JP4698867B2

JP4698867B2 - Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法およびＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法

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Publication number: JP4698867B2
Application number: JP2001096572A
Authority: JP
Inventors: 太國吉; 裕治金子; 章仁辻本; 一誠嶋内; 和雄田中; 静男森; 清史鈴木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Palace Chemical Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd; Palace Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: CN1261261C; EP1386681A1; DE60217667T2; EP1386681B1; DE60217667D1; WO2002078882A1; DE60217667T8; EP1386681A4; CN1500021A; US20040149354A1; JP2002294303A; US7214343B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法およびそれを用いたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類合金の焼結磁石（永久磁石）は、一般に、希土類合金の粉末をプレス成形し、得られた粉末の成形体を焼結し、時効処理することよって製造される。現在、サマリウム・コバルト系磁石と、ネオジム・鉄・ボロン系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。なかでも、ネオジム・鉄・ボロン系磁石（以下、「Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石」と称する。ＲはＹを含む希土類元素、Ｆｅは鉄、Ｂはボロンである。）は、種々の磁石の中で最も高い最大磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用させている。
【０００３】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、主にＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂの正方晶化合物からなる主相、Ｎｄ等からなるＲリッチ相、およびＢリッチ相から構成されている。なお、Ｆｅの一部がＣｏやＮｉなどの遷移金属と置換されてもよく、ボロン（Ｂ）の一部が炭素（Ｃ）で置換されてもよい。本発明が好適に適用されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、例えば、米国特許第４，７７０，７２３号および米国特許第４，７９２，３６８号の明細書に記載されている。
【０００４】
このような磁石となるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金を作製するために、従来は、インゴット鋳造法が用いられてきた。一般なインゴット鋳造法によると、出発原料である希土類金属、電解鉄およびフェロボロン合金を高周波溶解し、得られた溶湯を鋳型内で比較的ゆっくりと冷却することによって合金インゴットが作製される。
【０００５】
近年、合金の溶湯を単ロール、双ロール、回転ディスク、または回転円筒鋳型の内面などの接触させることによって、比較的速く冷却し、合金溶湯から、インゴットよりも薄い凝固合金（「合金フレーク」と称することにする。）を作製するストリップキャスト法や遠心鋳造法に代表される急冷法が注目されている。このような急冷法によって作製された合金片の厚さは、一般に、約０．０３ｍｍ以上約１０ｍｍ以下の範囲にある。急冷法によると、合金溶湯は冷却ロールに接触した面（ロール接触面）から凝固し始め、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長してゆく。その結果、ストリップキャスト法などによって作製された急冷合金は、短軸方向のサイズが約０．１μｍ以上約１００μｍ以下で、長軸方向のサイズが約５μｍ以上約５００μｍ以下のＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ結晶相と、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ結晶相の粒界に分散して存在するＲリッチ相とを含有する組織を持つにいたる。Ｒリッチ相は希土類元素Ｒの濃度が比較的高い非磁性相であり、その厚さ（粒界の幅に相当する）は約１０μｍ以下になる。
【０００６】
急冷合金は、従来のインゴット鋳造法（金型鋳造法）によって作製された合金（インゴット合金）に比較して相対的に短い時間（冷却速度：１０²℃／秒以上、１０⁴℃／秒以下）で冷却されているため、組織が微細化され、結晶粒径が小さいという特徴を有している。また、粒界の面積が広く、Ｒリッチ相は粒界内に広く広がっているため、Ｒリッチ相の分散性にも優れるという利点がある。これらの特徴が故に、急冷合金を用いることによって、優れた磁気特性を有する磁石を製造することができる。
【０００７】
また、Ｃａ還元法（あるいは還元拡散法）と呼ばれる方法も知られている。この方法は以下の工程を含む。まず、希土類酸化物のうちの少なくとも１種と、鉄粉および純ボロン粉と、フェロボロン粉およびホウ素酸化物のうちの少なくとも１種とを所定の割合で含む混合粉、あるいは上記構成元素の合金粉または混合酸化物を所定の割合で含む混合粉に、金属カルシウム（Ｃａ）および塩化カルシウム（ＣａＣｌ）を混合し、不活性ガス雰囲気下で還元拡散処理を施す。得られた反応生成物をスラリー化し、これを水処理することによって、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の固体が得られる。
【０００８】
なお、本明細書において、固体合金の塊を「合金塊」と呼び、従来のインゴット鋳造法によって得られる合金インゴットおよびストリップキャスト法などの急冷法によって得られる合金フレークなどの溶湯を冷却して得られた凝固合金だけでなく、Ｃａ還元法によって得られる固体合金など、種々の形態の固体合金を含むものとする。
【０００９】
プレス成形に供される合金粉末は、これらの合金塊を、例えば水素吸蔵法および／または種々の機械的粉砕法（例えば、ディスクミルが用いられる）で粉砕し、得られた粗粉末（例えば、平均粒径１０μｍ〜５００μｍ）を例えばジェットミルを用いた乾式粉砕法で微粉砕することによって得られる。
【００１０】
プレス成形に供せられるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末の平均粒径は、磁気特性の観点から、１．５μｍ〜５μｍの範囲内にあることが好ましい。なお、粉末の「平均粒径」は、特にことわらない限り、ここでは、質量中位径（mass median diameter：MMD）を指すことにする。しかしながら、このように平均粒径が小さな粉末を用いると流動性やプレス成形性（キャビティ充填性および圧縮性を含む）が悪く、生産性が悪い。
【００１１】
この問題を解決する方法として、合金粉末粒子の表面を潤滑剤で覆うことが検討されている。例えば、特開平０８−１１１３０８号公報および対応米国特許５、６６６、６３５号（譲受人：住友特殊金属株式会社）の明細書には、平均粒径１０μｍ〜５００μｍのＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粗粉末に、少なくとも１種の脂肪酸エステルを液状化した潤滑剤を、０．０２質量％〜５．０質量％添加混合後、不活性ガスを用いたジェットミル粉砕を行い、平均粒径１．５μｍ〜５μｍの微粉末を作製する技術が開示されている。
【００１２】
潤滑剤は、粉末の流動性や成形性を改善するとともに、成形体に固さ（強度）を付与するためのバインダとして機能する一方、焼結体中に残存炭素として残留し磁気特性を低下させる原因となるので、優れた脱バインダ性が要求される。例えば、特開２０００−３０６７５３号公報には、脱バインダ性に優れた潤滑剤として、解重合ポリマ、解重合ポリマと炭化水素系溶剤の混合物、および解重合ポリマと低粘度鉱油と炭化水素系溶剤との混合物が開示されている。
【００１３】
しかしながら、上述した潤滑剤を用いる方法によると、ある程度の改善効果は得られるものの、充分な成形性が得られない。特に、ストリップキャスト法で作製された粉末は、平均粒径が小さいだけでなく粒度分布が狭いので、特に流動性が悪い。そのため、キャビティに充填される粉末の量が許容範囲を超えてばらついたり、キャビティ内の充填密度が不均一になったりする。その結果、成形体の質量や寸法が許容範囲を超えてばらついたり、成形体に欠けや割れが生じすることがある。
【００１４】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末の流動性および成形性を改善するための他の方法として、造粒粉を用いる試みがなされている。
【００１５】
例えば、特開昭６３−２３７４０２号公報には、室温で液体状態のパラフィン混合物と脂肪族カルボン酸との混合物を粉末に対して０．４〜４．０質量％添加し、混練後、造粒することによって得られた造粒粉を用いることによって、成形性を改善できることが開示されている。また、造粒剤としてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を用いる方法も知られている。なお、造粒剤も潤滑剤と同様に成形体に強度を付与するバインダとして機能する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭６３−２３７４０２号公報に開示されている造粒剤を用いると、脱バインダ性が悪いため、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の場合、焼結体中に残留する炭素によって磁気特性が低下するという問題がある。
【００１７】
一方、ＰＶＡを用いてスプレードライヤ法で製造された造粒粉は、逆に、結合力が強いので、得られた造粒粉が固すぎ、外部磁界を印加しても造粒粉が崩壊しないので、合金粒子（結晶）を充分に磁界配向させることができず、その結果、優れた磁気特性を有する磁石が得られないという問題がある。
【００１８】
また、ＰＶＡは脱バインダ性が悪く、ＰＶＡに由来する炭素が磁石に残存しやすく、磁気特性を低下させるという問題もある。この問題を解決するために水素雰囲気下で脱バインダ処理を行う方法もあるが、充分に炭素を除去することは難しい。また、ＰＶＡの結合力が強すぎるために、磁界を印加することによって造粒粉が崩壊せず、配向させることが難しい。
【００１９】
上述したように、これまで種々の造粒剤が検討されてきたが、適度な結合力を有するとともに、脱バインダ性に優れたものが未だに開発されておらず、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法に適した造粒粉を工業的に生産できる方法は、まだ開発されていない。
【００２０】
一方で、磁石の小型化・薄型化および高性能化へのニーズが高まっており、小型または薄型の高性能な磁石を高い生産効率で製造できる製造方法の開発が望まれている。一般に、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体（またはこれを着磁した磁石）を機械加工すると加工ひずみの影響で磁気特性が低下するが、小型の磁石においてはこの磁気特性の低下を無視できない。従って、小型の磁石ほど、実質的に機械加工を必要としない程度の寸法精度で、使用される最終形状を有する焼結体を作製することが強く望まれる。このような背景からも、流動性やプレス成形性に優れたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末材料に対する需要が一層強くなっている。
【００２１】
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、流動性やプレス成形性にすぐれ、且つ、脱バインダ性に優れたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法および高品質のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体を高い生産効率で製造する方法を提供することを主な目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粉末を作製する工程と、前記粉末をノルマルパラフィン、イソパラフィンおよび解重合オリゴマのなかから選択される少なくとも１種の造粒剤とを用いて造粒することによって、造粒粉を調製する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２３】
前記粉末の平均粒径は１．５μｍ〜５μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２４】
前記少なくとも１種の造粒剤の平均分子量は、１２０〜５００の範囲内にあることが好ましい。
【００２５】
前記少なくとも１種の造粒剤は、ノルマルパラフィンおよび／またはイソパラフィンであって、沸点が８０℃〜２５０℃の範囲内にあることがさらに好ましい。
【００２６】
前記造粒工程において、前記造粒粉の質量に対して０．１質量％〜５０質量％の前記少なくとも１種の造粒剤が添加されることが好ましい。
【００２７】
前記造粒粉は、流動層造粒法を用いて調製されることが好ましい。
【００２８】
前記造粒粉の平均粒径は０．０５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内にあることが好ましく、平均粒径は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にあることがさらに好ましい。
【００２９】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法は、上述したＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法を用いて造粒粉を製造する工程と、前記造粒粉を含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粉末材料を磁界を印加した状態でプレス成形することによって成形体を形成する工程と、前記成形体を焼結する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００３０】
前記焼結工程は、前記成形体を不活性ガス雰囲気下で加熱する工程であって、前記造粒剤を除去する工程を兼ることができる。
【００３１】
前記粉末材料は、実質的に前記造粒粉のみを含む構成としてもよい。
【００３２】
上述の方法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体を着磁することによって、磁気特性に優れたＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が得られる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法を説明する。以下の実施形態の説明においては、特に流動性の低い、ストリップキャスト法で作製されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を用いた焼結磁石の製造方法を例に本発明の特徴を説明するが、本発明はこれに限られず、他の方法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を用いてもよい。
【００３４】
図１に示したように、本発明によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粉末を作製する工程Ｓ１と、得られた粉末をノルマルパラフィン、イソパラフィンおよび解重合オリゴマのなかから選択される少なくとも１種の造粒剤を用いて造粒することによって造粒粉を調製する工程Ｓ２と、造粒粉を含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末材料を磁界を印加した状態でプレス成形することによって成形体を形成する工程Ｓ３と、成形体を焼結する工程Ｓ４と包含する。得られた焼結体を公知の方法で着磁することによって、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が得られる。なお、着磁工程は、焼結後の任意の時点で実行され、例えば、焼結磁石のユーザによって使用の直前に実行されてもよい。
【００３５】
プレス成形に供せられるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末材料として、上述のようして調製された造粒粉のみを用いることが流動性の観点からは好ましいが、造粒粉と１次粒子粉末（造粒前の原料粉末）とを混合して用いることもできる。但し、１次粒子粉末の割合が増えると流動性が低下するので、造粒による流動性の改善効果を十分に得るためには、実質的に造粒粉のみを用いることが好ましい。また、造粒粉に混合して１次粒子粉末を用いる場合には、粒子表面が潤滑剤で被覆されていることが好ましい。１次粒子を潤滑剤で被覆することによって、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系粉末材料の流動性を改善することができるとともに、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の酸化を防止することができる。
【００３６】
なお、本願明細書においては、実質的にＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金のみの粉末（表面の酸化物層は含み得る）からなる「Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末」に対して、「Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末」だけでなく、造粒剤や潤滑剤を含む、プレス成形に供せられる粉末材料を「Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末材料」と呼び、区別することにする。
【００３７】
上述のようにノルマルパラフィン、イソパラフィンおよび解重合オリゴマのいずれか、またはこれらの混合物を用いてＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を造粒することによって、流動性や成形性が改善される。例えば、平均粒径が１．５μｍ〜５μｍの範囲内にある粉末（１次粒子）を平均粒径が０．０５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内にある造粒粉とすることによって流動性および成形性が著しく改善される。また、この造粒粉は適度な固さを有しているので、移送工程や充填工程で崩壊することがなく、その結果、所定量の粉末材料をキャビティに安定に且つ均一に充填することができる。また、造粒粉は適度な固さを有しているので、０．１Ｔ〜０．８Ｔの配向磁界の印加によって１次粒子に崩壊し、１次粒子が磁界配向する。勿論、これよりも高い配向磁界（例えば２Ｔ）を印加してもよい。さらに、成形体に欠けや割れが発生することもほとんど無い。
【００３８】
さらに、上記の造粒剤はいずれも脱バインダ性に優れており、アルゴンガスなどの不活性ガス（希ガスおよび窒素ガスを含む）の雰囲気下または真空中で焼結することによって容易に除去することができるので、残留炭素による磁気特性の低下がなく、優れた磁気特性を有する焼結磁石が得られる。
【００３９】
このように、上述の造粒粉を用いると、質量（すなわち充填量）ばらつきが小さく、且つ、磁気特性に優れたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体を高い生産効率で製造することが可能となる。
【００４０】
本発明による実施形態のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体を用いた磁石の製造方法を工程順に説明する。
【００４１】
まず、ストリップキャスト法を用いて、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金フレークを作製する（例えば、米国特許第５，３８３，９７８号参照）。具体的には、公知の方法によって製造された、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金を高周波溶解により溶湯とする。なお、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金としては、上記の他に、例えば米国特許第４，７７０，７２３号および米国特許第４，７９２，３６８号の明細書に記載されている組成のものを好適に用いることができる。
【００４２】
この合金の溶湯を１３５０℃に保持した後、ロール周速度を約１ｍ／秒、冷却速度５００℃／秒、過冷度２００℃の条件で単ロール上で急冷し、厚さ０．３ｍｍの合金フレークを得る。この合金フレークに水素を吸蔵させ、脆化させることによって合金粗粉末を得る。この合金粗粉末をジェットミル装置を用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕することによって、例えば平均粒径が１．５μｍ〜５μｍで、ＢＥＴ法による比表面積が約０．４５ｍ²／ｇ〜約０．５５ｍ²／ｇの合金粉末（１次粒子）が得られる。この合金粉末の真密度は、７．５ｇ／ｃｍ³である。
【００４３】
次に、得られた合金粉末を造粒する。
【００４４】
造粒剤として、ノルマルパラフィン、イソパラフィンおよび解重合オリゴマのなかから選択される少なくとも１種の造粒剤を用いる。勿論これらの複数を混合して用いてもよい。解重合オリゴマとしては、イソブチレンとノルマルブチレンの共重合体、イソブチレンの単一重合体、メタクリル酸アルキル（例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ターシャリーブチル）の単一重合体または共重合体、アルキレングリコール（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール）の単一重合体または共重合体が好ましい。解重合オリゴマは、分子中に比較的多くの分岐構造を有し、それ故に、比較的粘度が高く、適度な結合力を有すると考えられる。
【００４５】
なお、上記の造粒剤に加えて、結合力を向上させるために、テルペン系樹脂（例えば、ロジン、テルペンフェノールレジン、リモネンの二量体）または脂肪族系樹脂（例えば、ブチレンやペンテンなどの重合体）を添加してもよい。これらの添加量は、０．０５質量％〜１．０質量％の範囲が好ましい。
【００４６】
これらの造粒剤は、潤滑性を有するとともに、適度な結合力を有し、且つ、脱バインダ性に優れている。上記造粒剤の平均分子量は、１２０〜５００の範囲内にあることが好ましい。平均分子量が１２０を下回るものは結合力が弱く、安定な造粒粉を得ることがむずかしい。また、平均分子量が５００を超えるものは、焼結体中に残存する炭素量が多くなり、磁気特性を低下させるので好ましくない。平均分子量が１４０〜４５０の範囲内にあるものがさらに好ましい。
【００４７】
ノルマルパラフィンおよびイソパラフィンについては沸点で好ましい材料を特定することもでき、沸点が８０℃〜２５０℃の範囲内にあるものが好ましい。沸点が８０℃を下回るものは結合力が弱く、安定な造粒粉を得ることがむずかしく、沸点が２５０℃を超えるものは、焼結体中に残存する炭素量が多くなり磁気特性を低下させるので好ましくない。ノルマルパラフィンおよびイソパラフィンとしては、平均分子量が１４０〜４５０の範囲内にあるものまたは沸点が１００℃〜２３０℃の範囲内にあるものがさらに好ましく、比較的少量の添加で、充分な効果を得ることができる。
【００４８】
勿論、ノルマルパラフィン、イソパラフィンおよび解重合オリゴマの２種以上を混合して用いる場合は、それぞれが上記の条件を満足をすることが好ましい。
【００４９】
造粒粉の調製に用いる造粒剤の添加量は、粉末の質量に対して０．１質量％〜５０質量％の範囲内にあることが好ましい。造粒剤の添加量が０．１質量％よりも少ないと粉末（１次粒子）を造粒することができず、５０質量％を超えると結合力が強すぎ、造粒粉を磁界の印加で崩壊させることがむずかしく、且つ、焼結体中の残存炭素量が多くなり、磁気特性を低下させるので、好ましくない。造粒剤の添加量は、０．１質量％〜１０質量％がさらに好ましく、０．２質量％〜１０質量％がさらに好ましい。
【００５０】
造粒工程は、公知の種々の造粒方法を用いて実行される。例えば、攪拌混合造粒法、振動造粒法や転動造粒法などを用いて実行することができるが、流動層造粒法を用いることが好ましい。流動層造粒法を用いると、球形に近い形状の造粒粉を得ることができるとともに、適度な固さの造粒粉を得ることができる。造粒粉が球形に近い形状を有していると、流動性および成形性に優れる。また、造粒粉の固さは、造粒剤の影響も受けるが、上述したように固すぎても柔らか過ぎても不都合を生じる。
【００５１】
流動層造粒法で造粒するための造粒装置１０を模式的に図２に示す。造粒装置１０は、送風用ブロア１と、調温調湿器２と、流動槽３と、切換弁４と、逆圧用ブロア６を備えている。このような造粒装置として、不二パウダル株式会社製のスイング・プロセッサを好適に用いることができる。
【００５２】
まず、送風用ブロア１によって形成される空気流によって、流動槽３において通常の流動化が行なわれる。このとき、正圧によって空気流は実線の矢印のように流れる（流動過程）。次に、切換弁４を切換えると、逆圧用ブロア６によって図中の破線の矢印で示すように空気が流れる（圧密過程）。圧密過程においては、下向きの空気流により、粉体層が形成、圧縮され、造粒粉の固さが増す。一方、上向きの空気流により、圧密過程で形成された粉体層が破壊され、流動化空気の摩砕作用によって、球形に近い形状の造粒粉が生成される。切換弁４の切換を繰り返し行なってもよく、空気量や繰り返しサイクルを制御することによって、造粒粉の固さを調整することができる。また、造粒工程の時間を制御することによって、造粒粉の平均粒径を調整することができる。
【００５３】
造粒粉の平均粒径は０．０５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内にあることが好ましい。一般に、造粒粉に含まれる１次粒子はわずかであり、また３次粒子以上の高次の造粒粉も非常に少ないので、実質的に２次粒子の平均粒径が造粒粉の平均粒径を代表するものとして扱うことができる。ここでは、造粒粉の平均粒径として、顕微鏡観察によって求めた２次粒子の平均粒径を用いる。造粒粉の平均粒径が０．０５ｍｍより小さいと、流動性の改善効果が低く、十分な密度で均一な成形体を得ることがむずかしい。一方、造粒粉の平均粒径が３ｍｍより大きいと、キャビティへの充填性が低下し、十分な密度で均一な成形体を得ることがむずかしい。造粒粉の平均粒径は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にあることがさらに好ましい。
【００５４】
次に、得られた造粒粉をプレス成形することによって成形体を形成する。ここでは、造粒粉だけを用いて成形体を形成する。プレス成形には公知のプレス成形装置を用いることができ、典型的には、上下パンチで金型のキャビティ（ダイホール）内の粉末をプレスする一軸プレス成形装置が用いられる。造粒粉末の移送は、たとえば、気密性の高い容器内に窒素ガスを充満または流気させた状態で、バッチごとに行う。
【００５５】
一軸プレス成形機の金型のキャビティに造粒粉を充填する。造粒粉をキャビティに充填する工程は、例えば、ふるいを用いた充填方法や、特公昭５９−４０５６０号公報、特開平１０−５８１９８号公報、実開昭６３−１１０５２１号公報や特開２０００−２４８３０１号公報に開示されているようなフィーダーボックスを用いた充填方法（これらを総称して「落とし込み方法」ということもある。）を用いて実行することができる。
【００５６】
特に、小さい成形体を形成する場合、キャビティの内容積に対応する量の造粒粉を、キャビティを用いて計量することが好ましい。例えば、キャビティ上をフィーダボックスの棒状部材を往復運動させることによって、キャビティに供給された余剰の造粒粉をすりきりながら充填することによって、比較的均一に、所定量の造粒粉を充填することができる。
【００５７】
キャビティ内に造粒粉を充填した後、一軸プレス装置の上パンチを降下し、キャビティの開口部を塞いだ状態で、磁界を印加し、造粒粉を１次粒子に崩壊させるとともに、１次粒子を磁界配向させる。本発明による造粒粉は、適度な固さを有しているので、０．１Ｔ〜０．８Ｔの比較的弱い磁界で崩壊する。ただし、充分な配向度を考慮すると、０．５Ｔ〜１．５Ｔ程度が望ましい。磁界の方向は、例えばプレス方向と垂直方向である。このように磁界を印加しながら、例えば９８ＭＰａの圧力で、上下パンチで粉末材料を一軸プレスする。その結果、相対密度（成形体密度／真密度）が０．５〜０．７の成形体が得られる。なお、磁界の方向は、必要に応じてプレス方向に対して平行としてもよい。
【００５８】
次に、得られた成形体を、真空中または不活性ガス雰囲気中で、例えば約１０００℃〜約１１８０℃の温度で、約１から６時間焼結する。本発明による造粒剤は脱バインダに優れるので、この焼結工程に実質的に除去される。すなわち、焼結工程が脱バインダ工程を兼ねることができる。但し、焼結工程の前に、脱バインダ工程を別途設けてもよい。例えば、脱バインダ工程は、約２００℃〜８００℃の温度で、約２Ｐａの圧力の不活性ガス雰囲気下で、約３〜約６時間実行される。
【００５９】
得られた焼結体を、例えば約４５０℃〜約８００℃の温度で、約１〜８時間時効処理することによって、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が得られる。この後、任意の段階で、着磁することによって、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が最終的に完成する。
【００６０】
本発明によると、上述のしたように流動性および成形性に優れた造粒粉を用いるので、充填量のばらつきが少なく、且つキャビティ内に均一に充填される。従って、プレス成形によって得られた成形体の質量および寸法のばらつきが少ない。また、成形体に欠けや割れが発生することも少ない。さらに、造粒剤が焼結体中に残存することよる磁気特性の低下も抑制されているので、優れた磁気特性を有する焼結磁石を得ることができる。このように、本発明によると、高品質のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結磁石を高い生産効率で製造することができる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００６２】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を以下の様にして作製した。出発原料として、純度９９．９％の電解鉄、Ｂを１９．８％含有するフェロボロン合金、純度９９．７％以上のＮｄおよびＤｙを用いて、合金溶湯を調製した。この合金溶湯からストリップキャスト法で１４．５原子％Ｎｄ、０．５原子％Ｄｙ、７８．８原子％Ｆｅ、６．２原子％Ｂの組成のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金のフレークを得た。これをジェットミルを使用し、不活性ガス（例えばＮ₂ガス、ガス圧５８．８ＭＰａ）中で微粉砕し、平均粒径３μｍの微粉末を得た。
【００６３】
次に、流動層造粒法（例えば、不二パウダル株式会社製のスイング・プロセッサ）で造粒粉を調製した。造粒には種々の造粒剤を用いた。実施例１〜１６の造粒粉の製造に用いた造粒剤の組成と添加量を表１に示した。また、比較例１〜９の製造に用いた造粒剤の組成を表２に示した。なお、造粒剤としてＰＶＡを用いた比較例６、７および８の造粒は、スプレードライヤを用いて行った。また、比較例９は造粒を行わず、微粉末をそのまま用いた。
【００６４】
得られた造粒粉を上述したフィダーボックスを用いた方法で、縦２０ｍｍ、横１５ｍｍ、深さ１０ｍｍのキャビティー内に充填し、一軸プレス成形（９８ＭＰａ、配向磁界（０．８Ｔ）をプレス方向に直角に印加）を行った。この充填工程およびプレス成形工程は、全ての実施例および比較例について同じ条件で行った。
【００６５】
得られた成形体をＡｒ雰囲気中で、１０６０℃にて約４時間焼結したあと、６００℃で１時間の時効処理を施し、焼結体を得た。さらに、この焼結体を２３８７ｋＡ／ｍの条件で着磁することによって、焼結磁石を得た。それぞれの実施例および比較例について、サンプル数は５０個とした。
【００６６】
なお、プレス工程以下のプロセスは、実施例１〜１５および比較例１〜１０について、実質的に同じ方法で実行した。但し、造粒剤としてＰＶＡを用いた比較例６、７および８については、焼結条件を水素雰囲気下で１０６０℃で４時間とした。これは、Ａｒ雰囲気下の焼結ではＰＶＡを充分に除去できないためである。
【００６７】
上記のプロセスで実施例および比較例の焼結磁石を作製した。この過程で、以下の項目を評価した。
【００６８】
造粒性は、造粒粉が上述の方法で調製できるか否か、得られた造粒粉は移送工程および充填工程で崩壊していないか否かを評価した。これら全てを満足するものを○とし、やや問題があるが実用化の可能性のあるものを△とし、実用性が低いものを×として、表１および表２に評価結果を示す。
【００６９】
脱バインダ性は、焼結体中に残存する炭素量および焼結磁石の磁気特性から評価した。焼結体中に残存する炭素による磁気特性の低下が少ないものを○とし、残存炭素による磁気特性の低下を無視できないが実用化の可能性があるものを△とし、残存炭素による磁気特性の低下が顕著で実用性が低いものを×として、表１および表２に示す。
【００７０】
実施例１２と比較例６および９の造粒粉については、成形体の質量ばらつき（％）と充填量ばらつき（σ）を評価した。成形体の質量ばらつきは、｛（最大質量−最小質量）／平均質量（ｎ＝５０）｝×１００（％）で求めた。また、充填量ばらつき（σ）は、５０個の成形体の質量分布の標準偏差を示している。結果を表３に示す。
【００７１】
また、実施例１２と比較例６および９の造粒粉について、磁界配向特性を評価した結果を表３および図３に示す。磁界配向特性は、プレス工程において印加する配向磁界の磁束密度を０．１Ｔ、０．４Ｔおよび０．８Ｔと変化させて、得られた焼結磁石の磁気特性（残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力ｉＨｃ）を評価した。図３は、配向磁界の磁束密度を横軸に、得られた焼結体の残留磁束密度を縦軸にプロットしたグラフである。なお、他の実施例および比較例については、上述したように、配向磁界の磁束密度は０．８Ｔとし、得られた焼結体の磁気特性を評価した結果を表４および表５に示す。
【００７２】
【表１】

【００７３】
【表２】

【００７４】
【表３】

【００７５】
【表４】

【００７６】
【表５】

【００７７】
まず、表１と表２に示した結果を参照する。造粒剤として、ノルマルパラフィン（平均分子量１４０、沸点１７０℃）、ノルマルパラフィン（平均分子量３００、沸点３１５℃）、イソパラフィン（平均分子量１４０、沸点１６６℃）、イソパラフィン（平均分子量３００、沸点２７７℃）、および、イソブチレンとノルマルブチレンとの共重合体であるポリブデン（平均分子量２００）、ポリブデン（平均分子量３００）およびポリブデン（平均分子量５００）を用い、その添加量が、合金粉末に対して、０．５質量％〜６５質量％の実施例１から１６は、適度な造粒性を有していることがわかる（表１）。
【００７８】
これに対し、造粒剤としてノルマルヘキサン（分子量８６、沸点６９℃）を２．０質量％添加した比較例１では、安定した造粒粉を調整することができなかった（表２）。また、造粒剤を添加しない比較例９についても、もちろん造粒粉を調製することができなかった。また、造粒剤として、ポリブデン（分子量６５０）、ポリブデン（分子量１０００）、流動パラフィン（主成分はアルキルナフテン炭化水素の混合物、沸点３００℃以上）およびＰＶＡを用い、その添加量が、合金粉末に対して、２．０質量％〜１０質量％の比較例２から８は、良好な造粒性を示したが、いずれも脱バインダ性に劣り、磁気特性の低下が顕著であった。特に、比較例２、３、４、５、７および８は、脱バインダ性が著しく劣り、その結果、焼結体を得ることができなかったので、表５に結果を示していない。なお、ＰＶＡを２．０質量％添加した比較例６は、残留磁束密度Ｂｒが低い値となった。
【００７９】
種々の造粒剤について検討した結果、造粒剤の平均分子量は、１２０〜５００の範囲内にあることが好ましく、平均分子量が１４０〜４５０の範囲内にあるものがさらに好ましいことが分かった。平均分子量が小さすぎると結合力が弱く安定な造粒粉を得ることがむずかしく、逆に、平均分子量が大き過ぎると焼結体中に残存する炭素量が多くなり磁気特性を低下させるので好ましくない。また、ノルマルパラフィンおよびイソパラフィンについては沸点で好ましい材料を特定することもでき、沸点が８０℃〜２５０℃の範囲内にあるものが好ましい。ノルマルパラフィンおよびイソパラフィンとしては、平均分子量が１４０〜４５０の範囲内にあるものまたは沸点が１００℃〜２３０℃の範囲内にあるものがさらに好ましく、比較的少量の添加で、充分な効果を得ることができる。
【００８０】
造粒剤の好ましい添加量の範囲を検討した。表１に示した実施例１〜１６のうち、添加量が６５質量％の実施例１６の造粒粉は、結合力が強すぎるために配向磁界で造粒粉が充分に崩壊せず、また、上記のＡｒ雰囲気下の焼結条件では充分にバインダ（すなわち造粒剤）が除去されなったため、磁気特性が他の実施例１から１５よりも劣っていると考えられる。種々検討した結果、移送や充填工程で崩壊せず、配向磁界で崩壊する、適度な固さを有する造粒粉を調製するためには、造粒剤の添加量は、０．１質量％〜５０．０質量％の範囲内にあることが好ましいことが分かった。さらに、造粒剤の添加量は、０．２質量％〜１０質量％がより好ましく、０．５質量％〜５質量％がさらに好ましい。
【００８１】
次に、表３および図３を参照しながら、本発明による造粒粉が優れた流動性および適度な固さを有していることを説明する。
【００８２】
まず、表３から明らかなように、実施例１２の成形体の質量ばらつきは５．４％であり、造粒していない比較例９の質量ばらつき１４．６％にくらべて著しく改善されている。これは、充填量ばらつき（σ）についても同様で、比較例９の充填量ばらつき（σ）が０．３３であるのに対し、実施例１２の充填量ばらつき（σ）は０．１８と大きく改善されており、造粒によって流動性が改善されたことがわかる。
勿論、造粒によって、成形性も同様に改善されており、成形体に欠けや割れが発生する割合も、比較例９に比べ著しく少なかった。これらの造粒の効果は、他の実施例についても確認された。
【００８３】
また、表３に示した結果から、造粒剤としてＰＶＡを用いた比較例６においても、造粒によって、流動性および成形性が改善されていることがわかる。しかしながら、比較例６の造粒粉は、上述したように、結合力が強すぎる。このことは、配向磁界の強さと得られた焼結体の磁気特性の関係からも明らかである。
【００８４】
表３および図３に示したように、実施例１２の残留磁束密度Ｂｒは、造粒していない粉末を用いた比較例９の残留磁束密度Ｂｒとほぼ同等で、配向磁界の磁束密度が０．１Ｔおよび０．４Ｔにおいても、配向０．８Ｔときとほぼ同様に配向していることが分かる。これに対し、比較例６の残留磁束密度Ｂｒは、配向磁界の磁束密度が低下するとともに顕著に低下している。これは、実施例１２の造粒粉は、０．１Ｔ以上の配向磁界でほぼ完全に崩壊して１次粒子となるのに対し、比較例６の造粒粉は、０．８Ｔの配向磁界によっても充分に崩壊しておらず、配向磁界が弱くなると、崩壊する造粒粉の割合が顕著に低下していることを示している。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によると、適度な固さの造粒粉が製造され、また、造粒剤は優れた脱バインダ性を有している。その結果、本発明による造粒粉を用いることによって、優れた磁気特性を有するＲ-Ｆｅ-Ｂ系合金焼結磁石を高い生産性で製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明によるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金造粒粉の製造に用いられる造粒装置１０を模式的に示す図である。
【図３】実施例１２と比較例６および９の造粒粉について、配向磁界の磁束密度と得られた焼結磁石の残留磁束密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１送風用ブロア
２調温調湿器
３流動槽
４切換弁
６逆圧用ブロア
１０造粒装置

Claims

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粉末を作製する工程と、
前記粉末をノルマルパラフィン、イソパラフィンおよび解重合オリゴマのなかから選択される少なくとも１種の造粒剤を用いて造粒することによって、造粒粉を調製する工程と、
を包含する、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
前記粉末の平均粒径は１．５μｍ〜５μｍの範囲内にある、請求項１に記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
前記少なくとも１種の造粒剤の平均分子量は、１２０〜５００の範囲内にある、請求項１または２に記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
前記少なくとも１種の造粒剤は、ノルマルパラフィンおよび／またはイソパラフィンであって、沸点が８０℃〜２５０℃の範囲内にある、請求項１から３のいずれかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
前記造粒工程において、前記造粒粉の質量に対して０．１質量％〜５０質量％の前記少なくとも１種の造粒剤が添加される、請求項１から４のいずれかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
前記造粒粉は、流動層造粒法を用いて調製される、請求項１から５のいずれかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
前記造粒粉の平均粒径は０．０５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内にある、請求項１から６のいずれかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法。
請求項１から７のいずれかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の造粒粉の製造方法を用いて造粒粉を製造する工程と、
前記造粒粉を含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金の粉末材料を磁界を印加した状態でプレス成形することによって成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、
を包含する、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法。
前記焼結工程は、前記成形体を不活性ガス雰囲気下または真空中で加熱する工程であって、前記造粒剤を除去する工程を兼る、請求項８に記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法。
前記粉末材料は、実質的に前記造粒粉のみを含む、請求項８に記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金焼結体の製造方法。