JP7180096B2 - 永久磁石及び回転機 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石及び回転機に関する。

希土類元素Ｒ、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）等の遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有するＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石は、優れた磁気特性を有する。Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の主相は、例えば、正方晶のＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物を含有する。Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石は、高性能な永久磁石である。

希土類元素ＲとしてＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、又はＨｏを含有するＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石は、異方性磁界Ｈａが大きく、永久磁石に適している。特に、希土類元素ＲとしてＮｄを含有するＮｄ‐Ｆｅ‐Ｂ系永久磁石は、飽和磁化Ｉｓと、キュリー温度Ｔｃと、異方性磁界Ｈａとのバランスが良い。また、Ｎｄ‐Ｆｅ‐Ｂ系永久磁石の資源量は多い。そのため、Ｎｄ‐Ｆｅ‐Ｂ系永久磁石は、民生機器、産業機器、輸送機器などに広く用いられている。

今後、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石を用いたモータ（回転機）の高速回転化の要求がますます高まることが予想される。モータの高速回転時にＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石にかかる応力により、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石が割れ易い。そのため、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の抗折強度を高めることが必要となる。例えば、特許文献１には、磁化容易軸方向の粒界相の厚みと、磁化困難軸方向の粒界相の厚みとを制御することにより、永久磁石における磁化容易軸方向の抗折強度を高めることが記載されている。

特開２００２－２４６２１５号公報

モータの高速回転時の信頼性を高めるため、永久磁石の抗折強度をさらに高くすることが求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、抗折強度が高い永久磁石、及び当該永久磁石を備える回転機を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る永久磁石は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有する複数の主相粒子と、複数の主相粒子の間に位置する粒界相と、を備える永久磁石であって、希土類元素Ｒが、少なくともＮｄ及びＣｅを含み、遷移金属元素Ｔが、少なくともＦｅを含み、永久磁石における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］原子％であり、永久磁石における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］原子％であり、永久磁石におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％であり、永久磁石におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％であり、［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１～０．６であり、［Ｔ］／［Ｂ］が１４～１８であり、粒界相が、希土類元素Ｒ及び遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相を含み、永久磁石の単位断面の面積がＡ_０であり、単位断面におけるＲ‐Ｔ相の面積の合計がＡ_Ｌであり、Ａ_Ｌ／Ａ_０が０．０５～０．５である。

本発明の一側面に係る上記永久磁石では、元素Ｘが、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群より選択される少なくとも一種であってよく、永久磁石における元素Ｘの含有量の合計が０．０～０．４原子％であってよい。

本発明の一側面に係る上記永久磁石では、［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１５～０．６であってよい。

本発明の一側面に係る上記永久磁石におけるＣｏの含有量が０．０～５．０原子％であってよい。

本発明の一側面に係る回転機は、上記永久磁石を備える。

本発明によれば、抗折強度が高い永久磁石、及び当該永久磁石を備える回転機が提供される。

図１中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る永久磁石１０の模式的な斜視図であり、図１中の（ｂ）は、図１中の（ａ）に示される永久磁石１０の断面１０ｃｓの模式図（ｂ－ｂ線方向の矢視図）である。 図２は、図１中の（ｂ）に示される永久磁石１０の断面１０ｃｓの一部ＩＩの拡大図である。 図３は、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ‐ＳＥＭ）で撮影された実施例１の永久磁石の断面の反射電子像である。 図４は、本発明の一実施形態に係る回転機を模式的に示す斜視図である。 図５は、実験群１～３それぞれのＡ_Ｌ／Ａ_０と抗折強度との関係を示す図である。 図６は、実験群１の［Ｃｅ］／［Ｒ］と抗折強度との関係を示す図である。 図７は、実験群２の［Ｔ］／［Ｂ］と抗折強度との関係を示す図である。

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。ただし、本発明は下記実施形態に何ら限定されるものではない。図面において、同一又は同等の構成要素には同一の符号を付す。本発明に係る永久磁石は、焼結磁石、又は熱間加工磁石であってよい。本発明に係る永久磁石は、希土類磁石であってよい。

本実施形態に係る永久磁石１０の全体は、図１中の（ａ）に示される。永久磁石１０の断面１０ｃｓは、図１中の（ｂ）に示される。図２は、永久磁石１０の断面１０ｃｓの一部ＩＩの拡大図である。図２に示されるように、永久磁石１０は、複数の主相粒子１１（主相）と、複数の主相粒子１１の間に位置する粒界相９と、を備える。例えば、永久磁石１０は、粒界相９を介した多数の主相粒子１１から構成される焼結体であってよい。

主相粒子１１は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有する。希土類元素Ｒは、少なくともＮｄ（ネオジム）及びＣｅ（セリウム）を含む。遷移金属元素Ｔは、少なくともＦｅ（鉄）を含む。永久磁石１０における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］原子％と表される。永久磁石１０における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］原子％と表される。永久磁石１０におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％と表される。永久磁石１０におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％と表される。［Ｃｅ］／［Ｒ］は０．１～０．６である。［Ｔ］／［Ｂ］は１４～１８である。

粒界相９は、希土類元素Ｒ及び遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相３を含む。永久磁石１０の単位断面の面積がＡ_０と表される。上記単位断面におけるＲ‐Ｔ相３の面積の合計がＡ_Ｌと表される。Ａ_Ｌ／Ａ_０は０．０５～０．５である。

永久磁石１０の抗折強度が高い理由は以下の通りである、と本発明者らは考える。［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１～０．６であり、且つ［Ｔ］／［Ｂ］が１４～１８であると、粒界相にＲ‐Ｔ相３が生成し易い。Ｒ‐Ｔ相３は、高い靱性を有する。永久磁石１０では、Ａ_Ｌ／Ａ_０が０．０５以上であり、Ｒ‐Ｔ相３の含有量が多いため、高い抗折強度が得られる。なお、永久磁石１０の抗折強度が高い理由は、上記理由に限定されない。

各主相粒子１１は、少なくとも希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素（Ｂ）を含む。希土類元素Ｒは、少なくともＮｄ（ネオジム）及びＣｅ（セリウム）を含む。つまり、Ｎｄの一部がＣｅで置換されている。遷移金属元素Ｔは、少なくともＦｅ（鉄）を含む。遷移金属元素Ｔは、ＦｅとＣｏ（コバルト）とを含んでよい。つまり、上記のＦｅの一部がＣｏで置換されてよい。各主相粒子１１は、ホウ素（Ｂ）に加えて炭素（Ｃ）を含んでよい。つまり、上記のＢの一部がＣで置換されてよい。主相粒子１１は、主相としてＲ_２Ｔ_１４Ｍを含んでよい。元素ＭはＢのみであってよい。元素Ｍは、Ｂ及びＣであってもよい。換言すれば、Ｒ_２Ｔ_１４Ｍは、Ｎｄ_２－ｘＣｅ_ｘＦｅ_１４－ｓＣｏ_ｓＢ_１－ｔＣ_ｔと表されてよい。ｘは、０より大きく２未満である。ｓは、０以上１４未満である。ｔは、０以上１未満である。例えば、主相粒子１１は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを含んでよい。例えば、主相粒子１１は、Ｙ_２Ｆｅ_１４Ｂを含んでもよい。例えば、主相粒子１１は、Ｃｅ_２Ｆｅ_１４Ｂを含んでもよい。

図２に示されるように、粒界相９は、Ｒ‐Ｔ相３に加えて、Ｒリッチ相５、異相（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｐｈａｓｅ）７、Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相等を含んでもよい。元素Ｘは、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群より選択される少なくとも一種であってよい。Ｒ‐Ｔ相３、Ｒリッチ相５、異相７、及びＲ_６Ｔ_１３Ｘ相それぞれの定義は、下記の通りであってよい。

Ｒ‐Ｔ相３におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３における元素Ｘの含有量の合計が［Ｘ］_Ｌ原子％と表される。Ｒ‐Ｔ相３は、下記不等式（１）、（２）、及び（３）の全てを満たす相であってよい。
０≦［Ｃ］_Ｌ＋［Ｎ］_Ｌ＋［Ｏ］_Ｌ＜３０ （１）
０．２６≦［Ｒ］_Ｌ／（［Ｒ］_Ｌ＋［Ｔ］_Ｌ）≦０．４０ （２）
０．００≦［Ｘ］_Ｌ／（［Ｒ］_Ｌ＋［Ｔ］_Ｌ＋［Ｘ］_Ｌ）≦０．０３ （３）

Ｒ‐Ｔ相３は、例えば、ＲＴ_２相を含んでよい。つまり、Ｒ‐Ｔ相３に含まれる金属間化合物は、例えば、ＲＴ_２であってよい。ＲＴ_２は、Ｎｄ_1－γＣｅ_γＦｅ_２－δＣｏ_δと表されてよい。γは０以上１以下である。δは０以上２以下である。ＲＴ_２は、例えば、ＮｄＦｅ_２、又はＣｅＦｅ_２であってよい。Ｒ‐Ｔ相３は、Ｒ及びＴの金属間化合物に加えて、Ｒ及びＴ以外の微量の元素を含んでもよい。Ｒ‐Ｔ相３は、ラーベス（Ｌａｖｅｓ）相であってよい。Ｒ‐Ｔ相３の結晶構造は、Ｃ１５型であってよい。Ｒ‐Ｔ相３は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンを用いて、格子面（ｈｋｌ）に由来する回折ピークの回折角２θに基づいて特定されてよい。例えば、ＸＲＤパターンの測定にＣｕＫα線を用いた場合、Ｒ‐Ｔ相３の格子面（２２０）に由来する２θが、３４．０～３４．７３°であってよい。また、ＸＲＤパターンの測定にＣｕＫα線を用いた場合、Ｒ‐Ｔ相３の格子面（３１１）に由来する２θが、４０．１０～４０．９７°であってよい。上記２θは、Ｒ‐Ｔ相３に含まれる希土類元素Ｒの種類に応じて、上記範囲内で変化してよい。

Ｒリッチ相５におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］_Ｒ原子％と表される。Ｒリッチ相５は、下記不等式（４）及び（５）を満たす相であってよい。
０≦［Ｃ］_Ｒ＋［Ｎ］_Ｒ＋［Ｏ］_Ｒ＜３０ （４）
０．５０≦［Ｒ］_Ｒ／（［Ｒ］_Ｒ＋［Ｔ］_Ｒ）≦１．００ （５）

異相７におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ｄ原子％と表される。異相７におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ｄ原子％と表される。異相７におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ｄ原子％と表される。異相７は、［Ｃ］_Ｄと［Ｎ］_Ｄと［Ｏ］_Ｄとの合計［Ｃ］_Ｄ＋［Ｎ］_Ｄ＋［Ｏ］_Ｄが３０以上１００未満である相であってよい。つまり、異相７は、下記不等式（６）を満たす相であってよい。異相７は、例えば、Ｒの酸化物、Ｒの炭化物及びＲの窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。
３０≦［Ｃ］_Ｄ＋［Ｎ］_Ｄ＋［Ｏ］_Ｄ＜１００ （６）

Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相におけるＣの含有量が［Ｃ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相におけるＮの含有量が［Ｎ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｍ相におけるＯの含有量が［Ｏ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相における希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相における遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相における元素Ｘの含有量の合計が［Ｘ］_Ａ原子％と表される。Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相は、下記不等式（７）、（８）及び（９）の全てを満たす相であってよい。
０≦［Ｃ］_Ａ＋［Ｎ］_Ａ＋［Ｏ］_Ａ＜３０ （７）
０．２６≦［Ｒ］_Ａ／（［Ｒ］_Ａ＋［Ｔ］_Ａ）≦０．４０ （８）
０．０３＜［Ｘ］_Ａ／（［Ｒ］_Ａ＋［Ｔ］_Ａ＋［Ｘ］_Ａ）≦１．００ （９）

Ａ_Ｌ／Ａ_０は、０．０５～０．５、又は０．１～０．２５であってよい。Ａ_Ｌ／Ａ_０が上記範囲内である場合、永久磁石１０の抗折強度が高くなり易く、かつ永久磁石１０の残留磁束密度Ｂｒが高くなり易い。

Ａ_Ｌ／Ａ_０は、例えば、以下の方法により求められてよい。永久磁石１０の断面を、研磨紙、バフ、ダイヤモンド砥粒等を用いて研磨する。研磨後の断面にイオンミリング処理を施して、断面上にある酸化膜、窒化膜等を除去する。イオンミリング処理後の断面をＦＥ‐ＳＥＭを用いて撮影し、永久磁石１０の断面の反射電子像を得る。反射電子像において、希土類元素Ｒの含有量が多い領域ほど白く見え、希土類元素Ｒの含有量が少ない領域ほど黒く見える。例えば、図３は、ＦＥ‐ＳＥＭで撮影された実施例１の永久磁石１０の断面の反射電子像である。図３において、主相粒子１１は黒色に見える。Ｒリッチ相５は白色に見える。Ｒ‐Ｔ相３は灰色に見える。つまり、Ｒ‐Ｔ相３における反射電子の放射効率は、主相粒子１１における反射電子の放射効率と、Ｒリッチ相５における反射電子の放射効率との中間の値である。反射電子像における所定の領域を単位断面と定義する。単位断面の寸法は、例えば、５０μｍ×５０μｍであってよい。単位断面に対して、ＦＥ‐ＳＥＭに付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）による点分析を行い、単位断面における灰色の領域がＲ‐Ｔ相３であることを確認する。反射電子像の灰色の領域において、希土類元素Ｒの含有量と遷移金属元素Ｔの含有量との比は１：２であってよい。反射電子像の濃淡に閾値を設けることにより、Ｒ‐Ｔ相３のみを抽出する。画像解析法により、単位断面の面積Ａ_０と、単位断面におけるＲ‐Ｔ相３の面積Ａ_Ｌとが求められる。Ａ_０とＡ_Ｌとから、Ａ_Ｌ／Ａ_０が求められる。

希土類元素Ｒは、Ｎｄ及びＣｅに加えて、その他の希土類元素をさらに含んでもよい。その他の希土類元素は、例えば、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）及びＴｂ（テルビウム）からなる群より選ばれる少なくも一種であってよい。希土類元素Ｒは、Ｎｄ及びＣｅのみからなっていてもよい。［Ｒ］は、１１．０～１８．０原子％であってよい。永久磁石１０におけるＮｄの含有量［Ｎｄ］は、４．４～１６．２原子％、又は６．２～１４．０原子％であってよい。［Ｃｅ］は、１．１～１０．８原子％、又は１．６～９．３原子％であってよい。

遷移金属元素Ｔは、Ｆｅに加えて、Ｃｏ（コバルト）をさらに含んでもよく、その他の遷移金属元素をさらに含んでもよい。その他の遷移金属元素は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）等であってよい。遷移金属元素Ｔは、Ｆｅ及びＣｏのみからなっていてもよい。［Ｔ］は、７６．５～８４．３原子％であってよい。永久磁石１０におけるＦｅの含有量［Ｆｅ］は、７１．５～８４．３原子％、又は７７．３～７９．３原子％であってよい。永久磁石１０におけるＣｏの含有量［Ｃｏ］は、０．０～５．０原子％又は０．０～０．５原子％であってよい。［Ｃｏ］が５．０原子％以下である場合、Ｒ‐Ｔ相３中の主な遷移金属元素ＴはＦｅであるため、Ｒ－Ｔ相３が高い靭性を有し易く、永久磁石１０の抗折強度が高まり易い。［Ｃｏ］が小さいほど、Ｒ－Ｔ相３が高い靭性を有し易く、永久磁石１０の抗折強度が高まり易い。一方、［Ｃｏ］が５．０原子％を超える場合、Ｒ‐Ｔ相３中の主な遷移金属元素ＴがＣｏになり易く、Ｒ－Ｔ相３の靭性が低下し、永久磁石１０の抗折強度が低下する傾向がある。

［Ｂ］は、４．３２～５．９３原子％、又は４．４～５．６原子％であってよい。

［Ｃｅ］／［Ｒ］は、０．１～０．６、０．１５～０．６又は０．１５～０．３０であってよい。［Ｃｅ］／［Ｒ］が上記範囲内である場合、永久磁石１０の抗折強度が高くなり易い。

［Ｔ］／［Ｂ］は、１４．０～１８．０、又は１５．５～１７．０であってよい。［Ｔ］／［Ｂ］が上記範囲内である場合、Ｒ‐Ｔ相３の生成が促進されて永久磁石１０の抗折強度が高くなり易い。

永久磁石１０は、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）、Ａｇ（銀）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓｎ（錫）及びＢｉ（ビスマス）等の元素をさらに含んでもよい。

元素Ｘは、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群より選択される少なくとも一種であってよい。永久磁石１０における元素Ｘの含有量の合計［Ｘ］は、０．０～０．４原子％、０．０～０．２原子％、又は０．０～０．１原子％であってよい。［Ｘ］が０．４原子％以上であると、Ｎｄを主体とするＲリッチ相が、Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相に改質され易い。Ｒ_６Ｔ_１３Ｘ相の硬度は高い。その結果、永久磁石１０の粒界相の硬度が高くなり、永久磁石１０を所定の形状に加工する際に、永久磁石１０の一部が欠けて、永久磁石１０から欠落したカケ（破片、ｆｒａｇｍｅｎｔ）が生じ易い。［Ｘ］が上記範囲内である場合、Ｒリッチ相が、硬度が高いＲ_６Ｔ_１３Ｘ相に改質され難いため、永久磁石１０を所定の形状に加工する際に、永久磁石１０にカケが生じ難い。

永久磁石１０の組成は、蛍光Ｘ線分析法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析法、不活性ガス融解‐非分散型赤外線吸収法、酸素気流中燃焼‐赤外吸収法、不活性ガス融解‐熱伝導度法等によって特定されてよい。

（永久磁石の製造方法）
永久磁石１０の製造方法は、以下の通りであってよい。所望の永久磁石１０の組成に一致するように出発原料を秤量する。出発原料は、例えば、金属、合金又は酸化物であってよい。出発原料として、酸化物を用いる場合、永久磁石１０の製造過程のいずれかの時点において、酸素を除去するための還元処理を実施すればよい。ただし、永久磁石１０の組成を容易に制御するためには、出発原料として酸化物を用いないほうがよい。

下記のストリップキャスト法、高周波誘導溶解法、アーク溶解法、その他の溶解法により、上記の出発原料から原料合金を作製してよい。還元拡散法によって出発原料から原料合金を作製してもよい。原料合金の酸化を抑制するために、ストリップキャスト法等の溶解法を非酸化雰囲気中で実施してよい。非酸化雰囲気は、例えば、真空、又はＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスであってよい。

ストリップキャスト法では、上記出発原料を非酸化雰囲気中で溶解して、溶湯（原料合金の融液）を作製する。溶湯を非酸化雰囲気中で回転するロールの表面へ出湯（ｐｏｕｒ）する。金属ロールは水冷等で冷却されているので、溶湯がロールの表面で急冷され、凝固する。ロールから剥離した合金を破砕することで薄板又は薄片（鱗片）状の原料合金が得られる。ロールは、例えば、銅製であってよい。

上記の溶解及び急冷によって得られた原料合金を粉砕して、粗粉末を得る。原料合金の粉砕方法は、例えば、水素粉砕であってよい。水素粉砕では、原料合金を水素雰囲気に置いて、原料合金に水素を吸蔵させる。原料合金が水素を吸蔵すると、原料合金の体積が膨張する。また、原料合金に含まれる金属の水素化反応が生じて、原料合金が脆くなる。その結果、原料合金にクラックが生じて、原料合金が粉砕される。粗粉末の粒径は、例えば、１０～１０００μｍであってよい。

粗粉末を加熱することにより、粗粉末の脱水素を行ってよい。脱水素温度は、４００～６００℃であってよい。脱水素時間は、０．５～２０時間であってよい。

粗粉末を粉砕して、微粉末を得る。粗粉末を粉砕する前に、粗粉末に潤滑剤を添加してよい。粗粉末に潤滑剤を添加することにより、粗粉末を粉砕するときに、粗粉末同士が凝集し難く、粗粉末が粉砕装置の内壁に融着し難い。潤滑剤は、例えば、エステル系の有機物、アミド系の有機物であってよい。アミド系の有機物は、例えば、オレイン酸アミドであってよい。粗粉末は、気流式粉砕機（ジェットミル）等により粉砕してよい。ジェットミルによる粉砕では、粗粉末が、不活性ガスの気流によって加速された後、硬質のセラミック板に衝突することによって粉砕される。得られた微粉末は、ジェットミルの粒子捕集部（サイクロン）から回収される。不活性ガスは、窒素ガス等であってよい。微粉末の粒径は、例えば、０．５～１０μｍであってよい。

微粉末を成型機の成形空間（キャビティ）に入れ、微粉末を磁場中で加圧することにより、成形体を得る。加圧方向は、磁場方向に対して垂直な方向であってよい。磁場の強さは、例えば、９６０～１６００ｋＡ／ｍであってよい。微粉末に加える圧力は、例えば、１０～５００ＭＰａであってよい。

成形体を焼結して、焼結体を得る。焼結温度は、例えば、９００～９６０℃であってよい。焼結時間は、例えば、１０～５０時間であってよい。成形体の焼結は、減圧雰囲気、不活性雰囲気等で行ってよい。焼結の温度及び時間が上記範囲内である場合、液相の焼結中に、主相粒子１１に含まれるＣｅが粒界相９に放出され易く、粒界相９にＲ‐Ｔ相３が生成し易い。一方、高い焼結温度（例えば、１０００℃以上）で焼結した場合、主相における粗大粒の割合が多くなり易くなるのに加えて、Ｒ‐Ｔ相３の生成量が低下し易いため、永久磁石の抗折強度が低下し易い。

焼結体に時効処理を施すことにより、永久磁石１０を得る。時効処理では、焼結体を加熱する。時効処理の温度は、例えば、４５０～９５０℃であってよい。時効処理の時間は、例えば、０．１～１００時間であってよい。時効処理は、減圧雰囲気、不活性雰囲気等で行ってよい。時効処理を施すことにより、永久磁石１０の保磁力がより高くなり易い。時効処理は、１段階の熱処理工程から構成されても、２段階以上の熱処理工程から構成されてもよい。例えば、比較的高温で加熱した後、比較的低温で加熱してもよい。この場合、永久磁石１０の保磁力がより高くなり易い。

必要に応じて、得られた永久磁石１０を所定の形状に加工してもよい。加工方法は、例えば、切断、研削などの形状加工、又は、バレル研磨などの面取り加工等であってよい。例えば、磁気特性を精密に測定するため、測定試料となる永久磁石１０の表面を平坦に加工してよい。表面が平坦であることにより、測定試料の正確な寸法が得られる。表面を平坦に加工する方法は、例えば、湿式法、乾式法等であってよい。加工時間が短く、加工費用が安いことから、湿式法が好ましい。

必要に応じて、焼結体の表面に保護層を形成してもよい。保護層は、例えば、樹脂層、又は無機物層（例えば、金属層若しくは酸化物層）であってよい。保護層の形成方法は、例えば、めっき法、塗布法、蒸着重合法、気相法、又は化成処理法であってよい。

（回転機）
本実施形態に係る回転機は、上記の永久磁石１０ａを備える。回転機の内部構造の一例は、図３に示される。本実施形態に係る回転機２００は、永久磁石同期回転機（ＳＰＭ回転機）である。回転機２００は、円筒状のロータ５０と、ロータ５０の内側に配置されるステータ３０と、を備えている。ロータ５０は、円筒状のコア５２と、コア５２の内周面に沿って配置された複数の永久磁石１０ａと、を有している。複数の永久磁石１０ａは、コア５２の内周面に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置されている。ステータ３０は、その外周面に沿って設けられた複数のコイル３２を有している。コイル３２と永久磁石１０ａとは互いに対面するように配置されている。

回転機２００は、電動機（モータ）であってよい。電動機は、コイル３２への通電によって生成する電磁石による界磁と、永久磁石１０ａによる界磁と、の相互作用により、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する。回転機２００は、発電機（ジェネレータ）であってもよい。発電機は、永久磁石１０ａによる界磁とコイル３２との相互作用（電磁誘導）により、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。

電動機（モータ）として機能する回転機２００は、例えば、永久磁石直流モータ、リニア同期モータ、永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ、ＩＰＭモータ）、又は往復動モータであってよい。往復動モータとして機能するモータは、例えば、ボイスコイルモータ、又は振動モータであってよい。発電機（ジェネレータ）として機能する回転機２００は、例えば、永久磁石同期発電機、永久磁石整流子発電機、又は永久磁石交流発電機であってよい。回転機２００は、自動車、産業機械、又は家庭用電化製品等に用いられてよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の種々の変更が可能であり、これ等の変更例も本発明に含まれる。例えば、本発明に係る永久磁石は、熱間加工法、成膜法、又は放電プラズマ焼結（Ｓｐａｒｋ Ｐｌａｓｍａ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）法等によって製造されてもよい。

以下では、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
以下に示す方法により、永久磁石を作製した。永久磁石の出発原料（単体又は合金）として、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＦｅＢ、Ｃｕ、及びＡｌを準備した。各出発原料の純度は９９．９質量％であった。永久磁石の組成が１４．０原子％Ｎｄ‐１．６原子％Ｃｅ‐７８．１原子％Ｆｅ‐０．５原子％Ｃｏ‐５．６原子％Ｂ‐０．２原子％Ａｌ‐０．１原子％Ｃｕとなるように、各出発原料を秤量して混合し、混合原料を調製した。ストリップキャスト法により、混合原料の溶湯をロールの表面で急冷し、破砕することにより、合金の薄片を得た。

水素粉砕により薄片を粉砕して、粗粉末を得た。

粗粉末に潤滑剤を添加した。潤滑剤はオレイン酸アミドであった。粗粉末における潤滑剤の含有率は０．１質量％であった。潤滑剤を添加した粗粉末を、高圧の窒素ガス雰囲気中でジェットミルにより粉砕して、微粉末を得た。

微粉末を成型機内の成型空間（キャビティ）に入れた。磁場中で微粉末を加圧して成形し、成形体を得た。加圧方向は、磁場方向に対して垂直な方向であった。磁場の強さは１５×（１０^３／４π）ｋＡ／ｍであった。微粉末に加えた圧力は１４０ＭＰａであった。

成形体を焼結して、焼結体を得た。焼結温度は９６０℃であった。焼結時間は１６時間であった。内周刃加工により、焼結体を直方体の形状に加工した。加工後の焼結体の体積及び重量を測定し、相対密度を算出した。その結果、焼結体の相対密度が９９．０％以上であることが確認された。また、焼結体の破断面を光学顕微鏡で観察した。その結果、粗大粒は確認されなかった。焼結体の相対密度、及び、焼結体の断面組織の観察から、適切な温度条件で成形体を焼結できたことが確認された。

焼結体を加熱することにより、焼結体に時効処理を施して、実施例１の永久磁石を得た。時効処理の温度は７００℃であった。時効処理の時間は１時間であった。

［組成の分析］
蛍光Ｘ線分析法により、実施例１の永久磁石におけるＮｄ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、及びＣｕそれぞれの含有量（単位：原子％）を測定した。ＩＣＰ発光分析法により、実施例１の永久磁石におけるＢの含有量（単位：原子％）を測定した。Ｎｄの含有量［Ｎｄ］と、Ｃｅの含有量［Ｃｅ］とを合計して、希土類元素Ｒの含有量の合計［Ｒ］を求めた。Ｆｅの含有量［Ｆｅ］と、Ｃｏの含有量［Ｃｏ］とを合計して、遷移金属元素Ｔの含有量の合計［Ｔ］を求めた。［Ｃｅ］／［Ｒ］、及び［Ｔ］／［Ｂ］を求めた。なお、上記の各含有量は、上記で測定された全ての元素の含有量の合計１００原子％を基準として算出された。各結果を表１に示す。下記表中のａｔ％は、原子％を意味する。ＴＲＥは、［Ｒ］を意味する。

［Ａ_Ｌ／Ａ_０］
実施例１の永久磁石を切断した。切断面が露出するように、切断後の永久磁石をエポキシ系樹脂に埋め込んだ。研磨紙の番手を低いものから高いものに変えながら永久磁石を研磨した。各研磨紙は市販の研磨紙であった。最後にバフとダイヤモンド砥粒とを用いて、永久磁石の断面を研磨した。バフとダイヤモンド砥粒とを用いた研磨では、粒界相成分が腐食することを避けるため、水などの液体を用いなかった。

研磨後の永久磁石の断面にイオンミリング処理を施すことにより、断面上の酸化膜及び窒化膜等を除去した。その後、ＦＥ‐ＳＥＭを用いて、永久磁石の断面の反射電子像を撮影した。ＦＥ‐ＳＥＭで撮影された実施例１の永久磁石の断面の反射電子像を図３に示す。反射電子像のコントラストに基づいて、反射電子像における単位断面に複数の粒界相成分が含まれていることを確認した。単位断面の寸法は、５０μｍ×５０μｍであった。単位断面に対して、ＥＤＳによる点分析を行った。ＥＤＳによる点分析では、原料合金の作製に用いた出発原料の元素を分析の対象とした。ＥＤＳによる点分析により算出したＲとＴの比率から、単位断面内の粒界相にＲ‐Ｔ相（ＲＴ_２相）が含まれていることを確認した。

単位断面におけるＲ‐Ｔ相（ＲＴ_２相）を、反射電子像の濃淡に閾値を設けることにより抽出した。画像解析法により、単位断面の面積Ａ_０と、単位断面におけるＲ‐Ｔ相の面積Ａ_Ｌを求めた。Ａ_０とＡ_Ｌとから、Ａ_Ｌ／Ａ_０を求めた。結果を表１に示す。

［抗折強度］
実施例１の永久磁石を加工して、測定用の試料を１０個得た。各試料の形状は直方体であった。各試料の寸法は、１６．０ｍｍ×４．５ｍｍ×厚さ２．０ｍｍであった。各試料の厚さ方向は、磁場異方化方向と一致していた。なお、各試料には表面処理は施されていない。各試料に対して抗折強度試験を個別に実施した。抗折強度試験では、万能試験機を用いて３点曲げ試験を実施した。３点曲げ試験では、試料の表面の中央に、厚さ方向に荷重を加えて、抗折強度（単位：ＭＰａ）を測定した。測定条件は、下記の通りであった。１０個の試料の抗折強度の平均値を求めた。結果を表１に示す。抗折強度は、３５０ＭＰａ以上であることが好ましく、４００ＭＰａ以上であることがより好ましい。
ＬｏａｄｅＩＩ（荷重）：５００ｋｇｆ
加重スピード：０．５ｍｍ／分以下
支点間距離：１５ｍｍ

［自由落下試験］
内周刃加工により、実施例１の永久磁石を加工して、試験用の試料を１０個得た。各試料の寸法は、１０．０ｍｍ×１０．０ｍｍ×１０．０ｍｍであった。試験前の各試料の質量Ｍ_０を測定した。各試料を個別に高さ１０００ｍｍから落下させ、平坦なコンクリートの表面に衝突させた。試験後の各試料の質量Ｍ_１を測定した。各試料の質量変化１００×（Ｍ_０－Ｍ_１）／Ｍ_０（単位：％）を求めた。１００×（Ｍ_０－Ｍ_１）／Ｍ_０が０．１以下であった試料の個数を表１に示す。

（実施例２～１９、比較例１～５）
永久磁石の組成が表１～４に示す組成となるように、実施例２～１９、比較例１～５それぞれの各出発原料を秤量した。以下の手順により、適切に焼結された焼結体（実施例２～１９、比較例１～５それぞれの焼結体）を得た。実施例１と同様の方法により、複数の成形体を個別に作製した。焼結温度を９００℃から９６０℃まで１０℃刻みで変化させて、複数の焼結体を個別に作製した。実施例１と同様の方法により、各焼結体の相対密度を測定し、各焼結体の断面組織を観察した。焼結体の相対密度が９９．０％以上であり、かつ焼結体の破断面に粗大粒が確認されなかった焼結体を、適切に焼結された焼結体と判断した。

以上の点を除いて、実施例１と同様の方法により、実施例２～１９及び比較例１～５それぞれの永久磁石を個別に作製した。なお、実施例７～１９では、出発原料（単体又は合金）として、さらにＧａ、Ｓｉ、Ｓｎ、又はＢｉを用いた。

実施例１と同様の方法により、実施例２～１９及び比較例１～５それぞれの永久磁石の組成を分析した。出発原料に用いた元素を分析の対象とした。結果を表１～４に示す。

実施例１と同様の方法により、実施例２～１９及び比較例１～５それぞれの永久磁石のＡ_Ｌ／Ａ_０を測定した。結果を表１～４に示す。

実施例１と同様の方法により、実施例２～１９及び比較例１～５それぞれの永久磁石の抗折強度を測定した。結果を表１～４に示す。

実施例１と同様の方法により、実施例２～１９及び比較例１～５それぞれの自由落下試験を実施した。結果を表１～４に示す。

表１～３に示される実験群１～３それぞれのＡ_Ｌ／Ａ_０と抗折強度との関係を図５に示す。実験群１の［Ｃｅ］／［Ｒ］と抗折強度との関係を図６に示す。実験群２の［Ｔ］／［Ｂ］と抗折強度との関係を図７に示す。

表１～４に示すように、全ての実施例の抗折強度は３５０ＭＰａ以上であった。一方、抗折強度が３５０ＭＰａ以上である比較例はなかった。本発明によれば、抗折強度が高い永久磁石が提供されることが確認された。

比較例１では、Ｒ‐Ｔ相が生成しなかったため、抗折強度が低かったと考えられる。

比較例２では、Ｒ‐Ｔ相の生成量が少なかったため、抗折強度が低かったと考えられる。

比較例３では、Ｃｅの量が多かったため、ＣｅリッチなＲリッチ相が多く生成し、Ｒ‐Ｔ相の生成割合が少なくなり、抗折強度が低下したと考えられる。

比較例４では、永久磁石におけるＢの含有量が多かったため、粒界相のＲ‐Ｔ相の生成量が少なかった。そのため、抗折強度が低かったと考えられる。

比較例５では、Ｒ‐Ｔ相（ＲＴ_２相）よりも遷移金属元素Ｔを多く含むＲ_２Ｔ_１７相粒子が割れの起点となり、抗折強度が低かったと考えられる。

実施例７～１６では、永久磁石が元素Ｘを含有することにより、Ｎｄが主体のＲリッチ相の一部がＲ_６Ｔ_１３Ｘ相に改質され易かった。その結果、粒界相の硬度が高くなり、自由落下試験においてカケが生じ易い傾向にあったと考えられる。一方、永久磁石が元素Ｘを含有しても、Ｒ‐Ｔ相（ＲＴ_２相）は改質されないため、Ａ_Ｌ／Ａ_０は変化しないと考えられる。よって、永久磁石が元素Ｘを含有しても、永久磁石の抗折強度は低下しないと考えられる。

本発明に係る永久磁石は、例えば、回転機に用いられる。

３…Ｒ‐Ｔ相、５…Ｒリッチ相、７…異相、９…粒界相、１０，１０ａ…永久磁石、１０ｃｓ…永久磁石の断面、１１…主相粒子、３０…ステータ、３２…コイル、５２…コア、２００…回転機。

Claims (7)

1. 希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有する複数の主相粒子と、
   前記複数の主相粒子の間に位置する粒界相と、を備える永久磁石であって、
   前記希土類元素Ｒが、Ｎｄ及びＣｅのみであり、又は前記希土類元素Ｒが、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄからなる群より選ばれる少なくも一種とＮｄ及びＣｅのみであり、
   前記遷移金属元素Ｔが、少なくともＦｅを含み、
   前記永久磁石における前記希土類元素Ｒの含有量の合計が［Ｒ］原子％であり、
   前記永久磁石における前記遷移金属元素Ｔの含有量の合計が［Ｔ］原子％であり、
   前記永久磁石におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％であり、
   前記永久磁石におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％であり、
   ［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１～０．６であり、
   ［Ｔ］／［Ｂ］が１４～１８であり、
   前記粒界相が、前記希土類元素Ｒ及び前記遷移金属元素Ｔの金属間化合物を含有するＲ‐Ｔ相を含み、
   前記永久磁石の単位断面の面積がＡ_０であり、
   前記単位断面における前記Ｒ‐Ｔ相の面積の合計がＡ_Ｌであり、
   Ａ_Ｌ／Ａ_０が０．０５～０．５である、
   永久磁石。
2. 元素Ｘが、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群より選択される少なくとも一種であり、
   前記永久磁石における前記元素Ｘの含有量の合計が０．０～０．４原子％である、
   請求項１に記載の永久磁石。
3. 前記［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１５～０．６である、
   請求項１又は２に記載の永久磁石。
4. 前記永久磁石におけるＣｏの含有量が０．０～５．０原子％である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の永久磁石。
5. 前記金属間化合物が、Ｎｄ_１－γＣｅ_γＦｅ_２－δＣｏ_δと表され、
   γが、０以上１以下であり、
   δが、０以上２以下である、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の永久磁石。
6. 前記単位断面が、複数の前記粒界相を含み、
   前記Ａ _０ が、５０μｍ×５０μｍである、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の永久磁石。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の永久磁石を備える回転機。

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