(57)【要約】【課題】  Niを添加することなく、高い機械的強度と優れた耐食性とを両立させたR-TM-B系焼結磁石を提供する。【解決手段】  24.5〜34.5質量%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種)と、0.92〜1.15質量%のBと、0.1質量%未満のNiと、0.07〜0.5質量%のGaと、0〜0.4質量%のCuと、不可避不純物と、残部Feとを含有するR-TM-B系焼結磁石であって、前記Ga及びCuの含有量が、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、点A(0.5、0.0)、点B(0.5、0.4)、点C'(0.1、0.4)、点D'(0.1、0.1)及び点E(0.2、0.0)を頂点とする五角形で囲まれる領域内にあることを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。【選択図】  図1
2018059197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
24.5〜34.5質量%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種)と、0.92〜1.15質量%のBと、0.1質量%未満のNiと、0.07〜0.5質量%のGaと、0〜0.4質量%のCuと、不可避不純物と、残部Feとを含有するR-TM-B系焼結磁石であって、
前記Ga及びCuの含有量が、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、点A(0.5、0.0)、点B(0.5、0.4)、点C'(0.1、0.4)、点D'(0.1、0.1)及び点E(0.2、0.0)を頂点とする五角形で囲まれる領域内にあることを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。
【請求項２】
請求項1に記載のR-TM-B系焼結磁石において、
3質量%以下のM(MはZr、Nb、Hf、Ta、W、Mo、Al、Si、V、Cr、Ti、Ag、Mn、Ge、Sn、Bi、Pb及びZnから選ばれる少なくとも1種)をさらに含有することを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。
【請求項３】
請求項1又は2に記載のR-TM-B系焼結磁石において、
前記Bの含有量が、0.92〜1.10質量%であることを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかに記載のR-TM-B系焼結磁石において、
前記Ga及びCuの含有量が、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、点A'(0.5、0.1)、点B(0.5、0.4)、点C"(0.2、0.4)及び点D"(0.2、0.1)を頂点とする四角形で囲まれる領域内にあることを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載のR-TM-B系焼結磁石において、
プレッシャークッカーテスト(120℃100%RH、2気圧、96時間)の前後での質量差（腐食減量）が2 mg/cm2未満であることを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかに記載のR-TM-B系焼結磁石において、
前記R-TM-B系焼結磁石が、円筒状ラジアル異方性磁石又は円筒状極異方性磁石であることを特徴とするR-TM-B系焼結磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性改善を図ったR-TM-B系焼結磁石及び割れ低減を図ったR-TM-B系円筒状異方性焼結磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
R-TM-B系焼結磁石は、高い磁気特性を有しているため広く使用されている。しかしながら、R- TM-B系焼結磁石は主成分として希土類元素(R元素)を含有していることから腐食しやすいといった問題がある。腐食は希土類元素を多く含む希土類リッチ相から始まり、主相が脱落しながら進行することが知られている。腐食を防止するため、R-TM-B系焼結磁石の表面には通常防錆被膜(塗装やめっき)が施されているが、水蒸気はある程度防錆被膜を通過するため、磁石の腐食を完全に防止することは難しい。
【０００３】
R-TM-B系焼結磁石の形態の一つとして、円筒状極異方性磁石及び円筒状ラジアル異方性磁石が知られている。これらの円筒状磁石は、回転機に用いる場合に、弓型磁石のようにロータに一枚ずつ貼りつける必要がないため、組み立てが容易であり広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、これら円筒状磁石は、異方性化に起因して、磁石のC軸方向とC軸と垂直方向との線膨張係数の違いが生じ、それらの線膨張係数の違いにより発生する応力が円筒状磁石に内在するようになる。この応力が円筒状磁石の機械強度より大きくなると、例えば、特開昭64-27208号（特許文献１）に記載されているように、割れやクラックが発生する。なおブロック形状の磁石の場合には、線膨張係数が異なっていたとしても応力は解放されるため、応力が磁石に内在することはない。
【０００５】
特開平2-4939号（特許文献２）は、磁石自体の耐食性を向上させる手段として、Feの一部をCo及びNiで置換する技術を開示している。しかしながら、Feの一部をNiで置換した場合には磁気特性が大きく低下するため実用化は困難である。またNiを添加することで磁気特性ばかりでなく、磁石の強度も低下することが懸念される。
【０００６】
特開2015-53517号（特許文献３）は、Niの添加による耐食性の改善とNi添加による磁気特性低下を抑えるために、NiとSiとCuとを複合添加する技術を開示している。しかしながら、Niの添加により、磁石強度の低下が懸念される。
【０００７】
特開2013-216965号（特許文献４）は、希土類元素であるRと、Feを必須とする遷移金属であるTと、Al、Ga、Cuのうちから選ばれる1種以上の金属を含む金属元素Mと、B及び不可避不純物からなるR-T-B系希土類焼結磁石用合金を開示している。しかしながら耐食性及び強度の改良技術について言及しておらず、これらのR-T-B系希土類焼結磁石用合金を円筒状磁石へ適用する記載もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭64-27208号公報
【特許文献２】特開平2-4939号公報
【特許文献３】特開2015-53517号公報
【特許文献４】特開2013-216965号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の様に、R-TM-B系焼結磁石においては、Niの添加によって耐食性を向上させることが可能であるものの、一方で機械的強度が低下することから、特に円筒状極異方性磁石や円筒状ラジアル異方性磁石に応用するときには、割れ、欠け、クラックが発生するという問題がある。そのため、耐食性を確保するために十分な量のNiを添加できなかったり、円筒状磁石の寸法(円筒状磁石の径方向寸法)を大きくすることによって機械的強度を確保したりする等、製造するにあたっては十分な注意が必要であった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、Niを添加することなく、高い機械的強度と優れた耐食性とを両立させたR-TM-B系焼結磁石を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、割れ、欠け、クラックの発生が低減されたR-TM-B系円筒状異方性焼結磁石を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、Ga又は(Ga+Cu)を添加したR-TM-B系焼結磁石は、実質的にNiを含有しない場合でも耐食性に優れており、機械的強度の低下が発生せず、残留応力が発生しやすい円筒状異方性焼結磁石とした場合であっても、割れ、欠け、クラック等の発生が低減することを見出し、本発明に想到した。
【００１３】
すなわち、本発明のR-TM-B系焼結磁石は、24.5〜34.5質量%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種)と、0.92〜1.15質量%のBと、0.1質量%未満のNiと、0.07〜0.5質量%のGaと、0〜0.4質量%のCuと、不可避不純物と、残部Feとを含有するR-TM-B系焼結磁石であって、
前記Ga及びCuの含有量が、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、点A(0.5、0.0)、点B(0.5、0.4)、点C'(0.1、0.4)、点D'(0.1、0.1)及び点E(0.2、0.0)を頂点とする五角形で囲まれる領域内にあることを特徴とする。
【００１４】
本発明のR-TM-B系焼結磁石は、3質量%以下のM(MはZr、Nb、Hf、Ta、W、Mo、Al、Si、V、Cr、Ti、Ag、Mn、Ge、Sn、Bi、Pb及びZnから選ばれる少なくとも1種)をさらに含有してもよい。
【００１５】
前記Bの含有量は、0.92〜1.10質量%であるのが好ましい。
【００１６】
前記Ga及びCuの含有量は、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、点A'(0.5、0.1)、点B(0.5、0.4)、点C"(0.2、0.4)及び点D"(0.2、0.1)を頂点とする四角形で囲まれる領域内にあるのが好ましい。
【００１７】
前記R-TM-B系焼結磁石において、プレッシャークッカーテスト(120℃100%RH、2気圧、96時間)の前後での質量差（腐食減量）が2 mg/cm2未満であるのが好ましい。
【００１８】
前記R-TM-B系焼結磁石は、円筒状ラジアル異方性磁石又は円筒状極異方性磁石であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のR-TM-B系焼結磁石は、Nｉを含有させることによって耐食性を付与する代わりに、Ga及びCuを特定の範囲で含有させることによって耐食性を発揮させるので、高い機械的強度と優れた耐食性とを両立することができる。このため、割れ、欠け、クラック等の発生が低減されたR-TM-B系焼結磁石を提供することができ、残留応力が発生しやすい円筒状のR-TM-B系異方性焼結磁石(円筒状ラジアル異方性磁石及び円筒状極異方性磁石)にも適用できる。従って、本発明のR-TM-B系焼結磁石は回転機用の磁石として好ましく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のR-TM-B系焼結磁石に含有するCu量及びGa量の範囲を示すグラフである。
【図２】実験例4で使用したR-TM-B系ラジアル異方性リング磁石を成形するための成形装置を示す模式図である。
【図３（ａ）】実験例5で使用したR-TM-B系極異方性リング磁石を成形するための成形装置を模式的に示す断面図である。
【図３（ｂ）】図3(a)のA-A断面図である。
【図４】焼結体強度の測定方法を説明するための模式図である。
【図５】実施例9で作製したR-TM-B系焼結磁石のB含有量と破壊靭性との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
(1)組成
本発明のR-TM-B系焼結磁石は、24.5〜34.5質量%のR(RはYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種)と、0.92〜1.15質量%のBと、0.1質量%未満のNiと、0.07〜0.5質量%のGaと、0〜0.4質量%のCuと、不可避不純物と、残部Feとを含有するR-TM-B系焼結磁石であって、
前記Ga及びCuの含有量が、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、点A(0.5、0.0)、点B(0.5、0.4)、点C'(0.1、0.4)、点D'(0.1、0.1)及び点E(0.2、0.0)を頂点とする五角形で囲まれる領域内にあることを特徴とする。
【００２２】
本発明のR-TM-B系焼結磁石は、R-TM-Bから実質的になるのが好ましい。ここでRはYを含む希土類元素の少なくとも1種であり、Nd、Dy、Prの少なくとも1種を必ず含むのが好ましく、TMは遷移金属元素の少なくとも1種であり、本発明においては実質的にFeであるのが好ましい。Bはホウ素である。
【００２３】
Coは含有しないのが好ましい。Coを含有すると機械強度が低下し好ましくない。ただしFeの不純物として、必然的に含まれる0.1質量％未満の含有は許容される。さらに好ましくは0.04質量％未満である。
【００２４】
R-TM-B系焼結磁石は24.5〜34.5質量%のRを有する。R量が24.5質量%未満では、残留磁束密度Br及び保磁力iHcが低下する。R量が34.5質量%超では焼結体内部の希土類リッチ相の領域が多くなるので、残留磁束密度Brが低下し、かつ耐食性が低下する。
【００２５】
R-TM-B系焼結磁石は、0.85〜1.15質量%のBを有していてもよい。B量の好ましい範囲は0.89〜1.15質量％であり、さらに好ましい範囲は0.92〜1.15質量％であり、最も好ましい範囲は0.92〜1.1質量％である。B量が0.85質量%未満の場合、主相であるR2Fe14B相の形成に必要なBが不足し、軟磁性的な性質を有するR2Fe17相が生成し保磁力が低下する。一方B量が1.15質量%を超えると、非磁性相であるBに富む相が増加して残留磁束密度が低下する。またB量が低下すると靱性が低下して欠けやすくなるため、取扱いによる欠けに注意する必要がある。B量が0.85％以上あれば取扱い十分注意すれば必要十分な靱性を有しているが、0.89％以上が好ましく、0.92％以上がさらに好ましい。B量が0.92％以上あれば欠けの発生を大幅に低減できる。B量が0.89以上であれば靱性が4 Kc/MPa・m-2以上となり、B量が0.92以上であれば靱性は4.7 Kc/MPa・m-2を超える。Bの含有量を0.92〜1.15質量%の範囲にすることで、保磁力と残留磁束密度の低下を抑え、更に靱性を高めた磁石が安定して製造できる。
【００２６】
R-TM-B系焼結磁石は、0.07〜0.5質量%のGaを含有する。Gaは保磁力を向上させる効果に加えて、耐食性を向上させる効果を有する。0.07質量%以下では、保磁力iHc向上の効果が得られない。またGaを0.5質量%超含有させてもさらなる保磁力向上の効果及び耐食性向上の効果は望めない。Ga添加による耐食性向上の効果は0.07質量%以上含有していれば十分にその効果を奏するが、0.1質量%以上含有するのがさらに好ましい。特にCuを含まない場合は、Ga含有量を0.2質量%以上とするのが好ましい。
【００２７】
R-TM-B系焼結磁石は、0〜0.4質量%のCuを含有する。Cuを含有しなくても、Gaの含有量を調整することにより本発明の効果を得ることができるが、Cuを含有させることにより耐食性がより向上する。Ga含有量が0.07質量%である場合は、Cuを0.1質量%以上含有させるのが好ましい。Cuを0.4質量%超含有させてもさらなる耐食性の向上効果は得られない。
【００２８】
R-TM-B系焼結磁石において、Ga及びCuによる耐食性の向上効果を十分に発揮させるためには、Ga及びCuの含有量は、前記XY平面上で、点A(0.5、0.0)、点B(0.5、0.4)、点C'(0.1、0.4)、点D'(0.1、0.1)及び点E(0.2、0.0)を頂点とする五角形で囲まれる領域内に設定する。Ga及びCuの含有量がこの領域内にあると、実質的にNiを含有しない場合でも必要な磁気特性と耐食性能を備えたR-TM-B系焼結磁石を得ることができる。なお本発明において「実質的に含有しない」とは、不可避不純物としての含有を許容し「実質的」と表記している。またGa含有量が0.2質量％未満の領域ではGaの減少に伴って、またCuが0.1質量％未満の領域ではGaの減少に伴って、腐食減量の増大が激しくなり、組成コントロールにさらに留意する必要がある。従って、Ga及びCuの含有量は、前記XY平面上で、点A(0.5、0.0)、点B(0.5、0.4)、点C"(0.2、0.4)及び点D"(0.2、0.1)を頂点とする四角形で囲まれる領域内にあるのがさらに好ましく、点A'(0.5、0.1)、点B(0.5、0.4)、点C"(0.2、0.4)及び点D"(0.2、0.1)を頂点とする四角形で囲まれる領域内にあるのが最も好ましい。
【００２９】
Feはその一部がNiで置換されていても良いが、Niを0.1質量%以上含有すると特に円筒状異方性焼結磁石において割れの発生が急激に多くなり望ましくないため、Ni含有量は0.1質量%未満であるのが好ましい。R-TM-B系焼結磁石において、Niは耐食性を高めるものとして使用される場合があるが、本発明においては前述したようにGa又はGa及びCuによって耐食性を付与することができるので、Niの使用は必須ではない。さらにNiは、Feの一部に置換し、R-TM-B系磁石の磁気特性を低下させることが知られている。ただしFeの不可避不純物として、0.08質量%以下のNiを含有しても良い。不可避不純物として含有されるNiは少ない方が望ましいが、量産工程で使用される原料の純度や、再生材料の添加によって一定の割合で含有される。不可避不純物として含まれるNiは0.06質量%以下であるのがより好ましい。
【００３０】
R-TM-B系焼結磁石は、さらにM(MはZr、Nb、Hf、Ta、W、Mo、Al、Si、V、Cr、Ti、Ag、Mn、Ge、Sn、Bi、Pb及びZnから選ばれる少なくとも1種)を含有してもよい。金属元素Mの微量添加により粒界相の性質が変化し、保磁力向上効果が得られるが、多量に添加するとR2Fe14B相の体積比率が減少しBrが低下するため、3質量%以下にとどめておくのが好ましい。
【００３１】
(2)磁石形状
本発明のR-TM-B系焼結磁石は円筒状であるのが好ましい。前記円筒状磁石は、異方性方向としてラジアル異方性及び極異方性を有するのが好ましい。円筒状(リング形状)とすることで、回転機として組み立てる際の組立工数を低減することができる。
【００３２】
本発明のR-TM-B系焼結磁石の組成を有する円筒状磁石は耐食性が良好であるばかりでなく、Niを含まないか含んでも極微量であるためNi含有による機械的強度の低下に起因する割れ、欠け、クラック等の発生は無いか、発生しても極めて少ない量になる。
【００３３】
R-T-B系ラジアル異方性リング磁石は、内径(D1)と外径(D2)との比D1/D2が0.7以上であるのが好ましい。
【００３４】
R-T-B系ラジアル異方性リング磁石を多極着磁する場合の極数は、当該磁石が使用される電動機の仕様に合わせ適宜設定すれば良い。
【００３５】
R-T-B系極異方性リング磁石は、着磁極数をPとしたとき、内径(D1)と外径(D2)との比D1/D2が、式：D1/D2＝1-K(π/P)［ただし、P=4のときKの値は0.51〜0.70、P=6のときKの値は0.57〜0.86、P=8のときKの値は0.59〜0.97、P=10のときKの値は0.59〜1.07、P=12のときKの値は0.61〜1.18、及びP=14のときKの値は0.62〜1.29である。］で表される範囲であるのが好ましい。
【００３６】
R-T-B系極異方性リング磁石は、4極、6極、8極、10極、12極又は14極の多極異方性を有する断面円形の外周面と、断面多角形の内周面とを有していても良い。その場合には前記外周面の極数が前記多角形の頂点の数の整数倍であるのが好ましい。また前記外周面の極位置の中間位置の少なくとも一つと、前記内周面を構成する断面多角形の頂点の少なくとも一つとが周方向において一致しているのが好ましい。前記極数は、前記多角形の頂点の数と同じ又は2倍であるのが好ましい。多角形の頂点の数をどのように設定するかは、極数に応じて適宜調節すればよい。前記多角形は正多角形であるのが好ましい。なお内周面の断面が多角形の場合には、多角形に外接する円の直径を内径とする。
【００３７】
(3)磁石物性
本発明のR-TM-B系焼結磁石は、プレッシャークッカーテスト(120℃100%RH、2気圧、96時間)を行ったときに腐食減量が2 mg/cm2未満であるのが好ましい。ここで腐食減量とは、前記条件でプレッシャークッカーテストを行い、テスト前の質量からテスト後の質量を引いた値のことである。R-TM-B系焼結磁石において120℃100%RH、2気圧及び96時間の条件でプレッシャークッカーテストを行ったときに腐食減量が2 mg/cm2未満であれば、自動車用(電装用やHV用)に要求される耐食性の規格を満足することができる。ただし耐食性のさらなる改善要求に対してはさらに少ない腐食減量の実現が必要である。従って、腐食減量は1 mg/cm2未満であるのがより好ましい。
【００３８】
本発明のR-TM-B系焼結磁石からなるリング磁石（円筒状ラジアル異方性磁石又は円筒状極異方性磁石）は、径方向に圧縮試験を行った際の機械強度が500 N以上であるのが好ましい。リング磁石の径方向の機械強度は、図4に示す圧縮試験機によって測定することができる。圧縮試験機による測定は、図4に示す様に、リング磁石を横にした状態で上方より3 mm/secの速度で荷重をかけてゆくことによって行い、リング磁石が破壊された時点での荷重値を機械強度とする。径方向の機械強度は800 N以上であるのがより好ましい。なお機械強度が500 N未満であると加工や取扱いで割れが多く発生する。
【実施例】
【００３９】
本発明を以下の実験例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４０】
実験例1
Ndを24.80質量%、Prを6.90質量%、Dyを1.15質量%、Bを0.96質量%、Nbを0.15質量%、Alを0.10質量%含有し、Ga及びCuの含有量を表1に示すようにそれぞれ0.1、0.2、0.3、0.4、0.5質量%及び0.02、0.1、0.2、0.3、0.4質量%の範囲で変更し、残部としてFe及び不可避不純物を含有する25種類の組成の合金をストリップキャスト法により作製した。これらの合金には、不可避不純物としてNiが0.06質量%含有していた。なお、前記Cu含有量は不可避不純物として含まれる0.02質量%のCuを含んだ値である。
【００４１】
得られた合金を、5000 ppmの酸素を含んだ窒素ガス中でジェットミル粉砕し、磁場中で圧縮成形し、焼結及び熱処理を行った後、研削加工し、R-TM-B系焼結磁石からなる3 mm×10 mm×40 mmのテストピースを準備した。これらのテストピースを用いて、プレッシャークッカーテスト(120℃100%RH、2気圧、96時間)を行い、テスト前後での質量から腐食減量(mg/cm2)を求めた。結果を表1に示す。なおこれらの結果は各合金についてn=3でテストした結果の平均値である。
【００４２】
【表１】
2018059197.tif 000003
【００４３】
Ga又はGa+Cuの添加によってR-TM-B系焼結磁石の腐食減量が少なくなり、耐食性が大幅に向上していることが分かる。Cuを添加しない(ただし、不可避不純物として0.02質量%のCuを含む)場合、Ga含有量が0.1質量%では腐食減量は著しく大きかったが、Ga含有量を増やすと腐食減量は低下し、耐食性が良好となる結果が得られた。Ga含有量が0.1質量%でCuを添加してゆくと腐食減量は低下し、耐食性が良好となる結果が得られた。
【００４４】
本発明者らは、R-TM-B系焼結磁石において120℃100%RH、2気圧及び96時間の条件でプレッシャークッカーテストを行ったときに腐食減量が2 mg/cm2未満であれば、自動車用(電装用やHV用)に要求される耐食性の規格を満足できることを確認している。
【００４５】
これらの結果から、Niを実質的に含まなくても腐食減量2 mg/cm2未満を満足するCu及びGaの含有量の範囲は、Ga量(質量%)及びCu量(質量%)をそれぞれX軸及びY軸としたXY平面上で、図1に示すように、点ABCDEを頂点とする五角形で囲まれる領域であることが分かる。
【００４６】
実験例2
Ndを24.80質量%、Prを6.90質量%、Dyを1.15質量%、Bを0.96質量%、Nbを0.15質量%、Alを0.10質量%、Gaを0.30質量%及びCuを0.15質量%含有し、残部としてFe及び不可避不純物を含有する合金Aをストリップキャスト法により作製した。この合金Aには、不可避不純物としてNiが0.06質量%含有していた。
【００４７】
合金組成を表2に示すように変更した以外は合金Aと同様にして、合金B〜Fを作製した。なお合金A〜Eは本発明のR-TM-B系焼結磁石の組成範囲に含まれるものであり、合金Fは本発明のR-TM-B系焼結磁石の組成範囲に含まれないものである。
【００４８】
【表２】
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注(1) Niは不可避不純物である。
【００４９】
得られた合金A〜Fを、5000 ppmの酸素を含んだ窒素ガス中でジェットミル粉砕し、磁場中で圧縮成形し、焼結及び熱処理を行った後、研削加工し、R-TM-B系焼結磁石からなる3 mm×10 mm×40 mmのテストピースを準備した。これらのテストピースを用いて、残留磁束密度Br及び保磁力HcJを測定し、さらにプレッシャークッカーテスト(120℃100%RH、2気圧、96時間)を行い、テスト前後での質量から腐食減量を求めた。結果を表3に示す。なおプレッシャークッカーテストの結果は各合金についてn=3でテストした結果の平均値である。
【００５０】
さらに実験例1で作製したテストピースのうち、Ga含有量及びCu含有量が、それぞれ0.1質量%及び0.02質量%の合金1、0.1質量%及び0.4質量%の合金2、0.5質量%及び0.02質量%の合金3及び0.5質量%及び0.4質量%の合金4の残留磁束密度Br及び保磁力HcJを測定した。結果を合わせて表3に示す。
【００５１】
【表３】
2018059197.tif 000005
【００５２】
本発明のR-TM-B系焼結磁石の組成範囲に含まれる合金A〜E及び合金2〜4は、腐食減量が小さく、高い残留磁束密度Br及び保磁力HcJを有することが分かる。なお合金FについてはNd、Pr及びDyの合計が本発明で規定する希土類量を超えており、結果として耐食性が悪くなったものと推定している。
【００５３】
実験例4
Ni含有量がR-TM-B系焼結磁石の機械的強度に与える影響を評価するため、以下の実験を行った。
【００５４】
Ndを24.25質量%、Prを6.75質量%、Dyを2.1質量%、Bを0.96質量%、Nbを0.15質量%、Alを0.06質量%、Gaを0.08質量%含有し、Ni含有量を0.0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.40及び0.60質量%に変更し、残部としてFe及び不可避不純物を含有する9種類の組成の合金をストリップキャスト法により作製した。なお実験には純度の高い金属を使用したが微量の不可避不純物は含まれる。従って、Ni含有量が0.0質量%と表記した合金は、実際は測定限界(0.01質量%)以下のNiを含んでいる可能性がある。
【００５５】
得られた合金を、5000 ppmの酸素を含んだ窒素ガス中でジェットミル粉砕し微粉を準備した。得られた微粉を用いて、図2に示す成形装置で磁場中圧縮成形(磁場強度：318 kA/m、圧力：98 MPa)し、R-TM-B系ラジアル異方性リング磁石の成形体(外径41.8 mm×内径32.5 mm×高さ47.2 mm)を得た。各合金について、それぞれ10個の成形体を作製した。
【００５６】
R-TM-B系ラジアル異方性リング磁石の成形に用いた成形装置は、円柱状の上下コア40a,40b(パーメンダー製)と、円筒状の外型30(SK3製)と、円筒状の上下パンチ90a,90b(非磁性)とからなる金型と、これらに囲まれた空間によって構成されるキャビティ60と、上コア40a及び下コア40bの外周位置にそれぞれ配置された一対の磁場発生コイル10a,10bとからなる。上コア40aは下コア40bから離脱可能であり、上コア40aと上パンチ90aとは、それぞれ独立に上下動でき、上パンチ90aはキャビティ60から離脱可能である。密着した上コア40a及び下コア40bを通して磁力線70に沿ってキャビティ60にラジアル方向に磁場を印加できる。
【００５７】
得られた成形体の内部に外径29.0 mmの円柱体からなる焼結治具(材質SUS403線膨張係数11.4×10-6)を挿入し、Mo容器内に敷いたMo製耐熱板の上に置き真空中1080℃で2時間焼結した。上記焼結治具は有機溶剤にいれ攪拌したNd2O3を外周面に塗布したのち使用した。得られた焼結体の端面、外周面及び内周面を研削加工し、Ni含有量の異なる9種のR-TM-B系ラジアル異方性リング磁石401〜409を作製した。得られたR-TM-B系ラジアル異方性リング磁石に割れが発生しているかについて目視により確認した。結果を表4に示す。リング磁石401〜405は、Ga含有量は本発明から外れるが、Ni含有量が0.1質量%未満（本発明で規定する範囲内）である参考例であり、リング磁石406〜409はNi含有量が0.1質量%以上（本発明で規定する範囲外）である比較例である。
【００５８】
【表４】
2018059197.tif 000006
【００５９】
表4の結果から、Ni含有量が0.1質量%以上の場合に、リング磁石の焼結体に割れが発生しており、Ni含有量が増加するに従って割れの発生が増加していることが分かる。
【００６０】
実験例5
Ni含有量を表5のように変更し、寸法を外径44.0 mm×内径38.0 mm×高さ×34.0 mmに変更した以外は実験例4と同様にしてR-TM-B系ラジアル異方性リング磁石を作成した。
【００６１】
得られたラジアル異方性リング磁石の機械強度を、図4に示す圧縮試験機によってそれぞれ10個ずつ測定し、平均値を求めた。圧縮試験機による測定は、図4に示す様に、リング磁石を横にした状態で上方より3 mm/secの速度で荷重をかけてゆき、リング磁石が破壊された時点での荷重値を機械強度とした。結果を表5に示す。
【００６２】
【表５】
2018059197.tif 000007
【００６３】
表5の結果からNi含有量の増加に伴い、機械強度が低下していることが確認できた。なお発明者らの検討から、機械強度が500 N未満になると加工や取扱いで割れが多く発生することが確認できている。
【００６４】
実験例6
実験例4と同様にして準備した9種類の合金の微粉を用いて、図3に示す成形装置100で磁場中圧縮成形(圧力：80 MPa、磁場強度については全ての条件で同じ磁場強度(パルス磁場)とした。)し、外周面に8極を有するR-TM-B系極異方性リング磁石の成形体(外径31.5 mm×内径20.3 mm×高さ27.8 mm)を得た。各合金について、それぞれ10個の成形体を作製した。
【００６５】
R-TM-B系極異方性リング磁石の成形に用いた磁場中成形装置100は、図3(a)に示すように、磁性体からなるダイス101と、ダイス101の環状空間内に同心状に配置された円柱状の非磁性体からなるコア102とを有し、ダイス101は支柱111,112により支持され、コア102及び支柱111、112はいずれも下部フレーム108により支持されている。ダイス101とコア102との間の成形空間103内に円筒状の非磁性体からなる上パンチ104と同様に円筒状の非磁性体からなる下パンチ107とがそれぞれ嵌入される。下パンチ107は基板113に固着され、一方上パンチ104は上部フレーム105に固定されている。上部フレーム105及び下部フレーム108はそれぞれ上部シリンダー106及び下部シリンダー109と連結している。
【００６６】
図3(b)は図3(a)のA-A断面を示す。円筒状のダイス101の内面には複数の溝117が形成されており、各溝117には磁場発生コイル115が埋設されている。ダイス101の内面には溝を覆うように環状の非磁性体の環状スリーブ116が設けられている。環状スリーブ116とコア102の間が成形空間103である。図3(b)において、各溝117内の磁場発生コイル115は、電流が紙面に対して垂直方向に流れるように配置され、周方向に隣り合うコイルの電流の向きが交互に逆向きになるように接続されている。磁場発生コイル115に電流を流すと、成形空間103に矢印Aで示すような磁束の流れが生じ、磁束が環状のスリーブにあたる点(矢印の始点及び終点)に、円周方向に順にS、N、S、N・・・と極性が交互に変わる磁極(図では8極)が形成される。
【００６７】
得られた成形体をMo容器内に敷いたMo製耐熱板の上に置き真空中1080℃で2時間焼結した。得られた焼結体の端面、外周面及び内周面を研削加工し、Ni含有量の異なる9種のR-TM-B系極異方性リング磁石601〜609を作製した。得られたR-TM-B系極異方性リング磁石に割れが発生しているかについて目視により確認した。結果を表6に示す。リング磁石601〜605は、Ga含有量は本発明から外れるが、Ni含有量が0.1質量%未満（本発明で規定する範囲内）である参考例であり、リング磁石606〜609はNi含有量が0.1質量%以上（本発明で規定する範囲外）である比較例である。
【００６８】
【表６】
2018059197.tif 000008
【００６９】
表6の結果から、Ni含有量が0.1質量%以上の場合に、リング磁石の焼結体に割れが発生しており、Ni含有量が増加するに従って割れの発生が増加していることが分かる。
【００７０】
実験例7
実験例1と同様にして準備した25種類の合金の微粉を用いた以外、実験例4と同様にして本発明例のラジアル異方性焼結リング磁石を製作した。その結果、これらの25種のラジアル異方性焼結リング磁石は、全て研削加工後の割れが発生しなかった。
【００７１】
実験例8
実験例1と同様にして準備した25種類の合金の微粉を用いた以外、実験例6と同様にして本発明例の極異方性焼結リング磁石を製作した。その結果、これらの25種のラジアル異方性焼結リング磁石は、全て研削加工後の割れが発生しなかった。
【００７２】
実験例9
Ndを24.80質量%、Prを6.90質量%、Dyを1.15質量%、Nbを0.15質量%、Alを0.10質量%、Gaを0.3質量％、Cuを0.2質量％含有し、Bを0.88、0.89、0.92、0.95、1.15質量%の範囲で変更し、残部としてFe及び不可避不純物を含有する5種類の組成の合金をストリップキャスト法により作製した。これらの合金には、不可避不純物としてNiが0.06質量%含有していた。Coは含んでいなかった。なお、前記Cu含有量は不可避不純物として含まれる0.02質量%のCuを含んだ値である。
【００７３】
得られた合金を、5000 ppmの酸素を含んだ窒素ガス中でジェットミル粉砕し、磁場中で圧縮成形し、焼結及び熱処理を行った後、研削加工し、R-TM-B系焼結磁石からなる3 mm×10 mm×40 mmのテストピースを準備した。これらのテストピース鏡面研磨し研磨面に対して、ビッカース硬さ試験機により圧子圧入荷重 10 kgfで圧痕を形成した。
JIS R1607(IF法:圧子圧入法により破壊靭性を測定した。測定結果を図５に示す。
【００７４】
破壊靭性はB量0.89質量％で4.0 Kc/Mpa・m-2に達し、0.92質量％で4.7 Kc/Mpa・m-2となった。B量0.89質量％では取扱上の欠けは低減し、0.92質量％ではさらに低減した。またB量0.85質量％の場合には、十分な注意を払った場合に取扱い上の欠けを低減することができる。B量0.95質量％以上では破壊靭性の値は平衡状態となった。磁気特性を考慮するとBが1.15質量％を超えると磁気特性が低下するが、量産での組成のばらつきを考慮しB量の上限を1.10質量％で設定するのが望ましいと考えられる。
【図１】
2018059197.tif 000009
【図２】
2018059197.tif 000010
【図３（ａ）】
2018059197.tif 000011
【図３（ｂ）】
2018059197.tif 000012
【図４】
2018059197.tif 000013
【図５】
2018059197.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月11日(2017.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
【図１】本発明のR-TM-B系焼結磁石に含有するCu量及びGa量の範囲を示すグラフである。
【図２】実験例4で使用したR-TM-B系ラジアル異方性リング磁石を成形するための成形装置を示す模式図である。
【図３（ａ）】実験例5で使用したR-TM-B系極異方性リング磁石を成形するための成形装置を模式的に示す断面図である。
【図３（ｂ）】図3(a)のA-A断面図である。
【図４】焼結体強度の測定方法を説明するための模式図である。
【図５】実施例9で作製したR-TM-B系焼結磁石のB含有量と破壊靭性（Kc）との関係を示すグラフである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
R-TM-B系焼結磁石は、0.85〜1.15質量%のBを有していてもよい。B量の好ましい範囲は0.89〜1.15質量％であり、さらに好ましい範囲は0.92〜1.15質量％であり、最も好ましい範囲は0.92〜1.1質量％である。B量が0.85質量%未満の場合、主相であるR2Fe14B相の形成に必要なBが不足し、軟磁性的な性質を有するR2Fe17相が生成し保磁力が低下する。一方B量が1.15質量%を超えると、非磁性相であるBに富む相が増加して残留磁束密度が低下する。またB量が低下すると靱性が低下して欠けやすくなるため、取扱いによる欠けに注意する必要がある。B量が0.85％以上あれば取扱い十分注意すれば必要十分な靱性を有しているが、0.89％以上が好ましく、0.92％以上がさらに好ましい。B量が0.92％以上あれば欠けの発生を大幅に低減できる。B量が0.89以上であれば破壊靱性（Kc）が4 MPa・m1/2以上となり、B量が0.92以上であれば破壊靱性（Kc）は4.7 MPa・m1/2を超える。Bの含有量を0.92〜1.15質量%の範囲にすることで、保磁力と残留磁束密度の低下を抑え、更に靱性を高めた磁石が安定して製造できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
得られた合金を、5000 ppmの酸素を含んだ窒素ガス中でジェットミル粉砕し、磁場中で圧縮成形し、焼結及び熱処理を行った後、研削加工し、R-TM-B系焼結磁石からなる3 mm×10 mm×40 mmのテストピースを準備した。これらのテストピース鏡面研磨し研磨面に対して、ビッカース硬さ試験機により圧子圧入荷重 10 kgfで圧痕を形成した。
JIS R1607(IF法:圧子圧入法)により破壊靭性（Kc）を測定した。測定結果を図５に示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
破壊靭性（Kc）はB量0.89質量％で4.0 MPa・m1/2に達し、0.92質量％で4.7 MPa・m1/2となった。B量0.89質量％では取扱上の欠けは低減し、0.92質量％ではさらに低減した。またB量0.85質量％の場合には、十分な注意を払った場合に取扱い上の欠けを低減することができる。B量0.95質量％以上では破壊靭性の値は平衡状態となった。磁気特性を考慮するとBが1.15質量％を超えると磁気特性が低下するが、量産での組成のばらつきを考慮しB量の上限を1.10質量％で設定するのが望ましいと考えられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2018059197.tif 000015