(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式：ＲｐＦｅｑＭｒＣｕｔＣｏ１００−ｐ−ｑ−ｒ−ｔ
（式中、Ｒは希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素、ＭはＺｒ、Ｔｉ、およびＨｆからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素、ｐは１０．８≦ｐ≦１２．５原子％を満足する数、ｑは２５≦ｑ≦４０原子％を満足する数、ｒは０．８８≦ｒ≦４．３原子％を満足する数、ｔは３．５≦ｔ≦１３．５原子％を満足する数である）
で表される組成と、
Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相を有する主相を含む金属組織と、
を具備する永久磁石であって、
測定面積範囲内において、前記主相を構成する結晶粒のうち、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の個数割合が５％以下であり、かつ前記測定面積範囲内において、前記主相を構成する結晶粒のうち、磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向に前記Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の個数割合が４０％以下である、永久磁石。
【請求項２】
前記主相を構成する結晶粒のうち、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒を除く結晶粒の平均粒径が３５μｍ以上である、請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
前記金属組織は、前記主相よりも高いＣｕ濃度およびＭ濃度を有するＣｕ−Ｍリッチ相を含む、請求項１または請求項２に記載の永久磁石。
【請求項４】
前記金属組織は、前記主相を構成する結晶粒の間に設けられた粒界相を含み、
前記粒界相は、前記Ｃｕ−Ｍリッチ相を有する、請求項３に記載の永久磁石。
【請求項５】
前記Ｃｕ−Ｍリッチ相は、
組成式：Ｒｐ１Ｆｅｑ１Ｍｒ１Ｃｕｔ１Ｃｏ１００−ｐ１−ｑ１−ｒ１−ｔ１（ｐ１は８≦ｐ１≦２０原子％を満足する数、ｑ１は１５≦ｑ１≦３５原子％を満足する数、ｒ１は２＜ｒ１≦１５原子％を満足する数、ｔ１は５≦ｔ１≦２５原子％を満足する数である）
で表される組成を有する、請求項３または請求項４に記載の永久磁石。
【請求項６】
前記主相は、前記Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相を有するセル相と、前記セル相よりも高いＣｕ濃度を有するＣｕリッチ相とを含む、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】
前記組成式における元素Ｒの５０原子％以上がＳｍであり、
前記組成式における元素Ｍの５０原子％以上がＺｒ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】
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具備するモータ。
【請求項９】
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具備する発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態の発明は、永久磁石、モータ、および発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能希土類磁石の例としてＳｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石などが知られている。これらの磁石では、ＦｅやＣｏが飽和磁化の増大に寄与している。また、これらの磁石にはＮｄやＳｍ等の希土類元素が含まれており、結晶場中における希土類元素の４ｆ電子の挙動に由来して大きな磁気異方性をもたらす。これにより、大きな保磁力が得られ、高性能磁石が実現されている。【０００３】
このような高性能磁石は、主としてモータ、スピーカ、計測器等の電気機器に使用されている。近年、各種電気機器の小型軽量化、低消費電力化の要求が高まり、これに対応するために永久磁石の最大磁気エネルギー積（ＢＨｍａｘ）を向上させた、より高性能の永久磁石が求められている。また、近年、可変磁束型モータが提案され、モータの高効率化に寄与している。【０００４】
Ｓｍ−Ｃｏ系磁石は、キュリー温度が高いため、高温で良好なモータ特性を実現することが可能であるが、さらなる高保磁力化と高磁化、さらに角型比の改善が望まれている。Ｓｍ−Ｃｏ系磁石の高磁化にはＦｅの高濃度化が有効であると考えられるが、従来の製法ではＦｅを高濃度化することにより角型比が低下する傾向にあった。このようなことから、高性能なモータ用の磁石を実現するためには高いＦｅ濃度組成において磁化を改善しながらも良好な角型比の発現を可能とする技術が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１５６０３１号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１５６０４７号
【発明の概要】
【０００６】
本発明で解決しようとするべき課題は、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石においてその金属組織を制御することにより、高性能な永久磁石を提供することである。
【０００７】
実施形態の永久磁石は、
組成式：ＲｐＦｅｑＭｒＣｕｔＣｏ１００−ｐ−ｑ−ｒ−ｔ
（式中、Ｒは希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素、ＭはＺｒ、Ｔｉ、およびＨｆからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素、ｐは１０．８≦ｐ≦１２．５原子％を満足する数、ｑは２５≦ｑ≦４０原子％を満足する数、ｒは０．８８≦ｒ≦４．３原子％を満足する数、ｔは３．５≦ｔ≦１３．５原子％を満足する数である）で表される組成と、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相を有する主相を含む金属組織と、を具備する。測定面積範囲内において、主相を構成する結晶粒のうち、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の個数割合は５％以下であり、かつ測定面積範囲内において、主相を構成する結晶粒のうち、磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の個数割合は４０％以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】永久磁石モータを示す図である。
【図２】可変磁束モータを示す図である。
【図３】発電機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態の永久磁石について以下に説明する。
【００１１】
＜永久磁石の構成例＞
本実施形態の永久磁石は、組成式：ＲｐＦｅｑＭｒＣｕｔＣｏ１００−ｐ−ｑ−ｒ−ｔ
（式中、Ｒは希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素、ＭはＺｒ、Ｔｉ、およびＨｆからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素、ｐは１０．８≦ｐ≦１２．５原子％を満足する数、ｑは２５≦ｑ≦４０原子％を満足する数、ｒは０．８８≦ｒ≦４．３原子％を満足する数、ｔは３．５≦ｔ≦１３．５原子％を満足する数である）で表される組成を備える焼結体を具備する。
【００１２】
上記組成式におけるＲは、磁石材料に大きな磁気異方性をもたらすことができる元素である。Ｒ元素としては、例えばイットリウム（Ｙ）を含む希土類元素から選ばれる１つまたは複数の元素などを用いることができ、例えばサマリウム（Ｓｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）等を用いることができ、特に、Ｓｍを用いることが好ましい。例えば、Ｒ元素としてＳｍを含む複数の元素を用いる場合、Ｓｍ濃度をＲ元素として適用可能な元素全体の５０原子％以上とすることにより、磁石材料の性能、例えば保磁力を高めることができる。なお、Ｒ元素として適用可能な元素の７０原子％以上、さらには９０％以上をＳｍとするとさらに好ましい。
【００１３】
Ｒ元素として適用可能な元素の濃度を、例えば１０．８原子％以上１２．５原子％以下とすることにより保磁力を大きくすることができる。Ｒ元素として適用可能な元素の濃度が１０．８原子％未満の場合、多量のα−Ｆｅが析出して保磁力が小さくなり、Ｒ元素として適用可能な元素の濃度が１２．５原子％を超える場合、飽和磁化が低下する。Ｒ元素として適用可能な元素の濃度は、１０．９原子％以上１２．１原子％以下、さらには１１．０原子％以上１２．０原子％以上であることがより好ましい。
【００１４】
上記組成式におけるＭは、高いＦｅ濃度の組成で大きな保磁力を発現させることができる元素である。Ｍ元素としては、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびハフニウム（Ｈｆ）からなる群より選ばれる１つまたは複数の元素が用いられる。Ｍ元素の含有量ｒが４．３原子％を超えると、Ｍ元素を過剰に含有する異相が生成しやすくなり、保磁力、磁化ともに低下しやすくなる。また、Ｍ元素の含有量ｒが０．８８原子％未満であるとＦｅ濃度を高める効果が小さくなりやすい。つまり、Ｍ元素の含有量ｒは、０．８８原子％以上４．３原子％以下であることが好ましい。元素Ｍの含有量ｒは、１．１４原子％以上３．５８原子％以下であることがより好ましく、さらに１．４９原子％よりも大きく２．２４原子％以下、さらには１．５５原子％以上２．２３原子％以下であることが好ましい。
【００１５】
Ｍ元素は、少なくともＺｒを含むことが好ましい。特に、Ｍ元素の５０原子％以上をＺｒとすることによって、永久磁石の保磁力を高めることができる。一方、Ｍ元素の中でＨｆはとりわけ高価であるため、Ｈｆを使用する場合においても、その使用量は少ないことが好ましい。例えば、Ｈｆの含有量は、Ｍ元素の２０原子％未満であることが好ましい。
【００１６】
Ｃｕは、磁石材料において高い保磁力を発現させることができる元素である。Ｃｕの含有量は、例えば３．５原子％以上１３．５原子％以下であることが好ましい。これよりも多量に配合すると磁化の低下が著しく、またこれよりも少量であると高い保磁力と良好な角型比を得ることが困難となる。Ｃｕの含有量ｔは、３．９原子％以上９．０原子％以下であることがより好ましく、さらに４．３原子％以上５．８原子％以下であることが好ましい。
【００１７】
Ｆｅは、主として磁石材料の磁化を担う元素である。Ｆｅを多量に配合することにより磁石材料の飽和磁化を高めることができるが、過剰に配合するとα−Ｆｅの析出や相分離により所望の結晶相が得られにくくなり、保磁力を低下させるおそれがある。よって、Ｆｅの含有量ｑは、２５原子％以上４０原子％以下であることが好ましい。Ｆｅの含有量ｑは、２６原子％以上３６原子％以下であることがより好ましく、さらに３０原子％以上３３原子％以下であることが好ましい。
【００１８】
Ｃｏは、磁石材料の磁化を担うとともに高い保磁力を発現させることができる元素である。また、Ｃｏを多く配合すると高いキュリー温度が得られ、磁石特性の熱安定性を高めることができる。Ｃｏの配合量が少ないとこれらの効果が小さくなる。しかしながら、Ｃｏを過剰に添加すると、相対的にＦｅの割合が減り、磁化の低下を招くおそれがある。また、Ｃｏの２０原子％以下をＮｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群より選ばれる１つまたは複数の元素で置換することにより磁石特性、例えば保磁力を高めることができる。
【００１９】
本実施形態の永久磁石は、六方晶系のＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相（２−１７型結晶相）を有する主相と、主相を構成する結晶粒の間に設けられた粒界相と、を含む２次元の金属組織を具備する。さらに、主相は、２−１７型結晶相を有するセル相と、六方晶系のＣａＣｕ５型結晶相（１−５型結晶相）を有するＣｕリッチ相と、を含む。Ｃｕリッチ相は、セル相を囲むように形成されることが好ましい。上記構造をセル構造ともいう。また、Ｃｕリッチ相にはセル相を分断するセル壁相も含まれる。Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相のｃ軸は磁化容易軸と平行に存在していることが好ましい。なお、平行とは、平行方向から±１０度以内の状態（略平行）を含んでいてもよい。
【００２０】
Ｃｕリッチ相は、Ｃｕ濃度が高い相である。Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度は、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相のＣｕ濃度よりも高い。例えば、Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度は、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相のＣｕ濃度の１．２倍以上であることが好ましい。Ｃｕリッチ相は、例えばＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相におけるｃ軸を含む断面において、線状または板状に存在する。Ｃｕリッチ相の構造としては、特に限定されないが、例えば六方晶系のＣａＣｕ５型結晶相（１−５型結晶相）等が挙げられる。また、永久磁石は、相の異なる複数のＣｕリッチ相を有していてもよい。
【００２１】
Ｃｕリッチ相の磁壁エネルギーは、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相の磁壁エネルギーよりも高く、この磁壁エネルギーの差が磁壁移動の障壁となる。つまり、Ｃｕリッチ相がピニングサイトとして機能することにより、複数のセル相間での磁壁移動を抑制することができる。特に、セル構造を形成することにより、磁壁移動の抑制効果が高まる。これを磁壁ピニング効果ともいう。よって、セル相を囲むようにＣｕリッチ相が形成されることがより好ましい。
【００２２】
２５原子％以上のＦｅを含むＳｍ−Ｃｏ系磁石において、Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度は、１０原子％以上６０原子％以下であることが好ましい。Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度を高めることにより保磁力や角型比を高くすることができる。Ｆｅ濃度が高い領域においてはＣｕリッチ相のＣｕ濃度にばらつきが発生しやすくなり、例えば磁壁ピニング効果が大きいＣｕリッチ相と磁壁ピニング効果が小さいＣｕリッチ相とが生じ、保磁力および角型比が低下する。
【００２３】
ピニングサイトを外れた磁壁が移動すると、移動した分だけ磁化が反転してしまうため、磁化が低下する。外磁場を印加した際に、ある一定の磁場で一斉に磁壁がピニングサイトを外れれば、磁場の印加により磁化が低下しにくくなり、良好な角型比が得られる。換言すると、磁場を印加した際に保磁力よりも低い磁場でピニングサイトを外れ、磁壁が移動してしまうと、移動した分だけ磁化が減少し、角型比の悪化につながると考えられる。
【００２４】
主相を構成する結晶粒において、磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位（Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相のｃ軸）を有する結晶粒、換言すると磁化容易軸から３０度以上の方位差が生じている結晶粒の割合が大きいと角型比が低下する原因となる。特に、１０μｍ以下の粒径を有する微小な結晶粒では、磁化容易軸に対して方位差が生じやすく、配向性が低くなりやすい。なお、垂直とは、垂直方向から±１０度以内の状態（略垂直）を含んでいてもよい。
【００２５】
本実施形態では、主相を構成する結晶粒のうち、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合を５％以下に制御し、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合を４０％以下に制御する。これにより、角側比を大幅に改善することができる。主相を構成する結晶粒のうち、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合は、４．５％以下、さらには４．３％以下であることがより好ましい。磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合は３８％以下、さらには３６％以下であることがより好ましい。
【００２６】
角型比の悪化を抑制するためには、セル構造の領域を増やすことが重要であると考えられる。上記セル構造は、例えば、粒界相において形成されにくく、また主相を構成する結晶粒に偏析する異種結晶相の周囲において形成されにくい。また、異種結晶相の結晶方位が乱れてしまうと、結晶粒を粒成長させた場合であっても角型比が低下してしまう。上記異種結晶相のＣｕ濃度およびＭ濃度は、主相のＣｕ濃度およびＭ濃度よりも高く、該異種結晶相をＣｕ−Ｍリッチ相という。粒界相は、Ｃｕ−Ｍリッチ相を有していてもよい。
【００２７】
Ｃｕ−Ｍリッチ相は、例えば組成式：Ｒｐ１Ｆｅｑ１Ｍｒ１Ｃｕｔ１Ｃｏ１００−ｐ１−ｑ１−ｒ１−ｔ１（ｐ１は８≦ｐ１≦２０原子％を満足する数、ｑ１は１５≦ｑ１≦３５原子％を満足する数、ｒ１は２＜ｒ１≦１５原子％を満足する数、ｔ１は５≦ｔ１≦２５原子％を満足する数である）で表される組成を有していてもよい。すなわち、Ｃｕ−Ｍリッチ相のＣｕ濃度は、５原子％以上２５原子％以下、好ましくは６原子％以上２０原子％未満であることが好ましく、Ｍ濃度は、２原子％以上１５原子％以下、好ましくは、２原子％以上１１原子％未満であることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｍリッチ相は、例えばＺｒを含むことが好ましい。
【００２８】
Ｃｕ−Ｍリッチ相の周囲では、Ｃｕ元素およびＭ元素が欠乏状態となるため、相分離が生じにくく、セル構造が形成されず良好な磁気特性が得られない。このように、粒界相等に偏析するＣｕ−Ｍリッチ相に起因して永久磁石の磁気特性が低下する場合がある。
【００２９】
Ｃｕ−Ｍリッチ相の径は１０μｍ以下であることが好ましい。Ｃｕ−Ｍリッチ相の径を小さくすることにより、Ｃｕ−Ｍリッチ相の周囲において、Ｃｕ元素およびＭ元素が欠乏状態となる領域が小さくなるため、Ｃｕ−Ｍリッチ相の周囲の組成に対する影響を抑制することができる。よって、セル構造の領域を増やすことができ、磁気特性、特に角型比を改善することができる。Ｃｕ−Ｍリッチ相の径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましく、さらに０．４μｍ以上９μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
主相を構成する結晶粒の平均粒径は、３５μｍ以上、好ましくは４０μｍ以上であることが好ましい。本実施形態では、異種結晶相の径が小さいため、主相を構成する結晶粒の結晶粒径を大きくすることができる。また、主相を構成する結晶粒の結晶粒径が大きくなることにより、相対的に粒界相の体積分率を低減することができる。よって、セル構造の領域を増やすことができ、磁気特性、特に角型比を改善することができる。特に、主相を構成する結晶粒の平均粒径が３５μｍ以上の場合、角型比の改善効果が顕著となる。
【００３１】
永久磁石の組成は、例えばＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法：ＳＥＭ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ＴＥＭ−ＥＤＸ（透過電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−ＥＤＸ）等により測定される。各相の体積比率は、電子顕微鏡や光学顕微鏡による観察とＸ線回折等とを併用して総合的に判断されるが、永久磁石の断面を撮影した電子顕微鏡写真の面積分析法により求めることができる。永久磁石の断面は、試料の最大面積を有する表面の実質的に中央部の断面を用いるものとする。
【００３２】
また、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相、Ｃｕリッチ相等の金属組織は、例えば以下のように認定される。まず、走査透過型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＴＥＭ）によるサンプルの観察を行う。このとき、ＳＥＭによりサンプルを観察することにより、粒界相の場所を特定し、収束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）を用いて粒界相が視野に入るようにサンプルを加工することにより観察効率を高めることができる。上記サンプルは、時効処理後のサンプルである。この際、サンプルは未着磁品であることが好ましい。
【００３３】
次に、セル相、Ｃｕリッチ相等の各元素の濃度を例えばＳＴＥＭを利用したエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＴＥＭ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＴＥＭ−ＥＤＸ）を用いて測定する。
【００３４】
ＳＴＥＭ−ＥＤＸにより各元素の濃度を測定する際、サンプルの表面の１ｍｍ以上内部から測定用の試料を切り出す。また、磁化容易軸（ｃ軸）に平行な面に対し、１００ｋ倍の観察倍率で観察する。ただし、Ｃｕ−Ｍリッチ相の径が大きい場合には５０ｋ倍としてもよい。
【００３５】
なお、各相の元素の濃度測定には、三次元アトムプローブ（３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  Ａｔｏｍ  Ｐｒｏｂｅ：３ＤＡＰ）を用いてもよい。３ＤＡＰを用いた分析法とは、電圧を印加することにより観察試料を電界蒸発させ、電界蒸発されたイオンを二次元検出器により検出することにより原子配列を特定する分析法である。二次元検出器に到達するまでの飛行時間からイオン種が同定され、個々に検出されたイオンを深さ方向に連続的に検出し、検出された順番にイオンを並べる（再構築する）ことにより、三次元の原子分布が得られる。ＴＥＭ−ＥＤＸの濃度測定と比べて、各結晶相内の各元素濃度をより正確に測定することができる。
【００３６】
３ＤＡＰによる各相内の元素濃度の測定は、以下に示す手順にしたがって実施する。まず、試料をダイシングにより薄片化し、そこからＦＩＢにてピックアップ・アトムプローブ（ＡＰ）用針状試料を作製する。
【００３７】
３ＤＡＰによる測定は、焼結体の内部に対して行う。焼結体内部の測定とは、以下の通りである。まず、最大の面積を有する面における最長の辺の中央部において、辺に垂直（曲線の場合は中央部の接線と垂直）に切断した断面の表面部と内部とで組成を測定する。測定箇所は、上記断面において各辺の１／２の位置を始点として、辺に対し垂直に内側に向けて端部まで引いた第１の基準線と、各角部の中央を始点として角部の内角の角度の１／２の位置で内側に向けて端部まで引いた第２の基準線とを設け、これら第１の基準線および第２の基準線の始点から基準線の長さの１％の位置を表面部、４０％の位置を内部と定義する。なお、角部が面取り等で曲率を有する場合、隣り合う辺を延長した交点を辺の端部（角部の中央）とする。この場合、測定箇所は交点からではなく、基準線と接した部分からの位置とする。
【００３８】
測定箇所を以上のようにすることによって、例えば断面が四角形の場合、基準線は第１の基準線および第２の基準線でそれぞれ４本の合計８本となり、測定箇所は表面部および内部でそれぞれ８箇所となる。本実施形態において、表面部および内部でそれぞれ８箇所全てが上記した組成範囲内であることが好ましいが、少なくとも表面部および内部でそれぞれ４箇所以上が上記した組成範囲内となればよい。この場合、１本の基準線での表面部および内部の関係を規定するものではない。このように規定される焼結体内部の観察面を研磨して平滑にした後に観察を行う。例えば、濃度測定におけるＴＥＭ−ＥＤＸの観察箇所は、各相内の任意の２０点とし、これら各点での測定値から最大値と最小値を除いた測定値の平均値を求め、この平均値を各元素の濃度とする。３ＤＡＰの測定もこれに準ずる。
【００３９】
上述した３ＤＡＰを用いたＣｕリッチ相内の濃度の測定結果において、Ｃｕリッチ相におけるＣｕの濃度プロファイルは、よりシャープであることが好ましい。具体的には、Ｃｕの濃度プロファイルの半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）が５ｎｍ以下であることが好ましく、このような場合により高い保磁力を得ることができる。これはＣｕリッチ相内のＣｕの分布がシャープな場合、セル相とＣｕリッチ相との間の磁壁エネルギー差が急激に生じ、磁壁がよりピニングされやすくなるためである。
【００４０】
Ｃｕリッチ相におけるＣｕの濃度プロファイルの半値幅（ＦＷＨＭ）は、以下のようにして求められる。上述した方法に基づいて３ＤＡＰのＣｕプロファイルからＣｕ濃度が最も高い値（ＰＣｕ）を求め、この値の半分の値（ＰＣｕ／２）となるところのピークの幅、すなわち半値幅（ＦＷＨＭ）を求める。このような測定を１０個のピークに対して行い、それらの値の平均値をＣｕプロファイルの半値幅（ＦＷＨＭ）と定義する。Ｃｕプロファイルの半値幅（ＦＷＨＭ）が３ｎｍ以下である場合に、さらに保磁力を高める効果が向上し、２ｎｍ以下の場合により一層優れた保磁力の向上効果を得ることができる。
【００４１】
また、セル相、Ｃｕ−Ｍリッチ相、Ｃｕリッチ相の径は次のように求めることができる。ＳＴＥＭ−ＥＤＸのマッピング像において、任意の相を選択し、選択した相に対し、両端が別の相に接する最も長い直線Ａを引く。次に、この直線Ａの中点において、直線Ａに垂直であり、かつ両端が別の相に接する直線Ｂを引く。この直線Ａと直線Ｂの長さの平均を相の径Ｄとする。上記手順で１個以上の任意の相のＤを求める。一つのサンプルに対して５視野で上記Ｄを算出し、各Ｄの平均を相の径（Ｄ）と定義する。
【００４２】
さらに、主相を構成する結晶粒の粒径および結晶方位は、ＳＥＭを利用した電子後方散乱回折像法（ＳＥＭ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｐａｔｔｅｒｎ：ＳＥＭ−ＥＢＳＰ）により測定することができる。以下に、結晶粒の平均粒径を求める手順を示す。まず、前処理として、試料をエポキシ樹脂にて包埋して機械研磨およびバフ仕上げした後、水洗およびエアブローによる散水を行う。散水後の試料をドライエッチング装置で表面処理する。次に、ＥＢＳＤシステム−Ｄｉｇｉｖｉｅｗ（ＴＳＬ社製）が付属する走査型電子顕微鏡Ｓ−４３００ＳＥ（日立ハイテクノロジーズ社製）で試料表面を観察する。観察条件は、加速電圧３０ｋＶ、測定面積５００μｍ×５００μｍとする。観察結果から、測定面積内に存在する結晶粒の平均粒径は、下記の条件により求める。なお、ＳＥＭ−ＥＢＳＰによる測定は、３ＤＡＰによる測定と同様に焼結体の内部に対して行うことができる。
【００４３】
ステップサイズ２μｍにて、測定面積範囲内の全ピクセルの方位を測定し、隣接するピクセル間の方位差が５度以上である境界を粒界相とみなす。ただし、同一結晶粒内に内包される測定点が５点未満の結晶粒、および測定面積範囲の端部に到達している結晶粒は、結晶粒とみなさないこととする。粒面積は粒界相に囲まれた同一結晶粒内の面積であり、平均粒面積は測定面積範囲内に存在する結晶粒の面積の平均値である。粒径は同一結晶粒内における面積と同面積を有する真円の直径とし、平均粒径は測定面積範囲内に存在する結晶粒の粒径の平均値である。なお、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒は、異相である可能性があるため、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒を無視して平均粒径を求める。
【００４４】
また、磁化容易軸に対するＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位のずれは、以下のように測定することができる。まず、ＳＥＭ−ＥＢＳＰによる測定により得られた回折パターンに対して結晶方位カラーマッピングを行う。得られたマッピング像のうち、磁化容易軸に平行なｃ軸を有する結晶粒と磁化容易軸に対して角度を有するＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒との結晶方位の差を濃淡の差により表すことができる。よって、得られた結果により、それぞれの結晶粒のＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を測定することができる。
【００４５】
角型比は、以下のように定義される。まず、直流Ｂ−Ｈトレーサーにより室温における直流磁化特性を測定する。次に、測定結果から得られたＢ−Ｈ曲線より磁石の基本特性である残留磁化Ｍｒと保磁力ｉＨＣおよび最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを求める。このとき、Ｍｒを用いて理論最大値（ＢＨ）ｍａｘが下記式（１）により求められる。
（ＢＨ）ｍａｘ（理論値）＝Ｍｒ２／４μ０・・・（１）
角型比は、測定で得られる（ＢＨ）ｍａｘと（ＢＨ）ｍａｘ（理論値）の比により評価され、下記式（２）により求められる。
（ＢＨ）ｍａｘ（実測値）／（ＢＨ）ｍａｘ（理論値）×１００・・・（２）
【００４６】
上記永久磁石は、例えばボンド磁石としても用いられる。例えば、特開２００８−２９１４８号公報または特開２００８−４３１７２号公報に開示されているような可変磁束ドライブシステムにおける可変磁石に上記永久磁石を用いることにより、システムの高効率化、小型化、低コスト化が可能となる。上記永久磁石を可変磁石として用いるためには時効処理条件を変更し、例えば保磁力を１００ｋＡ／Ｍ以上３５０ｋＡ／Ｍ以下に収める必要がある。
【００４７】
＜永久磁石の製造方法＞
次に、永久磁石の製造方法例について説明する。まず、永久磁石の合成に必要な所定の元素を含む合金粉末を調製する。次に、電磁石の中に設置した金型内に合金粉末を充填し、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。
【００４８】
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を粉砕することにより合金粉末を調製することができる。合金粉末は、組成が異なる複数の粉末を混ぜ合わせて所望の組成としてもよい。また、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、還元拡散法などを用いて合金粉末を調製してもよい。ストリップキャスト法を用いた合金薄帯の作製では、フレーク状の合金薄帯を作製し、その後合金薄帯を粉砕することにより合金粉末を調製する。例えば、周速０．１ｍ／秒以上２０ｍ／秒以下で回転する冷却ロールに合金溶湯を傾注することにより、厚さ１ｍｍ以下に連続的に凝固させた薄帯を作製することができる。周速が０．１ｍ／秒未満の場合、薄帯において組成のばらつきが生じやすい。また、周速が２０ｍ／秒を超える場合、結晶粒が微細化しすぎてしまう等、磁気特性が低下する場合がある。冷却ロールの周速は０．３ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下、さらに好ましくは０．５ｍ／秒以上１２ｍ／秒以下である。
【００４９】
さらに、上記合金粉末または粉砕前の合金の材料に対して熱処理を施すことにより該材料を均質化することが可能である。例えば、ジェットミル、ボールミルなどを用いて材料を粉砕することができる。なお、不活性ガス雰囲気もしくは有機溶媒中で材料を粉砕することにより粉末の酸化を防止することができる。
【００５０】
粉砕後の粉末において、平均粒径が２μｍ以上５μｍ以下であり、かつ粒径が２μｍ以上１０μｍ以下の粉末の割合が粉末全体の８０％以上であると配向度が高くなり、また、保磁力が大きくなる。これを実現するためにはジェットミルによる粉砕が好ましい。
【００５１】
例えば、ボールミルで粉砕する場合、粉末の平均粒径が２μｍ以上５μｍ以下であったとしても、粒径がサブミクロンレベルの微粉末が多量に含まれる。この微粉末が凝集するとプレス時の磁場配向中に磁化容易軸方向にＴｂＣｕ７相における結晶のｃ軸が揃いにくくなり、配向度が悪くなりやすい。また、このような微粉末は、焼結体中の酸化物の量を増大させ、保磁力を低下させるおそれがある。特に、Ｆｅ濃度が２５原子％以上の場合、粉砕後の粉末において、１０μｍ以上の粒径の粉末の割合が粉末全体の１０％以下であることが望ましい。Ｆｅ濃度が２５原子％以上の場合、原材料となるインゴット中における異相の量が増大する。この異相では、粉末の量が増大するだけでなく、粒径も大きくなる傾向にあり、粒径が２０μｍ以上になることがある。
【００５２】
このようなインゴットを粉砕した際に例えば１５μｍ以上の粒径の粉末がそのまま異相の粉末となることがある。このような異相粗粉末を含んだ粉砕粉を磁場中でプレスし、焼結体とすると、異相が残存し、保磁力の低下、磁化の低下、角型性の低下等を引き起こす。角型性が低下すると着磁が難しくなる。特に、ロータなどへのアセンブリ後の着磁が困難となる。このように、１０μｍ以上の粒径の粉末を全体の１０％以下とすることにより２５原子％以上のＦｅを含む高いＦｅ濃度組成において角型比の低下を抑制しつつ保磁力を大きくすることができる。
【００５３】
次に、焼結、高質化処理、および溶体化処理を行う。高質化処理は、金属組織、特にマクロ組織を制御する処理である。溶体化処理は、相分離組織の前駆体となるＴｂＣｕ７型結晶相（１−７型結晶相）を形成する処理である。
【００５４】
焼結では、上記圧粉体に対し、１１８０℃以上１２２０℃以下の温度で、１時間以上１５時間以下保持することにより熱処理を行う。例えば、保持温度が１１８０℃未満の場合、生成される焼結体の密度が低くなりやすい。また、１２２０℃よりも高い場合、粉末中のＳｍ等のＲ元素が過剰に蒸発する等で磁気特性が低下する場合がある。より好ましい保持温度は１１９０℃以上１２１０℃以下である。一方、保持時間が１時間未満の場合、密度が不均一になりやすいため磁化が低下しやすく、さらに、焼結体の結晶粒径が小さくなり、かつ粒界相比率が高くなることにより、磁化が低下しやすい。また、熱処理時間が１５時間を越えると粉末中のＲ元素の蒸発が過剰となり、磁気特性が低下するおそれがある。より好ましい保持時間は２時間以上１３時間以下であり、さらに好ましくは３時間以上１０時間以下である。なお、真空中またはアルゴンガス中で熱処理を行うことにより酸化を抑制することができる。また、保持温度近くになるまで真空を維持し、その後Ａｒ雰囲気に切り替え、等温保持することにより焼結体密度を向上させることができる。
【００５５】
高質化処理では、焼結時の熱処理温度よりも１０℃以上低い温度で、かつ溶体化処理時の熱処理温度よりも１０℃以上高い温度で、２時間以上１２時間以下保持することにより熱処理を行う。焼結時の熱処理温度よりも１０℃以上低い温度で熱処理を行わない場合、焼結中に生成した液相由来の異相を十分に除去できない。この異相の配向性は低いことが多く、当該異相が存在すると結晶粒の結晶方位が磁化容易軸に対してずれやすくなり、角型比が低下するだけでなく磁化も低下しやすい。また、溶体化処理では、温度が低く、元素拡散速度の観点から焼結中に生じた異相を十分に除去することは困難である。また、粒成長速度も遅く、十分な結晶粒径を得ることができない可能性があり、角型比の改善が望めない。これに対し、溶体化処理時の保持温度よりも１０℃以上高くして高質化処理を行うことにより、上記異相を十分に除去し、主相を構成する結晶粒を大きくすることができる。
【００５６】
高質化処理時の保持温度は、例えば１１３０℃以上１１９０℃以下であることが好ましい。１１３０℃未満の場合および１１９０℃を超える場合、角型比が低下する場合がある。また、熱処理時間が２時間未満の場合、拡散が不十分であり、異相が十分に除去されず、角型比改善の効果が小さい。また、１２時間を超える場合、Ｓｍ等のＲ元素が蒸発して良好な磁気特性が得られないおそれがある。なお、高質化処理における熱処理時間は４時間以上１０時間以下であることがより好ましく、さらに６時間以上８時間以下であることが好ましい。また、酸化防止のために真空中やアルゴンガス等の不活性雰囲気中で高質化処理を行うことが好ましい。
【００５７】
このとき、高質化処理におけるチャンバ内の圧力を正圧にすることにより、異相の生成を抑制する効果が高まる。よって、１０μｍ以下の粒径を有する微小な結晶粒の割合を小さくすることができ、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合を小さくすることができる。また、Ｒ元素の過剰な蒸発を抑制することができるため保磁力の低下を抑制することができる。チャンバ内の圧力は、例えば０．１５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下、さらには０．２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、さらには１．０ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００５８】
溶体化処理では、１０９０℃以上１１７０℃未満の温度で、３時間以上２８時間以下保持することにより熱処理を行う。溶体化処理時における保持温度が１０９０℃未満の場合および１１７０℃以上の場合、溶体化処理後の試料中に存在するＴｂＣｕ７型結晶相の割合が小さく、磁気特性が低下するおそれがある。保持温度は、好ましくは１１００℃以上１１６５℃以下である。また、溶体化処理時における保持時間が３時間未満の場合、構成相が不均一になりやすく、保磁力が低下しやすくなり、金属組織の結晶粒径が小さくなりやすく、粒界相比率が高くなり磁化が低下しやすい。また、溶体化処理時における保持温度が２８時間を超える場合、焼結体中のＲ元素が蒸発する等で磁気特性が低下するおそれがある。保持時間は、好ましくは４時間以上２４時間以下であり、さらに好ましくは１０時間以上１８時間以下である。なお、真空中やアルゴンガス等の不活性雰囲気中で溶体化処理を行うことにより粉末の酸化を抑制することができる。
【００５９】
さらに、等温保持後に急冷を行う。例えば、冷却速度を１７０℃／分以上として室温まで急冷を行うことにより、ＴｂＣｕ７型結晶相を安定化させることができ保磁力が発現しやすくなる。冷却速度が１７０℃／分未満の場合、冷却中にＣｅ２Ｎｉ７型結晶相（２−７型結晶相）が生成されやすくなる。２−７型結晶相の存在により磁化が低下する場合があり、また、保磁力も低下する場合がある。２−７型結晶相はＣｕが濃化されていることが多く、これにより主相中のＣｕ濃度が低下し、時効処理による相分離が起きにくくなるためである。特に、Ｆｅ濃度を２５原子％以上含む組成では冷却速度が重要となりやすい。
【００６０】
なお、高質化処理後に溶体化処理を行う際の冷却は、溶体化処理後の急冷よりも緩やかであること、すなわち徐冷であることが好ましい。例えば、高質化処理後において、１５℃／分以下、好ましくは１０℃／分以下、より好ましくは５℃／分以下の冷却速度で徐冷を行うことが好ましい。徐冷を行うことにより、金属組織のばらつきを低減することができ、角型比をより改善することができる。
【００６１】
次に、急冷後の焼結体に時効処理を行う。時効処理とは、金属組織を制御して磁石の保磁力を高める処理であり、磁石の金属組織を複数の相に相分離させることを目的としている。
【００６２】
時効処理では、７６０℃以上８５０℃以下の温度まで昇温させた後、その到達温度で２０時間以上６０時間以下保持（第１の保持）する。次に、０．２℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度で３５０℃以上６５０℃以下の温度まで徐冷を行った後、その到達温度で０．５時間以上８時間以下保持（第２の保持）することにより、熱処理を行う。その後、室温まで冷却する。以上により焼結体磁石を得ることができる。
【００６３】
第１の保持において、保持温度が８５０℃よりも高い場合、セル相が粗大になり、角型比が低下しやすい。また、保持温度が７６０℃未満の場合、セル構造が十分に得られず、保磁力の発現が困難となる。第１の保持における保持温度は、例えば７８０℃以上８４０℃以下であることがより好ましい。また、第１の保持において、保持時間が２０時間未満の場合、セル構造が不十分となり、保磁力の発現が困難となる。また、保持時間が６０時間よりも長い場合、セル壁相が過剰に厚くなり、角型比が劣化する可能性がある。第１の保持における保持時間は、例えば２５時間以上４０時間以下であることがより好ましい。
【００６４】
徐冷時の冷却速度が０．２℃／分未満の場合、セル壁相が過剰に厚くなり、磁化が減少しやすい。また、２．０℃／分を超える場合、セル相とセル壁相とのＣｕ濃度の差が十分に得られず、保磁力が低下し易い。徐冷時の冷却速度は、例えば０．４℃／分以上１．５℃／分以下、さらには０．５℃／分以上１．３℃／分以下であることがより好ましい。また、３５０℃未満まで徐冷する場合、上述したような低温異相が生成され易い。また、６５０℃を超える温度まで徐冷する場合、Ｃｕリッチ相でのＣｕ濃度が十分に高くならず、十分な保磁力が得られないことがある。また、第２の保持における保持時間が８時間を超える場合、低温異相が生成し、十分な磁気特性が得られない可能性がある。
【００６５】
なお、時効処理において、徐冷時に所定の温度で一定時間保持し、さらにそこから徐冷を行ってもよい。また、上記時効処理を本時効処理として、本時効処理の前に第１の保持における保持温度よりも低い温度で、かつ第１の保持における保持時間よりも短い時間で保持することにより予備時効処理を行ってもよい。上記徐冷時の保持や予備時効処理により、より角型比を高めることができる。
【００６６】
高Ｆｅ濃度を有する磁性材料において焼結および溶体化処理を行うと、Ｃｕ−Ｍリッチ相等の異相が生成されやすい。これは、高Ｆｅ濃度とすることでＣｕ−Ｍリッチ相等の異相の割合が増えやすくなる傾向があり、異相を含んだ状態の焼結体に溶体化処理を施しても異相が十分に除去されず、異相を多く含む磁石が形成されてしまうためである。
【００６７】
本実施形態では、焼結および溶体化処理に加え、高質化処理を行う。高質化処理では、焼結時の保持温度よりも低く溶体化処理時の保持温度よりも高い、特定の温度範囲で熱処理を行う。これにより、異相を十分に除去することができる。よって、異相の形態および結晶粒の大きさが制御され、主相を構成する結晶粒の大きさおよび配向性を制御することができる。よって、金属組織において、粒界相の周囲においてもセル構造が形成されやすい状態になり、例えば２５原子％以上のＦｅを含む永久磁石においても良好な角型比および保磁力を得ることができる。
【００６８】
なお、高質化処理は、焼結後であって時効処理前に行えばよい。例えば、高質化処理を第１の溶体化処理および第２の溶体化処理（再溶体化処理ともいう）に分割し、第１の溶体化処理後に高質化処理を行い、高質化処理後に第２の溶体化処理を行ってもよい。また、溶体化処理の間に高質化処理を複数回行ってもよい。
【００６９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の永久磁石は、各種モータや発電機に使用することができる。また、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も可能である。第１の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。第１の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、例えば特開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。
【００７０】
次に、上記永久磁石を具備するモータと発電機について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態における永久磁石モータを示す図である。図１に示す永久磁石モータ１では、ステータ（固定子）２内にロータ（回転子）３が配置されている。ロータ３の鉄心４中には、第１の実施形態の永久磁石である永久磁石５が配置されている。第１の実施形態の永久磁石を用いることにより、各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。
【００７１】
図２は本実施形態による可変磁束モータを示す図である。図２に示す可変磁束モータ１１において、ステータ（固定子）１２内にはロータ（回転子）１３が配置されている。ロータ１３の鉄心１４中には、第１の実施形態の永久磁石が固定磁石１５および可変磁石１６として配置されている。可変磁石１６の磁束密度（磁束量）は可変することが可能とされている。可変磁石１６はその磁化方向が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。この磁化巻線に磁化回路から電流を流すことによって、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。
【００７２】
第１の実施形態の永久磁石によれば、固定磁石１５に好適な保磁力を得ることができる。第１の実施形態の永久磁石を可変磁石１６に適用する場合には、前述した製造方法の各種条件（時効処理条件等）を変更することによって、例えば保磁力を１００ｋＡ／ｍ以上５００ｋＡ／ｍ以下の範囲に制御すればよい。なお、図２に示す可変磁束モータ１１においては、固定磁石１５および可変磁石１６のいずれにも第１の実施形態の永久磁石を用いることができるが、いずれか一方の磁石に第１の実施形態の永久磁石を用いてもよい。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。
【００７３】
図３は本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、上記永久磁石を用いたステータ（固定子）２２を備えている。ステータ（固定子）２２の内側に配置されたロータ（回転子）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、例えば外部から供給される流体により回転する。なお、流体により回転するタービン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を回転させることも可能である。ステータ２２とロータ２３には、各種公知の構成を採用することができる。
【００７４】
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。なお、ロータ２３にはタービン２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。このため、発電機２１はロータ２３の帯電を放電させるためのブラシ２６を備えている。
【００７５】
以上のように、上記永久磁石を発電機に適用することにより、高効率化、小型化、低コスト化等の効果が得られる。
【００７６】
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。
【実施例】
【００７７】
本実施例では、永久磁石の具体例について説明する。なお、本実施例では、Ｍ元素としてＺｒを含む永久磁石について説明する。【００７８】
（実施例１、実施例２）
永久磁石に用いられる各原料を所定の比率で秤量して混合した後、Ａｒガス雰囲気でアーク溶解して合金インゴットを作製した。上記合金インゴットを１１７０℃で１６時間保持して熱処理を行った後、合金インゴットに対して粗粉砕とジェットミルによる粉砕とを実施し、磁石の原料粉末としての合金粉末を調製した。得られた合金粉末を磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。【００７９】
次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉チャンバ内に配置し、チャンバ内を真空状態にした後に１１７５℃まで昇温させ到達温度で２０分間保持し、その後にＡｒガスを導入し、Ａｒ雰囲気中で１２１０℃まで昇温させ、到達温度で４時間保持して焼結を行った。次に、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように、１１９０℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、４．０℃／分の冷却速度で１１６５℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【００８０】
次に、溶体化処理後の焼結体を、７５０℃まで昇温し、到達温度で２時間保持した後に３５０℃まで１．５℃／分の冷却速度で徐冷を行った。次に、時効処理として、８３５℃まで昇温し、到達温度で３０時間保持した。その後、１．０℃／分の冷却速度で５５０℃まで徐冷を行い、到達温度で４時間保持した。その後、１．０℃／分の冷却速度で４００℃まで徐冷を行い、到達温度で１時間保持した。その後、室温まで炉冷することにより、磁石を得た。【００８１】
また、誘導結合発光プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）法により磁石の組成分析を実施した。なお、ＩＣＰ法による組成分析を以下の手順により行った。まず、記述の測定箇所から採取した試料を乳鉢で粉砕し、粉砕した試料を一定量はかり取り、石英製ビーカに入れた。さらに、ビーカに混酸（硝酸と塩酸を含む酸）を入れ、ホットプレート上で１４０℃程度に加熱し、ビーカ中の試料を完全に溶解させた。さらに放冷した後、ＰＦＡ製メスフラスコに移して定容し、試料溶液とした。【００８２】
さらに、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて検量線法により上記試料溶液の含有成分の定量を行った。ＩＣＰ発光分光分析装置としては、エスアイアイ・ナノテクノロジー製、ＳＰＳ４０００を用いた。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、主相を構成する結晶粒において、１０μｍ以下の粒径ｄを有する結晶粒の割合（ｄ≦１０μｍの結晶粒）、磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒（Δθ≧３０°の結晶粒）の割合を測定し、さらに角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。なお、各実施例および比較例において測定装置として、日立ハイテク製ＨＤ２３００を使用した。【００８３】
（実施例３、実施例４、実施例５）
各原料を所定の比率で秤量して混合した後、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解して合金インゴットを作製した。合金インゴットに対し粗粉砕を実施した後に１１８０℃、８時間の熱処理を施し、急冷することにより室温まで冷却した。さらに粗粉砕とジェットミルによる粉砕とを実施し、磁石の原料粉末としての合金粉末を調製した。さらに上記合金粉末を磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。【００８４】
次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１７０℃まで昇温させ、到達温度で２０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１９５℃まで昇温し、到達温度で５時間保持して焼結を行った。次に、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．２ＭＰａにして、表２に示すように、１１６０℃で２時間保持することにより高質化処理を行った。次に、１１４０℃まで４．０℃／分の冷却速度で徐冷を行い、到達温度で１６時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１５０℃／分とした。【００８５】
次に、溶体化処理後の焼結体を、７００℃まで昇温し、到達温度で２時間保持した後、続けて時効処理として、８１５℃まで昇温し、到達温度で５０時間保持した。その後０．６℃／分の冷却速度で４５０℃まで徐冷し、到達温度で４時間保持した。その後、０．５℃／分の冷却速度で３８０℃まで徐冷し、到達温度で１時間保持した。その後、室温まで炉冷することにより、磁石を得た。【００８６】
さらに、上記ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて検量線法により上記試料溶液の含有成分の定量を行った。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【００８７】
（実施例６、実施例７）
各原料を所定の比率で秤量して混合した後、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解して合金インゴットを作製した。合金インゴットに対し粗粉砕を実施した後に１１８０℃、８時間の熱処理を施し、急冷することにより室温まで冷却した。さらに粗粉砕とジェットミルによる粉砕とを実施し、磁石の原料粉末としての合金粉末を調製した。さらに上記合金粉末を磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。【００８８】
次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を７．５×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１６０℃まで昇温させ、到達温度で３０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１８０℃まで昇温し、到達温度で５時間保持して焼結を行った。次に、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．７ＭＰａにして、表２に示すように、１１６０℃で１０時間保持することにより高質化処理を行った。次に、１１２０℃まで４．０℃／分の冷却速度で徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を２２０℃／分とした。【００８９】
次に、溶体化処理後の焼結体を、６７０℃まで昇温し、到達温度で１時間保持した後、続けて時効処理として、８４０℃まで昇温し、到達温度で４５時間保持した。その後０．６℃／分の冷却速度で５００℃まで徐冷し、到達温度で１時間保持した。その後、０．５℃／分の冷却速度で４００℃まで徐冷し、到達温度で１時間保持した。その後、室温まで炉冷することにより、磁石を得た。【００９０】
他の実施例と同様に上記各磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【００９１】
（実施例８）
各原料を所定の比率で秤量して混合した後、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解して合金インゴットを作製した。上記合金インゴットに対し粗粉砕を実施した後に１１６５℃、１２時間の熱処理を施し、急冷することにより室温まで冷却した。さらに、粗粉砕とジェットミルによる粉砕とを磁石の原料粉末としての合金粉末を調製した。さらに上記合金粉末を磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。【００９２】
次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１６０℃まで昇温させ、到達温度で３０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１９０℃まで昇温し、到達温度で４時間保持して焼結を行った。次に、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように、１１６５℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【００９３】
次に、溶体化処理後の焼結体を、７１０℃まで昇温し、到達温度で４時間保持した後、続けて時効処理として、８３０℃まで昇温し、到達温度で４５時間保持した。その後０．８℃／分の冷却速度で６００℃まで徐冷を行い、到達温度で４時間保持した。その後、０．５℃／分の冷却速度で４００℃まで徐冷を行い、到達温度で１時間保持した。その後、室温まで炉冷することにより、磁石を得た。【００９４】
他の実施例と同様に上記各磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【００９５】
（実施例９ないし実施例１３）
実施例８と同組成の合金粉末を原料に用い、磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を真空度９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１６０℃まで昇温させ、到達温度で３０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１９０℃まで昇温し、到達温度で４時間保持して焼結を行った。【００９６】
次に、高質化処理および溶体化処理を行った。表２に示すように、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、実施例９では、１１７５℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【００９７】
実施例１０では、１１３０℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【００９８】
実施例１１では、１１６５℃で１０時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【００９９】
実施例１２では、１１６５℃で２時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１００】
実施例１３では、１１６５℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、１１２０℃まで２．０℃／分の冷却速度で徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１０１】
その後、実施例８と同様の方法により、各実施例において溶体化処理後の焼結体に対して時効処理等を行うことにより、磁石を得た。【０１０２】
他の実施例と同様に上記各磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【０１０３】
（実施例１４）
実施例３と同組成の合金粉末を原料に用い、実施例３と同様に磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１６０℃まで昇温させ、到達温度で３０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１９０℃まで昇温し、到達温度で４時間保持して焼結を行った。【０１０４】
次に、高質化処理を行った。Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．２ＭＰａにして、表２に示すように、実施例１４では、１１６０℃で８時間保持することにより高質化処理を行った。その後、実施例３と同様の方法および条件により、溶体化処理および時効処理等の各工程を行うことにより、磁石を得た。【０１０５】
他の実施例と同様に上記各磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【０１０６】
（実施例１５）
実施例４と同組成の合金粉末を原料に用い、実施例４と同様に磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１６０℃まで昇温させ、到達温度で３０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１９０℃まで昇温し、到達温度で４時間保持して焼結を行った。【０１０７】
次に、高質化処理を行った。Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように、実施例１５では、１１６０℃で８時間保持することにより高質化処理を行った。その後、実施例４と同様の方法および条件により、溶体化処理および時効処理等の各工程を行うことにより、磁石を得た。【０１０８】
他の実施例と同様に上記各磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【０１０９】
（実施例１６）
実施例５と同組成の合金粉末を原料に用い、実施例５と同様に磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。次に、合金粉末の圧縮成形体を焼結炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を真空度９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に１１６０℃まで昇温させ、到達温度で３０分間保持した後、チャンバ内にＡｒガスを導入した。Ａｒ雰囲気中としたチャンバ内の温度を１１９０℃まで昇温し、到達温度で４時間保持して焼結を行った。【０１１０】
次に、高質化処理を行った。Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を１．１ＭＰａにして、表２に示すように、実施例１６では、１１６０℃で８時間保持することにより高質化処理を行った。その後、実施例５と同様の方法および条件により、溶体化処理および時効処理等の各工程を行うことにより、磁石を得た。【０１１１】
他の実施例と同様に上記各磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。得られた磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【０１１２】
（比較例１、比較例２）
表１に示す組成を有する磁石を、実施例１および実施例２のそれぞれと同一の方法で作製した。実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【０１１３】
（比較例３ないし比較例７）
実施例８と同組成の合金粉末を原料に用い、磁界中でプレス成形して圧縮成形体を作製した。この圧縮成形体を焼成炉のチャンバ内に配置し、チャンバ内を９．０×１０−３Ｐａの真空状態にした後に実施例８と同様の方法で焼結を行った。【０１１４】
さらに、表２に示すように、比較例３では、焼結後に、１１２０℃まで冷却し、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１１５】
比較例４では、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように１１８５℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１１６】
比較例５では、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように１１２５℃で６時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１１７】
比較例６では、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように１１６０℃で０．５時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１１８】
比較例７では、Ａｒ雰囲気中にて、チャンバ内の圧力を０．５ＭＰａにして、表２に示すように、１１６０℃で２０時間保持することにより高質化処理を行った。次に、５．０℃／分の冷却速度で１１２０℃まで徐冷を行い、到達温度で１２時間保持して溶体化処理を行い、その後室温まで冷却を行った。なお、溶体化処理後の冷却速度を１７０℃／分とした。【０１１９】
その後、実施例８と同様の方法により、各比較例において溶体化処理後の焼結体に対して時効処理等を行うことにより、磁石を得た。【０１２０】
他の実施例と同様に上記磁石の組成をＩＣＰ法により確認した。上記各磁石の組成は表１に示す通りである。また、他の実施例と同様にｄ≦１０μｍの結晶粒の割合、Δθ≧３０°の結晶粒の割合、角型比、保磁力、および残留磁化を測定した。その結果を表３に示す。【０１２１】
表１ないし表３から明らかなように、実施例１ないし実施例１６の永久磁石では、例えばＳｍ濃度が高い比較例１やＺｒ濃度が高い比較例２の永久磁石と比較して、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合が小さく、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合が小さいため、良好な角型比、高保磁力、および高磁化を発現している。このことから、永久磁石を構成する各元素の量を調整することにより、磁石特性を高めることができることがわかる。【０１２２】
実施例８ないし実施例１３の永久磁石では、例えば高質化処理を行わない比較例３の永久磁石と比較して、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合が小さく、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合が小さいため、良好な角型比、高保磁力、および高磁化を発現している。このことから、高質化処理を行うことにより、磁石特性を高めることができることがわかる。【０１２３】
実施例８ないし実施例１３の永久磁石では、例えば焼結と高質化処理との間の保持温度が１０℃未満である比較例４および比較例５の永久磁石と比較して、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合が小さく、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合が小さいため、良好な角型比、高保磁力、および高磁化を発現している。このことから、高質化処理における保持温度を制御することにより、磁石特性を高めることができることがわかる。【０１２４】
実施例８ないし実施例１３の永久磁石では、例えば高質化処理における保持時間が０．５時間である比較例６や当該保持時間が２０時間である比較例７の永久磁石と比較して、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合が小さく、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合が小さいため、良好な角型比、高保磁力、および高磁化を発現している。このことから、高質化処理における保持時間を制御することにより、磁石特性を高めることができることがわかる。【０１２５】
以上のように、実施例１ないし実施例１６の永久磁石では、主相において、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合、および磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合を制御することにより、Ｆｅ濃度が２５％以上の場合であっても、いずれも良好な角型比、高保磁力、および高磁化を発現している。このことから、実施例１ないし実施例１６の永久磁石は、磁石特性に優れていることがわかる。【０１２６】
【表１】
0005985738.tif 000002
【０１２７】
【表２】
0005985738.tif 000003
【０１２８】
【表３】
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【要約】
高性能な永久磁石を提供する。組成式：ＲｐＦｅｑＭｒＣｕｔＣｏ１００−ｐ−ｑ−ｒ−ｔ（式中、Ｒは希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素、ＭはＺｒ、Ｔｉ、およびＨｆからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素、ｐは１０．８≦ｐ≦１２．５原子％を満足する数、ｑは２５≦ｑ≦４０原子％を満足する数、ｒは０．８８≦ｒ≦４．３原子％を満足する数、ｔは３．５≦ｔ≦１３．５原子％を満足する数である）で表される組成と、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相を有する主相を含む金属組織と、を具備する。主相を構成する結晶粒のうち、１０μｍ以下の粒径を有する結晶粒の割合は５％以下であり、かつ磁化容易軸に対して３０度以上ずれた方向にＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相の（００１）面に垂直な結晶方位を有する結晶粒の割合は４０％以下である。【図１】
0005985738.tif 000005
【図２】
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【図３】
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