JP5471698B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系焼結磁石の製造方法およびｒｈ拡散処理用治具 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法およびＲＨ拡散処理用治具に関する。

Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ型化合物を主相とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ）は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータや、ハイブリッド自動車用モータ等の各種モータや家電製品等に使用されている。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ相中の軽希土類元素ＲＬの一部を重希土類元素ＲＨ（Ｄｙ、Ｔｂ）で置換すると保磁力が向上することが知られている。高い保磁力を得るためには、重希土類元素ＲＨを多く添加する必要があった。

しかし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、軽希土類元素ＲＬを重希土類元素ＲＨで置換すると、保磁力が向上する一方、残留磁束密度が低下してしまう。また、重希土類元素ＲＨは希少資源であるため、その使用量は多くできない。

そのため、より少ない重希土類元素ＲＨで、残留磁束密度を低下させず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力を向上させることが求められている。

その一つの方法として、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の表面付近のみに重希土類元素ＲＨを拡散によって分布させ、磁石内部に制御した保磁力分布を生ぜしめる技術が検討されている。

特許文献１に開示されている拡散方法では、まず、軽希土類元素ＲＬ（ＮｄおよびＰｒの少なくとも１種）を主たる希土類元素Ｒとして含有するＲ₂Ｔ₁₄Ｂ型化合物を主相として有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石体と重希土類元素ＲＨを含有するバルク体が用意される。次に、これらを同時に所定温度に加熱することで焼結磁石体の表面に前記バルク体から発生する重希土類元素ＲＨ（Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂからなる群から選択された少なくとも１種）を供給しつつ、表面から重希土類元素ＲＨを希土類焼結磁石体の内部に拡散させる。

特許文献１では、焼結磁石体の両面から同時に蒸着拡散を行うため、焼結磁石体をＮｂ網に載せその上下にＤｙからなるＲＨ拡散源を配置している。

特許文献２ではＤｙ、Ｔｂの金属原子を当該焼結磁石の結晶粒界及び／又は結晶粒界相に拡散させる永久磁石の製造方法で、金属蒸発材料と焼結磁石との間に、蒸発した金属蒸発材料が通過でき、焼結磁石を複数個並置できるスペーサーを介在させている。

ここで、開示されているスペーサーとは複数本の線材を格子状に組み付けたスペーサーや、ＭｏやＮｂ製の板材に所定の間隔を置いて矩形の打ち抜き孔を列設してから引き伸ばしてできるエキスパンドメタルからなるスペーサーである。

国際公開第２００７／１０２３９１号 特開２００９−１３５３９３号公報

特許文献１、２では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体を網、格子状スペーサー、板などの支持部材の上に載せて重希土類元素のＲＨ拡散処理またはＲＨ成膜処理を行っていた。このとき、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体は支持部材と面で接触した状態にある。このため、ＲＨ拡散処理またはＲＨ成膜処理をすると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体と支持部材との界面に希土類元素を多く含む金属層が溶融した状態で生成される。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体の自重も加わるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体と支持部材との間で強固に溶着を起こすという問題があった。

溶着が強固であると、支持部材からＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石をはずすことが困難になる。また、はずせてもＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に欠けが生じたり、支持部材が変形したり、治具表面に重希土類元素ＲＨの化合物が付着したままになってしまうことがあった。このような支持部材をそのまま使い続けると、重希土類元素ＲＨの化合物との反応により、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性が低下したり、さらに強くＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石と支持部材とが溶着することがあった。強固に溶着したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石と支持部材を分離すると支持部材の劣化が激しく、支持部材を頻繁に取り替えざるを得なかった。

本発明者は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体と支持部材との溶着を防ぐため、支持部材がＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体と接する面を凸状にしてＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体を水平にして点接触で支持し、ＲＨ拡散処理を試みたが、凸部にＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体の加重が集中しＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体と凸状にした支持部材の凸部との間の溶着は強固であった。

本発明の目的は、ＲＨ拡散において支持部材と焼結磁石体とが強固に溶着しない技術を提供することにある。

本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、重希土類元素ＲＨを含む材料から形成されたＲＨ拡散源とＲ−Ｔ―Ｂ系焼結磁石体とを準備する工程（Ａ）と、前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源とを支持部材によって水平面に対して斜めに配置する工程（Ｂ）と、１０²Ｐａ以下の雰囲気圧力で６００℃以上１０００℃以下の熱処理を１０分以上４８時間以下行うＲＨ拡散工程（Ｃ）とを含む。

ある好ましい実施形態では、前記工程（Ｂ）において、前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源とを前記水平面に対して２０°から８０°までの角度範囲で斜めに傾け、かつ前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源との距離を０ｍｍ超から２０ｍｍ以下にする。

ある好ましい実施形態では、前記支持部材は、線状の部材である。

ある好ましい実施形態では、前記工程（Ｂ）において、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも１つの金属材料からなる複数本の支持部材によって前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源とを支持する。

ある好ましい実施形態では、前記工程（Ａ）において、複数の焼結磁石体および複数のＲＨ拡散源とを準備することを含み、前記工程（Ｂ）において、前記複数の焼結磁石体および前記複数のＲＨ拡散源を交互かつ平行に複数本の前記支持部材で支持する。

ある好ましい実施形態では、前記支持部材は、０．５ｍｍ超２．０ｍｍ以下の直径を有する線状の部材である。

本発明の拡散処理用治具は、重希土類元素ＲＨを含む材料から形成されたＲＨ拡散源とＲ−Ｔ―Ｂ系焼結磁石体とを支持するための拡散処理用治具であって、セラミックスまたは高融点金属からなる底部、上蓋部、および少なくとも２つの向かい合う側面部と、前記２つの向かい合う側面部から水平方向に延びる複数本の支持部材とを備え、前記複数本の支持部材は、前記底部と２０°から８０°までの角度範囲で交差する仮想的な平面に対して平行に配列されている。

ある好ましい実施形態において、前記セラミックスは、窒化硼素、ジルコニア、カルシア、マグネシアの少なくともいずれかを含む。

ある好ましい実施形態において、前記高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの少なくともいずれかを含む金属からなる。

本発明では、焼結磁石体を水平面に線接触させ、かつ支持部材にて焼結磁石体とＲＨ拡散源とを水平面に対して斜めに配してＲＨ拡散処理を行うため、支持部材と焼結磁石体とが強固に溶着しないので、支持部材および治具を長く使用することができる。

本発明の実施形態で好適に使用され得るＲＨ拡散処理装置の一例を示す模式図である。 本発明の実施例１の処理状況を示す図であり、（ａ）が平面図（但し上蓋をはずした状態）、（ｂ）が点線Ｌ−Ｌ´線断面図、（ｃ）が点線Ｈ−Ｈ´線断面図である。 実施例において焼結磁石の特性評価位置を表す図である。 本発明の実施形態で好適に使用され得るＲＨ拡散処理装置の他の例を示す模式図である。 本発明の実施形態で好適に使用され得るＲＨ拡散処理装置の他の例を示す模式図である。

図１を参照しながら、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法の実施形態を説明する。

本実施形態では、まず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体１（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ）と、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも１種）を含有するＲＨ拡散源２を用意する。ここで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体１は、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ型化合物を主相として有する焼結磁石体である。焼結磁石体１に含まれるＲ₂Ｔ₁₄Ｂ型化合物の各々の結晶粒は、希土類元素Ｒとして軽希土類元素ＲＬ（ＮｄおよびＰｒの少なくとも１種）を主に含有する。

以下、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体１を「焼結磁石体１」と称する。また、本明細書中では、ＲＨ拡散処理の前後で、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体とＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石とに区別している。焼結後からＲＨ拡散工程前を「Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体」または「焼結磁石体」と称し、後述するＲＨ拡散工程後を「Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石」または「焼結磁石」と称する。

次に、本実施形態では支持部材５によって焼結磁石体１とＲＨ拡散源２とを水平面に対して斜めに配置する。その結果焼結磁石体１を水平面（図１においては拡散処理治具の底面、底部８）に線接触させる。具体的には、図１に示すＲＨ拡散処理装置の処理室４内において、拡散処理治具（以下、「治具」と称する）３を用いて焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２とを略平行に配置する。

次に、図２を参照して、本実施形態で用いる治具３を詳細に説明する。この治具３は、セラミックスまたは高融点金属からなる底部８、上蓋部６、および少なくとも２つの向かい合う側面部７を備えている。セラミックスは、窒化硼素、ジルコニア、カルシア、マグネシアの少なくともいずれかを含むことが好ましく、高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの少なくともいずれかを含む金属からなることが好ましい。

治具３は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、側面部７によって保持されている複数本の支持部材５を備えている。これらの支持部材５は、線状であることが好ましく、水平に配置された底部８と２０°から８０°までの角度範囲（図中α）で交差する仮想的な平面に対して平行に配列されている。ここで線状とは、まっすぐで細長い形や細長いすじ状の形をいう。例として、金属棒、金属ワイヤなどが挙げられる。焼結磁石体およびＲＨ拡散源の各々を支持部材によって支持するに際し、それら複数の支持部材は前記仮想的な平面の一つに接する位置にある。そして、前記仮想的な平面の位置は、支持する焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２の一つの面の位置に一致する。ここで支持部材は必ずしも底面８と平行である必要はない。また支持部材同士が平行でなくともよい。

次に、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２が装填された治具３を図１に示すＲＨ拡散処理装置の処理室４の内部に配置する。処理室４の外側には、不図示のヒータが配置されている。

焼結磁石体１を水平面に線接触させ、かつ線状の複数本の支持部材５を設けた治具３の底部８、支持部材５の各々によって焼結磁石体１とＲＨ拡散源２とを斜めに配置すると、焼結磁石体１のうち、治具３の底部８（水平面）に線接触している部分に供給される重希土類元素ＲＨが少なくなり、治具３の底部８と焼結磁石体１との溶着がなくなる。これは、ＲＨ拡散工程においてＲＨ拡散源２から出た重希土類元素ＲＨの直進性が高いため、焼結磁石体１と治具３の底部８とが接触する部分に重希土類元素ＲＨが供給されにくいためである。さらに、焼結磁石体１やＲＨ拡散源２は、底部８と線接触し、かつ各々の支持部材５により支持されているため焼結磁石体１またはＲＨ拡散源２からの加重が分散する。加重が分散することにより、支持部材周囲に滲みだした希土類元素Ｒ成分が集まっても支持部材５と焼結磁石体１やＲＨ拡散源２との溶着を起こす程度にはならない。ここで支持部材５は治具３の底部８に焼結磁石体１を保持する凹部や凸部を設けているなら１本であってもよい。

１つの焼結磁石体１を支える支持部材５の数を増やすと、個々の支持部材５に対する加重がさらに小さくなるため、支持部材５の直径を小さくすることができる。焼結磁石体１とＲＨ拡散源２との間に位置する支持部材５は、ＲＨ拡散源２から蒸発した重希土類元素ＲＨが焼結磁石体１に達するまでの障壁となるため、支持部材５の直径は小さいことが好ましい。本発明者の検討によると、各支持部材５の直径は、２．０ｍｍ以下にするのが好ましい。直径が大きいとＲＨ拡散処理をしたとき、支持部材５が影となって重希土類元素ＲＨが焼結磁石体１に拡散されない部位が増える。このように重希土類元素ＲＨの拡散が不充分な部位が増えると、焼結磁石体１の両面または全面にほぼ均一な拡散をすることができなくなる。また、拡散処理温度においても実質的にたわまないことが好ましく、そのためには直径０．５ｍｍ以上が好ましい。

支持部材５の長さは２００ｍｍ以内にすることが好ましい。支持部材５の長さが２００ｍｍを超えると、支持部材５の直径が２．０ｍｍ以下である場合に、たわんでしまう。たわまないように支持部材５の直径を２．０ｍｍ超にすると、均質なＲＨ拡散ができなくなる可能性がある。

支持部材５は、焼結磁石体１、ＲＨ拡散源２を線接触にて支持すればよい。支持部材５は、中空であってもよい。また、支持部材５の断面は、円である必要は無く、楕円であっても良いし、三角形または４つ以上の頂点を有する多角形であってもよい。更に、支持部材５の断面の形状およびサイズは、長軸方向に沿って一様である必要は無く、長軸方向に沿って変化していても良い。ただし、支持部材５と焼結磁石体１との間の接触が点接触や面接触になることは好ましくないので、実質的な線接触が維持される形状を有することが好ましい。

水平面に対する焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２の傾きが０°に近いと、支持部材５に加わる焼結磁石体１からの加重が大きくなり、支持部材５では焼結磁石体１を支えることができない。一方、水平面に対する焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２の傾きが９０°に近いと、焼結磁石体１の重心と底部８との接触部の位置関係により立ち上がってしまい（例えば、底部８が水平の場合α＝９０°となってしまい）、線接触を保持するのが難しい。そのために治具３と接する焼結磁石体１の下側端面が底部８と実質的に面で接触し、底部８との溶着が生じる可能性がある。また、重希土類元素ＲＨが充分に拡散されなくなるため、焼結磁石体１の下側端面へのＲＨ拡散ができない。

水平面に対する焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２の傾きの角度は、水平面から２０°から８０°までの範囲内になるようにするのがよい。水平面に対する傾きの角度を２０°から８０°までの範囲内にすることにより、焼結磁石体１の自重が治具３の底部８と支持部材５とに分散し、直径２．０ｍｍ以下の支持部材５でも焼結磁石体１を支持することができる。水平面に対する焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２の傾きの角度は、さらに好ましくは、３０°から６０°までの範囲内に設定される。

図１に示す例では、水平面に対して斜めに交差する仮想的な各平面に対して、それぞれ、４本の支持部材５が平行に配列されている。この仮想的な平面と実質的に水平に配置された治具３の底部８とが形成する角度（図中α）は、前述の理由から、２０°から８０°までの範囲にある。それぞれ、４本の平行に配列された支持部材５のセットが、焼結磁石体１またはＲＨ拡散源２の１つを支えることになる。図１の例では、このような支持部材５のセットが３列設けられている。このような支持部材５のセットが３列以上あることで、焼結磁石体１を挟むようにＲＨ拡散源２を配置することができる。支持部材５のセットの数は、３列に限定されず、例えば図４に示すように、７列のセットを設けても良い。図４のように、３列以上の支持部材５のセットを１つの治具３に配置することで、複数の焼結磁石体１にＲＨ拡散処理を行うことができる。また、図５に示す他の例のように、より多くの焼結磁石体を処理できるように、治具の中央部に側面部７を設け、支持部材５の長さを実質的に延長するようにしてもよい。

支持部材５の他の配置例として、支持部材５の背面に線状の補強材を設けてもよい。また、底部８に２０°から８０°の角度で支持部材５を傾斜して立ててもよい。

焼結磁石体１を安定に支持するために、底部８のうちで焼結磁石体１と接する面を粗くしてもよいし、焼結磁石体１を配置する箇所に凹凸部を設けてもよい。

図５に示すように、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２がＲＨ拡散工程中に動かないようにストッパー９を配置してもよい。ストッパー９の影となって、焼結磁石体１に重希土類元素ＲＨが拡散されない部位が発生しないよう、ストッパー９自体を線状の部材を組み合わせた構成とするのがよい。。また、底部８や支持部材５と焼結磁石体１またはＲＨ拡散源２との接触部分における溶着の問題を回避するため、底部８や支持部材５の表面に希土類酸化物、希土類フッ化物を溶射、塗布又は散布等することにより、底部８や支持部材５の表面に溶着防止膜を形成してもよい。支持部材５は治具３の側面部７に複数の孔を設け、その孔を貫通させてもよい。治具３の側面部７の孔から支持部材５を水平方向に配置することで、支持部材５の交換又は取り換えが必要な際、作業を簡単に行うことができる。具体的には、使用済みの支持部材５を治具３の側面部７で切断し、新しい支持部材を治具３の側面部の貫通穴から水平方向に配置する作業のみで取り換えが完了する。

線状の支持部材５は、必ずしも側面部７から水平方向に延びるように配列される必要はない。焼結磁石体１およびＲＨ拡散源２を水平面に対して斜めに保持することができれば、他の形態を有していても良い。

焼結磁石体１を支える支持部材５とＲＨ拡散源２を支える支持部材５との間隔Ｘ（図１参照）は、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２の厚さを考慮し、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２との距離を０ｍｍ超から２０ｍｍ未満の範囲になるように設定することが好ましい。ＲＨ拡散で効率よく重希土類元素ＲＨを焼結磁石体１へ飛ばすには、間隔Ｘを所定の距離に保つことが好ましい。前記間隔にすることで気化した重希土類元素ＲＨをＲＨ拡散源２から焼結磁石体１に効率よく拡散させることができる。

支持部材５の間隔Ｙ（図１参照）は、５ｍｍから１５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。５ｍｍ未満であると支持部材５が影となって重希土類元素ＲＨが焼結磁石体１に拡散されない部位が増える。間隔Ｙを１５ｍｍ以上にすると、傾いた焼結磁石体１を支える支持部材５の数が少なくなる。その結果、支持部材５の直径を大きくすることが必要になり、間隔Ｙを大きくする効果が相殺され効率的でない。間隔Ｙをこの範囲に設定することで、気化した重希土類元素ＲＨを焼結磁石体１に効率よく導入することができる。

本発明の好ましい実施形態では、支持部材５によって焼結磁石体１とＲＨ拡散源２とを平行かつ斜めに配置するため、気化した重希土類元素ＲＨが焼結磁石体１の端部にも効率よく供給され、焼結磁石体１の全面にＲＨ拡散処理ができる。

また、本発明の好ましい実施形態では、支持部材５によって焼結磁石体１とＲＨ拡散源２とを平行かつ斜めに配置することで、特許文献１の図１のような焼結磁石体、ＲＨ拡散源、網をスペーサを用いて積層させる必要もなく、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２の治具３への装填および取り出しが簡単にできる。

後述するＲＨ拡散工程の処理温度範囲では、ＲＨ拡散源２は溶融軟化せず、その表面から重希土類元素ＲＨが気化（昇華）するため、一回の処理工程でＲＨ拡散源２の外観形状に大きな変化が生じず、繰り返し使用することが可能である。

ＲＨ拡散源２の形状・大きさは特に限定されないが、板状であることが好ましい。ＲＨ拡散源２には多数の微小孔（直径数１０μｍ程度）が存在してもよい。Ｄｙ、Ｔｂの少なくともいずれかからなる重希土類元素ＲＨを含む酸化物、フッ化物、窒化物は、その蒸気圧が極端に低くなり、本条件範囲（温度、真空度）内では、ほとんど蒸着拡散が起こらない。このため、重希土類元素ＲＨを含む酸化物、フッ化物、窒化物からＲＨ拡散源２を形成しても、保磁力向上効果は得られない。

本発明の処理方法では、焼結磁石体１の端面への重希土類元素ＲＨのまわりこみが生じやすいため、一度に焼結磁石体の下側端面に対してＲＨ拡散処理が行える。

以下、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を製造する方法の好ましい実施形態を更に詳細に説明する。

［原料合金］
まず、２５質量％以上４０質量％以下の希土類元素Ｒと、０．６質量％〜１．６質量％のＢ（硼素）と、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とを含有する合金を用意する。Ｂの一部はＣ（炭素）によって置換されていてもよいし、Ｆｅの一部（５０原子％以下）は、他の遷移金属元素（例えばＣｏまたはＮｉ）によって置換されていてもよい。この合金は、種々の目的により、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、およびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種の添加元素Ｍを０．０１〜１．０質量％程度含有していてもよい。なお、希土類元素Ｒの一部として重希土類元素ＲＨを含んでいても良い。

上記の合金は、原料合金の溶湯を例えばストリップキャスト法によって急冷して好適に作製され得る。以下、ストリップキャスト法による急冷凝固合金の作製を説明する。

まず、上記組成を有する原料合金をアルゴン雰囲気中において高周波溶解によって溶融し、原料合金の溶湯を形成する。次に、この溶湯を１３５０℃程度に保持した後、単ロール法によって急冷し、例えば厚さ約０．３ｍｍのフレーク状合金を得る。こうして作製したフレーク状の原料合金を、次の水素粉砕前に例えば１〜１０ｍｍの大きさに粉砕する。なお、ストリップキャスト法による原料合金の製造方法は、例えば、米国特許第５、３８３、９７８号明細書に開示されている。

［粗粉砕工程］
上記のフレーク状の原料合金を水素炉の内部へ収容する。次に、水素炉の内部で水素粉砕処理工程を行う。水素粉砕処理で得られた後の粗粉砕粉を水素炉から取り出す際、粗粉砕粉が大気と接触しないように、不活性雰囲気下で取り出し動作を実行することが好ましい。そうすれば、粗粉砕粉が酸化・発熱することが防止され、磁石の磁気特性の低下が抑制できるからである。

水素粉砕処理によって、フレーク状原料合金は０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度の大きさに粉砕される。水素粉砕処理後、脆化した原料合金をより細かく解砕するとともに冷却することが好ましい。

［微粉砕工程］
次に、粗粉砕粉に対してジェットミル粉砕装置を用いて微粉砕を実行する。本実施形態で使用するジェットミル粉砕装置にはサイクロン分級機が接続されている。ジェットミル粉砕装置は、粗粉砕工程で粗く粉砕された原料合金（粗粉砕粉）の供給を受け、粉砕機内で粉砕する。粉砕機内で粉砕された粉末はサイクロン分級機を経て回収タンクに集められる。こうして、０．１〜２０μｍ程度（典型的には３〜５μｍ）の微粉末を得ることができる。このような微粉砕に用いる粉砕装置は、ジェットミルに限定されず、アトライタやボールミルであってもよい。粉砕に際して、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を粉砕助剤として用いてもよい。

［プレス成形］
本実施形態では、上記方法で作製された微粉末に対し、例えばロッキングミキサー内で潤滑剤を例えば０．３質量％添加・混合し、潤滑剤で微粉末の表面を被覆する。次に、上述の方法で作製した微粉末を公知のプレス装置を用いて配向磁界中で成形し、成形体を作製する。印加する磁界の強度は、例えば０．８〜１．２ＭＡ／ｍである。また、成形圧力は、成形体のグリーン密度が例えば４〜４．５ｇ／ｃｍ³程度になるように設定される。

［焼結工程］
上記の成形体に対して、１０００℃から１２００℃の温度で焼結する。雰囲気は真空でもよいし、真空から昇温途中で水素ガスを導入してもよい。また減圧アルゴン雰囲気で行なってもよい。焼結磁石体の表面が酸化された状態でも後述の重希土類元素ＲＨ拡散処理を施すことができる。焼結工程の後、熱処理（４００℃〜１０００℃）や、寸法調整のための研削を行っても良い。

［ＲＨ拡散工程］
次に、こうして作製された焼結磁石体１を本発明の治具３にＲＨ拡散源２と交互に平行に斜め配置する。その後、重希土類元素ＲＨを焼結磁石体１中に効率良く拡散浸透させて、焼結磁石体１中の保磁力Ｈ_cJを向上させる。具体的には、例えば図１に示す処理室４内に、支持部材５により焼結磁石体１とＲＨ拡散源２とが交互に平行に斜め配置された治具３を設置する。その後、加熱により、ＲＨ拡散源２から重希土類元素ＲＨを焼結磁石体１の表面に供給し、同時に焼結磁石体１の内部に拡散させる。

本実施形態におけるＲＨ拡散工程では、焼結磁石体１の温度をＲＨ拡散源２の温度と同じにすることが好ましい。ここで、焼結磁石体１の温度がＲＨ拡散源２の温度と同じとは、両者の温度差が２０℃以内にあることを意味するものとする。具体的には、ＲＨ拡散源２の温度を６００℃以上１０００℃以下の範囲内に設定し、かつ、焼結磁石体１の温度を６００℃以上１０００℃以下の範囲内に設定することが好ましい。また、効率よくＲＨ拡散処理を行うため、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２との距離は、０ｍｍ超から２０ｍｍ以下に設定し、線状の支持部材５同士の間隔Ｙは、５ｍｍから１５ｍｍに設定するのが好ましい。本実施形態では、焼結磁石体１とＲＨ拡散源２とが平行になるように、これらを水平面に対して２０°から８０°までの角度範囲に傾けて治具３に設置する。

拡散工程時における雰囲気ガスの圧力は、真空ポンプで処理室内を排気しつつ、Ａｒを導入して調整する。雰囲気ガスの圧力は１０²Ｐａ以下であれば、ＲＨ拡散源２の気化（昇華）が適切に進行し、焼結磁石体１表面に重希土類元素ＲＨを供給することができる。効率的に拡散処理を行うためには、雰囲気ガスの圧力を１０^-5〜１０²Ｐａの範囲内に設定することが好ましい。また、ＲＨ拡散源２および焼結磁石体１の温度を６００℃以上１０００℃以下の範囲内に保持する時間は、１０分〜４８時間の範囲に設定されることが好ましい。ただし、保持時間は、ＲＨ拡散源２および焼結磁石体１の温度が６００℃以上１０００℃以下および圧力が１０²Ｐａ以下にある時間を意味し、必ずしも特定の温度、圧力に一定に保持される時間のみを表すのではない。

ＲＨ拡散源２は、重希土類元素ＲＨおよび元素Ｚ（Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、およびＩｎからなる群から選択された少なくとも１種）の合金を含有していてもよい。このような合金のバルク体からなるＲＨ拡散源２と焼結磁石体１とを離間配置した状態で拡散処理することにより、重希土類元素ＲＨおよび元素Ｚを焼結磁石体１表面上に供給するとともに、液相を介して焼結磁石体１内部へ拡散させることができる。但し、ＲＨ拡散源２は１０００℃でも固相を保つ組成である必要がある。

拡散処理の後、第１熱処理（７００℃〜１０００℃）を行っても良い。また、必要に応じてさらに第２熱処理（４００℃〜７００℃）を行うが、第２熱処理（４００℃〜７００℃）を行う場合は、第１熱処理（７００℃〜１０００℃）の後に行うことが好ましい。第１熱処理（７００℃〜１０００℃）と第２熱処理（４００℃〜７００℃）とは、同じ処理室内で行っても良い。

実用上、拡散後の焼結磁石に表面処理を施すことが好ましい。表面処理は公知の表面処理でよく、例えばＡｌ蒸着や電気Ｎｉめっきや樹脂塗装などの表面処理を行うことができる。表面処理を行う前にはサンドブラスト処理、バレル処理、エッチング処理、機械研削等公知の前処理を行ってもよい。また、拡散処理の後に寸法調整のための研削を行っても良い。このような工程を経ても、保磁力向上効果はほとんど変わらない。寸法調整のための研削量は、１〜３００μｍである。

まず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石体となるように所定の組成に配合した合金を用い、ストリップキャスト法により厚さ０．２〜０．３ｍｍのフレーク状の原料合金を作製した。

次に、この原料合金を、原料合金を充填した容器を水素処理装置内に収容し、水素処理をした。そして、水素処理装置内を圧力５００ｋＰａの水素ガス雰囲気で満たすことにより、室温で原料合金に水素吸蔵させた後、真空中で５００℃に加熱した。このような水素処理を行うことにより、原料合金を脆化し、篩い分けにより粒度が０．５ｍｍ以下となる粉末（粗粉砕粉）を作製した。

上記の水素処理により作製した粉末（粗粉砕粉）に対し粉砕効率の向上のため粉砕助剤として０．０５質量％のステアリン酸亜鉛を添加し混合した後、ジェットミル装置による粉砕工程を行うことにより、フィッシャー法にて測定した粉末粒径が３μｍの微粉末を作製した。

こうして作製した微粉末をプレス装置により成形し、成形体を作製した。具体的には、印加磁界中で粉末粒子を磁界配向した状態で圧縮し、成形を行った。その後、成形体をプレス装置から取り出し、真空炉により１０２０℃で４時間の焼結工程、４５０℃で２時間の熱処理工程を行った。こうして得られた焼結体を機械加工することにより、厚さ５ｍｍ×幅４２ｍｍ×長さ３５ｍｍの焼結磁石体を得た。ここで得た焼結磁石体の主な組成はＦｅ：Ｂａｌ、Ｎｄ：２１．０、Ｐｒ：５．８、Ｄｙ：４．０、Ｂ：０．９９、Ｃｏ：０．８９、Ｃｕ：０．１０、Ａｌ：０．１９、Ｇａ：０．１０（質量％）となっており、磁気特性をＢ−Ｈトレーサで測定したところ、残留磁束密度は（Ｂ_r）：１．２７３（Ｔ）、保磁力（Ｈ_cJ）：１７９０（ｋＡ／ｍ）であった。

この焼結磁石体を０．３％硝酸水溶液で酸洗し、乾燥させた後、図２に示す治具３に厚さ５ｍｍ×幅４２ｍｍ×長さ３５ｍｍの純度９９．９％のＤｙから形成されたＲＨ拡散源２と焼結磁石体１とを支持部材５によって交互に平行に斜め配置し、図１に示す構成を有する処理室４内に配置した。

実施例では、直径０．５ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍの３つの寸法を有する線状の支持部材５を用いた。また、実施例では、ＲＨ拡散源２と焼結磁石体１は平行になるようにし、かつ、これらが治具３の底部８に対してα＝１５°、２０°、３０°、４５°、６０°、８０°の角度を形成するように斜めに配置した。

支持部材同士の間隔Ｙは８ｍｍに設定した。治具３の底部８、側面部７、上蓋部６、支持部材５のいずれもがＭｏから形成されている。

次に、図２の治具３を用い、真空熱処理炉内の処理室４（図１）で重希土類元素ＲＨの拡散処理を行った。具体的には、炉内の到達真空度６×１０^-3Ｐａで、ヒータによって処理室４を加熱して処理室４内の温度を９００℃に調整し、その状態に２時間保持した。なお、特に示さない限り、熱処理温度は焼結磁石体１およびそれとほぼ等しいＲＨ拡散源２の温度を意味することとする。本実施例では、磁石焼結体１と治具３の底部８、焼結磁石体１と支持部材５との間で溶着は生じず、磁石焼結体１は破損することなく取り出すことができた。また、重希土類元素ＲＨは治具３の底部８と接する焼結磁石体１の下面端部にもまわりこみ、焼結磁石体１全面にＲＨ拡散がされていた。

拡散処理を行った後、Ａｒ雰囲気中第１熱処理（Ａｒ圧力２００Ｐａ、９００℃で６時間）を行い、一旦冷却した後さらに第２熱処理（Ａｒ圧力２Ｐａ、４５０℃で２時間）を行い、焼結磁石を得た。

得られた焼結磁石の全面を表面から０．１ｍｍ研削した後、個々の焼結磁石の部位毎の特性評価をして、ＲＨ拡散前の焼結磁石体から保磁力がどの程度向上したかを調べた。図３は、各焼結磁石における評価部位の位置を示す正面図である。図３に表している焼結磁石の部位ＡからＦのうち、部位Ｃ、Ｆが治具３の底部８に接していた部位である。一方、部位Ａ、Ｄは、上蓋部６の側に位置していた部位である。焼結磁石の２つの主面のうち、支持部材５と接していなかった側の主面の磁気特性を測定した。ここで、磁気特性は焼結磁石を部位毎に切り出し、ＶＳＭにて測定した。

表１は、試料Ｎｏ．１〜１０について、拡散工程中の焼結磁石体１・ＲＨ拡散源２の保持条件とＲＨ拡散前の焼結磁石体１から拡散工程によって保磁力が向上した量（保磁力向上量）を示している。傾きαが２０°、３０°、４５°、６０°、８０°であると、焼結磁石体１が治具３の底部８や支持部材（Ｍｏワイヤー）５と溶着せず、支持部材５も変形していなかった。また、測定した６つの部位のいずれでも保磁力が向上していた。保磁力は支持部材５の間隔Ｘが１０ｍｍのとき（焼結磁石体とＲＨ拡散源との距離が５ｍｍのとき）に最も高くなっており、効率よくＲＨ拡散をするには焼結磁石体１とＲＨ拡散源２との間隔を１０ｍｍ以下にするのが好ましいことがわかる。

一方、支持部材５の直径、支持部材５の間隔Ｘを同じにすると、傾きが１５°では支持部材５が変形し、焼結磁石とＲＨ拡散源２とが溶着していた。また、支持部材５の直径を１．５ｍｍから０．５ｍｍに変えても、支持部材５が変形し、焼結磁石とＲＨ拡散源２とが溶着していた。

なお、傾きαが９０°の場合、表１には載せていないが、底部８と溶着した。傾きαを８０°超９０°未満の範囲では支持することができなかった。

支持部材５と接している側の焼結磁石の主面を目視で確認したところ、支持部材５が接した部位だけスジ状の模様ができていたが、その部位の保磁力は他の部位の保磁力よりも低下しているとは認められなかった。また、治具３の底部８に面する焼結磁石下面端部にもαが９０°の場合を除きＲＨ拡散によって重希土類元素ＲＨが拡散されていた。

本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、治具と焼結磁石との溶着もなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石表面の全体にわたって均一にＲＨ拡散処理をすることができる。

１ 焼結磁石体
２ ＲＨ拡散源
３ 治具
４ 処理室
５ 支持部材
６ 上蓋部
７ 側面部
８ 底部
９ ストッパー

Claims (9)

1. 重希土類元素ＲＨを含む材料から形成されたＲＨ拡散源とＲ−Ｔ―Ｂ系焼結磁石体とを準備する工程（Ａ）と、
   前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源とを支持部材によって水平面に対して斜めに配置する工程（Ｂ）と、
   １０²Ｐａ以下の雰囲気圧力で６００℃以上１０００℃以下の熱処理を１０分以上４８時間以下行うＲＨ拡散工程（Ｃ）と、
   を含むＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
2. 前記工程（Ｂ）において、前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源とを前記水平面に対して２０°から８０°までの角度範囲で斜めに傾け、かつ前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源との距離を０ｍｍ超から２０ｍｍ以下にする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
3. 前記支持部材は、線状の部材である請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
4. 前記工程（Ｂ）において、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも１つの金属材料からなる複数本の支持部材によって前記焼結磁石体と前記ＲＨ拡散源とを支持する請求項１から３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
5. 前記工程（Ａ）において、複数の焼結磁石体および複数のＲＨ拡散源とを準備することを含み、
   前記工程（Ｂ）において、前記複数の焼結磁石体および前記複数のＲＨ拡散源を交互かつ平行に複数本の前記支持部材で支持する、請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
6. 前記支持部材は、０．５ｍｍ超２．０ｍｍ以下の直径を有する線状の部材である、請求項１から５のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
7. 重希土類元素ＲＨを含む材料から形成されたＲＨ拡散源とＲ−Ｔ―Ｂ系焼結磁石体とを支持するための拡散処理用治具であって、
   セラミックスまたは高融点金属からなる底部、上蓋部、および少なくとも２つの向かい合う側面部と、
   前記２つの向かい合う側面部から水平方向に延びる複数本の支持部材と、
   を備え、
   前記複数本の支持部材は、前記底部と２０°から８０°までの角度範囲で交差する仮想的な平面に対して平行に配列されている、拡散処理用治具。
8. 前記セラミックスは、窒化硼素、ジルコニア、カルシア、マグネシアの少なくともいずれかを含む請求項７に記載の拡散処理用治具。
9. 前記高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの少なくともいずれかを含む金属からなる請求項７に記載の拡散処理用治具。

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