(57)【要約】【課題】磁石厚みを極薄にした場合でも、磁束の減少を生じることなく、優れた磁気特性を有する希土類磁石リングを提供する。【解決手段】  添加したTiの一部または全てが固溶したＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti合金を用いて製造した希土類磁石リングであって、TiＢ2相が分散析出したＲ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相を含み、かつＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)が0.5以下で、磁粉をラジアル方向に配向させた厚み：50〜300μmのリング状磁石の内周面または外周面に、Fe，CoおよびNiのうちから選んだ少なくとも一種を含む軟磁性材料を接合する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加したTiの一部または全てが固溶したＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti合金
但し、Ｒ（Ｙを含むランタノイドのうちから選んだ少なくとも一種）：10at％以上、            25at％以下、
Ｂ：２at％以上、20at％以下、
Fe：10at％以上、73at％未満、
Co：７at％以上、50at％以下、
Ni：５at％以上、30at％以下、
（Fe＋Co＋Ni）：55at％以上、88at％未満、
Ti：0.5at％以上、３at％以下
を用いて製造した希土類磁石リングであって、TiＢ2相が分散析出したＲ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相を含み、かつＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)が0.5以下で、磁粉をラジアル方向に配向させた厚み：50〜300μmのリング状磁石の内周面または外周面に、Fe，CoおよびNiのうちから選んだ少なくとも一種を含む軟磁性材料を接合したことを特徴とする希土類磁石リング。
【請求項２】
添加したTiの一部または全てが固溶したＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti−Ga合金
但し、Ｒ（Ｙを含むランタノイドのうちから選んだ少なくとも一種）：10at％以上、            25at％以下、
Ｂ：２at％以上、20at％以下、
Fe：10at％以上、73at％未満、
Co：７at％以上、50at％以下、
Ni：５at％以上、30at％以下、
（Fe＋Co＋Ni）：55at％以上、88at％未満、
Ti：0.5at％以上、３at％以下、
Ga：３at％以下
を用いて製造した希土類磁石リングであって、TiＢ2相が分散析出したＲ2(Fe，Co，Ni，Ga)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni，Ga)4Ｂ相を含み、かつＲ(Fe，Co，Ni，Ga)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)が0.5以下で、磁粉をラジアル方向に配向させた厚み：50〜300μmのリング状磁石の内周面または外周面に、Fe，CoおよびNiのうちから選んだ少なくとも一種を含む軟磁性材料を接合したことを特徴とする希土類磁石リング。
【請求項３】
前記軟磁性材料の径方向厚さが20〜2000μmであることを特徴とする請求項１または２記載の希土類磁石リング。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の希土類磁石リングの、内周面または外周面に形成した軟磁性材料と反対の外周面側または内周面側にステーターを配置したことを特徴とする薄型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石リングおよびこの希土類磁石リングを用いた薄型モータに関するものである。
上記した薄型モータは、ハードディスクドライブ等の電子機器に搭載して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の電子機器の小型・薄型化に伴い、そこに搭載される電磁モータのより一層の小型・薄型化が望まれている。例えば、携帯電話への大容量メモリとして、ハードディスクの搭載が検討されており、そこに使用されるモータには極薄構造が要求されている。このような極薄モータを実現するには、その構成部品も小型・薄型化することが必須となる。
【０００３】
従来、電磁モータのロータとしては、希土類焼結磁石や急冷希土類磁石粉末を樹脂に混ぜたボンド磁石などが知られているが、さらに薄型化を実現した磁石として、レーザーアブレーション法（ＰＬＤ法）やエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）による希土類磁石が、それぞれ特許文献１および特許文献２に提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７０４１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、最近では、磁石の小型・薄型化に対する要求が殊のほか強まっているが、このような状況下における課題を、以下に列挙する。
(1) Nd系の希土類焼結磁石は、粒界相が機械的なダメージを受けると保磁力が極端に小さくなり、また粒界相の劣化厚みは数10μmと大きいため、500μm未満の厚さでの使用は困難である。
(2) Nd系のボンド磁石の場合、肉厚を薄くするためには磁石粉末を小さくする必要があるが、粒径を50μm以下にすると磁気特性が低下する傾向にある。このため、薄板にすると粉末磁気特性の低下や磁石密度の低下による磁気特性の低下が避けられず、使用厚み限界は300〜500μm程度と見積もられている。
(3) 上記(1), (2)を解決するものとして、ＰＬＤ法やＡＤ法を用いた厚膜希土類磁石が上掲特許文献１，２で提案されたが、この磁石は結晶方向がランダムな無配向磁石であるため、大きなエネルギー積を得ることは困難である。
(4) Nd−Fe−Ｂ磁石は耐食性に劣るため、防食コーティングが必須となるが、この皮膜厚みの分ギャップ長が大きくなるので、モータトルクが低下する。特に薄型磁石においてはこの影響が大きい。中でも、Niめっき膜を施すと、それ自身が軟磁性を示すため、板厚みがNiめっき膜に匹敵するほど薄くなった場合には、磁石から発生する磁束が減少する。
(5) ロータには多極着磁を行う必要があるが、モータの小型化に伴いそのパターンが微細化し、着磁がしがたいという問題が発生する。特に、上記(2), (3)の磁石は無配向磁石であるため、良好な着磁特性を得ることが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の目的は、磁石厚みを極薄にした場合であっても、磁束の減少を生じることなく、優れた磁気特性を得ることができる希土類磁石リングを提案することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記した希土類磁石リングを用いることにより、従来よりも大幅な小型・薄型化に成功した薄型モータを提案することにある。
【０００７】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）添加したTiの一部または全てが固溶したＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti合金
但し、Ｒ（Ｙを含むランタノイドのうちから選んだ少なくとも一種）：10at％以上、            25at％以下、
Ｂ：２at％以上、20at％以下、
Fe：10at％以上、73at％未満、
Co：７at％以上、50at％以下、
Ni：５at％以上、30at％以下、
（Fe＋Co＋Ni）：55at％以上、88at％未満、
Ti：0.5at％以上、３at％以下
を用いて製造した希土類磁石リングであって、TiＢ2相が分散析出したＲ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相を含み、かつＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)が0.5以下で、磁粉をラジアル方向に配向させた厚み：50〜300μmのリング状磁石の内周面または外周面に、Fe，CoおよびNiのうちから選んだ少なくとも一種を含む軟磁性材料を接合したことを特徴とする希土類磁石リング。
【０００８】
（２）添加したTiの一部または全てが固溶したＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti−Ga合金
但し、Ｒ（Ｙを含むランタノイドのうちから選んだ少なくとも一種）：10at％以上、            25at％以下、
Ｂ：２at％以上、20at％以下、
Fe：10at％以上、73at％未満、
Co：７at％以上、50at％以下、
Ni：５at％以上、30at％以下、
（Fe＋Co＋Ni）：55at％以上、88at％未満、
Ti：0.5at％以上、３at％以下、
Ga：３at％以下
を用いて製造した希土類磁石リングであって、TiＢ2相が分散析出したＲ2(Fe，Co，Ni，Ga)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni，Ga)4Ｂ相を含み、かつＲ(Fe，Co，Ni，Ga)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)が0.5以下で、磁粉をラジアル方向に配向させた厚み：50〜300μmのリング状磁石の内周面または外周面に、Fe，CoおよびNiのうちから選んだ少なくとも一種を含む軟磁性材料を接合したことを特徴とする希土類磁石リング。
【０００９】
（３）前記軟磁性材料の径方向厚さが20〜2000μmであることを特徴とする上記（１）または（２）記載の希土類磁石リング。
【００１０】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の希土類磁石リングの、内周面または外周面に形成した軟磁性材料と反対の外周面側または内周面側にステーターを配置したことを特徴とする薄型モータ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リング磁石厚みを極薄にした場合であっても、優れた磁気特性を有する希土類磁石リングを得ることができる。
その結果、高性能の薄型モータを実現のものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
まず、本発明のＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti合金からなる希土類磁石リングにおいて、素材の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｒ（Ｙを含むランタノイドのうちから選んだ少なくとも一種）：10at％以上、25at％以下
Ｒは、Ｒ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相においては大きな結晶磁気異方性を持つ点で、また粒界においては逆磁区の発生を抑制して保磁力を大きくする点で、有用な成分である。しかしながら、含有量が10at％に満たないと、Fe，Co，Niリッチ相が析出して保磁力が低下し、一方25at％を超えると相対的にFe，Co，Ni濃度が低下して飽和磁化が低下する。従って、Ｒは10at％以上、25at％以下の範囲に限定した。
【００１３】
Ｂ：２at％以上、20at％以下
Ｂは、Ｒ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相を形成するのに有用な成分である。しかしながら、含有量が２at％に満たないと、やはりFe，Co，Niリッチ相が析出して保磁力が低下し、一方20at％を超えると相対的にFe，Co，Ni濃度が低下して飽和磁化が低下する。従って、Ｂは２at％以上、20at％以下の範囲に限定した。
【００１４】
Fe：10at％以上、73at％未満
Feは、大きな飽和磁化を得るのに有効に寄与するが、含有量が10at％未満ではその添加効果に乏しく、一方73at％以上になるとα−Feの析出を伴い、保磁力低下の不利を招く。従って、Feは10at％以上、73at％未満の範囲に限定した
【００１５】
Ni：５at％以上、30at％以下
Niは、耐食性を向上させるに有効な元素であるが、含有量が５at％未満ではその添加効果に乏しく、一方30at％を超えると保磁力や飽和磁化の急激な低下を招く。従って、Niは５at％以上、30at％以下の範囲に限定した。
【００１６】
Co：７at％以上、50at％以下
Coは、Ni添加による耐食性の向上効果を損なうことなしに、磁気特性、特に保磁力を効果的に向上させ得るだけでなく、キュリー温度の向上にも有効な元素である。しかしながら、含有量が７at％未満ではその添加効果に乏しく、一方50at％を超えるとむしろ保磁力や飽和磁化の低下を招く。従って、Coは７at％以上、50at％以下の範囲に限定した。
【００１７】
（Fe＋Co＋Ni）：55at％以上、88at％未満
上記した（Fe＋Co＋Ni）の合計量が55at％に満たないと飽和磁化が低下し、一方88at％以上になるとＲやＢが少なくなり保磁力が低下する。従って、（Fe＋Co＋Ni）量は55at％以上、88at％未満の範囲に限定した。
【００１８】
Ti：0.5at％以上、３at％以下
本発明の希土類磁石は、溶解・鋳造したＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti合金またはＲ−Ｂ−Fe−Co−Ni−Ti−Ga合金から製造されるが、溶解・鋳造段階では、添加したTiの一部または全部が合金中に固溶していることが肝要である。
すなわち、本発明の希土類磁石リングにおいて、添加したTiは、焼結後には、全てTiB2として析出するのであるが、溶解・鋳造段階では、少なくとも一部は合金中に固溶させており、残りの部分はTiB2として析出させる。そして、固溶させたTiは焼結時にＲ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相中に析出させる。
【００１９】
これらの析出相は、以下に示す２つの効果がある。
第１の効果は、機械強度の向上であり、この効果は、析出相がクラック伝播を抑制する効果と結晶粒の微細化効果からなる。前者はＲ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相中に析出したTiB2、一方後者は、溶解・鋳造時に析出し粒界に偏析したTiB2が効果の主たる役割を担っている。
従って、溶解・鋳造時には、全てのTiを固溶させていてもよいが、一部を析出させておいた方がより効果的である。好適な固溶量は添加Ti量の15〜45％程度である。
【００２０】
第２の効果は、Ｒ（Fe，Co，Ni）4Ｂ相量のコントロールである。
Ｒ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相は、Nd−Fe−Ｂ合金における非磁性の Nd1.1Fe4B4に対応する。Nd1.1Fe4B4と違って 強磁性相で飽和磁化の増大に寄与するが、磁化容易軸が面内に向いているため、その析出の形態によっては保磁力が低下する。この点、Tiを添加するとTiB2の析出と共に合金中のＢ濃度が低下してＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相量が減少する。また、先に述べたように結晶粒の微細化も起こる。このような状態でのＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相は、飽和磁化の増大に寄与し、保磁力低下の原因とはならない。
【００２１】
上記のメカニズムについては、まだ明確に解明されたわけではないが、おそらく保磁力を発現するNd2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相との磁気的な交換結合に起因しているものと推定している。
【００２２】
ここに、Tiの添加量が0.5at％未満では、上記の効果が小さく、一方３at％超えではＢ濃度が低くなりすぎる等の理由で保磁力の低下を招く。従って、Tiは0.5at％以上、３at％以下の範囲に限定した。
【００２３】
また、本発明において、TiＢ2相が分散析出したＲ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相の量は、体積率で0.3〜５％程度とすることが好ましい。というのは、Ｒ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相量が 0.3％に満たないと機械強度向上の効果が小さく、一方５％を超えると主相内の歪が大きくなって保磁力の低下を招くからである。
同様に、Ｒ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相の量は、体積率で１〜20％程度とすることが好ましい。というのは、Ｒ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相量が１％に満たないと（Fe，Co，Ni）リッチ相が析出して保磁力を低下させ、一方20％を超えると（Fe，Co，Ni）を消費して飽和磁化を下げてしまうからである。
【００２４】
Ｒ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)：0.5以下
Ｒ−遷移金属−Ｂ合金磁石には、Ｂリッチ相が必ず存在し、Nd−Fe−ＢではNd1.1Fe4B4相が析出する。このＢリッチ相はＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相よりもＢが多い。本発明に従いTiを添加した場合には、Ｂを多量に消費することを考慮すると、Ｂの少ないＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相を勘案して、Ｂ量をバランスすることが望ましい。ここに、原子数で（Fe＋Co＋Ni)合計量に対するFe量の比すなわち原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)が0.5超になるとＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相が存在できなくなり、αFeなど保磁力の低下する相が析出する。従って、Ｒ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相における原子数比Fe／(Fe＋Co＋Ni)は0.5以下に限定した。
【００２５】
Ga：３at％以下
また、本発明では、磁気特性とくに保磁力の向上を目的として、さらにGaを含有させることもできる。このGaは、Ｒ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相に固溶してＲ2(Fe，Co，Ni，Ga)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni，Ga)4Ｂ相を形成する。かかるＲ2(Fe，Co，Ni，Ga)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni，Ga)4Ｂ相の作用・効果は、Ｒ2(Fe，Co，Ni)14Ｂ相およびＲ(Fe，Co，Ni)4Ｂ相の場合と同様であるが、特に保磁力の向上に有効に寄与する。しかしながら、含有量が３at％を超えるとかえって保磁力の低下を招くので、Gaは３at％以下の範囲で添加することが好ましい。なお、このGa添加量の好適下限値は0.5at％である。
そして、このGaは、Tiと同時に添加するとより効果的である。
【００２６】
なお、本発明では、上記した有効成分の他、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｖ，Cr，Mn，Cu，Zn，Ge，In，Sn，Zr，Hf，Ta，Ｗなどの不純物成分が若干混入することがあるが、これらの不純物は合計量が２at％以下であれば特に問題はない。
【００２７】
さらに、本発明において、希土類磁石リングの厚みは50〜300μmの範囲に制限する。というのは、本発明で対象とするモータ厚みは１mm程度以下であり、この要件を満足するためには、磁石厚みは300μm以下に抑える必要があるからである。とはいえ、磁石厚みが50μm未満になると材料の割れなどが発生して、ハンドリングが困難になる。より好ましい磁石厚みは100〜200μm である。
【００２８】
また、本発明において、磁石リングの磁粉の配向はラジアル方向である。ここに、磁粉の配向がラジアル方向とは、通常単結晶である磁粉のｃ軸の配向がラジアル方向であることを意味する。従って、リングの内側または外側に軟磁性材料（層）を接合することが有利である。この軟磁性材料は、モータ磁気回路におけるバックヨークとしての機能を持つが、本発明では極薄磁石の強度を補強する効果が大きい。しかしながら、かかる軟磁性材料の径方向の厚さが20μm未満では補強効果に乏しく、一方2000μmを超えるとモータの設置面積が大きくなり、小型化が損なわれるので、軟磁性材料の径方向の厚さは20〜2000μm程度とすることが好ましい。
【００２９】
かかる軟磁性材料の接合位置は、ステータがリング内側に設置されるときはリングの外周側とし、一方ステータがリングの外側に設置されるときはリングの内周側とする。
また、かかる軟磁性材料としては、Fe，CoおよびNiのうちから選んだ少なくとも一種を含む合金または酸化物磁性材料が有利に適合する。例えば、Fe，Co，Ni等の金属の他、Fe−Ni，Fe−Si，Fe−Al−Si，Fe−Cr−Si等の合金系およびMnZn系フェライトやNiZn系フェライト等のソフトフェライ卜が適用できる。
【００３０】
そして、本発明の希土類磁石リングと回転軸とで構成したロータ、および該ロータと空隙を介して径方向に対向配置したステータとにより、薄型モータを実現することができる。
【実施例１】
【００３１】
表１に示す成分組成になるように各元素を秤量して高周波溶解後、水冷銅ハースに鋳込んだ。得られたインゴットを、Ar気流中で粗粉砕後、ジェットミルで平均２〜３μmまで徴粉砕したのち、ラジアル方向に10Oeの磁界を発生できる磁場中成形機にて、1.5 t/cm2の圧力で成形し、ついで真空中、1000〜1100℃で熱処理して円筒状の焼結体を得た。この焼結体は、引き続き、研削加工で寸法を揃えたのち、内周に500μm 厚みのFe-Si合金を接着した。ついで、ダイヤモンドホイールにて切断後、＃400遊離砥粒研摩して所定の厚みとした。表１中、特にNo.24は、溶解・鋳造後のインゴットを1000℃で１時間真空熱処理して、全てのTiを析出させたものである。
かくして得られた希土類磁石リングの表面磁界および耐食性について調べた結果を、表１に併記する。
【００３２】
なお、表面磁界は、得られた希土類磁石リングを４極着磁して、その外周表面をガウスメータで測定したものである。表１では、No.１（発明例１）の値を1.0としたときの相対値で示した。
また、インゴット中、R2TM14B中のTi固溶量は、SEM-EDXにて測定した。
さらに、耐食性は、温度：70℃、湿度：95％にて500時間腐食試験を行ったときの、発錆面積率で評価し、その値が20％未満の場合を耐食性良好（○）と判断した。
【００３３】
【表１】
2007116060.tif 000002
【００３４】
表１から明らかなように、本発明に従う希土類磁石リングはいずれも、磁石厚みが300μm以下と薄いにもかかわらず、優れた表面磁界と耐食性の両者を併せて得ることができた。