(57)【要約】【課題】  高磁気特性と高電気抵抗を両立させた、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石とその製造方法の提供。【解決手段】  Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加する工程、当該合金粉末をジェットミルにより微粉砕し、微粉砕粉となす工程、前記微粉砕粉を成形、焼結、熱処理する工程、を含むＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法であって、焼結工程によって、結晶粒界に、少なくともＲＦ３相を生成させるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成させる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加する工程、
当該合金粉末をジェットミルにより微粉砕し、微粉砕粉となす工程、
前記微粉砕粉を成形、焼結、熱処理する工程、を含み、
前記焼結工程によって、結晶粒界に、少なくともＲＦ３相を生成させるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成させる高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）を準備する工程、
当該合金粉末をジェットミルにより微粉砕し、微粉砕粉となす工程、
前記微粉砕粉にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加、混合する工程、
当該微粉砕粉を成形、焼結、熱処理する工程、を含み、
前記焼結工程によって、結晶粒界に、少なくともＲＦ３相を生成させるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成させる高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項３】
外郭部にＤｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を有するＲ２Ｔ１４Ｂ主相（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）と、少なくともＲＦ３相を含む粒界相とから構成される高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器、電子部品、電子機器などに使用されるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石式回転機器には、低価格なフェライト磁石が主として使用されてきたが、近年の回転機器の小型・高性能化に伴い、より高性能なＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）の使用頻度が年々増加している。
【０００３】
しかし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、金属磁石であるために電気抵抗が低く、回転機器などに組み込んだ場合、渦電流損失が増大し、モータ効率を低下させるという問題が生じる。
【０００４】
一方、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石粉末を樹脂バインダーにより結合したＲ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石は、１０−２Ω・ｃｍオーダーとＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に比べ高い電気抵抗を有するものの、磁気特性が低いという問題がある。
【０００５】
本発明者は、先に、上記問題を解決すべく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石粉末とバインダーと絶縁物とを混合し、成形した後に脱バインダーを行い、緻密化することにより、高電気抵抗を有する希土類永久磁石が得られることを提案した（特許文献1）。
【特許文献１】特開平１０−１６３０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記提案は、絶縁物として、金属とフッ素との結合力が強く、磁石粉末のＲ元素と反応せずに電気抵抗を高めることができる、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＮｄＦ３を用い、バインダーにより該絶縁物を磁石粉末に固定させることにより、希土類永久磁石の電気抵抗を向上させるものであるが、絶縁物の添加量が増えるに伴い、磁気特性が劣化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来の問題を解決し、高磁気特性と高電気抵抗を両立させた、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石とその製造方法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】
【０００８】
発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意研究の結果、絶縁物として、ＤｙＦ３、ＴｂＦ３を用いて、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末に存在するＲ−ｒｉｃｈ相と該ＤｙＦ３、ＴｂＦ３を積極的に反応させることにより、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相の結晶粒界に、少なくともＲＦ３相が生成されるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層が形成され、該ＲＦ３相が電気抵抗の向上を、外郭部に濃縮層が形成されたＲ２Ｔ１４Ｂ主相が磁気特性、特に保磁力を向上させることを知見し、以下の発明を提案するに至った。
【０００９】
請求項１に記載の高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加する工程、
当該合金粉末をジェットミルにより微粉砕し、微粉砕粉となす工程、
前記微粉砕粉を成形、焼結、熱処理する工程、を含み、
前記焼結工程によって、結晶粒界に、少なくともＲＦ３相を生成させるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、
Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）を準備する工程、
当該合金粉末をジェットミルにより微粉砕し、微粉砕粉となす工程、
前記微粉砕粉にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加、混合する工程、
当該微粉砕粉を成形、焼結、熱処理する工程、を含み、
前記焼結工程によって、結晶粒界に、少なくともＲＦ３相を生成させるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、
外郭部にＤｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を有するＲ２Ｔ１４Ｂ主相（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれ、Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換できる）と、少なくともＲＦ３相を含む粒界相とから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高磁気特性と高電気抵抗を両立させた、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石とその製造方法を提供することができる。
【００１３】
この発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を、回転機器、電子部品、電子機器などに用いることにより、渦電流損失が低減され、エネルギー効率が向上する。
【００１４】
この発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、渦電流損失が低減されているため、磁石の温度上昇が抑制され、磁気特性の熱減磁を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明による高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法における、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加、混合する対象となるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末において、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の少なくとも一種であり、ＮｄまたはＰｒのいずれかが必ず含まれるものとする。Ｒ量は、公知の含有量で差し支えなく、例えば、２７．０質量％〜３２．０質量％が好ましい。２７．０質量％未満では、Ｒ−ｒｉｃｈ相の生成量が少なくなり、後述するＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３とＲ−ｒｉｃｈ相を積極的に反応させることができなくなり、高磁気特性、高電気抵抗を得ることが難しく、３２．０質量％を超えると残留磁束密度が低下するため好ましくない。
【００１６】
上記Ｒには、Ｎｄ、Ｐｒ以外の希土類元素としては、例えば、公知のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石のように、保磁力向上を目的としたＤｙ、Ｔｂや、不純物元素としてＬａ、Ｃｅなどが含むことができる。ただし、Ｄｙ、Ｔｂについては、後述の通り、焼結工程において、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３をＲＦ３に変化させる都合上、多量に含有することは好ましくない。Ｎｄ、Ｐｒそのものは純元素でなくてもよく、工業上入手可能な範囲で、製造上不可避な不純物を含有するもので差し支えない。
【００１７】
Ｔは、Ｆｅを必ず含み、Ｔの５０％以下をＣｏで置換することができる。また、Ｔには、ＦｅやＣｏ以外の少量の遷移金属元素を含有することができる。Ｔの含有量は、従来から知られる含有量を採用することができ、例えば、６３．０質量％以上７２．５質量％以下が好ましい範囲である。６３．０質量％未満では残留磁束密度が低下し、７２．５質量％を超えると保磁力の低下を来たすためである。Ｃｏは温度特性の向上、耐食性の向上に有効であるが、過度の添加は保磁力を低下させることになるため、１０質量％以下のＣｏ、残部Ｆｅの組合わせで用いることが好ましい。
【００１８】
Ｂの含有量についても公知の含有量で差し支えなく、例えば、０．９０質量％〜１．３０質量％が好ましい。０．９０質量％未満では高保磁力が得られず、１．３０質量％を超えると残留磁束密度が低下するため好ましくない。より好ましくは、０．９５質量％〜１．０５質量％であり、ＢｒまたはＨｃＪを向上させることができる。
【００１９】
上記Ｒ、Ｔ、Ｂに加え、Ｍ元素として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも一種を添加することにより、保磁力の向上を図ることができる。添加量は２．０質量％以下が好ましい。２．０質量％を超えると残留磁束密度が低下するためである。
【００２０】
上記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、公知の製造方法によって準備することができる。例えば、原料金属または合金を溶解、鋳造し、合金鋳片を得る。溶解、鋳造は、公知の手段を採用することができ、特に、ストリップキャスティング法は好ましい手段である。得られた合金鋳片は、公知の手段、例えば、水素粉砕などによって粗粉砕し、粗粉砕粉を得ることができる。
【００２１】
本発明の製造方法は、上述したＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末に、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加した後、微粉砕する（以下「前添加」という）か、あるいは、上述したＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を微粉砕した後、微粉砕粉にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加する（以下「後添加」という）ことが特徴である。
【００２２】
上記前添加の場合、後添加の場合ともに、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３の添加量は０．０５質量％〜２０質量％が好ましい。添加量が０．０５質量％未満では電気抵抗を高める効果が十分でなく、２０質量％を超えると磁気特性が著しく劣化するため好ましくない。
【００２３】
ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３は粉末として添加することが好ましい。粉末の平均粒径は、２０μｍ以下が好ましい。平均粒径が２０μｍを超えるとＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末と均質に分散させることが困難となり好ましくない。
【００２４】
前添加の場合はＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加後、後添加の場合はＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加せずに、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末をジェットミルにより微粉砕する。ジェットミルの粉砕条件は公知の条件を採用することができる。微粉砕後の微粉砕粉末の平均粒径は１μｍ〜１０μｍ、好ましくは３μｍ〜６μｍである。後添加の場合は、得られた微粉砕粉末にＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加する。
【００２５】
上記前添加の場合、後添加の場合ともに、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３を添加後は、公知の手段によって混合することが好ましい。特に、後添加の場合は、ロッキングミキサーなどによって、十分に混合することが好ましい。
【００２６】
前添加あるいは後添加によりＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３が添加、混合されたＲ−Ｔ−Ｂ系合金微粉砕粉は、公知の手段によって、成形、焼結、熱処理する。
【００２７】
本発明は、上記により、前添加あるいは後添加によりＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３が添加、混合されたＲ−Ｔ−Ｂ系合金微粉砕粉を成形後、焼結することにより、結晶粒界に、少なくともＲＦ３相を生成させるとともに、主相となるＲ２Ｔ１４Ｂ相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成させることを特徴とする。以下に詳述する。
【００２８】
成形後の成形体には、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相と、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相を取り囲むように、もしくはＲ２Ｆｅ１４Ｂ主相に付着した状態のＲ−ｒｉｃｈ相と、上記により添加したＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３が分散して存在している。
【００２９】
この成形体を焼結することにより、焼結過程で、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３と前記Ｒ−ｒｉｃｈ相が反応し、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３のフッ素とＲ−ｒｉｃｈ相のＲ成分とが化合して、結晶粒界にＲＦ３相が生成される。このＲＦ３相が電気抵抗を向上させる。
【００３０】
一方、Ｒ−ｒｉｃｈ相にフッ素を奪われたＤｙおよび／またはＴｂは、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相のＲ成分と置換し、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相の外郭部に、Ｄｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を形成する。この外郭部に濃縮層が形成されたＲ２Ｔ１４Ｂ主相が磁気特性、特に保磁力を向上させる。
【００３１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、ニュークリエーションによる保磁力発生機構を有しており、上記の如く、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相の外郭部にＤｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層が形成されることにより、かかる外郭部における結晶磁気異方性が高められ、主相の粒界相近傍における逆磁区の核生成が抑制され、保磁力が高まる。
【００３２】
このように、本発明においては、焼結工程により、次の反応が起こっているものと考えられる。
「Ｒ−ｒｉｃｈ相+ＤｙＦ３＝ＲＦ３＋Ｄｙ−ｒｉｃｈ相」または、
「Ｒ−ｒｉｃｈ相+ＴｂＦ３＝ＲＦ３＋Ｔｂ−ｒｉｃｈ相」
これは、特許文献１による前記提案とは異なり、絶縁物として、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＮｄＦ３よりも金属とフッ素との結合力が弱いＤｙＦ３、ＴｂＦ３を添加するからこそ起こる特有の反応である。
【００３３】
Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相の結晶粒界には、少なくとも上記ＲＦ３相が生成されるが、その他に、反応し切れなかったＲ−ｒｉｃｈ相、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３が若干残存する場合もある。また、上記Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相の外郭部に濃縮されなかった余剰のＤｙ−ｒｉｃｈ相および／またはＴｂ−ｒｉｃｈ相、あるいはＢ−ｒｉｃｈ相、Ｒ酸化物などが残存している場合もある。
【００３４】
以上のように、ＤｙＦ３および／またはＴｂＦ３が添加、混合されたＲ−Ｔ−Ｂ系合金微粉砕粉を成形後、焼結を施すことによって、外郭部にＤｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を有するＲ２Ｔ１４Ｂ主相と、少なくともＲＦ３相を含む粒界相とから構成される高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができる。
【００３５】
そして、前記ＲＦ３相が電気抵抗向上に寄与し、外郭部に濃縮層が形成されたＲ２Ｔ１４Ｂ主相が保磁力向上に寄与することにより、高電気抵抗と高磁気特性を両立させることができる。
【００３６】
焼結工程には、公知のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法に用いられる手段を採用することができる。例えば、焼結温度は１０００℃〜１１８０℃、焼結時間は１〜６時間程度が好ましい。また、放電プラズマ焼結、ホットプレスなどの手段を用いることも可能である。これらの手段を用いると、比較的低温で焼結することが可能であり、保磁力向上に寄与するＤｙおよび／またはＴｂが濃縮された濃縮層を、効果的にＲ２Ｔ１４Ｂ主相の外郭部のみに形成することができる。焼結後の焼結体には、所定の熱処理を施す。熱処理条件は、温度４００℃〜６００℃、時間１〜８時間程度である。
【実施例】
【００３７】
実施例１
２６．７Ｎｄ−５．３Ｐｒ−０．９Ｃｏ−１．０Ｂ−０．２Ａｌ−０．１Ｃｕ−残部Ｆｅ（数字は質量％を示す）からなる組成の合金を、ストリップキャスティング法により作製した。得られた鋳片に粗粉砕を施し、０．５ｍｍ以下に整粒したＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を準備した。次に、この合金粉末に対してＤｙＦ３粉末を５質量％、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛粉末０．０４質量％をそれぞれ添加した後、ロッキングミキサーによって均質に混合した。該混合粉をジェットミルにより平均粒径４．５μｍに微粉砕し、得られた微粉砕粉を１．５Ｔの配向磁界において磁界中成形を行なった後、１０２０℃で２時間真空中で焼結し、焼結後、５００℃で２時間熱処理を行い、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の磁気特性及び電気抵抗値を表１に示す。なお、磁気特性はＢ−Ｈトレーサ、電気抵抗値は直流４端子法により測定した。
【００３８】
実施例２
ＤｙＦ３粉末に代えて、ＴｂＦ３粉末を５質量％添加する以外は、実施例１と同様な方法で焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の磁気特性及び電気抵抗値を表１に示す。
【００３９】
比較例１
ＤｙＦ３粉末を添加しない以外は、実施例１と同様な方法で焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の磁気特性及び電気抵抗値を表１に示す。
【００４０】
比較例２
ＤｙＦ３粉末の代わりにＮｄＦ３粉末を用いる以外は、実施例１と同様な方法で焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の磁気特性及び電気抵抗値を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2006310659.tif 000002
【００４２】
表１より、ＤｙＦ３粉末を添加した実施例１の焼結磁石は、無添加（比較例１）に対して電気抵抗値が約５倍に向上すると共に、保磁力も約３０％向上することが確認された。また、ＴｂＦ３粉末を添加した実施例２の焼結磁石は、無添加（比較例１）に対して電気抵抗値が約５倍に向上すると共に、保磁力が実施例１よりもさらに向上することが確認された。
【００４３】
この現象は、成形体内で均質分散したＤｙＦ３粉末、ＴｂＦ３粉末が、焼結段階でＲ−ｒｉｃｈと反応してＲＦ３を生成することにより派生した高電気抵抗化現象と、Ｒ−ｒｉｃｈ相にフッ素を奪われメタル化したＤｙ、Ｔｂが、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相のＲ成分と置換し、Ｒ２Ｔ１４Ｂ主相の外郭部にＤｙ、Ｔｂが濃縮された濃縮層を形成したことにより派生した高保磁力化現象が同時に起きたものと推察される。このことから、ＮｄＦ３を５質量％添加した比較例２の焼結磁石では、ＮｄＦ３がそのまま結晶粒界に存在するのみで、後者の現象が起きていないと推察され、電気抵抗値のみの向上となり、保磁力の向上は確認されなかった。
【００４４】
実施例３
実施例１と同様な方法により作製した粗粉砕粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛粉末０．０４質量％のみを添加して均質混合した後、ジェットミルにより平均粒径４．５μｍに微粉砕した。得られた微粉砕粉にＤｙＦ３粉末を５質量％添加し、ロッキングミキサーにて均質に混合した。該混合粉を実施例１と同様な条件で、成形、焼結、熱処理し、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。得られた焼結磁石の磁気特性及び電気抵抗値を表２に示す
【００４５】
【表２】
2006310659.tif 000003
【００４６】
表２より、微粉砕後にＤｙＦ３粉末を添加した実施例３では、微粉砕前にＤｙＦ３粉末を添加した実施例１に対して、電気抵抗値、保磁力値ともに若干低下した。この現象は、成形体内におけるＤｙＦ３粉末の均質分散性がジェットミルによる微粉砕前に添加したときよりも低下したことで、焼結段階において生成したＲＦ３の分散性が低下するとともに、ＤｙによるＲ２Ｔ１４Ｂ主相の濃縮層の形成が不完全となり、その結果、電気抵抗値、保磁力ともに低下したものと推察される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明による高電気抵抗Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、回転機器、電子部品、電子機器などに最適である。