JP5382206B2 - 焼結磁石及び焼結磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄肉化された焼結磁石の強度を確保することに関する。

焼結磁石は、家電製品や自動車等に搭載される電動機を始めとして、広く利用されている。近年においては、焼結磁石は省スペース化や燃費改善等の要求のため、小型化、薄肉化が求められている。フェライト焼結磁石の強度を向上させるために、例えば、特許文献１には、次のような技術が開示されている。これは、成形対象粉末を、Ｆｅ、元素Ａ、元素Ｒおよび元素Ｍを含有するフェライト焼結磁石を粉末化した磁石粉末から実質的に構成するか、または、この磁石粉末と、Ｆｅ、元素Ａ、元素Ｒおよび元素Ｍを含有する原料粉末とから実質的に構成するというものである。

特開２００２−３５３０２１号公報、［０００６］

また、薄肉化された焼結磁石を製造するためには、ある程度の厚みを有する焼結体を研磨する等の加工を施して薄くする必要がある。しかし、焼結磁石を薄くするために加工すると、焼結磁石の機械的な強度が低下するおそれがあり、加工も困難である。特に、焼結磁石の厚みが４ｍｍを下回るようになると、焼結磁石の機械的な強度は著しく低下してしまう。

特許文献１に開示された技術は、原材料の組成を工夫することによって焼結磁石の強度を向上させるものである。しかしながら、焼結磁石の薄肉化によって焼結磁石の厚みが４ｍｍを下回るようになると、特許文献１に開示されたような手法によって焼結磁石の強度を確保することには限界がある。このように、焼結磁石を薄肉化して、４ｍｍを下回るような厚みの焼結磁石を得ようとした場合、焼結磁石の強度を確保することが極めて困難になる。本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、薄肉化された焼結磁石の強度を確保することを目的とする。

厚みが４ｍｍ以上の焼結磁石は、焼結磁石自体の厚みによって必要な強度が確保できてしまう。厚みが４ｍｍを下回る薄肉化された焼結磁石は、焼結磁石自体の厚みを利用することができないため、十分な強度を確保できない。焼結磁石の厚みが利用できないほど薄肉化された焼結磁石の強度を確保するため、本発明者は、ある程度の厚みが確保できている焼結磁石においてはこれまで着目していなかった表面粗さに注目した。そして、この点について鋭意研究をしたところ、前記表面粗さと焼結磁石の強度との間には高い相関があることを見出した。この相関は、特に、焼結磁石の肉厚が薄いほど高くなる。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。

本発明に係る焼結磁石は、磁性材料を焼結してなる焼結磁石であり、当該焼結磁石の重心位置における厚みが３．５ｍｍ以下、かつ、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下であることを特徴とする。

焼結磁石の表面粗さＲｚが小さくなるにしたがって、焼結磁石の強度は高くなる。そして、厚みが３．５ｍｍ以下に薄肉化された焼結磁石においても、表面粗さＲｚを２．５μｍ以下にすると、実用上十分な強度を確保できる。

本発明の望ましい態様としては、前記表面粗さＲｚは、０．１μｍ以上であることが好ましい。焼結磁石の表面粗さＲｚの下限値を０．１μｍとすることにより、必要以上に焼結磁石の表面粗さＲｚを低減させる必要はないので、焼結磁石の生産性の低下を抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記焼結磁石は、フェライト焼結磁石であることが好ましい。フェライト焼結磁石は、陶磁器の一種であり、割れや欠けが発生しやすいため、薄肉化すると強度が大きく低下する。本発明によれば、表面粗さＲｚを２．５μｍ以下にすることで、薄肉化されたフェライト焼結磁石であっても、十分な強度を確保できる。

本発明に係る焼結磁石の製造方法は、磁性粉末と少なくともバインダ樹脂とを混合して、磁性粉末混合物を得る工程と、前記磁性粉末混合物が接触する面の表面粗さが３．０μｍ以下の金型に磁場を印加した状態で、前記金型の内部で前記磁性粉末混合物を射出成形して成形体を得る工程と、前記成形体を焼成する工程と、を含むことを特徴とする。

この焼結磁石の製造方法は、磁性粉末混合物が接する部分の表面粗さが３．０μｍ以下の金型を用い、磁性粉末混合物を前記金型の内部に射出成形することにより成形体を得る。そして、得られた成形体を焼結することにより、焼結磁石を製造する。このような金型から得られた成形体を焼結することにより、表面粗さが２．５μｍ以下の焼結磁石を簡単に製造できる。

本発明は、薄肉化された焼結磁石の強度を確保できる。

図１−１は、本実施形態に係る焼結磁石の一例を示す斜視図である。 図１−２は、本実施形態に係る焼結磁石の一例を示す斜視図である。 図１−３は、本実施形態に係る焼結磁石の一例を示す斜視図である。 図２は、焼結磁石の強度と厚みとの関係を示す図である。 図３は、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法の手順を示すフローチャートである。 図４は、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法に用いる射出成形機の断面図である。 図５は、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法の手順を示すフローチャートである。 図６−１は、強度の測定方法を示す説明図である。 図６−２は、試料の寸法の説明図である。 図６−３は、試料の寸法の説明図である。 図７は、表１に示す強度と表面粗さＲｚとの関係を示す図である。 図８は、表１に示す強度を焼結磁石の単位厚み当たりの強度に換算し、表面粗さＲｚとの関係で表した図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、以下に開示する構成は、適宜組み合わせることが可能である。

図１−１、図１−２、図１−３は、本実施形態に係る焼結磁石の一例を示す斜視図である。本実施形態に係る焼結磁石は、さまざまな形状のものがある。例えば、図１−１に示す焼結磁石１は、全体はアーチ形状で、断面が円弧状であり、角部は面取りされている。図１−２に示す焼結磁石１ａは、全体が板状で平面視が長方形形状である。図１−３に示す焼結磁石１ｂは、円柱形状である。本実施形態においては、焼結磁石の厚みは全体で一定でなくてもよい。本実施形態において、焼結磁石の形状はこれらに限定されるものではない。

本実施形態において、表面粗さＲｚは、十点平均粗さである。十点平均粗さとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から５番目に高い山頂までの標高（Ｙｐ）の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目に低い谷底までの標高（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和を求め、この値をμｍで表したものをいう。

図１−１に示す焼結磁石１は、例えば、モータのステーターに用いられる永久磁石である。本実施形態に係る焼結磁石の適用対象は、モータに限定されるものではなく、発電機、スピーカやマイク、マグネトロン管、ＭＲＩ用磁場発生装置、ＡＢＳセンサ、燃料・オイルレベルセンサ、ディストリビュータ用センサ、マグネットクラッチ等に用いる永久磁石に対しても広く適用できる。

本実施形態に係る焼結磁石は、例えば、フェライト焼結磁石である。フェライト焼結磁石は、比較的高い磁気特性を有しつつ、安価であることから広く使用されている。フェライト焼結磁石の種類は特に限定されるものではなく、バリウム系、ストロンチウム系、カルシウム系等、いずれでもよい。なお、本実施形態に係る焼結磁石の種類はフェライト焼結磁石に限定されるものではなく、希土類焼結磁石やサマリウム・コバルト系焼結磁石のような金属焼結磁石であってもよい。すなわち、本実施形態では、焼結磁石全般が対象となる。

図２は、焼結磁石の強度と厚みとの関係を示す図である。図２に示す関係は、図１−１に示すようなアーチ形状のフェライト焼結磁石の厚みを変化させて得られた結果である。図２の結果を得たフェライト焼結磁石の表面粗さＲｚは、いずれも３．０μｍである。図２中、縦軸の強度は抗折強度であり単位はＮ／ｍｍ^２である。抗折強度は、後述する曲げ試験によって求めた。抗折強度は、曲げに対する強度を示す物性値の一種であり、曲げ強さともいう。焼結磁石にせん断力が作用せず、曲げモーメントのみが作用する場合、曲げ作用を受けても伸びも縮みもしない面（すなわち、中立面）を境に曲げ円弧の内側には圧縮力、外側には引っ張り力が作用する。抗折強度は、曲げモーメント（曲げ荷重）によって焼結磁石が破断するときの最大応力を示す。

図２から分かるように、フェライト焼結磁石の強度は、厚みが小さくなるにしたがって小さくなり、厚みが４ｍｍを下回ると、急激に強度は低下する。そして、フェライト焼結磁石の厚みが３．５ｍｍ以下になると、強度は基準値（本実施形態では５０Ｎ／ｍｍ^２）を下回ってしまう。このように、フェライト焼結磁石の強度は厚みに依存し、厚みがある値以下になると、必要な強度を確保できないことが分かる。焼結磁石全般で同様の傾向が見られるが、特にフェライト焼結磁石で上述した傾向は顕著になる。フェライト焼結磁石は、陶磁器の一種であり、割れや欠けが発生しやすいことが原因であると考えられる。

焼結磁石を薄肉化すると十分な強度を確保できないという問題を解決するため、本実施形態においては、焼結磁石の表面粗さに着目した。その結果、焼結磁石（特にフェライト焼結磁石）の表面粗さＲｚを２．５μｍ以下にすると、強度確保に有効であることが見出された。表面粗さＲｚをこのような範囲とすれば、焼結磁石の厚みが薄い場合（例えば、３．５ｍｍ以下）であっても、十分な強度を確保することができる。特に、焼結磁石の厚みが３．０ｍｍ以下に薄くなると、焼結磁石の強度を確保できる効果は大きくなる。

表面粗さＲｚを小さくすれば、焼結磁石の強度は上昇するが、表面粗さＲｚが０．１μｍを下回ると、焼結磁石の強度はほとんど向上しない。したがって、表面粗さＲｚの下限値を０．１μｍとすることで、焼結磁石の表面粗さを小さくするために焼結磁石を過度に加工する必要はなくなるので、焼結磁石の製造コストを低減できるとともに、生産性の低下も抑制できる。

上述したように、本実施形態に係る焼結磁石は、さまざまな形状のものに適用でき、また、焼結磁石の全体において厚みは一様でなくてもよい。このため、本実施形態においては、焼結磁石を代表する厚みがどの部分のものであるかを規定する必要がある。本実施形態では、焼結磁石の重心位置における厚みを、当該焼結磁石を代表する厚みとして取り扱うこととする。焼結磁石内に重心が存在する場合、重心位置における厚みは、焼結磁石の重心を通る直線が当該焼結磁石の表面の２点で交差したときにおいて、当該２点間の距離が最も小さくなる部分の寸法とする。焼結磁石内に重心が存在しない場合は、次のように重心位置における厚みを規定する。例えば、断面が略Ｃ形形状である焼結磁石の場合、重心位置における厚みは、内径又は外径を円としたときの中心軸と内径又は外径の弧の両端とを結んだときの角度を二分するとともに、前記中心軸と直交し、かつ前記焼結磁石の重心を通る直線が、前記焼結磁石を貫通する部分の寸法とする。また、断面が円又は楕円又は多角形形状である筒状の焼結磁石の場合、重心位置における厚みは、前記筒状の焼結磁石の中心軸と直交し、かつ前記焼結磁石の重心を通る直線が、前記焼結磁石を貫通する部分の寸法の中で、最も薄い部分の寸法とする。焼結磁石の厚み及び密度が一定である場合、焼結磁石の重心位置は、当該焼結磁石の図心となる。なお、焼結磁石の厚み及び密度が一定である場合、厚みはどの位置で規定しても同一である。

本実施形態に係る焼結磁石は、重心位置における厚みが３．５ｍｍ以下であるものが好ましく、さらには、重心位置における厚みが３．０ｍｍ以下であるものがより好ましい。このような薄肉化された焼結磁石は、強度を確保しにくいが、本実施形態のように、焼結磁石の表面粗さＲｚを２．５μｍ以下とすることにより、十分な強度を確保できる。特に、フェライト焼結磁石は、厚みを３．５ｍｍ以下、さらには３．０ｍｍ以下に薄肉化すると強度低下が顕著になるが、表面粗さＲｚを２．５μｍ以下とすることにより十分な強度を確保できるので好ましい。次に、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法を説明する。本実施形態においては、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下である焼結磁石が製造できることが必要であり、このような焼結磁石が製造できれば、製造方法は以下のものに限定されるものではない。まず、焼結磁石がフェライト焼結磁石である場合を説明する。

［焼結磁石の製造方法例１］
図３は、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る焼結磁石の製造方法では、まず、フェライト焼結磁石について説明する。出発原料の粉末（原料粉末）を準備して秤量したら、原料粉末を、例えば、湿式アトライターで粉砕しながら混合する（ステップＳ１１）。原料粉末は、特に限定されない。粉砕されながら混合された原料粉末は、乾燥された後に整粒されてから、仮焼される（ステップＳ１２）。仮焼において、原料粉末は、例えば、空気中で、１０００℃から１３５０℃で１時間から１０時間程度、焼成される。原料粉末を仮焼することによって、顆粒状の仮焼体が得られる。

得られた仮焼体は粗粉砕されて（ステップＳ１３）、仮焼粉末が得られる。本実施形態において、仮焼体は、例えば、振動ミルを用いて乾式粗粉砕されるが、仮焼体を粉砕する手段はこれに限定されるものではない。例えば、前記手段として乾式アトライター（媒体撹拌型ミル）、乾式ボールミル等を使用することもできる。粗粉砕の時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。乾式粗粉砕は、仮焼体の粒子に結晶歪を導入して保磁力ＨｃＪを小さくする効果もある。保磁力ＨｃＪの低下により粒子の凝集が抑制され、分散性が向上する。また、配向度も向上する。粒子に導入された結晶歪は、後述する焼結によって解放され、これによって本来の硬磁性に戻って永久磁石となる。

粗粉砕が終了したら、得られた仮焼粉末が微粉砕される（ステップＳ１４）。本実施形態において微粉砕を実行するにあたり、仮焼粉末と分散剤と水とを混合させ、粉砕用スラリーを作製する。そして、ボールミルを用いて粉砕用スラリーを湿式粉砕する。微粉砕の手段はボールミルに限定されるものではなく、例えば、アトライター、振動ミル等を用いることができる。微粉砕の時間は、粉砕手段に応じて適宜決定すればよい。粉砕用スラリーには、界面活性剤（例えば、一般式Ｃ_ｎ（ＯＨ）_ｎＨ_ｎ＋２で表される多価アルコール）が添加されてもよい。多価アルコールは、炭素数ｎが４以上、好ましくは４から１００、より好ましくは４から３０、さらに好ましくは４から２０、最も好ましくは４から１２である。

微粉砕が終了した後の粉砕用スラリーは乾燥されて（ステップＳ１５）、磁性粉末が得られる。ステップＳ１５における乾燥温度は、好ましくは８０℃から１５０℃、さらに好ましくは１００℃から１２０℃である。また、ステップＳ１５における乾燥時間は、好ましくは６０分から６００分間、さらに好ましくは３００分から６００分間である。得られた磁性粉末は、バインダ樹脂及びワックス類及び滑剤及び可塑剤と混ぜ合わされて、ニーダーを用いて加熱環境下（本実施形態では１５０℃前後の温度）で所定時間（２時間前後）混練されることにより（ステップＳ１６）、混練物が得られる。なお、磁性粉末は、少なくともバインダ樹脂と混練されていればよい。

バインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂等の高分子化合物が用いられ、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アタクチックポリプロピレン、アクリルポリマー、ポリスチレン、ポリアセタール等が用いられる。ワックス類としては、例えば、カルナバワックス、モンタンワックス、蜜蝋等の天然ワックス以外に、パラフィンワックス、ウレタン化ワックス、ポリエチレングリコール等の合成ワックスが用いられる。滑剤としては、例えば、脂肪酸エステル等が用いられ、可塑剤としては、フタル酸エステルが用いられる。

上述した手順によって得られた混練物は、ペレタイザ（例えば、２軸１軸押出機等）で成形される。これによって、バインダ樹脂中に磁性粉末が分散した磁性粉末混合物（以下、ペレットという）が得られる。得られたペレットは、射出成形されて（ステップＳ１７）、磁性粉末の成形体が得られる。次に、射出成形に用いる射出成形機を説明する。

図４は、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法に用いる射出成形機の断面図である。この射出成形機２は、ＣＩＭ（Ceramic Injection Molding）成形を利用した射出成形機であり、磁場印加装置３によって磁場中で射出成形ができる。射出成形機２は、磁場印加装置３と、投入口４と、スクリュー５と、押出機６と、金型８とを有する。投入口４は、磁性粉末のペレット（図４では符号７）が投入される。押出機６は、筒状の筐体６Ｃと、筐体６Ｃの内部に回転可能に配置されるスクリュー５とを有する。投入口４と筐体６Ｃとはペレット７が通過する通路で連結されており、投入口４に投入されたペレット７は、筐体６Ｃの内部へペレット７を導入する。押出機６は、筐体６Ｃの内部へ導入されたペレット７を加熱して溶融させながら、スクリュー５によって射出口６Ｈまで搬送する。

射出口６Ｈは、金型８のキャビティ９と連通している。押出機６は、溶融したペレット７（溶融体）を射出口６Ｈから金型８内のキャビティ９へ射出する。金型８が有するキャビティ９は、焼結磁石の外形形状が転写された形状である。金型８の周囲には、磁場印加装置３が配置されており、金型８に磁場を印加した状態で射出成形ができるようになっている。射出成形において、金型８への射出前に金型８は閉じられるとともに、磁場印加装置３によって金型８には磁場が印加される。射出成形において、ペレット７は、押出機６の内部で、例えば、１６０℃から２３０℃程度に加熱されて溶融され、スクリュー５によって金型８のキャビティ９内に射出される。金型８の温度は、例えば、２０℃から８０℃程度である。金型８へ印加する磁場は、例えば、４００ｋＡ／ｍから１２００ｋＡ／ｍ程度とする。

キャビティ９の表面は、溶融したペレット（磁性粉末混合物）７が接触する面（ペレット接触面）である。射出成形を用いて焼結磁石を製造する場合、キャビティ９の表面の形状が成形体の表面に転写されるため、キャビティ９のペレット接触面の表面粗さＲｚは、製造しようとする焼結磁石の表面粗さと同程度にする必要がある。本実施形態においては、焼結磁石の表面を２．５μｍ以下にする必要がある。焼結磁石は、ステップＳ１７における射出成形によって得られた成形体を焼結することによって得られるが、焼結によって焼結体の体積は成形体よりも小さくなる。焼結による体積収縮を考慮して、キャビティ９のペレット接触面は、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が３．０μｍ以下であることが好ましく、さらには、２．５μｍ以下がより好ましい。このようにすれば、射出成形によって得られた成形体を焼結するのみで、研磨を要することなく、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下の焼結磁石を得ることができる。これによって、焼結磁石の生産性が向上する。なお、キャビティ９のペレット接触面の表面粗さＲｚは、製造する焼結磁石の表面粗さＲｚに応じて適宜変更することができる。

なお、本実施形態に係る焼結磁石は、表面粗さＲｚの下限値が０．１μｍであるので、キャビティ９のペレット接触面の表面粗さＲｚは、下限値が０．１μｍであればよい。これによって、キャビティ９の表面の仕上げに要する手間を低減できるので、金型８の製造コストを低減できる。また、本実施形態においては、射出成形によって磁性粉末の成形体を得るので、当該成形体の形状の自由度が高くなるという利点もある。このため、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法では、複雑な三次元形状の焼結磁石を製造することもできる。

ステップＳ１７の射出成形によって成形体が得られたら、当該成形体を脱バインダ処理する（ステップＳ１８）。脱バインダ処理は、例えば、得られた成形体を大気中において所定温度（例えば、３００℃から６００℃程度）かつ所定時間（例えば、１時間から６０時間程度）保持する処理である。脱バインダ処理後の成形体は、例えば、大気中で焼結されて（ステップＳ１９）、焼結体が得られる。成形体の焼結温度は、例えば１１００℃から１２５０℃、より好ましくは１１６０℃から１２２０℃である。焼結時間は、例えば、０．２時間から３時間程度である。

得られた焼結体は、必要に応じてバリ取り、あるいは加工や研磨が施されて、焼結磁石が完成する（ステップＳ２０）。なお、焼結磁石は、この後に着磁される。本実施形態では、射出成形によって焼結前の成形体を作製するので、原則として成形体を焼結するのみで、焼結磁石が完成する。これにより、焼結体の研磨や加工を省略できるので、生産性が向上する。また、射出成形によって焼結前の成形体を作製することにより、複雑な三次元形状の焼結磁石を製造する場合にも複雑な加工が不要になるので、生産性が極めて高くなる。さらに、加工中に焼結体が欠けたり割れたりするおそれもないため、歩留まりも向上する。

上記説明においては、ＣＩＭを用いて成形体を作製したが、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法で成形体を作製する手法はこれに限定されるものではない。例えば、次のような手順で焼結磁石を製造してもよい。まず、ステップＳ１４の微粉砕において、粉砕用スラリーを湿式粉砕した後、得られた粉砕用スラリーを成形して成形体を作製する。得られた成形体を焼結して焼結体を得た後、当該焼結体の表面を研磨することによって、表面粗さが２．５μｍ以下の焼結磁石を製造する。次に、焼結磁石が金属焼結磁石である場合を説明する。

［焼結磁石の製造方法例２］
図５は、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法の手順を示すフローチャートである。次に説明する焼結磁石は、金属焼結磁石であって、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（Ｒは希土類元素）の組成を有する希土類焼結磁石である。本実施形態に係る焼結磁石の製造方法が適用できる金属焼結磁石はこれに限定されるものではない。本実施形態において、焼結磁石は、その最終組成となるように二種以上の合金を組み合わせた後に焼結して製造される。本実施形態では、Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ結晶粒を主体とする合金（低Ｒ合金）と、低Ｒ合金よりＲを多く含む合金（高Ｒ合金）とを組み合わせるが、三種以上の合金を組み合わせてもよい。また、一種の合金から希土類焼結磁石を製造してもよい。本実施形態に係る焼結磁石の製造方法を用いて焼結磁石を製造するにあたり、低Ｒ合金及び高Ｒ合金が作製される（ステップＳ２１）。

低Ｒ合金及び高Ｒ合金は、例えば、ストリップキャスティング法を用いて作製される。ストリップキャスティング法によれば、低Ｒ合金及び高Ｒ合金において結晶粒の成長を抑えて、磁気特性を改善できるので好ましい。低Ｒ合金及び高Ｒ合金の作製方法はこれに限定されるものではなく、例えば、鋳造（遠心鋳造等）を用いてもよい。次に、低Ｒ合金及び高Ｒ合金は粗粉砕される（ステップＳ２２）。本実施形態において、粗粉砕は、水素粉砕及び機械粉砕（例えば、ディスクミル）が用いられるが、粗粉砕の手段はこれに限定されるものではない。

本実施形態において、水素粉砕を実行する場合は、低Ｒ合金及び高Ｒ合金を室温付近から１００℃の間で水素雰囲気中に１時間から５時間保持して水素を低Ｒ合金及び高Ｒ合金に吸蔵させ、粉砕させる。その後、低Ｒ合金及び高Ｒ合金を５００℃から６００℃に昇温させて１時間から１０時間程度保持することにより、低Ｒ合金及び高Ｒ合金を脱水素する。粗粉砕が終了したら、粗粉砕された低Ｒ合金及び高Ｒ合金の粉末は微粉砕される（ステップＳ２３）。本実施形態において、微粉砕は不活性ガス（例えば、Ｎ_２ガス）を用いたジェットミルが用いられるが、これに限定されるものではない。微粉砕によって、低Ｒ合金から低Ｒ合金粉末が得られ、高Ｒ合金からは高Ｒ合金粉末が得られる。

低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末が作製されたら、これらを所定の比率で混合させる（ステップＳ２４）。低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末を混合させたら、低Ｒ合金粉末と高Ｒ合金粉末との混合粉末を所定の形状に成形して、成形体を作製する（ステップＳ２５）。混合粉末の成形においては、所定の成形圧力を前記混合粉末に加えて成形するが、この場合、低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末を配向させるため、８００ｋＡ／ｍ以上の大きさの磁場中で成形することが好ましい。成形圧力は、１０ＭＰａから５００ＭＰａ程度が好ましい。

その後、得られた成形体が焼結される（ステップＳ２６）。焼結においては、ステップＳ２５で得られた成形体が、真空（減圧雰囲気）中において、所定の温度条件で所定時間焼結されることにより、焼結体が得られる。例えば、焼結温度を１０００℃から１１００℃の範囲とし、成形体を１時間から１０時間程度焼結する。焼結時間が短いと、得られる焼結体の密度や磁気特性にバラツキが大きくなり、焼結時間が長すぎると焼結磁石の生産性が低下する。このため、前記バラツキと前記生産性とのバランスを考慮して、焼結時間が決定される。

焼結工程が終了したら、大気中、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、前記焼結体に時効処理が施される（ステップＳ２７）。時効処理は、焼結温度よりも低い温度に焼結体を所定時間保持して焼結体の組織を調整することにより、得られる焼結磁石の磁気特性を調整する処理である。高い磁気特性（保磁力ＨｃＪや良好な角型性）が得られるように、適切な条件で時効処理を施す。時効処理は、２段階としてもよい。この場合、１段目の時効温度は７００℃から９００℃、２段目の時効温度は４５０℃から６００℃として、それぞれの温度範囲に１時間から１０時間、焼結体が保持される。

時効処理が終了した焼結体は、必要に応じて加工される（ステップＳ２８）。本実施形態に係る焼結磁石は、表面処理が施される前に、表面粗さＲｚを２．５μｍ以下にする必要がある。このため、時効処理が終了し、必要な加工が終了した焼結体は、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下となるように、必要に応じて表面が研磨されて、焼結磁石となる。この焼結磁石は、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下になっているので、薄肉化されていても十分な強度を確保できる。表面粗さＲｚが２．５μｍ以下となった焼結磁石は、腐食抑制のための表面処理（めっきや樹脂の被覆）が施される。なお、焼結磁石は、この後に着磁される。

成形（ステップＳ２５）において、射出成形によって成形体を得てもよい。この場合、次のようにして、成形体を作製する。まず、ステップＳ２４までの手順によって作製された低Ｒ合金粉末及び高Ｒ合金粉末を所定の比率で混合させて、磁性粉末を得る。得られた磁性粉末は、バインダ樹脂及びワックス類及び滑剤及び可塑剤と混ぜ合わされて、ニーダーを用いて１５０℃前後の温度で所定時間（２時間前後）混練されることにより混練物が得られる。この混練は、上述したステップＳ１６の混練と同様である。得られた混練物は、ペレタイザ（例えば、２軸１軸押出機等）で成形される。これによって、バインダ樹脂中に磁性粉末が分散したペレット（磁性粉末混合物）が得られる。得られたペレットが射出成形されて、磁性粉末の成形体が得られる。射出成形は、上述したステップＳ１７と同様である。

以上、本実施形態に係る焼結磁石は、表面粗さＲｚを２．５μｍ以下とすることにより、薄肉化した場合であっても十分な強度を確保できる。また、本実施形態に係る焼結磁石の製造方法は、磁性粉末とバインダ樹脂との混合物である磁性粉末混合物を金型内に射出成形するとともに、金型は、磁性粉末混合物が接する部分の表面粗さを３．０μｍ以下にする。このような金型から得られた成形体を焼結することにより、表面粗さが２．５μｍ以下の焼結磁石を簡単に製造できる。

焼結磁石のうちフェライト焼結磁石を製造する場合、工程の途中で助剤としてＳｉ等が加えられることがあるが、これらの元素は、焼結するとほとんどが焼結磁石の結晶粒界に集まり、表面にはほとんど現れない。また、希土類焼結磁石は焼結後に時効処理が施される。しかし、時効処理の温度は、Ｓｉ等を含んだガラス状態の異相を形成させるために必要な温度よりも低い温度である。また、フェライト焼結磁石は、焼結後において通常熱処理は施されない。このため、焼結磁石においては、焼結磁石の表面に前記異相を出現させて表面粗さＲｚを低減させることはできない。したがって、薄肉化された焼結磁石の強度を確保するためには、表面に前記異相を出現させることなく、自身の表面粗さＲｚを低減させることが必要である。

射出成形は、金型が有するキャビティのペレット接触面の表面粗さＲｚを調整することにより、表面粗さＲｚの小さい成形体を容易かつ大量に作製できる。このため、射出成形は、作製された成形体を焼結するのみで、得られた焼結磁石の表面を研磨することなしに表面粗さＲｚが小さい焼結磁石を容易かつ大量に製造することができる。このように、射出成形は、薄肉化され、かつ強度の高い焼結磁石を大量に、かつ容易に製造することに適している。

［評価］
表面粗さ又は厚みが異なる焼結磁石を製造して、強度を評価した。製造された焼結磁石は、フェライト焼結磁石であり、射出成形によって製造された。以下における比較例は、従来例を意味するものではない。まず、焼結磁石の製造方法を説明する。出発原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末と、ＳｒＣＯ_３粉末と、Ｌａ（ＯＨ）_３粉末と、ＣａＣＯ_３粉末と、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末とを準備した。これらを所定量秤量し、添加物とともに、湿式アトライターで粉砕した後、乾燥させて整粒した。その後、空気中において、１２３０℃で３時間焼成して顆粒状の仮焼体を得た。

得られた仮焼体を振動ミルにより乾式粗粉砕して、仮焼粉末を得た。次に、分散剤としてソルビトールを用い、仮焼粉末１００質量部に対し、ソルビトールを０．５質量部、ＳｉＯ_２を０．６質量部、ＣａＣＯ_３を１．４質量部の割合で添加した後、水とともに混合して粉砕用スラリーを作製した。ボールミルを用いて、この粉砕用スラリーを湿式粉砕した。湿式粉砕の時間は４０時間とした。湿式粉砕後の粉砕用スラリーを１００℃で１０時間乾燥させ、磁性粉末を得た。得られた磁性粉末の平均粒子径は０．３μｍであった。

得られた磁性粉末を、バインダ樹脂（ポリアセタール）と、ワックス類（パラフィンワックス）と、滑剤（脂肪酸エステル）と、可塑剤（フタル酸エステル）とともに、ニーダーで１５０℃、２時間の条件で混練して混練物を得た。このとき、磁性粉末１００質量部に対して、バインダ樹脂を７．５質量部、ワックス類を７．５質量部、滑剤を０．５質量部配合した。また、バインダ樹脂１００質量部に対して、可塑剤を１質量部配合した。得られた混練物をペレタイザで成形してバインダ樹脂中に磁性粉末が分散したペレット（磁性粉末混合物）を作製した。

次に、得られたペレットを射出成形して成形体を作製した。成形体は、断面が円弧状（Ｃ型形状）のである。金型は、このような形状のキャビティを有するものを用いた。得られたペレットは、射出成形機の投入口から投入された後、１６０℃に加熱された押出機内に導入された。このペレットは、射出成形機の押出機の内部で加熱されて溶融し、スクリューによって、磁場が印加された金型のキャビティ内に射出された。これによってＣ型形状の成形体が得られた。

この成形体は、大気中において、５００℃で４８時間保持する脱バインダ処理が施された。脱バインダ処理された成形体は、大気中において、１２００℃で１時間焼成された。これによって、Ｌａ_０．４Ｃａ_０．２Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．３Ｆｅ_１１．３Ｏ_１９の組成を有するフェライト焼結磁石が得られた。得られたフェライト焼結磁石は、厚みが１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとなるように研磨された。その際、砥石の粒度を変えることによって、それぞれの厚みを有する焼結磁石の試料を得た。この評価では、実施例１から２１、及び比較例１から６の計２７個の試料を作製して評価した。試料の厚みは、試料の重心位置で測定された。この評価において、それぞれの試料は、厚みが均一であるので、重心位置のみならず、試料のどの位置でも同じ大きさである。得られた試料は、強度及び表面粗さが測定された。

図６−１は、強度の測定方法を示す説明図である。図６−２、図６−３は、試料の寸法の説明図である。図６−１に示すように、試料の強度は、曲げ試験によって求めた。曲げ試験においては、Ｃ型形状の試料１Ｃの矩形端部１ＣＴを試験台１１上に載置して、荷重付与体１０を試料１Ｃの円弧部分に押し付けて荷重Ｆを試料１Ｃに付与した。そして、試料１Ｃが破壊したときの荷重Ｆを測定した。強度σは、式（１）から求めた。
σ［Ｎ／ｍｍ^２］＝３×Ｌ×Ｆ／（２×Ａ×Ｔ^２）・・・（１）
図６−２に示すように、Ｌは試料長さ［ｍｍ］、Ａは矩形端部１ＣＴ間の距離［ｍｍ］である。図６−３に示すように、Ｔは試料厚み［ｍｍ］である。また、Ｆは荷重［Ｎ］である。本評価において、Ｌは９．０ｍｍ、Ａは７．１ｍｍ、Ｔは１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍである。

得られた試料１Ｃの表面の表面粗さＲｚが測定された。表面粗さＲｚは、表面の凸凹の大きさを測定する触針式表面粗さ計を用いて測定された。その際の基準長さを０．７ｍｍ、カットオフ値を０．８ｍｍ、触針の走査速度を０．３ｍｍ／ｓｅｃ．とした。それぞれの試料について、厚み及び強度σ及び表面粗さＲｚを測定した結果を表１に示す。

図７は、表１に示す強度と表面粗さＲｚとの関係を示す図である。図７の白抜き四角は試料の厚みが３ｍｍの結果であり、×は試料の厚みが２．５ｍｍの結果であり、白抜き三角は試料の厚みが２ｍｍの結果であり、白抜きの◇は試料の厚みが１．５ｍｍの結果であり、白抜きの丸は試料の厚みが１ｍｍの結果である。この評価では、強度σが５０Ｎ／ｍｍ^２を下回る場合は×、５０Ｎ／ｍｍ^２以上である場合は○、９０Ｎ／ｍｍ^２以上である場合は◎として、試料の強度σが５０Ｎ／ｍｍ^２以上である場合に評価の基準値を満たすものとした。表１及び図７の結果から、試料の表面粗さＲｚが小さくなるほど、試料の強度σは増加することが分かる。試料の強度σの挙動は、試料の厚みに関わらず上記と同様の傾向を示す。そして、試料の表面粗さＲｚが２．５μｍ以下であれば、強度σは５０Ｎ／ｍｍ^２以上となり、基準値を満たすことが分かる。また、試料の表面粗さＲｚが２．５μｍ以下になると、試料の表面粗さＲｚが２．５μｍよりも大きい場合と比較して、強度σが顕著に上昇することが分かる。

図７の結果から、いずれの厚みのフェライト焼結磁石でも、表面粗さＲｚが２．２５μｍ以下であれば、強度σは評価が◎となる９０Ｎ／ｍｍ^２を上回る。このため、表面粗さＲｚは２．２５μｍ以下が好ましく、表面粗さＲｚが１．８μｍ以下であるとより好ましい。さらに、いずれの厚みのフェライト焼結磁石でも、表面粗さＲｚが１．６μｍで、表面粗さＲｚの減少による強度σの増加の割合が小さくなる。すなわち、表面粗さＲｚが１．６μｍに、表面粗さＲｚに対する強度σの変化曲線の変曲点があるといえる。すなわち、表面粗さＲｚが１．６μｍよりも大きい場合とそれ以下である場合とでは、表面粗さＲｚが１．６μｍ以下の方が強度σは顕著に大きくなるといえる。このため、表面粗さＲｚは１．６μｍ以下であるとさらに好ましい。

上述した図２の結果において、厚みが５ｍｍで表面粗さが３．０μｍのフェライト焼結磁石は、強度σが１０４Ｎ／ｍｍ^２である。また、厚みが４ｍｍで表面粗さが３．０μｍのフェライト焼結磁石は、強度σが６２Ｎ／ｍｍ^２である。実施例１から２１の強度σと表面粗さＲｚとを見ると、表面粗さＲｚが２．０μｍ以下であれば、厚みが５ｍｍで表面粗さが３．０μｍのフェライト焼結磁石と同等以上の強度σが得られる。また、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下であれば、厚みが５ｍｍで表面粗さが３．０μｍのフェライト焼結磁石と同等以上の強度σが得られる。このように、フェライト焼結磁石を薄肉化して、その厚みを３ｍｍ以下にした場合であっても、表面粗さＲｚを２．５μｍ以下にすることにより、厚みがより大きい場合と同等以上の強度を確保できるといえる。

試料の表面粗さＲｚが１．０μｍを下回ると、表面粗さＲｚを０．１μｍまで小さくしても、試料の強度σはほぼ一定の値になる。このため、無闇に表面粗さＲｚを小さくする必要はなく、実用上は表面粗さＲｚの下限は１．０μｍであれば十分であると判断できる。また、焼結磁石の使用条件や焼結磁石の厚みによっては、表面粗さＲｚの下限が０．５μｍ以上、あるいは１．０μｍ以上であれば、十分な強度σを確保できる場合もあると考えられる。よって、焼結磁石に対する過度の加工（研磨）を回避して生産性を向上させることができる可能性がある。

図８は、表１に示す強度を焼結磁石の単位厚み当たりの強度に換算し、表面粗さＲｚとの関係で表した図である。図８の白抜き四角は試料の厚みが３ｍｍの結果であり、白抜き三角は試料の厚みが２ｍｍの結果であり、白抜き丸は試料の厚みが１ｍｍの結果である。図８の縦軸に示す比強度は、試料の強度σを焼結磁石の単位厚み当たりの強度に換算したもの、すなわち、試料の強度σをそれぞれの試料の厚みで除したものであり、単位は、Ｎ／ｍｍ^３である。

図８から、試料の表面粗さＲｚが小さくなるにしたがって、比強度は上昇することが分かる。そして、試料の厚みが小さくなるにしたがって、表面粗さＲｚの減少に対する比強度の上昇は急激になる。また、試料の厚みが小さくなるにしたがって比強度は上昇し、試料の厚みが１ｍｍである場合、試料の厚みが２ｍｍの場合と比較して比強度は約２倍になる。このように、焼結磁石の表面粗さＲｚを小さくすることによって強度が上昇するという効果は、焼結磁石の厚みが小さくなるほど顕著である。したがって、本実施形態に係る焼結磁石は、焼結磁石の厚みが小さくなるほど強度σを向上させる効果を有効に発揮できるといえる。

図８の結果から、所定の比強度（本実施形態では比強度が５０Ｎ／ｍｍ^３）を超えるのは、厚み又は表面粗さＲｚによって異なり、それぞれ好ましい範囲があることが分かる。また、試料の厚みが小さくなるにしたがって、所定の比強度を超える表面粗さＲｚの範囲は大きくなる傾向がある。所定の比強度を超える、厚みと表面粗さＲｚとの好ましい範囲を次に示す。それぞれの厚みの範囲において、表面粗さＲｚを下記に示すそれぞれの範囲にすれば、所定の比強度を確保することができる。
（１）厚みが２．５ｍｍより大きく３．５ｍｍ以下である場合、Ｒｚは０．１μｍ以上１．６μｍ以下。
（２）厚みが２．０ｍｍより大きく２．５ｍｍ以下である場合、Ｒｚは０．１μｍ以上１．９μｍ以下。
（３）厚みが１．５ｍｍより大きく２．０ｍｍ以下である場合、Ｒｚは０．１μｍ以上２．２μｍ以下。
（４）厚みが１．０ｍｍより大きく１．５ｍｍ以下である場合、Ｒｚは０．１μｍ以上２．４μｍ以下。
（５）厚みが１．０ｍｍ以下である場合、Ｒｚは０．１μｍ以上２．７５μｍ（好ましくは２．５μｍ）以下。

以上のように、本発明に係る焼結磁石及び焼結磁石の製造方法は、薄肉化された焼結磁石の強度を確保することに有用であり、特にフェライト焼結磁石に適している。

１、１ａ、１ｂ 焼結磁石
１Ｃ 試料
１ＣＴ 矩形端部
２ 射出成形機
３ 磁場印加装置
４ 投入口
５ スクリュー
６ 押出機
６Ｃ 筐体
６Ｈ 射出口
７ ペレット
８ 金型
９ キャビティ
１０ 荷重付与体
１１ 試験台

Claims (2)

1. 磁性材料を焼結してなる焼結磁石であり、当該焼結磁石の重心位置における厚みが３．５ｍｍ以下、かつ、表面粗さＲｚが２．５μｍ以下であり、前記焼結磁石は、フェライト焼結磁石であることを特徴とする焼結磁石。
2. 前記表面粗さＲｚは、０．１μｍ以上である請求項１に記載の焼結磁石。

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