JP2017022198A - 磁石の製造方法及び磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】高温下の焼結によるのでなく、磁性材料よりなる磁粉を緻密に配置することで残留磁束密度を高めることにより磁気特性を高める磁石の製造方法及び磁石を提供する。
【解決手段】磁粉と潤滑剤との混合粉末を該磁粉の割れや粒子の再配列を促すべく加圧成形して、前記磁粉の成形体を得る加圧成形工程を有する磁石の製造方法であって、前記加圧成形工程が、前記潤滑剤の融点以上かつ前記磁粉の分解温度以下に加熱した高温下で加圧減圧する高温加圧成形工程と、前記潤滑剤の融点未満の相対的に低温下で加圧減圧する低温加圧成形工程と、を包含する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石の製造方法及び磁石に関するものである。

高いエネルギー積を有する磁気特性に優れた高性能磁石への期待が高まっている。代表的な磁石として、希土類金属とＣｏやＦｅとの金属間化合物を主成分とするもの等が知られている。

特許文献１には、希土類、鉄族金属及びホウ素を配合した溶融原料から超急冷法により得られた磁石合金粉末を所要粒径に粉砕した後、冷間プレスを行って圧粉体とし、この圧粉体を熱間又は温間プレスして高密度化し、更に熱間又は温間での塑性加工を行い磁気異方性を与えることによって、優れた磁気特性の永久磁石を得る製造技術が開示されている。当該特許文献の出願人による同類の技術分野の他公報を参照すれば、「ホットプレスに基づく応力によって成形体のプレス方向に異方性が付与され、高い磁気特性が得られる。更に成形体にプレス方向と同じ方向にアプセットを行うと磁気特性は更に向上する」等の知見に基づく製造方法と推察される（第２５１７９５７号特許公報〔従来技術〕参照）。

特許文献２には、磁石粉末と結合樹脂との混合物を所望の磁石形状に賦形して製造されるいわゆるボンド磁石を、型で圧縮成形する技術が開示されている。型で混合物を加圧下で温間成形し、更にこの加圧状態を維持したままで冷却する「加圧下冷却」を行い、低空孔率な成形体を得ることによって、磁気特性に優れるボンド磁石を得ようとする。

特開２０１５−１５３８１号公報 特開平１０−２５９４０３号公報

しかしながら、特許文献１の製法は、希土類元素−鉄族金属−ホウ素系の磁性材料がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの組成を有し、「塑性変形時にＮｄリッチの粒界相に囲まれたＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶が粒界滑りしつつ粒成長した結果、結晶の方向が揃うため異方性となる。…」異方性化メカニズムを有しており、Ｎｄリッチ粒界相が存在しないＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石等では同じ方法での異方性化が困難であったり、熱間塑性加工時の温度が約８００℃より低い場合は、粒界滑りや結晶の粒成長が起こりにくく、異方性化の度合が低下したりすることが公開されている（第３６１８６４７号特許公報［０００６］［０００７］等参照）。つまり、特許文献１の製法は、焼結によって磁性材料の緻密化を図り、同時に磁石の磁気特性向上を図る製法であり、８００℃程度の高温条件を必須とする製造方法なので製造コストが大きくなり、また、高温条件だけでなく異方性化メカニズムの観点からも適用可能な磁性材料を選ぶと推察される。

また、特許文献２の製造方法による磁石は、そもそもボンド磁石であり、ボンド磁石が不可避的に結合樹脂を含むため、磁石主相がほぼ１００％密度のいわゆるバルク磁石と比較すると磁気特性が劣る。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高温下の焼結によるのでなく、磁性材料よりなる磁粉を緻密に配置することで残留磁束密度を高めることにより磁気特性を高める磁石の製造方法及び磁石を提供することを目的とする。

本発明の磁石の製造方法は、磁粉と潤滑剤との混合粉末を該磁粉の割れや粒子の再配列を促すべく加圧成形して、前記磁粉の成形体を得る加圧成形工程を有する磁石の製造方法である。前記加圧成形工程が、前記潤滑剤の融点以上かつ前記磁粉の分解温度以下に加熱した高温下で加圧減圧する高温加圧成形工程と、前記潤滑剤の融点未満の相対的に低温下で加圧減圧する低温加圧成形工程と、を包含する。

上記の磁石の製造方法によれば、潤滑剤が効奏する高温加圧成形工程を行うことによって、成形体の被加圧当接面である端面を除いて、端面から加圧方向に沿って離間する成形体内部において、磁粉の割れや粒子の再配列がより促進され得る。つまり、成形体の端面においてより粗に、端部以外の内部においてより密になる均一でない密度分布を生じ得る。

逆に、低温加圧成形工程を行うことによって、成形体の被加圧当接面である端面において、磁粉の割れや粒子の再配列がより促進され得る。つまり、成形体の端面においてより密に、内部においてより粗になる均一でない密度分布を生じ得る。

よって、高温加圧成形工程及び低温加圧成形工程の両工程を備える加圧成形工程を行うことで、成形体の端面及び端面から加圧方向に沿って離間する成形体内部において共に成形体が均一に高密度となり、成形体全体として高密度化を図ることができる。よって、成形体よりなる磁石の残留磁束密度が大きくなるので磁気特性を向上でき、ひいては、磁石組込み機器の小型高出力化に寄与することができる。

実施形態の磁石の製造方法の各工程を示した図である。 図１の混合粉の製造工程の初期状態を示す模式図である。 図１の混合粉の製造工程の終了状態を示す模式図である。 実施形態の磁粉と結着剤とが混合した状態を模式的に示す断面図である。 図１の加圧成形工程の初期状態を示す模式図である。 図１の高温加圧成形工程の初期状態を示す模式図である。 図１の高温加圧成形工程の終了状態を示す模式図である。 図１の加圧成形工程の終了間際の状態を示す模式図である。 実施形態の成形体の磁粉粒子の配列状態を模式的に示す拡大図である。 実施形態の磁石の構成を模式的に示す拡大図である。 図１の加圧成形工程における温度変化を模式的に示す図である 密度分布を説明するための成形体の部分断面図である。 密度分布を説明するための成形体の断面拡大写真を示す図である。 実施形態の成形体の密度比を示すグラフである。 端面及び内部の成形体の各部分の密度比を示すグラフである。

＜実施形態＞
本発明の磁石の製造方法について、図１〜図１０を参照しながら、実施形態として具体的に説明する。図１は、本形態の磁石の製造方法の各工程を示した図である。

（ステップＳ１：磁粉の準備）
図１のステップＳ１に示すように、磁石の素材としての磁粉１１を準備する。

磁粉１１は、磁性材料の粒子の集合体である粉末が用いられる。磁粉１１の磁性材料は、限定されるものではないが、硬磁性体よりなることが好ましい。硬磁性体としては、例えば、フェライト磁石、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁石、希土類元素を含む希土類磁石、窒化鉄磁石を挙げることができる。

硬磁性体の磁粉１１としては、Ｆｅ−Ｎ系化合物、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物（Ｒ：希土類元素）の一種以上よりなる化合物を用いることが好ましい。なお、Ｒで示される希土類元素としては、いわゆる希土類元素として知られている元素（Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ａｃ，Ｔｈ，Ｐａ，Ｕ，Ｎｐ，Ｐｕ，Ａｍ，Ｃｍ，Ｂｋ，Ｃｆ，Ｅｓ，Ｆｍ，Ｍｄ，Ｎｏ，Ｌｒ）であればよく、Ｄｙ以外の希土類元素（Ｒ：Ｄｙを除く希土類元素）であることが好ましい。これらのうち、特に軽希土類元素が好ましく、その中でもＳｍが好適である。ここでいう軽希土類元素は、ランタノイドの中で、Ｇｄよりも原子量が小さい元素、すなわちＬａ〜Ｅｕである。Ｆｅ−Ｎ系化合物は、窒化鉄磁石に含まれる。Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物は、希土類磁石に含まれる。

磁粉１１は、Ｆｅ−Ｎ系化合物，Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物であれば具体的な組成は限定されない。磁粉１１は、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ_３、又はＦｅ_１６Ｎ_２の粉末が最も好ましい。

磁粉１１は、その粒子径（平均粒径）が限定されるものではない。平均粒径（Ｄ５０）が２〜５μｍ程度であることが好ましい。また、磁粉１１には、粒子表面の全てに酸化膜が形成されていないものを用いる。

（ステップＳ２：潤滑剤の準備）
図１のステップＳ２に示すように、潤滑剤２１を準備する。潤滑剤２１は、通常の条件下（大気雰囲気下、常温）で固体の物質（固体潤滑剤）を好適に用いることができる。本実施形態では、潤滑剤２１には、粉末状の潤滑剤を用いる。

潤滑剤２１には、金属石けん系の潤滑剤（固体潤滑剤粉末）を用いる。潤滑剤２１として、例えば、ステアリン酸亜鉛などのステアリン酸系金属の粉末を用いる。潤滑剤２１の粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、１０μｍ程度である。ここで、潤滑剤２１の平均粒径は、磁粉１１の平均粒径より大きいことが好ましい。潤滑剤２１の比重は、磁粉１１の比重より小さい。そのため、潤滑剤２１の初期状態の大きさをある程度大きくすることで、潤滑剤２１の１粒あたりの質量を大きくすることができ、後述のステップＳ３の工程で混合する際に潤滑剤２１が舞い散ることを抑制できる。

磁粉１１と潤滑剤２１の混合割合は、任意に設定できる。磁粉１１と潤滑剤２１の混合割合は、体積割合で、磁粉１１：８０〜９０体積％、潤滑剤２１：５〜１５体積％とすることが好ましい。また、磁粉１１と潤滑剤２１以外に、添加剤を添加しても良い。添加剤としては、その後の加熱により消失する有機溶剤等の添加剤を挙げることができる。

（ステップＳ３：混合粉の製造）
図１のステップＳ３に示すように、先の２つの工程で準備した磁粉１１と潤滑剤２１を混合して混合粉を得る。

磁粉１１と潤滑剤２１の混合は、両粉末１１，２１をすり潰しながら混合して行う。混合粉末を形成する方法は、図２Ａに示したように、混合用容器３１にて、磁粉１１と潤滑剤２１をすり潰しながら混合する。すり潰しながら混合することにより、図２Ｂに示したように、結合強度の低い潤滑剤２１が細分化され、潤滑剤２１の粒径が全体的に小さくなる。本工程の終了時には、粒子の大きさが異なる潤滑剤２１が存在している。

更に、混合粉１１，２１は、磁粉１１だけによる塊状の部分を少なくすること（磁粉１１の二次粒子を解砕すること）ができ、潤滑剤２１の大きさを小さくできる。つまり、磁粉１１の各粒子に近接した位置に、細かくされた潤滑剤２１を存在させることができる。

（ステップＳ４：吸着膜の生成）
続いて、図１のステップＳ４に示すように、混合粉１１，２１を加熱して磁粉１１の表面に吸着膜２２を形成する。
先の工程（ステップＳ３）で混合した磁粉１１と潤滑剤２１の混合粉１１，２１を、加熱温度Ｔ_１で加熱して、磁粉１１の表面に潤滑剤２１の吸着膜２２を形成する。このときの混合粉１１，２１の加熱温度Ｔ_１は、磁粉１１の分解温度Ｔ_２未満であって、潤滑剤２１の融点Ｔ_３以上の温度である（Ｔ_３≦Ｔ_１＜Ｔ_２（図７参照））。

混合粉１１，２１を、加熱温度Ｔ_１で加熱すると、磁粉１１が分解することなく、潤滑剤２１が溶融する。溶融した潤滑剤２１は、磁粉１１の粒子の表面に沿って流動し、磁粉１１の表面を被覆する。そして、磁粉１１の表面に吸着膜２２を形成（生成）する。吸着膜２２は、潤滑剤の石けん成分を磁粉１１の表面に化学結合させて層を形成しても良いし、磁粉１１の表面に潤滑剤のみの層を形成しても良い。層である吸着膜２２の場合は、吸着膜２２の形成後に混合粉１１，２１を融点Ｔ_３より低い温度に冷却し、磁粉１１の表面から吸着膜２２が脱離しないように固化（固定）させる。吸着膜２２が形成された状態の磁粉１１を、以下「被膜磁粉」とも称し、符号１２を付す（図３参照）。

加熱温度Ｔ_１での加熱時間は、混合粉１１，２１に付与される熱量によるため、限定されるものではない。つまり、加熱温度Ｔ_１が高温になれば、混合粉１１，２１に与えられる時間あたりの熱量が増加するため、加熱時間を短くできる。また、加熱温度Ｔ_１が比較的低い温度である場合には、加熱時間を長くすることが好ましい。

加熱温度Ｔ_１と加熱時間について、混合粉１１，２１に付与される熱量が大きくなるほど、磁粉１１の表面に凝集した吸着膜２２を生成でき、加圧成形工程（ステップＳ６）で被膜切れを生じなくなる。そうすると、特に後述するステップＲ１の高温加圧成形において、成形体の内部に充填された磁粉１１の間の摩擦を小さくでき、加圧力を内部にまで伝えるのに寄与する。

（ステップＳ５：結着剤の混合）
続いて、図１のステップＳ５に示すように、被膜磁粉１２の表面に、例えば、シリコーン組成物よりなる未硬化の結着剤４１を配する。この結着剤４１は、室温でゲル状〜液体状であり、流動性を持つ。結着剤４１を被膜磁粉１２と混合することで、結着剤４１が被膜磁粉１２（の粒子）の表面に配される。この状態では、図３に断面を模式図で示したように、隣接する被膜磁粉１２の粒子同士の間に結着剤４１が介在する。この結着剤４１が介在した状態の被膜磁粉１２を、以下「加工磁粉」とも称し、符号１３を付す（図３参照）。

結着剤４１のシリコーン組成物としては、シロキサン結合による主骨格を持つ組成物を用いることができる。より具体的には、シリコーン組成物としてシリコーン樹脂を用いる。シリコーン組成物は、被膜磁粉１２の表面に配されるときは未硬化（ゲル状〜液体状）で、その後の工程（本形態ではステップＳ７の加熱硬化の工程）で硬化する。

熱硬化型のシリコーン組成物は、硬化温度（硬化開始温度）Ｔ_４が、磁粉１１の分解温度Ｔ_２未満である。また、後述するように、ステップＲ１の高温加圧成形工程の途中において結着剤４１が早々と硬化しないように、硬化温度（硬化開始温度）Ｔ_４は、ステップＲ１の高温加圧成形工程時の高温度よりも更に高温である。或いは、シリコーン組成物中の硬化開始剤を所定の化合物とすることにより、高温加圧成形工程時の高温度よりも更に高温で硬化開始するように調整可能な組成物を用いることが好ましい。

結着剤４１の混合割合は、任意に設定できる。例えば、被膜磁粉１２（吸着膜２２が形成された状態）の体積を１００ｖｏｌ％としたときに、５〜１５ｖｏｌ％とすることができ、８〜１２ｖｏｌ％とすることがより好ましい。なお、結着剤４１を硬化する方法は限定されない。例えば、加熱、紫外線の照射、水等の反応開始剤を接触させて硬化を開始する等の方法でも構わない。

（ステップＳ６：加圧成形）
続いて、図１のステップＳ６に示すように、磁粉を加圧して成形体を形成する加圧成形工程を行う。本発明者らは、金型の中に磁粉を充填して一軸加圧成形を行ったところ、加熱して高温下で行う場合と、より低温の常温下で行う場合とで、得られる成形体の密度が部位によって均一でない、つまり磁粉の割れや再配列が促されて磁粉の粒子間の隙間が詰まり易い部位が異なることに着目した。そこで、高温下で行う高温加圧成形と常温下で行う低温加圧成形とを行い、全体的に均一なより高密度を有する成形体が得られることを見出した。本実施形態の磁石の製造方法は、図１に示すステップＳ６の加圧成形工程が、潤滑剤２１の融点Ｔ_３以上かつ磁粉１１の分解温度Ｔ_２以下に加熱した高温度Ｔ_５で加圧減圧するステップＲ１の高温加圧成形工程と、潤滑剤の融点Ｔ_３未満の相対的に高温度Ｔ_５より低温で加圧減圧するステップＲ２の低温加圧成形工程と、を包含することを特徴とする製法であり、以下説明する。

まず、図８に示した成形体５１の端面Ｅ及び内部断面Ｃの電子顕微鏡写真を用いて、本形態の加圧成形工程に関して前提となる上記の着目点について説明する。円柱形状のキャビティを有する金型の中に混合粉１１，２１を充填して一軸加圧成形を行い、図８に示すように、上下両方向Ｐ１、Ｐ２から充填された混合粉１１，２１の端面Ｅを上下の各パンチ（図示せず）によって加圧減圧して、円柱形状の成形体５１を得た。加圧成形条件は、加圧力（成形面圧）を１４００ＭＰａ、パンチ回数（打数）を６０回行った。図９の（ii）に高温度１３０℃で高温加熱成形を行った成形体５１の端面Ｅ及び軸線方向略中央部の内部断面Ｃの写真を示した。

図示のとおり、高温加圧成形を行った成形体では、内部断面Ｃに露出した磁粉の粒子は再配列がより良く促されており、粒子間の隙間が小さく粒子同士が密に詰まっていた。一方、端面Ｅでは、内部断面Ｃと比較すると、磁粉の粒子間の隙間がより大きく残っていた。また、図示を省略するが、軸線方向に沿った所定間隔毎の内部断面の写真を併せて観察したところ、磁粉を構成する粒子同士が密に詰まる状態は、図８において符号５１ｅ示した端面近傍の部位を除いて、符号５１ｃで示した成形体５１の軸線方向に沿った内部全体に亘って確認された。

また、図９の（ｉ）に、常温下で低温加圧成形を行った成形体５１の端面Ｅ及び軸線方向略中央部の内部断面Ｃの写真を示した。成形時の温度を常温とした以外は同一条件で低温加圧成形を行った。
図示のとおり、低温加圧成形を行った成形体では、端面Ｅの磁粉の粒子は再配列がより良く促されており、粒子間の隙間が小さく粒子同士が密に詰まっていた。一方、内部断面Ｃに露出した磁粉の粒子は、端面Ｅの粒子と比較すると、粒子間の隙間がより大きく残っていた。つまり、高温加圧成形時と比較すると、磁粉の粒子同士が密に詰まる部位が異なっていた。低温加圧成形では符号５１ｅ示した端面近傍において粒子が高密度に偏在し、それ以外の符号５１ｃで示した成形体５１の内部の大部分は、粒子間の隙間がより大きくなる密度分布を有することを確認できた。

（ii）の高温加圧成形において、成形体の端面（パンチの当接面）を除いた内部で磁粉の粒子間の隙間が小さくなり粒子同士が密に詰まり、成形体全体の密度分布が均一でなくなる理由は、潤滑剤がよりよく効奏する温度条件を得ることによると推察される。成形体を構成する磁粉の粒子間の摩擦や、磁粉と金型の内壁面との摩擦が小さくなるので、パンチの加圧力が成形体内部にまで伝わりやすく、より大きく作用し得る。パンチの当接面から離間する成形体内部に向けて磁粉の粒子が沈み込む、ないしは突き入るように移動、つまり再配列が促進される。よって、成形体の内部では磁粉の粒子同士が密に詰まり易くなる。換言すると、成形体のパンチ当接面では相対的にパンチの加圧力が伝わりにくくなり、端面の磁粉粒子の再配列が進みにくい状態が生じ得る。よって、成形体の端面近傍では磁粉の粒子間に隙間が残り、粒子同士が密に詰まりにくくなる。結果、成形体全体の密度分布が部位によって均一でなくなる。

高温加圧成形の「高温」とは、上記の磁粉の粒子の再配列を誘発するように潤滑剤が効奏する温度以上であればよい。本明細書では、発明を明確にするために、「高温」の下限を潤滑剤の融点以上と規定する。

また、「高温」の上限を磁粉の分解温度以下とする。一例を挙げれば、磁粉がＦｅ−Ｎ系化合物、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物（Ｒ：希土類元素）の一種以上よりなる化合物であれば、分解温度の目安は５００℃程度である。実際的には、この化合物を主成分とする磁性材料は、高温中酸素雰囲気下で金属酸化物が生成して磁気特性が劣化するおそれがあり、これを回避するためには１６０℃程度を「高温」の上限とすることができる。また、「高温」は、潤滑剤が例えば炭化して潤滑効果を奏することができなくなる温度未満でもある。潤滑剤が、例えばステアリン酸亜鉛などのステアリン酸系金属の粉末であれば、潤滑効果を奏する上限温度は３５０〜４５０℃程度と考えられる。

（ｉ）の低温加圧成形で、成形体の端面（パンチの当接面）において偏って磁粉の粒子同士が密に詰まり、成形体全体の密度分布が均一でなくなる理由は、相対的に温度が低いので磁粉粒子の滑りや移動（再配列）を誘発する潤滑効果が充分に奏されないことによると推察される。よって、成形体内部の磁粉粒子の滑りや移動（再配列）が促されず、加圧力が成形体のパンチの当接面近傍に集中し易くなる。つまり、成形体内部におけるパンチを介した加圧力の分布が、主に端面で高圧となるように不均一になる。結果、成形体全体の密度分布が、端面で高密度となり均一でなくなる。

低温加圧成形の「低温」とは、上記の磁粉の粒子の滑りや移動（再配列）を誘発する潤滑効果が充分に奏されない温度であれば、特に限定されない。本明細書では、発明を明確にするために、「低温」を高温よりも相対的に低い温度となる潤滑剤の融点未満と規定する。その限りにおいて、一般常識で「低温」の範囲外の温度、例えば１００℃以上であっても、相対的に「高温」よりも低い潤滑剤の融点未満の温度であって、潤滑剤が充分に効奏しない温度であれば「低温」としても構わない。「低温」の一例として、加圧成形時に特段の加熱操作を要さない常温を挙げることができる。上記のとおり、「低温」は、潤滑剤の融点未満であって相対的に「高温」よりも低い温度であり、技術常識的に加圧成形を行える温度であれば常温に限られず、例えば０℃以下であっても構わない。

加圧成形工程では、図４Ａに模式図で示すように、加圧型７０（加圧下型７１（金型））のキャビティ内に、加工磁粉１３を配置する（投入する）。加圧型７０は、非磁性の超硬合金よりなる。加圧成形工程は、加工磁粉１３に磁力線が透過する条件下（磁場配向する条件下）で行われる。なお、加圧減圧によって磁粉１１の粒子が再配置する過程を解り易くするために、図４Ａ〜図４Ｄにおいて、吸着膜２２が形成され結着剤４１が配された状態の加工磁粉１３を、黒丸で模式的に表した。

（ステップＲ１：高温加圧成形）
続いて、図４Ｂに模式図で示すように、加圧下型７１に加圧上型７２（金型）を組み付け、近接する方向に移動させることにより、加圧型７０（７１，７２）により加工磁粉１３に対して加圧減圧する（加圧成形する）。本形態では、図１にステップＲ１として示すように、最初に高温加圧成形を行う。高温加圧成形工程において、加圧型７０（７１，７２）を加熱することにより、加圧型７０（７１，７２）内の加工磁粉１３を加熱する。具体的には、加圧型７０の外側面にヒータと温度センサを取り付ける（図示せず）。加圧型７０の外部に温度調節装置を設ける（図示せず）。温度調節装置に設定温度を設定し、温度センサの信号を見ながらヒータに流す電流を制御することにより、加圧型７０を設定温度に制御する。このときの磁粉１１の高温度Ｔ_５は、潤滑剤２１の融点Ｔ_３以上の温度とする（Ｔ_３≦Ｔ_５（図７参照））。例えば、ステップＳ４の吸着膜の生成工程で説明した磁粉１１と潤滑剤２１の混合粉１１，２１の加熱温度Ｔ_１と同程度の温度に設定できる。

また、高温度Ｔ_５は、結着剤４１の硬化温度Ｔ_４未満であり、磁粉１１の分解温度Ｔ_２未満でもある（Ｔ_５＜Ｔ_４＜Ｔ_２（図７参照））。したがって、加熱が行われても磁粉１１は分解されないだけでなく、結着剤４１も硬化しない。なお、高温加圧成形における加熱方法は、加圧型７０を加熱する方法に限られない。所定の方法により加工磁粉１３そのものを温めても、加圧型７０及び加工磁粉１３の両方を温めても構わない。加圧型７０を加熱すれば熱伝導により加工磁粉１３も加熱されるが、加圧型７０と加工磁粉１３の両方を加熱すれば、生産効率がより高められる。

具体的には、高温加圧成形を行う高温度Ｔ_５は、潤滑剤２１が例えばステアリン酸亜鉛であれば、その融点以上の１３０〜１５０℃とすることができる。この場合、後述する結着剤４１であるシリコーン組成物の硬化温度Ｔ_４を１５０〜１６０℃に調整することができる。また、潤滑剤２１が例えばステアリン酸であれば、高温度Ｔ_５をその融点以上の６０〜７０℃とすることができる。上述したように、「高温」は、潤滑剤が効奏する温度に応じるので、用いる潤滑剤によって異なり得る。

高温加圧成形時の加圧型７０（７１，７２）による加圧力は、磁粉１１が破壊する破壊圧力以下の圧力である。本形態では、１．４ＧＰａ以下である。そして、加圧型７０（７１，７２）による加圧減圧は、複数回（２回以上）行う。加圧上型７２に加圧力を付加した後に、加圧上型７２に付加する加圧力を緩めて減圧し、再び加圧上型７２に加圧力を付加する。そして、この加圧減圧動作を繰り返す。なお、加圧上型７２に付加する加圧力を緩める際には、加圧上型７２を上側へ移動させても良いし、加圧上型７２を上側へ移動させずに加圧力のみを低減させるようにしても良い。

加圧型７０（７１，７２）による加圧減圧回数は、成形体５０の密度の向上の効果が飽和する回数とすることができる。例えば、２〜３０回行うことができる。好ましくは、１０回〜２０回程度連続的にパンチで加圧減圧する（パンチで連打する）形態を挙げることができる。加圧型７０での加圧減圧を繰り返すことによって、前回加圧時における磁粉１１の粒子の配列状態に対して、磁粉１１の粒子が再配列され、磁粉１１（加工磁粉１３）の粒子間の隙間が小さくなる。

磁粉１１の粒子の再配列では、隣接する磁粉１１の粒子同士の間の当接表面（摺接表面）に潤滑剤２１の吸着膜２２が介在することによって、磁粉１１（被膜磁粉１２）の粒子同士が非常に滑らかに移動する。この磁粉１１の粒子の再配列と吸着膜２２による滑りの相乗作用によって、成形体５０において磁粉１１の粒子の隙間が小さくなる。

また、磁粉１１（被膜磁粉１２）の粒子の間には、結着剤４１が未硬化の状態で介在している。未硬化の状態の結着剤４１は、シリコーンオイルの特性を発揮し、潤滑性も発揮する。つまり、隣接する磁粉１１の粒子の間に吸着膜２２及び未硬化の結着剤４１が介在することによって、磁粉１１の粒子の移動（再配列）を促進する。この作用にもより、成形体５０において磁粉１１の粒子の隙間が小さくなる。
すなわち、図４Ｃに示すように、磁粉１１の粒子の隙間が小さな成形体５０が得られる。この時、パンチ近傍の成形体５０の端面の磁粉１１ｅは、上述したように、粒子間に隙間がやや多く残っている。また成形体５０の端面以外の内部の磁粉１１ｃの粒子間の隙間は小さく密に詰まっている。パンチによる加圧力が成形体の端面から離間する内部においてより大きく作用する結果、磁粉１１ｃの粒子間の隙間が小さくなり、対して磁粉１１ｅの粒子間の隙間がより大きくなり、このように成形体５０の密度分布は均一でなくなっている。

（ステップＲ２：低温加圧成形）
次に、図１のステップＲ２で示すように、低温加圧成形を行う。低温加圧成形は、加圧成形時の温度条件を変える以外は、高温加圧成形と同様に行うことができる。低温環境を整える方法は特に限定されない。例えば、上述した高温加圧成形で行ったヒータによる加熱を止めて放置状態で金型温度を常温にまで下げ、自然に温度降下してその後に常温が維持されるまでの間に（図７のＲ２参照）、低温加圧成形を行うことができる。又は、金型が常温程度にまで冷却された後に低温加圧成形を行う方法でも、所定の冷却装置を用いて急冷する方法でも構わない。具体的には、加圧型７０の内部に流路を形成し、配管と温度センサを取り付ける（図示せず）。加圧型７０の外部に温度調節装置付きのチラー（冷却装置）を設ける（図示せず）。温度調節装置に設定温度を設定し、温度センサの信号を見ながらチラーから送られる流体の温度を制御することにより、加圧型７０を設定温度に制御する。

低温加圧成形は、例えば、高温時と同様に加圧上型７２に加圧力を付加した後に、加圧上型７２に付加する加圧力を緩めて減圧し、再び加圧上型７２に加圧力を付加し、この動作を繰り返す態様で加圧操作を行うことができる。また、好ましくは、１０回〜２０回程度連続的にパンチで加圧減圧する（パンチで連打する）形態を挙げることができる。また、高温加圧成形工程から低温加圧成形工程に移行する際には、高温加圧成形後一旦加圧力を緩めた後に、低温加圧成形工程を行うことができる。但し、高温時の加圧力を維持した状態で低温加圧成形工程を行う態様を排除するものではない。

低温加圧成形を行うと、図４Ｄに模式的に示すように、磁粉１１の全部の粒子間の隙間が小さい高密度な成形体５０が得られる。つまり、成形体５０の端面の磁粉１１ｅの粒子間及び内部の磁粉１１ｃの粒子間は、共に隙間が小さく密に詰まっており、成形体５０の全体の密度分布が均一となっている。別途、図５に拡大図で示したような磁粉１１の粒子が圧接されて粒子同士が密着して結合する成形体５０が形成される。これは、低温加圧成形を行うことにより、パンチの加圧力が成形体５０の端面に集中的に作用し、高温加圧成形時における端面の磁粉１１ｅの粒子のやや緩やかであった配列状態に対して、磁粉１１ｅの粒子の隙間が小さくなるように移動し、再配列され、密に詰まったためである。

本実施形態の加圧成形工程は、上述した高温加圧成形工程と低温加圧成形工程との両方を繰り返し行う成形方法である。高温加圧成形工程と低温加圧成形工程とを行う順序は、例えば高温（加圧成形）→低温（加圧成形）→高温→低温の順に、又は低温→高温→低温の順に行っても構わず、特に限定されない。最初に行う加圧成形工程が高温加圧成形工程であれば好ましく、また、最後に行う加圧成形工程が低温加圧成形工程であれば好ましい。図１には、ステップＳ６の加圧成形工程において、最初にステップＲ１の高温加圧成形工程を行い、次にステップＲ２の低温加圧成形工程を行い、高温→低温（Ｒ１→Ｒ２）を１サイクルとして、このサイクルをｎ回繰り返す工程図を例示した。図７には、高温→低温→高温→低温の順に加圧成形を行った場合の温度変化を黒太直線で例示したが、本実施形態はこれらの図面の例示に限定されない。

繰り返し回数は、高温加圧成形を最低１回以上、及び低温加圧成形を最低１回以上行えばよい。また、例えば高温加圧成形を行った後に、所定の養生時間をおいて再び高温加圧成形を行い、次に低温加圧成形を行い繰り返す方法（高→高→低）でも構わないが、高温加圧成形と低温加圧成形とを交互に繰り返し行うのが好ましい。好ましい加圧成形工程の一実施形態として、最初にパンチで１０回程度連打する高温加圧成形を行い、次に同様にパンチで１０回程度連打する低温加圧成形を行う形態を挙げることができる。

上述した図９の（ｉ）、（ii）と同じ条件で、低温→高温→低温の順に加圧成形を行い、図８に示す円柱形状の成形体５１を得て、この端面Ｅ及び軸線方向略中央部の内部断面Ｃを電子顕微鏡で撮影して、図９の（iii）に示した。加圧成形のパンチの打数は、低温２０回→高温２０回→低温２０回の合計で６０回行った。低温→高温及び高温→低温（高温：１３０℃、低温：常温）の移行は、温度管理を行い、所定の一定温度が維持された条件下で加圧成形を行った。

図示のとおり、高温及び低温の各加圧成形を行った成形体５１では、内部断面Ｃと端面Ｅとの双方で磁粉の粒子間の隙間が小さく粒子同士が密に詰まっていることを確認できた。なお、磁粉を構成する粒子同士が密に詰まる状態は、図８において符号５１ｃで示した成形体５１の軸線方向に沿った内部全体に亘って確認された。

また、図１０に、図８及び９において低温加圧成形のみを行って示した（ｉ）の成形体の密度（ｇ／ｃｍ^３）を１とした場合に、（ii）の高温加圧成形のみを、及び（iii）の低温→高温→低温の加圧成形工程を、行った各成形体の密度との比を求めてグラフに示した。

図示のとおり、低温加圧成形のみ行った（ｉ）よりも高温加圧成形（ii）のみを行った成形体の方が、密度は大きくなっている（約１．０１３倍）。高温加圧成形の方が、磁粉の粒子間の隙間が小さくなる効果が成形体の体積の大部分において奏されるためと推察される。また、（ｉ）と比較して（iii）の低温→高温→低温の加圧成形を行った成形体の方が密度は更に大きくなっている（約１．０１８倍）。成形体の密度がこの程度大きくなれば、磁石の体積として換算した場合に、体積が１０％程度増と同程度の効果が認められ、非常に優れている結果が得られた。

ここで、図１１に、低温加圧成形のみ行った成形体の密度（ｇ／ｃｍ^３）を１として、この成形体と低温加圧成形のみ行った（ｉ）の端面Ｅに係る成形体部分との密度比ＬＥ、及び内部断面Ｃに係る成形体部分との密度比ＬＣを求めてグラフ左側に示した。また、同様に、高温加圧成形のみ行った（ii）の端面Ｅに係る成形体部分との密度比ＨＥ、及び内部断面Ｃに係る成形体部分との密度比ＨＣを求めてグラフ右側に示した。図示されるとおり、（ｉ）の低温加圧成形のみ行った場合には、ＬＥの方がＬＣよりも目立って大きい。よって、端面Ｅの近傍の磁粉の粒子間の間隙が小さく詰まった状態で配置される一方で、端面Ｅから離間した成形体内部の磁粉の粒子間の間隙が相対的に大きな状態で残っており、成形体全体としては、端面Ｅ近傍において密度が極端に大きい不均一な状態であることが推察される。（ii）の高温加圧成形のみ行った場合には、ＨＥがＨＣよりも大きくはあるが、ＨＥとＨＣとの差が小さくなっていることが解る。よって、（ｉ）同様に、成形体全体として、端面Ｅ近傍において密度が大きくはなっているが、端面Ｅ近傍と内部とで密度が不均一な状態が緩和されていることが推察される。なお、各成形体部分の密度比は、図９に示した（ｉ）、（ii）のＳＥＭ画像を間隙部又は粒子部のいずれかに二値化し、それぞれが占める面積の比率に基づいて求めた。

また（ｉ）と（ii）とを比較すると、上記のＬＥの方がＨＥよりも大きく、ＨＣの方がＬＣよりも大きいことが解る。よって、低温加圧成形を行う方が、成形体の端面近傍の密度を大きくできること、及び、高温加圧成形を行う方が、成形体の内部の密度を大きくできることが推察される。

最初に低温加圧成形を行い、次に高温加圧成形の順序で加圧成形を行うと、最初に成形体の端面の磁粉の粒子の間隔を際立って小さく詰めた状態となる（ＬＥ参照）。つまり、端面近傍において、際立って小さく詰まった状態の磁粉の粒子が金型の内壁面に突っ張った（締まった状態で固く張った）層が形成される可能性がある。この際に、成形体の内部の磁粉の粒子の間隔は、小さく詰まりきっていない状態にある（ＬＣ参照）。次に高温加圧成形を行うと、上記した端面近傍の密度が大きな突っ張った層と金型の内壁面との間の摩擦が大きくなっており、パンチの加圧力が成形体の内部に伝わりにくくなり得る。内部の磁粉の粒子の間隔を小さくする再配列が妨げられ、小さく詰まりきっていない状態にあった成形体の内部の磁粉の粒子を更に密に詰めにくくなるおそれがある。

よって、最初に高温加圧成形を、次に低温加圧成形の順序で加圧成形工程を行うことが好ましい。最初に高温加圧成形を行って、成形体の内部の磁粉の粒子の間隔を小さく詰めて、密度を大きく確保することができる（ＨＣ参照）。この際に、成形体の端面近傍の磁粉の粒子の間隔は、小さく詰まりきっていない状態にある（ＨＥ参照）。次に低温加圧成形を行うことで、成形体内部の磁粉の粒子の間隔が詰まった条件下で、小さく詰まりきっていない状態にあった成形体の端面（パンチが当接する面）近傍の磁粉の粒子の間隔を更に際立って小さく密に詰めることができる（ＬＥ参照）。換言すると、高温加圧成形のみを行う場合よりも、成形体全体の密度を更に大きくできると解される。

また、最初に低温加圧成形を、次に高温加圧成形の順序で加圧成形工程を行っても構わない。最初に低温加圧成形を行って端面Ｅ近傍において密度が極端に大きい不均一な状態であっても、次に高温加圧成形を行うことで成形体の内部の密度を大きくすることができ、成形体全体として端部と内部とで密度が不均一な状態を緩和でき得る。よって、低温加圧成形のみを行う場合よりも、成形体全体の密度を更に大きくできると解される。

（ステップＳ７：熱処理）
続いて、図１のステップＳ７に示すように、成形体を加熱して、結着剤４１を硬化する熱処理を行う。成形体の加熱温度は、図７に示すように、熱硬化型のシリコーン組成物の硬化温度Ｔ_４（硬化開始温度）と同等とすることができるが、Ｔ_４以上であっても構わない。但し、磁粉１１の分解温度Ｔ_２未満で行う。例えば本工程の加熱は、先の加圧工程（ステップＳ６）の加圧型７０で成形された成形体５０を、加圧型７０から取り出さずに加圧型７０の温度を硬化温度Ｔ_４として行うことができる。硬化温度Ｔ_４での加熱は、結着剤４１が硬化完了するまでの時間とする。以上の各工程を施すことで、本形態の磁石８１が製造できる。

なお、本実施形態では、シリコーン組成物を用いて成形体を結着する工程について説明したが、成形体５０の熱処理工程は、例えば本出願人による先の出願に係る特開２０１５−００８２００号公報の段落［００２９］〜［００３４］に記載されている熱酸化による方法等の他の方法でも行うことができる。具体的には、磁粉に酸化膜を形成し、酸化膜を介して磁粉同士を接合する。その際、適宜にコーティング工程を付加することもできる。具体的には、磁粉同士を接合した成形体の外面を電気メッキし、成形体の外面にメッキのコーティング層を設ける。

（磁石）
本形態の磁石８１は、その構成を図６に模式図で示したように、硬化した結着剤４２が被膜磁粉１２の粒子同士を結着する。

硬化した結着剤４２は、被膜磁粉１２の粒子の当接部近傍のみに介在する。すなわち、被膜磁粉１２（或いは磁粉１１）の粒子の表面の一部が露出している。また、粒子間に微細な空隙が残存していてもよい。この場合、磁粉１１の表面には、吸着膜２２が残存していると推察される。

（本形態の効果）
（第１の効果）
本形態の製造方法では、ステップＲ１の高温加圧成形工程及びステップＲ２の低温加圧成形工程の両工程を備えるステップ６の加圧成形工程を行うことによって、成形体の全体に亘って均一に高密度の成形体５０、５１を得ることができ、残留磁束密度を高めることによって磁石８１の成形品の磁気特性の向上を図ることができる。

（第２の効果）
本形態の製造方法では、最初にステップＲ１の高温加圧成形工程を行うことで、成形体５１の端面Ｅの近傍部分（５１ｅ）が最初の工程で集中的に圧縮され、密な状態になるのを回避できる。つまり、次の高温加圧成形又は低温加圧成形のいずれかの工程時に、集中的に圧縮されたことに起因する端面Ｅの近傍部分（５１ｅ）の硬化や突っ張りによって、加圧力が内部（５１ｃ）にまで及びにくくなることを防止でき、より高密度の成形体５０、５１を得ることができる。

（第３の効果）
本形態の製造方法では、ステップＲ１の高温（又は低温）加圧成形工程とスッテプＲ２の低温（又は高温）加圧成形工程を交互に行うので、成形体５１の内部５１ｃと端面近傍５１ｅとを交互に高密度化でき、成形体全体の高密度化をより効率的に行える。

（第４の効果）
本形態の製造方法では、最後にステップＲ２の低温加圧成形工程を行うので、特に前回にステップＲ１の高温加圧成形工程を行った場合には、成形体５０、５１が熱膨張している可能性が大きい。そのうえで、ステップＲ２の低温加圧成形工程を行うために冷却するので、成形体５０、５１は最後に収縮すると推察される。すると磁粉１１ｅと磁粉１１ｃの粒子間に隙間が生じ易くなる。成形体５０、５１の端面と内部との境界付近における（磁粉１１ｅと磁粉１１ｃの粒子間、つまり符号５１ｅ部分と５１ｃ部分の境界であって、端面近傍に配置する）隙間を確実に埋めるように低温加圧成形工程を最後に行うことによって、より高密度な成形体５０、５１を効果的に得ることができる。

（第５の効果）
本形態の製造方法によると、硬磁性体の磁粉１１としてＦｅ−Ｎ系化合物、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物（Ｒ：希土類元素）の一種以上よりなる化合物を用いる。この構成によると、安価に磁石を製造できる。そのうえで、本形態の製造方法では、Ｒにジスプロシウム（Ｄｙ）を用いないようにできる。すなわち、安価に磁石を製造できる。また、磁粉の分解温度が焼結温度よりも低く、ボンド磁石として成形する以外に成形技術が現段階で確立していないＦｅ−Ｎ系、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物において、高密度成形体を得るために好適な製造方法となる。

（第６の効果）
本形態の磁石８１は、上記の製造方法により製造されてなる。この構成によると、上記した第１〜第５の効果を備えた磁石となる。

１１：磁粉、２１：潤滑剤、２２：吸着膜、４１：結着剤、５０、５１：成形体、７０：加圧型、８１：磁石

Claims (6)

1. 磁粉と潤滑剤との混合粉末を該磁粉の割れや粒子の再配列を促すべく加圧成形して、前記磁粉の成形体を得る加圧成形工程を有する磁石の製造方法であって、
   前記加圧成形工程が、
   前記潤滑剤の融点以上かつ前記磁粉の分解温度以下に加熱した高温下で加圧減圧する高温加圧成形工程と、前記潤滑剤の融点未満の相対的に低温下で加圧減圧する低温加圧成形工程と、を包含する、磁石の製造方法。
2. 前記加圧成形工程が、前記高温加圧成形工程を最初に行う、請求項１に記載の磁石の製造方法。
3. 前記加圧成形工程が、前記高温加圧成形工程と前記低温加圧成形工程とを交互に繰り返し行う、請求項１又は２に記載の磁石の製造方法。
4. 前記加圧成形工程が、前記低温加圧成形工程を最後に行う、請求項1−３の何れか一項に記載の磁石の製造方法。
5. 前記磁粉が、Ｆｅ−Ｎ系化合物、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系化合物（Ｒ：希土類元素）の一種以上よりなる硬磁性体の粉末を含有する、請求項１−４の何れか一項に記載の磁石の製造方法。
6. 請求項１−５の何れか一項に記載の磁石の製造方法により製造された磁石。