特許 5943507 Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943507

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 1/057 20060101AFI20160621BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20160621BHJP

   B22F 9/04 20060101ALI20160621BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20160621BHJP

   H01F 1/08 20060101ALI20160621BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H01F1/04 H

   B22F1/00 Y

   B22F9/04 E

   C22C38/00 303D

   H01F1/08 B

   H01F41/02 G

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-531281(P2011-531281)

(86)(22)【出願日】2010年12月17日

(86)【国際出願番号】JP2010072782

(87)【国際公開番号】WO2011125262

(87)【国際公開日】20111013

【審査請求日】2013年12月9日

【審判番号】不服2015-15491(P2015-15491/J1)

【審判請求日】2015年8月20日

(31)【優先権主張番号】201010142507.2

(32)【優先日】2010年4月2日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(73)【特許権者】

【識別番号】310005618

【氏名又は名称】煙台首鋼磁性材料株式有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100139033

【弁理士】

【氏名又は名称】日高 賢治

(72)【発明者】

【氏名】林 喜峰

(72)【発明者】

【氏名】丁 開鴻

(72)【発明者】

【氏名】呂 思晶

(72)【発明者】

【氏名】王 国海

(72)【発明者】

【氏名】于 京春

(72)【発明者】

【氏名】李 忠華

(72)【発明者】

【氏名】王 永杰

(72)【発明者】

【氏名】宮本恭祐

【合議体】

【審判長】 森川 幸俊

【審判官】 酒井 朋広

【審判官】 井上 信一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１９７５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−３０８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７４３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９９４０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01F1/053

H01F1/08

H01F41/02

B22F1/00

B22F9/04

C22C38/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ型化合物を主要構成としたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石であって、
Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種、Ｔは遷移金属元素のうち少なくとも一種、Ｂは硼素、ＭはＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓからなる群から選択された少なくとも一種、Ａは微量元素であり、
Ｒが２４質量％〜３４質量％、
Ｔが６３質量％〜７４質量％、
Ｂが０．５質量％〜１．５質量％、
残りがＭおよびＡで構成され、
前記Ａは、
Ｏの含有量が１３００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、
Ｈの含有量が２ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ、
Ｎの含有量が１５０ｐｐｍ以下、
Ｃの含有量が１１００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、
であり、
保磁力が１６８０ｋＡ／ｍ以上である、
ことを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石。

【請求項2】

請求項１に記載のＲ_２Ｔ_１４Ｂ型化合物を主要構成としたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石の製造方法であって、
Ｒ、Ｔ、Ｂ、Ｍからなる合金をストリップキャスティング法により作成し、
前記合金を、水素化処理により粗粉砕した後、水素炉を真空状態にしてＨの含有量を２ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲内となるよう脱水素処理した後、アルゴンガス又はヘリウムガス雰囲気下において、平均粒径が２〜５μｍの範囲内となるよう粉砕し、
前記粉砕工程において、Ｏの含有量を１３００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、Ｎの含有量を１５０ｐｐｍ以下に制御し、
その後、潤滑剤の添加工程においてＣの含有量を１１００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍに制御し、成型、焼結工程、時効処理を行う、
ことを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は永久磁石の分野に関する。具体的にはＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石及びその製造方法であって、磁石の残留磁束密度Ｂｒを低下させずに、焼結体の保磁力を大きく向上させる高性能な希土類永久磁石及びその製造方法に関する。

【0002】

新エネルギー産業の発展と技術の進歩により、高性能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石（Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種、Ｔは遷移金属元素のうち少なくとも一種、Ｂは硼素）の応用分野は世界的に広がりつつある。従来の電子通信機器の領域であるハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ＣＤ／ＤＶＤのＰｉｃｋ−Ｕｐ、携帯電話、核磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲＩ）のような医療機器から、さらには高効率、省エネルギの電機領域である風力発電機、エアコンや冷蔵庫のコンプレッサー用モータ、そしてハイブリッド・カー（ＨｙｂｒｉｄＣａｒ）用モータや発電機などの新エネルギ源領域へと拡大しつつある。そのゆえ、高性能なＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石材料の需要量はますます増大しており、特に使用温度が高い状況下においても、残留磁束密度が高く、保磁力の高い希土類永久磁石材料に対する要求が高まっている。

【0003】

Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石材料における磁気特性の主な技術指標は、残留磁束密度と保磁力である。残留磁束密度は主に１．順方向疇の体積比率、２．主相（Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ）または磁性相の体積比率、３．磁性晶粒の配向度、４．焼結磁石の実際密度と理論密度の比、などの要素で決定される。

【0004】

残留磁束密度Ｂｒは、以下の式で表される。
Ｂｒ＝Ａ（１−β）（ｄ／ｄ_０）ｃｏｓθ．Ｊｓ
Ａ：順方向疇の体積比率、１−β：主相の体積比率、ｄ： 焼結磁石の実際密度
ｄ_０： 焼結磁石の理論密度 ｃｏｓθ：晶粒の配向度 Ｊｓ：Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ単晶体飽和磁化強度

【0005】

また保磁力は、主として結晶磁気異方性（Ｈａ）、焼結磁石のマイクロな組織（たとえば晶粒度のサイズ、形状など）、Ｒリッチ相の数量と分布、及び逆磁区での逆磁因数等に影響される。

【0006】

保磁力Ｈｃｊは、以下の式で表される。
Ｈｃｊ＝ｃＨａ−Ｎ_ｅｆｆＭｓ
Ｈａ：結晶磁気異方性パラメータ、Ｍｓ：飽和磁化強度 ｃ：マイクロ組織パラメータ Ｎｅｆｆ：逆磁因数

【0007】

現在、重希土類元素であるＤｙとＴｂを含まないＲ−Ｔ−Ｂ系焼結永久磁石材料は、残留磁束密度Ｂｒは高いが（通常は１．４Ｔ）、保磁力が低く９６０ｋＡ／ｍ程度しかない。このため、使用温度の低い及び安定的な使用環境でしか使えず、永久磁石材料の適用領域が大きく制約されている。そして、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力を向上させ使用温度の範囲を拡大するため、成分調整及び晶粒を小さくするなど、さまざまな改善の工夫が実施されている。

【0008】

従来技術の主たる改善方法としては、異方性がより高い重希土類元素であるＤｙまたはＴｂによってＮｄの一部を置換し、保磁力と使用温度を向上させている。例えば、５質量％のＤｙによってＮｄの一部を置換する方法である。これによれば、保磁力は１６８０（ｋＡ／ｍ）まで向上できるが、残留磁束密度Ｂｒは１．２８（Ｔ）まで低下してしまう。

【0009】

その上、重希土類であるＤｙ及びＴｂは希少資源であるため値段が高く、この方法では大量生産に適さない。特に新エネルギ領域の一つである１ ＭＷ永磁直接駆動の風力発電機では、１台に使用される永久磁石の質量は平均値で１０００ｋｇ以上もあり、コスト面から大きな制約要因となる。また、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏなど希少金属元素を多量に添加することにより、結晶粒度を小さくして結晶粒界を改良し、保磁力を向上させる方法もあるが、これもコスト高となってしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記した従来の希土類磁石成分配分比においては、使用温度条件の厳しい（使用環境温度が高い）用途、例えば電気自動車用電動機およびハイブリッド自動車用電動機、発電機に必要とされる保磁力性能まで引き上げることができなかった。電気自動車やハイブリッド自動車における磁石温度は、電気自動車であれば１５０℃、ハイブリッド自動車であれば２００℃に耐えるものが必要であり、磁石保磁力で言えば、１６８０（ＫＡ／ｍ）以上のもの、また残留磁束密度では、１．２８（Ｔ）以上が要求される。

【0011】

重希土類元素であるＤｙ又はＴｂを添加物として加えれば、保磁力性能Ｈｃｊは向上できるが、残留磁束密度Ｂｒを低下させることになり、これは、電動機、および発電機の効率を低下させる結果になる。

【0012】

また、残留磁束密度を低下させないためにＧａ、Ｎｂ、Ｍｏなどの希少金属元素を添加する必要があるが、高価な金属元素を添加物として多量に使用するため、コストが高くなり、需要の大きい電気自動車用電動機およびハイブリッド自動車用電動機、発電機用に適用することは、経済面からその実現性は困難であった。

【0013】

本発明は、これらの欠点を解決し、コストアップ要因となる高価な希少金属材料を大幅に削減しながら、電動機、発電機の効率に影響を及ぼす残留磁束密度Ｂｒと磁力性能Ｈｃｊを向上させ、低コストの豊富な材料を利用して、高性能な希土類磁石を提供するものである。

【0014】

また本発明によれば、高価な重希土類元素であるＤｙ又はＴｂの使用量も減らすことも可能となりに、コスト削減が可能となる。本発明による製品は、サーボモータ、リニアモータ、エレベータモータなど多方面に使用することができる。

【0015】

電気自動車用電動機およびハイブリッド自動車用電動機、発電機用に適用した場合での具体的な効果の説明を以下に述べる。

【0016】

電気自動車用電動機または、ハイブリッド自動車用電動機の電動機出力特性は、図１に示すように、基底回転速度から以上は、速度上昇に伴い、トルクが低下していく定出力特性を必要としている。これらの電動機には、前記希土類磁石を電動機のロータコアに、周方向に等ピッチで埋め込んだ内磁型永久磁石同期電動機（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ ｔｙｐｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ：以降ＩＰＭＳＭと略す。）が主に用いられる（図２参照）。

【0017】

このＩＰＭＳＭのトルク特性は、図３に示すように、横軸を磁石磁束軸（ｄ軸）を基準に取った場合の電流位相角θ、縦軸をトルクＴに取った場合、磁石トルク：Ｔｍとリラクタンストルク：Ｔｒの合成したものになる。
各トルク式は、下記に示すとおりである。
Ｔ＝Ｔｍ＋Ｔｒ
Ｔｍ＝τｍ・ｃｏｓ θ （τｍ：磁石トルクＴｍの最大値）
Ｔｒ＝τｒ・ｓｉｎ（２θ） （τｒ：磁石トルクＴｒの最大値）
このモータの特徴は、モータの定出力特性領域を、前記磁石が持つ磁気エネルギである発生磁束を、電機子磁束で弱めることで実現させている。

【0018】

図２のＩＰＭＳＭの構造から、前記希土類磁石の配置は、磁石磁束軸（ｄ軸）上にあり、Ｒ−Ｔ−Ｂを主成分とする希土類磁石は、比透磁率μｒ≒１．０５であり、ほぼ空気と同じ透磁率である。したがって、電機子から見た場合のｄ軸インダクタンスは、これと直交する軸（ｑ軸）のｑ軸インダクタンスと比較して、
Ｌｄ＜Ｌｑ
の関係にある。

【0019】

電動機の出力制御において、磁石磁束を弱め、速度上昇に伴い増加するモータの端子間電圧を一定値に抑える制御を行うには、このｄ軸インダクタンスが大きいほうが好ましい。つまりロータコア内部に配置される磁石の厚みＬｍが小さいほうがよいということになる。

【0020】

電動機設計上、この磁石厚みＬｍは使用する磁石の使用温度ｔｍ（使用環境温度）時の保磁力性能Ｈｃｊ、そして電機子の弱め界磁エネルギＡｔａから決まる。弱め界磁エネルギＡｔａは、電動機の出力仕様から決定されるため、如何にして磁石使用温度ｔｍ（使用環境温度）において保磁力性能Ｈｃｊの高い磁石を使うかにある。つまり保磁力性能Ｈｃｊが低ければ、電機子の弱め界磁エネルギＡｔａに耐えるようにするには（減磁しないようにするためには）磁石厚みＬｍを厚くする必要がある。

【0021】

しかし、前述したように、磁石厚みＬｍが厚くなると、前述したｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなり、規定出力特性を得るためには、多くの無効電流を電機子に流す必要があり、これは、電動機の定出力域での効率特性を著しく損なうことになる。つまり保磁力性能Ｈｃｊが高い本発明の磁石を用いることで、従来の磁石の場合より磁石厚みＬｍを薄くできるため、前記無効電流を電機子を低減、そして定出力領域の効率を向上させ、省エネルギ効果をだすことができるという大きな効果が得られる。

【0022】

本発明は、従来技術に対して、保磁力性能Ｈｃｊを約２５％向上させることができ、磁石厚みを２５％薄くできる。その結果、前記無効電流の約２５％を低減することで、電機子巻線に生じるジュール損Ｗｊを約３５％低減することができる。

【課題を解決するための手段】

【0023】

本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石材料において、微量元素であるＡの成分範囲を最適に定めることを特徴としている。

【0024】

本発明は前記希少金属を添加せず、粉砕工程で粉の粒度を細かくすることに加え、微量元素Ａの成分を最適な範囲に設定することで、磁石の保磁力を向上させるものである。

【0025】

まず、酸素“Ｏ”の影響と規定範囲の必然性について述べる。
磁粉は、粉の粒度が非常に細かく制御されるため、焼結過程で磁石結晶粒の異常成長が発生しやすくなる。そのゆえ、粉砕工程で磁石中の酸素“Ｏ”含有量を厳しく制御して、粉の表面に酸化膜を形成させ、結晶粒の異常成長を防止している。そのため、酸化膜形成のためだけの酸素“Ｏ”含有量が重要となり、ある成分規定範囲を決める必要がある。酸素の量を入れ過ぎると、Ｒリッチ相は酸化され、保磁力が低下してしまう。

【0026】

水素“Ｈ”の影響と規定範囲の必然性について述べる。
磁石中に水素“Ｈ”が残留すれば、焼結工程でガス脱する時にＨＤＤＲ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ− Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ−Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ−Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）反応が起き、ナノレベルの結晶粒が生じ、焼結工程で結晶粒異常成長の原因となる。それを防止するため、水素“Ｈ”が規定値以上に残留しないように、水素処理工程で水素脱した後の真空度を厳しく制御しなければならない。

【0027】

次に、窒素“Ｎ”の影響と規定範囲の必然性について述べる。
磁粉は、粉の粒度が非常に細かくされると、粉の活性も強くなる。通常の窒素ガスを保護雰囲気として粉作りすれば、温度が上がる時に、窒素は希土類元素と反応するので、粒界相の濡れ性に悪影響して、保磁力を低下させてしまう。よって、まず、窒素“Ｎ”を規定値以下にするため、不活性ガスを、窒素”Ｎ”からアルゴンやヘリウムに変更した雰囲気で粉作り実施、磁石の保磁力を向上させる必要が有る。

【0028】

次に、炭素“Ｃ”の影響と規定範囲の必然性について述べる。
磁粉は、粉の粒度が非常に細かくされると、粉が寄り集まりやすく、粉の配向も難しくなる。このような問題を解決するため、大量の潤滑剤を添加して、粉を分散する必要があるが、潤滑剤は酢酸メチル、カプリル酸メチル、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム中の一種で、全ての潤滑剤が炭素“Ｃ”含有の有機物である。そのため磁石中の炭素“Ｃ”含有量を増加させる恐れがある。
炭素“Ｃ”が増加すれば、ある値より残留磁束密度Ｂｒは低減し、保磁力も急激に低減する。従って炭素“Ｃ”は、ある規定範囲にする必要がある。

【0029】

本発明は Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ型化合物を主要構成としたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａ系希土類永久磁石であって、Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種、Ｔは遷移金属元素のうち少なくとも一種、Ｂは硼素、ＭはＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓからなる群から選択された少なくとも一種、Ａは微量元素であり、
Ｒが２４質量％〜３４質量％で、
Ｔが６３質量％〜７４質量％、
Ｂが０．５質量％〜１．５質量％、
残りがＭおよびＡで構成され、
Ａは、
Ｃの含有量が１１００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、
Ｈの含有量が２ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ、
Ｏの含有量が１３００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、
Ｎの含有量が１５０ｐｐｍ以下、
であり、
保磁力が１６８０ｋＡ／ｍ以上である、
ことを特徴とするものである。
また本発明は、上記した永久磁石の製造方法であって、
Ｒ、Ｔ、Ｂ、Ｍからなる合金をストリップキャスティング法により作成し、
前記合金を、水素化処理により粗粉砕した後、水素炉を真空状態にしてＨの含有量を２ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲内となるよう脱水素処理した後、アルゴンガス又はヘリウムガス雰囲気下において、平均粒径が２〜５μｍの範囲内となるよう粉砕し、
前記粉砕工程において、Ｏの含有量を１３００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、Ｎの含有量を１５０ｐｐｍ以下に制御し、
その後、潤滑剤の添加工程においてＣの含有量を１１００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍに制御し、成型、焼結工程、時効処理を経る、ことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0030】

本発明は、材料コストを上げることなく、また電動機、発電機の効率に影響を及ぼす残留磁束密度Ｂｒを低下させることなく、保磁力性能Ｈｃｊを向上させた希土類磁石、及びその製造方法を提供することができる。

【0031】

また本発明は、微量元素Ａを規定範囲にすることで、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏなどの希少金属元素を少量として、希少希土類元素の投入量を極力低減させ、磁石の安定供給とコストダウンを大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】電気自動車用電動機または、ハイブリッド自動車用電動機の電動機出力特性

【図2】内磁型永久磁石同期電動機（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ ｔｙｐｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）の構造概念図

【図3】上記ＩＰＭＳＭのトルク特性

【図4】Ｎ含有量と残留磁束密度との相関図

【図5】Ｎ含有量と保磁力との相関図

【図6】粉砕粒径と残留磁束密度との相関図

【図7】粉砕粒径と保磁力との相関図

【図8】Ｏ含有量と残留磁束密度との相関図

【図9】Ｏ含有量と保磁力との相関図

【図10】Ｃ含有量と残留磁束密度との相関図

【図11】Ｃ含有量と保磁力との相関図

【図12】Ｈ含有量と残留磁束密度との相関図

【図13】Ｈ含有量と保磁力との相関図

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の実施の形態について、実施例にもとづいて説明する。
なお、以下の実施例における重量表記は質量％で表され、各元素の物質中の重量比率を示すものである。また平均粒径とは、メディアン径であるＤ５０（５０％粒子径）として表し、各数値はレーザー回折式粒度分布測定装置による測定値である。

【実施例1】

【0034】

合金の作製
アルゴンガス雰囲気中で金属または合金原材料を溶かして精錬する。当該合金は、焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａの構成体の中で、
Ｒは、
Ｎｄ：２２．５質量％、
Ｄｙ：３．５質量％、
Ｐｒ：５．０質量％、からなり、
Ｔは、
Ｆｅ：６６．６質量％
Ｃｏ：１．０質量％ からなり、
Ｂは、
Ｂ：１．０質量％ であり、
Ｍは、
Ａｌ：０．３質量％、
Ｃｕ：０．１質量％、
からなる合金である。合金溶湯を、ストリップキャスティング（ＳＣ）法により、ロールで冷却凝固させ、薄片合金を得た。

【0035】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕した後、水素炉を真空状態にして脱水素処置を行う。その後、高圧アルゴンガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が５．０μｍ程度の粉に微粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉砕過程中、ジェットミール粉砕用不活性ガスに一定量の酸素を入れる。その後、粉を不活性ガス中に保存する。

【0036】

潤滑剤の添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程は、アルゴンガス保護雰囲気下とする。

【0037】

成形
前記方法で作製された微細粉を用いて、不活性ガス雰囲気下で磁場成形を行う。次に前記方法で成形された成形体を、４００℃以上の温度環境に一定時間、温度保持し、その後、焼結工程により焼結を行って焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａを得る。

【0038】

時効処理
焼結処理が完了した後、磁石に対して時効処理を行う。その後、機械加工を通して直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍサイズの、実施例１の試料を作製した。

【実施例2】

【0039】

同時的に実施例２の試料も作製した。実施例２が実施例１と異なる点は、粉砕、潤滑剤の添加及び成形工程でヘリウムガスを保護雰囲気として使用した点である。

【比較例１〜３】

【0040】

また、実施例１及び２の効果を実証するため、比較例１、比較例２及び比較例３の合金も作製した。

【0041】

比較例の合金作製方法
窒素ガス雰囲気中で金属または合金原材料を溶かして精錬する。当該合金は、焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａの構成体の中で、
Ｒは、
Ｎｄ：２１質量％、
Ｄｙ：５．０質量％
Ｐｒ：５．０質量％、からなり、
Ｔは、
Ｆｅ：６６．６質量％
Ｃｏ：１．０質量％ からなり、
Ｂは、
Ｂ：１．０質量％ であり、
Ｍは、
Ａｌ：０．３質量％、
Ｃｕ：０．１質量％、
からなる合金である。合金溶湯を、ストリップキャスティング法により、ロールで冷却凝固させ、薄片合金を得た。

【0042】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕した後、水素炉を真空状態として脱水素処置を行う。その後、高圧窒素ガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が５．０μｍ程度の粉に微粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉砕過程中、ジェットミール粉砕用窒素ガスに一定量の酸素を入れる。その後、粉を窒素ガス中に保存する。

【0043】

潤滑剤の添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程は、窒素ガスを保護雰囲気下とする。

【0044】

成形
前記方法で作製された微細粉を用いて、窒素ガス雰囲気下で磁場成形を行う。次に前記方法で成形された成形体を、まず、４００℃以上の温度環境に一定時間温度保持し、その後、焼結工程により焼結を行って焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａを得る。

【0045】

時効処理
焼結処理が完了後、磁石に対して時効処理を行う。その後、機械加工を通して直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍサイズの、比較例１、比較例２及び比較例３の合金を作製した。
比較例１から３は、窒素Ｎの量が保磁力の性能低下に及ぼす影響を明確にするもので、比較例１は、“Ａ”の窒素Ｎ＝１６０ｐｐｍ、比較例２は、窒素Ｎ＝２００ｐｐｍ、そして比較例３は、窒素Ｎ＝４００ｐｐｍである。

【0046】

実施例１、２と比較例１〜３の分析結果
磁気特性の測定結果及び成分分析の結果対比を下記の表１および図４、図５（グラフ）に示す。
図４は、横軸を窒素Ｎ含有量、縦軸を残留磁束密度として、両者の関係を示す。図５は、横軸を窒素Ｎ含有量、縦軸を保磁力として、両者の関係を示す。これらの図から高性能な永久磁石として要求される保磁力１６８０ｋＡ／ｍ以上となるように、窒素Ｎを１５０ｐｐｍ以下にする必要があり、このとき、残留磁束密度は、１．２８Ｔ以上になっていることが確認できる。
表１：

【0047】

表１により明らかなとおり、本願発明の実施例１は、比較例１と比べて希少希土類金属Ｄｙの添加量を３０％削減したにも関わらず、残留磁束密度は基本的に変化がなく、保磁力にも大差が無い。即ち、本願発明によれば高価な希少希土類Ｄｙを３０％削減することができる。

【実施例3】

【0048】

合金作製
実施例１と同様な製造工程で合金を作製する。

【0049】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕し、水素炉を真空状態にして脱水素処置を行う。その後、高圧アルゴンガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が４．０μｍ程度までに粉砕する。
結晶粒の異常成長を防ぐため、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉をアルゴンガス中に保存する。

【実施例4】

【0050】

実施例３と同様な製造工程で合金を作製するが、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が３．０μｍ程度までに粉砕する。
結晶粒の異常成長を防ぐため、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉をアルゴンガス中に保存する。

【実施例5】

【0051】

実施例３と同様な製造工程で合金を作製するが、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が２．５μｍ程度までに粉砕する。
結晶粒の異常成長を防ぐため、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉をアルゴンガス中に保存する。

【0052】

上記実施例３〜５は、以下の工程を同じにするため、共通にして説明する。
潤滑剤の添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程は、アルゴンガス保護雰囲気下とする。成形、焼結、時効処理は実施例１と同様にして試料を作製した。

【比較例４、５】

【0053】

同時的に比較例４及び比較例５の試料も作製した。比較例４及び比較例５が実施例３−５と異なる点は粉の平均粒径である。平均粒径が６．０μｍのものを比較例４、同１．５μｍのものを比較例５とした。

【0054】

磁気特性の測定結果及び成分分析の結果対比を下記の表２および図６、図７（グラフ）に纏めた。
図６は、横軸を平均粒径、縦軸を残留磁束密度として、両者の関係を示す。図７は、横軸を平均粒径、縦軸を保磁力として、両者の関係を示す。これらの図から高性能な永久磁石として要求される保磁力１６８０ｋＡ／ｍ以上となるように、平均粒径を２〜５μｍにする必要があり、このとき、残留磁束密度は、１．２８Ｔ以上になっていることが確認できる。
表２：

【0055】

表２から明らかなように、実施例３〜５は、比較例４、５に比べて保磁力は明らかに向上している。

【実施例6】

【0056】

合金作製
実施例１と同様な製造工程で合金を作製する。

【0057】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕し、水素炉を真空状態として脱水素処置を行う。その後、高圧不活性ガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が４．０μｍ程度までに粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉を不活性ガス中に保存する。

【0058】

潤滑剤添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程は不活性ガス保護雰囲気下とする。

【0059】

成形、焼結、時効処理
実施例１と同様にして試料を作製するが、実施例１との相違は、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉を不活性ガス中に保存して酸素量を調整した点である。
酸素Ｏを１３００ｐｐｍとしたものを実施例６とする。

【実施例7】

【0060】

実施例７は、上記６と同様の工程により作成するが、酸素Ｏを１６００ｐｐｍとしたものを実施例６とする。

【実施例8】

【0061】

実施例８は、上記６と同様の工程により作成するが、酸素Ｏを２０００ｐｐｍとしたものを実施例６とする。

【比較例６〜８】

【0062】

比較例６、７、８が実施例６、７、８と異なる点は、粉砕工程における酸素量を下限と上限にコントロールした点である。

【0063】

磁気特性の測定結果及び成分分析の結果対比を下記の表３および図８、図９（グラフ）に示す。
図８は、横軸を酸素Ｏ含有量、縦軸を残留磁束密度として、両者の関係を示す。図９は、横軸を酸素Ｏ含有量、縦軸を保磁力として、両者の関係を示す。これらの図から高性能な永久磁石として要求される保磁力１６８０ｋＡ／ｍ以上となるように、酸素Ｏを１３００ｐｐｍ以上、２０００ｐｐｍ以下にする必要があり、このとき、残留磁束密度は、１．２８Ｔ以上になっていることが確認できる。
表３：

【0064】

表３から明らかなように、実施例６、実施例７、実施例８の磁石角形性は、比較例６，７に比べて優れている。また、実施例６、実施例７、実施例８の磁石保磁力は、比較例６〜８と比べて、約１０％〜２０％優れることが明らかになっている。

【実施例9】

【0065】

合金作製
実施例１と同様な製造工程で合金を作製した。

【0066】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕した後、水素炉を真空状態にして脱水素処置を行う。その後、高圧アルゴンガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が３．０μｍ程度までに粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉砕過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉を不活性ガス中に保存する。

【0067】

潤滑剤の添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程はアルゴンガス保護雰囲気下とする。

【0068】

成形、焼結、時効処理
実施例１と同様、機械加工を通して直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍサイズの試料を作製した。

【比較例９〜１１】

【0069】

同時に比較例９、比較例１０及び比較例１１の試料も作製した。比較例９、１０、１１が実施例９と異なる点は、潤滑剤の添加量である。潤滑剤としては、酢酸メチル、カプリル酸メチル、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム中の一種から選択されるが、これらの潤滑剤は炭素“Ｃ”含有の有機物である。よってこの潤滑剤の量を、焼結体の中でコントロールし、炭素Ｃの含有量をそれぞれ異ならせているのが比較例９，１０，１１である。

【0070】

磁気特性の測定結果及び成分分析の結果対比を下記の表４および図１０、図１１（グラフ）に纏めた。
図１０は、横軸を炭素Ｃ含有量、縦軸を残留磁束密度とし、両者の関係を示す。図１１は、横軸を炭素Ｃ含有量、縦軸を保磁力とし、両者の関係を示す。これらの図から、高性能な永久磁石として要求される保磁力１６８０ｋＡ／ｍ以上となるように、炭素Ｃを１１００ｐｐｍ以上、２０００ｐｐｍ以下にする必要があり、このとき、残留磁束密度は、１．２８Ｔ以上になっていることが確認できる。
表４：

【0071】

表４より明らかなとおり、実施例９は、比較例９、１０と比べて磁石残留磁束密度Ｂｒがそれぞれ０．０８Ｔ、０．０７Ｔ 高い。また、比較例１１と比べて磁石保磁力が２４９ＫＡ／ｍ高い。

【実施例10】

【0072】

合金作製
実施例１と同様な製造工程で合金を作製する。

【0073】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕してから、水素炉を真空状態で脱水素処置を行う。その後、高圧アルゴンガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が５．０μｍ程度までに粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定する量の酸素を入れ、その後、粉をアルゴンガス中に保存する。実施例１０は、水素の含有量を２ｐｐｍとした。これは脱水素後の真空度を調整することで達成される。

【0074】

潤滑剤添加
粉の配向性を向上するため、材料混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程はアルゴンガス保護雰囲気とする。

【0075】

成形、焼結、時効処理
実施１と同じく、通常工程にて試料を作製する。

【実施例11】

【0076】

実施例１１は、実施例１０と同様の工程で作成するが、水素の含有量を５ｐｐｍとした。

【実施例12】

【0077】

実施例１２は、実施例１０と同様の工程で作成するが、水素の含有量を９ｐｐｍとした。

【比較例１２】

【0078】

比較例１２の試料は実施例１０と同様にして作成されるが、その異なる点は水素の含有量であり、これは脱水素後の真空度を調整することで達成される。

【0079】

磁気特性の測定結果及び成分分析の結果対比を下記の表５および図１２、図１３（グラフ）に纏めた。
図１２は、横軸を水素Ｈ含有量、縦軸を残留磁束密度とし、両者の関係を示す。図１３は、横軸を水素Ｈ含有量、縦軸を保磁力とし、両者の関係を示す。これらの図から、高性能な永久磁石として要求される保磁力１６８０ｋＡ／ｍ以上となるように、水素Ｈを１０ｐｐｍ以下にする必要があり、このとき、残留磁束密度は、１．２８Ｔ以上になっていることが確認できる。
表５：

【0080】

表５より明らかなとおり、実施例１０、１１、１２に示すように水素Ｈ含有量を少なくするに従い保磁力は比較例１２に対し、それぞれ１１２ＫＡ／ｍ、８８ＫＡ／ｍ、８４ＫＡ／ｍと向上している。

【実施例13】

【0081】

合金作製
実施例１と同様な製造工程で合金を作製する。

【0082】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕し、水素炉を真空状態にして脱水素処置を行う。その後、高圧アルゴンガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が３．５μｍ程度まで粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉作り過程中、ジェットミール粉砕用ガスに一定量の酸素を入れ、その後、粉をアルゴンガス中に保存する。

【0083】

潤滑剤添加
粉の配向性を向上するため、材料混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程はアルゴンガス保護雰囲気下とする。

【0084】

成形、焼結、時効処理
実施例１と同じく、機械加工を通して直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍサイズの試料を作製する。

【比較例１３、１４】

【0085】

同時に比較例１３及び比較例１４の試料も作製する。
比較例１３の合金作製方法
真空或いは不活性ガス（アルゴンガス最適）雰囲気中で金属または合金原材料を溶かして精錬する。当該合金は、焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａの構成体の中で、
Ｒは、
Ｎｄ：２２．５質量％、
Ｄｙ：３．５質量％、
Ｐｒ： ５．０質量％、からなり、
Ｔは、
Ｆｅ： ６６．３５質量％
Ｃｏ：１．０質量％、からなり、
Ｂは、
Ｂ： １．０質量％ であり、
Ｍは、
Ａｌ：０．３質量％、
Ｃｕ：０．１質量％ からなり、
その他として、
Ｇａ： ０．１５質量％、
Ｎｂ： ０．０５質量％、
Ｍｏ： ０．０５質量％
からなる合金である。合金溶湯を、ストリップキャスティング法により、ロールで冷却凝固させ、薄片合金を得る。

【0086】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕した後、水素炉を真空状態にして脱水素処置を行う。その後、高圧窒素ガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が６．０μｍ程度の粉に微粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉砕過程中、ジェットミール粉砕用不活性ガスに一定量の酸素を入れる。その後、粉を窒素ガス中に保存する。

【0087】

潤滑剤の添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程はアルゴンガス保護雰囲気下とする。

【0088】

成形、焼結、時効処理
比較例１と同じく機械加工を通して直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍサイズの試料を作製する。

【0089】

比較例１４の合金作製方法
真空或いは不活性ガス（アルゴンガス最適）雰囲気中で金属または合金原材料を溶かして精錬する。当該合金は、焼結体Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ−Ａの構成体の中で、
Ｒは、
Ｎｄ：２１．５質量％、
Ｄｙ：４．５質量％、
Ｐｒ： ５．０質量％ からなり、
Ｔは、
Ｆｅ： ６６．４５質量％
Ｃｏ：１．０質量％ からなり、
Ｂは、
Ｂ： １．０質量％ であり、
Ｍは、
Ａｌ：０．３質量％、
Ｃｕ：０．１質量％、からなり、
その他として、
Ｇａ： ０．０５質量％、
Ｎｂ： ０．０５質量％、
Ｍｏ： ０．０５質量％
からなる合金である。合金溶湯を、ストリップキャスティング法により、ロールで冷却凝固させ、薄片合金を得る。

【0090】

粉砕
前記合金を、水素化処理を通して粗粉砕した後、水素炉を真空状態として脱水素処置を行う。その後、高圧窒素ガスを用い、ジェットミール機内で前記粗粉砕された合金を平均粒径が８．０μｍ程度の粉に微粉砕する。結晶粒の異常成長を防ぐため、粉砕過程中、ジェットミール粉砕用不活性ガスに一定量の酸素を入れる。その後、粉を窒素ガス中に保存する。

【0091】

潤滑剤の添加
粉の配向性を向上するため、粉混合機に一定量の潤滑剤を添加する。潤滑剤を混入する過程はアルゴンガス保護雰囲気下とする。

【0092】

成形、焼結、時効処理
比較例１と同じく、機械加工を通して直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍサイズの試料を作製する。

【0093】

磁気特性の測定結果及び成分分析の結果対比を下記の表６に纏めた。
表６：

【0094】

表６より明らかなとおり、平均粒径を小さくすることは、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏを少量とし、且つ金属Ｄｙの使用量も減少させる効果がある。
実施例１３の場合、希少金属であるＧａ， Ｎｂを大幅に低減しながらも、磁石保磁力は、比較例１３及び比較例１４と比べて、それぞれ１２６ＫＡ／ｍ、８８ＫＡ／ｍ高く、残留磁束密度は、０．０１Ｔ、０．０２Ｔ高くなっている。
本発明の効果を表７に整理する。
表７

表７に示すように、本実施例の効果は、
希少金属元素（Ｇａ，Ｎｂ，Ｍｏ）に関し、Ｇａは、比較例に対して、１／４０〜１／１５０以下に低減でき、Ｎｂは、１／５０以下、そしてＭｏは、１／５以下に低減できるメリットがある。
高価希土類元素Ｄｙに関しては、２０％程度の低減効果がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】