(57)【要約】主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70以上であるを特徴とするNdFeB系焼結磁石。前記NdFeB系焼結磁石の製造方法は合金溶解工程、粉末化工程、粉末混合工程、プレス成形工程、焼結工程及び熱処理工程を含む。本発明は、成分配合の調整及び工程パラメーターの最適化によって、高い最大エネルギー積と高い固有保磁力を兼ね備えるNdFeB系焼結磁石を作成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70以上（（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧70）であることを特徴とするNdFeB系焼結磁石。
【請求項２】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が72以上（（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧72）であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が73以上（（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧73）であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が75以上（（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧75）であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項５】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70〜93であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項６】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70〜90であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項７】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70〜85であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項８】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が75〜93であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項９】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が75〜90であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１０】
前記磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が75〜85であることを特徴とする請求項1に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１１】
前記磁石は、最大エネルギー積（BH）maxが26MGOe以上であり、且つ、固有保磁力Hcjが18kOe以上であり、残留磁束密度Brが10.3kGs以上であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１２】
前記磁石の配向方向と直交する方向における残留磁束密度Br（⊥）と配向方向における残留磁束密度Brの比、Br（⊥）/ Brが0.15未満であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１３】
20℃〜180℃の温度における残留磁束密度Brの温度係数αBrが−0.125％／℃〜−0.090％／℃であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１４】
20℃〜180℃の温度における固有保磁力Hcjの温度係数βHcjが−0.50％／℃〜−0.20％／℃であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１５】
環境温度130℃、相対湿度95％、2.6気圧で240時間放置した後の、高さ方向を配向方向とする直径10mm高さ10mmの円筒形磁石の減耗量の絶対値が5mg/cm2以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１６】
環境温度130℃、相対湿度95％、2.6気圧で240時間放置した後の、高さ方向を配向方向とする直径10mm高さ10mmの高さ円筒形磁石の減耗量の絶対値が3mg/cm2以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１７】
環境温度130℃、相対湿度95％、2.6気圧で240時間放置した後の、高さ方向を配向方向とする直径10mm高さ10mmの高さ円筒形磁石の減耗量の絶対値が1mg/cm2以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１８】
前記磁石の酸素含有量が500〜2500ppmであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項１９】
前記磁石の酸素含有量が1000〜1500ppmであることを特徴とする請求項18に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２０】
前記磁石の水素含有量が10ppm以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２１】
前記磁石の水素含有量が5ppm以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２２】
前記磁石の密度が7.60〜7.80g/cm3であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２３】
希土類元素R: 28〜32wt%、添加元素T: 0〜4wt%、ボロンB: 0.93〜1.0wt%、残部の鉄Feと微量の不純物からなるNdFeB系焼結磁石であって、RはY、Sc、及び15種のランタン系元素の1種又は1種以上であり、TはTi、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Snの1種又は1種以上であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２４】
前記磁石の組成成分において、希土類元素RはNd、Pr、Dy、Tb、Hoの1種又は1種以上であり、添加元素TはAl、Cu、Co、Ga、Ti、V、Zr、Nb、Mo又はSnの1種又は1種以上であることを特徴とする請求項23に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２５】
前記磁石の組成成分は、Nd＋Pr: 18〜26wt%と、Dy+Tb: 2.0〜13.5wt%とを含む希土類元素R、Al: 0.1〜0.6wt%と、Cu: 0〜0.2wt%と、Co: 0〜3wt%と、Ga: 0〜0.2wt%とを含む添加元素T、B: 0.93〜1.0wt%、及び残部のFeと微量の不純物からなることを特徴とする請求項24に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２６】
主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、磁石の配向方向と直交する断面において、全断面積に対する前記磁石の主相の面積が91〜97%であることを特徴とするNdFeB系焼結磁石。
【請求項２７】
磁石の配向方向と直交する断面において、全断面積に対する前記磁石の主相の面積が94〜96%であることを特徴とする請求項26に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２８】
前記磁石における主相であるNd2Fe14B結晶構造の結晶格子定数a=0.8760〜0.8800nm、c=1.2000〜1.2230nmであることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項２９】
前記磁石の主相の結晶磁気異方性磁界Haが80〜140kOeであることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３０】
前記磁石の主相の平均結晶粒子サイズが5.0〜10.0μmであることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３１】
前記磁石の配向方向と直交する方向における残留磁束密度Br（⊥）と配向方向における残留磁束密度Brの比、Br（⊥）/ Brが0.15未満であることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３２】
20℃〜180℃の温度における、残留磁束密度Brの温度係数αBrが−0.125％／℃〜−0.090％／℃であることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３３】
20℃〜180℃の温度における、固有保磁力Hcjの温度係数βHcjが−0.50％／℃〜−0.20％／℃であることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３４】
環境温度130℃、相対湿度95％、2.6気圧で240時間放置した後の、高さ方向を配向方向とする直径10mm高さ10mmの円筒形磁石の減耗量の絶対値が5mg/cm2以下であることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３５】
前記磁石の酸素含有量が500〜2500ppmであることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３６】
前記磁石の水素含有量が10ppm以下であることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３７】
希土類元素R: 28〜32wt%、添加元素T: 0〜4wt%、ボロンB: 0.93〜1.0wt%、残部の鉄Feと微量の不純物からなるNdFeB系焼結磁石であって、RはY、Sc、及び15種のランタン系元素の1種又は1種以上であり、TはTi、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Snの1種又は1種以上であることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３８】
前記磁石の組成成分において、希土類元素RはNd、Pr、Dy、Tb、Hoの1種又は1種以上であり、添加元素TはAl、Cu、Co、Ga、Ti、V、Zr、Nb、Mo又はSnの1種又は1種以上であることを特徴とする請求項37に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項３９】
前記磁石の組成成分は、Nd＋Pr: 18〜26wt%と、Dy+Tb: 2.0〜13.5wt%とを含む希土類元素R、Al: 0.1〜0.6wt%と、Cu: 0〜0.2wt%と、Co: 0〜3wt%と、Ga: 0〜0.2wt%とを含む添加元素T、B: 0.93〜1.0wt%、及び残部のFeと微量の不純物からなることを特徴とする請求項38に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４０】
主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、磁石のキュリー温度が310〜340℃であることを特徴とするNdFeB系焼結磁石。
【請求項４１】
20℃〜180℃の温度における、残留磁束密度Brの温度係数αBrが−0.125％／℃〜−0.090％／℃であり、固有保磁力Hcjの温度係数βHcjが−0.50％／℃〜−0.20％／℃であることを特徴とする請求項40に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４２】
前記磁石の配向方向と直交する方向における残留磁束密度Br（⊥）と配向方向における残留磁束密度Brの比、Br（⊥）/ Brが0.15未満であることを特徴とする請求項40に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４３】
パーミアンス係数Pc=−B/H=2の直径10mm高さ8.8mmの円筒形磁石を、200℃以下の任意温度で120分間保持した後、その不可逆減磁率の絶対値が5%以下であり、前記磁石の高さ方向が配向方向であることを特徴とする請求項40に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４４】
環境温度130℃、相対湿度95％、2.6気圧で240時間放置した後の、高さ方向を配向方向とする直径10mm高さ10mmの高さ円筒形磁石の減耗量の絶対値が5mg/cm2以下であることを特徴とする請求項40から請求項43のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４５】
前記磁石の酸素含有量が500〜2500ppmであることを特徴とする請求項40から請求項43のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４６】
前記磁石の水素含有量が10ppm以下であることを特徴とする請求項40から請求項43のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４７】
希土類元素R: 28〜32wt%、添加元素T: 0〜4wt%、ボロンB: 0.93〜1.0wt%、残部の鉄Feと微量の不純物からなるNdFeB系焼結磁石であって、RはY、Sc及び15種のランタン系元素の1種又は1種以上であり、TはTi、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Snの1種又は1種以上であることを特徴とする請求項40から請求項43のいずれか一項に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４８】
希土類元素RはNd、Pr、Dy、Tb、Hoの1種又は1種以上であり、添加元素TはAl、Cu、Co、Ga、Ti、V、Zr、Nb、Mo又はSnの1種又は1種以上であることを特徴とする請求項47に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項４９】
前記磁石の組成成分は、Nd＋Pr: 18〜26wt%と、Dy+Tb: 2.0〜13.5wt%とを含む希土類元素R、Al: 0.1〜0.6wt%と、Cu: 0〜0.2wt%と、Co: 0〜3wt%と、Ga: 0〜0.2wt%とを含む添加元素T、B: 0.93〜1.0wt%、残部のFeと微量の不純物からなることを特徴とする請求項48に記載のNdFeB系焼結磁石。
【請求項５０】
合金の溶解工程、粉末化工程、粉末混合工程、プレス成形工程、焼結工程及び熱処理工程を含むことを特徴とする請求項1、請求項26又は請求項40に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５１】
前記合金の溶解工程は急速凝固薄帯技術を用いる工程であって、合金薄帯の厚さが0.1〜0.5mmであり、且つ、合金薄帯の酸素含有量が40ppmから160ppmであることを特徴とする請求項50に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５２】
前記粉末化工程は、まず、急速凝固した合金薄片を水素粉砕処理し、それから、不活性ガス又は窒素を動作媒体とするジェットミルにより平均粒度2.0〜4.0μmの微粉末に作成する工程であって、水素粉砕処理後の粉末の水素含有量が500ppmから1600ppmであり、得られた微粉末はいずれも単結晶粒子であることを特徴とする請求項50に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５３】
前記粉末混合工程は、ガスで保護されている容器内に、異なる期間にてジェットミルにより作成した各微粉末を混合して均一な粉末を得る工程であって、粉末を混合する際に、混合された微粉末総重量に対して200〜500ppmの潤滑剤を添加することを特徴とする請求項50に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５４】
前記容器の容量は50〜2000kgであり、前記混合の仕方は、容器を1時間から5時間三次元的運動させることであることを特徴とする請求項53に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５５】
前記プレス成形工程は、粉末を混合して得られた均一な粉末をガスで保護されている密閉したプレス機に入れ、プレスしてブラックを得る工程であって、プレス成形時に粉末に印加した配向磁場が10kOe〜30kOeであり、プレスにより得たブラックをガスで保護されている容器に入れておくことを特徴とする請求項50に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５６】
前記焼結工程は、プレスして得られたブラックを真空焼結炉内に入れて、真空又はガス保護雰囲気で焼結を行う工程であって、前記焼結の温度が1045℃〜1085℃であり、4〜8時間保温した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内を100℃以下に冷却させることを特徴とする請求項50に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５７】
前記熱処理工程は、前記焼結工程の後、真空又はガス保護雰囲気中で二回の焼き戻し処理を行う工程であって、一回目の焼き戻し処理では、真空焼結炉内温度を850℃〜950℃に上げ、3〜5時間温度保持した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を100℃以下に下げ、二回目の焼き戻し処理では、真空焼結炉内温度を450℃〜650℃に上げて、3〜5時間温度保持した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を80℃以下に下げることを特徴とする請求項50に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５８】
保護用の前記ガス、又はガス保護雰囲気は、窒素、不活性ガス又は不活性ガスと窒素の混合ガスであることを特徴とする請求項53、請求項55、請求項56又は請求項57に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【請求項５９】
前記不活性ガスはアルゴンガスであることを特徴とする請求項58に記載のNdFeB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、NdFeB系焼結磁石及びその製造方法に関するものであり、特に超高性能のNdFeB系焼結磁石及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
NdFeB系焼結磁石は、電子情報、自動車工業、医療機器、エネルギーや交通等の多くの分野で使用されている。これと共に、絶えざる技術進歩とコスト削減に従い、NdFeB永久磁石はたくさんの新しい分野への幅広い応用が期待できる。特に全世界に広まる低炭素経済化の中で、世界各国が環境保護、低炭素排出をキーテクノロジー分野として注目し、エネルギー構造の改善、再生エネルギーの発展、効率の向上、排出削減、低炭素生活の唱道などの面に新たな要求が提出され、風力発電、新エネルギー自動車、省エネ家電などの低炭素経済産業の発展にも広い市場空間を提供した。絶えざる応用の広がりと技術の発展に従い、使用されているNdFeB系焼結磁石に更なる高い要求が提出された。例えば、最も速やかに普及したノートパソコンについて、現在は2.5インチのハードディスクが多く使われ、その中のボイスコイルモーター（VCM）は、N50HのNdFeB系焼結磁石を採用する必要があり、最大エネルギー積（BH）max＞48MGOe、固有保磁力Hcj＞16kOe。自動車エンジンのイグニッションコイルでは、薄片状の高性能NdFeB系焼結磁石が使用され、使用温度が200℃以上のため、N35EHSのNdFeB系焼結磁石を採用する必要があり、最大エネルギー積（BH）max＞33MGOe、固有保磁力Hcj＞35kOe。多くのNdFeB系焼結磁石の新しい応用分野、例えば、最近の人工知能搭載の歩行ロボット、集積技術の利用した専用モーター、自動車向けの自動システムなどの分野では、いずれも高いエネルギー積（BH）maxと高い固有保磁力Hcjを兼ね備えることが要求されている。レアアースは重要な戦略的資源であり、NdFeB系焼結磁石の総合的な磁気性能を向上することにより、レアアースの有効利用が図られる。そのため、NdFeB系焼結磁石の最大エネルギー積（BH）maxと固有保磁力Hcjを同時に向上させることがNdFeB系焼結磁石の発展方向になった。
【０００３】
現在、各種専門用途に係わる特殊の要求を満足するため、世界中の各主要メーカーが高性能グレードのNdFeB系焼結磁石を次から次へと出している。日立金属が安定生産できる高エネルギー積のNdFeB系焼結磁石を開発して、最大エネルギー積53MGOeの磁石をロット生産開始した。ドイツ真空溶解精錬会社（VAC）も最大エネルギー積50MGOeの磁石が大量生産できた。TDKも最大エネルギー積48〜50MGOeの磁石商品が提供できた。しかしながら、高エネルギー積と高固有保磁力を同時に備えた磁石はまだ現れていない。下表は一部のメーカーの高グレードNdFeB系焼結磁石の性能リストで、Brは残留磁束密度であり、残留磁気（Br＝4πMr，Mrは残留磁化）と略称し、Hcjは固有保磁力、（BH）maxは最大エネルギー積を表す。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
上表にリストした高グレード製品から見ると、NdFeB系焼結磁石が高い最大エネルギー積を有する場合、固有保磁力が比較的に低い、一方、固有保磁力が高い場合、最大エネルギー積が低い。且、各グレードの製品の最大エネルギー積（BH）max（MGOe）と固有保持力Hcj（kOe）の合計値が60〜70である。
【０００６】
永久磁石の基本的な役割は応用空間に磁場を提供することである。磁石の最大エネルギー積（BH）max（MGOe）は永久磁石が外部へ提供できる磁場エネルギーの強さを表し、同寸法の永久磁石において、（BH）maxが高ければ高いほど、提供できる磁場が強い。固有保持力Hcj（kOe）は磁石がその永久磁気性能を保証又は維持する能力を評価するためのものであり、磁石のHcjが十分高くならないと、磁石は実際使用中に反磁場、温度又は振動などの影響を受け、Hcjがある程度低下することで、磁石の一部又は全体の磁場提供能力が低下する、即ち、永久磁石がその磁気性能を保証又は維持する能力が低下する。
【０００７】
NdFeB系磁石では、Hcjと（BH）max又はHcjとBrの間にトレードオフの関係が存在している、即ち、高いHcjを望む場合、磁石の（BH）maxとBrが低下になる；磁石の（BH）maxとBrが高ければ、Hcjが低下になる。なお、磁石の（BH）maxが大きく影響されるように一方的にHcjを高めると、指標が低くなり、磁石の総合磁気性能が低下し、やはり磁石の使用に影響する。そのため、NdFeB系焼結磁石業界では、最大エネルギー積と固有保磁力の合計値を、磁石が本当に高性能を持っているか否かの評価基準とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
優れた永久磁石は、高いキュリー温度Tc、高い残留磁束密度Br又はMr（Br＝4πMr）、高い固有保磁力Hcjと高い最大エネルギー積（BH）maxを有する。後ろの三つの指標は永久磁石の外部磁気特性指標と呼ばれ、キュリー温度Tc、飽和磁化Msと結晶磁気異方性磁界Haなどを永久磁石の主相の固有磁気特性指標と呼ぶ。永久磁石の外部磁気特性指標の大きさは永久磁石の主相の固有磁気特性指標によって決まり、優れた固有磁気特性の持っている材料でなければ、高性能永久磁石に開発できない。キュリー温度が高ければ高いほど、永久磁石の作業温度範囲が高くなり、温度安定性がより優れる。
【０００９】
飽和磁化Msが永久磁石の最大エネルギー積の上限の理論値を決める、最大エネルギー積は（BH）max≦（4πMr）2/4≦（4πMs）2/4となるため、高い飽和磁化Msを持つ材料でなければ、高エネルギー積の永久磁石に開発できない。固有保磁力はHcj＝CHa−N（4πMs）となるため、高い結晶磁気異方性磁界Haを持っていた材料でなければ、高保磁力の永久磁石が作れない。但し、高いキュリー温度、高い飽和磁化と高い結晶磁気異方性磁界を持つ材料は必ずしも高性能永久磁石に製造開発できるとは言えなく、高保磁力と高エネルギー積を実現できるような適切な作成工程はあるか否かということにも関連する。永久磁石の組成が確定されたら、最大飽和磁化Msの理論値が確定される。もし、磁石が完全に単一主相で構成されるなら、その永久磁石の最大エネルギー積の理論最大値が得られる。NdFeBで例を挙げると、磁石が100%Nd2Fe14B結晶構造（正方対称、空間群P42/mnm）の単一主相のみで構成され、且、全ての結晶粒子の磁化容易軸（即ち、正方相のC軸）が平行整列した（配向一致）場合に、理論上の最大エネルギー積の約64MGOeが得られる。但し、その時点では、当該磁石が固有保磁力Hcjを持っていないので、まだ永久磁石と呼べなく、永久磁石材料として使用できない。その原因は、当該磁石において、結晶粒子と結晶粒子がお互いに緊密に繋がり、磁化がC軸の二つの磁化容易方向に沿って分布するが、正方向と負方向の大きさが同じでお互いに相殺するので、磁石が外部に磁性を示さない；磁石が磁化容易方向で磁化（着磁）された場合、当該磁石中の全ての結晶粒子の磁化が磁場方向に沿う；但し、磁場を除いた後、当該磁石中の結晶粒子の磁化がまた着磁前の状態、即ち、大きさが同じで方向が反対の状態でC軸の二つの磁化容易方向に分布になり、換言すれば、当該磁石が残留磁束密度と保磁力を持ってなく、永久磁石としての性能が発現しない。そこで、希土類永久磁石作成の中の粉末冶金工程を利用して、磁石の主相結晶粒子の粒界にある程度のRリッチ相を存在させる必要がある、即ち、主相結晶粒子をRリッチ相で隔てることで、磁石に一定程度の固有保磁力Hcjを持たせる必要がある。配向方向が飽和磁化（着磁）された場合、当該磁石中の全ての主相結晶粒子の磁化も同様に磁場方向に沿うことになり；その時、外部磁場を撤去すると、固有保磁力の存在のため、磁石の中の全ての結晶粒子の磁化は、磁化の負方向に反転できず、そのまま着磁方向に沿うことしかできない、その時、磁石の残留磁気と保磁力などの外部磁気特性が発現される。ただし、磁石中の主相とRリッチ相の割合を適切な範囲にする必要があり、Rリッチ相が少なくなると、磁石中に占める主相の割合が高くなり、磁石の飽和磁化Msが高くなり、これにより磁石の残留磁束密度と最大エネルギー積の上限が上げられるが、磁石の保磁力が相当小さくなる可能がある；一方、Rリッチ相が多くなると、高い保磁力の取得に有利だが、磁石中に占めるNd2Fe14B結晶構造の主相の割合が低下するため、飽和磁化Msが低くなり、その結果磁石の残留磁束密度と最大エネルギー積の低下を引き起こす。
【００１０】
残留磁束密度と固有保磁力とをバランスよく有するNdFeB系永久磁石を得るためには、その最大エネルギー積と固有保磁力の合計値を出来るだけ大きくすることが考えられる。本発明は以下の2点に着目した。一つ目は、磁石組成の配合を最適化することにより、主相にNd2Fe14B結晶構造を持たせると共に磁石における主相の割合を適切な範囲に保つことで、優れた固有磁気特性を図ることであり、二つ目は、作成工程と生産プロセスを最適化することによって、優れた固有磁気特性が外部磁気特性の面にも反映されるようにすることである。
【００１１】
さらに、本発明がFeの一部をCo元素で置換することによって、Nd2Fe14B結晶構造を有する主相のキュリー温度Tcと飽和磁化Msなどの固有磁気特性を高め、残留磁束密度温度係数と固有保磁力温度係数を高めた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、下記構成によりなされたものです。主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70以上（（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧70）であることを特徴とするNdFeB系焼結磁石。
【００１３】
主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、磁石の配向方向と直交する断面において、全断面積に対する前記磁石の主相の面積が91〜97%であることを特徴とするNdFeB系焼結磁石。
【００１４】
主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、キュリー温度が310〜340℃であることを特徴とするNdFeB系焼結磁石。
【００１５】
合金溶解工程、粉末化工程、粉末混合工程、プレス成形工程、焼結工程及び熱処理工程を含むことを特徴とするNdFeB系焼結磁石の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
上述したように、本発明は成分配合の調整と工程パラメーターの最適化によって、磁石における主相の割合を適切な範囲に保ち、且つ磁石主相結晶粒子に高配向度を持たせることで、残留磁束密度を向上した。また、粒界Rリッチ相と微構造を最適化して、固有保磁力を向上した。さらにまた、NdFeB系焼結磁石に高い最大エネルギー積と高い固有保磁力を兼ね備えることで、（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧70の超高性能を持つNdFeB系焼結磁石を得ることが達成した。本発明は、NdFeB系焼結磁石のキュリー温度、固有保磁力の向上と微構造の最適化によって、磁石の残留磁束密度温度係数と固有保磁力温度係数を改善して、更なる広い温度範囲で使用可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図1は、磁石サンプル中の着磁方向又は配向方向を法線方向とした断面の白黒二値化処理前の金属組織写真である。
【図２】図2は、磁石サンプル中の着磁方向又は配向方向を法線方向とした断面の白黒二値化処理後の金属組織図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Nd2Fe14B金属間化合物の理論上の最大エネルギー積は約64MGOeであり、この場合、当該金属間化合物の100%が全てNd2Fe14B結晶構造の主相であるが、NdFeB系焼結磁石の実際の最大エネルギー積はそれより小さい。その原因は、一定の固有保磁力Hcjを得るため、Nd2Fe14B結晶構造とする主相の結晶粒界にRリッチ相が存在する必要があり、又は、プロセスによる磁石を理想状態から偏移させる各種要素、例えば、空隙、不純物、主相結晶粒子の配向度などによって、磁石中に占める主相の割合が低減し、結果として磁石の残留磁束密度が低減し、最大エネルギー積が低減する。
【００１９】
NdFeB系焼結磁石の残留磁束密度Brは下記の関係式で表される。
【００２０】
Br＝4πMr＝4πMs（ρ/ρo）（1−α）f
Msは主相の飽和磁化、ρ/ρoは相対密度（ρは磁石の密度、ρoは主相の密度）、αはその他不純物相の体積%、fは結晶粒子の配向度係数。高エネルギー積の永久磁石を得るため、焼結磁石の主相の割合を高め、合金成分をできるだけNd2Fe14Bの成分に近くする（つまり、高いMsを保つ）必要があり、同時に、液相焼結によって高密度磁石（ρ/ρoを100%に近くする）を実現するように、一定のRリッチ相（小さいα）が存在し、且、焼結後の磁石を高保磁力を持たせるように、Rリッチ相を均一に主相結晶粒界に分布させる必要もある。
【００２１】
NdFeB系焼結磁石の固有保磁力Hcjは下記の関係式で表される。
【００２２】
Hcj＝CHa−N（4πMs）
Haは主相の結晶磁気異方性磁界、Cは主相の結晶粒子とその界面の結晶粒子の間の相互作用に依存し、Nは有効反磁界係数、CとNは焼結磁石の結晶粒子サイズ及びその分布、隣接結晶粒子間の配向特徴と境界特徴に敏感に依存する。十分に高い固有保磁力を有する磁石を得るため、先ず、磁石のNd2Fe14B結晶構造とする主相が高い結晶磁気異方性磁界Haを持つことが必要で、そして、工程の最適化によって、C値を高めると共に、有効反磁界係数Nを下げる。
【００２３】
（BH）maxを決定する要因は磁石の主相であり、磁石のHcjを決定する要因はRリッチ相である。磁石内部のRリッチ相が多すぎると、主相の割合が減少するため、高いBrと（BH）maxが得られず、磁石内部のRリッチ相が少なすぎると、十分に高いHcjが得られないので、磁石の実際使用における必要な磁気性能が保証出来ない。
【００２４】
本発明は合理的な成分設計と加工工程の最適化によって、（BH）maxとHcjを両立させ、総合レベルの高いNdFeB系焼結磁石を得ることができる。例えば、この磁石において、Nd2Fe14B結晶構造の金属間化合物を主相として有しており、結晶格子定数a=0.8760〜0.8800nm，c=1.2000〜1.2230nmである。また、例えば、磁石の最大エネルギー積（BH）max（単位：MGOe）と固有保磁力Hcj（単位：kOe）の合計値が70以上である。即ち、（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧70。
【００２５】
R12Fe14B金属間化合物の磁気性能特徴によると、（Pr，Nd）2Fe14Bは高い飽和磁化を有するが、結晶磁気異方性磁界が低め（Pr2Fe14Bの4πMs=15.6kGs，Ha＝87kOe；Nd2Fe14Bの4πMs=16.0kGs，Ha＝76kOe）で、（Tb，Dy）2Fe14Bは高い結晶磁気異方性磁界を有するが、飽和磁化が低めになる（Tb2Fe14Bの4πMs=7.0kGs，Ha＝220kOe；Dy2Fe14Bの4πMs=7.1kGs，Ha＝150kOe）。そのため、Pr、Nd、Tb、Dyの組合せを調整して、高い4πMs（4πMs）（よって高い（BH）max）を得ると共に高いHa（よって高いHcj）を得ることが出来る。例えば、本発明のNdFeB系焼結磁石の主相の結晶磁気異方性磁界Haは80〜140kOeである。NdFeB系焼結磁石の残留磁束密度Br＝4πMsが10.3kGs以上、NdFeB系焼結磁石の最大エネルギー積（BH）maxは26MGOe以上、固有保磁力Hcjが18kOe以上と共に、（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）≧70である。
【００２６】
また、例えば、本発明はFeの一部をCoで置換することによって、Nd2Fe14B結晶構造とする主相のキュリー温度Tcを上げ、残留磁束密度温度係数と固有保磁力温度係数を改善したと共に主相の飽和磁化Msを高めた。本発明では、NdFeB系焼結磁石のキュリー温度が310〜340℃である。
【００２７】
また、例えば、本発明において、希土類元素Rの合計含有量を調整（28〜32wt%）することによって、NdFeB系焼結磁石において異なる主相割合を持たせる。配向方向（配向方向を法線とする）に直交する磁石断面において、全断面積に対する主相の面積の比率が91〜97%であり、特に94〜96%である。
【００２８】
本発明において、最適化されたNdFeB系焼結磁石の製造方法と加工工程には、合金の溶解工程、粉末化工程、粉末の混合工程、プレス成形工程、焼結工程及び熱処理工程を含む。例えば、製造プロセスは下記の工程を含む。
【００２９】
a.合金の溶解工程：急速凝固薄帯技術を用いる工程であって、合金薄帯の厚さが0.1〜0.5mmであり、且つ、合金薄帯の酸素含有量が40ppmから160ppmである。
【００３０】
b.粉末化工程：まず、急速凝固した合金薄片を水素粉砕処理し、それから、不活性ガス又は窒素を動作媒体とするジェットミルにより平均粒度2.0〜4.0μmの微粉末に作成する工程であって、水素粉砕処理後の粉末の水素含有量が500ppmから1600ppmであり、得られた微粉末はいずれも単結晶粒子である。
【００３１】
c.粉末の混合工程：ガスで保護されている容器内に、異なる期間にてジェットミルにより作成した各微粉末を混合して均一な粉末を得る工程であって、微粉末のすべり性を上げながらプレス成形時に配向度の向上に寄与するように、粉末を混合する際に、混合された微粉末総重量に対して200〜500ppmの潤滑剤を添加する。
【００３２】
d.プレス成形工程：粉末を混合して得られた均一な粉末をガスで保護されている密閉したプレス機に入れ、プレスしてブラックを得る工程であって、プレス成形時に粉末に印加した配向磁場が10kOe〜30kOeであり、プレスにより得たブラックをガスで保護されている容器に入れておく。
【００３３】
e.焼結工程：プレスして得られたブラックを真空焼結炉内に入れて、真空又はガス保護雰囲気で焼結を行う工程であって、前記焼結の温度が1045℃〜1085℃であり、4〜8時間保温した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内を100℃以下に冷却させる。
【００３４】
f.熱処理工程：焼結後磁石を真空又はガス保護雰囲気中で二回の焼き戻し処理を行う工程であって、まず、真空焼結炉内温度を850℃〜950℃に上げ、3〜5時間温度保持した後、アルゴンガスを導入、冷却して、焼結炉内温度を100℃以下に下げ、次いで、真空焼結炉内温度を450℃〜650℃に上げて、3〜5時間温度保持した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を80℃以下に下げる。
【００３５】
上記の製造プロセスによって、NdFeB系焼結磁石に下記の一個または複数個の性能特性を持たせる。
【００３６】
a. NdFeB系焼結磁石の主相の平均結晶粒子径が5.0〜10.0μm、Rリッチ相が均一に結晶粒界に分布し、NdFeB系焼結磁石に高い固有保磁力を持たせた。このとき結晶粒子のサイズが小さすぎると、加工難度が上がり、結晶粒子のサイズが大きすぎると、高い固有保磁力が得られにくい。
【００３７】
b. NdFeB系焼結磁石の主相の結晶粒子が高い配向度を持ち、Br（⊥）/ Br＜0.15。ただし、Br（⊥）は配向方向に垂直する残留磁束密度、Brは配向方向に平行する残留磁束密度（前述した磁石の残留磁束密度）。Br（⊥）/ Brが小さければ小さいほど、磁石主相の結晶粒子の配向度が良い。
【００３８】
c. NdFeB系焼結磁石の酸素含有量が500〜2500ppm。製造中に、窒素、不活性ガス又は不活性ガスと窒素の混合ガスによる保護手段を取るが、合金粉末に酸素が入る場合があり、これにより形成された希土類酸化物（X線回折測定による検出可能）がNdFeB系焼結磁石の固有保磁力にマイナス効果をもたらしながら、希土類の浪費が発生する。
【００３９】
d. NdFeB系焼結磁石の水素含有量≦10ppm。水素含有量が高いと、NdFeB系焼結磁石に割れなどの不良が起こる。
【００４０】
e. NdFeB系焼結磁石が優れる緻密性を持ち、密度が7.60〜7.80g/cm3。
【００４１】
f. NdFeB系焼結磁石が優れる微構造を有する、よって、磁石に優れた磁石耐食能力を持たせる。環境温度130℃、相対湿度95％、2.6気圧で240時間放置した後、直径10mm高さ10mmの前記円筒形磁石の減耗量の絶対値が5mg/cm2以下である。
【００４２】
g. NdFeB系焼結磁石が20℃〜180℃の温度における、残留磁束密度Br＝4πMrの温度係数αBrが−0.125％／℃〜−0.090％／℃。残留磁束密度の温度係数の絶対値が小さければ小さいほど、温度上昇に伴う残留磁束密度の低減が緩くなる。
【００４３】
h. NdFeB系焼結磁石が20℃〜180℃の温度における、固有保磁力Hcjの温度係数βHcjが−0.50％／℃〜−0.20％／℃である。固有保磁力温度係数の絶対値が小さければ小さいほど、温度上昇に伴う固有保磁力の低減が緩くなる。
【００４４】
i. パーミアンス係数Pc=−B/H=2の直径10mm高さ8.8mmの円筒形NdFeB系焼結磁石サンプル（高さ方向を配向方向とする）を、200℃以下の任意温度で120分間保持した後、その不可逆減磁率の絶対値が5%以下であり、前記磁石の高さ方向が配向方向である。通常、磁束の不可逆減磁率の絶対値が5%以下に対応する温度により磁石の熱的安定性を評価する。対応する温度が高ければ高いほど、磁石の熱的安定性が良い。
【実施例】
【００４５】
以下、具体的な実施例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００４６】
本発明はNdFeB系焼結磁石の製造方法を最適化して、合金の溶解工程、粉末化工程、粉末の混合工程、プレス成形工程、焼結工程及び熱処理工程を含む。例えば、
合金の溶解において、急速凝固薄帯技術を用い、合金を溶解する真空急速凝固炉で吐出された合金薄帯の厚さが0.1〜0.5mmであり、且つ、合金薄帯の酸素含有量が40ppmから160ppmである。
【００４７】
粉末化において、先ず、真空急速凝固炉で吐出された急速凝固した合金薄片を水素粉砕により処理して粗粉砕し、それから、窒素、不活性ガス又は窒素と不活性ガスとの混合ガスを動作媒体とするジェットミルにより平均粒度2.0〜4.0μmの微粉末に作成する。水素粉砕処理後の粉末の水素含有量が500ppmから1600ppmである。
【００４８】
次いで、異なる期間にてジェットミルにより作成した各微粉末を混合して、つまり、粉末の粒度分布及び成分分布をより均一にするように、異なる期間にてジェットミルにより作成した各微粉末を十分に混合して、均一な粉末を得る。粉末を混合する際に、微粉末のすべり性を上げながらプレス成形時に配向度の向上に寄与するように、混合された微粉末総重量に対して200〜500ppmの潤滑剤を添加する。潤滑剤として、多価アルコールまたはポリエチレングリコール類の有機物を添加する。粉末の混合は、窒素、アルゴンガスまたは窒素とアルゴンガスとの混合ガスで保護されている容器内で行い、該容器の容量は50〜2000kgであり、混合の仕方は、容器を1時間から5時間三次元的運動させることにより行う。
【００４９】
粉末を混合して得られた均一な粉末を窒素、アルゴンガスまたは窒素とアルゴンガスとの混合ガスで保護されている密閉したプレス機でプレスする。プレス成形時に粉末に印加した配向磁場が10kOe〜30kOeであり、優れた滑り性を有する微粉末の単結晶粒子のＣ軸が配向磁場に沿って揃いながら、ブラックにプレスされた。プレス完了後、得られたブラックを窒素、アルゴンガスまたは窒素とアルゴンガスとの混合ガスで保護されている容器に入れておく。
【００５０】
焼結は、容器に置いたプレスされたブラックを真空焼結炉内に入れて、真空又はガス保護雰囲気中で行い、焼結温度が1045℃〜1085℃であり、4〜8時間保温した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を100℃以下に冷却させる。
【００５１】
焼結後のブラック磁石は真空又はガス保護雰囲気中で二回焼き戻すを行う。まずは、真空焼結炉内温度を850℃〜950℃に上げ、3〜5時間保温した後、アルゴンガスを導入、冷却して、焼結炉内温度を100℃以下に下げる。次いで、真空焼結炉内温度を450℃〜650℃に上げて、3〜5時間保温した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を80℃以下に冷却させる。
【００５２】
焼結と熱処理をガス保護雰囲気で行なうとは、焼結と熱処理を窒素、アルゴンガスまたは窒素とアルゴンガスとの混合ガスで行なうことを意味する。
【００５３】
本発明のNdFeB系焼結磁石は、主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有する。RはY、Sc、及び15種のランタン系元素の1種又は1種以上であり、TはTi、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Snの1種又は1種以上である。また、例えば、前記磁石の組成成分において、希土類元素RはNd、Pr、Dy、Tb、Hoの1種又は1種以上であり、添加元素TはAl、Cu、Co、Ga、Ti、V、Zr、Nb、Mo又はSnの1種又は1種以上である。
【００５４】
例えば、NdFeB系焼結磁石の成分範囲は、Nd＋Pr:18〜26wt%、Dy+Tb: 2.0〜13.5wt%を含む希土類元素R、Al: 0.1〜0.6wt%、Cu: 0〜0.2wt%、Co: 0〜3wt%、Ga: 0〜0.2wt%を含む添加元素T、B: 0.93〜1.0wt%、残部のFe及び不純物からなる。
【００５５】
NdFeB系焼結磁石からラインカッターで直径10mm高さ10mmのサンプルを作成し、この時、高さ方向を配向方向とする。磁石を配向方向に沿って飽和磁化させ、磁気ヒステリシスループ測量機を用いて、サンプルの配向方向に沿って減磁曲線を測定して永久磁気パラメーターを得る。本発明のNdFeB系焼結磁石は、温度20℃の場合、残留磁束密度Br≧10.3kGs、固有保磁力Hcj≧18kOe、最大エネルギー積（BH）max≧26MGOe、特にその最大エネルギー積（BH）max（MGOe）と固有保磁力Hcj（kOe）の合計値≧70。例えば、最大エネルギー積（BH）max（MGOe）と固有保磁力Hcj（kOe）の合計値≧70、≧71、≧72、≧73、≧74、≧75、≧76、≧77、≧78、≧79、または≧80。また、例えば、最大エネルギー積（BH）max（MGOe）と固有保磁力Hcj（kOe）の合計値が70〜93、70〜90、70〜85、75〜93、75〜90、または75〜85である。
【００５６】
本発明において、NdFeB系焼結磁石の最大エネルギー積（BH）max（MGOe）≧26、≧28、≧30、≧32、≧34、≧36、≧38、≧40、≧42、または≧44であってもよい。NdFeB系焼結磁石の固有保磁力Hcj（kOe）≧18、≧20、≧22、≧24、≧26、≧28、≧30、≧32、≧34、≧36、≧38、≧40、≧42、≧44、≧46、≧48または≧50であってもよい。NdFeB系焼結磁石の残留磁束密度Br（kGs）が≧10.3、≧10.7、≧11.1、≧11.5、≧11.8、≧12.2、≧12.5、≧12.8、≧13.2、または≧13.5であってもよい。
【００５７】
例えば、本発明は、主成分として希土類元素R、添加元素T、鉄FeとボロンBを含有し、Rリッチ相を有し、Nd2Fe14B結晶構造の主相を有するNdFeB系焼結磁石において、磁石の配向方向と直交する（配向方向を法線とする）断面において、全断面積に対する前記磁石の主相の面積が91〜97%であることを特徴とする。また例えば、全断面積に対する前記磁石の主相の面積が92〜96%、92〜95%、または93〜96%である。
【００５８】
NdFeB系焼結磁石からラインカッターで直径10mm高さ10mmのサンプルを作成し、この時、高さ方向が配向方向と直交する。磁石を配向方向と直交する方向に沿って飽和磁化させ、磁気ヒステリシスループ測量機を用いて、磁石の配向方向と直交する方向の減磁曲線を測定して、残留磁束密度Br（⊥）を得る。Br（⊥）を上記の配向方向に平行する方向で測定した残留磁束密度Brと比較して、磁石主相結晶粒子の配向度を考察する。本発明のNdFeB系焼結磁石は、温度20℃の場合、Br（⊥）／Br＜0.15。例えば、温度20℃の場合、Br（⊥）／Br＜0.12、＜0.10、＜0.08。
【００５９】
粉末X線回折測定によって、NdFeB系焼結磁石の主相がNd2Fe14B結晶構造を有することを確認することができる。温度20℃の場合、本発明のNdFeB系焼結磁石の結晶格子定数a=0.8760〜0.8800nm，c=1.2000〜1.2230nm。
【００６０】
排水法にて、直径10mm高さ10mmのサンプルの密度を測定することができる。本発明のNdFeB系焼結磁石は、温度20℃の場合、その密度は7.60〜7.80g/cm3である。
【００６１】
金属顕微鏡で観察して、金属平均晶粒度測定法で測定することができる。サンプル観察断面は焼結磁石の着磁（配向）方向を法線方向とする断面であり、即ち、観察断面が磁石の着磁（配向）方向と直交する。GB/T 6394-2002金属平均晶粒度測定法によって主相の平均結晶粒度のサイズを測定し、横断線の長さの単峰型分布を用いて、サンプルの主相結晶粒子の平均粒度を測定する。この方法にて得られた本発明のNdFeB系焼結磁石の主相の平均結晶粒度サイズは5.0〜10.0μm。
【００６２】
酸素・窒素・水素分析装置を使用して、酸素と水素の含有量を測定することができる。本発明のNdFeB系焼結磁石における酸素含有量が500〜2500ppm、水素含有量≦10ppm。ここで酸素含有量とは、NdFeB系焼結磁石中の全ての酸素であり、化合物中の酸素と単体の酸素を含める。水素含有量とは、NdFeB系焼結磁石中の全ての水素であり、化合物中の水素と単体の水素を含める。
【００６３】
金属顕微鏡でサンプル断面の金属組織を観察して、定量金属組織法の中の断面法により磁石主相の割合を測定することができる。サンプル観察断面は焼結磁石の着磁（配向）方向を法線方向とする断面であり、一定の拡大倍数を選定し、断面に視野を選定して、総面積をATとして、主相面積Aを測定して、主相の面積比率Aa＝A/ATを得る。Media  Cybernetics社の専門画像分析ソフトimage-pro-plusにより観察結果を分析することができる。この方法により、磁石の配向方向と直交する（配向方向を法線とする）断面において、全断面積に対する本発明のNdFeB系焼結磁石の主相の面積は91〜97%である、特に94〜96%である。
【００６４】
振動試料磁力計を使用して、約50mgの磁石を、400エルステッド（Oe）未満の外部磁場で、温度に従う磁化の変化曲線（M-T曲線）を測定して、磁石主相のキュリー温度Tcを確定することができる。測定結果として、本発明のNdFeB系焼結磁石の主相のキュリー温度が310〜340℃であった。
【００６５】
最高130kOeの外部磁場で、1.5×1.5×1.5mmのサンプルを超伝導振動試料磁力計（反磁界係数を修正する）により、磁石の配向方向と磁石の配向方向と直交する方向の磁化曲線をそれぞれ測定して、2本の曲線の交点または2本の曲線の線形外挿線の交点に対応した磁場強度を結晶磁気異方性磁界Haとする。結果から分かるように、温度20℃の場合、本発明のNdFeB系焼結磁石の主相の結晶磁気異方性磁界Haは80〜140kOeであった。
【００６６】
残留磁気密度と保持力の温度係数の測定方法は、直径10mm、高さ10mmのサンプルを使用して、高さ方向を配向方向とし、選定された温度で磁石を飽和磁化させた後、磁石の配向方向の減磁曲線を測定する。先ずは、To＝20℃における磁石の減磁曲線を測定して、Br （To）とHcj（To）の値を得てから、T=180℃における磁石のBr （T）とHcj（T）の値を測定して、下記の式により計算して、残留磁気密度と保持力の温度係数を算出する。
【００６７】
【数１】
2016509365.tif 000004
【００６８】
上記の計算式によると、20℃〜180℃の温度の間、本発明のNdFeB系焼結磁石の残留磁束密度Brの温度係数αBrは−0.125％／℃〜−0.090％／℃であり、固有保磁力Hcjの温度係数βHcjは−0.50％／℃〜−0.20％／℃である。
【００６９】
不可逆減磁率の測定方法は、直径10mm、高さ8.8mmのサンプルを準備し、その高さ方向を配向方向とし、パーミアンス係数Pc=−B/H=2（B=H+4πM、Bは磁束密度、Hは外部磁場、Mは磁化）。孤立した磁石のパーミアンス係数は公式
【００７０】
【数２】
2016509365.tif 000005
【００７１】
（LMは磁石配向方向の高さ、AMは磁石の着磁方向を法線方向とした断面面積、Sは磁石の表面積の1/2）により算出した。当該サンプルを着磁後、20℃の温度で、ヘルムホルツコイルと磁束計で室温における磁束F20を得る。そして、当該磁化したサンプルを200℃、温度制御精度±1℃で120分間保持して、その後は、サンプルを室温まで冷却して、上記のヘルムホルツコイルと磁束計で再度測定して、このときの磁束Φ200を得ると、200℃における磁石の不可逆減磁率＝（Φ200−Φ20）/Φ20。上記の条件で、本発明のNdFeB系焼結磁石の磁束の不可逆減磁率の絶対値≦5%。
【００７２】
減耗量の測定：減耗量（mg/cm2）＝（W1-W0）/S0。W0はサンプル測定前の重量、W1はサンプル測定した後に室温まで冷却した後の重量、S0はサンプル測定前の表面積である。具体的な測定条件は、直径10mm高さ10mmのサンプルを環境温度130℃、2.6気圧、相対湿度95％の条件で240時間放置した。尚、サンプルの高さ方向を磁石の配向方向とする。上記の条件で、本発明のNdFeB系焼結磁石の減耗量の絶対値≦5mg/cm2。
【００７３】
実施例1
原材料としてのPrNd、DyFe、BFe合金、及び金属としてのNdやPr、Tb、Al、CuとFeを適量準備して、目標の磁石成分になるように配合した：Nd（18.00wt%）、Pr（7.00wt%）、Dy（1.40wt%）、Tb（4.00wt%）、Co（1.40wt%）、Al（0.10wt%）、Cu（0.13wt%）、Ga（0.20wt%）、B（0.95wt%）、Fe（微量の不純物を含む）（66.82wt%）（希土類の揮発量は考慮する）。そして、配合した原材料を真空急速凝固炉に入れて溶解した後、急速凝固薄帯技術を用いてストリップキャスティングを行う、得られた合金薄帯の厚さが0.1〜0.5mmの範囲であり、上記合金薄片を水素処理炉に入れて、水素粉砕処理を行った。水素処理後の粉末中の水素含有量は600ppmであった。その後、水素粉砕処理した微粉砕粉末を、窒素を動作媒体とするジェットミルで微粉末に加工し、得られた微粉末の平均粒度は2.8μmである。それから、粉末の粒度分布と成分分布がより均一になるように異なる期間にてジェットミルにより粉砕した各微粉末を均一に混合した。微粉末の摺動性を向上し、プレス成形時の配向度の向上に有利する点から、粉末混合する時に、微粉末総重量に対して350ppmの多価アルコール潤滑剤を添加した。粉末混合は窒素ガスで保護された容器中で行い、当該容器の容量は50kgであり、混合の仕方は、容器を1時間三次元的運動させることであった。その結果、均一な粉末を得た。
【００７４】
その後、密閉且つ窒素ガスが封入されたプレス機の中で、得られた均一な粉末をプレス成形した。プレス成形時に粉末に印加した配向磁場は18kOeであった。得られたブラックは窒素の入った容器中に保存した。
【００７５】
プレス成形して得られたブラックを保存容器から取り出して、真空焼結炉内に入れて焼結した。1045℃の温度で5時間焼結した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内を80℃以下に冷却させて、焼結したブラック磁石を得た。
【００７６】
焼結したブラック磁石が入った真空焼結炉を900℃に加熱して、3時間保温した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を80℃以下に冷却させた。そして、再度620℃に加熱して、3時間保温した後、アルゴンガスを導入して焼結炉内温度を80℃以下に冷却させた。生成物を炉から取り出して、NdFeB系焼結磁石を得た。
【００７７】
NdFeB系焼結磁石の成分及び重量パーセンテージは、Nd（18.00wt%）、Pr（7.00wt%）、Dy（1.40wt%）、Tb（4.00wt%）、Co（1.40wt%）、Al（0.10wt%）、Cu（0.13wt%）、Ga（0.20wt%）、B（0.95wt%）、Fe（微量の不純物を含む）（66.82wt%）であった。
【００７８】
X線回折測定した結果、上記NdFeB系焼結磁石の主相はNd2Fe14B結晶構造を有し、温度20℃における結晶格子定数はa=0.8791nm、c=1.2178nmであることが分かった。
【００７９】
水中置換法により直径10mm高さ10mmのサンプルの密度を測定したところ、上記NdFeB系焼結磁石の密度は7.66g/cm3であるｋとが分かった。
【００８０】
約50mgの磁石を採取して、振動試料磁力計により、300エルステッド（Oe）の外部磁場での磁化の温度に対する変化を示す曲線（M-T曲線）を測定し、上記NdFeB系焼結磁石のキュリー温度は、Tc＝332℃であることが分かった。
【００８１】
1.5×1.5×1.5mmのサンプルを採取して、超伝導振動試料磁力計（反磁界係数を修正する）により、0〜70kOeの外部磁場で、磁石の配向方向及び磁石の配向方向と直交する方向に沿って磁化曲線をそれぞれ測定し、2本の曲線を線形的に外挿して、交点の磁場強度を結晶磁気異方性磁界Haとした。その結果、温度20℃における上記NdFeB系焼結磁石の主相の結晶磁気異方性磁界は、Ha＝110kOeであった。
【００８２】
また、酸素・窒素・水素分析装置で測定した結果、上記NdFeB系焼結磁石の水素含有量は5ppmであり、酸素含有量は1000ppmであった。
【００８３】
直径10mm高さ10mmのサンプルを作成し、高さ方向を配向方向とした。配向方向に沿って上記サンプルを飽和磁化させて、磁気ヒステリシスループトレーサーを用いて、配向方向に沿ってサンプルの減磁曲線を測定した。温度20℃の場合、下記磁気性能結果を得た：Br＝13.0kGs、Hcj＝31.6kOe、（BH）max＝40.9MGOe、（BH）max（MGOe）＋Hcj（kOe）＝72.5。
【００８４】
直径10mm高さ10mmのサンプルを作成し、高さ方向を配向方向と直交する方向とした。磁石の配向方向と直交する方向に沿って上記サンプルを飽和磁化させて、磁気ヒステリシスループトレーサーを用いて、磁石の配向方向と直交する方向での減磁曲線を測定した。温度20℃の場合、この方向の残留磁束密度はBr（⊥）＝0.80kGsであった。Br（⊥）を上記した配向方向に沿った残留磁束密度Br＝13.0kGsと比較すると、温度20℃の場合、上記NdFeB系焼結磁石はBr（⊥）／Br＝0.06であった。
【００８５】
金相顕微鏡によりサンプルの断面の金属組織を観察し、MediaCybernetics社のImage-Pro Plus専門画像分析ソフトimage-pro-plusを用いて分析した。焼結磁石サンプルの配向方向と直交する（配向方向を法線とした）断面を観察断面とし、500倍で断面を3視野観察し、各観察視野の面積を0.6mm*0.5mmとし、その平均値を最終観察結果とする。図1は磁石サンプルの観察断面の白黒二値化処理前の金属組織写真であり、図2は磁石サンプルの観察断面の白黒二値化処理後の金属組織図であった。3視野観察した結果は、主相の面積パーセンテージはそれぞれ94.6％、94.9％及び94.6％であった。3回観察結果の平均値を取って、本実施例の磁石主相の面積パーセンテージは94.7％であることが分かった。
【００８６】
金相顕微鏡でNdFeB系焼結磁石の配向方向を法線方向とした場合の断面、即ち、観察断面が磁石の配向方向（配向方向を法線とする）と直交する方向である場合の断面を観察した。主相の平均結晶粒度のサイズは、GB/T 6394-2002における金属平均晶粒度測定法に基づいて測定したものであり、横断線の高さの単峰型分布を採用してサンプルの平均結晶粒度を測定した。上記方法で得られた磁石の主相の平均結晶粒度サイズは5.0μmであった。
【００８７】
高さ方向を配向方向とする直径10mm且つ高さ10mmのサンプルを用意した。選定された温度で磁石を飽和磁化させ、磁石の配向方向の減磁曲線を測定した。温度To＝20℃の場合、Br （To）＝13.0kGs及びHcj（To）＝31.6kOeの測定結果を得た。To＝180℃の場合、Br （T）＝10.4kGs及びHcj（T）＝9.55kOeの測定結果を得た。温度20℃〜180℃の場合、上記NdFeB系焼結磁石の残留磁束密度及び固有保磁力の温度係数は、αBr＝−0.125％／℃、βHcj＝−0.436％／℃であった。
【００８８】
高さ方向を配向方向とし且つパーミアンス係数Pc=−B/H=2である直径10mm、高さ8.8mmのサンプルを用意した。。当該サンプルを着磁させた後、温度20℃でヘルムホルツコイルと磁束計により室温における磁束Φ20を測定した。それから、当該磁化したサンプルを200℃、温度の管理精度±1℃で120分間放置した。その後、当該サンプルを室温まで冷却して、上述のヘルムホルツコイルと磁束計で再度この時点の磁束F200を測定し、磁石の200℃における不可逆減磁率をΦ＝（Φ200−Φ20）/Φ20とした。本実施例の磁石の200℃における不可逆減磁率は-2.1%であった。
【００８９】
直径10mm高さ10mmのサンプルを環境温度130℃、2.6気圧、相対湿度95％の条件で240時間放置し、高さ方向を磁石の配向方向とした。本実施例のNdFeB系焼結磁石の減耗量が−3.3mg/cm2であった。
【００９０】
実施例2−17
実施例2−17では、実施例1と同じ磁石製造方法と工程を採用し、磁石組成と工程パラメーターのみ異なる為、ここでは詳細な説明を省略した。磁石の各性能指標の測定についても実施例1と同じの方法と装置を用いた。下記の表1には、各実施例の具体的な工程パラメーター及び磁石の各種性能パラメーターを示した。
【００９１】
【表１】
2016509365.tif 000006
【００９２】
2016509365.tif 000007
【００９３】
2016509365.tif 000008
【００９４】
なお、上記発明内容及び具体的な実施形態は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更、均等変更又は修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本発明の権利的範囲は添付する特許請求の範囲に準ずるものである。
【図１】
2016509365.tif 000009
【図２】
2016509365.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月24日(2015.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
実施例2−17
実施例2−17では、実施例1と同じ磁石製造方法と工程を採用し、磁石組成と工程パラメーターのみ異なる為、ここでは詳細な説明を省略した。磁石の各性能指標の測定についても実施例1と同じの方法と装置を用いた。下記の表2には、各実施例の具体的な工程パラメーター及び磁石の各種性能パラメーターを示した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
【表２】
2016509365.tif 000011
【国際調査報告】
2016509365.tif 000012
2016509365.tif 000013
2016509365.tif 000014
2016509365.tif 000015
2016509365.tif 000016
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