(57)【要約】【課題】Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも高い保磁力と高い角型比とを兼ね備える焼結磁石、及び当該焼結磁石を備える回転機を提供すること。【解決手段】焼結磁石は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有する焼結磁石であって、希土類元素Ｒが、少なくともＮｄ、Ｙ及びＣｅを含み、遷移金属元素Ｔが、少なくともＦｅを含み、焼結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、焼結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、焼結磁石におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％であり、焼結磁石におけるＹの含有量が［Ｙ］原子％であり、焼結磁石におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％であり、［Ｙ］／［Ｒ］が０．０５〜０．２５であり、［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１０〜０．５５であり、［Ｔ］／［Ｂ］が１４〜１８である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有する焼結磁石であって、
前記希土類元素Ｒが、少なくともＮｄ、Ｙ及びＣｅを含み、
前記遷移金属元素Ｔが、少なくともＦｅを含み、
前記焼結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、
前記焼結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、
前記焼結磁石におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％であり、
前記焼結磁石におけるＹの含有量が［Ｙ］原子％であり、
前記焼結磁石におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％であり、
［Ｙ］／［Ｒ］が０．０５〜０．２５であり、
［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１０〜０．５５であり、
［Ｔ］／［Ｂ］が１４〜１８である、
焼結磁石。
【請求項２】
前記焼結磁石におけるＣの含有量が０．００〜０．２５質量％であり、
前記焼結磁石におけるＮの含有量が０．００〜０．２５質量％であり、
前記焼結磁石におけるＯの含有量が０．００〜０．２５質量％である、
請求項１に記載の焼結磁石。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の焼結磁石を備える回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結磁石及び回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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系焼結磁石は、優れた磁気特性を有する。Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系焼結磁石の主相は、例えば、正方晶のＲ２Ｔ１４Ｂ化合物を含有する。Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系焼結磁石は、高性能な永久磁石である。
【０００３】
希土類元素ＲとしてＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、又はＨｏを含有するＲ‐Ｔ‐Ｂ系焼結磁石は、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系焼結磁石は、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系焼結磁石の資源量は多い。そのため、Ｎｄ‐Ｆｅ‐Ｂ系焼結磁石は、民生機器、産業機器、輸送機器などに広く用いられている。
【０００４】
今後、Ｎｄ‐Ｆｅ‐Ｂ系焼結磁石の需要が増加することが予想される。そのため、Ｎｄの価格が高騰する可能性がある。そこで、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系焼結磁石に含まれるＮｄの一部をＣｅに置換することが試みられている。Ｃｅの価格は低く、Ｃｅの資源量は多い。例えば、特許文献１に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系焼結磁石は、Ｃｅを含有する粒界相を有する。この粒界相は、二合金法により形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０４３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の焼結磁石の保磁力ＨｃＪは高いが、この焼結磁石のヒステリシスループの角型比は低下し易い。そのため、この焼結磁石をモータ（回転機）に組み込むと、モータの出力が低下し易い。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも高い保磁力と高い角型比とを兼ね備える焼結磁石、及び当該焼結磁石を備える回転機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る焼結磁石（希土類磁石）は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素Ｂを含有する焼結磁石であって、希土類元素Ｒが、少なくともＮｄ、Ｙ及びＣｅを含み、遷移金属元素Ｔが、少なくともＦｅを含み、焼結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、焼結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、焼結磁石におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％であり、焼結磁石におけるＹの含有量が［Ｙ］原子％であり、焼結磁石におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％であり、［Ｙ］／［Ｒ］が０．０５〜０．２５であり、［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１０〜０．５５であり、［Ｔ］／［Ｂ］が１４〜１８である。
【０００９】
本発明の一側面に係る上記焼結磁石では、焼結磁石におけるＣの含有量が０．００〜０．２５質量％であってよく、焼結磁石におけるＮの含有量が０．００〜０．２５質量％であってよく、焼結磁石におけるＯの含有量が０．００〜０．２５質量％であってよい。
【００１０】
本発明の一側面に係る回転機は、上記焼結磁石を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも高い保磁力と高い角型比とを兼ね備える焼結磁石、及び当該焼結磁石を備える回転機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る焼結磁石１０（焼結体）の模式的な斜視図であり、図１中の（ｂ）は、図１中の（ａ）に示される焼結磁石１０の断面１０ｃｓの模式図（ｂ−ｂ線方向の矢視図）である。
【図２】図２は、図１中の（ｂ）に示される焼結磁石１０の断面１０ｃｓの一部ＩＩの拡大図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る回転機の模式的な斜視図である。
【図４】図４は、実験群１の［Ｔ］／［Ｂ］とＨｃＪとの関係を示す図である。
【図５】図５は、実験群１の［Ｔ］／［Ｂ］と角型比との関係を示す図である。
【図６】図６は、実験群２‐１〜２‐４それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］とＨｃＪとの関係を示す図である。
【図７】図７は、実験群２‐１〜２‐４それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］と角型比との関係を示す図である。
【図８】図８は、実験群３の［Ｃｅ］／［Ｒ］とＨｃＪとの関係を示す図である。
【図９】図９は、実験群３の［Ｃｅ］／［Ｒ］と角型比との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、実験群４‐１及び４‐２それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］とＨｃＪとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、実験群４‐１及び４‐２それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］と角型比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
本実施形態に係る焼結磁石１０の全体は、図１中の（ａ）に示される。焼結磁石１０の断面１０ｃｓは、図１中の（ｂ）に示される。図２は、焼結磁石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、焼結磁石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、を備えてよい。つまり、焼結磁石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。
【００１５】
焼結磁石１０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。主相粒子１１は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びＢを含有してよい。希土類元素Ｒは、少なくともＮｄ（ネオジム）、Ｙ（イットリウム）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。焼結磁石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。焼結磁石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。焼結磁石１０におけるＢの含有量が［Ｂ］原子％と表される。焼結磁石１０におけるＹの含有量が［Ｙ］原子％と表される。焼結磁石１０におけるＣｅの含有量が［Ｃｅ］原子％と表される。［Ｙ］／［Ｒ］は０．０５〜０．２５である。［Ｃｅ］／［Ｒ］は０．１０〜０．５５である。［Ｔ］／［Ｂ］は１４〜１８である。
【００１６】
本発明者らは、希土類元素Ｒの一部をＣｅで置換した焼結磁石の保磁力を高める方法を検討した。焼結磁石における主相粒子は、例えば、正方晶のＲ２Ｔ１４Ｂ化合物である。Ｒ２Ｔ１４ＢにおけるＢに対するＴの化学量論比は１４である。本発明者らは、［Ｔ］／［Ｂ］が上記化学量論比である１４以上、且つ１８以下であることにより、高い保磁力が得られることを見出した。しかしながら、［Ｔ］／［Ｂ］が上記範囲内であるだけでは、焼結磁石の角型比が低下し易い。［Ｔ］／［Ｂ］が１４以上である場合、粒界相にＲ２Ｔ１７相が析出し易いため、焼結磁石の角型比が低下し易いと考えられる。焼結磁石がＣｅを含有しない場合、液相焼結を十分に高温で実施することにより、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質することができる。しかしながら、希土類元素Ｒの一部をＣｅで置換した場合、主相の液相化温度が低下するため、液相焼結の温度が比較的低い場合でも主相が異常粒成長により粗大化し、保磁力などの磁気特性が低下する。磁気特性の低下を防ぐため、液相焼結を比較的低温で実施せざるを得ず、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質することができないと考えられる。そこで、本発明者らは、［Ｔ］／［Ｂ］が１４〜１８であることに加えて、［Ｙ］／［Ｒ］が０．０５〜０．２５であり、且つ［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１０〜０．５５であることにより、高い保磁力と高い角型比との両方が得られることを見出した。焼結磁石１０の保磁力が高く、角型比が高い理由は以下の通りである、と本発明者らは考える。焼結磁石１０では、［Ｙ］／［Ｒ］が０．０５〜０．２５であり、主相のＲの一部がＹに置換されることで主相の液相化温度が高くなり、主相粒子１１の粗大化が抑制されて比較的高温で液相焼結が可能となる。その結果、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質することができ、焼結磁石１０の角型比が高くなる。また、［Ｃｅ］／［Ｒ］が０．１０〜０．５５であり、主相におけるＣｅの置換量が多すぎないため、主相の液相化温度が低下し難い。その結果、Ｒ２Ｔ１７相を改質するのに十分高温で焼結を実施できるため、焼結磁石１０の角型比が低下し難い。以上のことから、希土類元素Ｒの一部をＣｅで置換しても、高い保磁力と高い角型比とを両立することができる。なお、焼結磁石１０の保磁力が高く、角型比が高い理由は、上記理由に限定されない。
【００１７】
希土類元素Ｒは、Ｎｄ、Ｙ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、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、Ｙ及びＣｅのみからなっていてもよい。［Ｒ］は、１１〜１８原子％であってよい。焼結磁石１０におけるＮｄの含有量［Ｎｄ］は、２．２〜１４．４原子％であってよい。［Ｙ］は、０．５５〜４．５原子％であってよい。［Ｃｅ］は、１．１〜９．９原子％であってよい。
【００１８】
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。焼結磁石１０におけるＦｅの含有量［Ｆｅ］は、７１．５〜８４．３原子％であってよい。焼結磁石１０におけるＣｏの含有量［Ｃｏ］は、０〜５原子％であってよい。
【００１９】
［Ｂ］は、４．３２〜５．９３原子％、又は４．６５〜５．４１原子％であってよい。
【００２０】
［Ｙ］／［Ｒ］は、０．０５〜０．２５、又は０．０５〜０．１５であってよい。［Ｙ］／［Ｒ］が上記範囲内である場合、焼結磁石１０の角型比が高くなり易い。
【００２１】
［Ｃｅ］／［Ｒ］は、０．１０〜０．５５、又は０．１〜０．４であってよい。［Ｃｅ］／［Ｒ］が上記範囲内である場合、主相中のＲがＣｅで置換されても焼結磁石１０の保磁力が大幅に低下し難い。
【００２２】
［Ｔ］／［Ｂ］は、１４．０〜１８．０、又は１５．５〜１８．０であってよい。［Ｔ］／［Ｂ］が上記範囲内である場合、焼結磁石１０の保磁力が高くなり易い。
【００２３】
焼結磁石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。
【００２４】
焼結磁石１０におけるＣ（炭素）の含有量は、０．００〜０．２５質量％、又は０．００〜０．１０質量％であってよい。焼結磁石１０におけるＮ（窒素）の含有量は０．００〜０．２５質量％、又は０．００〜０．１０質量％であってよい。焼結磁石１０におけるＯ（酸素）の含有量は０．００〜０．２５質量％、又は０．００〜０．１０質量％であってよい。Ｃ、Ｎ及びＯそれぞれの含有量が上記範囲内である場合、粒界相にＹ‐ＯＣＮ相が生成し難く、主相におけるＹの置換量が低下し難い。その結果、主相の液相化温度が高くなり易く、比較的高温での液相焼結によりＲ２Ｔ１７相を主相へと改質できるため、焼結磁石１０の角型比が高くなり易い。Ｙ‐ＯＣＮ相は、例えば、酸化イットリウム、炭化イットリウム、及び窒化イットリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。
【００２５】
焼結磁石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。
【００２６】
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）を含んでよい。希土類元素Ｒは、少なくともＮｄ（ネオジム）、Ｙ（イットリウム）及びＣｅ（セリウム）を含む。つまり、Ｎｄの一部が、Ｙ及び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Ｒ２Ｔ１４Ｍ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、Ｒ２Ｔ１４Ｍは、Ｎｄ２−ｘ−ｙＹｘＣｅｙＦｅ１４−ｓＣｏｓＢ１−ｔＣｔと表されてよい。ｘ＋ｙは、０より大きく２未満である。ｘは、０より大きく２未満である。ｙ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、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを含んでよい。例えば、主相粒子１１は、Ｙ２Ｆｅ１４Ｂを含んでもよい。例えば、主相粒子１１は、Ｃｅ２Ｆｅ１４Ｂを含んでもよい。
【００２７】
図２に示されるように、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を含んでよい。粒界相９は、Ｒリッチ相５、異相７、Ｒ６Ｔ１３Ｅ相等を含んでもよい。元素Ｅ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Ｒ６Ｔ１３Ｅ相それぞれの定義は、下記の通りであってよい。
【００２８】
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Ｅの含有量の合計が［Ｅ］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≦［Ｅ］Ｌ／（［Ｒ］Ｌ＋［Ｔ］Ｌ＋［Ｅ］Ｌ）≦０．０３      （３）
【００２９】
Ｒ‐Ｔ相３は、例えば、ＲＴ２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、ＲＴ２であってよい。ＲＴ２は、Ｎｄ1−γＣｅγＦｅ２−δＣｏδ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。ＲＴ２は、例えば、ＮｄＦｅ２、又はＣｅＦｅ２であってよい。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。
【００３０】
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）
【００３１】
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３０〜１００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）
【００３２】
Ｒ６Ｔ１３Ｅ相におけるＣの含有量が［Ｃ］Ａ原子％と表される。Ｒ６Ｔ１３Ｅ相におけるＮの含有量が［Ｎ］Ａ原子％と表される。Ｒ６Ｔ１３Ｅ相におけるＯの含有量が［Ｏ］Ａ原子％と表される。Ｒ６Ｔ１３Ｅ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。Ｒ６Ｔ１３Ｅ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。Ｒ６Ｔ１３Ｅ相における元素Ｅの含有量の合計が［Ｅ］Ａ原子％と表される。Ｒ６Ｔ１３Ｅ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＜［Ｅ］Ａ／（［Ｒ］Ａ＋［Ｔ］Ａ＋［Ｅ］Ａ）≦１．００      （９）
【００３３】
（焼結磁石の製造方法）
焼結磁石１０の製造方法は、以下の通りであってよい。所望の焼結磁石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、焼結磁石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、焼結磁石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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、３００〜４００℃であってよい。脱水素時間は、０．５〜２０時間であってよい。粗粉末の脱水素を上記範囲の温度及び時間で行うことにより、従来の方法に比べて、粗粉末及び後述の成形体に残存する水素の量が適度に増え易い。そのため、後述の成形体を焼結して焼結体を得る過程で、成形体に含まれる水素と、成形体に含まれるＣ、Ｎ及びＯのそれぞれとが結合して、これらの元素が成形体の外へ放出され易い。その結果、焼結体におけるＣ、Ｎ、及びＯそれぞれの含有量が少なくなり易い。焼結体におけるＣ、Ｎ、及びＯそれぞれの含有量が少ないと、Ｙ‐ＯＣＮなどの異相の析出が抑制され、主相におけるＹの置換量が増加し易く、主相の液相化温度が高くなり易い。そのため、高温での液相焼結によりＲ２Ｔ１７相を主相へと改質することができ、焼結磁石１０の角型比が高くなり易い。
【００３８】
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、アルゴン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。
【００３９】
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。
【００４０】
成形体を焼結して、焼結体を得る。焼結温度は、例えば、１０００〜１２００℃であってよい。焼結時間は、例えば、０．１〜１００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。
【００４１】
焼結体に時効処理を施すことにより、焼結磁石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、焼結磁石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、焼結磁石１０の保磁力がより高くなり易い。
【００４２】
必要に応じて、得られた焼結磁石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、測定試料となる焼結磁石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。
【００４３】
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。
【００４４】
（回転機）
本実施形態に係る回転機は、上記の焼結磁石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焼結磁石１０ａと、を有している。複数の焼結磁石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と焼結磁石１０ａとは互いに対面するように配置されている。
【００４５】
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、焼結磁石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、焼結磁石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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【実施例】
【００４８】
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。
【００４９】
（実施例１）
以下に示す方法により、焼結磁石を作製した。焼結磁石の出発原料（単体又は合金）として、Ｎｄ、Ｙ、Ｃｅ、Ｆｅ、ＦｅＢ、Ｃｏ、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。焼結磁石の組成が１３．６０原子％Ｎｄ‐０．８０原子％Ｙ‐１．６０原子％Ｃｅ‐７７．６２原子％Ｆｅ‐０．５０原子％Ｃｏ‐５．５８原子％Ｂ‐０．２０原子％Ａｌ‐０．１０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。
【００５０】
水素粉砕により薄片を粉砕して、粗粉末を得た。粗粉末を加熱することにより、粗粉末の脱水素を行った。脱水素温度は３００℃であった。脱水素時間は５時間であった。
【００５１】
脱水素後の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量は０．１質量％であった。潤滑剤を添加した粗粉末を、高圧のアルゴン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。
【００５２】
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×（１０３／４π）ｋＡ／ｍであった。微粉末に加えた圧力は１４０ＭＰａであった。
【００５３】
成形体を焼結して、焼結体を得た。焼結温度は１０３０℃であった。焼結時間は６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。
【００５４】
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の焼結磁石を得た。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。
【００５５】
［組成の分析］
蛍光Ｘ線分析法により、実施例１の焼結磁石におけるＮｄ、Ｙ、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の焼結磁石におけるＢの含有量［Ｂ］（単位：原子％）を測定した。Ｎｄの含有量［Ｎｄ］と、Ｙの含有量［Ｙ］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。［Ｙ］／［Ｒ］、［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２に示す。下記表中のａｔ％は、原子％を意味する。
【００５６】
不活性ガス融解‐非分散型赤外線吸収法により、実施例１の焼結磁石におけるＯの含有量（単位：質量％）を測定した。酸素気流中燃焼‐赤外吸収法により、実施例１の焼結磁石におけるＣの含有量（単位：質量％）を測定した。不活性ガス融解‐熱伝導度法により、実施例１の焼結磁石におけるＮの含有量（単位：質量％）を測定した。各結果を表２に示す。
【００５７】
［磁気特性の測定］
Ｂ‐Ｈトレーサーを用いて、実施例１の焼結磁石の保磁力ＨｃＪ（単位：ｋＡ／ｍ）を測定した。また、残留磁束密度Ｂｒの９０％の磁束密度が得られたときに焼結磁石に印加した外部磁場Ｈｋを求めた。ＨｃＪとＨｋとから、実施例１の焼結磁石の角型比１００×Ｈｋ／ＨｃＪ（単位：％）を求めた。実施例１のＨｃＪ及び角型比を表２に示す。下記表中の保磁力ＨｃＪの単位（ｋＯｅ）は、「×（１０３／４π）×（ｋＡ／ｍ）」と等価である。ＨｃＪは、１２×（１０３／４π）ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。角型比は、８５％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
【００５８】
（実施例２〜９、比較例１〜２４、参考例１）
焼結磁石の組成が表１〜５に示す組成となるように、実施例２〜９、比較例１〜２４及び参考例１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２〜９、比較例１〜２４及び参考例１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９５０℃から１１００℃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。
【００５９】
以上の点を除いて、実施例１と同様の方法により、実施例２〜９、比較例１〜２４及び参考例１それぞれの焼結磁石を個別に作製した。
【００６０】
実施例１と同様の方法により、実施例２〜９、比較例１〜２４及び参考例１それぞれの焼結磁石の組成を分析した。結果を表１〜５に示す。
【００６１】
実施例１と同様の方法により、実施例２〜９、比較例１〜２４及び参考例１それぞれの焼結磁石の磁気特性を測定した。結果を表１〜５に示す。
【００６２】
（実施例１０〜１５）
実施例１０及び１１では、粗粉末に添加するオレイン酸アミドの量を調整することにより、焼結磁石におけるＣ、Ｎ及びＯそれぞれの含有量を表５に示す値に調整した。この点を除いて、実施例４と同様の方法により、実施例１０及び１１それぞれの焼結磁石を個別に作製した。実施例１２及び１３それぞれの微粉末を得る際に、アルゴンガスの代わりにアルゴン及び窒素の混合ガスを用いることにより、焼結磁石におけるＣ、Ｎ及びＯそれぞれの含有量を表５に示す値に調整した。この点を除いて、実施例４と同様の方法により、実施例１２及び１３それぞれの焼結磁石を個別に作製した。実施例１４及び１５それぞれの微粉末を得る際に、アルゴンガスの代わりにアルゴン及び酸素の混合ガスを用いることにより、焼結磁石におけるＣ、Ｎ及びＯそれぞれの含有量を表５に示す値に調整した。この点を除いて、実施例４と同様の方法により、実施例１４及び１５それぞれの焼結磁石を個別に作製した。
【００６３】
実施例１と同様の方法により、実施例１０〜１５それぞれの焼結磁石の組成を分析した。結果を表５に示す。
【００６４】
実施例１と同様の方法により、実施例１０〜１５それぞれの焼結磁石の磁気特性を測定した。結果を表５に示す。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
【表２】
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【００６７】
【表３】
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【００６８】
【表４】
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【００６９】
【表５】
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【００７０】
表１に示される実験群１の［Ｔ］／［Ｂ］とＨｃＪとの関係を図４に示す。実験群１の［Ｔ］／［Ｂ］と角型比との関係を図５に示す。表２に示される実験群２‐１の［Ｔ］／［Ｂ］が１４である。実験群２‐２の［Ｔ］／［Ｂ］は１８である。実験群２‐３の［Ｔ］／［Ｂ］は１２である。実験群２‐４の［Ｔ］／［Ｂ］は２０である。実験群２‐１〜２‐４それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］とＨｃＪとの関係を図６に示す。実験群２‐１〜２‐４それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］と角型比との関係を図７に示す。表３に示される実験群３の［Ｃｅ］／［Ｒ］とＨｃＪとの関係を図８に示す。実験群３の［Ｃｅ］／［Ｒ］と角型比との関係を図９に示す。表４に示される実験群４‐１の［Ｃｅ］／［Ｒ］は０．５５である。実験群４‐２の［Ｃｅ］／［Ｒ］は０．６５である。実験群４‐１及び４‐２それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］とＨｃＪとの関係を図１０に示す。実験群４‐１及び４‐２それぞれの［Ｙ］／［Ｒ］と角型比との関係を図１１に示す。表５に示される実験群５では、焼結磁石におけるＣの含有量、Ｎの含有量、又はＯの含有量が互いに異なる。
【００７１】
表１〜５に示すように、全ての実施例のＨｃＪは１２ｋＯｅ以上であり、且つ全ての実施例の角型比は８５％以上であった。一方、ＨｃＪが１２ｋＯｅ以上であり、且つ角型比が８５％以上である比較例はなかった。本発明によれば、Ｎｄの代替元素としてＣｅを含む焼結磁石の中でも高い保磁力と高い角型比とを兼ね備える焼結磁石が提供されることが確認された。
【００７２】
実験群１の結果から、比較例１〜５それぞれの焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。
【００７３】
実験群２‐１の結果から、比較例２の焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。比較例６の焼結磁石では、主相におけるＹの置換量が増加し、主相の異方性磁界Ｈａが減少したため、保磁力が低下したと考えられる。
【００７４】
実験群２‐２の結果から、比較例４の焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。比較例７の焼結磁石では、主相におけるＹの置換量が増加し、主相の異方性磁界Ｈａが減少したため、保磁力が低下したと考えられる。
【００７５】
実験群２‐３の結果から、比較例１の焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。比較例８〜１０それぞれの焼結磁石では、焼結磁石におけるＢの含有量が多かったため、保磁力が低下したと考えられる。比較例１１の焼結磁石では、主相におけるＹの置換量が増加し、主相の異方性磁界Ｈａが減少したため、保磁力が低下したと考えられる。
【００７６】
実験群２‐４の結果から、比較例５及び１２〜１４それぞれの焼結磁石では、焼結磁石におけるＢの含有量が少なかったため、角型比が低かったと考えられる。比較例１５の焼結磁石では、主相におけるＹの置換量が増加し、主相の異方性磁界Ｈａが減少したため、保磁力が低下し、また、焼結磁石におけるＢの含有量が少なかったため、Ｒ２Ｔ１７相を全て改質できず、角型比が低かったと考えられる。
【００７７】
表３に示されるように、参考例１の焼結磁石では、保磁力が１２ｋＯｅ以上であり、角型比が８５％以上であった。参考例１の焼結磁石では、希土類元素Ｒの一部をＣｅで置換しても角型比が低下しなかった。しかしながら、参考例１の焼結磁石では、焼結磁石におけるＣｅの含有量が少ないため、焼結磁石を安価にする効果がほとんどない。実験群３の結果から、比較例４及び１６〜１９それぞれの焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。
【００７８】
実験群４‐１の結果から、比較例４の焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。比較例２０の焼結磁石では、主相におけるＹの置換量が増加し、主相の異方性磁界Ｈａが減少したため、保磁力が低下したと考えられる。
【００７９】
実験群４‐２の結果から、比較例１９及び２１〜２４それぞれの焼結磁石では、主相の液相化温度が低く、十分高温での液相焼結を実施できなかったため、Ｒ２Ｔ１７相を主相に改質できず、角型比が低下したと考えられる。
【００８０】
表５に示されるように、実施例１１、１３及び１５それぞれの焼結磁石では、実施例４、１０、１２及び１４それぞれの焼結磁石に比べて、角型比が低かった。実験群５の結果から、実施例１１、１３及び１５それぞれの焼結磁石では、焼結磁石の粒界相にＹ‐ＯＣＮ相が析出し、主相におけるＹの置換量が低下してしまい、液相焼結を十分高温で実施できなかった。その結果、Ｒ２Ｔ１７相を主相へ改質できず、角型比が低下したと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係る焼結磁石は、例えば、回転機に用いられる。
【符号の説明】
【００８２】
３…Ｒ‐Ｔ相、５…Ｒリッチ相、７…異相、９…粒界相、１０，１０ａ…焼結磁石、１０ｃｓ…焼結磁石の断面、１１…主相粒子、３０…ステータ、３２…コイル、５２…コア、２００…回転機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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