JP3174443B2 - 射出成形法によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、射出成形によリＲ−
Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性永久磁石を製造する方法に係り、
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末とバインダーとしてポリアクリ
ルアミドと水またはポリアクリルアミドとメチルセルロ
ースを複合したものと水との混練物を射出成形し、脱水
処理、脱バインダー処理後、焼結し、焼結体中の炭素と
酸素の残留を抑制し、磁気特性の劣化防止とともに、射
出成形時の成形性を向上させ、三次元的に複雑な形状の
焼結磁石が得られる射出成形法によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼
結磁石の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、家電製品を初めコンピュータの周
辺機器や自動車等用途に用いられる小型モーターやアク
チュエータ等には、小型化、軽量化とともに高性能化が
求められており、その磁石材料も小型化、軽量化、薄肉
化からさらに磁石材料表面の所定位置に凹凸を設けた
り、貫通孔を設ける等、三次元的に複雑な形状製品が要
求されている。高性能永久磁石として、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系
焼結永久磁石が提案（ＵＳＰ ４，７７０，２２３、特
開昭５９−４６００８号公報、特公昭６１−３４２４２
号公報）され、また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石も提案
（ＵＳＰ ４，９０２，３６１）されている。

【０００３】上記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石及びＲ−
Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石ともに、通常、製造工程中に磁場
中のプレス成形を含むことから、単純形状の成形品しか
得られなかった。しかし、最近の種々形状の要求に対応
するために、従来から多くの技術分野において採用され
ている射出成形法を、上記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石
の製造方法に採用することが検討されている。例えば、
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金鋳塊を粉砕して得られた合金粉末と
ポリエチレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂を含有す
るバインダーを混練して射出成形し、脱バインダー後に
焼結するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石の製造方法（特開
昭６１−２２０３１５号公報、特開昭６４−２８３０２
号公報、特開昭６４−２８３０３号公報）が提案されて
いる。又、バインダーとしてパラフィン系ワックスを用
いた射出成形法を採用したＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石
の製造方法（特開昭６４−２８３０２号公報）が提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に、希土
類元素（Ｒ）を含有する金属間化合物はＯ、Ｈ、Ｃ、Ｎ
等の元素と反応し易く、上記の射出成形法で使用されて
いる熱可塑性樹脂やパラフィン系ワックス等のバインダ
ーをＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末に添加混合した場合、一般
的にバインダー中の炭素と酸素の含有量がＲとの反応に
より増加するために、射出成形、脱バインダー後、及び
焼結後でもかなりの炭素と酸素が残留し、特に永久磁石
の場合は磁気特性の劣化を招き、射出成形法による複雑
形状品の磁石部品への応用の妨げになっている。また、
従来の射出成形法で使用されている上記のバインダー
は、合金粉末と混合した後、射出成形機内でバインダー
の融点、すなわち１００℃〜２００℃程度まで加熱して
バインダーを溶解させていたが、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁
石のキュリー温度（Ｔｃ）は３００℃〜３５０℃程度で
あることから、磁場中配向させる際にキュリー温度近く
まで加熱すると配向が困難になり、また配向に大きな着
磁電流を必要とする問題があった。

【０００５】そこで、溶解温度が低いバインダーを検討
すると、従来、Ｃｏ系スーパーアロイ粉末を対象とした
圧縮成形用のバインダーとして、対象合金粉末に対し
て、１．５〜３．５ｗｔ％のメチルセルロースとさらに
所定量の添加物であるグリセリンとほう酸を混合した組
成が提案（ＵＳＰ ４，１１３，４８０）され、また、
Ｙ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂やアルミナ粉末を対象とした射出成形
用のバインダーとして、対象合金粉末に対して１０〜５
０ｗｔ％のアガロースや寒天にさらに脱イオン水とグリ
コールを加えた混合物が提案（ＵＳＰ ４，７３４，２
３７）され、さらに、工具用合金粉末の射出成形用のバ
インダーとして、特殊組成からなり、対象合金粉末に対
して０．５〜２．５ｗｔ％のメチルセルロースに水、グ
リセリン等の可塑剤、ワックスエマルジョン等の滑剤、
離型剤を添加した組成が提案（特開昭６２−３７３０２
号公報）されている。

【０００６】しかし、上述のメチルセルロースや寒天を
主体とするバインダーは、所定の流動性と成形体強度を
確保するためいずれも対象合金粉末に対して、上記のよ
うに比較的多量に使用するもので、しかも種々のバイン
ダー添加剤の添加、例えばグリセリン等の可塑剤をメチ
ルセルロースと同量程度添加することが不可欠であるた
め、やはり、射出成形、脱脂した後、焼結後でもかなり
の炭素と酸素が残留し、特にこの発明の対象とするＲ−
Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石の場合、磁気特性の劣化を招
き、射出成形法による複雑形状品の磁石部品への応用の
妨げとなっている。

【０００７】この発明は、射出成形にて成形し、これを
焼結するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石の製造方法におい
て、Ｒ成分とバインダーとの反応や、成形体中に残留す
る炭素および酸素による磁気特性の劣化を防止し、磁場
中での射出成形時に大きな着磁電流を必要とせず、射出
成形性を向上させて複雑な形状、特に小型製品のＲ−Ｆ
ｅ−Ｂ系焼結異方性磁石が得られる射出成形法によるＲ
−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の製造方法の提供を目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、射出成形時
の金型温度を１００℃以下にでき、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金
粉末中のＲ成分とバインダーとの反応を抑制でき、残留
する炭素および酸素量を低減できるバインダーとしてポ
リアクリルアミドまたはポリアクリルアミドとメチルセ
ルロースを選定した。さらに、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末
への適用を検討した結果、所定の平均粒度からなるＲ−
Ｆｅ−Ｂ系合金粉末であれば、水分を多量に含む割に
は、ポリアクリルアミドの量を０．４ｗｔ％としても射
出成形時の流動性と成形体強度が得られることを知見
し、また、ポリアクリルアミドに０．５ｗｔ％以下のメ
チルセルロースを粘度強化剤として複合添加することに
より、ポリアクリルアミドの量を低減できることを知見
した。これら所定量以下のポリアクリルアミドやメチル
セルロースだけでなく、必要に応じて使用する滑剤も
０．２ｗｔ％以下と極少量でよいことを知見した。

【０００９】すなわち、発明者らは、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合
金粉末中のＲ成分とバインダーとの反応を抑制でき、成
形体中に残留する炭素および酸素量を低減できる方法を
目的に種々検討した結果、従来の射出成形法で一般的に
使用されている熱可塑性のバインダーの代わりに、Ｒ−
Ｆｅ−Ｂ系合金粉末にバインダーとして、水に溶解させ
ると粘性が高くなるポリアクリルアミドと水、またはポ
リアクリルアミドと所定温度によりゾル・ゲル変態を起
こすメチルセルロースとを複合したものと水、あるいは
さらに少量の滑剤を使用することにより、バインダーの
大部分が水分であるにもかかわらず、十分な粘弾性を得
ることができるため、総バインダー中の炭素量を大幅に
低減できること、射出成形時の成形性を向上させるとと
もに射出成形時に１００℃以下で金型内でゲル化させて
硬化させ所定の形状に成形可能であること、さらに脱水
処理、またそれに続く脱バインダー処理により、成形体
中に残留するほぼ全ての酸素及び炭素を除去することが
できること、引き続く焼結後に得られる焼結体における
残留酸素量・炭素量を大幅に減少でき、優れた磁気特性
を有する３次元的に複雑な形状の焼結磁石が得られるこ
とを知見し、この発明を完成した。

【００１０】すなわち、この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合
金粉末（ＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１
種）に、バインダーとしてポリアクリルアミドと水また
はポリアクリルアミドとメチルセルロースを複合したも
のと水を加えて混練した後、磁場中で射出成形により成
形体となし、該成形体を脱水処理した後、さらに脱バイ
ンダー処理し、焼結することを特徴とする射出成形法に
よるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の製造方法である。

【００１１】また、この発明は、上記の構成において、
バインダーが、ポリアクリルアミド０．０２〜０．４ｗ
ｔ％を主成分とし、粘度強化剤としてメチルセルロース
０．１〜０．５ｗｔ％、さらに必要に応じて、滑剤とし
てグリセリン、ワックスエマルジョン、ステアリン酸、
水溶性アクリル樹脂のうち１種以上を０．２ｗｔ％以
下、さらに、水５〜１６ｗｔ％からなることを特徴とす
る射出成形法によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の製造方法
である。

【００１２】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末 この発明において、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末としては、
Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１
種）８原子％〜３０原子％、Ｆｅ４２原子％〜９０原子
％、Ｂ２原子％〜２８原子％を主成分とする合金粉末が
好ましい。

【００１３】希土類元素Rは、Nd、Pr、Ho、Tbのうち少
なくとも1種、あるいはさらにLa、Sm、Ce、Er、Eu、P
m、Tm、Yb、Yのうち少なくとも1種を含むものが好まし
く、Rは、8原子%未満では結晶構造がα-鉄と同一構造の
立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力が得
られず、30原子%を越えるとRリッチな非磁性相が多くな
り、残留磁束密度(Br)が低下して、すぐれた特性の永久
磁石が得られない。よって、Rは8原子%〜30原子%が好ま
しい範囲である。

【００１４】Ｂは、２原子％未満では菱面体組織とな
り、高い保磁力（ｉＨｃ）は得られず、２８原子％を越
えるとＢリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度
（Ｂｒ）が低下するため、すぐれた永久磁石が得られな
い。よって、Ｂは２原子％〜２８原子％が好ましい範囲
である。

【００１５】Ｆｅは、４２原子％未満では残留磁束密度
（Ｂｒ）が低下し、９０原子％を越えると高い保磁力が
得られないので、Ｆｅは４２原子％〜９０原子％の含有
が好ましい。また、この発明において、Ｆｅの一部をＣ
ｏで置換することは、得られる磁石の磁気特性を損うこ
となく温度特性を改善することができるが、Ｃｏ置換量
がＦｅの５０％を越えると、逆に磁気特性が劣化するた
め好ましくない。

【００１６】また、下記添加元素のうち少なくとも１種
を添加することは、Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系永久磁石に対してそ
の保磁力（ｉＨｃ）等を改善あるいは製造性の改善、低
価格化に効果がある。 Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚ
ｒ、Ｂｉ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃ、Ｃａ、Ｍｇ、
Ｐ、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂｒ、Ａｇ、Ｚ
ｎ、Ｎ、Ｆ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｂ。しかし、必要以上の添
加は残留磁束密度（Ｂｒ）の低減を招き、最大エネルギ
ー積を低下させることから、通常合計量で１０ａｔ％以
下が望ましく、添加元素に応じて合計量を５ａｔ％以
下、３ａｔ％以下等を適宜選定することが望ましい。

【００１７】上記の合金粉末の場合、その平均粒度は１
〜１０μｍが好ましい。合金粉末の平均粒径が１μｍ未
満では混練物とするためのバインダー添加量を、合金粉
末の表面積を増大させるため、合金粉末との容積比で、
１：１．２に増加させる必要があり、射出成形後の焼結
品の焼結密度が９５％程度と低下するため好ましくな
く、また、１０μｍを超える平均粒径では粒径が大きす
ぎて焼結密度が９５％程度で飽和し、該密度の向上が望
めないため好ましくない。特に望ましい平均粒度の範囲
は１〜６μｍである。

【００１８】また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末として、Ｒ
（但しＲはＹを含む希土類元素のうち少なくとも１種）
１２原子％〜２５原子％、Ｂ４原子％〜１０原子％、Ｃ
ｏ０．１原子％〜１０原子％、Ｆｅ６８原子％〜８０原
子％を主成分とし、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相を主相とする平均粒
径１〜５μｍの主成分系合金粉末と、Ｒ₃Ｃｏ相を含む
Ｃｏ又はＦｅとＲとの金属間化合物相に一部Ｒ₂（Ｆｅ
Ｃｏ）₁₄Ｂ相等を含み、Ｒ（但しＲはＹを含む希土類元
素の内少なくとも１種）２０原子％〜４５原子％、Ｃｏ
３原子％〜２０原子％、Ｂ１２原子％以下、残部Ｆｅと
する平均粒径８〜４０μｍの液相系化合物粉末を所定の
割合で配合混合した原料を用いることができる。

【００１９】これらの合金粉末を用い２種類の原料の平
均粒度を変えると同時に、希土類元素の酸化物の発生を
見込んで予め過剰のＲ成分を添加することにより、過剰
の液相系化合物粉末の添加により焼結時の液相の発現を
充分にすることが可能で、Ｒ成分とバインダーとの反応
による磁気特性の劣化を防止することができる。

【００２０】上記の配合合金粉末において、主成分系合
金粉末を得るには、Ｒは、１２原子％未満では合金溶製
時に晶出するα−Ｆｅ相が増加し好ましくなく、Ｒが２
５原子％を超えると残留磁束密度（Ｂｒ）が低下するた
め、Ｒは１２原子％〜２５原子％が好ましい。また、Ｂ
は、４原子％未満では高い保磁力（ｉＨｃ）が得られ
ず、１０原子％を超えると残留磁束密度（Ｂｒ）が低下
するため、Ｂは４原子％〜１０原子％が好ましい。主成
分系合金粉末中のＣｏは、０．１原子％以上含有する
と、原料中の酸素量を低減させる効果がある。またＣｏ
が１０原子％を超えると、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相中のＦｅと置
換されて保磁力を失うために、Ｃｏを含有させる場合は
０．１原子％〜１０原子％が好ましい。さらに、残部は
Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｆｅは６８原子％
未満では相対的に希土類元素がリッチとなり、Ｒリッチ
相が増加し、８０原子％を超えると残留Ｆｅ部が増加し
すぎて、相対的に希土類元素が少なくなり、バインダー
との酸化反応により、液相焼結に必要な希土類元素が消
耗しすぎるため、６８原子％〜８０原子％の範囲が好ま
しい。主成分系合金粉末には、主相となるＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ
相とともに、焼結性の向上及び焼結後の残留磁束密度の
向上のため、４ｗｔ％〜２０ｗｔ％のＲリッチ相を含有
させることができる。

【００２１】Ｒ₃Ｃｏ相を含むＣｏ又はＦｅとＲとの金
属間化合物相（但しＣｏの１部あるいは大部分をＦｅに
て置換できる）からなる液相系化合物粉末は、Ｒ₃Ｃｏ
相あるいはＲ₃Ｃｏ相のＣｏの一部Ｆｅで置換された相
とからなり、中心相が、ＲＣｏ₅、Ｒ₂Ｃｏ₇、ＲＣｏ₃、
ＲＣｏ₂、Ｒ₂Ｃｏ₃、Ｒ₂Ｆｅ₁₇、ＲＦｅ_2、Ｎｄ₂Ｃ
ｏ₁₇、Ｎｄ₅Ｃｏ₁₉、Ｄｙ₆Ｆｅ₂、ＤｙＦｅ等、及び前
記金属間化合物相とＲ₂（ＦｅＣｏ）₁₄Ｂ、Ｒ_1.11（Ｆ
ｅＣｏ）₄Ｂ₄等のいずれかからなる合金粉末である。

【００２２】液相系化合物粉末の組成は、前述の如く、
目的組成の希土類元素の種類とその量に応じて、金属間
化合物の含有希土類元素比率を変化させる。しかし、Ｒ
が２０％原子未満では主成分系原料と配合して磁石を製
造する際に、主成分系のＲの一部酸化によるＲの消耗分
の補充が充分でなく、焼結時の液相の発現が十分でなく
なる。また４５原子％を超えると含有酸素量の増加を招
き好ましくない。また、Ｃｏは前記の化合物を形成させ
るためには３原子％以上必要であり、２０原子％を超え
ると保磁力が低下するため、３〜２０原子％とし、残部
はＦｅで置換することができる。さらに、Ｂは１２原子
％を超えるとＲ₂（ＦｅＣｏ）₁₄Ｂ相以外にＢ−ｒｉｃ
ｈ相やＦｅ−Ｂ化合物等が余剰に存在することとなるの
で好ましくない。さらに、主成分系合金粉末および／ま
たはＲ₃Ｃｏ相を含むＣｏ又はＦｅとＲとの金属間化合
物相及びＲ₂（ＦｅＣｏ）₁₄Ｂ相等からなる液相系化合
物粉末に、Ｃｕ、Ｓ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｅ、のうち少
なくとも１種を添加含有させることにより、得られる永
久磁石の高保磁力化、高耐食性化、温度特性の改善が可
能になる。

【００２３】上記の配合合金粉末において、主成分系合
金粉末の平均粒径が１μｍ未満では合金粉末の表面積が
増大するため、混練物とするためのバインダー添加量を
合金粉末との容積比で、１：１．２に増加させる必要が
あり、射出成形後の焼結品の焼結密度が９５％程度と低
下するため好ましくなく、また、５μｍを超える平均粒
径では粒径が大きすぎて焼結密度が９５％程度で飽和
し、該密度の向上が望めないため、平均粒径は１〜５μ
ｍの範囲が好ましい。

【００２４】一方、液相系化合物粉末の平均粒径は、８
μｍ未満ではバインダーとの反応が単一組成の合金粉末
（１〜５μｍの平均粒径）と同程度であり、主成分系粉
末への添加の効果がほとんど見られない。また合金粉末
の平均粒径が、４０μｍを超えるとバインダーとの反応
はかなり抑制されるが、逆に焼結時の焼結性が悪化し、
焼結密度が低下すると同時に保磁力が低下するので、液
相系の合金粉末の平均粒径は８〜４０μｍが好ましい。
また、主成分系合金粉末と液相系化合物粉末は、７０〜
９９：３０〜１の比率で配合することができ、さらに７
０〜９７：３０〜３が好ましく、磁石特性に応じた複数
種組成の合金粉末を得ることができる。

【００２５】上述したＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末の製造方
法としては、溶解・粉化法、超急冷法、直接還元拡散
法、水素含有崩壊法、アトマイズ法等の公知の方法を適
宜選定し、所要粒度の合金粉末を得ることができる。い
ずれのＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を用いても、平均粒度を
それぞれ好ましい範囲とすることにより、一般的な射出
成形用の遷移金属粉末、例えばＦｅ基合金粉末やＣｏ基
合金粉末等の場合よりも、平均粒度が数分の１から１０
分の１程度となり、該遷移金属粉末を射出成形する際に
用いるバインダーの添加量よりも、大幅にバインダーの
添加量を低減することができる。

【００２６】この発明において、上述の合金粉末に樹脂
を被覆すると、バインダー混練後の水とのＲ元素の反
応、成形時のゲル化段階及び射出成形後の脱水処理時の
水とのＲ元素の反応を抑え、残留酸素量の安定化及び低
減化を図ることができる。樹脂としては、ポリメチルメ
タクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリメチルアクリレート
（ＰＭＡ）などのメタクリル樹脂、ポリプロピレン、ポ
リスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリエ
チレン、ポリアクリロニトリルなどの熱可塑性樹脂の単
独または複合したものを用いることが好ましい。

【００２７】樹脂の添加量は、合金粉末に対して０．３
０ｗｔ％以下が好ましい、これは樹脂の被覆膜厚が５０
Å〜２００Åに相当し、０．３０ｗｔ％を超えると被覆
樹脂からの残留酸素量が増加するために好ましくない。
しかし被覆樹脂の炭素は、後述する水素流気中での脱バ
インダー処理によりほぼ完全に除去できるので、被覆樹
脂の添加量を増やしても残留炭素量は増加しない。被覆
の方法は、通称メカノフュージョンシステムあるいはハ
イブリダイゼーションシステムと呼ばれる方法やボール
ミルを用いる方法であり、被覆用樹脂粉末の粒径として
は１０００Å〜５０００Å位が好ましい。このように樹
脂被覆した合金粉末は、残留酸素量の点で比較的安定で
あるために、射出成形時のリサイクルが可能であるとい
う利点がある。また樹脂被覆した合金粉末では、混練時
に滑剤を添加しなくても射出成形できる利点もある。

【００２８】さらに、原料粉末が、主成分系合金粉末
と、Ｒ₃Ｃｏ相を含むＣｏ又はＦｅとＲとの金属間化合
物相及びＲ₂（ＦｅＣｏ）₁₄Ｂ相等からなる液相系化合
物粉末の場合は、主成分系合金粉末および／または液相
系化合物粉末に上記の樹脂被覆を行うことができ、さら
には主成分系合金粉末に液相系化合物粉末をメカノフュ
ージョンシステムで被覆した後、上記の樹脂被覆を行う
こともでき、上述と同様の作用効果が得られる。

【００２９】バインダー成分 この発明において、射出成形用のバインダーには、水に
溶解させると粘性が高くなるポリアクリルアミドまたは
該ポリアクリルアミドと所定温度によりゾル・ゲル変態
を起こすメチルセルロースを複合したものに水を添加し
たものを用いる。バインダーとして、ポリアクリルアミ
ドを単独で用いる場合の含有量は、０．０２ｗｔ％未満
では成形時の強度が著しく低下し、また０．４ｗｔ％を
越えると、残留炭素量と酸素量が増加して保磁力が下が
り磁気特性が劣化するので、０．０２ｗｔ％〜０．４ｗ
ｔ％の含有量がこれらの点で好ましい。さらに含有量
は、０．１ｗｔ％〜０．３ｗｔ％が好ましく、０．１５
ｗｔ％〜０．２５ｗｔ％が最も好ましい。またポリアク
リルアミドとメチルセルロースを複合して用いる場合
は、０．０５ｗｔ％未満になると成形時の強度が著しく
低下するとともに成形金型と成形体との離型性が悪化す
るため好ましくなく、また、０．５ｗｔ％を超えると焼
結後の焼結密度が低下するとともに残留炭素量と酸素量
が増加して得られる磁石の特性が劣化し好ましくないた
め、０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％が好ましい。但し、
この場合のポリアクリルアミドの含有量は、上述したポ
リアクリルアミドを単独で含有する場合の範囲を超えて
含有することは望ましくなく、また、合計の含有量も
０．４５ｗｔ％以下、０．４ｗｔ％以下が望ましい。

【００３０】この発明において、バインダーとしてポリ
アクリルアミドまたはポリアクリルアミドとメチルセル
ロースを複合したものに水を使用することを特徴とする
が、Ｒとの反応を抑制するために、脱酸素処理した純水
を使用することが望ましい。ポリアクリルアミドを単独
で用いる場合の水の含有量は５ｗｔ％未満では成形時の
強度が低下するとともにショート・ショットが発生しや
すくなり、１５ｗｔ％を越えると実質総バインダー量が
増加するために、焼結後の焼結密度が低下すると同時に
残留酸素量が増加し、磁気特性が劣化するので、５〜１
５ｗｔ％が最も好ましい。またポリアクリルアミドとメ
チルセルロースを複合して用いる場合は、ポリアクリル
アミドとメチルセルロースとの割合を考慮して５〜１６
ｗｔ％の範囲から適宜選定される。

【００３１】また、上述したバインダーにグリセリン、
ワックスエマルジョン、ステアリン酸、水溶性アクリル
樹脂等の滑剤のうち少なくとも１種を添加することも有
効であるが、バインダーにポリアクリルアミドを用いた
場合は、流動性が良好であるため、上記滑剤は必ずしも
必要としない。バインダーにポリアクリルアミドとメチ
ルセルロースを複合して用いる場合は、その割合を考慮
して、０．２ｗｔ％以下の滑剤を添加することができ
る。

【００３２】射出成形条件 射出条件はバインダーの添加量に応じて変動するが、ポ
リアクリルアミドを単独で用いる場合は、金型温度は８
０℃〜９６℃が好ましく、８０℃未満では成形体の保形
性が悪くなり、９６℃を超えると原料粉末の酸化が著し
くなるため好ましくない。バインダーにポリアクリルア
ミドとメチルセルロースを複合して用いる場合は、金型
温度は６０℃〜９０℃が好ましく、６０℃未満では成形
体の硬化が不十分になり、９０℃を超えると原料粉末の
酸化が進行するため好ましくない。

【００３３】射出温度は、バインダーが単独または複合
のどちらの場合でも、０〜４０℃が好ましく、０℃未満
では混練物が凍ってしまい流動性が低下し、４０℃を超
えると流動性が不十分となりショート・ショットが発生
しやすくなるため好ましくない。

【００３４】また、射出成形圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ²
未満ではウエルドが発生し成形密度が不均一になり、焼
結後に曲がりやうねりが発生し、ポリアクリルアミドを
単独で用いる場合、３０ｋｇ／ｃｍ²を超えるとばりが
発生して好ましくなく、ポリアクリルアミドとメチルセ
ルロースを複合して用いる場合は同様に５０ｋｇ／ｃｍ
²を超えると同様にばりが発生して好ましくないため、
１０〜５０ｋｇ／ｃｍ²が好ましい。焼結異方性磁石を
得るための磁場中射出成形時の磁場は、１０ｋＯｅ未満
では配向が不十分なため、１０ｋＯｅ以上の磁場中射出
成形が好ましい。

【００３５】脱水処理 脱水処理の方法については特に限定しないが、例えば、
昇温乾燥方法や冷凍真空乾燥方法などが適用できる。脱
水処理を昇温乾燥方法で行う場合、昇温温度は選定した
水の添加量に応じて変動するが、少なくとも２０℃〜１
００℃までの昇温速度を３０〜６０℃／ｈｒにすること
が好ましく、３０℃／ｈｒ未満では処理品が酸化する恐
れがあり、６０℃／ｈｒを超えると水の急激な気化蒸発
のため、処理品にひび、割れを生じるため好ましくな
い。特に処理品が小物である場合は、少なくとも２０℃
〜１００℃までの昇温速度を４５〜５５℃／ｈｒにする
とよく、脱水処理がより簡素化できる。

【００３６】また、脱水処理を冷凍真空乾燥方法で行な
う場合、冷却速度は特に限定しないが、冷却速度が遅い
と冷却途中に成形体が酸化が進行する恐れがあるため、
冷却速度は早い方が好ましい。また冷却温度は、−５℃
以下〜−１００℃が好ましい。−５℃よりも高温では乾
燥に長時間を有するため好ましくなく、また、−１００
℃より低温では冷凍に要する電力量が急激に増大するた
め好ましくないためである。さらに、真空乾燥時の真空
度は酸化を抑制するためには、１×１０^-3Ｔｏｒｒより
高真空が好ましく、また冷凍真空乾燥後は処理品をゆっ
くりと室温まで戻すとよい。上述の冷凍真空乾燥方法に
よる脱水処理は、バインダー中の水分子を氷の状態、す
なわち固体状態から一気に気化させて脱水するため、Ｒ
−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末中のＲ成分と水中の酸素との反応
を抑制することができ、成形体中あるいは最終的に得ら
れる焼結体中の残留酸素量を大幅に低減することができ
る。

【００３７】脱バインダー処理 脱水処理後の脱バインダー処理は、真空中で加熱する一
般的な方法を用いてもよいが、前記の方法に代えて、水
素流気中で１００〜２００℃／時間で昇温し、３００〜
６００℃で１〜２時間程度保持する処理を施すことによ
り、ほぼバインダーあるいは被覆樹脂中の全炭素が脱炭
され、通常のパラフィン系ワックスや熱可塑性樹脂から
なるバインダーの場合に比べて大幅に処理時間を短縮す
ることができる。

【００３８】Ｒ元素を含む合金粉末は、水素を吸蔵しや
すいために、水素流気中での脱バインダー処理後には脱
水素処理工程が必要である。この脱水素処理は、真空中
で昇温速度は、５０〜２００℃／時間で昇温し、５００
〜８００℃で１〜２時間保持することにより、吸蔵され
ていた水素はほぼ完全に除去される。なお脱水素処理後
は、引き続いて昇温加熱して焼結を行うことが好まし
く、５００℃を超えてからの昇温速度は任意に選定すれ
ばよく、例えば１００〜３００℃／時間など、焼結に際
して取られる公知の昇温方法を採用できる。

【００３９】特に、この発明においては、ポリアクリル
アミドまたはポリアクリルアミドとメチルセルロースを
複合したものと水からなるバインダーを用いているの
で、元々総バインダー中の有機バインダー量が低減され
ており、加熱時の昇温速度を早く、例えば１００〜３０
０℃／時間にしても成形体にワレやヒビの発生がなく、
従来のパラフィン系ワックスや熱可塑性樹脂からなるバ
インダーの場合に比べて脱バインダー処理に要する時間
を短縮できる利点がある。

【００４０】脱バインダー処理後の成形品の焼結並びに
焼結後の熱処理条件は、選定した合金粉末組成に応じて
適宜選定されるが、従来公知のＦｅ−Ｂ−Ｒ系焼結永久
磁石の製造条件と同様でよい。好ましい焼結並びに焼結
後の熱処理条件としては、１０００〜１１８０℃、１〜
２時間保持する焼結工程、４５０〜８００℃、１〜８時
間保持する時効処理工程が好ましい。

【００４１】この発明においては、焼結体が含有する酸
素量を１００００ｐｐｍ、好ましい条件下において８０
００ｐｐｍとすることができ、得られる焼結磁石の磁気
特性、特に最大エネルギー積も、１０ＭＧＯｅ以上、２
０ＭＧＯｅ以上、３０ＭＧＯｅ以上が得られ、特に好ま
しい条件下においては３５ＭＧＯｅ以上の優れた磁気特
性が得られる。

【００４２】

【作用】この発明の特徴であるポリアクリルアミドは、
水に溶解させると粘性が高くなるが、粘度が高いわりに
は流動性に優れており、特に微粉末を吸収、吸着する性
質があり、温度に対して比較的安定であるという特徴を
有する。一方、メチルセルロースは、水に溶解した後約
50℃前後に加熱すると溶解して粘性のあるゾル状物質と
なり、さらに70℃以上に加熱すると弾性のあるゲル状物
質となり、一度ゲル化すると温度の変化にかかわらずゲ
ル状態を維持する。この性質を利用し、バインダーにポ
リアクリルアミドまたはポリアクリルアミドとメチルセ
ルロースとを複合したものを用いることにより、ポリア
クリルアミド単独の場合では、そのすぐれた流動性によ
り、成形金型内における磁場配向性が向上するため、大
きな着磁電流を必要とせず、さらに成形体の強度が向上
するため、複雑な形状や小型製品の焼結磁石を得ること
ができる。また、ポリアクリルアミドとメチルセルロー
スとを複合した場合においては、メチルセルロースの少
量の添加により80℃前後の温度ではゾル状態の粘度を向
上させることができるため、ポリアクリルアミド単独の
場合比べて添加量を大幅に減らすことができ、かつポリ
アクリルアミド単独の場合と同様な効果をも奏すること
ができる。さらに、単独、複合のどちらの場合において
も、射出成形時の金型温度を100℃以下にできるため
に、大きな着磁電流を流さなくても容易に磁場配向がで
き、また、添加量が少量でよいため、総バインダー中の
炭素量を大幅に低減することができ、脱水処理、脱バイ
ンダー処理に要する時間の短縮、工程の簡素化が図れる
とともに、得られる焼結体の残留酸素量、炭素量を大幅
に低減し、優れた磁気特性を有するR-Fe-B系焼結異方性
磁石を提供することが可能になる。

【００４３】

【実施例】実施例１ Ｎｄ１３．３原子％、Ｐｒ０．３１原子％、Ｄｙ０．２
８原子％、Ｃｏ３．４原子％、Ｂ６．５原子％、残部Ｆ
ｅからなる原料を、Ａｒガス中で高周波加熱溶解してボ
タン状溶製合金を作製し、該合金を粗粉砕した後、ジョ
ークラッシャーなどにより平均粒度１５μｍに粉砕し、
さらにジェットミルにより平均粒度３．０μｍの原料粉
末を得た。得られた原料粉末を用いて、表１に示す種類
及び添加量のバインダー、水、添加物を添加して室温で
混練し、得られた混練物を表１に示す射出温度、金型温
度に設定保持して、２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍの板に
１５ｋＯｅの磁場中で射出成形した。なお、添加物には
グリセリンを使用した。得られた成形体を、真空中で室
温から１００℃まで昇温速度５０℃／時で昇温し、この
温度で１時間保持して完全脱水した後、５００℃までの
昇温速度１００℃／時で昇温し脱バインダーを行なっ
た。さらに加熱して１１００℃で１時間保持して焼結し
た。焼結完了後にＡｒガスを導入して７℃／分の速度で
８００℃まで冷却し、その後１００℃／時で冷却して５
５０℃で２時間保持する時効処理を施した。得られた焼
結体にはワレ、ヒビ、変形等は認められなかった。この
工程によって得られた焼結磁石の特性を表２に示す。

【００４４】比較例１ 実施例１と同一の原料粉末と、バインダーとしてアクリ
ル系バインダーを容積比１：１で配合し、１６０℃で１
０分間加熱混練して射出成形用混練物となした後、４５
℃に加熱した金型内に磁場強度１５ｋＯｅ中で射出成形
して、長さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×高さ５ｍｍの平板状
の成形体を得た。該成形体を３×１０^-4Ｔｏｒｒの真空
中で、３５０℃まで６℃／時の昇温速度で昇温する脱バ
インダー処理を行なった後、実施例１と同一条件で焼
結、熱処理して焼結磁石を得た。（比較例１） 得られた比較例１による磁石の磁石特性並びに残留酸素
量、残留炭素量の測定結果を実施例とともに表２に示
す。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】実施例２ ＲとしてＮｄ１０．５原子％とＰｒ３．１原子％、Ｂ
６．６原子％、Ｃｏ３．０原子％、残部はＦｅおよび不
可避的不純物からなるＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ相とＲリッチ相を有
する合金塊をＡｒガス中で高周波加熱溶解して作成した
ボタン状溶製合金を粗粉砕した後、ジョークラッシャー
などにより平均粒径約１５μｍに粗粉砕し、更にジェッ
トミル粉砕により微粉砕して得た平均粒度３μｍの主相
原料粉末と、Ｎｄ１９．７原子％とＰｒ０．８原子％、
Ｄｙ１．１原子％、Ｃｏ１５．０原子％、Ｂ４．５原子
％、残部Ｆｅからなる合金塊をＡｒガス中で高周波加熱
溶解して作成したボタン状溶製合金をジョークラッシャ
ーなどにより平均粒径約１４μｍに粗粉砕した液相原料
粉末を重量比８５：１５の割合で配合し混合した。この
混合粉の分析値は、Ｎｄ１１．９原子％とＰｒ２．７原
子％、Ｄｙ０．１５原子％、Ｃｏ４．８原子％、Ｂ６．
３原子％、残部はＦｅからなるものであった。上記混合
粉を用いて、表１に示す種類及び添加量のバインダー、
水、添加物を添加して室温で混練し、得られた混練ペレ
ットを表１に示す射出温度、金型温度に設定保持して２
０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍの板に磁場中（１５ｋＯｅ）
で射出成形した。なお、添加物にはグリセリンを使用し
た。得られた成形体を、真空中で室温から１００℃まで
昇温速度５０℃／Ｈで昇温し、この温度で１時間保持し
完全脱水した後、５００℃まで昇温速度１００℃／Ｈで
昇温し脱バインダーを行った。更に加熱して１１００℃
で１時間保持して焼結した。焼結完了後にＡｒガスを導
入して７℃／分の速度で８００℃まで冷却し、その後１
００℃／時間で冷却して５５０℃、２時間保持する時効
処理を施した。得られた焼結体にはワレ、ヒビ、変形等
は全く見られなかった。この工程によって得られたＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石の特性を表３に示す。

【００４８】比較例２ 実施例２と同一の原料粉末と、バインダーとしてアクリ
ル系バインダーを容積比１：１で配合し、１６０℃で１
０分間加熱混練して射出成形用混練物となした後、４５
℃に加熱した金型内に磁場強さ１５ｋＯｅ中で射出成形
して、長さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×高さ５ｍｍの平板状
の射出成形体を得た。射出成形体を３×１０^-4Ｔｏｒｒ
の真空中で、３５０℃まで６℃／時間の昇温速度で昇温
する脱バインダー処理した後、実施例１と同一条件で焼
結、熱処理して焼結異方性磁石を得た。（比較例２） 得られた比較例磁石２の磁石特性並びに残留酸素量、残
留炭素量の測定結果を実施例３，４とともに表３に示
す。

【００４９】

【表３】

【００５０】表２，３から明らかなように従来のアクリ
ル系バインダーを用いた比較例１，２に対して、いずれ
も実施例のほうが残留酸素量、残留炭素量が大幅に減少
しており、磁気特性が格段にすぐれていることがわか
る。また、実施例１の組成のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉を用
いた場合よりも、実施例２による平均粒径３μｍの主成
分系原料粉末と平均粒径１５μｍの液相系原料粉末を混
合した混合粉を用いた方が、残留酸素量および残留炭素
量は同程度ながら、磁気特性がかなりすぐれていること
がわかる。これは希土類元素の消耗分を補うように、予
め液相系原料粉末を添加しているために、液相焼結が良
好に進展したものと思われる。

【００５１】実施例３ 実施例２で得た混合粉末３００ｇに疎水性の平均粒径
０．１５μｍのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
を０．１０ｗｔ％添加したメカノフュージョンシステム
の容器内に投入し、温度を７０℃に保持し、容器の回転
数を最高１８００ｒｐｍで１０分間保持して樹脂被覆
（膜厚約１００Å）を行った微粉末の合金粉末を用い、
表１に示す種類及び添加量のバインダー、水、添加物を
添加して室温で混練し、得られた混練ペレットを表１に
示す射出温度、金型温度に設定保持して２０ｍｍ×２０
ｍｍ×３ｍｍの板に磁場中（１５ｋＯｅ）で射出成形し
た。なお、添加物にはグリセリンを使用した。得られた
成形体を、真空中で室温から１００℃まで昇温速度５０
℃／Ｈで昇温し、この温度で１時間保持し完全脱水した
後、５００℃まで昇温速度１００℃／Ｈで昇温し脱バイ
ンダーを行った。更に加熱して１１００℃で１時間保持
して焼結した。焼結完了後にＡｒガスを導入して７℃／
分の速度で８００℃まで冷却し、その後１００℃／時間
で冷却して５５０℃、２時間保持する時効処理を施し
た。得られた焼結体にはワレ、ヒビ、変形等は全く見ら
れなかった。この工程によって得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
焼結合金の特性を表４に示す。混合粉末の表面に樹脂を
被覆した本実施例による磁石と、表面に樹脂を被覆しな
い実施例２による磁石とは、磁石特性、残留酸素量、残
留炭素量はほぼ同程度であるが、本実施例による磁石は
表面に樹脂を被覆しているために、焼結前の成形体及び
混練物の状態では酸素に対して非常に安定であり、それ
らを数時間放置した後においてもその含有酸素量は殆ど
増加しなかった。これに対し、実施例２による樹脂を被
覆しない磁石は、成形体及び混練物の状態で数時間放置
するとその含有酸素量が急激に増加し、焼結後の磁石特
性も著しく低下していた。

【００５２】

【表４】

【００５３】

【発明の効果】この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末に
加えるバインダーとしてポリアクリルアミドまたはポリ
アクリルアミドとメチルセルロースを複合したものに水
を添加したものを用いることにより、射出成形時の金型
温度を１００℃以下にできるとともに成形時の混練物の
流動性が向上するため、大きな磁場電流を流さなくても
容易に磁場配向ができ、また、添加量が少量でも十分な
粘弾性を得ることができるため、射出成形後の成形体の
強度が向上し、複雑な形状、小型製品等のＲ−Ｆｅ−Ｂ
系焼結異方性磁石を提供することが可能となり、さら
に、ポリアクリルアミドまたはポリアクリルアミドとメ
チルセルロースの添加量が少量なので、総バインダー中
の炭素量を大幅に低減でき、脱水処理、脱バインダー処
理に要する時間の短縮、工程の簡素化が図れるととも
に、得られる焼結体の残留酸素量、炭素量を大幅に低減
し、優れた磁気特性を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結異方性
磁石を提供することが可能になる。さらに、バインダー
との混練前に予めＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末表面に樹脂を
被覆した場合には、水と合金粉末中のＲ成分との反応を
抑制し、混練後の各工程における合金粉末の酸化を防止
でき、得られる焼結体中の残留酸素量を低減できるとと
もに、水素気流中での脱バインダー処理を併用すると被
覆した樹脂のほぼ全てが除去できるので、焼結体中の残
留炭素量を増加させることがなく、優れた磁気特性を有
する３次元的に複雑な形状の焼結磁石を提供することが
できる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末（ＲはＹを含む
   希土類元素のうち少なくとも１種）に、バインダーとし
   てポリアクリルアミドと水またはポリアクリルアミドと
   メチルセルロースを複合したものと水を加えて混練した
   後、磁場中で射出成形により成形体となし、該成形体を
   脱水処理した後、さらに脱バインダー処理し、焼結する
   ことを特徴とする射出成形法によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結
   磁石の製造方法。