(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式１：（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＴｙ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＴはＶ、Ｃｒ、およびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよび元素Ｔの原子比ｙは０．０１≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、ただし元素ＴがＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素を含むとき、ＶおよびＣｒの合計原子比は０．０３以上で、元素ＴがＭｎを含むとき、Ｍｎの原子比は０．３以下であり、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成と、
主相としてＣｕＡｌ２型結晶相を有する金属組織とを具備する永久磁石。
【請求項２】
前記元素ＴはＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素を含み、かつ前記元素Ｔの原子比ｙは０．０５≦ｙ≦０．４を満足する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項３】
前記元素ＴはＭｎを含み、かつ前記元素Ｔの原子比ｙは０．０５≦ｙ≦０．３を満足する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項４】
前記Ｃｏの原子比ｘは０．１≦ｘ≦０．４を満足する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項５】
前記Ｃｏの原子比ｘと前記元素Ｔの原子比ｙとの合計量は０．０５≦ｘ＋ｙ≦０．５を満足する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項６】
前記Ｃｏの原子比ｘと前記元素Ｔの原子比ｙとの合計量は０．１５≦ｘ＋ｙ≦０．５を満足する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項７】
前記磁石材料は、
組成式２：（Ｆｅ１−ｘ−ｐＣｏｘＶｐ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよびＶの原子比ｙは０．０３≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成を有する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項８】
前記Ｃｏの原子比ｘは０．１≦ｘ≦０．４を満足する、請求項７に記載の磁石材料。
【請求項９】
前記磁石材料は、
組成式３：（Ｆｅ１−ｘ−ｑＣｏｘＣｒｑ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよびＣｒの原子比ｙは０．０３≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成を有する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項１０】
前記Ｃｏの原子比ｘは０．１≦ｘ≦０．４を満足する、請求項９に記載の磁石材料。
【請求項１１】
前記磁石材料は、
組成式４：（Ｆｅ１−ｘ−ｒＣｏｘＭｎｒ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、
Ｃｏの原子比ｘおよびＭｎの原子比ｙは０．０１≦ｙ≦０．３およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成を有する、請求項１に記載の磁石材料。
【請求項１２】
前記Ｃｏの原子比ｘは０．１≦ｘ≦０．４を満足する、請求項１１に記載の磁石材料。
【請求項１３】
請求項１に記載の磁石材料を具備する永久磁石。
【請求項１４】
請求項１３に記載の永久磁石を具備するモータ。
【請求項１５】
請求項１３に記載の永久磁石を具備する発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁石材料、永久磁石、モータ、および発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置であり、洗濯機、扇風機、ＡＶ機器、自動車電装部品、エレベータ等の汎用装置に幅広く用いられている。各種のモータにおいて、永久磁石型同期モータは優れた出力特性を有する。永久磁石型同期モータには、主にフェライト磁石や希土類磁石が搭載されている。Ｓｍ−Ｃｏ系磁石やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のような希土類磁石は、高性能な永久磁石として知られており、フェライト磁石に比べて高磁力を発現するため、モータの小型化や高出力化が可能になる。【０００３】
希土類磁石は、高価な希土類元素を必須成分として含んでいるため、汎用装置への適用は進んでいない。フェライト磁石は安価であるものの、磁石性能に劣るため、例えばモータの大型化等が避けられない。このような点から、希土類元素を用いることなく、既存のフェライト磁石を超える磁力を発現する永久磁石が求められている。希土類元素を使用しない磁性材料としては、種々の鉄系化合物が知られている。そのような鉄系化合物の１つとして、Ｆｅ２Ｂ化合物が挙げられる。従来のＦｅ２Ｂ化合物は軟磁性材料として用いられており、永久磁石の構成材料となる硬磁性材料としての特性は得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５３６１２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６５４３号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、安価で高性能な永久磁石を構成することが可能な磁石材料とそれを用いた永久磁石、モータ、および発電機を提供することにある。
【０００６】
実施形態の磁石材料は、組成式１：（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＴｙ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂで表される組成と、主相としてＣｕＡｌ２型結晶相を有する金属組織とを具備する。組成式１において、ＴはＶ、Ｃｒ、およびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。Ｃｏの原子比ｘおよび元素Ｔの原子比ｙは、０．０１≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足する。ただし、元素ＴがＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素を含むとき、ＶおよびＣｒの合計原子比は０．０３以上である。元素ＴがＭｎを含むとき、Ｍｎの原子比は０．３以下である。元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の永久磁石モータを示す図である。
【図２】実施形態の可変磁束モータを示す図である。
【図３】実施形態の発電機を示す図である。
【図４】実施例１の磁石材料のＸ線回折結果を示す図である。
【図５】実施例２の磁石材料のＸ線回折結果を示す図である。
【図６】実施例３の磁石材料のＸ線回折結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の磁石材料について説明する。実施形態の磁石材料は、
組成式１：（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＴｙ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＴはＶ、Ｃｒ、およびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよび元素Ｔの原子比ｙは０．０１≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、ただし元素ＴがＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素を含むとき、ＶおよびＣｒの合計原子比は０．０３以上で、元素ＴがＭｎを含むとき、Ｍｎの原子比は０．３以下であり、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成と、主相としてＣｕＡｌ２型結晶相を有する金属組織とを具備する。
【０００９】
実施形態の磁石材料における第１の具体例は、
組成式２：（Ｆｅ１−ｘ−ｐＣｏｘＶｐ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよびＶの原子比ｙは０．０３≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成を有する。
【００１０】
実施形態の磁石材料における第２の具体例は、
組成式３：（Ｆｅ１−ｘ−ｑＣｏｘＣｒｑ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよびＣｒの原子比ｙは０．０３≦ｙ≦０．５およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成を有する。
【００１１】
実施形態の磁石材料における第３の具体例は、
組成式４：（Ｆｅ１−ｘ−ｒＣｏｘＭｎｒ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ
（式中、ＡはＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、Ｐ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｃｏの原子比ｘおよびＭｎの原子比ｙは０．０１≦ｙ≦０．３およびｘ＋ｙ≦０．５を満足し、元素Ａの原子比ａは０≦ａ≦０．４を満足し、Ｂおよび元素Ａの合計原子比ｂは０．８≦ｂ≦１．２を満足する。）
で表される組成を有する。
【００１２】
鉄（Ｆｅ）とホウ素（Ｂ）とを含む化合物のうち、Ｆｅ２Ｂで表される組成を有する化合物は、従来から軟磁性材料として知られている。このようなＦｅ２Ｂ化合物において、鉄（Ｆｅ）の一部をコバルト（Ｃｏ）で置換すると一軸磁気異方性が発現する。これは（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物の結晶構造が、ｃ軸方向に層状となるＣｕＡｌ２型結晶構造であることに起因する。しかしながら、（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物の磁気異方性は永久磁石として用いるのには不十分であり、（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物からなる永久磁石では十分な保磁力を得ることができない。ただし、（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物は高価な希土類元素を用いていないことから、その磁気異方性並びにそれに基づく保磁力を高めることができれば、安価で高性能な永久磁石を提供することが可能になる。
【００１３】
本願発明者等は、（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物の磁気異方性について鋭意研究した結果、Ｆｅ２Ｂ化合物のＦｅの一部をＣｏと共に、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、およびマンガン（Ｍｎ）から選ばれる少なくとも１つの元素Ｔで置換することによって、（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物の磁気異方性エネルギーが向上することを見出した。すなわち、上述したｃ軸方向に層状となるＣｕＡｌ２型結晶構造に起因して発現する磁気異方性エネルギーは、格子定数、格子歪（ｃ／ａ）、総電子数等に敏感に依存する。このため、（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物に格子定数、格子歪（ｃ／ａ）、総電子数等を変化させる元素を添加することによって、磁気異方性エネルギーが向上することが予想される。このような添加元素として、Ｖ、Ｃｒ、およびＭｎから選ばれる少なくとも１つの元素Ｔが有効であることを見出した。これによって、安価で高性能な永久磁石を提供することが可能になる。
【００１４】
上記した組成式１〜４において、Ｆｅは主として磁石材料の磁化を担う元素である。Ｆｅを比較的多量に含有させることによって、磁石材料の飽和磁化を高めることができる。このため、ＦｅとＣｏと元素Ｔの総量に対するＦｅの原子比（１−ｘ−ｙ、１−ｘ−ｐ、１−ｘ−ｑ、または１−ｘ−ｒ）は０．５以上であることが好ましい。Ｆｅの原子比は０．５５以上であることがより好ましく、さらに好ましくは０．６以上である。ただし、Ｆｅ２Ｂ化合物では一軸磁気異方性を得ることができない。永久磁石の構成材料となる硬磁性材料（磁石材料）を実現するためには、Ｆｅ２Ｂ化合物のＦｅの一部を、ＣｏとＶ、Ｃｒ、およびＭｎから選ばれる少なくとも１つの元素Ｔとで置換することが好ましい。従って、Ｆｅの原子比は０．９５以下であることが好ましく、０．９以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．８５以下である。
【００１５】
Ｃｏは磁石材料の磁化を担うと共に、Ｆｅ２Ｂ化合物に一軸磁気異方性を発現させる元素である。ただし、Ｆｅ２Ｂ化合物のＦｅの一部を元素Ｔのみで置換した場合にも、一軸磁気異方性が発現することがあるため、ＣｏによるＦｅの置換量（Ｃｏの原子比ｘ）は零を含む。Ｆｅ２Ｂ化合物に磁気異方性を再現性よく発現させると共に、その磁気異方性エネルギーを向上させる上で、Ｆｅ２Ｂ化合物のＦｅの一部をＣｏおよび元素Ｔで置換することが好ましい。組成式１〜４において、ＣｏによるＦｅの置換量（ｘ）は０．０５以上であることが好ましく、さらに好ましくは０．１以上である。
【００１６】
Ｆｅ２Ｂ化合物のＦｅの一部を過剰なＣｏで置換すると、磁気異方性エネルギーが逆に低下したり、また飽和磁化も低下するおそれがある。ＣｏによるＦｅの置換量（ｘ）と元素ＴによるＦｅの置換量（元素Ｔの原子比ｙ、ｐ、ｑ、またはｒ）との合計量（ｘ＋ｙ、ｘ＋ｐ、ｘ＋ｑ、またはｘ＋ｒ）は０．５以下であることが好ましい。Ｃｏと元素ＴによるＦｅの合計置換量は０．０５以上であることが好ましく、０．１５以上であることがより好ましい。ＣｏによるＦｅの置換量（ｘ）は０．４以下であることが好ましく、０．３５以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．３以下である。
【００１７】
元素Ｔとしては、Ｖ、Ｃｒ、およびＭｎから選ばれる少なくとも１つの元素が用いられる。Ｆｅ２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物のＦｅの一部を適量の元素Ｔで置換することによって、主として（Ｆｅ，Ｔ）２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔ）２Ｂ化合物からなる磁石材料の磁気異方性エネルギーが向上する。従って、希土類元素を用いない組成系で、既存のフェライト磁石を超える磁力が発現する永久磁石、すなわち安価で高性能な永久磁石を提供することが可能になる。
【００１８】
Ｆｅ２Ｂ系磁石材料の磁気異方性エネルギーを高めるために、元素ＴによるＦｅの置換量（元素Ｔの原子比ｙ）は０．０１以上であることが好ましく、０．０３以上であることがより好ましく、さらに好ましくは０．０５以上である。元素ＴによるＦｅの置換量（ｙ）は０．５以下であることが好ましく、０．４５以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．４以下である。元素ＴによるＦｅの置換量（ｙ）は、以下に示すように元素Ｔの種類に応じて設定することが好ましい。
【００１９】
（Ｆｅ，Ｔ）２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔ）２Ｂ化合物におけるＦｅの一部を置換する元素Ｔのうち、ＶおよびＣｒはＦｅの状態密度を変化させることにより磁気異方性を向上させる。すなわち、ＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素（以下、元素Ｔ１とも言う）でＦｅ（Ｃｏ）サイトを置換すると、ＶまたはＣｒと隣接するＦｅの３ｄ軌道電子が反強磁性的に軌道混成する。軌道混成後のＦｅの状態密度は、高い磁気異方性を有するＣｏの状態密度に形状が近づくため、磁気異方性エネルギーが向上すると考えられる。従って、良好な保磁力を有する磁石材料を提供することが可能になる。
【００２０】
元素Ｔ１によるＦｅの置換量が少なすぎると、磁石材料の磁気異方性エネルギーを十分に高めることができない。組成式１における元素ＴがＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素Ｔ１を含む場合、元素Ｔ１によるＦｅの置換量は０．０３以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましく、さらに好ましくは０．１以上である。組成式２におけるＶによるＦｅの置換量（Ｖの原子比ｐ）、および組成式３におけるＣｒによるＦｅの置換量（Ｃｒの原子比ｑ）も同様である。組成式２および組成式３において、ＶまたはＣｒによるＦｅの置換量（ｐまたはｑ）は０．０３以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましく、さらに好ましくは０．１以上である。
【００２１】
元素Ｔ１によるＦｅの置換量が過剰になると、（Ｆｅ，Ｔ）２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔ）２Ｂ化合物中のＦｅ量が相対的に減少することで、磁気異方性エネルギーや飽和磁化が低下するおそれがある。組成式１における元素ＴがＶおよびＣｒから選ばれる少なくとも１つの元素Ｔ１を含む場合、元素Ｔ１によるＦｅの置換量、および元素Ｔ１とＣｏによるＦｅの合計置換量は０．５以下であることが好ましい。元素Ｔ１によるＦｅの置換量は０．４５以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．４以下である。組成式２および組成式３においても同様であり、ＶまたはＣｒによるＦｅの置換量（ｐまたはｑ）は０．５以下であることが好ましく、０．４５以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．４以下である。
【００２２】
ＭｎはＦｅ２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物の電子数、格子定数、格子歪を変化させることで磁気異方性を向上させる元素である。すなわち、Ｍｎの３ｄ軌道電子は結晶場に敏感であるため、ｃ軸方向の反転対称性が崩れたＣｕＡｌ２型結晶構造中にＭｎが導入されると、ｃ軸方向に強い磁気異方性が発現すると考えられる。従って、良好な保磁力を有する磁石材料を提供することが可能になる。
【００２３】
ＭｎによるＦｅの置換量が少なすぎると、磁石材料の磁気異方性を十分に高めることができない。組成式１における元素ＴがＭｎを含む場合、ＭｎによるＦｅの置換量は０．０１以上であることが好ましく、０．０３以上であることがより好ましく、さらに好ましくは０．０５以上である。組成式４におけるＭｎによるＦｅの置換量（ｒ）も同様であり、ＭｎによるＦｅの置換量（ｒ）は０．０１以上であることが好ましく、０．０３以上であることがより好ましく、さらに好ましくは０．０５以上である。
【００２４】
ＭｎによるＦｅの置換量が過剰になると、（Ｆｅ，Ｔ）２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔ）２Ｂ化合物中のＦｅ量が相対的に減少すると共に、ＣｕＡｌ２型結晶構造の安定性が低下するため、磁気異方性エネルギーが逆に低下するおそれがある。組成式１における元素ＴがＭｎを含む場合、ＭｎによるＦｅの置換量は０．３以下であることが好ましく、０．２以下であることがより好ましい。組成式４におけるＭｎによるＦｅの置換量（ｒ）も同様であり、ＭｎによるＦｅの置換量（ｒ）は０．３以下であることが好ましく、より好ましくは０．２以下である。
【００２５】
ＢはＦｅやＣｏと反強磁性的に結合することにより垂直磁気異方性を発現させる元素である。Ｆｅ２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物はＣｕＡｌ２型結晶構造を有するため、［００１］方向にＦｅ（Ｃｏ）とＢとが交互に積層した結晶構造となる。このような積層構造において、Ｆｅ（Ｃｏ）とＢとの間が反強磁性的に結合することによって、隣接するＦｅ（Ｃｏ）間の磁化方向が揃った状態で安定となる。従って、強い磁気異方性が発現する。ＣｕＡｌ２型結晶構造を維持する上で、組成式１〜４におけるＢの原子比ｂは０．８〜１．２であることが好ましい。Ｂの原子比ｂが０．８未満であっても、また１．２を超えても、ＣｕＡｌ２型結晶構造を維持することができない。
【００２６】
ホウ素（Ｂ）の一部は、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）、およびアルミニウム（Ａｌ）から選ばれる少なくとも１つの元素Ａで置換してもよい。元素Ａは、磁石材料の電子数、格子定数、格子歪等を変化させることにより磁気異方性を向上させる。ただし、Ｂを過剰な元素Ａで置換すると結晶構造の不安定化を招くおそれがある。組成式１〜４において、元素Ａによる置換量はＢの４０原子％以下であることが好ましい。元素ＡによるＢの置換量（元素Ａの原子比ａ）は０．４以下であることが好ましい。元素Ａは任意元素であるため、元素ＡによるＢの置換量（ａ）は零を含む。
【００２７】
磁石材料の組成分析は、誘導結合発光プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）発光分光分析法等により実施する。組成分析には、磁石材料をジェットミルやボールミル等で粉砕した粉末（合金粉末）を用いることが好ましい。合金粉末の組成分析を１０回実施し、それらの測定値から最大値と最小値を除いた平均値を磁石材料の組成とする。組成分析は粉砕前の粗粉末に対して行ってもよい。
【００２８】
実施形態の磁石材料は、組成式１、組成式２、組成式３、または組成式４で表される組成を有する。さらに、実施形態の磁石材料は、上述したＣｕＡｌ２型結晶構造を有しており、そのような結晶構造を有する領域を主相としている。磁石材料の主相とは、材料の断面等を走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で観察した際に、観察像（ＳＥＭ像）内で面積比率が最も大きい相である。主相の面積比率は５０％以上であることが好ましく、より好ましくは７０％以上である。
【００２９】
実施形態の磁石材料の結晶構造は、粉末Ｘ線回折（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｔａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）により同定することができる。試料は乳鉢やボールミル等を用いて十分に粉砕する。このような粉末を試料台に設置してＸＲＤ測定を行う。ＣｕＡｌ２型結晶相以外の異相が析出していないかを調べるために、ω−２θ法で５〜９０°の範囲で測定を行うことが好ましい。実験結果にリートベルト解析を行い、ＣｕＡｌ２型結晶構造の回折ピークと一致することを確認する。磁石材料の磁気特性は、試料振動型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：ＶＳＭ）、ＢＨトレーサ、超伝導量子干渉計（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＱＵａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）等を用いて測定される。
【００３０】
上述したように、Ｆｅ２Ｂ化合物または（Ｆｅ，Ｃｏ）２Ｂ化合物のＣｕＡｌ２型結晶構造を維持しつつ、化合物中のＦｅの一部を元素Ｔ（Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ）で置換することによって、Ｆｅ（Ｃｏ）とＢとが交互に積層したＣｕＡｌ２型結晶構造に由来する磁気異方性エネルギーを高めることができる。従って、希土類元素を用いない組成系で、既存のフェライト磁石を超える磁力が発現する磁石材料、すなわち安価で高性能な磁石材料を提供することができる。そのような磁石材料を用いることによって、安価で高性能な永久磁石を提供することが可能になる。実施形態の永久磁石としては、例えば磁石材料の粉末（合金粉末）を焼結することにより得られる焼結磁石、あるいは磁石材料の粉末（合金粉末）と樹脂との混合物を成形することにより得られるボンド磁石が挙げられる。
【００３１】
実施形態の磁石材料および永久磁石は、例えば以下のようにして作製される。実施形態の磁石材料は、所定量の元素を含む合金粉末として調製される。合金粉末は、例えばアーク溶解法や高周波溶解法で溶解した合金溶湯を鋳造して合金インゴットを形成し、合金インゴット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、ストリップキャスト法、メカニカルアロイング法、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。合金粉末は、水素プラズマアーク溶解法により調製してもよい。水素プラズマアーク溶解法によれば、数ｎｍ〜数１０ｎｍオーダの超微細粉末が得られる。この場合、酸素濃度を数１００ｐｐｍ以下に制御した不活性ガス雰囲気中で回収を行う等、酸化対策を十分に行うことが好ましい。
【００３２】
合金粉末の調製にストリップキャスト法等の急冷凝固法を適用する場合、合金溶湯を周速０．１〜３０ｍ／秒で回転する冷却ロールに傾注し、連続的に厚さ１ｍｍ以下の合金薄帯を形成することが好ましい。冷却ロールの周速が０．１ｍ／秒未満であると合金薄帯中に組成のばらつきが生じやすく、周速が３０ｍ／秒を超えると結晶粒が単磁区サイズ以下に微細化し、良好な磁気特性が得られない傾向がある。冷却ロールの周速は０．３〜２５ｍ／秒の範囲がより好ましく、さらに好ましくは０．５〜２０ｍ／秒の範囲である。合金粉末はフレーク状の合金薄帯を粉砕することにより調製される。
【００３３】
このようにして得られた合金粉末または粉砕前の合金インゴットや合金薄帯に対して、必要に応じて均質化のための熱処理を施してもよい。合金インゴットや合金薄帯の粉砕は、ジェットミルやボールミルを用いて行うことが好ましい。合金原料の溶解、合金溶湯の鋳造、合金インゴットや合金薄帯の粉砕は、酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気中や有機溶媒中で行うことが好ましい。
【００３４】
実施形態の永久磁石は、上述した合金粉末を用いて作製される。異方性磁石を作製する場合には、合金粉末を電磁石等の中に設置した金型内に充填し、磁場を印加しながら加圧成形して結晶軸を配向させた圧縮成型体を作製する。この圧縮成型体を適切な条件下で焼結することによって、高密度な焼結磁石が得られる。焼結は真空雰囲気中やＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。焼結磁石は結晶組織等を制御するために、焼結温度以下で熱処理してもよい。等方性磁石を作製する場合には、合金粉末とバインダ樹脂とを混合し、得られた混合物を金型に充填して加圧成形することによって、ボンド磁石を得ることが好ましい。加圧成形は、無磁場下または放射状磁場下にて行う。
【００３５】
実施形態の永久磁石は、各種のモータや発電機に使用することができる。さらに、可変磁束モータや可変磁束発電機の固定磁石や可変磁石として使用することができる。実施形態の永久磁石を用いることによって、各種のモータや発電機が構成される。実施形態の永久磁石を可変磁束モータに適用する場合、可変磁束モータの構成やドライブシステムには、特開２００８−２９１４８号公報や特開２００８−４３１７２号公報に開示されている技術を適用することができる。
【００３６】
次に、実施形態のモータと発電機について、図面を参照して説明する。図１は実施形態による永久磁石モータを示している。図１に示す永久磁石モータ１において、ステータ（固定子）２内にはロータ（回転子）３が配置されている。ロータ３の鉄心４中には、実施形態の永久磁石５が配置されている。実施形態の永久磁石の特性等に基づいて、永久磁石モータ１の高効率化、小型化、低コスト化等を図ることができる。
【００３７】
図２は実施形態の可変磁束モータを示している。図２に示す可変磁束モータ１１において、ステータ１２内にはロータ１３が配置されている。ロータ１３の鉄心１４中には、実施形態の永久磁石が固定磁石１５および可変磁石１６の少なくとも一方として配置されている。可変磁石１６の磁束密度（磁束量）は変えることが可能とされている。可変磁石１６の磁化方向はＱ軸方向と直交するため、Ｑ軸電流の影響を受けず、Ｄ軸電流により磁化することができる。ロータ１３には磁化巻線（図示せず）が設けられている。磁化巻線に電流を流すことで、その磁界が直接に可変磁石１６に作用する構造となっている。可変磁束モータ１１は、大きなトルクを小さい装置サイズで出力可能であるため、モータの高出力・小型化が求められるハイブリッド車や電気自動車等のモータに好適である。
【００３８】
図３は実施形態による発電機を示している。図３に示す発電機２１は、実施形態の永久磁石を用いたステータ２２を備えている。ステータ２２の内側に配置されたロータ２３は、発電機２１の一端に設けられたタービン２４とシャフト２５を介して接続されている。タービン２４は、外部から供給される流体により回転する。流体で回転するタービン２４に代えて、自動車の回生エネルギー等の動的な回転を伝達することによって、シャフト２５を回転させてもよい。シャフト２５は、ロータ２３に対してタービン２４とは反対側に配置された整流子（図示せず）と接触しており、ロータ２３の回転により発生した起電力が発電機２１の出力として相分離母線および主変圧器（図示せず）を介して、系統電圧に昇圧されて送電される。発電機２１は、通常の発電機および可変磁束発電機のいずれであってもよい。ロータ２３にはタービン２４からの静電気や発電に伴う軸電流による帯電が発生する。発電機２１はロータ２３の帯電を放電させるブラシ２６を備えている。
【実施例】
【００３９】
次に、実施例およびその評価結果について述べる。【００４０】
（比較例１）
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂの各原料を所望の組成となるように秤量した後、Ａｒガス雰囲気中でアーク溶解して母合金を作製した。母合金の組成は、表１に示す組成（（Ｆｅ１−ｘＣｏｘ）２Ｂ）となるように調整した。これら母合金を溶融した後、急冷凝固装置を用いて急冷して合金薄帯を作製した。得られた合金薄帯は数１００ｎｍ程度の微細組織を有していた。このようにして得た合金薄帯を以下に示す特性評価に供した。【００４１】
（実施例１、比較例２）
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｂの各原料を所望の組成となるように秤量した後、Ａｒガス雰囲気中でアーク溶解して母合金を作製した。母合金の組成は、表２に示す組成（（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＶｙ）２Ｂ）となるように調整した。比較例２として、ＣｏやＶを過剰に含む母合金、およびＶの含有量が少ない母合金も作製した。これら母合金を溶融した後、急冷凝固装置を用いて急冷して合金薄帯を作製した。得られた合金薄帯は数１００ｎｍ程度の微細組織を有していた。このようにして得た合金薄帯を以下に示す特性評価に供した。【００４２】
（実施例２、比較例３）
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｂの各原料を所望の組成となるように秤量した後、Ａｒガス雰囲気中でアーク溶解して母合金を作製した。母合金の組成は、表３に示す組成（（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＣｒｙ）２Ｂ）となるように調整した。比較例３として、ＣｏやＣｒを過剰に含む母合金、およびＣｒの含有量が少ない母合金も作製した。これら母合金を溶融した後、急冷凝固装置を用いて急冷して合金薄帯を作製した。得られた合金薄帯は数１００ｎｍ程度の微細組織を有していた。このようにして得た合金薄帯を以下に示す特性評価に供した。【００４３】
（実施例３、比較例４）
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｂの各原料を所望の組成となるように秤量した後、Ａｒガス雰囲気中でアーク溶解して母合金を作製した。母合金の組成は、表４に示す組成（（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＭｎｙ）２Ｂ）となるように調整した。比較例４として、ＣｏやＭｎを過剰に含む母合金、およびＭｎの含有量が少ない母合金も作製した。これら母合金を溶融した後、急冷凝固装置を用いて急冷して合金薄帯を作製した。得られた合金薄帯は数１００ｎｍ程度の微細組織を有していた。このようにして得た合金薄帯を以下に示す特性評価に供した。【００４４】
（実施例４）
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂの各原料を所望の組成となるように秤量した後、Ａｒガス雰囲気中でアーク溶解して母合金を作製した。母合金の組成は、表５に示す組成（（Ｆｅ１−ｘ−ｙ１−ｙ２−ｙ３ＣｏｘＶｙ１Ｃｒｙ２Ｍｎｙ３）２Ｂ）となるように調整した。これら母合金を溶融した後、急冷凝固装置を用いて急冷して合金薄帯を作製した。このようにして得た合金薄帯を以下に示す特性評価に供した。【００４５】
（実施例５）
Ｆｅ、Ｃｏ、元素Ｔ、Ｂ、元素Ａの各原料を所望の組成となるように秤量した後、Ａｒガス雰囲気中でアーク溶解して母合金を作製した。母合金の組成は、表６に示す組成（（Ｆｅ１−ｘ−ｙＣｏｘＴｙ）２（Ｂ１−ａＡａ）ｂ）となるように調整した。これら母合金を溶融した後、急冷凝固装置を用いて急冷して合金薄帯を作製した。このようにして得た合金薄帯を以下に示す特性評価に供した。【００４６】
（特性評価）
実施例１〜５および比較例１〜４の合金薄帯の磁気特性をＢＨトレーサで評価して保磁力および飽和磁化を測定した。それらの結果を表１ないし表６に示す。Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系磁石材料またはＦｅ−Ｂ系磁石材料に適量の元素Ｔを添加することによって、磁石材料の保磁力Ｈｃを向上させることができる。実施例１〜３の磁石材料の結晶構造をＸ線回折法により評価した。それらの結果を図４ないし図６に示す。実施例の磁石材料（合金薄帯）は、いずれもＣｕＡｌ２型結晶構造を有することが確認された。これらの結果から、ＣｕＡｌ２型結晶構造を有する磁石材料に適量の元素Ｔを添加することによって、ＣｕＡｌ２型結晶構造を有する磁石材料の保磁力Ｈｃが向上することが確認された。【００４７】
【表１】
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【００４８】
【表２】
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【００４９】
【表３】
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【００５０】
【表４】
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【００５１】
【表５】
0005908647.tif 000006
【００５２】
【表６】
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【００５３】
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。
【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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