JP7099218B2

JP7099218B2 - Ｒ－ｔ－ｂ系焼結磁石の製造方法

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Publication number: JP7099218B2
Application number: JP2018175736A
Authority: JP
Inventors: 太國吉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-09-20
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Description

本発明はＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法に関する。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素うちの少なくとも一種であり、Ｎｄを必ず含む。ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏであり、Ｂは硼素である）は永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、電気自動車用（ＥＶ、ＨＶ、ＰＨＶなど）モータ、産業機器用モータなどの各種モータや家電製品などに使用されている。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、主としてＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物からなる主相と、この主相の粒界部分に位置する粒界相とから構成されている。主相であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物は高い飽和磁化と異方性磁界を持つ強磁性材料であり、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の特性の根幹をなしている。

高温では、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の保磁力Ｈ_ｃＪ（以下、単に「Ｈ_ｃＪ」という場合がある）が低下するため、不可逆熱減磁が起こる。そのため、特に電気自動車用モータに使用されるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石では、高いＨ_ｃＪを有することが要求されている。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石において、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物中のＲに含まれる軽希土類元素ＲＬ（例えば、ＮｄやＰｒ）の一部を重希土類元素ＲＨ（例えば、ＤｙやＴｂ）で置換すると、Ｈ_ｃＪが向上することが知られている。ＲＨの置換量の増加に伴い、Ｈ_ｃＪは向上する。

しかし、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物中のＲＬをＲＨで置換すると、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石のＨ_ｃＪが向上する一方、残留磁束密度Ｂ_ｒ（以下、単に「Ｂ_ｒ」という場合がある）が低下する。また、特にＤｙ及びＴｂの重希土類元素は、資源存在量が少ないうえ、産出地が限定されているなどの理由から、供給が安定しておらず、価格が大きく変動するなどの問題を有している。そのため、近年、Ｄｙ及びＴｂの重希土類元素をできるだけ使用することなく、Ｈ_ｃＪを向上させることが求められている。

特許文献１は、重希土類元素の使用量を抑えるために、Ｈ_ｃＪを高める必要がある部分に、Ｄｙなどの重希土類元素の含有量が相対的に多い単位磁石を配置し、他の部分には重希土類元素の含有量が相対的に少ない単位磁石を配置して、これら複数の単位磁石を接合する技術を開示している。単位磁石の接合面は、重希土類元素を含有する金属粉末と有機物とを混合したペーストを介して接触した状態で加熱される。

特許文献２は、希土類元素と他の金属元素の合金粉末を介してＲ－Ｔ－Ｂ系希土類焼結磁石とケイ素鋼板などの異材種部材とを接合する技術を開示している。

特開２０１５－７３０４５号公報特開平８－１１６６３３号公報

特許文献１に開示されている接合技術によれば、Ｄｙなどの重希土類元素の含有量が相対的に多い単位磁石と重希土類元素の含有量が相対的に少ない単位磁石とを配置しているため、重希土類元素の使用量を低減することができる。しかし、単位磁石の接合面は、重希土類元素を含有する金属粉末と有機物とを混合したペーストを介して接触した状態で加熱することにより接合されている（すなわち、重希土類元素の拡散により接合させている）。

近年、電気自動車用モータ等の用途において、Ｄｙ及びＴｂを使用しなくても高いＨ_ｃＪを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が求められている。また、特許文献１及び２に開示されている接合技術は、Ｒ－Ｔ－Ｂ系希土類焼結磁石どうし、またはＲ－Ｔ－Ｂ系希土類焼結磁石と鉄系金属部材とを接合することが可能になる。しかし、本発明者による検討の結果、高速で回転することが必要なモータなどに用いられる場合、より高い接合強度を実現し得る新しい接合技術が必要であることがわかった。

本発明の様々な実施形態は、高い接合強度を実現しつつ、Ｄｙ及びＴｂを使用しなくても高いＢ_ｒと高いＨ_ｃＪを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法を提供する。

本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、例示的な実施形態において、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｒ１は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素）を用意する工程と、絶縁部材を準備用意する工程と、Ｒ２：６５質量％以上９７質量％以下（Ｒ２は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素であり、Ｒ２全体に対するＤｙ及びＴｂの合計含有量が５０質量％以下である）、及びＭ：３質量％以上３５質量％以下（Ｍは、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１つ）を含有し、アトマイズ法によって作製されたＲ２－Ｍ合金粉末を準備用意する工程と、前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と前記絶縁部材との間に前記Ｒ２－Ｍ合金粉末を配置し、４５０℃以上１０００℃以下の温度で前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と前記絶縁部材とを接合する接合工程と、を包含する。

ある実施形態において、Ｒ２はＤｙ及びＴｂを含有しない（不可避的不純物を含む）Ｒ２全体に対するＤｙ及びＴｂの合計含有量が１５質量％以下である。

ある実施形態において、Ｒ２はＰｒを必ず含み、ＭはＧａを必ず含む。

ある実施形態において、前記絶縁部材は、マイカから形成されたシートである。

ある実施形態において、前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、２ｍｍ以下の平均厚さを有している。

ある実施形態において、前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、１ｍｍ以下の平均厚さを有している。

ある実施形態において、前記接合工程は、前記絶縁部材を介して３層以上のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を積層する工程を含む。

本開示の実施形態によると、アトマイズ法によって作製されたＲ２－Ｍ合金粉末の粉末を用いて接合を実行するため、高い接合強度を実現しつつ、Ｄｙ及びＴｂを使用しなくても高いＢ_ｒ及びＨ_ｃＪを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を製造することができる。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の一部を拡大して模試的に示す断面図である。図１Ａの破線矩形領域内をさらに拡大して模式的に示す断面図である。従来の粉砕によって形成された合金粉末の模式的断面図である。本開示の実施形態によるアトマイズ法によって形成された合金粉末の模式的断面図である。本開示の実施形態によるＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の接合前の状態を模式的に示す斜視図である。本開示の実施形態によるＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の接合中の状態を模式的に示す斜視図である。本開示の実施形態によるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法における工程の例を示すフローチャートである。

図１Ａは、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、図１Ｂは図１Ａの破線矩形領域内をさらに拡大して模式的に示す断面図である。図１Ａには、一例として長さ５μｍの矢印が大きさを示す基準の長さとして参考のために記載されている。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石は、主としてＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物からなる主相１２と、主相１２の粒界部分に位置する粒界相１４とから構成されている。粒界相１４は、図１Ｂに示されるように、２つのＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物粒子（グレイン）が隣接する二粒子粒界相１４ａと、３つのＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物粒子が隣接する粒界三重点１４ｂとを含む。

主相１２であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物は高い飽和磁化と異方性磁界を持つ強磁性材料である。したがって、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石では、主相１２であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物の存在比率を高めることによってＢ_ｒを向上させることができる。Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物の存在比率を高めるためには、原料合金中のＲ量、Ｔ量、Ｂ量を、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物の化学量論比（Ｒ量：Ｔ量：Ｂ量＝２：１４：１）に近づければよい。

本発明者は、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１つを粒界に拡散することにより、粒界相を改質してＨ_ｃＪを高めることが可能になることがわかった。このような粒界相の改質には、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｒ１は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素）を準備して、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面から金属元素Ｍ（Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１つ）を粒界に供給して粒界内を拡散させることが好ましい。このような金属元素Ｍの拡散は、６５質量％以上９７質量％以下のＲ２（Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素）と３質量％以上３５質量％以下のＭとの合金、すなわち、Ｒ２－Ｍ合金の粉末を用いて行うことができる。これにより、Ｄｙ及びＴｂを使用しなくても高いＢ_ｒと高いＨ_ｃＪを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を得ることができる。

本発明者はさらに検討した結果、アトマイズ法によって作製されたＲ２－Ｍ合金粉末（Ｒ２－Ｍ合金のアトマイズ粉）をＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面に塗布して拡散のための熱処理を行うとき、絶縁部材をＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に接合させるための優れた融着剤として利用し得ることがわかった。すなわち、Ｒ２－Ｍ合金のアトマイズ粉は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の二粒子粒界へ導入するための拡散源として機能するとともに、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を絶縁部材に接合して均一に結合する粉末としても機能し得ることがわかった。これは、Ｒ２－Ｍ合金を粉砕して形成した粉末粒子に比べて、アトマイズ粉の粒子の形状及び大きさの分布が一様であることに起因する。その結果、接合面に巣が形成されにくくなり、接合強度が向上する。

Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を絶縁部材に接合すると、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材そのものの強度を絶縁部材の補助によって補い、全体の強度および剛性を高めることが可能になる。このことは、特にＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の厚さが薄い場合に優れた効果を発揮する。Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を絶縁部材に接合することにより、例えば厚さが３ｍｍ以下のシート状または棒状の形状を有する場合でも、割れや欠けの生じにくいＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が実現する。

また、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石がモータに使用される場合、大きな渦電流が発生すると、電力の損失および不要な発熱を引き起こすことになる。絶縁部材を介してＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を積層することにより、渦電流の形成を抑制することも可能になる。絶縁部材を介して３層以上のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材が積層されてもよい。

図２は、従来の粉砕（例えばインゴット法やストリップキャステキング法により原料合金を作製した後、粉砕したもの）によって形成された合金粉末５０の模式的断面図である。合金粉末は２個の固体部材２０の間に配置されており、部材２０の対向する表面（接合される面）２０Ｓが作る空隙内に位置している。図２からわかるように、個々の粉末粒子５０Ｐの形状及びサイズがばらばらである。合金粉末５０は、合金を粉砕することによって作製されているため、粒子５０Ｐには扁平な部分、鋭角状の凸部、複雑な破断面などが存在する。

一方、図３は、本開示の実施形態によるアトマイズ法によって形成されたＲ２－Ｍ合金粉末３０の模式的断面図である。図３に示されるように、アトマイズ法によって形成されたＲ２－Ｍ合金粉末３０を構成する個々の粒子３０Ｐは、球状である。このような球状の粉末粒子３０Ｐは、対向する固体部材２０の表面（接合される面）２０Ｓの間に配置し、固体部材２０の表面２０Ｓを近接させると、対向する表面２０Ｓが作る空隙を均一に埋めるように再配列し得る。このため、接合時に不要な巣を形成することなく、接合面２０Ｓの密着度を高めることが可能になる。

図４は、本開示の実施形態によるＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の接合前の状態を模式的に示す斜視図である。図示されている例において、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２、２６と絶縁部材２０、２４とが交互に積層される。下端に位置する第１の絶縁部材２０と第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２との間には、アトマイズ法によって形成されたＲ２－Ｍ合金粉末３０の層が形成されている。図４の例において、Ｒ２－Ｍ合金粉末３０は、第１の絶縁部材２０の上面に塗布している。しかし、アトマイズ法によって形成されたＲ２－Ｍ合金粉末３０は、第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２の底面に塗布されていても良い。また、第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２と、その上に位置する第２の絶縁部材２４との間にも、同様に、アトマイズ法によって形成されたＲ２－Ｍ合金粉末３０の層が形成されている。更に、第２の絶縁部材２４と、上端に位置する第２のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６との間にも、アトマイズ法によって形成されたＲ２－Ｍ合金粉末３０の層が形成されている。Ｒ２－Ｍ合金粉末３０は、第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２、第２のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２５、第１の絶縁部材２０及び第二の絶縁材料２４の表面全体に塗布されていてもよい。

図５は、本開示の実施形態によるＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の接合中の状態を模式的に示す斜視図である。図５に示される状態において、第１の絶縁部材２０と第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２は、Ｒ２－Ｍ合金粉末３０を挟んで近接する。第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２と第２の絶縁部材２４とは、Ｒ２－Ｍ合金粉末３０を挟んで近接する。第２の絶縁部材２４と第２のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６は、Ｒ２－Ｍ合金粉末３０を挟んで近接する。

ある態様において、積層方向に加圧されてもよい。図５に示される状態で熱処理を行うことにより、Ｒ２－Ｍ合金粉末が溶融し、第１の絶部材２０、第１のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２、第２の絶縁部材２４、および第２のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６が接合して、これらが一体化したＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石２００が作製される。

この接合工程において、Ｒ２－Ｍ合金粉末３０に含まれていた希土類元素Ｒ２及び金属元素Ｍは、第１および第２のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２、２６の各接合面から粒界を介して第１および第２のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２２、２６の内部に拡散する。アトマイズ法によって作製されたＲ２－Ｍ合金粉末３０は、拡散源としてのみならず、優れた接合助剤としても機能して接合強度の向上に寄与する。

なお、Ｐｒ－Ｇａ合金などのＲ２－Ｍ合金は、延性が高く一般に粉砕性が悪い。このため、粉砕に長時間を要し、量産性に問題がある。本開示の実施形態では、Ｒ２－Ｍ合金のアトマイズ粉を使用することにより、粉砕を行うことなく粉末粒子（例えば２００μｍ以下の粒径を有する粒子）を得ることが可能となる。

本開示によるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、図６に例示されるように、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材を準備する工程Ｓ１０と、アトマイズ法により作製されたＲ２－Ｍ合金粉末を準備する工程Ｓ２０とを含む。Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材を準備する工程Ｓ１０とＲアトマイズ法により作製されたＲ２－Ｍ合金粉末を準備する工程Ｓ２０との順序は任意であり、それぞれ、異なる場所で製造されたＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材、絶縁部材、Ｒ２－Ｍ合金アトマイズ粉を用いてもよい。

さらに本開示によるＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材との間にＲ２－Ｍ合金粉末を配置する工程Ｓ３０と、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材とを接合する工程Ｓ４０とを含む。

以下、本開示のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法の実施形態をより詳細に説明する。

１．Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を準備する工程
まず、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を準備する。Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、公知の任意のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石であってもよい。本実施形態で使用可能なＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の典型例は、以下の組成を有する。
希土類元素Ｒ１：２７．５～３５．０質量％
Ｂ（Ｂ（ボロン）の一部はＣ（カーボン）で置換されていてもよい）：０．８０～０．９９質量％
Ｇａ：０～０．８質量％
添加金属元素Ｍ（Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された少なくとも１種）：０～２質量％
Ｔ（Ｆｅを主とする遷移金属元素であって、Ｃｏを含んでもよい）及び不可避不純物：残部

また、好ましくは、下記不等式（１）を満足する。
［Ｔ］／５５．８５＞１４［Ｂ］／１０．８（１）
ここで、［Ｔ］は質量％で示すＴの含有量であり、［Ｂ］は質量％で示すＢの含有量である。

この不等式を満足するということは、Ｂの含有量がＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物の化学量論組成比よりも少ない、すなわち、主相（Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物）形成に使われるＴ量に対して相対的にＢ量が少ないことを意味している。

式（１）を満足したＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に対してＲ２－Ｍ合金粉末を拡散させることで、Ｄｙ及びＴｂを使用しなくてもより高いＢ_ｒとＨ_ｃＪを得ることができる。

なお、希土類元素Ｒ１は、主として軽希土類元素ＲＬ（Ｎｄ、Ｐｒから選択される少なくとも１種の元素）であるが、Ｄｙ及びＴｂ等の重希土類元素を含有していてもよい。ただし、Ｄｙ及びＴｂ等の重希土類元素の使用量は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材全体の２％以下が好ましく、もっとも好ましくは、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、Ｄｙ及びＴｂ等の重希土類元素を含有しない（不可避的不純物を含む）。

上記組成のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、公知の任意の製造方法によって製造され得る。Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は焼結上がりでもよいし、切削加工や研磨加工が施されていてもよい。

図４に示される例において、絶縁部材２４およびＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６のサイズは任意である。Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６の厚さは１ｍｍ以下である場合、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６そのものの強度が低くなるため、一般にハンドリングが困難になり得る。そのような場合でも、本開示の実施形態によれば、絶縁部材２４がＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６を支持して、全体の強度が向上するため、ハンドリングが容易になる。このような観点から、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材２６のサイズは、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下でありうる。

２．絶縁部材を準備する工程
絶縁部材は、絶縁耐圧の高い材料から形成されていることが好ましい。い。絶縁部材は、Ｒ２－Ｍ合金粉末が溶融する温度に耐える耐熱性を有している必要がある。このため、絶縁部材は、セラミックスなどの無機材料のシートから形成されていてもよい。例えば、マイカから形成されたシートである。絶縁部材がシート形状を有する場合、その厚さは例えば０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり得る。

３．アトマイズ法により作製されたＲ２－Ｍ合金粉末を準備する工程
（Ｒ２）Ｒ２は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素であり、Ｒ２全体に対するＤｙ及びＴｂの合計含有量が５０質量％以下である。例えば、Ｒ２がＲ２－Ｍ合金全体の８０質量％の場合は、Ｄｙ及びＴｂの合計含有量は、４０質量％以下となる。好ましくは、Ｒ２全体に対するＤｙ及びＴｂの合計含有量が１５質量％以下である。もっとも好ましくは、Ｒ２－Ｍ合金粉末は、Ｄｙ及びＴｂ等の重希土類元素を含有しない（不可避的不純物を含む）。Ｒ２は、Ｒ２－Ｍ合金全体の６５質量％以上９７質量％以下である。Ｒ２は、好ましくはＰｒを必ず含み、Ｒ２に占めるＰｒの量は、４０質量％以上が好ましく、さらに好ましくは７０質量％以上である。
（Ｍ）Ｍは、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍは、Ｒ２－Ｍ合金全体の３質量％以上３５質量％以下である。Ｍは、好ましくはＧａを必ず含み、Ｍに占めるＧａの量は、５０質量％以上である。Ｒ２－Ｍ合金は、不可避的不純物を含んでいてもよい。最も好ましくは、Ｒ２に占めるＰｒの量が７０質量％以上で、かつ、Ｍに占めるＧａの量が５０質量％以上であるＲ２－Ｍ合金粉末を使用する。これによりＧａを主相結晶粒の内部にほとんど導入させずに二粒子粒界へ導入させることができる。Ｇａを含む液相が二粒子粒界に導入されることによりＤｙやＴｂを使用しなくても高いＨ_ｃＪを得ることができる。

本開示の実施形態において、Ｒ２－Ｍ合金粉末は、アトマイズ法によって作製されている。アトマイズ法は、溶湯噴霧法とも呼ばれる粉末作製方法の１種であり、ガスアトマイズ法、プラズマアトマイズ法などの公知のアトマイズ法を含む。例えばガスアトマイズ法によれば、金属または合金を溶解炉で溶融して溶湯を形成し、その溶湯を窒素またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中に噴霧して凝固させる。噴霧された溶湯は、微細な液滴として飛散するため、高速度で冷却されて凝固する。作製される粉末粒子は、それぞれ、球形の形状を持つため、粉砕を行う必要はない。アトマイズ法によって作製される粉末粒子のサイズは、例えば１０μｍ～２００μｍの範囲に分布する。

アトマイズ法によれば、噴霧される合金溶湯の液滴が小さく、各液滴の重量に対する表面積が相対的に大きいため、冷却速度が高くなる。そのため、形成される粉末粒子は、非晶質または微結晶質である。なお、これらの粉末粒子に対しては、接合工程の前に付加的に熱処理を行って非晶質を結晶化させてもよい。

Ｒ２－Ｍ合金粉末の粒度は篩わけすることによって調整され得る。また、篩わけで排除される粉末が１０質量％以内であれば、その影響は少ないので、篩わけせずに用いてもよい。

４．Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材との間にＲ２－Ｍ合金粉末を配置する工程
Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材との間にＲ２－Ｍ合金粉末を配置する（言い換えると、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材とでＲ２－Ｍ合金粉末を挟む）。配置方法は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材及び絶縁部材の両方の表面にＲ２－Ｍ合金粉末を塗布することにより配置してもよいし、いずれか片方（Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面のみ及び絶縁部材の表面のみ）にＲ２－Ｍ合金粉末を塗布するだけでもよい。また、Ｒ２－Ｍ合金粉末は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材及び絶縁部材の少なくとも一方の表面全体に塗布してもよいし、図４に示すように接合面のみでもよい。また、組成の異なる２種類以上のＲ２－Ｍ合金粉末を用いてもよい。Ｒ２－Ｍ合金粉末３０を絶縁部材および／またはＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材の表面に塗布する方法は、特定の塗布方法に限定されない。塗布対象の表面に粘着剤を塗布する塗布工程と、粘着剤を塗布した領域にＲ２－Ｍ合金粉末を付着させる工程を行ってもよい。粘着剤としては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）などがあげられる。粘着剤が水系の粘着剤の場合、塗布の前にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を予備的に加熱してもよい。予備加熱の目的は余分な溶媒を除去し粘着力をコントロールすること、及び、均一に粘着剤を付着させることである。加熱温度は６０～１００℃が好ましい。揮発性の高い有機溶媒系の粘着剤の場合はこの工程は省略してもよい。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材表面に粘着剤を塗布する方法は、どのようなものでも良い。塗布の具体例としては、スプレー法、浸漬法、ディスペンサーによる塗布などがあげられる。粘着剤の塗布量は、例えば１．０２×１０^－５～５．１０×１０^－５ｇ／ｍｍ^２であり得る。

５．Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と前記絶縁部材とを接合する工程
本開示によれば、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材とＲ２－Ｍ合金粉末（アトマイズ粉）とが接した状態で接合のための熱処理を開始する。その結果、高い接合強度を実現しつつ、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の粒界相が磁石内部の全体にわたって改質されて高いＢ_ｒ及びＨ_ｃＪを実現する。

接合のための熱処理は、４５０℃以上１０００℃以下の温度で、５分以上７２０分以下の時間、実行され得る。熱処理は、比較的高い温度（７００℃以上１０００℃以下）で熱処理を行った後比較的低い温度（４５０℃以上６００℃以下）で熱処理（二段熱処理）をしてもよい。好ましい条件は、７３０℃以上９８０℃以下で５分から５００分程度の熱処理を施し、冷却後（室温まで冷却後、または４４０℃以上５５０℃以下まで冷却後）、さらに４４０℃以上５５０℃以下で５分から５００分程度熱処理をすることが挙げられる。熱処理の雰囲気ガスは、窒素または不活性ガスであり得る。雰囲気ガスは減圧されていてもよい。

本開示を実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はそれらに限定されるものではない。

実験例１
Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材がおよそ表１のＮｏ．１－Ａに示す組成となるように、各元素を秤量してストリップキャスト法により鋳造し、フレーク状の合金を得た。得られたフレーク状の合金を水素加圧雰囲気で水素脆化させた後、５５０℃まで真空中で加熱、冷却する脱水素処理を施し、粗粉砕粉を得た。次に、得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉１００質量％に対して０．０４質量％添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素雰囲気中で乾式粉砕し、粒径Ｄ_５０が４．３μｍの合金粉末を得た。前記合金粉末に、液体潤滑剤を微粉砕粉１００質量％に対して、０．３質量％添加、混合した後、磁界中成形し、成形体を得た。なお、成形装置は、磁場印加方向と加圧法方向とが直行する、いわゆる直角磁界成形装置(横磁界成形装置)を用いた。得られた成形体を、真空中、１０２０℃で４時間焼結し、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．１－Ａ）を複数個準備した。焼結磁石の密度は７．５Ｍｇ／ｍ^３以上であった。また、得られたＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を機械加工し、長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍ（幅が磁化方向）×厚さ３ｍｍ（厚さが磁化に垂直な方向）にした。得られたＲ１－Ｔ－Ｂ焼結磁石素材の成分の結果を表１に示す。なお、表１における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）を使用して測定した。また、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材はいずれも不等式（１）を満足していた。また、セラミックス系の絶縁部材を準備した。絶縁部材の寸法はＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と同様に機械加工し長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍにした。

次に、表２のＮｏ．１－ａに示す組成の合金粉末をアトマイズ法により作製することにより、Ｒ１－Ｍ合金粉末を準備した。得られたＲ２－Ｍ合金粉末の粒度は１０６μｍ以下であった。さらに表２のＮｏ．１－ｂに示す組成の合金になるように各元素を秤量してストリップキャスト法により鋳造し、フレーク状の合金を得た。得られたフレーク状の合金を水素加圧雰囲気で水素脆化させた後、５５０℃まで真空中で加熱、冷却する脱水素処理を施し、粗粉砕粉を得た。得られた粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を粗粉砕粉１００質量％に対して０．０４質量％添加、混合した後、気流式粉砕機(ジェットミル装置)を用いて、窒素雰囲気中で乾式粉砕し、粒径Ｄ_５０が４．３μｍの合金粉末を得た。

次に、表１のＮｏ．１－ＡのＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材表面全面に粘着剤を塗布した。塗布方法は、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材をホットプレート上で６０℃に加熱後、スプレー法でＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材に粘着剤を塗布した。粘着剤としてＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）を用いた。

次に、粘着剤を塗布したＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．１－Ａ）に対して、表２のＮｏ．１－ａの拡散源（Ｒ２－Ｍ合金粉末）を付着させた。付着方法は、容器に拡散源を広げ、粘着剤を塗布したＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を常温まで降温させた後、容器内で拡散源をＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材全面にまぶすように付着させた。

次に、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．１－Ａ）とＲ２－Ｍ合金粉末（Ｎｏ．１－ａ）とが接した状態で、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材Ｎｏ．１－Ａと絶縁部材とを厚さ（３ｍｍ）方向に重ね（長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍの面どうしを接触させ）、熱処理を行うことで接合し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｎｏ．１－１）を得た。熱処理は、９００℃で８時間の熱処理を行った後室温まで冷却し、さらに５００℃で６時間の熱処理（二段熱処理）を行った。同様の方法で、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．１－Ａ）に対して、表２のＮｏ．１－ｂの拡散源を付着させ、同様の方法で熱処理を行うことで接合し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｎｏ．１－２）を得た。

得られたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の接合面における巣の発生を確認した。巣が多く発生すると、接着強度が低下したり、巣を起点とした剥がれが起きる可能性があるため、特に高速で回転することが必要なモータなどにＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が用いられる場合、巣の発生を抑える必要がある。

Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｎｏ．１－１及び１－２）をそれぞれ機械加工により切断研磨し接合面を含む任意の接合磁石の断面（幅５ｍｍ×厚さ６ｍｍにおける磁石断面）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：日本電子製ＪＣＭ－７００１Ｆ）で観察した。観察領域は５００μｍ×５００μｍであり、視認により接合面における巣の発生を確認した。巣の発生が接合面の２０％以下（１００×巣の部分の面積／接合部分の面積）を本発明とする。結果を表３に示す。巣の発生が２０％以下の場合を〇と２０％以上の場合を×と記載する。さらに、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の磁気特性の結果を表３に示す。磁気特性は、接合されたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石からＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材のみを切削加工により切り出し、Ｂ－Ｈトレーサを用いて測定した。

表３に示すように本発明例は巣の発生が抑えられているのに対し、比較例（ストリップキャスト法で作製した拡散源を用いた場合）は巣の発生が抑えられていない。

実験例２
およそ表４のＮｏ．２－Ａ及び２－Ｂに示す組成となるように、実験例１と同様にしてＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を準備した。得られたＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を機械加工し、長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ３ｍｍ（厚さが磁化に垂直な方向）にした。得られたＲ１－Ｔ－Ｂ焼結磁石素材の成分の結果を表４に示す。なお、表４における各成分は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）を使用して測定した。また、セラミックス系の絶縁部材を準備した。絶縁部材の寸法はＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と同様に機械加工し長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍにした。次に実施例１と同様にしてＮｏ．１－ａのＲ２－Ｍ合金粉末を準備した。

次に、表６に示す条件で、実験例１と同様にしてＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と絶縁部材を接合し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を得た。表６のＮｏ．２－１は、Ｎｏ．２－ＡのＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材表面全面に粘着剤を実験例１と同様にして塗布し、粘着剤を塗布したＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．２－Ａ）に対して、Ｎｏ．１－ａのＲ－２Ｍ合金粉末を実験例１と同様にして付着させた。次に、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｎｏ．２－Ａ）とＲ２－Ｍ合金粉末（Ｎｏ．１－ａ）とが接した状態で、Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材Ｎｏ．２－Ａと絶縁部材とを厚さ方向（３ｍｍ）に重ね、実験例１と同様にして熱処理を行うことで接合し、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石（Ｎｏ．２－１）を得たものである。Ｎｏ．２－２も同様に記載している。得られたＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石に対し、実験例１と同様にして、視認により接合面における巣の発生を確認した。

表６に示すように、本発明例はいずれも巣の発生が抑えられている。

本発明によれば、高いＢ_ｒと高いＨ_ｃＪを有するＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を作製することができる。本発明の焼結磁石は、高温下に晒されるハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に好適である。

１２Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物からなる主相
１４粒界相
１４ａ二粒子粒界相
１４ｂ粒界三重点
２０、２４固体部材
２２、２６Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材
３０Ｒ２－Ｍ合金粉末
５０合金粉末

Claims

Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材（Ｒ１は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素、Ｔは、Ｆｅを主とする遷移金属元素であって、Ｃｏを含んでもよい）を用意する工程と、
絶縁部材を準備する工程と、
Ｒ２：６５質量％以上９７質量％以下（Ｒ２は、Ｎｄ及びＰｒの少なくとも一方を含む希土類元素であり、Ｒ２全体に対するＤｙ及びＴｂの合計含有量が５０質量％以下である）、及び
Ｍ：３質量％以上３５質量％以下（Ｍは、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｎ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１つ）
を含有し、アトマイズ法によって作製されたＲ２－Ｍ合金粉末を準備する工程と、
前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と前記絶縁部材との間に前記Ｒ２－Ｍ合金粉末を配置し、４５０℃以上１０００℃以下の温度で前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材と前記絶縁部材とを接合する工程と、
を包含する、Ｒ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
Ｒ２全体に対するＤｙ及びＴｂの合計含有量が１５質量％以下である、請求項１に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
Ｒ２はＰｒを必ず含み、ＭはＧａを必ず含む、請求項１又は２に記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記絶縁部材は、マイカから形成されたシートである、請求項１から３のいずれかに記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、２ｍｍ以下の平均厚さを有している、請求項１から４のいずれかに記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記Ｒ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材は、１ｍｍ以下の平均厚さを有している、請求項１から５のいずれかに記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。
前記接合工程は、前記絶縁部材を介して３層以上のＲ１－Ｔ－Ｂ系焼結磁石素材を積層する工程を含む、請求項１から６のいずれかに記載のＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石の製造方法。