希土類ボンド磁石の製造方法
【課題】 磁性粉末の配向を容易に生じさせることができ、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石を得ることが可能な希土類ボンド磁石の製造方法を提供すること。
【解決手段】 好適な実施形態の希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、樹脂を硬化させる硬化工程とを有する。
【解決手段】 好適な実施形態の希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、樹脂を硬化させる硬化工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類ボンド磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素を含有する希土類磁石の一形態として、希土類ボンド磁石が知られている。希土類ボンド磁石は、優れた磁気特性を有するとともに、複雑な形状にも比較的容易に対応できることから、モータなどの各種機器に使用されている。最近、各種機器は、小型化・高効率化が図られており、それに伴って、優れた磁気特性を有する希土類ボンド磁石が求められている。
【０００３】
希土類ボンド磁石の製造方法としては、例えば、希土類合金からなる磁性粉末と樹脂とを混練して、磁場中で所定の形状に成形した後、樹脂を硬化させて製造する技術が知られている。このような製造方法においては、成形時に磁場の影響により磁性粉末を配向させるが、高い磁気特性（特に残留磁束密度（Ｂｒ））を得る観点からは、磁性粉末の配向をできるだけ良好に生じさせることが好ましい。
【０００４】
特許文献１には、磁性粉末と熱可塑性樹脂との混合物を加熱して樹脂を溶融させ、２７０〜３２０℃で磁界を印加して磁性粉末を異方性配向させながら射出成形または押し出し成形する異方性希土類ボンド磁石の製造方法が記載されている。そして、このような方法によると、樹脂の溶融流動性を利用して、磁界中での磁性粉末の配向性を上げることが、比較的容易にできることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６８６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、特許文献１に記載の方法によると、磁性粉末の配向性を向上させることはできるものの、従来に比して高いＢｒを得ようとする場合、成形時に極めて高い配向磁界を印加する必要があるため、必ずしも容易には配向性を向上させることができないことが判明した。
【０００７】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、磁性粉末の配向を容易に生じさせることができ、これによって高いＢｒを有する希土類ボンド磁石を得ることが可能な希土類ボンド磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、樹脂を硬化させる硬化工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法においては、原料粉末を加熱しながら成形を行った後、得られた成形体に対して樹脂を含浸させている。そのため、成形時において、上記の所定の温度範囲での加熱により磁性粉末の保磁力が一時的に低下することに加えて、成形時に樹脂が添加されていないことから、磁性粉末が樹脂によって拘束されることもなく、これらの要因により、磁性粉末が容易に動くことができる。したがって、本発明の製造方法によれば、磁場中での成形の際に、磁界に合わせて磁性粉末が向きを変えることが容易であり、高い磁界を印加しなくても磁性粉末を良好に配向させることが可能となる。その結果、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石が得られるようになる。
【００１０】
また、本発明の製造方法は、磁性粉末が、希土類元素として軽希土類元素を含む組成を有するものであり、且つ、原料粉末は、磁性粉末に重希土類元素の化合物を添加したものであって、成形工程後、含浸工程前に、成形体に熱処理を施す熱処理工程を更に有するものであると好適である。
【００１１】
このように、軽希土類元素を含む磁性粉末に、重希土類元素の化合物を添加することにより、得られる希土類ボンド磁石は、これらの軽希土類元素及び重希土類元素の両方を含む組成を有するものとなり、優れたＢｒに加えて、高い保磁力（ＨｃＪ）を発揮し得るものとなる。特に、成形工程後、成形体に熱処理を施すことによって、重希土類元素が磁性粉末を構成している磁性粒子の周囲に良好に分散され、その結果、磁性粒子により発揮されるＢｒを高く維持しながら、重希土類元素によるＨｃＪの向上効果を良好に得ることが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明の製造方法においては、原料粉末は、潤滑剤を含有するものであると更に好ましい。潤滑剤を含むことにより、成形時に磁性粉末が一層動き易くなり、これによって更に高い配向度を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁場中成形時に高い磁界を加えなくても磁性粉末の配向を容易に生じさせることができ、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石を得ることが可能な希土類ボンド磁石の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】好適な実施形態に係る製造方法によって得られる希土類ボンド磁石の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
好適な実施形態に係る希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、樹脂を硬化させる硬化工程とを含む。以下、本実施形態の製造方法の各工程について説明する。
【００１７】
［原料粉末の準備］
本実施形態では、まず、希土類ボンド磁石の原料粉末を準備する。原料粉末は、希土類元素を含む組成を有しており、水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有するものである。
【００１８】
磁性粉末は、希土類元素を含む組成を有する合金を準備し、これに水素化分解・脱水素再結合法による処理を施すことにより得ることができる。合金としては、本実施形態の製造方法によって得られる希土類ボンド磁石が磁気特性を発揮し得るような組成を有するものを適用する。その製法としては、通常の鋳造方法、例えばストリップキャスト法、ブックモールド法や遠心鋳造法を適用できる。また、これらの方法によって得られた合金に、均質化熱処理を施したものであってもよい。
【００１９】
なお、本明細書における希土類元素（場合により、「Ｒ」で表す。）は、長周期型周期表の第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイド元素のことをいう。ランタノイド元素には、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビニウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等が含まれる。希土類元素は、軽希土類元素及び重希土類元素に分類することができる。「重希土類元素」とはＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕをいい、「軽希土類元素」とはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕをいう。
【００２０】
合金は、希土類元素として、軽希土類元素を含むものであると好ましい。これにより、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石が得られ易くなる。軽希土類元素は、Ｎｄ及び／又はＰｒであると好ましい。
【００２１】
より具体的には、合金の好適な組成としては、希土類元素（Ｒ）として軽希土類元素であるＮｄ及びＰｒの少なくとも一方を含み、Ｂを０．５〜４．５質量％含み、残部がＴ（ＴはＦｅ及び／又はＣｏを示す。）であるＲ−Ｔ−Ｂ系の組成を有するものが挙げられる。また、合金は、必要に応じて、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ等の他の元素を更に含んでもよい。なお、合金には、合金の原料等に含まれていたものや、合金の製造過程で混入したもの等の不可避的不純物が、磁気特性に大きく影響しない程度に含まれていてもよい。
【００２２】
磁性粉末の製造においては、このような合金に対し、水素化分解・脱水素再結合法による処理を施す。水素化分解・脱水素再結合法とは、水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ)、不均化（Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ）、脱水素化（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）、及び再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を順次実行するプロセスであり、ＨＤＤＲ法と呼ばれることもある。このＨＤＤＲ法による処理の各プロセスについて、以下に詳細に説明する。
【００２３】
（水素化）
まず、希土類元素を含む組成を有する合金の均質化熱処理を行う。具体的には、合金を、減圧雰囲気（１ｋＰａ以下）又はアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中、温度１０００〜１２００℃で５〜４８時間保持する。
【００２４】
この均質化させた合金を、必要に応じてスタンプミル又はジョークラッシャーなどの粉砕手段を用いて粉砕する。その後、篩分けを行ってもよい。これによって、粒径が１０ｍｍ以下の合金粉末を調製することができる。
【００２５】
次に、粉砕された合金に対し、水素吸蔵処理を行う。具体的には、合金の粉末を、水素分圧が１００〜３００ｋＰａである水素雰囲気中、１００〜２００℃の温度で０．５〜２時間保持する。これによって、合金の結晶格子中に水素が吸蔵される。なお、合金は、上述した粉砕を行わずに、塊の状態のまま水素吸蔵処理を行うようにしてもよい。
【００２６】
（不均化）
水素を吸蔵させた合金を、水素雰囲気中、所定の温度で保持することにより、水素化分解して分解生成物を得る。水素化分解時の水素分圧は１０〜１００ｋＰａ、温度は７００〜８５０℃とすることが好ましい。このような条件で水素化分解を行うことによって、磁気的な異方性を有する粒子からなる磁性粉末を得ることができる。
【００２７】
水素化分解によって得られる分解生成物は、ＲＨｘなどの水素化物、α−Ｆｅ及びＦｅ２Ｂなどの鉄化合物を含んでいる。この段階における分解生成物は、１００ｎｍオーダーの微細なマトリックスを形成している。
【００２８】
（脱水素化、再結合）
その後、水素分圧を低減することによって、分解生成物から水素を放出させ、希土類元素を含む組成を有する異方性の磁性粉末を得る。この磁性粉末は、上述の合金と同等の組成を有する。
【００２９】
このようなＨＤＤＲ法によって得られた磁性粉末（ＨＤＤＲ粉）は、例えば、ジェットミル、ボールミル、振動ミル、湿式アトライター等の微粉砕機を用いて粉砕することができる。この段階における磁性粉末の粒径は、好ましくは３５０μｍ以下であり、より好ましくは２５０μｍ以下であり、さらに好ましくは２１２μｍ以下である。磁性粉末の粒径の下限に特に制限はないが、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。ＨＤＤＲ法による処理を施した磁性粉末は、結晶粒の粒子径が小さく且つ異方性を有している。したがって、ＨＤＤＲ粉の有する磁気特性を十分に活用することができれば、優れた磁気特性を有する希土類ボンド磁石を得ることができる。
【００３０】
成形工程に用いる原料粉末は、ＨＤＤＲ法によって得られた磁性粉末を含むものであるが、この磁性粉末のみを含むものであってもよく、必要に応じて他の成分が添加されたものであってもよい。
【００３１】
例えば、磁性粉末が、希土類元素として軽希土類元素を含む組成を有する合金からなる場合、原料粉末には、重希土類元素の化合物を添加することが好ましい。これにより、希土類ボンド磁石において、高いＢｒが得られるとともに、ＨｃＪを向上させることが可能となる。
【００３２】
重希土類元素としては、Ｄｙ又はＴｂが好ましい。重希土類元素の化合物としては、重希土類元素の水素化物、酸化物、ハロゲン化物及び水酸化物から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。また、重希土類元素の化合物は、重希土類金属元素以外の元素を有していてもよく、例えば、重希土類金属と希土類金属以外の金属との合金であってもよい。
【００３３】
優れた磁気特性を有する希土類ボンド磁石を得る観点からは、重希土類元素の化合物は、重希土類元素の水素化物又はフッ化物を含むものであると好ましく、水素化物を含むものであるとより好ましい。このような重希土類元素の化合物を用いると、希土類ボンド磁石中に残存する不純物の量を十分に低くすることができる。また、重希土類元素の水素化物及びフッ化物は容易に分解することから、ＨＤＤＲ法による処理によって得られた、組織が微細である磁性粉末に対しても、十分に均一に重希土類元素を拡散させることができる。重希土類元素の化合物の例としては、ＤｙＨ２、ＤｙＦ３及びＴｂＨ２が挙げられる。
【００３４】
重希土類元素の化合物は、粉末の状態で原料粉末に添加されると好ましい。粉末は、市販の又は通常の方法によって得られた重希土類元素の化合物を、ジェットミル等を用いて乾式粉砕する方法や、有機溶媒と混合してスラリーとした後に、ボールミル等を用いて湿式粉砕することによって調製することができる。
【００３５】
軽希土類元素を含む組成を有する合金から得られた磁性粉末と、重希土類元素の化合物とを混合する場合、重希土類元素の化合物の好適な添加量は、磁性粉末に対して、０．５〜１０質量％であると好ましく、１〜５質量％であるとより好ましい。このような割合で重希土類元素の化合物を添加することで、Ｂｒ及びＨｃＪの両方が高められる傾向にある。
【００３６】
また、原料粉末は、磁性粉末や重希土類元素の化合物のほかに、潤滑剤を含んでいてもよい。適切な潤滑剤を含むことで、磁場中成形時にさらに良好に磁性粉末の配向を生じさせることができる。潤滑剤は、磁性粉末にコーティングされて摩擦を少なくすることにより、磁性粉末を動き易くすることが可能な成分であり、少なくとも樹脂ではない。潤滑剤は、２００℃以下では揮発しないものが好ましく、２５０℃以下では揮発しないものがより好ましい。これにより、成形時に潤滑剤が揮発することなく十分に機能することができ、配向性の向上効果が得られ易くなる。
【００３７】
潤滑剤としては、例えば、カルボキシル基、水酸基又はエステル基を有する化合物を用いることができる。具体的には、脂肪族基の末端にカルボキシル基が結合した脂肪族カルボン酸（脂肪酸）、脂肪族基の末端に水酸基が結合した脂肪族アルコール、又は、前述した脂肪酸のアルキルエステルが好適である。脂肪族基としては、直鎖状の脂肪族基が好ましく、直鎖状の飽和脂肪族基がより好ましい。
【００３８】
また、これらの化合物としては、カルボキシル基やエステル基を除いた炭素数が、好ましくは６〜１８、より好ましくは８〜１２であるものがより好ましく、例えばオクタン酸、デカン酸、ドデカン酸、オクタデカン酸が好ましい。このような化合物は、磁性粉末との混合性が特に良好であり、磁性粉末のコーティングに適している。
【００３９】
潤滑剤の添加量は、磁性粉末や潤滑剤の種類によっても異なるが、例えば、磁性粉末の質量に対して、好ましくは０．０１〜１．０質量％、より好ましくは０．０１〜０．５質量％、更に好ましくは０．０１〜０．２質量％である。潤滑剤の添加量が好適な範囲よりも少なすぎると、好適範囲内である場合に比べて、磁性粉末のコーティングが不十分となると考えられ、そのため潤滑剤としての作用が小さく配向度の改善が見られなくなる傾向にある。またコーティング剤としての働きも小さくなり、成形時に磁性粉末が大気に触れて酸化することによる劣化や、有機溶媒と混合した際の磁性粉末の酸化による劣化が生じ易くなる。一方、多すぎる場合、好適範囲内である場合に比べて、熱処理後の磁石中に残存する非磁性の成分が多くなり、磁気特性の劣化につながるおそれがある。また重希土類金属を混合する場合は、重希土類元素の拡散が阻害され、所望とする保磁力の向上効果が得られ難くなる傾向にある。
【００４０】
原料粉末は、磁性粉末に、必要に応じて重希土類元素の化合物や潤滑剤を加えて混合することにより得ることができる。この際、溶媒を加えて混錬するようにしてもよい。溶媒は、成形工程前や成形工程後に除去することが好ましい。溶媒としては、原料粉末や成形体からの除去が容易となるように、揮発性の高いものが好ましく、例えばアルコール類が好適である。なお、原料粉末には、原料粉末や成形体からの除去が困難な樹脂は添加しない。
【００４１】
［成形工程］
成形工程では、上記のようにして準備した原料粉末を磁場中、８０〜２００℃で加熱しながら成形して、所望の形状を有する成形体を作製する。成形は、例えば、機械プレスや油圧プレス等の圧縮成形機を用いた圧縮成形により行うことができる。具体的には、原料粉末を金型キャビティ内に充填した後、充填された粉末を上パンチと下パンチとの間で挟むようにして加圧することにより、原料粉末を所定形状に成形することができる。成形によって得られる成形体の形状は特に制限されず、Ｃ型、柱型、平板型、リング型等、所望とする希土類ボンド磁石の形状に応じて決定する。
【００４２】
成形工程では、８０〜２００℃、好ましくは１００〜１８０℃の加熱を行う。このような好適な温度範囲で加熱しながら磁場中成形を行うことで、原料粉末中の磁性粉末が有しているＨｃＪを一時的に低下させることができ、磁場による磁性粉末の配向を生じさせ易くすることができる。
【００４３】
加熱温度が８０℃以下であると、成形中の磁性粉末のＨｃＪが十分に低下せず、配向が良好に生じなくなる。一方、２００℃を超えるような高い温度にすると、潤滑剤を添加した場合には、成形体中の潤滑剤が揮発し易くなって、潤滑剤による配向性の向上効果が得られ難くなる。また、成形に用いる金型に熱膨張が生じ、所望とする形状の成形体が得られ難くなる場合があるほか、温度が高すぎる場合は成形時に金型が破壊されるおそれもある。さらに、そのような高温では、磁性粉末の酸化が生じ易くなるため、それを制御するための雰囲気処理が必要となってコストアップの要因となる。
【００４４】
磁場中成形時の加圧圧力は、好ましくは２００〜１２００ＭＰａであり、磁界は、好ましくは８００〜２０００ｋＡ／ｍである。なお、成形方法としては、上述のように混合粉末をそのまま成形する乾式成形のほか、混合粉末を溶媒に分散させたスラリーを成形する湿式成形を適用することもできる。この場合、溶媒としては油等を適用できる。
【００４５】
［熱処理工程］
成形工程によって得られた成形体には、必要に応じて熱処理を施してもよい。熱処理は、例えば、成形体を減圧下又はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下、好ましくは６００〜９５０℃、より好ましくは７００〜９５０℃、さらに好ましくは７５０〜９００℃で、１〜１２時間保持することにより行うことができる。
【００４６】
熱処理工程は、特に、原料粉末が、軽希土類元素を含む組成を有する合金からなる磁性粉末と、重希土類元素の化合物とを含むものである場合に実施することが好ましい。これにより、重希土類元素を、磁性粉末の粒内に良好に拡散させることができ、希土類ボンド磁石のＨｃＪを良好に向上させることが可能となる。
【００４７】
また、磁性粉末は、ＨＤＤＲ処理が施されたものであるため、粒子に微細なクラックが存在するが、熱処理工程を行うことによって、このクラックに重希土類元素の化合物を侵入させて、クラックを埋めることも可能となる。このため、最終的に得られる希土類ボンド磁石の耐酸化性及び強度も向上させることができる。
【００４８】
［含浸工程］
含浸工程では、成形体、好ましくは熱処理後の成形体に樹脂を含浸させる。樹脂としては、通常希土類ボンド磁石において磁性粉末の結着に用いられるものを特に制限なく適用することができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂を適用することができ、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が好ましい。
【００４９】
成形体に対する樹脂の含浸は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、成形体を、予め調製しておいた樹脂を含有する溶液に浸漬した状態で密閉容器に入れ、容器内を減圧することによって脱泡させた後、大気圧に戻すことによって溶液を成形体の空隙内に浸透させる。その後、成形体を溶液から取り出し、成形体の表面に付着した余剰の溶液を取り除く。余剰の溶液を取り除く方法としては、遠心分離機などを用いて溶液を振り払う方法が挙げられる。
【００５０】
成形体は、樹脂を含有する溶液に浸漬する前に、トルエン等の溶剤に浸漬してもよい。これによって、成形体中の磁性粉末の濡れ性が改善されて、樹脂の含浸量を増やすことが可能となり、成形体中の空隙を減らすことができる。
【００５１】
樹脂を含有する溶液は、樹脂を溶媒に溶解させることによって調製することができる。溶媒としては、トルエン、アセトン、エチルアルコールなどの一般的な有機溶媒を用いることができる。溶媒は、樹脂を十分に溶解させるために、樹脂の種類に応じて選択することが好ましい。樹脂を含有する溶液における樹脂の含有率に特に制限はないが、空隙の少ない希土類ボンド磁石を得るためには、樹脂の含有率は高いほど好ましい。空隙を少なくすることで、樹脂の硬化後に磁石の強度が増すとともに、耐食性が向上することも期待できる。なお、樹脂自体の粘性がそれほど高くなければ、樹脂を含有する溶液に代えて、樹脂そのものを用いることもできる。
【００５２】
［硬化工程］
硬化工程では、成形体に含浸された樹脂を硬化させる。これにより、希土類ボンド磁石が得られる。樹脂の硬化は、例えば、樹脂を含有する溶液が浸透された成形体を、恒温槽に入れ、減圧雰囲気（１ｋＰａ以下）又はアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下、１２０〜２３０℃で１〜１０時間保持することにより行うことができる。このような処理により、樹脂を含有する溶液に含まれる溶媒を蒸発させるとともに、樹脂を硬化させる。この硬化工程は大気中で処理を行っても良い。
【００５３】
希土類ボンド磁石における樹脂の含有率は、優れた磁気特性と優れた形状保持性とを両立させる観点から、好ましくは０．５〜１０質量％、より好ましくは１〜５質量％である。同様の観点から、希土類ボンド磁石における磁性粉末の含有率は、好ましくは９０〜９９質量％であり、より好ましくは９４〜９８質量％である。希土類ボンド磁石における樹脂の含有率や磁性粉末の含有率は、樹脂を含有する溶液における樹脂成分の濃度や、成形体を作製する際の成形圧力を変えることによって調整することができる。
【００５４】
［希土類ボンド磁石］
図１は、好適な実施形態に係る製造方法によって得られる希土類ボンド磁石の一例を示す斜視図である。希土類ボンド磁石１０は、微視的には、希土類元素を含む組成を有する合金から構成される磁性粒子と、この磁性粒子間に充填された樹脂とを含有するものである。また、希土類ボンド磁石１０の製造において、軽希土類元素を含む合金からなる磁性粉末を用い、且つ、原料粉末に重希土類元素の化合物を添加した場合は、希土類ボンド磁石１０は、磁性粒子内や樹脂中に重希土類元素が拡散したものとなり、特に好適な場合は、磁性粒子の外周付近に重希土類元素が拡散したものとなる。そして、樹脂を含浸させることによって、本実施形態の希土類ボンド磁石１０となる。
【００５５】
このような希土類ボンド磁石１０においては、磁性粒子が、ＨＤＤＲ法によって形成された磁性粉末に由来するものであることから、磁性粒子のそれぞれが高い異方性を有している。また、希土類ボンド磁石は、その製造時に、８０〜２００℃という特定の温度範囲内で加熱しながら磁場中成形されたものであることから、磁性粒子が良好に配向した状態となっている。したがって、本実施形態の希土類ボンド磁石は、高い異方性を有する磁性粒子が良好に配向しており、それによって高いＢｒを発揮し得る。
【００５６】
また、希土類ボンド磁石が、重希土類元素の化合物を添加した原料粉末を用いて得られたものである場合は、上述のように、磁性粒子の外周付近に重希土類元素が拡散したものとなるため、この重希土類元素によって高いＨｃＪを発揮し得るものとなる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［希土類ボンド磁石の製造：サンプルＮｏ．１〜１３］
サンプルＮｏ．１〜１３は、以下に示す製造方法における成形工程での加熱温度をそれぞれ変化させて得られたものである。加熱温度が同じであるサンプルは、同一の条件で作製されたもの同士であることを意味する。
【００６０】
（原料粉末の調製）
ストリップキャスト法によって、下記組成を有する、主成分としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを含有する合金を調製した。
Ｎｄ：２８．０質量％
Ｂ：１．１質量％
Ｇａ：０．３５質量％
Ｎｂ：０．３０質量％
Ｃｕ：０．０３質量％
Ｆｅ及び不可避不純物：残部
【００６１】
この合金は、微量の不可避不純物（原料化合物全体で０．５質量％以下）を含んでいた。この合金を、減圧雰囲気中（１ｋＰａ以下）、１０００〜１２００℃の温度範囲で２４時間保持した（均質化熱処理）。均質化熱処理で得られた生成物（主成分：Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）をスタンプミルで粉砕し、篩分けを行って、合金の粉末（粒径１〜２ｍｍ）を得た。
【００６２】
この合金の粉末を、モリブテン製の容器に充填し、赤外線加熱方式を有する管状熱処理炉に装填し、以下の条件で水素化分解・脱水素再結合法による処理（ＨＤＤＲ処理）を施した。
【００６３】
まず、水素ガス雰囲気下、水素分圧１００〜３００ｋＰａ、温度１００℃で合金の粉末を２時間保持する水素吸蔵工程を行った。続いて、炉内の水素分圧を下げるとともに炉内温度を昇温し、水素ガスを吸蔵した合金の粉末を、水素分圧４０ｋＰａ、温度８５０℃の条件で１．５時間保持する水素化分解工程を行った。その後、炉内を８５０℃に維持しながら水素圧力を低減して脱水素再結合工程を行った。これによって、ＨＤＤＲ処理された異方性の磁性粉末（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末）を得た。得られた磁性粉末を、窒素ガス雰囲気中でセラミックミルを用いて粉砕し、篩い分けを行って、平均粒径が１５０μｍである磁性粉末を得た。
【００６４】
また、磁性粉末とは別に、以下の通りにして重希土類元素の化合物であるＤｙＨ２の粉末を調製した。まず、Ｄｙ粉末を水素ガス雰囲気下、３５０℃で１時間加熱して水素を吸蔵させた。続いて、水素を吸蔵したＤｙ粉末をアルゴンガス雰囲気下にて６００℃で１時間加熱することによりＤｙ水素化物を得た。得られたＤｙ水素化物は、Ｘ線回折測定により、ＤｙＨ２であることを確認した。得られたＤｙＨ２の粉体をエタノール溶液に入れてボールミル粉砕を行い、平均粒径が３μｍのＤｙＨ２粉末とした。
【００６５】
そして、磁性粉末に対し、ＤｙＨ２粉末３重量％、及び脂肪酸アミド０．５重量％を添加し、これらを混合することによって、原料粉末を得た。
【００６６】
（成形工程）
得られた原料粉末を、Ａｒ雰囲気中で加熱するとともに、成形に用いる金型を同温度に加熱した。それから、加熱した原料粉末を金型内に入れ、金型の加熱を継続しながら、プレス方向に対して直角に２Ｔの磁界を印加し、１０００ＭＰａの条件で圧縮成形した。各サンプルについての加熱温度は、それぞれ表１に示す通りとした。
【００６７】
（熱処理工程）
成形工程で得られた成形体に対し、８００℃で８時間の熱処理を行い、ＤｙＨ２粉末に由来するＤｙを拡散させた。
【００６８】
（含浸工程）
トルエンにエポキシ樹脂を溶解させてエポキシ樹脂溶液（エポキシ樹脂含有量：５０質量％）を準備した。真空ベルジャーに、このエポキシ樹脂溶液及び脱泡処理した成形体を順次投入した。それから、真空ベルジャー内を１０ｋＰａ以下に減圧して６０分間保持し、成形体内にエポキシ樹脂溶液を含浸させた。そして、エポキシ樹脂溶液から成形体を取り出し、遠心分離機によって成形体表面に付着したエポキシ樹脂溶液を除去した。
【００６９】
（硬化工程）
エポキシ樹脂溶液を含浸させた成形体を、温度１５０℃の恒温槽中（雰囲気：窒素ガス）で３時間保持することで、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させて、希土類ボンド磁石を得た。
【００７０】
［特性評価］
以下の方法により、サンプルＮｏ．１〜１３の希土類ボンド磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）及び配向度を測定した。得られた結果を、各サンプルの製造の際の成形工程における加熱温度とともに表１に示した。
【００７１】
（残留磁束密度の測定）
サンプルＮｏ．１〜１３の希土類ボンド磁石のそれぞれについて、Ｂ−Ｈトレーサーを用いて残留磁束密度（Ｂｒ）を測定した。
【００７２】
（配向度の測定）
サンプルＮｏ．１〜１３の希土類ボンド磁石の配向度は、それぞれ下記式に基づいて算出した。
配向度（％）＝（希土類ボンド磁石のＢｒ／磁性粉末のＢｒ）×（成形体密度／真密度）
【００７３】
なお、磁性粉末のＢｒは、磁性粉末をＶＳＭ（振動試料型磁力計）で分析することにより測定した。また、真密度は、同じ組成を有する合金インゴットの重量と体積を測定した結果に基づいて算出した。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１に示すように、成形工程における加熱温度を８０〜２００℃として得られたサンプルの希土類ボンド磁石は、成形温度を８０℃未満として得られたものに比べて、配向性が良好であり、高いＢｒを有していることが確認された。また、加熱温度を２２０℃としたサンプルは、加熱温度を８０〜２００℃として得られたサンプルに比べて、Ｂｒが低いものとなった。この要因は明確ではないが、成形体を観察したところ、成形前の磁性粉末と比較して変色していたことから、加熱によって磁性粉末が酸化して特性が低下したものと考えられる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…希土類ボンド磁石。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類ボンド磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素を含有する希土類磁石の一形態として、希土類ボンド磁石が知られている。希土類ボンド磁石は、優れた磁気特性を有するとともに、複雑な形状にも比較的容易に対応できることから、モータなどの各種機器に使用されている。最近、各種機器は、小型化・高効率化が図られており、それに伴って、優れた磁気特性を有する希土類ボンド磁石が求められている。
【０００３】
希土類ボンド磁石の製造方法としては、例えば、希土類合金からなる磁性粉末と樹脂とを混練して、磁場中で所定の形状に成形した後、樹脂を硬化させて製造する技術が知られている。このような製造方法においては、成形時に磁場の影響により磁性粉末を配向させるが、高い磁気特性（特に残留磁束密度（Ｂｒ））を得る観点からは、磁性粉末の配向をできるだけ良好に生じさせることが好ましい。
【０００４】
特許文献１には、磁性粉末と熱可塑性樹脂との混合物を加熱して樹脂を溶融させ、２７０〜３２０℃で磁界を印加して磁性粉末を異方性配向させながら射出成形または押し出し成形する異方性希土類ボンド磁石の製造方法が記載されている。そして、このような方法によると、樹脂の溶融流動性を利用して、磁界中での磁性粉末の配向性を上げることが、比較的容易にできることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６８６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、特許文献１に記載の方法によると、磁性粉末の配向性を向上させることはできるものの、従来に比して高いＢｒを得ようとする場合、成形時に極めて高い配向磁界を印加する必要があるため、必ずしも容易には配向性を向上させることができないことが判明した。
【０００７】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、磁性粉末の配向を容易に生じさせることができ、これによって高いＢｒを有する希土類ボンド磁石を得ることが可能な希土類ボンド磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、樹脂を硬化させる硬化工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法においては、原料粉末を加熱しながら成形を行った後、得られた成形体に対して樹脂を含浸させている。そのため、成形時において、上記の所定の温度範囲での加熱により磁性粉末の保磁力が一時的に低下することに加えて、成形時に樹脂が添加されていないことから、磁性粉末が樹脂によって拘束されることもなく、これらの要因により、磁性粉末が容易に動くことができる。したがって、本発明の製造方法によれば、磁場中での成形の際に、磁界に合わせて磁性粉末が向きを変えることが容易であり、高い磁界を印加しなくても磁性粉末を良好に配向させることが可能となる。その結果、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石が得られるようになる。
【００１０】
また、本発明の製造方法は、磁性粉末が、希土類元素として軽希土類元素を含む組成を有するものであり、且つ、原料粉末は、磁性粉末に重希土類元素の化合物を添加したものであって、成形工程後、含浸工程前に、成形体に熱処理を施す熱処理工程を更に有するものであると好適である。
【００１１】
このように、軽希土類元素を含む磁性粉末に、重希土類元素の化合物を添加することにより、得られる希土類ボンド磁石は、これらの軽希土類元素及び重希土類元素の両方を含む組成を有するものとなり、優れたＢｒに加えて、高い保磁力（ＨｃＪ）を発揮し得るものとなる。特に、成形工程後、成形体に熱処理を施すことによって、重希土類元素が磁性粉末を構成している磁性粒子の周囲に良好に分散され、その結果、磁性粒子により発揮されるＢｒを高く維持しながら、重希土類元素によるＨｃＪの向上効果を良好に得ることが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明の製造方法においては、原料粉末は、潤滑剤を含有するものであると更に好ましい。潤滑剤を含むことにより、成形時に磁性粉末が一層動き易くなり、これによって更に高い配向度を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁場中成形時に高い磁界を加えなくても磁性粉末の配向を容易に生じさせることができ、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石を得ることが可能な希土類ボンド磁石の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】好適な実施形態に係る製造方法によって得られる希土類ボンド磁石の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
好適な実施形態に係る希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、樹脂を硬化させる硬化工程とを含む。以下、本実施形態の製造方法の各工程について説明する。
【００１７】
［原料粉末の準備］
本実施形態では、まず、希土類ボンド磁石の原料粉末を準備する。原料粉末は、希土類元素を含む組成を有しており、水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有するものである。
【００１８】
磁性粉末は、希土類元素を含む組成を有する合金を準備し、これに水素化分解・脱水素再結合法による処理を施すことにより得ることができる。合金としては、本実施形態の製造方法によって得られる希土類ボンド磁石が磁気特性を発揮し得るような組成を有するものを適用する。その製法としては、通常の鋳造方法、例えばストリップキャスト法、ブックモールド法や遠心鋳造法を適用できる。また、これらの方法によって得られた合金に、均質化熱処理を施したものであってもよい。
【００１９】
なお、本明細書における希土類元素（場合により、「Ｒ」で表す。）は、長周期型周期表の第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイド元素のことをいう。ランタノイド元素には、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビニウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等が含まれる。希土類元素は、軽希土類元素及び重希土類元素に分類することができる。「重希土類元素」とはＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕをいい、「軽希土類元素」とはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕをいう。
【００２０】
合金は、希土類元素として、軽希土類元素を含むものであると好ましい。これにより、高いＢｒを有する希土類ボンド磁石が得られ易くなる。軽希土類元素は、Ｎｄ及び／又はＰｒであると好ましい。
【００２１】
より具体的には、合金の好適な組成としては、希土類元素（Ｒ）として軽希土類元素であるＮｄ及びＰｒの少なくとも一方を含み、Ｂを０．５〜４．５質量％含み、残部がＴ（ＴはＦｅ及び／又はＣｏを示す。）であるＲ−Ｔ−Ｂ系の組成を有するものが挙げられる。また、合金は、必要に応じて、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ等の他の元素を更に含んでもよい。なお、合金には、合金の原料等に含まれていたものや、合金の製造過程で混入したもの等の不可避的不純物が、磁気特性に大きく影響しない程度に含まれていてもよい。
【００２２】
磁性粉末の製造においては、このような合金に対し、水素化分解・脱水素再結合法による処理を施す。水素化分解・脱水素再結合法とは、水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ)、不均化（Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ）、脱水素化（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）、及び再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を順次実行するプロセスであり、ＨＤＤＲ法と呼ばれることもある。このＨＤＤＲ法による処理の各プロセスについて、以下に詳細に説明する。
【００２３】
（水素化）
まず、希土類元素を含む組成を有する合金の均質化熱処理を行う。具体的には、合金を、減圧雰囲気（１ｋＰａ以下）又はアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中、温度１０００〜１２００℃で５〜４８時間保持する。
【００２４】
この均質化させた合金を、必要に応じてスタンプミル又はジョークラッシャーなどの粉砕手段を用いて粉砕する。その後、篩分けを行ってもよい。これによって、粒径が１０ｍｍ以下の合金粉末を調製することができる。
【００２５】
次に、粉砕された合金に対し、水素吸蔵処理を行う。具体的には、合金の粉末を、水素分圧が１００〜３００ｋＰａである水素雰囲気中、１００〜２００℃の温度で０．５〜２時間保持する。これによって、合金の結晶格子中に水素が吸蔵される。なお、合金は、上述した粉砕を行わずに、塊の状態のまま水素吸蔵処理を行うようにしてもよい。
【００２６】
（不均化）
水素を吸蔵させた合金を、水素雰囲気中、所定の温度で保持することにより、水素化分解して分解生成物を得る。水素化分解時の水素分圧は１０〜１００ｋＰａ、温度は７００〜８５０℃とすることが好ましい。このような条件で水素化分解を行うことによって、磁気的な異方性を有する粒子からなる磁性粉末を得ることができる。
【００２７】
水素化分解によって得られる分解生成物は、ＲＨｘなどの水素化物、α−Ｆｅ及びＦｅ２Ｂなどの鉄化合物を含んでいる。この段階における分解生成物は、１００ｎｍオーダーの微細なマトリックスを形成している。
【００２８】
（脱水素化、再結合）
その後、水素分圧を低減することによって、分解生成物から水素を放出させ、希土類元素を含む組成を有する異方性の磁性粉末を得る。この磁性粉末は、上述の合金と同等の組成を有する。
【００２９】
このようなＨＤＤＲ法によって得られた磁性粉末（ＨＤＤＲ粉）は、例えば、ジェットミル、ボールミル、振動ミル、湿式アトライター等の微粉砕機を用いて粉砕することができる。この段階における磁性粉末の粒径は、好ましくは３５０μｍ以下であり、より好ましくは２５０μｍ以下であり、さらに好ましくは２１２μｍ以下である。磁性粉末の粒径の下限に特に制限はないが、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。ＨＤＤＲ法による処理を施した磁性粉末は、結晶粒の粒子径が小さく且つ異方性を有している。したがって、ＨＤＤＲ粉の有する磁気特性を十分に活用することができれば、優れた磁気特性を有する希土類ボンド磁石を得ることができる。
【００３０】
成形工程に用いる原料粉末は、ＨＤＤＲ法によって得られた磁性粉末を含むものであるが、この磁性粉末のみを含むものであってもよく、必要に応じて他の成分が添加されたものであってもよい。
【００３１】
例えば、磁性粉末が、希土類元素として軽希土類元素を含む組成を有する合金からなる場合、原料粉末には、重希土類元素の化合物を添加することが好ましい。これにより、希土類ボンド磁石において、高いＢｒが得られるとともに、ＨｃＪを向上させることが可能となる。
【００３２】
重希土類元素としては、Ｄｙ又はＴｂが好ましい。重希土類元素の化合物としては、重希土類元素の水素化物、酸化物、ハロゲン化物及び水酸化物から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。また、重希土類元素の化合物は、重希土類金属元素以外の元素を有していてもよく、例えば、重希土類金属と希土類金属以外の金属との合金であってもよい。
【００３３】
優れた磁気特性を有する希土類ボンド磁石を得る観点からは、重希土類元素の化合物は、重希土類元素の水素化物又はフッ化物を含むものであると好ましく、水素化物を含むものであるとより好ましい。このような重希土類元素の化合物を用いると、希土類ボンド磁石中に残存する不純物の量を十分に低くすることができる。また、重希土類元素の水素化物及びフッ化物は容易に分解することから、ＨＤＤＲ法による処理によって得られた、組織が微細である磁性粉末に対しても、十分に均一に重希土類元素を拡散させることができる。重希土類元素の化合物の例としては、ＤｙＨ２、ＤｙＦ３及びＴｂＨ２が挙げられる。
【００３４】
重希土類元素の化合物は、粉末の状態で原料粉末に添加されると好ましい。粉末は、市販の又は通常の方法によって得られた重希土類元素の化合物を、ジェットミル等を用いて乾式粉砕する方法や、有機溶媒と混合してスラリーとした後に、ボールミル等を用いて湿式粉砕することによって調製することができる。
【００３５】
軽希土類元素を含む組成を有する合金から得られた磁性粉末と、重希土類元素の化合物とを混合する場合、重希土類元素の化合物の好適な添加量は、磁性粉末に対して、０．５〜１０質量％であると好ましく、１〜５質量％であるとより好ましい。このような割合で重希土類元素の化合物を添加することで、Ｂｒ及びＨｃＪの両方が高められる傾向にある。
【００３６】
また、原料粉末は、磁性粉末や重希土類元素の化合物のほかに、潤滑剤を含んでいてもよい。適切な潤滑剤を含むことで、磁場中成形時にさらに良好に磁性粉末の配向を生じさせることができる。潤滑剤は、磁性粉末にコーティングされて摩擦を少なくすることにより、磁性粉末を動き易くすることが可能な成分であり、少なくとも樹脂ではない。潤滑剤は、２００℃以下では揮発しないものが好ましく、２５０℃以下では揮発しないものがより好ましい。これにより、成形時に潤滑剤が揮発することなく十分に機能することができ、配向性の向上効果が得られ易くなる。
【００３７】
潤滑剤としては、例えば、カルボキシル基、水酸基又はエステル基を有する化合物を用いることができる。具体的には、脂肪族基の末端にカルボキシル基が結合した脂肪族カルボン酸（脂肪酸）、脂肪族基の末端に水酸基が結合した脂肪族アルコール、又は、前述した脂肪酸のアルキルエステルが好適である。脂肪族基としては、直鎖状の脂肪族基が好ましく、直鎖状の飽和脂肪族基がより好ましい。
【００３８】
また、これらの化合物としては、カルボキシル基やエステル基を除いた炭素数が、好ましくは６〜１８、より好ましくは８〜１２であるものがより好ましく、例えばオクタン酸、デカン酸、ドデカン酸、オクタデカン酸が好ましい。このような化合物は、磁性粉末との混合性が特に良好であり、磁性粉末のコーティングに適している。
【００３９】
潤滑剤の添加量は、磁性粉末や潤滑剤の種類によっても異なるが、例えば、磁性粉末の質量に対して、好ましくは０．０１〜１．０質量％、より好ましくは０．０１〜０．５質量％、更に好ましくは０．０１〜０．２質量％である。潤滑剤の添加量が好適な範囲よりも少なすぎると、好適範囲内である場合に比べて、磁性粉末のコーティングが不十分となると考えられ、そのため潤滑剤としての作用が小さく配向度の改善が見られなくなる傾向にある。またコーティング剤としての働きも小さくなり、成形時に磁性粉末が大気に触れて酸化することによる劣化や、有機溶媒と混合した際の磁性粉末の酸化による劣化が生じ易くなる。一方、多すぎる場合、好適範囲内である場合に比べて、熱処理後の磁石中に残存する非磁性の成分が多くなり、磁気特性の劣化につながるおそれがある。また重希土類金属を混合する場合は、重希土類元素の拡散が阻害され、所望とする保磁力の向上効果が得られ難くなる傾向にある。
【００４０】
原料粉末は、磁性粉末に、必要に応じて重希土類元素の化合物や潤滑剤を加えて混合することにより得ることができる。この際、溶媒を加えて混錬するようにしてもよい。溶媒は、成形工程前や成形工程後に除去することが好ましい。溶媒としては、原料粉末や成形体からの除去が容易となるように、揮発性の高いものが好ましく、例えばアルコール類が好適である。なお、原料粉末には、原料粉末や成形体からの除去が困難な樹脂は添加しない。
【００４１】
［成形工程］
成形工程では、上記のようにして準備した原料粉末を磁場中、８０〜２００℃で加熱しながら成形して、所望の形状を有する成形体を作製する。成形は、例えば、機械プレスや油圧プレス等の圧縮成形機を用いた圧縮成形により行うことができる。具体的には、原料粉末を金型キャビティ内に充填した後、充填された粉末を上パンチと下パンチとの間で挟むようにして加圧することにより、原料粉末を所定形状に成形することができる。成形によって得られる成形体の形状は特に制限されず、Ｃ型、柱型、平板型、リング型等、所望とする希土類ボンド磁石の形状に応じて決定する。
【００４２】
成形工程では、８０〜２００℃、好ましくは１００〜１８０℃の加熱を行う。このような好適な温度範囲で加熱しながら磁場中成形を行うことで、原料粉末中の磁性粉末が有しているＨｃＪを一時的に低下させることができ、磁場による磁性粉末の配向を生じさせ易くすることができる。
【００４３】
加熱温度が８０℃以下であると、成形中の磁性粉末のＨｃＪが十分に低下せず、配向が良好に生じなくなる。一方、２００℃を超えるような高い温度にすると、潤滑剤を添加した場合には、成形体中の潤滑剤が揮発し易くなって、潤滑剤による配向性の向上効果が得られ難くなる。また、成形に用いる金型に熱膨張が生じ、所望とする形状の成形体が得られ難くなる場合があるほか、温度が高すぎる場合は成形時に金型が破壊されるおそれもある。さらに、そのような高温では、磁性粉末の酸化が生じ易くなるため、それを制御するための雰囲気処理が必要となってコストアップの要因となる。
【００４４】
磁場中成形時の加圧圧力は、好ましくは２００〜１２００ＭＰａであり、磁界は、好ましくは８００〜２０００ｋＡ／ｍである。なお、成形方法としては、上述のように混合粉末をそのまま成形する乾式成形のほか、混合粉末を溶媒に分散させたスラリーを成形する湿式成形を適用することもできる。この場合、溶媒としては油等を適用できる。
【００４５】
［熱処理工程］
成形工程によって得られた成形体には、必要に応じて熱処理を施してもよい。熱処理は、例えば、成形体を減圧下又はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下、好ましくは６００〜９５０℃、より好ましくは７００〜９５０℃、さらに好ましくは７５０〜９００℃で、１〜１２時間保持することにより行うことができる。
【００４６】
熱処理工程は、特に、原料粉末が、軽希土類元素を含む組成を有する合金からなる磁性粉末と、重希土類元素の化合物とを含むものである場合に実施することが好ましい。これにより、重希土類元素を、磁性粉末の粒内に良好に拡散させることができ、希土類ボンド磁石のＨｃＪを良好に向上させることが可能となる。
【００４７】
また、磁性粉末は、ＨＤＤＲ処理が施されたものであるため、粒子に微細なクラックが存在するが、熱処理工程を行うことによって、このクラックに重希土類元素の化合物を侵入させて、クラックを埋めることも可能となる。このため、最終的に得られる希土類ボンド磁石の耐酸化性及び強度も向上させることができる。
【００４８】
［含浸工程］
含浸工程では、成形体、好ましくは熱処理後の成形体に樹脂を含浸させる。樹脂としては、通常希土類ボンド磁石において磁性粉末の結着に用いられるものを特に制限なく適用することができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂を適用することができ、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が好ましい。
【００４９】
成形体に対する樹脂の含浸は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、成形体を、予め調製しておいた樹脂を含有する溶液に浸漬した状態で密閉容器に入れ、容器内を減圧することによって脱泡させた後、大気圧に戻すことによって溶液を成形体の空隙内に浸透させる。その後、成形体を溶液から取り出し、成形体の表面に付着した余剰の溶液を取り除く。余剰の溶液を取り除く方法としては、遠心分離機などを用いて溶液を振り払う方法が挙げられる。
【００５０】
成形体は、樹脂を含有する溶液に浸漬する前に、トルエン等の溶剤に浸漬してもよい。これによって、成形体中の磁性粉末の濡れ性が改善されて、樹脂の含浸量を増やすことが可能となり、成形体中の空隙を減らすことができる。
【００５１】
樹脂を含有する溶液は、樹脂を溶媒に溶解させることによって調製することができる。溶媒としては、トルエン、アセトン、エチルアルコールなどの一般的な有機溶媒を用いることができる。溶媒は、樹脂を十分に溶解させるために、樹脂の種類に応じて選択することが好ましい。樹脂を含有する溶液における樹脂の含有率に特に制限はないが、空隙の少ない希土類ボンド磁石を得るためには、樹脂の含有率は高いほど好ましい。空隙を少なくすることで、樹脂の硬化後に磁石の強度が増すとともに、耐食性が向上することも期待できる。なお、樹脂自体の粘性がそれほど高くなければ、樹脂を含有する溶液に代えて、樹脂そのものを用いることもできる。
【００５２】
［硬化工程］
硬化工程では、成形体に含浸された樹脂を硬化させる。これにより、希土類ボンド磁石が得られる。樹脂の硬化は、例えば、樹脂を含有する溶液が浸透された成形体を、恒温槽に入れ、減圧雰囲気（１ｋＰａ以下）又はアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下、１２０〜２３０℃で１〜１０時間保持することにより行うことができる。このような処理により、樹脂を含有する溶液に含まれる溶媒を蒸発させるとともに、樹脂を硬化させる。この硬化工程は大気中で処理を行っても良い。
【００５３】
希土類ボンド磁石における樹脂の含有率は、優れた磁気特性と優れた形状保持性とを両立させる観点から、好ましくは０．５〜１０質量％、より好ましくは１〜５質量％である。同様の観点から、希土類ボンド磁石における磁性粉末の含有率は、好ましくは９０〜９９質量％であり、より好ましくは９４〜９８質量％である。希土類ボンド磁石における樹脂の含有率や磁性粉末の含有率は、樹脂を含有する溶液における樹脂成分の濃度や、成形体を作製する際の成形圧力を変えることによって調整することができる。
【００５４】
［希土類ボンド磁石］
図１は、好適な実施形態に係る製造方法によって得られる希土類ボンド磁石の一例を示す斜視図である。希土類ボンド磁石１０は、微視的には、希土類元素を含む組成を有する合金から構成される磁性粒子と、この磁性粒子間に充填された樹脂とを含有するものである。また、希土類ボンド磁石１０の製造において、軽希土類元素を含む合金からなる磁性粉末を用い、且つ、原料粉末に重希土類元素の化合物を添加した場合は、希土類ボンド磁石１０は、磁性粒子内や樹脂中に重希土類元素が拡散したものとなり、特に好適な場合は、磁性粒子の外周付近に重希土類元素が拡散したものとなる。そして、樹脂を含浸させることによって、本実施形態の希土類ボンド磁石１０となる。
【００５５】
このような希土類ボンド磁石１０においては、磁性粒子が、ＨＤＤＲ法によって形成された磁性粉末に由来するものであることから、磁性粒子のそれぞれが高い異方性を有している。また、希土類ボンド磁石は、その製造時に、８０〜２００℃という特定の温度範囲内で加熱しながら磁場中成形されたものであることから、磁性粒子が良好に配向した状態となっている。したがって、本実施形態の希土類ボンド磁石は、高い異方性を有する磁性粒子が良好に配向しており、それによって高いＢｒを発揮し得る。
【００５６】
また、希土類ボンド磁石が、重希土類元素の化合物を添加した原料粉末を用いて得られたものである場合は、上述のように、磁性粒子の外周付近に重希土類元素が拡散したものとなるため、この重希土類元素によって高いＨｃＪを発揮し得るものとなる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［希土類ボンド磁石の製造：サンプルＮｏ．１〜１３］
サンプルＮｏ．１〜１３は、以下に示す製造方法における成形工程での加熱温度をそれぞれ変化させて得られたものである。加熱温度が同じであるサンプルは、同一の条件で作製されたもの同士であることを意味する。
【００６０】
（原料粉末の調製）
ストリップキャスト法によって、下記組成を有する、主成分としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを含有する合金を調製した。
Ｎｄ：２８．０質量％
Ｂ：１．１質量％
Ｇａ：０．３５質量％
Ｎｂ：０．３０質量％
Ｃｕ：０．０３質量％
Ｆｅ及び不可避不純物：残部
【００６１】
この合金は、微量の不可避不純物（原料化合物全体で０．５質量％以下）を含んでいた。この合金を、減圧雰囲気中（１ｋＰａ以下）、１０００〜１２００℃の温度範囲で２４時間保持した（均質化熱処理）。均質化熱処理で得られた生成物（主成分：Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）をスタンプミルで粉砕し、篩分けを行って、合金の粉末（粒径１〜２ｍｍ）を得た。
【００６２】
この合金の粉末を、モリブテン製の容器に充填し、赤外線加熱方式を有する管状熱処理炉に装填し、以下の条件で水素化分解・脱水素再結合法による処理（ＨＤＤＲ処理）を施した。
【００６３】
まず、水素ガス雰囲気下、水素分圧１００〜３００ｋＰａ、温度１００℃で合金の粉末を２時間保持する水素吸蔵工程を行った。続いて、炉内の水素分圧を下げるとともに炉内温度を昇温し、水素ガスを吸蔵した合金の粉末を、水素分圧４０ｋＰａ、温度８５０℃の条件で１．５時間保持する水素化分解工程を行った。その後、炉内を８５０℃に維持しながら水素圧力を低減して脱水素再結合工程を行った。これによって、ＨＤＤＲ処理された異方性の磁性粉末（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末）を得た。得られた磁性粉末を、窒素ガス雰囲気中でセラミックミルを用いて粉砕し、篩い分けを行って、平均粒径が１５０μｍである磁性粉末を得た。
【００６４】
また、磁性粉末とは別に、以下の通りにして重希土類元素の化合物であるＤｙＨ２の粉末を調製した。まず、Ｄｙ粉末を水素ガス雰囲気下、３５０℃で１時間加熱して水素を吸蔵させた。続いて、水素を吸蔵したＤｙ粉末をアルゴンガス雰囲気下にて６００℃で１時間加熱することによりＤｙ水素化物を得た。得られたＤｙ水素化物は、Ｘ線回折測定により、ＤｙＨ２であることを確認した。得られたＤｙＨ２の粉体をエタノール溶液に入れてボールミル粉砕を行い、平均粒径が３μｍのＤｙＨ２粉末とした。
【００６５】
そして、磁性粉末に対し、ＤｙＨ２粉末３重量％、及び脂肪酸アミド０．５重量％を添加し、これらを混合することによって、原料粉末を得た。
【００６６】
（成形工程）
得られた原料粉末を、Ａｒ雰囲気中で加熱するとともに、成形に用いる金型を同温度に加熱した。それから、加熱した原料粉末を金型内に入れ、金型の加熱を継続しながら、プレス方向に対して直角に２Ｔの磁界を印加し、１０００ＭＰａの条件で圧縮成形した。各サンプルについての加熱温度は、それぞれ表１に示す通りとした。
【００６７】
（熱処理工程）
成形工程で得られた成形体に対し、８００℃で８時間の熱処理を行い、ＤｙＨ２粉末に由来するＤｙを拡散させた。
【００６８】
（含浸工程）
トルエンにエポキシ樹脂を溶解させてエポキシ樹脂溶液（エポキシ樹脂含有量：５０質量％）を準備した。真空ベルジャーに、このエポキシ樹脂溶液及び脱泡処理した成形体を順次投入した。それから、真空ベルジャー内を１０ｋＰａ以下に減圧して６０分間保持し、成形体内にエポキシ樹脂溶液を含浸させた。そして、エポキシ樹脂溶液から成形体を取り出し、遠心分離機によって成形体表面に付着したエポキシ樹脂溶液を除去した。
【００６９】
（硬化工程）
エポキシ樹脂溶液を含浸させた成形体を、温度１５０℃の恒温槽中（雰囲気：窒素ガス）で３時間保持することで、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させて、希土類ボンド磁石を得た。
【００７０】
［特性評価］
以下の方法により、サンプルＮｏ．１〜１３の希土類ボンド磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）及び配向度を測定した。得られた結果を、各サンプルの製造の際の成形工程における加熱温度とともに表１に示した。
【００７１】
（残留磁束密度の測定）
サンプルＮｏ．１〜１３の希土類ボンド磁石のそれぞれについて、Ｂ−Ｈトレーサーを用いて残留磁束密度（Ｂｒ）を測定した。
【００７２】
（配向度の測定）
サンプルＮｏ．１〜１３の希土類ボンド磁石の配向度は、それぞれ下記式に基づいて算出した。
配向度（％）＝（希土類ボンド磁石のＢｒ／磁性粉末のＢｒ）×（成形体密度／真密度）
【００７３】
なお、磁性粉末のＢｒは、磁性粉末をＶＳＭ（振動試料型磁力計）で分析することにより測定した。また、真密度は、同じ組成を有する合金インゴットの重量と体積を測定した結果に基づいて算出した。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１に示すように、成形工程における加熱温度を８０〜２００℃として得られたサンプルの希土類ボンド磁石は、成形温度を８０℃未満として得られたものに比べて、配向性が良好であり、高いＢｒを有していることが確認された。また、加熱温度を２２０℃としたサンプルは、加熱温度を８０〜２００℃として得られたサンプルに比べて、Ｂｒが低いものとなった。この要因は明確ではないが、成形体を観察したところ、成形前の磁性粉末と比較して変色していたことから、加熱によって磁性粉末が酸化して特性が低下したものと考えられる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…希土類ボンド磁石。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、
前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
を有する、希土類ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁性粉末は、前記希土類元素として軽希土類元素を含む組成を有するものであり、且つ、前記原料粉末は、前記磁性粉末に重希土類元素の化合物を添加したものであり、
前記成形工程後、前記含浸工程前に、前記成形体に熱処理を施す熱処理工程を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記原料粉末は、潤滑剤を含有するものである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１】
希土類元素を含む組成を有しており且つ水素化分解・脱水素再結合法によって得られた磁性粉末を含有する原料粉末を、８０〜２００℃で加熱しながら磁場中で成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体に樹脂を含浸させる含浸工程と、
前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
を有する、希土類ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁性粉末は、前記希土類元素として軽希土類元素を含む組成を有するものであり、且つ、前記原料粉末は、前記磁性粉末に重希土類元素の化合物を添加したものであり、
前記成形工程後、前記含浸工程前に、前記成形体に熱処理を施す熱処理工程を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記原料粉末は、潤滑剤を含有するものである、請求項１又は２に記載の方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２１６６４１（Ｐ２０１１−２１６６４１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２８４５（Ｐ２０１０−８２８４５）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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