JP4903758B2 - ＮｄＦｅＢ系焼結磁石の製造方法及びＮｄＦｅＢ系焼結磁石製造用モールド - Google Patents

Description

この発明は、NdFeB系焼結磁石の製造方法に関し、特に、NdFeB系焼結磁石用合金粉末（以下これを合金粉末という）を、製品の形状と寸法に対応して設計された容器（以下これをモールドという）に充填し、この合金粉末に磁界を印加して粉末の結晶方向をそろえ、合金粉末を入れたまま容器ごと加熱、焼結して所望の形状のNdFeB系焼結磁石を得る方法に関るものである。

従来の技術は、平均粒度2〜5μmの合金粉末を、充填密度が2.7g/cm³〜3.5g/cm³になるようにモールドに充填し、モールド上面にふたを載置して、粉末に磁界を印加して配向し、その後焼結して焼結体をモールドから取出して、時効処理するものであった。その内容は特許文献１に示されている。ここで前記平均粒度は、特許文献１には明記されていないが、この文献の出願時に広く用いられていたFisher法により測定されたものと考えられる。

特開平7-153612号公報

本発明は特許文献１の技術を実施する過程で、この技術の重大な問題に気づいた。それは、合金粉末をモールドに充填して焼結するとき、合金粉末とモールドとの反応を抑えることができないことである。特許文献１には、未反応性金属容器を使用することが述べられており、「原料粉末との反応性が低く、耐熱性のすぐれた金属であればよく、Mo、W、Ta、Pt、Crなどが好ましく」とある。本発明者はこのいずれの材料の金属を使用しても焼結後に焼結体のモールド内面への溶着が起こり、焼結体をモールドから取出すことができなくなること、およびモールドが1回あるいは数回の使用で再使用不能になってしまうことを見出した。モールドを再利用し、多数回使用することができなければ、この方法によって生産されるNdFeB焼結磁石の価格が増大してしまう。工業技術として、価格の低減はきわめて重要であり、モールドの多数回使用は本技術を工業的に使用するためにどうしても必要である。

本発明が解決しようとする課題は、焼結後に焼結体がモールドに溶着することのないNdFeB系焼結磁石の製造方法を提供することにある。

本発明者はいろいろな耐熱材料と合金粉末の反応性を調査した結果、TiN（窒化チタン）、BN（窒化硼素）やAl₂O₃（アルミナ）などのセラミック材料は比較的合金粉末との反応性が低いことを見い出した。しかし、これらのセラミック材料を主材料としてモールドを作ることは困難である。その理由は、第1に、所望形状のモールド作製に時間と労力がかかり高価なものになってしまうこと、第2に、本技術ではモールドに合金粉末を高密度に充填する必要があり、そのためにモールドに機械的タッピングを加える必要があるが、そのとき、セラミック材料でできたモールドは破損しやすいことである。
本技術では製品の所望形状に合わせてモールドを比較的高精度に作製する必要がある。そのため、切削加工あるいは深絞りなどの塑性加工といった高精度の加工ができるステンレスなどの金属材料でモールドを作製することが望ましい。本発明者は、このような高精度の加工が安価にできるモールドを使用し、その内面にセラミックなどのコーティングを施すことにより、繰返し使用できる安価で高精度で機械的に強いモールドが作製できることを見い出した。

発明の実施の形態及び効果

ステンレス製モールドを切削加工で作り、モールド内面にいろいろな耐熱材料をコーティングして、合金粉末との焼結温度付近での反応性を調べた。その結果TiN、BNやアルミナなど各種セラミック材料のコーティングがモールドと合金粉末との溶着を抑制する効果があることを見い出した。これらのコーティングはCVD法やイオンプレーティング法、あるいは溶射法によって行われる。モールド内面にコーティングするために、モールドを組立て式にしておいて、モールド内面に当たる面にコーティングを施した後モールドに組立てるようにしてもよい。

モールド内面にコーティングを施した後、そのモールドに合金粉末を充填して磁界配向した後に焼結することにより、焼結体はモールドに溶着することなく、容易に取出すことができる。その後、適当な熱処理を施すことにより、高性能のNdFeB焼結磁石を得ることができる。

更に、本発明者は最も望ましいコーティングはつぎのようなものであることを発見した。それはモールドをステンレスなどの切削加工や塑性加工できる金属で作製した後、そのモールドの内面に、焼結処理のための加熱を行う度に破壊されて消耗するコーティング（消耗型コーティング）を施すことである。この場合、焼結処理の度に毎回コーティングを行う。コーティングのコストは以下に述べる方法により安価に抑えることができるため、焼結処理の度に毎回コーティングを行っても、最終製品であるNdFeB焼結磁石の価格はほとんど増加しない。

消耗型コーティングの典型的な構成はセラミック粉体と樹脂の混合物からなるものである。このようなコーティングはつぎのような方法によって形成される。
（1）モールド内面に粘着性の樹脂を薄く塗付し、その上にセラミック粉末を押しつけて塗布する。
（2）モールド内面に、粘着性の樹脂とセラミック粉末の混合物を塗付する。

上記（1）の方法において、粘着性樹脂の塗付方法として特開2004-359873号公報に記載のインパクトメディアを使う方法が有効である。この方法によってモールド内面に粘着層を形成した後、特開平05-302176号公報に記載されている方法によりセラミック粉体をインパクトメディアにより粘着層中に埋めこむことによりセラミック粉体層を形成することができる。

上記（2）の方法においても、特開2004-359873号公報に記載の方法を使用して、モールド内面にセラミック粉末を含む樹脂コーティングを施すことができる。すなわちセラミック粉末と液状樹脂およびインパクトメディアの混合体をモールド内に注入し、この混合体を振動撹拌させてモールド内面にセラミック粉末と樹脂の混合物の膜を形成する。これにより、能率的なコーティングができる。

これらのコーティングはセラミックと樹脂の混合体であるが、樹脂として未硬化の熱硬化性樹脂を使用することができる。この場合、熱硬化性樹脂とセラミック粉体の混合体の膜をモールド内面に形成した後、樹脂の硬化温度以上に加熱して、膜をモールド内面に固着させる。

上記（1）の方法において、液状樹脂を塗付して粘着層を形成した後にセラミック粉体をインパクトメディアによって粘着層中に埋めこむとき、セラミック粉末に少量の粉体樹脂を混ぜておくこともできる。粉体層を形成した後、加熱して液状樹脂と粉体樹脂の両方を硬化させることにより、モールド内面に強固なセラミックと樹脂の混合物の膜が形成できる。

上述の（1）、（2）の方法において、粘着性樹脂として、熱可塑性樹脂を使うことも可能である。そのためには、コーティングのときの温度を、熱可塑性樹脂の融点以上に上げておく必要がある。例えば50℃の融点をもつワックスを使用するときには、インパクトメディアと少量の、融点が50℃のワックスおよびセラミック粉末の混合体をモールドのキャビティー中に入れ、全体を50℃より少し高い温度に加熱してモールドを振動させる。こうして内面に液状樹脂とセラミック粉末の混合物の膜が形成される。その後モールドからインパクトメディアを出して、モールドを室温にすると、モールド内面にセラミック粉末と樹脂の混合物の膜が形成される。

上述した方法でセラミック粉末と樹脂の混合物の膜をモールド内面に形成した後、このモールドに合金粉末を高密度に充填し、これを磁界配向、加熱して合金粉末を焼結する。この加熱により、まずモールド内面のコーティング中の樹脂が蒸発あるいは分解してセラミック粉末だけが残る。このセラミック粉末により、合金粉末の焼結時に形成される液状のNdリッチ相とモールド材料が直接接触することが阻止されるため、焼結体はモールドに溶着することなく生成される。焼結体をモールドから取出すとき、セラミック粉末の一部は焼結体表面に付着し、他はモールド内に粉体として残る。モールドを再使用するときには、この残留した粉体を圧縮空気などで吹きとばして、再度上述の（1）あるいは（2）の方法によってセラミック粉末と樹脂の混合物の膜を形成する。セラミック粉末としては、BN、アルミナ、ジルコニア等、融点がNdFeB焼結磁石の焼結温度以上のあらゆる種類のセラミック粉末を使用することができる。マイカ（雲母）やタルク（滑石）などの粉末も使用できる。
なお上述のセラミック粉体のかわりに、MoやWなどの、融点がNdFeB焼結磁石の焼結温度以上の金属の粉末を使うこともできる。また、上述の樹脂と無機物質の粉末との混合物のコーティングは、インパクトメディアを用いた方法の他に、無機物質の粉末と樹脂を溶剤と混合してスプレー法で膜形成を行うこと等によって形成することもできる。

（発明の効果）
本発明により、NdFeB焼結磁石の用途として最重要な形状の製品が焼結体とモールドとの溶着の問題なく量産できるようになり、モールドが繰返し再利用できるので、このような製品を低価格で生産できるようになった。

本発明に係るNdFeB焼結磁石の製造方法の第１実施例について説明する。まず、非磁性ステンレスSUS304、およびモリブデンでキャビティー内径23mm、深さ6mm、肉厚2mmの円柱形モールドを作製した。またステンレスモールドに、イオンプレーティング法でTiNのコーティングを、CVD法でアルミナのコーティングを、それぞれ施した。このように作製した、本実施例の(1)TiNコーティングを施したステンレスモールド、及び、(2)アルミナコーティングを施したステンレスモールド、並びに、比較例の(3)コーティングのないステンレスモールド、及び、(4)コーティングのないモリブデンモールドについて、焼結テストを行った。合金粉末として重量比で31.5％Nd、1％B、0.2％Al、0.1％Cu、残部Feの組成を持ち、レーザー式粒度分布計で測定した粉末の平均粒径の中央値D₅₀＝2.9μmのNdFeB焼結磁石用粉末を使用した。この合金粉末にカプロン酸メチルを0.5％添加して、撹拌混合した。カプロン酸メチルを混ぜた上記合金粉末を、上述の4種類のモールドに、充填密度3.7g/cm³になるように充填し、ふたをして、パルス磁界を円柱状キャビティーの軸方向に印加した。その後合金粉末をモールドごと真空中で、975℃に加熱して焼結した。焼結後冷却してモールドのふたを開けると、比較例（コーティングを施さないもの）については、ステンレス製も、モリブデン製も両方モールドに焼結体が溶着していた。焼結体を強く引っぱってモールドから引離すと、焼結体を取出すことができたが、焼結体表面に大きい傷が生じてしまった。それに対して、本実施例のTiNおよびアルミナのコーティングを施したものについては、焼結体をモールドから容易に取出すことができた。

本発明に係るNeFeB焼結磁石の製造方法の第２実施例を、図１〜図３を用いて説明する。まず、融点が50℃のロウ１１と平均粒径5μmのBN粉末１２を重量比で60：40に混合し、この混合物2.5gを直径0.5mmのジルコニアボール１３（インパクトメディア）1kgに添加して混合した（図１(a)）。この混合体１４を、容量が500ccで金属製のビーカ１５に入れて80℃に加熱し、ビーカ１５を揺動させて、混合体を撹拌した(b)。その後混合体１４を各種形状のパーマロイ製モールド１６に入れ(c)、モールド１６を揺動させた(d)後、モールド１６から混合体１４を出して室温に冷却した。これにより、モールド１６の内面に粉体とロウの混合物から成るコーティング膜１７を形成した(e)。

このようにしてコーティングされたモールド１６に、実施例１と同様に作製した合金粉末１８を充填密度が3.7g/cm³になるように充填し(f)、磁界を印加して合金粉末１８を配向した(g)後、合金粉末１８が入ったモールド１６を975℃に加熱(h)して合金粉末の焼結体１９を作製した(i)。この焼結後の焼結体１９はモールドに全く溶着していなかった。このサイクルを30回繰返してもモールド１５の変形や溶着によるモールド１５の損傷は起こらなかった。繰り返し使用後のモールド１６及びこれらのモールドにより作製された焼結体１９を図２に示す。図の上側に示したものがモールドであり、左から順に、板状磁石を１個作製するためのモールド１６１、棒状磁石を１個作製するためのモールド１６２、弓形の板状磁石を多数個作製するための多数個取りモールド１６３、平板状の磁石用の多数個取りモールド１６４である。図の下側には、それぞれのモールドで作製した磁石１９１〜１９４を示す。

図２に示したモールドのうち、多数個取りモールドについては、図３に示すように、各キャビティーのしきり板２１は、外側の枠に切った溝にはめこんで保持されている。これらのしきり板２１をはめこんだ後で、上述のインパクトメディアによる膜形成を行うと、しきり板２１と両側の外枠２２で形成されるコーナー部に膜形成ができない。そのため、しきり板２１を全部はずした状態で、外枠２２だけでキャビティーのコーティングを行うと共に、しきり板２１は別の容器中で全面に膜を形成し、その後外枠２２にしきり板２１をはめこんだ。これにより、内面全面にBNとロウでできた膜が形成された多数個取りモールド２４を得た。このように、コーティングを施したモールドを用いることにより、図２に示すように、多数個の焼結体を一度に、全く溶着の問題もなく作製することができた。

上述のコーナー部の膜形成ができないという問題を避け、本発明のインパクトメディアを使うコーティングを行うのに都合が良いように、モールド内面にはインパクトメディアの半径より小さいコーナー部を持つ部分がないようにモールドを設計し、作製すると、モールド内面を一度に（しきり板をとりはずさなくても）膜形成ができる。

第２実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法を示す概略図。 BNとロウの混合物のコーティングを施したモールドにより作製した各種形状のNdFeB焼結磁石とモールドを示す写真。 しきり板と外枠から成る多数個取りモールドの例を示す斜視図。

符号の説明

１１…ロウ
１２…BN粉末
１３…ジルコニアボール（インパクトメディア）
１４…ロウ・BN粉末・インパクトメディア混合体
１５…ビーカ
１６…モールド
１７…コーティング膜
１８…合金粉末
１９…焼結体
２１…しきり板
２２…外枠

Claims (5)

1. 製品の形状と寸法に対応して設計されたモールドにNdFeB系磁石用合金粉末を充填し、該合金粉末に磁界を印加して配向し、その後該合金粉末をモールドごと所定の焼結温度に加熱することにより、所望の形状と寸法を持つ焼結体を得るNdFeB系焼結磁石の製造方法において、
   前記モールドが内面に前記焼結温度以上の融点を有する焼き付き防止用コーティングを施したものであることを特徴とする、NdFeB系焼結磁石の製造方法。
2. 焼結処理の度に毎回新しいコーティングを施すことを特徴とする請求項１に記載のNdFeB焼結磁石の製造方法。
3. 前記モールド内に、コーティング材料とインパクトメディアの混合体を投入し、該混合体を揺動、撹拌して前記コーティングを施すことを特徴とする請求項１又は２に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
4. 前記コーティングがセラミックから成るものであることを特徴とする請求項１に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
5. 製品の形状と寸法に対応して設計されたモールドであって、
   NdFeB系磁石用合金粉末を充填し、該合金粉末に磁界を印加して配向し、その後該合金粉末と共に所定の焼結温度に加熱することにより、所望の形状と寸法を持つ焼結体を得るNdFeB系焼結磁石の製造方法に用いられるものであり、
   内面に前記焼結温度以上の融点を有する焼き付き防止用コーティングが施されていることを特徴とするNdFeB系焼結磁石製造用モールド。