(57)【要約】【課題】永久磁石の保磁力の低下を抑制する。【解決手段】永久磁石は、組成式：ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚで表される。永久磁石は、Ｔｈ２Ｎｉ１７型、Ｔｈ２Ｚｎ１７型、及びＴｂＣｕ７型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する第１の相と、ＭｇＣｕ２型及びＰｕＮｉ３型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する第２の相と、を具備する。第２の相の総量の体積比率は５％以下である。【選択図】図１
2020080335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式：ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ
（Ｒは希土類元素、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆから選ばれる少なくとも一つの元素、ＭはＦｅ及びＣｏから選ばれる少なくとも一つの元素、Ｘは０．５≦Ｘ≦２．０を満足する原子比、ｐは０．００５≦ｐ≦０．２を満足する原子比、ｑは０．００５≦ｑ≦０．２を満足する原子比、Ｚは４≦Ｚ≦１３を満足する原子比である）
で表される永久磁石であって、
Ｔｈ２Ｎｉ１７型、Ｔｈ２Ｚｎ１７型、及びＴｂＣｕ７型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する第１の相と、
ＭｇＣｕ２型及びＰｕＮｉ３型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する第２の相と、を具備し、
前記第２の相の総量の体積比率は５％以下である、永久磁石。
【請求項２】
前記Ｒの５０原子％以上はＳｍである、請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
前記Ｍの５０原子％以上はＦｅである、請求項１又は請求項２に記載の永久磁石。
【請求項４】
前記Ｍの２０原子％以下は、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、及びＧｅから選ばれる少なくとも一つの元素で置換されている、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項５】
前記Ｎの５０原子％以下が、Ｈ、Ｂ、及びＣから選ばれる少なくとも一つの元素で置換されている、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項６】
前記永久磁石の密度は６．５ｇ／ｃｍ３以上である、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項７】
前記永久磁石中のα−Ｆｅ相の総量の体積比率は５％以下である、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の永久磁石。
【請求項８】
ロータと、
ステータと、を具備し、
前記ロータ又は前記ステータは、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の永久磁石を有する、回転電機。
【請求項９】
モータ又は発電機である請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の回転電機を具備する、車両。
【請求項１１】
請求項８に記載の回転電機を具備し、
前記回転電機の一端に設けられたシャフトに回転が伝達される、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、永久磁石、回転電機、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能な永久磁石として、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石等の希土類磁石が知られている。希土類磁石は、モータ、スピーカ、計測器等の電気機器、さらにハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＥＶ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＥＶ）等の車両に用いられている。近年、各種電気機器に対して小型化の要求が高まっており、さらにＨＥＶやＥＶで使用されるモータの需要が増加している。これらの要求に応えるために、最大磁気エネルギー積（ＢＨｍａｘ）の向上を目指した永久磁石の開発が望まれている。
【０００３】
より高性能の永久磁石を得るための磁石材料としては、例えば希土類元素とＦｅ等の遷移金属元素との組み合わせが有望である。Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料に匹敵する高い飽和磁化と、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料を超える大きな磁気異方性を有するため、高性能磁石としての応用が期待されている。しかしながら、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料は約５５０℃以上の温度による加熱で熱分解してしまうという欠点を有している。このため、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料は焼結により緻密化することができない。
【０００４】
このような点に対して、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石材料のＦｅの一部をＣｒ及びＳｉで置換することによって、熱分解温度を高めることが提案されている。Ｓｍ−（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ系の永久磁石は、高い飽和磁化、大きな磁気異方性、及び高い熱分解温度を有するため応用が期待されている。しかしながら、高い密度のＳｍ−（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ系の永久磁石を得ようとすると、焼結による高密度化プロセスによってＳｍ−（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ系の永久磁石は熱分解され、保磁力を低下させるα−Ｆｅ相が析出してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１３６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態が解決しようとする課題は、永久磁石の保磁力の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の永久磁石は、組成式：ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ（Ｒは希土類元素、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆから選ばれる少なくとも一つの元素、ＭはＦｅ及びＣｏから選ばれる少なくとも一つの元素、Ｘは０．５≦Ｘ≦２．０を満足する原子比、ｐは０．００５≦ｐ≦０．２を満足する原子比、ｑは０．００５≦ｑ≦０．２を満足する原子比、Ｚは４≦Ｚ≦１３を満足する原子比である）で表される。永久磁石はＴｈ２Ｎｉ１７型、Ｔｈ２Ｚｎ１７型、及びＴｂＣｕ７型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する第１の相と、ＭｇＣｕ２型及びＰｕＮｉ３型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する第２の相と、を具備する。第２の相の総量の体積比率は５％以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】永久磁石の断面のＳＥＭ観察像の一例を示す図である
【図２】永久磁石のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図３】永久磁石のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図４】永久磁石のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図５】永久磁石のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図６】永久磁石のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図７】永久磁石のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図８】モータの構成例を示す模式図である。
【図９】可変磁束モータの構成例を示す模式図である。
【図１０】発電機の構成例を示す模式図である。
【図１１】車両の構成例を示す模式図である。
【図１２】車両の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的又は概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【００１０】
（第１の実施形態）
実施形態の永久磁石の例について説明する。図１は、永久磁石の断面のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察像の一例を示す図である。図１に示す組織は、主相１と、副相２と、α−Ｆｅ相３と、を有する。主相１は永久磁石中の各結晶相及び非晶質相のうち、最も体積占有率が高い相である。副相２は、主相１よりも体積占有率が低い相である。副相２は、主相１とは異なる結晶相、又は非晶質相を有する。α−Ｆｅ相３は、副相２と異なる異相である。なお、主相１、副相２、及びα−Ｆｅ相３の数は、図１に示す数に限定されない。
【００１１】
実施形態の永久磁石の組成は下記組成式（１）で表される。
ＲＮＸ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ・・・（１）
（式中Ｒは希土類元素、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆから選ばれる少なくとも一つの元素である。ＭはＦｅ及びＣｏから選ばれる少なくとも一つの元素である。Ｘは０．５≦Ｘ≦２．０を満足する原子比である。ｐは０．００５≦ｐ≦０．２を満足する原子比である。ｑは０．００５≦ｑ≦０．２を満足する原子比である。Ｚは４≦Ｚ≦１３を満足する原子比である。）
【００１２】
組成式（１）において、Ｒは希土類元素、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、及びハフニウム（Ｈｆ）から選ばれる少なくとも一つの元素である。希土類元素としては、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、及びサマリウム（Ｓｍ）等が挙げられる。Ｒとしては、１種の元素を用いてもよいし、複数種の元素を用いてもよい。Ｒは、磁石に大きな磁気異方性と高い保磁力を付与する。Ｒの５０原子％以上がＳｍであることが好ましい。Ｒの７０原子％以上がＳｍであることが望ましい。Ｒに希土類元素を用いることによって、永久磁石の性能、とりわけ保磁力を再現性よく高めることができる。
【００１３】
窒素（Ｎ）は、主相１及び副相２の結晶格子中に存在する。結晶格子中に窒素を含むと、結晶格子は拡大し、電子構造が変化する。これにより、永久磁石のキュリー温度、磁気異方性、及び飽和磁化が向上する。窒素の原子比はＲが１のときに、０．５以上２．０以下である。つまりＸは０．５≦Ｘ≦２．０を満足する原子比である。Ｘは１．０≦Ｘ≦１．５を満足する原子比であることがより好ましい。Ｘが０．５未満である場合、永久磁石に窒素を含有することによる効果を十分に得ることができない。Ｘが２．０を超えると、永久磁石の飽和磁化等が低下する。
【００１４】
Ｎの一部は、水素（Ｈ）、ホウ素（Ｂ）、及び炭素（Ｃ）から選ばれる少なくとも一つの元素で置換されてもよい。上記置換元素としては、１種の元素を用いてもよいし、複数種の元素を用いてもよい。上記置換元素は、上述した窒素と同様の効果を示す。ただし、窒素を過剰に置換すると、永久磁石の磁気異方性の低下等を招く。よって、窒素の５０原子％以下が上記元素に置換されることが好ましい。
【００１５】
Ｍは、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一つの元素である。Ｍとしては、１種の元素を用いてもよいし、複数種の元素を用いてもよい。Ｍは、主として永久磁石の磁化を担う元素である。Ｍを比較的多量に含有することにより、永久磁石の飽和磁化を高めることができる。ただし、Ｍの含有量が過剰になると、α−Ｆｅ相等が析出して保磁力が低下する。
【００１６】
Ｍの５０原子％以上はＦｅであることが好ましい。さらにＭの７０原子％以上はＦｅであることがより好ましい。ＭのうちのＦｅは、特に永久磁石の磁化の向上に寄与する。永久磁石がＭの一部としてＣｏを含有することにより、永久磁石のキュリー温度が高くなり、永久磁石の熱安定性が向上する。また、永久磁石の保磁力も高くなる。
【００１７】
Ｍの一部は、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）から選ばれる少なくとも一つの元素で置換されてもよい。置換元素としては、１種の元素を用いてもよいし、複数種の元素を用いてもよい。Ｍの一部を置換する元素は、磁気特性、例えば、保磁力の向上に寄与する。ただし、Ｍの一部を置換しすぎると、永久磁石の磁化は低下する。従って、Ｍの２０原子％以下、さらにはＭの１０原子％以下が上記元素で置換されることが好ましい。
【００１８】
クロム（Ｃｒ）又はケイ素（Ｓｉ）は、Ｒ−Ｍ−Ｎ系永久磁石の熱分解温度を上昇させる。クロム（Ｃｒ）又はケイ素（Ｓｉ）は、主として主相中のＭが占めるサイトを置換する。Ｃｒは結晶内のｄ電子の数を変化させることにより結晶の熱安定性を高めることができる。Ｓｉは結晶格子の大きさを縮小させることにより結晶の熱安定性を高めることができる。Ｃｒ及びＳｉの両方を永久磁石中に含有させることにより、Ｒ−Ｍ−Ｎ系永久磁石の熱安定性を焼結工程の適用が可能な状態まで向上させることができる。
【００１９】
永久磁石中のＣｒの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して０．５原子％以上２０原子％以下（０．００５≦ｐ≦０．２）である。Ｃｒの含有量が少なすぎると効果を十分に得ることができない。Ｃｒの含有量が多すぎると、永久磁石の飽和磁化等の低下を招く。Ｃｒの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、３原子％以上１８原子％以下であることがより好ましい。さらに、Ｃｒの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、５原子％以上１５原子％以下であることがより好ましい。
【００２０】
永久磁石中のＳｉの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、０．５原子％以上２０原子％以下（０．００５≦ｑ≦０．２）である。Ｓｉの含有量が少なすぎると、Ｓｉによる効果を十分に得ることができない。Ｓｉの含有量が多すぎると、永久磁石の飽和磁化等の低下を招く。Ｓｉの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、１原子％以上１５原子％以下であることが好ましい。Ｓｉの含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、１原子％以上１０原子％以下であることがより好ましい。
【００２１】
ＣｒとＳｉの合計の含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、５原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。ＣｒとＳｉの合計の含有量は、ＭとＣｒとＳｉの合計の含有量に対して、８原子％以上１５原子％以下であることがより好ましい。
【００２２】
主相１は、Ｔｈ２Ｎｉ１７型、Ｔｈ２Ｚｎ１７型、及びＴｂＣｕ７型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する（第１の相）。主相１は、例えばＳｍ２（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）１７Ｎ３相等のＲ−（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ相を有する。
【００２３】
副相２は、立方晶ＭｇＣｕ２型及び六方晶ＰｕＮｉ３型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する（第２の相）。副相２は、例えばＳｍ（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）２Ｎ相やＳｍ（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ）３Ｎ相等のＲ−（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ相を有する。ＭｇＣｕ２型及びＰｕＮｉ３型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有するＲ−（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ相は、Ｔｈ２Ｎｉ１７型、Ｔｈ２Ｚｎ１７型、及びＴｂＣｕ７型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有するＲ−（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ相と比較して熱安定性が低いため、副相２が多量に存在すると熱分解によるα−Ｆｅ相３の析出量が増大し、永久磁石の保磁力を低下させる。よって、永久磁石中の副相２及びα−Ｆｅ相３は少ないことが好ましい。
【００２４】
永久磁石中の副相２の総量の体積比率は５％以下であることが好ましい。副相２を少なくすることにより、副相２の熱分解によるα−Ｆｅ相３の生成量が低下し、保磁力等の磁石特性を向上させることができる。永久磁石中のα−Ｆｅ相３の総量の体積比率は、５％以下であることが好ましい。
【００２５】
永久磁石の組成の分析は、例えば誘導結合発光プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）発光分光分析法で行われる。永久磁石の組成の分析には、磁石をジェットミルやボールミル等で粉砕し、粒径が１０μｍ以上の粉末が体積％で全体の３％以下となる粉末（合金粉末）を用いる。得られた粉末からランダムに１０回試料を採取し、その試料に対し分析を実施する。分析した測定値から最大値と最小値を除いた平均値を永久磁石の組成とする。
【００２６】
主相１、副相２、及びα−Ｆｅ相３は、例えばＳＥＭ−ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ＴＥＭ−ＥＤＸ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの方法で特定することができる。ＴＥＭ−ＥＤＸによれば、電子ビームを主相部分や粒界相部分などに絞って照射し、各部分の構成元素比を定量でき、また結晶構造を同定することができる。
【００２７】
ＳＥＭ−ＥＤＸを用いた主相１、副相２、及びα−Ｆｅ相３の同定方法例について以下に説明する。観察面積５０μｍ×５０μｍのＳＥＭ像を取得する。ＳＥＭ像内でＲ、Ｍ、Ｃｒ、Ｓｉの合計に対するＲ元素比率が１０原子％以上２０原子％未満の連続領域を主相１、Ｒ元素比率が２０原子％以上の連続領域を副相２、Ｒ元素比率が１０原子％未満であってＦｅ比率が９０原子％以上の連続領域をα−Ｆｅ相３とそれぞれ定義する。同じ観察視野内で上記に従って定義した主相１・α−Ｆｅ相３と副相２との面積比率を、そのまま体積比率として算出した値を、永久磁石中の副相２の体積比率と定義する。同様に、主相１・副相２とα−Ｆｅ相３との面積比率を、そのまま体積比率として算出した値を、永久磁石中のα−Ｆｅ相３の体積比率と定義する。一つの永久磁石につき、５つの観察視野で以上に述べた方法によって副相２の体積比率、α−Ｆｅ相３の体積比率をそれぞれ算出し、加算平均したものをその永久磁石の副相２の体積比率、α−Ｆｅ相３の体積比率と定義する。
【００２８】
実施形態の永久磁石は、熱安定性の低い副相２を低減することによりα−Ｆｅ相３の析出を抑制し、保磁力を低下させることなく永久磁石の密度を向上させることができる。例えば、実施形態の永久磁石は、６．５ｇ／ｃｍ３以上の密度を有する。永久磁石の密度は、永久磁石の大気中及び水中での質量をそれぞれ測定し、アルキメデス法により算出される。このとき、一つの試料につきそれぞれ１０回算出し、得られた永久磁石の密度のうち最大値と最小値を除いた平均の値を永久磁石の密度と定義する。
【００２９】
次に、実施形態の永久磁石の製造方法例について説明する。まず、所定量の元素を含む合金粉末を作製する。合金粉末は、組成式（２）で表される。なお、合金粉末の一部が水素、ホウ素、及び炭素から選ばれる少なくとも一つの元素で置換されてもよい。
Ｒ（ＣｒｐＳｉｑＭ１−ｐ−ｑ）Ｚ・・・（２）
【００３０】
組成式（２）において、Ｒに対するそれ以外の元素Ｍ、Ｃｒ、Ｓｉの合計の含有量の比を示す原子比Ｚは、４≦Ｚ≦１３を満足する数である。原子比ｐは０．００５≦ｐ≦０．２を満足する数である。原子比ｑは０．００５≦ｑ≦０．２を満足する数である。
【００３１】
合金粉末は、例えば、アーク溶解法や高周波溶解法による溶湯を鋳造して得られた合金インゴット、あるいは溶湯急冷法により作製した合金薄帯を粉砕することにより調製される。合金粉末の他の調製方法としては、メカニカルアロイング法やメカニカルグラインディング法、ガスアトマイズ法、還元拡散法等が挙げられる。
【００３２】
合金インゴットや合金薄帯等の粉砕は、合金粉末の粒径が４５μｍ以下となるように実施することが好ましい。合金粉末の粒径が４５μｍ以下であると、後述する窒化処理において粒子内部まで窒素を十分に侵入させることができるため、粒子全体にわたって均質に窒化処理することができる。合金インゴットや合金薄帯等の粉砕は、例えば、ジェットミルやボールミルを用いて実施される。合金インゴットや合金薄帯等の粉砕は、合金粉末の酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気中等で行うことが好ましい。
【００３３】
合金粉末又は粉砕前の合金に対して、均質化熱処理を施す。Ｆｅ−Ｓｍ二元系状態図においてＳｍＦｅ３の融解温度が１０１０℃であるとすると、例えば１０００℃以上の熱処理温度で均質化熱処理を行うことが考えられる。しかしながら、実施形態の永久磁石ではＦｅの一部がＣｒ、Ｓｉにより置換されることにより、状態図が若干変化している可能性が高い。よって、最適な熱処理温度が１０００℃を下回る可能性がある。
【００３４】
実施形態における均質化処理では、真空中あるいはアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で９００℃よりも高く１０００℃よりも低い温度で１０〜１００時間熱処理する。熱処理温度が９００℃以下の場合、元素の拡散が十分に起こらず、合金を均質化することができない。熱処理温度が１０００℃以上の場合、合金中に立方晶ＭｇＣｕ２型及び六方晶ＰｕＮｉ３型から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有する相が形成され、結果として永久磁石の保磁力が低下してしまう。均質化処理では、９３０〜９７０℃の温度で２０〜８０時間熱処理を施すことがより好ましい。
【００３５】
図２ないし図４は、実施形態の製造方法により製造される永久磁石のＸ線回折測定によるＸ線回折パターンの例を示す図である。均質化熱処理の熱処理温度が９００℃で熱処理時間が６５時間の場合、図２に示すようにＰｕＮｉ３型の結晶構造を有する相（ＰｕＮｉ３相ともいう）を示すピークが発生し、均質化熱処理の熱処理温度が１０００℃で熱処理時間が６５時間の場合、図４に示すようにＭｇＣｕ２型結晶構造を有する相（ＭｇＣｕ２相ともいう）を示すピークが発生する。均質化熱処理の熱処理温度が９５０℃で熱処理時間が６５時間の場合、図３に示すようにＰｕＮｉ３相やＭｇＣｕ２相等の副相を示すピークが無く、均質な主相を得ることができる。
【００３６】
図５ないし図７は、実施形態の製造方法により製造される永久磁石のＸ線回折測定によるＸ線回折パターンの例を示す図である。均質化熱処理の熱処理温度が９５０℃で熱処理時間が１６時間、３２時間の場合、図５、６に示すように、ＰｕＮｉ３相やＭｇＣｕ２相等の副相を示すピークが無く、均質な主相を得ることができる。これに対し、均質化熱処理の熱処理温度が９５０℃で熱処理時間が４時間の場合、図７に示すように均質化が十分に進行せず、ＰｕＮｉ３相やＭｇＣｕ２相等の副相を示すピークが発生する。このことから均質化熱処理の熱処理時間は１０時間以上とすることが好ましいことがわかる。
【００３７】
次に、合金粉末に窒化処理を施す。窒化処理では、０．１〜１００気圧の窒素ガス雰囲気中で、３００〜９００℃の温度で０．１〜１００時間熱処理する。主相のＲ−（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ相の均質性を高めるために、窒素ガス雰囲気の圧力は０．５〜１０気圧、温度は４５０〜７５０℃、２〜２４時間で窒化処理することがより好ましい。合金粉末の窒化処理時の雰囲気は、窒素ガスに代えてアンモニア等の窒素化合物ガスを用いてもよい。窒素ガス又は窒素化合物ガスと水素とを混合したガスを用いることにより、窒化反応を制御することもできる。
【００３８】
アンモニア等の窒素化合物ガスや、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを用いることにより、磁石材料中の窒素の一部を水素で置換することができる。窒素の一部を炭素やホウ素で置換する場合には、窒化処理前の合金粉末に炭素やホウ素を含有させてもよいし、炭素化合物ガスやホウ素化合物ガス等を用いて炭素やホウ素を含有させてもよい。
【００３９】
次に、電磁石の中に設置した金型内に窒化処理を施した合金粉末（窒化合金粉末）と混合用合金粉末を混合して充填し、磁場を印加しながら加圧成形することにより結晶軸を配向させた圧粉体を製造する。
【００４０】
次に、圧粉体の焼結を行う。焼結方法としては、放電プラズマ焼結法を用いることが好ましい。放電プラズマ焼結では、粉末粒子の表面に選択的に電流が流れやすいと考えられており、主相のＲ−（Ｍ，Ｃｒ，Ｓｉ）−Ｎ相にかかる熱負荷を抑制しつつ、永久磁石を高密度化させるのに適している。
【００４１】
焼結は、真空雰囲気中やアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。放電プラズマ焼結時に、焼結温度を４００〜７００℃とすることにより、緻密な永久磁石を得ることができる。４００℃未満では、十分な密度の永久磁石を得ることができない。７００℃を超えると永久磁石の熱分解が進行し、永久磁石中にα−Ｆｅ相等が生成されるため、永久磁石の磁気特性が著しく低下する。
【００４２】
上記工程により永久磁石を得ることができる。得られた永久磁石の磁気特性は振動試料型磁力計で測定することができる。残留磁化の測定は以下のように行うことができる。焼結前に配向させた磁化方向と平行な方向に外部磁場を＋１６００ｋＡ／ｍまで印加してから磁場をゼロに戻し、そのときに測定される磁化の値を永久磁石の残留磁化と定義する。永久磁石試料の測定とは別に、測定する試料と類似形状のニッケル標準試料（磁化の絶対値が既知の試料）についても同様の測定を行い、磁化の絶対値を較正する。
【００４３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の永久磁石は、回転電機、例えばモータや発電機に用いることができる。これら回転電機は、少なくともステータ（固定子）とロータ（回転子）で構成される。
【００４４】
図８は実施形態の永久磁石を用いた回転電機である永久磁石モータの構成例を示す図である。永久磁石モータ２１は、ステータ（固定子）２２、ロータ（回転子）２３で構成される。ステータ２２内にはロータ２３が配置されている。ステータ２２は、ロータ２３を回転させる。ロータ２３は鉄心２４及び実施形態の永久磁石２５で構成される。永久磁石２５の特性等に基づいて、永久磁石モータ２１の高効率化や小型化、低コスト化等を図ることができる。永久磁石モータ２１は、モータの高出力とモータの小型化が求められるハイブリッド車や電気自動車等の車両用のモータに好適である。
【００４５】
図９は回転電機である可変磁束モータの構成例を示す図である。可変磁束モータ３１はステータ３２、ロータ３３で構成される。ステータ３２内にはロータ３３が配置されている。ロータ３３は、鉄心３４、固定磁石３５、可変磁石３６で構成される。固定磁石３５及び可変磁石３６は、実施形態の永久磁石が用いられる。固定磁石３５及び可変磁石３６のうち少なくとも１つをロータ３３に用いればよい。
【００４６】
可変磁石３６の磁束密度（磁束量）は変えることができる。図９中のＤは可変磁石３６の磁化方向（ＳからＮに向かう方向）を示している。この可変磁石３６の磁化方向をＤ軸という。Ｄ軸の示す方向は可変磁石３６ごとに異なる。Ｄ軸と直交する方向をＱ軸という。可変磁石３６の磁束密度（磁束量）は、可変磁石３６の磁化方向（Ｄ軸方向）と直交するＱ軸方向に磁界を発生させるＱ軸電流の影響を受けない。可変磁石３６の磁束密度（磁束量）は、Ｄ軸方向に磁界を発生させるＤ軸電流によってのみ変化させることができる。
【００４７】
ロータ３３には、図示しない磁化巻線が設けられている。磁化巻線に電流を流すことにより、その磁界が直接に可変磁石３６に作用する構造となっている。可変磁束モータ３１は、小型の装置でも大きなトルクを出力することが可能である。可変磁束モータ３１は、モータの高出力とモータの小型化が求められるハイブリッド車や電気自動車等の車両用のモータに好適である。
【００４８】
図１０は発電機の構成例を示す図である。発電機４１は、実施形態の永久磁石を用いたステータ４２、ロータ４３、タービン４４、シャフト４５、及びブラシ４６で構成される。ロータ４３は、シャフト４５を介してタービン４４と接続されている。タービン４４は、外部から供給される流体により回転する。タービン４４に代えて、自動車等の車両の回生エネルギー等の動的な回転を伝達することにより、シャフト４５を回転させてもよい。シャフト４５は、ロータ４３に対してタービン４４とは反対側に配置された図示しない整流子と接続されている。ロータ４３の回転により発生した起電力が発電機４１の出力として、相分離母線及び主変圧器を介して、系統電圧に昇圧されて送電される。ブラシ４６は、ロータ４３の帯電を放電させる。
【００４９】
発電機４１は、通常の発電機及び可変磁束発電機のいずれであってもよい。ロータ４３では、タービン４４の静電気や発電に伴う軸電流による帯電が発生する。
【００５０】
上記回転電機は、例えば、鉄道交通に利用される鉄道車両（車両の一例）に搭載されてよい。図１１は、回転電機１０１を具備する鉄道車両１００の一例を示す図である。回転電機１０１としては、上記図８、９のモータ、図１０の発電機等を用いることができる。回転電機１０１として上記回転電機が搭載された場合、回転電機１０１は、例えば、架線から供給される電力や、鉄道車両１００に搭載された二次電池から供給される電力を利用することによって駆動力を出力する電動機（モータ）として利用されてもよいし、運動エネルギーを電力に変換して、鉄道車両１００内の各種負荷に電力を供給する発電機（ジェネレータ）として利用されてもよい。実施形態の回転電機のような高効率な回転電機を利用することにより、省エネルギーで鉄道車両を走行させることができる。
【００５１】
上記回転電機は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車（車両の他の例）に搭載されてもよい。図１２は、回転電機２０１を具備する自動車２００の一例を示す図である。回転電機２０１としては、上記図８、９のモータ、図１０の発電機等を用いることができる。回転電機２０１として上記回転電機が搭載された場合、回転電機２０１は、自動車２００の駆動力を出力する電動機、又は自動車２００の走行時の運動エネルギーを電力に変換する発電機としても利用されてよい。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
原料を表１に示す合金粉末組成、Ｓｍ（Ｃｒ０．０８Ｓｉ０．０３Ｆｅ０．８９）８．３の組成となるように所定の比率で調合した。原料を調合したものをアルゴンガス雰囲気中でアーク溶解して合金インゴットを作製した。合金インゴットをアルゴンガス雰囲気中、９５０℃で約３日間熱処理することにより均質化熱処理を行った。その後、乳鉢で合金インゴットを粉砕し合金粉末を得た。合金粉末を目開き２５μｍのふるいでふるい分けした。合金粉末を約１気圧の窒素ガス雰囲気中、７００℃で４時間熱処理することにより、窒化合金粉末を得た。得られた窒化合金粉末を磁場中で配向プレスしながら金型に充填した後、粉末に圧力１．０ＧＰａ、焼結温度６００℃の条件で放電プラズマ焼結を施して永久磁石を得た。永久磁石の組成は表１に示す磁石組成となった。
【００５３】
表２に実施例１の永久磁石における、密度、保磁力、及び副相の体積比率の値を示す。保磁力は後に述べる比較例１の永久磁石の保磁力を１００とした場合の相対値で示している。実施例１の永久磁石のＳＥＭ−ＥＤＸ分析結果によれば、副相の体積比率は２％であった（表２参照）。
【００５４】
（実施例２〜１４）
【００５５】
合金粉末組成が表１に示す値となるように原料を所定の比率で調合した。その他は、実施例１の場合と同様の方法で永久磁石を作製した。得られた永久磁石の特性を実施例１の場合と同様に評価した。表２に実施例２〜１４の永久磁石における、密度、保磁力、副相の体積比率の値を示す。
【００５６】
（比較例１）
均質化熱処理温度を１０００℃とした他は、実施例１の場合と同様の方法で永久磁石を作製した。得られた永久磁石の特性を実施例１の場合と同様に評価した。表２に比較例１の永久磁石における、密度、保磁力、副相の体積比率の値を示す。
【表１】
2020080335.tif 000003
【表２】
2020080335.tif 000004
【００５７】
副相の体積比率が低い永久磁石（実施例１〜１４）では、比較例１の場合と同程度の密度まで高密度化した場合に、比較例１よりも高い保磁力を有することが確認された。これは、主相よりも熱安定性が低い副相の量が少なく、副相の熱分解によるα−Ｆｅ相の生成量が低下し、保磁力が向上するためである。
【００５８】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１…主相、２…副相、３…α−Ｆｅ相、２１…永久磁石モータ、２２…ステータ、２３…ロータ、２４…鉄心、２５…永久磁石、３１…可変磁束モータ、３２…ステータ、３３…ロータ、３４…鉄心、３５…固定磁石、３６…可変磁石、４１…発電機、４２…ステータ、４３…ロータ、４４…タービン、４５…シャフト、４６…ブラシ、１００…鉄道車両、１０１…回転電機、２００…自動車、２０１…回転電機。
【図１】
2020080335.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020080335.tif 000009
【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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【図１２】
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