JP6645306B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系焼結磁石 - Google Patents

Description

本発明は、希土類元素（Ｒ）、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする少なくとも１種以上の鉄族元素（Ｔ）およびホウ素（Ｂ）を主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に関する。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は優れた磁気特性を有することから、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ハイブリッド車に搭載するモータ等の各種モータや、家電製品等に使用されている。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石をモータ等に使用する場合、高温での使用環境に対応するために、耐熱性に優れ、しかも高い保磁力を有することが要求される。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力（ＨｃＪ）を向上させる手法の一つとしてＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相結晶粒子の粒径を小さくするというものがある。例えば特許文献１には、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石中の主相の結晶粒径を円相当径で８μｍ以下とし、かつ４μｍ以下の結晶粒子の占める面積率を主相全体の８０％以上とすることで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力を向上させる技術が開示されている。

国際公開２００９／１２２７０９号パンフレット

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は実際に使用する形状に加工することが一般的である。

しかし主相結晶粒子が微細化されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を加工する際は、加工機に対する負荷が非常に高くなることが我々の行ってきた検討から判明した。例えば、主相結晶粒子が微細化されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の加工速度を通常のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の加工速度に合わせると、平面研削では加工途中に焼結体のカケが頻発する、砥石が欠ける、内周刃加工では火花が飛び散り加工不可能になる、焼結体のカケが頻発する、ワイヤーソーを使用するとワイヤーが切れる、などの課題が出ることが明らかとなった。

その他にも、加工時の負荷が高くなるため内周刃加工や外周刃加工での刃の動きが不安定となり、加工精度が下がるという問題点も出てきた。

これらの加工性の悪さから従来とは比べ物にならないほど加工速度を遅くし負荷を低減させなくては加工ができず、加工機の砥石や刃の交換頻度も多くなり、結果として生産性が大きく下がり、また加工精度が下がることで歩留りが悪化する、等の課題があった。

本発明は、上記技術背景に鑑みてなされたものであり、保磁力を向上させるために主相結晶粒子の平均粒径が小さく制御されていようとも、加工しやすいＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を提供することを課題とする。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相結晶粒子を微細化した際の加工性の低下の原因は次のように考えられる。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相は金属間化合物であること、ジェットミル粉砕などを行った粒子をＳＥＭ観察すると粒子形状がつぶれていないことから、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相結晶粒子は、外部から衝撃を受けると金属のように延びるのではなくセラミックスと同じようにクラックが入ると考えられる。したがってＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の加工では砥石や刃が当たって主相に小さなクラックが入り、加工方向へ加工機から力が加わっていくことで、小さなクラックが入った部分が削り取られていき加工されていくと推測できる。

それに対しＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の粒界にはＲを主成分とするＲ金属相が存在している。Ｒ金属相は延性を持つため力を加えてもクラックは入らず、その代わりに加工時に力が加わることで金属相内の結晶欠陥から転位が増殖し、その転位が集中することで破断がおき加工されていく。

Ｒ金属相において、転位の集積は金属相体積が小さいほど転位の集積する範囲が小さくなるため、破断が起きづらくなる。微細な主相結晶粒子をもつＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は従来のサイズの主相結晶粒子をもつＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に比べ粒界多重点サイズも小さくなり、Ｒ金属相を有する粒界多重点において破断が起きづらくなるため加工時の負荷が大きくなると考えられる。そこで本発明者らは微細な主相結晶粒子を持つＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石について、粒界多重点に存在する延性をもつＲ金属相を脆性を持つ相に変えることで加工性が向上すると考え、鋭意検討を行った。その結果、粒界多重点に、Ｎの原子濃度が高いＮリッチ相を所定の割合だけ形成することで、加工性が大幅に改善することを見出し、本発明を想到するに至った。

本発明は希土類元素（Ｒ）、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする少なくとも一種以上の鉄族元素（Ｔ）およびホウ素（Ｂ）を主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系化合物からなる主相結晶粒子と、粒界を有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石であって、前記主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍ以下であり、三個以上の主相結晶粒子により囲まれて構成される粒界多重点中に、前記主相結晶粒子よりも、Ｎの原子濃度が高いＮリッチ相を有し、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の切断面における粒界多重点の個数のうち、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％以上であることを特徴とする。

以上の特徴を満たすことによって、粒界多重点に延性を持つ金属相が減少し、脆性を持つＮリッチ相が多く存在することとなり、微細な主相結晶粒子を持つＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の加工性が向上する。

上記のようにＮリッチ相を有する粒界多重点がＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石中に一定の個数比率で存在することによってＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の加工性が向上するメカニズムについては以下のように推察している。

前述したように、Ｒ金属相は延性を持つため、粒界多重点のサイズが小さくなると破断が起きにくくなる。しかし、粒界多重点中に脆性を持つＮリッチ相が存在することで、その部分が破断の起点となり、粒界多重点サイズが小さくても破断が起きやすくなる。そのため、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数割合が一定以上になることで、加工性が向上すると考えられる。

さらに上記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０〜９０％であることが好ましい。Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率がこの範囲となることでＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石がよい加工性を得られるとともに、ハンドリング時のカケを防ぐことが出来る。

本発明によれば、主相結晶粒子の粒径が小さくとも、加工性の良いＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を提供することが可能となる。

図１は本発明に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の電子顕微鏡像を模式的に示す図である。 図２は本発明に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造する方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

＜Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石＞
本発明の実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石について説明する。図１に示すように本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系化合物からなる主相結晶粒子１と、主相結晶粒子１の間に存在する粒界２からなり、粒界２は二個の主相結晶粒子により囲まれて構成される二粒子粒界３と三個以上の主相結晶粒子により囲まれて構成されＮリッチ相を有しない粒界多重点４と、三個以上の主相結晶粒子により囲まれて構成されＮリッチ相５を有する粒界多重点６からなる。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に含まれる主相結晶粒子は、希土類元素（Ｒ）、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする少なくとも一種以上の鉄族元素（Ｔ）およびホウ素（Ｂ）を主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系化合物から構成される。Ｒ−Ｔ−Ｂ系化合物としては、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ型の正方晶からなる結晶構造を有するＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物が挙げられる。

Ｒは、希土類元素の少なくとも１種を表す。希土類元素とは、長周期型周期表の第３族に属するＳｃとＹとランタノイド元素のことを指す。ランタノイド元素には、例えばＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等が含まれる。希土類元素は、軽希土類及び重希土類に分類され、重希土類元素（以下、ＲＨともいう）とは、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕをいい、軽希土類元素（以下、ＲＬともいう）はそれ以外の希土類元素である。

本実施形態では、Ｔは、Ｆｅ、またはＦｅ及びＣｏを含む１種以上の鉄族元素を示すものである。Ｔは、Ｆｅ単独であってもよく、Ｆｅの一部がＣｏで置換されていてもよい。Ｆｅの一部をＣｏに置換する場合、磁気特性を低下させることなく温度特性、耐食性を向上させることが出来る。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系化合物においては、Ｂは、Ｂの一部を炭素（Ｃ）に置換することが出来る。これにより、時効処理の際に厚い二粒子粒界を形成しやすくなり、保磁力を向上させやすくなる。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系化合物は、各種公知の添加元素を含んでもよい。具体的には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｓｎなどの元素のうち、少なくとも１種の元素を含んでいてもよい。

本実施形態においては、画像処理等の手法を用いてＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の断面を解析することによって、主相結晶粒子の平均粒径を求める。具体的には、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の断面における各主相結晶粒子の断面積を画像解析により求めたうえで、該断面積を有する円の直径（円相当径）を、その断面における該主相結晶粒子の粒径と定義する。さらに、該断面において解析対象とした視野に存在する全主相結晶粒子について粒径を求め、（主相結晶粒子の粒径の合計値）／（主相結晶粒子の個数）で表される算術平均値を、該Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石における主相結晶粒子の平均粒径と定義する。また、異方性磁石の場合は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁化容易軸に平行な断面を解析に用いる。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に含まれる主相結晶粒子の平均粒径は、２．８μｍ以下である。主相結晶粒子の平均粒径を２．８μｍ以下にすることで高い保磁力を得ることが可能となる。さらに主相結晶粒子の平均粒径が２．０μｍ以下の範囲であるとより好ましい。このような範囲とすることでより一層高い保磁力が得られやすくなる。また、主相結晶粒子の平均粒径が小さくなりすぎるとＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の着磁率が悪くなる傾向があることから、主相結晶粒子の平均粒径は、０．８μｍ以上であることが好ましい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の粒界は、少なくとも、主相結晶粒子を構成するＲ−Ｔ−Ｂ系化合物よりもＮの原子濃度が高いＮリッチ相を有する。Ｎリッチ相以外に、Ｂの原子濃度が高いＢリッチ相、Ｒを主成分として有するＲ金属相、Ｒ酸化物相、Ｒ炭化物相、Ｚｒ化合物相などの公知の相を含んでもよい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石のＲの含有量は、２５質量％以上３６質量％以下であることが好ましい。Ｒの含有量が２５質量％未満では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相となるＲ−Ｔ−Ｂ系化合物の生成が十分でなく、軟磁性をもつα−Ｆｅなどが析出し、磁気特性が低下する可能性がある。また、Ｒの含有量が３６質量％を超えると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に含まれるＲ−Ｔ−Ｂ系化合物の割合が減少するため、残留磁束密度が低下する。さらに保磁力を向上させる観点から、Ｒの含有量は３１質量％以上３３質量％以下であることがより一層好ましい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石におけるＢの含有量は、０．５０質量％以上１．５０質量％以下であればよい。Ｂの含有量が０．５０質量％未満ではα−ＦｅやＲ_２Ｆｅ_１７相が生成し保磁力が低下する。またＢの含有量が１．５０質量％を超えるとＢリッチ相が過度に生成し磁気特性が低下する。さらにＢの含有量は０．７８質量％以上０．９０質量％以下であることが好ましい。このようにＲ−Ｔ−Ｂ系化合物の化学量論比組成よりも低い特定の範囲とすることにより、時効処理時に厚い二粒子粒界を形成しやすくなり、顕著に高い保磁力を得やすくなる。

Ｔは前述のとおり、Ｆｅ、またはＦｅ及びＣｏを含む１種以上の鉄族元素を示すものである。ＴとしてＣｏを含む場合、Ｃｏの含有量は０．３０質量％以上４．００質量％以下の範囲が好ましく、０．５０質量％以上１．５０質量％以下とすることがより好ましい。Ｃｏの含有量が４．００質量％を超えると、残留磁束密度が低下する傾向がある。また、Ｃｏはレアメタルであるため本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が高価となる傾向がある。また、Ｃｏの含有量が０．３０質量％未満となると、耐食性が低下する傾向にある。また、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石におけるＦｅの含有量はＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の構成要素における実質的な残部である。

本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｚｒを含有していることが好ましい。Ｚｒを含有することで微粉の粒度を細かくした場合においても焼結時の粒成長を抑制することができる。Ｚｒの含有量は好ましくは０．４０質量％以上、さらに好ましくは０．６０質量％以上である。このように従来と比べ高いＺｒ添加量の範囲とすることで、焼結時の粒成長を抑制し、主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍ以下という微細な焼結体組織を得ることが出来るようになる。また、残留磁束密度の低下を防ぐ観点からＺｒ含有量は２．５０質量％以下であることがより好ましい。

本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、Ｇａを含むことが好ましい。Ｇａの含有量は好ましくは０．０１〜１．５０質量％、さらに好ましくは０．２０〜１．００質量％である。Ｇａを含有することで、時効処理時に厚い二粒子粒界を形成しやすくなり、高い保磁力を得やすくなる。Ｇａの含有量が１．００質量％を超えると残留磁束密度が低下する傾向にある。

本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、Ｃｕを含むことが好ましい。Ｃｕの含有量は、好ましくは０．０５〜１．５０質量％、さらに好ましくは０．１５〜０．６０質量％である。Ｃｕを含有することにより、得られる磁石の高保磁力化、高耐食性化、温度特性の改善が可能となる。Ｃｕの含有量が１．５０質量％を超えると、残留磁束密度が低下する傾向にある。また、Ｃｕの含有量が０．０５質量％未満となると保磁力が低下する傾向にある。

本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、Ａｌを含有することが好ましい。Ａｌを含有させることにより、得られる磁石の高保磁力化、高耐食性が可能となる。Ａｌの含有量は０．０３〜０．６０質量％であることが好ましく、０．１０〜０．４０質量％であることがより好ましい。

本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、上記以外の添加元素を含んでもよい。具体的には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｓｎなどが挙げられる。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、０．０５質量％以上０．２０質量％以下の窒素（Ｎ）を含むことが好ましい。含有窒素量が０．０５質量％未満の場合、十分なＮリッチ相を形成しにくくなる傾向がある。０．２０質量％を超えると磁気特性が低下しやすくなる。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においては、０．５０質量％以下程度の酸素（Ｏ）を含んでもよい。酸素量は耐食性の観点から、０．０５質量％以上が好ましく、磁気特性の観点からは０．２０質量％以下であることがより好ましい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、一定量の炭素（Ｃ）を含有してもよい。炭素量は、０．０４質量％〜０．３０質量％の範囲であることが好ましい。このような範囲であることで、良好な磁気特性が得られやすくなる。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石中の各元素の含有量は、蛍光Ｘ線分析法（ＸＲＦ）、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）など、一般的に知られている方法で測定することが出来る。また、酸素量は、例えば、不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法によって測定され、炭素量は、例えば、酸素気流中燃焼−赤外線吸収法により測定され、窒素量は、例えば、不活性ガス融解−熱伝導度法により測定される。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、少なくとも粒界多重点中に、主相結晶粒子よりＮの原子濃度が高いＮリッチ相を有する。粒界多重点中にＮリッチ相を有することにより加工性が良好となる。また、このＮリッチ相にはＮ以外にＲが含まれていることが好ましい。Ｒを含むことで主相結晶粒子同士の磁気分離が行われ磁気特性が向上する。さらに、Ｒ、Ｎ以外の元素が含まれていてもよく、Ｎリッチ相に含まれる元素としては例えばＯ、Ｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅなどが挙げられる。また、このＮリッチ相は粒界多重点以外に二粒子粒界に存在してもよい。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相結晶粒子、および粒界多重点に含まれる各元素の原子濃度は一般的に知られている電子プローブ微小分析機（ＥＰＭＡ）のスポット分析によって調べることが出来る。なお、本実施形態においては、主相結晶粒子をＥＰＭＡでスポット分析したＮの原子濃度の値の５点平均よりもＮの原子濃度が０．５原子％以上高い部分を、主相結晶粒子よりＮの原子濃度が高いと判断する。また、本実施形態においてはＥＰＭＡの分解能を考慮し、断面積１μｍ^２以上の粒界多重点をスポット分析し解析を行うこととする。

Ｎリッチ相において、Ｎリッチ相に含まれるＮの原子濃度が主相結晶粒子に含まれるＮの原子濃度より５原子％以上高いことが好ましい。このような組成となることでＮリッチ相を有する粒界多重点の脆性がより高くなりやすく、より一層良好な加工性を有することが出来る。

本実施形態においては、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の切断面における粒界多重点の個数のうち、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％以上である。Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％以上となることで主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍ以下であっても加工性の良いＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることが出来る。さらに好ましくは前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の切断面におけるＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が８０％以上であればより加工性が向上する。

さらに、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の切断面におけるＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率は９０％以下であることが好ましい。Ｎリッチ相は脆性が高いため、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が９０％を超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の機械強度が低下し破損しやすくなる傾向にある。

本実施形態に記載されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、原料として使用する粗粉として、後述するように主相を形成する元となる組成のＲ−Ｔ−Ｂ系原料合金（第１合金）から作製した粗粉（第１粗粉）と、主に粒界相を形成する元となる組成のＲ−Ｔ系合金（第２合金）から作製した粗粉（第２粗粉）と、第２粗粉をＮ_２またはＮＨ_３を含むＡｒ雰囲気で加熱しＮ量をコントロールした粗粉（第３粗粉）の３種類の粗粉を任意に混ぜ合わせた混合粗粉を使用することで作製できる。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の粒界多重点に形成されるＮリッチ相は以下のようにして形成されると考えられる。第１粗粉が微粉砕されて得られた微粉（第１微粉）と第２粗粉が微粉砕されて得られた微粉（第２微粉）と第３粗粉が微粉砕されて得られた微粉（第３微粉）の混合物が磁石の成形体内部に存在し、焼結時にＮ量が少ない第２微粉がまず液相となり液相焼結が始まり、さらに温度が上がることで第３微粉が液相となり、さらに温度が上がることで第１微粉の主相表面が溶けると考えられる。ここで第３微粉のＮ量が多ければ第３微粉の融点が上がり、第３微粉は焼結時にすべてが液相になることなく磁石内部に残留することとなる。そのため粒界多重点にＮリッチ相として残りやすくなり、冷却後もその粒界多重点に存在するＮリッチ相が保たれ、焼結磁石として出来上がると考えられる。

本実施形態は後述のように２種類の合金から３種類の粗粉を作製しＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率を制御しているが、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数割合を任意に制御できるのであれば、この作製方法に限定されない。

本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石には、当該磁石を加工して着磁した磁石製品と、当該磁石を着磁していない磁石製品との両方が含まれる。

＜Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法＞
上述したような構成を有する本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造する方法の一例について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造する方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造する方法は以下の工程を有する。

（Ａ）第１合金と第２合金とを準備する合金準備工程（ステップＳ１１）
（Ｂ）第１合金と第２合金とを粗粉砕し、第１粗粉と第２粗粉を得る粗粉砕工程（ステップＳ１２）
（Ｃ）第２粗粉の一部を窒化雰囲気で加熱し第３粗粉を得る窒化工程（ステップＳ１３）
（Ｄ）第１粗粉と第２粗粉と第３粗粉を混合する混合工程（ステップＳ１４）
（Ｅ）混合した粗粉を微粉砕し微粉を得る微粉砕工程（ステップＳ１５）
（Ｆ）得られた微粉を成形し成形体を得る成形工程（ステップＳ１６）
（Ｇ）得られた成形体を焼結し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得る焼結工程（ステップＳ１７）
（Ｈ）得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を時効処理する時効処理工程（ステップＳ１８）
（Ｉ）得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を任意の形状に加工する加工工程（ステップＳ１９）
（Ｊ）Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の粒界中に重希土類元素を拡散させる粒界拡散工程（ステップＳ２０）
（Ｋ）Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に表面処理を行う表面処理工程（ステップＳ２１）

合金準備工程：ステップＳ１１
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石における主に主相を構成する元となる組成の合金（第１合金）と粒界相を構成する元となる組成の合金（第２合金）とを準備する。この工程では本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成に対応する原料金属を、真空またはＡｒガスなどの不活性雰囲気中で溶解した後、これを用いて鋳造を行うことによって所望の組成を有する第１合金および第２合金を作製する。なお、本実施形態では、第１合金と第２合金の２種類の合金を用いる場合におけるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の作製方法について説明するが、焼結体組織におけるＮリッチ相を有する粒界多重点の個数割合を制御することが出来るなら１合金法によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石作製方法でもよい。

原料金属としては、例えば、希土類金属あるいは希土類合金、純鉄、フェロボロン、さらにはこれらの合金や化合物等を使用することが出来る。原料合金の鋳造方法は、例えばインゴット鋳造やストリップキャスト法やブックモールド法や遠心鋳造法などである。これらの鋳造により得られた原料合金は、凝固偏析がある場合は必要に応じて均質化処理を行う。原料合金の均質化処理を行う際は、真空またはＡｒガスなどの不活性雰囲気の下、５００℃以上１５００℃以下の温度で１時間以上保持して行う。この処理によりＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石用合金は均一化される。

粗粉砕工程：ステップＳ１２
粗粉砕工程は、第１合金及び第２合金を平均粒子径が数百μｍから数ｍｍにまで細かくする工程である。１００℃以下で合金に水素を吸蔵させたのち８００℃以下で脱水素することにより粗粉砕を行う（水素吸蔵粉砕）のが一般的であるが、平均粒子径が数百μｍから数ｍｍのサイズまで粉砕できるのであれば、水素吸蔵粉砕に限定されない。この工程によって合金のサイズが小さくなるため、後の微粉砕工程での粉砕助剤がより均一に混合され粉砕効率が向上する。この粗粉砕工程ではロータリーキルンを用いるとより粗粉が均一に微細化され微粉砕効率が上がるためより好ましい。

窒化工程：ステップＳ１３
粗粉砕工程で得られた第２粗粉の一部をＮ_２ガスやＮＨ_３ガスなどの窒化雰囲気で加熱しながら窒化処理を行い、窒素を多く含有する第３粗粉を得る。この加熱条件は、４００℃から７００℃で１時間から５時間であることが好ましい。

混合工程：ステップＳ１４
混合工程は、粗粉砕工程と窒化工程で得られた第１粗粉、第２粗粉、第３粗粉を不活性雰囲気下で任意の割合に混合し、微粉砕を行うための粗粉を準備する工程である。窒素を多く含有する第３粗粉の混合割合を変えることによって、最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においてＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率を制御することが出来る。

微粉砕工程：ステップＳ１５
混合工程で得られた粗粉を平均粒子径が数μｍ程度になるまで微粉砕を行い、微粉を得る。この微粉砕は粉砕時間や処理に要するエネルギーやメディア種やメディア径を適宜調整しながらジェットミル、ボールミル、振動ミル、湿式アトライター等の微粉砕機を用いて粗粉のさらなる粉砕を行うことで実施される。この微粉砕工程ではＮ量をコントロールするためにＡｒなどの不活性雰囲気で処理を行うことが好ましい。

この微粉砕工程において、粗粉にステアリン酸亜鉛、オレイン酸アミドなどの粉砕助剤を添加することにより、微粉砕効率の向上と成形時の成形密度と配向性の高い微粉を得ることが出来るようになる。この粉砕助剤が少なすぎると微粉砕効率、成形密度、配向性の悪化が起こるが、粉砕助剤が多すぎると焼結後のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石にＣが多く含まれることになり磁気特性の劣化につながる。そのため粉砕助剤の量は粗粉に対して０．０１質量％から０．５０質量％であることが好ましい。

なお、この作製工程では粗粉を混合したのち微粉砕しているが、この順序に限定されるものではなく、粗粉を混合せずそれぞれ微粉砕したのち、その微粉を混合することでＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率の制御を行ってもよい。

成形工程：ステップＳ１６
微粉砕工程で得られた微粉を目的の形状に成形する。この工程では微粉砕工程にて得られた微粉を電磁石間に配置された金型内に充填して加圧することによって、微粉を任意の形状に成形する。成形は電磁石に電流を流すことで磁場を印加しながら行う。この磁場印加によって微粉に所定の配向を生じさせ、結晶軸を配向させた状態で磁場中成形する。これによって得られた成形体は、特定方向に配向するので、より磁性の強い異方性を有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が得られる。

成形時の加圧は、３０ＭＰａ〜３００ＭＰａで行うことが好ましい。印加する磁場は１Ｔから２Ｔの磁場で行うことが好ましい。印加する磁場は静磁場に限定されず、パルス磁場とすることもできる。また、静磁場とパルス磁場を併用することもできる。

なお、成形方法としては、上記のように微粉をそのまま成形する乾式成形のほか、原料粉末を油等の非水系溶媒に分散させたスラリーを成形する湿式成形を適用することもできる。

微粉を成形して得られる成形体の形状は特に限定されるものではなく、例えば直方体、平板上、柱状、リング状等、所望とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の形状に応じて任意の形状とすることが出来る。

焼結工程：ステップＳ１７
成形工程で得られた成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得る。焼結は、組成、粉砕方法、粒径、粒度分布など、諸条件により調整する必要があるが、成形体に対して１０００℃以上１２００℃以下で１時間以上４８時間以下の条件で行うことが出来る。これにより、焼結中に成形体内で液相が生じる液相焼結を行うことが出来るため、主相体積比率が向上したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることが出来る。また、生産性の観点から焼結体は急冷することが好ましい。

時効処理工程：ステップＳ１８
焼結工程ののち、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に対して焼結時より低温で保持するなどの時効処理を行う。時効処理は例えば７００℃以上９００℃以下の温度で１時間から３時間加熱する二段階加熱や、６００℃付近の温度で１時間から３時間加熱する１段階加熱等、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の組成や焼結温度などによって適宜条件を調整する。このような時効処理によってＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性を向上させることが出来る。また、時効処理工程は、加工工程（ステップＳ１８）や粒界拡散工程（ステップＳ１９）の後に行ってもよい。また、この時効処理を施した後は、生産性の観点から急冷することが好ましい。

加工工程：ステップＳ１９
得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を、必要に応じて所望の形状に加工する。加工方法は例えば、ワイヤーソーや円周刃を用いた切断加工やバーチカル装置を用いた研削加工、バレル研磨などの面取り加工などが挙げられる。

粒界拡散工程：ステップＳ２０
加工されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の粒界に対して、さらに重希土類元素を拡散させる工程を有してもよい。粒界拡散は、塗布または蒸着等により重希土類元素を含む化合物をＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の表面に付着させた後、熱処理を行うことや、重希土類元素の蒸気を含む雰囲気中でＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に対して熱処理を行うことにより実施することが出来る。これにより、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力をさらに向上させることが出来る。

表面処理工程：ステップＳ２１
以上の工程により得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、めっきや樹脂被膜や酸化処理、化成処理などの表面処理を施してもよい。これにより耐食性をさらに向上させることが出来る。

なお、本実施形態では、粒界拡散工程、表面処理工程を行っているが、これらの工程は必ずしも行う必要はない。

このように、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造し、処理を終了する。また、こうして得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に対し着磁を行うことで磁石製品が得られる。

以上のようにして得られる本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、微細な主相結晶粒子から出来ているにもかかわらず加工性がよいため、高い保磁力と複雑な形状が必要な用途に適している。

また、本発明に係るＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の作製方法は以上の実施形態に限定されず適宜変更してよい。

次に、本発明を具体的な実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。

（実験例１〜５）
まず、表１に示す組成でストリップキャスティング法（ＳＣ法）により、第１合金（ａ−１）と第２合金（ａ−２）を準備した。第１合金は主に焼結体の主相となるような組成で作製し、第２合金は主に焼結体の粒界相を形成するような組成で作製した。

得られた原料合金に水素を吸蔵させた後、Ａｒ雰囲気で５００℃、１時間の脱水素を行う水素粉砕処理を行い第１合金から第１粗粉を、第２合金から第２粗粉を得た。その後、得られた粉砕物をＡｒ雰囲気下で室温まで冷却した。今後の焼結までの工程はすべてＯ_２濃度が５０ｐｐｍ以下の雰囲気下で粗粉、微粉及び成形体を取り扱っている。

得られた第２粗粉の一部を分取し、Ｎ_２濃度が１ｖｏｌ％であるＡｒ雰囲気下で６００℃、３時間の窒化処理を行い第３粗粉を得た。

得られた第１粗粉、第２粗粉、第３粗粉と粉砕助剤であるオレイン酸アミドをナウタミキサを用いて混合した。粗粉の混合比率は表１の通りで、第１粗粉：（第２粗粉＋第３粗粉）＝９０：１０となるようにした。第２粗粉と第３粗粉比率は表１のように変えた。オレイン酸アミドは粗粉に対し０．２５質量％とした。

得られた混合粗粉に対し高圧Ａｒを用いたジェットミルを使い微粉を得た。微粉砕での分級条件を変えることで焼結後の主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍ以下となるよう微粉粒径の制御を行った。

得られた微粉をＮ_２雰囲気下において、配向磁場１．５Ｔ、成形圧力１５０ＭＰａの条件で磁場中成形を行い成形体を得た。

得られた成形体を焼結した。焼結においては成形体を真空中１０４０℃８時間保持した後、急冷し焼結体を得た。そして、得られた焼結体を８５０℃１時間、及び５００℃１時間の２段階で時効処理を施すことにより、実験例１〜５のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。

（実験例６）
上記の第１粗粉と第２粗粉を９０：１０で混合し微粉砕での分級条件を変え主相結晶粒子の平均粒径が３．５μｍとなるよう微粉粒径の制御を行い、成型条件、焼結条件、時効条件は実験例１〜５と同じくし、実験例６のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。

（実験例７〜１０）
表１に示した組成の第１合金（ｂ−１）と第２合金（ｂ−２）を準備し、表２に示す配合比率で粗粉を混合し、焼結後の主相結晶粒子の平均粒径が２．０μｍとなるよう微粉砕工程における分級条件を変えた点以外は実験例１〜５と同様にすることで、実験例７〜１０のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を作製した。

（実験例１１〜１４）
表１に示した組成の第１合金（ｃ−１）と第２合金（ｃ−２）を準備し、表２に示す配合比率で粗粉を混合し、焼結後の主相結晶粒子の平均粒径が１．０μｍとなるよう微粉砕工程における分級条件を変えた点以外は実験例１〜５と同様にすることで、実験例１１〜１４のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を作製した。

（実験例１５〜１８）
表１に示した組成の第１合金（ｄ−１）と第２合金（ｄ−２）を準備し、表２に示す配合比率で粗粉を混合し、焼結後の主相結晶粒子の平均粒径が０．８μｍとなるよう微粉砕工程における分級条件を変えた点以外は実験例１〜５と同様にすることで、実験例１５〜１８のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を作製した。また、今回の実験では微粉砕での分級条件を制御しても主相結晶粒子の平均粒径が０．８μｍ未満となるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得られなかった。

＜組成分析＞
実験例１〜１８にて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石について、蛍光Ｘ線分析法、不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法、酸素気流中燃焼−赤外線吸収法、不活性ガス融解−熱伝導度法及びＩＣＰ−ＭＳ法により組成分析を行った。この結果を表２に示す。

＜組織評価＞
実験例１〜１８にて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石について、主相結晶粒子の配向方向に垂直な断面を慎重に加工速度を制御しながら切り出し、その切断面をバフ研磨した後イオンミリングで削り、最表面の酸化等の影響を除いた後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で断面内の任意の５か所の５０μｍ角の領域の観察を行った。ＳＥＭで撮影した反射電子像の画像を所定レベルで２値化し、主相結晶粒子と粒界を特定し、観察範囲内の全ての主相結晶粒子の面積をそれぞれ画像解析により算出した。個々の主相結晶粒子の面積を有する円の直径（円相当径）を、それぞれの主相結晶粒子の粒径とし、主相結晶粒子の平均粒径を求めた。この結果も表３に合わせて示す。なお、２値化は反射電子像の信号強度を基準に行った。反射電子像の信号強度は原子番号が大きい元素の含有量が多いほど強くなることが知られている。粒界部分には、原子番号の大きい希土類元素が主相部分よりも多く存在しており、所定レベルで２値化して主相結晶粒子と粒界とを特定することは一般的に行われる方法である。

主相結晶粒子の面積の求め方と同様にして、ＳＥＭで撮影した範囲内のすべての粒界多重点の面積を画像解析により算出し、１μｍ^２以上の面積となる粒界多重点の個数を求めた。

次にＳＥＭ観察した範囲の５点の主相結晶粒子と１μｍ^２以上の粒界多重点について、それぞれのＮの原子濃度をＥＰＭＡにて定量分析した。主相結晶粒子をＥＰＭＡでスポット分析したＮの原子濃度の値の５点平均よりもＮの原子濃度が０．５原子％以上大きなＮの原子濃度となるＮリッチ相を有する粒界多重点の個数を求め、１μｍ^２以上の面積となるすべての粒界多重点におけるＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率を計算した。この結果を表３に示す。主相結晶粒子の平均粒径と、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率から判断して、実験例２〜５、８〜１０、１２〜１４、１６〜１８の各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が本発明の条件を満たすことから実施例に該当する。上記以外の各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の実験例は本発明の条件を満たさないため比較例に該当する。

＜加工性評価＞
実験例１〜１８にて得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の加工性の評価を行った。方法として、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を、内周刃で６ｍｍ／ｍｉｎ、１０ｍｍ／ｍｉｎ、１２ｍｍ／ｍｉｎと３種類の速度で１０．００ｍｍ×１０．００ｍｍ×１０．００ｍｍのサイズに加工し、それぞれの加工面を３点ずつマイクロメータで測定し、それらの平均値を出し加工寸法精度を調べた。加工の際、火花、カケが発生し加工できないもの、又は加工寸法が１０．００ｍｍから０．０５ｍｍ以上がずれたものは×、加工寸法が１０．００ｍｍから０．０５ｍｍ未満のズレであれば○とした。この結果も表３に示す。加工速度が６ｍｍ／ｍｉｎ以上で加工可能であればＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の生産が可能であるが、６ｍｍ／ｍｉｎで加工不可能であればＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の生産性が著しく悪いため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の生産が不可能であると判断した。この結果から主相結晶粒子の平均粒径が３．５μｍであればＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％未満であっても良好な加工性を有し、主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍのＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石においてＮリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％以上であれば内周刃での加工が可能であることが分かった。 また、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が８０％以上であれば、さらに内周刃加工速度を高めても加工が可能であり、さらに加工性が向上することが分かった。

＜機械強度評価＞
内周刃加工したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を高さ１０００ｍｍからコンクリートに落下させカケを確認する自由落下試験をそれぞれ１０個ずつ行い、試験前後のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の重量を比較した。（重量変化が０．１％以下の磁石の個数）／１０の値について表３に示す。その結果、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が９０％を超えると機械強度がやや低下し、９５％を超えるとさらに低下する傾向があることが判明した。

＜磁気特性評価＞
実験例１〜１８のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性をＢ−Ｈトレーサーを用いて測定した。各Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）と保磁力（ＨｃＪ）の値も表３に示す。

これらの結果から、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率と加工性には明確な関係性がみられ、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が少なくとも７０％以上であれば主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍ以下であっても加工しやすいＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることが出来ることが確認された。

１ 主相結晶粒子
２ 粒界
３ 二粒子粒界
４ Ｎリッチ相を有しない粒界多重点
５ Ｎリッチ相
６ Ｎリッチ相を有する粒界多重点

Claims (2)

1. 希土類元素（Ｒ）、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする少なくとも一種以上の鉄族元素（Ｔ）およびホウ素（Ｂ）を主成分とするＲ−Ｔ−Ｂ系化合物からなる主相結晶粒子と、粒界を有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石であって、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は０．１１質量％以上０．２０質量％以下の窒素（Ｎ）を含み、前記主相結晶粒子の平均粒径が２．８μｍ以下であり、三個以上の主相結晶粒子により囲まれて構成される粒界多重点中に、前記主相結晶粒子よりも、Ｎの原子濃度が高いＮリッチ相を有し、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の切断面における粒界多重点の個数のうち、Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％以上であることを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石。
2. 前記Ｎリッチ相を有する粒界多重点の個数比率が７０％以上９０％以下である請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石。

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