JP2006265601A - 希土類磁石焼結用容器及びそれを用いた希土類磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量且つ高強度であり、成形体の変形及び磁気特性のばらつきの抑制を図る。
【解決手段】 希土類元素を含む磁石原料粉の成形体の焼結工程で前記成形体を収容するために用いられ、主要部分が炭素繊維強化炭素複合材で構成される。炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・℃）以下である。上面が開口部となる容器本体３と前記開口部を閉塞可能な蓋体４とを有し、前記容器本体３及び前記蓋体４が炭素繊維強化炭素複合材で構成される。底面には炭素繊維強化炭素複合材から構成される敷板が配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、希土類元素を含む磁石原料粉の成形体焼結工程で用いられる希土類磁石焼結用容器及びそれを用いた希土類磁石の製造方法に関する。

例えばハードディスクドライブ用ボイスコイルモータや自動車駆動用モータ等の幅広い分野において、モータの小型化及び高性能化が要求されている。モータの小型化及び高性能化を図るためにはモータに組み込まれる磁石の性能向上が重要であり、近年では非常に高い磁気特性を示す例えばネオジム鉄ボロン系焼結磁石等の希土類磁石が多く使用されている。

希土類磁石は、基本的には以下のように製造される。すなわち、先ず、希土類元素等を主成分とする原料合金を水素粉砕及び／又は機械的粉砕により粗粉砕した後、気流式粉砕機等により微粉砕し、原料合金微粉末を作製する。次に、原料合金微粉末を磁場中で圧縮成形し、成形体を得る。次に、この成形体を焼結炉において例えば１０００℃〜１３００℃で焼結処理し、例えば５００℃〜９００℃で時効処理することにより、希土類磁石が製造される。

希土類磁石を量産する際には、通常、成形体を複数個並べた焼結プレートを焼結ケースに収容し、焼結炉内に焼結ケースを配置して、多数の成形体を同時に焼結処理する（例えば、特許文献１等を参照。）。成形体を収容するための焼結用容器を構成する材料には、例えばハンドリング時に十分な強度を有することが要求され、例えば特許文献１にも示されるようにモリブデンが一般的に使用されている。さらに、特許文献２において、カーボン基材がＹ含有酸化物被膜で被覆されている耐熱性被覆部材が提案されている。
特開２０００−３１５６１１号公報 特開２００２−３７１３８３号公報

しかしながら、モリブデン等の金属の比重は大きいので、特許文献１に記載されるようなモリブデン製焼結用容器の重量は非常に重いものとなり、例えば焼結用容器を多数取り扱う量産工程においては好ましくない。

また、モリブデン等の金属材質で作製された焼結用容器を１０００℃〜１３００℃程度の焼結処理に繰り返し用いると、焼結用容器に変形を生じ、以下のような様々な不都合を引き起こす。例えば、通常の焼結処理では、高さ方向に棚板を有する焼結用セッターに焼結用容器を載置した状態で焼結処理を行うが、焼結用容器が変形すると焼結用セッターへの配置が困難となるおそれがある。また、変形した焼結用容器は、収容した成形体（圧粉体）を変形させる要因にもなる。焼結体の変形が顕著となる場合には焼結処理後の加工工程での負荷増大にもつながる。これらの理由から、焼結用容器には焼結時の高温に繰り返しさらされた場合であっても変形が少ないことが求められる。

さらに、モリブデン等の金属製焼結用容器に多数の成形体を並べて焼結処理すると、焼結用容器の側壁近傍、すなわち外周部に配置された成形体（焼結体）の熱変形が顕著となり、希土類磁石の磁気特性のばらつきが大きくなるという問題が生じる。

そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、軽量且つ高強度であり、繰り返し使用した場合であっても変形が少なく、さらには成形体の熱変形を抑制することが可能な希土類磁石焼結用容器及びそれを用いた希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前述の目的を達成するために長期にわたり検討を重ねてきた。その結果、カーボンの一種である炭素繊維強化炭素複合材が軽量、高強度且つ耐熱性に優れ、しかも適切な熱伝導率を有し焼結処理時の成形体の熱変形防止に極めて有効な材料であるという知見を見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明に係る希土類磁石焼結用容器は、希土類元素を含む磁石原料粉の成形体の焼結工程で前記成形体を収容するために用いられ、主要部分が炭素繊維強化炭素複合材で構成されることを特徴とする。

本発明では、希土類磁石焼結用容器の構成材料として、カーボンの一種である炭素繊維強化炭素複合材を用いる。カーボンの密度は２．３ｇ／ｃｍ^３、炭素繊維強化炭素複合材は１．５ｇ／ｃｍ^３程度であり、モリブデンの密度１０．２ｇ／ｃｍ^３と比較すると極めて低密度である。このため、焼結磁石焼結用容器をカーボンの一種である炭素繊維強化炭素複合材で構成することで、同一の構造を有するモリブデン製容器に対して約８５％程度の大幅な軽量化が実現される。

また、炭素繊維強化炭素複合材は高強度であり、耐破損性に優れた材料である。炭素繊維強化炭素複合材からなる焼結用容器は、同一形状（厚さ）のグラファイト製焼結用容器に比べても高強度である。グラファイト製容器と炭素繊維強化炭素複合材製容器とで同強度を達成しようとする場合、グラファイト製容器は、炭素繊維強化炭素複合材製容器に比べ約３倍の厚さを必要とする。つまり、炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とすることにより、希土類磁石焼結用容器として充分な強度を確保し、さらには希土類磁石焼結用容器の薄型化も可能となる。

また、炭素繊維強化炭素複合材は熱に対する耐久性も高い材料である。したがって、本発明の希土類磁石焼結用容器は、多数回使用した場合であっても熱変形を生じにくい。

ところで、例えばモリブデン等の金属の熱伝導率は１４０Ｗ／（ｍ・℃）程度であるが、ＮｄＦｅＢ系磁石の熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・℃）〜２０Ｗ／（ｍ・℃）程度と非常に小さい。そのため、焼結工程で焼結用容器外から加えられた熱はモリブデン製焼結用容器を急激に伝導して容器側壁から輻射熱として放出され、外周部に配置された成形体を急激に加熱する一方、中央部に配置された成形体はほとんど輻射熱を受けない。その結果、容器内の外周部と中央部とで成形体の温度差が顕著となり、外周部に配置された焼結体が熱変形してしまう。

本発明の希土類磁石焼結用容器は、金属より低く且つ希土類磁石成形体に近い熱伝導率を示す炭素繊維強化炭素複合材により構成されるので、焼結処理開始後の焼結用容器の温度上昇は比較的緩やかである。また、炭素繊維強化炭素複合材と希土類磁石成形体とは近い熱伝導率を示すため、焼結用容器の外周部に配置した成形体と中央部に配置した成形体との温度差が低減され、焼結容器内の加熱は均一に進む。したがって、外周部に配置された焼結体の熱変形が抑制される。

なお、特許文献２においては、カーボン基材をＹ含有酸化物で被覆した耐熱性被覆部材が開示されているが、Ｙ含有酸化物で被覆した状態での使用を前提としており、カーボンを被膜なしで使用することを示唆する記載は全く見あたらない。また、本発明では、焼結処理時の温度差を解消する観点から、適切な熱伝導率を有する炭素繊維強化炭素複合材を選択することが重要であるが、特許文献２にはこの点を考慮しておらず、炭素繊維強化炭素複合材を選択することは完全に想定外である。

また、本発明に係る希土類磁石の製造方法は、希土類元素を含む磁石原料粉の成形体の焼結工程を有する希土類磁石の製造方法であって、前記焼結工程において、主要部分が炭素繊維強化炭素複合材で構成される希土類磁石焼結用容器を用いることを特徴とする。

希土類焼結磁石の量産における焼結処理に際しては、焼結用容器を焼結炉内に複数配置する場合が多いため、炭素繊維強化炭素複合材で構成された軽量な希土類磁石焼結用容器を用いることにより、生産効率の向上が図られる。また、炭素繊維強化炭素複合材で構成される希土類磁石焼結用容器は、高強度なため使用中の破損が抑制されており、加えて、多数回使用した場合であっても熱変形を生じにくい。したがって、焼結用容器に要するメンテナンス費用を削減できる。さらに、適切な熱伝導率を持つ炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とする希土類磁石焼結用容器を用いて成形体の焼結処理を行うことにより、外周部に配置した焼結体の熱変形を抑制し、希土類磁石の磁気特性のばらつきも抑制される。

ここで、本発明における焼結工程とは、希土類元素を含む磁石原料粉の成形体を焼結処理する工程と、焼結工程後の成形体（焼結体）を時効処理する工程との両方を含む概念である。

本発明によれば、大幅な軽量化を実現し、強度に優れ、多数回の使用によっても変形し難いだけでなく、焼結工程における焼結体の熱変形を抑制して希土類磁石の磁気特性のばらつきを抑えることが可能な希土類磁石焼結用容器を提供することができる。また、本発明の希土類磁石の製造方法によれば、軽量且つ高強度であり、焼結体の熱変形を抑制可能な希土類磁石焼結用容器を用いることにより、生産効率の飛躍的な向上や、製造コストの削減が可能となるとともに、均一な磁気特性を有する希土類磁石を製造することが可能となる。

以下、本発明を適用した希土類磁石焼結用容器及びそれを用いた希土類磁石の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

例えば図１に示すように、希土類磁石焼結用容器１は、焼結工程において希土類元素を含む磁石原料粉の成形体２を焼結処理する際、複数個の成形体２を収容するために用いられる焼結用治具であり、炭素繊維強化炭素複合材を主な構成材料とするものである。図１に示す希土類磁石焼結用容器１は、上面が開口部とされた箱状の容器本体３と、容器本体３の開口部を閉塞可能な蓋体４とを備え、容器本体３及び蓋体４がそれぞれ炭素繊維強化炭素複合材から構成されている。

ここで、炭素繊維強化炭素複合材とは、出発材料として炭素繊維不織布を用いて製造されるものである。炭素繊維強化炭素複合材から構成される希土類磁石焼結用容器１は、例えば、炭素繊維不織布に樹脂を含浸させてプリプレグとした後、プリプレグを所定の形状に成形して成形体を得、次に成形体を炭素化及び黒鉛化して得られるものである。強度および熱伝導率の点から、炭素繊維強化炭素複合材の密度は、１．２〜１．８ｇ／ｃｍ^３が
好ましい。

炭素繊維強化炭素複合材は、モリブデン等の金属材料に比べて軽量であり、希土類磁石焼結用容器１の軽量化の面で極めて有利である。

また、炭素繊維強化炭素複合材は高強度であるため、この炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とすることで、希土類磁石焼結用容器１の耐破損性を高め、また、希土類磁石焼結用容器１の薄型化を図ることができる。軽量な材質としてはグラファイトもあるが、炭素繊維強化炭素複合材はグラファイトに比べて高強度な点で、容器の材質として非常に有利である。なお、グラファイトは原料としてカーボンを用いたものであり、グラファイトからなる容器は、例えば、粉砕工程、混捏工程、成形工程、炭素化工程、緻密化工程（必要に応じて炭素化工程、緻密化工程を繰り返す。）及び黒鉛化工程を行うことにより製造される。

さらに、炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は、３０Ｗ／（ｍ・℃）以下、例えば２０Ｗ／（ｍ・℃）程度であり、例えばＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石やＳｍＣｏ系永久磁石等の希土類磁石の熱伝導率（１０Ｗ／（ｍ・℃）〜２０Ｗ／（ｍ・℃）程度）と近似している。熱伝導率が近いため、焼結処理時には希土類磁石焼結用容器１と成形体２とで同じような温度上昇を示し、希土類磁石焼結用容器１のみが急激に加熱するようなことがない。炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・℃）を上回ると、成形体の熱伝導率との差が大となり、成形体に熱変形を発生させるおそれがある。したがって、希土類磁石焼結用容器１を構成する炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・℃）以下であることが好ましい。なお、希土類磁石焼結用容器１を構成する炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率が低すぎると、焼結処理に長時間を要するおそれがあるため、希土類磁石焼結用容器１を構成する炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は、５Ｗ／（ｍ・℃）以上であることが好ましい。

さらに、炭素繊維強化炭素複合材は、従来の焼結用容器の一般的な材料であるモリブデンに比べ、１０００℃〜１３００℃程度の高温で焼結処理を行った場合であっても変形量が小さいという利点もある。

また、炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とする希土類磁石焼結用容器１は、例えば底面に成形体２を直接接触させて焼結処理した場合であっても、成形体が溶着しにくく、成形体（焼結体）２へ与える悪影響が小さいという利点を備える。また、炭素繊維強化炭素複合材と成形体２とを近接させた状態で成形体の焼結処理を行うと、炭素繊維強化炭素複合材が成形体表面への悪影響を及ぼすことによる磁気特性低下が懸念されるが、成形体表面に生成した炭化物等は容易に除去可能である。したがって、本発明の希土類磁石焼結用容器１を用いることで、特性低下のほとんど無い希土類磁石が得られる。

本発明の希土類磁石焼結用容器１を構成する炭素繊維強化炭素複合材の板厚は、例えば２ｍｍ〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。２ｍｍ未満である場合、通常の使用で割れや欠け等の破損が発生するおそれがあり、１５ｍｍを超える場合、単位体積あたりの成形体の収容量が減少するおそれがある。また、焼結体の熱変形を確実に抑制する観点では、希土類磁石焼結用容器１を構成する炭素繊維強化炭素複合材の厚みを４ｍｍ以上とすることが好ましい。

また、希土類磁石焼結用容器１は、例えば容器本体３等の主要な部分が炭素繊維強化炭素複合材で構成されていればよいが、炭素繊維強化炭素複合材の利点を充分に得る観点では、炭素繊維強化炭素複合材のみで構成されることが好ましい。希土類磁石焼結用容器１を作製する際には、例えば炭素繊維強化炭素複合材からなる板材を複数用意し、互いに組み込むように固定してもよいし、炭素繊維強化炭素複合材からなる板材を炭素繊維強化炭素複合材からなるネジ５のネジ止めによって固定してもよい。炭素繊維強化炭素複合材からなるネジを利用する場合には、図２に示すように、容器本体３の角部の内側に炭素繊維強化炭素複合材からなる補強材６を配するとともに炭素繊維強化炭素複合材からなるネジ５のネジ止めでこれらを固定することが好ましい。また、図３に示すように、容器本体３の角部の外側に補強材７を配置してもよい。角部の外側又は内側に補強材を配することで、炭素繊維強化炭素複合材からなる板材の板厚を薄くした場合であっても、耐破損性を損なうことなく希土類磁石焼結用容器１を組み上げることが可能となる。その結果、希土類磁石焼結用容器１のさらなる収容量の増加や軽量化、高強度化が可能となる。

なお、炭素繊維強化炭素複合材は希土類磁石焼結用容器１の構成材料として単独で使用し得るが、図４に示すように、希土類磁石焼結用容器１の成形体２を載置する面等に酸化ジルコニウム膜８が形成されていてもよい。希土類磁石焼結用容器１の内側に酸化ジルコニウム膜８を形成することにより、炭素繊維強化炭素複合材の炭素成分と成形体２との接触が防止され、成形体（焼結体）の炭化等が確実に抑制される。また、酸化ジルコニウムの炭素繊維強化炭素複合材に対する密着強度は高いので、繰り返し焼結処理を行った場合であっても酸化ジルコニウム膜８の剥離は比較的発生しにくい。

酸化ジルコニウム膜８は、例えば溶射により形成される。酸化ジルコニウム膜は、酸化ジルコニウムからなるが、不可避不純物が含まれていてもよい。酸化ジルコニウム膜の膜厚は、炭素繊維強化炭素複合材と成形体２との接触を確実に防止する観点から、例えば５μｍ〜３０μｍであることが好ましく、１０μｍ〜２０μｍであることがより好ましい。

次に、製造対象となる希土類磁石について説明する。希土類磁石は、希土類元素を主成分とする希土類焼結磁石であり、ネオジム鉄ボロン系磁石やサマリウムコバルト系磁石等である。ネオジム鉄ボロン系磁石は、例えばＲ−Ｔ−Ｂ（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ただし希土類元素はＹを含む概念である。ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする遷移金属元素の１種又は２種以上である。Ｂはホウ素である。）で表され、希土類元素Ｒが２０質量％〜４０質量％、ホウ素Ｂが０．５質量％〜４．５質量％、残部が遷移金属元素Ｔとなるような組成を有する。ここで、Ｒは、希土類元素、すなわちＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、及びＬｕから選ばれる１種又は２種以上である。中でも、Ｎｄは、資源的に豊富で比較的安価であることから、主成分をＮｄとすることが好ましい。また、Ｄｙの含有は、異方性磁界を増加させるため、保磁力Ｈｃｊを向上させる上で有効である。

あるいは、添加元素Ｍを加えてＲ−Ｔ−Ｂ−Ｍ系希土類焼結磁石とすることも可能である。この場合、添加元素Ｍとしては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂｉ、Ｇａ等を挙げることができ、これらから１種又は２種以上を選択して用いることができる。これら添加元素Ｍの添加量は、残留磁束密度等の磁気特性を考慮して、３質量％以下とすることが好ましい。添加元素Ｍの添加量が多すぎると、磁気特性が劣化するおそれがある。

また、本発明は、ネオジム鉄ボロン系磁石ばかりでなく、前記サマリウムコバルト系磁石（ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石）等の焼結処理にも適用することができ、これらに限らず公知の希土類磁石全般に適用可能であることは言うまでもない。

前述の希土類磁石の製造には、例えば粉末冶金法が採用される。以下、希土類磁石、例えばネオジム鉄ボロン系磁石の粉末冶金法による製造方法について説明する。

粉末冶金法による希土類磁石の製造プロセスは、基本的には、合金化工程、粗粉砕工程、微粉砕工程、磁場中成形工程、時効工程を含む焼結工程、機械加工工程、被膜形成工程等により構成される。本発明では、前述の炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とする希土類磁石焼結用容器を、焼結工程において用いる。なお、酸化防止のために、焼結工程後までの各工程は、ほとんどの工程を真空中又は不活性ガス雰囲気中（窒素雰囲気中やアルゴン雰囲気中等）で行う。

合金化工程では、原料となる金属又は合金を磁石組成に応じて配合し、真空又は不活性ガス、例えばアルゴン雰囲気中で溶解し、鋳造することにより合金化する。鋳造法としては、溶融した高温の液体金属を回転ロール上に供給し、合金薄板を連続的に鋳造するストリップキャスト法（連続鋳造法）が、生産効率等の観点から好適であるが、これらに限られるものではない。原料金属（合金）としては、純希土類元素、希土類合金、純鉄、フェロボロン、さらにはこれらの合金等を使用することができる。

合金は、ほぼ最終磁石組成である単一の合金を用いても、最終磁石組成となるように、組成の異なる複数種類の合金を混合してもよい。混合は、合金化工程、粗粉砕工程、微粉砕工程のどの工程で行ってもよいが、混合性を考慮すると粉砕工程前での混合が好ましい。

粗粉砕工程では、先に鋳造した原料合金の薄板又はインゴット等を、粒径数十μｍ程度になるまで粉砕する。粉砕手段としては、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用いることができる。粗粉砕性を向上させるために、水素吸蔵させた後、又は水素吸蔵及び水素放出させた後、粗粉砕を行うことが効果的である。

前記粗粉砕工程は、複数の粉砕手段を組み合わせた複数工程により構成することも可能である。例えば水素粉砕工程と、機械的粗粉砕工程との２工程とすることができる。水素粉砕工程は、鋳造した原料合金に水素を吸蔵させ、相によって水素吸蔵量が異なることを利用して、自己崩壊的に粉砕する工程である。これにより、粒径数ｍｍ程度の大きさに粉砕することができる。機械的粗粉砕工程は、先にも述べたようなブラウンミル等の機械的手法を利用して粉砕する工程であり、前記水素粉砕工程により数ｍｍ程度の大きさに粉砕された原料合金粉を、粒径数十μｍ程度になるまで粉砕する。水素粉砕工程を行う場合、機械的粗粉砕工程は省略することも可能である。

粗粉砕工程の後、微粉砕工程を行うが、この微粉砕工程は、例えばジェットミル等を使用して行われる。微粉砕の条件は、用いる気流式粉砕機に応じて適宜設定すればよく、原料合金粉を平均粒径が１〜１０μｍ程度、例えば３〜６μｍとなるまで微粉砕する。ジェットミルは、高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより解放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粉体の粒子を加速し、粉体の粒子同士の衝突や、ターゲット又は容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。ジェットミルは、一般的に、流動層を利用するジェットミル、渦流を利用するジェットミル、衝突板を用いるジェットミル等に分類される。この微粉砕工程では、粉砕助剤や離型剤として、例えば脂肪酸系化合物等を微粉砕前又は後、あるいは前後に０．０１質量％〜０．５質量％程度添加してもよい。

微粉砕工程の後、磁場中成形工程において、磁石原料粉を磁場中にて成形する。具体的には、微粉砕工程で得られた磁石原料粉を電磁石を配置した金型内に充填し、磁場印加によって結晶軸を配向させた状態で磁場中成形する。磁場中成形は、縦磁場成形、横磁場成形のいずれであってもよい。磁場中成形は、例えば８００ｋＡ／ｍ〜１５００ｋＡ／ｍ程度の磁場中で、５０ＭＰａ〜１６０ＭＰａ程度の圧力で行えばよい。

成形体の密度は、例えば３．９ｇ／ｃｍ^３〜４．６ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。成形体密度が前記範囲未満であると保形性が低下するため、後述するように成形体を複数段重ねるとともに成形体間に敷粉を介在させて焼結処理する際、敷粉の効果が十分に発揮されないおそれがある。また、成形体密度が前記範囲を上回ると、成形体の配向度が低下し、焼結処理後の磁石の残留磁束密度Ｂｒの低下を招くおそれがある。

成形体は、次に焼結工程において焼結処理し、希土類磁石（ネオジム鉄ボロン系磁石）とする。本発明では、炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とする希土類磁石焼結用容器１に成形体２を収容した状態で焼結処理を行う。

焼結工程においては、例えば図１に示すように、希土類磁石焼結用容器１の底面に直接載置するように複数個の成形体２を並べてもよいが、図５に示すように、希土類磁石焼結用容器１の底面に例えば炭素繊維強化炭素複合材からなる敷板９を配置し、この敷板９上に成形体２を載置してもよい。敷板９上で成形体２を焼結処理することとなるので、成形体２による汚染や摩耗等があった場合には敷板９のみ取り替えればよく、交換が簡単且つ安価である。

また、図６に示すように、寸法の異なる炭素繊維強化炭素複合材から構成される希土類磁石焼結用容器１を２つ用意し、これら希土類磁石焼結用容器１を二重構造にして焼結処理を行ってもよい。

さらには、図７に示すように、炭素繊維強化炭素複合材から構成される希土類磁石焼結用容器１と金属箔１０との二重構造として焼結処理を行ってもよい。金属箔１０で覆った状態で成形体２を焼結処理することとなるので、希土類磁石焼結用容器１と成形体２との直接の接触がなく、成形体２による汚染や摩耗等に対しては、希土類磁石焼結用容器１に比べて格段に安価な金属箔１０の交換だけで対応できる。金属箔１０としては、例えばステンレス箔等が用いられる。図７においては、炭素繊維強化炭素複合材からなる容器本体３の内壁を金属箔１０で覆い、この金属箔１０上に例えばメッシュ状の板１１の上に複数の成形体２を並べたものを４段積層し、最上段に板１１を重ねた後、この積層物を金属箔１０で包み込み、最後に容器本体３の開口部を炭素繊維強化炭素複合材からなる蓋体４で閉塞している。

焼結工程においては、成形体２を収容した希土類磁石焼結用容器１を焼結炉内に配置し、成形体２の焼結処理を行うこととする。焼結温度は、組成、粉砕方法、粒度と粒度分布の違い等、諸条件に応じて調整する必要があるが、例えば１０００℃〜１３００℃で１〜１０時間程度焼結処理する。焼結処理時の雰囲気は真空又は不活性ガス雰囲気（アルゴンガス雰囲気等）とする。

焼結炉内で一度に多数の成形体の焼結処理を行う場合、例えば図８に示すような棚板２１を高さ方向に複数有するセッター２２に希土類磁石焼結用容器１を収納した状態で焼結処理を行うことが好ましい。セッター２２は、希土類磁石焼結用容器１を載置可能な方形状の棚板２１が支持部材２３で支持された構造とされる。焼結磁石焼結用セッター２２の棚板２１や支持部材２３を構成する材料としては、特に限定されないが、炭素繊維強化炭素複合材を用いることが好ましい。炭素繊維強化炭素複合材は軽量な材料であるため、セッター２２を炭素繊維強化炭素複合材から構成することにより、同様の構成を有するモリブデン製セッターに比べて重量を約８０％軽減することができ、炭素繊維強化炭素複合材で構成される希土類磁石焼結用容器１と組み合わせて用いることで焼結用治具全体の軽量化が図られ、成形体の収容量の大幅な増加が可能となる。また、グラファイトに比べ高強度な炭素繊維強化炭素複合材でセッター２２を構成することで、耐破損性に優れたセッター２２を実現し、焼結工程における希土類磁石焼結用容器１のハンドリングがさらに容易となる。

前記焼結処理後には、得られた焼結体に時効処理を施すことが好ましい。この時効処理は、得られる希土類磁石の保磁力Ｈｃｊを制御する上で重要な工程であり、例えば真空中又は不活性ガス雰囲気中で行う。時効処理としては、２段時効処理が好ましい。２段時効処理は、１段目の時効処理工程においては８００℃前後の温度で１時間〜３時間保持し、２段目の時効処理工程においては６００℃前後の温度で１時間〜３時間保持して行えばよい。６００℃近傍の熱処理で保磁力Ｈｃｊが大きく増加するため、時効処理を１段で行う場合には、６００℃近傍で時効処理を施すとよい。

前記焼結工程及び時効工程の後、機械加工工程や被膜形成工程を行い、製品を完成する。機械加工工程は、所望の形状に機械的に加工する工程である。被膜形成工程は、得られた希土類磁石の酸化を抑えること等を目的に行う工程であり、例えばめっき被膜や樹脂被膜を希土類磁石の表面に形成する工程である。

量産においては、例えば生産効率を高めるために複数個の焼結用容器を同時に処理することが多いが、炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とし軽量な希土類磁石焼結用容器１を用いて焼結処理を行うことで、焼結炉内に配置可能な成形体量を相対的に増加させられるため、生産効率の向上を図ることができる。

また、炭素繊維強化炭素複合材を用いた希土類磁石焼結用容器１は高強度であるため、使用中の破損が防止され、希土類磁石の製造コスト削減を実現できる。さらに、本発明の希土類磁石焼結用容器１は、１０００℃〜１３００℃程度の高温で焼結処理を行った場合であっても変形が抑えられるという利点もある。

さらに、炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率は低い値であり、また、希土類磁石の熱伝導率と近似しているので、焼結処理時に希土類磁石焼結用容器１の側壁近傍（最外周）に配置された成形体のみが急激に温度上昇するようなことがなく、最外周の成形体と中央部の成形体とで温度上昇が同じ程度となる。したがって、希土類磁石焼結用容器１の外周部に配置した焼結体の熱変形を抑制することができ、得られる希土類磁石の磁気特性のばらつきを低減することができる。

なお、本実施形態においては、焼結工程において成形体を焼結処理する際に本発明の希土類磁石焼結用容器を用いる場合を例に挙げて説明したが、焼結工程において焼結処理後の成形体（焼結体）を時効処理する際に本発明の希土類磁石焼結用容器を用いてもよい。

本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施例の記載に限定されるものではない。

＜実験１＞
以下に示すような粉末冶金法によりＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石を作製した。
先ず、Ｎｄ３０質量％、Ｄｙ２．０質量％、Ｃｏ０．５質量％、Ａｌ０．２質量％、Ｃｕ０．８質量％、Ｂ１．０質量％、残部Ｆｅなる組成を有し、厚さ５００μｍの合金をストリップキャスト法によって作製した。得られたストリップキャスト合金に水素を吸蔵させ、次に５００℃の温度下で脱水素する水素吸蔵・脱水素処理を行った。水素吸蔵・脱水素処理がなされた合金を、ジェットミルで平均粒径が５μｍになるまで微粉砕した。なお、微粉砕に先立ちステアリン酸亜鉛（Ｃ含有組成物）を０．１質量％添加した。次に、微粉砕によって得られた微粉末を磁場中で所定形状に成形した。このとき、印加磁場を１３００ｋＡ／ｍとし、成形圧力を９８ＭＰａとした。得られた磁石成形体の重量は１２０ｇであった。

次に、磁石成形体を焼結用容器に収容し、焼結処理を行った。焼結工程で用いる焼結用容器は、炭素繊維強化炭素複合材からなる板を組み合わせることにより作製した。ここで用いた炭素繊維強化炭素複合材からなる板の熱伝導率は、２０Ｗ／（ｍ・℃）である。焼結用容器の積載面の外形は４２０ｍｍ×３００ｍｍの長方形状を呈している。焼結用容器の底板も、側面と同じ板厚の炭素繊維強化炭素複合材からなる板を用いた。例えばサンプル１で用いた板の板厚は４ｍｍであり、上蓋載置後の焼結用容器の外形寸法は４２０ｍｍ×３００ｍｍ×８３ｍｍであった。焼結用容器の内径寸法（内容積）は、４１２ｍｍ×２９２ｍｍ×７５ｍｍであった。また、モリブデンからなる板を用いて、表１に示すようなサンプル１〜３の焼結用容器を作製した。焼結用容器は１水準につき２個ずつ用意した。

用意した希土類磁石焼結用容器本体の内部に前記磁石成形体を８０個配置した。成形体配置後、上面側に側面と同じ厚みの板からなる上蓋を載置し、蓋をした。なお、サンプル３では、容器に収容した成形体の周囲に、厚さ６ｍｍのＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石を遮蔽体として配置した。

次に、成形体を配置した焼結用容器を焼結炉内に設置した後、炉内を昇温し、１０５０℃で４時間保持する焼結処理条件で真空焼結を行った。なお、昇温中、炉内が４００℃に到達した時に焼結用容器の中央部に配置された成形体と最外周部に配置された成形体とについてそれぞれ温度を測定した。また、焼結処理後に変形を生じた磁石の個数を数えた。さらに、得られた焼結磁石の磁気特性（残留磁束密度（Ｂｒ）、保磁力（Ｈｃｊ）、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ）及び密度（Ｄ）を測定した。磁気特性及び密度の測定は、焼結用容器の中央部に配置された焼結磁石と最外周部に配置された焼結磁石とのそれぞれについて５個ずつ行った。結果を表２に示す。

表２に示すように、サンプル１では、焼結雰囲気における全ての成形体の温度差を１５０℃以下とすることができ、９０％を上回る高い歩留まりが得られた。これに対し、モリブデン製容器を用いたサンプル２では、磁石の熱変形数が増加し歩留まりの低下を生じた。また、外周部に配置された焼結磁石においては保磁力（Ｈｃｊ）の低下が確認された。なお、サンプル３に示すように、容器側壁と外周部との間に遮蔽体を配置すれば、モリブデン製焼結容器を用いた場合であっても磁石の熱変形が抑制され、９０％を超える高い歩留まりが得られている。

以上の実験１から、希土類磁石の成形体を焼結処理する際、炭素繊維強化炭素複合材から構成される焼結用容器を用いることで、遮蔽体を用いた場合と同程度の優れた熱変形抑制効果を達成可能であることが確認された。

＜実験２＞
実験２では、炭素繊維強化炭素複合材からなる希土類磁石焼結用容器の最適な厚みについて検討を行った。表３に示すような厚みを有する炭素繊維強化炭素複合材からなる板を組み合わせることにより、サンプル４〜６の焼結用容器を作製した。サンプル４〜６の外形寸法、内径寸法等を、サンプル１の情報を併せて表３に示す。

サンプル４〜６の焼結用容器を用いて、実験１と同様の粉末冶金法によりＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石を作製した。また、成形体温度の測定、熱変形した磁石数、歩留まり、磁気特性及び密度についても、実験１と同様に測定及び評価を行った。結果を表４に示す。

表４に示すように、焼結用容器を構成する炭素繊維強化炭素複合材の厚みを４ｍｍ以上とすることで、焼結雰囲気中における成形体の温度差を１５０℃以下とすることができ、磁石の熱変形抑制効果が確実なものとなっている。

本発明を適用した希土類磁石焼結用容器の一例を示す断面図である。 本発明を適用した希土類磁石焼結用容器の変形例を示す斜視図である。 本発明を適用した希土類磁石焼結用容器の変形例を示す斜視図である。 本発明を適用した希土類磁石焼結用容器の変形例を示す断面図である。 希土類磁石焼結用容器に敷板を配置した状態を示す断面図である。 希土類磁石焼結用容器を二重とした状態を示す断面図である。 希土類磁石焼結用容器と金属箔との二重構造とした状態を示す断面図である。 図８（ａ）は焼結用セッターの斜視図、図８（ｂ）は焼結用セッターのうちの一段を拡大して示す側面図である。

符号の説明

１ 希土類磁石焼結用容器、２ 成形体、３ 容器本体、４ 蓋体、５ ネジ、６，７ 補強材、８ 酸化ジルコニウム膜、９ 敷板、１０ 金属箔、１１ 板

Claims (8)

1. 希土類元素を含む磁石原料粉の成形体の焼結工程で前記成形体を収容するために用いられ、主要部分が炭素繊維強化炭素複合材で構成されることを特徴とする希土類磁石焼結用容器。
2. 前記炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・℃）以下であることを特徴とする請求項１記載の希土類磁石焼結用容器。
3. 上面が開口部となる容器本体と前記開口部を閉塞可能な蓋体とを有し、前記容器本体及び前記蓋体が炭素繊維強化炭素複合材で構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の希土類磁石焼結用容器。
4. 底面に炭素繊維強化炭素複合材から構成される敷板が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の希土類磁石焼結用容器。
5. 希土類元素を含む磁石原料粉の成形体の焼結工程を有する希土類磁石の製造方法であって、前記焼結工程において、主要部分が炭素繊維強化炭素複合材で構成される希土類磁石焼結用容器を用いることを特徴とする希土類磁石の製造方法。
6. 前記炭素繊維強化炭素複合材の熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・℃）以下であることを特徴とする請求項５記載の希土類磁石の製造方法。
7. 前記希土類磁石焼結用容器は上面が開口部となる容器本体と前記開口部を閉塞可能な蓋体とを有し、前記容器本体及び前記蓋体が炭素繊維強化炭素複合材で構成されることを特徴とする請求項５又は６記載の希土類磁石の製造方法。
8. 前記希土類磁石焼結用容器の底面に炭素繊維強化炭素複合材から構成される敷板を配置することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載の希土類磁石の製造方法。
   

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