JP2012092385A

JP2012092385A - 金属圧粉体の製造方法

Info

Publication number: JP2012092385A
Application number: JP2010239834A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Okamura; 興作岡村
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】外枠型からの内枠型および金属圧粉体の取り出し時における、金属圧粉体の破損を簡易に防止することができる金属圧粉体の製造方法を提供すること。
【解決手段】外枠型２と、その外枠型２に嵌合される分割可能な内枠型３とを備える金型１を用意し、次いで、内枠型３の内枠内側面８に、窒化物の膜１０を形成し、次いで、内枠型３内において、膜１０に接するように、金属の粉末を充填し、金型１において、粉末を圧力成形して、金属圧粉体１１を得て、その後、金型１から内枠型３および金属圧粉体１１を取り出した後、内枠型３から、金属圧粉体１１を取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属圧粉体の製造方法に関する。

従来より、高い磁気特性を有する磁石として、異方性の希土類永久磁石（異方性磁石）などが知られている。

このような異方性磁石は、例えば、還元拡散法などにより得られた金属粉末（磁石粉末）を、金型などに充填し、その後、圧力成形および焼結することにより、金属圧粉体として、製造される。

このような金属圧粉体を製造する方法として、より具体的には、例えば、還元拡散法により作製したＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３の粉末を非磁性金型に充填し、その混合粉末を磁場プレスし、得られた圧粉体を取り出してグラファイト製焼結型に充填し直し、パルス通電加圧焼結によって焼結体とすることにより、異方性磁石を製造する方法が検討されている。

また、金属圧粉体としては、異方性磁石の他、例えば、通電コマなどが挙げられ、そのような金属圧粉体を製造する方法としては、例えば、炭化タングステンの粉末にコバルト粉末などを添加した混合粉末を、グラファイト製焼結型に充填し、その混合粉末を焼結型内でパルス通電加圧焼結によって焼結して焼結体とし、得られた焼結体を所望の輪郭形状に切断および研磨することにより、通電コマを製造する方法が提案されている。また、このような方法に用いられる焼結型として、円周方向に複数（例えば、４つ）の部分に分割できる分割型と、その分割型の外側を押さえる、押さえスリーブとを備える焼結型が、提案されている（例えば、特許文献１（図７および図８）参照。）。

そして、特許文献１に記載されるように、分割式の焼結型を用いて、粉末を圧力成形した後には、通常、まず、焼結型および成形体を、押さえスリーブから押し出し、その後、焼結型を分割して、成形体を取り出す。

特開２００３−２６６２４８号公報

しかるに、上記した方法では、押さえスリーブから焼結型および成形体を押し出すときに、成形体と焼結型とにずれが生じ、その応力により、成形体が破損する場合がある。

とりわけ、圧力成形される粉末が、還元拡散法により製造されている場合など、粉末が微細であり、また、表面が平滑である場合には、成形体と焼結型とにずれが生じやすく、その応力により、成形体が破損しやすいという不具合がある。

本発明の目的は、外枠型からの内枠型および金属圧粉体の取り出し時における、金属圧粉体の破損を簡易に防止することができる金属圧粉体の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の金属圧粉体の製造方法は、外枠型と、前記外枠型に嵌合される、分割可能な内枠型とを備える金型を用意する工程、前記内枠型の内側面に、窒化物の膜を形成する工程、前記内枠型内において、前記膜に接するように、金属の粉末を充填する工程、前記金型において、前記粉末を圧力成形し、金属圧粉体を得る工程、前記金型から、前記内枠型および前記金属圧粉体を取り出す工程、および、前記内枠型から、前記金属圧粉体を取り出す工程を備えることを特徴としている。

また、本発明の金属圧粉体の製造方法では、前記金属が、磁性材料であることが好適である。

本発明の金属圧粉体では、金属圧粉体と接する内枠型の内側面に、窒化物の膜が形成されるので、内枠型と金属圧粉体との間において、摺動する方向に対する抵抗が生じる。そのため、外枠型から、内枠型および金属圧粉体を取り出すときに、内枠型と金属圧粉体との間にずれが生じることを抑制できる。

その結果、本発明の金属圧粉体の製造方法によれば、金属圧粉体に破損が生じることを、抑制することができる。

本発明の金属圧粉体の製造方法の一実施形態において用いられる金型の分解斜視図である図１に示される内枠型が分割された状態を示す斜視図である。本発明の金属圧粉体の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ａ）は、金型を用意する工程、（ｂ）は、内枠型を外枠型に嵌合させ、内枠型の内面側に窒化物の膜を形成する工程、（ｃ）は、内枠型内において、膜に接するように粉末を充填する工程を示す。図３に続いて、本発明の金属圧粉体の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ｄ）は、内枠型内において、粉末を圧力成形する工程、（ｅ）は、金属圧粉体を得る工程、（ｆ）は、外枠型から、内枠型および金属圧粉体を取り出す工程、（ｇ）は、内枠型から、金属圧粉体を取り出す工程を示す。

図１は、本発明の金属圧粉体の製造方法の一実施形態において用いられる金型の分解斜視図であって、図２は、図１に示される内枠型が分割された状態を示す斜視図である。

図１において、金型１は、外枠型２と、内枠型３と、圧粉棒４とを備えている。

外枠型２は、筒形状に形成されており、より具体的には、高さ方向（軸心方向）における一方側端部（上端部）および他方側端部（下端部）が、平面視略円形状に開放される円筒形状に、形成されている。

外枠型２は、外枠外側面５と、外枠内側面６とを備えている。

外枠外側面５は、外枠型２の外側面（外周面）であって、その径方向長さが、高さ方向において変化しないように、形成されている。

外枠内側面６は、外枠型２の内側面（内周面）であって、その径方向長さが、高さ方向一方側（上方）から他方側（下方）に向かうに従ってわずかに小さくなるテーパ状に、形成されている。

すなわち、外枠型２は、その高さ方向において外径が一定であり、かつ、上方から下方に向かうに従ってわずかに小さくなるテーパ形状の貫通部を備える（つまり、内径が上方から下方に向かうに従ってわずかに小さくなる）円筒形状に、形成されている。

内枠型３は、図１（ａ）に示すように、筒形状に形成されており、より具体的には、高さ方向における一方側端部（上端部）および他方側端部（下端部）が、平面視略矩形状に開放される、角筒形状に、形成されている。

内枠型３は、高さ方向長さが外枠型２と略同一であって、内枠外側面７と、内枠内側面８とを備えている。

内枠外側面７は、内枠型３の外側面（外周面）であって、高さ方向一方側（上方）から他方側（下方）に向かうに従ってわずかに小さくなるテーパ状の円筒形状に形成されている。

内枠内側面８は、内枠型３の内側面（内周面）であって、その径方向長さが高さ方向において変化しない矩形筒状に形成されている。

すなわち、内枠型３は、平面視略矩形状の角柱形状の貫通部を備えるとともに、その外径が、上方から下方に向かうに従ってわずかに小さくなるテーパ状の円筒形状に、形成されている。

また、内枠型３は、分割可能であり、より具体的には、図２に示すように、複数（例えば、４つ）の内枠片９から形成されている。

各内枠片９は、平面視略扇形状である柱状、詳しくは、平面視において、中心角が直角であり、かつ、中心角を挟む２辺の長さが互いに異なる扇柱形状に、形成されている。

また、各内枠片９において、その上面および下面は、相似形状であって、具体的には、上面が扇形状に形成されるとともに、下面が、上面の扇形状よりも小さい扇形状に形成されている。

これら各内枠片９が互いに接合することにより、図１に示すように、内枠型３が、接合体として形成される。

また、このようにして接合形成される内枠型３の外径（内枠外側面７）は、外枠型２の内径（外枠内側面６）よりわずかに小さい略同一形状であって、これにより、内枠型３が、接合状態において、外枠型２に嵌合可能とされている。

圧粉棒４は、図１に示すように、平面視略矩形の角柱形状に形成されており、金型１において、２つ（一対）設けられている。なお、以下において、２つの圧粉棒４を区別する場合には、それぞれ、下側圧粉棒４ａ、上側圧粉棒４ｂとする。

このような各圧粉棒４の外形は、内枠型３の貫通部形状よりわずかに小さい略同一形状であって、これにより、各圧粉棒４が、内枠型３の貫通部に挿通可能とされている。

このような金型１（外枠型２、内枠型３および圧粉棒４）は、例えば、超硬合金などから形成される。

超硬合金は、周期律表（ＩＵＰＡＣＰｅｒｉｏｄｉｃＴａｂｌｅｏｆｔｈｅＥｌｅｍｅｎｔｓ（ｖｅｒｓｉｏｎｄａｔｅ２２Ｊｕｎｅ２００７）に従う。）第４〜６族の金属原子の炭化物（例えば、ＷＣ（タングステンカーバイド）など）を、例えば、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの鉄系金属で焼結した複合材料である。

超硬合金として、好ましくは、Ｎｉ結合合金が挙げられる。

Ｎｉ結合合金として、より具体的には、例えば、ＷＣ−Ｎｉ（タングステンカーバイト−ニッケル）系合金、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ（タングステンカーバイト−ニッケル−クロム）系合金などが挙げられる。

また、超硬合金としては、さらに、その他の超硬合金、より具体的には、例えば、ＷＣ−Ｆｅ（タングステンカーバイト−鉄）系合金などの鉄結合合金、例えば、ＷＣ−Ｃｏ（タングステンカーバイト−コバルト）系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ（タングステンカーバイト−チタンカーバイト−コバルト）系合金、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ（タングステンカーバイト−タンタルカーバイト−コバルト）系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ（タングステンカーバイト−チタンカーバイト−タンタルカーバイト−コバルト）系合金などのＣｏ結合合金なども挙げられる。

図３および図４は、本発明の金属圧粉体の製造方法の一実施形態を示す工程図である。なお、なお、上記した部材に対応する部材については、以下の各図において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

次いで、上記した金型１を用いて、金属圧粉体１１（後述）を製造する方法について、図３および図４を参照して説明する。

この方法では、まず、図３（ａ）に示すように、上記した金型１、すなわち、外枠型
２、内枠型３および一対の圧粉棒４を用意する。

次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、各内枠片９を組み合わせて内枠型３を組み立てた後、その内枠型３を上方から外枠型２の貫通部に挿入して嵌合させ、その後、内枠型３の内面側、つまり、内枠内側面８に、窒化物の膜１０を形成する。

窒化物としては、後述する圧力成形や加熱処理などに耐えることができれば、特に制限されないが、例えば、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化クロム、窒化タングステン、窒化マグネシウム、窒化モリブデン、窒化リチウムなどが挙げられる。

これら窒化物は、単独使用または２種類以上併用することができる。

窒化物として、好ましくは、窒化ホウ素が挙げられる。

窒化物として窒化ホウ素を用いれば、磁性粉末を成型する場合、磁性粉末と反応しても劣化の少ないＢとＮから構成されているため、特性の高い圧粉体を得ることができる。

膜１０は、窒化物（例えば、窒化物および溶剤、さらに、必要によりバインダを含む窒化物の溶液および／または分散液など）を、例えば、スプレー法、ダイコーター法、インクジェット法など公知の塗布方法、好ましくは、スプレー法により内枠型３の内側面に塗布し、その後、必要により、乾燥させることにより、形成される。

膜１０は、その厚みが、例えば、０．１〜５００μｍ、好ましくは、１〜５０μｍとなるように、形成される。

膜１０の厚みが上記範囲であれば、金属圧粉体と接する内枠型の内側面に、途切れなく窒化物の膜が形成されるので、圧粉体を取り出す際に、内枠型と金属圧粉体との間の摺動を抑制できる。その結果、金属圧粉体を破損させずに取り出すことができる。

次いで、この方法では、図３（ｃ）に示すように、内枠型３内において、膜１０に接するように、粉末を充填する。

より具体的には、内枠型３の貫通孔に、下方から下側圧粉棒４ａを挿通し、図示しない固定部材によって固定し、その後、内枠型３内に金属の粉末を投入する。これにより、膜１０に接するように、金属の粉末が、下側圧粉棒４ａの上面に堆積される。

粉末の投入量は、金型１のサイズにより異なるが、例えば、０．１〜１００ｇ、好ましくは、０．３〜１０ｇである。

金属の粉末としては、例えば、磁性材料の粉末が挙げられ、磁性材料の粉末としては、例えば、磁石粉末、金属ガラス粉末などが挙げられる。

これら粉末は、単独使用または２種類以上併用することができる。

粉末として、好ましくは、磁性材料の粉末が挙げられ、好ましくは、磁石粉末の単独使用、または、磁石粉末および金属ガラス粉末の併用が挙げられる。

磁石粉末としては、例えば、窒素系磁石粉末（以下、窒素系磁石と称する）、ナノコンポジット磁石粉末（以下、ナノコンポジット磁石と称する）などが挙げられる。

本発明において、窒素系磁石としては、特に制限されないが、例えば、希土類−遷移金属−窒素系磁石などが挙げられる。

希土類−遷移金属−窒素系磁石としては、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｎ系磁石などが挙げられ、好ましくは、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石が挙げられる。

Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の組成を有する磁石（以下、ＳｍＦｅＮと称する場合がある。）の粉末であって、例えば、公知の方法により得られたＳｍＦｅＮを粉砕することにより、製造することができる。

より具体的には、例えば、まず、サマリウム酸化物および鉄粉から、還元拡散法によってＳｍＦｅ合金の粉末を製造し、次いで、得られたＳｍＦｅ合金の粉末を、例えば、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｎ_２およびＨ_２混合ガスなどの雰囲気中において、例えば、６００℃以下の温度で加熱することにより、ＳｍＦｅＮを製造する。

その後、得られたＳｍＦｅＮを、例えば、ジェットミル、ボールミルなどの公知の粉砕装置で微粉砕する。これにより、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石を得ることができる。

また、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石は、ＳｍＦｅＮを粉砕することなく製造することもできる。この方法では、例えば、まず、ＳｍおよびＦｅを酸に溶解し、ＳｍイオンおよびＦｅイオンを得た後、その溶解液に、例えば、ＳｍイオンおよびＦｅイオンと反応して不溶性の塩を形成する陰イオン（例えば、水酸化物イオン、炭酸イオンなど）などを添加し、塩の沈殿物を得る。

その後、得られた沈殿物を焼成し、金属酸化物を製造した後、その金属酸化物を還元処理する。これにより、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石を得ることができる。

なお、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石は、上記の方法に限定されず、他の公知の方法により製造することができる。

このようなＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石として、より具体的には、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３（キュリー点：４７４℃）などが挙げられる。

これら窒素系磁石は、単独使用または２種類以上併用することができる。

なお、窒素系磁石の分解温度は、例えば、６００℃以上である。さらには、このような窒化物磁石は、加熱により、例えば、５００℃から徐々に分解し、ＳｍＮ、Ｆｅなどを生じる。

また、窒素系磁石（粉末）の体積平均粒子径は、例えば、１〜２０μｍ、好ましくは、２〜４μｍである。

窒素系磁石（粉末）の体積平均粒子径が上記範囲であれば、保磁力が良好となる。

また、このような窒素系磁石（粉末）としては、一般に市販されているものを用いることができ、例えば、Ｚ１６（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石（Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３）、分解温度６００℃、体積平均粒子径３μｍ、日亜化学工業社製）などを用いることができる。

本発明において、ナノコンポジット磁石としては、特に制限されないが、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ナノコンポジット磁石などが挙げられる。

Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ナノコンポジット磁石は、例えば、Ｆｅ／Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の組織を有するナノコンポジット磁石の粉末であって、特に制限されないが、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石に電流および圧力をかけることにより製造することができる。

より具体的には、この方法では、例えば、放電プラズマ焼結機などを用いて、公知の方法により得られたＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石を所定圧力で加圧するとともに、所定時間パルス通電する。これにより、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石を部分的に分解することができ、高磁性相としてのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ単結晶相中に、軟磁性相としてのＦｅ結晶相を形成することができる。これによりＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ナノコンポジット磁石を製造することができる。また、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ナノコンポジット磁石は、必要により、さらに粉砕して用いることもできる。

なお、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系ナノコンポジット磁石は、上記の方法に限定されず、他の公知の方法により製造することができる。

このようなＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ナノコンポジット磁石として、より具体的には、ＦｅとＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３（キュリー点：４７４℃）とのナノコンポジット磁石などが挙げられる。

これらナノコンポジット磁石は、単独使用または２種類以上併用することができる。

一般に、磁性材料粉末からなる金属圧粉体１１の製造においてナノコンポジット磁石を焼成すると、その結晶が粗大化して、保磁力が低下する。

ナノコンポジット磁石の結晶が粗大化する温度は、例えば、６００℃以上である。

また、ナノコンポジット磁石（粉末）の体積平均粒子径は、例えば、１〜２０μｍ、好ましくは、２〜４μｍである。

ナノコンポジット磁石（粉末）の体積平均粒子径が上記範囲であれば、残留磁束密度が良好となる。

また、磁石粉末としては、さらに、上記磁石（窒素系磁石、ナノコンポジット磁石）の他の異方性磁石粉末も挙げられ、そのような磁石粉末として、より具体的には、例えば、ＨＤＤＲ（ＨｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎＲｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）処理されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末などが挙げられる。

これら磁石粉末は、単独使用または２種類以上併用することができる。

金属ガラスは、結晶化温度（Ｔｘ）未満の温度で変形開始（軟化）するアモルファス合金であって、優れた磁気特性を備えている。このような金属ガラスは、加熱することにより、変形開始（軟化）し、その後、結晶化する。

金属ガラスは、例えば、希土類元素、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）およびＢ（ホウ素）を含有する。

金属ガラスにおいて、希土類元素は、金属圧粉体１１に、結晶磁気異方性を生じさせ、その磁気特性（例えば、保磁力など）を向上させるために含有される。

希土類元素としては、例えば、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）などの軽希土類元素、例えば、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）などの重希土類元素などが挙げられる。

これら希土類元素は、単独使用または２種類以上併用することができる。

希土類元素として、好ましくは、軽希土類元素、より好ましくは、Ｎｄ（ネオジム）が挙げられる。

希土類元素としてＮｄ（ネオジム）を用いれば、金属圧粉体１１の保磁力、残留磁化を向上することができる。

金属ガラスにおいて、希土類元素の原子割合は、例えば、２５〜５５原子％、好ましくは、２５〜５０原子％、より好ましくは、３０〜５０原子％の範囲である。

希土類元素の原子割合が上記下限未満である場合には、後述する熱処理のエネルギーコストが増加し、また、作業性および生産性が低下するという不具合がある。

また、希土類元素の原子割合が上記上限を超過する場合には、金属圧粉体１１の残留磁化が低下するという不具合がある。

これに対し、希土類元素の原子割合が上記範囲であれば、金属圧粉体１１の残留磁化を向上することができ、さらには、高温で熱処理することなく、すなわち、低コスト、かつ、作業性および生産性よく金属圧粉体１１を製造することができる。

また、希土類元素の原子割合として、好ましくは、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）のそれぞれの原子割合より多く、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）の原子割合の総量より少ないことが挙げられる。

金属ガラスにおいて、Ｆｅ（鉄）は、磁性に寄与する元素であって、金属圧粉体１１の磁気特性（例えば、残留磁束密度など）を向上させるために含有される。

金属ガラスにおいて、Ｆｅ（鉄）の原子割合は、例えば、１０〜６５原子％、好ましくは、１５〜６０原子％、より好ましくは、２０〜５５原子％の範囲である。

Ｆｅ（鉄）の原子割合が上記下限未満である場合には、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度が低下する場合がある。

また、Ｆｅ（鉄）の原子割合が上記上限を超過する場合には、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の保磁力が低下する場合がある。

金属ガラスにおいて、Ｃｏ（コバルト）は、金属ガラスを、軟化状態（ガラス状態）において安定化させ、その成形性を向上するために含有される。

金属ガラスにおいて、Ｃｏ（コバルト）の原子割合は、例えば、１０〜５０原子％、好ましくは、１５〜４５原子％、より好ましくは、１５〜４０原子％の範囲である。

Ｃｏ（コバルト）の原子割合が上記下限未満である場合には、成形性および加工性が低下する場合がある。

また、Ｃｏ（コバルト）の原子割合が上記上限を超過する場合には、金属圧粉体１１の残留磁束密度が低下する場合がある。

また、Ｃｏ（コバルト）の原子割合として、好ましくは、上記したＦｅ（鉄）の原子割合と同一または少ない、より好ましくは、同一の原子割合であることが挙げられる。

金属ガラスにおいて、Ｂ（ホウ素）は、金属ガラスに非晶質相を形成し、アモルファス合金とするために含有される。

金属ガラスにおいて、Ｂ（ホウ素）の原子割合は、例えば、５〜３５原子％、好ましくは、１０〜３０原子％、より好ましくは、１０〜２５原子％の範囲である。

Ｂ（ホウ素）の原子割合が上記下限未満である場合には、後述する急冷時において、結晶相が生成する場合があり、成形性および加工性が低下する場合がある。

また、Ｂ（ホウ素）の原子割合が上記上限を超過する場合には後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度が低下する場合がある。

また、Ｂ（ホウ素）の原子割合は、好ましくは、上記希土類元素、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）のいずれの原子割合よりも低いことが挙げられる。

このような場合には、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度および保磁力を良好とすることができる。

また、金属ガラスは、さらに、その他の元素、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）Ａｇ（銀）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）などの遷移元素、例えば、Ｃ（炭素）、Ｐ（リン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃａ（カルシウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｐｂ（鉛）などの典型元素など、種々の元素を含むことができる。

これらその他の元素は、単独使用または２種類以上併用することができる。

その他の元素として、好ましくは、典型元素、より好ましくは、Ａｌ（アルミニウム）が挙げられる。

金属ガラスがＡｌ（アルミニウム）を含有すれば、後述する金属ガラスの変形開始温度（軟化開始温度、ガラス遷移温度（Ｔｇ））を低く抑えることができるため、成形性をより向上することができる。

金属ガラスがＡｌ（アルミニウム）を含有する場合において、Ａｌ（アルミニウム）の原子割合は、例えば、１５原子％以下であり、好ましくは、５原子％以下である。

Ａｌ（アルミニウム）の原子割合が５原子％以上である場合には、磁性材料の製造におけるコストを増加させる場合や、作業性および生産性を低下させる場合がある。

そして、このような金属ガラスにおいて、希土類元素、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）の原子割合の総量は、例えば、６５〜９５原子％、好ましくは、７０〜９０原子％、より好ましくは、７５〜８５原子％である。

希土類元素、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）の原子割合の総量が上記範囲であれば、金属ガラスの成形性および加工性を向上することができ、さらには、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度および保磁力を良好とすることができる。

また、金属ガラスにおいて、希土類元素、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）を除く元素（必須成分としてＢ（ホウ素）を含み、任意成分としてその他の元素（例えば、Ａｌ（アルミニウム）などを含む。）の原子割合の総量は、例えば、５原子％以上、好ましくは、１０〜３０原子％、より好ましくは、１５〜２５原子％、とりわけ好ましくは、１５〜２０原子％の範囲である。

希土類元素、Ｆｅ（鉄）およびＣｏ（コバルト）を除く元素の原子割合の総量が上記範囲であれば、金属ガラスの成形性および加工性を向上することができ、さらには、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度および保磁力を良好とすることができる。

このような金属として、とりわけ好ましくは、下記式（１）で示される金属ガラスが挙げられる。

Ｒ_８３−ｘＦｅ_ｘ／２Ｃｏ_ｘ／２Ａｌ_１７−ｙＢ_ｙ（１）
（式中、Ｒは、希土類元素を示す。また、０＜ｘ＜８３であり、また、０＜ｙ≦１７である。）
上記式（１）において、Ｒは、上記した希土類元素を示す（以下同様。）。

また、ｘの範囲は、０＜ｘ＜８３、好ましくは、２８＜ｘ＜５８、より好ましくは、３３＜ｘ＜５３である。

ｘの値が上記範囲であれば、金属ガラスの成形性および加工性を向上することができ、さらには、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度および保磁力を良好とすることができる。

また、ｙの範囲は、０＜ｙ≦１７、好ましくは、１２＜ｙ＜１７、より好ましくは、１３．５＜ｙ＜１７である。

ｙの値が上記範囲であれば、金属ガラスの成形性および加工性を向上することができ、さらには、後述する熱処理後の金属圧粉体１１の残留磁束密度および保磁力を良好とすることができる。

そして、このような金属ガラスは、特に制限されず、公知の方法により製造することができる。

より具体的には、例えば、まず、原料成分として、上記各元素の単体の粉末、塊状物など（必要により、一部合金化していてもよい）を用意し、それらを、上記原子割合となるように混合する。

次いで、得られた原料成分の混合物を、例えば、不活性ガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガスなど）雰囲気において溶解させる。

原料成分の溶解方法としては、上記各元素を溶解できる方法であれば特に制限されないが、例えば、アーク溶解などが挙げられる。

次いで、例えば、放冷し、上記各元素を上記原子割合で含有する塊状合金（鋳塊、インゴット）を得る。その後、得られた塊状合金を公知の方法により粉砕し、合金粒状物（粒子径：０．５〜２０ｍｍ）を得る。

その後、この方法では、得られた合金粒状物を溶解させ、合金溶湯を得る。

合金粒状物の溶解方法としては、上記合金粒状物を溶解できる方法であれば特に制限されないが、例えば、高周波誘導加熱などが挙げられる。

次いで、この方法では、得られた合金溶湯を、公知の方法、例えば、単ロール法、ガスアトマイズ法などにより急冷し、金属ガラスを得る。

単ロール法では、例えば、回転する冷却ロールの外周表面上に合金溶湯を流下し、その合金溶湯と冷却ロールとを所定時間接触させることにより、合金溶湯を急冷する。

合金溶湯の急冷速度（冷却速度）は、例えば、１０^−２〜１０^３℃／ｓである。

また、合金溶湯の急冷速度（冷却速度）は、例えば、冷却ロールの周速度を調節することなどにより制御される。このような場合において、冷却ロールの周速度は、例えば、１〜６０ｍ／ｓ、好ましくは、２０〜５０ｍ／ｓ、より好ましくは、３０〜４０ｍ／ｓである。

このように合金溶湯を急冷することにより、冷却ロールの外周表面上において、例えば、帯状（薄膜状、厚膜状を含む）の金属ガラスを得ることができる。

得られる金属ガラスの厚みは、例えば、１〜５００μｍ、好ましくは、５〜３００μｍ、より好ましくは、１０〜１００μｍである。

また、ガスアトマイズ法では、上記の合金溶湯に、例えば、高圧の噴射ガス（例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガスなど）を噴き付け、合金溶湯を急冷するとともに微粉化する。

このように合金溶湯を急冷することにより、金属ガラスの粉末を得ることができる。

得られる金属ガラスの体積平均粒子径は、例えば、１〜２００μｍ、好ましくは、５〜５０μｍである。

なお、合金溶湯の急冷方法としては、上記の単ロール法、ガスアトマイズ法に限定されず、公知の方法を採用することができる。好ましくは、単ロール法が採用される。

そして、このようにして得られる金属ガラスの変形開始温度（軟化開始温度、ガラス遷移温度（Ｔｇ））は、６００℃以下、好ましくは、５００℃以下、より好ましくは、４５０℃以下である。

金属ガラスの変形開始温度は、例えば、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）、または、放電プラズマ焼結機のプレス変位測定などにより、求めることができる。

なお、金属ガラスのガラス遷移温度（Ｔｇ）が既知である場合には、そのガラス遷移温度を、変形開始温度として採用することもできる。

また、金属ガラスの結晶化温度（Ｔｘ）（結晶化を開始する温度）は、上記変形開始温度よりも高く、例えば、６００℃以下、好ましくは、５５０℃以下、より好ましくは、５００℃以下である。

金属ガラスの結晶化温度（Ｔｘ）は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）によって測定することができる。なお、結晶化温度（Ｔｘ）が複数確認される場合には、それら結晶化温度（Ｔｘ）のうち最も高い結晶化温度（Ｔｘ）を、金属ガラスの結晶化温度（Ｔｘ）とする。

これら金属ガラスは、単独使用または２種類以上併用することができる。

磁石粉末と金属ガラスとを併用する場合において、それらの配合割合は、磁石粉末と金属ガラスとの総量１００質量部に対して、磁石粉末が、例えば、６０〜９９質量部、好ましくは、８０〜９５質量部であり、金属ガラスが、例えば、１〜４０質量部、好ましくは、５〜２０質量部である。

また、磁性材料の粉末として、磁石粉末と金属ガラスとを併用する場合には、それらを混合し、混合粉末として用いることができる。

混合は、磁石粉末と金属ガラスとを十分に混合できれば、特に制限されず、例えば、ボールミル、アトライターなどの公知の混合装置を用いることができる。

混合条件としては、特に制限されないが、ボールミル（容量０．３Ｌ）を使用する場合には、回転数が、例えば、１００〜３００ｒｐｍ、好ましくは、１５０〜２５０ｒｐｍであって、混合時間が、例えば、５〜６０分間、好ましくは、５〜４５分間である。

なお、磁性材料の粉末としては、上記の磁石粉末および金属ガラスに限定されず、例えば、鉄およびケイ素を含むＦｅ−Ｓｉ粉末など、公知の磁性材料の粉末を採用することができる。

次いで、この方法では、図４（ｄ）および図４（ｅ）に示すように、内枠型３内において、粉末を圧力成形する。

より具体的には、内枠型３の貫通孔に上方から上側圧粉棒４ｂを挿入し、内枠型３内において、粉末を、下側圧粉棒４ａの上面と上側圧粉棒４ｂの下面とで挟むように、粉末を圧力成形する。

圧力成形としては、特に制限されず、例えば、油圧プレス処理、磁場プレス処理など、公知の方法を採用することができる。

圧力成形における条件は、圧力が、例えば、３０〜２０００ＭＰａ、好ましくは、１００〜１０００ＭＰａであり、加圧時間が、例えば、６０分以下、好ましくは、１０分以下、通常、０．０１秒以上である。

また、磁場プレス処理が採用される場合には、その印加磁場は、例えば、１０ｋＯｅ以上、好ましくは、２０ｋＯｅ以上である。

粉末を磁場中で加圧すると、磁石粉末を所定方向に配向することができるため、得られる金属圧粉体１１の磁気特性を、より一層向上することができる。

これにより、金属圧粉体１１（図示せず）を得ることができる。

また、この方法では、必要により、得られた金属圧粉体１１（図示せず）を、例えば、上記の金型、すなわち、圧力成形で用いた同一の金型内などにおいて、放電プラズマ焼結することができる。

放電プラズマ焼結では、金属圧粉体１１（図示せず）を、例えば、２０〜１５００ＭＰａ、好ましくは、２００〜１０００ＭＰａの圧力条件下において、例えば、４００〜６００℃、好ましくは、４１０〜５００℃に加熱（熱処理）する。

また、金属ガラスが用いられる場合には、例えば、金属ガラスの変形開始温度より、例えば、０〜２００℃、好ましくは、１０〜１５０℃高い温度に加熱（熱処理）する。

加熱は、特に制限されないが、例えば、常温から一定の昇温速度で加熱することができ、そのような場合には、昇温速度は、例えば、１０〜２００℃／分、好ましくは、２０〜１００℃／分である。

また、金属圧粉体１１の製造においては、必要により、上記の加熱処理から継続して、金属圧粉体１１（図示せず）を、高温条件下において所定時間保持することもできる。

そのような場合には、上記の加熱処理の後、例えば、４００〜６００℃、好ましくは、４１０〜５００℃において、例えば、１〜１２０分間、好ましくは、１０〜６０分間保持する。

これにより、得られる金属圧粉体１１の磁気特性を、より一層向上することができる。

また、加熱（熱処理）とともに、必要により、圧力成形することもでき、そのような場合には、成形圧力条件が、例えば、３０〜２０００ＭＰａ、好ましくは、１００〜１０００ＭＰａ、より好ましくは、２００〜８００ＭＰａである。

さらに、金属圧粉体１１（図示せず）の製造においては、例えば、上記の圧力成形を磁場中で行うことができる。

次いで、この方法では、図４（ｆ）に示すように、内枠型３を外枠型２に対して上方へ引き抜き、外枠型２から、内枠型３および金属圧粉体１１（図示せず）を取り出す。

このとき、金属圧粉体１１が、内枠型３の内枠内側面８に対して摺動される場合があるが、この方法では、金属圧粉体１１と接する内枠型３の内枠内側面８に、窒化物の膜１０が形成されているので、内枠型３と金属圧粉体１１（図示せず）との間において、摺動する方向に対する抵抗が生じる。

そのため、この方法によれば、外枠型２から、内枠型３および金属圧粉体１１（図示せず）を取り出すときに、内枠型３と金属圧粉体１１との間にずれが生じることを抑制でき、その結果、金属圧粉体１１に破損が生じることを、抑制することができる。

その後、この方法では、図４（ｇ）に示すように、内枠型３から、金属圧粉体１１を取り出す。

すなわち、内枠型３を、複数（例えば、４つ）の内枠片９に分割する。これにより、平面視略矩形平板形状の金属圧粉体１１を得ることができる。

得られる金属圧粉体１１の厚み（高さ方向長さ）は、例えば、０．１〜５０ｍｍ、好ましくは、１〜１０ｍｍである。

また、金属圧粉体１１の磁気特性は、残留磁束密度（Ｂｒ）が、例えば、０．１〜１．５Ｔ、好ましくは、０．３〜１．３Ｔ、Ｂ保磁力（ｂＨｃ）が、例えば、１００〜２０００ｋＡ／ｍ、好ましくは、４００〜２０００ｋＡ／ｍ、Ｉ保磁力（ｉＨｃ）が、例えば、２００〜２５００ｋＡ／ｍ、好ましくは、５００〜２５００ｋＡ／ｍ、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）が、例えば、１００〜４００ｋＪ／ｍ^３、好ましくは、１２０〜４００ｋＪ／ｍ^３である。

そして、このような金属圧粉体１１の製造方法では、金属圧粉体１１と接する内枠型３の内枠内側面８に、窒化物の膜１０が形成されるので、内枠型３と金属圧粉体１１との間において、摺動する方向に対する抵抗が生じる。そのため、外枠型２から、内枠型３および金属圧粉体１１を取り出すときに、内枠型３と金属圧粉体１１との間にずれが生じることを抑制できる。

その結果、この金属圧粉体１１の製造方法によれば、金属圧粉体１１に破損が生じることを、抑制することができる。

また、金属の粉末として、上記の磁性材料の粉末を用いれば、金属圧粉体１１として、優れた磁気特性を備える磁性材料（成形体）を得ることができる。

とりわけ、磁性材料の粉末として、磁石粉末および金属ガラス粉末の混合粉末を用いれば、金属圧粉体１１において、磁石粉末が焼成されることにより生じる材料劣化、より具体的には、窒素系磁石の分解によるＳｍＮ、Ｆｅなどの生成や、ナノコンポジット磁石の結晶の粗大化などが抑制されるとともに、磁石粉末の隙間（空隙）に、磁気特性に優れる金属ガラスが充填されている。

そのため、このような金属圧粉体１１によれば、簡易な製造によって、高い磁気特性を確保することができる。

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。

製造例１（金属ガラスの製造）
Ｎｄ（ネオジム）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）およびＢ（ホウ素）の単体粉末または塊状物を、Ｎｄ_３３Ｆｅ_２５Ｃｏ_２５Ｂ_１７となる配合割合で処方し、アーク溶解炉により、４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）、Ａｒ（アルゴン）雰囲気下で溶解させ、上記組成比の合金（インゴット）を作製した。

次いで、得られたインゴットを粉砕し、合金粒状物（粒子径：０．５〜１０ｍｍ）を得た。

その後、得られた合金粒状物を高周波誘導加熱にて溶解し、合金溶湯とした後、得られた合金溶湯を、Ａｒ雰囲気下において、単ロール装置にて周速度４０ｍ／ｓの冷却ロールの外周表面上に流下し、急冷した。これにより、金属ガラスを得た。

その後、得られた金属ガラスをボールミル（伊藤製作所製ＬＰ−１）により体積平均粒子径１．５μｍに微粉砕した。

また、得られた金属ガラスの粉末を、真空（５×１０^−２Ｐａ）下においてＳＰＳ（放電プラズマ焼結機、ＳＰＳシンテックス社製）で加熱および加圧し、温度に対するプレス変位を測定することにより、金属ガラスの変形開始（軟化）温度を測定した。変形開始（軟化）温度の測定条件を下記に示す。また、変形開始（軟化）温度は、３５１℃であった。

ＳＰＳ型：超硬型（試料充填部サイズ：８×６ｍｍ）
試料充填量：１．５ｇ
昇温速度：４０℃／分
加圧力：８００ＭＰａ
製造例２（混合粉末の製造）
製造例１において得られた金属ガラス（Ｎｄ_３３Ｆｅ_２５Ｃｏ_２５Ｂ_１７）の粉末と、Ｚ１６（磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石（Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３）、分解温度６００℃、体積平均粒子径３μｍ、日亜化学工業社製）とを、それらの総量に対して金属ガラスが１０質量％となるように配合し、シクロヘキサン中において、アトライター（プライミクス製フィルミックス４０−４０型）によって、周速４０ｍ／ｓで５分間混合した。

次いで、窒素雰囲気中で乾燥させ、金属ガラスの粉末と磁石粉末との混合粉末を得た。

実施例１
４分割された内枠型（スリーブ）およびその内枠型が嵌合される外枠型を備えた、非磁性金型（ホッカイエムアイシー製、スリーブとパンチ材質：非磁性超硬合金（ＷＣ−Ｎｉ系合金）、ダイ材質：ＨＰＭ７５、成形サイズ：８ｍｍ×６ｍｍ））を用意した（図３（ａ）参照）。

次いで、金型の内枠型（スリーブ）内周面に、窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ（バインダ：無し））をスプレー（塗布）し、膜を形成した（図３（ｂ）参照）。

次いで、金型に、製造例２で得られた混合粉末１．０ｇを採取して充填し（図３（ｃ）参照）、その後、磁場プレス機（玉川製作所製ＴＭ−ＭＰＨ８５２５−１０Ｔ型）によって、磁界２５ｋＯｅ、プレス圧８００ＭＰａで磁場プレス処理した。（図４（ｄ）および図４（ｅ）参照）。これにより、金属圧粉体を、内枠型（スリーブ）内に成形した。

次いで、内枠型（スリーブ）が外枠型から抜けるように、油圧ハンドプレス機でパンチを押し、内枠型および金属圧粉体を、外枠型から取り出した（図４（ｆ）参照）。

その後、内枠型（スリーブ）を解体して、金属圧粉体を取り出した（図４（ｇ）参照）。

得られた金属圧粉体の割れの有無を、目視により確認したところ、破損は確認されなかった。

実施例２
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ（バインダ：無し））に代えて、窒化ホウ素（オーデック社製商品名：Ｗｈｉｔｙｃｏａｔ（バインダ：有り））を用いた以外は、実施例１と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

実施例３
混合粉末に代えて、Ｚ１６（磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石（Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３）、分解温度６００℃、体積平均粒子径３μｍ、日亜化学工業社製）を単独使用した以外は、実施例１と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

実施例４
混合粉末に代えて、Ｚ１６（磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石（Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３）、分解温度６００℃、体積平均粒子径３μｍ、日亜化学工業社製）を単独使用した以外は、実施例２と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

比較例１
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ）に代えて、ステアリン酸亜鉛とエタノールの懸濁液を用いた以外は、実施例１と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

得られた金属圧粉体の割れの有無を、目視により確認したところ、破損が確認された。

比較例２
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ）に代えて、酸化アルミニウムとエタノールの懸濁液を用いた以外は、実施例１と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

比較例３
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ）に代えて、フラーレンを用いた以外は、実施例１と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

比較例４
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ）に代えて、ステアリン酸亜鉛とエタノールの懸濁液を用いた以外は、実施例２と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

比較例５
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ）に代えて、酸化アルミニウムとエタノールの懸濁液を用いた以外は、実施例２と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

比較例６
窒化ホウ素（オーデック社製商品名：ＷｈｉｔｙＲｅｌｅａｓｅ）に代えて、フラーレンを用いた以外は、実施例２と同じ方法で、金属圧粉体を製造した。

試験例１
実施例１により得られた金属圧粉体について、ＢＨトレーサ（玉川製作所製ＴＭ−ＢＨ３２−Ｃ１型）にて減磁曲線を測定し、それらの磁気特性を評価した。その結果、残留磁束密度（Ｂｒ）は、０．９６Ｔ、Ｂ保磁力（ｂＨｃ）は、４４８ｋＡ／ｍ、Ｉ保磁力（ｉＨｃ）は、５２１ｋＡ／ｍ、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）は、１３６ｋＪ／ｍ^３であった。

Claims

外枠型と、前記外枠型に嵌合される、分割可能な内枠型とを備える金型を用意する工程、
前記内枠型の内側面に、窒化物の膜を形成する工程、
前記内枠型内において、前記膜に接するように、金属の粉末を充填する工程、
前記金型において、前記粉末を圧力成形し、金属圧粉体を得る工程、
前記金型から、前記内枠型および前記金属圧粉体を取り出す工程、および、
前記内枠型から、前記金属圧粉体を取り出す工程
を備えることを特徴とする、金属圧粉体の製造方法。
前記金属が、磁性材料であることを特徴とする、請求項１に記載の金属圧粉体の製造方法。