(57)【要約】【課題】  モータ用磁石に好適な低保磁力、高角型比を有するＳｍＣｏ系磁石およびその製造方法を提供する。【解決手段】  所定の組成を具備する保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上である永久磁石。また、第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８であること。また、構成相としてＣａＣｕ５相、Ｔｈ２Ｚｎ１７相、Ｔｈ２Ｃｏ７相の３相を具備することが好ましい。【選択図】  図２
2010021541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の一般式を満たすとともに、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする永久磁石。
一般式：  Ｒ１−ｘＳｍｘ（Ｃｏ１−ａ―ｂ−ｃ−ｄＦｅａＣｕｂＭｃＴｄ）ｚ
Ｒ：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄから選ばれる少なくとも１種
Ｍ：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ, Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
Ｔ： Ｓｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも１種
Ｒを１としたときの原子比
０≦ｘ≦０．５
０＜ａ≦０．２５
０．０２≦ｂ≦０．４
０≦ｃ≦０．０４
０≦ｄ≦０．０５
４．２≦ｚ≦６．０
【請求項２】
以下の一般式を満たすとともに、保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石。
【請求項３】
ｘの値が０．０２≦ｘ≦０．４、ａ値が０．０１≦ａ≦０．２、ｂ値が０．０５≦ｂ≦０．３であることを特徴とする請求項１乃至２記載の永久磁石。
【請求項４】
第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項５】
ＣａＣｕ５相と、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の少なくとも１種を具備することすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項６】
焼結体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項７】
モータに搭載されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項８】
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下でかつ、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８、さらにＣａＣｕ５相と、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の少なくとも１種を具備する希土類元素とコバルトを主体とすることを特徴とする全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータ用永久磁石。
【請求項９】
以下の一般式を満たす合金粉末を磁場中成形することにより成形体を調整する成形工程、成形体を不活性雰囲気中１０００℃以上１２００℃以下の温度で１０分以上２０時間以下焼結および溶体化することにより焼結体を得る焼結工程、焼結体を５００℃以上８００℃以下の温度で１０分以上１０時間以下熱処理するとともに、熱処理後の冷却速度０．１〜１０℃／ｍｉｎで室温まで冷却する時効処理工程を具備することを特徴とする永久磁石の製造方法。
一般式：  Ｒ１−ｘＳｍｘ（Ｃｏ１−ａ―ｂ−ｃ−ｄＦｅａＣｕｂＭｃＴｄ）ｚ
Ｒ：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄから選ばれる少なくとも１種
Ｍ：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ, Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
Ｔ： Ｓｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも１種
Ｒを１としたときの原子比
０≦ｘ≦０．５
０＜ａ≦０．２５
０．０２≦ｂ≦０．４
０≦ｃ≦０．０４
０≦ｄ≦０．０５
４．２≦ｚ≦６．０
【請求項１０】
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする請求項９に記載の永久磁石の製造方法。
【請求項１１】
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする請求項９乃至１０のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
【請求項１２】
前記焼結工程後、室温あるいは前記熱処理温度までを冷却速度５〜１００℃／ｍｉｎで冷却することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
【請求項１３】
前記焼結工程後、焼結体を５００℃以上８００℃以下の温度で１０分以上１０時間以下熱処理するとともに、熱処理後の冷却速度０．１〜１０℃／ｍｉｎで室温まで冷却する時効処理工程により、ＣａＣｕ５相と、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の少なくとも１種を具備するを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
【請求項１４】
全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに用いられるモータ用永久磁石であって、
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下の希土類磁石であることを特徴とするモータ用永久磁石。
【請求項１５】
前記室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下であることを特徴とする請求項１４記載のモータ用永久磁石。
【請求項１６】
前記希土類磁石は、Ｓｍを含む希土類元素と、Ｃｏが主成分の遷移金属元素とを含有することを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載のモータ用永久磁石。
【請求項１７】
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下である、磁化状態を変化させるための第１の希土類永久磁石と、
前記第１の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第２の希土類永久磁石と
を備えることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項１８】
前記第１の希土類永久磁石の前記保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下であることを特徴とする請求項１７記載の永久磁石モータ。
【請求項１９】
前記第１の希土類永久磁石は、Ｓｍを含む希土類元素と、Ｃｏが主成分の遷移金属元素とを含有し、ＣａＣｕ５型結晶構造を主相とすることを特徴とする請求項１７または１８のいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
【請求項２０】
前記第１の希土類永久磁石の全磁石体積に占める割合は５％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の永久磁石モータ。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれか１項記載の永久磁石モータは、インナーローター方式またはアウターローター方式であることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項２２】
前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が円周方向に配列される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の永久磁石モータ。
【請求項２３】
前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が埋め込まれる回転子をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の永久磁石モータ。
【請求項２４】
前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が表面に設置される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の永久磁石モータ。
【請求項２５】
前記第１の希土類永久磁石及び前記第２の希土類永久磁石が内周面に設置される回転子をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石、特にモータ用に適した低保磁力、高角形比を具備した永久磁石およびその製造方法に関する。さらに、これらの磁石を用いた永久磁石モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石として、アルニコ磁石、フェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石などが知られており、これら永久磁石は、その仕様によりＶＣＭ、スピンドルモータなどの各種モータ、計測器、スピーカー、医療用ＭＲＩ等の他、各種電気機器のキー部品として、それぞれ適正な磁石が使用されている。
これらの磁石のうち、多量のＦｅまたはＣｏと、希土類元素とを含有している。Ｆｅ，Ｃｏは飽和磁束密度の増大に寄与し、一方、希土類元素は、結晶場中の４ｆ電子の挙動に由来する非常に大きな磁気異方性をもたらすため、保磁力の増大に寄与し、良好な磁石特性を実現している。
近年、各種電気機器の小形化、省エネルギー化の要求が高まり、これら機器のキー部品材料である永久磁石にもより高い最大エネルギー積［（ＢＨ）ｍａｘ］、大きな保磁力と磁石特性の温度特性改善が求められてきた。
永久磁石の応用分野として、特にモータが省エネの観点から注目されており、これに使用すると従来の誘導型に比べ、損失を大幅に低減できるため、車載、家電応用など、各種用途の省エネ技術として広がってきている。
【０００３】
一般に、永久磁石モータは大きく分けて２種類のタイプがある。回転子鉄心の外周に永久磁石を貼り付けた表面磁石型永久磁石モータと永久磁石を回転子鉄心の中に埋め込んだ埋め込み型永久磁石モータである。可変速駆動用モータには埋め込み型永久磁石モータが適している。
【０００４】
図１を用いて、埋め込み型永久磁石モータの回転子の構成を説明する。図１において、１１は回転子、１２は回転子鉄心、１４は高保磁力永久磁石を示している。回転子鉄心１２の外周部に長方形の空洞を等配で極数の数だけ設ける。図１は４極の回転子１１であり、４個の空洞を設けて永久磁石１４を挿入する。永久磁石１４は回転子の半径方向、又は、永久磁石１４の断面の長方形におけるエアギャップ面に対向する辺に直角方向に磁化される。永久磁石１４は負荷電流により減磁しないように保磁力の高いＮｄＦｅＢ永久磁石等が主に適用される。回転子鉄心１２は空洞を打抜いた電磁鋼板を積層して形成する。このようなモータとして特開平１１−１３６９１２号公報（特許文献１）に記載されている永久磁石式リラクタンス型回転電機が挙げられる。
永久磁石式回転電機では、永久磁石の鎖交磁束が常に一定で発生しているので永久磁石による誘導電圧は回転速度に比例して高くなる。低速から高速まで可変速運転する場合は、高速回転では永久磁石による誘導電圧が極めて高くなり、永久磁石による誘導電圧がインバータの電子部品に印加し、電子部品の耐電圧以上になると部品が絶縁破壊する。そのため、永久磁石の磁束量が耐電圧以下になるように削減された設計が行うことが考えられるが、永久磁石式回転電機の低速域での出力及び効率が低下する。
【０００５】
永久磁石式回転電機では、永久磁石の鎖交磁束が常に一定で発生しているので永久磁石による誘導電圧は回転速度に比例して高くなる。低速から高速まで磁化を変化させながら運転する場合は、高速回転では永久磁石による誘導電圧が極めて高くなり、永久磁石による誘導電圧がインバータの電子部品に印加し、電子部品の耐電圧以上になると部品が絶縁破壊する。そのため、永久磁石の磁束量が耐電圧以下になるように削減された設計が行うことが考えられるが、永久磁石式回転電機の低速域での出力及び効率が低下する。
【０００６】
低速から高速まで定出力に近い磁化を変化させながら運転を行う場合、永久磁石の鎖交磁束は一定であるので、高速回転域では回転電機の電圧が電源電圧上限に達して出力に必要な電流が流れなくなる。その結果、高速域では出力が大幅に低下し、さらには高速までの広範囲で駆動できなくなるため、最近では磁化を変化させながら運転する範囲を拡大する方法として弱め磁束制御が適用されはじめた。弱め磁束制御は、ｄ軸電流による減磁界を高保磁力永久磁石４に作用させ、可逆の範囲で永久磁石の磁気的な動作点を移動させて磁束量を変化させる。このため、永久磁石は減磁界により不可逆減磁しないように高保磁力のＮｄＦｅＢ磁石を適用する。
【０００７】
ｄ軸電流の減磁界により永久磁石の鎖交磁束が減少するので、鎖交磁束の減少分が電圧上限値に対する電圧の余裕分をつくる。そして、電流を増加できるので高速域での出力が増加する。また、電圧余裕分だけ回転速度を上昇させることができ、磁化を変化させながら運転できる範囲が拡大される。
しかし、永久磁石に減磁界を与え続ける必要があり、出力には寄与しないｄ軸電流を常時流し続けるため銅損が増加して効率は悪化する。さらに、ｄ軸電流による減磁界は高調波磁束を生じ、高調波磁束等で生じる電圧の増加は弱め磁束制御による電圧低減の限界をつくる。これらより埋め込み型永久磁石式回転電機に弱め磁束制御を適用しても基底速度の３倍以上の可変速運転は困難である。さらに、前記の高調波磁束により鉄損が増加し、高調波磁束による電磁力で振動を発生する。
【０００８】
また、ハイブリッド自動車用駆動モータに埋め込み型永久磁石モータを適用した場合、エンジンのみで駆動される状態ではモータは連れ回される。中・高速回転ではモータの永久磁石による誘導電圧が電源電圧以上になり、弱め磁束制御でｄ軸電流を流し続ける。この状態では、モータは損失のみを発生するので総合運転効率が悪化する。
このため、上述したような従来技術の問題点に対して、特開２００６−２８０１９５号公報（特許文献２）では低速から高速までの広範囲で磁化を変化させながらの運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上を提供することのできる全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータ（永久磁石式回転電機）が提案されている。
【０００９】
すなわち、この永久磁石式モータは図２（特許文献２の図１）に示したような、固定子巻線を設けた固定子と、回転子鉄心中に前記固定子巻線の電流で作る磁界により不可逆的に磁束密度が変化する程度の保磁力を有する低保磁力永久磁石と前記低保磁力永久磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力永久磁石とを配置した回転子とを備えたことものである。すなわち、低速から高速までの広範囲で可変速運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上を実現した永久磁石式回転電機を提供できる。この永久磁石モータに用いられる磁石は高保磁力磁石がＮｄＦｅＢ磁石であり、低保磁力磁石はアルニコ磁石、あるいはＦｅＣｒＣｏ磁石が示されている。
【００１０】
特許文献２に、低保磁力永久磁石としてアルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）またはＦｅＣｒＣｏ磁石、高保磁力永久磁石としてのＮｄＦｅＢ磁石を示している。アルニコ磁石の保磁力（磁束密度が０になる磁界）は６０〜１２０ｋＡ／ｍであり、ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力９５０ｋＡ／ｍに対して１／１５〜１／８になる。また、ＦｅＣｒＣｏ磁石の保磁力は約６０ｋＡ／ｍであり、ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力９５０ｋＡ／ｍに対して１／１５になる。アルニコ磁石とＦｅＣｒＣｏ磁石は、ＮｄＦｅＢの高保磁力磁石と比較してかなり低保磁力であり、この低保磁力を利用して、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータを作製する。実施形態では、低保磁力永久磁石の８〜１５倍の保磁力を有する高保磁力永久磁石を適用しており、これにより優れた特性の回転電機を得ることとしている。
【００１１】
一方、高保磁力の開発を目的としたＳｍＣｏ磁石が公開されている。
希土類とコバルトの比が１：５のＲＣｏ５系希土類金属間化合物（Ｒ：希土類元素）の中では、ＳｍＣｏ５はとりわけ高い一軸性の結晶磁気異方性を示し、高い保磁力が得られることが知られている。このため、この金属間化合物において、希土類元素を変えたそれぞれの組成で研究がなされ、異方性磁場、飽和磁化など基本物性が報告されている。
また、高保磁力化のために、化学量論組成よりも希土類に富んだ組成を選択し、液相焼結による緻密化を図っている。また、焼結ののちに８５０℃程度で熱処理を行うことで高保磁力が得られている。
ただし、例えばＳｍＣｏ５のＣｏサイトは磁気モーメントがより大きなＦｅで大量に置換することが出来ないので、Ｃｏを他の線金属元素で置換して、より強い磁石にすることは困難である。
上記の通り、永久磁石は最大エネルギー積の向上、すなわち残留磁束密度、および保磁力の増大を目指していたため、本合金系は実用化に至った磁石はほとんどなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１３６９１２号公報
【特許文献２】特開２００６−２８０１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
いずれの特許文献も、高保磁力化を目指したものである。よって、今回適用する全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータにおける低保磁力磁石のコンセプトを十分発揮できるものではない。一方、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに適用する低保磁力磁石は、アルニコ磁石を用いた場合よりも、さらに広い範囲の磁束制御による効率向上が求められていた。
モータ、特に全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータのさらなる高出力、効率向上、信頼性向上のため、所定の動作条件での最適磁束量の設定ができる必要がある。本発明は、このような設定に適した、特に低保磁力磁石に最適な永久磁石およびその製造方法を提供することを目的とする。本発明は、洗濯機、エアコンなどの家電用途、車載用途、電車用途など各種容量のモータの高効率化に極めて有効な永久磁石を提供するものである。さらに、上記のような応用に好適な永久磁石モータ及びモータ用永久磁石を提供することである。
【００１４】
本発明は、モータ、特に全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータのさらなる高出力、効率向上、信頼性向上に対して、所定の動作条件での最適磁束量の設定ができる必要があり、これに適した、特に低保磁力磁石に最適な永久磁石およびその製造方法を提供することを目的とする。本発明は、洗濯機、エアコンなどの家電用途、車載用途、電車用途など各種容量のモータの高効率化に極めて有効な永久磁石を提供するものである。さらに、上記のような応用に好適な永久磁石モータ及びモータ用永久磁石を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の永久磁石は、以下の一般式を満たすとともに、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とするものである。
一般式：Ｒ１−ｘＳｍｘ（Ｃｏ１−ａ―ｂ−ｃ−ｄＦｅａＣｕｂＭｃＴｄ）ｚ
Ｒ：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄから選ばれる少なくとも１種
Ｍ：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ, Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
Ｔ： Ｓｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも１種
Ｒを１としたときの原子比
０≦ｘ≦０．５
０＜ａ≦０．２５
０．０２≦ｂ≦０．４
０≦ｃ≦０．０４
０≦ｄ≦０．０５
４．２≦ｚ≦６．０
【００１６】
また、室温での保磁力は０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下であることが好ましい。また、前記一般式ｘ値が０．０２≦ｘ≦０．４、ａ値が０．０１≦ａ≦０．２、ｂ値が０．０５≦ｂ≦０．３であることが好ましい。また、第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８であることが好ましい。また、ＣａＣｕ５相と、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の少なくとも１種を具備することが好ましい。また、永久磁石は焼結体であることが好ましい。また、モータに搭載される永久磁石に好適である。特に、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上で、かつ第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８を具備する永久磁石は全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに好適である。
【００１７】
また、本発明の永久磁石の製造方法は、以下の一般式を満たす合金粉末を磁場中成形することにより成形体を調整する成形工程、成形体を不活性雰囲気中１０００℃以上１２００℃以下の温度で１０分以上２０時間以下焼結および溶体化することにより焼結体を得る焼結工程、焼結体を５００℃以上８００℃以下の温度で１０分以上１０時間以下熱処理するとともに、熱処理後の冷却速度１〜１０℃／ｍｉｎで４５０℃以下まで冷却した後、室温までさらに冷却する時効処理工程を具備することを特徴とするものである。
一般式：  Ｒ１−ｘＳｍｘ（Ｃｏ１−ａ―ｂ−ｃ−ｄＦｅａＣｕｂＭｃＴｄ）ｚ
Ｒ：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄから選ばれる少なくとも１種
Ｍ：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ, Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
Ｔ： Ｓｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも１種
Ｒを１としたときの原子比
０≦ｘ≦０．５
０＜ａ≦０．２５
０．０２≦ｂ≦０．４
０≦ｃ≦０．０４
０≦ｄ≦０．０５
４．２≦ｚ≦６．０
【００１８】
また、時効処理によってＣａＣｕ５相と、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の少なくとも１種を具備することが好ましい。また、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることが好ましい。
また、前記焼結工程後、室温あるいは前記熱処理温度までを冷却速度１〜１００℃／ｍｉｎで冷却することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るモータ用永久磁石は、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータに用いられるモータ用永久磁石であって、
室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下の希土類磁石であることを特徴とする。
本発明に係る永久磁石モータは、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下である、磁化状態を変化させるための第１の希土類永久磁石と、
前記第１の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第２の希土類永久磁石と、を備えることを特徴とする。
さらに、本発明によれば、以下の一般式を満たすとともに、保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とする永久磁石が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば低保磁力および高角形比を具備した永久磁石を提供できるので、モータ、特に全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの低保磁力側磁石に好適である。また、本発明の製造方法であれば低保磁力および高角形比の永久磁石を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】永久磁石モータの一例を示す図。
【図２】本発明の永久磁石を用いたモータの一例を示す図。
【図３】実施形態に係る永久磁石モータを示す断面図。
【図４】別の実施形態に係る永久磁石モータを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の永久磁石は以下の一般式を満たすとともに、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、かつ１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比が８０％以上であることを特徴とするものである。
一般式：  Ｒ１−ｘＳｍｘ（Ｃｏ１−ａ―ｂ−ｃ−ｄＦｅａＣｕｂＭｃＴｄ）ｚ
Ｒ：Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄから選ばれる少なくとも１種
Ｍ：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ, Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種
Ｔ： Ｓｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも１種
Ｒを１としたときの原子比
０≦ｘ≦０．５
０＜ａ≦０．２５
０．０２≦ｂ≦０．４
０≦ｃ≦０．０４
０≦ｄ≦０．０５
４．２≦ｚ≦６．０
【００２３】
まず、室温の保磁力は０．５ｋＯｅ以上５．０ｋＯｅ以下である。保磁力が０．５ｋＯｅ未満では全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータにおける磁束制御範囲が狭くなり、５．０ｋＯｅを超えるとこの磁石の磁化を反転させるのに多大な電気エネルギーを必要とするため、省エネ効果が大きく低減する。そのため、好ましくは１〜３．５ｋＯｅであり、さらに好ましくは１〜３．０ｋＯｅである。永久磁石モータが１５０℃までの高温で動作する場合には、５ｋＯｅまでの保磁力で高効率モータが得られる。また、角型比は８０％以上であり、８０％未満では全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータにおける、磁束制御範囲が狭くなるため、高効率運転できる範囲が狭くなる。角型比の好ましい値は９０〜１００％である。なお、本発明の角型比は１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した値である。１０ｋＯｅを選択したのは本発明の永久磁石は保磁力が５ｋＯｅ以下と低保磁力であるため１０ｋＯｅの磁場中ではほぼ磁気的に飽和しており、角型比の定義に適しているためである。永久磁石の場合、通常は残留磁化の２乗を４で割った値が最大エネルギー積の理論値であり、実際の最大エネルギー積の値をこの値で割ったものが角型比とされているが、本発明の永久磁石は保磁力を比較的小さい値で制御しているため、角型性を表す新たな指標として、軟磁性材料で適用する角型比を参考に用いた。
【００２４】
また、第２，３象限の平均リコイル透磁率１．００〜１．０８であることが好ましい。リコイル透磁率が１．００未満は原理的にあり得ず、１．０８を超えると全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの磁束制御量が低減してしまい、高効率運転できる範囲が狭くなる。好ましいリコイル透磁率は１．０７以下である。
リコイル透磁率は試料振動型磁力計を用いて第２、３象限での磁化の磁場による変化、たとえば１５ｋＯｅから磁場ゼロに至る変化から求める。具体的には、パルス磁場６０ｋＯｅで着磁した試料を着磁した方向とは逆に−１５ｋＯｅまで磁場を加え、そこから０まで磁場の強さを変化させて磁化測定を行なう。この後、−１４ｋＯｅまで磁場を印加したのち、同様に磁場ゼロまで変化させ、磁化を測定する。これを、１ｋＯｅごとに繰り返し、第３象限から第２象限の範囲で測定する。リコイル透磁率は直線と近似し、各磁場（−１５ｋＯｅ、−１４ｋＯｅ、…）と磁場ゼロにしたときの磁化の差を磁場変化量で割った値であり、それらを平均したものが平均リコイル透磁率である。
保磁力、角型比は通常の測定で求められる。保磁力は、最大磁場１０ｋＯｅでフルループ測定したときの保磁力である。角型比は１０ｋＯｅでの磁化に対する残留磁化である。
【００２５】
次に一般式に示した各元素について説明する。
ＲはＣｏとともに本発明の永久磁石の基本となる必須元素であり、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄから選ばれる少なくとも１種である。ＳｍはＲサイトを置換できる元素であり、結晶構造を保ち、特性向上を実現する。その量ｘは０．５以下であり、それを超えると保磁力の制御が困難になる。ＲおよびＳｍの希土類元素の中で、最も含有量の多いことが好ましい元素はＣｅである。なお、Ｒの中で好ましい元素はＣｅ、Ｐｒ、Ｌａである。なお、Ｒとして、ミッシュメタル、ジジムなど分離前の希土類元素を用いてもよい。また、希土類元素は複数種からなる場合が工業的に安定した磁気特性が得られる。好ましくは、Ｃｅ、Ｐｒ、ＬａとＳｍであり、３種以上でもよい。また、Ｓｍ量を示すｘ値の好ましい範囲は０．０２≦ｘ≦０．４である。
【００２６】
Ｃｏは希土類元素（ＲおよびＳｍ）との組合せにより、所定の結晶相を具備し、本発明の特性を発現させるのに必須の元素である。ＦｅはＣｏとの置換により、飽和磁化の増大に寄与する元素であるが、その量ａは０．０１未満では効果が小さく、０．２５を超えるとＣａＣｕ５相、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の３つの相以外の相を必要以上に形成する要因となり、角型性の低下とリコイル透磁率の増大する。好ましくは、ａ値が０．０１≦ａ≦０．２である。
Ｃｕは保磁力を制御するための必須元素であり、時効処理でピンニングタイプの磁化過程にさせることを促進させる元素である。その量ｂは０．０２≦ｂ≦０．４０である。０．０２未満ではその効果は発揮されず、一方０．４０を超えると磁化が低下しすぎてしまう。好ましくは、０．０５≦ｂ≦０．３０である。
【００２７】
Ｍ元素はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ、Ｍｎから選ばれる少なくとも１種であり、結晶粒粗大化抑制による保磁力制御、角型比制御に有効である。その量は、０．０５以下であり、これを超えると、異相析出の原因となり、角型比の低下を招く。好ましくは、０．０４以下である。
Ｔ元素は、Ｓｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａから選ばれる少なくとも１種であり、保磁力、角型性の制御に有効な元素である。その量ｄ値は０．０５以下であり、それを超えると異相（ＣａＣｕ５相、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の３つ以外の相）が析出する原因となり、その結果、角型性が低下してしまう。好ましくは、０．０３以下である。
【００２８】
ｚ値は希土類元素に対するＣｏ、Ｆｅなど合計の原子比であり、この値と時効処理で保磁力を制御するが、ｚ値が４．２未満、一方６．０を超えると磁気特性の制御が難しくなり、モータに用いた場合の磁束変化量をとりにくくなる。好ましくは、４．３≦ｚ≦５．９、さらに好ましくは４．４≦ｚ≦５．８である。
【００２９】
上記、一般式のＲＣｏ５系磁石に対して、不可避不純物としてＣは０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：０．５ｗｔ％以下、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａが０．０６ｗｔ％以下、Ｓｎが０．００５ｗｔ％以下含まれていても、本発明の特性を妨げるものではない。
本発明の磁石は上記組成に加え、酸素５０００ｗｔｐｐｍ以下、水素２０００ｗｔｐｐｍ以下、窒素１０００ｗｔｐｐｍ以下入っていても良い。特に、水素は水素粉砕などプロセス上水素を用いる場合に、多少残留する場合があるが、特性面には問題ない。また、その他の成分（不純物含む）を合計で０．１ｗｔ％以下含有していても良い。
【００３０】
本発明の永久磁石の製造方法は特に限定されるものではないが、効率よく得る方法として次のものが挙げられる。母合金は所定の比率に調製後、高周波溶解などの方法により溶解し、鋳造あるいはストリップキャストにより作製する。鋳造法の場合は、冷却速度を十分とるために、水冷鋳型や水冷金属板上に鋳込むことが好ましい。また、ストリップキャストの場合、得られるフレークの板厚はおおよそ７０μｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、１００μｍ以上１ｍｍ以下が主体となることである。粉砕は例えばジェットミルを用いて微粉砕すればよく、その粉砕粉の平均粒径は１〜１５μｍが好ましい。１μｍ以下では十分な焼結密度が得られにくくなるとともに、酸化されやすくなり、一方１５μｍを超えると角型性が低下し始める。好ましくは２〜１２μｍであり、さらに好ましくは３〜１０μｍである。一方、水素を用いた水素粉砕でも良いが、この手法では所定の平均粒径にまで到達しないことがあるため、複数回水素吸蔵放出を繰り返す、あるいは水素粉砕の後、ボールミルのような湿式法あるいはジェットミルのような乾式法でさらに粉砕することでもよい。
磁場中成形は、縦磁場あるいは横磁場でも良く、その際の磁場は配向させるためには強い方が好ましいが、通常使用している２０ｋＯｅあればよい。また、成形圧力は高いほうが好ましいが、これも通常使用している１００ｋｇ／ｃｍ２以上あればよい。
【００３１】
焼結および溶体化処理は、まず室温から１〜５０℃／ｍｉｎ.の割合で昇温させ、５００〜７００℃で１〜２時間脱ガスする。脱ガスを行うことにより酸素、水素、窒素等のガス成分の含有量を少なくすることができる。この後、同様の昇温速度で１０００〜１２００℃の焼結温度までＡｒ雰囲気中で温度を上昇させ、この温度範囲で合計１０分以上２０時間までの焼結を行う。その後、１〜１００℃／ｍｉｎ．の速度で冷却する。時効は焼結、溶体化に引き続き、５００℃以上８００℃以下の温度で、１０分〜２０時間行なえばよく、その後の冷却速度は０．１〜１０℃／ｍｉｎ．で冷却する。焼結処理と時効処理の間は、いったん室温にまで冷却しても、連続で処理してもよい。また、時効は１段（１温度条件）の処理で保磁力を制御できるが、２段（２つの温度条件）以上の処理でもよい。この場合は、高い温度側から低い温度にステップを経ることが好ましく、この場合２つの温度間の冷却速度は１〜５℃／ｍｉｎ．で行う。多段の場合、全体の時効時間が２０時間以下とすればよい。
このプロセスでの雰囲気は非酸化雰囲気が好ましく、Ａｒ、窒素、真空中での処理が好ましい。なお、焼結密度は９５％以上が好ましい。焼結密度は（アルキメデス法による実測値／理論密度）×１００％で求める。
【００３２】
上記のプロセスで得られた磁石は、時効処理によってＣａＣｕ５相と、Ｔｈ２Ｚｎ１７相またはＲ２Ｃｏ７相の少なくとも１種を具備することが好ましい。従って、焼結処理でＣａＣｕ５相の単相化、あるいは主相とすることが重要で、これにより保磁力制御ができる。ＣａＣｕ５相の割合は、体積比で６０％以下が好ましく、さらに好ましくは５０％以下である。
ＣａＣｕ５相単相では保磁力が大きすぎるため、ＣａＣｕ５相以外にＴｈ２Ｚｎ１７相またはＴｈ２Ｃｏ７相の少なくとも１種が存在することが好ましい。より好ましくはＣａＣｕ５相、Ｔｈ２Ｚｎ１７相およびＴｈ２Ｃｏ７相の３つの相を具備し、その合計が９０体積％以上１００体積％以下となることである。また、前記３つ以外の相（異相）は合計で１０体積％以下が好ましく、異相としてはＲ５Ｃｏ１９相、ＲＣｏ３相、ＲＣｏ２相、さらには希土類酸化物相などが挙げられる。これらの相の存在有無はＸＲＤ（Ｘ線回折法）により求めることができる。また、相割合はＸ線回折法により求めることができる。なお、少量の析出の場合はＸ線回折では検出困難な場合もあり、ＳＥＭとＥＰＭＡの観察でも同様の結果が得られるため、この手法を用いても良い。
【００３３】
一方、ＣａＣｕ５相が全て２相分離する（つまりＣａＣｕ５相がない状態）と、低Ｈｃ、低角型比となり、本発明の目的とする、全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータへの適用は困難である。従って、好ましくはＣａＣｕ５相は５％以上であり、さらに好ましくは１０％以上５０％以下である。
保磁力、角形性、リコイル透磁率などの全てを満足するには、上記時効条件が好ましいが、より短時間で制御が出来る場合、８００℃を超えた高温側での熱処理でも問題ないが、量産時の時効での時間制御を考慮すると、８００℃以下が好ましい。一方、下限は保磁力のバラツキ低減の観点から６００℃以上が好ましい。
得られた磁石は、耐酸化性は優れているが、さらに耐酸化性を持たせるためにＮｉめっき、Ｃｕめっき、Ａｌめっきなど各種表面処理を行うことにより、幅広い様々な環境下で使用することが出来る。
【００３４】
また、本発明に係る永久磁石を用いた永久磁石モータは、運転モードに適した磁束にするために、一部の磁石の磁化方向を反転させて、磁束量を制御して、高効率化を図るものである。すなわち、永久磁石モータは、室温の保磁力が０．５ｋＯｅ以上５ｋＯｅ以下、１０ｋＯｅの磁場での磁化に対する残留磁化の比で表した角型比８０％以上で、かつ第２、３象限の平均リコイル透磁率が１．００以上１．０８以下である、磁化状態を変化させるための第１の希土類永久磁石と、第１の希土類永久磁石よりも室温の保磁力が高い第２の希土類永久磁石とを備える。第１の希土類永久磁石は、磁化方向を反転させて磁束を制御する低保磁力磁石である。第１の希土類永久磁石は、全磁石体積の５〜７０％の範囲にあることが好ましい。このような範囲にすることにより、モータの出力、効率及び信頼性を向上することができる。好ましくは１０〜６７％であり、さらに好ましくは、１５〜５０％である。
第１の希土類永久磁石の室温での保磁力が０．５ｋＯｅ以上３．５ｋＯｅ以下であることが望ましい。また、第１の希土類永久磁石は、Ｓｍを含む希土類元素と、Ｃｏが主成分の遷移金属元素とを含有する組成を有することが好ましい。さらに好ましい組成は、前述した一般式で表される組成である。
【００３５】
第２の希土類永久磁石は、例えば、ＮｄＦｅＢ磁石等を挙げることができる。
本発明の永久磁石モータは、インナーロータ型でもアウターロータ型でもどちらでもよく、また表面磁石型（ＳＰＭ）でも埋め込み磁石型（ＩＰＭ）のいずれの構成でもよい。表面磁石型（ＳＰＭ）は、例えば、第１の希土類永久磁石及び第２の希土類永久磁石を含む永久磁石が、回転子の表面もしくは内周面に設置されるものを挙げることができる。埋め込み磁石型（ＩＰＭ）は、例えば、第１の希土類永久磁石及び第２の希土類永久磁石を含む永久磁石が、回転子に埋め込まれたものを挙げることができる。
【００３６】
一例として、インナーロータ方式のＩＰＭ型の例を図２に示す。図２に示すように、回転子１は、回転子鉄心２、複数の第１の希土類永久磁石（低保磁力永久磁石）３、複数の第２の希土類永久磁石（高保磁力永久磁石）４から構成されている。第１の希土類永久磁石３及び第２の希土類永久磁石４は、回転子鉄心２に埋め込まれ、回転子１の円周方向に配列している。第１の空洞５は、第１の希土類永久磁石３の両端に設けられている。第２の空洞６は、第２の希土類永久磁石４の両端に設けられている。７で示すのは、回転子鉄心２の磁極部である。
また、図３，４には、アウターロータ方式のＩＰＭ型の永久磁石モータの実施形態を示す。図３に示すように、本実施形態の永久磁石モータにおける回転子２１は、回転子鉄心２２、第１の希土類永久磁石２３、第２の希土類永久磁石２４から構成される。回転子鉄心２２は、例えば、珪素鋼板を積層して構成されている。第１の希土類永久磁石２３及び第２の希土類永久磁石２４は、回転子鉄心２２の径方向断面に４個ずつ埋め込まれている。第１の希土類永久磁石２３は回転子２１のほぼ径方向に沿って配置され、その断面は台形状である。また、第１の希土類永久磁石２３の磁化方向はほぼ周方向である。第２の希土類永久磁石２４は、ほぼ周方向に配置され、その断面は長方形状である。また、第２の希土類永久磁石２４の磁化方向はほぼ径方向である。
第１の希土類永久磁石２３及び第２の希土類永久磁石２４それぞれの両端部には空洞２５が設けられている。ボルト穴２６は、回転子鉄心２２に開口されている。そして、回転子鉄心２２の磁極鉄心部２７は、２個の第１の希土類永久磁石２３と１個の第２の希土類永久磁石２４とで取り囲まれるようにして形成される。回転子鉄心２２の磁極鉄心部２７の中心軸方向がｄ軸、磁極間の中心軸方向がｑ軸となる。したがって、第１の希土類永久磁石２３は磁極間の中心軸となるｑ軸方向に配置され、第１の希土類永久磁石２３の磁化方向はｑ軸に対して９０°、又は９０°方向となる。隣合う第１の希土類永久磁石２３において、互いに向かい合う磁極面は同極にしてある。また、第２の希土類永久磁石２４は磁極鉄心部２７の中心軸となるｄ軸に対して直角方向に配置され、その磁化方向はｄ軸に対して０°、又は１８０°の方向となる。隣合う第２の希土類永久磁石２４において、互いに磁極の向きは逆極性にしてある。
【００３７】
このような回転子２１は、固定子２８の内部に収容されている。この固定子２８は、電機子巻線２９を固定子鉄心３０の内側に形成されたスロットに収容することで構成されている。そして固定子２８の内周面と回転子２１の外周面とは、エアギャップ３１を介して対向させている。
一方、図４に示すように、本実施の形態の永久磁石モータにおける回転子４１は、回転子鉄心４２内に、第１の希土類永久磁石４３と、第２の希土類永久磁石４４とを埋め込んだ構成である。回転子鉄心４２は珪素鋼板を積層して構成されている。第１の希土類永久磁石４３及び第２の希土類永久磁石４４は、回転子鉄心４２の径方向断面に８個ずつ埋め込んである。第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４との８組それぞれは、回転子４１の内径側に凸の形状に設置されている。第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４の磁化方向はともにほぼ磁石寸法の小さい方向にしてある。第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４の両端部には必要に応じて、磁石の磁束短絡と、応力緩和のための空洞４５を設けてもよい。回転子鉄心４２の磁極鉄心部４６は、第１の希土類永久磁石４３と第２の希土類永久磁石４４とで取り囲まれるようにして形成される。なお、４７は回転軸である。
このような回転子４１は、固定子４８の内部に収容されている。固定子４８は、電機子巻線４９を固定子鉄心５０の内側に形成されたスロットに収容することで構成されている。そして固定子４８の内周面と回転子４１の外周面とは、エアギャップ５１を介して対向させている。
【００３８】
本発明で用いられる永久磁石モータは、前述した図２〜図４に示す形態に限定されない。本発明は、複数個の永久磁石が規則的に配列された永久磁石モータに適用可能である。回転子の円周方向に永久磁石を配置し、高保磁力と低保磁力の磁石を交互に、あるいは上記の体積比の範囲内になるように、個数、あるいは寸法（厚み、断面積など）を変えて、最適仕様の永久磁石モータとすることができる。
以下に、実施例で発明の効果を示す。
【００３９】
（実施例）
（実施例１〜３０）
表１に示す組成について、原料粉末を調製したのち、高周波誘導加熱炉で溶解し、水冷銅板上に鋳込み、母合金とした。得られた試料を粗粉砕の後、ジェットミルで平均粒径３〜５μｍに微粉砕し、所定の形状に、磁場２０ｋＯｅ、プレス圧０．５ｔ／ｃｍ２の条件で磁場中成形した。得られた成形体を、母相の融点より５０℃低い温度（１０００〜１２００℃）で、３時間の条件で焼結した後、５０℃／ｍｉｎの速度で室温まで冷却した。この後、時効処理として、奇数番号の実施例は７５０℃、３時間熱処理を行い、５℃／ｍｉｎの割合で冷却、偶数番号の実施例は７００℃、５時間の後、６００℃まで１℃／ｍｉｎ．の速度で冷却し、２段目の時効処理として４時間保持した後、２℃／ｍｉｎの割合で冷却した。また、時効処理温度までの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ．で統一した。
また、焼結までの昇温は真空中で５℃／ｍｉｎで行い、６００℃で一旦キープして脱ガスを行い、その後は全てＡｒ雰囲気中で行っている。
いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性の評価として、残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃ）、角型比、リコイル透磁率、Ｈｃレンジを測定した。残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃ）、角型比、リコイル透磁率については前述の方法を用いて測定し、１００個の平均値とした。また、Ｈｃレンジは保磁力のばらつきを示すもので１００個測定した保磁力（Ｈｃ）の「最大値−最小値」から求めた。その結果を表１に示す。
また、それぞれの試料について、Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα、管電圧：５０ｋＶ，管電流：１００ｍＡ）を行い、相構成を評価した。
【００４０】
【表１】
2010021541.tif 000003
【００４１】
表１から分かるとおり、本実施例にかかる永久磁石では保磁力は高すぎず、小さすぎず、また保磁力のばらつきも小さく、リコイル透磁率も小さいことが分かった。また、構成相をＳＥＭおよびＥＰＭＡ測定した結果、実施例２６、２７はＣａＣｕ５相以外にＴｈ２Ｃｏ７相と２〜３体積％のＲＣｏ３相、Ｓｍ２Ｏ３など希土類酸化物相、実施例２９，３０はＣａＣｕ５相以外にＴｈ２Ｚｎ１７相と約１体積％Ｓｍ２Ｏ３など希土類酸化物相、その他の実施例に係る永久磁石はいずれもＣａＣｕ５相以外にＴｈ２Ｚｎ１７相およびＴｈ２Ｃｏ７相の３相を具備、または、さらに２〜３体積％のＲＣｏ３相、Ｓｍ２Ｏ３など希土類酸化物相を具備する構成であった。また、いずれも焼結密度９８％以上であった。
（比較例）
表２に比較例を示した。
【００４２】
【表２】
2010021541.tif 000004
【００４３】
（比較例１，２，３）
表２に示す組成について、高周波溶解して得た比較例１，２，３のインゴットをブラウンミルで粒子径１〜５μｍに粉砕した後、磁場中成形した。この成形体を真空中で焼結した後、冷却し、再度１１００℃で溶体化し、８５０℃、２時間時効処理後、０．５℃/ｍｉｎの速度で５００℃まで冷却し、時効処理を行なった。磁気特性を評価した結果、表２に示すとおり、いずれも保磁力が高いものが得られた。
（比較例４，５）
純度９９．９％以上のＳｍ２６．０ｗｔ％、純度９９．８％のＣｏ４７．３ｗｔ％、Ｆｅ１２．８ｗｔ％、Ｎｉ５．３ｗｔ％、およびＣｕ８．６ｗｔ％からなる合金（表２では原子比に換算した組成比を表示）を、アルゴン雰囲気で高周波溶解・鋳造した後、アルゴン雰囲気中で１１８０℃、４時間インゴツト溶体化処理を施し、溶体化処理後は液体窒素にて急速冷却（冷却速度１２００℃／ｍｉｎ．）した。次いで、得られた試料を鉄乳鉢で粗粉砕した後、有機溶剤中でボール・ミルにより平均粒度４μｍの微粉末とした。得られた微粉末を１５ｋＯｅの磁界中でプレスし、圧縮成型体と成した。
この圧縮成型体を２００Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気中で１２１０℃、２時間焼結し、ひき続いて１１９０℃、２時間の焼結後溶体化処理を施した後、１５０℃／ｍｉｎの冷却速度で急速冷却した。さらに８００℃、４時間の時効処理を施し、比較例４とした。また比較例５として、１１８０℃、４時間のインゴツト溶体化処理を施すことなく、上記比較例４と同様の製造方法により永久磁石を得た。
比較例４では、保磁力６．５ｋＯｅが得られる一方で、比較例５では保磁力４．３ｋＯｅが得られた。特に、比較例５では保磁力のばらつきが大きかった。
【００４４】
（比較例６，７）
比較例６として、Ｃｅ０．５６Ｓｍ０．４４（Ｃｏ０．６９７Ｃｕ０．１３Ｆｅ０．１６Ｚｒ０．０１３）６．２で与えられる組成の粉末を無磁場中で成形して得られた成形体を１１４０℃で１時間焼結し、１１００℃より６００℃までを１５分間で通過するように室温まで冷却した。ついでこの物を６００℃に１５分間保持し、３００℃まで８時間かけて時効したところ、表２に示す特性を得た。すなわち、高保磁力とそのばらつきは比較的大きい。
また、比較例７として、Ｃｅ０．８５Ｓｍ０．１５（Ｃｏ０．７０２Ｆｅ０．１６Ｃｕ０．１３Ｚｒ０．００８）５．９５で与えられる組成の成型物（無磁場中で成形）を比較例６と同様に１１２０℃で１時間焼結し、１１００℃より５００℃までを約６０分で通過する如く室温まで冷却した後、５００℃に２０分保持した後４時間で３００℃まで徐冷した。表２に示したように比較例６は保磁力が高すぎ、また比較例７は保磁力のばらつきが大きい。
（比較例８〜１０）
表２に示す比較例８〜１０に示す組成の合金を高周波溶解し、粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕した。得られた微粉末を１２ＫＯｅの磁界中で５ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で金型を用い圧縮成形した。このようにして得た圧縮体を不活性ガス雰囲気中で、各合金の融点の３０℃下の温度で２時間焼結し、引き続いて３０℃／ｍｉｎの冷却速度で５００℃以下まで冷却した。その後、８００℃で４時間時効処理を行い、５℃／ｍｉｎの条件で冷却した。これらの磁石特性を評価した結果を表２にまとめる。いずれの磁石も製造時の保磁力のばらつきが多く、またリコイル透磁率が大きかった。
【００４５】
（比較例１１〜２０）
表２に示す比較例１１〜２０の組成について、高周波溶解した。得られたインゴットをジョークラッシャーで粗粉砕した後、粒子径３〜６μｍにジェットミルを用いて微粉砕した後、磁場中成形した。
磁場中成形の条件は、磁場２０ｋＯｅ、プレス圧０．５ｔ／ｃｍ２である。この成形体を真空中で各組成の融点の５０℃下（１０２０〜１１８０℃）で４時間焼結した後、３０℃／ｍｉｎで室温まで冷却した。
奇数番号は、８５０℃、２時間時効処理後、１００℃/ｍｉｎの速度で２００℃まで冷却し、偶数番号は、４００℃、１０時間熱処理した後、５℃／ｍｉｎの速度で２００℃まで冷却した。いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性の評価結果の平均値を表２に示す。
磁気特性を評価した結果、表２に示すとおり、いずれも保磁力が高いものが得られた。
【００４６】
（モータへの適用）
実施例１〜３０および比較例１〜２０を永久磁石モータに組込んだ際の特性を評価した。評価温度は室温である。モータ特性の評価として各実施例および各比較例に係る永久磁石を、図２に示す全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの低保磁力磁石部に組み込み、また高保磁力磁石としてＮｄＦｅＢ磁石（Ｈｃ＝２１ｋＯｅ、Ｂｒ＝１２．４ｋＧ）を用いて、モータの効率評価を行った。なお、表２に比較例２１としてアルニコ磁石を示した。
基準とする永久磁石モータは磁石として全てＮｄＦｅＢ磁石（比較例２２：低保磁力側も高保磁力側と同じ磁石を使用）を用いた場合の効率を基準とし、実施例、比較例の効率を相対値として示している。評価条件は、モータの高速回転（３０００ｒｐｍ）、中速回転（２０００ｒｐｍ）、低速回転（１０００ｒｐｍ）での効率の平均値である。これらの条件は、トルクを指標とすると低トルク、中トルク、高トルクとなっており、各動作条件での効率が反映されることになる。
結果を表１および表２に併せて示すが、本実施例に係る永久磁石を用いた場合、ＮｄＦｅＢ磁石のみの永久磁石モータに比べて、大幅に効率向上しており、またアルニコ磁石を用いた場合に比べても効率が高いことがわかる。
なお、今回実施例として図２に示す構造の全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータへの適用を行ったが、保磁力の高い磁石と比較的保磁力の小さい磁石の組合せで構成される永久磁石モータ用磁石として本実施例の永久磁石を使用するものであれば、特にモータ構造に制限されないものではない。
【００４７】
（実施例３１〜３６、比較例２３〜２４）
次に実施例１と同様の組成を用いた原料粉末を用意し、製造条件を表３のように変えて製造を行った。得られた永久磁石について実施例１と同様の磁気特性の測定を行った。また、結晶相について分析し、ＣａＣｕ５相、Ｔｈ２Ｚｎ１７相およびＴｈ２Ｃｏ７相の３相を具備したものは○印、ＣａＣｕ５相単相のものは×印で示した。その結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
2010021541.tif 000005
【００４９】
表３から分かるとおり、本発明の好ましい条件を満たす製造方法であれば本発明の永久磁石を効率よく得られることがわかる。
【００５０】
（実施例３７〜４６）
表４に示す組成について、原料粉末を調製したのち、高周波誘導加熱炉で溶解し、水冷銅板上に鋳込み、母合金とした。得られた試料を粗粉砕の後、ジェットミルで平均粒径３〜５μｍに微粉砕し、所定の形状に、磁場２０ｋＯｅ、プレス圧０．５ｔ／ｃｍ２の条件で磁場中成形した。得られた成形体を、母相の融点より５０℃低い温度（１０００〜１２００℃）で、３時間の条件で焼結した後、５０℃／ｍｉｎの速度で室温まで冷却した。この後、時効処理として、奇数番号の実施例は７７０℃、６時間熱処理を行い、５℃／ｍｉｎの割合で冷却、偶数番号の実施例は７００℃、７時間の後、６００℃まで１℃／ｍｉｎ．の速度で冷却し、２段目の時効処理として６００℃で４時間保持した後、２℃／ｍｉｎの割合で冷却した。また、時効処理温度までの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ．で統一した。
また、焼結までの昇温は真空中で５℃／ｍｉｎで行い、６００℃で一旦キープして脱ガスを行い、その後は全てＡｒ雰囲気中で行っている。
いずれも、試料を１００個作製し、磁石特性の評価として、残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃ）、角型比、リコイル透磁率、Ｈｃレンジを測定した。残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃ）、角型比、リコイル透磁率については前述の方法を用いて測定し、１００個の平均値とした。また、Ｈｃレンジは保磁力のばらつきを示すもので１００個測定した保磁力（Ｈｃ）の「最大値−最小値」から求めた。その結果を表１に示す。
また、それぞれの試料について、Ｘ線回折測定（Ｃｕｋα、管電圧：５０ｋＶ，管電流：１００ｍＡ）を行い、相構成を評価した。
（モータへの適用）
実施例３７〜４６の永久磁石を永久磁石モータに組込んだ際の特性を評価した。評価温度は１２０℃である。モータ特性の評価として各実施例および各比較例に係る永久磁石を、図２に示す全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータの低保磁力磁石部に組み込み、また高保磁力磁石としてＮｄＦｅＢ磁石（Ｈｃ＝２１ｋＯｅ、Ｂｒ＝１２．４ｋＧ）を用いて、モータの効率評価を行った。なお、表２に比較例２５としてアルニコ磁石を示した。
基準とする永久磁石モータは磁石として全てＮｄＦｅＢ磁石（比較例２６：低保磁力側も高保磁力側と同じ磁石を使用）を用いた場合の効率を基準とし、実施例、比較例の効率を相対値として示している。評価条件は、モータの高速回転（３０００ｒｐｍ）、中速回転（２０００ｒｐｍ）、低速回転（１０００ｒｐｍ）での効率の平均値である。これらの条件は、トルクを指標とすると低トルク、中トルク、高トルクとなっており、各動作条件での効率が反映されることになる。
【００５１】
【表４】
2010021541.tif 000006
【００５２】
結果を表４に併せて示すが、本実施例に係る永久磁石を用いた場合、ＮｄＦｅＢ磁石のみの永久磁石モータに比べて、大幅に効率向上しており、またアルニコ磁石を用いた場合に比べても効率が高いことがわかる。
なお、今回実施例として図２に示す構造の全体または一部の永久磁石の磁化状態を変化させることができるモータへの適用を行ったが、保磁力の高い磁石と比較的保磁力の小さい磁石の組合せで構成される永久磁石モータ用磁石として本実施例の永久磁石を使用するものであれば、特にモータ構造に制限されるものではない。
なお、１５０℃での評価でも同様に、本発明の磁石を用いた永久磁石モータは優れた効率を示している。
【符号の説明】
【００５３】
１，１１，２１，４１…回転子、２，１２，２２，４２…回転子鉄心、３，２３，４３…第１の希土類永久磁石（低保磁力永久磁石）、４，２４，４４…第２の希土類永久磁石（高保磁力永久磁石）、５…第１の空洞、６…第２の空洞、７，２７，４６…鉄心の磁極部、１４…永久磁石、２６…ボルト穴、２８，４８…固定子、２９，４９…電機子巻線、３０，５０…固定子鉄心、３１，５１…エアギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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