以下、本発明による永久磁石式回転機の� ��施形態を説明する。本実施形態における永� ��磁石式回転機は、8極12スロットの3相ブラシ レスモータであるが、本発明の回転機の構成 は、このようなモータに限定されない。

 まず、図1を参照する。図1には、本実施� �態におけるモータの主たる構成要素である� �ータ100およびステータ200が示されている。

 本実施形態におけるロータ100は、ロータ� ��ア10と、ロータコア10の外周面に円周方向に 沿って等間隔で配列された8個の永久磁石12と を備えている。ロータコア10の軸中心に設け� ��れた回転軸(不図示)が軸受け(不図示)などに よって回転自在に支持される。ロータコア10� ��、例えば、珪素が添加された無方向性電磁� ��板を積層して形成される。永久磁石12の詳� �は後述する。

 一方、ステータ200は、珪素が添加された� ��方向性電磁鋼板などを積層して形成された� ��テータコア20を備えている。ステータコア20 は、リング状の基部22と、当該基部22から回� �軸方向に突出する12本のティース部24とを有� ��ている。ティース部24の間に形成されたス� �ット26には、ステータ200に回転磁界を形成す るためのコイル(不図示)が巻回されている。� ��実施形態におけるコイルの巻回数は1つのテ ィース部24について例えば250ターンである。� ��のコイルに励磁電流を流すことにより、ロ� ��タ100およびステータ200を貫く磁路が形成さ� ��る。本実施形態におけるコイルは、3相Y(ス� ��ー)結線により、不図示の制御回路に結合さ れるが、1つの相について4つのティース部24� �直列的に接続される。

 次に、本実施形態における永久磁石12の� �成を説明する。

 本実施形態の永久磁石12は、軽希土類元� �RL(NdおよびPrの少なくとも1種)を主たる希土� �元素Rとして含有するR-Fe-B系希土類焼結磁石� ��ある。特徴的な点は、図2(a)および図2(b)に� �すように、重希土類元素RH(Dy、Ho、およびTb� �らなる群から選択された少なくとも1種)が他 の部分よりも相対的に高い濃度で拡散された 高保磁力部12aを備えていることにある。本明 細書では、永久磁石12のうち、高保磁力部12a� ��外の部分を低保磁力部12bと称する場合があ� ��。

 永久磁石12は、軽希土類元素RLを主たる希土 類元素Rとして含有するR ₂ Fe ₁₄ B
型化合物結晶粒を主相として有しているが、 高保磁力部12aに含まれる重希土類元素RHは、R ₂ Fe ₁₄ B型化合物結晶粒の粒界においてR ₂ Fe ₁₄ B型化合物結晶粒内部よりも相対的に高い濃� �で分布している。このため、残留磁束密度Br の低下が抑制され、効率的に保磁力が高めら れている。これは、軽希土類元素RLを主たる� ��土類元素Rとして含有するベース磁石の表面 から、重希土類元素RHが粒界拡散によって内� ��に移動したためである。この結果、高保磁� ��部12aに含まれる重希土類元素RHの濃度は、� �久磁石12の表面から内部に向かって低下する 濃度勾配を有している。

 このような永久磁石12において、高保磁� �部12aは、高保磁力部12a以外の部分(低保磁力� ��12b)と一体化しており、1つの磁石内部にお� �て一体的に形成されている。後述するよう� �、高保磁力部12aは、永久磁石式回転機の動� �時に各永久磁石12において最も強く減磁界が 作用する部分を含む領域に形成されている。

 次に、図3を参照しながら、永久磁石12の� ��ち、最も強く減磁界が作用する部分を説明� ��る。図3は、ステータ200のコイルによって発 生する磁場(磁束)を模式的に示している。ロ� ��タ100は、図の右側から左側に回転して行く� ��のとする。簡単のため、図3では、ロータ100 の円周表面領域の一部を抽出し、平坦なもの として記載している。また、図3では、3個の� ��久磁石12のみを記載している。

 図3に示す位置では、永久磁石12の左上端� ��には、ティース部24から出た磁束が侵入し� �吸引力が生じている。一方、永久磁石12の右 上端部では、コイルの磁界が永久磁石12にお� ��る磁化方向とは反対の方向を向くため、反� ��力が生じる。ロータ100の回転に伴ってステ� ��タ200のコイルを流れる電流の向きが反転す� ��ため、すべての永久磁石12の左上端部には� �引力が生じ、右上端部には反発力が発生す� �ことになる。こうして、ロータ100に回転力� �付与される。

 ロータ100の回転方向が一定の場合、永久� ��石12における一方の端部に常に減磁界(反発� ��)が作用することになる。ロータ100が反対方 向にも回転させられる場合は、回転の向きに 応じて永久磁石12のどちらか一方の端部に反� ��力が形成されることになる。

 したがって、最も強い減磁界(反発力)が� �用する部分に優先的に高保磁力部12aを設け� �ばよく、弱い減磁界しか作用しない領域、� �よび、減磁界が作用しない領域には高保磁� �部12aを設ける必要がない。

 このため、図3の破線部に囲まれた領域に 含まれる永久磁石の特定部分に選択的にDyな� ��の重希土類元素RHを拡散することにより、� �の部分の保磁力を相対的に高めている。す� �わち、両方向にロータ100を回転させる場合� �、図2に示す永久磁石12のように、その両端� �の各々に高保磁力部12aを設ける必要があり� �ロータ100の回転方向が一定の場合は、その� �転方向に応じて一方の端部に高保磁力部12a� �形成すればよい。

 以下、本実施形態における永久磁石12の� �造方法を説明する。

 [原料合金]
 まず、25質量%以上40質量%以下の軽希土類元� ��RLと、0.6質量%~1.6質量%のB(硼素)と、残部Feお よび不可避的不純物とを含有する合金を用意 する。Bの一部はC(炭素)によって置換されて� �てもよいし、Feの一部(50原子%以下)は、他の� ��移金属元素(例えばCoまたはNi)によって置換� ��れていてもよい。この合金は、種々の目的� ��より、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、 Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Hf、Ta、W、Pb、およびBi からなる群から選択された少なくとも1種の� �加元素Mを0.01~1.0質量%程度含有していてもよ� ��。

 上記の合金は、原料合金の溶湯を例えば� ��トリップキャスト法によって急冷して好適� ��作製され得る。以下、ストリップキャスト� ��による急冷凝固合金の作製を説明する。

 まず、上記組成を有する原料合金をアル� ��ン雰囲気中において高周波溶解によって溶� ��し、原料合金の溶湯を形成する。次に、こ� ��溶湯を1350℃程度に保持した後、単ロール法 によって急冷し、例えば厚さ約0.3mmのフレー� ��状合金鋳塊を得る。こうして作製した合金� ��片を、次の水素粉砕前に例えば1~10mmの大き� ��のフレーク状に粉砕する。なお、ストリッ� ��キャスト法による原料合金の製造方法は、� ��えば、米国特許第5、383、978号明細書に開示 されている。

 [粗粉砕工程]
 上記のフレーク状に粗く粉砕された合金鋳� ��を水素炉の内部へ収容する。次に、水素炉� ��内部で水素脆化処理(以下、「水素粉砕処理 」と称する場合がある)工程を行う。水素粉� �後の粗粉砕合金粉末を水素炉から取り出す� �、粗粉砕粉が大気と接触しないように、不� �性雰囲気下で取り出し動作を実行すること� �好ましい。そうすれば、粗粉砕粉が酸化・� �熱することが防止され、磁石の磁気特性の� �下が抑制できるからである。

 水素粉砕によって、希土類合金は0.1mm~数m m程度の大きさに粉砕され、その平均粒径は50 0μm以下となる。水素粉砕後、脆化した原料� �金をより細かく解砕するとともに冷却する� �とが好ましい。比較的高い温度状態のまま� �料を取り出す場合は、冷却処理の時間を相� �的に長くすれば良い。

 [微粉砕工程]
 次に、粗粉砕粉に対してジェットミル粉砕� ��置を用いて微粉砕を実行する。本実施形態� ��使用するジェットミル粉砕装置にはサイク� ��ン分級機が接続されている。ジェットミル� ��砕装置は、粗粉砕工程で粗く粉砕された希� ��類合金(粗粉砕粉)の供給を受け、粉砕機内� �粉砕する。粉砕機内で粉砕された粉末はサ� �クロン分級機を経て回収タンクに集められ� �。こうして、0.1~20μm程度(典型的には3~5μm)の 微粉末を得ることができる。このような微粉 砕に用いる粉砕装置は、ジェットミルに限定 されず、アトライタやボールミルであっても よい。粉砕に際して、ステアリン酸亜鉛など の潤滑剤を粉砕助剤として用いてもよい。

 [プレス成形]
 本実施形態では、上記方法で作製された磁� ��粉末に対し、例えばロッキングミキサー内� ��潤滑剤を例えば0.3wt%添加・混合し、潤滑剤� ��合金粉末粒子の表面を被覆する。次に、上� ��の方法で作製した磁性粉末を公知のプレス� ��置を用いて配向磁界中で成形する。印加す� ��磁界の強度は、例えば1.5~1.7テスラ(T)である 。また、成形圧力は、成形体のグリーン密度 が例えば4~4.5g/cm ³ 程度になるように設定される。

 [焼結工程]
 上記の粉末成形体に対して、650~1000℃の範� �内の温度で10~240分間保持する工程と、その� �、上記の保持温度よりも高い温度(例えば1000 ~1200℃)で焼結を更に進める工程とを順次行う ことが好ましい。焼結時、特に液相が生成さ れるとき(温度が650~1000℃の範囲内にあるとき )、粒界相中のRリッチ相が融け始め、液相が� ��成される。その後、焼結が進行し、焼結磁� ��体が形成される。焼結後、寸法調整のため� ��研削を行っても良い。

 [拡散工程]
 次に、こうして作製された焼結磁石体の特� ��領域(磁石体の一部)に重希土類元素RHを効率 良く拡散浸透させて、焼結磁石体の一部に高 保磁力部を形成する。

 以下、図4を参照しながら、本実施形態に おける重希土類元素RHの拡散工程を詳細に説� ��する。図4には、上記の工程で作成された焼 結磁石体120と、重希土類元素RHのバルク体(RH� ��ルク体)40との配置例を示している。RHバル� �体40は、例えばDyからなる金属薄板である。

 図4に示す例では、高融点金属材料からな る処理室(不図示)の内部において、焼結磁石� ��120とRHバルク体40とが所定間隔をあけて対向 するように配置されている。図4の例では、� �数の焼結磁石体120およびRHバルク体40を支持� ��る部材45を用いている。このような支持部� �は、例えばNb製の網を用いて作製され得る。 焼結磁石体120およびRHバルク体40を保持する� �成は、上記の例に限定されず、任意である� �

 本実施形態では、焼結磁石体120の特定部� ��に対して優先的に重希土類元素RHを導入す� �ため、焼結磁石体120の両端部に近接するよ� �にRHバルク体40を配置している。高保磁力部� ��形成するべき部分以外の領域に重希土類元� ��RHが拡散されると、重希土類元素RHを無駄に 使用することになるため、非拡散領域には高 融点金属膜などからなるマスク層を設けても よい。ただし、図4に示すように、焼結磁石� �120の端部にRHバルク体40を近接させることに� ��り、特別のマスク層を設けることなく、焼� ��磁石体の一部に高保磁力部を容易に形成す� ��ことができる。

 重希土類元素RHの拡散を行うためには、� �図示の加熱装置による加熱を行うことによ� �、処理室の温度を上昇させる。このとき、� �理室の温度を、例えば700℃~1000℃、好ましく は850℃~950℃の範囲に調整する。この温度領� �では、Dyなどの重希土類金属RHの蒸気圧は僅� ��であり、ほとんど気化しないが、焼結磁石� ��120とRHバルク体40とを接触させることなく、 近接配置させることにより、焼結磁石体120の 表面に毎時数μm(例えば0.5~5μm/Hr)の低いレー� �で重希土類金属を析出させることが可能で� �る。しかも、焼結磁石体120の温度をRHバルク 体40の温度と同じかそれよりも高い適切な温� ��範囲内に調節することにより、気相から析� ��した重希土類金属RHを、そのまま焼結磁石� �120の内部に深く拡散させることができる。� �の温度範囲は、RH金属が焼結磁石体120の粒界 相を伝って内部へ拡散する好ましい温度領域 であり、RH金属のゆっくりとした析出と磁石� ��内部への急速な拡散が効率的に行われるこ� ��になる。

 本実施形態では、RHバルク体40の気化・昇 華を抑制しつつ、焼結磁石体120の表面に飛来 した重希土類元素RHを速やかに焼結磁石体120� ��内部に拡散させる。このためには、焼結磁� ��体120とRHバルク体40の間隔を1mm~300mmに設定す ればよい。この間隔は、50mm以下であること� �好ましく、20mm以下であることがより好まし� ��、10mm以下であることが更に好ましい。この ような距離で離れた状態を維持できれば、焼 結磁石体120とRHバルク体40との配置関係は、� �下でも左右でも、また互いが相対的に移動� �るような配置であってもよい。

 本実施形態では、RH金属の気化量は少な� �が、焼結磁石体120とRHバルク体40とが非接触� ��つ至近距離に配置されるため、気化したRH� �属が焼結磁石体表面に効率よく析出し、処� �室内の壁面などに付着することが少ない。� �らに、処理室内の壁面がNbなどの耐熱合金や セラミックなどRHと反応しない材質で作製さ� ��ていれば、壁面に付着したRH金属は再び気� �し、最終的には焼結磁石体表面に析出する� �このため、貴重資源である重希土類元素RHの 無駄な消費を抑制することができる。

 熱処理時における処理室内は不活性雰囲� ��であることが好ましい。「不活性雰囲気」� ��は、真空、または不活性ガスで満たされた� ��態を含むものとする。また、「不活性ガス� ��は、例えばアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)など� �希ガスであるが、RHバルク体および焼結磁石 体との間で化学的に反応しないガスであれば 、「不活性ガス」に含まれ得る。不活性ガス の圧力は、大気圧よりも低い値を示すように 減圧される。処理室内の雰囲気圧力が大気圧 に近いと、RHバルク体から焼結磁石体の表面� ��供給されにくくなるが、この圧力が充分に� ��い場合は、RH金属の拡散量(保磁力の向上度) は圧力に大きくは影響しない。これは、拡散 量が磁石表面から内部への拡散速度によって 律速されるためである。拡散量は、圧力より も焼結磁石体の温度に敏感である。

 焼結磁石体の表面(特定領域)に飛来し、析� �したRH金属は、雰囲気の熱および磁石界面に おけるRH濃度の差を駆動力として、粒界相中� ��磁石内部に向かって拡散する。このとき、R ₂ Fe ₁₄ B相中の軽希土類元素RLの一部が、磁石表面か ら拡散浸透してきた重希土類元素RHによって� ��換される。その結果、R ₂ Fe ₁₄ B相の外殻部に重希土類元素RHが濃縮された層 が形成される。

 このようなRH濃縮層の形成により、主相外� �部の結晶磁気異方性が高められ、保磁力H _cJ が向上することになる。すなわち、少ないRH� ��属の使用により、磁石内部の奥深くにまで� ��希土類元素RHを拡散浸透させ、主相外殻部� �みにおいて軽希土類元素RLを重希土類元素RH� ��置換することができるため、残留磁束密度B rの低下を抑制しつつ、磁石体の一部(高保磁� ��部)で保磁力H _cJ を向上させることが可能になる。

 なお、上記の拡散工程は、焼結磁石体の� ��面状況に敏感ではなく、拡散工程の前に焼� ��磁石体の表面にAl、Zn、またはSnからなる膜� ��形成されていてもよい。Al、Zn、およびSnは� ��低融点金属であり、しかも、少量であれば� ��石特性を劣化させず、また上記の拡散の障� ��ともならないからである。

 RHバルク体40は、一種類の元素から構成さ れている必要はなく、重希土類元素RHおよび� ��素X(Nd、Pr、La、Ce、Al、Zn、Sn、Cu、Co、Fe、Ag� ��およびInからなる群から選択された少なく� �も1種)の合金を含有していてもよい。このよ うな元素Xは、粒界相の融点を下げるため、� �希土類元素RHの粒界拡散を促進する効果が期 待できる。このような合金のバルク体とNd焼� ��磁石とを離間配置した状態で真空熱処理す� ��ことにより、重希土類元素RHおよび元素Xを� ��石表面上に蒸着するとともに、優先的に液� ��となった粒界相(Ndリッチ相)を介して磁石内 部へ拡散させることができる。