焼結磁石の製造方法
【課題】磁気特性に優れた焼結磁石を高生産性で製造することが可能な焼結磁石の製造方法を提供すること。
【解決手段】界面活性剤の存在下で磁性粉末を湿式粉砕する工程と、湿式粉砕された前記磁性粉末２０を乾燥させ、前記界面活性剤が付着している磁性粉末２０を得る工程と、乾燥させた前記磁性粉末２０を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレットを形成する工程と、前記ペレットを溶融させ、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る工程と、前記予備成形体を焼成する工程と、を有する焼結磁石の製造方法。
【解決手段】界面活性剤の存在下で磁性粉末を湿式粉砕する工程と、湿式粉砕された前記磁性粉末２０を乾燥させ、前記界面活性剤が付着している磁性粉末２０を得る工程と、乾燥させた前記磁性粉末２０を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレットを形成する工程と、前記ペレットを溶融させ、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る工程と、前記予備成形体を焼成する工程と、を有する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、焼結磁石の製造方法に係り、さらに詳しくは、磁気特性に優れた焼結磁石を高生産性で製造することが可能な焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結磁石の製造方法としては、乾式成形法（たとえば特許文献１）と湿式成形法（たとえば特許文献２）とが知られている。乾式成形法では、乾燥した磁性粉末を加圧成形しつつ磁場を印加して予備成形体を形成し、その後に、予備成形体を焼成する。湿式成形法では、磁性粉末を含むスラリーを加圧成形しながら磁場をかけて液体成分を除去し、予備成形体を形成し、その後に、予備成形体を焼成する。
【０００３】
乾式成形法では、乾燥した磁性粉末を金型内で加圧成形するので、成形工程に要する時間が短いと言う利点を有するが、成形時の磁場による磁性粉末の配向率の向上が困難であり、結果として得られる焼結磁石の磁気特性が、湿式成形法により得られる焼結磁石に劣る。また、湿式成形法では、成形時の磁場により磁性粉末が配向し易く、焼結磁石の磁気特性が良好であるが、液体成分を抜きながら加圧を行うために、成形に時間がかかると言う課題がある。
【０００４】
なお、特許文献３に示すように、磁性粉末とバインダ樹脂とを含む混練ペレットを、磁場が印加された金型内に射出して成形する方法も提案されている。しかしながら、このように磁場が印加された金型内で射出成形する方法では、混練ペレットを形成する際に、特に細かい粒径の磁性粉末が凝集して不均一に分布しやすく、その後の射出成形において、磁性粉末の磁場配向が良好に行われないなどの課題がある。
【特許文献１】特開２００４−２９６８４９号公報
【特許文献２】特許第３８３３８６１号公報
【特許文献３】特許第３２２９４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、磁気特性に優れた焼結磁石を高生産性で製造することが可能な焼結磁石の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る焼結磁石の製造方法は、
界面活性剤の存在下で磁性粉末を湿式粉砕する工程と、
湿式粉砕された前記磁性粉末を乾燥させ、前記界面活性剤が付着している磁性粉末を得る工程と、
乾燥させた前記磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレットを形成する工程と、
前記ペレットを溶融させ、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る工程と、
前記予備成形体を焼成する工程と、を有する。
【０００７】
前記界面活性剤は、湿式粉砕前の磁性粉末に直接に添加されても良く、あるいは、湿式粉砕を行うためのスラリーに添加されても良い。
【０００８】
本発明の方法では、界面活性剤が、磁性粉末の粒子とバインダ樹脂との間に介在することにより、磁性粉末の粒子間にバインダ樹脂が確実に入り込む。そのため、磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレット化しても磁性粉末の分散状態が良好に保たれ、射出成形の金型内で磁性粉末が磁場に対応して均一に分散して流動し、磁場配向が良好に行われる。したがって、最終的に得られる焼結磁石の配向度が向上する。
【０００９】
また本発明の方法では、バインダ樹脂が磁性粉末粒子間に介在した状態で予備成形体となるため、磁性粉末が均等に分散した予備成形体を得ることができ、その予備成形体を焼成して得られる焼結磁石の磁気特性が均一になる。
【００１０】
さらに本発明の方法では、射出成形に際して、溶融したバインダ樹脂を搬送媒体とすることで、磁性粉末粒子間の凝集を防止すると共に、搬送経路接触面への粒子の付着を防止しながら、磁性粉末を金型の内部に搬送することができる。
【００１１】
しかも、金型内での磁場による磁性粉末の配向時には、搬送媒体を除去する必要がない。そのため、本発明の方法では、狭いキャビティへ磁性粉末を均一に充填させることが可能であると共に、１ショットに要する時間が短く生産性に優れている。しかも、本発明の方法では、搬送媒体を除去するための流路に目詰まりが生じることもないと共に、脱気処理などの問題が生じない。その結果、比較的に薄型の焼結磁石を高生産性で製造することが可能になる。
【００１２】
ちなみに従来の湿式方法では、特定磁場での磁性粉末の加圧処理時に、搬送媒体としての溶媒を除去する必要があり、その溶媒をスムーズに除去することが容易ではなかった。そのため、成形体にクラックが発生し易いと共に、１ショットに要する時間が長く、著しく生産性が悪いと言う不都合があった。
【００１３】
また、従来の乾式方法では、特定磁場での磁性粉末の加圧処理時に、搬送媒体としての空気や窒素を脱気する必要があり、そのための処理が煩雑であると共に、乾燥した磁性粉末を金型内で加圧成形するので、磁性粉末粒子同士が凝集したまま圧縮成形されやすい。そのため金型に磁場を印加したとしても、凝集した磁性粉末粒子間の摩擦や粒子間の結合力のために、粒子の磁化容易化軸がバラバラな方向のままで成形されやすい。
【００１４】
本発明において、好ましくは、前記磁性粉末がフェライト粉末であり、乾燥後の前記磁性粉末の平均粒径が、０．０３〜０．７μｍの範囲内である。本発明の方法では、平均粒径が０．７μｍ以下のフェライト粉末であっても、フェライト粉末が成形前に凝集することを抑制することができ、フェライト粉末が金型のキャビティ内に均一に分散した状態で、磁場成形することができる。そのため、高い磁気特性を持つフェライト磁石を製造することができる。
【００１５】
前記界面活性剤としては、特に限定されないが、好ましくは、一般式Ｃｎ （ＯＨ）ｎ Ｈｎ＋２ で表される多価アルコール、さらに好ましくはソルビトールおよびマンニトールの少なくともいずれかを含む。これらの界面活性剤を用いることで、本発明の効果が向上する。
【００１６】
好ましくは前記界面活性剤は、前記磁性粉末１００重量部に対して０．０５〜５重量部含まれる。このような範囲で界面活性剤が含まれることで、本発明の効果が向上する。
【００１７】
前記磁性粉末を湿式粉砕する工程が複数ある場合には、最後に湿式粉砕する工程において、前記界面活性剤の存在下で前記磁性粉末を湿式粉砕すればよい。粉砕工程の最終結果物として得られる磁性粉末が、湿式粉砕用の溶媒中に分散することで、粉末粒子の凝集がほぐれて粒子間に介在する溶媒が界面活性剤を磁性粒子間に導く。このため、仮に乾燥後の磁性粉末が再凝集しても、磁性粉末粒子間へは界面活性剤が挟み込まれることになる。その結果、再凝集した顆粒（磁性粉末粒子の集合体）が、後工程（混練・成形）で磁性粉末粒子へ分解することに貢献し、配向度を向上させることができると考えられる。
【００１８】
さらに好ましくは、本発明の方法は、湿式粉砕時に、界面活性剤を添加することなく、湿式粉砕する工程の前に前記磁性粉末を乾式粗粉砕する工程を有し、前記界面活性剤は乾式粗粉砕する工程で添加される。
【００１９】
湿式粉砕に先立って乾式粗粉砕を行う場合には、乾式粗粉砕時に界面活性剤を添加すると、粗粉砕された粒表面に界面活性剤が付着した状態から湿式粉砕を始めることができる。このため、湿式粉砕において界面活性剤が磁性粒子間に満遍なく介在し易くなり、配向度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る焼結磁石の製造方法に用いる磁場射出成形機の要部断面図、
図２（Ａ）は磁場射出成形する前の磁性粉末の状態を示す概略図、図２（Ｂ）は磁場射出成形した後の磁性粉末の配向状態を示す概略図、
図３は磁場射出成形する前のペレットの断面ＳＥＭ写真である。
【００２１】
まず、図１に示す磁場射出成形装置２について説明する。図１に示すように、この磁場射出成形装置２は、ペレット１０が投入されるホッパ４を有する押出機６と、押出機６から押し出されたペレット１０の溶融物をキャビティ１２内で成形するための金型８とを有する。この磁場射出成形装置は、ＣＩＭ（ceramic injection molding）成形を利用した成形装置である。
【００２２】
本実施形態に係る焼結磁石の製造方法では、まず、磁性粉末の原料粉末を準備する。磁性粉末の原料粉末としては、特に限定されないが、好ましくは、フェライトが用いられ、特に、マグネトプランバイト型のＭ相、Ｗ相等の六方晶系のフェライトが好ましく用いられる。
【００２３】
このようなフェライトとしては、特に、ＭＯ・ｎＦｅ２ Ｏ３ （Ｍは好ましくはＳｒおよびＢａの１種以上、ｎ＝４．５〜６．５）であることが好ましい。このようなフェライトには、さらに、希土類元素、Ｃａ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ等が含有されていてもよい。
【００２４】
特に、下記に示すＡ，Ｒ，ＦｅおよびＭを構成元素として含む六方晶マグネトプランバイト型（Ｍ型）フェライトを主相に有するフェライトが好ましい。ただし、Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種の元素であり、Ｒは、希土類元素（Ｙを含む）およびＢｉから選択される少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｃｏおよび／またはＺｎである。これらのＡ，Ｒ，ＦｅおよびＭそれぞれの金属元素の総計の構成比率が、全金属元素量に対し、
Ａ：１〜１３原子％、
Ｒ：０．０５〜１０原子％、
Ｆｅ：８０〜９５原子％、
Ｍ：０．１〜５原子％である。
【００２５】
このフェライトにおいて、ＲがＡサイトに存在するとし、ＭがＦｅのサイトに存在するとした場合におけるフェライトの組成式は、下記の式１に示すように表すことができる。なお、ｘ、ｙ、ｚは上記の量から計算される値である。
【００２６】
Ａ１−ｘ Ｒｘ （Ｆｅ１２−ｙＭｙ ）ｚＯ１９…式１
【００２７】
このような異方性フェライトの原料粉末を製造するには、フェライト組成物の原料の酸化物、または焼成により酸化物となる化合物を仮焼前に混合し、その後仮焼を行う。仮焼は、大気中で、例えば１０００〜１３５０°Ｃで、１秒間〜１０時間、特にＭ型のＳｒフェライトの微細仮焼粉を得るときには、１０００〜１２００℃で、１秒間〜３時間程度行えばよい。
【００２８】
このような仮焼粉は、実質的にマグネトプランバイト型のフェライト構造をもつ顆粒状粒子から構成され、その一次粒子の平均粒径は０．１〜１μｍ、特に０．１〜０．５μｍであることが好ましい。平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定すればよく、その変動係数ＣＶは８０％以下、一般に１０〜７０％であることが好ましい。また、飽和磁化σｓは６５〜８０ｅｍｕ／ｇ、特にＭ型Ｓｒフェライトでは６５〜７１．５ｅｍｕ／ｇ、保磁力ＨｃＪは２０００〜８０００Ｏｅ、特にＭ型Ｓｒフェライトでは４０００〜８０００Ｏｅであることが好ましい。
【００２９】
この実施形態では、このようにして製造された仮焼粉を、必要に応じて、乾式粗粉砕し、その後に、湿式粉砕を一回以上行う。
【００３０】
乾式粗粉砕工程では、通常、ＢＥＴ比表面積が２〜１０倍程度となるまで粉砕する。粉砕後の平均粒径は、０．１〜１μｍ程度、ＢＥＴ比表面積は４〜１０ｍ２ ／ｇ程度であることが好ましく、粒径のＣＶは８０％以下、特に１０〜７０％に維持することが好ましい。粉砕手段は特に限定されず、例えば乾式振動ミル、乾式アトライター（媒体撹拌型ミル）、乾式ボールミル等が使用できるが、特に乾式振動ミルを用いることが好ましい。粉砕時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。
【００３１】
乾式粗粉砕には、仮焼体粒子に結晶歪を導入して保磁力ＨｃＢを小さくする効果もある。保磁力の低下により粒子の凝集が抑制され、分散性が向上する。また、配向度も向上する。粒子に導入された結晶歪は、後の焼結工程において解放され、これによって本来の硬磁性に戻って永久磁石となる。
【００３２】
乾式粗粉砕の後、仮焼体粒子と水とを含む粉砕用スラリーを調製し、これを用いて湿式粉砕を行う。粉砕用スラリー中の仮焼体粒子の含有量は、１０〜７０重量％程度であることが好ましい。湿式粉砕に用いる粉砕手段は特に限定されないが、通常、ボールミル、アトライター、振動ミル等を用いることが好ましい。粉砕時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。
【００３３】
本実施形態では、湿式粉砕に際して、界面活性剤を添加する。界面活性剤としては、好ましくは、一般式Ｃｎ （ＯＨ）ｎ Ｈｎ＋２ で表される多価アルコールが用いられる。多価アルコールは、炭素数ｎが４以上、好ましくは４〜１００、より好ましくは４〜３０、さらに好ましくは４〜２０、最も好ましくは４〜１２である。
【００３４】
多価アルコールの上記の一般式は、骨格がすべて鎖式であってかつ不飽和結合を含んでいない場合の式である。多価アルコール中の水酸基数、水素数は一般式で表される数よりも多少少なくてもよい。上記多価アルコールは、飽和であっても不飽和結合を含んでいてもよく、基本骨格は鎖式であっても環式であってもよいが、鎖式であることが好ましい。また水酸基数が炭素数ｎの５０％以上であれば、本発明の効果は実現するが、水酸基数は多いほうが好ましく、水酸基数と炭素数とが一致することが最も好ましい。
【００３５】
本発明で用いる界面活性剤としては、具体的にはｎ＝６であるソルビトール、マンニトールが好ましい。上記した好ましい界面活性剤について、構造を以下に示す。
【００３６】
【化１】
【００３７】
本発明で用いる界面活性剤は、粉砕によるメカノケミカル反応で、その構造が変化する可能性がある。さらに例えば、加水分解反応などにより、この実施形態で用いる界面活性剤と同一の有機化合物を生成するような化合物、例えばエステルなどを添加することによっても本発明の目的を達成できる可能性もある。なお、界面活性剤は２種以上を併用してもよい。このときに併用する界面活性剤は本発明の範囲に限定されない。
【００３８】
界面活性剤の添加量は、磁性粉末１００重量部に対して、好ましくは０．０３〜５重量部、より好ましくは０．０３〜３．０重量部である。界面活性剤の添加量が少なすぎると配向度の向上が不十分となり、一方、界面活性剤が多すぎると、成形体や焼結体にクラックが発生しやすくなる傾向にある。
【００３９】
界面活性剤の添加時期は特に限定されず、乾式粗粉砕時に添加してもよく、湿式粉砕時の粉砕用スラリー調製の際に添加してもよく、一部を乾式粗粉砕の際に添加し、残部を湿式粉砕の際に添加してもよい。あるいは、湿式粉砕後に撹拌などによって添加してもよい。いずれの場合でも、後述するペレット中に界面活性剤が存在することになるので、本発明の効果は実現する。
【００４０】
ただし、特に、湿式粉砕に先立って乾式粗粉砕を行う場合には、湿式粉砕時ではなく、界面活性剤は乾式粗粉砕する工程で添加されることが好ましい。湿式粉砕に先立って乾式粗粉砕を行う場合には、乾式粗粉砕時に界面活性剤を添加すると、粗粉砕された粒表面に界面活性剤が付着した状態から湿式粉砕を始めることができる。このため、湿式粉砕において界面活性剤が磁性粒子間に満遍なく介在し易くなり、配向度を向上させることができる。
【００４１】
なお、界面活性剤を複数回に分けて添加する場合には、合計添加量が前記した好ましい範囲となるように各回の添加量を設定すればよいが、好ましくは、複数回の内の最終の湿式粉砕時に、界面活性剤を添加することが好ましい。粉砕工程の最終結果物として得られる磁性粉末が、湿式粉砕用の溶媒中に分散することで、粉末粒子の凝集がほぐれて粒子間に介在する溶媒が界面活性剤を磁性粒子間に導く。このため、仮に乾燥後の磁性粉末が再凝集しても、磁性粉末粒子間へは界面活性剤が挟み込まれることになる。その結果、再凝集した顆粒（磁性粉末粒子の集合体）が、後工程（混練・成形）で磁性粉末粒子へ分解することに貢献し、配向度を向上させることができると考えられる。
【００４２】
湿式粉砕後、磁性粉末を乾燥させる。乾燥温度は、好ましくは８０〜１５０°Ｃ、さらに好ましくは１００〜１２０°Ｃである。また、乾燥時間は、好ましくは６０〜６００分、さらに好ましくは３００〜６００分である。
【００４３】
乾燥後の磁性粉末粒子の平均粒径は、好ましくは０．０３〜０．７μｍの範囲内、さらに好ましくは０．１〜０．５μｍの範囲内である。乾燥後の磁性粉末には、界面活性剤が付着している。乾燥後の磁性粉末に界面活性剤が付着していることは、熱重量・示差熱同時分析（ＴＧ−ＤＴＡ）により確認される。
【００４４】
この乾燥後の磁性粉末を、バインダ樹脂、ワックス類、滑剤、可塑剤、昇華性化合物などと共に混練し、ペレタイザなどで、ペレットに成形する。混練は、たとえばニーダーなどで行う。ペレタイザとしては、たとえば２軸１軸押出機が用いられる。
【００４５】
バインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂などの高分子化合物が用いられ、熱可塑性樹脂としては、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アタクチックポリプロピレン、アクリルポリマー、ポリスチレン、ポリアセタールなどが用いられる。
【００４６】
ワックス類としては、カルナバワックス、モンタンワックス、蜜蝋などの天然ワックス以外に、パラフィンワックス、ウレタン化ワックス、ポリエチレングリコールなどの合成ワックスが用いられる。
【００４７】
滑剤としては、たとえば脂肪酸エステルなどが用いられ、可塑剤としては、フタル酸エステルが用いられる。
【００４８】
バインダ樹脂の添加量は、磁性粉体１００重量部に対して、好ましくは５〜２０重量部、ワックス類の添加量は、好ましくは５〜２０重量部、滑剤の添加量は、好ましくは０．１〜５重量部である。可塑剤の添加量は、バインダ樹脂１００重量部に対して、好ましくは０．１〜５重量部である。
【００４９】
磁性粉末およびバインダ樹脂を少なくとも含む本実施形態のペレットを切断し、その切断面のＳＥＭ写真を観察すると、磁性粉末がバインダ樹脂のマトリックス中に均一に分散していることが確認された。
【００５０】
本実施形態では、図１に示す磁場射出成形装置２を用いて、このようなペレット１０を、金型８内に射出成形する。金型８への射出前に、金型８は閉じられ、内部にキャビティ１２が形成され、金型８には磁場が印加される。なお、ペレット１０は、押出機６の内部で、たとえば１６０〜２３０°Ｃに加熱溶融され、スクリューにより金型８のキャビティ１２内に射出される。金型８の温度は、２０〜８０°Ｃである。金型８への印加磁場は５〜１５ｋＯｅ程度とすればよい。
【００５１】
磁場射出成形工程後の予備成形体を大気中または窒素中において３００〜６００°Ｃの温度で熱処理して、脱バインダ処理を行う。次いで焼結工程において、成形体を、例えば大気中で好ましくは１１００〜１２５０℃、より好ましくは１１６０〜１２２０℃の温度で０．２〜３時間程度焼結して、異方性フェライト磁石を得る。
【００５２】
なお、本発明による方法で作製した成形体をクラッシャー等を用いて解砕し、ふるい等により平均粒径が１００〜７００μｍ程度となるように分級して磁場配向顆粒を得て、これを乾式磁場成形した後、焼結することにより焼結磁石を得てもよい。
【００５３】
本実施形態に係る焼結磁石の製造方法によれば、界面活性剤が、磁性粉末の粒子とバインダ樹脂との間に介在することにより、磁性粉末の粒子間にバインダ樹脂が確実に入り込む。そのため、磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレット化しても磁性粉末の分散状態が良好に保たれる。
【００５４】
そのようなペレットを用いて磁場射出成形を行うと、図２（Ａ）から図２（Ｂ）に示すように、金型内で磁性粉末２０が磁場に対応して均一に分散して流動し、磁場方向Ｘに沿う磁場配向が良好に行われる。すなわち、本実施形態の方法では、湿式成形法と異なり、磁場配向を乱すような圧力が作用しないので、配向度が向上する。
【００５５】
したがって、最終的に得られる焼結磁石の配向度が向上する。なお、磁石の配向度とは、飽和磁化（Ｉｓ）に対する残留磁化（Ｉｒ）の比（Ｉｒ／Ｉｓ）である。磁石の配向度は、図２（Ｂ）に示す磁場射出成形後の予備成形体における磁性粉末２０の磁場配向度合いに比例する。
【００５６】
また本実施形態の方法では、バインダ樹脂が磁性粉末粒子間に介在した状態で予備成形体となるため、磁性粉末２０が均等に分散した予備成形体を得ることができ、その予備成形体を焼成して得られる焼結磁石の磁気特性が均一になる。
【００５７】
さらに本実施形態の方法では、射出成形に際して、溶融したバインダ樹脂を搬送媒体とすることで、磁性粉末粒子間の凝集を防止すると共に、搬送経路接触面への粒子の付着を防止しながら、磁性粉末を金型の内部に搬送することができる。
【００５８】
しかも、図１に示す金型８内での磁場による磁性粉末の配向時には、搬送媒体を除去する必要がない。そのため、本実施形態の方法では、狭いキャビティ１２へ磁性粉末を均一に充填させることが可能であると共に、１ショットに要する時間が短く生産性に優れている。しかも、本実施形態の方法では、搬送媒体を除去するための流路に目詰まりが生じることもないと共に、脱気処理などの問題が生じない。その結果、比較的に薄型の焼結磁石を高生産性で製造することが可能になる。
【００５９】
さらに本実施形態の方法では、粉砕工程の最終結果物として得られる磁性粉末が、湿式粉砕用の溶媒中に分散することで、粉末粒子の凝集がほぐれて粒子間に溶媒が介在する。その状態で、界面活性剤を磁性粉末へ付着させることにより、仮に乾燥後の磁性粉末が再凝集しても、磁性粉末粒子間へは界面活性剤が挟み込まれることになる。そのため、再凝集した顆粒（磁性粉末粒子の集合体）が、後工程（混練・成形）で磁性粉末粒子へ分解し易くなる。
【００６０】
さらにまた本実施形態の方法は、特に薄型の焼結磁石を作製する場合に有効である。薄型の焼結磁石を製造するには、薄型の予備成形体を作製すれば良く、予備成形体が薄型になれば、脱バインダ処理が容易になると共に、射出成形による成形形状の自由度が増す。
【００６１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
【００６３】
目標組成を、Ｌａ０．４ Ｃａ０．２ Ｓｒ０．４ Ｃｏ０．３ Ｆｅ１１．３Ｏ１９とし、出発原料としては以下のものを用いた。Ｆｅ２ Ｏ３ 粉末（不純物として、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｌを含む）、ＳｒＣＯ３ 粉末（不純物として、Ｂａ，Ｃａを含む）、Ｌａ（ＯＨ）３ 粉末，ＣａＣＯ３ 粉末，Ｃｏ３ Ｏ４ 粉末を目標組成となるように準備した。上記出発原料および添加物を湿式アトライターで粉砕後、乾燥・整粒し、これを空気中において１２３０℃で３時間焼成し、顆粒状の仮焼体を得た。
【００６４】
この仮焼体を振動ミルにより乾式粗粉砕した。次いで、分散媒として水を、分散剤としてソルビトールを用い、仮焼体粒子１００重量部に対するソルビトールを０．５重量部、ＳｉＯ２ を０．６重量部、ＣａＣＯ３ を１．４重量部添加した後、これらと上記仮焼体粒子とを混合して粉砕用スラリーを調製した。この粉砕用スラリーを用いて、ボールミル中で湿式粉砕を４０時間行った。湿式粉砕後の比表面積は、８．５ｍ２ ／ｇ（平均粒径０．５μｍ）であった。
【００６５】
湿式粉砕後、仮焼体粒子（磁性粉末）を１００°Ｃで１０時間乾燥させた。乾燥後の仮焼体粒子の平均粒径を、ＳＥＭにより調べたところ、０．３μｍであった。
【００６６】
その乾燥後の磁性粉末を、バインダ樹脂、ワックス類、滑剤、可塑剤、昇華性化合物などと共に、ニーダーで混練し、ペレタイザで、ペレットに成形した。混連は、１５０°Ｃおよび２時間の条件で行った。
【００６７】
バインダ樹脂として、ＰＯＭ（ポリアセタール）を用い、ワックス類として、パラフィンワックスを用い、滑剤として、脂肪酸エステルを用い、可塑剤としては、フタル酸エステルを用いた。
【００６８】
バインダ樹脂の添加量は、磁性粉体１００重量部に対して、７．５重量部、ワックス類の添加量は、７．５重量部、滑剤の添加量は、好ましくは０．５重量部である。可塑剤の添加量は、バインダ樹脂１００重量部に対して、好ましくは１重量部であった。
【００６９】
磁性粉末およびバインダ樹脂を少なくとも含む本実施例のペレットを切断し、その切断面のＳＥＭ写真を観察すると、磁性粉末がバインダ樹脂のマトリックス中に均一に分散していることが確認された。本実施例に係る方法で得られた磁場射出成形前のペレット断面のＳＥＭ写真を図３に示す。図３に示す白いコントラスト部分が磁性粉末であり、均一に分散していることが確認された。
【００７０】
次に、図１に示す磁場射出成形装置２を用いて、ペレット１０を、金型８内に射出成形する。金型８への射出前に、金型８は閉じられ、内部にキャビティ１２が形成され、金型８には磁場が印加される。なお、ペレット１０は、押出機６の内部で、たとえば１６０°Ｃに加熱溶融され、スクリューにより金型８のキャビティ１２内に射出された。金型８の温度は、４０°Ｃであった。磁場射出成形工程後の予備成形体の厚みは、２mmであり、円弧形状の平板を成形した。
【００７１】
成形体の磁気的配向度（Ｉｒ／Ｉｓ）は成形体の密度にも影響されるため、正確な評価ができない。このため、平坦な金型面に対し成形体のＸ線回折による測定を行い、現れたピークの面指数と強度とから成形体の結晶学的な配向度（Ｘ線配向度）を求めた。
【００７２】
成形体のＸ線配向度は、焼結体の磁気的配向度の値をかなりの程度支配する。なお、本明細書では、Ｘ線配向度としてΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）を用いた。（００Ｌ）は、（００４）や（００６）等のｃ面を総称する表示であり、ΣＩ（００Ｌ）は（００Ｌ）面のすべてのピーク強度の合計である。また、（ｈｋＬ）は、検出されたすべてのピークを表し、ΣＩ（ｈｋＬ）はそれらの強度の合計である。したがってΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）は、ｃ面配向の程度を表す。この実施例におけるΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）は、０．５８であった。
【００７３】
次に、この磁場射出成形工程後の予備成形体を、大気中において、５００°Ｃの温度で４８時間、熱処理して、脱バインダ処理を行った。次いで焼結工程において、成形体を、例えば大気中で１１６０°Ｃの温度で０．４時間焼結して、焼結フェライト磁石を得た。
【００７４】
得られた焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ＨｃＪ、配向度Ｉｒ／Ｉｓ、角形比Ｈｋ／ＨｃＪおよび焼結密度を測定した。なお、Ｈｋは磁気ヒステリシスループの第２象限において磁束密度が残留磁束密度の９０％になるときの外部磁界強度である。Ｈｋが低いと高エネルギー積が得られない。Ｈｋ／ＨｃＪは磁石性能の指標となるものであり、磁気ヒステリシスループの第２象限における角張りの度合いを表す。
【００７５】
得られた焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒは、４６００Ｇ、保磁力ＨｃＪは４９００Ｏｅ、配向度Ｉｒ／Ｉｓは９７．２％、角形比Ｈｋ／ＨｃＪは、９３．０％、焼結密度は５．１ｇ／ｃｍ３ であった。
実施例２
【００７６】
界面活性剤として、ソルビトールの代わりに、マンニトールを用いた以外は、実施例１と同様にして、予備成形体を成形し、焼結フェライト磁石を作製した。得られた予備成形体のＸ線配向度ΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）は０．５７であった。
【００７７】
また、得られた焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒは、４５９０Ｇ、保磁力ＨｃＪは４９００Ｏｅ、配向度Ｉｒ／Ｉｓは９７．１％、角形比Ｈｋ／ＨｃＪは、９２．８％、焼結密度は５．１ｇ／ｃｍ３ であった。
実施例３
【００７８】
界面活性剤の添加量を、下記の表１に示すように、変化させた以外は、実施例１と同様にして、予備成形体を成形し、焼結フェライト磁石を作製した。
【００７９】
得られた予備成形体のＸ線配向度ΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）、焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ＨｃＪ、配向度Ｉｒ／Ｉｓ、角形比Ｈｋ／ＨｃＪ、焼結密度、クラック発生率を表１に示す。
【００８０】
表１に示すように、磁性粉末１００重量部に対して、界面活性剤を０．０３〜５重量部、より好ましくは０．０３〜３重量部の範囲内で添加させることで、クラックが少なく、磁気特性が向上することが確認できた。なお、クラック発生率は、おなじ条件で作製した試料を５個、準備し、クラックが目視により観察された試料の個数を、全体の試料の個数で割ることで算出した。
【００８１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る焼結磁石の製造方法に用いる磁場射出成形機の要部断面図である。
【図２】図２（Ａ）は磁場射出成形する前の磁性粉末の状態を示す概略図、図２（Ｂ）は磁場射出成形した後の磁性粉末の配向状態を示す概略図である。
【図３】図３は磁場射出成形する前のペレットの断面ＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００８３】
２… 磁場射出成形装置
８… 金型
１０… ペレット
１２… キャビティ
２０… 磁性粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結磁石の製造方法に係り、さらに詳しくは、磁気特性に優れた焼結磁石を高生産性で製造することが可能な焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結磁石の製造方法としては、乾式成形法（たとえば特許文献１）と湿式成形法（たとえば特許文献２）とが知られている。乾式成形法では、乾燥した磁性粉末を加圧成形しつつ磁場を印加して予備成形体を形成し、その後に、予備成形体を焼成する。湿式成形法では、磁性粉末を含むスラリーを加圧成形しながら磁場をかけて液体成分を除去し、予備成形体を形成し、その後に、予備成形体を焼成する。
【０００３】
乾式成形法では、乾燥した磁性粉末を金型内で加圧成形するので、成形工程に要する時間が短いと言う利点を有するが、成形時の磁場による磁性粉末の配向率の向上が困難であり、結果として得られる焼結磁石の磁気特性が、湿式成形法により得られる焼結磁石に劣る。また、湿式成形法では、成形時の磁場により磁性粉末が配向し易く、焼結磁石の磁気特性が良好であるが、液体成分を抜きながら加圧を行うために、成形に時間がかかると言う課題がある。
【０００４】
なお、特許文献３に示すように、磁性粉末とバインダ樹脂とを含む混練ペレットを、磁場が印加された金型内に射出して成形する方法も提案されている。しかしながら、このように磁場が印加された金型内で射出成形する方法では、混練ペレットを形成する際に、特に細かい粒径の磁性粉末が凝集して不均一に分布しやすく、その後の射出成形において、磁性粉末の磁場配向が良好に行われないなどの課題がある。
【特許文献１】特開２００４−２９６８４９号公報
【特許文献２】特許第３８３３８６１号公報
【特許文献３】特許第３２２９４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、磁気特性に優れた焼結磁石を高生産性で製造することが可能な焼結磁石の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る焼結磁石の製造方法は、
界面活性剤の存在下で磁性粉末を湿式粉砕する工程と、
湿式粉砕された前記磁性粉末を乾燥させ、前記界面活性剤が付着している磁性粉末を得る工程と、
乾燥させた前記磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレットを形成する工程と、
前記ペレットを溶融させ、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る工程と、
前記予備成形体を焼成する工程と、を有する。
【０００７】
前記界面活性剤は、湿式粉砕前の磁性粉末に直接に添加されても良く、あるいは、湿式粉砕を行うためのスラリーに添加されても良い。
【０００８】
本発明の方法では、界面活性剤が、磁性粉末の粒子とバインダ樹脂との間に介在することにより、磁性粉末の粒子間にバインダ樹脂が確実に入り込む。そのため、磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレット化しても磁性粉末の分散状態が良好に保たれ、射出成形の金型内で磁性粉末が磁場に対応して均一に分散して流動し、磁場配向が良好に行われる。したがって、最終的に得られる焼結磁石の配向度が向上する。
【０００９】
また本発明の方法では、バインダ樹脂が磁性粉末粒子間に介在した状態で予備成形体となるため、磁性粉末が均等に分散した予備成形体を得ることができ、その予備成形体を焼成して得られる焼結磁石の磁気特性が均一になる。
【００１０】
さらに本発明の方法では、射出成形に際して、溶融したバインダ樹脂を搬送媒体とすることで、磁性粉末粒子間の凝集を防止すると共に、搬送経路接触面への粒子の付着を防止しながら、磁性粉末を金型の内部に搬送することができる。
【００１１】
しかも、金型内での磁場による磁性粉末の配向時には、搬送媒体を除去する必要がない。そのため、本発明の方法では、狭いキャビティへ磁性粉末を均一に充填させることが可能であると共に、１ショットに要する時間が短く生産性に優れている。しかも、本発明の方法では、搬送媒体を除去するための流路に目詰まりが生じることもないと共に、脱気処理などの問題が生じない。その結果、比較的に薄型の焼結磁石を高生産性で製造することが可能になる。
【００１２】
ちなみに従来の湿式方法では、特定磁場での磁性粉末の加圧処理時に、搬送媒体としての溶媒を除去する必要があり、その溶媒をスムーズに除去することが容易ではなかった。そのため、成形体にクラックが発生し易いと共に、１ショットに要する時間が長く、著しく生産性が悪いと言う不都合があった。
【００１３】
また、従来の乾式方法では、特定磁場での磁性粉末の加圧処理時に、搬送媒体としての空気や窒素を脱気する必要があり、そのための処理が煩雑であると共に、乾燥した磁性粉末を金型内で加圧成形するので、磁性粉末粒子同士が凝集したまま圧縮成形されやすい。そのため金型に磁場を印加したとしても、凝集した磁性粉末粒子間の摩擦や粒子間の結合力のために、粒子の磁化容易化軸がバラバラな方向のままで成形されやすい。
【００１４】
本発明において、好ましくは、前記磁性粉末がフェライト粉末であり、乾燥後の前記磁性粉末の平均粒径が、０．０３〜０．７μｍの範囲内である。本発明の方法では、平均粒径が０．７μｍ以下のフェライト粉末であっても、フェライト粉末が成形前に凝集することを抑制することができ、フェライト粉末が金型のキャビティ内に均一に分散した状態で、磁場成形することができる。そのため、高い磁気特性を持つフェライト磁石を製造することができる。
【００１５】
前記界面活性剤としては、特に限定されないが、好ましくは、一般式Ｃｎ （ＯＨ）ｎ Ｈｎ＋２ で表される多価アルコール、さらに好ましくはソルビトールおよびマンニトールの少なくともいずれかを含む。これらの界面活性剤を用いることで、本発明の効果が向上する。
【００１６】
好ましくは前記界面活性剤は、前記磁性粉末１００重量部に対して０．０５〜５重量部含まれる。このような範囲で界面活性剤が含まれることで、本発明の効果が向上する。
【００１７】
前記磁性粉末を湿式粉砕する工程が複数ある場合には、最後に湿式粉砕する工程において、前記界面活性剤の存在下で前記磁性粉末を湿式粉砕すればよい。粉砕工程の最終結果物として得られる磁性粉末が、湿式粉砕用の溶媒中に分散することで、粉末粒子の凝集がほぐれて粒子間に介在する溶媒が界面活性剤を磁性粒子間に導く。このため、仮に乾燥後の磁性粉末が再凝集しても、磁性粉末粒子間へは界面活性剤が挟み込まれることになる。その結果、再凝集した顆粒（磁性粉末粒子の集合体）が、後工程（混練・成形）で磁性粉末粒子へ分解することに貢献し、配向度を向上させることができると考えられる。
【００１８】
さらに好ましくは、本発明の方法は、湿式粉砕時に、界面活性剤を添加することなく、湿式粉砕する工程の前に前記磁性粉末を乾式粗粉砕する工程を有し、前記界面活性剤は乾式粗粉砕する工程で添加される。
【００１９】
湿式粉砕に先立って乾式粗粉砕を行う場合には、乾式粗粉砕時に界面活性剤を添加すると、粗粉砕された粒表面に界面活性剤が付着した状態から湿式粉砕を始めることができる。このため、湿式粉砕において界面活性剤が磁性粒子間に満遍なく介在し易くなり、配向度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る焼結磁石の製造方法に用いる磁場射出成形機の要部断面図、
図２（Ａ）は磁場射出成形する前の磁性粉末の状態を示す概略図、図２（Ｂ）は磁場射出成形した後の磁性粉末の配向状態を示す概略図、
図３は磁場射出成形する前のペレットの断面ＳＥＭ写真である。
【００２１】
まず、図１に示す磁場射出成形装置２について説明する。図１に示すように、この磁場射出成形装置２は、ペレット１０が投入されるホッパ４を有する押出機６と、押出機６から押し出されたペレット１０の溶融物をキャビティ１２内で成形するための金型８とを有する。この磁場射出成形装置は、ＣＩＭ（ceramic injection molding）成形を利用した成形装置である。
【００２２】
本実施形態に係る焼結磁石の製造方法では、まず、磁性粉末の原料粉末を準備する。磁性粉末の原料粉末としては、特に限定されないが、好ましくは、フェライトが用いられ、特に、マグネトプランバイト型のＭ相、Ｗ相等の六方晶系のフェライトが好ましく用いられる。
【００２３】
このようなフェライトとしては、特に、ＭＯ・ｎＦｅ２ Ｏ３ （Ｍは好ましくはＳｒおよびＢａの１種以上、ｎ＝４．５〜６．５）であることが好ましい。このようなフェライトには、さらに、希土類元素、Ｃａ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ等が含有されていてもよい。
【００２４】
特に、下記に示すＡ，Ｒ，ＦｅおよびＭを構成元素として含む六方晶マグネトプランバイト型（Ｍ型）フェライトを主相に有するフェライトが好ましい。ただし、Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種の元素であり、Ｒは、希土類元素（Ｙを含む）およびＢｉから選択される少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｃｏおよび／またはＺｎである。これらのＡ，Ｒ，ＦｅおよびＭそれぞれの金属元素の総計の構成比率が、全金属元素量に対し、
Ａ：１〜１３原子％、
Ｒ：０．０５〜１０原子％、
Ｆｅ：８０〜９５原子％、
Ｍ：０．１〜５原子％である。
【００２５】
このフェライトにおいて、ＲがＡサイトに存在するとし、ＭがＦｅのサイトに存在するとした場合におけるフェライトの組成式は、下記の式１に示すように表すことができる。なお、ｘ、ｙ、ｚは上記の量から計算される値である。
【００２６】
Ａ１−ｘ Ｒｘ （Ｆｅ１２−ｙＭｙ ）ｚＯ１９…式１
【００２７】
このような異方性フェライトの原料粉末を製造するには、フェライト組成物の原料の酸化物、または焼成により酸化物となる化合物を仮焼前に混合し、その後仮焼を行う。仮焼は、大気中で、例えば１０００〜１３５０°Ｃで、１秒間〜１０時間、特にＭ型のＳｒフェライトの微細仮焼粉を得るときには、１０００〜１２００℃で、１秒間〜３時間程度行えばよい。
【００２８】
このような仮焼粉は、実質的にマグネトプランバイト型のフェライト構造をもつ顆粒状粒子から構成され、その一次粒子の平均粒径は０．１〜１μｍ、特に０．１〜０．５μｍであることが好ましい。平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定すればよく、その変動係数ＣＶは８０％以下、一般に１０〜７０％であることが好ましい。また、飽和磁化σｓは６５〜８０ｅｍｕ／ｇ、特にＭ型Ｓｒフェライトでは６５〜７１．５ｅｍｕ／ｇ、保磁力ＨｃＪは２０００〜８０００Ｏｅ、特にＭ型Ｓｒフェライトでは４０００〜８０００Ｏｅであることが好ましい。
【００２９】
この実施形態では、このようにして製造された仮焼粉を、必要に応じて、乾式粗粉砕し、その後に、湿式粉砕を一回以上行う。
【００３０】
乾式粗粉砕工程では、通常、ＢＥＴ比表面積が２〜１０倍程度となるまで粉砕する。粉砕後の平均粒径は、０．１〜１μｍ程度、ＢＥＴ比表面積は４〜１０ｍ２ ／ｇ程度であることが好ましく、粒径のＣＶは８０％以下、特に１０〜７０％に維持することが好ましい。粉砕手段は特に限定されず、例えば乾式振動ミル、乾式アトライター（媒体撹拌型ミル）、乾式ボールミル等が使用できるが、特に乾式振動ミルを用いることが好ましい。粉砕時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。
【００３１】
乾式粗粉砕には、仮焼体粒子に結晶歪を導入して保磁力ＨｃＢを小さくする効果もある。保磁力の低下により粒子の凝集が抑制され、分散性が向上する。また、配向度も向上する。粒子に導入された結晶歪は、後の焼結工程において解放され、これによって本来の硬磁性に戻って永久磁石となる。
【００３２】
乾式粗粉砕の後、仮焼体粒子と水とを含む粉砕用スラリーを調製し、これを用いて湿式粉砕を行う。粉砕用スラリー中の仮焼体粒子の含有量は、１０〜７０重量％程度であることが好ましい。湿式粉砕に用いる粉砕手段は特に限定されないが、通常、ボールミル、アトライター、振動ミル等を用いることが好ましい。粉砕時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。
【００３３】
本実施形態では、湿式粉砕に際して、界面活性剤を添加する。界面活性剤としては、好ましくは、一般式Ｃｎ （ＯＨ）ｎ Ｈｎ＋２ で表される多価アルコールが用いられる。多価アルコールは、炭素数ｎが４以上、好ましくは４〜１００、より好ましくは４〜３０、さらに好ましくは４〜２０、最も好ましくは４〜１２である。
【００３４】
多価アルコールの上記の一般式は、骨格がすべて鎖式であってかつ不飽和結合を含んでいない場合の式である。多価アルコール中の水酸基数、水素数は一般式で表される数よりも多少少なくてもよい。上記多価アルコールは、飽和であっても不飽和結合を含んでいてもよく、基本骨格は鎖式であっても環式であってもよいが、鎖式であることが好ましい。また水酸基数が炭素数ｎの５０％以上であれば、本発明の効果は実現するが、水酸基数は多いほうが好ましく、水酸基数と炭素数とが一致することが最も好ましい。
【００３５】
本発明で用いる界面活性剤としては、具体的にはｎ＝６であるソルビトール、マンニトールが好ましい。上記した好ましい界面活性剤について、構造を以下に示す。
【００３６】
【化１】
【００３７】
本発明で用いる界面活性剤は、粉砕によるメカノケミカル反応で、その構造が変化する可能性がある。さらに例えば、加水分解反応などにより、この実施形態で用いる界面活性剤と同一の有機化合物を生成するような化合物、例えばエステルなどを添加することによっても本発明の目的を達成できる可能性もある。なお、界面活性剤は２種以上を併用してもよい。このときに併用する界面活性剤は本発明の範囲に限定されない。
【００３８】
界面活性剤の添加量は、磁性粉末１００重量部に対して、好ましくは０．０３〜５重量部、より好ましくは０．０３〜３．０重量部である。界面活性剤の添加量が少なすぎると配向度の向上が不十分となり、一方、界面活性剤が多すぎると、成形体や焼結体にクラックが発生しやすくなる傾向にある。
【００３９】
界面活性剤の添加時期は特に限定されず、乾式粗粉砕時に添加してもよく、湿式粉砕時の粉砕用スラリー調製の際に添加してもよく、一部を乾式粗粉砕の際に添加し、残部を湿式粉砕の際に添加してもよい。あるいは、湿式粉砕後に撹拌などによって添加してもよい。いずれの場合でも、後述するペレット中に界面活性剤が存在することになるので、本発明の効果は実現する。
【００４０】
ただし、特に、湿式粉砕に先立って乾式粗粉砕を行う場合には、湿式粉砕時ではなく、界面活性剤は乾式粗粉砕する工程で添加されることが好ましい。湿式粉砕に先立って乾式粗粉砕を行う場合には、乾式粗粉砕時に界面活性剤を添加すると、粗粉砕された粒表面に界面活性剤が付着した状態から湿式粉砕を始めることができる。このため、湿式粉砕において界面活性剤が磁性粒子間に満遍なく介在し易くなり、配向度を向上させることができる。
【００４１】
なお、界面活性剤を複数回に分けて添加する場合には、合計添加量が前記した好ましい範囲となるように各回の添加量を設定すればよいが、好ましくは、複数回の内の最終の湿式粉砕時に、界面活性剤を添加することが好ましい。粉砕工程の最終結果物として得られる磁性粉末が、湿式粉砕用の溶媒中に分散することで、粉末粒子の凝集がほぐれて粒子間に介在する溶媒が界面活性剤を磁性粒子間に導く。このため、仮に乾燥後の磁性粉末が再凝集しても、磁性粉末粒子間へは界面活性剤が挟み込まれることになる。その結果、再凝集した顆粒（磁性粉末粒子の集合体）が、後工程（混練・成形）で磁性粉末粒子へ分解することに貢献し、配向度を向上させることができると考えられる。
【００４２】
湿式粉砕後、磁性粉末を乾燥させる。乾燥温度は、好ましくは８０〜１５０°Ｃ、さらに好ましくは１００〜１２０°Ｃである。また、乾燥時間は、好ましくは６０〜６００分、さらに好ましくは３００〜６００分である。
【００４３】
乾燥後の磁性粉末粒子の平均粒径は、好ましくは０．０３〜０．７μｍの範囲内、さらに好ましくは０．１〜０．５μｍの範囲内である。乾燥後の磁性粉末には、界面活性剤が付着している。乾燥後の磁性粉末に界面活性剤が付着していることは、熱重量・示差熱同時分析（ＴＧ−ＤＴＡ）により確認される。
【００４４】
この乾燥後の磁性粉末を、バインダ樹脂、ワックス類、滑剤、可塑剤、昇華性化合物などと共に混練し、ペレタイザなどで、ペレットに成形する。混練は、たとえばニーダーなどで行う。ペレタイザとしては、たとえば２軸１軸押出機が用いられる。
【００４５】
バインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂などの高分子化合物が用いられ、熱可塑性樹脂としては、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アタクチックポリプロピレン、アクリルポリマー、ポリスチレン、ポリアセタールなどが用いられる。
【００４６】
ワックス類としては、カルナバワックス、モンタンワックス、蜜蝋などの天然ワックス以外に、パラフィンワックス、ウレタン化ワックス、ポリエチレングリコールなどの合成ワックスが用いられる。
【００４７】
滑剤としては、たとえば脂肪酸エステルなどが用いられ、可塑剤としては、フタル酸エステルが用いられる。
【００４８】
バインダ樹脂の添加量は、磁性粉体１００重量部に対して、好ましくは５〜２０重量部、ワックス類の添加量は、好ましくは５〜２０重量部、滑剤の添加量は、好ましくは０．１〜５重量部である。可塑剤の添加量は、バインダ樹脂１００重量部に対して、好ましくは０．１〜５重量部である。
【００４９】
磁性粉末およびバインダ樹脂を少なくとも含む本実施形態のペレットを切断し、その切断面のＳＥＭ写真を観察すると、磁性粉末がバインダ樹脂のマトリックス中に均一に分散していることが確認された。
【００５０】
本実施形態では、図１に示す磁場射出成形装置２を用いて、このようなペレット１０を、金型８内に射出成形する。金型８への射出前に、金型８は閉じられ、内部にキャビティ１２が形成され、金型８には磁場が印加される。なお、ペレット１０は、押出機６の内部で、たとえば１６０〜２３０°Ｃに加熱溶融され、スクリューにより金型８のキャビティ１２内に射出される。金型８の温度は、２０〜８０°Ｃである。金型８への印加磁場は５〜１５ｋＯｅ程度とすればよい。
【００５１】
磁場射出成形工程後の予備成形体を大気中または窒素中において３００〜６００°Ｃの温度で熱処理して、脱バインダ処理を行う。次いで焼結工程において、成形体を、例えば大気中で好ましくは１１００〜１２５０℃、より好ましくは１１６０〜１２２０℃の温度で０．２〜３時間程度焼結して、異方性フェライト磁石を得る。
【００５２】
なお、本発明による方法で作製した成形体をクラッシャー等を用いて解砕し、ふるい等により平均粒径が１００〜７００μｍ程度となるように分級して磁場配向顆粒を得て、これを乾式磁場成形した後、焼結することにより焼結磁石を得てもよい。
【００５３】
本実施形態に係る焼結磁石の製造方法によれば、界面活性剤が、磁性粉末の粒子とバインダ樹脂との間に介在することにより、磁性粉末の粒子間にバインダ樹脂が確実に入り込む。そのため、磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレット化しても磁性粉末の分散状態が良好に保たれる。
【００５４】
そのようなペレットを用いて磁場射出成形を行うと、図２（Ａ）から図２（Ｂ）に示すように、金型内で磁性粉末２０が磁場に対応して均一に分散して流動し、磁場方向Ｘに沿う磁場配向が良好に行われる。すなわち、本実施形態の方法では、湿式成形法と異なり、磁場配向を乱すような圧力が作用しないので、配向度が向上する。
【００５５】
したがって、最終的に得られる焼結磁石の配向度が向上する。なお、磁石の配向度とは、飽和磁化（Ｉｓ）に対する残留磁化（Ｉｒ）の比（Ｉｒ／Ｉｓ）である。磁石の配向度は、図２（Ｂ）に示す磁場射出成形後の予備成形体における磁性粉末２０の磁場配向度合いに比例する。
【００５６】
また本実施形態の方法では、バインダ樹脂が磁性粉末粒子間に介在した状態で予備成形体となるため、磁性粉末２０が均等に分散した予備成形体を得ることができ、その予備成形体を焼成して得られる焼結磁石の磁気特性が均一になる。
【００５７】
さらに本実施形態の方法では、射出成形に際して、溶融したバインダ樹脂を搬送媒体とすることで、磁性粉末粒子間の凝集を防止すると共に、搬送経路接触面への粒子の付着を防止しながら、磁性粉末を金型の内部に搬送することができる。
【００５８】
しかも、図１に示す金型８内での磁場による磁性粉末の配向時には、搬送媒体を除去する必要がない。そのため、本実施形態の方法では、狭いキャビティ１２へ磁性粉末を均一に充填させることが可能であると共に、１ショットに要する時間が短く生産性に優れている。しかも、本実施形態の方法では、搬送媒体を除去するための流路に目詰まりが生じることもないと共に、脱気処理などの問題が生じない。その結果、比較的に薄型の焼結磁石を高生産性で製造することが可能になる。
【００５９】
さらに本実施形態の方法では、粉砕工程の最終結果物として得られる磁性粉末が、湿式粉砕用の溶媒中に分散することで、粉末粒子の凝集がほぐれて粒子間に溶媒が介在する。その状態で、界面活性剤を磁性粉末へ付着させることにより、仮に乾燥後の磁性粉末が再凝集しても、磁性粉末粒子間へは界面活性剤が挟み込まれることになる。そのため、再凝集した顆粒（磁性粉末粒子の集合体）が、後工程（混練・成形）で磁性粉末粒子へ分解し易くなる。
【００６０】
さらにまた本実施形態の方法は、特に薄型の焼結磁石を作製する場合に有効である。薄型の焼結磁石を製造するには、薄型の予備成形体を作製すれば良く、予備成形体が薄型になれば、脱バインダ処理が容易になると共に、射出成形による成形形状の自由度が増す。
【００６１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
【００６３】
目標組成を、Ｌａ０．４ Ｃａ０．２ Ｓｒ０．４ Ｃｏ０．３ Ｆｅ１１．３Ｏ１９とし、出発原料としては以下のものを用いた。Ｆｅ２ Ｏ３ 粉末（不純物として、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｌを含む）、ＳｒＣＯ３ 粉末（不純物として、Ｂａ，Ｃａを含む）、Ｌａ（ＯＨ）３ 粉末，ＣａＣＯ３ 粉末，Ｃｏ３ Ｏ４ 粉末を目標組成となるように準備した。上記出発原料および添加物を湿式アトライターで粉砕後、乾燥・整粒し、これを空気中において１２３０℃で３時間焼成し、顆粒状の仮焼体を得た。
【００６４】
この仮焼体を振動ミルにより乾式粗粉砕した。次いで、分散媒として水を、分散剤としてソルビトールを用い、仮焼体粒子１００重量部に対するソルビトールを０．５重量部、ＳｉＯ２ を０．６重量部、ＣａＣＯ３ を１．４重量部添加した後、これらと上記仮焼体粒子とを混合して粉砕用スラリーを調製した。この粉砕用スラリーを用いて、ボールミル中で湿式粉砕を４０時間行った。湿式粉砕後の比表面積は、８．５ｍ２ ／ｇ（平均粒径０．５μｍ）であった。
【００６５】
湿式粉砕後、仮焼体粒子（磁性粉末）を１００°Ｃで１０時間乾燥させた。乾燥後の仮焼体粒子の平均粒径を、ＳＥＭにより調べたところ、０．３μｍであった。
【００６６】
その乾燥後の磁性粉末を、バインダ樹脂、ワックス類、滑剤、可塑剤、昇華性化合物などと共に、ニーダーで混練し、ペレタイザで、ペレットに成形した。混連は、１５０°Ｃおよび２時間の条件で行った。
【００６７】
バインダ樹脂として、ＰＯＭ（ポリアセタール）を用い、ワックス類として、パラフィンワックスを用い、滑剤として、脂肪酸エステルを用い、可塑剤としては、フタル酸エステルを用いた。
【００６８】
バインダ樹脂の添加量は、磁性粉体１００重量部に対して、７．５重量部、ワックス類の添加量は、７．５重量部、滑剤の添加量は、好ましくは０．５重量部である。可塑剤の添加量は、バインダ樹脂１００重量部に対して、好ましくは１重量部であった。
【００６９】
磁性粉末およびバインダ樹脂を少なくとも含む本実施例のペレットを切断し、その切断面のＳＥＭ写真を観察すると、磁性粉末がバインダ樹脂のマトリックス中に均一に分散していることが確認された。本実施例に係る方法で得られた磁場射出成形前のペレット断面のＳＥＭ写真を図３に示す。図３に示す白いコントラスト部分が磁性粉末であり、均一に分散していることが確認された。
【００７０】
次に、図１に示す磁場射出成形装置２を用いて、ペレット１０を、金型８内に射出成形する。金型８への射出前に、金型８は閉じられ、内部にキャビティ１２が形成され、金型８には磁場が印加される。なお、ペレット１０は、押出機６の内部で、たとえば１６０°Ｃに加熱溶融され、スクリューにより金型８のキャビティ１２内に射出された。金型８の温度は、４０°Ｃであった。磁場射出成形工程後の予備成形体の厚みは、２mmであり、円弧形状の平板を成形した。
【００７１】
成形体の磁気的配向度（Ｉｒ／Ｉｓ）は成形体の密度にも影響されるため、正確な評価ができない。このため、平坦な金型面に対し成形体のＸ線回折による測定を行い、現れたピークの面指数と強度とから成形体の結晶学的な配向度（Ｘ線配向度）を求めた。
【００７２】
成形体のＸ線配向度は、焼結体の磁気的配向度の値をかなりの程度支配する。なお、本明細書では、Ｘ線配向度としてΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）を用いた。（００Ｌ）は、（００４）や（００６）等のｃ面を総称する表示であり、ΣＩ（００Ｌ）は（００Ｌ）面のすべてのピーク強度の合計である。また、（ｈｋＬ）は、検出されたすべてのピークを表し、ΣＩ（ｈｋＬ）はそれらの強度の合計である。したがってΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）は、ｃ面配向の程度を表す。この実施例におけるΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）は、０．５８であった。
【００７３】
次に、この磁場射出成形工程後の予備成形体を、大気中において、５００°Ｃの温度で４８時間、熱処理して、脱バインダ処理を行った。次いで焼結工程において、成形体を、例えば大気中で１１６０°Ｃの温度で０．４時間焼結して、焼結フェライト磁石を得た。
【００７４】
得られた焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ＨｃＪ、配向度Ｉｒ／Ｉｓ、角形比Ｈｋ／ＨｃＪおよび焼結密度を測定した。なお、Ｈｋは磁気ヒステリシスループの第２象限において磁束密度が残留磁束密度の９０％になるときの外部磁界強度である。Ｈｋが低いと高エネルギー積が得られない。Ｈｋ／ＨｃＪは磁石性能の指標となるものであり、磁気ヒステリシスループの第２象限における角張りの度合いを表す。
【００７５】
得られた焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒは、４６００Ｇ、保磁力ＨｃＪは４９００Ｏｅ、配向度Ｉｒ／Ｉｓは９７．２％、角形比Ｈｋ／ＨｃＪは、９３．０％、焼結密度は５．１ｇ／ｃｍ３ であった。
実施例２
【００７６】
界面活性剤として、ソルビトールの代わりに、マンニトールを用いた以外は、実施例１と同様にして、予備成形体を成形し、焼結フェライト磁石を作製した。得られた予備成形体のＸ線配向度ΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）は０．５７であった。
【００７７】
また、得られた焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒは、４５９０Ｇ、保磁力ＨｃＪは４９００Ｏｅ、配向度Ｉｒ／Ｉｓは９７．１％、角形比Ｈｋ／ＨｃＪは、９２．８％、焼結密度は５．１ｇ／ｃｍ３ であった。
実施例３
【００７８】
界面活性剤の添加量を、下記の表１に示すように、変化させた以外は、実施例１と同様にして、予備成形体を成形し、焼結フェライト磁石を作製した。
【００７９】
得られた予備成形体のＸ線配向度ΣＩ（００Ｌ）／ΣＩ（ｈｋＬ）、焼結フェライト磁石の残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ＨｃＪ、配向度Ｉｒ／Ｉｓ、角形比Ｈｋ／ＨｃＪ、焼結密度、クラック発生率を表１に示す。
【００８０】
表１に示すように、磁性粉末１００重量部に対して、界面活性剤を０．０３〜５重量部、より好ましくは０．０３〜３重量部の範囲内で添加させることで、クラックが少なく、磁気特性が向上することが確認できた。なお、クラック発生率は、おなじ条件で作製した試料を５個、準備し、クラックが目視により観察された試料の個数を、全体の試料の個数で割ることで算出した。
【００８１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る焼結磁石の製造方法に用いる磁場射出成形機の要部断面図である。
【図２】図２（Ａ）は磁場射出成形する前の磁性粉末の状態を示す概略図、図２（Ｂ）は磁場射出成形した後の磁性粉末の配向状態を示す概略図である。
【図３】図３は磁場射出成形する前のペレットの断面ＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００８３】
２… 磁場射出成形装置
８… 金型
１０… ペレット
１２… キャビティ
２０… 磁性粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤の存在下で磁性粉末を湿式粉砕する工程と、
湿式粉砕された前記磁性粉末を乾燥させ、前記界面活性剤が付着している磁性粉末を得る工程と、
乾燥させた前記磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレットを形成する工程と、
前記ペレットを溶融させ、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る工程と、
前記予備成形体を焼成する工程と、を有する焼結磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁性粉末がフェライト粉末であり、乾燥後の前記磁性粉末の平均粒径が、０．０３〜０．７μｍの範囲内である請求項１に記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項３】
前記界面活性剤が、ソルビトールおよびマンニトールの少なくともいずれかを含む請求項１または２に記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、前記磁性粉末１００重量部に対して０．０５〜５重量部含まれる請求項１〜３のいずれかに記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項５】
前記磁性粉末を湿式粉砕する工程が複数ある場合には、最後に湿式粉砕する工程において、前記界面活性剤の存在下で前記磁性粉末を湿式粉砕する請求項１〜４のいずれかに記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項６】
湿式粉砕する工程の前に前記磁性粉末を乾式粗粉砕する工程を有し、前記界面活性剤は乾式粗粉砕する工程で添加される請求項１〜４のいずれかに記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項１】
界面活性剤の存在下で磁性粉末を湿式粉砕する工程と、
湿式粉砕された前記磁性粉末を乾燥させ、前記界面活性剤が付着している磁性粉末を得る工程と、
乾燥させた前記磁性粉末を、バインダ樹脂と共に加熱混練してペレットを形成する工程と、
前記ペレットを溶融させ、磁場が印加された金型内で射出成形して予備成形体を得る工程と、
前記予備成形体を焼成する工程と、を有する焼結磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁性粉末がフェライト粉末であり、乾燥後の前記磁性粉末の平均粒径が、０．０３〜０．７μｍの範囲内である請求項１に記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項３】
前記界面活性剤が、ソルビトールおよびマンニトールの少なくともいずれかを含む請求項１または２に記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、前記磁性粉末１００重量部に対して０．０５〜５重量部含まれる請求項１〜３のいずれかに記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項５】
前記磁性粉末を湿式粉砕する工程が複数ある場合には、最後に湿式粉砕する工程において、前記界面活性剤の存在下で前記磁性粉末を湿式粉砕する請求項１〜４のいずれかに記載の焼結磁石の製造方法。
【請求項６】
湿式粉砕する工程の前に前記磁性粉末を乾式粗粉砕する工程を有し、前記界面活性剤は乾式粗粉砕する工程で添加される請求項１〜４のいずれかに記載の焼結磁石の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２４６２７２（Ｐ２００９−２４６２７２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９３８４９（Ｐ２００８−９３８４９）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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