異方性ボンド磁石の製造方法
【課題】ＨＤＤＲ磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を作製するにあたり、磁気特性を向上させるとともに、寸法精度の良好な異方性ボンド磁石を製造すること。
【解決手段】第１の希土類元素を含む原料に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類化合物粉末を作製する工程（ステップＳ１２）と、第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散剤を前記第１の希土類元素に混合して、混合粉末を調整する工程（ステップＳ１４）と、混合粉末を磁場中で加圧及び加熱しながら成形して成形体を作製する工程（ステップＳ１５）と、成形体に樹脂を含浸させる工程と（ステップＳ１６）、樹脂を硬化させる工程（ステップＳ１７）と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】第１の希土類元素を含む原料に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類化合物粉末を作製する工程（ステップＳ１２）と、第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散剤を前記第１の希土類元素に混合して、混合粉末を調整する工程（ステップＳ１４）と、混合粉末を磁場中で加圧及び加熱しながら成形して成形体を作製する工程（ステップＳ１５）と、成形体に樹脂を含浸させる工程と（ステップＳ１６）、樹脂を硬化させる工程（ステップＳ１７）と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系組成の原料に水素化分解・脱水素再結合法（ＨＤＤＲ法）による処理を施して磁性粉を作製し、この磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの異方性ボンド磁石は、一般的に異方性磁性粉と熱硬化性樹脂を混練後、磁場中成形し、熱硬化処理によって磁石体を得ている。その場合、磁性粉（例えば、ＨＤＤＲ法で作製した磁性粉）にＴｂやＤｙなどの希土類元素を拡散させることで、さらなる高保磁力の磁性粉を得ることができる。そして、ＴｂやＤｙなどの希土類元素を拡散させた磁性粉に対し樹脂を混練し、上述した工程で高特性のボンド磁石を得ることができる。また熱硬化性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂（たとえばナイロン）を磁性粉に混練して磁性粉コンパウンドを作製し、加熱した金型に前記磁性粉コンパウンドを磁場中射出成形法で成形してボンド磁石を得る製造方法もある。
【０００３】
また、角型性及び保磁力を改善させる方法として、ＨＤＤＲ法で作製した磁性粉（以下、ＨＤＤＲ磁性粉という）に希土類化合物を混合し、磁場中成形を行う方法がある。この方法は、磁性粉を成形して得られた成形体に拡散熱処理を施し、成形体中に前記希土類化合物に含まれる希土類元素を拡散させることで、高い保磁力と角型性を得ている（例えば、特許文献１）。拡散熱処理後は、成形体に樹脂を含浸させることで強度をさらに高めた磁石にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＨＤＤＲ磁性粉にＴｂやＤｙなどを含んだ希土類化合物を混合し、磁場中で成形した後、希土類元素を拡散させる拡散熱処理を行うことで、磁気特性（特に、角型性及び保磁力）が著しく向上する。しかしながら成形後に拡散処理を行うため、工程が増加し、結果として製造コストが増加してしまうという問題がある。また成形後に拡散熱処理を行うことで熱による成形体の寸法変化が発生することがある。このため、異方性ボンド磁石の特徴の一つであるネットシェイプが完全にはなされなくなってしまう点も問題である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＨＤＤＲ磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を作製するにあたり、磁気特性を向上させるとともに、寸法精度の良好な異方性ボンド磁石を製造することのできる異方性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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の希土類元素を含む原料に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類化合物粉末を作製する工程と、前記第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散剤を前記第１の希土類元素に混合して、混合粉末を調整する工程と、前記混合粉末を磁場中で加圧及び加熱しながら成形して成形体を作製する工程と、前記成形体に樹脂を含浸させる工程と、前記樹脂を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法である。
【０００８】
この製造方法によれば成形と拡散熱処理とを同時にできるため、成形後に拡散熱処理を行う場合に比べて、工程を減らすことができる。このため従来よりも低いコストで異方性ボンド磁石を製造することができる。また、拡散熱処理も成形と同時に行っていることから、従来の成形直後における成形体よりも高強度で成形体を作製することが可能になる。このため、クラック等が発生し難くなるため、高い歩留りでの製造が可能になる。さらに、磁場中成形時の成形体の脱磁が完全になされてなくとも拡散熱処理時の熱により完全に脱磁されることから、周辺の磁粉等の付着がない状態での製造が可能となる。また、本発明の希土類磁石の製造方法は、成形と拡散熱処理とを同時に行うため、金型寸法に順じた成形体寸法となり、熱による寸法変化の影響を受けることなく製造することができる。
【０００９】
本発明の希土類磁石の製造方法は、前記成形体に前記樹脂を含浸させる前に、前記成形体に対して熱処理を施すことが好ましい。このような製造方法によって得られる希土類ボンド磁石は磁場中における加圧成形と同時に加熱されて作製されるので、その後に加熱しても、寸法変化は十分に小さくすることができる。このため、寸法精度の高い希土類ボンド磁石を製造することができる。
【００１０】
本発明の希土類磁石の製造方法は、前記混合粉末に磁場を印加する工程と、前記混合粉末を加圧する工程と、前記混合粉末を加熱する工程と、を含むことが好ましい。混合粉末を加圧する前に磁場を印加することにより、混合粉末を配向させやすくなる。また、加圧後、すなわち、混合粉末同士が密に接触した状態で加熱するので、ＴｂやＤｙなどの希土類元素の拡散が促進される。その結果、異方性ボンド磁石の磁気特性を向上させることができる。また加熱しながら加圧されるため、寸法変化は十分に小さくすることができる。このため、寸法精度の高い希土類ボンド磁石を製造することができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記異方性ボンド磁石の製造方法において、前記成形時における加熱温度は、６００℃以上９５０℃以下であることが好ましい。成形時における加熱温度を高くし過ぎたりすると、ＨＤＤＲ磁性粉中の微細組織が粗大化し磁気特性の低下を起こしたりする傾向がある。一方、成形における加熱温度を低くし過ぎたりすると、第２の希土類元素の拡散が十分に進行しない傾向がある。前記成形時における加熱温度を６００℃以上９５０℃以下とすることにより、ＨＤＤＲ磁性粉中の微細組織が粗大化及び磁気特性の低下を抑制しつつ、第２の希土類元素の拡散を十分に進行させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ＨＤＤＲ磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を作製するにあたり、磁気特性を向上させるとともに、寸法精度の良好な異方性ボンド磁石を製造することのできる異方性ボンド磁石の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法に用いる磁場中成形装置の構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示すフローチャートである。
【図４−１】図４−１は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−２】図４−２は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−３】図４−３は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−４】図４−４は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−５】図４−５は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−６】図４−６は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−７】図４−７は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−８】図４−８は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−９】図４−９は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下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、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、第１の希土類元素を含む水素化分解・脱水素再結合法による処理が施された希土類合金粉末、及び第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散材を混合して混合粉末を調製する混合工程と、混合粉末に熱をかけながら磁場中成形して成形体を作製する熱間磁場中成形工程を有する、第１及び第２の希土類元素を含む希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法に用いる磁場中成形装置の構成図である。磁場中成形装置２０は、円柱状の成形体を形成するためのもので、金型によって形成されるキャビティ１００内に磁性粉末（混合粉末）を供給し、磁場を印加しつつキャビティ１００内の磁性粉末を加熱しながら加圧することで磁場中成形を行い、成形体を作製するものである。
【００１７】
この磁場中成形装置２０は、ダイ４０を支持する支持プレート２１と、下パンチ５０を支持する下パンチベース２２と、上パンチ６０を支持する上パンチベース２３とを備える。支持プレート２１は、磁場中成形装置２０のベースに対し、油圧シリンダ、ボールねじ及びカム等の駆動機構によって昇降駆動可能とされた下ラム２４に支持され、これによって昇降可能となっている。下パンチベース２２は、磁場中成形装置２０のベースに、支柱２６を介して固定支持されている。上パンチベース２３は、下パンチベース２２の上方に対向するよう設けられ、磁場中成形装置２０のベースに、油圧シリンダ、ボールねじ及びカム等の駆動機構により昇降駆動可能とされた上ラム２７によって昇降可能とされている。
【００１８】
図１に示すように、金型はダイ４０、下パンチ５０、上パンチ６０によって構成されている。金型は、磁場中成形装置２０の支持プレート２１、下パンチベース２２、上パンチベース２３に対し、ボールト等の取付部材によって着脱可能に取り付けられるようになっている。
【００１９】
ダイ４０は、その中心が、コイル７２ａ、７２Ｂによって発生される磁場の中心に合致するよう設けられる。非磁性体で構成されるダイ４０には、成形すべき成形体の形状に対応した形状の貫通孔であるダイホール４１が形成されている。本実施形態においては、円柱状の成形体を作製するため、ダイホール４１は開口形が真円状をなしている。また、このダイホール４１の中心は、ダイ４０の中心と一致する。ダイ４０の下面は、下パンチベース２２を貫通する一対の下ガイドポスト２５を介して支持プレート２１に接続されている。支持プレート２１は、下ラム２４を介して油圧シリンダに接続される。したがって、ダイ４０はこの油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされている。
【００２０】
ダイ４０の周囲には、キャビティ１００内の磁性粉末（混合粉末）を配向させるための磁場発生装置７０が設けられている。磁場発生装置７０は、ダイ４０の両側から挟むように対称に配置される一対のヨーク７１ａ、７１Ｂを有している。ヨーク７１ａ、７１Ｂは、透磁率の高い軟磁性材料から形成されている。ヨーク７１ａ、７１Ｂには、それぞれ、コイル７２ａ、７２Ｂが巻き回されている。コイル７２ａ、７２Ｂへ通電することにより、下パンチ５０及び上パンチ６０により加圧方向と直交する方向（図１中の点線で示す矢印）の磁界が発生し、キャビティ１００内の磁性粉末（混合粉末）を配向する。
【００２１】
下パンチ５０は、下パンチホルダ５１により、磁場中成形装置２０の下パンチベース２２に取り付けられるようになっている。下パンチ５０は、ダイ４０のダイホール４１に対応する位置に配置されている。下パンチホルダ５１に保持された下パンチ５０は、その上端部がダイ４０のダイホール４１内に挿入されている。
【００２２】
ダイ４０の上方には、上パンチベース２３が配置されている。この上パンチベース２３の下面には、キャビティ１００に挿入可能な位置に上パンチ６０が設けられている。上パンチベース２３の上面には、上ラム２７が設けられている。上ラム２７には、油圧シリンダが接続されている。上パンチベース２３の両端近傍には、鉛直方向に設けられた一対の上ガイドポスト２８が挿入され、上ガイドポスト２８の下端部がダイ４０の上面に固定されている。上パンチベース２３は、上ガイドポスト２８に案内されながら油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされている。上パンチベース２３の移動にともなって、上パンチ６０が上下方向に移動可能とされ、キャビティ１００内に挿入される。
【００２３】
磁場中成形装置２０は、その動作を制御するコントローラ８０を備えている。このコントローラ８０は、油圧シリンダを作動させることにより、ダイ４０及び上パンチ６０の昇降運動を制御する。また、コントローラ８０は、図示しない電源からコイル７２ａ、７２Ｂへの通電を制御することにより、所定のタイミングでキャビティ１００へ磁場を印加する。
【００２４】
ダイ４０の内部には、キャビティ１００内の磁性粉末（混合粉末）を加熱するためのヒータ４２が配置されている。ヒータ４２に通電することによりダイ４０が加熱されその熱が磁性粉末（混合粉末）に伝わり、第２の希土類は磁性粉末へ拡散する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法の工程を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示すフローチャートである。図４−１〜図４−９は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【００２６】
本実施形態の希土類磁石の製造方法は、第１の希土類元素を含む原料合金に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類合金粉末を調製するＨＤＤＲ処理工程と、第２の希土類元素を含む拡散材を調製する調製工程と、第１の希土類元素を含む水素化分解・脱水素再結合法による処理が施された希土類合金粉末、及び第２の希土類元素を含む拡散材を混合して混合粉末を調製する混合工程と、混合粉末を加熱しながら磁場中成形して成形体の作製と同時に第２の希土類元素を希土類合金粉末（の外周部）に拡散させる熱間磁場中成形工程と、成形体に樹脂を含浸して樹脂を硬化することにより希土類ボンド磁石を得る含浸工程を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
【００２７】
ＨＤＤＲ処理工程では、まず、第１の希土類元素を含む原料合金を準備する。原料合金は、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、又は遠心鋳造法によって得た合金に、例えば均質化熱処理を施すことによって得ることができる。原料合金は、原料金属又は原料化合物や製造工程に由来する不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００２８】
第１の希土類元素としては、いずれの希土類元素を用いてもよく、好ましくは軽希土類元素を、より好ましくはＮｄ及び／又はＰｒを用いる。
【００２９】
なお、本実施形態において、希土類元素は、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、例えば、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。また、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。本明細書における「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。
【００３０】
ステップＳ１１における原料化合物の好適な組成としては、希土類元素としてＮｄ及びＰｒの少なくとも一方を含み、Ｂを必須元素として０．５質量％〜４．５質量％含み、且つ残部がＦｅ及び不可避的不純物であるＲ−Ｆｅ−Ｂ系の組成を有するものが挙げられる。また、原料合金は、必要に応じて、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ等の他の元素をさらに含んでもよい。
【００３１】
上述の組成を有する原料合金を調製した後、ステップＳ１２におけるＨＤＤＲ法による磁気異方性化処理を行う。ＨＤＤＲ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る。このＨＤＤＲ法は、原料合金に水素を吸蔵させた後、異なる相間の水素吸蔵量の相違に基づく自己崩壊的な粉砕を生じさせ、さらに微細組織化及び磁気異方性化させるものである。ＨＤＤＲ処理の詳細について、以下に説明する。
【００３２】
まず、原料合金を、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時間〜４８時間保持する均質化熱処理を行う。このような均質化熱処理を行うことによって、原料合金の結晶粒を粗大化させて、原料合金を均質化させることができる。
【００３３】
均質化させた原料合金は、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した後、篩分けすることが好ましい。これによって、粒径が１０ｍｍ以下の粉末状の原料合金を調製することができる。
【００３４】
水素吸蔵工程では、上述の粉末状の原料合金を、水素分圧が１００ｋＰａ〜３００ｋＰａである水素雰囲気中、１００℃〜２００℃の温度中、０．５時間〜２時間保持する。これによって、原料合金の結晶格子中に水素が吸蔵される。
【００３５】
次に、水素を吸蔵させた原料合金を、水素雰囲気中、所定の温度で保持することによって、水素化分解させて分解生成物を得る。水素化分解時の水素分圧は１０ｋＰａ〜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希土類合金粉末を得ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
続いて、水素分圧を低減させることによって、分解生成物から水素を放出させて、第１の希土類元素を含有する希土類合金粉末を得る。この希土類合金粉末は、上述の原料合金と同等の組成を有する。ステップＳ１３に示すように分級を行う。希土類合金粉末の粒径は、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。希土類合金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。
【００３８】
なお、上述のＨＤＤＲ処理によって得られた希土類合金粉末は、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さらに粉砕してもよい。
【００３９】
ステップＳ１４に示す拡散材混合工程では、まず、第２の希土類元素を含む粉末状の拡散材を調製する。第２の希土類元素は上述の第１の希土類元素と異なる元素であれば特に制限されない。ただし、一層保磁力の高い希土類磁石を得る観点から、好ましくは重希土類元素であり、より好ましくはＤｙ又はＴｂである。拡散材としては、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等の一般的な希土類化合物や、希土類金属が挙げられる。これらのうち、希土類磁石の磁気特性を一層向上させる観点から、構成元素として重希土類元素を有する重希土類化合物を用いることが好ましく、ＤｙＨ２、ＤｙＦ３又はＴｂＨ２を用いることがより好ましい。
【００４０】
希土類化合物や希土類金属は、通常の方法によって製造することができる。通常の方法によって製造した希土類化合物又は希土類金属を、ジェットミルを用いて乾式粉砕する方法、又は有機溶媒と混合し、ボールミル等を用いて湿式粉砕する方法によって希土類化合物粉末又は希土類金属粉末を調製することができる。
【００４１】
拡散材の平均粒径の上限は、好ましくは３０μｍであり、より好ましくは１０μｍであり、さらに好ましくは５μｍである。一方、拡散材の平均粒径の下限は、好ましくは１００ｎｍであり、より好ましくは１μｍである。拡散材の平均粒径が３０μｍを超えると、希土類合金粉末中への第２の希土類元素の拡散が生じ難くなって、十分大きなＨｃＪ及び角型比の向上効果が損なわれる場合がある。一方、拡散材の平均粒径が１００ｎｍ未満であると希土類元素が酸化し易く、希土類酸化物が生成すると第１希土類化合物への拡散量が少なくなり拡散による保磁力の向上が小さくなる。希土類酸化物が生成した場合、所望の保磁力を得ようとすると第２の希土類元素の拡散材の量が多く必要となり、加熱処理による希土類合金粉末中への第２の希土類元素の拡散の量が過剰になり、最終的に得られる希土類ボンド磁石のＢｒが低下する傾向がある。
【００４２】
拡散材混合工程では、次に、上述の通りにしてＨＤＤＲ処理を施した第１の希土類元素を含む希土類合金粉末と、第２の希土類元素を含む拡散材とを混合して混合粉末を調製する。混合粉体は、例えば、所定の配合比で希土類合金粉末と拡散材とを容器に投入後、スペックスミキサーを用いて、１分〜３０分間混合することによって得ることができる。混合は、拡散材や希土類合金粉末の酸化を抑制する観点から、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。なお、混合方法は、特に限定されるものではなく、例えば、Ｖミキサーやボールミルあるいはライカイ機などを用いた方法であってもよい。なお混合の際に成形助剤となるステアリン酸亜鉛などの潤滑材を添加しても良い。添加量は０．０１質量％〜０．５質量％程度で良い。
【００４３】
希土類合金粉末と拡散材との配合比は、混合粉体における拡散材の含有量が、好ましくは０．５質量％〜５質量％、より好ましくは１質量％〜４質量％、さらに好ましくは１．５質量％〜３．５質量％となるような比率とする。当該含有量が０．５質量％未満であると、第２の希土類元素の拡散量が少なくなって、十分に大きなＨｃＪ（保持力）及び角型比の向上効果が得られ難くなる傾向があり、５質量％を超えると第２の希土類元素が希土類合金粉末の内部にまで拡散してしまいＢｒが小さくなる傾向がある。
【００４４】
ステップＳ１５における熱間磁場中成形工程では、加熱を行いながら、磁場中成形を行う工程である。熱間磁場中成形では上述の混合粉末に加熱を行いながら磁場中成形して所望の形状を有する成形体を作製する。磁場中成形は、磁場を印加しながら行い、これにより異方性を有する希土類合金粉末を所定方向に配向させた状態で固定する。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、混合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って、混合粉末を所定形状に成形することができる。
【００４５】
次に、図１、図３、図４−１〜図４−９を参照して、熱間磁場中成形工程の詳細を説明する。磁場中成形を開始する際には、ダイ４０、下パンチ５０及び上パンチ６０からなる金型を初期状態に設定する（Ｓ１５１、図４−１）。金型は初期状態において、下パンチ５０はダイ４０に対して所定の位置に配置することにより、下パンチ５０とダイ４０によりキャビティを形成する。このとき、上パンチ６０はダイ４０の上方に退避している。図示しない粉末供給装置により磁性粉末を前記キャビティに供給するに足りる空間を形成するためである。
【００４６】
金型は間口１０．００ｍｍ×１０．００ｍｍのものを使用した。金型が初期状態において、図示しない粉末供給装置を用いて、下パンチ５０とダイ４０により形成されているキャビティに磁性粉末（混合粉末）Ｐを供給する（ステップＳ１５２、図４−２）。粉末供給装置としては、定量の磁性粉末Ｐを供給する方式、あるいはフィーダボックスを用いてキャビティに擦り切り充填する方式等のいずれであってもよい。
【００４７】
磁性粉末Ｐをキャビティに供給した後に、コントローラ８０は上パンチ６０を降下させる（ステップＳ１５３、図４−３）。上パンチ６０は、ダイ４０の貫通孔に挿入されるが、磁性粉末Ｐの上端から所定の間隙を有する位置まで降下される。この間隙は、以下の２つの意義を有する。１つは、キャビティ上部が開放された状態で磁性粉末Ｐに磁場を印加すると、磁性粉末Ｐがキャビティから飛び出すことがあり、この磁性粉末Ｐの飛び出しを防止するために、上パンチ６０をダイ４０の貫通孔に挿入させる。他の一つは、磁性粉末Ｐの飛び出しだけを目的とするのであれば、上パンチ６０を磁性粉末Ｐの上端に接触させてもよいが、磁場印加による磁性粉末Ｐの配向性を十分に確保することができない。そこで、磁性粉末Ｐの上端との間に所定の間隙を形成することが好ましい。
【００４８】
次いで、コントローラ８０は、図示しない電源からコイル７２ａ、７２Ｂに通電することにより、キャビティに供給された磁性粉末Ｐに磁場を印加する（ステップＳ１５４、図４−４）。印加される磁場を白抜き矢印で示すが、本実施形態は、下パンチ５０及び上パンチ６０による加圧方向と直交する、所謂、横磁場成形を適用している。この磁場印加により、磁性粉末Ｐは、その磁化容易軸が磁場の印加方向に配向する。
【００４９】
コントローラ８０は、磁場の印加を継続し、かつダイ４０を上昇させる（ステップＳ１５５、図４−５）。つまり、下パンチ５０は、ダイ４０に対して相対的に降下する。磁性粉末Ｐには磁場が平行方向に印加されているため、磁性粉末Ｐはダイ４０の上昇にともなって上方に移動する。したがって、理想的には、下パンチ５０の上面と磁性粉末Ｐの下端は離れて空隙が形成される。空隙が形成されないとしても、磁性粉末Ｐの下端部分は、充填密度が低くなる。いずれにしても、下パンチ５０を相対的に降下することにより、磁性粉末Ｐ、特に下端部は、下パンチ５０からの機械的な支持が解除され、配向されやすい状態となる。以上では、磁場を印加した後にダイ４０を上昇させているが、磁場印加とダイ４０上昇のタイミングとを一致させても同様の効果を得ることができる。なお、磁性粉末Ｐと上パンチ６０との間の間隙が維持されるようにダイ４０を上昇させることが好ましい。磁性粉末Ｐ上端部の配向のし易さを確保するためである。
【００５０】
コントローラ８０は、磁場の印加を継続し、かつ下パンチ５０及び上パンチ６０の間隔を狭くすることにより磁性粉末Ｐを加圧成形する（ステップＳ１５６、図４−６）。加圧成形することができれば、ダイ４０、下パンチ５０及び上パンチ６０の動作は問わない。本実施形態では、下パンチ５０が固定であるため、上パンチ６０を降下させることにより加圧成形する。この際、ダイ４０を降下させることができる。下パンチ５０が昇降可能な磁場中成形装置であれば、下パンチ５０を上昇させることによって、加圧成形することができる。この際、上パンチ６０を降下させることもできる。さらに、ダイ４０の昇・降を伴うこともできる。
【００５１】
次いで、コントローラ８０は、磁性粉末Ｐに磁場を印加したまま、電源からヒータ４２に通電することによりダイを加熱し、ダイを介してキャビティに供給された磁性粉末Ｐを加熱する（ステップＳ１５７、図４−６）。この加熱により、磁性粉末Ｐへ第２の希土類が拡散される。次に、コントローラ８０は、加圧を継続し、かつ下パンチ５０及び上パンチ６０の間隔を一定にすることにより磁性粉末Ｐを加圧保持する（ステップＳ１５８、図４−６）。このとき、磁場の印加も継続される。
【００５２】
加熱工程では、磁場中成形で加圧されている混合粉末を、拡散材に含まれる第２の希土類元素が希土類合金粉末の外周部に拡散することが可能な程度に加熱する。具体的には、減圧下又はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下、６００℃以上９５０℃の範囲で、混合粉末を成形体にするために加圧しながら加熱する。加熱温度は、好ましくは７００℃以上９３０℃以下、より好ましくは８００℃以上９００℃以下の範囲である。また拡散処理時間は拡散温度に到達した後、その温度一定のまま３０秒以上６０分以下行えばよい。好ましくは５分以上２０分以下である。このような条件で加熱することにより、第２の希土類元素が希土類合金粉末の外周部に拡散し、第１の希土類元素がリッチな内層と該内層を被覆する第２の希土類元素がリッチな外層とを有する粒子が形成される。これによって、十分に高い保磁力を有する希土類ボンド磁石を形成することが可能となる。また、ＨＤＤＲ処理された希土類合金粉末には微細なクラックが存在するが、このクラックに拡散材が侵入してクラックを埋めることができる。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を向上させることができる。なお、加熱工程においては、成形効率を上げるために金型のパンチやダイを予め加熱しておき、磁場配向、脱磁後に第２の希土類元素が拡散する温度までさらに加熱しても良い。
【００５３】
なお、成形体の加熱温度を高くし過ぎたり加熱時間を長くし過ぎたりすると、ＨＤＤＲ粉末の微細組織化が粗大化し磁気特性が低下する。一方、成形体の加熱温度を低くし過ぎたり加熱時間を短くし過ぎたりすると、第２の希土類元素の拡散が十分に進行しない傾向がある。したがって、第１及び第２の希土類元素の種類や、希土類合金粉末の粒径に応じて、加熱温度及び加熱時間を設定することが好ましい。
【００５４】
磁場中で加圧成形しながら加熱する工程が終了すると、コントローラ８０は電源を制御することにより、コイル７２ａ、７２Ｂから、それまでと逆向きの磁場を成形体（磁性粉末Ｐ）に印加することによる脱磁を行う（ステップＳ１５９、図４−７）。所定時間の脱磁を行った後に、磁場印加を停止する（ステップＳ１５１０、図４−８）。なお、磁場配向時に着磁された成形体は、拡散の加熱処理を行うことで熱消磁されるため必ずしも脱磁工程を含む必要はない。このため、脱磁工程を省略できるという利点がある。
【００５５】
コントローラ８０は、脱磁及び加圧保持が終了した後、ダイ４０を降下させ、さらに上パンチ６０を上昇させる。磁場中成形装置２０をこのような状態にすることにより、成形体Ｃをキャビティから取り出すことができる（ステップＳ１５１１、図４−９）。以上で、磁場中成形の１サイクルの工程が終了する。本実施形態では、磁場の印加、加圧成形、磁場の印加及び加圧した状態での加熱という順序であるが、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、磁場中成形において加熱されていればよい。このため、加熱を開始した後に磁場を印加して加圧成形してもよい。ただし、磁粉の配向が完了するまでは、磁粉のキュリー温度（Ｎｄ−Ｆｅ-Ｂ系磁石の場合、３３０℃）以下の加熱とする必要がある。配向が完了する前に、キュリー温度を超える熱を与えてしまうと、磁粉が消磁されてしまい、配向しなくなってしまうからである。
【００５６】
成形によって得られる成形体の形状は特に制限されず、柱状、平板状、リング状等、所望とする希土類ボンド磁石の形状に応じて決定する。磁場中成形時の加圧は、５８０ＭＰａ〜１４００ＭＰａとすることが好ましい。また、配向磁界は、８００ｋＡ／ｍ〜２０００ｋＡ／ｍとすることが好ましい。
【００５７】
成形体の空隙率は、成形体全体を基準として０体積％〜２０体積％であることが好ましい。これによって、優れた磁気特性と優れた形状維持性とを兼ね備えた希土類ボンド磁石を得ることができる。
【００５８】
本実施形態では、樹脂と混合すること無しに、混合粉末の磁場中成形を行っているため、磁気的な異方性を有する希土類合金粉末の配向を十分に揃えることが可能となる。したがって、特に残留磁束密度に優れる希土類ボンド磁石を得ることができる。すなわち、ＨＤＤＲ処理によって得られる異方性の高い希土類合金粉末の磁気的な特性を十分に発揮させることが可能となる。
【００５９】
本実施形態の製造方法では、混合粉末の成形体を作製する過程で前記混合粉末を加圧しながら加熱処理を施している。このため、希土類合金粉末と拡散材との密着性がよく、拡散材に含まれる第２の希土類元素を希土類合金粉末の外周部に、より均一に拡散させることが可能となる。したがって、角型比や保磁力が十分に高い希土類ボンド磁石を得ることができる。
【００６０】
ステップＳ１６における含浸工程では、成形体に樹脂を含浸させ、加熱して樹脂を硬化することにより希土類ボンド磁石を得る。具体的には、まず、加熱処理を施した成形体を予め調製した樹脂含有溶液に浸漬し、密閉容器中で減圧することによって脱泡させて樹脂含有溶液を成形体の空隙内に浸透させる。その後、成形体を樹脂含有溶液中から取り出し、成形体の表面に付着した余剰の樹脂含有溶液を取り除く。余剰の溶液を取り除くには遠心分離機などを用いればよい。また樹脂含有溶液に浸漬する前に成形体を密閉溶液中に入れ減圧雰囲気に保持しつつトルエン等の溶剤に浸漬することで脱泡が促進し、樹脂の含浸量が増え成形体中の空隙率を減らすことができる。
【００６１】
樹脂含有溶液に含まれる樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ナイロンなどのポリアミド系のエラストマー、アイオノマー、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらのなかでも、熱硬化性樹脂が好ましく、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂がより好ましい。
【００６２】
樹脂含有溶液は、上述の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、用いる樹脂の種類に応じて選択することが好ましい。樹脂含有溶液における樹脂含有量に特に制限はないが、密度が高く空隙の少ない希土類ボンド磁石を得るためには、樹脂の含有量は高い方が好ましい。
【００６３】
ステップＳ１７における樹脂含有溶液を空隙内に浸透させた成形体を、例えば恒温槽内で、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時間〜５時間保持することによって、樹脂含有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。
【００６４】
希土類ボンド磁石の樹脂含有量は、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質量％〜１０質量％、より好ましくは１質量％〜５質量％である。この樹脂含浸量は、樹脂含有溶液における樹脂濃度や、成形体作製時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。
【００６５】
ステップＳ１８における塗装工程は、上記のようにして得た希土類ボンド磁石に対し、必要に応じて塗装処理を施す工程である。具体例として、希土類ボンド磁石の表面に熱硬化性樹脂の膜を形成し、これを硬化させる処理が挙げられる。熱硬化性樹脂の成膜はスプレー処理やディップ処理によって行うことができる。この工程を実施することで、希土類ボンド磁石の酸化による劣化を抑制できるとともに、ＨＤＤＲ磁性粉末の磁石表面からの脱落を防止できる。
【００６６】
ステップＳ１９における塗装を施した成形体を、例えば恒温槽内で、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時間〜５時間保持することによって、塗装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。
【実施例】
【００６７】
（実施例１）
［希土類ボンド磁石の作製］
ストリップキャスト法によって、主成分としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを含有する、下記組成を有する原料化合物を調製した。
【００６８】
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％
Ｃｏ： ３．８質量％
Ｆｅ及び不可避不純物：残部
【００６９】
この原料化合物は、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。この原料化合物を、減圧雰囲気中（１ｋＰａ以下）、１０００℃〜１２００℃の温度範囲で２４時間保持した（均質化熱処理工程）。均質化熱処理で得られた生成物（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を、スタンプミルを用いて粉砕し、篩分けを行って、原料粉末（粒径１ｍｍ〜２ｍｍ）を得た。
【００７０】
この原料粉末を、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。
【００７１】
まず、水素ガス雰囲気下、水素分圧１００ｋＰａ〜３００ｋＰａ、温度１００℃で原料粉末を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原料粉末を、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。
【００７２】
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を得た。得られた磁性粉末を、窒素ガス雰囲気中でスタンプミルを用いて粉砕し、篩い分けを行って、粒径が３００μｍ以下であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を得た。
【００７３】
次に、上記Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末とは別に、以下の通りにして拡散材を調製した。まず、Ｄｙ粉末を水素雰囲気下３５０℃で１時間吸蔵させ、これに続いてＡｒ雰囲気下において６００℃で１時間処理することにより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［ｄ（５０）］が３μｍのＤｙＨ２微粉末とした。
【００７４】
上述の方法によって得られたＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末（ＨＤＤＲ磁性粉末）とＤｙＨ２微粉末（拡散材）を、混練機を用いて混合した。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末とＤｙＨ２微粉末との混合比率は、ＤｙＨ２微粉末が３質量％（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末及びＤｙＨ２微粉末の合計質量を基準）となるような比率とした。また、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末及びＤｙＨ２微粉末の合計重量に対し、ステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加混合した。上記混合粉６．０ｇを間口１０．００ｍｍ×１０．００ｍｍの金型に供給後、磁場印加後パンチ及びダイ温度８５０℃の熱を５分間保持しながら磁場中成形した。配向磁界は１．２Ｔ、成形圧力９８０ＭＰａであり雰囲気Ａｒガス中で行った。
【００７５】
次に、上記成形体をトルエンの入った容器とともに真空ベルジャー内に入れ、２つの成形体をトルエンに浸漬して容器内の圧力を１０ｋＰａ以下の状態で３０分間保持する脱泡処理を行った後、常圧に戻した。
【００７６】
上記容器内のトルエンとは別の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％）を調製した。真空ベルジャーに、このエポキシ樹脂溶液と、拡散処理を施し脱泡処理した成形体とを順次投入した。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浸透させた。
【００７７】
エポキシ樹脂溶液から２つの成形体を取り出し、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。その後、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）に５時間保持し、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させ、希土類ボンド磁石を得た。
【００７８】
（実施例２）
熱間磁場中成形で得られた成形体に、９００℃３０分の熱処理を施したこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００７９】
（実施例３）
熱間磁場中成形時に成形磁場を０．８Ｔで行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８０】
（実施例４）
ＤｙＨ２微粉末（拡散剤）を５質量％混合したこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８１】
（比較例１）
比較例１は、実施例１の熱間磁場中成形時に加熱せずに成形し、成形後９００℃３０分分の拡散熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８２】
（比較例２）
比較例２は、実施例１で作製したＨＤＤＲ粉に対し拡散材を混合せずに行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８３】
（比較例３）
比較例３は、実施例１の熱間磁場中成形時に５００℃まで加熱を行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８４】
（比較例４）
比較例３は、実施例１の熱間磁場中成形時に１０５０℃まで加熱を行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１に示す結果から明らかな通り、熱間磁場中成形後に熱処理を行うことでＨｃｊ（保持力）の増加が確認された。また磁場強度は低くても高磁気特性が確認された。比較例１に示す通り、従来の成形後に熱拡散を行う方法では実施例と比較して寸法変化が大きかった。比較例２〜４に示す通り拡散材を混合しない場合や、熱間磁場中成形時の温度範囲が外れているとＨｃｊが向上しないことが確認された。比較例３では第２の希土類元素の拡散が十分に進行しなかったことが原因と考えられる。また比較例４では加熱温度が高いことによりＨＤＤＲ粉末の微細組織化が粗大化し、さらには希土類合金粉末の焼結が進行したことが原因と推測される。
【符号の説明】
【００８７】
２０ 磁場中成形装置
２１ 支持プレート
２２ 下パンチベース
２３ 上パンチベース
２４ 下ラム
２５ 下ガイドポスト
２６ 支柱
２７ 上ラム
２８ 上ガイドポスト
４０ ダイ
４２ ヒータ
５０ 下パンチ
６０ 上パンチ
７０ 磁場発生装置
７１ａ、７１ｂ ヨーク
７２ａ、７２ｂ コイル
８０ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系組成の原料に水素化分解・脱水素再結合法（ＨＤＤＲ法）による処理を施して磁性粉を作製し、この磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの異方性ボンド磁石は、一般的に異方性磁性粉と熱硬化性樹脂を混練後、磁場中成形し、熱硬化処理によって磁石体を得ている。その場合、磁性粉（例えば、ＨＤＤＲ法で作製した磁性粉）にＴｂやＤｙなどの希土類元素を拡散させることで、さらなる高保磁力の磁性粉を得ることができる。そして、ＴｂやＤｙなどの希土類元素を拡散させた磁性粉に対し樹脂を混練し、上述した工程で高特性のボンド磁石を得ることができる。また熱硬化性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂（たとえばナイロン）を磁性粉に混練して磁性粉コンパウンドを作製し、加熱した金型に前記磁性粉コンパウンドを磁場中射出成形法で成形してボンド磁石を得る製造方法もある。
【０００３】
また、角型性及び保磁力を改善させる方法として、ＨＤＤＲ法で作製した磁性粉（以下、ＨＤＤＲ磁性粉という）に希土類化合物を混合し、磁場中成形を行う方法がある。この方法は、磁性粉を成形して得られた成形体に拡散熱処理を施し、成形体中に前記希土類化合物に含まれる希土類元素を拡散させることで、高い保磁力と角型性を得ている（例えば、特許文献１）。拡散熱処理後は、成形体に樹脂を含浸させることで強度をさらに高めた磁石にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＨＤＤＲ磁性粉にＴｂやＤｙなどを含んだ希土類化合物を混合し、磁場中で成形した後、希土類元素を拡散させる拡散熱処理を行うことで、磁気特性（特に、角型性及び保磁力）が著しく向上する。しかしながら成形後に拡散処理を行うため、工程が増加し、結果として製造コストが増加してしまうという問題がある。また成形後に拡散熱処理を行うことで熱による成形体の寸法変化が発生することがある。このため、異方性ボンド磁石の特徴の一つであるネットシェイプが完全にはなされなくなってしまう点も問題である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＨＤＤＲ磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を作製するにあたり、磁気特性を向上させるとともに、寸法精度の良好な異方性ボンド磁石を製造することのできる異方性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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の希土類元素を含む原料に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類化合物粉末を作製する工程と、前記第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散剤を前記第１の希土類元素に混合して、混合粉末を調整する工程と、前記混合粉末を磁場中で加圧及び加熱しながら成形して成形体を作製する工程と、前記成形体に樹脂を含浸させる工程と、前記樹脂を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法である。
【０００８】
この製造方法によれば成形と拡散熱処理とを同時にできるため、成形後に拡散熱処理を行う場合に比べて、工程を減らすことができる。このため従来よりも低いコストで異方性ボンド磁石を製造することができる。また、拡散熱処理も成形と同時に行っていることから、従来の成形直後における成形体よりも高強度で成形体を作製することが可能になる。このため、クラック等が発生し難くなるため、高い歩留りでの製造が可能になる。さらに、磁場中成形時の成形体の脱磁が完全になされてなくとも拡散熱処理時の熱により完全に脱磁されることから、周辺の磁粉等の付着がない状態での製造が可能となる。また、本発明の希土類磁石の製造方法は、成形と拡散熱処理とを同時に行うため、金型寸法に順じた成形体寸法となり、熱による寸法変化の影響を受けることなく製造することができる。
【０００９】
本発明の希土類磁石の製造方法は、前記成形体に前記樹脂を含浸させる前に、前記成形体に対して熱処理を施すことが好ましい。このような製造方法によって得られる希土類ボンド磁石は磁場中における加圧成形と同時に加熱されて作製されるので、その後に加熱しても、寸法変化は十分に小さくすることができる。このため、寸法精度の高い希土類ボンド磁石を製造することができる。
【００１０】
本発明の希土類磁石の製造方法は、前記混合粉末に磁場を印加する工程と、前記混合粉末を加圧する工程と、前記混合粉末を加熱する工程と、を含むことが好ましい。混合粉末を加圧する前に磁場を印加することにより、混合粉末を配向させやすくなる。また、加圧後、すなわち、混合粉末同士が密に接触した状態で加熱するので、ＴｂやＤｙなどの希土類元素の拡散が促進される。その結果、異方性ボンド磁石の磁気特性を向上させることができる。また加熱しながら加圧されるため、寸法変化は十分に小さくすることができる。このため、寸法精度の高い希土類ボンド磁石を製造することができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記異方性ボンド磁石の製造方法において、前記成形時における加熱温度は、６００℃以上９５０℃以下であることが好ましい。成形時における加熱温度を高くし過ぎたりすると、ＨＤＤＲ磁性粉中の微細組織が粗大化し磁気特性の低下を起こしたりする傾向がある。一方、成形における加熱温度を低くし過ぎたりすると、第２の希土類元素の拡散が十分に進行しない傾向がある。前記成形時における加熱温度を６００℃以上９５０℃以下とすることにより、ＨＤＤＲ磁性粉中の微細組織が粗大化及び磁気特性の低下を抑制しつつ、第２の希土類元素の拡散を十分に進行させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ＨＤＤＲ磁性粉を用いて異方性ボンド磁石を作製するにあたり、磁気特性を向上させるとともに、寸法精度の良好な異方性ボンド磁石を製造することのできる異方性ボンド磁石の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法に用いる磁場中成形装置の構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示すフローチャートである。
【図４−１】図４−１は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−２】図４−２は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−３】図４−３は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−４】図４−４は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−５】図４−５は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−６】図４−６は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−７】図４−７は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−８】図４−８は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【図４−９】図４−９は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下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、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、第１の希土類元素を含む水素化分解・脱水素再結合法による処理が施された希土類合金粉末、及び第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散材を混合して混合粉末を調製する混合工程と、混合粉末に熱をかけながら磁場中成形して成形体を作製する熱間磁場中成形工程を有する、第１及び第２の希土類元素を含む希土類磁石の製造方法を提供する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法に用いる磁場中成形装置の構成図である。磁場中成形装置２０は、円柱状の成形体を形成するためのもので、金型によって形成されるキャビティ１００内に磁性粉末（混合粉末）を供給し、磁場を印加しつつキャビティ１００内の磁性粉末を加熱しながら加圧することで磁場中成形を行い、成形体を作製するものである。
【００１７】
この磁場中成形装置２０は、ダイ４０を支持する支持プレート２１と、下パンチ５０を支持する下パンチベース２２と、上パンチ６０を支持する上パンチベース２３とを備える。支持プレート２１は、磁場中成形装置２０のベースに対し、油圧シリンダ、ボールねじ及びカム等の駆動機構によって昇降駆動可能とされた下ラム２４に支持され、これによって昇降可能となっている。下パンチベース２２は、磁場中成形装置２０のベースに、支柱２６を介して固定支持されている。上パンチベース２３は、下パンチベース２２の上方に対向するよう設けられ、磁場中成形装置２０のベースに、油圧シリンダ、ボールねじ及びカム等の駆動機構により昇降駆動可能とされた上ラム２７によって昇降可能とされている。
【００１８】
図１に示すように、金型はダイ４０、下パンチ５０、上パンチ６０によって構成されている。金型は、磁場中成形装置２０の支持プレート２１、下パンチベース２２、上パンチベース２３に対し、ボールト等の取付部材によって着脱可能に取り付けられるようになっている。
【００１９】
ダイ４０は、その中心が、コイル７２ａ、７２Ｂによって発生される磁場の中心に合致するよう設けられる。非磁性体で構成されるダイ４０には、成形すべき成形体の形状に対応した形状の貫通孔であるダイホール４１が形成されている。本実施形態においては、円柱状の成形体を作製するため、ダイホール４１は開口形が真円状をなしている。また、このダイホール４１の中心は、ダイ４０の中心と一致する。ダイ４０の下面は、下パンチベース２２を貫通する一対の下ガイドポスト２５を介して支持プレート２１に接続されている。支持プレート２１は、下ラム２４を介して油圧シリンダに接続される。したがって、ダイ４０はこの油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされている。
【００２０】
ダイ４０の周囲には、キャビティ１００内の磁性粉末（混合粉末）を配向させるための磁場発生装置７０が設けられている。磁場発生装置７０は、ダイ４０の両側から挟むように対称に配置される一対のヨーク７１ａ、７１Ｂを有している。ヨーク７１ａ、７１Ｂは、透磁率の高い軟磁性材料から形成されている。ヨーク７１ａ、７１Ｂには、それぞれ、コイル７２ａ、７２Ｂが巻き回されている。コイル７２ａ、７２Ｂへ通電することにより、下パンチ５０及び上パンチ６０により加圧方向と直交する方向（図１中の点線で示す矢印）の磁界が発生し、キャビティ１００内の磁性粉末（混合粉末）を配向する。
【００２１】
下パンチ５０は、下パンチホルダ５１により、磁場中成形装置２０の下パンチベース２２に取り付けられるようになっている。下パンチ５０は、ダイ４０のダイホール４１に対応する位置に配置されている。下パンチホルダ５１に保持された下パンチ５０は、その上端部がダイ４０のダイホール４１内に挿入されている。
【００２２】
ダイ４０の上方には、上パンチベース２３が配置されている。この上パンチベース２３の下面には、キャビティ１００に挿入可能な位置に上パンチ６０が設けられている。上パンチベース２３の上面には、上ラム２７が設けられている。上ラム２７には、油圧シリンダが接続されている。上パンチベース２３の両端近傍には、鉛直方向に設けられた一対の上ガイドポスト２８が挿入され、上ガイドポスト２８の下端部がダイ４０の上面に固定されている。上パンチベース２３は、上ガイドポスト２８に案内されながら油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされている。上パンチベース２３の移動にともなって、上パンチ６０が上下方向に移動可能とされ、キャビティ１００内に挿入される。
【００２３】
磁場中成形装置２０は、その動作を制御するコントローラ８０を備えている。このコントローラ８０は、油圧シリンダを作動させることにより、ダイ４０及び上パンチ６０の昇降運動を制御する。また、コントローラ８０は、図示しない電源からコイル７２ａ、７２Ｂへの通電を制御することにより、所定のタイミングでキャビティ１００へ磁場を印加する。
【００２４】
ダイ４０の内部には、キャビティ１００内の磁性粉末（混合粉末）を加熱するためのヒータ４２が配置されている。ヒータ４２に通電することによりダイ４０が加熱されその熱が磁性粉末（混合粉末）に伝わり、第２の希土類は磁性粉末へ拡散する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法の工程を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示すフローチャートである。図４−１〜図４−９は、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法における磁場中成形の工程を示す説明図である。
【００２６】
本実施形態の希土類磁石の製造方法は、第１の希土類元素を含む原料合金に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類合金粉末を調製するＨＤＤＲ処理工程と、第２の希土類元素を含む拡散材を調製する調製工程と、第１の希土類元素を含む水素化分解・脱水素再結合法による処理が施された希土類合金粉末、及び第２の希土類元素を含む拡散材を混合して混合粉末を調製する混合工程と、混合粉末を加熱しながら磁場中成形して成形体の作製と同時に第２の希土類元素を希土類合金粉末（の外周部）に拡散させる熱間磁場中成形工程と、成形体に樹脂を含浸して樹脂を硬化することにより希土類ボンド磁石を得る含浸工程を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
【００２７】
ＨＤＤＲ処理工程では、まず、第１の希土類元素を含む原料合金を準備する。原料合金は、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、又は遠心鋳造法によって得た合金に、例えば均質化熱処理を施すことによって得ることができる。原料合金は、原料金属又は原料化合物や製造工程に由来する不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００２８】
第１の希土類元素としては、いずれの希土類元素を用いてもよく、好ましくは軽希土類元素を、より好ましくはＮｄ及び／又はＰｒを用いる。
【００２９】
なお、本実施形態において、希土類元素は、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、例えば、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。また、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。本明細書における「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。
【００３０】
ステップＳ１１における原料化合物の好適な組成としては、希土類元素としてＮｄ及びＰｒの少なくとも一方を含み、Ｂを必須元素として０．５質量％〜４．５質量％含み、且つ残部がＦｅ及び不可避的不純物であるＲ−Ｆｅ−Ｂ系の組成を有するものが挙げられる。また、原料合金は、必要に応じて、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｉ等の他の元素をさらに含んでもよい。
【００３１】
上述の組成を有する原料合金を調製した後、ステップＳ１２におけるＨＤＤＲ法による磁気異方性化処理を行う。ＨＤＤＲ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る。このＨＤＤＲ法は、原料合金に水素を吸蔵させた後、異なる相間の水素吸蔵量の相違に基づく自己崩壊的な粉砕を生じさせ、さらに微細組織化及び磁気異方性化させるものである。ＨＤＤＲ処理の詳細について、以下に説明する。
【００３２】
まず、原料合金を、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時間〜４８時間保持する均質化熱処理を行う。このような均質化熱処理を行うことによって、原料合金の結晶粒を粗大化させて、原料合金を均質化させることができる。
【００３３】
均質化させた原料合金は、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した後、篩分けすることが好ましい。これによって、粒径が１０ｍｍ以下の粉末状の原料合金を調製することができる。
【００３４】
水素吸蔵工程では、上述の粉末状の原料合金を、水素分圧が１００ｋＰａ〜３００ｋＰａである水素雰囲気中、１００℃〜２００℃の温度中、０．５時間〜２時間保持する。これによって、原料合金の結晶格子中に水素が吸蔵される。
【００３５】
次に、水素を吸蔵させた原料合金を、水素雰囲気中、所定の温度で保持することによって、水素化分解させて分解生成物を得る。水素化分解時の水素分圧は１０ｋＰａ〜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希土類合金粉末を得ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
続いて、水素分圧を低減させることによって、分解生成物から水素を放出させて、第１の希土類元素を含有する希土類合金粉末を得る。この希土類合金粉末は、上述の原料合金と同等の組成を有する。ステップＳ１３に示すように分級を行う。希土類合金粉末の粒径は、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。希土類合金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。
【００３８】
なお、上述のＨＤＤＲ処理によって得られた希土類合金粉末は、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さらに粉砕してもよい。
【００３９】
ステップＳ１４に示す拡散材混合工程では、まず、第２の希土類元素を含む粉末状の拡散材を調製する。第２の希土類元素は上述の第１の希土類元素と異なる元素であれば特に制限されない。ただし、一層保磁力の高い希土類磁石を得る観点から、好ましくは重希土類元素であり、より好ましくはＤｙ又はＴｂである。拡散材としては、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等の一般的な希土類化合物や、希土類金属が挙げられる。これらのうち、希土類磁石の磁気特性を一層向上させる観点から、構成元素として重希土類元素を有する重希土類化合物を用いることが好ましく、ＤｙＨ２、ＤｙＦ３又はＴｂＨ２を用いることがより好ましい。
【００４０】
希土類化合物や希土類金属は、通常の方法によって製造することができる。通常の方法によって製造した希土類化合物又は希土類金属を、ジェットミルを用いて乾式粉砕する方法、又は有機溶媒と混合し、ボールミル等を用いて湿式粉砕する方法によって希土類化合物粉末又は希土類金属粉末を調製することができる。
【００４１】
拡散材の平均粒径の上限は、好ましくは３０μｍであり、より好ましくは１０μｍであり、さらに好ましくは５μｍである。一方、拡散材の平均粒径の下限は、好ましくは１００ｎｍであり、より好ましくは１μｍである。拡散材の平均粒径が３０μｍを超えると、希土類合金粉末中への第２の希土類元素の拡散が生じ難くなって、十分大きなＨｃＪ及び角型比の向上効果が損なわれる場合がある。一方、拡散材の平均粒径が１００ｎｍ未満であると希土類元素が酸化し易く、希土類酸化物が生成すると第１希土類化合物への拡散量が少なくなり拡散による保磁力の向上が小さくなる。希土類酸化物が生成した場合、所望の保磁力を得ようとすると第２の希土類元素の拡散材の量が多く必要となり、加熱処理による希土類合金粉末中への第２の希土類元素の拡散の量が過剰になり、最終的に得られる希土類ボンド磁石のＢｒが低下する傾向がある。
【００４２】
拡散材混合工程では、次に、上述の通りにしてＨＤＤＲ処理を施した第１の希土類元素を含む希土類合金粉末と、第２の希土類元素を含む拡散材とを混合して混合粉末を調製する。混合粉体は、例えば、所定の配合比で希土類合金粉末と拡散材とを容器に投入後、スペックスミキサーを用いて、１分〜３０分間混合することによって得ることができる。混合は、拡散材や希土類合金粉末の酸化を抑制する観点から、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。なお、混合方法は、特に限定されるものではなく、例えば、Ｖミキサーやボールミルあるいはライカイ機などを用いた方法であってもよい。なお混合の際に成形助剤となるステアリン酸亜鉛などの潤滑材を添加しても良い。添加量は０．０１質量％〜０．５質量％程度で良い。
【００４３】
希土類合金粉末と拡散材との配合比は、混合粉体における拡散材の含有量が、好ましくは０．５質量％〜５質量％、より好ましくは１質量％〜４質量％、さらに好ましくは１．５質量％〜３．５質量％となるような比率とする。当該含有量が０．５質量％未満であると、第２の希土類元素の拡散量が少なくなって、十分に大きなＨｃＪ（保持力）及び角型比の向上効果が得られ難くなる傾向があり、５質量％を超えると第２の希土類元素が希土類合金粉末の内部にまで拡散してしまいＢｒが小さくなる傾向がある。
【００４４】
ステップＳ１５における熱間磁場中成形工程では、加熱を行いながら、磁場中成形を行う工程である。熱間磁場中成形では上述の混合粉末に加熱を行いながら磁場中成形して所望の形状を有する成形体を作製する。磁場中成形は、磁場を印加しながら行い、これにより異方性を有する希土類合金粉末を所定方向に配向させた状態で固定する。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、混合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って、混合粉末を所定形状に成形することができる。
【００４５】
次に、図１、図３、図４−１〜図４−９を参照して、熱間磁場中成形工程の詳細を説明する。磁場中成形を開始する際には、ダイ４０、下パンチ５０及び上パンチ６０からなる金型を初期状態に設定する（Ｓ１５１、図４−１）。金型は初期状態において、下パンチ５０はダイ４０に対して所定の位置に配置することにより、下パンチ５０とダイ４０によりキャビティを形成する。このとき、上パンチ６０はダイ４０の上方に退避している。図示しない粉末供給装置により磁性粉末を前記キャビティに供給するに足りる空間を形成するためである。
【００４６】
金型は間口１０．００ｍｍ×１０．００ｍｍのものを使用した。金型が初期状態において、図示しない粉末供給装置を用いて、下パンチ５０とダイ４０により形成されているキャビティに磁性粉末（混合粉末）Ｐを供給する（ステップＳ１５２、図４−２）。粉末供給装置としては、定量の磁性粉末Ｐを供給する方式、あるいはフィーダボックスを用いてキャビティに擦り切り充填する方式等のいずれであってもよい。
【００４７】
磁性粉末Ｐをキャビティに供給した後に、コントローラ８０は上パンチ６０を降下させる（ステップＳ１５３、図４−３）。上パンチ６０は、ダイ４０の貫通孔に挿入されるが、磁性粉末Ｐの上端から所定の間隙を有する位置まで降下される。この間隙は、以下の２つの意義を有する。１つは、キャビティ上部が開放された状態で磁性粉末Ｐに磁場を印加すると、磁性粉末Ｐがキャビティから飛び出すことがあり、この磁性粉末Ｐの飛び出しを防止するために、上パンチ６０をダイ４０の貫通孔に挿入させる。他の一つは、磁性粉末Ｐの飛び出しだけを目的とするのであれば、上パンチ６０を磁性粉末Ｐの上端に接触させてもよいが、磁場印加による磁性粉末Ｐの配向性を十分に確保することができない。そこで、磁性粉末Ｐの上端との間に所定の間隙を形成することが好ましい。
【００４８】
次いで、コントローラ８０は、図示しない電源からコイル７２ａ、７２Ｂに通電することにより、キャビティに供給された磁性粉末Ｐに磁場を印加する（ステップＳ１５４、図４−４）。印加される磁場を白抜き矢印で示すが、本実施形態は、下パンチ５０及び上パンチ６０による加圧方向と直交する、所謂、横磁場成形を適用している。この磁場印加により、磁性粉末Ｐは、その磁化容易軸が磁場の印加方向に配向する。
【００４９】
コントローラ８０は、磁場の印加を継続し、かつダイ４０を上昇させる（ステップＳ１５５、図４−５）。つまり、下パンチ５０は、ダイ４０に対して相対的に降下する。磁性粉末Ｐには磁場が平行方向に印加されているため、磁性粉末Ｐはダイ４０の上昇にともなって上方に移動する。したがって、理想的には、下パンチ５０の上面と磁性粉末Ｐの下端は離れて空隙が形成される。空隙が形成されないとしても、磁性粉末Ｐの下端部分は、充填密度が低くなる。いずれにしても、下パンチ５０を相対的に降下することにより、磁性粉末Ｐ、特に下端部は、下パンチ５０からの機械的な支持が解除され、配向されやすい状態となる。以上では、磁場を印加した後にダイ４０を上昇させているが、磁場印加とダイ４０上昇のタイミングとを一致させても同様の効果を得ることができる。なお、磁性粉末Ｐと上パンチ６０との間の間隙が維持されるようにダイ４０を上昇させることが好ましい。磁性粉末Ｐ上端部の配向のし易さを確保するためである。
【００５０】
コントローラ８０は、磁場の印加を継続し、かつ下パンチ５０及び上パンチ６０の間隔を狭くすることにより磁性粉末Ｐを加圧成形する（ステップＳ１５６、図４−６）。加圧成形することができれば、ダイ４０、下パンチ５０及び上パンチ６０の動作は問わない。本実施形態では、下パンチ５０が固定であるため、上パンチ６０を降下させることにより加圧成形する。この際、ダイ４０を降下させることができる。下パンチ５０が昇降可能な磁場中成形装置であれば、下パンチ５０を上昇させることによって、加圧成形することができる。この際、上パンチ６０を降下させることもできる。さらに、ダイ４０の昇・降を伴うこともできる。
【００５１】
次いで、コントローラ８０は、磁性粉末Ｐに磁場を印加したまま、電源からヒータ４２に通電することによりダイを加熱し、ダイを介してキャビティに供給された磁性粉末Ｐを加熱する（ステップＳ１５７、図４−６）。この加熱により、磁性粉末Ｐへ第２の希土類が拡散される。次に、コントローラ８０は、加圧を継続し、かつ下パンチ５０及び上パンチ６０の間隔を一定にすることにより磁性粉末Ｐを加圧保持する（ステップＳ１５８、図４−６）。このとき、磁場の印加も継続される。
【００５２】
加熱工程では、磁場中成形で加圧されている混合粉末を、拡散材に含まれる第２の希土類元素が希土類合金粉末の外周部に拡散することが可能な程度に加熱する。具体的には、減圧下又はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下、６００℃以上９５０℃の範囲で、混合粉末を成形体にするために加圧しながら加熱する。加熱温度は、好ましくは７００℃以上９３０℃以下、より好ましくは８００℃以上９００℃以下の範囲である。また拡散処理時間は拡散温度に到達した後、その温度一定のまま３０秒以上６０分以下行えばよい。好ましくは５分以上２０分以下である。このような条件で加熱することにより、第２の希土類元素が希土類合金粉末の外周部に拡散し、第１の希土類元素がリッチな内層と該内層を被覆する第２の希土類元素がリッチな外層とを有する粒子が形成される。これによって、十分に高い保磁力を有する希土類ボンド磁石を形成することが可能となる。また、ＨＤＤＲ処理された希土類合金粉末には微細なクラックが存在するが、このクラックに拡散材が侵入してクラックを埋めることができる。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を向上させることができる。なお、加熱工程においては、成形効率を上げるために金型のパンチやダイを予め加熱しておき、磁場配向、脱磁後に第２の希土類元素が拡散する温度までさらに加熱しても良い。
【００５３】
なお、成形体の加熱温度を高くし過ぎたり加熱時間を長くし過ぎたりすると、ＨＤＤＲ粉末の微細組織化が粗大化し磁気特性が低下する。一方、成形体の加熱温度を低くし過ぎたり加熱時間を短くし過ぎたりすると、第２の希土類元素の拡散が十分に進行しない傾向がある。したがって、第１及び第２の希土類元素の種類や、希土類合金粉末の粒径に応じて、加熱温度及び加熱時間を設定することが好ましい。
【００５４】
磁場中で加圧成形しながら加熱する工程が終了すると、コントローラ８０は電源を制御することにより、コイル７２ａ、７２Ｂから、それまでと逆向きの磁場を成形体（磁性粉末Ｐ）に印加することによる脱磁を行う（ステップＳ１５９、図４−７）。所定時間の脱磁を行った後に、磁場印加を停止する（ステップＳ１５１０、図４−８）。なお、磁場配向時に着磁された成形体は、拡散の加熱処理を行うことで熱消磁されるため必ずしも脱磁工程を含む必要はない。このため、脱磁工程を省略できるという利点がある。
【００５５】
コントローラ８０は、脱磁及び加圧保持が終了した後、ダイ４０を降下させ、さらに上パンチ６０を上昇させる。磁場中成形装置２０をこのような状態にすることにより、成形体Ｃをキャビティから取り出すことができる（ステップＳ１５１１、図４−９）。以上で、磁場中成形の１サイクルの工程が終了する。本実施形態では、磁場の印加、加圧成形、磁場の印加及び加圧した状態での加熱という順序であるが、本実施形態に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、磁場中成形において加熱されていればよい。このため、加熱を開始した後に磁場を印加して加圧成形してもよい。ただし、磁粉の配向が完了するまでは、磁粉のキュリー温度（Ｎｄ−Ｆｅ-Ｂ系磁石の場合、３３０℃）以下の加熱とする必要がある。配向が完了する前に、キュリー温度を超える熱を与えてしまうと、磁粉が消磁されてしまい、配向しなくなってしまうからである。
【００５６】
成形によって得られる成形体の形状は特に制限されず、柱状、平板状、リング状等、所望とする希土類ボンド磁石の形状に応じて決定する。磁場中成形時の加圧は、５８０ＭＰａ〜１４００ＭＰａとすることが好ましい。また、配向磁界は、８００ｋＡ／ｍ〜２０００ｋＡ／ｍとすることが好ましい。
【００５７】
成形体の空隙率は、成形体全体を基準として０体積％〜２０体積％であることが好ましい。これによって、優れた磁気特性と優れた形状維持性とを兼ね備えた希土類ボンド磁石を得ることができる。
【００５８】
本実施形態では、樹脂と混合すること無しに、混合粉末の磁場中成形を行っているため、磁気的な異方性を有する希土類合金粉末の配向を十分に揃えることが可能となる。したがって、特に残留磁束密度に優れる希土類ボンド磁石を得ることができる。すなわち、ＨＤＤＲ処理によって得られる異方性の高い希土類合金粉末の磁気的な特性を十分に発揮させることが可能となる。
【００５９】
本実施形態の製造方法では、混合粉末の成形体を作製する過程で前記混合粉末を加圧しながら加熱処理を施している。このため、希土類合金粉末と拡散材との密着性がよく、拡散材に含まれる第２の希土類元素を希土類合金粉末の外周部に、より均一に拡散させることが可能となる。したがって、角型比や保磁力が十分に高い希土類ボンド磁石を得ることができる。
【００６０】
ステップＳ１６における含浸工程では、成形体に樹脂を含浸させ、加熱して樹脂を硬化することにより希土類ボンド磁石を得る。具体的には、まず、加熱処理を施した成形体を予め調製した樹脂含有溶液に浸漬し、密閉容器中で減圧することによって脱泡させて樹脂含有溶液を成形体の空隙内に浸透させる。その後、成形体を樹脂含有溶液中から取り出し、成形体の表面に付着した余剰の樹脂含有溶液を取り除く。余剰の溶液を取り除くには遠心分離機などを用いればよい。また樹脂含有溶液に浸漬する前に成形体を密閉溶液中に入れ減圧雰囲気に保持しつつトルエン等の溶剤に浸漬することで脱泡が促進し、樹脂の含浸量が増え成形体中の空隙率を減らすことができる。
【００６１】
樹脂含有溶液に含まれる樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ナイロンなどのポリアミド系のエラストマー、アイオノマー、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらのなかでも、熱硬化性樹脂が好ましく、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂がより好ましい。
【００６２】
樹脂含有溶液は、上述の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、用いる樹脂の種類に応じて選択することが好ましい。樹脂含有溶液における樹脂含有量に特に制限はないが、密度が高く空隙の少ない希土類ボンド磁石を得るためには、樹脂の含有量は高い方が好ましい。
【００６３】
ステップＳ１７における樹脂含有溶液を空隙内に浸透させた成形体を、例えば恒温槽内で、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時間〜５時間保持することによって、樹脂含有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。
【００６４】
希土類ボンド磁石の樹脂含有量は、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質量％〜１０質量％、より好ましくは１質量％〜５質量％である。この樹脂含浸量は、樹脂含有溶液における樹脂濃度や、成形体作製時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。
【００６５】
ステップＳ１８における塗装工程は、上記のようにして得た希土類ボンド磁石に対し、必要に応じて塗装処理を施す工程である。具体例として、希土類ボンド磁石の表面に熱硬化性樹脂の膜を形成し、これを硬化させる処理が挙げられる。熱硬化性樹脂の成膜はスプレー処理やディップ処理によって行うことができる。この工程を実施することで、希土類ボンド磁石の酸化による劣化を抑制できるとともに、ＨＤＤＲ磁性粉末の磁石表面からの脱落を防止できる。
【００６６】
ステップＳ１９における塗装を施した成形体を、例えば恒温槽内で、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時間〜５時間保持することによって、塗装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。
【実施例】
【００６７】
（実施例１）
［希土類ボンド磁石の作製］
ストリップキャスト法によって、主成分としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを含有する、下記組成を有する原料化合物を調製した。
【００６８】
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％
Ｃｏ： ３．８質量％
Ｆｅ及び不可避不純物：残部
【００６９】
この原料化合物は、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。この原料化合物を、減圧雰囲気中（１ｋＰａ以下）、１０００℃〜１２００℃の温度範囲で２４時間保持した（均質化熱処理工程）。均質化熱処理で得られた生成物（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を、スタンプミルを用いて粉砕し、篩分けを行って、原料粉末（粒径１ｍｍ〜２ｍｍ）を得た。
【００７０】
この原料粉末を、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。
【００７１】
まず、水素ガス雰囲気下、水素分圧１００ｋＰａ〜３００ｋＰａ、温度１００℃で原料粉末を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原料粉末を、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。
【００７２】
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を得た。得られた磁性粉末を、窒素ガス雰囲気中でスタンプミルを用いて粉砕し、篩い分けを行って、粒径が３００μｍ以下であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を得た。
【００７３】
次に、上記Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末とは別に、以下の通りにして拡散材を調製した。まず、Ｄｙ粉末を水素雰囲気下３５０℃で１時間吸蔵させ、これに続いてＡｒ雰囲気下において６００℃で１時間処理することにより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［ｄ（５０）］が３μｍのＤｙＨ２微粉末とした。
【００７４】
上述の方法によって得られたＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末（ＨＤＤＲ磁性粉末）とＤｙＨ２微粉末（拡散材）を、混練機を用いて混合した。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末とＤｙＨ２微粉末との混合比率は、ＤｙＨ２微粉末が３質量％（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末及びＤｙＨ２微粉末の合計質量を基準）となるような比率とした。また、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末及びＤｙＨ２微粉末の合計重量に対し、ステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加混合した。上記混合粉６．０ｇを間口１０．００ｍｍ×１０．００ｍｍの金型に供給後、磁場印加後パンチ及びダイ温度８５０℃の熱を５分間保持しながら磁場中成形した。配向磁界は１．２Ｔ、成形圧力９８０ＭＰａであり雰囲気Ａｒガス中で行った。
【００７５】
次に、上記成形体をトルエンの入った容器とともに真空ベルジャー内に入れ、２つの成形体をトルエンに浸漬して容器内の圧力を１０ｋＰａ以下の状態で３０分間保持する脱泡処理を行った後、常圧に戻した。
【００７６】
上記容器内のトルエンとは別の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％）を調製した。真空ベルジャーに、このエポキシ樹脂溶液と、拡散処理を施し脱泡処理した成形体とを順次投入した。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浸透させた。
【００７７】
エポキシ樹脂溶液から２つの成形体を取り出し、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。その後、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）に５時間保持し、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させ、希土類ボンド磁石を得た。
【００７８】
（実施例２）
熱間磁場中成形で得られた成形体に、９００℃３０分の熱処理を施したこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００７９】
（実施例３）
熱間磁場中成形時に成形磁場を０．８Ｔで行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８０】
（実施例４）
ＤｙＨ２微粉末（拡散剤）を５質量％混合したこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８１】
（比較例１）
比較例１は、実施例１の熱間磁場中成形時に加熱せずに成形し、成形後９００℃３０分分の拡散熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８２】
（比較例２）
比較例２は、実施例１で作製したＨＤＤＲ粉に対し拡散材を混合せずに行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８３】
（比較例３）
比較例３は、実施例１の熱間磁場中成形時に５００℃まで加熱を行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８４】
（比較例４）
比較例３は、実施例１の熱間磁場中成形時に１０５０℃まで加熱を行ったこと以外は、実施例１と同様にして希土類ボンド磁石を調製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１に示す結果から明らかな通り、熱間磁場中成形後に熱処理を行うことでＨｃｊ（保持力）の増加が確認された。また磁場強度は低くても高磁気特性が確認された。比較例１に示す通り、従来の成形後に熱拡散を行う方法では実施例と比較して寸法変化が大きかった。比較例２〜４に示す通り拡散材を混合しない場合や、熱間磁場中成形時の温度範囲が外れているとＨｃｊが向上しないことが確認された。比較例３では第２の希土類元素の拡散が十分に進行しなかったことが原因と考えられる。また比較例４では加熱温度が高いことによりＨＤＤＲ粉末の微細組織化が粗大化し、さらには希土類合金粉末の焼結が進行したことが原因と推測される。
【符号の説明】
【００８７】
２０ 磁場中成形装置
２１ 支持プレート
２２ 下パンチベース
２３ 上パンチベース
２４ 下ラム
２５ 下ガイドポスト
２６ 支柱
２７ 上ラム
２８ 上ガイドポスト
４０ ダイ
４２ ヒータ
５０ 下パンチ
６０ 上パンチ
７０ 磁場発生装置
７１ａ、７１ｂ ヨーク
７２ａ、７２ｂ コイル
８０ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の希土類元素を含む原料に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類化合物粉末を作製する工程と、
前記第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散剤を前記第１の希土類元素に混合して、混合粉末を調整する工程と、
前記混合粉末を磁場中で加圧及び加熱しながら成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に樹脂を含浸させる工程と、
前記樹脂を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記成形体に前記樹脂を含浸させる前に、前記成形体に対して熱処理を施す請求項１に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項３】
前記成形体を作製する工程においては、
前記混合粉末に磁場を印加する工程と、
前記混合粉末を加圧する工程と、
前記混合粉末を加熱する工程と、
を含む請求項１又は２に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
前記成形における加熱温度は、６００℃以上９５０℃以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項１】
第１の希土類元素を含む原料に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、希土類化合物粉末を作製する工程と、
前記第１の希土類元素とは異なる第２の希土類元素を含む拡散剤を前記第１の希土類元素に混合して、混合粉末を調整する工程と、
前記混合粉末を磁場中で加圧及び加熱しながら成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に樹脂を含浸させる工程と、
前記樹脂を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記成形体に前記樹脂を含浸させる前に、前記成形体に対して熱処理を施す請求項１に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項３】
前記成形体を作製する工程においては、
前記混合粉末に磁場を印加する工程と、
前記混合粉末を加圧する工程と、
前記混合粉末を加熱する工程と、
を含む請求項１又は２に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
前記成形における加熱温度は、６００℃以上９５０℃以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図４−４】
【図４−５】
【図４−６】
【図４−７】
【図４−８】
【図４−９】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図４−４】
【図４−５】
【図４−６】
【図４−７】
【図４−８】
【図４−９】
【公開番号】特開２０１２−１９０９３７（Ｐ２０１２−１９０９３７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２０９３（Ｐ２０１１−５２０９３）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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