JP2006287044A - 希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも充填性に優れた希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドを提供する。
【解決手段】磁気的に等方性の希土類系ナノコンポジット磁石粉末と、全体の０．５ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下の樹脂とを含む粉末状のナノコンポジット磁石用コンパウンドであって、粒度分布は、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にあり、且つ、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボンド磁石の製造に用いられる希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドおよびその製造方法に関する。

現在、ボンド磁石は、各種モータ、アクチュエータ、スピーカ、メータ、フォーカスコンバージェンスリング等の電気機器に用いられている。ボンド磁石とは、磁石粉末と樹脂（ゴムまたはエラストマを含む）とを混合したコンパウンドを成形固化することによって製造された磁石である。

ボンド磁石に用いられる磁石粉末として、比較的コストが安いという利点から、磁気的に等方性の希土類系（特にＦｅ−Ｒ−Ｂ系）のナノコンポジット磁石が普及しつつある。Ｆｅ−Ｒ−Ｂ系のナノコンポジット磁石は、軟磁性相である鉄基ホウ化物相（例えばＦｅ₃ＢやＦｅ₂₃Ｂ₆等）またはα−Ｆｅ相の微結晶と硬磁性相であるＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相の微結晶とが同一金属組織内において均一に分布し、両者が交換相互作用によって磁気的に結合した鉄基合金永久磁石である。

現在、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石として、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂなどの硬磁性相と、Ｆｅ₃Ｂ（Ｆｅ_3.5Ｂを含む）やα−Ｆｅなどの軟磁性相とが交換相互作用によって磁気的に結合した組織構造を有するナノコンポジット磁石が開発されている。ナノコンポジット磁石の粉末は、樹脂材料を用いて所定の形状に固められることによって等方性ボンド磁石として用いられている。

ナノコンポジット磁石は、軟磁性相を含みながらも、軟磁性相と硬磁性相との間の磁気的結合によって優れた磁石特性を発揮することができる。また、Ｎｄ等の希土類元素Ｒを含まない軟磁性相が存在する結果、全体として希土類元素Ｒの含有量が低く抑えられる。このことは、磁石の製造コストを低減し、磁石を安定に供給するうえでも好都合である。また、粒界にＲリッチ相を有しないため耐食性にも優れている。

このようなナノコンポジット磁石は、溶融した原料合金（すなわち「合金溶湯」）を急冷法によって凝固させた後、適切な熱処理を施すことによって作製される。この合金溶湯を急冷する際、単ロール法が用いられることが多い。単ロール法は、合金溶湯を回転する冷却ロールに接触させることによって冷却し凝固させる方法である。この方法による場合、急冷合金の形状は冷却ロールの周速度方向に沿って薄帯（リボン）状に伸びたものとなる。合金溶湯を固体の表面に接触させることによって急冷するこの方法は、液体急冷法（メルトクエンチング（ｍｅｌｔ−ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）法）と呼ばれる。

一方、従来から広く用いられているボンド磁石用粉末は、ロール表面周速度を１５ｍ／秒以上にして、厚さ５０μｍ以下（典型的には約２０μｍ〜約４０μｍ）の急冷合金薄帯を作製することが行われている。このようにして作製した急冷合金薄帯は、熱処理された後、平均粒径が３００μｍ以下（典型的には約１５０μｍ）になるように粉砕され、永久磁石用の希土類合金粉末となる。このようにして製造された希土類合金粉末の粒子の形状は扁平なものとなり、その粉末粒子のアスペクト比（短軸方向サイズ／長軸方向サイズ）は０．３未満となる。以下では、液体急冷法で作製された上述の希土類合金粉末または磁石粉末を単に「従来の急冷希土類合金粉末」または「従来の急冷磁石粉末」と称することにする。代表的な従来の急冷磁石粉末としてＭａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社（以下、「ＭＱＩ社」と略する。）から販売されているＦｅ−Ｒ−Ｂ系のＭＱ粉が広く知られている。

ボンド磁石用コンパウンド（以下、単に「コンパウンド」と呼ぶ。）は、磁石粉末と樹脂とを混合することによって調製される。このコンパウンドには、潤滑剤などの添加剤が混合されることもある。得られたコンパウンドを、例えば圧縮成形、押出し成形や射出成形によって所望形状に成形することによって、永久磁石の成形体（「永久磁石体」とも言う。）としてのボンド磁石が得られる。

ボンド磁石の磁気特性を向上するためには、磁粉充填率（磁粉体積／ボンド磁石体積）を向上することが重要であるが、一般に、磁粉充填率が高くなると、コンパウンドの充填性および／または成形性が低下するという問題がある。

そこで、特許文献１および２には、磁粉の粒度分布を制御することによって、優れた充填性および／または成形性を改善した、希土類系ナノコンポジット磁粉を用いたコンパウンドが開示されている。

従来のＭＱ粉は、粒子の扁平な形状と、比較的割れやすいという性質から、成形の際に粒子が割れて新たな微粉末を生成し、それが空隙を埋めることによって密度が上がるというプロセスを経るため、磁粉の粒度分布は磁石の充填性を上げる為にはそれほど重要ではなかったのに対し、希土類系ナノコンポジット磁粉は、その粒子の形状が等軸的（アスペクト比が０．４以上）であり、かつ非常に割れにくい性質を有しているため、成形の際に微細な粒子が生成することがないので、磁粉の粒度分布を調整することが重要であると考えられていた。
特開２００３−２０１５０１号公報 特開２００３−３２８０９２号公報

しかしながら、本発明者の検討によると、上記特許文献１および２に記載されているような粒度分布を有する希土類系ナノコンポジット磁粉を用いても、特に圧縮成形において、充填性が改善されない（成形体の密度が向上しない）という問題があることがわかった。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、従来よりも充填性に優れた希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドは、磁気的に等方性の希土類系ナノコンポジット磁石粉末と、全体の０．５ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下の樹脂とを含む粉末状のナノコンポジット磁石用コンパウンドであって、粒度分布は、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にあり、且つ、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含むことを特徴とする。

ある実施形態において、前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末は、組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＱはＢおよびＣからなる群から選択され、少なくともＢを含む１種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類元素、Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍが、それぞれ、４≦ｘ≦３５原子％、２≦ｙ≦１０原子％、０≦ｚ≦１０原子％、および０≦ｍ≦０．５を満足する。前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末は、例えば、α−Ｆｅ系ナノコンポジット磁石粉末、Ｆｅ₃Ｂ系ナノコンポジット磁石粉末、または、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末である。磁気特性の観点から、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末が特に好ましい。

本発明の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドの製造方法は、（ａ）磁気的に等方性の希土類系ナノコンポジット磁石粉末を用意する工程と、（ｂ）全体の０．５ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下の樹脂と前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末とを混合し、コンパウンドを得る工程と、（ｃ）前記コンパウンドを、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にあり、且つ、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含む粒度分布を有する粉末状に加工する工程とを含むことを特徴とする。

ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、前記コンパウンドを、前記工程（ａ）で用意する前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末の粒度分布と比較して、Ｄ₉₅が２％〜１５％大きく、Ｄ₅₀が１０〜８０％大きく、且つ、Ｄ₁₀が１０〜６０％大きい粒度分布を有する粉末状に加工する工程である。

ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、前記コンパウンドを衝撃型ミルを用いて解砕する工程を包含する。

ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、粒度分布が異なる２種類の粉末状のコンパウンドを混合する工程を更に包含する。粒度分布が互いに異なる３種類の粉末状のコンパウンドを混合する工程を包含しても良い。あるいは、解砕条件を調整することによって、解砕した状態で上記粒度分布を有する粉末状のコンパウンドを得ることもできる。

ある実施形態において、前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末は、組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＱはＢおよびＣからなる群から選択され、少なくともＢを含む１種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類元素、Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍが、それぞれ、４≦ｘ≦３５原子％、２≦ｙ≦１０原子％、０≦ｚ≦１０原子％、および０≦ｍ≦０．５を満足する。前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末は、例えば、α−Ｆｅ系ナノコンポジット磁石粉末、Ｆｅ₃Ｂ系ナノコンポジット磁石粉末、または、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末である。磁気特性の観点から、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末が特に好ましい。

本発明によると、従来よりも充填性に優れた希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドおよびその製造方法を提供することにある。本発明のコンパウンドを用いると、従来よりも充填率の高いボンド磁石を得ることが出来る。

本発明者は、上記特許文献１や特許文献２に記載されている方法を用いて所望の充填性を得られない原因を検討し、下記に示す知見を得た結果、本発明に想到した。

希土類系ナノコンポジット磁粉の状態での粒度分布を調整しても、その粒度分布はコンパウンドを作製時に変わってしまう。この原因には、以下の２つが考えられる。希土類系ナノコンポジット磁粉は、薄帯状の急冷合金を粉砕して得ているが故にその粒子がごつごつとした表面性状を有しているので樹脂との濡れ性が高く、その結果コンパウンド作製時に微粉が凝集しやすく、コンパウンドの状態で微粉が少なくなる。あるいは、コンパウンドを解砕する際に、解砕され過ぎて逆に粗粉が割れ過ぎて、粗粉側の磁粉が少なくなる。

そこで、本発明者は、コンパウンドの状態での粒度分布を規定することにより、ボンド磁石を成形する際のコンパウンドの充填性を向上できることを見出した。

従来は、粒度分布を磁粉の状態で見るというのが業界の常識だった。これは、成形の際の圧力または温度で、樹脂は容易に溶融または変形するので、コンパウンドの充填性に対して第一義的に重要なのは磁粉の粒度分布であると考えられていたためと思われる。あるいは、磁粉の粒度分布は常にある程度一定の状態で測定することができるが、コンパウンドになると、樹脂の種類や、混練条件、また、測定温度などの測定環境などの条件で粒度分布が非常に変わりやすいと考えられるため、コンパウンドの状態で粒度分布を測定してもメリットがあるとは考えにくかった、ということによると思われる。

本発明による実施形態の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドは、磁気的に等方性の希土類系ナノコンポジット磁石粉末と、全体の０．５ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下の樹脂とを含む粉末状のナノコンポジット磁石用コンパウンドである。コンパウンドの粒度分布は、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にあり、且つ、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含む。

粉末状コンパウンドの累積質量が９５ｍａｓｓ％となるときの粒度Ｄ₉₅（α）が４５μｍ未満の微粉を９５ｍａｓｓ％以上含むコンパウンドは、元々の磁粉の磁気特性が酸化等の影響により低いため好ましくない。また、粉末状コンパウンドのＤ₉₅が３００μｍを超えると、成形用のキャビティ（成形空間）に十分に粉末状コンパウンドを充填できない、あるいは、得られた成形体の密度が低いなどの問題が生じ易い。これは、粒径の大きな粒子ほど、偏平な形状のものが多くなるため、粒子間に空隙が形成されやすいためと考えられる。もちろん、前述したように、ナノコンポジット磁粉の粒子は成形時（特に圧縮成形時）の圧力では割れ難いため、最終的なボンド磁石中に空隙が残るのである。

また、後に実験例を示して説明するように、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含むように、粒度分布を調節することによって、ボンド磁石を成形した時に、従来よりも高い磁粉充填率が得られることがわかった。

なお、本明細書において、特に示さない限り、粒径は、ＦＳＳＳ粒径を指す。ＦＳＳＳ粒径は、ＪＩＳ Ｚ８８０１に準拠のふるいを用いて求められる。また、粒度がふるいの目開きの値に一致しない任意の値であるとき、その粒度以下の粒子の存在比率（すなわち累積質量）は、ｘ軸を粒度の対数スケール値、ｙ軸を累積質量で表した関係（グラフ）から内挿して求めるものとする。

例えば、図４のようなｘ軸に粒度の対数スケール値、ｙ軸に累積質量を示されたグラフにおいて、□で表される測定点を滑らかな線で結合して、その線上の値を採用する。このようにして得られたＤ₉₅の値をαμｍとし、０．７５αμｍ以下の累積質量および０．４０α以下の累積質量がそれぞれβｍａｓｓ％、γｍａｓｓ％であったとき、０．７５αｕｍ以上の粒子の存在比率は（１００−β）ｍａｓｓ％であり、０．４αμｍ以下の粒子の存在比率はγｍａｓｓ％である。

上述の粒度分布を有する粉末状のコンパウンドは、希土類系ナノコンポジット磁石粉末と樹脂とを所定の比率で混合（混練）し、得られた一次コンパウンドを解砕（粉砕）し、分級および混合工程を経ることによって得られる。得られた粉末状のコンパウンドに必要に応じて潤滑剤を添加しても良い。もちろん、磁粉と樹脂とを混合する際または前に潤滑剤を添加してもよい。

磁粉と樹脂との混合は、公知の混練装置（例えば、一軸押出機、二軸押出機、各種ロール）を用いて公知の方法で行われる。必要に応じて、磁粉、樹脂にさらに溶剤を添加してもよい。また、必要に応じて加熱しても良い。

一次コンパウンドの解砕は、高速攪拌造粒機やヘンシェルミキサー等の混合造粒機、衝撃型ミル（例えば、ピンミル、フェザーミルやパワーミルなど）や振動型等の整粒機を用いて行われ得る。これらの装置を用いると、希土類系ナノコンポジット磁石粉末中の比較的大きな粒子の粉砕と、微粒子の凝集とが起こり、適度な粒度分布を有する粉末状コンパウンドを得ることができる。但し、１回の解砕工程で、上述の粒度分布を得ることは、解砕条件の設定等が必ずしも容易ではなく、あるいは、生産性の観点から有利でないので、粒度分布が異なる２種類の粉末状のコンパウンドを調製し、これらを混合することによって粒度分布を調整してもよい。もちろん、粒度分布が互いに異なる３種類の粉末状のコンパウンドを混合してもよい。

上述の粒度分布を有する粉末状のコンパウンドは、後に詳述するように、粗大な磁粉の一部が粉砕されて低粒度側になった粒子と、微細な粒子同士が凝集することによって形成された２次粒子とを含んでいる。さらに、比較的大きな粒子に微細な粒子が多数付着（凝集）することによって形成されて２次粒子も含んでいる。このような形態の２次粒子が充填製を高めていると考えられる。

本発明による実施形態の粉末状コンパウンドに用いられる希土類系ナノコンポジット磁石は、組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＱはＢおよびＣからなる群から選択され、少なくともＢを含む１種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類元素、Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍが、それぞれ、４≦ｘ≦３５原子％、２≦ｙ≦１０原子％、０≦ｚ≦１０原子％、および０≦ｍ≦０．５を満足する。この希土類系ナノコンポジット磁粉は、Ｆｅ−Ｒ−Ｂ系ナノコンポジット磁粉であり、例えば、α−Ｆｅ系ナノコンポジット磁石粉末、Ｆｅ₃Ｂ系ナノコンポジット磁石粉末、または、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末である。磁気特性の観点から、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末が特に好ましい。

α−Ｆｅ系ナノコンポジット磁石粉末の組成は、上記組成式（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_zにおいて、４≦ｘ≦１０原子％、６≦ｙ≦１０原子％、０≦ｚ≦１０原子％および０≦ｍ≦０．５で表され、製造方法その他の詳細は、例えば、特開平８−１６２３１２号公報に記載されている。

Ｆｅ₃Ｂ系ナノコンポジット磁石粉末の組成は、上記組成式（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_zにおいて、１６≦ｘ≦２６原子％、１≦ｙ≦５原子％、０≦ｚ≦１０原子％および０≦ｍ≦０．５で表され、製造方法その他の詳細は、特開昭６３−１００１５５号公報に記載されている。代表的なＦｅ₃Ｂ系ナノコンポジット磁石粉末として、出願人による「ＳＰＲＡＸ−Ｉ」が市販されている。

磁気特性の観点から、特に好適に用いられるＴｉ含有ナノコンポジット磁石粉末の組成は、上記組成式（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_zにおいて、１０≦ｘ≦２０原子％、６≦ｙ≦１０原子％、０≦ｚ≦１０原子％および０≦ｍ≦０．５で表され、製造方法その他の詳細は、上記特許文献１および特許文献２に記載されている。Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末は、本出願人が「ＳＰＲＡＸ−ＩＩ」として市販している。

ナノコンポジット磁粉の粒度分布は、ナノコンポジット磁粉の粒度分布と、粉末状コンパウンドの粒度分布とを比較したときに、粉末状コンパウンドのＤ₉₅がナノコンポジット磁粉のＤ₉₅よりも２％〜１５％大きく、同じくＤ₅₀が１０〜８０％大きく、且つ、Ｄ₁₀が１０〜６０％大きくなるように、粒度分布を調整したときに、粉末状コンパウンドの粒度分布が上記の範囲となることが好ましい。ナノコンポジット磁粉の粒度分布が目的とする粉末状コンパウンドの粒度分布と異なり過ぎていると、粒度分布を調整する工程が複雑になるので好ましくない。

本発明による実施形態のコンパウンドに用いる樹脂としては、一般に圧縮成形ボンド磁石などで用いられている熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）や、熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ樹脂など）を使用できる。

樹脂の配合割合は、コンパウンド全体の０．５ｍａｓｓ％以上５ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。０．５ｍａｓｓ％未満では磁粉の表面を樹脂が十分被覆できないためボンド磁石が形成できない恐れがあり、５ｍａｓｓ％を超えると磁粉の充填率（含有比率）が低すぎて、十分な磁気特性が得られない恐れがある。

（実験例）
以下に、実験例を示して、本発明を更に詳細に説明する。

［希土類系ナノコンポジット磁石粉末］
ここでは、Ｔｉ含有ナノコンポジット磁石粉末を用いた。組成は、Ｎｄ₆Ｐｒ₁Ｆｅ₇₆Ｂ₁₂Ｃ₁Ｔｉ₄であった。平均粒度が４００μｍのＴｉ含有ナノコンポジット磁石の粗粉末をピンミルにてディスク回転数５０００ｒｐｍで粉砕した後、２５０μｍのメッシュのふるいでアッパーカットしたものを用いた。得られたＴｉ含有ナノコンポジット磁石粉末の粒度分布を図１（ａ）に示す。図１の横軸は粒径であり、縦軸は質量分率である。このＴｉ含有ナノコンポジット磁石粉末の粒度分布は、Ｄ₉₅が２２８μｍ、Ｄ₅₀が１２４μｍ、Ｄ₁₀が３７μｍであった。

［コンパウンドの調製］
図１（ｂ）〜（ｅ）および図２（ａ）に示す粒度分布を有する５種類のコンパウンド１〜５を調製した。そのうち、混練、解砕、潤滑剤添加工程は以下のようにして行った。

（混練１）
エポキシ樹脂（日本ペルノックス社製ＸＷ２３１０）２ｍａｓｓ％（全体に対する質量分率）を上記磁粉に添加したのち、溶剤（メチルエチルケトン、３５ｍａｓｓ％）が揮発するまで２軸混練機を用いて混練した。

（混練２）
上記磁粉に対して、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製４０５０）を０．８２ｍａｓｓ％、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製４００７Ｐ）を１．０ｍａｓｓ％、硬化剤（大日本インキ化学社製ＤＩＣＹ−７）を０．１ｍａｓｓ％の割合の比率で配合したものをメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶かして、磁粉に添加し、ＭＥＫが揮発するまで２軸混練機を用いて混練した。

（解砕１）
振動型の整粒機（ふるいの目開き４５０μｍ）を用いて解砕した。

（解砕２）
高速攪拌造粒機（ダルトン社製ＳＰＧ）を用いて解砕した。

（潤滑剤添加）
得られた解砕粉（粉末状コンパウンド）に対して、潤滑剤としてＳｔ−Ｃａ（ステアリン酸カルシウム）を０．０７ｍａｓｓ％添加して、Ｖ型混合機で３０分間混ぜ合わせた。

（粉末状コンパウンドの粒度粒径分布調整）
コンパウンド１（図１（ｂ））：上記混練１で得られた一次コンパウンド（もろもろの凝集粉状態）を上記解砕１の方法で解砕し、潤滑剤を添加したものである。Ｄ₉₅が２８２μｍ、Ｄ₅₀が１８４μｍ、Ｄ₁₀が１１１μｍであった。Ｄ₉₅をαとしたとき０．７５αとなる２１１μｍ以上の粒子を２９ｍａｓｓ％含み、同様に０．４αとなる１１２μｍ以下の粒子を１０ｍａｓｓ％含んでいる。

コンパウンド２（図１（ｃ））：上記混練１で得られた一次コンパウンドを解砕１の方法で解砕し、更に解砕２の方法で２０秒解砕し、潤滑剤を添加したものである。Ｄ₉₅が２３４μｍ、Ｄ₅₀が１２８μｍ、Ｄ₁₀が４３μｍであった。Ｄ₉₅をαとしたとき０．７５αとなる１７５μｍ以上の粒子を２６ｍａｓｓ％含み、同様に０．４αとなる９３μｍ以下の粒子を３３ｍａｓｓ％含んでいる。

コンパウンド３（図１（ｄ））：混練１で得られた一次コンパウンドを解砕１の方法で解砕し、更に解砕２の方法で４０秒解砕し、潤滑剤を添加したものである。Ｄ₉₅が２０３μｍ、Ｄ₅₀が１０４μｍ、Ｄ₁₀が５４μｍであった。Ｄ₉₅をαとしたとき０．７５αとなる１５２μｍ以上の粒子を１５ｍａｓｓ％含み、同様に０．４αとなる８１μｍ以下の粒子を３１ｍａｓｓ％含んでいる。

コンパウンド４（図１（ｅ））：混練２で得られた一次コンパウンドを振動型の整粒機を用いて、ふるいの目開き２５０μｍで潤滑剤を添加したものである。Ｄ₉₅が２０２μｍ、Ｄ₅₀が９３μｍ、Ｄ₁₀が４７μｍであった。Ｄ₉₅をαとしたとき０．７５αとなる１５１μｍ以上の粒子を１４ｍａｓｓ％含み、同様に０．４αとなる８０μｍ以下の粒子を３９ｍａｓｓ％含んでいる。

コンパウンド５（図２（ａ））：混練２で得られた一次コンパウンドを振動型の整粒機を用いて解砕し、得られた解砕粉に対して、潤滑剤を添加したものを、ふるいを用いて分級し、所望の割合で配合し、Ｖ型混合機で３０分間混合することによって得られたものである。Ｄ₉₅が２４３μｍ、Ｄ₅₀が１７３μｍ、Ｄ₁₀が５３μｍであった。Ｄ₉₅をαとしたとき０．７５αとなる１８２μｍ以上の粒子を４０ｍａｓｓ％含み、同様に０．４αとなる９７μｍ以下の粒子を１８ｍａｓｓ％含んでいる。

コンパウンド６（図２（ｂ））：シミュレーションによって求めた粒度分布である。大きな粒子によって形成される間隙に、小さな粒子が充填されることによって減少する空間の体積比率を計算するプログラム（例えば、兵庫県立大学大学院の「多成分粒子混合充填層空間比率推定プログラム」）を用いて求めた粒度分布である。Ｄ₉₅が２３９μｍ、Ｄ₅₀が１６３μｍ、Ｄ₁₀が４４μｍであった。Ｄ₉₅をαとしたとき０．７５αとなる１７９μｍ以上の粒子を３１ｍａｓｓ％含み、同様に０．４αとなる９６μｍ以下の粒子を２５ｍａｓｓ％含んでいる。

いずれのコンパウンドも、図１（ｂ）〜（ｅ）、図２（ａ）および（ｂ）に示したように、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にある。

（圧縮成形）
上記のコンパウンドを用いて、一軸圧縮プレス装置を用いて１２ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でボンド磁石を作製した。得られたボンド磁石の密度を測定し、磁粉充填率を評価した。

コンパウンド１を用いたボンド磁石の密度は、６．１８ｇ／ｃｍ³、コンパウンド２を用いたボンド磁石の密度は、６．２９ｇ／ｃｍ³、コンパウンド３を用いたボンド磁石の密度は、６．０３ｇ／ｃｍ³、コンパウンド４を用いたボンド磁石の密度は、６．１５ｇ／ｃｍ³、コンパウンド５を用いたボンド磁石の密度は、６．３０ｇ／ｃｍ³であった。一方、シミュレーションによるとコンパウンド６を用いると計算上６．３５ｇ／ｃｍ³のボンド磁石が得られる。

これらの結果から、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含む粒度分布とすることによって、充填率を向上できることが分かる。

また、図３に模式的に示すように、混合（混練）、解砕工程を経るうちに、磁粉の粗大な粒子の一部は解砕（粉砕）されて、コンパウンドの粒度分布の上限値は下がる。一方、微細な粒子は、互いに凝集することによって２次粒子を形成するので、コンパウンドの粒度分布の下限値は上昇する。さらに、比較的大きな粒子に微細な粒子が多数付着（凝集）することによって２次粒子が形成されるので、全体的に粒度分布は大きくなる（例えばＤ₅₀は大きくなる）。

このような形態の２次粒子を含むコンパウンド粒子は、大きな粒子の間隙を小さな粒子を効率よく埋めるので、特に磁粉の充填率が向上すると考えられる。

上述したように、コンパウンドの粒度分布を制御することによって、磁粉の充填率を向上することができる（例えばボンド磁石の密度で６．２０ｇ／ｃｍ³以上、相対密度で９４％以上）。さらに、コンパウンドの粒度を制御すると、磁粉の粒度分布を制御する場合に比べて、混練時に凝集したり、解砕時に粉砕したりすることなどの要因に左右されることなく、安定して充填性が高いボンド磁石を得ることができる。

本発明のコンパウンドを用いることによって、従来よりも磁気特性に優れた希土類系ナノコンポジット磁石を得ることができる。

（ａ）〜（ｅ）は、実験に用いた磁粉およびコンパウンドの粒度分布を示すグラフである。 本発明による好ましいコンパウンドの粒度分布を示すグラフであり、（ａ）は実験例であり、（ｂ）はシミュレーション結果を示す。 本発明のコンパウンドの充填性が優れることを説明するための模式図であり、磁粉およびコンパウンドの粒度分布を示すグラフ、ならびに、磁粉の形態、コンパウンドの形態を模式的に示している。 粒度の対数スケール値と累積質量との関係の一例を示すグラフである。

Claims (7)

1. 磁気的に等方性の希土類系ナノコンポジット磁石粉末と、
   全体の０．５ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下の樹脂と
   を含む粉末状のナノコンポジット磁石用コンパウンドであって、
   該コンパウンドの粒度分布は、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にあり、且つ、
   Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含む、希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンド。
2. 前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末は、組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＱはＢおよびＣからなる群から選択され、少なくともＢを含む１種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類元素、Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍが、それぞれ、
   ４≦ｘ≦３５原子％、
   ２≦ｙ≦１０原子％、
   ０≦ｚ≦１０原子％、および
   ０≦ｍ≦０．５
   を満足する、請求項１に記載の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンド。
3. （ａ）磁気的に等方性の希土類系ナノコンポジット磁石粉末を用意する工程と、
   （ｂ）全体の０．５ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下の樹脂と前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末とを混合し、一次コンパウンドを得る工程と、
   （ｃ）前記一次コンパウンドを、累積質量が９５ｍａｓｓ％となる粒度Ｄ₉₅が４５μｍ以上３００μｍの範囲内にあり、且つ、Ｄ₉₅の値をαμｍとしたとき、粒径が０．７５αμｍ以上の粒子を２０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下含み、０．４αμｍ以下の粒子を１２ｍａｓｓ％以上５０ｍａｓｓ％以下含む粒度分布を有する粉末状のコンパウンドに加工する工程と、
   を含む、希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドの製造方法。
4. 前記工程（ｃ）は、前記一次コンパウンドを、前記工程（ａ）で用意する前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末の粒度分布と比較して、Ｄ₉₅が２％〜１５％大きく、Ｄ₅₀が１０〜８０％大きく、且つ、Ｄ₁₀が１０〜６０％大きい粒度分布を有する粉末状に加工する工程である請求項３に記載の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドの製造方法。
5. 前記工程（ｃ）は、前記一次コンパウンドを混合造粒機、整粒機、または衝撃型ミルを用いて解砕する工程を包含する、請求項３または４に記載の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドの製造方法。
6. 前記工程（ｃ）は、粒度分布が異なる２種類の粉末状のコンパウンドを混合する工程を更に包含する、請求項３から５のいずれかに記載の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドの製造方法。
7. 前記希土類系ナノコンポジット磁石粉末は、組成式が（Ｆｅ_1-mＴ_m）_100-x-y-zＱ_xＲ_yＭ_z（ＴはＣｏおよびＮｉからなる群から選択された１種以上の元素、ＱはＢおよびＣからなる群から選択され、少なくともＢを含む１種以上の元素、Ｒは１種以上の希土類元素、Ｍは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素）で表現され、組成比率ｘ、ｙ、ｚ、およびｍが、それぞれ、
   ４≦ｘ≦３５原子％、
   ２≦ｙ≦１０原子％、
   ０≦ｚ≦１０原子％、および
   ０≦ｍ≦０．５
   を満足する、請求項３から６のいずれかに記載の希土類系ナノコンポジット磁石用コンパウンドの製造方法。

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