JP6919788B2

JP6919788B2 - 希土類焼結磁石

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Inventors: 拓郎岩佐; 龍司橋本; 将志伊藤
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Filing date: 2017-11-30
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Description

本発明は、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造の化合物を主相とする希土類焼結磁石に関するものである。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石やＳｍ−Ｃｏ磁石に代表される希土類永久磁石はその高磁気特性から各種モータ用、各種アクチュエータ用、ＭＲＩ装置用など様々な用途に使用されており、年々生産量が増加している。

上記のような金属間化合物を主相とする希土類永久磁石が開発されてから、永久磁石の研究は、主に新しい希土類金属の金属間化合物を見出すことを中心に行われてきた。中でも、特許文献１に記載のＳｍ_５Ｆｅ_１７金属間化合物を主相とする永久磁石材料は、室温で３６．８ｋＯｅという非常に高い保磁力を得ている。したがって、特許文献１に記載のＳｍ_５Ｆｅ_１７金属間化合物を主相とする永久磁石材料は、有望な永久磁石材料であると考えられる。しかしながら、Ｓｍ_５Ｆｅ_１７金属間化合物を主相とし、かつ、高特性である希土類焼結磁石は実現されていない。

非特許文献１では、メルトスピンで作製したＳｍ_５Ｆｅ_１７急冷薄帯の熱処理温度に対する保磁力値の変化が報告されている。この報告では、原料組成による違いはあるが、８００Ｋ以上１１００Ｋ以下の熱処理温度とする場合に３０ｋＯｅ以上の保磁力が得られている。しかしながら、熱処理温度を１１００Ｋを超える温度とする場合には、Ｓｍ_５Ｆｅ_１７相が分解することにより、ＨｃＪが著しく低下する旨が報告されている。残留磁化を高めるには、磁場中成形後に焼結工程をおこなうことが好ましい。しかし、非特許文献１の報告から、Ｓｍ_５Ｆｅ_１７金属間化合物を主相とする永久磁石材料に対して焼結のために高温で熱処理を行う場合には、Ｓｍ_５Ｆｅ_１７金属間化合物を主相とする永久磁石材料の主相であるＳｍ_５Ｆｅ_１７相が分解してしまい、磁気特性が大きく低下してしまうという課題がある。

非特許文献２では、メルトスピンで作製したＳｍ_５Ｆｅ_１７急冷薄帯を放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法：ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）を用いて焼結した焼結磁石が報告されている。しかしながら、作製した磁石は配向されておらず等方性であるため、残留磁化は約４５ｅｍｕ／ｇと低い値となっている。また、相対密度も約９１％程度しか得られていない。

特開２００８−１３３４９６号公報

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ１０５０７Ａ７１６（２００９）ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１（２００９）０１２０３２

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な磁気特性を有する希土類焼結磁石を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者らは、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造を有する化合物について鋭意研究した結果、主相結晶粒子の平均粒径および粒度分布を特定の範囲に制御することにより、主相結晶粒子の配向度が向上して高い残留磁束密度が得られることを見出した。さらに、主相結晶粒子の平均粒径および粒度分布を特定の範囲に制御することにより、主相であるＮｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造を有する相の分解を防ぐことができ、高い保磁力が得られることを見出した。なお、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造とは、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７金属間化合物が有する結晶構造と同種の結晶構造のことである。また、ＲがＮｄでありＴがＦｅである場合に限られない。

本発明に係る希土類焼結磁石は、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造を有する主相結晶粒子を含み、ＲおよびＴからなる希土類焼結磁石（ＲはＳｍを必須とする１種以上の希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１種以上の遷移金属元素）であって、前記希土類焼結磁石のＲの組成比率が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下であり、前記希土類焼結磁石における前記Ｒ以外の残部が実質的に前記Ｔのみ、または、前記ＴおよびＣのみであり、かつ前記希土類焼結磁石の一の切断面における前記主相結晶粒子の平均粒径をＤｖ、個々の主相結晶粒子の粒径をＤｉとしたときに、前記Ｄｖが１．０μｍ以上であり、前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖを満たす前記主相結晶粒子の面積率が８０％以上であることを特徴とする。

希土類焼結磁石の主相結晶粒子の平均粒径と粒度分布とを制御する場合、原料粉末の平均粒径と粒度分布の制御が重要となる。原料粉末の粒度分布を制御しない場合には、前記原料粉末中には微細粒子と粗大粒子とが混在している状態となっている。微細粒子と粗大粒子とが混在している状態となっている場合には、磁場中成形時に配向軸を揃えるための粒子の回転が阻害されて配向に乱れが生じる。そして、配向に乱れが生じることで配向度が低下し、最終的に得られる希土類焼結磁石の残留磁束密度が低下する。したがって、原料粉末中に微細粒子と粗大粒子とが混在している状態となっていることは、最終的に得られる希土類焼結磁石の残留磁束密度が低下する要因となる。さらに、比較的低温で焼結する微細粒子と、微細粒子よりも高温で焼結する粗大粒子とが混在することにより、焼結温度が低い場合には、部分的に焼結ムラができやすく、焼結体密度が低下することがある。また、焼結温度が高い場合には、準安定相であるＲ_５Ｔ_１７相の分解が生じやすく、Ｒ_５Ｔ_１７相の分解によって主相が減少し異相が増加することから、磁気特性低下の原因となる。原料粉末の平均粒径と粒度分布の制御、およびそれに合わせた成形・焼結条件の制御によって、希土類焼結磁石の主相結晶粒子の平均粒径と粒度分布とを本発明の範囲とすることで、良好な磁気特性を有する希土類焼結磁石を得ることができる。なお、微細な原料粉末を利用することで、主相結晶粒子の平均粒径をより小さくすることもできる。しかし、微細な原料粉末を利用する場合には、焼結工程での主相結晶粒子の粒成長が不均一となりやすく、主相結晶粒子の平均粒径と粒度分布をともに適正な範囲とすることが実質的に困難となる。

本発明の希土類焼結磁石はさらにＣを含有し、Ｃの含有量が０ａｔ％より多く、１５．０ａｔ％以下であってもよい。

本発明の希土類焼結磁石はＲ全体に占めるＳｍの割合が５０ａｔ％以上９９ａｔ％以下であり、Ｒ全体に占めるＰｒとＮｄとの合計の割合が１ａｔ％以上５０ａｔ％以下であってもよい。

本発明によれば、主相結晶粒子の平均粒径と粒度分布とを制御することで、良好な磁気特性の希土類焼結磁石を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、詳細に説明する。なお、下記の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記の実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

本実施形態に係る希土類焼結磁石について説明する。本実施形態に係る希土類焼結磁石は、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造を有する主相結晶粒子を含み、ＲおよびＴからなる希土類焼結磁石（ＲはＳｍを必須とする１種以上の希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１種以上の遷移金属元素）であって、前記希土類焼結磁石における前記Ｒの組成比率が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下であり、前記希土類焼結磁石における前記Ｒ以外の残部が実質的に前記Ｔのみ、または、前記ＴおよびＣのみであり、かつ前記希土類焼結磁石の一の切断面における前記主相結晶粒子の平均粒径をＤｖ、個々の主相結晶粒子の粒径をＤｉとしたときに、前記Ｄｖが１．０μｍ以上であり、さらに前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖを満たす前記主相結晶粒子の面積率が８０％以上であることを特徴とする。

前記主相結晶粒子は、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造（空間群Ｐ６_３／ｍｃｍ）を有する化合物から構成される。前記主相結晶粒子はＲ−Ｔを主成分として含んでいれば、他の固溶元素などを含んでもよい。以下では、Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造を有する相をＲ_５Ｔ_１７相と記載する。

本実施形態に係る希土類焼結磁石に含まれる前記主相結晶粒子はＲ_５Ｔ_１７相の単相であることが好ましいが、その他のＲＴ_２相、ＲＴ_３相、Ｒ_２Ｔ_７相、ＲＴ_５相、ＲＴ_７相、Ｒ_２Ｔ_１７相、ＲＴ_１２相などが前記主相結晶粒子に含まれていてもよい。

主相であるＲ_５Ｔ_１７相は永久磁石全体における体積比率が５０％以上であり、好ましくは体積比率が７５％以上である。前記Ｒ_５Ｔ_１７相の体積比率が大きいほど、希土類焼結磁石の残留磁束密度は大きくなる。

Ｒは、Ｓｍを必須とする１種以上の希土類元素である。ここで、前記希土類元素はＳｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕである。希土類焼結磁石全体における全希土類元素に占めるＳｍの割合は５０ａｔ％以上であることが望ましい。

本実施形態に係る希土類焼結磁石におけるＲの含有量は、２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下とする。Ｒの含有量が２０ａｔ％未満の場合には、希土類焼結磁石の主相結晶粒子に含まれるＲ_５Ｔ_１７相の生成が十分でなく、残留磁束密度と保磁力が低下する。一方、Ｒの含有量が４０ａｔ％を超えると、希土類焼結磁石に含まれるＲ_５Ｔ_１７相の割合が減少するため、残留磁束密度と保磁力が低下してしまう。

Ｒ全体に占めるＳｍの割合が５０ａｔ％以上９９ａｔ％以下であり、Ｒ全体に占めるＰｒとＮｄとの合計の割合が１ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることがより望ましい。Ｐｒおよび／またはＮｄを合計で１ａｔ％以上含有する場合には、Ｐｒおよび／またはＮｄの含有量が合計で１ａｔ％未満である場合と比較して、残留磁化が向上する。これは、Ｎｄ^３＋とＰｒ^３＋の磁気モーメントがＳｍ^３＋の磁気モーメントよりも大きいためである。ただし、ＰｒとＮｄとの合計の割合が５０ａｔ％より大きい場合には、ＰｒとＮｄとの合計の割合が１ａｔ％以上５０ａｔ％以下である場合と比較して結晶磁気異方性が減少し、保磁力が低下する。これは、Ｎｄ^３＋とＰｒ^３＋のスティーブンス因子がＳｍ^３＋より小さいためである。ＰｒとＮｄとの合計の割合が５０ａｔ％より大きい場合には、さらに、面内異方性を持つＲ_２Ｔ_１７相の割合が増加する。Ｒ_２Ｔ_１７相の割合が増加することは減磁曲線の０磁場付近でのキンクの発生の原因となる。

Ｔは、ＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１つ以上の遷移金属元素である。ＴはＦｅ単独であってもよく、Ｆｅの一部がＣｏで置換されていてもよい。Ｆｅの一部をＣｏに置換してＣｏを含める場合、希土類焼結磁石全体におけるＣｏの含有量は希土類焼結磁石全体における全遷移金属元素に対して２０ａｔ％以下であることが好ましい。適切なＣｏ量を選択することにより、飽和磁束密度および耐食性を向上させることができる。

本実施形態に係る希土類焼結磁石において、前記希土類焼結磁石の一の切断面における前記主相結晶粒子の平均粒径をＤｖ、個々の主相結晶粒子の粒径をＤｉとしたときに、前記Ｄｖが１．０μｍ以上であり、かつ前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖを満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上である。前記希土類焼結磁石の平均粒径および粒度分布が上記の範囲内であることで、上述したように主相結晶粒子の配向度が向上すると共に焼結密度を高めることができ、高い残留磁束密度が得られる。また、主相であるＲ_５Ｔ_１７相の分解を防ぐことにより高い保磁力を得ることができる。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ未満である場合、主相結晶粒子の粒度分布が悪化し、磁気特性が低下する。主相結晶粒子の平均粒径および粒度分布は、微粉砕時の分級条件や粉砕方式、あるいは焼結条件などによって制御することができる。

本実施形態においては、希土類焼結磁石の切断面を画像処理等の手法を用いて解析することにより、主相結晶粒子の粒径を求める。具体的には、希土類焼結磁石の切断面における各主相結晶粒子の切断面の面積を画像解析により求めたうえで、該切断面の面積を有する円の直径（円相当径）を、その切断面における該主相結晶粒子の粒径と定義する。さらに、該切断面において解析対象とした視野に存在する全主相結晶粒子について粒径を求める。ここで個々の主相結晶粒子の粒径をＤｉ、（主相結晶粒子の粒径の合計値）／（主相結晶粒子の個数）で表される算術平均値を該希土類焼結磁石における主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖと定義する。前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率は、上記手法で特定した０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす全主相結晶粒子の面積の総和を画像処理ソフトによって算出し、該面積を前記希土類焼結磁石の切断面の面積で除算することで算出する。なお、異方性磁石の場合には、希土類焼結磁石の磁化容易軸に平行な切断面を解析に用いる。また、解析対象とする視野の形状は（４０μｍ〜１００μｍ）×（４０μｍ〜１００μｍ）の正方形または長方形とする。

本実施形態に係る異方性を有する希土類焼結磁石におけるＣの含有量は、０ａｔ％より多く、１５．０ａｔ％以下であることが好ましい。Ｃの含有量が適量であることにより、Ｔ−Ｔ間の原子間距離を拡げることができ、Ｔ−Ｔ間の交換結合相互作用を強くすることができる。Ｃの含有量が１５ａｔ％より多いときには、得られるＲ_５Ｔ_１７相の比率が減少し、磁気特性が低下する傾向にある。

また、本実施形態に係る異方性を有する希土類焼結磁石はＣ以外の元素も含んでもよい。Ｃ以外の元素には、Ｎ、Ｈ、Ｂｅ、Ｐの１種以上からなる元素を用いることができる。さらに、本実施形態に係る希土類焼結磁石において、他の元素の含有を許容する。例えば、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ等の元素を適宜含有させることができる。また、前記希土類焼結磁石は原料に由来する不純物を含んでもよい。これらの元素の含有量は、前記希土類焼結磁石における前記Ｒ以外の残部が実質的に前記Ｔのみ、または、前記ＴおよびＣのみであるといえる程度の含有量、具体的には、合計で５ａｔ％以下である。
＜希土類焼結磁石の製造方法＞

本実施形態に係る希土類焼結磁石の製造方法の一例を説明する。本実施形態に係る希土類焼結磁石は、原料合金を調製する調製工程、原料合金を粉砕して微粉末を得る粉砕工程、微粉末を成形して成形体を作製する成形工程、および成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程を有する。

調製工程は、本実施形態に係る希土類焼結磁石に含まれる各元素を有する原料合金を調製する工程である。なお、本実施形態では、ストリップキャスティング法を用いて原料合金を調製した場合について説明するが、その他の方法を用いて原料合金を調製してもよく、具体的には、超急冷凝固法、蒸着法などを用いて原料合金を調製してもよい。

まず、所定の元素を有する原料金属を準備し、これらを用いてストリップキャスティング法を行う。これによって原料合金を調製することができる。ＳｍおよびＦｅを含む原料金属を準備し、所望の組成を有する希土類焼結磁石が得られるような原料合金を調製し鋳造する。

粉砕工程は、調製工程で得られた原料合金を粉砕して微粉末を得る工程である。この工程は、粗粉砕工程および微粉砕工程の２段階で行うことが好ましいが、１段階としてもよい。粗粉砕工程は、例えばスタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。粗粉砕工程においては、原料合金を粒径が数百μｍから数ｍｍ程度となるまで粉砕して粗粉末を得る。

また、高い磁気特性を得るために、粉砕工程から焼結工程までの各工程における雰囲気は、低酸素濃度とすることが好ましい。酸素濃度は、各製造工程における雰囲気の制御等によって調整される。各製造工程の酸素濃度が高いと合金粉末中の希土類元素Ｒが酸化してＲ酸化物が生成してしまう。Ｒ酸化物の生成により希土類焼結磁石に含まれる主相の体積比率が低下してしまう。主相の体積比率の低下により、得られる希土類焼結磁石の残留磁束密度が低下する。そのため、例えば、各工程の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

微粉砕工程は、粗粉砕工程で得られた粗粉末を微粉砕して、平均粒径が数μｍ程度の微粉末を調製する。微粉末の平均粒径は、焼結時の結晶粒の成長度合を勘案して設定すればよい。微粉砕は、例えば、ジェットミル、ビーズミル等を用いて行うことができる。

ジェットミルを用いて微粉砕を行うことで微粉末を得ようとする場合、微粉末の粒径が小さく、粉砕された微粉末表面が非常に活性であるため、粉砕された微粉末同士の再凝集や容器壁への付着が起こりやすく、収率が低くなる傾向がある。そのため、合金の粗粉末を微粉砕する際には、ステアリン酸亜鉛、オレイン酸アミド等の粉砕助剤を添加して粉末同士の再凝集や容器壁への付着を防ぐことで、高い収率で微粉末を得ることができる。粉砕助剤の添加量は、微粉末の粒径や添加する粉砕助剤の種類によっても変わるが、０．１質量％以上１質量％以下程度が好ましい。

ジェットミル等を用いて行う乾式粉砕法以外の微粉砕手法として、湿式粉砕法がある。湿式粉砕法には、小径のビーズを用いて高速撹拌させるビーズミルを用いることが好ましい。また、ジェットミルで乾式粉砕した後に、さらにビーズミルで湿式粉砕を行う多段粉砕を行ってもよい。

ジェットミルを使用する場合、分級機付きのものが望ましく、分級機付きの微粉砕機を用いることにより、粗大粒子や超微細粒子の除去および再粉砕が可能になり、希土類焼結磁石の主相結晶粒子の粒度分布を制御することができる。

成形工程は、微粉末を磁場中で成形して成形体を作製する工程である。具体的には、微粉末を電磁石中に配置された金型内に充填した後、電磁石により磁場を印加して微粉末の結晶軸を配向させながら、微粉末を加圧することにより成形を行う。この磁場中の成形は、例えば、１０００ｋＡ／ｍ以上１６００ｋＡ／ｍ以下の磁場中、３０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下程度の圧力で行えばよい。

焼結工程は、成形体を焼結して焼結体を得る工程である。希土類焼結磁石の主相結晶粒子の平均粒径と粒度分布を制御するためには、粉砕工程で得られた微粉末の粒度分布を保ったまま焼結体を作製することが重要である。ＳＰＳ法にて焼結を行う場合、焼結保持温度は５００℃超７００℃未満、処理時間は３分以上１０分以下で行うことが好ましい。焼結保持温度をこのような範囲で設定し、かつ焼結保持時間をこのような短時間とすることにより、主相結晶粒子の粒成長を抑制して粒度分布を制御し、高い磁気特性を持つ希土類焼結磁石を得ることができる。焼結保持温度が５００℃以下の場合、磁石の密度が十分に得られず、残留磁束密度が低下する傾向がある。焼結保持温度を７００℃以上にすると、微粉末の過剰な粒成長が促進されて焼結体の主相結晶粒子の粒度分布が悪化し、さらにＲ_５Ｔ_１７相が部分的に分解することにより残留磁束密度および保磁力が低下する傾向がある。焼結保持温度および焼結保持時間は、原料合金組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い、焼結方法等、諸条件により調整する必要がある。

以上の方法により、本実施形態に係る希土類焼結磁石が得られるが、希土類焼結磁石の製造方法は上記に限定されず、適宜変更してよい。

次に、本発明を具体的な実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。

（実験例１〜９）
まず、希土類焼結磁石の原料合金を準備し、表１に示す組成を有する希土類焼結磁石が得られるように、ストリップキャスティング法により原料合金を準備し、調製し、鋳造した。

次に、得られた原料合金に４００℃にて水素を吸蔵させた後にＡｒ雰囲気下で５００℃、１時間の脱水素を行う水素粉砕処理を行った。その後、Ａｒ雰囲気下で室温まで冷却し、粗粉末を得た。

得られた粗粉末に粉砕助剤としてオレイン酸アミドを０．５質量％添加して、混合した後、ジェットミルを用いて微粉砕を行い、微粉末を得た。また、微粉砕に際しては、ジェットミルの分級条件を変えることにより、得られる微粉末の粉砕粒径を調節した。実験例１〜３においては、希土類焼結磁石の主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが０．８μｍ以上０．９μｍ以下の範囲となるように微粉末を作製した。同様に実験例４〜６においては希土類焼結磁石の主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上１．１μｍ以下、実験例７〜９においては２．９μｍ以上３．０μｍ以下の範囲となるように微粉末を作製した。

得られた微粉末を磁場中成形し、その後ＳＰＳ法を用いて焼結保持温度６２０℃、焼結保持時間５分で焼結し、実験例１〜９の各希土類焼結磁石を作製した。

（実験例１０〜１５）
表１に示す組成の希土類焼結磁石が得られるように原料を配合し、実験例１と同様にして、原料合金の準備、鋳造および水素粉砕処理を行った。

水素粉砕処理により得られた粗粉末に対してオレイン酸アミドを０．２質量％添加して、混合した。その後、ジェットミルを用いてＤ５０で粒径４．０μｍになるまで微粉砕を行った。ジェットミルで微粉砕した粉末に対して、さらにビーズミルを用いて微粉砕を行う多段粉砕を行った。ビーズミルでの微粉砕に際しては、ビーズミルの粉砕時間を変えることにより、微粉末の粉砕粒径を調節した。実験例１０〜１２においては、希土類焼結磁石の主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上１．１μｍ以下の範囲となるように微粉砕を行い、実験例１３〜１５においては２．９μｍ以上３．０μｍ以下の範囲となるように微粉末を作製した。ビーズミルでの微粉砕後、不活性ガス中にて１０時間以上２４時間以下の乾燥を行った。

得られた微粉末に対して実験例１と同様に磁場中成形および焼結を行い、実験例１０〜１５の各希土類焼結磁石を得た。

実験例１〜１５の各希土類焼結磁石の組織および磁気特性を評価した。組織としては、具体的には、希土類焼結磁石の一の切断面における主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖ、および、前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率を求めた。磁気特性としては、希土類焼結磁石の残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力ＨｃＪを測定した。

実験例１〜１５の各希土類焼結磁石について、主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖを評価した。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖは、試料の断面を研磨してＳＥＭで観察し、画像解析ソフトを用いて算出した。さらに、前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率を、主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖと同様に画像解析ソフトを用いて算出した。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖ、および前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率を表２に示す。なお、ＳＥＭ観察を行った視野の形状は５０μｍ×５０μｍの正方形とした。

実験例１〜１５の各希土類焼結磁石について、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法）により組成分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石も狙い組成（表１に示す組成）と略一致していることが確認できた。また、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて生成相の分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石もＲ_５Ｔ_１７相が主相であった。

実験例１〜１５の各希土類焼結磁石の磁気特性をＢ−Ｈトレーサーを用いて測定した。各希土類焼結磁石の残留磁束密度Ｂｒと保磁力ＨｃＪの測定結果を表２に示す。なお、表２では、「乾式」とは乾式粉砕のみを行い湿式粉砕を行わなかった場合を指し、「湿式」とは乾式湿式後に湿式粉砕を行う多段粉砕を行った場合を指す。

主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ未満である実験例１〜３においてはＢｒ、ＨｃＪともに低下した。また、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率も８０％未満となっている。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上であり、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上である実験例４〜９、および実験例１３〜１５では、ＢｒとＨｃＪともに良好な特性が得られることが確認された。

乾式粉砕と湿式粉砕とを比較すると、湿式粉砕を行い作製した実験例１０〜１５では、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が、乾式粉砕のみを行い作製した実験例４〜９と比較して減少している。この理由については、湿式粉砕では粉砕中に粒子が端から欠けるように粉砕されることで粉砕後の微粉末には狙い粒径通りの粒子の他に超微細な粒子と比較的粗大な粒子とが存在し、前記超微細な粒子と前記比較的粗大な粒子とが焼結後の主相結晶粒子の粒度分布に影響を与えているためであると推察される。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上であるが、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が８０％未満である実験例１０〜１２においては、実験例１〜３と同様にＢｒ、ＨｃＪともに低下した。

（実験例１６〜２１）
希土類焼結磁石の原料合金を準備し、表３に示す各組成の希土類焼結磁石が得られるように原料を配合し、原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を実験例１と同様に行い、表４に示す実験例１６〜１８の各希土類焼結磁石を得た。また、表３に示す各組成ごとに原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を実験例４と同様に行い、実験例１９〜２１の各希土類焼結磁石を得た。

実験例１６〜２１の各希土類焼結磁石について、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法）と酸素気流中燃焼−赤外線吸収法により組成分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石も狙い組成（表３に示す組成）と略一致していることが確認できた。また、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて生成相の分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石もＲ_５Ｔ_１７相が主相であった。

実験例１〜１５と同様に、実験例１６〜２１で得られた希土類焼結磁石の組織および磁気特性を評価した結果を表４に示す。

主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ未満である実験例１６〜１８においてはＢｒ、ＨｃＪともに低下した。また、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率も８０％未満となっている。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上で、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上である実験例１９〜２１では、ＢｒとＨｃＪともに良好な特性が得られることが確認された。

実験例１９ではほぼ同様のＳｍとＦｅの比を有する実験例４よりも良好な保磁力が得られた。適切なＣ量を固溶させることにより、Ｔ−Ｔ間の交換相互作用が強固なものになったからであると考えられる。実験例２０ではほぼ同様のＳｍとＦｅの比を有する実験例６よりも良好な保磁力が得られた。一方、実験例２１は実験例１９〜２０と比較して保磁力と残留磁化が減少した。Ｃ量が多く、Ｒ_５Ｔ_１７相の比率が減少したためであると考えられる。すなわち、Ｃ量が０ａｔ％より多く、１５．０ａｔ％以下である場合には、より良好な磁気特性が得られる。

（実験例２２〜２５）
表５に示す各組成の希土類焼結磁石が得られるように原料を配合し、実験例４と同様にして、原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を行い、表６に示す実験例２２〜２５の各希土類焼結磁石を得た。

実験例２２〜２５の各希土類焼結磁石について、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法）により組成分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石も狙い組成（表５に示す組成）と略一致していることが確認できた。また、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて生成相の分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石もＲ_５Ｔ_１７相が主相であった。

実験例４と同様にして、実験例２２〜２５で得られた各希土類焼結磁石の組織および磁気特性を評価した結果を表６に示す。

Ｒの含有量が２０ａｔ％未満である実験例２２、および４０ａｔ％を超える実験例２５においては、主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上で、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上であるにもかかわらず、残留磁束密度と保磁力が低下した。Ｒの含有量が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下である実験例２３〜２４においては、良好なＢｒとＨｃＪが得られている。

（実験例α〜実験例σ）
希土類焼結磁石の原料合金を準備し、表７に示す各組成の希土類焼結磁石が得られるように原料を配合し、原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を実験例１と同様に行い、表８に示す実験例α〜実験例ιの各希土類焼結磁石を得た。また、表７に示す各組成の原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を実験例４と同様に行い、表８に示す実験例κ〜実験例σの各希土類焼結磁石を得た。

実験例α〜実験例σの各希土類焼結磁石について、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法）により組成分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石も狙い組成（表７に示す組成）と略一致していることが確認できた。また、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて生成相の分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石もＲ_５Ｔ_１７相が主相であった。

主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ未満である実験例α〜実験例ιにおいてはＢｒ、ＨｃＪともに低下した。また、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率も８０％未満となった。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上であり、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上である実験例κ〜実験例σでは、良好なＢｒとＨｃＪが得られた。

実験例κ、実験例λ、実験例μではほぼ同様のＲとＦｅの比を有する実験例５よりも良好なＢｒの値が得られた。ＰｒおよびＮｄをＳｍに対して適切な量で置換することにより、磁気モーメントが増加する効果が得られたからであると考えられる。しかし、実験例５よりも保磁力は減少した。これはＰｒやＮｄをＳｍに対して置換することで結晶磁気異方性が減少したためであると考えられる。また、実験例ξではＰｒおよびＣｅをＳｍに対して置換した。実験例λと比較して、ほぼ同等の残留磁化、保磁力を得ることが可能であった。他の希土類元素による置換においても良好な磁気特性が得られた。実験例ο、実験例π、実験例ρも実験例５よりもＢｒの値が増加していることを確認した。それに対し、実験例μ、実験例πでは実験例５と比較してＢｒの値も減少した。これはＳｍに対するＰｒおよびＮｄの置換量が合計で５０ａｔ％を超えたため、面内異方性を持つＲ_２Ｔ_１７相が生成しやすくなり、減磁曲線において、０磁場付近でキンクが発生したためであると考えられる。

（実験例τ〜実験例χ）
希土類焼結磁石の原料合金を準備し、表９に示す各組成の希土類焼結磁石が得られるように原料を配合し、原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を実験例１と同様に行い、表１０に示す実験例τ〜実験例υを得た。また、表９に示す各組成の原料合金の鋳造、粉砕、成形、焼結を実験例４と同様に行い、表１０に示す実験例φ〜実験例χを得た。

実験例τ〜実験例χの各希土類焼結磁石について、ＩＣＰ−ＭＳ法と酸素気流中燃焼―赤外吸収法により組成分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石も狙い組成（表９に示す組成）と略一致していることが確認できた。また、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）を用いて生成相の分析を行った。その結果、いずれの希土類焼結磁石もＲ_５Ｔ_１７相が主相であった。

主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ未満である実験例τ〜実験例υにおいてはＢｒ、ＨｃＪともに低下した。また、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率も８０％未満となった。主相結晶粒子の平均粒径Ｄｖが１．０μｍ以上であり、０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖの範囲を満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上である実験例φ〜実験例χでは、良好なＢｒとＨｃＪが得られた。

実験例φ、実験例χではほぼ同様のＲ量とＦｅ量の比、Ｓｍ量とＰｒ量の比を有する実験例λよりも良好な保磁力が得られた。Ｃを適切な量で固溶させることにより、Ｔ−Ｔ間の交換相互作用がより強固なものになったからであると考えられる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

本発明によれば、主相結晶粒子の平均粒径および粒度分布を特定の範囲に制御することにより、良好な磁気特性を有する希土類焼結磁石を提供できる。

Claims

Ｎｄ_５Ｆｅ_１７型結晶構造を有する主相結晶粒子を含み、ＲおよびＴからなる希土類焼結磁石（ＲはＳｍを必須とする１種以上の希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅおよびＣｏを必須とする１種以上の遷移金属元素）であって、前記希土類焼結磁石のＲの組成比率が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下であり、前記希土類焼結磁石における前記Ｒ以外の残部が実質的に前記Ｔのみ、または、前記ＴおよびＣのみであり、かつ前記希土類焼結磁石の一の切断面における前記主相結晶粒子の平均粒径をＤｖ、個々の主相結晶粒子の粒径をＤｉとしたときに、前記Ｄｖが１．０μｍ以上であり、前記希土類焼結磁石の切断面の面積に対する０．７Ｄｖ≦Ｄｉ≦２．０Ｄｖを満たす主相結晶粒子の面積率が８０％以上であることを特徴とする希土類焼結磁石。
さらにＣを含有し、
Ｃの含有量が０ａｔ％より多く、１５．０ａｔ％以下である請求項１に記載の希土類焼結磁石。
Ｒ全体に占めるＳｍの割合が５０ａｔ％以上９９ａｔ％以下であり、Ｒ全体に占めるＰｒとＮｄとの合計の割合が１ａｔ％以上５０ａｔ％以下である請求項１または２に記載の希土類焼結磁石。