JP4914922B2 - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石の製造方法に関し、より詳しくは、高い配向性を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を製作する際に用いられるものに関する。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（所謂、ネオジム磁石）は、鉄と、安価であって資源的に豊富で安定供給が可能なＮｄ、Ｂの元素の組み合わせからなることで安価に製造できると共に、高磁気特性（最大エネルギー積はフェライト系磁石の１０倍程度）を有することから、電子機器など種々の製品に利用され、ハイブリッドカー用のモーターや発電機などにも採用され、使用量が増えている。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石は主に粉末冶金法で生産されており、この方法では、先ず、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを所定の組成比で配合し、溶解、鋳造して合金原料を作製し、例えば水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、例えばジェットミル微粉砕工程により微粉砕して、原料粉末を得る。次いで、得られた原料粉末を磁界中で配向（磁場配向）させ、磁場を印加した状態で圧縮成形して成形体を得る。そして、この成形体を所定の条件下で焼結させて焼結磁石が作製される。

磁界中の圧縮成形法として、一般に、一軸加圧式の圧縮成形機が用いられ、この圧縮成形機は、ダイの貫通孔に形成したキャビティ（充填室）に原料粉末を充填し、上下一対のパンチによって上下方向から加圧（プレス）して原料粉末を成形するものであるが、一対のパンチによる圧縮成形の際、キャビティに充填された原料粉末における粒子間の摩擦や原料粉末とパンチにセットした金型の壁面との摩擦によって高い配向性が得られず、磁気特性の向上が図れないという問題があった。

このことから、キャビティに原料粉末を充填した後、磁場配向の際に上パンチ及び下パンチの少なくとも一方を加圧方向（プレス方向）に振動させる圧縮成形法が知られている。この圧縮成形法は、上パンチまたは下パンチで原料粉末を振動させながら磁場を印加することで、キャビティに充填された原料粉末における粒子間の摩擦を静摩擦から動摩擦にかえ、原料粉末における粒子間の摩擦を低減して原料粉末の流動性を向上させ、磁場配向方向により揃うように原料粉末を移動させることができるため、配向性を向上できるというものである。（特許文献１）。
国際公開２００２／６０６７７号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）

しかしながら、上記圧縮成形法では、磁場配向時に上パンチ及び下パンチのいずれか一方で振動させているだけであるため、キャビティ内での原料粉末の粒子同士の位置関係は、キャビティ内に充填した状態から殆ど変化しない。このため、磁場配向方向で隣り合う原料粉末の粒子同士の結晶破面（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の原料粉末は、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを配合し、溶解、合金化した後に粉砕して作製されているため、この原料粉末の表面には、特定のへき開面を持たない結晶破面が形成されている）が合わない場合には、結局、原料粉末の粒子間に間隙が残って、磁場配向方向に原料粉末の磁化容易軸が揃わず、この状態で圧縮成形すると配向が乱れるという問題がある。

そこで、上記点に鑑み、本発明の目的は、磁界または電界中でより等しい結晶方位関係を有する粉末結晶破面が組み合わさるようにして、極めて高い配向性を有する配向体、成形体及び焼結体からなる高性能な永久磁石の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の永久磁石の製造方法は、原料粉末を充填室に充填し、この原料粉末に対し、当該充填室の横断面積より小さい面積を有する押圧手段を押付けながら磁界中にて配向する配向工程と、この配向したものを磁界中で所定形状に圧縮成形する成形工程とを含むことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、充填室内に原料粉末を充填した後、磁場中で磁場配向する。このとき、充填室内の原料粉末に対し、例えば充填室への原料粉末の充填方向と同じ方向から押圧手段を所定の圧力で押付ける。ここで、この押圧手段の原料粉末との接触面（押圧面）の面積は充填室の横断面積より小さく設定されているため、原料粉末に対し押圧手段を押付けていくと、押圧手段と充填室内側との間の空間に原料粉末が押し退けられていく。

これにより、磁場を印加したときの粒子同士の結合が一旦切られ、充填室での原料粉末の粒子同士の位置関係が充填室内に充填した状態から変化する。そして、磁場配向方向における結晶破面の組み合わせの中から、より等しい結晶方位関係を有する結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃う。そして、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃ったものを圧縮成形することで、配向の乱れのない高密度の永久磁石となり、高性能磁石が得られる。

請求項１記載の発明において、前記充填室の横断面全面に亘って押圧手段の押付けが行われるように、当該押圧手段の位置を順次変化させるようにすれば、充填室で原料粉末がより混ぜ合わされるようになり、充填室内で粒子同士の位置関係を変化させて、等しい結晶方位関係を有する結晶破面が組み合わされる機会が一層多くできる。このことは、充填室の横断面が矩形であるとき特に有効となる。

また、前記押圧手段を押付ける際に、当該押圧手段をその押付け方向に振動させるようにしてもよい。

この場合、前記原料粉末に所定の混合割合で潤滑剤を添加して混合した後に袋体に充填するようにしておけば、原料粉末の流動性が向上してよい。

更に、押圧手段への原料粉末の付着を防止するために、前記押圧手段は非磁性材料であることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、請求項６記載の永久磁石の製造方法は、原料粉末を変形自在な袋体に充填する工程と、前記袋体に対し局所的な押圧力を加えて袋体内の原料粉末を混練しながら磁界中にて配向する工程と、前記配向した原料粉末を磁界中にて所定形状に圧縮成形する工程とを含むことを特徴とする。

請求項６記載の発明によれば、袋体内に原料粉末を充填した後、磁場中にて磁場配向する。このとき、変形自在な袋体に対し複数の箇所から局所的に押圧力を加えて当該袋体内の原料粉末を混練する。これにより、磁場を印加したときの粒子同士の結合が一旦切られ、袋体内での原料粉末の粒子同士の位置関係が充填室内に充填した状態から変化する。そして、磁場配向方向における結晶破面の組み合わせの中から、より等しい結晶方位関係を有する結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃う。そして、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃ったものを圧縮成形することで、配向の乱れのない高密度のものとなり、高性能磁石が得られる。

この場合、前記原料粉末に所定の混合割合で潤滑剤を添加して混合した後に充填室に充填するようにしておけば、原料粉末の流動性が向上してよい。

なお、上記発明においては、前記成形工程に加えてまたは前記成形工程にかえて、配向したものまたは圧縮成形したものを焼結する焼結工程を含むことが好ましい。

また、前記原料粉末は、急冷法により作製した希土類磁石用のものであれば、原料粉末が角張った粒形状となって、結晶破面の面積が大きくでき、原料粉末の粒子間の隙間を小さくでき、より等しい結晶方位関係を有する原料粉末の結晶破面が組み合わされる機会が多くなることと相俟って配向性を極めて高くできる。

以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態の希土類永久磁石、特に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を製造することに適した圧縮成形機１を説明する。圧縮成型機１は、加圧方向Ｙ（プレス方向）が磁場配向方向に垂直である一軸加圧式のものであり、脚片１１で支持されたベースプレート１２を有する。ベースプレート１２の上方にはダイ２が配置されている。ダイ２は、ベースプレート１２を貫通孔する複数本の支柱１３で支持され、各支柱１３の他端がベースプレート１２の下方に設けた連結板１４に連結されている。連結板１４は、駆動手段、例えば公知の構造の油圧シリンダのシリンダロッド１５に接続される。これにより、下部油圧シリンダを作動させて連結板１４を昇降させると、ダイ２が、加圧方向Ｙたる図１の上下方向に移動自在となる。

ダイ２の略中央部には上下方向の貫通孔２１が形成され、貫通孔２１には、その下側から、ベースプレート１２の上面略中央部に上方に向かって立設した下パンチ３１が挿入でき、下部油圧シリンダを作動させてダイ２を下降すると、貫通孔２１内に下パンチ３１が挿入されて貫通孔２１内にキャビティ（充填室）２２が画成される。貫通孔２１（キャビティ２２）の横断面形状は、円形や矩形など成形しようする焼結磁石の形状に応じて適宜選択される。本実施の形態では、直方体状の焼結磁石を作製するため横断面形状は、矩形に形成されている。キャビティ２２に対しては、図示省略した公知の構造の給粉装置が進退自在であり、この給粉装置によってキャビティ２２内に、予め秤量された後述の合金粉末材料が充填されるようになっている（図２参照）。

ダイ２の上方には、ベースプレート１２に対向させてダイベース１６が配置される。ダイベース１６の下面には、キャビティ２２に挿入可能な位置に上パンチ３２が設けられている。また、ダイベース１６の隅部には、上下方向の貫通孔が形成され、各貫通孔には、一端がダイ２の上面に固定されたガイドロッド１７が挿通している。また、ダイベース１６の上面には駆動手段、例えば公知の構造の油圧シリンダ（図示せず）のシリンダロッド１８が接続され、この油圧シリンダを作動させると、ガイドロッド１７に案内されてダイベース１６が昇降自在、ひいては上パンチ３２が上下方向に移動自在になり、ダイ２の貫通孔２１内に挿入できる。これにより、圧縮成形時には、キャビティ２２内で、上下一対のパンチ３１、３２とによって原料粉末Ｐが圧縮されて成形体が得られる（成形工程）。

また、ダイ２の外周には、キャビティ２２内の原料粉末Ｐを磁場配向させるために、磁界発生装置４が設けられている。磁界発生装置４は、ダイ２を両側から挟むように対称に配置され、炭素鋼、軟鋼、純鉄やパーメンジュールなどの透磁率の高い材料製の一対のヨーク４１ａ、４１ｂを有する。両ヨーク４１ａ、４１ｂにはコイル４２ａ、４２ｂが巻回され、各コイル４２ａ、４２ｂに通電することで、加圧方向（上下方向Ｙ）と直交する方向Ｘに静磁界が発生し、これにより、キャビティ２２内に充填した原料粉末Ｐを配向できる。

ここで、原料粉末Ｐは次のように作製される。即ち、Ｆｅ、Ｂ、Ｎｄを所定の組成比で配合し、急冷法、例えばストリップキャスト法により０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの合金を先ず作製する。他方で、遠心鋳造法で５ｍｍ程度の厚さの合金を作製してもよく、配合の際にＣｕ、Ｚｒ、Ｄｙ、ＡｌやＧａを少量添加してもよい。次いで、作製した合金を、公知の水素粉砕工程により粗粉砕し、引き続き、ジェットミル微粉砕工程により窒素ガス雰囲気中で微粉砕し、平均粒径２〜１０μｍの原料粉末を得る。この場合、急冷法を用いると、原料粉末Ｐが角張った粒形状となって、一つの結晶破面の面積が大きくでき、原料粉末Ｐ相互間の隙間を小さくできる。

上記のように作製した原料粉末Ｐには、当該原料粉末Ｐの流動性を向上させるために、原料粉末Ｐに所定の混合割合で潤滑剤を添加し、この潤滑剤によって原料粉末Ｐの表面が被覆されている。潤滑剤としては、金型に傷をつけたりすることがないように粘性が低い固体潤滑剤や液体潤滑剤が用いられる。

固体潤滑剤として、層状化合物（ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＭｏＳｅ、黒鉛、ＢＮ、ＣＦｘ等）、軟質金属（Ｚｎ、Ｐｂ等）、 硬質物質（ダイア粉末、ＴｉＮ粉末等）、有機高分子（ＰＴＥＥ系、ナイロン系脂肪族系、高級脂肪族系、脂肪酸アマイド系、脂肪酸エステル系、金属石鹸系等）が挙げられ、特に、ステアリン酸亜鉛、エチレンアマイド、フルオロエーテル系グリースを用いることが好ましい。

液体潤滑剤としては、天然油脂材料（ヒマシ油、椰子油、パーム油等の植物油、鉱物油、石油系油脂等）、有機低分子材料（低級脂肪族系、低級脂肪酸アマイド系、低級脂肪酸エステル系）が挙げられ、特に、液状脂肪酸、液状脂肪酸エステル、液状フッ素系潤滑剤を用いることが好ましい。液体潤滑剤は、界面活性剤と共に使用したり、溶媒で薄めて用いられ、焼結後に残る潤滑剤の残留炭素成分が磁石の保磁力を低下させることから、焼結工程で取り除きやすいように低分子量の物が望ましい。

また、金原料粉末Ｐに固体潤滑剤を添加する場合、０．０２ｗｔ％〜０．５ｗｔ％混合割合で添加すればよい。０．０２ｗｔ％より小さいと、原料粉末Ｐの流動性が向上せず、結局、配向性を向上しない。他方で、０．１ｗｔ％を超えると、焼結磁石を得たとき、この焼結磁石中に残留する炭素の影響を受けて保磁力が低下する。また、原料粉末Ｐに液体潤滑剤を添加する場合、０．０５ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲の割合で添加すればよい。０．０５ｗｔ％より小さいと、原料粉末の流動性が向上せず、結局、配向性を向上できない虞があり、他方で、５ｗｔ％を超えると、焼結磁石を得たとき、この焼結磁石中に残留する炭素の影響を受けて保磁力が低下する。尚、潤滑剤は、固体潤滑剤と液体潤滑剤との両方を添加すれば、原料粉末Ｐの隅々まで潤滑剤が行き渡り、より高い潤滑効果によって、より高い配向性が得られる。

さらに、圧縮成形機１は、潤滑剤を含む原料粉末Ｐを充填室であるキャビティ２２に充填した後、上下一対のパンチ３１、３２による圧縮成形（成形工程）に先立って、磁界発生装置４の各コイル４２ａ、４２ｂに通電して静磁界を発生させた状態（磁界中）で、キャビティ２２内の原料粉末Ｐを混ぜ合わせながら磁場配向できるように（配向工程）、キャビティ２２に対して進退自在な押圧手段５を備えている。

図２に示すように、押圧手段５は、固定フレーム５１と、固定フレーム５１にガイドロッド５２を介して昇降自在に吊持され、上下方向に移動自在な昇降フレーム５３とから構成される。固定フレーム５１上にはシリンダ５４が搭載され、当該シリンダ５４から下方に延びるピストンロッド５４ａが昇降フレーム５３に連結されている。そして、シリンダ５４により昇降フレーム５３が昇降されるようになっている。昇降フレーム５３の下面には、ピストンロッド５４ａの移動方向に対し直行する方向に延びるガイドレール５５が形成され、当該ガイドレール５５には可動枠５６が設けられている。

可動枠５６には、上下方向Ｙに沿って延びるように押圧部材５７が連結されている。押圧部材５７は中実四角錐状の部材であり、非磁性材料、例えば、ＰＥＥＫ、ナイロン等のエンジニアリングプラスチック、１８−８ステンレス製である。これにより、原料粉末Ｐが付着して原料粉末Ｐの混ぜ合わせが不十分となったり、また、磁界が乱れることが防止できる。押圧部材５７の横断面積は、当該押圧部材５７により原料粉末Ｐを押圧したときキャビティ２２の壁面との間に所定の空間が形成されるようにキャビティ２２の横断面積より小さければよいが、作業性を考慮すると、略１／２〜１／１６（本実施の形態では、１／２）に設定することが好ましい（図３参照）。尚、例えば押圧部材５７の横断面積を、キャビティ２２の横断面積の１／２に設定する場合でも、キャビティ２２を画成する壁面に接触しないように定寸する必要がある。また、押圧部材５３の形状はキャビティ２２の横断面形状に応じて適宜選択できる。さらに、押圧部材５７の先端は、押圧部材５７の軸方向に対して垂直な平面より、寧ろ軸方向前側に向かって傾斜した平面や凸面であることが好ましい。

固定フレーム５１は、加圧方向Ｙと直角な方向に延びる２本の案内レール５８に取付けられ、案内レール５８に沿って押圧手段５をスライドさせることで、押圧手段５がキャビティ２２に対し進退自在となる。この場合、給付装置も、同じ案内レール５８に取付けてキャビティ２２に対し進退自在となるようにしてもよい。そして、案内レール５８に設けたストッパ（図示せず）で停止すると、キャビティ２２の略半分の領域に押圧力が加えられるように押圧部材５３が位置決めされる。

ここで、上記圧縮成型機１では、図示省略したが、ガイドロッド１７にシャッターを旋回自在に取付け、押圧部材５７により原料粉末Ｐに押圧力を加えて混ぜ合わせるときに、当該シャッターによりキャビティ２２の上面を塞ぎ、押圧手段５による原料粉末の混ぜ合わせの間、合金粉末材料Ｐがキャビティ２２の外側に飛び出すことを抑制する構成を採用してもよい。

次に、図１乃至図６を参照して、圧縮成型機１を用いた第１実施形態のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の製造について説明する。先ず、ダイ２及び下パンチ３１の各上面が面一であり、上パンチ３２が上端に位置する待機位置から（図１参照）、液圧シリンダを作動させてダイ２を所定位置まで上昇させ、貫通孔２１内にキャビティ２２を画成する。次いで、図示しない給粉装置によって、予め秤量され、潤滑剤が所定の混合割合で添加された原料粉末Ｐをキャビティ２２内に充填し、給粉装置を退去させる。この場合、キャビティ２２内の原料粉末Ｐの充填密度は、原料粉末Ｐの移動の自由度を残すのため、キャビティ２２の容積に対し１０〜３０％の範囲に設定される（図２参照）。

次いで、押圧手段５を、キャビティ２２上方で当該キャビティ２２の左半分に押圧部材が位置するように位置決めする（図２及び図３参照）。シリンダ５４を作動させてピストンロッド５４ａが下降すると、昇降フレーム５３が下降され、キャビティ２２の略半分の領域で押圧部材５７が原料粉末Ｐに面接触するようになる（図４（ａ）参照）。これと同時に、磁界発生装置４のコイル４２ａ、４２ｂに通電され、磁場が発生する。この場合、高い配向性を得るために、０．１ｋＯｅ〜１０ｋＯｅ、好ましくは、０．５ｋＯｅ〜６ｋＯｅの範囲の静磁界中で押圧手段５による押し付け（押圧）を行うことが好ましい。磁界の強さが０．１ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られず、また、１０ｋ０ｅより強いと、混合が困難になる。

次いで、ピストンロッド５４ａにより昇降フレーム５３がさらに下降すると、押圧部材５７が原料粉末Ｐ内に押込まれていく。この場合、押圧部材５７の押圧力は、１〜５０ｋｇ／ｃｍ^２に設定することが好ましい。また、公知の方法で押圧手段５７をその押付け方向に振動させるようにしてもよい。そして、押圧部材５７が原料粉末Ｐ内に押込まれていくと、押圧部材５７と原料粉末Ｐとの接触面の面積がキャビティ２２の横断面積の半分であるため、押圧部材５７とキャビティ２２内壁面との間の空間に原料粉末Ｐが押し退けられていく（図４（ｂ）及び図４（ｃ）参照）。そして、下パンチ３１に接触する手前まで押圧部材５７を移動させた後（図４（ｃ）参照）、一旦、昇降フレーム５３を上昇させて押圧部材５７を所定の高さ位置まで戻す。

次いで、可動枠５６を移動させ、キャビティ２２の右半分に押圧部材５７が位置するように移動させて位置決めする（図４（ｄ）参照）。この操作の間、磁界発生装置４のコイル４２ａ、４２ｂへの通電は停止しない。そして、シリンダ５４を作動させてピストンロッド５４ａを下降させて押圧部材５７を原料粉末Ｐ内に押込ませる（図４（ｅ）及び図４（ｆ）参照）。このような一連の動作を所定回数繰り返す（配向工程）。

これにより、上記従来例のように、たとえ上パンチまたは下パンチにより振動を加えたとしても、図５（ａ）に示すように磁場配向方向で隣り合う原料粉末Ｐ相互の結晶破面が合わない場合には、原料粉末Ｐ相互の間に間隙が残って、磁場配向方向に原料粉末Ｐが揃わず、この状態で圧縮成形すると配向が乱れる。それに対し、本実施形態によれば、磁場を印加したときに結合した粒子同士の結合が一旦切られ、磁場中で原料粉末Ｐが混ぜ合わされながら配向されるようになる。その結果、キャビティ２２内での原料粉末Ｐの粒子同士の位置関係が、キャビティ２２内に充填した状態から変化して、より等しい結晶方位関係を有する原料粉末Ｐの結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面同士が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、図５（ｂ）に示すように、丁度棒状をなすよう磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて磁場配向方向に揃う。

次いで、配向工程が終了すると、押圧手段５を退去させる。この場合、コイル４２ａ、４２ｂへの通電は停止しない。そして、ダイベース１６を下降させて、貫通孔２２の上側から上パンチ３２を貫通孔２１に挿入し、磁場を印加した状態で上下一対のパンチ３１、３２によってキャビティ２２内で原料粉末Ｐの圧縮成形を開始する。所定時間経過後にコイル４２ａ、４２ｂへの通電を停止し、この状態で最大圧力での圧縮成形を行う（図６参照）。最後に、上パンチ３２を徐々に上昇させて徐々に減圧して圧縮成形が終了されて成形体Ｍが形成される（成形工程）。これにより、原料粉末Ｐが、丁度棒状をなすよう磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて磁場配向方向に揃った状態で圧縮成形を行うため、配向の乱れのない高密度の成形体Ｍ（永久磁石）が得られ、磁気特性も向上する。

このように、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃った状態で圧縮成形することで、配向の乱れのない高密度の成形体Ｍ１となり、成形体の強度が強くなって不良の発生率を低下できると共に、高磁気特性の成形体Ｍ１（永久磁石）が得られる。この場合、キャビティ２２内に充填される原料粉末Ｐに樹脂バインダーを混合しておけば、高磁気特性の希土類ボンド磁石（成形体）が得られる。

成形工程における成形圧力は、０．１〜２．０ｔ／ｃｍ^２、より好ましくは０．２〜１．０ｔ／ｃｍ^２の範囲に設定される。０．１ｔ／ｃｍ^２より低い成形圧力では 成形体が十分な強度を有さず、例えば、圧縮成形機のキャビティ２２から抜き出す際に割れてしまう。他方で、２．０ｔ／ｃｍ^２を超えた成形圧力では、高い成形圧力がキャビティ２２内の原料粉末Ｐへ加わってしまい、配向を崩しながら成形してしまうと共に、成形体にひびや割れが発生する虞がある。また、成形工程における磁界の強さは、５ｋ０ｅ〜３０ｋ０ｅの範囲に設定される。磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、５０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎて現実的ではない。

次いで、例えば３ｋ０ｅの逆磁場を印加して脱磁を行った後に、ダイ２を下降端まで下降させると、キャビティ２２内の成形体Ｍがダイ２上面に抜き出され、ダイベース１６を上昇させて上パンチ３２を上昇端まで移動させた後に成形体を取り出す。最後に、得られた成形体を、図示しない焼結炉内に収納し、例えばＡｒ雰囲気下で所定温度（１０００℃）で所定時間焼結（焼結工程）し、さらに所定温度（５００℃）、Ａｒ雰囲気中で所定時間時効処理して、焼結磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石）が得られる。

次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態の希土類永久磁石、特に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を製造することに適した圧縮成形機１０を説明する。圧縮成型機１０は、上記第１実施形態の製法を実施するものと同様、加圧方向Ｙ（プレス方向）が磁場配向方向に垂直である一軸加圧式のものであり、脚片１１０で支持されたベースプレート１２０を有する。ベースプレート１２０の上方にはダイ２０が配置され、ダイ２０は、ベースプレート１２０を貫通孔する複数本の支柱１３０で支持され、各支柱１３０の他端がベースプレート１２０の下方に設けた連結板１４０に連結されている。連結板１４０は、駆動手段、例えば公知の構造の油圧シリンダのシリンダロッド１５０に接続され。これにより、下部油圧シリンダを作動させて連結板１４０を昇降させると、ダイ２０が、加圧方向Ｙたる図７の上下方向に移動自在となる。

ダイ２０の略中央部には上下方向の貫通孔２１０が形成され、貫通孔２１０には、その下側から、ベースプレート１２０の上面略中央部に上方に向かって立設した下パンチ３１０が挿入でき、下部油圧シリンダを作動させてダイ２０を下降すると、貫通孔２１０内に下パンチ３１０が挿入されて貫通孔２１０内にキャビティ（充填室）２２０が画成される。貫通孔２１０（キャビティ２２０）の横断面形状は、円形や矩形など成形しようする焼結磁石の形状に応じて適宜選択される。尚、第２実施形態においても、直方体状の焼結磁石を作製するため横断面形状は、矩形に形成されている。

ダイ２０の上方には、ベースプレート１２０に対向させてダイベース１６０が配置される。ダイベース１６０の下面には、キャビティ２２０に挿入可能な位置に上パンチ３２０が設けられている。また、ダイベース１６０の隅部には、上下方向の貫通孔が形成され、各貫通孔には、一端がダイ２０の上面に固定されたガイドロッド１７０が挿通している。また、ダイベース１６０の上面には駆動手段、例えば公知の構造の油圧シリンダ（図示せず）のシリンダロッド１８０が接続され、この油圧シリンダを作動させると、ガイドロッド１７０に案内されてダイベース１６０が昇降自在、ひいては上パンチ３２０が上下方向に移動自在になり、ダイ２０の貫通孔２１０内に挿入できる。これにより、圧縮成形時には、キャビティ２２０内に存する原料料粉末Ｐが上下一対のパンチ３１０、３２０によりで圧縮され、成形体が得られるようになっている。

また、ダイ２０の外周には、後述する袋体内で原料粉末Ｐを混練して配向するとき及びキャビティ２２０内の原料粉末Ｐを成形するときに磁場を印可するために、磁界発生装置４が設けられている。磁界発生装置４は、上記圧縮成型機１に用いられるものであるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、原料粉末Ｐについても、上記第１実施形態と同様のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明は省略する。

圧縮成型機１０には、袋体Ｂに充填した原料粉末Ｐを磁場中で混練して配向するために混練手段５０が、キャビティ２２０の上部空間に進退自在に設けられている。混練手段５０は、支持フレーム５１０を有し、支持フレーム５１０には、複数本のシリンダ５２０が搭載され、各シリンダ５２０から下方に延びるピストンロッド５２０ａには、非磁性材料から構成される筒状体たるプッシャー（押圧部材）５３０がそれぞれ取付けられている。混練手段５０はまた、支持フレーム５１０に搭載された他のシリンダ５４０から下方に延びるピストンロッド５４０ａで吊設された枠体５５０を備える。

枠体５５０は、上面を開口した四角柱状のものであり、その側壁内面は、連続した複数の凹凸が繰り返すように形成されている。一方、枠体５５０の底板内側中央には、突出部５５０ａが形成されている。枠体５５０内には、予め秤量された上記原料粉末Ｐが充填された袋体Ｂが収納されるようになっている。袋体Ｂは、ゴム、エラストマー、ポリエチレン、ビニールなど変形自在な材料から形成されている。そして、枠体５５０に袋体Ｂを収納した後、各シリンダ５２０を同時にまたは時間差を付けて作動させると、各プッシャー５３０によって袋体Ｂに対し局所的に押圧力が加えられる。このとき、袋体Ｂは、その下側中央が突出部５５０ａの周囲に拡がると共に、その側部が側壁の凹部内に侵入するように変形する。その結果、袋体Ｂ内の原料粉末Ｐが混練されるようになる。

次に、図７乃至図１１を参照して、上記圧縮成型機１０を用いた第２実施形態のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の製造について説明する。先ず、ダイ２０及び下パンチ３１０の各上面が面一であり、上パンチ３２０が上端に位置する待機位置において（図７参照）、混練手段５０をキャビティ２２０の上方に移動させる。その際、袋体Ｂには、予め秤量された上記原料材料Ｐが充填され、当該袋体Ｂが枠体５５０内に収納されている。袋体Ｂ内での原料粉末Ｐの充填密度は、原料粉末Ｐの移動の自由度を残すのため、袋体Ｂの容積に対し１５〜５５％の範囲に設定され、原料粉末Ｐが充填された袋体Ｂの容積は、枠体５５０の容積に対し３０〜８０％の範囲に設定されている。

次いで、磁界発生装置４のコイル４２ａ、４２ｂに通電して磁場を印加する。この場合、高い配向性を得るために、０．１ｋＯｅ〜１０ｋＯｅ、好ましくは、０．５ｋＯｅ〜６ｋＯｅの範囲の磁界中で混練装置５による混練を行うことが好ましい。磁界の強さが０．１ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られず、また、１０ｋ０ｅより強いと、混練が困難になる。そして、磁場を印加した状態で、各シリンダ５２０を同時にまたは時間差を付けて作動させて、各プッシャー５３０によって袋体Ｂに対し局所的に押圧力を加える（配向工程：図９参照）。

これにより、上述したように、従来例ではたとえ上パンチまたは下パンチにより振動を加えたとしても、図１０（ａ）に示すように磁場配向方向で隣り合う原料粉末Ｐ相互の結晶破面が合わない場合には、原料粉末Ｐ相互の間に間隙が残って、磁場配向方向に原料粉末Ｐが揃わず、この状態で圧縮成形すると配向が乱れる。それに対し、第２実施形態によれば、袋体Ｂの下側中央が突出部５５０ａの周囲に拡がると共に、その側部が側壁の凹部内に侵入するように変形することで、袋体Ｂ内の原料粉末Ｐが混練される。この場合、磁場を印加したときに結合した粒子同士の結合が一旦切られ、磁場中で原料粉末Ｐが混ぜ合わされながら配向されるようになる。その結果、キャビティ２２０内での原料粉末Ｐの粒子同士の位置関係が、キャビティ２２０内に充填した状態から変化して、より等しい結晶方位関係を有する原料粉末Ｐの結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面同士が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、図１０（ｂ）に示すように、丁度棒状をなすよう磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて磁場配向方向に揃う。

次いで、液圧シリンダを作動させてダイ２０を所定位置まで上昇させ、貫通孔２１０内にキャビティ２２０を画成する。そして、袋体Ｂから、配向された原料合金を取出して充填する。この場合、原料合金のキャビティ２２０への充填は、手動で行うことができ、他方、枠体５５０の下面を開閉自在に形成すると共に、図示省略した刃物を袋体Ｂに進退自在に設けておき、磁場を印加した状態で袋体Ｂの一部に破り、自動的にキャビティ２２０に落とし込むような構成を採用することもできる。

次いで、配向工程が終了すると、混練手段５０を退去させる。この場合、コイル４２ａ、４２ｂへの通電は停止しない。そして、ダイベース１６０を下降させて、貫通孔２２０の上側から上パンチ３２０を貫通孔２１０に挿入し、磁場を印加した状態で上下一対のパンチ３１０、３２０によってキャビティ２２０内で原料粉末Ｐの圧縮成形を開始する。所定時間経過後にコイル４２ａ、４２ｂへの通電を停止し、この状態で最大圧力での圧縮成形を行う（図１１参照）。最後に、上パンチ３２０を徐々に上昇させて徐々に減圧して圧縮成形が終了されて成形体Ｍ２が形成される（成形工程）。この場合もまた、原料粉末Ｐが、丁度棒状をなすよう磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて磁場配向方向に揃った状態で圧縮成形を行うため、配向の乱れのない高密度の成形体Ｍ２（永久磁石）が得られ、磁気特性も向上する。

このように、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃った状態で圧縮成形することで、配向の乱れのない高密度の成形体Ｍ２となり、成形体の強度が強くなって不良の発生率を低下できると共に、高磁気特性の成形体Ｍ２が得られる。この場合、キャビティ２２０内に充填される原料粉末Ｐに樹脂バインダーを混合しておけば、高磁気特性の希土類ボンド磁石（成形体）が得られる。

成形工程における成形圧力は、０．１〜２．０ｔ／ｃｍ^２、より好ましくは０．２〜１．０ｔ／ｃｍ^２の範囲に設定される。０．１ｔ／ｃｍ^２より低い成形圧力では 成形体が十分な強度を有さず、例えば、圧縮成形機のキャビティ２２０から抜き出す際に割れてしまう。他方で、２．０ｔ／ｃｍ^２を超えた成形圧力では、高い成形圧力がキャビティ２２０内の原料粉末Ｐへ加わってしまい、配向を崩しながら成形してしまうと共に、成形体にひびや割れが発生する虞がある。また、成形工程における磁界の強さは、５ｋＯｅ〜３０ｋＯｅの範囲に設定される。磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、３０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎて現実的ではない。

次いで、例えば３ｋ０ｅの逆磁場を印加して脱磁を行った後に、ダイ２０を下降端まで下降させると、キャビティ２２０内の成形体Ｍがダイ２０上面に抜き出され、ダイベース１６０を上昇させて上パンチ３２０を上昇端まで移動させた後に成形体を取り出す。最後に、得られた成形体を、図示しない焼結炉内に収納し、例えばＡｒ雰囲気下で所定温度（１０００℃）で所定時間焼結（焼結工程）し、さらに所定温度（５００℃）、Ａｒ雰囲気中で所定時間時効処理して、焼結磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石）が得られる。

なお、上記第１及び第２の両実施形態では、成形方向が磁界の方向に垂直である一軸加圧式のものについて説明したが、これに限定されるものではなく、成形方向と磁界の方向とが平行となる圧縮成型機を用いてもよい。ここで、第１実施形態では、一軸加圧式の圧縮成形機１を用いて粉体を成形するものについて説明したが、ゴムモールドを用いた公知の構造の静水圧成形機（図示せず）を用いることができる。

また、上記第１及び第２の両実施形態では、押圧または混練及び成形時の配向磁場として、単位時間当たりの磁界の強さが変化しない静磁界を用いることとしたが、これに限定されるものでなく、単位時間当たりの磁界の強さが、一定の周期で変化する脈動パルス磁界を用いてもよい。この場合、逆磁場が印加されるようにしてもよい。これにより、成形の際に原料粉末Ｐに対し振動を加えることができるため、より一層配向性を向上できる。パルスの周期は、１ｍｓ〜２ｓが好ましく、また、非出力時間は５００ｍｓ以下に設定することが好ましい。この範囲を超えると、強固な結合チェーンが切れてしまい、高い配向性が得られない。また、脈動パルス磁場を印加する場合、そのピーク値を、５〜５０ｋ０ｅの範囲に設定することが好ましい。磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、５０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎ、また、装置の耐久性が低くなり、現実的ではない。

さらに、上記第１及び第２の両実施形態では、焼結磁石の製造を例として説明したが、磁界または電界中で分極する粉末を配向させて配向体を作製したり、磁界または電界中でこの配向したものを圧縮成形したり、圧縮形成に加えてまたはかえて、磁場または電場配向したものまたは圧縮成形したものを焼結するものであれば、本発明の永久磁石の製造方法が適用または応用できる。例えば、（Ｔｂ、Ｄｙ）Ｆｅ_２系超磁歪材料、ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３系材料、（Ｓｒ、Ｌａ）Ｏ・６（Ｆｅ、Ｃｏ）_２Ｏ_３系フェライト焼結磁石、ＳｍＦｅ_１７系窒化物ボンド磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ＨＤＤＲボンド磁石などの作製に適用でき、また、所定の粉末を磁界中で成形した後、焼結してなる窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）焼結体の製造に応用できる。

実施例１では、以下のようにＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の原料粉末を作製し、以下の成形装置を用いて配向工程及び成形工程を実施して所定の成形体を作製し、次いで、Ａｒ雰囲気下で１０５０℃の温度下で３時間、この成形体を焼結する焼結工程を実施してＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を得た。

＜原料粉末＞ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石として、組成が２２Ｎｄ−７Ｐｒ−０．９５Ｂ−１Ｃｏ−０．２Ａｌ−０．０５Ｃｕ−０．１Ｚｒ−０．０５Ｇａ−ｂａｌ．Ｆｅのものを用い、ストリップキャスティング法で合金を作製し、当該合金を０．２気圧の水素ガス中で３時間、水素粉砕（水素粉砕工程）した後、５００℃で３時間、真空脱水素処理を行った。

引き続き、ジェットミル微粉砕工程により微粉砕し、粉末粒度分布の半値幅が１０μｍ（原料粉末Ａ）、４μｍ（原料粉末Ｂ）、２μｍ（原料粉末Ｃ）で平均粒径が３μｍの原料粉末Ｐをそれぞれ作製した。

＜配向工程＞ 配向工程として、図１に示す一軸加圧式の圧縮成形機１を用いた。ここで、圧縮成形機１は、５０×５０ｍｍ角の開口部を持ったキャビティ２２に２０ｋ０ｅの静磁界が印加できるように構成されている。先ず、キャビティ２２内に上記原料粉末Ａ、Ｂ、Ｃを充填した。充填に先立って特定の合金原料には、固定潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）が０．３％添加されており、また、７５ｍｍの充填深さに２５％の充填密度で充填されるようにした。そして、４ｋ０ｅの磁場を印加しながら、押圧力を１０ｋｇ／ｃｍ^２に設定して押圧手段５により原料粉末Ａ、Ｂ、Ｃを押し付けて配向した。このときの押圧手段５の形状や押し付け回数などの条件は、図１２（ａ）に示す。

＜成形工程＞ 成形工程として、図１に示す一軸加圧式の圧縮成形機１を用い、上記配向したものに対し、２０ｋ０ｅの磁界を印加しながら、上下一対のパンチ３１、３２によって圧縮成形を行った（成形工程）。この場合の成形圧力は、０．５ｔ／ｃｍ^２に設定した。そして、圧縮成形後に２ｋ０ｅの逆磁場を印加し、脱磁を行った後、キャビティ２２から成形体を取り出した。

＜焼結工程＞ 公知構造を有する焼結炉を用い、上記成形体を焼結処理した。この場合、焼結温度を１０５０℃で３時間行った。焼結に先立って１００℃から５００℃の間で水素を１００Ｐａ真空中流気し、脱バインダー処理を行った。脱バインダー処理後直ちに水素の流気を止め、１０^−５Ｐａの真空度まで脱水素処理を行った。焼結後、焼結磁石を５００℃で２時間熱処理を行い、その後、室温まで冷却した。

図１２（ｂ）は、原料粉末の種類、押圧手段による押し付けの方法等を変えて焼結磁石を得たときの磁気特性及び配向度を示す表である。磁気特性は、ＢＨトレーサーで評価した結果の平均値であり、配向度は、残留磁束密度の値を１０Ｔでの飽和磁束密度で割ることで得た値である。

これによれば、原料粉末の粒径の半値幅が狭い（シャープ）になる程、配向度及び保磁力が向上していることが判る。また、押圧手段の押し付け回数が増加するほど配向度が向上することが判る。さらに、押圧手段は、非磁性材料であり、原料粉末に潤滑材を添加した方が配向度が向上することが判る。他方、押圧手段の先端は尖っており、また、縦振動を加える方が、配向度が向上することが判る。

実施例２では、以下のようにＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の原料粉末を作製し、以下の成形装置を用いて配向工程及び成形工程を実施して所定の成形体を作製し、次いで、Ａｒ雰囲気下で１０５０℃の温度下で３時間、この成形体を焼結する焼結工程を実施してＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を得た。

＜原料粉末＞ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石として、組成が２３Ｎｄ−７Ｐｒ−０．９８Ｂ−１Ｃｏ−０．２Ａｌ−０．１Ｖ−０．０５Ｓｎ−ｂａｌ．Ｆｅのものを用い、ストリップキャスティング法で合金を作製し、当該合金を０．２気圧の水素ガス中で３時間、水素粉砕（水素粉砕工程）した後、５００℃で３時間、真空脱水素処理を行った。

引き続き、ジェットミル微粉砕工程により微粉砕し、粉末粒度分布の半値幅が１０μｍ（原料粉末Ａ）、６μｍ（原料粉末Ｂ）、２μｍ（原料粉末Ｃ）で平均粒径が５μｍの原料粉末Ｐをそれぞれ作製した。その際、固定潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．３％、カプロン酸メチルを０．５％適宜添加した。

＜配向工程＞ 配向工程として、図７に示す一軸加圧式の圧縮成形機１を用いた。この場合、８００ｇの重量で肉厚０．０２ｍｍ、容積５００ｃｃのウレタンゴム製の袋体Ｂに収納した。そして、袋体Ｂを枠体５５内に収納した後、５ｋｇの押圧力を加えることができる３本のプッシャー５３０を用い、各プッシャーを０．５秒サイクルで交互に５秒間作動させると共に、磁界発生装置４のコイル４２ａ、４２ｂに通電し、１ｋＯｅの静磁場を印加し、袋体内の合金原料を磁場中にて混練して配向させた（配向工程）。

＜成形工程＞ 成形工程として、図６に示す一軸加圧式の圧縮成形機１０を用い、上記配向したものに対し、２５ｋ０ｅの静磁界を印加しながら、上下一対のパンチ３１０、３２０によって圧縮成形を行った（成形工程）。この場合、キャビティ２２０は、７５×７５ｍｍ角の開口部を有し、また、成形圧力は、０．４ｔ／ｃｍ^２に設定した。そして、圧縮成形後に３ｋ０ｅの逆磁場を印加し、脱磁を行った後、キャビティ２２０から成形体を取り出した。

＜焼結工程＞ 公知構造を有する焼結炉を用い、上記成形体を焼結処理した。この場合、焼結温度を１０５０℃で３時間行った。焼結に先立って１００℃から５００℃の間で水素を１Ｐａ真空中流気し、脱バインダー処理を行った。脱バインダー処理後直ちに水素の流気を止め、１０^−３Ｐａの真空度まで脱水素処理を行った。焼結後、焼結磁石を５００℃で２時間熱処理を行い、その後、室温まで冷却した。

図１３は、原料粉末の種類を変えて焼結磁石を得たときの磁気特性及び配向度を示す表であり、当該表には、８００ｇの原料粉末を混練せずに直接キャビティに充填し、上記実施例と同条件で焼結磁石を得たときの磁気特性及び配向度を併せて示す（比較例）。尚、磁気特性は、ＢＨトレーサーで評価した結果の平均値であり、配向度は、残留磁束密度の値を１０Ｔでの飽和磁束密度で割ることで得た値である。

これによれば、原料粉末の粒径の半値幅が狭い（シャープ）になる程、配向度及び保磁力が向上していることが判る。また、配向工程の際に、原料粉末を混練すれば、配向度が向上し、特に最大エネルギー積が高くなることが判る。さらに、潤滑材を添加した方が配向度が向上することが判る。

本発明の第１実施形態の製造方法を実施する圧縮成型機を待機位置で説明する図。 図１に示す圧縮成型機において押圧手段を移動させた状態を説明する図。 キャビティに対する押圧手段の位置を説明する図。 （ａ）乃至（ｆ）は、押圧手段の作動（配向工程）を説明する図。 （ａ）従来技術の磁場配向を説明する図。（ｂ）は、第１実施形態における磁場配向を説明する図。 図１に示す圧縮成型機の成形工程を説明する図。 本発明の第２実施形態の製造方法を実施する圧縮成型機を待機位置で説明する図。 図７に示す圧縮成型機において混練手段を移動させた状態を説明する図。 混練手段による袋体内の原料粉末の混練を説明する図。 （ａ）従来技術の磁場配向を説明する図。（ｂ）は、第２実施形態における混練磁場配向を説明する図。 図７に示す成形装置の成形工程を説明する図。 （ａ）は、押圧手段の形状や押し付け回数などの条件を示す表であり、（ｂ）は、実施例１により作製した焼結磁石の磁気特性及び配向度を示す表。 実施例２により作製した焼結磁石の磁気特性及び配向度を示す表。

符号の説明

１、１０ 圧縮成形機
２、２０ ダイ
２１、２１０ 貫通孔
１２、２２０ キャビティ
１１、３２ パンチ
４ 磁界発生装置
５ 押圧手段
５７ 押圧部材
５０ 混練手段
５３０ プッシャー
Ｐ 原料粉末

Claims (9)

1. 原料粉末を充填室に充填し、この原料粉末に対し、当該充填室の横断面積より小さい面積を有する押圧手段を押付けながら磁界中にて配向する配向工程と、この配向したものを磁界中で所定形状に圧縮成形する成形工程とを含むことを特徴とする永久磁石の製造方法。
2. 前記充填室の横断面全面に亘って押圧手段の押付けが行われるように、当該押圧手段の位置を順次変化させることを特徴とする請求項１記載の永久磁石の製造方法。
3. 前記押圧手段を押付ける際に、当該押圧手段をその押付け方向に振動させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の永久磁石の製造方法。
4. 前記原料粉末に所定の混合割合で潤滑剤を添加して混合した後に充填室に充填することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
5. 前記押圧手段は非磁性材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
6. 原料粉末を変形自在な袋体に充填する工程と、
   前記袋体に対し局所的な押圧力を加えて袋体内の原料粉末を混練しながら磁界中にて配向する工程と、
   前記配向した原料粉末を磁界中にて所定形状に圧縮成形する工程とを含むことを特徴とする永久磁石の製造方法。
7. 前記原料粉末に所定の混合割合で潤滑剤を添加して混合した後に袋体に充填することを特徴とする請求項６記載の永久磁石の製造方法。
8. 前記成形工程に加えてまたは前記成形工程にかえて、配向したものまたは圧縮成形したものを焼結する焼結工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
9. 前記原料粉末は、急冷法により作製した希土類磁石用のものであることを特徴とする請求項１または請求項８のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。

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