(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ1−Ｆｅ−Ｂ系組成（Ｒ1はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）からなる焼結磁石体に対し、当該磁石体の少なくとも１つの表面に複数のスリットを設け、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を含有する粉末を当該磁石体の表面に存在させた状態で、当該磁石体及び粉末を当該磁石の焼結温度以下の温度で真空又は不活性ガス中において熱処理を施すことを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。
【請求項２】
Ｒ1−Ｆｅ−Ｂ系組成（Ｒ1はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）からなる焼結磁石体に対し、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を含有する粉末を当該磁石体の表面に存在させた状態で、当該磁石体及び粉末を当該磁石体の焼結温度以下の温度で真空又は不活性ガス中において熱処理を施し、次いで当該磁石体の少なくとも１つの表面に複数のスリットを設けることを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。
【請求項３】
焼結磁石体のスリット形成面に形成された各スリット間の間隔がそれぞれ１０ｍｍ以下であり、各スリットの最深部とスリット形成面に対して反対側の面との間の距離がそれぞれ５ｍｍ以下である請求項１又は２記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項４】
熱処理される焼結磁石体が、最大部の寸法が１００ｍｍ以下で、かつ磁気異方性化した方向の寸法が１０ｍｍ以下の形状を有する請求項１，２又は３記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項５】
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末の磁石体表面に対する存在量が、この磁石体の表面から距離１ｍｍ以内の当該磁石体を取り囲む空間内における平均的な占有率で１０容積％以上である請求項１乃至４のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項６】
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末の平均粒子径が１００μｍ以下である請求項１乃至５のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項７】
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）のＲ2、Ｒ3、Ｒ4に１０原子％以上のＤｙ及び／又はＴｂが含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項８】
Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末を用い、Ｒ3及び／又はＲ4と共にフッ素を焼結磁石体に吸収させた請求項１乃至７のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項９】
前記Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末において、Ｒ3及び／又はＲ4に１０原子％以上のＤｙ及び／又はＴｂが含まれ且つＲ3及び／又はＲ4におけるＮｄとＰｒの合計濃度が前記Ｒ1におけるＮｄとＰｒの合計濃度より低いことを特徴とする請求項８記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末において、Ｒ3のフッ化物とＲ4の酸フッ化物が合計で１０質量％以上含まれ、残部にＲ5の炭化物、窒化物、酸化物、水酸化物、水素化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ5はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を含むことを特徴とする請求項８又は９記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１１】
上記熱処理後、更に低温で時効処理を施すことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１２】
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）からなる平均粒子径が１００μｍ以下の粉末を水系又は有機系の溶媒に分散させたスラリーとして前記磁石体表面に存在させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１３】
上記焼結磁石体を、アルカリ、酸又は有機溶剤のいずれか１種以上により洗浄した後、上記粉末を磁石体表面に存在させて上記熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１４】
上記焼結磁石体の表面層をショットブラストで除去した後、上記粉末を磁石体表面に存在させて上記熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１５】
熱処理後の最終処理として、アルカリ、酸又は有機溶剤のいずれか１種以上による洗浄処理、研削処理、又はメッキもしくは塗装処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項記載の製造方法により得られた希土類永久磁石。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれか１項記載の製造方法によって得られた希土類永久磁石を組み込んだ永久磁石回転機において、当該磁石体のスリットが磁気異方性化した方向に対し直角な面に設けられたことを特徴とする永久磁石回転機。
【請求項１８】
希土類永久磁石の表面に設けたスリットに非導電性物質を充填してなる請求項１７記載の永久磁石回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結磁石体の残留磁束密度の低減を抑制しながら保磁力を増大させたＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類永久磁石、及びその製造方法、並びに高速回転を行う電気自動車用モータや発電機、ＦＡモータ等に最適な永久磁石回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、その優れた磁気特性のために、ますます用途が広がってきている。近年、モータや発電機などの回転機の分野においても、機器の軽量短小化、高性能化、省エネルギー化に伴い、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を利用した永久磁石回転機が開発されている。回転機中の永久磁石は、巻き線や鉄心の発熱により高温に曝され、更に巻き線からの反磁界により極めて減磁しやすい状況下にある。このため、耐熱性、耐減磁性の指標となる保磁力が一定以上あり、磁力の大きさの指標となる残留磁束密度ができるだけ高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が要求されている。
【０００３】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の残留磁束密度増大は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ化合物の体積率増大と結晶配向度向上により達成され、これまでに種々のプロセスの改善が行われてきている。保磁力の増大に関しては、結晶粒の微細化を図る、Ｎｄ量を増やした組成合金を用いる、あるいは効果のある元素を添加する等、様々なアプローチがある中で、現在最も一般的な手法はＤｙやＴｂでＮｄの一部を置換した組成合金を用いることである。Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ化合物のＮｄをこれらの元素で置換することで、化合物の異方性磁界が増大し、保磁力も増大する。一方で、ＤｙやＴｂによる置換は化合物の飽和磁気分極を減少させる。従って、上記手法で保磁力の増大を図る限りでは残留磁束密度の低下は避けられない。
【０００４】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、結晶粒界面で逆磁区の核が生成する外部磁界の大きさが保磁力となる。逆磁区の核生成には結晶粒界面の構造が強く影響しており、界面近傍における結晶構造の乱れが磁気的な構造の乱れを招き、逆磁区の生成を助長する。一般的には、結晶界面から５ｎｍ程度の深さまでの磁気的構造が保磁力の増大に寄与していると考えられている（非特許文献１：Ｋ．  −Ｄ．  Ｄｕｒｓｔ  ａｎｄ  Ｈ．  Ｋｒｏｎｍｕｌｌｅｒ，  “ＴＨＥ  ＣＯＥＲＣＩＶＥ  ＦＩＥＬＤ  ＯＦ  ＳＩＮＴＥＲＥＤ  ＡＮＤ  ＭＥＬＴ−ＳＰＵＮ  ＮｄＦｅＢ  ＭＡＧＮＥＴＳ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ６８  （１９８７）  ６３−７５）。本発明者らは、結晶粒の界面近傍のみにわずかなＤｙやＴｂを濃化させ、界面近傍のみの異方性磁界を増大させることで、残留磁束密度の低下を抑制しつつ保磁力を増大できることを見出している（特許文献１：特公平５−３１８０７号公報）。更に、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ化合物組成合金と、ＤｙあるいはＴｂに富む合金を別に作製した後に混合して焼結する製造方法を確立している（特許文献２：特開平５−２１２１８号公報）。この方法では、ＤｙあるいはＴｂに富む合金は焼結時に液相となり、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ化合物を取り囲むように分布する。その結果、化合物の粒界近傍でのみＮｄとＤｙあるいはＴｂが置換され、残留磁束密度の低下を抑制しつつ効果的に保磁力を増大できる。
【０００５】
しかし、上記方法では２種の合金微粉末を混合した状態で１，０００〜１，１００℃という高温で焼結するために、ＤｙあるいはＴｂがＮｄ2Ｆｅ14Ｂ結晶粒の界面のみでなく内部まで拡散しやすい。実際に得られる磁石の組織観察からは結晶粒界表層部で界面から深さ１〜２μｍ程度まで拡散しており、拡散した領域を体積分率に換算すると６０％以上となる。また、結晶粒内への拡散距離が長くなるほど界面近傍におけるＤｙあるいはＴｂの濃度は低下してしまう。結晶粒内への過度な拡散を極力抑えるには焼結温度を低下させることが有効であるが、これは同時に焼結による緻密化を阻害するため現実的な手法となり得ない。ホットプレスなどで応力を印加しながら低温で焼結する方法では、緻密化は可能であるが、生産性が極端に低くなるという問題がある。
【０００６】
一方、焼結磁石を小型に加工した後、磁石表面にＤｙやＴｂをスパッタによって被着させ、磁石を焼結温度より低い温度で熱処理することにより粒界部にのみＤｙやＴｂを拡散させて保磁力を増大させる方法が報告されている（非特許文献２：Ｋ．  Ｔ．  Ｐａｒｋ，  Ｋ．  Ｈｉｒａｇａ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｓａｇａｗａ，  “Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ−Ｃｏａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｎ  Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｉｘｔｅｅｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｓｅｎｄａｉ，  ｐ．２５７  （２０００）、非特許文献３：町田憲一、川嵜尚志、鈴木俊治、伊東正浩、堀川高志、“Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の粒界改質と磁気特性”、粉体粉末冶金協会講演概要集  平成１６年度春季大会、ｐ．２０２参照）。この方法では、更に効率的にＤｙやＴｂを粒界に濃化できるため、残留磁束密度の低下をほとんど伴わずに保磁力を増大させることが可能である。また、磁石の比表面積が大きい、即ち磁石体が小さいほど供給されるＤｙやＴｂの量が多くなるので、この方法は小型あるいは薄型の磁石へのみ適用可能である。しかし、スパッタ等による金属膜の被着には生産性が悪いという問題があった。
【０００７】
また、近年１０ｋＷ以上の大容量の回転機にもＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が使用されるようになった。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の電気抵抗は１００〜２００μΩ・ｃｍの導体であり、磁石に生じる渦電流やそれに伴う発熱が、磁石の大きさの２乗で大きくなるために大容量回転機においては問題となっている。渦電流低減のために有効な手段は、鉄心に使われる電磁鋼板のように薄板化して絶縁積層することであるが、細分化したセグメント磁石を接着固化して所要の大きさの磁石とする方法は、磁石の製造工程が増加し、製造コストの増加や磁石重量歩留まりの低下を招く。また、セグメント磁石を接着固化せず小磁石のまま用いることも考えられるが、磁石間の反発力に抗して小磁石をロータに組込み固着することは難しい。
【０００８】
【特許文献１】特公平５−３１８０７号公報
【特許文献２】特開平５−２１２１８号公報
【非特許文献１】Ｋ．  −Ｄ．  Ｄｕｒｓｔ  ａｎｄ  Ｈ．  Ｋｒｏｎｍｕｌｌｅｒ，  “ＴＨＥ  ＣＯＥＲＣＩＶＥ  ＦＩＥＬＤ  ＯＦ  ＳＩＮＴＥＲＥＤ  ＡＮＤ  ＭＥＬＴ−ＳＰＵＮ  ＮｄＦｅＢ  ＭＡＧＮＥＴＳ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ６８  （１９８７）  ６３−７５
【非特許文献２】Ｋ．  Ｔ．  Ｐａｒｋ，  Ｋ．  Ｈｉｒａｇａ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｓａｇａｗａ，  “Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ−Ｃｏａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｎ  Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｉｘｔｅｅｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｓｅｎｄａｉ，  ｐ．２５７  （２０００）
【非特許文献３】町田憲一、川嵜尚志、鈴木俊治、伊東正浩、堀川高志、“Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の粒界改質と磁気特性”、粉体粉末冶金協会講演概要集  平成１６年度春季大会、ｐ．２０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、永久磁石回転機に適した渦電流が小さく保磁力の大きなＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類永久磁石（ＲはＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）及びその製造方法、並びにこの磁石を用いた永久磁石回転機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に代表されるＲ1−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に対し、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末（なお、Ｒ1〜Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を磁石表面に存在させた状態で加熱することで、粉末に含まれていたＲ2、Ｒ3又はＲ4が磁石体に吸収され、残留磁束密度の減少を著しく抑制しながら保磁力を増大し得ることを見出した。この場合、特にＲ3のフッ化物又はＲ4の酸フッ化物を用いた場合、Ｒ3又はＲ4がフッ素と共に磁石体に高効率に吸収され、残留磁束密度が高く、保磁力の大きな焼結磁石が得られること、更に、磁石体に複数のスリットを入れることで、実質的に磁石表面積を大きくしてＲ2、Ｒ3又はＲ4の吸収率を高めることができ、しかもスリットは、磁石体を永久磁石回転機に組み込んだ際の渦電流低減にも有効であることを知見したものである。
【００１１】
即ち、本発明は、以下の希土類永久磁石、その製造方法、並びに永久磁石回転機を提供する。
請求項１：
Ｒ1−Ｆｅ−Ｂ系組成（Ｒ1はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）からなる焼結磁石体に対し、当該磁石体の少なくとも１つの表面に複数のスリットを設け、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を含有する粉末を当該磁石体の表面に存在させた状態で、当該磁石体及び粉末を当該磁石の焼結温度以下の温度で真空又は不活性ガス中において熱処理を施すことを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。
請求項２：
Ｒ1−Ｆｅ−Ｂ系組成（Ｒ1はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）からなる焼結磁石体に対し、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を含有する粉末を当該磁石体の表面に存在させた状態で、当該磁石体及び粉末を当該磁石体の焼結温度以下の温度で真空又は不活性ガス中において熱処理を施し、次いで当該磁石体の少なくとも１つの表面に複数のスリットを設けることを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。
請求項３：
焼結磁石体のスリット形成面に形成された各スリット間の間隔がそれぞれ１０ｍｍ以下であり、各スリットの最深部とスリット形成面に対して反対側の面との間の距離がそれぞれ５ｍｍ以下である請求項１又は２記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項４：
熱処理される焼結磁石体が、最大部の寸法が１００ｍｍ以下で、かつ磁気異方性化した方向の寸法が１０ｍｍ以下の形状を有する請求項１，２又は３記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項５：
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末の磁石体表面に対する存在量が、この磁石体の表面から距離１ｍｍ以内の当該磁石体を取り囲む空間内における平均的な占有率で１０容積％以上である請求項１乃至４のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項６：
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末の平均粒子径が１００μｍ以下である請求項１乃至５のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項７：
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）のＲ2、Ｒ3、Ｒ4に１０原子％以上のＤｙ及び／又はＴｂが含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項８：
Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末を用い、Ｒ3及び／又はＲ4と共にフッ素を焼結磁石体に吸収させた請求項１乃至７のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項９：
前記Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末において、Ｒ3及び／又はＲ4に１０原子％以上のＤｙ及び／又はＴｂが含まれ、かつＲ3及び／又はＲ4におけるＮｄとＰｒの合計濃度が前記Ｒ1におけるＮｄとＰｒの合計濃度より低いことを特徴とする請求項８記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１０：
前記Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末において、Ｒ3のフッ化物とＲ4の酸フッ化物が合計で１０質量％以上含まれ、残部にＲ5の炭化物、窒化物、酸化物、水酸化物、水素化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ5はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）を含むことを特徴とする請求項８又は９記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１１：
上記熱処理後、更に低温で時効処理を施すことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１２：
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上（Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）からなる平均粒子径が１００μｍ以下の粉末を水系又は有機系の溶媒に分散させたスラリーとして前記磁石体表面に存在させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１３：
上記焼結磁石体を、アルカリ、酸又は有機溶剤のいずれか１種以上により洗浄した後、上記粉末を磁石体表面に存在させて上記熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１４：
上記焼結磁石体の表面層をショットブラストで除去した後、上記粉末を磁石体表面に存在させて上記熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１５：
熱処理後の最終処理として、アルカリ、酸又は有機溶剤のいずれか１種以上による洗浄処理、研削処理、又はメッキもしくは塗装処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
請求項１６：
請求項１乃至１５のいずれか１項記載の製造方法により得られた希土類永久磁石。
請求項１７：
請求項１乃至１５のいずれか１項記載の製造方法によって得られた希土類永久磁石を組み込んだ永久磁石回転機において、当該磁石体のスリットが磁気異方性化した方向に対し直角な面に設けられたことを特徴とする永久磁石回転機。
請求項１８：
希土類永久磁石の表面に設けたスリットに非導電性物質を充填してなる請求項１７記載の永久磁石回転機。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、永久磁石回転機に適した渦電流が小さく高い残留磁束密度と高い保磁力を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石及びこの磁石を用いた永久磁石回転機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、永久磁石回転機に適した渦電流が小さく高い残留磁束密度と高い保磁力を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石及びこの磁石を用いた永久磁石回転機に関するものである。本発明の希土類永久磁石は、Ｒ1−Ｆｅ−Ｂ系組成からなる焼結磁石体表面にスリットを入れ、後述する希土類元素の酸化物、フッ化物又は酸フッ化物を供給して熱処理を行うもの、及び希土類永久磁石はＲ1−Ｆｅ−Ｂ系組成からなる焼結磁石体表面に、後述する希土類元素の酸化物、フッ化物又は酸フッ化物を供給して熱処理したものにスリットを入れるものがある。
【００１４】
ここで、Ｒ1−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石体は、常法に従い、母合金を粗粉砕、微粉砕、成形、焼結させることにより得ることができる。
【００１５】
なお、本発明において、Ｒ及びＲ1はいずれもＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれるものを意味するが、Ｒは主に得られた磁石体に関して使用し、Ｒ1は主に出発原料に関して用いる。
【００１６】
母合金は、Ｒ1、Ｆｅ、Ｂを含有する。Ｒ1はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上で、具体的にはＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ及びＬｕが挙げられ、好ましくはＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙを主体とする。これらＹ及びＳｃを含む希土類元素は合金全体の１０〜１５原子％、特に１２〜１５原子％であることが好ましく、更に好ましくはＲ1中にＮｄとＰｒあるいはそのいずれか１種を１０原子％以上、特に５０原子％以上含有することが好適である。Ｂは３〜１５原子％、特に４〜８原子％含有することが好ましい。その他、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの中から選ばれる１種又は２種以上を０〜１１原子％、特に０．１〜５原子％含有してもよい。残部はＦｅ及びＣ、Ｎ、Ｏ等の不可避的な不純物であるが、Ｆｅは５０原子％以上、特に６５原子％以上含有することが好ましい。また、Ｆｅの一部、例えばＦｅの０〜４０原子％、特に０〜１５原子％をＣｏで置換しても差支えない。
【００１７】
母合金は原料金属あるいは合金を真空あるいは不活性ガス、好ましくはＡｒ雰囲気中で溶解したのち、平型やブックモールドに鋳込む、あるいはストリップキャストにより鋳造することで得られる。また、本系合金の主相であるＲ2Ｆｅ14Ｂ化合物組成に近い合金と焼結温度で液相助剤となるＲリッチな合金とを別々に作製し、粗粉砕後に秤量混合する、いわゆる２合金法も本発明には適用可能である。但し、主相組成に近い合金に対して、鋳造時の冷却速度や合金組成に依存してα−Ｆｅ相が残存しやすく、Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物相の量を増やす目的で必要に応じて均質化処理を施す。その条件は真空あるいはＡｒ雰囲気中で７００〜１，２００℃で１時間以上熱処理する。この場合、主相組成に近い合金はストリップキャスト法にて得ることもできる。液相助剤となるＲリッチな合金については上記鋳造法のほかに、いわゆる液体急冷法やストリップキャスト法も適用できる。
【００１８】
更に、以下に述べる粉砕工程において、Ｒ1の炭化物、窒化物、酸化物、水酸化物のうち少なくとも１種あるいはこれらの混合物又は複合物を０．００５〜５質量％の範囲で合金粉末と混合することも可能である。
【００１９】
上記合金は、通常０．０５〜３ｍｍ、特に０．０５〜１．５ｍｍに粗粉砕される。粗粉砕工程にはブラウンミルあるいは水素粉砕が用いられ、ストリップキャストにより作製された合金の場合は水素粉砕が好ましい。粗粉は、例えば高圧窒素を用いたジェットミルにより通常０．２〜３０μｍ、特に０．５〜２０μｍに微粉砕される。微粉末は磁界中圧縮成形機で成形され、焼結炉に投入される。焼結は真空あるいは不活性ガス雰囲気中、通常９００〜１，２５０℃、特に１，０００〜１，１００℃で行われる。
【００２０】
ここで得られた焼結磁石は、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物を主相として６０〜９９体積％、特に好ましくは８０〜９８体積％含有し、残部は０．５〜２０体積％のＲに富む相、０〜１０体積％のＢに富む相及び不可避的不純物により生成した、あるいは添加による炭化物、窒化物、酸化物、水酸化物のうち少なくとも１種あるいはこれらの混合物又は複合物からなる。
【００２１】
本発明において、磁石表面に存在させたＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末から磁石体へのＲ2、Ｒ3又はＲ4の吸収を高めるために、得られた焼結ブロックを所定形状に研削する際に、表面に複数のスリットを入れて比表面積を大きくする。
【００２２】
この場合、スリットの形成態様は特に限定されるものではなく、焼結磁石体の形成等に応じて種々選定することができる。例えば、焼結磁石体が直方体形状の場合は、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、図において焼結磁石体１のスリット形成面１ａの幅方向両側縁部に対しスリット２の長さ方向両端部を離間させて、又は離間させることなく側縁部から切り込み形成した態様を採用し得るが、勿論これに制限されるものではない。
なお、焼結磁石体のスリット形成面に図１（Ａ）〜（Ｄ）の如くスリットを形成した場合（但し、図１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ異なる態様でスリットが形成されたスリット形成面を示す平面図であり、図１（Ｄ）は縦断面図である）、スリット２最深部とスリット形成面１ａに対し、反対側の面１ｂとの間の距離Ｄ1及びスリット２の長さ方向端部とこれに対向する面１ｃ又は１ｄとの間の距離Ｄ2はいずれも５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下、特に好ましくは１ｍｍ以下であることがよく、また図においてスリット２と平行な面１ｅ，１ｆとこれに隣接するスリット２ａとの間隔Ｄ3及び互いに隣接するスリット２間の間隔Ｄ4は、いずれも１０ｍｍ以下、より好ましくは６ｍｍ以下、特に好ましくは２ｍｍ以下であることがよい。この場合、上記距離Ｄ1は通常０．４ｍｍ以上であることが好ましく、距離Ｄ2は０ｍｍであってもよい。また、間隔Ｄ3，Ｄ4はそれぞれ０．４ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
このようにスリットを形成することにより、図１（Ｅ）に示したように、磁石の表面及びスリット部分から磁石内部に至る最大距離Ｌを５ｍｍ以下にすることができ、これによって磁石全体をＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物又はＲ4の酸フッ化物で均一にかつ効率よく熱処理、浸透させることができる。なお、Ｌはより好ましくは３ｍｍ以下、特に好ましくは１ｍｍ以下である。
【００２４】
このように、スリットと磁石面との距離関係を設定することにより、スリットによる表面積も増えて、磁石全体において吸収処理が起きやすい領域になったものである。ここで、スリットが形成されない場合、図１（Ｆ）の焼結磁石体表面の各外縁部から５ｍｍ以上の中央領域３が吸収処理が起こり難い領域であるが、上記のようにスリットを形成することにより、表面からの吸収処理が起こる領域が増大したものである。
【００２５】
なお、上述したスリットは、焼結前の成形体の段階で形成することができる。
【００２６】
ここで、スリットのない状態での焼結ブロックの最大部の寸法が１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下で、かつ磁気異方性化した方向の寸法が１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下である場合には、本発明の磁石表面に存在させたＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末から磁石体にＲ2、Ｒ3又はＲ4を吸収させる熱処理を行った後で、磁石表面に複数のスリットを入れても、前述のスリットを入れた後に熱処理を行う方法と同様の効果を得ることができる。即ち、渦電流が小さく、高い残留磁束密度と高い保磁力を有することができる。なお上記最大部の寸法及び磁気異方性化した方向の寸法の下限は特に制限されず、適宜選定されるが、上記形状の最大部の寸法は１ｍｍ以上であり、磁気異方性化した方向の寸法は０．５ｍｍ以上とすることができるが、上記距離Ｄ1，Ｄ2、間隔Ｄ3，Ｄ4の下限値を与えるように、また上記距離Ｌを有するような大きさに選定し得る。
【００２７】
本発明では、従来の渦電流を小さくするための方法である細分化した磁石を接着固化して所要の大きさの磁石にする（分割磁石）のではなく、セグメント磁石にスリットを入れるだけであり、分割磁石の接着、組立工程をなくして製造コストを抑えることができる。スリットの幅は、磁束をロスさせないために、１ｍｍ以下の狭い幅にするのが好ましい。焼結前の成形体や焼結体にスリットを入れる方法として内周又は外周切断機やワイヤーソーやウォータジェットなどで加工して溝を形成するため、切断歯の厚みを考慮すると、望ましくは０．８ｍｍ以下であり、一方、スリット幅の下限は幾らでもよいが、加工機の制約から０．０５ｍｍ以上が実際的である。
【００２８】
研削加工された磁石体表面にはＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末を存在させる。なお、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上で、それぞれＲ2、Ｒ3、Ｒ4中１０原子％以上、より好ましくは２０原子％以上、特に４０原子％以上のＤｙ又はＴｂを含むことが好ましい。この場合、前記Ｒ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を含有する粉末において、Ｒ3及び／又はＲ4に１０原子％以上のＤｙ及び／又はＴｂが含まれ、かつＲ3及び／又はＲ4におけるＮｄとＰｒの合計濃度が前記Ｒ1におけるＮｄとＰｒの合計濃度より低いことが本発明の目的から好ましい。
【００２９】
磁石表面空間における粉末の存在率は高いほど吸収されるＲ2、Ｒ3又はＲ4量が多くなるので、本発明における効果を達成させるために、上記粉末の存在率は、磁石表面から距離１ｍｍ以内の磁石を取り囲む空間内での平均的な値で１０容積％以上が好ましく、更に好ましくは４０容積％以上である。
【００３０】
粉末を存在させる方法（粉末処理方法）としては、例えば、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する微粉末を水あるいは有機溶剤に分散させ、このスラリーに磁石体を浸した後に熱風や真空により乾燥させる、あるいは自然乾燥させる方法が挙げられる。この他にスプレーによる塗布等も可能である。いずれの具体的手法にせよ、非常に簡便にかつ大量に処理できることが特徴といえる。上記微粉末の粒子径はＲ2、Ｒ3又はＲ4成分が磁石に吸収される際の反応性に影響を与え、粒子が小さいほど反応にあずかる接触面積が増大する。本発明における効果をより効果的に達成させるためには、存在させる粉末の平均粒子径は１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下が望ましい。その下限は特に制限されないが１ｎｍ以上が好ましい。なお、この平均粒子径は、例えばレーザー回折法などによる粒度分布測定装置等を用いて質量平均値Ｄ50（即ち、累積質量が５０％となるときの粒子径又はメジアン径）などとして求めることができる。
【００３１】
本発明におけるＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物とは、好ましくはそれぞれＲ22Ｏ3、Ｒ3Ｆ3、Ｒ4ＯＦであるが、これ以外のＲ2Ｏn、Ｒ3Ｆn、Ｒ4ＯmＦn（ｍ、ｎは任意の正数）や、金属元素によりＲ2、Ｒ3、Ｒ4の一部を置換したあるいは安定化されたもの等、本発明の効果を達成することができるＲ2と酸素を含む酸化物、Ｒ3とフッ素を含むフッ化物、Ｒ4と酸素とフッ素を含む酸フッ化物を指す。
【００３２】
この場合、磁石表面に存在させる粉末は、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物、あるいはこれらの混合物を含有し、この他にＲ5（Ｒ5はＹ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）の炭化物、窒化物、水酸化物、水素化物のうち少なくとも１種あるいはこれらの混合物又は複合物を含んでもよく、またＲ3のフッ化物及び／又はＲ4の酸フッ化物を用いる場合、Ｒ5の酸化物を含んでもよい。更に、粉末の分散性や化学的・物理的吸着を促進するために、ホウ素、窒化ホウ素、シリコン、炭素などの微粉末やステアリン酸などの有機化合物を含むこともできる。本発明の効果を高効率に達成するには、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物、あるいはこれらの混合物が粉末全体に対して１０質量％以上、好ましくは２０質量％以上含まれる。特には、主成分として、Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物が、粉末全体に対して５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上含有することが推奨される。
【００３３】
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物、あるいはこれらの混合物からなる粉末を磁石表面に存在させた状態で、磁石と粉末は真空あるいはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガス雰囲気中で熱処理される（以後、この処理を吸収処理と称する）。吸収処理温度は磁石体の焼結温度以下である。処理温度の限定理由は以下のとおりである。
【００３４】
即ち、当該焼結磁石の焼結温度（ＴS℃と称する）より高い温度で処理すると、（１）焼結磁石の組織が変質し、高い磁気特性が得られなくなる、（２）熱変形により加工寸法が維持できなくなる、（３）拡散させたＲが磁石の結晶粒界面だけでなく内部にまで拡散してしまい残留磁束密度が低下する、等の問題が生じるために、処理温度は焼結温度以下、好ましくは（ＴS−１０）℃以下とする。なお、温度の下限は適宜選定されるが、通常３５０℃以上である。吸収処理時間は１分〜１００時間である。１分未満では吸収処理が完了せず、１００時間を超えると、焼結磁石の組織が変質する、不可避的な酸化や成分の蒸発が磁気特性に悪い影響を与えるといった問題が生じやすい。より好ましくは５分〜８時間、特に１０分〜６時間である。
【００３５】
以上のような吸収処理により、磁石内の希土類に富む粒界相成分に、磁石表面に存在させた粉末に含まれていたＲ2、Ｒ3又はＲ4が濃化し、このＲ2、Ｒ3又はＲ4がＲ2Ｆｅ14Ｂ主相粒子の表層部付近で置換される。また、粉末にＲ3のフッ化物又はＲ4の酸フッ化物が含まれている場合、この粉末に含まれているフッ素は、その一部がＲ3又はＲ4と共に磁石内に吸収されることにより、Ｒ3又はＲ4の粉末からの供給と磁石の結晶粒界における拡散を著しく高める。
【００３６】
Ｒ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物及びＲ4の酸フッ化物に含まれる希土類元素は、Ｙ及びＳｃを含む希土類元素から選ばれる１種又は２種以上であるが、上記表層部に濃化して結晶磁気異方性を高める効果の特に大きい元素はＤｙ、Ｔｂであるので、粉末に含まれている希土類元素としてはＤｙ及びＴｂの割合が合計で１０原子％以上であることが好適である。更に好ましくは２０原子％以上である。また、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4におけるＮｄとＰｒの合計濃度が、Ｒ1のＮｄとＰｒの合計濃度より低いことが好ましい。
【００３７】
この吸収処理の結果、残留磁束密度の低減をほとんど伴わずにＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の保磁力が効率的に増大される。
【００３８】
上記吸収処理は、例えば上記粉末を水や有機溶剤に分散させたスラリーに焼結磁石体を投入するなどして、該焼結磁石体表面に上記粉末を付着させた状態で熱処理させることによって行うことができ、この場合、上記吸収処理において、磁石は粉末に覆われ、磁石同士は離れて存在するので、高温での熱処理であるにもかかわらず、吸収処理後に磁石同士が溶着することがない。更に、粉末も熱処理後に磁石に固着することもないため、熱処理用容器に大量に磁石を投入して処理することが可能であり、本発明による製造方法は生産性にも優れていることがわかる。
【００３９】
また、吸収処理後、時効処理を施すことが好ましい。この時効処理としては、吸収処理温度未満、好ましくは２００℃以上で吸収処理温度より１０℃低い温度以下、更に好ましくは３５０℃以上で吸収処理温度より１０℃低い温度以下であることが望ましい。また、その雰囲気は真空あるいはＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガス中であることが好ましい。時効処理の時間は１分〜１０時間、好ましくは１０分〜５時間、特に３０分〜２時間である。
【００４０】
なお、上記粉末を焼結磁石体に存在させる前の上述した焼結磁石体の研削加工時において、研削加工機の冷却液に水系のものを用いる、あるいは加工時に研削面が高温に曝される場合、被研削面に酸化膜が生じやすく、この酸化膜が粉末から磁石体へのＲ2、Ｒ3又はＲ4成分の吸収反応を妨げることがある。このような場合には、アルカリ、酸あるいは有機溶剤のいずれか１種以上を用いて洗浄する、あるいはショットブラストを施して、その酸化膜を除去することで適切な吸収処理ができる。
【００４１】
アルカリとしては、ピロリン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、シュウ酸カリウム、シュウ酸ナトリウム等、酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、クエン酸、酒石酸等、有機溶剤としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを使用することができる。この場合、上記アルカリや酸は、磁石体を浸食しない適宜濃度の水溶液として使用することができる。
【００４２】
更には、上記焼結磁石体の表面層を上記粉末を焼結磁石体に存在させる前にショットブラストで除去することもできる。
【００４３】
また、上記吸収処理あるいはそれに続く時効処理を施した磁石に対して、アルカリ、酸あるいは有機溶剤のいずれか１種以上により洗浄したり、実用形状に研削することもできる。更には、かかる吸収処理、時効処理、洗浄又は研削後にメッキ又は塗装を施すこともできる。
【００４４】
本発明のスリットは、磁石表面に存在させたＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末から磁石体へのＲ2、Ｒ3又はＲ4の吸収を高めるため以外に、永久磁石回転機に組み込まれた際には、永久磁石に生ずる渦電流を低減する働きがある。回転機において磁石に渦電流が生じる原因は、磁石と対向する電機子のスロットの相対位置が変化し、スロット部分で磁石内の磁束が時間変化することが１つの原因である。また、電機子で作る磁束の歪みが大きな場合も渦電流の原因である。渦電流は磁束変化を妨げる向きに導体上に発生する電流であり、磁石の磁束は磁気異方性化した方向に通り、渦電流は磁気異方性化した方向に対し直角な面に流れるので、スリットは渦電流経路を分断するために磁気異方性化した方向に対し直角な面に入れるのが効果的である。更に、渦電流経路が細長くなる方向にスリットを入れるとより効果が高まる。
【００４５】
スリットのない状態での焼結ブロックの最大部の寸法が１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下で、かつ磁気異方性化した方向の寸法が１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下である場合には、スリットのない磁石体に対して本発明の磁石表面に存在させたＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物から選ばれる１種又は２種以上を含有する粉末から磁石体にＲ2、Ｒ3又はＲ4を吸収させることができる。この場合は吸収処理を行った後で磁石表面に複数のスリットを入れれば、永久磁石回転機に組み込まれた永久磁石に生ずる渦電流を低減することができる。
【００４６】
スリットを設けることによりセグメント磁石の機械的強度が低下する。特に回転機にこの磁石を用いた場合は、高速回転で磁石に大きな遠心力が働くため、機械特性が良好でなければ磁石が破損して飛散してしまう。このような問題を解決するにはスリットに接着剤や樹脂等の非導電性物質を充填することにより機械強度の低下を補うのが好ましい。上記接着剤は耐熱性と接着強度を両立できるものが望ましく、例えばエポキシ系やアクリル系接着剤が挙げられる。
【００４７】
以上のようにして得られた永久磁石材料は、永久磁石回転機に適した渦電流が小さく高い残留磁束密度と高い保磁力を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石及びこの磁石を用いた永久磁石回転機として利用できる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の具体的態様について実施例をもって詳述するが、本発明の内容はこれに限定されるものではない。なお、下記例で、酸化Ｄｙ又はフッ化Ｄｙによる磁石表面空間の占有率（存在率）は、粉末処理後の磁石質量増と粉末物質の真密度より算出した。
【００４９】
［実施例１，２及び比較例１，２］
純度９９質量％以上のＮｄ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅメタルとフェロボロンを所定量秤量してＡｒ雰囲気中で高周波溶解し、この合金溶湯をＡｒ雰囲気中で銅製単ロールに注湯するいわゆるストリップキャスト法により薄板状の合金とした。得られた合金の組成はＮｄが１３．５原子％、Ｃｏが１．０原子％、Ａｌが０．５原子％、Ｂが５．８原子％、Ｆｅが残部であり、これを合金Ａと称する。合金Ａに水素を吸蔵させた後、真空排気を行いながら５００℃まで加熱して部分的に水素を放出させる、いわゆる水素粉砕により３０メッシュ以下の粗粉とした。更に純度９９質量％以上のＮｄ、Ｔｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕメタルとフェロボロンを所定量秤量し、Ａｒ雰囲気中で高周波溶解した後、鋳造した。得られた合金の組成はＮｄが２０原子％、Ｔｂが１０原子％、Ｆｅが２４原子％、Ｂが６原子％、Ａｌが１原子％、Ｃｕが２原子％、Ｃｏが残部であり、これを合金Ｂと称する。合金Ｂは窒素雰囲気中、ブラウンミルを用いて３０メッシュ以下に粗粉砕した。
【００５０】
続いて、合金Ａ粉末を９０質量％、合金Ｂ粉末を１０質量％秤量して、窒素置換したＶブレンダー中で３０分間混合した。この混合粉末は高圧窒素ガスを用いたジェットミルにて、粉末の質量中位粒径４μｍに微粉砕された。得られた混合微粉末を窒素雰囲気下１５ｋＯｅの磁界中で配向させながら、約１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で成形した。次いで、この成形体をＡｒ雰囲気の焼結炉内に投入し、１，０６０℃で２時間焼結し、７１ｍｍ×４６ｍｍ×厚み２１ｍｍ（磁気異方性化した方向）の磁石ブロックを作製した。磁石ブロックはダイヤモンドカッターにより７０ｍｍ×４５ｍｍ×２０ｍｍ（磁気異方性化した方向）に全面研削加工した。同時に磁気異方性化した方向に対し直角な７０ｍｍ×４５ｍｍの面に７０ｍｍ方向に幅０．５ｍｍ、深さ１５ｍｍのスリットを４．５ｍｍ間隔でつけた。研削加工された磁石体をアルカリ溶液で洗浄した後、酸洗浄して乾燥させた。各洗浄の前後には純水による洗浄工程が含まれている。
【００５１】
次に、平均粉末粒径が５μｍのフッ化ディスプロシウムを質量分率５０％でエタノールと混合し、これに超音波を印加しながら磁石体を１分間浸した。引き上げた磁石は直ちに熱風により乾燥させた。この時のフッ化ディスプロシウムによる磁石表面空間の占有率は４５％であった。これにＡｒ雰囲気中９００℃で１時間という条件で吸収処理を施し、更に５００℃で１時間時効処理して急冷することで、磁石体を得た。これを磁石体Ｍ１と称する。
【００５２】
比較のためにスリットなしの磁石体に熱処理のみ施したもの、及びスリット入り磁石体に熱処理のみを施したものも作製した。これをＰ１、Ｐ２と称する。
【００５３】
磁石体Ｍ１、Ｐ１、Ｐ２の磁気特性を表１に示した。ディスプロシウムの吸収処理を施していない磁石（Ｐ１とＰ２）の保磁力に対して本発明による磁石Ｍ１は４００ｋＡｍ-1の保磁力増大が認められる。また、残留磁束密度の低下は５ｍＴであった。比較のために、合金ＡのＮｄの一部をＤｙで置換した組成合金を用いて磁石を作製し、４００ｋＡｍ-1の保磁力増大を図ったところ、残留磁束密度は５０ｍＴ低下した。
【００５４】
磁石体Ｍ１のＳＥＭによる反射電子像とＥＰＭＡにより、磁石にはＤｙ及びＦが観察された。処理前の磁石にはＤｙ及びＦは含まれていないので、磁性体Ｍ１におけるＤｙ及びＦの存在は、本発明の吸収処理によるものである。吸収されたＤｙは結晶粒界近傍にのみ濃化している。一方、フッ素（Ｆ）も粒界部に存在し、処理前から磁石内に含まれている不可避的不純物である酸化物と結合して酸フッ化物を形成している。このＤｙの分布により、残留磁束密度の低下を最小限に抑えながら保磁力を増大させることが可能となった。
【００５５】
Ｍ１、Ｐ２と同じ形状のスリット入りの磁石体に対し、平均粉末粒径が５μｍのフッ化テルビウムを質量分率５０％でエタノールと混合し、これに超音波を印加しながら磁石体を１分間浸した。引き上げた磁石は直ちに熱風により乾燥させた。この時のフッ化テルビウムによる磁石表面空間の占有率は４５％であった。これにＡｒ雰囲気中９００℃で１時間という条件で吸収処理を施し、更に５００℃で１時間時効処理して急冷することで、磁石体を得た。これを磁石体Ｍ２と称する。
【００５６】
磁石体Ｍ２の磁気特性も表１に併記した。テルビウムの吸収処理を施していない磁石（Ｐ１とＰ２）の保磁力に対して本発明による磁石Ｍ２は６００ｋＡｍ-1の保磁力増大が認められる。また、残留磁束密度の低下は５ｍＴであった。
【００５７】
【表１】
0004656325.tif 000002
【００５８】
［実施例１−１，２−１及び比較例１−１，２−１］
実施例１，２の磁石Ｍ１、Ｍ２及び比較例１，２の磁石Ｐ１、Ｐ２を永久磁石モータに組み込んだ時のモータ特性について説明する。永久磁石モータは図２に示す埋め込み磁石構造型モータである。ロータは、０．５ｍｍの電磁鋼板を積層したものに永久磁石が埋め込まれた４極構造で、ロータヨーク１１の寸法は外径３１２ｍｍ、高さ１８０ｍｍとなっている。永久磁石１２の寸法は、幅７０ｍｍ、磁気異方性化方向の寸法２０ｍｍ、軸方向の寸法１８０ｍｍである。焼結磁石で長さ１８０ｍｍの磁石は作製し難いので、今回は長さ４５ｍｍの磁石をエポキシ系接着剤で４個貼り合せた。ステータは、０．５ｍｍの電磁鋼板を積層した６スロット構造で、各ティースには集中巻きでコイルが６０ターン巻かれており、コイル１３はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相Ｙ結線となっている。図２に示すＵ，Ｖ，Ｗの添え字の＋と−はコイルの巻き方向を示すもので、＋は紙面に対し出る方向、−は入る方向を意味する。ステータヨーク１４の寸法は外径５２０ｍｍ、内径３１５ｍｍ、高さ１８０ｍｍとなっている。ロータとステータの空隙は１．５ｍｍである。ロータとステータの位置関係が図２の状態で、Ｕ相に余弦波の交流電流、Ｖ相にＵ相より１２０°位相の進んだ交流電流、Ｗ相にＵ相より２４０°位相の進んだ交流電流を流すことで、永久磁石の磁束とコイルの磁束の相互作用でロータは反時計回りに回転する。埋め込み磁石構造型では、各相の電流の位相を制御することで更に大きなトルクを発生するという特徴をもつ。更に、残留磁束密度の大きいＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いるとモータは高出力高効率になるので家電用、産業用、自動車の駆動用など幅広い分野で使われている。図２のモータの場合、回転数２，４００ｒｐｍ、各相の実効値電流５０Ａで、電流の位相制御を行わない場合のトルクが３７０Ｎｍであったが、進み電流位相４０°で駆動すると４９０Ｎｍまでトルクが増加する。しかし、進み電流によってコイルから永久磁石に対向する磁束が増え、永久磁石は減磁しやすい状況に置かれ、減磁しないためにはある程度の保磁力が必要になる。また、永久磁石を通る磁束はロータの回転と共に時々刻々変化しており、この磁場変動により磁石内部に渦電流が発生する。渦電流損失は大きさの２乗に比例するので、今回のように断面が７０ｍｍ×４５ｍｍの磁石では問題になる。更に、進み電流によってコイルから永久磁石に対向する磁束が増えると磁石の渦電流損失が増えてしまう。このような理由から、永久磁石回転機に適した渦電流が小さく保磁力の大きなＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が望まれている。
【００５９】
磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｐ１、Ｐ２の表面にエポキシ塗装を行い、４５ｍｍ方向をエポキシ系接着剤で４枚貼り合せてＭ１，Ｍ２，Ｐ２のスリットにエポキシ系接着剤を充填した後、着磁したものを図２のロータに組み込んだ。磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｐ２それぞれを４枚貼り合せた状態の磁石を図３、磁石Ｐ１を４枚貼り合せた状態を図４に示す。図３と図４の寸法は本実施例と比較例では、幅Ｗ＝７０ｍｍ、厚さＴ＝２０ｍｍ、長さＬ＝１８０ｍｍ、スリットの深さＴＳ＝１５ｍｍ、スリット間の間隔ＬＳ＝４．５ｍｍである。磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｐ１、Ｐ２を組み込んだモータをそれぞれＭＭ１、ＭＭ２、ＭＰ１、ＭＰ２とする。各相に実効値電流５０Ａ、電流位相４０°、２，４００ｒｐｍで１時間連続運転し、運転直後のトルクと連続運転の後、十分冷えた状態で再度運転した時のトルクの比から、永久磁石の減磁量を評価した。結果を表２にまとめた。実施例のＭＭ１とＭＭ２については減磁が起こっていない。しかし、比較例のＭＰ１とＭＰ２は永久磁石の保磁力が低く減磁してしまっている。ＭＰ１については渦電流による発熱の影響が加わって更に大きく減磁してしまった。
【００６０】
【表２】
0004656325.tif 000003
【００６１】
［実施例３，４及び比較例３，４］
実施例１、２と同様な方法で図５に示すような幅８０ｍｍ、高さ４５ｍｍ、磁気異方性方向の最大厚み１０ｍｍのＣ形磁石を半分にした形状の磁石体を作製し、図６のようにクシ歯状に幅０．５ｍｍ、深さ７０ｍｍのスリット２を４．５ｍｍ間隔で設けた。
次に、平均粉末粒径が５μｍのフッ化ディスプロシウムを質量分率５０％でエタノールと混合し、これに超音波を印加しながら磁石体を１分間浸した。引き上げた磁石は直ちに熱風により乾燥させた。この時のフッ化ディスプロシウムによる磁石表面空間の占有率は４５％であった。これにＡｒ雰囲気中９００℃で１時間という条件で吸収処理を施し、更に５００℃で１時間時効処理して急冷することで、磁石体を得た。これを磁石体Ｍ３と称する。また、フッ化ディスプロシウムの代わりにフッ化テルビウムを用いて同様の熱処理をしたものをＭ４とした。比較のためにスリット加工前の磁石体に熱処理のみ施したもの、及びスリット入り磁石体に熱処理のみを施したものも作製した。これをＰ３、Ｐ４と称する。
【００６２】
磁石体Ｍ３、Ｍ４、Ｐ３、Ｐ４の磁気特性を表３に示した。ディスプロシウムの吸収処理を施した本発明による磁石Ｍ３は、処理していない磁石（Ｐ３とＰ４）の保磁力に対して４５０ｋＡｍ-1の保磁力増大が認められる。また、残留磁束密度の低下は５ｍＴであった。テルビウムの吸収処理を施した本発明による磁石Ｍ４は、６５０ｋＡｍ-1の保磁力増大が認められる。また、残留磁束密度の低下は５ｍＴであった。
【００６３】
【表３】
0004656325.tif 000004
【００６４】
［実施例３−１，４−１及び比較例３−１，４−１］
実施例３，４の磁石Ｍ３、Ｍ４及び比較例３，４の磁石Ｐ３、Ｐ４を永久磁石モータに組み込んだ時のモータ特性について説明する。永久磁石モータは図７に示す表面磁石構造型モータである。ロータは、０．５ｍｍの電磁鋼板を積層したロータヨーク２１の表面にＣ形の永久磁石２２が置かれた４極構造で、ロータ寸法は外径３１２ｍｍ、高さ１８０ｍｍとなっている。永久磁石２２の寸法は、幅１６０ｍｍ、磁気異方性化した方向の寸法は中央部分で１０ｍｍ、端部で３ｍｍ、軸方向の寸法１８０ｍｍである。焼結磁石で幅１６０ｍｍや長さ１８０ｍｍの磁石は作製し難いので、今回は幅方向に２個、長さ方向に４個、合計８個のセグメントをエポキシ系接着剤で貼り合せた。ステータは実施例１−１で説明したものと同じ物であり、詳細の説明は省略する。実効値電流５０Ａ、電流位相０°、２，４００ｒｐｍで３９０Ｎｍのトルクを発生させた。表面磁石構造型モータは、入力電流に対しトルクが線形に変化しトルクや回転数の制御性が非常に良いので、高精度制御を求められる家電用、産業用、自動車用など幅広い分野で使われている。しかし、表面磁石構造型では、永久磁石にはコイルからの反磁界が直接入るので減磁しやすい状況に置かれ、減磁しないためにはある程度の保磁力が必要になる。また、磁石内部の磁束がロータが回転すると対向するステータのスロット部分で急激な変化を起こすので、磁石内部に大きな渦電流が発生する。渦電流損失は大きさの２乗に比例するので、今回のように断面が８０ｍｍ×４５ｍｍの磁石では問題になる。このような理由から、渦電流が小さく保磁力の大きなＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が望まれている。
【００６５】
磁石Ｍ３、Ｍ４、Ｐ３、Ｐ４の表面にエポキシ塗装を行い、エポキシ系接着剤で８枚貼り合せて図８，図９に示すようなＣ形磁石を作った。更にＭ３，Ｍ４，Ｐ４のスリットにはエポキシ系接着剤を充填した。これを着磁し、図７のロータに組み込んだ。なお、図８は磁石Ｍ３，Ｍ４，Ｐ４それぞれを８枚貼り合せた状態で、図９は磁石Ｐ３を８枚貼り合せた状態である。本実施例では磁石の幅が１６０ｍｍと大きかったので幅方向が２分割された構造であるが、１００ｍｍ以下のものであれば幅方向に分割のないＣ形磁石にスリットを入れたものでもよい。図８と図９の寸法は本実施例と比較例では、Ｗ＝１６０ｍｍ、Ｔ＝１０ｍｍ、Ｌ＝１８０ｍｍ、スリットＷＳ＝１４０ｍｍ、スリット間の間隔ＬＳ＝４．５ｍｍである。磁石Ｍ３、Ｍ４、Ｐ３、Ｐ４を組み込んだモータをそれぞれＭＭ３、ＭＭ４、ＭＰ３、ＭＰ４とする。実効値電流５０Ａ、電流位相０°、２，４００ｒｐｍで１時間連続運転し、運転直後のトルクと連続運転の後、十分冷えた状態で再度運転した時のトルクの比から、永久磁石の減磁量を評価した。結果を表４にまとめた。比較例のＭＰ３とＭＰ４は永久磁石の保磁力が低く、大きな減磁が起こってしまった。ＭＰ３については渦電流による発熱の影響が加わって更に大きく減磁してしまった。これに対し、実施例のＭＭ３で約８％の減磁が起こった。このモータで減磁を起こさないためには更に保磁力が大きな材料が必要であることが分かる。そこで実施例のＭＭ３より大きな保磁力を得ているＭＭ４を用いると、全く減磁が起こっていない。
【００６６】
【表４】
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【００６７】
なお、上記実施例は永久磁石モータであるが、永久磁石発電機も同じ構造であり、本発明の効果は同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】焼結磁石体へのスリット形成態様を示し、（Ａ）〜（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は磁石体にＲ2の酸化物、Ｒ3のフッ化物、Ｒ4の酸フッ化物が均一に効率よく熱処理、浸透される領域（距離Ｌ）を示す説明図、（Ｆ）はスリットがない磁石に吸収処理した場合の概念図である。
【図２】実施例の４極６スロットの埋め込み磁石構造型モータの説明図である。
【図３】本発明により作製された磁石体Ｍ１，Ｍ２と比較例Ｐ２を接着した図２のモータに使用する平板状永久磁石の斜視図である。
【図４】比較例Ｐ１を接着した図２のモータに使用する平板状永久磁石の斜視図である。
【図５】本発明により作製された磁石体Ｍ３，Ｍ４と比較例Ｐ４の磁石形状を説明する斜視図である。
【図６】比較例Ｐ３の磁石形状を説明する斜視図である。
【図７】実施例の４極６スロットの表面磁石構造型モータの説明図である。
【図８】本発明により作製された磁石体Ｍ３，Ｍ４と比較例Ｐ４を接着した図７のモータに使用するＣ形永久磁石の斜視図である。
【図９】比較例Ｐ３を接着した図７のモータに使用するＣ形永久磁石の斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  焼結磁石体
１ａ  スリット形成面
１ｂ  スリット形成面と反対の面
２  スリット
３  吸収処理が起こり難い領域
１１、２１  ロータヨーク
１２、２２  永久磁石
１３  コイル
１４  ステータヨーク
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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