異方性磁粉の製造方法及び異方性ボンド磁石
【課題】拡散材として使用する希土類化合物の量を低減しても十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造する。
【解決手段】異方性磁粉の製造方法は、水素化分解・脱水素再結合法によってＨＤＤＲ粉を得る工程と、希土類化合物を含む拡散材とＨＤＤＲ粉を混合して混合粉末を調製する工程と、混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉に拡散させる工程とを備え、拡散材は、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａの水素化物、フッ化物及び鉄化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物の粉末を含有し且つアルミニウム粉末を更に含有する。
【解決手段】異方性磁粉の製造方法は、水素化分解・脱水素再結合法によってＨＤＤＲ粉を得る工程と、希土類化合物を含む拡散材とＨＤＤＲ粉を混合して混合粉末を調製する工程と、混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉に拡散させる工程とを備え、拡散材は、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａの水素化物、フッ化物及び鉄化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物の粉末を含有し且つアルミニウム粉末を更に含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異方性磁粉の製造方法及び異方性ボンド磁石に関する。
【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、希土類ボンド磁石の一層の磁気特性の向上が求められている。
【０００３】
希土類ボンド磁石の製造方法としては、以下のような方法が提案されている。まず、ＨＤＤＲ法（水素化分解・脱水素再結合法）によって作製した磁石粉末（以下、「ＨＤＤＲ粉末」という。）に、ＴｂやＤｙなどの希土類元素を含む拡散材を混合し、拡散熱処理を行うことによって希土類元素がＨＤＤＲ粉末の表面及び内部に拡散された異方性磁石粉末を調製する。そして、この異方性磁石粉末を樹脂やカップリング剤、滑剤等と混練して希土類ボンド磁石を作製する（特許文献１参照）。この希土類ボンド磁石の製造方法では、ＴｂやＤｙなどの希土類元素が拡散した異方性磁粉を用いていることから、保磁力等を向上することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４５２２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の製造方法によれば、拡散材としての希土類の使用量を多くするに従って保磁力を向上できる。しかし、希土類は原料コストが高いという問題がある。
【０００６】
本発明は、拡散材として使用する希土類の量を低減しても十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造可能な方法及びこの方法によって製造された異方性磁粉を含む異方性ボンド磁石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】
本発明者らは、拡散材として使用する希土類化合物の量を削減するため、希土類化合物の粉末と種々の材料の粉末を混合して多数の拡散材を調製し、これらを用いて異方性磁粉を作製してその評価を行った。その結果、希土類化合物の粉末に対してアルミニウム粉末を加えた拡散材は、十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を得るのに有用であることが見出された。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係る異方性磁粉の製造方法は、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ＨＤＤＲ粉末を得る工程と、第２の希土類元素を含有する拡散材とＨＤＤＲ粉末を混合して混合粉末を調製する工程と、混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉末に拡散させる工程とを備え、拡散材は、第２の希土類元素としてのＤｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａの水素化物、フッ化物及び鉄化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物の粉末を含有し且つアルミニウムの粉末を更に含有する。
【０００９】
この製造方法によれば、拡散材の一部としてアルミニウムの粉末を使用するため、拡散材として使用する希土類の量を低減でき、また十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造できる。なお、アルミニウムの粉末をなす粒子の表面は酸化されていてもよい。
【００１０】
この製造方法においては、第２の希土類元素の水素化物等の粉末とアルミニウム粉末とを単に混合したものを拡散材として使用でき、拡散材の調製が容易という利点がある。これに対し、従来は拡散材として希土類元素を含む合金を使用する場合、アーク溶解等によって金属合金を作製し、得られた合金を粉砕して拡散材を得るという工程を経る必要があった。
【００１１】
十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を安定的に製造するためには、上記製造方法において、以下の構成を採用することが好ましい。すなわち、拡散材の平均粒径はＨＤＤＲ粉末の平均粒径の３分の１以下であることが好ましい。拡散材に含まれるアルミニウム粉末（アルミニウムの酸化物を含む）の合計量は、拡散材１００質量部に対して１〜５０質量部であることが好ましい。
【００１２】
より高い保磁力を有する異方性磁粉を製造するためには、上記製造方法において、拡散材は銅粉末及びコバルト粉末の少なくとも一方を更に含有することが好ましい。この場合、拡散材に含まれる銅粉末及びコバルト粉末の合計量は、拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、上記の製造方法によって製造された異方性を有する希土類合金粉末と、樹脂とを含む異方性ボンド磁石を提供する。本発明の異方性ボンド磁石は、優れた磁気特性を有する異方性磁粉を含んでいるため、優れた磁気特性を有する。また、原料に使用する希土類の量を低減できるので、原料コストを低く抑えることができる。なお、本発明に係る異方性ボンド磁石は、上記の製造方法の過程で得られた混合粉末を磁場中成形して成形体をまず作製し、当該成形体を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉に拡散させて得たものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、拡散材として使用する希土類の量を低減しても十分に高い保磁力を有する異方性磁粉が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】異方性磁粉を成形して製造された希土類ボンド磁石の一例を示す斜視図である。
【図２】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜異方性磁粉の製造方法＞
本実施形態に係る異方性磁粉の製造方法は、第１の希土類元素を含む原料化合物に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、ＨＤＤＲ粉末を調製するＨＤＤＲ処理工程と、希土類粉末及びアルミニウム粉末等を含む拡散材を調製する調製工程と、ＨＤＤＲ粉末と拡散材を混合して混合粉末を調製する混合工程と、混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉の外周部に拡散させる加熱工程とを備える。以下、各工程の詳細について説明する。
【００１７】
ＨＤＤＲ処理工程では、まず、第１の希土類元素を含む原料化合物を準備する。原料化合物は、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化合物や合金を使用できる。また、更に均質化熱処理を施してもよい。原料化合物は、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。
【００１８】
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。
【００１９】
なお、本明細書において、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。
【００２０】
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０．５〜４．５質量％含み、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、原料化合物は、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。
【００２１】
優れた磁気特性を有する磁性粉末を得る観点から、Ｔ（遷移金属）としてはＦｅが好ましく、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の組成は、Ｒ：２５〜３５質量％、Ｂ：１〜１．４質量％、Ｆｅ：６５．６〜７２質量％であることが好ましい。Ｒとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕから選ばれる１種または２種以上とすることができる。このうち、製造コスト及び磁気特性の観点から、ＲはＮｄを含むことが好ましい。
【００２２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁性粉末における質量基準のＲの含有量ρ（質量％）は、用いられる希土類金属の種類にもよるが、好ましくは２５〜３５質量％、より好ましくは２７〜３３質量％である。
【００２３】
本発明の効果をより高度に且つ安定的に得る観点から、原料化合物はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の組成でＣｏを更に含むことが好ましく、Ｎｄ、Ｂ及びＣｏがリッチであることがより好ましい。より具体的には、原料化合物におけるＮｄの含有量は好ましくは２８〜３５質量％であり、Ｂの含有量は好ましくは１〜１．６質量％であり、Ｃｏの含有量は好ましくは１〜１５質量％である。
【００２４】
上述の組成を有する原料化合物を調製した後、ＨＤＤＲ法による処理を行う。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。ＨＤＤＲ処理の詳細について、以下に説明する。
【００２５】
まず、原料化合物を、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５〜１００時間保持する均質化熱処理を行う。均質化させた原料化合物は、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化合物を調製することができる。
【００２６】
水素吸蔵工程では、上述の粉末状の原料化合物を、水素分圧が１００〜３００ｋＰａである水素雰囲気中、１００〜２００℃の温度中、０．５〜２時間保持する。これによって、原料化合物の結晶格子中に水素が吸蔵される。
【００２７】
次に、水素を吸蔵させた原料化合物を、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希土類化合物粉末を得ることができる。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】
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異方性のＨＤＤＲ粉末を得る。このＨＤＤＲ粉末は、上述の原料化合物と同等の組成を有する。ＨＤＤＲ粉末の粒径は、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍ以下であり、更に好ましくは１６０μｍ以下である。ＨＤＤＲ粉末の粒径の下限は、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。
【００２９】
ＨＤＤＲ粉末の平均粒径は、異方性磁粉の高い保磁力を達成する観点から、好ましくは１〜３００μｍであり、より好ましくは５〜３００μｍであり、更に好ましくは２０〜２００μｍである。ＨＤＤＲ粉末の平均粒径が３００μｍを超えると、ＨＤＤＲ粉末中への希土類元素の拡散が生じ難くなって、異方性磁粉の磁気特性が不十分となる場合がある。一方、ＨＤＤＲ粉末の平均粒径が１μｍ未満であると、希土類元素が酸化しやすくなる傾向がある。なお、本発明でいう粉末の平均粒径は、粉体の体積平均粒子径（Ｄ５０）を意味する。
【００３０】
上述のＨＤＤＲ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作製する。ＨＤＤＲ粉末は、結晶粒の粒子径が小さく且つ異方性であるため、密度が十分に高く且つ優れた磁気特性を有する希土類磁石を製造するのに有用である。
【００３１】
調製工程では、上述の第１の希土類元素と第２の希土類元素（Ｄｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａ）を含有する希土類粉末を調製すると共に、これとアルミニウム粉末等を混合して拡散材を得る。より一層高い保磁力を有する希土類磁石を得る観点から、第２の希土類元素は、好ましくは重希土類元素であり、より好ましくはＤｙ、Ｔｂ又はＮｄである。
【００３２】
上記の希土類元素を含有する希土類粉末としては、これらの元素の水素化物、ハロゲン化物、鉄化合物、酸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い。
【００３３】
重希土類化合物は、重希土類金属元素以外の元素を含んでいてもよく、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。一層優れた磁気特性を有する希土類磁石とする観点から、重希土類化合物は、好ましくは水素化物及びフッ化物であり、より好ましくは水素化物である。重希土類化合物として水素化物又はフッ化物を用いた場合、これらの化合物は容易に分解することから、組織が微細であるＨＤＤＲ粉末に対しても、十分に均一に第２の希土類元素を拡散させることができる。これらの要因によって、一層優れた磁気特性を有する希土類磁石を得ることができる。好ましい重希土類化合物としては、ＤｙＨ２、ＤｙＦ３、ＮｄＨ２及びＴｂＨ２を挙げることができる。
【００３４】
拡散材の一部をなす希土類粉末の平均粒径は、好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。希土類粉末の平均粒径の下限は、実用上、例えば０．1μｍ以上とすることが好ましい。
【００３５】
拡散材は、上記希土類粉末の他に、アルミニウム粉末を更に含有する。アルミニウム粉末の平均粒径は、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。アルミニウム粉末の平均粒径の下限は、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。
【００３６】
拡散材におけるアルミニウム粉末の含有量は、拡散材１００質量部に対して好ましくは１〜５０質量部であり、より好ましくは１０〜４０質量部であり、更に好ましくは２０〜３０である。アルミニウム粉末の含有量が１質量部未満であると希土類の使用量の削減が不十分となる傾向にあり、他方、５０質量部を越えると異方性磁粉の保磁力が不十分となる傾向にある。
【００３７】
拡散材は、銅粉末及びコバルト粉末の少なくとも一方を更に含有してもよい。拡散材に適量の銅粉末及び／又はコバルト粉末を含有せしめることで、より一層優れた磁気特性を有する異方性磁粉を得ることができる。銅粉末及びコバルト粉末の粒径はいずれも、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。銅粉末及びコバルト粉末の粒径の下限は、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。なお、銅粉末又はコバルト粉末をなす粒子の表面は酸化していてもよい。
【００３８】
拡散材が銅粉及びコバルト粉の一方を更に含有する場合、銅粉又はコバルト粉の含有量は、拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下であることが好ましく、０．１〜５質量部であることがより好ましい。この場合、異方性磁粉の高い保磁力を達成する観点から、拡散材におけるアルミニウム粉末の含有量Ａと銅粉末もしくはコバルト粉末の含有量Ｂの比率Ａ／Ｂは好ましくは０．１〜５００であり、より好ましくは４〜３００である。
【００３９】
拡散材が銅粉及びコバルト粉の両方を含有する場合、銅粉及びコバルト粉の合計量は、拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下であることが好ましく、０．１〜５質量部であることがより好ましい。この場合、異方性磁粉の高い保磁力を達成する観点から、拡散材におけるアルミニウム粉末の含有量Ａと銅粉末及びコバルト粉末の合計量Ｃの比率Ａ／Ｃは好ましくは０．１〜５００であり、より好ましくは４〜３００である。
【００４０】
ＨＤＤＲ粉に対する高い拡散性の観点から、拡散材の平均粒径はＨＤＤＲ粉の平均粒径の３分の１以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。拡散材は、例えば、所定の配合比で上記の粉末を容器に投入後、スペックスミキサーを用いて、１〜３０分間混合することによって得ることができる。なお、調整工程で複数の粉末を混合して拡散材を調製する代わりに、次に述べる混合工程において、拡散材をなす複数の粉末とＨＤＤＲ粉とを合わせて混合してもよい。
【００４１】
混合工程では、ＨＤＤＲ粉末と拡散材を混合して混合粉末を調製する。混合粉末は、例えば、所定の配合比でＨＤＤＲ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、１〜３０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ＨＤＤＲ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、ボールミル、又はライカイ機などを用いた方法であってもよい。
【００４２】
ＨＤＤＲ粉末と拡散材との配合比は、混合粉末における拡散材の含有量が好ましくは０．５〜５質量％、より好ましくは１〜４質量％、更に好ましくは１．５〜３．５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、十分に大きな保磁力及び角型比の向上効果が得られ難くなる傾向がある。一方、当該含有量が５質量％を超えると、第２の希土類元素がＨＤＤＲ粉末の内部にまで拡散してしまい残留磁束密度が小さくなる傾向があると共に材料コストが上昇する傾向にある。
【００４３】
加熱工程では、上記混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉末の外周部に拡散させる。具体的には、混合粉末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７００〜１１００℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、更に好ましくは８００〜９００℃で１０分間〜１２時間保持する。このような条件で加熱することにより、第２の希土類元素がアルミニウムと共にＨＤＤＲ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と推察される。これによって、十分に高い保磁力を有する異方性磁粉が得られる。また、ＨＤＤＲ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、異方性磁粉及び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を向上させることができる。
【００４４】
加熱工程において、混合粉末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粉末の相分解が生じ、高い磁気特性が損なわれる可能性がある。一方、混合粉末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。従って、第１及び第２の希土類元素の種類や、ＨＤＤＲ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。
【００４５】
本実施形態に係る製造方法によれば、拡散材の一部としてアルミニウム粉末を使用するため、拡散材として使用する希土類化合物の量を低減でき、また十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造できる。また、上記製造方法によれば、第２の希土類元素の水素化物等の粉末とアルミニウム粉末とを単に混合したものを拡散材として使用でき、合金から拡散材を製造する場合と比較して拡散材の調製が容易である。
【００４６】
＜異方性ボンド磁石＞
図１は、上記の方法によって製造した異方性磁粉を原料として使用した希土類ボンド磁石の斜視図である。同図に示す希土類ボンド磁石１０は、希土類化合物を主成分として有する粒子と、該粒子間に充填された樹脂とを含有する。
【００４７】
希土類ボンド磁石１０は、異方性磁粉、樹脂及び成形助剤（例えば、ステアリン酸亜鉛などの潤滑材）を混練したものを射出成形や圧縮成形することによって得ることができる。希土類ボンド磁石１０は、拡散材の一部としてアルミニウム粉末が使用されているため、低い原料コストで製造することができる。これに加え、希土類ボンド磁石１０は、従来のものと同等又はより優れた磁気特性を有する異方性磁粉から製造されたものであるから、十分に優れた磁気特性を有する。
【００４８】
上記実施形態では、混合粉末を加熱することで、ＨＤＤＲ粉末に第２の希土類元素及びアルミニウムを拡散させ、得られた異方性磁粉と樹脂を混合してボンド磁石を得る場合を例示したが、加熱工程に先立って混合粉末を成形し、これによって得られた成形体を加熱してもよい。粉末と比較してＨＤＤＲ粉末及び拡散材が密接した状態の成形体を加熱することでＨＤＤＲ粉末に対する第２の希土類元素及びアルミニウムの拡散をより効率的に実施できる。加熱後の成形体に必要に応じて樹脂を含浸させることで希土類ボンド磁石を得てもよい。
【実施例】
【００４９】
本発明の内容を実施例及び比較例を用いて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
［測定項目］
（１）平均粒径（Ｄ５０）
ＨＤＤＲ粉末、拡散材及び異方性磁粉の平均粒径（Ｄ５０）は、株式会社日本レーザー製のＨＥＬＯＳ（商品名）を用いて測定した。
（２）磁気特性
ＨＤＤＲ粉末及び拡散材を加熱処理した異方性磁粉の磁気特性は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。得られた結果から、保磁力（Ｈｃｊ）、残留磁束密度（Ｂｒ）、角型比（Ｈｋ／Ｈｃｊ）を求めた。
【００５１】
［ＨＤＤＲ粉末の調製］
（１）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末（平均粒径（Ｄ５０）：１６０μｍ）の調製
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。
＜原料化合物の組成＞
Ｎｄ：２８．１ 質量％
Ｂ ： １．１ 質量％
Ｆｅ：６６．４ 質量％
Ｃｏ： ３．５ 質量％
不可避不純物：残部
【００５２】
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１〜２ｍｍ）を得た。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。
【００５３】
まず、水素ガス雰囲気下、水素分圧１００〜３００ｋＰａ、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。
【００５４】
その後、炉内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、平均粒径１６０μｍのＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を得た。表１にＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末の磁気特性を示す。
【００５５】
［拡散材の調製］
（１）アルミニウム粉末等と共に拡散材として使用するＤｙＨ２を以下のようにして調製した。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（Ｄ５０）が１μｍのＤｙＨ２粉末とした。
（２）アルミニウム粉末等と共に拡散材として使用するＮｄＨ２を以下のようにして調製した。まず、Ｎｄ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雰囲気下にて６００℃で１時間処理することによりＮｄ水素化物を得た。得られたＮｄ水素化物は、Ｘ線回折測定により、ＮｄＨ２であることを確認した。得られたＮｄＨ２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（Ｄ５０）が１μｍのＮｄＨ２粉末とした。
（３）平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのアルミニウム粉末（添川理化学社製、純度９９．９質量％）を準備した。
（４）平均粒径（Ｄ５０）１０μｍの銅粉末（添川理化学社製、純度９９質量％）を準備した。
（５）平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのコバルト粉末（高純度化学研究所製、純度９９質量％）を準備した。
【００５６】
（実施例１〜５）
平均粒径１６０μｍのＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末と、拡散材であるＤｙＨ２粉末及びアルミニウム粉末とを、スペックミキサーを用いて混合し、混合粉末を調製した。表２にＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末と拡散材との混合比率を示す。これらの混合粉末を、大気圧のアルゴンガスフロー中において８００℃で８時間加熱する熱処理によって拡散処理を行って異方性磁粉を得た。振動試料型磁力計を使用して異方性磁粉の磁気特性を評価した。表２に結果を示す。
【００５７】
（実施例６）
平均粒径７０μｍのＤｙＨ２粉末を使用し、表２に示す配合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表２に結果を示す。
【００５８】
（実施例７）
拡散剤としてＮｄＨ２及びＡｌ粉末を使用し、表２に示す配合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表２に結果を示す。
【００５９】
（比較例１，２） 拡散材としてＤｙＨ２粉末のみを使用し、アルミニウム粉末を使用せずに表３に示す配合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表３に結果を示す。
【００６０】
（比較例３）
拡散材としてアルミニウム粉末のみを使用し、ＤｙＨ２粉末を使用せずに表３に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表３に結果を示す。
【００６１】
（実施例８〜１１）
拡散材としてＤｙＨ２粉末、アルミニウム粉末及び銅粉末を使用して表４に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表４に結果を示す。
【００６２】
（実施例１２〜１６）
拡散材としてＤｙＨ２粉末、アルミニウム粉末及びコバルト粉末を使用して表５に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表５に結果を示す。
【００６３】
（比較例４〜６）
拡散材としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末及びアルミニウム粉末を使用する代わりに、いずれも粒径が９０μｍ以下の８５Ｎｄ−１５Ａｌ合金、７０Ｎｄ−３０Ｃｕ合金又は８０Ｄｙ−２０Ａｌ合金を使用して表６に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表６に結果を示す。
【００６４】
図２は、実施例１〜４及び比較例１，２に係る異方性磁粉の保磁力をプロットしたグラフである。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
【表５】
【００７０】
【表６】
【符号の説明】
【００７１】
１０…異方性ボンド磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は異方性磁粉の製造方法及び異方性ボンド磁石に関する。
【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、希土類ボンド磁石の一層の磁気特性の向上が求められている。
【０００３】
希土類ボンド磁石の製造方法としては、以下のような方法が提案されている。まず、ＨＤＤＲ法（水素化分解・脱水素再結合法）によって作製した磁石粉末（以下、「ＨＤＤＲ粉末」という。）に、ＴｂやＤｙなどの希土類元素を含む拡散材を混合し、拡散熱処理を行うことによって希土類元素がＨＤＤＲ粉末の表面及び内部に拡散された異方性磁石粉末を調製する。そして、この異方性磁石粉末を樹脂やカップリング剤、滑剤等と混練して希土類ボンド磁石を作製する（特許文献１参照）。この希土類ボンド磁石の製造方法では、ＴｂやＤｙなどの希土類元素が拡散した異方性磁粉を用いていることから、保磁力等を向上することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４５２２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の製造方法によれば、拡散材としての希土類の使用量を多くするに従って保磁力を向上できる。しかし、希土類は原料コストが高いという問題がある。
【０００６】
本発明は、拡散材として使用する希土類の量を低減しても十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造可能な方法及びこの方法によって製造された異方性磁粉を含む異方性ボンド磁石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】
本発明者らは、拡散材として使用する希土類化合物の量を削減するため、希土類化合物の粉末と種々の材料の粉末を混合して多数の拡散材を調製し、これらを用いて異方性磁粉を作製してその評価を行った。その結果、希土類化合物の粉末に対してアルミニウム粉末を加えた拡散材は、十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を得るのに有用であることが見出された。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係る異方性磁粉の製造方法は、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ＨＤＤＲ粉末を得る工程と、第２の希土類元素を含有する拡散材とＨＤＤＲ粉末を混合して混合粉末を調製する工程と、混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉末に拡散させる工程とを備え、拡散材は、第２の希土類元素としてのＤｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａの水素化物、フッ化物及び鉄化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物の粉末を含有し且つアルミニウムの粉末を更に含有する。
【０００９】
この製造方法によれば、拡散材の一部としてアルミニウムの粉末を使用するため、拡散材として使用する希土類の量を低減でき、また十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造できる。なお、アルミニウムの粉末をなす粒子の表面は酸化されていてもよい。
【００１０】
この製造方法においては、第２の希土類元素の水素化物等の粉末とアルミニウム粉末とを単に混合したものを拡散材として使用でき、拡散材の調製が容易という利点がある。これに対し、従来は拡散材として希土類元素を含む合金を使用する場合、アーク溶解等によって金属合金を作製し、得られた合金を粉砕して拡散材を得るという工程を経る必要があった。
【００１１】
十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を安定的に製造するためには、上記製造方法において、以下の構成を採用することが好ましい。すなわち、拡散材の平均粒径はＨＤＤＲ粉末の平均粒径の３分の１以下であることが好ましい。拡散材に含まれるアルミニウム粉末（アルミニウムの酸化物を含む）の合計量は、拡散材１００質量部に対して１〜５０質量部であることが好ましい。
【００１２】
より高い保磁力を有する異方性磁粉を製造するためには、上記製造方法において、拡散材は銅粉末及びコバルト粉末の少なくとも一方を更に含有することが好ましい。この場合、拡散材に含まれる銅粉末及びコバルト粉末の合計量は、拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、上記の製造方法によって製造された異方性を有する希土類合金粉末と、樹脂とを含む異方性ボンド磁石を提供する。本発明の異方性ボンド磁石は、優れた磁気特性を有する異方性磁粉を含んでいるため、優れた磁気特性を有する。また、原料に使用する希土類の量を低減できるので、原料コストを低く抑えることができる。なお、本発明に係る異方性ボンド磁石は、上記の製造方法の過程で得られた混合粉末を磁場中成形して成形体をまず作製し、当該成形体を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉に拡散させて得たものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、拡散材として使用する希土類の量を低減しても十分に高い保磁力を有する異方性磁粉が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】異方性磁粉を成形して製造された希土類ボンド磁石の一例を示す斜視図である。
【図２】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜異方性磁粉の製造方法＞
本実施形態に係る異方性磁粉の製造方法は、第１の希土類元素を含む原料化合物に水素化分解・脱水素再結合法による処理を施して、ＨＤＤＲ粉末を調製するＨＤＤＲ処理工程と、希土類粉末及びアルミニウム粉末等を含む拡散材を調製する調製工程と、ＨＤＤＲ粉末と拡散材を混合して混合粉末を調製する混合工程と、混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉の外周部に拡散させる加熱工程とを備える。以下、各工程の詳細について説明する。
【００１７】
ＨＤＤＲ処理工程では、まず、第１の希土類元素を含む原料化合物を準備する。原料化合物は、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化合物や合金を使用できる。また、更に均質化熱処理を施してもよい。原料化合物は、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。
【００１８】
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。
【００１９】
なお、本明細書において、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。
【００２０】
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０．５〜４．５質量％含み、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、原料化合物は、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。
【００２１】
優れた磁気特性を有する磁性粉末を得る観点から、Ｔ（遷移金属）としてはＦｅが好ましく、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の組成は、Ｒ：２５〜３５質量％、Ｂ：１〜１．４質量％、Ｆｅ：６５．６〜７２質量％であることが好ましい。Ｒとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕから選ばれる１種または２種以上とすることができる。このうち、製造コスト及び磁気特性の観点から、ＲはＮｄを含むことが好ましい。
【００２２】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁性粉末における質量基準のＲの含有量ρ（質量％）は、用いられる希土類金属の種類にもよるが、好ましくは２５〜３５質量％、より好ましくは２７〜３３質量％である。
【００２３】
本発明の効果をより高度に且つ安定的に得る観点から、原料化合物はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の組成でＣｏを更に含むことが好ましく、Ｎｄ、Ｂ及びＣｏがリッチであることがより好ましい。より具体的には、原料化合物におけるＮｄの含有量は好ましくは２８〜３５質量％であり、Ｂの含有量は好ましくは１〜１．６質量％であり、Ｃｏの含有量は好ましくは１〜１５質量％である。
【００２４】
上述の組成を有する原料化合物を調製した後、ＨＤＤＲ法による処理を行う。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。ＨＤＤＲ処理の詳細について、以下に説明する。
【００２５】
まず、原料化合物を、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５〜１００時間保持する均質化熱処理を行う。均質化させた原料化合物は、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化合物を調製することができる。
【００２６】
水素吸蔵工程では、上述の粉末状の原料化合物を、水素分圧が１００〜３００ｋＰａである水素雰囲気中、１００〜２００℃の温度中、０．５〜２時間保持する。これによって、原料化合物の結晶格子中に水素が吸蔵される。
【００２７】
次に、水素を吸蔵させた原料化合物を、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希土類化合物粉末を得ることができる。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】
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異方性のＨＤＤＲ粉末を得る。このＨＤＤＲ粉末は、上述の原料化合物と同等の組成を有する。ＨＤＤＲ粉末の粒径は、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍ以下であり、更に好ましくは１６０μｍ以下である。ＨＤＤＲ粉末の粒径の下限は、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。
【００２９】
ＨＤＤＲ粉末の平均粒径は、異方性磁粉の高い保磁力を達成する観点から、好ましくは１〜３００μｍであり、より好ましくは５〜３００μｍであり、更に好ましくは２０〜２００μｍである。ＨＤＤＲ粉末の平均粒径が３００μｍを超えると、ＨＤＤＲ粉末中への希土類元素の拡散が生じ難くなって、異方性磁粉の磁気特性が不十分となる場合がある。一方、ＨＤＤＲ粉末の平均粒径が１μｍ未満であると、希土類元素が酸化しやすくなる傾向がある。なお、本発明でいう粉末の平均粒径は、粉体の体積平均粒子径（Ｄ５０）を意味する。
【００３０】
上述のＨＤＤＲ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作製する。ＨＤＤＲ粉末は、結晶粒の粒子径が小さく且つ異方性であるため、密度が十分に高く且つ優れた磁気特性を有する希土類磁石を製造するのに有用である。
【００３１】
調製工程では、上述の第１の希土類元素と第２の希土類元素（Ｄｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａ）を含有する希土類粉末を調製すると共に、これとアルミニウム粉末等を混合して拡散材を得る。より一層高い保磁力を有する希土類磁石を得る観点から、第２の希土類元素は、好ましくは重希土類元素であり、より好ましくはＤｙ、Ｔｂ又はＮｄである。
【００３２】
上記の希土類元素を含有する希土類粉末としては、これらの元素の水素化物、ハロゲン化物、鉄化合物、酸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い。
【００３３】
重希土類化合物は、重希土類金属元素以外の元素を含んでいてもよく、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。一層優れた磁気特性を有する希土類磁石とする観点から、重希土類化合物は、好ましくは水素化物及びフッ化物であり、より好ましくは水素化物である。重希土類化合物として水素化物又はフッ化物を用いた場合、これらの化合物は容易に分解することから、組織が微細であるＨＤＤＲ粉末に対しても、十分に均一に第２の希土類元素を拡散させることができる。これらの要因によって、一層優れた磁気特性を有する希土類磁石を得ることができる。好ましい重希土類化合物としては、ＤｙＨ２、ＤｙＦ３、ＮｄＨ２及びＴｂＨ２を挙げることができる。
【００３４】
拡散材の一部をなす希土類粉末の平均粒径は、好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。希土類粉末の平均粒径の下限は、実用上、例えば０．1μｍ以上とすることが好ましい。
【００３５】
拡散材は、上記希土類粉末の他に、アルミニウム粉末を更に含有する。アルミニウム粉末の平均粒径は、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。アルミニウム粉末の平均粒径の下限は、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。
【００３６】
拡散材におけるアルミニウム粉末の含有量は、拡散材１００質量部に対して好ましくは１〜５０質量部であり、より好ましくは１０〜４０質量部であり、更に好ましくは２０〜３０である。アルミニウム粉末の含有量が１質量部未満であると希土類の使用量の削減が不十分となる傾向にあり、他方、５０質量部を越えると異方性磁粉の保磁力が不十分となる傾向にある。
【００３７】
拡散材は、銅粉末及びコバルト粉末の少なくとも一方を更に含有してもよい。拡散材に適量の銅粉末及び／又はコバルト粉末を含有せしめることで、より一層優れた磁気特性を有する異方性磁粉を得ることができる。銅粉末及びコバルト粉末の粒径はいずれも、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。銅粉末及びコバルト粉末の粒径の下限は、実用上、例えば１μｍ以上とすることが好ましい。なお、銅粉末又はコバルト粉末をなす粒子の表面は酸化していてもよい。
【００３８】
拡散材が銅粉及びコバルト粉の一方を更に含有する場合、銅粉又はコバルト粉の含有量は、拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下であることが好ましく、０．１〜５質量部であることがより好ましい。この場合、異方性磁粉の高い保磁力を達成する観点から、拡散材におけるアルミニウム粉末の含有量Ａと銅粉末もしくはコバルト粉末の含有量Ｂの比率Ａ／Ｂは好ましくは０．１〜５００であり、より好ましくは４〜３００である。
【００３９】
拡散材が銅粉及びコバルト粉の両方を含有する場合、銅粉及びコバルト粉の合計量は、拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下であることが好ましく、０．１〜５質量部であることがより好ましい。この場合、異方性磁粉の高い保磁力を達成する観点から、拡散材におけるアルミニウム粉末の含有量Ａと銅粉末及びコバルト粉末の合計量Ｃの比率Ａ／Ｃは好ましくは０．１〜５００であり、より好ましくは４〜３００である。
【００４０】
ＨＤＤＲ粉に対する高い拡散性の観点から、拡散材の平均粒径はＨＤＤＲ粉の平均粒径の３分の１以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。拡散材は、例えば、所定の配合比で上記の粉末を容器に投入後、スペックスミキサーを用いて、１〜３０分間混合することによって得ることができる。なお、調整工程で複数の粉末を混合して拡散材を調製する代わりに、次に述べる混合工程において、拡散材をなす複数の粉末とＨＤＤＲ粉とを合わせて混合してもよい。
【００４１】
混合工程では、ＨＤＤＲ粉末と拡散材を混合して混合粉末を調製する。混合粉末は、例えば、所定の配合比でＨＤＤＲ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、１〜３０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ＨＤＤＲ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、ボールミル、又はライカイ機などを用いた方法であってもよい。
【００４２】
ＨＤＤＲ粉末と拡散材との配合比は、混合粉末における拡散材の含有量が好ましくは０．５〜５質量％、より好ましくは１〜４質量％、更に好ましくは１．５〜３．５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、十分に大きな保磁力及び角型比の向上効果が得られ難くなる傾向がある。一方、当該含有量が５質量％を超えると、第２の希土類元素がＨＤＤＲ粉末の内部にまで拡散してしまい残留磁束密度が小さくなる傾向があると共に材料コストが上昇する傾向にある。
【００４３】
加熱工程では、上記混合粉末を加熱して拡散材に含まれる元素をＨＤＤＲ粉末の外周部に拡散させる。具体的には、混合粉末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７００〜１１００℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、更に好ましくは８００〜９００℃で１０分間〜１２時間保持する。このような条件で加熱することにより、第２の希土類元素がアルミニウムと共にＨＤＤＲ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と推察される。これによって、十分に高い保磁力を有する異方性磁粉が得られる。また、ＨＤＤＲ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、異方性磁粉及び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を向上させることができる。
【００４４】
加熱工程において、混合粉末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粉末の相分解が生じ、高い磁気特性が損なわれる可能性がある。一方、混合粉末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。従って、第１及び第２の希土類元素の種類や、ＨＤＤＲ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。
【００４５】
本実施形態に係る製造方法によれば、拡散材の一部としてアルミニウム粉末を使用するため、拡散材として使用する希土類化合物の量を低減でき、また十分に高い保磁力を有する異方性磁粉を製造できる。また、上記製造方法によれば、第２の希土類元素の水素化物等の粉末とアルミニウム粉末とを単に混合したものを拡散材として使用でき、合金から拡散材を製造する場合と比較して拡散材の調製が容易である。
【００４６】
＜異方性ボンド磁石＞
図１は、上記の方法によって製造した異方性磁粉を原料として使用した希土類ボンド磁石の斜視図である。同図に示す希土類ボンド磁石１０は、希土類化合物を主成分として有する粒子と、該粒子間に充填された樹脂とを含有する。
【００４７】
希土類ボンド磁石１０は、異方性磁粉、樹脂及び成形助剤（例えば、ステアリン酸亜鉛などの潤滑材）を混練したものを射出成形や圧縮成形することによって得ることができる。希土類ボンド磁石１０は、拡散材の一部としてアルミニウム粉末が使用されているため、低い原料コストで製造することができる。これに加え、希土類ボンド磁石１０は、従来のものと同等又はより優れた磁気特性を有する異方性磁粉から製造されたものであるから、十分に優れた磁気特性を有する。
【００４８】
上記実施形態では、混合粉末を加熱することで、ＨＤＤＲ粉末に第２の希土類元素及びアルミニウムを拡散させ、得られた異方性磁粉と樹脂を混合してボンド磁石を得る場合を例示したが、加熱工程に先立って混合粉末を成形し、これによって得られた成形体を加熱してもよい。粉末と比較してＨＤＤＲ粉末及び拡散材が密接した状態の成形体を加熱することでＨＤＤＲ粉末に対する第２の希土類元素及びアルミニウムの拡散をより効率的に実施できる。加熱後の成形体に必要に応じて樹脂を含浸させることで希土類ボンド磁石を得てもよい。
【実施例】
【００４９】
本発明の内容を実施例及び比較例を用いて以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
［測定項目］
（１）平均粒径（Ｄ５０）
ＨＤＤＲ粉末、拡散材及び異方性磁粉の平均粒径（Ｄ５０）は、株式会社日本レーザー製のＨＥＬＯＳ（商品名）を用いて測定した。
（２）磁気特性
ＨＤＤＲ粉末及び拡散材を加熱処理した異方性磁粉の磁気特性は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。得られた結果から、保磁力（Ｈｃｊ）、残留磁束密度（Ｂｒ）、角型比（Ｈｋ／Ｈｃｊ）を求めた。
【００５１】
［ＨＤＤＲ粉末の調製］
（１）Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末（平均粒径（Ｄ５０）：１６０μｍ）の調製
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。
＜原料化合物の組成＞
Ｎｄ：２８．１ 質量％
Ｂ ： １．１ 質量％
Ｆｅ：６６．４ 質量％
Ｃｏ： ３．５ 質量％
不可避不純物：残部
【００５２】
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１〜２ｍｍ）を得た。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。
【００５３】
まず、水素ガス雰囲気下、水素分圧１００〜３００ｋＰａ、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。
【００５４】
その後、炉内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、平均粒径１６０μｍのＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末を得た。表１にＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末の磁気特性を示す。
【００５５】
［拡散材の調製］
（１）アルミニウム粉末等と共に拡散材として使用するＤｙＨ２を以下のようにして調製した。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（Ｄ５０）が１μｍのＤｙＨ２粉末とした。
（２）アルミニウム粉末等と共に拡散材として使用するＮｄＨ２を以下のようにして調製した。まず、Ｎｄ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雰囲気下にて６００℃で１時間処理することによりＮｄ水素化物を得た。得られたＮｄ水素化物は、Ｘ線回折測定により、ＮｄＨ２であることを確認した。得られたＮｄＨ２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（Ｄ５０）が１μｍのＮｄＨ２粉末とした。
（３）平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのアルミニウム粉末（添川理化学社製、純度９９．９質量％）を準備した。
（４）平均粒径（Ｄ５０）１０μｍの銅粉末（添川理化学社製、純度９９質量％）を準備した。
（５）平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのコバルト粉末（高純度化学研究所製、純度９９質量％）を準備した。
【００５６】
（実施例１〜５）
平均粒径１６０μｍのＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末と、拡散材であるＤｙＨ２粉末及びアルミニウム粉末とを、スペックミキサーを用いて混合し、混合粉末を調製した。表２にＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末と拡散材との混合比率を示す。これらの混合粉末を、大気圧のアルゴンガスフロー中において８００℃で８時間加熱する熱処理によって拡散処理を行って異方性磁粉を得た。振動試料型磁力計を使用して異方性磁粉の磁気特性を評価した。表２に結果を示す。
【００５７】
（実施例６）
平均粒径７０μｍのＤｙＨ２粉末を使用し、表２に示す配合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表２に結果を示す。
【００５８】
（実施例７）
拡散剤としてＮｄＨ２及びＡｌ粉末を使用し、表２に示す配合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表２に結果を示す。
【００５９】
（比較例１，２） 拡散材としてＤｙＨ２粉末のみを使用し、アルミニウム粉末を使用せずに表３に示す配合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表３に結果を示す。
【００６０】
（比較例３）
拡散材としてアルミニウム粉末のみを使用し、ＤｙＨ２粉末を使用せずに表３に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表３に結果を示す。
【００６１】
（実施例８〜１１）
拡散材としてＤｙＨ２粉末、アルミニウム粉末及び銅粉末を使用して表４に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表４に結果を示す。
【００６２】
（実施例１２〜１６）
拡散材としてＤｙＨ２粉末、アルミニウム粉末及びコバルト粉末を使用して表５に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表５に結果を示す。
【００６３】
（比較例４〜６）
拡散材としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ粉末及びアルミニウム粉末を使用する代わりに、いずれも粒径が９０μｍ以下の８５Ｎｄ−１５Ａｌ合金、７０Ｎｄ−３０Ｃｕ合金又は８０Ｄｙ−２０Ａｌ合金を使用して表６に示す混合比率としたことの他は、実施例１と同様にして異方性磁粉を調製し、その評価を行った。表６に結果を示す。
【００６４】
図２は、実施例１〜４及び比較例１，２に係る異方性磁粉の保磁力をプロットしたグラフである。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
【表５】
【００７０】
【表６】
【符号の説明】
【００７１】
１０…異方性ボンド磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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化合物粉末を得る工程と、
第２の希土類元素を含有する拡散材と前記希土類化合物粉末を混合して混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を加熱して前記拡散材に含まれる元素を前記希土類化合物粉末に拡散させる工程と、
を備え、
前記拡散材は、前記第２の希土類元素としてのＤｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａの水素化物、フッ化物及び鉄化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物の粉末を含有し且つアルミニウムの粉末を更に含有する、異方性磁粉の製造方法。
【請求項２】
前記拡散材の平均粒径は、前記希土類化合物粉末の平均粒径の３分の１以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記拡散材に含まれるアルミニウム粉末の合計量は、拡散材１００質量部に対して１〜５０質量部である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記拡散材は銅粉及びコバルト粉の少なくとも一方を更に含有し、前記拡散材に含まれる銅粉及びコバルト粉の合計量は拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法によって製造された異方性磁粉と、樹脂とを含む異方性ボンド磁石。
【請求項１】
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化合物粉末を得る工程と、
第２の希土類元素を含有する拡散材と前記希土類化合物粉末を混合して混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を加熱して前記拡散材に含まれる元素を前記希土類化合物粉末に拡散させる工程と、
を備え、
前記拡散材は、前記第２の希土類元素としてのＤｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｐｒ又はＬａの水素化物、フッ化物及び鉄化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物の粉末を含有し且つアルミニウムの粉末を更に含有する、異方性磁粉の製造方法。
【請求項２】
前記拡散材の平均粒径は、前記希土類化合物粉末の平均粒径の３分の１以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記拡散材に含まれるアルミニウム粉末の合計量は、拡散材１００質量部に対して１〜５０質量部である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記拡散材は銅粉及びコバルト粉の少なくとも一方を更に含有し、前記拡散材に含まれる銅粉及びコバルト粉の合計量は拡散材１００質量部に対して０質量部を超え１０質量部以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法によって製造された異方性磁粉と、樹脂とを含む異方性ボンド磁石。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１９９４２３（Ｐ２０１２−１９９４２３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３１００（Ｐ２０１１−６３１００）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【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１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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