(57)【要約】【課題】高い保磁力を持つ交換スプリング磁石が作製可能となり、Ｆｅの添加量を増すことで高い磁化も達成できる。これによって高保磁力、高残留磁束密度を有する永久磁石が作製可能となる。また本発明の永久磁石をモータに適用することにより従来のネオジム磁石にくらべ大幅な出力の向上が可能となる。【解決手段】ＳｍＣｏ５を含むナノコンポジット磁石において、ＳｍＣｏ５結晶粒界に軟磁性相が存在し、ＳｍＣｏ５結晶材料よりも保磁力の上昇している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｍＣｏ５結晶粒界に軟磁性相が存在し、ＳｍＣｏ５結晶材料よりも保磁力の上昇していることを特徴とする複合材料。
【請求項２】
前記軟磁性相の厚み、または前記ＳｍＣｏ５結晶材料を構成する粒子の粒子間距離が１０ｎｍ〜１ｎｍの範囲にある、請求項２記載の複合材料。
【請求項３】
前記軟磁性相がα−Ｆｅから成る、請求項１又は２記載の複合材料。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の複合材料からなるナノコンポジット磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高保磁力、高残留磁束密度を有する永久磁石等として有用な複合材料に関し、詳しくは、永久磁石としてモータに適用することにより、従来のネオジム磁石にくらべ大幅な出力の向上が可能な複合材料及びナノコンポジット磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高い磁束密度を有する永久磁石材料として、硬磁性材料と軟磁性材料をナノスケール（nano-scale）で複合化した硬磁性材料（ナノコンポジット：nano composite磁石）は有望である。しかし、これを実現するためには、軟磁性材料の添加量の増加に伴う、保磁力の低下を抑制しなければならない。
【０００３】
また、保磁力の起源に着目すると、逆磁場を印加した時の磁化反転は、磁区中に反平行磁区の核が生成し、反平行磁区の磁壁が移動しながら拡大していく。この時、反平行磁区の磁壁移動を妨げることで、磁化反転を防ぎ、保磁力を高めることができる。ここで、磁壁移動を妨げる因子としては、欠陥や異相による結晶構造の不連続性と、異なる硬磁性相や非磁性相による磁気異方性エネルギーの不連続性がある。
【０００４】
特表２００８−５０５５００号公報及び特表２００５−５２７９８９号公報において、硬磁性＋軟磁性のナノコンポジットにおいて考えられる元素の組合せが殆ど網羅されている。しかし、これらの公報には、軟磁性相によるピンニング効果については述べられていない。
【０００５】
また、特開２００６−１７３２１０号公報において、薄膜の積層構造によって、ＳｍＣｏ５＋Ｆｅナノコンポジットを実現したものが開示されているが、薄膜プロセスを必要とするため、製造可能なサイズと製造コストの面で問題が残る。
【０００６】
また、特開２０１０−２１５４１号公報、特開２０１０−３４５２２号公報、特開２０１０−１２１１６７号公報、特開２０１０−１２３７２２号公報、特開２０１１−１１４２３６号公報、特開２０１２−６９７５０号公報、特開２０１２−６９８１９号公報において、Ｃｕを含む結晶相がＳｍ２Ｃｏ１７相、ＳｍＣｏ７相、ＳｍＣｏ５相について言及されているが、ＳｍＣｏとα−Ｆｅが共存する系については言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００８−５０５５００号公報
【特許文献２】特表２００５−５２７９８９号公報
【特許文献３】特開２００６−１７３２１０号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１５４１号公報
【特許文献５】特開２０１０−３４５２２号公報
【特許文献６】特開２０１０−１２１１６７号公報
【特許文献７】特開２０１０−１２３７２２号公報
【特許文献８】特開２０１１−１１４２３６号公報
【特許文献９】特開２０１２−６９７５０号公報
【特許文献１０】特開２０１２−６９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、硬磁性材料と軟磁性材料をナノスケールで複合化した硬磁性材料で、高保磁力、高残留磁束密度を有する永久磁石等として有用な複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、下記の発明１〜３を提供することにより、前記目的を達成したものである。
１．ＳｍＣｏ５結晶粒界に軟磁性相が存在し、ＳｍＣｏ５結晶材料よりも保磁力の上昇していることを特徴とする複合材料。
【００１０】
２．前記軟磁性相の厚み、または前記ＳｍＣｏ５結晶材料を構成する粒子の粒子間距離が１０ｎｍ〜１ｎｍの範囲にある、前記２記載の複合材料。
【００１１】
３．前記軟磁性相がα−Ｆｅから成る、前記１又は２記載の複合材料。
【００１２】
４．前記１〜３の何れかに記載の複合材料からなるナノコンポジット磁石。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、高い保磁力を持つ交換スプリング磁石が作製可能となり、Ｆｅの添加量を増すことで高い磁化も達成できる。これによって高保磁力、高残留磁束密度を有する永久磁石が作製可能となる。
また本発明の永久磁石をモータに適用することにより、従来のネオジム磁石にくらべ大幅な出力の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１の複合材料の粒子状態を示す概略説明図である。
【図２】図２は、実施形態２の複合材料の粒子状態を示す概略説明図である。
【図３】図３は、実施例で得られた試料３，６，９の各磁気特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の複合材料は、ＳｍＣｏ５結晶粒界に軟磁性相が存在し、ＳｍＣｏ５結晶材料よりも保磁力の上昇しているものである。
【００１６】
本発明の複合材料によれば、ピンニング効果が得られる。従来のＳｍＣｏ５とα−Ｆｅからなるナノコンポジット磁石において、軟磁性材料が存在する事によりピンニング効果が発現した例は無い。軟磁性によるピンニング効果は、本発明において初めて確認された。
【００１７】
本発明は、好ましくは、軟磁性材料の粒子径又は相間厚みを臨界径以下にした形状で複合化し、硬磁性相と磁気交換結合した状態を創るものである。これにより、硬磁性材料と同等の保磁力を持った軟磁性相が実現し、バルク（bulk）全体の磁化と保磁力が上昇する。
【００１８】
本発明においては、高い保磁力と磁化を有する永久磁石を実現するため、α-Ｆｅで被覆したＳｍＣｏ５結晶構造を有する磁性粒子を緻密化した硬磁性材料とすることができる。このような点から、軟磁性相としては、α−Ｆｅから成るものがこのましい。その他、軟磁性相として、Ｎｉ、Ｃｏ等を用いてもよい。
【００１９】
この硬磁性材料において、保磁力を維持するため、α―Ｆｅ等の軟磁性相の膜厚は、臨界径以下の厚みとすることが好ましい。これにより、ＳｍＣｏ５と交換磁気結合した状態をつくる（実施形態１）。なお、図１は、実施形態１の複合材料の粒子状態を示す。
【００２０】
ここで用いるα−Ｆｅ等の軟磁性相の膜は均一である必要はなく、臨界径を下回るサイズの粒子でも可能である（実施形態２）。なお、図２は、実施形態２の複合材料の粒子状態を示す。この場合は、図２に示すように、ＳｍＣｏ５結晶材料を構成する粒子の粒子間距離が一部において保持できればよい。
【００２１】
特に、本発明の複合材料における軟磁性相の厚み、またはＳｍＣｏ５結晶材料を構成する粒子の粒子間距離は、SmCo5結晶層と軟磁性相が磁気的な交換スプリング結合する点で、１０ｎｍ〜１ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００２２】
また、高い磁気異方性を持つＳｍＣｏ５結晶相と低い磁気異方性を持つα―Ｆｅ結晶相を規則的に配列する事で、磁気異方性エネルギーの不連続組織を同時に実現する。この不連続組織によって、磁壁移動はピンニングされ、磁化が反転しづらくなる。この効果により、ナノコンポジット磁石の保磁力は、硬磁性単一相材料よりも高くなる。
【００２３】
本発明の複合材料は、硬磁性材料として用いられ、ナノコンポジット磁石、特に、軟磁性ピンニング型ＳｍＣｏ５ナノコンポジット磁石として有用である。また、本発明の複合材料は、モータ等に利用して、回転機、発電機に応用することが可能である。
【実施例１】
【００２４】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２５】
Ｓｍ：Ｃｏ比が１．０：５．０〜１．１：５．０の組成を有するＳｍＣｏ５合金を鋳造し、粒子径１００ｎｍまで粉砕する。本実施例では、粒子径が１０００ｎｍ、５００ｎｍ、及び１００ｎｍの３つのパターンのＳｍＣｏ５を用いた。また、Ｃｏの一部をＦｅ，Ｃｕ，Ｎｂ、Ｔａで置換しても良い。
【００２６】
ＳｍＣｏ５粉末をｎ−ドデカン中に分散させ、１５０℃まで加熱した後、Ｆｅ（ＣＯ）５を添加し、Ｆｅ−コーティングした。Ｆｅ（ＣＯ）５添加量により表１に示すＳｍＣｏ５：Ｆｅの体積比となるようにして、コーティング厚みをコントロールし、最適な厚み（表１に示すＦｅ−厚み）とした。
【００２７】
Ｆｅ被覆ＳｍＣｏ５粒子を濾過・洗浄後、磁場中プレスで成形した後、真空炉で８００℃で焼結し、バルク（bulk）試料（複合材料）とした（表１のＮｏ．４〜９）。バルク試料の磁気特性は、振動試料型磁力計で測定した。なお、コーティングをしない試料として、比較例（表１のＮｏ．１〜３）を実施例と同様に調製し、同様に磁気特性を測定した。
【００２８】
得られた試料の残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃｊ）の結果は、表１に示すとおりであった。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１の結果から、本発明の複合材料（実施例Ｎｏ．４〜９）は、同じＦｅ体積比であっても、厚みが異なると磁気特性が大きく変化する事を示す。実施例１、４、７においては、Ｆｅの添加に伴いＨｃｊが大きく低下している。一方、実施例３、６に於いては、Ｆｅ被覆した方が保磁力が上昇している。しかし、実施例９に示すように、Ｆｅ被覆厚みが１２ｎｍに達すると、保磁力の低下が認められる。これらの関係から、本発明を実施するのに最適なＦｅ厚みは、１０ｎｍ以下であると言える。特に実施例６においては、Ｆｅ被覆により保磁力が２．４から２．６に上昇している。これは、前述のピニング効果が現れた物と考える。Ｆｅ被覆相とＳｍＣｏ５結晶相の間での、結晶構造の不連続性が、磁壁の移動を妨げていると考える。（効果）があることが明らかである。
【００３１】
また、試料（Ｎｏ．３，６，９）の各磁気特性を示すグラフを図３に示す。なお、図３はヒステリシスループの第二象限である減磁曲線を示し、試料の磁化方向に対し印加した逆磁場の強度と、試料の磁束密度との相関関係を示すものである。
【００３２】
図３の結果から、平均粒子径が１００nmのＳｍＣｏ５試料（Ｎｏ．３，６，９）において、Ｆｅ添加量の増加に伴い、磁束密度が上昇していることが認められる。一方、保磁力については、無添加のＮｏ３より、４ｎｍ被覆したＮｏ６の試料の方が、高い保磁力を有することを示す。更にＦｅ被覆厚みを増すと、Ｎｏ９が示すように、保磁力が大きく低下する事がわかる。
【００３３】
本発明は、高い保磁力を持つ交換スプリング磁石が作製可能となり、Ｆｅの添加量を増すことで高い磁化も達成することのできる複合材料として、また該複合材料を用いた高保磁力、高残留磁束密度を有する永久磁石として、さらには、永久磁石としてモータに適用することにより、従来のネオジム磁石にくらべ大幅な出力の向上が可能な複合材料として、産業上の利用可能性を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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