JP2007149950A

JP2007149950A - 磁場中成形方法及び焼結体の製造方法

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Publication number: JP2007149950A
Application number: JP2005342129A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Enokido; 靖榎戸; Takeshi Masuda; 健増田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-28
Also published as: JP4506976B2

Abstract

【課題】生産コストを低減しつつ、高い配向度を得ることができる磁場中成形方法を提供する。
【解決手段】上パンチ３０、下パンチ２０及びダイ１０により、磁場が印加された磁性粉末Ｐを加圧成形する磁場中成形方法において、磁性粉末Ｐを供給する工程と、下パンチ２０を相対的に下降するアンダーフィルを行う工程と、上パンチ３０を、磁性粉末Ｐの上方に所定の間隙を形成するように、ダイ１０に対して下降する工程（ｃ）と、磁性粉末Ｐに磁場を印加する工程と、下パンチ２０に対して上パンチ３０を相対的に降下させる工程と、を備え、磁性粉末Ｐの嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、工程（ｃ）における上パンチ３０、下パンチ２０及びダイ１０により形成された空間における磁性粉末Ｐの充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、工程（ｃ）において５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁性粉末に磁場を印加しつつ加圧成形することにより成形体を作製する磁場中成形方法に関し、特に短縮された成形サイクルタイムにおいて高い配向度を得ることができる磁場中成形方法に関するものである。

磁場中成形は、例えば異方性焼結磁石を製造する過程の一工程として行われる。異方性焼結磁石として代表的なＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石（ＲはＹを含む希土類元素）は、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ_１化合物からなる主相結晶粒とＲリッチの粒界相とを含む組織を有するが、その残留磁束密度（Ｂｒ）を高めるためには、主相結晶粒の磁化容易軸方向への配向度を磁場中成形において高める必要がある。

従来、磁場中成形を行う場合、磁性粉末を成形装置のキャビティ（成形空間）内に供給するには、フィーダボックス（またはフィーダカップ）をキャビティ上にスライドさせ、フィーダボックス内の粉末自重を利用してキャビティ内に落下させていた。このような従来のフィーダボックスを用いた充填法によれば、粉末をキャビティ内に確実に充填でき、しかも、充填粉末の体積を「摺り切り」によってほぼ一定に制御することが可能である。

図１及び図２は摺り切り充填により磁性粉末を行う場合の１回の磁場中成形の工程を示している。
磁場中成形を開始する際には、ダイ１０、下パンチ２０及び上パンチ３０からなる金型を初期状態に設定する（図１（１））。金型は初期状態において、下パンチ２０はダイ１０に対して所定の位置に配置することにより、下パンチ２０とダイ１０によりキャビティを形成する。このとき、上パンチ３０はダイ１０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。

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２０とダイ１０により形成されているキャビティに磁性粉末Ｐをダイ１０の上面まで供給する（図１（２））。粉末供給装置としては、フィーダボックスを用いてキャビティに摺り切り充填する方式を想定している。
磁性粉末Ｐをキャビティに供給した後に、ダイ１０を上昇することにより下パンチ２０を相対的に下降させる（図１（３））。そうすると、ダイ１０内における磁性粉末Ｐの上面に空間が形成される。このように下パンチ２０を相対的に下降させる動作をアンダーフィルと称する。

アンダーフィルを行なった後に上パンチ３０を、その加圧面がダイ１０内のダイホールに挿入されるように下降させる（図１（４））。上パンチ３０は、磁性粉末Ｐの上端から所定の空間を形成するように下降される。上パンチ３０は、その下端がダイ１０の上面と一致する位置まで下降してもよいし、ダイ１０のダイホールに挿入されてもよい。
ここで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３０の下降を行う。上パンチ３０をダイ１０のダイホールに挿入させる。ただし、磁性粉末Ｐの飛び出し防止だけを目的とするのであれば、上パンチ３０を磁性粉末Ｐの上端に接触させてもよいが、それでは磁場印加による磁性粉末Ｐの配向性を阻害する。そこで、アンダーフィルを行なう。

次いで、図示しない電磁コイル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（図１（５））。印加される磁場を白抜き矢印で示すが、この例では、下パンチ２０及び上パンチ３０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。

磁場の印加を継続し、かつ下パンチ２０及び上パンチ３０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（図１（６））。加圧成形することができれば、ダイ１０、下パンチ２０及び上パンチ３０の動作は問わない。本実施の形態では、下パンチ２０が固定であるため、上パンチ３０を下降させることにより加圧成形する。この際、ダイ１０を下降させることができる。下パンチ２０が昇降可能な磁場中成形装置であれば、下パンチ２０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３０を下降させることもできる。さらに、ダイ１０の昇・降を伴うこともできる。

加圧成形が終了すると、図示しない電磁コイルから、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（図２（７））。
所定時間の脱磁を行った後に、磁場印加を停止する（図２（８））。
磁場印加停止後、ダイ１０を下降させ、さらに上パンチ３０を上昇させることにより、成形体Ｃをキャビティから排出する（図２（９））。

以上で、磁場中成形の１サイクルの工程が終了する。１サイクルの工程が終了すると、次のサイクルの磁場中成形を行う。

これまで、磁場中成形については成形体内における配向のばらつきに対する対策が種々提案されてきた（例えば、特許文献１〜３）。より磁気特性の高い焼結磁石を得るためである。

特開２００２−２２６７０１号公報特開２００３−２７２９４２号公報特開２００４−２９９８号公報

特性の向上の要求がなされる一方、低コスト化の要求は常に存在する。磁場中成形を経て製造される焼結磁石についても当然低コスト化の要求が厳しくなされている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、生産コストを低減しつつ、配向度の高い磁場中成形方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、生産コスト低減を達成するために、磁場中成形におけるサイクルタイム（１回の磁場中成形に要する時間）の短縮に着目した。そこで、磁場中成形における各工程に要する時間について検討したところ、前述したアンダーフィルを行うことにより相当の時間が費やされることが確認された。アンダーフィルを行わなければ磁場中成形のサイクルタイムは短縮されるが、前述したように、配向度、特に成形体上部における配向度を確保するためにはアンダーフィルを行う必要がある。そこで、本発明者等は磁場印加開始時に形成されている、磁性粉末の上面から上パンチまでの間隔（以下、空間高さ）について検討したところ、空間高さと得られた焼結磁石の磁気特性、特に残留磁束密度（Ｂｒ）に関連があるという新規な知見を得た。この知見はより具体的には、空間高さが大きくなるほど残留磁束密度（Ｂｒ）が大きくなるというものである。本発明は、この新規な知見に基づくものであり、上パンチ、下パンチ及びダイにより、磁場が印加された磁性粉末を加圧成形する磁場中成形方法において、下パンチ及びダイにより形成される空間に磁性粉末を供給する工程（ａ）と、下パンチを相対的に下降するアンダーフィルを行う工程（ｂ）と、上パンチを、磁性粉末の上方に所定の間隙を形成するように、ダイに対して下降する工程（ｃ）と、磁性粉末に磁場を印加する工程（ｄ）と、磁場の印加を継続しつつ、下パンチに対して上パンチを相対的に下降させることにより磁性粉末を加圧する工程（ｅ）と、を備え、磁性粉末の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、工程（ｃ）における上パンチ、下パンチ及びダイにより形成された空間における磁性粉末の充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、工程（ｃ）において５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備することを特徴とする磁場中成形方法である。

本発明の磁場中成形方法において、Ｄｐ／Ｄｂは、工程（ｃ）において７０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９０（％）の条件を具備することが好ましい。
また、本発明の磁場中成形方法において、磁性粉末は、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ_１化合物（Ｒ：希土類金属元素の１種または２種以上）を主成分とし、顆粒の形態をなしているものであることが好ましい。

本発明の磁場中成形方法を焼結体の製造方法に適用することができる。この焼結体の製造方法は、金型キャビティ内において、磁性粉末に磁場を印加した後に、磁場を印加したままで磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、この成形体を焼結する工程と、を備え、加圧成形前の磁場を印加する際に、磁性粉末の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、上パンチ、下パンチ及びダイにより形成された金型キャビティ内における磁性粉末の充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備することを特徴とする。

本発明によれば、磁性粉末の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、上パンチ、下パンチ及びダイにより形成された金型キャビティ内における磁性粉末の充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備することにより、磁場中成形のサイクルタイムを短縮しつつ、高い配向特性を得ることができる。

以下本発明をより具体的に説明する。
磁場中成形方法の各工程については、すでに説明したので、ここでは本発明の特徴部分について言及する。
本発明は、磁性粉末の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、上パンチ、下パンチ及びダイにより形成された金型キャビティ内における磁性粉末の充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備することとしている。なお、嵩密度は、ＪＩＳＫ６８９１に基づいて測定された値とする。

さて、図３は図１の（４）又は（５）の状態を示している。つまり、図３はアンダーフィルを行った後に上パンチ３０を、その加圧面がダイ１０内に挿入されるように下降させ、その状態を維持しつつ磁場を印加する状態を示している。
図３において、下パンチ２０の上面から上パンチ３０の下面までの長さをキャビティ高さＬｃ、磁性粉末Ｐの上面からダイ１０上面までの長さをアンダーフィル高さＬｆとする。また、磁性粉末Ｐの上面から上パンチ３０までの間隔を空間高さＬｓとする。また、下パンチ２０の上面の面積をＡとする。そうすると、横断面積上パンチ３０、下パンチ２０及びダイ１０により形成された金型キャビティの容積は、Ａ×Ｌｃで求めることができる。上記の磁性粉末Ｐの充填密度（ｇ／ｃｍ^３）Ｄｐは、当該金型キャビティ内に存在する磁性粉末Ｐの重量を金型キャビティの容積（Ａ×Ｌｃ）で除した値として求めることができる。

図４は、Ｄｐ／Ｄｂを、その値により２つのケースに分類している。２つのケースは、Ｄｐ／Ｄｂ×１００＜１００％及びＤｐ／Ｄｂ×１００＝１００％である。なお、図４には、上記２つのケース以外として、磁性粉末Ｐを充填し、かつアンダーフィルを行った状態の図を掲載している。
さて、Ｄｐ／Ｄｂ×１００＝１００％とは、充填密度Ｄｐと嵩密度Ｄｂが一致していることを意味するから、充填状態の磁性粉末Ｐの上面に上パンチ３０が接触する。このとき、空間高さＬｓはなくなるから、Ｌｓ＝０となる。
次に、Ｄｐ／Ｄｂ×１００＜１００％とは、充填密度Ｄｐが嵩密度Ｄｂよりも大きいことを意味するから、充填状態の磁性粉末Ｐの上面と上パンチ３０の下面との間に空間が存在する。この空間の鉛直方向の高さが空間高さＬｓである。この場合、空間高さＬｓは正の値（Ｌｓ＞０）となる。

後述する実施例からも明らかなように、Ｄｐ／Ｄｂ×１００の値が小さくなるほど、配向度は高くなる。配向度が高くなると、焼結磁石の場合、残留磁束密度（Ｂｒ）を向上することができる。一方、磁場中成形のサイクルタイムを考慮すると、Ｄｐ／Ｄｂ×１００の値を小さくすることは好ましくない。したがって、本発明では、配向度及びサイクルタイムの両者を考慮して、５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）とした。好ましいＤｐ／Ｄｂは７０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９０（％）、さらに好ましいＤｐ／Ｄｂは７５≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９０（％）である。

なお、Ｄｐ／Ｄｂ×１００の値が１００％よりも小さくなるほど配向度は高くなる理由は明らかとなっていないが、磁場印加により各磁性粉末Ｐが回転運動するが、この回転運動を行うために磁性粉末Ｐ全体として占める体積が、磁場印加により膨張しているのではないかと推測している。つまり、磁性粉末Ｐ全体として占める体積が膨張すると、空間高さＬｓが小さい場合には、上パンチ３０と磁性粉末Ｐとの間の間隙が消滅することも考えられる。そうすると、磁性粉末Ｐの回転が拘束され、磁場印加による配向はしにくくなる。

本発明の磁場中成形方法、例えば、焼結磁石、超磁歪材料に適用することができる。これらの焼結体は、原料合金を作製し、所定の粒度まで粉砕し、粉砕された合金粉末（磁性粉末）を以上説明した磁場中成形方法により成形体を作製し、次いで焼結するという基本的な工程を経て製造される点で共通する。

本発明において、焼結磁石としては、特にＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に適用することができる。このＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、希土類元素（Ｒ）を２５〜３７ｗｔ％含有する。ここで、ＲはＹを含む概念を有しており、したがってＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの１種又は２種以上から選択される。Ｒの量が２５ｗｔ％未満であると、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の主相となるＲ_２Ｔ_１４Ｂ_１相の生成が十分ではなく軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Ｒが３７ｗｔ％を超えると主相であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またＲが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なＲリッチ相が減少し、保磁力の低下を招く。したがって、Ｒの量は２５〜３７ｗｔ％とする。

また、このＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、ホウ素（Ｂ）を０．５〜４．５ｗｔ％含有する。Ｂが０．５ｗｔ％未満の場合には高い保磁力を得ることができない。一方で、Ｂが４．５ｗｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、Ｂの上限を４．５ｗｔ％とする。好ましいＢの量は０．５〜１．５ｗｔ％、さらに好ましいＢの量は０．８〜１．２ｗｔ％である。
このＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、Ｃｏを２．０ｗｔ％以下（０を含まず）、望ましくは０．１〜１．０ｗｔ％、さらに望ましくは、０．３〜０．７ｗｔ％含有することができる。ＣｏはＦｅと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上に効果がある。

また、このＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｇｅ等の元素を適宜含有させることができる。一方で、酸素、窒素、炭素等の不純物元素を極力低減することが好ましい。特に磁気特性を害する酸素は、その量を５０００ｐｐｍ以下、さらには３０００ｐｐｍと以下とすることが好ましい。酸素量が多いと非磁性成分である希土類酸化物相が増大して、磁気特性を低下させるからである。

本発明は、上記したようなＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に限らず、他の希土類焼結磁石に適用することも可能である。例えば、Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石に本発明を適用することもできる。
Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石は、Ｒと、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒから選ばれる１種以上の元素と、Ｃｏとを含有する。この場合、望ましくはさらにＣｕ又は、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ及びＶから選ばれる１種以上の元素を含有し、特に望ましくはＣｕと、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ及びＶから選ばれる１種以上の元素とを含有する。これらのうち特に、ＳｍとＣｏとの金属間化合物、望ましくはＳｍ_２Ｃｏ_１７金属間化合物を主相とし、粒界にはＳｍＣｏ_５系を主体とする副相が存在する。具体的組成は、製造方法や要求される磁気特性等に応じて適宜選択すればよいが、例えば、Ｒ：２０〜３０ｗｔ％、特に２２〜２８ｗｔ％程度、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｒの１種以上：１〜３５ｗｔ％程度、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ及びＶの１種以上：０〜６ｗｔ％、特に０．５〜４ｗｔ％程度、Ｃｕ：０〜１０ｗｔ％、特に１〜１０ｗｔ％程度、Ｃｏ：残部の組成が好ましい。
以上、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石、Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石について言及したが、本発明は他の希土類焼結磁石への適用を妨げるものではない。

希土類焼結磁石は以下のような工程を経て製造することができる。
原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはアルゴン雰囲気中でストリップキャスト法、その他公知の溶解法により作製することができる。
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を得る場合、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ_１結晶粒を主体とする合金（低Ｒ合金）と、低Ｒ合金よりＲを多く含む合金（高Ｒ合金）とを用いる所謂混合法を適用することもできる。

まず、原料合金は粉砕工程に供される。混合法による場合には、低Ｒ合金及び高Ｒ合金は別々に又は一緒に粉砕される。粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。
粗粉砕工程では、原料合金を、粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕し、粗粉砕粉末を得る。この粗粉砕粉末が本発明における原料合金粉に該当する。粗粉砕は、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、不活性ガス雰囲気中にて行うことが好ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行うことが効果的である。なお、水素吸蔵処理、水素放出処理は必須の処理ではない。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。

粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕には主に気流式粉砕機が用いられ、粗粉砕粉末を微粉砕することで、平均粒径２．５〜６μｍ、望ましくは３〜５μｍの微粉砕粉末（粉砕粉）を得る。気流式粉砕機は、高圧の不活性ガスを狭いノズルより開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粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。

混合法による場合、２種の合金の混合のタイミングは限定されるものではないが、微粉砕工程において低Ｒ合金及び高Ｒ合金を別々に粉砕した場合には、微粉砕された低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末を窒素雰囲気中で混合する。低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末の混合比率は、重量比で８０：２０〜９７：３程度とすればよい。低Ｒ合金及び高Ｒ合金を一緒に粉砕する場合の混合比率も同様である。

以上のようにして得られた微粉砕粉末は、上述した方法による磁場中成形に供される。磁場中成形により得られた成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、真空中で、１０００〜１２００℃で１〜１０時間程度焼結すればよい。

さて、焼結後には、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力を制御する重要な工程である。時効処理を２段に分けて行う場合には、７５０〜１０００℃、５００〜７００℃での所定時間の保持が有効である。７５０〜１０００℃での熱処理を焼結後に行うと、保磁力が増大するため、混合法においては特に有効である。また、５００〜７００℃の熱処理で保磁力が大きく増加するため、時効処理を１段で行う場合には、５００〜７００℃の時効処理を施すとよい。

また本発明は、ＲＴ_ｙ（ここで、Ｒは１種類以上の希土類金属、Ｔは１種類以上の遷移金属であり、ｙは１＜ｙ＜４を表す。）で示す組成の焼結体からなる超磁歪材料にも適用することができる。
ここで、Ｒは、Ｙを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類金属から選択される１種以上を表している。これらの中で、Ｒとしては、特に、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏの希土類金属が望ましく、Ｔｂ、Ｄｙがより一層望ましく、これらを複合して用いることができる。Ｔは、１種以上の遷移金属を表している。これらの中で、Ｔとしては、特に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の遷移金属が望ましく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉが一層望ましく、これらを複合して用いることができる。

組成式ＲＴ_ｙにおいて、ｙ＝２のときにＲとＴとが形成するＲＴ_２ラーベス型金属間化合物は、キュリー温度が高く、かつ磁歪値が大きいため、磁歪素子として最も適する。ここで、ｙが１以下では、焼結後の熱処理でＲＴ相が析出して磁歪値が低下する。また、ｙが４以上では、ＲＴ_３相又はＲＴ_５相が多くなり、磁歪値が低下する。このため、ＲＴ_２相を多くするために、１＜ｙ＜４の範囲が望ましい。Ｒとして複数種の希土類金属を用いてもよく、特に、ＴｂとＤｙを用いることが望ましい。

本実施の形態において、上記のような磁歪素子は、特開２００２−１２９２７４号公報に示すような、３種類の異なる組成の原料粉末（以下、原料Ａ、Ｂ、Ｃと適宜称する）を混合して作製するのが好ましい。また、原料粉末となる合金粉の一部には、水素吸蔵処理される原料を含んでいることが好ましい。合金粉に水素を吸蔵させることにより、歪みが生じ、その内部応力によって割れが生ずる。このために、混合される合金粉は、成形体を形成する時に圧力を受け、混合した状態の内部で粉砕されて細かくなり、焼結したときに緻密な高密度焼結体を得ることができるからである。

原料Ａは、式（１）：（Ｔｂ_ｘＤｙ_１−ｘ）Ｔ_ｙで表されるものを用いる。ここで、原料ＡのＴは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選択される少なくとも１種類の金属で、特に、ＴはＦｅ単独でもよい。式（１）において、ｘ、ｙは、０．３５＜ｘ≦０．５、１．７≦ｙ≦２．０の範囲とする。
原料Ｂとして、式（２）：Ｄｙ_ｔＴ_１−ｔ（Ｄｙは、ＴｂとＨｏの双方又はいずれか一方を含むことがあり、ｔは０．３７≦ｔ≦１．０の範囲）で表される組成を有するものを用いる。
さらに、Ｔを含む原料Ｃを用いる。Ｔは、上述したように、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選択させる少なくとも１種類の金属であり、この中ではＦｅが最も好ましい。

原料Ａ、原料Ｂ及び原料Ｃは、最終的に得たい組成となるように秤量、混合してから、粉砕処理される。粉砕処理では、湿式ボールミル、アトライタ、アトマイザー等の粉砕機から適宜選択することができる。特に、アトマイザーが好ましい。衝撃と剪断を同時にかけることができ、粉体の凝集を防ぎ、かつ生産性が高いからである。

混合された原料Ａ、原料Ｂ及び原料Ｃは、焼結前に所望の形状に成形する。この成形が、上述した磁場中成形方法で行われる。この磁場中成形により、主に原料Ａを一定方向に揃えて、焼結後の磁歪材料を［１１１］軸方向に配向させる。
磁場中成形で得られた成形体は焼結される。焼結条件は、１１００℃以上で、好ましくは１１５０〜１２５０℃で、１〜１０時間行うことがよい。焼結の雰囲気は、非酸化性雰囲気が良く、Ａｒガス等の不活性ガス又は真空中がよい。

以上、本発明が適用される材料の例を説明したが、本発明は材料の種類に係らず、磁場中成形が適用される磁性材料に広く適用することができる。

さて、本発明の磁場中成形方法に適用される磁性粉末の形態は特に限定されないが、顆粒の形態をなした磁性粉末に適用することにより好ましい効果を得ることができる。一般に、顆粒は嵩密度が高いために磁場印加による配向度が低くなるといわれているが、後述する実施例に示すように、本発明による空間高さを設けることにより、焼結磁石であれば高い残留磁束密度（Ｂｒ）を得ることができる。

顆粒は公知の種々の方法により作製することができるが、所謂一次粒子を有機液体で付着させて顆粒を作製することができる。有機液体としては、炭化水素系化合物、アルコール系化合物、エーテル系化合物、エステル系化合物、ケトン系化合物、脂肪酸系化合物、テルペン系化合物の１種又は２種から選択されたものを使用することができる。

磁性粉末に対する有機液体の量は特に制限されないが、有機液体の量が少なすぎると、磁性粉末同士に液体架橋を生じさせるに足る液量を確保することができないために、顆粒化が困難である。一方、有機液体の量が多すぎると、得られた顆粒をそのまま磁場中成形する場合に液体が過剰に存在して成形を阻害するおそれがある。以上より、磁性粉末に対する有機液体の量は１．５〜１２ｗｔ％とすることを推奨する。より好ましい有機液体の量は１．５〜８ｗｔ％、さらに好ましい有機液体の量は２〜６ｗｔ％である。なお、有機液体の量が多い場合は、磁場中成形までにその一部を除去すればよいので、量が少ない場合に比べると本質的な問題とは言えない。なお、添加量の好ましい範囲は、有機液体の種類によって変わり、例えばオクタノールなら２〜６ｗｔ％、エタノールなら２〜１２ｗｔ％である。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ストリップキャスト法により、２６．５ｗｔ％Ｎｄ−５．９ｗｔ％Ｄｙ−０．２５ｗｔ％Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｏ−０．０７ｗｔ％Ｃｕ−１ｗｔ％Ｂ−Ｆｅの組成を有する原料合金を作製した。
次いで、室温にて原料合金に水素を吸蔵させた後、Ａｒ雰囲気中で６００℃×１時間の脱水素を行なう水素粉砕処理を行なった。
水素粉砕処理が施された合金に、粉砕性の向上並びに成形時の配向性の向上に寄与する潤滑剤を０．０５〜０．１％混合した。潤滑剤の混合は、例えばナウターミキサー等により５〜３０分間ほど行なう程度でよい。その後、ジェットミルを用いて平均粒径が５．０μｍの微粉砕粉末を得た。

以上の微粉砕粉末を造粒装置のチャンバ内に入れ、酸化防止のためチャンバ内部を窒素で満たした。造粒装置は、チャンバ容積が４リットルの高速流動型スパルタンリューザ（ダルトン社製）を用いた。オクタノール添加して造粒を行い、平均粒径３５０μｍの顆粒を作製した。この顆粒におけるオクタノールの残留量は０．５ｗｔ％である。

以上の微粉砕粉末及び顆粒を各々磁場中成形した。磁場中成形は、底面を１０ｍｍ×１０ｍｍとするキャビティに微粉砕粉末又は顆粒を１０ｇ供給し、アンダーフィル高さを種々変化させて行った。磁性粉末充填から始まる一連の工程毎に要する時間を図５に示すように比較することにより、アンダーフィルを行わない場合に対して、アンダーフィルを行うことにより増加した時間（合計増加時間）を求めた。

図５において、（ａ）の段がアンダーフィルを行う場合、（ｂ）の段がアンダーフィルを行わない場合を示している。なお、図５において、ダイ１０の昇降速度は５ｍｍ／ｓである。上パンチ３０は、ダイ１０内における昇降速度は５ｍｍ／ｓ、ダイ１０外における昇降速度は２０ｍｍ／ｓである。
図５（ａ）において、磁性粉末Ｐを充填後、アンダーフィルを行う。ここで、図５（ａ）の例ではアンダーフィル高さを６８．５ｍｍとしている。したがって、アンダーフィルのためのダイ１０の上昇時間（Ａ）は、６８．５ｍｍ／５ｍｍ／ｓにより、１３．７ｓとなる。
次に、アンダーフィル終了後に上パンチ３０をダイ１０の上面まで下降させる。上パンチ３０はダイ１０内に挿入せず、上パンチ３０の下面とダイ１０の上面が一致する位置まで下降させることとした。このときＬｆ＝Ｌｓとなる。この上パンチ３０の下降時間をＸ１とする。
この状態で前述したように磁場を印加した後に、上パンチ３０を磁性粉末Ｐに接触するまで下降させる。このときに上パンチ３０の下降に要する時間（Ｂ）は、６８．５ｍｍ／５ｍｍ／ｓより、１３．７ｓとなる。

上パンチ３０が磁性粉末Ｐに接触した後に、さらに上パンチ３０を下降させることにより加圧する。加圧終了までの時間をＸ２とする。
加圧が終了すると、成形体がダイ１０から排出（パンチアウト）されるまでダイ１０を下降させる。加圧が終了した位置からダイ１０が６８．５ｍｍ下降して当初の位置に戻るのに要する時間（Ｃ）は、６８．５ｍｍ／５ｍｍ／ｓより、１３．７ｓとなる。その後、パンチアウトが完了するまでの時間をＸ３とする。
パンチアウトが完了した後、上パンチ３０を当初の位置に戻るまでの時間をＸ４とする。

以上の通りであり、アンダーフィルを６８．５ｍｍだけ行う図５（ａ）の場合に、磁性粉末充填完了から上パンチ３０を当初の位置に戻すまでに要する時間Ｔ１は下記の通りとなる。
Ｔ１＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋１３．７（Ａ）＋１３．７（Ｂ）＋１３．７（Ｃ）（ｓ）

次に、アンダーフィルを行わない場合を、図５（ｂ）を参照しつつ説明する。
磁性粉末Ｐを充填後、上パンチ３０を磁性粉末Ｐに接触するまで下降する。磁性粉末Ｐに接触するまで下降する過程であって、上パンチ３０の下面がダイ１０の上面から６８．５ｍｍの距離まで下降する時間はＸ１である。そして、この位置から上パンチ３０が磁性粉末Ｐに接触するまでの時間（Ｄ）は、上パンチ３０の下降速度が２０ｍｍ／ｓであるから、６８．５ｍｍ／２０ｍｍ／ｓより、３．４ｓである。

上パンチ３０が磁性粉末Ｐに接触した後に、さらに上パンチ３０を下降させることにより加圧する。加圧終了までの時間はＸ２である。加圧が終了すると、成形体がダイ１０から排出（パンチアウト）されるまでダイ１０を下降させる。ダイ１０は当初の位置のままであるから、これに要する時間は、Ｘ３である。パンチアウトが完了した後、上パンチ３０を当初の位置に戻るまでの時間をＸ４である。

以上の通りであり、アンダーフィルを行わない図５（ｂ）の場合に、磁性粉末充填完了から上パンチ３０を当初の位置に戻すまでに要する時間Ｔ２は下記の通りとなる。
Ｔ２＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋３．４（Ｄ）（ｓ）

したがって、アンダーフィルを行わない場合に比べアンダーフィルを行うと、ダイ１０の上昇時間（Ａ）及び加圧終了後のダイ１０の下降時間（Ｃ）が純粋に増える。また、ダイ１０内で上パンチ３０が下降時間する時間は、（Ｂ）−（Ｄ）だけ増加する。この時間をパンチ下降増加時間とする。

以上の説明にしたがって、アンダーフィル高さを表１及び表２に示す種々の値として、アンダーフィルを行った場合に増加する合計時間（合計増加時間）を求めた。その結果を表１及び表２に示した。なお、表１は微粉砕粉末をそのまま磁場中成形した場合を示し、表２は顆粒を磁場中成形した場合について示してある。また、表１及び表２に、磁石粉末の充填密度Ｄｐ、磁石粉末の充填密度Ｄｐと磁性粉末の嵩密度Ｄｂの比Ｄｐ／Ｄｂ、キャビティ高さＬｃ及びアンダーフィル高さＬｆを記載してある。

表１及び表２に示すように、Ｄｐ／Ｄｂが小さくなる、つまりアンダーフィル高さＬｆを大きくすることにより、アンダーフィルを行うことにより増加する時間が極めて長くなることがわかる。

磁場中成形の後、得られた成形体を真空中およびＡｒ雰囲気中で１０８０℃まで昇温し４時間保持して焼結を行った。次いで得られた焼結体に８００℃×１時間と５６０℃×１時間（ともにＡｒ雰囲気中）の２段時効処理を施した。
得られた焼結磁石の磁気特性（残留磁束密度（Ｂｒ））を測定した。その結果を表３に示す。なお、表３における磁石粉末の充填密度Ｄｐと磁石粉末の嵩密度Ｄｂの比Ｄｐ／Ｄｂが１００％を超える値となっているものは、磁性粉末の上面に上パンチの加圧面が接触した状態からさらに上パンチを下降させ、磁石粉末を加圧した後に磁場を印加したことを意味している。また、Ｄｐと残留磁束密度（Ｂｒ）との関係を図６に、Ｄｐ／Ｄｂと残留磁束密度（Ｂｒ）との関係を図７に示す。

表３、図６及び図７より以下のことが判明した。
焼結磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）は、磁石粉末の充填密度Ｄｐが２．５ｇ／ｃｍ^３以上になると、焼結磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）が急激に低下する。これは、磁場中成形の対象が微粉砕粉末及び顆粒の両者に共通している。

次に、焼結磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）は、磁石粉末の充填密度Ｄｐと磁石粉末の嵩密度Ｄｂの比Ｄｐ／Ｄｂが特定の値以上になると急激に低下する。この特定の値は、微粉砕粉末と顆粒とで相違する。前述したように、Ｄｐ／Ｄｂが１００％とは、磁性粉末の上面に上パンチの加圧面が接触している状態を示しており、残留磁束密度（Ｂｒ）はＤｐ／Ｄｂが１００％を境界にして変動するものと予想された。しかし、微粉砕粉末の場合、Ｄｐ／Ｄｂが１３０％近傍に残留磁束密度（Ｂｒ）が大きく変動する。これは、微粉砕粉末の嵩密度が低いことに起因しているものと解される。つまり、嵩密度が低いとキャビティ内に存在する磁石粉末間の空隙が多く存在するため、磁場印加による配向が容易である。これに対して、顆粒は嵩密度が高いため、磁場印加による配向がしにくい。そのため、顆粒の場合には、Ｄｐ／Ｄｂが１００％を境界にして残留磁束密度（Ｂｒ）が変動するものと解される。このことは、本発明による磁気特性向上の効果は、顆粒ほど享受しやすいことを示している。Ｄｐ／Ｄｂが１００％以上の範囲で残留磁束密度（Ｂｒ）の向上率が、微粉砕粉末に比べて顆粒のほうが高くなっており、このことからも本発明の効果は、顆粒を用いる場合に顕著となる。

磁場中成形工程を説明する図である。磁場中成形工程を説明する図である。アンダーフィル高さを説明する図である。磁石粉末の充填密度Ｄｐと磁石粉末の嵩密度Ｄｂの比Ｄｐ／Ｄｂについて説明する図である。実施例において、アンダーフィルによる増加時間を求める方法を示す図である。磁石粉末の充填密度Ｄｐと残留磁束密度（Ｂｒ）との関係を示すグラフである。磁石粉末の充填密度Ｄｐと磁石粉末の嵩密度Ｄｂの比Ｄｐ／Ｄｂと残留磁束密度（Ｂｒ）の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…ダイ、２０…下パンチ、３０…上パンチ、Ｐ…磁性粉末、Ｃ…成形体

Claims

上パンチ、下パンチ及びダイにより、磁場が印加された磁性粉末を加圧成形する磁場中成形方法において、
前記下パンチ及び前記ダイにより形成される空間に前記磁性粉末を供給する工程（ａ）と、
前記下パンチを相対的に下降するアンダーフィルを行う工程（ｂ）と、
前記上パンチを、前記磁性粉末の上方に所定の間隙を形成するように、前記ダイに対して下降する工程（ｃ）と、
前記磁性粉末に磁場を印加する工程（ｄ）と、
前記磁場の印加を継続しつつ、前記下パンチに対して前記上パンチを相対的に下降させることにより前記磁性粉末を加圧する工程（ｅ）と、
を備え、
前記磁性粉末の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、
前記工程（ｃ）における前記上パンチ、前記下パンチ及び前記ダイにより形成された空間における前記磁性粉末の充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、
前記工程（ｃ）において５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備することを特徴とする磁場中成形方法。
前記工程（ｃ）において７０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９０（％）の条件を具備することを特徴とする請求項１に記載の磁場中成形方法。
前記磁性粉末は、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ_１化合物（Ｒ：希土類金属元素の１種または２種以上）を主成分とし、顆粒の形態をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場中成形方法。
金型キャビティ内において、磁性粉末に磁場を印加した後に、前記磁場を印加したままで前記磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、
を備え、
前記加圧成形前の前記磁場を印加する際に、
前記磁性粉末の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｂ、
上パンチ、下パンチ及びダイにより形成された前記金型キャビティ内における前記磁性粉末の充填密度（ｇ／ｃｍ^３）をＤｐとすると、
５０≦Ｄｐ／Ｄｂ×１００≦９５（％）の条件を具備することを特徴とする焼結体の製造方法。