JP2015135856A - 希土類ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高配向度及び高密度を兼ね備える希土類ボンド磁石を簡便に製造できる希土類ボンド磁石の製造方法を提供する。
【解決手段】希土類−鉄系合金からなり、結晶磁気異方性を有する異方性磁石粒子１１を複数有する異方性磁石粉末と、前記異方性磁石粉末を結合する結合用粒子１２を複数有する結合用粉末とを含む混合粉末を準備する準備工程と、前記混合粉末を磁場印加中で加圧成形して成形体を作製する成形工程とを備え、前記結合用粉末は、その含有量が０．７質量％以上３．０質量％未満であり、加圧成形前には前記異方性磁石粒子同士の間隔を保持する中空形状で、加圧成形後には前記異方性磁石粒子に押圧されて前記異方性磁石粒子間に沿って展延する。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石などに利用される希土類ボンド磁石を製造する希土類ボンド磁石の製造方法に関する。特に、高配向度及び高密度を兼ね備える希土類ボンド磁石を簡便に製造できる製造方法に関する。

モータや発電機などに利用される永久磁石には、希土類磁石(代表的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石）が広く利用されている。希土類磁石として、例えば、特許文献１には、結晶磁気異方性を有する希土類磁石粉末（異方性磁石粉末）と、この希土類磁石粉末を結合する樹脂からなる結合剤とを備える希土類ボンド磁石が開示されている。この希土類ボンド磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金にＣｏを添加してなる異方性磁石粉末とエポキシ樹脂とを混合し、磁場印加中に加圧成形した後、樹脂を硬化する熱処理を施して製造されている。

特開平０９−２４６０２８号公報

配向度が高いほど磁気異方性に優れ、密度が高いほど磁石領域が多く残留磁化といった磁気特性を高められるため、高配向度及び高密度を兼ね備える希土類ボンド磁石の開発が望まれている。しかし、従来の製造方法では、結合材の量を少なくして配向性のばらつきを抑制することが難しく高配向度及び高密度を兼ね備える希土類ボンド磁石を得ることが難しい。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、高配向度でかつ高密度の希土類ボンド磁石を簡便に製造できる希土類ボンド磁石の製造方法を提供することにある。

本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、準備工程と、成形工程とを備える。準備工程は、希土類−鉄系合金からなり、結晶磁気異方性を有する異方性磁石粒子を複数有する異方性磁石粉末と、異方性磁石粉末を結合する結合用粒子を複数有する結合用粉末とを含む混合粉末を準備する。成形工程は、混合粉末を磁場印加中で加圧成形して成形体を作製する。結合用粉末は、その含有量が０．７質量％以上３．０質量％未満である。そして、結合用粉末は、加圧成形前には異方性磁石粒子同士の間隔を保持する中空形状で、加圧成形後には異方性磁石粒子に押圧されて異方性磁石粒子間に沿って展延する。

本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、高配向度と高密度とを兼ね備える希土類ボンド磁石を効果的に製造できる。

実施形態に係る希土類ボンド磁石の製造方法を説明する工程説明図である。

《本発明の実施形態の説明》
従来の希土類ボンド磁石は非磁性材料である樹脂からなる結合用粉末を含むことで密度が低下するため、結合用粉末の含有量を極力少なくすることが高密度化を達成するのに効果的である。しかし、結合用粉末の含有量を極力少なくした混合材料を用意して、従来と同様の製造方法で希土類ボンド磁石を製造したところ、密度を高められるものの、配向度が低下することが分かった。本発明者らは、この原因を鋭意検討したところ、混合材料における結合用粉末の割合が少ないことで、異方性磁石粒子同士が近接して異方性磁石粒子に磁気反発力が作用し易くなることが分かった。その磁気反発力により配向性がばらつき易くなったと考えられる。そして、この配向性のばらつきは、高さの高い希土類ボンド磁石を製造する場合に顕著になることも分かった。混合粉末を加圧成形する際、異方性磁石粉末は自重により下方側で密集され易いことにより、異方性磁石粒子間が狭くなり易くなるため、磁気反発力がより作用し易くなったからだと考えられる。そこで、本発明者らは、磁気反発力の作用を生じ難くした上で高密度化を達成できる製造方法を鋭意検討したところ、少ない含有量でも加圧成形前には大きな体積を有して磁石粒子同士の間隔を保つことができ、かつ加圧成形後にはその体積を縮小できる特定の結合用粉末を用いることで、高配向度と高密度の両方を兼ね備える希土類ボンド磁石が得られるとの知見を得た。本発明は、これらの知見に基づくものである。最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する

（１）実施形態に係る希土類ボンド磁石の製造方法は、準備工程と、成形工程とを備える。準備工程は、希土類−鉄系合金からなり、結晶磁気異方性を有する異方性磁石粒子を複数有する異方性磁石粉末と、異方性磁石粉末を結合する結合用粒子を複数有する結合用粉末とを含む混合粉末を準備する。成形工程は、混合粉末を磁場印加中で加圧成形して成形体を作製する。結合用粉末は、その含有量が０．７質量％以上３．０質量％未満である。そして、結合用粉末は、加圧成形前には異方性磁石粒子同士の間隔を保持する中空形状で、加圧成形後には異方性磁石粒子に押圧されて異方性磁石粒子間に沿って展延する。

上記の構成によれば、中空形状の結合用粉末を用いることで、高配向度及び高密度を兼ね備える希土類ボンド磁石を効果的に製造できる。中空形状の結合用粉末を用いることで、中実形状の結合用粉末に比べて少ない含有量でも嵩（成形用金型に充填した加圧成形前の混合粉末に占める結合用粒子の合計体積の割合）を稼ぐことができる。そのため、加圧成形前には結合用粒子が中空形状を保持することで異方性磁石粒子同士を近接し難くすることができる。一方、加圧成形後には中空形状の結合用粒子が押し潰されて結合用粉末の体積が縮小されることで成形体の密度を高めることができる。異方性磁石粒子同士の近接を抑制すれば、異方性磁石粒子に磁気反発力が作用し難くできて配向性のばらつきを抑制できる。特に、結合用粉末の含有量を０．７質量％以上とすれば、異方性磁石粒子同士の間隔を保ち易いため配向度を高められる上に強度を高められ、結合用粉末の含有量を３．０質量％未満とすれば、結合用粉末の含有量が多くなり過ぎないため密度を高められる。

（２）上記希土類ボンド磁石の製造方法の一形態として、結合用粉末が、アモルファスシリカガラスで構成されていることが挙げられる。

上記の構成によれば、高密度及び高配向度に加え、高強度な希土類ボンド磁石を製造できる。アモルファスシリカガラスで構成される中空形状の結合用粉末は、加圧成形前には異方性磁石粒子間で異方性磁石粒子同士の間隔を保つことができるため、希土類ボンド磁石の配向度を高められるからである。加圧成形後には、結合用粉末は成形圧により押し潰されて体積を縮小できると共に、異方性磁石粒子間に沿って展延させることができるため、希土類ボンド磁石の密度を高められるからである。加えて、アモルファスシリカガラスは優れた圧着性（圧力下での結合性）を有するため、異方性磁石粒子同士を強固に結合できて希土類ボンド磁石の強度を高められるからである。

（３）上記希土類ボンド磁石の製造方法の一形態として、成形体の高さが、１０ｍｍ以上であることが挙げられる。

上記の構成によれば、成形体の高さが高くても高密度及び高配向度を兼ね備える希土類ボンド磁石を製造できる。従来の希土類ボンド磁石の場合、成形体の高さが高くなるほど、高密度及び高配向度を兼ね備えることが難しくなる。加圧成形前において、混合粉末の異方性磁石用粉末が自重により鉛直下方に下がってその鉛直下方側は異方性磁石粒子同士の間隔が狭くなり易い。それにより、異方性磁石粒子に磁気反発力が作用し易く、配向性にばらつきが生じ易くなるからである。これに対し、本実施形態によれば、加圧成形前には中空形状の結合用粉末により異方性磁石粒子同士の間隔を保ち易いからである。成形体の高さの上限は特にないが、一般的には５０ｍｍ程度以下の希土類ボンド磁石が実用的に用いられることが多い。

（４）上記希土類ボンド磁石の製造方法の一形態として、成形工程における成形圧力が、２５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であることが挙げられる。

成形圧力を２５０ＭＰａ以上とすることで、混合粉末を十分に加圧でき、かつ中空形状を圧縮させて体積を十分に低減できるため密度を高め易い。一方、成形圧力を１０００ＭＰａ以下とすることで、混合粉末を加圧しすぎることがなく、異方性磁石粒子の破砕を低減できて配向性にばらつきが生じ難くできるため配向度を高められる。

（５）上記希土類ボンド磁石の製造方法の一形態として、成形工程において印加する磁場の大きさが、０．８Ｔ以上であることが挙げられる。

印加する磁場の大きさを０．８Ｔ以上とすることで、配向度を高め易い。

（６）上記希土類ボンド磁石の製造方法の一形態として、成形体に１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の圧力を付加した状態で以下の熱処理を施す熱処理工程を備えることが挙げられる。雰囲気が不活性ガス雰囲気又は減圧雰囲気、温度が２００℃以上４００℃以下、保持時間が０．１時間以上５時間以下である。

上記の構成によれば、強度に優れる希土類ボンド磁石を製造できる。上記条件で熱処理を施すことで、結合用粉末の塑性変形を促進して結合用粉末と異方性磁石粉末の接触率を高められるからである。成形体に付加する圧力を１０ＭＰａ以上とすることで、結合用粉末の塑性変形を十分に起こすことができ、付加する圧力を１００ＭＰａ以下とすることで、圧力を付加しすぎることによる成形体の損傷を防止できる。また、雰囲気を不活性ガス又は減圧雰囲気とすることで、異方性磁石粉末の酸化を抑制できる。更に、温度を２００℃以上、保持時間を０．１時間以上とすることで、結合用粉末を十分に塑性変形させることができる。一方、温度を４００℃以下、保持時間を５時間以下とすることで、結合用粉末の結晶化による成形体の割れなどの成形体の損傷を抑制できる。また、異方性磁石粉末や結合用粉末に含まれる酸素などによる異方性磁石粉末の劣化を抑制できる。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

〔希土類ボンド磁石の製造方法〕
実施形態に係る希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類磁石粉末と、希土類磁石粉末を結合する結合用粉末とを含む混合粉末を準備する準備工程と、混合粉末を加圧成形して成形体を作製する成形工程とを備える。希土類ボンド磁石の製造方法の主たる特徴とするところは、少ない含有量で加圧成形前に磁石粒子同士の間隔を保持でき、加圧成形時には成形圧で押し潰される特定の結合用粉末を用いる点にある。この特定の結合用粉末を用いることで、詳しくは後述するが、高配向度と高密度とを兼ね備える希土類ボンド磁石を実現できる。以下、図１を適宜参照して各工程を詳細に説明する。

［準備工程］
準備工程では、希土類磁石粉末と結合用粉末とを含む混合粉末１０を準備する（図１左図）。希土類磁石粉末と結合用粉末とをそれぞれ準備し、例えば、Ｖ型混合機などで混合して混合粉末１０を作製することが挙げられる。

（希土類磁石粉末）
希土類磁石粉末としては、希土類元素と鉄族元素とを含む希土類−鉄系合金からなり、結晶磁気異方性を有する異方性磁石粒子１１を複数有する異方性磁石粉末が挙げられる（図１左図）。

希土類元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド、及びアクチノイドから選択される少なくとも１種の元素が挙げられる。特に、希土類元素として、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ジスプロジウム（Ｄｙ）、及びＹから選択される少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。そうすれば、磁気特性に優れる希土類ボンド磁石が得られる。

希土類元素の含有量は、１０質量％以上４０質量％未満であることが好ましい。希土類元素としてＮｄを単独で含有する場合、Ｎｄの含有量は、例えば、２５質量％以上３７質量％以下が挙げられ、特に２８質量％以上３５質量％以下とすることが好ましい。希土類元素としてＳｍを単独で含有する場合、Ｓｍの含有量は、例えば、２５質量％以上２６．５質量％以下が挙げられる。ＮｄやＳｍの含有量がそれぞれ上記範囲内であることで、後述する理想的な化学量論組成の希土類−鉄系合金が得られる。

鉄族元素は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも１種の元素が挙げられる。代表的には、Ｆｅ単独とする形態や、ＦｅとＣｏとの双方を含む形態が挙げられる。Ｃｏを含む場合、Ｃｏの含有量は６質量％以下が好ましい。そうすれば、飽和磁化Ｊｓや残留磁化Ｂｒの低下を抑制できる。

希土類−鉄系合金は、希土類元素及び鉄族元素以外の元素として、希土類元素がＮｄを含む場合、代表的には、ホウ素（Ｂ）及び炭素（Ｃ）から選択される少なくとも１種の元素を含み、希土類元素がＳｍを含む場合、代表的には、窒素（Ｎ）を含む。ＢやＣの含有量は、０．１質量％以上５．０質量％以下、更に０．５質量％以上１．５質量％以下が挙げられる。Ｎの含有量は、０．５質量％以上５質量％以下、更に２質量％以上４質量％以下が挙げられる。

希土類−鉄系合金におけるその他の添加元素として、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びニオブ（Ｎｂ）から選択される少なくとも１種の元素が挙げられる。これらの添加元素の含有量（複数の場合には合計含有量）は、０．１質量％以上２０質量％以下、更に０．１質量％以上５質量％以下が挙げられる。これらの元素を含有することで、例えば、保磁力の向上などの効果が望める。

希土類−鉄系合金の具体的な組成としては、希土類元素がＮｄを含む場合、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金（例、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ）、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ合金（例、Ｎｄ_２（Ｆｅ_１３Ｃｏ_１）Ｂ）、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃ合金（例、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｃ）、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃ合金（例、Ｎｄ_２（Ｆｅ_１３Ｃｏ_１）Ｃ）などが挙げられ、希土類元素がＳｍを含む場合、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ合金（例、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３）などが挙げられる。

結晶磁気異方性を有するとは、磁石粉末の飽和磁化Ｊｓ（Ｔ）に対する磁石粉末の残留磁化Ｂｒ（Ｔ）の比Ｂｒ／Ｊｓを磁石粉末の配向度とするとき、この磁石粉末の配向度Ｂｒ／Ｊｓが０．７５以上であることを言う。この配向度の測定方法は、後述する。

異方性磁石粉末の混合粉末１０における含有量は、９７．０質量％超９９．３質量％以下が好ましい。異方性磁石粉末の混合粉末における体積存在比率は、５０％以上８０％以下とすることが好ましい。異方性磁石粉末の上記体積存在比率とは、｛Ａ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００で求めた値とする（但し、Ａ＝「異方性磁石粉末の含有量／異方性磁石粉末の比重」、Ｂ＝「結合用粉末の含有量／結合用粉末の比重」）。この含有量及び体積存在比率の上記範囲に関しては、後述する結合用粉末で説明する。

異方性磁石粉末の平均粒径は、１０μｍ〜５００μｍ、更に１００μｍ〜３５０μｍが挙げられる。異方性磁石粒子１１は、粒径が大きいと、表層酸化による磁気特性の劣化を抑えられる。そのため、比較的粒径の大きい粒子を備えると、磁気特性に優れる希土類ボンド磁石とすることができる。異方性磁石粉末の平均粒径とは、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した場合において、体積基準の粒度分布の小径側から累積が５０％となる値（Ｄ５０：５０体積％粒径）のことを言う。

異方性磁石粉末は、希土類元素がＮｄを含む場合、Ｎｄを含む上記組成の希土類−鉄系合金の粉末に対して、例えば、特定のＨＤＤＲ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）処理を施すことで得られる。このような特定のＨＤＤＲ処理の条件は、ＨＤ処理における水素圧と温度とを特定の条件（後述）とすることであり、例えば、公知の条件を利用できる。一方、希土類元素がＳｍを含む場合、Ｓｍ−Ｆｅ合金（例えば、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７）の粉末に対して、上記ＨＤＤＲ処理と、窒化処理とを施すことで得られる。これら合金の粉末は、例えば、メルトスパン法やストリップキャスト法などの公知の粉末の製造方法を利用して製造することができる。

上記ＨＤ処理の条件は、例えば、雰囲気：水素を含む雰囲気（水素雰囲気、又は、水素と、アルゴンや窒素といった不活性ガスとの混合雰囲気）、温度：用意した合金の水素不均化温度以上（材質にもよるが、例えば、６００℃以上１１００℃以下）、保持時間：０．５時間以上５時間以下が挙げられる。

上記ＤＲ処理の条件は、例えば、雰囲気：非水素雰囲気（アルゴンや窒素といった不活性ガス雰囲気、又は減圧雰囲気（例えば、標準の大気圧よりも圧力が低い真空雰囲気））、温度：水素化合金の再結合温度以上（材質にもよるが、例えば６００℃以上１０００℃以下）、保持時間：１０分以上６００分以下が挙げられる。特に、減圧雰囲気（例えば、真空度は１００Ｐａ以下、最終真空度は１０Ｐａ以下、更に１Ｐａ以下）は、希土類元素の水素化合物が残存し難くて好ましい。上記温度とすることで、再結合合金の結晶の成長を抑制して微細な結晶組織が得られる。ＤＲ処理は、磁石粉末に強磁場（例えば、４Ｔ以上）を印加した状態で行うことができる。こうすることで、再結合合金の配向性を高められ、ひいては磁石粉末の配向性を高められる。

窒化処理の条件は、公知の処理条件を適用することができ、例えば、雰囲気：窒素を含む雰囲気（窒素のみの単一雰囲気、又はアンモニア、Ａｒ、水素の少なくとも一種を混合した混合雰囲気）、温度：２００℃以上５５０℃以下、保持時間：１０分以上６００分以下とすることが挙げられる。窒化処理は、磁場を印加した状態で行うことができる。磁場印加により、結晶格子を一方向に引き伸ばし易く、引き伸ばされた鉄原子−鉄原子間に窒素原子を優先的に侵入させて、理想的な化学量論組成（例、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３）の磁石粉末を得易い。印加する磁場の大きさは、３Ｔ以上が挙げられる。

（結合用粉末）
結合用粉末は、異方性磁石粒子１１同士を結合する結合用粒子１２を複数有する（図１左図）。結合用粉末は、加圧成形前には異方性磁石粒子１１同士の間隔を保持するが（図１中図）、加圧成形後には押圧されて異方性磁石粒子１１間に沿って展延する（図１右図）。そのような結合用粒子１１としては、加圧成形前の形状が中空形状であることが挙げられる。中空形状の結合用粒子１２を用いることで、中実形状の結合用粒子に比べて少ない含有量で嵩（成形用金型に充填した加圧成形前の混合粉末に占める結合用粒子の合計体積の割合）を稼ぐことができる。そのため、加圧成形前には異方性磁石粒子１１同士が近接し難くできる。一方、成形時に中空形状が押し潰され、更に異方性磁石粒子１２間に沿って展延されることで結合用粉末の体積を縮小できるからである。異方性磁石粒子１１同士の近接を抑制すれば、異方性磁石粒子１１に磁気反発力が作用し難くできて配向性のばらつきを抑制できる。

加圧成形後の結合用粒子１２は、異方性磁石粒子１１に押圧されて互いに隣接する二つの異方性磁石粒子１１間や、互いに隣接する三つの異方性磁石粒子１１で囲まれる三重点部、或いは、互いに隣接する四つの異方性磁石粒子１１で囲まれる領域などに配されることが多い。即ち、結合用粒子１２は、二つの異方性磁石粒子１１や、三つの異方性磁石粒子１１、或いは、四つの異方性磁石粒子１１に接している。結合用粒子１２の加圧成形後の形状は、三角錐形状などの角錐形状、角柱形状などが挙げられ、上記三重点部における結合用粒子１１の形状は、三角錐形状が多い。

結合用粉末の混合粉末１０における含有量は、０．７質量％以上３．０質量％未満とすることが挙げられる。結合用粉末の含有量を０．７質量％以上とすることで、異方性磁石粒子１１同士の間隔を保ち易いため得られる希土類ボンド磁石の配向度を高められる。その上、異方性磁石粒子１１を十分に結合できるため、十分な強度を有する希土類ボンド磁石とすることができる。結合用粉末の含有量を３．０質量％未満とすることで、結合用粉末の含有量が多くなり過ぎないため得られる希土類ボンド磁石の密度を高められる。なお、結合用粉末の上記含有量は、後述の成形工程後の成形体でも実質的に維持される。

結合用粉末の混合粉末１０における体積存在比率は、２０％以上５０％以下とすることが好ましい。ここでいう結合用粉末の上記体積存在比率とは、｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００で求めた値とする（但し、Ａ＝「異方性磁石粉末の含有量／異方性磁石粉末の比重」、Ｂ＝「結合用粉末の含有量／結合用粉末の比重」）。結合用粉末の上記体積存在比率を２０％以上とすることで、異方性磁石粒子１１同士の間隔を保持し易く配向度を高められる。結合用粉末の上記体積存在比率を５０％以下とすることで、希土類ボンド磁石の密度を高められる。

結合用粉末の平均粒径は、異方性磁石粉末の平均粒径の２０％以上５０％以下とすることが好ましい。結合用粉末の平均粒径を異方性磁石粉末の平均粒径の２０％以上とすることで、加圧成形前において、異方性磁石粒子１１同士の間隔を保持し易く、磁気反発力が作用し難くできるため、配向性のばらつきを抑制し易い。結合用粉末の平均粒径を異方性磁石粉末の平均粒径の５０％以下とすることで、加圧成形前に異方性磁石粒子１１間に均一に分散させ易い。また、加圧成形前に異方性磁石粒子１１同士の間隔が広くなりすぎることを抑制できる。加圧成形時に中空形状が押し潰されることで異方性磁石粒子１１が動く。その動く距離が長くなれば、磁場印加中であってもその移動により配向性にばらつきが生じる虞があるが、その動く距離が長くなりすぎるのを抑制できて配向性のばらつきを抑制できる。結合用粉末の平均粒径は、具体的には、２０μｍ以上２５０μｍ以下、特に、３０μｍ以上１７５μｍ以下が挙げられる。

結合用粉末の構成材料として、優れた圧着性（圧力下での結合性）を有することが好ましく、その上優れた耐熱性を有することが好ましい。結合用粉末の構成材料は、例えば、Ｓｉを含む非磁性材料が好適に利用できる。具体的には、ケイ酸ナトリウムや、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アモルファスシリカガラスが挙げられ、特に、アモルファスシリカガラスが好ましい。アモルファスシリカガラスで構成される中空形状の結合用粒子１２は、加圧成形前には異方性磁石粒子１１間で異方性磁石粒子１１同士の間隔を保つことができるため配向度を高められ、加圧成形後には中空形状が押し潰されて異方性磁石粒子１１間に沿って展延させることができるため密度を高められるからである。加えて、アモルファスシリカガラスは優れた圧着性を有するため、異方性磁石粒子１１同士を強固に結合できて希土類ボンド磁石の強度を高められるからである。その他、結合用粉末の構成材料はホウ酸ガラスなどが挙げられる。

（前処理）
異方性磁石粉末と結合用粉末とをそれぞれ準備して混合粉末１０を作製する場合、異方性磁石粒子１１間に結合用粒子１２が程良く介在された混合粉末１０が得られるように、異方性磁石粉末と結合用粉末とを混合する前に異方性磁石粉末に対して前処理を施すことが挙げられる。この前処理は、必要に応じて行うことができる。この前処理としては、例えば、シリコーン樹脂の液体を異方性磁石粒子１１の表面にスプレーなどで塗布して樹脂層を形成することが挙げられる。異方性磁石粒子１１に上記樹脂層を形成すれば、異方性磁石粒子１１と結合用粒子１２との親和性を高められる。スプレーによる塗布は、異方性磁石粒子１１を転動させた状態で行うことが好ましい。そうすれば、異方性磁石粒子１１の外周に略均一な厚さの上記樹脂層を形成し易い。

上記樹脂層の厚さは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下程度とすることが挙げられる。上記樹脂層の厚さを０．０５μｍ以上とすることで、結合用粒子１２を付着させ易い。上記樹脂層の厚さを１０μｍ以下とすることで、結合用粒子１２の粒径に比べて薄いので、上記樹脂層への結合用粒子１２の堆積を抑制し易い。また、上記樹脂層が薄いことで、相対的に重い異方性磁石粒子１１同士が結合することを防止した状態で、相対的に軽い結合用粒子１２を付着できる。従って、結合用粒子１２を異方性磁石粒子１１間に程良く介在させた混合粉末１０を得ることができる。

シリコーン樹脂の混合粉末１０における含有量（体積存在比率）は、例えば０．０５質量％以上０．１質量％以下程度（１体積％以下）が挙げられる。シリコーン樹脂は、その種類に応じて異方性磁石粉末に塗布した後、結合用粉末を混合する前に硬化したり、結合用粉末を混合した後に硬化したりすることが挙げられる。例えば、硬化した後も接着性能を有する場合は、前者のように結合用粉末の混合前に硬化させてもよい。一方、硬化前に接着性能を有する場合には、後者のように結合用粉末の混合後に硬化させるとよい。この硬化は、シリコーン樹脂の種類が自然乾燥・硬化型の場合は熱処理を施さなくてもよく、熱硬化型の場合はその種類に応じた温度の熱処理を施すとよい。なお、結合用粉末の混合後にシリコーン樹脂を硬化する場合、その硬化は、後述の成形工程前に行ってもよいし、成形工程後の熱処理工程による熱処理で併せて行ってもよい。

［成形工程］
成形工程では、所望の形状の成形体が得られる成形用金型に充填された混合粉末１０を加圧成形して成形体１を作製する。例えば、図１左図に示すように、上パンチ１０１と下パンチ１０２とダイ１０３とを備える成形用金型１００を用いることが挙げられる。

加圧成形は、成形用金型１００に充填された混合粉末１０に磁場（図１中図：二点鎖線矢印で示す）を印加して行う。混合粉末１０を金型１００内に充填したままの状態（磁場印加前）では、図１左図の破線で囲まれる領域を拡大して示すように、異方性磁石粒子１１の配向方向（黒塗り矢印で示す）がばらついた状態となっている。そこで、混合粉末１０に磁場を印加すると、図１中図の破線で囲まれる領域を拡大して示すように、異方性磁石粒子１１の配向方向が磁場の印加方向に沿って揃う。それと共に、異方性磁石粒子１１間には結合用粒子１２が介在されて、異方性磁石粒子１１同士の間隔が保持される。そのため、異方性磁石粒子１１に磁気反発力が作用し難くでき、配向性がばらつき難くなる。即ち、磁場を印加して加圧成形すると、図１右図の破線で囲まれる領域を拡大して示すように、異方性磁石粒子１１の配向方向が一方向に揃った状態のまま異方性磁石粒子１１を加圧できる。この加圧により、結合用粒子１２は、異方性磁石粒子１１に押圧されて中空形状が押し潰され、更に異方性磁石粒子１１間に展延し、主として互いに隣接する三つの異方性磁石粒子１１で囲まれる三重点に介在されることが多くなる。そうして結合用粒子１２により異方性磁石粒子１１が結合された成形体１が作製される。なお、この結合用粒子１２は硬化していない。

印加する磁場の大きさは、具体的には、０．８Ｔ以上とすることが挙げられる。印加する磁場の大きさを０．８Ｔ以上とすることで、異方性磁石粒子１１の配向方向を略一方向に揃え易くできる。印加する磁場の大きさは、あまり大きくしなくてもよい。中空形状の結合用粒子１２を用いることで異方性磁石粒子１１同士の間隔を保持できるため、印加する磁場の大きさを大きくしなくても異方性磁石粒子１１の整列状態が乱れ難くなるからである。印加する磁場の大きさの上限は、例えば２．５Ｔ程度、更には１．５Ｔ程度とすることが挙げられる。

磁場の印加方向は、混合粉末１０の加圧方向と平行としてもよいし、この加圧方向と垂直としてもよい。異方性磁石粒子１１の配向方向が磁場の印加方向と同一方向に向くので、磁場の印加方向を前者とする場合、異方性磁石粒子１１の配向方向が加圧方向に平行となり、後者とする場合、異方性磁石粒子１１の配向方向が加圧方向と垂直となる。本例では、磁場の印加方向を混合粉末１０の加圧方向と垂直方向とした。

磁場の印加開始時点は、混合粉末１０が成形用金型１００に充填された後、加圧成形される前、即ち、混合粉末１０に圧力が付加される前とすることが挙げられる。そして、磁場を印加した状態を、少なくとも混合粉末１０に圧力が付加される（加圧開始時）まで維持することが挙げられる。そうすれば、混合粉末１０への加圧開始時には異方性磁石粒子１１の配向方向を揃えた状態で加圧成形できる。磁場を印加した状態の維持は、混合粉末１０に圧力が付加された時点まで（即ち、圧力が付加された時点で磁場をゼロとして、その後、加圧終了時まで磁場を印加しない）としてもよいし、加圧終了時点としてもよい。後者の場合、例えば、磁場の印加方向を加圧方向と平行とした際、加圧により異方性磁石粒子１１の配向方向が磁場の印加方向に対して傾くことを抑制できる。

磁場の印加手段には、銅線コイルといった常電導コイルを具える常電導磁石や、超電導コイルを具える超電導磁石を用いることができる。

加圧成形時の雰囲気は、非酸化性雰囲気（不活性ガス雰囲気、又は減圧雰囲気）とすることが好ましい。希土類元素を含む異方性磁石粒子１１は特に酸化され易いため、非酸化性雰囲気とすると異方性磁石粒子１１の酸化を防止できるからである。

成形圧力は、例えば、２５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。成形圧力を２５０ＭＰａ以上とすることで、混合粉末１０を十分に加圧できるため密度を高め易い。成形圧力は３００ＭＰａ以上、更には４００ＭＰａ以上が好ましい。一方、成形圧力を１０００ＭＰａ以下とすることで、混合粉末１０を加圧しすぎることがなく、配向性にばらつきが生じ難くできるため配向度の高い希土類ボンド磁石が得られる。

［熱処理工程］
成形体１に対して熱処理を施して結合用粒子１２を硬化したり、密着性を高めたりするための熱処理工程を施すことができる。そうすれば、結合用粒子１２による異方性磁石粒子１１の結合性を高められて強度に優れる希土類ボンド磁石とすることができる。熱処理工程は、必要に応じて行うことができる。この熱処理は、成形体１を加圧した状態で行うことが挙げられる。付加する圧力は、例えば、１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。成形体１に付加する圧力を１０ＭＰａ以上とすることで、結合用粒子１２の塑性変形を十分に起こすことができる。成形体１に付加する圧力を１００ＭＰａ以下とすることで、圧力を付加しすぎることによる成形体１の損傷を防止できる。熱処理の条件は、雰囲気：不活性ガス雰囲気（例えば、ＡｒやＮ_２）又は減圧雰囲気、温度：２００℃以上４００℃以下、保持時間：０．１時間以上５時間以下（更には１時間以下）が挙げられる。雰囲気を不活性ガス又は減圧雰囲気とすることで、異方性磁石粒子１１の酸化を抑制できる。温度を２００℃以上、保持時間を０．１時間以上とすることで、結合用粒子１２を十分に塑性変形させることができ、温度を４００℃以下、保持時間を５時間以下とすることで、結合用粒子１２の結晶化による割れなどの成形体１の損傷を抑制できる。また、異方性磁石粒子１１や結合用粒子１２に含まれる酸素などによる異方性磁石粒子１１の劣化を抑制できる。
結合力の低下を抑制できる。

〔作用効果〕
上述した希土類ボンド磁石の製造方法によれば、異方性磁石粉末の結合用粉末として中空形状の粒子を用いることで、少ない含有量でも嵩を稼ぐことができため、加圧成形前には異方性磁石粒子同士が近接し難くできる。一方、加圧時に中空形状が押し潰されて異方性磁石粒子間に展延されることで結合用粉末の体積が縮小されるため加圧成形後には密度を高められる。従って、高配向度と高密度とを兼ね備える希土類ボンド磁石を製造できる。

〔試験例１：Ｎｏ．１−１〜１−１０，１−１０１〕
希土類ボンド磁石の試料Ｎｏ．１−１〜１−１０，１−１０１を作製し、各試料の密度及び磁気特性を評価した。

［試料Ｎｏ．１−１〜１−１０］
まず、異方性磁石粉末と結合用粉末とを含む混合粉末を準備した。異方性磁石粉末の原料として、３２質量％Ｎｄ、１質量％Ｂ、５質量％Ｃｏ、残部がＦｅ及び不可避的不純物の合金溶湯を用意した。この合金溶湯を用いて、ストリップキャスト法で薄片を作製した。続いて、この薄片をＡｒ雰囲気中で粒子状に粉砕した後、篩にかけて平均粒径が１５０μｍの原料粉末を作製した。

次に、上記原料粉末に対し、ＨＤＤＲ処理（ＨＤ処理：２５体積％Ｈ_２と、７５体積％Ａｒとの混合雰囲気中、８５０℃×１ｈｒ、ＤＲ処理：真空中（最終真空度５Ｐａ）、８５０℃×１ｈｒ）を施して、結晶磁気異方性を有する異方性磁石粉末（比重７．５ｇ／ｃｍ^３）を作製した。異方性磁石粉末の配向度Ｂｒ／Ｊｓは０．８であった。異方性磁石粉末の配向度は、ＢＨトレーサ（理研電子株式会社製ＤＣＢＨトレーサ）を用いて測定した。ここでは、ＢＨトレーサにて磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）を測定し、１５９２ｋＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）の磁化を飽和磁化Ｊｓとして残留磁化Ｂｒとの比から配向度を算出した。

一方、結合用粉末として、直径が約５０μｍの中空形状のアモルファスシリカガラス（比重：０．２ｇ／ｃｍ^３）からなる粒子を用意した。

上記異方性磁石粉末と上記結合用粉末とを混合して試料Ｎｏ．１−１〜１−１０の混合粉末を作製した。各試料の混合粉末における上記異方性磁石粉末及び上記結合用粉末の各含有量と体積存在比率とを表１に示す。体積存在比率は、基本的に実施形態において述べた方法に準じて算出した。

次に、混合粉末を加圧成形して成形体を作製した。ここでは、まず、図１左図に示す成形用金型１００を用意し、下パンチ１０２とダイ１０３とで形成されるキャビティに混合粉末１０を充填した。続いて、図１中図に示すように、成形用金型１００内の混合粉末１０に磁場を印加した。ここでは、磁場の印加方向を混合粉末１０の加圧方向と垂直方向とした。そして、図１右図に示すように、磁場印加中に上パンチ１０１と下パンチ１０２とで混合粉末１０を加圧成形して成形体（縦：１０ｍｍ×横：１０ｍｍ×高さ：表１に示す）を作製した。印加した磁場の大きさ（磁場強度）、成形圧力（少数点第一位を四捨五入）、成形体の高さを表１に示す。

得られた成形体に対して４９ＭＰａの圧力を付加した状態で熱処理を施して、結合用粒子を硬化させた。熱処理の条件は、雰囲気を真空中（最終真空度５Ｐａ）とし、温度を３００℃、保持時間を１ｈｒとした。

（試料Ｎｏ．１−１０１）
準備する結合用粉末の種類と成形体へ施す熱処理条件とを除き、試料Ｎｏ．１−１〜１−１０と同様にして成形体の試料Ｎｏ．１−１０１を作製した。結合用粉末には、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂を用い、混合粉末における結合用粉末の含有量を０．８質量％とした。成形体に対する熱処理条件は、雰囲気をＡｒ雰囲気とし、温度を１５０℃、保持時間を１ｈｒとして上記樹脂を硬化した。この熱処理は、成形体に対して圧力を付加せずに行った。なお、試料１−１０１は、中空形状の結合用粉末を含有していないため、表１の中空形状の結合用粉末の欄は「０」としている。

［密度及び磁気特性の評価］
試料Ｎｏ．１−１〜１−１０，１−１０１について、準備した異方性磁石粉末の質量と、作製した成形体の体積とから成形体の密度を算出した。また、３９７９ｋＡ／ｍ（５０ｋＯｅ）の磁界を印加して成形体に着磁し、磁気特性を評価した。具体的には、ＢＨトレーサ（理研電子株式会社製ＤＣＢＨトレーサ）を用いてＢ−Ｈ曲線を測定し、飽和磁化Ｊｓ、残留磁化Ｂｒ、及び配向度Ｂｒ／Ｊｓを求めた。着磁方向（磁界の印加方向）は、加圧成形における磁界の印加方向と同じにした。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、中空形状の結合用粉末を用いた試料のうち、結合用粉末の含有量を０．７質量％以上３．０質量％未満とした試料Ｎｏ．１−３〜１−７は、配向度が０．７４以上、かつ密度が５．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、高配向度と高密度を兼ね備えることが分かる。これは、中空形状の結合用粉末の含有量を０．７質量％以上とすることで、異方性磁石粒子同士の間隔を十分に保つことができたため配向度を高められ、３．０質量％未満とすることで、結合用粉末の含有量が多くなり過ぎなかったため密度を高められたと考えられる。特に、結合用粉末の含有量を１．０質量％以上とした試料Ｎｏ．１−４〜１―７の配向度は、０．７６以上と更に高く、より高配向度であることが分かる。そして、この高配向度と高密度とを兼ね備える試料Ｎｏ．１−３〜１−７は、飽和磁化Ｊｓが１．１０Ｔ以上、更には１．１９以上、残留磁化Ｂｒが０．８５以上、更には０．９０以上であり、飽和磁化Ｊｓ及び残留磁化Ｂｒが高いことが分かる。

〔試験例２：試料Ｎｏ．２−１〜２−４，２−１０１〜２−１０６〕
試験例２では、試験例１の試料Ｎｏ．１−５と同様の混合粉末と試料Ｎｏ．１−１０１と同様の混合粉末とを用い、これら混合粉末を加圧成形する際に印加する磁場の大きさを変化させたこと以外は、それぞれ試料Ｎｏ．１−５と試料Ｎｏ．１−１０１と同様にして試料Ｎｏ．２−１〜２−４と試料Ｎｏ．２−１０１〜２−１０６とを作製した。各試料において、混合粉末の含有量及び体積存在比率、印加した磁場の大きさ、付加した成形圧力の大きさ、成形体の高さを表２に示す。そして、試験例１と同様にして、各試料の密度と磁気特性を求めた。その結果を表２に示す。

表２に示すように、中空形状の結合用粉末を用いて磁場強度を０．８Ｔ以上とした試料Ｎｏ．２−１〜２−４は、配向度が０．７４以上、更には０．７６以上で、かつ密度が５．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、高配向度と高密度を兼ね備えることが分かる。また、試料Ｎｏ．２−１〜２−４は、磁場強度が低く（１．５Ｔ以下程度）ても高配向度と高密度とを達成できることが分かる。中空形状の結合用粉末を用いることで異方性磁石粒子間の間隔を保持できるため、磁場強度を高くしなくても異方性磁石粒子の配向性がばらつき難くできたからだと考えられる。即ち、製造条件に制約が少なく、高い確率で高配向度と高密度とを達成できる。そして、この試料Ｎｏ．２−１〜２−４は、飽和磁化Ｊｓが１．１０Ｔ以上、更には１．１９以上、残留磁化Ｂｒが０．８５以上、更には０．９０以上であり、飽和磁化Ｊｓ及び残留磁化Ｂｒが高いことが分かる。

〔試験例３：試料Ｎｏ．３−１〜３−４，３−１０１〜３−１０５〕
試験例３では、試験例１の試料Ｎｏ．１−５と同様の混合粉末と試料Ｎｏ．１−１０１と同様の混合粉末とを用い、これら混合粉末を加圧成形する際に付加する圧力の大きさを変化させたこと以外は、それぞれ試料Ｎｏ．１−５と試料Ｎｏ．１−１０１と同様にして試料Ｎｏ．３−１〜３−４と試料Ｎｏ．３−１０１〜３−１０５とを作製した。各試料において、混合粉末の含有量及び体積存在比率、印加した磁場の大きさ、付加した成形圧力の大きさ、成形体の高さを表３に示す。そして、試験例１と同様にして、各試料の密度と磁気特性を求めた。その結果を表３に示す。

表３に示すように、中空形状の結合用粉末を用いて成形圧力を２５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下とした試料Ｎｏ．３−１〜３−４は、配向度が０．７４以上、更には０．７６以上で、かつ密度が５．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、高配向度と高密度を兼ね備えることが分かる。また、試料Ｎｏ．３−１〜３−４は、成形圧力を２５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下とするように、非常に広範囲に亘る成形圧力で高配向度と高密度とを達成できることが分かる。即ち、製造条件に制約が少なく、高い確率で高配向度と高密度とを達成できる。そして、この試料Ｎｏ．３−１〜３−４は、飽和磁化Ｊｓが１．１０Ｔ以上、残留磁化Ｂｒが０．８５以上であり、飽和磁化Ｊｓ及び残留磁化Ｂｒが高いことが分かる。

〔試験例４：試料Ｎｏ．４−１〜４−４，４−１０１〜４−１０３〕
試験例４では、試験例１の試料Ｎｏ．１−５と同様の混合粉末と試料Ｎｏ．１−１０１と同様の混合粉末とを用い、これら混合粉末を加圧成形して作製する成形体の高さを変化させたこと以外は、それぞれ試料Ｎｏ．１−５と試料Ｎｏ．１−１０１と同様にして試料Ｎｏ．４−１〜４−４と試料Ｎｏ．４−１０１〜４−１０３とを作製した。各試料において、混合粉末の含有量及び体積存在比率、印加した磁場の大きさ、付加した成形圧力の大きさ、成形体の高さを表４に示す。そして、試験例１と同様にして、各試料の密度と磁気特性を求めた。その結果を表４に示す。

表４に示すように、中空形状の結合用粉末を用いた試料Ｎｏ．４−１〜４−４はいずれも、配向度が０．７４以上、かつ密度が５．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、高配向度と高密度を兼ね備えることが分かる。また、中空形状の結合用粉末を用いずに作製した試料Ｎｏ．４−１０１〜４−１０３は、成形体の高さが高くなるにつれて配向度及び密度が低下しているのに対して、中空形状の結合用粉末を用いた試料Ｎｏ．４−１〜４−４は、成形体の高さを高く（例えば、１０ｍｍ以上）しても高配向度及び高密度を達成していることが分かる。試料Ｎｏ．４−１０１〜４−１０３は、作製する成形体の高さを高くするほど、混合粉末を加圧成形する際、異方性磁石粉末は自重により成形用金型の底側で密集して磁気反発力が作用し易くなったからだと考えられる。一方、試料Ｎｏ．４−１〜４−４は、成形体の高さを高くしても、中空形状の結合用粉末を用いたことで、加圧成形前に異方性磁石粒子同士の間隔を保持することができたため配向度を高められたと考えられる。特に、異方性磁石粒子同士の間隔の保持を少量の結合用粉末で行えたことに加えて、中空形状が押し潰されて異方性磁石性粒子間に展延することで体積が縮小されたため、密度をも高められたと考えられる。ここでは示していないが、成形体の高さが５０ｍｍ程度まででも同様に高配向度及び高密度を達成できると考えられる。そして、この試料Ｎｏ．４−１〜４−４は、飽和磁化Ｊｓが１．１０Ｔ以上、更には１．１８以上、残留磁化Ｂｒが０．８５以上、更には０．８８以上であり、飽和磁化Ｊｓ及び残留磁化Ｂｒが高いことが分かる。

本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、高配向度及び高密度を兼ね備える希土類ボンド磁石の製造に好適に利用できる。本発明の希土類ボンド磁石の製造法により製造される希土類ボンド磁石は、永久磁石、例えば、各種のモータ、特に、ハイブリッド自動車やハードディスクドライブなどに具備される高速モータに用いられる永久磁石に好適である。

１ 成形体
１０ 混合粉末
１１ 異方性磁石粒子 １２ 結合用粒子
１００ 成形用金型
１０１ 上パンチ １０２ 下パンチ １０３ ダイ

Claims (6)

1. 希土類−鉄系合金からなり、結晶磁気異方性を有する異方性磁石粒子を複数有する異方性磁石粉末と、前記異方性磁石粉末を結合する結合用粒子を複数有する結合用粉末とを含む混合粉末を準備する準備工程と、
   前記混合粉末を磁場印加中で加圧成形して成形体を作製する成形工程とを備え、
   前記結合用粉末は、
   その含有量が０．７質量％以上３．０質量％未満であり、
   加圧成形前には前記異方性磁石粒子同士の間隔を保持する中空形状で、加圧成形後には前記異方性磁石粒子に押圧されて前記異方性磁石粒子間に沿って展延する希土類ボンド磁石の製造方法。
2. 前記結合用粉末が、アモルファスシリカガラスで構成されている請求項１に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
3. 前記成形体の高さが、１０ｍｍ以上である請求項１又は請求項２に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
4. 前記成形工程における成形圧力が、２５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
5. 前記成形工程において印加する磁場の大きさが、０．８Ｔ以上である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
6. 前記成形体に１０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の圧力を付加した状態で以下の熱処理を施す熱処理工程を備える請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
   雰囲気が不活性ガス雰囲気又は減圧雰囲気
   温度が２００℃以上４００℃以下
   保持時間が０．１時間以上５時間以下

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