(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度であっても、軸方向の異方化が抑制された中空円筒形状の加圧焼結磁石を提供する。【解決手段】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石は、相対密度が９５％以上であり、中空円筒形状を有し、円筒の径方向（垂直方向）について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）および円筒の軸方向（平行方向）について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）が、それぞれ０．６Ｔ以上１．１Ｔ以下であり、円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である。【選択図】図３
2020035845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対密度が９５％以上であり、
中空円筒形状を有し、
急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られ、
前記円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石。
【請求項２】
前記肉厚が１．４ｍｍ以下である、
請求項１に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石。
【請求項３】
前記肉厚が１．２ｍｍ以下である、
請求項１に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石。
【請求項４】
相対密度が９５％以上であり、
中空円筒形状を有し、
前記円筒の径方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）および前記円筒の軸方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）が、それぞれ０．６Ｔ以上１．１Ｔ以下であり、
前記円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石。
【請求項５】
前記肉厚が１．４ｍｍ以下である、
請求項４に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石。
【請求項６】
前記肉厚が１．２ｍｍ以下である、
請求項４に記載のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石。
【請求項７】
急冷固化させたＮｄ-Ｆｅ-Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石を得る工程を含み、
前記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石は、相対密度が９５％以上であり、中空円筒形状を有し、前記円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ：Spark  Plasma  Sintering）により磁石粉末同士を結合する永久磁石の製造方法が知られている。具体的には、メルトスピン法で急冷固化させた薄帯粉末からなる磁石粉末を、軸方向に加圧した後、両端に配設した電極に電流を印加し、上記ＳＰＳ手段を利用して、磁石粉末を固化して永久磁石が製造されている。
【０００３】
この際、上記急冷固化させた薄帯粉末からなる磁石粉末について、熱間で相対密度が１００％に近いフル密度となるように固化させて永久磁石を得る場合がある（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２６０６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された永久磁石は、磁石全体としては、加圧方向に異方化している。すなわち、円柱形状の永久磁石において、円柱の軸方向に異方化している。これについて、特許文献１では、フル密度にするための圧縮加圧作業により、一部分が塑性変形し、それが理由で磁気的にその部分のみ異方化すると考えられている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高密度であっても、軸方向の異方化が抑制された中空円筒形状の加圧焼結磁石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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石は、相対密度が９５％以上であり、中空円筒形状を有し、急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られ、上記円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、高密度であっても、軸方向の異方化が抑制された中空円筒形状の加圧焼結磁石が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ＳＰＳ装置にセットする前のキャビティに充填された薄帯粉末の状態を示す図である。
【図２】図２は、円柱状の加圧焼結磁石について、相対密度と残留磁束密度との関係を示す図である。
【図３】図３は、製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、異方化度の求め方を説明するための図である。
【図４】図４は、製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、肉厚と異方化度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により何ら限定されるものではない。
【００１１】
＜加圧焼結磁石＞
実施形態に係る加圧焼結磁石は、磁気的等方性を示す永久磁石である。なお、このような加圧焼結磁石は、バルク磁石、具体的には、等方性バルク磁石ともいう場合がある。また、実施形態に係る加圧焼結磁石は、Ｎｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）系の磁石である。また、実施形態に係る加圧焼結磁石は、相対密度が９５％以上であり、中空円筒形状を有し、急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られ、円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である。
【００１２】
実施形態に係る加圧焼結磁石は、相対密度が、９５％以上であり、相対密度が上記範囲にあると、磁石中の空孔が少なく、空孔に起因する減磁も起こりにくい。したがって、高い磁気特性を維持できる。
【００１３】
実施形態に係る加圧焼結磁石は、中空円筒形状、いいかえるとリング形状を有する。たとえば、中空円筒の外径は１６ｍｍ以上１７ｍｍ以下であり、中空円筒の高さ（軸方向の長さ）は１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。外径および高さが上記範囲にある加圧焼結磁石は、モータ用途に特に好適に用いられる。
【００１４】
実施形態に係る加圧焼結磁石は、急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られる。
【００１５】
急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末を構成するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、三元系正方晶化合物であるＮｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物相を主相として含む。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、通常Ｎｄリッチ相などをさらに含む。
【００１６】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石には、Ｎｄ以外の希土類元素が含まれていてもよい。Ｎｄ以外の希土類元素として、プラセオジム（Ｐｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。Ｎｄ以外の希土類元素は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
Ｆｅは、一部（通常５０原子％未満）がＣｏで置換されていてもよい。
【００１８】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、その他の元素を含んでいてもよい。その他の元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）が挙げられる。その他の元素は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末は、超急冷磁石薄帯から作製された磁石の粉末である。すなわち、フレーク状の形状を有し、かつ磁気的等方性を示す磁石の粉末である。上記薄帯粉末は、たとえば、メルトスピニング法、ストリップキャスト法などの公知の液体急冷法により得られた薄帯状の急冷凝固合金から作製される。上記急冷凝固合金は適宜破断、粉砕される。上記薄帯粉末は、粒径がたとえば０．５μｍ以上３００μｍ以下である。
【００２０】
上記薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させる方法としては、たとえば、ＳＰＳ（ＳＰＳ：Spark  Plasma  Sintering）装置を用いて、上記薄帯粉末を加圧しながら加熱する方法が好適に用いられる。加熱の際には、Ｎｄリッチ相が液相となって緻密化が進行する（Ｎｄリッチ相が塑性変形する）と考えられる。これにより、薄帯粉末同士が結合し、中空円筒形状の加圧焼結磁石が得られる。なお、上記相対密度が実現できる。
【００２１】
図１は、ＳＰＳ装置にセットする前のキャビティに充填された薄帯粉末の状態を示す図である。この状態とするために、まず、治具に、下側のリング状のパンチ、リング状のダイスをセットし、円柱状のコアを入れる。次に、キャビティに上記薄帯粉末を充填し、上側のリング状のパンチをセットする。さらに、上記治具を外した後、上下を２個の発熱体で挟む。これより、図１に示す状態となる。すなわち、２個の発熱体１の間で、２個のパンチ２、ダイス３およびコア４によりキャビティ５が形成されている。そして、このキャビティ５には、上記薄帯粉末が充填されている。ここで、キャビティ５の形状、大きさは、最終的に得られる加圧焼結磁石の形状、大きさに対応することとなる。キャビティ５の形状、大きさは、パンチ２、ダイス３、コア４の形状、大きさを適宜変更して調整することができる。
【００２２】
次いで、図１のようにキャビティ５に充填された上記薄帯粉末をＳＰＳ装置にセットする。図１の矢印の方向に、所定の圧力を印加する。３０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の圧力を印加することが好ましい。圧力が飽和する前に、ＯＮ−ＯＦＦ直流パルス通電を行い、室温から加熱温度（焼結温度）まで昇温する。電流密度は、たとえば２５０Ａ／ｃｍ2以上１０００Ａ／ｃｍ2以下に設定する。これにより、加熱温度は、たとえば７００℃以上８００℃以下にできる。上記加熱温度での保持時間は、結晶粒の成長を抑制するために５分以内とすることが望ましい。
【００２３】
室温から加熱温度（焼結温度）まで昇温する際には、変化率をモニターすることが好ましい。ここで、変化率は、焼結時の変位（パンチの動いた距離など）を時間微分して得られる値である。好ましくは、室温から加熱温度（焼結温度）まで昇温し、変化率が０となる時点で、保持を行わずに焼結を終了する。このとき、加熱温度は通常上記範囲にある。また、加熱は、たとえば１０-3Ｐａ以上１０1Ｐａ以下の減圧下またはアルゴン雰囲気中で行うことが好ましい。
【００２４】
加熱して得られた加圧焼結磁石は、通常室温までまたは取り出し可能な温度域まで冷却する。冷却は、圧力を印加しながら行ってもよく、減圧下またはアルゴン雰囲気中で行ってもよい。
【００２５】
実施形態に係る加圧焼結磁石は、肉厚が、１．７ｍｍ以下であり、好ましくは１．４ｍｍ以下であり、より好ましくは１．２ｍｍ以下である。ここで、肉厚は、中空円筒の外径と内径との差に対応する。なお、図１に示したダイス３およびコア４の大きさを変更して、キャビティ５の大きさを、すなわち肉厚を調製することができる。上述したように、加圧焼結磁石が、上記薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られるとともに、肉厚が特定の範囲にあることにより、加圧焼結磁石における軸方向での異方化が抑制できる。このように、実施形態に係る加圧焼結磁石は、高密度であっても、軸方向での異方化が抑制されている。特に、肉厚が薄くなるほど、軸方向での異方化が抑制できる。さらに、肉厚が１．２ｍｍ以下のときは、径方向での異方化が生じる。なお、実施形態に係る加圧焼結磁石は、強度の観点から、肉厚が、通常１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２６】
異方化の度合いを表す異方化度は、以下の式（１）で表される。
異方化度（％）＝(１−Ｂｒ（径方向）／Ｂｒ（軸方向）)*１００
ここで、Ｂｒ（径方向）は、加圧焼結磁石について、径方向での残留磁束密度（Ｔ）であり、Ｂｒ（軸方向）は、加圧焼結磁石について、軸方向での残留磁束密度（Ｔ）である。軸方向は、上記薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させる際の加圧方向に一致する（図１参照）。また、残留磁束密度は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ：Vibrating  Sample  Magnetometer）により測定できる。
【００２７】
肉厚が、１．７ｍｍ以下であると、異方化度は通常１０％未満に抑制できる。肉厚と異方化度との具体的な関係については、実施例において説明する。
【００２８】
ところで、特許文献１に記載されているように、メルトスピン法で急冷固化させた急冷薄帯から得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末は等方性である。そして、このＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を、熱間加圧して作製される焼結磁石は、高密度になると加圧方向にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の結晶粒の磁化容易軸が配向する傾向を示す。
【００２９】
ここで、実際に、急冷薄帯から得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用い、ＳＰＳ手段を利用して円柱状の磁石を作製し、この磁石について、相対密度と残留磁束密度との関係を調べた結果を示す。具体的には、相対密度の異なる複数の磁石を作製し、それぞれの残留磁束密度をＶＳＭにて測定した。その結果を図２に示す。すなわち、図２は、円柱状の加圧焼結磁石について、相対密度と残留磁束密度との関係を示す図である。図２において、横軸は相対密度（％）を示し、縦軸は磁石の磁化（残留磁束密度Ｂｒ）（Ｔ）を示し、破線は無配向時の磁化を示す。なお、破線は、相対密度が８５％以下であり無配向とみなせる２つの磁石について、これらの残留磁束密度の値を結んで作成した。つまり、この破線上に位置した場合、加圧方向（Ａ方向、軸方向）の磁化と半径方向（Ｂ方向）の磁化との差がないことを示す。相対密度が９５％以上の高密度であると、加圧方向（Ａ方向）に異方化することが分かる（異方化度は１０％を超えることが分かる。）。このような磁石を着磁するとき、着磁方向が加圧方向（Ａ方向）と同じ方向である場合、磁石の磁化特性は優位に作用する。しかしながら、着磁方向が半径方向（Ｂ方向）と同じ方向である場合、磁石の磁化特性が低下する。通常、リング状の磁石では、半径方向（Ｂ方向）に着磁して使用するため、磁石の磁化特性の低下は、それを用いたモータのトルクの低下になる。
【００３０】
ところで、半径方向に着磁する場合、配向による磁化の低下を防ぐため、磁石の相対密度を９５％以下とすることも考えられる。しかし、たとえば、磁石の相対密度が９５％の場合、５％の空孔が存在することになる。この空孔に起因する減磁によって磁石の磁化特性が低下する虞がある。
【００３１】
これに対して、実施形態に係る加圧焼結磁石は、高密度であっても、軸方向の異方化が抑制できる。この理由は、以下のように考えられる。キャビティ５に充填する薄帯粉末は、急冷薄帯から得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末であるため、加圧方向に磁石粉末の結晶粒が偏平化し、アスペクト比が変化する。しかしながら、リング状のキャビティ５の肉厚が薄いため、結晶粒の偏平化が抑制される結果、径方向への配向が制御される。さらに、コア４の熱膨張による垂直方向への応力が加わり、むしろ軸方向への配向が生じる。リング状のキャビティ５の肉厚が薄くなるほど、径方向への配向が制御され、軸方向への配向が生じる傾向が強くなる。
【００３２】
また、上述した実施形態に係る加圧焼結磁石において、「相対密度が９５％以上であること」および「急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られること」は、「円筒の径方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）および円筒の軸方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）が、それぞれ０．６Ｔ以上１．１Ｔ以下であること」に対応するといえる。したがって、実施形態に係る加圧焼結磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石であって、相対密度が９５％以上であり、中空円筒形状を有し、円筒の径方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）および円筒の軸方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）が、それぞれ０．６Ｔ以上１．１Ｔ以下であり、円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下であると言い換え可能と考える。
【００３３】
急冷固化させたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて得られる加圧焼結磁石は、磁気的等方性を示す永久磁石である。そして、この加圧焼結磁石において、上記２つの方向から測定した残留磁束密度（Ｂｒ）は、それぞれ、通常上記範囲に入る。このため、上記のように言い換え可能と考える。
【００３４】
この場合も、もちろん軸方向の異方化が抑制されている。また、肉厚の好ましい範囲、その他の好ましい範囲についても、上述した実施形態に係る加圧焼結磁石の場合と同様である。
【００３５】
＜加圧焼結磁石の製造方法＞
実施形態に係る加圧焼結磁石の製造方法は、急冷固化させたＮｄ-Ｆｅ-Ｂ系の薄帯粉末の表面を塑性変形させ固化させて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石を得る工程を含む。ここで得られるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石は、相対密度が９５％以上であり、中空円筒形状を有し、円筒の径方向の肉厚が１．７ｍｍ以下である。また、上記工程の詳細、および上記工程により得られるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石の詳細については、＜加圧焼結磁石＞において説明したとおりである。
【００３６】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００３７】
［実施例］
［製造例１］
以下の手順により、高さ１１ｍｍ、外径１６ｍｍ、肉厚２．８ｍｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石を製造した。
【００３８】
図１のように、まず、治具に、下側のパンチ２、ダイス３をセットし、コア４を入れた。ここで、キャビティの形状、大きさが、得られる加圧焼結磁石の形状、大きさに対応するように、パンチ、ダイス、コアの形状、大きさを設定した。次に、キャビティに上記薄帯粉末を充填し、上側のパンチ２をセットした。さらに、上記治具を外した後、上下を２個の発熱体で挟み、図１に示す状態とした。すなわち、２個の発熱体１の間で、２個のパンチ２、ダイス３およびコア４によりキャビティ５が形成され、このキャビティ５には、上記薄帯粉末が充填されている。
【００３９】
次いで、図１のように上記薄帯粉末が充填された組付体をＳＰＳ装置にセットした。図１の矢印の方向に、圧力の印加を開始した。圧力が飽和する前（６０ＭＰａとなる前）に、ＯＮ−ＯＦＦ直流パルス通電を行い、室温から加熱温度（焼結温度）７００℃まで昇温した。上記加熱温度での保持時間は、１分以内とした。加熱は、１０Ｐａ以下の減圧下で行った。
【００４０】
加熱して得られた加圧焼結磁石は、室温まで冷却して取り出した。
【００４１】
［製造例２〜５］
製造例２〜５では、高さ１１ｍｍ、外径１６ｍｍであり、肉厚のみが製造例１と異なるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石を製造した。具体的には、製造例２〜５では、それぞれ、肉厚が２．１ｍｍ、１．７ｍｍ、１．４ｍｍ、１．０ｍｍであるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の加圧焼結磁石を製造した。
【００４２】
製造例２〜５では、上記肉厚となるように、コア４の直径を変更して加圧焼結磁石を製造した以外は、製造例１と同様の手順で行った。
【００４３】
［相対密度］
製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、相対密度は、いずれも９９％以上であった。
【００４４】
［異方化度］
製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、異方化度を求めた。
図３は、製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、異方化度の求め方を説明するための図である。円筒形状の加圧焼結磁石について、円筒の一部（軸方向から見た場合において、中心から径方向外側に延びる２つの直線のなす角度＝３°〜４°、幅１ｍｍ）を切り出し、さらに、軸方向に３等分に切って、測定用試料を得た。３個の測定用試料について、軸方向の残留磁束密度を測定し、測定値の平均値を求めた。また、３個の測定用試料について、径方向の残留磁束密度を測定し、測定値の平均値を求めた。残留磁束密度は、ＶＳＭにより測定した。このようにして得られた値を上記式（１）に代入して、異方化度を求めた。
【００４５】
図４は、製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、肉厚と異方化度との関係を示す図である。図４より、肉厚が１．７ｍｍであると、異方化度は１０％未満となった。これより、肉厚が１．７ｍｍ以下であると、従来よりも軸方向の異方化が抑制できることが分かる。また、肉厚が１．４ｍｍであると、異方化度は４．３％となった。これより、肉厚が１．４ｍｍ以下であると、軸方向の異方化がより抑制できることが分かる。また、肉厚が１．２ｍｍ以下であると、軸方向の異方化がより抑制でき、さらに径方向の異方化が生じることが分かる。
【００４６】
［残留磁束密度］
製造例１〜５で得られた加圧焼結磁石について、円筒の径方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）および円筒の軸方向について測定した残留磁束密度（Ｂｒ）は、いずれも０．６Ｔ以上１．１Ｔ以下の範囲にあった。具体的には、上記異方化度を求める際に、上述した測定用試料について、径方向の残留磁束密度および軸方向の残留磁束密度を測定した。これらの値は、いずれも０．６Ｔ以上１．１Ｔ以下の範囲にあった。
【符号の説明】
【００４７】
１…発熱体、２…パンチ、３…ダイス、４…コア、５…キャビティ
【図１】
2020035845.tif 000003
【図２】
2020035845.tif 000004
【図３】
2020035845.tif 000005
【図４】
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