JP6481682B2 - Ｒ−ｔ−ｂ系合金粉末の製造方法およびｒ−ｔ−ｂ系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末およびその製造方法ならびにＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石およびその製造方法に関する。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅを主成分とする遷移元素であり具体的にはＦｅまたはＦｅとＣｏ、Ｂはホウ素）は、種々の磁石の中で最も高い磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いことから、各種電子機器において広く利用されている。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、例えば、以下に示す工程によって作製される。

まず、インゴット法やストリップキャスト法などの方法により、各種原料金属を鋳造することで原料合金を製造する。次に、得られた原料合金を粉砕工程に供し、所定の粒径の合金粉末を得る。この粉砕工程には、通常、粗粉砕工程と微粉砕工程とが含まれており、前者は、例えば水素脆化現象を利用して、後者は、例えば気流式粉砕機（ジェットミル）を用いて行われる。

次に、前記粉末を磁界中で所望の形状に成形する、磁界中成形工程に供する。これにより得られた成形体を焼結することによって、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が作製される。また、焼結の後、通常は、熱処理を行う。

磁界中成形工程において、前記粉末に対し、所定の方向に磁界を印加しながら成形することによって、それぞれの粉末粒子の磁化容易方向を印加磁界の方向に揃える。最終的に得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相結晶粒の磁化容易軸方向の整列度合い（配向度）を高めることにより、高い残留磁束密度Ｂ_rを有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができる。

特許文献１は、粉砕ガスノズルから導入される主たる粉砕ガスに加え、別に配置されたノズルより渦流生成ガスが導入されるカウンタージェットミルを用いることによって、鈍角的な稜線を有する微粉末を得ることができることを開示している。この微粉末はすべり性に優れ、成形時に磁界を印加しながら加圧した際の微粉末の配向度を高めることができる。

また、特許文献２は、微粉砕した希土類合金粉末を磁界中成形に先立って加熱処理することを開示している。加熱処理された希土類合金粉末は、球状化により丸みを帯びた形状になる。これにより、磁界中配向の際の摩擦力や立体障害が低減され、配向度が改善する。

特開２００３−１３８３３５号公報 特開２００７−２６６０３８号公報

特許文献１に記載の技術では、得られる粉末は鈍角的といえども角が残っており、配向度の向上が不充分であった。

また、特許文献２に記載の技術では、微粉砕した粉末を加熱処理する工程を含むので、製造工程が煩雑になるという問題がある。

さらに、特許文献２に記載の技術では、加熱処理することで希土類合金粉末の粒子同士が溶着してしまう可能性が高く、配向度を高められないという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より磁気特性の向上したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を作製するために好適に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末およびその製造方法、ならびに前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を用いたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、２７．５質量％以上３６．０質量％以下のＲ（Ｒは希土類元素のうちの少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒのうちの少なくとも１種を必ず含む）、０．８５質量％以上１．０５質量％以下のＢ（ホウ素）、０．１質量％以上２．５質量％以下の元素Ｍ（Ｍは、Ａｌ、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）、残部Ｔ（ＴはＦｅを主成分とする遷移元素であり、具体的にはＦｅまたはＦｅとＣｏ）を含み、粒子を２次元に投影した輪郭形状において、長径a、短径ｂからその比をａ／ｂとし、周囲長Ｌ、円相当径ｄ（同じ面積を有する円の直径）からその比をＬ／ｄとしたとき、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件を満たす粉末が個数比率で２０％以上含まれている。

ある実施形態において、前記Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件を満たす粉末が個数比率で４０％以上含まれている。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、上記のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を外部磁界により配向し、焼結することによって得られる。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の製造方法は、２７．５質量％以上３６．０質量％以下のＲ（Ｒは希土類元素のうちの少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒのうちの少なくとも１種を必ず含む）、０．８５質量％以上１．０５質量％以下のＢ（ホウ素）、０．１質量％以上２．５質量％以下の元素Ｍ（Ｍは、Ａｌ、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）、残部Ｔ（ＴはＦｅを主成分とする遷移元素であり、具体的には、ＦｅまたはＦｅとＣｏ）を含む合金粉末を用意する工程と、前記合金粉末と粉砕ガスとを粉砕槽に導入して前記合金粉末を粉砕する工程であって、前記粉砕槽内で前記粉砕ガスの流れによって前記合金粉末を旋回させて摩砕することによって粉砕する工程とを包含し、前記粉砕する工程は、前記粉砕槽に導入する前記粉砕ガスのゲージ圧が０．６５ＭＰａ以上かつ前記粉砕槽内における前記合金粉末の滞留時間が８分以上の条件を満たすか、または、前記粉砕ガスのゲージ圧が０．７５ＭＰａ以上かつ前記滞留時間が５分以上の条件を満たすように行われる。

ある実施形態において、前記粉砕する工程は、前記粉砕ガスのゲージ圧が０．７５ＭＰａ以上かつ前記滞留時間が５分以上の条件を満たすように行われる。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を得る工程と、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を外部磁界により配向し、焼結する工程とを包含する。

本発明の実施形態によれば、角の少ないＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末、残留磁束密度Ｂ_rの向上したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末のＳＥＭ写真であり、（ｂ）は比較例のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末のＳＥＭ写真である。 本発明の実施形態で用いる旋回流式粉砕装置の構造を示す模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ’断面図である。 本発明の実施例および比較例のそれぞれのＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の２次元投影図から求めたａ／ｂとＬ／ｄの関係を示す図である。

［Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末］
本発明の実施形態にかかるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、合金粉末の粒子を２次元に投影した輪郭形状において、長径a、短径ｂからその比をａ／ｂとし、周囲長Ｌ、円相当径ｄ（同じ面積を有する円の直径）からその比をＬ／ｄとしたとき、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件を満たす粉末が２０％以上含まれている合金粉末である。

ここで、長径ａは輪郭形状の最大径を、短径ｂは長径に直交する方向の輪郭形状の最大径を表す。

なお、粒子を２次元に投影した輪郭形状の長径ａ、短径ｂ、周囲長Ｌ、円相当径ｄの測定手段は、特に限定するものではないが、合金粉末のＳＥＭ画像の画像から、粒子を抽出し、抽出した粒子の輪郭形状を市販の画像解析ソフトウェアにて解析することができる。

好ましくは、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件を満たす合金粉末が４０％以上含まれる。

また、組成は、２７．５質量％以上３６．０質量％以下のＲ（Ｒは希土類元素のうちの少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒのうちの少なくとも１種を必ず含む）、０．８５質量％以上１．０５質量％以下のＢ（ホウ素）、０．１質量％以上２．５質量％以下の元素Ｍ（Ｍは、Ａｌ、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）、残部Ｔ（ＴはＦｅを主成分とする遷移元素であり、具体的にはＦｅまたはＦｅとＣｏ）を含む。Ｍは好ましくは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂからなる群から選択された少なくとも１種である。

Ｒの濃度が２７．５質量％未満であると、焼結過程において液相生成が困難となる。一方、Ｒの濃度が３６．０質量％を超えると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁化が際立って低下する。Ｒの濃度は、好ましくは２８．５質量％以上３３．０質量％以下である。

Ｂの濃度が０．８５質量％未満であると軟磁性相が生成しＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力を低下させる可能性がある。一方、Ｂの濃度が１．０５質量％を超えると、非磁性相が生成し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁化が低下する。Ｂの濃度は、好ましくは、０．９０質量％以上１．０５質量％以下である。

元素Mは、磁化の大きな低下を招かない０．１質量％以上２．５質量％以下の範囲にする。元素Mの範囲は、好ましくは０．１重量％以上１．５重量％以下、さらに好ましくは０．２５重量％以上０．９重量％以下である。

Ｔは、残部である。ＴはＦｅを主成分とする遷移元素であって、Ｃｏを含んでもよい。ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏであり、ＦｅとＣｏとの合計のうちＦｅが５０原子％以上を占める。

不可避不純物としては、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓ、Ｐ等がある。いずれも、磁石の高性能化のためには工業的に可能な範囲で含有量を少なく抑えることが好ましい。

[Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石]
本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を外部磁界により配向し、焼結することで得られる。

[Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の製造方法]
本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、合金粉末を粉砕装置の粉砕槽内にて旋回させつつ、合金粉末同士を磨砕により微粉砕し、２７．５質量％以上３６．０質量％以下のＲ（Ｒは希土類元素のうちの少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒのうちの少なくとも１種を必ず含む）、０．８５質量％以上１．０５質量％以下のＢ（ホウ素）、０．１質量％以上２．５質量％以下の元素Ｍ（Ｍは、Ａｌ、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）、残部Ｔ（ＴはＦｅを主成分とする遷移元素であり、具体的にはＦｅまたはＦｅとＣｏ）を含むＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を得る工程により作製される。上記の微粉砕する工程において、粉砕槽に導入する粉砕ガスがゲージ圧で０．６５ＭＰａ以上のときには８分以上、また、０．７５ＭＰａ以上のときには５分以上、合金粉末を粉砕層内に滞留させる。

この結果、本発明の実施形態において得られるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、角の少ない形状になりやすい。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、角が少ない形状を有していることで、立体障害が低減され、磁界中成形工程で合金粉末が回転しやすくなるため配向度が向上する。その結果、この合金粉末を用いて作製したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の残留磁束密度Ｂ_rが向上する。

以下、図面を参照しながら本発明のより詳細な実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定するものではない。

［母合金］
母合金はインゴット法、ストリップキャスト法のいずれによって作製されてもよいが、急冷法であるストリップキャスト法にて作製することが好ましい。これにより、鋳造組織にα-Ｆｅが残存せず、容易に粉砕することができる。母合金の組成は、得られるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の組成が所定の組成となるよう途中工程における各元素の減少分を考慮して適宜決めればよい。

［粉砕］
粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程との２段階の粉砕工程が含まれる。

まず、粗粉砕工程について説明する。母合金の粗粉砕は、機械的な粉砕法、または水素粉砕法によって行うことができる。

これらのうち、水素脆化現象を利用した水素粉砕法によって、母合金を粗粉砕することが好ましい。この方法は水素吸蔵に伴う母合金の脆化現象と体積膨張現象とを利用して、母合金に微細なクラックを生じさせ、母合金を粉砕するものである。水素粉砕法によれば、粒界で割れる確率が高くなるので好ましい。粒界で割れる確率が高くなると、粒子内に含まれる主相結晶（２−１４−１化合物）が１個となり、容易磁化方向が１方向となるため、磁界配向が容易となりＢ_rが向上する。

水素粉砕法は、例えば、常温で加圧水素に一定時間暴露することで行う。次に、温度を上昇して過剰な水素を放出させた後、冷却する。水素脆化後の合金粉末は、多数のクラックを内在し、比表面積が大幅に増大している。このため、非常に活性であり、大気中の取り扱いでは酸素量の増大が著しくなるので、Ｎ₂、Ａｒなどの不活性ガス中で取り扱うことが望ましい。粗粉砕工程によって得られる合金粉末の粒度は、例えば５００μｍ以下である。

なお、粗粉砕工程の後、後述の微粉砕工程の前に、例えば、ふるいなどを用いて粒度を特定範囲以下としてもよい。

次に行う微粉砕工程では、粗粉砕後の合金粉末同士を粉砕装置の粉砕槽内にて旋回させつつ、磨砕により、微粉砕する。

例として、旋回流式粉砕装置を用いた微粉砕工程を以下に説明する。

旋回流式粉砕装置を用いた気流粉砕方式では、粉砕装置に設けた粉砕槽の内部に、高圧の粉砕ガスを導入する。これによって、粉砕槽の内部で高速で旋回するガスの流れを発生させ、このガスの流れによって合金粉末を粉砕槽内で旋回させる。旋回流式粉砕装置を用いた粉砕方式により、旋回中、磨砕によって、角の少ない合金粉末が形成される。粉砕ガスには、一般にＮ₂ガスを用いるが、ＨｅやＡｒガスなどの希ガスを用いてもよい。

本明細書において、旋回流式粉砕装置とは、一般にジェットミルと称される気流式粉砕機のうち、主に旋回力によって粉砕する方式、より具体的には磨砕効果が得られるものを広く含むものとする。

滞留時間は、粗粉砕粉供給ノズルからの供給開始から回収容器（不図示）に合金粉末が確認されるまでの時間で定義している。

粉砕槽に導入するガス圧力は、ゲージ圧（大気圧との差）を表している。

粉砕ガスの圧力は、ゲージ圧で０．７５ＭＰａ以上に設定するのが好ましい。より好ましくは０．７５ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下であり、さらに好ましくは０．７５ＭＰａ以上０．９５ＭＰａ以下である。

滞留時間は、５分以上が好ましい。より好ましくは５分以上１０分以下であり、さらに好ましくは６分以上１０分以下である。本実施形態では、滞留時間を延ばすために、例えば、供給量を従来よりも少なくする方法を採ることができる。

粉砕槽内の合金粉末を０．７５ＭＰａ以上の粉砕ガスを噴射してできた旋回流中に５分以上滞留させることにより、全体的に角のとれた合金粉末が得られる。

この微粉砕工程後に回収される合金粉末の粒径は、例えば、Ｄ５０（気流分散型レーザー回折法により得られる粉末粒径であり、体積基準中心値）で１．０μｍ以上５．５μｍ以下である。また、本実施形態において磁気特性をより向上させるためには、粒径はＤ５０で２．５μｍ以上５．０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２．５１μｍ以上４．６３μｍ以下である。

以下、本実施形態で用いられる旋回流式粉砕装置の詳細を説明する。

図２（ａ）は、旋回流式粉砕装置１を示す模式図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＺ―Ｚ´線で切断した断面を示す。旋回流式粉砕装置１は、その内部で旋回する粉砕ガスおよび粉砕粉を収容する粉砕槽２Ａを備える。ここでは、粉砕槽２Ａは、ハウジング２によって囲まれた空間である。

ハウジング２に粉砕槽２Ａに連通する複数の粉砕ガス導入ノズル５が取り付けられている。粉砕ガス導入ノズル５は、それぞれ噴射口を粉砕槽２Ａの内部へ向けて（但し、中心から外れた方向へ向けて）固定設置されている。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、粉砕ガス導入ノズル５のうちの１つに、粗粉砕された合金粉末を粉砕槽内に供給するための粗粉砕粉供給口３が設置されている。この粗粉砕粉供給口３より、ホッパー状の粗粉砕粉供給部４から供給された合金粉末が、粉砕ガス導入ノズル５から噴射される高速の粉砕ガスとともに粉砕槽２Ａ内に噴射・導入される。

粉砕ガス導入ノズル５には、それぞれ、不図示の高圧気体供給装置から送気チューブを介して高圧のガス（粉砕ガス）が送り込まれる。

本実施形態において、上記の高圧気体供給装置は、粉砕槽２Ａに供給する粉砕ガスの圧力をゲージ圧で０．７５ＭＰａ以上にできるように構成されている。

粉砕槽２Ａの内部に導入された合金粉末は、内側壁に沿って配設した複数の粉砕ガス導入ノズル５から噴出したガスによって生成される高速旋回流１８に巻き込まれ、粉砕槽２Ａ内を旋回する。このとき、磨砕によって、合金粉末が粉砕される。

旋回流式粉砕装置１の粉砕槽２Ａ内に所定時間滞留することで、角の少ないＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末が作製される。

そして、粉砕によって得られたＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、粉砕槽内の滞留量が一定以上になると、粉砕槽２Ａの中央部の上方に位置する微粉砕粉排出口６から取り出される。

図２（ａ）および（ｂ）に示す構成では、粉砕槽２Ａ内に滞留することができる合金粉末の量は装置毎、運転条件毎に決まっている。その量を超える合金粉末が粉砕槽２Ａ内に導入されると、導入した分に相当する合金粉末が槽外に排出される。このため、粉砕槽２Ａへの導入量を調整することで、粉砕槽内における粉末の滞留時間を調整することができる。

[Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法]
［外部磁界による主相結晶の配向］
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を外部磁界により配向する。

ここで、外部磁界により配向するとは、磁界印加コイルを有する金型プレスにて行ってもよいし、充填容器に高密度に粉末を充填した後、外部磁界により前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の主相結晶を配向することもできる。また充填容器中で磁界配向した後、静水圧プレスにより成形することもできる。

また、印加される磁界は、静磁界でもパルス磁界でもよい。

[成形]
金型プレスを用いる場合、成形体の密度は例えば３．７ｇ／ｃｍ³以上４．７ｇ／ｃｍ³以下に設定される。この範囲に調整すると、成形体の強度を保ちつつ、配向度を高くしやすい。３．７ｇ／ｃｍ³未満であると、配向度が高まるが、金型プレスにて成形を行った場合、強度が不足し、成形体取扱い時に割れてしまう恐れがある。４．７ｇ／ｃｍ³を超えると、成形体強度は高くなるが、磁界成形時の粒子の動きが抑えられ、配向度が低下することがある。

金型プレス又は静水圧プレスにて上記のＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の成形体を作製する際、炭素の取り込みを抑制するために、潤滑剤等の使用を最小限にとどめることが望ましい。焼結工程（またはその前の工程）において、脱脂可能とするために、揮発性の高い潤滑剤が選択される。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末であれば、潤滑剤の使用量を減らしても、さらに潤滑剤を用いない場合であっても、高い配向が得られる。

金型プレス又は静水圧プレスにおいて、成形時に加える圧力は、特に限定するものではないが、例えば、９．８ＭＰａ以上、より好ましくは１９．６ＭＰａ以上であり、２４５ＭＰａ以下、より好ましくは１４７ＭＰａ以下である。

[焼結]
焼結工程は、真空中または大気圧以下の不活性ガス雰囲気に保たれた焼結炉内で行うのが好ましい。ここでの不活性ガスとは、ＡｒまたはＨｅガスを指す。大気圧以下の不活性ガス雰囲気を保持する方法は、真空ポンプによる真空排気を行いつつ、不活性ガスを少量焼結炉内に導入する方法が好ましい。この場合、真空排気を間歇的に行ってもよく、不活性ガスの導入を間歇的に行ってもよい。また真空排気と導入の双方とも間歇的に行うこともできる。

焼結は通常、成形体を９５０℃から１１００℃の温度範囲で３０分から１６時間保持することで行う。同じ温度または異なる温度で、複数回に分けて焼結を行ってもよい。焼結後の冷却の条件は、以下の熱処理を含め、得られる磁石の保磁力の値が目標値となるよう、適宜条件を組み合わせることができる。

前述した焼結方法以外に、外部から圧力を加えながら加温するホットプレス、成形体に対してジュール熱により加熱する通電焼結など、粉末冶金法で用いられるあらゆる焼結手段も適用できる。これらの手法を用いる場合は、焼結温度、時間は前記の限りでない。

焼結後、焼結体としての磁石の密度が７．３ｇ／ｃｍ³以上となることが好ましい。より好ましくは７．５ｇ／ｃｍ³以上である。

［熱処理］
保磁力を高めることを目的に、焼結終了後、焼結温度以下で熱処理を行うことができる。また、この熱処理を、同じ温度または温度を変えて複数回行ってもよい。熱処理の際の冷却条件として、種々の条件を選択できる。

なお、焼結後の状態で充分な保磁力を得ている場合は、あえて熱処理を行う必要はない。

［加工］
焼結体として得られた磁石が最終製品に近い形状を有している場合もあるが、そうでない場合もあり、一般的には切断、研削、研磨等の機械加工により、焼結後のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を所定形状に仕上げる。なお、この加工は、焼結後であれば、熱処理の前でも後でも、または複数回の熱処理の中間に行ってもよい。

［表面処理］
防錆のため、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に表面コーティング処理を施すのが好ましい。表面コーティング処理の例としては、Ｎｉめっき、Ｓｎめっき、Ｚｎめっき、Ａｌ蒸着、Ａｌ合金蒸着、樹脂塗装などがある。

以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
純度９９．５％以上のＮｄ、電解鉄、低炭素フェロボロン合金を主原料とし、添加元素（ＣｏおよびＭ）は純金属またはＦｅとの合金の形で添加して、最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末および焼結磁石の組成が、Ｎｄ：３０．５、Ｂ：０．９４、Ｃｏ：０．９、Ｃｕ：０．１、Ａｌ：０．１、Ｇａ：０．１、Ｆｅ：残部[質量%]となるように溶解した合金溶湯をストリップキャスト法で急冷し、厚さ０．１〜０．３ｍｍの板状の合金を得た。

この合金を加圧可能な熱処理炉を用いて水素加圧雰囲気で保持した後、６００℃まで真空中で加熱し、冷却した。炉から取り出した後、ふるいにて粒度の調整を行い、粒度が４２５μｍ以下の合金粉末を得た。

次に、図２（ａ）および（ｂ）に示した旋回流式粉砕装置１を用いて、供給量、滞留時間を変え、微粉砕した粉砕条件および得られた粉末の粒径（D５０）を表１に示す。

本実施例で用いた装置の粉砕槽の容積は３１４ｃｍ³である。ここで、粉砕ガスは、酸素濃度を８０００ｐｐｍ以下に制御したＮ₂ガスである。粉砕ガス圧力は、粉砕槽に導入する粉砕ガスの圧力をゲージ圧で表した値である。

供給量は１分間に粉砕槽に投入する合金粉末の量である。滞留時間は、粗粉砕粉供給ノズルからの供給開始からサイクロン（不図示）を経て回収容器（不図示）内に合金粉末の存在が確認されるまでの所要時間で定義される。少量でも４分後に回収できた場合を４分、４分では回収できず６分で回収した場合を６分としている。

粉砕ガスの圧力が０．７５ＭＰａで滞留時間が６分であったサンプル１（実施例）の合金粉末の写真（ＳＥＭ画像）を図１（ａ）に示す。図１（ａ）に示すように、サンプル１の合金粉末の表面は角が少なく、全体に丸みのある形状であった。

一方、ガス圧が０．７５ＭＰａで滞留時間が４分であったサンプル２（比較例）の合金粉末の写真を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示すように、サンプル２の合金粉末はサンプル１に比べて角張っていることが確認できる。

実施例および比較例の粉末の形状を評価するために、合金粉末のＳＥＭ画像から２次元投影した粒子の輪郭形状を画像解析ソフトウェアであるＳＣＡＮＤＩＵＭ（オリンパス社製）にて解析し、長径／短径（ａ／ｂ）、周囲長／円相当径（Ｌ／ｄ）を算出した。

前記合金粉末から、任意に抽出された合金粉末のａ／ｂおよびＬ／ｄを表２に示す。実施例であるサンプル１（粒子ａからm）の合金粉末は、ＳＥＭ画像から各粒子を２次元投影した輪郭形状が、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件式を満たしていた。

表２の測定結果に対応する分布グラフ（散布図）を図３に示す。このグラフから、実施例の合金粉末が、ａ／ｂ、Ｌ／ｄが本発明の条件式を満たす上記図３の左下の領域にあることがわかる。

一方、比較例のサンプル２（粒子nからｖ）の合金粉末は条件式、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）を満たさず、上記図３の左下の領域には含まれていないことがわかる。

数学的に、形状が円の場合は、ａ／ｂは１、Ｌ／ｄはπとなる。

実施例の合金粉末（サンプル１）および比較例の合金粉末（サンプル２）にカプリル酸メチルを０．１６質量％混合した後、１．３６ＭＡ／ｍの磁界中で磁界印加方向と加圧方向とが直交する条件で、２５ＭＰａの成形圧にて、下記表３に示すサンプル１（実施例）、サンプル２（比較例）の成形体を作製した。

そして、サンプル１、２を、減圧Ａｒガス雰囲気で１０８０℃、４時間の条件で焼結した。さらに、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に真空雰囲気にて５００℃で２時間の熱処理を行い、その後冷却した。

これらのサンプルを、機械加工後、Ｂ−Ｈトレーサーにより室温での残留磁束密度Ｂ_rおよび保磁力Ｈ_cJを測定した。Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の配向度は、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の容易磁化方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向の残留磁束密度をＢ_rx、配向磁界方向に直交する２つの方向の残留磁束密度をＢ_ryおよびＢ_rzとして、（Ｂ_rx ²＋Ｂ_ry ²＋Ｂ_rz ²）^1/2に対するＢ_rxの比である３方向配向度（Ｂ_rx／（Ｂ_rx ²＋Ｂ_ry ²＋Ｂ_rz ²）^1/2）にて算出した値である。

また、表中の成形体密度、焼結体密度は、寸法および質量の測定結果から算出した値である。

表３に示すように、サンプル１（実施例）は、サンプル２（比較例）と同一組成であり、かつ成形体密度が高いにも関わらず、残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度の値が向上している。

サンプル１は角がない粉末であることにより、磁界中成形時に粒子が動きやすくなり、結果として高い配向度となり、Ｂ_rが向上したと考えられる。

（実施例２）
純度９９．５％以上のＮｄ、電解鉄、低炭素フェロボロン合金を主原料とし、添加元素（ＣｏおよびＭ）を純金属またはＦｅとの合金として添加して、最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末および焼結磁石の組成が、Ｎｄ：２９．１、Ｂ：０．９４、Ｃｏ：０．９、Ｃｕ：０．１、Ａｌ：０．１、Ｇａ：０．１、Ｆｅ：残部[質量％]となるように溶解した合金溶湯をストリップキャスト法で急冷し、厚さ０．１〜０．３ｍｍの板状の合金を得た。

この合金を加圧可能な熱処理炉を用いて水素加圧雰囲気で保持した後、６００℃まで真空中で加熱し、冷却した。炉から取り出した後、ふるいにて粒度の調整を行い、粒度が４２５μｍ以下の合金粉末を得た。

本実施例で用いた装置の粉砕槽の容積は３１４ｃｍ³である。ここで、粉砕ガスは、窒素ガスである。粉砕ガス圧力は、粉砕槽に導入する粉砕ガスの圧力をゲージ圧で表した値である。

図２（ａ）および（ｂ）に示した旋回流式粉砕装置１を用いて、供給量、滞留時間を変え、微粉砕した粉砕条件および得られた粉末の粒径（D５０）を表４に示す。

表４に示すサンプル３〜１２について、粉砕した粉末を酸化させた後、サンプル毎に無作為に抽出した１０個の合金粉末から、２次元投影した粒子の輪郭形状を市販の解析ソフトにて評価し、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件式を満たすか評価し、条件式を満たした合金粉末の割合を記載した。

上記表４に示すように、サンプル５は、条件式を満たす合金粉末が２０％含まれ、サンプル１３は条件式を満たす合金粉末が４０％含まれていた。ここで、「条件を満たす合金粉末の割合」は、測定した粉末の全体個数に対する、条件を満たす粉末の個数（すなわち個数比率）によって求められる。

サンプル７から９、１１、１４は条件式を満たす合金粉末が１００％含まれていた。

磁気特性を測定するために、微粉砕工程後、サンプル３から１４の合金粉末を油を用いてスラリーをつくり、１．３６ＭＡ／ｍの磁界中で磁界印加方向と加圧方向とは直交した条件で、２５ＭＰａの成形圧にて、成形体を作製した。

そして、表５に示すようにサンプル３から１４を、減圧Ａｒガス雰囲気で１０８０℃、４時間の条件で焼結した。さらに、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に真空雰囲気にて５００℃で２時間の熱処理を行い、その後冷却した。

これらのサンプルを、機械加工後、Ｂ−Ｈトレーサーにより室温での残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度を測定した。配向度は、実施例１と同じく３方向配向度にて算出した。

上記表４および表５に示すように、ゲージ圧が０．６５ＭＰａであるサンプル３、４では滞留時間が4分の場合と６分の場合とで残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度にほとんど違いはなかった。滞留時間が８分であるサンプル５では残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上した。

ゲージ圧が０．７５ＭＰａであるサンプル６から９を比べると、滞留時間が６分以上になると、残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上した。

ゲージ圧が０．８５ＭＰａであるサンプル１０、１１を比べると、滞留時間が４分のサンプル１０に比べて、滞留時間が６分のサンプル１１の方が、残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が優れていた。

ゲージ圧が０．９５ＭＰａであるサンプル１２から１４を比べると、滞留時間が５分以上になると、残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上した。サンプル１３よりＬ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件式を満たす粉末の割合（個数）が４０％以上になると、残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が特に優れた値となることがわかった。

なお、上記にはジェットミルを用いて粉砕工程を行う場合において、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）を満たす粉末が２０％以上含まれる合金粉末が得られるときに残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上する例を示したが、他の方法によって同様の合金粉末を得ても良い。

（実施例３）
純度９９．５％以上のＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、電解鉄、低炭素フェロボロン合金を主原料とし、添加元素Ｍを純金属またはＦｅとの合金として添加して、最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末および焼結磁石の組成が、Ｎｄ：２２．８、Ｐｒ：７．６、Ｄｙ：１．０、Ｔｂ：１．０、Ｂ：１．０５、Ｃｕ：０．１、Ａｌ：０．３、Ｎｂ：０．５、Ｆｅ：残部[質量％]となるように溶解した合金溶湯をストリップキャスト法で急冷し、厚さ０．１〜０．３ｍｍの板状の合金を得た。

この合金を加圧可能な熱処理炉を用いて水素加圧雰囲気で保持した後、６６０℃まで真空中で加熱し、冷却した。炉から取り出した後、ふるいにて粒度の調整を行い、粒度が４２５μｍ以下の合金粉末を得た。

本実施例で用いた装置の粉砕槽の容積は３１４ｃｍ³である。ここで、粉砕ガスは、酸素濃度を８０００ｐｐｍ以下に制御した窒素ガスである。粉砕ガス圧力は、粉砕槽に導入する粉砕ガスの圧力をゲージ圧で表した値である。

図２（ａ）および（ｂ）に示した旋回流式粉砕装置１を用いて、供給量、滞留時間を変え、微粉砕した粉砕条件および得られた粉末の粒径を表６に示す。

表６に示すサンプル１５、１６について、粉砕した粉末を酸化させた後、サンプル毎に無作為に抽出した１０個の合金粉末から、２次元投影した粒子の輪郭形状を市販の解析ソフトにて評価し、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件式を満たすか評価し、条件式を満たした合金粉末の割合を記載した。

上記表6に示すように、サンプル１６には条件式を満たす合金粉末が１００％含まれていた。一方、サンプル１５には、条件式を満たす合金粉末が含まれていなかった。

磁気特性を測定するため、微粉砕工程後、サンプル１５、１６の合金粉末を油を用いてスラリーをつくり、１．３６ＭＡ／ｍの磁界中で磁界印加方向と加圧方向とが直交する条件で、２５ＭＰａの成形圧にて、成形体を作製した。

そして、サンプル１５、１６を、減圧Ａｒガス雰囲気で１０８０℃、４時間の条件で焼結した。さらに、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に真空雰囲気にて５００℃で２時間の熱処理を行い、その後冷却した。

これらのサンプルを、機械加工後、Ｂ−Ｈトレーサーにより室温での残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度を測定した。配向度は、実施例１と同じく３方向配向度にて算出した。

上記表6および表7に示すように、ゲージ圧が０．６５ＭＰａであるサンプル１５と、ゲージ圧が０．７５ＭＰａであるサンプル１６を比べると、実施例であるサンプル１６は、同じ組成であるサンプル１５と比べ残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上した。

（実施例４）
純度９９．５％以上のＮｄ、Ｐｒ、電解鉄、低炭素フェロボロン合金を主原料とし、添加元素（ＣｏおよびＭ）を純金属またはＦｅとの合金として添加して、最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末および焼結磁石の組成が、Ｎｄ：２１．９、Ｐｒ：７．３、Ｂ：０．９４、Ｃｏ：２．０、Ｃｕ：０．１、Ａｌ：０．０５、Ｇａ：０．１、Ｆｅ：残部[質量％]となるように溶解した合金溶湯をストリップキャスト法で急冷し、厚さ０．１〜０．３ｍｍの板状の合金を得た。

この合金を加圧可能な熱処理炉を用いて水素加圧雰囲気で保持した後、５８０℃まで真空中で加熱し、冷却した。炉から取り出した後、ふるいにて粒度の調整を行い、粒度が４２５μｍ以下の合金粉末を得た。

本実施例で用いた装置の粉砕槽の容積は６２８ｃｍ³である。ここで、粉砕ガスは、ヘリウムガスである。粉砕ガス圧力は、粉砕槽に導入する粉砕ガスの圧力をゲージ圧で表した値である。

図２（ａ）および（ｂ）に示した旋回流式粉砕装置１を用いて、供給量、滞留時間を変え、微粉砕した粉砕条件および得られた粉末の粒径を表８に示す。

表８に示すサンプル１７、１８について、粉砕した粉末を酸化させた後、サンプル毎に無作為に抽出した１０個の合金粉末から、２次元投影した粒子の輪郭形状を市販の解析ソフトにて評価し、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件式を満たすか評価し、条件式を満たした合金粉末の割合を記載した。

上記表８に示すように、サンプル１８には条件式を満たす合金粉末が１００％含まれていた。一方、サンプル１７には、条件式を満たす合金粉末が含まれていなかった。

磁気特性を測定するため、微粉砕工程後、サンプル１７および１８の合金粉末を油を用いてスラリーをつくり、１．３６ＭＡ／ｍの磁界中で磁界印加方向と加圧方向とが直交する条件で、１５ＭＰａの成形圧にて、成形体を作製した。

そして、サンプル１７、１８を、減圧Ａｒガス雰囲気で１０４０℃、４時間の条件で焼結した。さらに、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に真空雰囲気にて５００℃で２時間の熱処理を行い、その後冷却した。

これらのサンプルを、機械加工後、Ｂ−Ｈトレーサーにより室温での残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度を測定した。配向度は、実施例１と同じく３方向配向度にて算出した。

上記表８および表９に示すように、ゲージ圧が０．６５ＭＰａであるサンプル１７と、ゲージ圧が０．８５ＭＰａであるサンプル１８を比べると、実施例であるサンプル１８は、同じ組成であるサンプル１７と比べ残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上した。

（実施例５）
純度９９．５％以上のＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂ、電解鉄、低炭素フェロボロン合金を主原料とし、添加元素（ＣｏおよびＭ）を純金属またはＦｅとの合金として添加して、最終的にＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末および焼結磁石の組成が、Ｎｄ：２２．５、Ｐｒ：７．５、Ｄｙ：０．１、Ｔｂ：０．１、Ｂ：０．９０、Ｃｏ：０．９、Ｃｕ：０．１５、Ａｌ：０．１、Ｇａ：０．５、Ｚｒ：０．１、Ｆｅ：残部[質量％]となるように溶解した合金溶湯をストリップキャスト法で急冷し、厚さ０．１〜０．３ｍｍの板状の合金を得た。

この合金を加圧可能な熱処理炉を用いて水素加圧雰囲気で保持した後、５５０℃まで真空中で加熱し、冷却した。炉から取り出した後、ふるいにて粒度の調整を行い、粒度が４２５μｍ以下の合金粉末を得た。

本実施例で用いた装置の粉砕槽の容積は３１４ｃｍ³である。ここで、粉砕ガスは、アルゴンガスである。粉砕ガス圧力は、粉砕槽に導入する粉砕ガスの圧力をゲージ圧で表した値である。

図２（ａ）および（ｂ）に示した旋回流式粉砕装置１を用いて、供給量、滞留時間を変え、微粉砕した粉砕条件および得られた粒径を表１０に示す。

表１０に示すサンプル１９、２０について、粉砕した粉末を酸化させた後、サンプル毎に無作為に抽出した１０個の合金粉末から、２次元投影した粒子の輪郭形状を市販の解析ソフトにて評価し、Ｌ／ｄ≦５．３９−１．０７（ａ／ｂ）の条件式を満たすか評価し、条件式を満たした合金粉末の割合を記載した。

上記表１０に示すように、サンプル２０は条件式を満たす合金粉末が１００％含まれていた。一方、サンプル１９には、条件式を満たす合金粉末が含まれていなかった。

磁気特性を測定するため、微粉砕工程後、サンプル１９、２０の合金粉末を油を用いてスラリーをつくり、１．３６ＭＡ／ｍの磁界中で磁界印加方向と加圧方向とが直交する条件で、２５ＭＰａの成形圧にて、成形体を作製した。

そして、サンプル１９、２０を、減圧Ａｒガス雰囲気で１０６０℃、４時間の条件で焼結した。さらに、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に真空雰囲気にて５００℃で２時間の熱処理を行い、その後冷却した。

これらのサンプルを、機械加工後、これらのサンプルを、機械加工後、Ｂ−Ｈトレーサーにより室温での残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度を測定した。配向度は、実施例１と同じく３方向配向度にて算出した。

上記表１０および表１１に示すように、ゲージ圧が０．６５ＭＰａであるサンプル１９と、ゲージ圧が０．７５ＭＰａであるサンプル２０を比べると、実施例であるサンプル２０は、同じ組成であるサンプル１９と比べ残留磁束密度Ｂ_r、保磁力Ｈ_cJおよび配向度が向上した。

なお、本発明の実施例では、粉砕槽の容積が３１４ｃｍ³、６２８ｃｍ³の２つを挙げたが、容積の大きさに応じて合金粉末の滞留時間が本発明の範囲になるように供給量を適宜調整すればよく、容積の大きさに限定されない。

本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の作製に好適に用いられる。

１ 旋回流式粉砕装置
２ ハウジング
２Ａ 粉砕槽
３ 粗粉砕粉供給口
４ 粗粉砕粉供給部
５ 粉砕ガス導入ノズル
６ 微粉砕粉排出口
１８ 高速旋回流

Claims (3)

1. ２７．５質量％以上３６．０質量％以下のＲ（Ｒは希土類元素のうちの少なくとも１種でありＮｄおよびＰｒのうちの少なくとも１種を必ず含む）、０．８５質量％以上１．０５質量％以下のＢ（ホウ素）、０．１質量％以上２．５質量％以下の元素Ｍ（Ｍは、Ａｌ、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）、残部Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ）を含む合金粉末を用意する工程と、
   前記合金粉末と粉砕ガスとを粉砕槽に導入して前記合金粉末を粉砕する工程であって、前記粉砕槽内で前記粉砕ガスの流れによって前記合金粉末を旋回させて磨砕することによって粉砕する工程と
   を包含し、
   前記粉砕する工程は、前記粉砕槽に導入する前記粉砕ガスのゲージ圧が０．６５ＭＰａ以上かつ前記粉砕槽内における前記合金粉末の滞留時間が８分以上の条件を満たすか、または、前記粉砕ガスのゲージ圧が０．７５ＭＰａ以上かつ前記滞留時間が５分以上の条件を満たすように行われる、Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末の製造方法。
2. 前記粉砕する工程は、前記粉砕ガスのゲージ圧が０．７５ＭＰａ以上かつ前記滞留時間が５分以上の条件を満たすように行われる、請求項１に記載の製造方法。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の方法によってＲ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を得る工程と、
   前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系合金粉末を外部磁界により配向し、焼結する工程と
   を包含する、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。

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