(57)【要約】  本発明は、重希土類元素RH（Dy, Tb及びHo）を実質的に含有せず、且つ、使用中に温度が上昇する用途に適したRFeB系焼結磁石を提供することを課題とする。本発明に係るRFeB系焼結磁石は、Fe及びBに加え、希土類元素RとしてNd及びPrのうちの少なくとも1種を含有する一方、Dy, Tb及びHoを含有しないRFeB系焼結磁石であって、温度が23℃であるときの保磁力の値Hcj(23)及び温度が100℃であるときの保磁力の値Hcj(100)を用いて【数１】2016027791.tif 000007と定義される温度特性値t(100-23)が0.58＜t(100-23)＜0である。
2016027791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Fe及びBに加え、希土類元素RとしてNd及びPrのうちの少なくとも1種を含有する一方、Dy, Tb及びHoを含有しないRFeB系焼結磁石であって、
温度が23℃であるときの保磁力の値Hcj(23)及び温度が100℃であるときの保磁力の値Hcj(100)を用いて
【数１】
2016027791.tif 000006
と定義される温度特性値t(100-23)が-0.58＜t(100-23)＜0であることを特徴とするRFeB系焼結磁石。
【請求項２】
温度特性値t(100-23)が-0.58＜t(100-23)≦-0.48であることを特徴とする請求項１に記載のRFeB系焼結磁石。
【請求項３】
断面の顕微鏡画像から求められる、結晶粒の円相当径による面積基準平均粒径が1μm以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のRFeB系焼結磁石。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のRFeB系焼結磁石を製造する方法であって、
面積基準平均粒径が0.7μm以下であるRFeB系合金粉末を用いて、磁場によって配向させた有形体を作製し、該有形体を焼結することを特徴とするRFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５】
原料合金の粗粉にHDDR法を施すことにより結晶粒微細化粗粉粒を作製し、該結晶粒微細化粗粉粒を水素解砕法により解砕した後、ヘリウムガスを用いたジェットミル法で粉砕することにより前記RFeB系合金粉末を作製することを特徴とする請求項４に記載のRFeB系焼結磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、R（希土類元素）、Fe（鉄）及びB（硼素）を主成分とするRFeB系磁石に関する。本発明は特に、Nd（ネオジム）及びPr（プラセオジム）のうちの少なくとも1種を主たる希土類元素Rとして含有し、Tb（テルビウム）, Dy（ディスプロシウム）及びHo（ホルミウム）（以下、これらを「重希土類元素RH」と総称する）を実質的に含有しないRFeB系焼結磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
RFeB系焼結磁石は、RFeB系合金の粉末を配向させ、焼結することにより製造される永久磁石である。このRFeB系焼結磁石は、1982年に佐川眞人らによって見出されたものであるが、それまでの永久磁石をはるかに凌駕する高い磁気特性を有し、希土類、鉄及び硼素という比較的豊富で廉価な原料から製造することができるという特長を有する。【０００３】
RFeB系焼結磁石は、エアコン等の家電用モータや、ハイブリッド自動車や電気自動車の自動車用モータの永久磁石など、今後ますます需要が拡大することが予想されている。これら家電用モータや自動車用モータは使用中に高温になるため、後述の理由により、高い保磁力Hcjを有するRFeB系焼結磁石が求められている。保磁力Hcjは、磁化の向きとは逆向きの磁界が磁石に印加されたときに磁化が0になる磁界の強さを示す指標である。保磁力Hcjの値が大きいほど、逆磁界への耐性が高い。【０００４】
RFeB系焼結磁石において保磁力Hcjを高くする方法として、以下のものが知られている。第１の方法は、RFeB系焼結磁石における重希土類元素RHの含有量を多くするというものである（例えば特許文献１）。第２の方法は、RFeB系焼結磁石の原料の合金粉末における粒径を小さくし、それによって得られるRFeB系焼結磁石における結晶粒を小さくするというものである（例えば非特許文献１）。非特許文献１では、重希土類元素RHは使用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開WO2013/100010号
【特許文献２】国際公開WO2006/004014号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Togo Fukada 他6名、"Evaluation of the Microstructural Contribution to the Coercivity of Fine-Grained NdFeB Sintered Magnets"（微細粒NdFeB焼結磁石における保磁力への微細構造の寄与の評価）、Materials Transactions、日本金属学会、第53巻、第11号、第1967〜1971頁、2012年10月25日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
家電用や自動車用等のモータでは、使用中にRFeB系焼結磁石の温度が変動し、100〜180℃程度まで上昇する。従って、そのような使用時の温度範囲の全体に亘って、逆磁界への耐性を高めるために高い保磁力Hcjを有する必要がある。しかし、RFeB系焼結磁石の保磁力Hcjは温度の上昇に伴って減少するため、その減少の割合をできるだけ小さくすることが重要である。前記の、重希土類元素RHを添加することにより保磁力を高めたRFeB系焼結磁石は、室温における保磁力が高いのみならず、温度上昇による保磁力の減少の割合も小さいという点で優れた特性を有する。しかし、重希土類元素RHを添加すると、残留磁束密度Brや最大エネルギー積(BH)max等の保磁力Hcj以外の磁気特性が低下してしまううえに、重希土類元素RHが高価且つ希少であるため、RFeB系焼結磁石の価格が上昇するうえに安定して供給し難くなる、という問題が生じる。【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、重希土類元素RHを実質的に含有せず、且つ、温度上昇に伴う保磁力Hcjの減少の割合が小さい、という良好な温度特性を有するRFeB系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】
【０００９】
非特許文献１では、RFeB系焼結磁石の結晶粒の大きさが異なる3種の試料において、結晶粒が小さい程各温度における保磁力Hcjの値が大きくなるものの、温度上昇に伴う保磁力Hcjの減少の割合には、結晶粒の大きさによる有意な差異は見られない。それに対して本発明者は、実験（後述）により、RFeB系焼結磁石の結晶粒をより小さくすることにより、温度上昇に伴う保磁力Hcjの減少の割合を小さくすることができることを見出し、本発明を成すに至った。【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明は、Fe及びBに加え、希土類元素RとしてNd及びPrのうちの少なくとも1種を含有する一方、Dy, Tb及びHoを含有しないRFeB系焼結磁石であって、
温度が23℃であるときの保磁力の値Hcj(23)及び温度が100℃であるときの保磁力の値Hcj(100)を用いて
【数１】
2016027791.tif 000003
と定義される温度特性値t(100-23)が-0.58＜t(100-23)＜0であることを特徴とする。【００１１】
本発明において「Dy, Tb及びHoを含有しない」とは、Dy, Tb及びHo、すなわち重希土類元素RHを技術的に意味のある量では含有しない（実質的に含有しない）ことをいうのであって、重希土類元素RHを不可避的不純物としてR全体の0.1原子％以下の量だけ含有する場合を含むものとする。【００１２】
温度特性値t(100-23)は、その値が大きい（絶対値では小さい）ほど、温度の上昇に伴う保磁力Hcjの減少の割合が小さいという、本発明の目的においてより望ましい特性であることを意味する。本発明では、温度特性値t(100-23)は23℃及び100℃という２つの温度における保磁力Hcjの値を用いて規定するが、これら温度のうち「23℃」は室温の平均的な値であり、「100℃」は以下の理由で定めた値である。【００１３】
自動車用等のモータでは、上述のように、使用中に温度が180℃程度にまで上昇し得るため、180℃における保磁力の値Hcj(180)を用いることも考えられる。しかし、本発明者の実験によれば、T℃における保磁力の値Hcj(T)を用いて
【数２】
2016027791.tif 000004
と定義される温度特性値t(T-23)を求めると、試料毎の温度特性値の良否は、100℃≦T≦180℃の範囲内で相違が見られなかった。すなわち、他の試料よりもT=100℃における温度特性値t(100-23)が良好な試料は、100℃≦T≦180℃の範囲全体に亘って、各温度における温度特性値t(T-23)が他の試料よりも良好であった。従って、温度特性値t(100-23)を求めれば、100℃≦T≦180℃の範囲における温度特性の良否を知ることができる。そして、T=100℃における保磁力の値Hcj(100)は、前記温度範囲内において最も値が大きいため、この温度での値を用いることにより保磁力の値Hcj(T)の誤差、さらには温度特性値の誤差を小さくすることができる。【００１４】
非特許文献１に記載のRFeB系焼結磁石では、温度特性値t(100-23)は最大でも-0.58（同文献の第4(b)図、試料Aの値）であった。それに対して本願発明者が後述の方法により作製したRFeB系焼結磁石では、温度特性値t(100-23)は、非特許文献１における最大値である0.58よりも大きく（絶対値では0.58未満に）なった。一方、RFeB系焼結磁石においては、保磁力Hcjは温度が高くなるほど低下するため、温度特性値t(100-23)は0よりも小さくなる。【００１５】
温度特性値t(100-23)は、RFeB系焼結磁石を構成する結晶粒の粒径を従来よりも更に小さくすることにより、-0.58よりも大きくすることができる。結晶粒の粒径を小さくするほど、温度特性値t(100-23)を高くすることができるが、実用上、温度特性値t(100-23)は容易に-0.53、さらには-0.48まで高く（すなわち-0.58＜t(100-23)≦-0.48の範囲内に）することができる。【００１６】
具体的には、RFeB系焼結磁石の断面の顕微鏡画像から求められる、結晶粒の円相当径Dによる面積基準平均粒径Dave_Sを1μm以下とする。ここで「円相当径D」とは、電子顕微鏡等の顕微鏡により得られた画像（顕微鏡画像）中の合金粉末の各主相結晶粒について、画像解析により求めた断面積値Sに相当する円の直径（すなわちD=2×(S/π)0.5）をいう。「面積基準平均粒径Dave_S」とは、焼結磁石の配向軸に対して垂直な面における顕微鏡像において、全ての結晶粒の断面積の合計に対する各粒子の断面積が占める割合を小さい粒子から累積し、50％になるときの断面積から求める円相当径をいう。なお、非特許文献１では、断面積の小さい粒子から並べたときに、全結晶粒の個数の50％に該当する結晶粒における断面の円相当径から求められる個数平均粒径が用いられている。個数平均粒径は面積基準平均粒径Dave_Sよりも、面積が小さい結晶粒の重みが強くなるため、値が小さくなる。従って、非特許文献１では個数平均粒径が最小で1μmとされているものの、この値は面積基準平均粒径Dave_Sでは1μmよりも大きいといえる。個数平均粒径よりも面積基準平均粒径Dave_Sの方が、磁気特性への影響が大きい大面積の結晶粒に重み付けをするため、より正確な評価を行うことができる。【００１７】
結晶粒の面積基準平均粒径Dave_Sが1μm以下であるRFeB系焼結磁石は、
面積基準平均粒径Dave_Sが0.7μm以下、好ましくは0.6μm以下であるRFeB系合金粉末を用いて、磁場によって配向させた有形体を作製し、該有形体を焼結することにより作製することができる。【００１８】
このようなRFeB系合金粉末は、原料合金の粗粉にHDDR法（結晶粒微細化処理）を施すことにより結晶粒微細化粗粉粒を作製し、該結晶粒微細化粗粉粒を水素解砕法により解砕した後、ヘリウムガスを用いたジェットミル法で粉砕することにより得ることができる。HDDR法とは、原料合金の粗粉を700〜900℃の水素雰囲気中で加熱する（Hydrogenation）ことにより、このRFeB系合金をRH2（Rの水素化物）、Fe2B、Feの３相に分解（Decomposition）し、その温度を維持したまま、雰囲気を水素から真空に切り替えることにより、RH2相から水素を放出（Desorption）させ、これにより原料合金粗粉の各粒内の各相に再結合反応（Recombination）を生じさせるというものである。【００１９】
また、「有形体を作製する」とは、RFeB系合金粉末を用いて、最終製品と同じ又は近い形状を有するもの（これを「有形体」という）を作製することをいう。この有形体は、RFeB系合金粉末を最終製品と同じ又は近い形状にプレス成形した成形体であってもよいし、最終製品と同じ又は近い形状のキャビティを有する容器（モールド）にRFeB系合金粉末を充填した（プレス成形を行わない）ものであってもよい（特許文献２）。有形体がプレス成形を行わずにモールドにRFeB系合金粉末を充填したものである場合には、有形体（すなわち、モールド内のRFeB系合金粉末）に機械的圧力を印加することなく焼結を行うことが望ましい。このように、有形体の作製及び焼結の過程においてRFeB系合金粉末に機械的圧力を印加しないことによって高い保磁力を有し、且つ、粒径の小さいRFeB系合金粉末を容易に取り扱うことができるという点においても高い保磁力を有するRFeB系焼結磁石を得ることができる（特許文献２参照）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、重希土類元素RHを実質的に含有せず、且つ、温度上昇に伴う保磁力Hcjの減少の割合が小さいという良好な温度特性を有するRFeB系焼結磁石が得られる。そのため、本発明に係るRFeB系焼結磁石は、使用中に温度が上昇する用途に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るRFeB系焼結磁石を製造する方法の一例を説明する図。
【図２】実施例１及び比較例１、２のRFeB系焼結磁石につき、配向軸に対して垂直な面における顕微鏡像に基づいて、結晶粒の断面積の円相当径から求めた粒度分布を示すグラフ。
【図３】実施例１及び比較例１、２のRFeB系焼結磁石につき、温度特性値t(T-23)（t(100-23)：T=100℃を含む）を求めた結果を示すグラフ。
【図４】実施例２及び比較例３〜５のRFeB系焼結磁石につき、温度特性値t(T-23)（t(100-23)：T=100℃を含む）を求めた結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１〜図４を用いて、本発明に係るRFeB系焼結磁石の実施例を説明する。
【実施例】
【００２３】
まず、図１を用いて、本発明に係るRFeB系焼結磁石を製造する方法の一例を説明する。この製造方法では、HDDR（Hydrogenation Decomposition Disproportionation Recombination）工程（ステップＳ１）、粉砕工程（ステップＳ２）、充填工程（ステップＳ３）、配向工程（ステップＳ４）及び焼結工程（ステップＳ５）の５つの工程を行う。原料には、ストリップキャスト（SC）法で作製されたSC合金塊を用いる。SC合金塊は通常、１辺が数mm程度の薄片状のものである。本実施例では、組成が異なる２種類のSC合金塊１及び２を用いた。SC合金塊１及び２の組成を表１に示す。SC合金塊１及び２はいずれも、重希土類元素RHを含有しない。
【表１】
2016027791.tif 000005
【００２４】
HDDR工程では、まず、SC合金塊を水素ガスによる圧力下で熱処理する（Hydrogenation）ことにより、SC合金塊内のR2Fe14B化合物（主相）をRH2、Fe2B、Feの３相に分解する（Disproportionation）。本実施例では、水素ガスの圧力は100kPa、上記熱処理の温度（第１熱処理温度）は950℃とし、熱処理を60分間行った。次いで、第１熱処理温度よりも低い第２熱処理温度に維持した状態で真空にすることにより、RH2相から水素を放出（Desorption）させ、Fe2B相及びFe相と共に再結合反応（Recombination）を生じさせる。本実施例では、第２熱処理温度を800℃として真空を60分間維持した。これにより、面積基準平均粒径Dave_Sが約0.6μmであるRFeB系多結晶体が得られる。【００２５】
粉砕工程では、まず、RFeB系多結晶体を外部から加熱することなく水素ガスに晒す。これにより、RFeB系多結晶体は自然に発熱しつつ、水素を吸蔵して脆化する。次に、RFeB系多結晶体を機械的な粉砕機で粗解砕することにより粗粉を得る。この粗粉をヘリウムガス循環式ジェットミル（日本ニューマチック工業株式会社製。「Heジェットミル」と略す。）に導入して粉砕する。Heジェットミルでは、窒素ガスを用いたN2ジェットミルに比べて約3倍速い高速気流が得られるため、原料が高速に加速されて衝突を繰り返し、それにより、N2ジェットミルでは不可能であった、面積基準平均粒径Dave_Sが1μm未満になるまで粉砕することが可能である。これにより、面積基準平均粒径Dave_SがSC合金塊１については約0.6μm、SC合金塊２については約0.67μmという、Dave_Sが0.7μm以下であるRFeB系合金粉末を作製した。【００２６】
充填工程では、最終製品であるRFeB系焼結磁石の形状に対応した空洞を有するモールドにRFeB系合金粉末を所定の充填密度（本実施例では3.6g/cm3）で充填し、次いで、配向工程においてモールド内のRFeB系合金粉末に磁界（本実施例では5Tの直流パルス磁界）を印加することにより合金粉末を配向する。焼結工程では、配向された合金粉末をモールドごと焼結炉に収容し、真空加熱（本実施例では880℃で2時間加熱）することにより焼結させた。これら充填工程、配向工程、及び焼結工程を通して、合金粉末には成形のための機械的圧力は印加しない。以上の工程を経ることにより、本実施例のRFeB系焼結磁石が得られる。以下、SC合金塊１から作製したRFeB系焼結磁石について「実施例１」と呼び、SC合金塊２から作製したRFeB系焼結磁石について「実施例２」と呼ぶ。【００２７】
比較例として、本実施例で用いたものと同一ロッドのSC合金塊１及び２を粉砕したRFeB系合金粉末を用いて、RFeB系焼結磁石を作製した。SC合金塊の粉砕は、SC合金塊１については面積基準平均粒径Dave_Sが1.4μm（比較例１）及び3.1μm（比較例２）になるように粉砕し、SC合金塊２についてはDave_Sが1.32μm（比較例３）、3.30μm（比較例４）及び4.10μm（比較例５）になるように行った。これら比較例においては、HDDR工程は行わず、粉砕工程では水素吸蔵法によってSC合金を脆化させた後に粗解砕することによって粗粉を作製した後に、Heジェットミルで粉砕することにより、合金粉末を作製した。充填工程、配向工程、及び焼結工程は、実施例１及び２と同様の方法により行った。【００２８】
実施例１及び比較例１、２のRFeB系焼結磁石につき、配向軸に対して垂直な面における顕微鏡像に基づいて、結晶粒の断面積の円相当径から求めた粒度分布を図２のグラフに示す。このグラフより面積基準平均粒径Dave_Sを求めると、実施例１では0.83μm、比較例１では1.78μm、比較例２では3.65μmとなった。【００２９】
これら実施例１及び比較例１、２について得られた保磁力Hcjのデータに基づき、T=60℃、100℃、140℃及び180℃における温度特性値t(T-23)を求めた結果を図３のグラフに示す。このグラフ中の縦の破線上にあるデータが、本発明で規定するT=100℃における温度特性値t(100-23)である。実施例１及び比較例１、２におけるデータの大小関係（すなわち良否）は、保磁力Hcjそのものは温度によって相違するが、温度特性値t(T-23)はTに依らずに同様である。そして、温度特性値t(100-23)は、実施例１では-0.53という、比較例１における-0.66、比較例２における-0.73、及び非特許文献１における最高値である-0.58よりも大きい値を有する。このように、実施例１のRFeB系焼結磁石は、比較例１及び２、並びに非特許文献１に記載のRFeB系焼結磁石よりも良好な温度特性を有している。【００３０】
同様の方法により、実施例２及び比較例３〜５について温度特性値t(T-23)を求めた結果を図４のグラフに示す。温度特性値t(100-23)は、実施例２において-0.48という、比較例３〜５における値（-0.66〜-0.60）及び非特許文献１における最高値である-0.58よりも大きい値を有する。また、この実施例２の温度特性値t(100-23)の値は、実施例１における値よりも大きい。これは、実施例２では、Prの含有量が0.07質量％という、実施例１（4.15質量％）よりも低い値であることによる。
【図１】
2016027791.tif 000008
【図２】
2016027791.tif 000009
【図３】
2016027791.tif 000010
【図４】
2016027791.tif 000011
【国際調査報告】
2016027791.tif 000012
2016027791.tif 000013
2016027791.tif 000014
2016027791.tif 000015