素が、磁石素体の表面部において、磁石素体の粒界相に偏在していることが好ましい。ニッケルめっき等により発生する水素は、希土類元素と選択的に結合する。粒界相は、主相と比較して希土類元素がリッチになっているため、主相よりも水素を吸収しやすい傾向にある。したがって、水素との親和性が低い重希土類元素を粒界相に偏在させれば、磁石素体の内部に水素が拡散することがより困難となり、マイクロクラックの発生を一層十分に抑制することができる。したがって、より一層高い密着性と優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石とすることができる。

また、本発明では、希土類化合物を含む磁石素体の表面に重希土類化合物を付着させて加熱し、重希土類化合物に含まれる重希土類元素を磁石素体の表面部に拡散させる拡散工程と、磁石素体の上に、ニッケル又はニッケル合金を含むめっき膜を形成するめっき工程と、を有する、磁石素体と磁石素体の上にめっき膜とを備える希土類焼結磁石の製造方法を提供する。

このような製造方法によれば、ニッケルめっき膜等を形成する際に、磁石素体に水素によってマイクロクラックが発生するのを抑制することができる。これによって、ニッケルめっき膜等と磁石素体との密着性が高く、磁気特性に優れた希土類焼結磁石を製造することができる。

本発明の希土類焼結磁石における拡散工程では、重希土類化合物を付着させた磁石素体を８００〜１０００℃で加熱することが好ましい。これによって、磁石素体の表面部における重希土類元素と軽希土類元素の質量比率を好適な範囲にすることができる。したがって、希土類焼結磁石の耐食性と磁気特性とを一層向上することができる。

本発明ではまた、上述の希土類焼結磁石を備えるモータを提供する。このモータは、上述の特徴を有する希土類焼結磁石を備えるため、希土類焼結磁石の磁気特性を長期間に亘って維持することができる。そして、めっき膜が容易に剥離しないことから信頼性に優れる。

本発明ではまた、上述のモータを備える自動車を提供する。この自動車は、上述の特徴を有するモータを備えるため、信頼性に優れる。

本発明によれば、密着性に優れたニッケルを含むめっき膜を有するとともに優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石を提供することができる。また、ニッケルを含むめっき膜の密着性に優れるとともに優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石の製造方法を提供することができる。さらに、そのような希土類焼結磁石を備えることによって、信頼性に優れるモータ及び自動車を提供することができる。

本発明の希土類焼結磁石の一実施形態を示す概略斜視図である。 本発明の希土類焼結磁石の一実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のモータの一実施形態の内部構造を示す説明図である。 本発明の自動車の一実施形態を示す概念図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は本実施形態の希土類焼結磁石の一実施形態を示す概略斜視図である。図２は図１の希土類焼結磁石のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の希土類焼結磁石１０は磁石素体４０と、磁石素体４０の表面全体を被覆するめっき膜５０とを有する。

磁石素体４０は、希土類元素を有する希土類化合物を主成分として含有する永久磁石である。希土類元素は、長周期型周期表の第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイド元素から選ばれる少なくとも一種の元素である。なお、ランタノイド元素には、例えば、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビニウム（Ｔｂ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等が含まれる。

上述の希土類元素は、重希土類元素（Ｒ_Ｈ）と軽希土類元素（Ｒ_Ｌ）に分類される。重希土類元素には、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが含まれる。一方、軽希土類元素には、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕが含まれる。

磁石素体４０の主成分である希土類化合物としては、構成元素として、上記希土類元素と、希土類元素以外の元素と、を有する化合物が挙げられる。希土類元素以外の元素としては、遷移元素及びホウ素（Ｂ）元素が挙げられる。希土類化合物は、遷移元素として、好ましくは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含み、より好ましくはＦｅ及び／又はＣｏを含む。また、希土類化合物は、構成元素として遷移元素とホウ素の両方を含んでもよい。

磁石素体４０は、上述の希土類化合物の他に、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）等の元素、又はこれらの元素を含む化合物を含んでいてもよい。

磁石素体４０は、希土類化合物（希土類合金）として、例えばＲ−Ｔ−Ｂ系化合物を含有する。Ｒ−Ｔ−Ｂ系化合物の場合、Ｒは、好ましくはＮｄを主成分とする希土類元素であり、Ｔは、好ましくはＦｅ及び／又はＣｏを主成分とする遷移金属元素である。好ましいＲ−Ｔ−Ｂ系化合物としては、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂが挙げられる。

磁石素体４０は、磁石素体４０の内部４２よりも、内部４２を覆う表面部４４の方が重希土類元素（Ｒ_Ｈ）の質量比率が高くなっている。このような構造にすることによって、磁石素体４０とめっき膜５０との密着性が向上し、高い磁気特性と耐食性とを兼ね備えた希土類焼結磁石１０とすることができる。

磁石素体４０の表面部４４は、例えば、磁石素体４０の表面から深さ１００μｍまでの領域であり、内部４２は、磁石素体４０の表面から深さが１００μｍを超える領域である。内部４２は、例えば、希土類元素として軽希土類元素を含むが、重希土類元素を実質的に含まない領域であってもよい。これによって、低コストで高い磁気特性を有する希土類焼結磁石１０とすることができる。ここでいう「実質的に含まない」とは、通常不純物として含まれ得る程度の量を含んでもよいことを意味する。

内部４２の重希土類元素の含有率に対する表面部４４の重希土類元素の含有率の質量比αは、好ましくは２以上であり、より好ましくは３以上であり、さらに好ましくは４以上である。質量比αを大きくすることによって、ニッケルめっき等に伴って発生した水素のバリア効果が大きくなり、マイクロクラックの発生を抑制することができる。なお、上記質量比αに特に上限はないが、実用上、５未満である。すなわち、希土類焼結磁石１０は、質量基準で、表面部４４に、好ましくは内部４２における重希土類元素の含有率の２倍以上、より好ましくは３倍以上の重希土類元素を含有する領域を有することによって、密着力及び磁気特性を一層向上することができる。

内部４２は、主な結晶相（主相）として、Ｒ−Ｔ−Ｂ系化合物を主成分とする粒子を含有し、当該粒子の間（粒界相）に、軽希土類化合物を含有する構造であることが好ましい。軽希土類化合物は、主相におけるＲ−Ｔ−Ｂ系化合物とは異なる化合物であり、例えば希土類元素の含有割合が高い希土類リッチ相や、ホウ素原子の含有割合が高いホウ素リッチ相であってもよい。

内部４２における重希土類元素の含有率は、例えば１質量％未満であってもよい。このように重希土類元素の含有率を十分に低くすることによって、表面部４４との重希土類元素の濃度変化を大きくすることが可能となる。これによって、ニッケルめっき等のとき、及びニッケルめっき等を形成した後における水素によるマイクロクラックの発生を一層抑制することができる。

表面部４４は、内部４２よりも重希土類元素の含有率が高い。表面部４４は、主な結晶相（主相）として、重希土類元素が固溶したＲ−Ｔ−Ｂ系化合物を含む粒子を含有し、当該粒子の間（粒界相）に、重希土類化合物を含有する構造であることが好ましい。表面部４４は、軽希土類元素を実質的に含んでいなくてもよく、軽希土類元素と重希土類元素の両方が固溶したＲ−Ｔ−Ｂ系化合物を含む粒子を含んでいてもよい。粒界相における重希土類化合物は、例えば、重希土類元素の含有割合が高い重希土類リッチ相や、ホウ素原子の含有割合が高いホウ素リッチ相であってもよい。このように、重希土類元素が表面部４４の粒界相に偏在した構造とすることによって、ニッケルめっき等の際、またはその後におけるマイクロクラックの発生を十分に抑制することができる。

表面部４４における重希土類元素の含有率は、好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは１．２質量％以上である。表面部４４における重希土類元素の含有率が上記範囲未満であると、ニッケルめっき膜等の種類によってはマイクロクラックの発生を十分に抑制できない場合がある。

表面部４４において、軽希土類元素の含有率に対する重希土類元素の含有率の質量比βは、好ましくは０．０４以上であり、より好ましくは０．０５以上であり、さらに好ましくは０．０６以上である。上記質量比βを高くすることによって、マイクロクラックの発生を十分に抑制することができる。

磁石素体４０の組成は、図２に示すような磁石素体４０の断面をＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ法）で測定して確認することができる。表面部４４及び内部４２の組成は、それぞれ均一である必要はない。例えば、表面部４４は、磁石素体４０の表面に近接するにつれて、Ｒ_Ｈ（Ｒ_Ｈ−Ｔ−Ｂ系化合物）の含有率が高くなっていてもよい。

また、内部４２と表面部４４における質量比βは、希土類焼結磁石１０の深さ方向に沿って連続的に変化してもよい。この場合、例えば質量比βが０．０２以上の領域を表面部４４、当該質量比βが０．０２未満の領域を内部４２とすることができる。

めっき膜５０は、ニッケルめっき膜又はニッケル合金めっき膜である。ニッケル合金めっきとしては、Ｚｎ−Ｎｉめっき、Ｎｉ−Ｂめっき、Ｎｉ−Ｗめっき、Ｎｉ−Ｗ−Ｃｏめっき、Ｎｉ−Pめっき、Ｎｉ−Ｓｎめっき、Ｎｉ−Ｆｅめっき等が挙げられる。これらのニッケルめっき膜、ニッケル合金めっき膜には、微量のＣ、Ｓといった非金属元素を含む場合もある。これらのめっきの中で、一層優れた密着性を有するめっき膜とする観点から、ニッケルめっきが好ましい。

めっき膜５０の厚みは、好ましくは５〜１００μｍであり、より好ましくは１０〜５０μｍであり、さらに好ましくは１０〜３０μｍである。めっき膜５０の厚みを上述の範囲とすることによって、優れた磁気特性と優れた耐食性とを一層高水準で両立することができる。

上述の磁石素体４０とめっき膜５０とは、密着性に優れる。密着性向上の要因の一つとして、ニッケルめっき膜等の作製時及び作製後に界面等に滞留した水素によるマイクロクラックの発生が十分に抑制されていることが挙げられる。磁石素体４０とめっき膜５０との密着力は、好ましくは９０Ｎ／ｍ以上であり、より好ましくは１００Ｎ／ｍ以上であり、更に好ましくは１１０Ｎ／ｍ以上である。なお、この密着力の値は、ＪＩＳ Ｈ８５０４（めっきの密着性試験方法−テープ試験）に準拠して測定される値である。

本実施形態の希土類焼結磁石１０は、めっき膜５０と磁石素体４０とが直接接触していることから、めっき膜５０と磁石素体４０との間に他の中間層（例えば銅めっき膜など）を備える場合に比べて、磁気特性を高くすることができる。

次に、本発明の希土類焼結磁石の製造方法の好適な実施形態を、希土類焼結磁石１０を例にして説明する。本実施形態の製造方法は、
（１）軽希土類化合物を含有する磁石素体を作製する準備工程、
（２）磁石素体の表面に重希土類化合物を付着させて加熱し、重希土類化合物に含まれる重希土類元素を磁石素体の表面部に拡散させる拡散工程、
（３）磁石素体の表面に付着した重希土類化合物の少なくとも一部を除去する除去工程、
（４）磁石素体の表面に、ニッケル又はニッケル合金を含むめっき膜を形成するめっき工程と、を有する。以下、各工程の詳細を説明する。

準備工程では、軽希土類化合物を含有する磁石素体を作製する。磁石素体は、粉末冶金法によって製造することができる。具体的には、まず、鋳造法やストリップキャスト法等の公知の合金製造プロセスにより所望の組成を有する合金を作製する。次に、この合金をジョークラッシャー、ブラウンミル、スタンプミル等の粗粉砕機を用いて１０〜１００μｍの粒径となるように粉砕した後、更にジェットミル、アトライター等の微粉砕機により０．５〜５μｍの粒径にする。こうして得られた粉末を、好ましくは６００ｋＡ／ｍ以上の磁場強度を有する磁場の中で、０．５〜５ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力で成形して、成形体を作製する。

作製した成形体を、好ましくは不活性ガス雰囲気又は真空中、１０００〜１２００℃で０．５〜１０時間加熱して焼結し、その後急冷する。さらに、この焼結体に、不活性ガス雰囲気又は真空中、５００〜９００℃で１〜５時間の熱処理（時効処理）を施し、必要に応じて焼結体を所望の形状（実用形状）に加工して、磁石素体を得ることができる。このようにして得られた磁石素体には、さらに硝酸等による酸洗浄を施してもよい。

拡散工程では、重希土類元素を上述の通り作製した磁石素体の表面部に拡散させる。このとき、重希土類化合物の少なくとも一部が、磁石素体と一体化してもよい。重希土類元素源となる重希土類化合物として、重希土類元素の水素化物やフッ化物等を用いることが好ましい。重希土類元素を円滑に磁石素体中に拡散させる観点から、重希土類化合物は、好ましくは重希土類元素の水素化物を含む。重希土類化合物は、公知の方法で調製することができる。

磁石素体に重希土類化合物を付着させる方法は、特に限定されるものではなく、例えば、粉末状の重希土類化合物を分散させたスラリー中に磁石素体を浸漬する方法、粉末状の重希土類化合物を含むペーストを磁石素体の表面に塗布する方法、及び真空中で重希土類元素を蒸発させて磁石素体に付着させる方法が挙げられる。これらの方法のうち、磁石素体に重希土類化合物をできるだけ均一に付着させる観点から、粉末状の重希土類化合物を分散させたスラリー中に磁石素体を浸漬する方法が好ましい。

スラリー中の重希土類化合物の含有量は、磁石素体４０に付着させる重希土類化合物の量を好適な範囲とする観点から、好ましくは３０〜５０質量％であり、より好ましくは３５〜４５質量％である。スラリー中に分散させる重希土類化合物の粉末の平均粒径は、好ましくは０．１〜５０μｍであり、より好ましくは０．１〜１０μｍである。平均粒径が大き過ぎると、磁石素体上に形成される被覆層の厚みがばらつき易くなる傾向にある。スラリーに用いる溶媒としては、アルコール、アセトンなどの有機溶媒を用いることができる。なお、本明細書における粉末の平均粒径は、市販のレーザー回折式の粒度分布計を用いて測定される体積平均粒子径である。

磁石素体に付着させる重希土類化合物の量は、磁石素体を基準として、重希土類元素換算で好ましくは０．１〜５質量％であり、より好ましくは０．２〜３質量％であり、さらに好ましくは、０．３〜２質量％である。磁石素体に付着させる重希土類元素の量が多過ぎると、磁石素体の表面が平滑になり難くなる傾向にある。一方、磁石素体に付着させる重希土類元素の量が少な過ぎると、十分な量の重希土類元素を拡散させることが困難になる傾向にある。

磁石素体に重希土類化合物を付着させた後、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で重希土類化合物が付着した磁石素体を加熱して、重希土類化合物に含まれる重希土類元素を磁石素体の表面部４４に拡散させる。

重希土類化合物が付着した磁石素体の加熱温度は、好ましくは６００〜１０００℃であり、より好ましくは８００〜９００℃である。磁石素体の加熱時間は、好ましくは０．５〜１０時間であり、より好ましくは１〜５時間である。磁石素体の加熱温度が上記範囲を超えると、重希土類元素が磁石素体の内部にまで拡散して、水素拡散のバリア効果が得られ難くなる傾向にある。一方、磁石素体の加熱温度が低すぎると、重希土類元素が十分に磁石素体中に拡散せず、めっき液の種類によっては、後のめっき工程で水素によってマイクロクラックが発生し易くなる傾向にある。

以上の工程によって、内部４２と、内部４２の周囲に設けられ内部４２よりも重希土類元素の含有率が高い表面部４４と、を有する磁石素体４０が形成される。なお、拡散処理後、磁石素体４０に、不活性ガス雰囲気又は真空中、５００〜９００℃で１〜５時間加熱する時効処理を施してもよい。

表面処理工程では、磁石素体４０上に付着した粒状の重希土類化合物を除去する。これによって、磁石素体４０の表面が平滑になり、後の工程でニッケルめっき膜等を容易に形成することができる。重希土類化合物の除去方法としては、バレル研磨、ショットブラスト、及び酸エッチングなどの公知の方法が挙げられる。

めっき工程では、磁石素体４０の表面にニッケルめっき膜又はニッケル合金膜を形成する。ニッケルめっき膜及びニッケル合金膜は、無電解めっき又は電解めっきなどの公知の方法によって形成することができる。ニッケルめっき膜及びニッケル合金膜を形成する際には、通常水素が発生する。本実施形態では、重希土類元素の含有率が内部４２よりも高い表面部４４を有する磁石素体上にニッケルめっき又はニッケル合金めっきを施しても、軽希土類元素よりも水素と反応し難い重希土類元素が表面部分に偏在した構造を有しているため、マイクロクラックの発生を十分に抑制することができる。

以上の工程によって、磁石素体４０と、磁石素体４０を覆うめっき膜５０と、を有する希土類焼結磁石１０を得ることができる。

以上、本発明の希土類焼結磁石１０及びその製造方法について説明したが、本発明の希土類焼結磁石及びその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、磁石素体４０とめっき膜５０との間に、重希土類化合物を含む中間層を有していてもよい。当該中間層は磁石素体から拡散した軽希土類元素を含んでいてもよい。また、希土類焼結磁石１０は、上述の製造方法によって得られるものに限定されない。例えば、磁石素体となる成形体に重希土類化合物を付着させ、加熱することによって、軽希土類元素に対する重希土類元素の質量比が高い表面部を有する磁石素体を得てもよい。

次に、本発明のモータの好適な実施形態について以下に説明する。

図３は、本実施形態のモータの内部構造の一例を示す説明図である。本実施形態のモータ１００は、永久磁石同期モータ（ＩＰＭモータ）であり、円筒状のロータ２０と該ロータ２０の外側に配置されるステータ３０とを備えている。ロータ２０は、円筒状のロータコア２２と、円筒状のロータコア２２の外周面に沿って所定の間隔で希土類焼結磁石１０を収容する複数の磁石収容部２４と、磁石収容部２４に収容された複数の希土類焼結磁石１０とを有する。

ロータ２０の円周方向に沿って隣り合う希土類焼結磁石１０は、Ｎ極とＳ極の位置が互いに逆になるように磁石収容部２４に収容されている。これによって、円周方向に沿って隣り合う希土類焼結磁石１０は、ロータ２０の径方向に沿って互いに逆の方向の磁力線を発生する。

ステータ３０は、ロータ２０の外周面に沿って、所定の間隔で設けられた複数のコイル部３２を有している。このコイル部３２と希土類焼結磁石１０とは互いに対向するように配置されている。ステータ３０は、電磁気的作用によってロータ２０にトルクを与え、ロータ２０は円周方向に回転する。

ＩＰＭモータ１００は、ロータ２０に、上記実施形態に係る希土類焼結磁石１０を備える。希土類焼結磁石１０は、優れた磁気特性を有するとともに、容易に剥離しないめっき膜を有する。このため、ＩＰＭモータ１００は信頼性に優れる。ＩＰＭモータ１００は、従来よりも長い期間に亘って高出力を維持することができる。ＩＰＭモータ１００は、希土類焼結磁石１０以外の点について、通常のモータ部品を用いて通常の方法によって製造することができる。

本発明のモータは、ＩＰＭモータに限定されるものではなく、ＳＰＭでもよく、また永久磁石同期モータだけでなく、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、ボイスコイルモータ、振動モータであってもよい。

図４は、本発明の好適な実施形態である自動車の発電機構、蓄電機構及び駆動機構を示す概念図である。本実施形態の自動車２００は、上記実施形態のモータ１００、車輪６８、蓄電池６４、発電機６２及びエンジン６０を備える。

エンジン６０で発生した機械的エネルギーは、発電機６２によって電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは蓄電池６４に蓄電される。蓄電された電気エネルギーは、モータ１００によって機械的エネルギーに変換される。モータ１００からの機械的エネルギーによって、車輪６８が回転し、自動車２００が駆動される。なお、本発明の自動車は、図４に示すものに限定されない。

本発明の内容を、実施例及び比較例を用いて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜準備工程（磁石素体の作製）＞
主として磁石素体の結晶粒（主相）を形成する主相系合金と、主として磁石素体の粒界（粒界相）を形成する粒界系合金の２種類の原料合金を準備した。これらの原料合金をそれぞれ水素粉砕により粗粉砕した後、高圧Ｎ_２ガスによるジェットミル粉砕を行い、平均粒径が４μｍである微粉末Ａ，Ｂをそれぞれ調製した。

調製した主相系合金の微粉末Ａと、粒界系合金の微粉末Ｂとを、微粉末Ａ：微粉末Ｂ＝９５：５の質量割合で混合して、磁石素体の原料粉末を調製した。次いで、この原料粉末を用いて、成形圧１．２ｔ／ｃｍ^２、配向磁界２０ｋＯｅの条件で磁場中成形を行い、直方体形状の成形体（縦×横×長さ＝５０ｍｍ×３３ｍｍ×３３ｍｍ）を得た。得られた成形体を、１０６０℃、４時間の条件で焼成して、下記の組成を有する磁石素体（焼結体）を得た。

Ｎｄ：２４．５０質量％
Ｄｙ：０．５０質量％
Ｐｒ：５．３０質量％
Ｃｏ：０．４５質量％
Ａｌ：０．１８質量％
Ｃｕ：０．０６質量％
Ｂ：１．００質量％
Ｆｅ：残部（この中には、０．１質量％未満の不可避的不純物が含まれる。）

得られた磁石素体を所定の寸法（縦×横×長さ＝２０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）になるように切断した後、硝酸エタノール溶液（硝酸濃度：３質量％）に３分間浸漬した。その後、磁石素体を硝酸エタノール溶液から取り出して、エタノール中で超音波洗浄した。

＜重希土類化合物の調製＞
次に、以下の手順でＤｙＨ_２粉末を調製した。大きさが１０ｍｍ程度である金属Ｄｙ塊を、大気圧下、水素雰囲気中、３６０℃で１時間加熱して、水素を吸蔵させた。水素を吸蔵させた塊に、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、６００℃で１時間の熱処理を施して、Ｄｙ水素化物を得た。得られたＤｙ水素化物は、Ｘ線回折法によってＤｙＨ_２であることを確認した。

得られたＤｙＨ_２を、スタンプミルを用いて粒径１００μｍ以下に粉砕した後、エタノールを配合し、ボールミルを用いて湿式粉砕を行って、平均粒径３μｍのＤｙＨ_２粉末を含有するスラリーを得た。その後、このスラリーをエタノールで希釈して、固形分４０質量％のスラリーを得た。

＜拡散工程＞
固形分４０質量％のスラリーに、磁石素体を浸漬した。その後、焼結体をスラリーから取り出して乾燥し、磁石素体の表面に重希土類化合物であるＤｙＨ_２粉末を付着させた。ＤｙＨ_２粉末の付着量は、磁石素体を基準として、Ｄｙ換算で０．５質量％とした。

続いて、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、８００℃（熱処理温度）で６時間加熱する熱処理を行って、磁石素体の表面部に重希土類元素を拡散させた。これによって、磁石素体の表面部の方が、磁石素体の内部よりも、軽希土類元素に対する重希土類元素の割合が高くなった。その後、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、５４０℃で１時間加熱する時効処理を行った。

＜表面処理工程＞
次に、磁石素体の表面にバレル研磨を施して、表面に残留していた重希土類化合物の粉末を除去した。その後、磁石素体を、硝酸濃度が３質量％である硝酸水溶液に２分間浸漬した。そして、磁石素体の超音波水洗を行った。

直流Ｂ−Ｈトレーサを用いて、得られた磁石素体の飽和磁束密度［Ｂｒ（１）］を測定した。測定結果は、表１に示すとおりであった。続いて、以下のめっき工程を行った。

＜めっき工程＞
次に、磁石素体の表面に電解ニッケルめっきを施して、被覆層の上にニッケルめっき膜（厚み：２０μｍ）を形成した。ニッケルめっき膜の厚みは、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定した。以上の工程によって、磁石素体上に、めっき膜を備える実施例１の希土類焼結磁石を得た。

＜磁石素体の組成分析＞
得られた希土類焼結磁石を、集束イオンビーム加工装置を用いて切断し、切断面における磁石素体の組成を、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて測定した。測定は、めっき膜と磁石素体との界面からの深さ１２５μｍの位置を中心として、深さ方向に沿って、２５０μｍ四方の領域における軽希土類元素（Ｒ_Ｌ）及び重希土類元素（Ｒ_Ｈ）の元素マッピングを行った。そして、界面から深さ１０μｍ及び２５０μｍの位置における、Ｒ_Ｌ及びＲ_Ｈの含有率の平均値を求めた。測定結果を表１に示す。

＜希土類焼結磁石の評価＞
直流Ｂ−Ｈトレーサを用いて、得られた希土類焼結磁石の飽和磁束密度［Ｂｒ（２）］を測定した。また、めっき膜形成前後のＢｒ（１）及びＢｒ（２）の値から、Ｂｒ減少率を求めた。また、ＪＩＳ Ｈ８５０４（めっきの密着性試験方法−テープ試験）に準拠して、めっき膜の磁石素体に対する密着強度を測定した。これらの結果を纏めて表１に示す。

（実施例２）
拡散工程において、ＤｙＨ_２粉末に代えてＴｂＨ_２粉末を磁石素体の表面に付着させたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例１と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。なお、ＴｂＨ_２は、次の手順で調製した。金属Ｔｂ塊を、大気圧下、水素雰囲気中、３６０℃で１時間加熱して、水素を吸蔵させた。そして、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、６００℃で１時間の熱処理を施して、ＴｂＨ_２を得た。また、ＴｂＨ_２粉末の磁石素体への付着量は、磁石素体を基準として、Ｔｂ換算で０．５質量％とした。

（実施例３）
拡散工程における熱処理温度を８００℃から９００℃に変えたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例１と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

（実施例４）
拡散工程における熱処理温度を８００℃から９００℃に変えたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例４の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例２と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

（参考例２）
拡散工程における熱処理温度を８００℃から１０００℃に変えたこと以外は、実施例１と同様にして、参考例２の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例１と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

（参考例３）
拡散工程における熱処理温度を８００℃から１０００℃に変えたこと以外は、実施例２と同様にして、参考例３の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例２と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

（実施例７）
拡散工程において、ＤｙＨ_２粉末に代えてＨｏＨ_２粉末を磁石素体の表面に付着させたこと以外は、実施例３と同様にして、実施例７の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例３と同様にして、磁石素体の組成分析、Ｂｒ測定及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。なお、ＨｏＨ_２は、次の手順で調製した。金属Ｈｏ塊を、大気圧下、水素雰囲気中、３６０℃で１時間加熱して、水素を吸蔵させた。そして、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、６００℃で1時間の熱処理を施して、ＨｏＨ_２を得た。また、ＨｏＨ_２粉末の磁石素体への付着量は、磁石素体を基準として、Ｈｏ換算で０．５質量％とした。

（実施例８）
拡散工程において、ＤｙＨ_２粉末に代えてＥｒＨ_２粉末を磁石素体の表面に付着させたこと以外は、実施例３と同様にして、実施例８の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例３と同様にして、磁石素体の組成分析、Ｂｒ測定及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。なお、ＥｒＨ_２は、次の手順で調製した。金属Ｅｒ塊を、大気圧下、水素雰囲気中、３６０℃で１時間加熱して、水素を吸蔵させた。そして、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、６００℃で１時間の熱処理を施して、ＥｒＨ_２を得た。また、ＥｒＨ_２粉末の磁石素体への付着量は、磁石素体を基準として、Ｅｒ換算で０．５質量％とした。

（実施例９）
拡散工程において、ＤｙＨ_２粉末に代えてＴｍＨ_２粉末を磁石素体の表面に付着させたこと以外は、実施例３と同様にして、実施例９の希土類焼結磁石を作製した。そして、実施例３と同様にして、磁石素体の組成分析、Ｂｒ測定及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。なお、ＴｍＨ_２は、次の手順で調製した。金属Ｔｍ塊を、大気圧下、水素雰囲気中、３６０℃で１時間加熱して、水素を吸蔵させた。そして、大気圧下、アルゴンガス雰囲気中、６００℃で１時間の熱処理を施して、ＴｍＨ_２を得た。また、ＴｍＨ_２粉末の磁石素体への付着量は、磁石素体を基準として、Ｔｍ換算で０．５質量％とした。

（参考例４）
拡散工程において、磁石素体の表面に付着させる重希土類化合物の粉末として、ＤｙＨ_２粉末に代えてＤｙＦ_３粉末（日本イットリウム株式会社製、平均粒径：３００ｎｍ）を用いたこと以外は、実施例３と同様にして、参考例４の希土類焼結磁石を作製した。なお、ＤｙＦ_３粉末の磁石素体への付着量は、磁石素体を基準として、Ｄｙ換算で０．５質量％とした。そして、実施例３と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

（参考例１）
拡散工程において、磁石素体の表面に付着させる重希土類化合物の粉末として、ＤｙＨ２粉末に代えてＤｙ_２Ｏ_３粉末（日本イットリウム株式会社製、平均粒径：３００ｎｍ）
を用いたこと以外は、実施例３と同様にして、参考例１の希土類焼結磁石を作製した。なお、Ｄｙ_２Ｏ_３粉末の磁石素体への付着量は、磁石素体を基準として、Ｄｙ換算で０．５質量％とした。そして、実施例３と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

（比較例１）
拡散工程を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の希土類焼結磁石を作製した。つまり、重希土類化合物を用いずに、準備工程で得られた磁石素体（焼結体）の上にそのままニッケルめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、磁石素体のＢｒ測定、組成分析及び希土類焼結磁石の評価を行った。組成分析の結果及び評価結果を纏めて表１に示す。

表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜４、７〜９及び参考例１〜４の希土類焼結磁石は、めっき膜と磁石素体との密着性が比較例１の希土類焼結磁石よりも優れていることが確認された。また、実施例１〜４、７〜９及び参考例１〜４の希土類焼結磁石は、めっき膜の形成による残留磁束密度の低下が小さく、比較例１の希土類焼結磁石よりも高い磁気特性を維持できることが確認された。

本発明によれば、ニッケルを含むめっき膜の密着性に優れるとともに優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石を提供することができる。また、ニッケルを含むめっき膜の密着性に優れるとともに優れた磁気特性を有する希土類焼結磁石の製造方法を提供することができる。さらに、そのような希土類焼結磁石を備えることによって、信頼性に優れるモータ及び自動車を提供することができる。

１０…希土類焼結磁石、２０…ロータ、２２…ロータコア、２４…磁石収容部、３０…ステータ、３２…コイル部、４０…磁石素体、４２…内部、４４…表面部、５０…めっき膜、６０…エンジン、６２…発電機、６４…蓄電池、６８…車輪、１００…モータ、２００…自動車。

Claims (7)

1. 希土類化合物を含む磁石素体と、前記磁石素体の上にニッケル又はニッケル合金を含む、前記磁石素体との密着力が１００Ｎ／ｍ以上のめっき膜と、を備え、
   前記磁石素体の表面部の方が、前記表面部に囲まれた前記磁石素体の内部よりも重希土類元素の含有率が高く、
   前記磁石素体と前記めっき膜との界面から深さ２５０μｍの位置における重希土類元素の含有率に対する、前記界面から深さ１０μｍの位置における重希土類元素の含有率の質量比が３以上且つ５未満であり、
   前記磁石素体と前記めっき膜との界面から深さ１０μｍの位置において、軽希土類元素に対する重希土類元素の質量比が０．０６以上である、希土類焼結磁石。
2. 前記重希土類元素が、前記磁石素体の表面部において、前記磁石素体の粒界相に偏在している、請求項１に記載の希土類焼結磁石。
3. 希土類化合物を含む磁石素体の表面に重希土類化合物を付着させて加熱し、前記重希土類化合物に含まれる重希土類元素を前記磁石素体の表面部に拡散させて、前記磁石素体の表面部における前記重希土類元素の含有率を、前記表面部に囲まれた前記磁石素体の内部よりも高くする拡散工程と、
   前記磁石素体の上に、ニッケル又はニッケル合金を含む、前記磁石素体との密着力が１００Ｎ／ｍ以上のめっき膜を形成するめっき工程と、を有し、
   前記磁石素体と前記めっき膜との界面から深さ２５０μｍの位置における重希土類元素の含有率に対する、前記界面から深さ１０μｍの位置における重希土類元素の含有率の質量比が３以上且つ５未満であり、
   前記磁石素体と前記めっき膜との界面から深さ１０μｍの位置において、軽希土類元素に対する重希土類元素の質量比が０．０６以上である、希土類焼結磁石の製造方法。
4. 前記拡散工程では、前記重希土類化合物を付着させた前記磁石素体を８００〜１０００℃で加熱する、請求項３に記載の希土類焼結磁石の製造方法。
5. 前記重希土類化合物が水素化物及び／又はフッ化物である、請求項３又は４に記載の希土類焼結磁石の製造方法。
6. 請求項１又は２に記載の希土類焼結磁石を備えるモータ。
7. 請求項６に記載のモータを備える自動車。

Images