JP6939639B2 - 希土類磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、希土類磁石の製造方法に関する。

希土類磁石は、モータ又はアクチュエーター等の部品であり、例えば、ハードディスクドライブ、ハイブリッド自動車、電気自動車、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）、スマートフォン、デジタルカメラ、薄型ＴＶ、スキャナー、エアコン、ヒートポンプ、冷蔵庫、掃除機、洗濯乾燥機、エレベーター及び風力発電機等の様々な分野で利用されている。これらの多様な用途に応じて、希土類磁石に要求される寸法及び形状は異なる。したがって、多品種の希土類磁石を効率的に製造するためには、希土類磁石の寸法及び形状を容易に変更することが可能な成形方法が望まれる。

特許文献１には、ダイ内のキャビティに充填した希土類磁石の粉末層に対して、下から上に向かう衝撃を付与した後、ダイのキャビティから取り出した粉末層を焼結する方法が開示されている。

特許文献２には、希土類磁石の粉末をダイのキャビティ内に供給した後に、ダイに対して水平又は垂直に振動を加えることが開示されている。

ＷＯ２０１６／０４７５９３号公報 特開昭６１−２２７１０２号広報

ところで、希土類磁石の中には角部又は突出部（以下、角部又は突出部を合わせて角部等と呼ぶことがある。）を有する形状を有するものがある。このような磁石を製造する場合には、角部等を有するキャビティ内に希土類磁石の粉末を供給する。ところが、角部等を有するキャビティ内に希土類磁石粉末を供給して粉末層を形成し、その後、ダイに対して粉末層に振動や衝撃の付与などをしても、キャビティの角部等に希土類磁石粉末が十分に充填されず、粉末層の焼結により得られる焼結磁石の角部等に欠けなどの不良が生じてしまうことがあった。この傾向は、角部が鋭角になる、あるいは、突出部の最小幅が狭くなるとより顕著となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので有り、角部又は突出部を有する形状であっても、焼結磁石の欠けを抑制できる、希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる希土類磁石の製造方法は、希土類合金粉末をダイのキャビティ内に充填して粉末層を得る工程、前記ダイ内の前記粉末層に振動を与える工程、及び、前記振動を与えた後に、前記粉末層を焼結する工程を備える。そして、前記キャビティは上から見て少なくとも一つの角部又は突出部を有し、前記振動の方向と水平方向とのなす角をθとし、前記振動の加速度をａとしたときに、式（１）及び式（２）を満たす。
１０°≦θ≦８０° （１）
１．０Ｇ≦ａ≦２４Ｇ （２）

これによれば、キャビティの角部又は突出部への希土類合金粉末の充填性が高くなる。

ここで、前記振動を与えた後、前記焼結する前に、前記ダイ内において前記粉末層を０．０４９〜２０ＭＰａの圧力でプレスする工程をさらに備えることができる。

これによれば、プレスにより粉末層の形状を維持しやすくなり、ダイから取り出した状態で粉末層を焼結することが容易となる。ダイから取り出して焼結すると、ダイと磁石との反応や、熱によるダイの損傷などが抑制される。

この場合、さらに、前記振動を与えた後、前記プレスする前に、前記ダイに下から上に向かって衝撃を与える工程を更に備えることができる。

通常、ダイ内のプレスでは粉末層の上側が主として圧密されるが、その前に下から上に向かって衝撃を与えると粉末層の下部を別途圧密できるため、プレス後の粉末層の密度分布の均一性が向上する。

一方、前記振動を与えた後、前記焼結する前に、前記粉末層の上にパンチを載せた状態で、前記ダイに下から上に向かって衝撃を与える工程を備えることもできる。これによっても、粉末が圧縮されて粉末層の形状を維持しやすくなり、ダイから取り出した状態で粉末層を焼結することが容易となる。

また、前記希土類合金粉末は顆粒であることができる。顆粒であると、流動性が向上して、角部等への充填性がさらによくなる。

前記キャビティの角部は鋭角であることができる。また、前記突出部の最小幅は５ｍｍ以下であることができる。これらの場合特に効果が高い。

本発明によれば、角部又は突出部を有する形状であっても焼結磁石の欠けを抑制できる希土類磁石の製造方法が提供される。

図１の（ａ）は本発明の一実施形態にかかるダイ１０の断面図、図１の（ｂ）はダイ１０の上面図である。 図２の（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態にかかるキャビティの上面図である。 図３は、それぞれ本発明の他の実施形態にかかるキャビティの上面図である。 図４の（ａ）は加振機の側面図であり、図３の（ｂ）は加振機の上面図である。 図５の（ａ）及び（ｂ）は、ダイ内の粉末層をタッピング装置ＴＰで下から上にタッピングする状態を示す概略構成図である。 図６の（ａ）〜（ｃ）はダイ内の粉末層をパンチで圧縮し、その後、キャビティから粉末層を取り出す工程を示す概略断面図である。 図７の（ａ）〜（ｄ）は、ダイ内の粉末層をパンチで圧縮し、その後、キャビティから粉末層を取り出す工程を示す概略断面図である。 図８は、実施例で使用したダイのキャビティの上面図である。

図面を参照して、希土類磁石の製造方法の好適な実施形態について説明する。

（希土類合金粉末の調製工程）
まず、希土類合金粉末を用意する。希土類合金とは希土類元素を含む合金である。

希土類元素の例は、長周期型周期表の３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイドからなる群より選ばれる１種以上の元素を含む。ここで、ランタノイドは、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）を含む。

希土類合金の具体例は、Ｓｍ−Ｃｏ系合金、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金である。これらのなかでも、ＳｍＣｏ_５やＳｍ_２Ｃｏ_１７で表されるＳｍ−Ｃｏ系合金、又は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂで表されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金が好ましい。

希土類合金がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金である場合、合金中の希土類元素の含有割合は、好ましくは８〜４０質量％であり、より好ましくは１５〜３５質量％である。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金中のＦｅの含有割合は、好ましくは４２〜９０質量％であり、より好ましくは６０〜８０質量％である。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金中のＢの含有割合は、好ましくは０．５〜５質量％である。また、Ｆｅの一部をコバルト（Ｃｏ）で置換してもよい。また、Ｂの一部を炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）及び銅（Ｃｕ）からなる群より選ばれる１種以上の元素で置換してもよい。

希土類合金は、保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）及び／又はハフニウム（Ｈｆ）等のうちの１種以上の元素を含んでいてもよい。

希土類合金は、不可避的不純物として、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）及び／又はカルシウム（Ｃａ）等を含んでいてもよい。

希土類合金粉末は、以下の手順で調製することができる。まず、希土類金属の構成元素を所望の比率で含む合金をスリップキャスト法などで鋳造し、希土類合金フレークを得る。次に、得られたフレークを、粗粉砕により、合金の粗粉を得る。粗粉砕では、例えば、水素を合金の粒界（Ｒリッチ相）に吸蔵させることより、合金を粉砕してよい。合金の粗粉砕では、ディスクミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル又はスタンプミル等の機械的な粉砕方法を用いてもよい。粗粉砕によって得られた粗粉の粒径は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下であってよい。続いて、必要に応じて潤滑剤を添加して、ジェットミル等を用いてさらに粒径０．５〜１０μｍ程度に微粉砕して希土類合金粉を得る。

潤滑剤の例は、パラフィンワックスなどの炭化水素；ステアリン酸及びステアリルアルコールなどの脂肪酸；オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ペンタデシル酸アミド、ミリスチン酸アミド、ラウリン酸アミド、カプリン酸アミド、ペラルゴン酸アミド、カプリル酸アミド、エナント酸アミド、カプロン酸アミド、バレリアン酸アミド及びブチル酸アミドなどの脂肪族アミド；ステアリン酸金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム）などの金属セッケン等の有機物である。潤滑剤は、粉末又は液体であることができる。希土類合金粉末中の有機物の濃度は０．０１〜１．０質量％とすることができる。

希土類粉末は、顆粒であっても良い。顆粒であると、流動性が高くなるため、焼結前の粉末層における密度のバラツキ及び焼結体の欠けをより抑制できる場合がある。

顆粒は、希土類粉末と顆粒形成剤とを用いて、公知の造粒法を適用すれば得ることができる。造粒法の例は、転動造粒、スプレー造粒、振動造粒等である。具体的には、特許４６６２０４６号公報に記載された方法を使用することができる。

顆粒形成剤の例は、炭化水素系化合物、アルコール系化合物、エーテル系（グリコールエーテル系を含む）化合物、エステル系（グリコールエステル系を含む）化合物、ケトン系化合物、脂肪酸系化合物、テルペン系化合物である。炭化水素系化合物としては、トルエン、キシレン、アルコール系化合物としては、ターピネオール、エタノール、エーテル系化合物としては、ブチルセロソルブ、セロソルブ、カルビトール、ブチルカルビトール、エステル系化合物としては、酢酸エチル、ケトン系化合物としては、アセトン（ジメチルケトン）、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン等が挙がられる。これら以外にも、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール等や、グリセリン等、他の有機液体を用いることも可能である。また、顆粒形成剤として、ポリマー等のバインダーを用いてもよい。

顆粒の粒径は、レーザー回折法による体積基準の粒度分布におけるＤ５０において、１００〜１０００μｍとすることができる。

（ダイのキャビティ内への希土類合金粉末の供給工程）
続いて、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、筒状部１０ａ、及び、平板状の底板部１０ｂを有するダイ１０を用意する。底板部１０ｂの上面上に筒状部１０ａが載置され、ダイ１０内にキャビティＶが形成されている。通常、底板部１０ｂの上面及び下面は水平に配置される。

ここで、キャビティＶは、図１の（ｂ）のように、上から見て角部ＡＣ１〜ＡＣ４を有する。角部ＡＣ１〜ＡＣ４は、例えば、面Ｆ及び面Ｄ間など、二つの面間に形成されて、外側に向かって突出する部分である。このような角部には粉が充填されにくい。

角部を構成する２つの面は両方とも平面であっても良く、一方が曲面で他方が平面であっても良く、両方が曲面であっても良い。

例えば、図１の（ｂ）では、キャビティＶは、対向する一対の平面Ｄ、Ｅと、対向する一対の曲面Ｆ、Ｇから形成されている。曲面Ｆ、Ｇはそれぞれ円弧（円筒面）の一部である。角部ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３、ＡＣ４は、それぞれ、曲面Ｆと平面Ｄとの間、曲面Ｆと平面Ｅとの間、平面Ｄと曲面Ｇとの間、及び、曲面Ｇと平面Ｅとの間に形成される。

図２の（ａ）では、キャビティＶは、対向する一対の平面Ｄ、Ｅと、平面Ｆ１〜Ｆ５と、平面Ｇ１〜Ｇ５とから形成されている。平面Ｆ１〜Ｆ５、平面Ｇ１〜Ｇ５は、それぞれ円筒面に沿う様に配置されている。角部ＡＣ１〜ＡＣ４は、それぞれ、平面Ｄと平面Ｆ５との間、平面Ｆ１と平面Ｅとの間、平面Ｄと平面Ｇ５との間、平面Ｇ１と平面Ｅとの間にそれぞれ形成される。

また、角部ＡＣを形成する２つの面が直接接続されず、Ｃ面取り形状のように平面を介して接続されてもよく、Ｒ面取りのように曲面を介して接続されてもよい。

例えば、図２の（ｂ）では、キャビティＶは、対向する一対の平面Ｄ、Ｅと、対向する２つの曲面Ｆ、Ｇと、平面Ｄ及び曲面Ｆ間を連結する接続平面Ｓ１と、平面Ｅ及び曲面Ｆ間を連結する接続平面Ｓ２とを有する。角部ＡＣ１〜ＡＣ４は、それぞれ、平面Ｄと曲面Ｆとの間、平面Ｅと曲面Ｆとの間、平面Ｄと曲面Ｇとの間、及び、平面Ｅと曲面Ｇとの間にそれぞれ形成される。

角部における粉の充填されにくさに関連して角部の角度を定めることができる。例えば、角部の角度は、上から見て、角部ＡＣを形成する２つの面上の接線同士のなす角のうちの最小の角度とすることができる。

例えば、図１の（ｂ）では、角部ＡＣ１、ＡＣ３の角度α１、α３は、平面Ｄと、曲面Ｆの先端ＡＣ’における接線Ｔ１とのなす角、及び、平面Ｄと、曲面Ｇの先端ＡＣ’における接線Ｔ２とのなす角となる。

また、図２の（ａ）では、角部ＡＣ１、ＡＣ３の角度α１，α３は、それぞれ、平面Ｄと平面Ｆ５とのなす角、及び、平面Ｄと平面Ｇ５とのなす角となる。

角部を構成する面が曲面である場合には、接線Ｔは各面上において最も角度αが大きくなる位置に引けば良い。

例えば、図２の（ｂ）では、角部ＡＣ１の角度α１は、平面Ｄと、曲面Ｆにおける接続平面Ｓ１との接続点における接線Ｔ１とのなす角度とすることができる。

角部ＡＣの角度は、９０°を超えていることもでき、９０°でもよく、図１の（ｂ）、図２の（ａ）及び（ｂ）のα１のように鋭角であることができる。鋭角の場合には粉体の充填性が悪くなりやすいので効果が高い。角部ＡＣの角度αが鋭角とは、αが９０°未満であることを意味する。当該角度αは７５°以下であることができる。

また、キャビティＶは、図３のように、上から見て外側に突出する突出部Ｐｒ１、Ｐｒ２を有してもよい。このキャビティＶは、対向する一対の平面Ｄ、Ｅと、対向する一対の曲面Ｆ、Ｇと、平面Ｄ及び曲面Ｆ間を連結する接続平面Ｓ１と、平面Ｅ及び曲面Ｆ間を連結する接続平面Ｓ２とを有する。曲面Ｆはそれぞれ円弧（円筒面）の一部であり、曲面Ｇは楕円（楕円筒面）の一部である。突出部Ｐｒ１は、曲面Ｆ、接続平面Ｓ１、及び平面Ｄにより形成され、突出部Ｐｒ２は、曲面Ｆ、接続平面Ｓ２、及び平面Ｅ間に形成される。本実施形態では、曲面Ｆと接続平面Ｓ１との接続点における、曲面Ｆの接線Ｔ１は、平面Ｄと平行となっている。突出部の態様は本実施形態に限定される物では無い。

突出部Ｐｒ１，Ｐｒ２の最小幅Ｗは、０．１〜５．０ｍｍであることができる。最小幅は、０．３〜３．０ｍｍであることもできる。

ダイ１０の材料は特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金などの軽量金属又は軽量合金、樹脂、炭素質材料、セラミックスから構成されていてもよい。また、ダイ１０は、例えば、鉄、ケイ素鋼、ステンレス、パーマロイ、モリブデン、タングステンからなる群より選ばれる少なくとも一種から構成されていてもよい。樹脂の例は、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの共重合体）、エチルセルロース、パラフィンワックス、スチレン・ブタジエン共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、アタクチック・ポリプロピレン、メタクリル酸共重合体、ポリアミド、ポリブテン、ポリビニルアルコール、シリコーン樹脂、フェノール樹脂及びポリエステル樹脂ならなる群より選ばれる一種又は複数種であってよい。

次に、ダイ１０のキャビティＶ内に希土類合金粉末を供給して粉末層５を形成する。図１の（ａ）に示すように、希土類合金粉末の安息角に応じて、キャビティＶ内の粉末層５の表面には山及び／又は谷ができる場合がある。

（キャビティ内の角部又は突出部への希土類合金粉末の充填工程）
続いて、図４の（ａ）に示すように、ダイ１０に対して、水平方向に対して角度θで傾斜した斜めの方向Ｐに沿う周期的な振動を与えて、キャビティＶ内の角部ＡＣ又は突出部Ｐｒに対する希土類合金粉末の充填性を高める。

角度θは、１０〜８０°であることが必要であり、３０°〜６０°であることが好適である。斜め方向Ｐに沿う振動の加速度ａは１．０Ｇ〜２４Ｇであることが必要であり、５〜２０Ｇであることが好適である。ここで、１Ｇの加速度とは、９．８０ｍ／ｓ^２である。また、振動の加速度ａとは、ダイの方向Ｐにおける移動速度の時間微分の最大値である。

方向Ｐに沿う振動の周波数は、１０〜１００Ｈｚとすることができる。

加振時間は特に限定されないが、例えば、１〜３０秒とすることができる。

具体的には、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイ１０を加振機ＶＲに乗せて、水平方向に対して角度θで傾斜した方向Ｐに沿う振動を与えることができる。

本実施形態の加振機ＶＲは、架台３０と、架台３０上にスプリング３２で支持された支持台３４と、支持台３４を振動させる振動発生器３６とを有する。支持台３４の上面は水平に配置されており、振動発生器３６は、振動の方向Ｐが水平に対してθだけ傾くように支持台３４に固定されている。振動発生器３６としては、一方向への振動を与えやすい観点から、空気などの流体で駆動するピストン式バイブレータが好適である。

ダイ１０を上から見て、振動の方向Ｐと、キャビティＶの角部ＡＣ又は突出部Ｐｒの向きとの関係に特に制限はない。例えば、振動の方向Ｐは、角部ＡＣ又は突出部Ｐｒの向く方向（例えば、角部ＡＣの角度の２等分線の方向、突出部Ｐｒの軸が先端から伸びる方向）に対して、垂直であっても良く、平行であっても良く、斜めであっても良い。

ダイ１０を方向Ｐに沿って水平に対して斜めに加振することにより、角部ＡＣ又は突出部Ｐｒに対する希土類合金粉末の充填性が高まる。また、表面の凹凸をならす効果もある。

（タッピングによる粉末層の下部の圧縮工程（任意））
次に、ダイに下から上に向かって衝撃を与えてキャビティＶ内の粉末層５の下部を選択的に圧縮することができる。具体的には、図５の（ａ）及び（ｂ）に示す、タッピング装置ＴＰでダイ１０に下から上に向かって衝撃を与えることができる。ダイ１０に衝撃を与える際に、キャビティＶ内の粉末層５の上面（粉面）にパンチを載せてもよいが、パンチを載せないことが好適である。パンチとは、キャビティＶ内の粉末層５の上面（粉面）に荷重を与えることのできる部材のことを言う。

タッピング装置ＴＰは、固定台（固定物）２４と、固定台２４に対して移動可能な可動部２０と、カム機構２２とを備える。可動部２０は、支持台２０ａ及び固定台２４に衝突可能な衝突棒２０ｂを有する。カム機構２２は、水平軸Ｘ周りに回転する回転体２２ａと、回転体２２ａに設けられた凸部２２ｂを有する。水平軸Ｘは、図５の（ａ）に示すように、回転体２２ａの回転に伴って凸部２２ｂが上昇するときに凸部２２ｂが可動部２０の支持台２０ａに下から接触して可動部２０を持ち上げ、図５の（ｂ）に示すように、回転体２２ａの回転に伴って凸部２２ｂが下降するときに凸部２２ｂが可動部２０の支持台２０ａから離れて、可動部２０を自由落下させ、衝突棒２０ｂの下端を固定台２４に衝突させる位置に設けられている。

回転体２２ａが回転するごとに、可動部２０の上昇及び自由落下が繰り返し行われ、可動部２０の衝突棒２０ｂが固定台２４と衝突する際に、ダイ１０に対して、下から上に向かう衝撃が与えられる。これにより、ダイ１０内の粉末層、特に粉末層の下側の部分が圧密されて層の高さが減少していく。

衝撃の加速度は２〜３０Ｇとすることができる。衝撃の加速度は、１０〜３０Ｇとすることが好適であり、１５〜２５Ｇとすることがより好適である。衝撃の振動加速度が高すぎると、キャビティ内の粉末層５の上部の粉末が舞い上がってしまうためか、密度のばらつきがやや大きくなる場合がある。加速度の定義は振動の加速度と同様である。

衝撃の頻度は１秒間に１〜５回とすることができる。

衝撃を与える回数の総数は例えば、１〜５０回とすることができる。

衝撃の付与は、粉末層５の層高が、衝撃付与前の６０％以下となるまで行うことが好適である。衝撃付与後の層高は、付与前の層高の４０％未満とならないようにすることが好適である。

（粉末層５のプレス工程（任意））
ダイから粉末層５を取り出して焼結する場合には、図６の（ａ）に示すように、ダイ１０内にパンチ１５を挿入して粉末層５をプレスして、粉末層５がダイから取り出しても自立できるように粉末層５に保形性を与えることが好適である。上述の様に、タッピングにより粉末層５の下部の圧縮を行った場合には、そのタッピング後にプレスをすることが好適である。なお、タッピングをした場合には、プレスをしなくても、ダイから粉末層５を分離できる場合がある。

プレス圧力は、低圧、すなわち、０．０４９〜２０ＭＰａとすることができる。プレス圧力とは、例えば、パンチの先端面が粉末層５に及ぼす圧力である。低圧成形であると、ダイ１０やパンチ１５の消耗が少なくて好ましい。したがって、樹脂製等のダイやパンチを使用することも可能となり、低コスト化が可能となる。また、パンチ１５に突起１５ａを設けてパンチ１５が圧縮後の高さを制限して、意図しない高圧でのプレスを予防することもできる。

（粉末層５中の希土類合金粉末の配向工程（任意））
粉末層５の焼結前に、粉末層５に対して磁場を印加する配向工程を行ってもよい。配向工程では、ダイ１０のキャビティＶ内に保持された粉末層５に磁場を印加して、粉末層５を構成する合金粉末をキャビティＶ内で磁場に沿って配向させる。磁場は、パルス磁場又は静磁場であってよい。プレスする場合には、プレス後に配向を行うことが好適である。
キャビティＶ内の粉末層５に印加する磁場の強度は、例えば、７９６ｋＡ／ｍ以上５１７３ｋＡ／ｍ以下（１０ｋＯｅ以上６５ｋＯｅ以下）であってよい。配向工程後、粉末層５を脱磁してもよい。パンチ中、すなわち、キャビティＶ内の粉末層５を加圧しながら、粉末層５に上述の磁場を印加して配向させてもよい。

（粉末層５のキャビティからの分離工程（任意））
粉末層５に対してプレスを行った場合には、ダイ１０のキャビティＶから粉末層５を取り出す分離工程を行うことができる。具体的には、たとえば、図６中の（ｂ）に示されるように、分離工程では、鉛直方向（Ｚ軸方向）におけるパンチ１５の位置を固定した状態で、筒状部１０ａを上へ移動させる。その結果、筒状部１０ａ内へ挿入されていたパンチ１５が筒状部１０ａを貫通して、パンチ１５の端面が粉末層５を筒状部１０ａの下方へ押し出す。つまり、筒状部１０ａ内に保持されていた粉末層５が、筒状部１０ａの下から抜き出される。続いて、図６中の（ｃ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５を上方へ移動させることにより、底板部１０ｂの上に載置された粉末層５が、キャビティＶから分離される。筒状部１０ａを複数の部材へ分解することにより、粉末層５をキャビティＶから分離してもよい。底板部１０ｂは加熱工程用トレイとして使用できる。

また、分離工程では、図７に示すようにしてキャビティＶから粉末層５を取り出してよい。まず、図７中の（ａ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５が粉末層５を保持した状態で、筒状部１０ａ及びパンチ１５を、粉末層５と共に、底板部１０ｂから分離する。粉末層５を底板部１０ｂから分離しても、粉末層５と筒状部１０ａとの摩擦、又は粉末層５のスプリングバックにより、粉末層５は筒状部１０ａの下方から抜け落ち難い。続いて、図７中の（ｂ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５に保持された粉末層５を、筒状部１０ａ及びパンチ１５と共に、加熱工程用トレイ４２の上に載置する。続いて、図７中の（ｃ）に示されるように、鉛直方向（Ｚ軸方向）におけるパンチ１５の位置を固定した状態で、筒状部１０ａを上へ移動させる。その結果、筒状部１０ａ内へ挿入されていたパンチ１５が筒状部１０ａを貫通して、パンチ１５の端面が粉末層５を筒状部１０ａから下方へ押し出す。つまり、キャビティＶ内に保持されていた粉末層５が、筒状部１０ａの下から抜き出される。続いて、図７中の（ｄ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５を上方へ移動させることにより、加熱工程用トレイ４２の上に載置された粉末層５が、筒状部１０ａ及びパンチ１５から分離する。
なお、図６及び図７において、キャビティＶ及びパンチ１５の軸は鉛直方向であるが、鉛直に対して４５°以内で傾斜していてもよい。

キャビティＶから分離された粉末層５の密度は、例えば、３．０〜４．４ｇ／ｃｍ^３、好ましくは３．２〜４．２ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは３．４〜４．０ｇ／ｃｍ^３に調整されていてよい。

（加熱による粉末層５の強度向上工程（任意））
続いて、ダイから分離された粉末層５の強度を高めてハンドリング性を上げるべく、粉末層５を加熱により熱処理して強度を高くすることができる。
加熱工程における粉末層５の温度は、２００〜４５０℃に調整することができる。加熱工程では、粉末層５の温度を２００〜４００℃、又は２００〜３５０℃に調整してもよい。

加熱工程では、粉末層５の温度が２００℃以上になると、粉末層５が固まり始めて、粉末層５の保形性／機械的強度が向上する。合金粉末に添加されている有機物（例えば、潤滑剤）が、加熱工程において炭素になり、合金粉末同士が炭素を介して結着される可能性がある。仮に加熱工程において粉末層５の温度が４５０℃を超えた場合、合金粉末を構成する金属の炭化物が生成したり、合金粉末同士が直接焼結したりする可能性がある。一方、粉末層５の温度が２００℃以上４５０℃以下に調整される場合、金属の炭化物は必ずしも生成せず、合金粒子同士は必ずしも直接焼結しない。

加熱工程において粉末層５の温度を２００℃以上４５０℃以下に維持する時間は、特に限定されず、粉末層５の寸法及び形状に応じて適宜調整すればよい。

加熱工程では、昇温時間短縮の観点から、赤外線を粉末層５へ照射する輻射により、粉末層５を加熱することができるが、加熱炉内の熱伝導又は対流により粉末層５を加熱してもよい。赤外線の波長は、例えば、０．７５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは０．７５μｍ以上３０μｍ以下であってよい。特に、近赤外線は比較的金属に吸収され易く、短時間で金属（合金粉末）を昇温し易い。また、遠赤外線は比較的有機物に吸収され易く、金属（合金粉末）によって反射され易い。したがって、遠赤外線を粉末層へ照射する場合、上述した有機物（例えば、潤滑剤）が選択的に加熱され易く、有機物に起因する上記のメカニズムによって粉末層が硬化し易い。

加熱工程では、粉末層５の酸化を抑制するために、不活性ガス又は真空中で粉末層５を加熱してよい。不活性ガスは、アルゴン等の希ガスであってよい。

加熱工程において、粉末層５の温度を２００℃以上４５０℃以下に調整した後、粉末層５を１００℃以下に冷却してよい。

加熱工程を経て粉末層５の強度が高くなると、低圧で成形した粉末層５でも、ロボットハンドなどで容易に掴むことができるようになり、後工程でのハンドリング性が向上する。
焼結前の粉末層の密度も３．０〜４．４ｇ／ｃｍ^３、好ましくは３．２〜４．２ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは３．４〜４．０ｇ／ｃｍ^３に調整されていてよい。

（粉末層５の焼結工程）
次に、粉末層５を焼結して焼結体を得る。焼結工程では、キャビティＶから取り出した粉末層５を焼結しても良く、キャビティＶから取り出さない状態でダイと共に粉末層５を焼結し、その後、焼結磁石をダイから取り出しても良い。

粉末層５の焼結は焼結用トレイの上で行うことができる。焼結用トレイの組成は、焼結時に粉末層と反応し難く、且つ粉末層を汚染する物質を生成し難い組成物であればよい。例えば、焼結用トレイは、モリブデン又はモリブデン合金から構成されていてよい。

焼結温度は、例えば９００℃以上１２００℃以下であればよい。焼結時間は、例えば０．１時間以上１００時間以下であればよい。焼結工程を繰り返してもよい。焼結工程では、不活性ガス又は真空中で粉末層を加熱してよい。不活性ガスは、アルゴン等の希ガスであってよい。

焼結体に対して時効処理を施してよい。時効処理では、焼結体を例えば４５０℃以上９５０℃以下で熱処理してよい。時効処理では、焼結体を例えば０．１時間以上１００時間以下の間、熱処理してよい。時効処理は不活性ガス又は真空中で行えばよい。時効処理は、温度の異なる多段階の熱処理から構成されてもよい。

焼結体を切削又は研磨してもよい。焼結体の表面に保護層を形成してもよい。保護層は、例えば、樹脂層、又は無機物層（例えば、金属層若しくは酸化物層）であってよい。保護層の形成方法は、例えば、めっき法、塗布法、蒸着重合法、気相法、又は化成処理法であってよい。

（作用）
本実施形態にかかる希土類磁石の製造方法によれば、キャビティＶ内の粉末層５に対して斜め方向に振動が与えられる。したがって、キャビティＶの角部ＡＣ又は突出部Ｐｒにおける希土類合金粉末の充填性が向上する。したがって、焼結磁石の角部ＡＣ又は突出部Ｐｒの欠けによる不良を抑制することができる。

この理由は明らかではないが、以下の点の寄与が考えられる。水平方向の振動のみだと、流動性は向上するものの、型や周りの粉に邪魔されて大きく動くことはできない。一方で上下方向の振動のみだと、粉体上方には十分な空間があるため、粉は上下方向に激しく動くことができるが、水平方向に力は働かないため、振動を止めると粉は元の位置に戻るだけである。しかし斜め振動、すなわち上下方向と水平方向の振動を同時に与えることで、粉は積極的に移動して、角部ＡＣ又は突出部Ｐｒに入りやすくなることが一因と考えられる。なお、この斜め方向の加振によって、粉末の流動性が上がるので、ダイ１０のキャビティ内の粉末層５の表面の山及び谷が均されるので、表面を平坦化させることもできる。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。

例えば、加振機ＶＲ及びタッピング装置ＴＰの構造は上記態様に限定されない。

また、ダイ１０及びパンチ１５の形状及び構造は上記実施形態に限定されず、目的とする磁石の形状に応じて種々の形状を取りうる。たとえば、上記実施形態においてダイ１０は上下２つに分割できる態様であるが、３つ以上に分割できる態様でも良く、分割できない一体型の態様でもよい。

また、ダイのキャビティの寸法及び形状は、希土類磁石の用途に応じて様々であり、上から見てキャビティに角部又は突出部を有するものであれば特に限定されない。角部を有する形状の例は、例えば、直方体状、立方体状、多角柱状、セグメント（Ｃ字）状、扇状、矩形状、板状、又はカプセル状であってよい。キャビティは、角部及び突出部を両方有してもよい。角部や突出部の形状に限定はない。

また、キャビティの角部の角度は、直角（９０°）、又は、鈍角（９０°超）であっても良い。粉末の粒径や形状によっては、このような角部における充填不良も起こりうるが、本発明によれば、このような角部であっても充填性が向上する。

また、上記実施形態ではプレス工程での成形圧力を通常よりも低い圧力としているが、通常の圧力（例えば、５０〜２００ＭＰａ）としてもよい。この場合、通常、加熱工程は不要である。高圧成形の場合でも、斜め振動による角部又は突出部の充填性向上の効果はある。

また、上記実施形態では加熱工程を行っているが、高圧成形の場合、或いは、ダイと共に焼結する場合等には、加熱工程は不要である。低圧成形でも比較的圧力が高い場合には、加熱工程は任意である。

また、斜め振動の後、ダイ内にパンチを入れた状態でダイを下から上にタッピングして衝撃を与え、プレス工程を省略して、ダイから粉体層を取り出して焼結しても良い。

また、上記実施形態では、ダイ１０のキャビティ内から粉末層５を取り出してから焼結しているが、ダイ１０内に収容された状態で粉末層を焼結することも可能である。この場合、タッピング工程、プレス工程、加熱工程などは任意である。

（実施例１）
２つの鋭角の角部ＡＣを有するキャビティが形成されたダイを用意した。キャビティの上面図を図８に示す。このキャビティは、対向する２つの平面Ｄ、及び、対向する２つのＲ＝２６ｍｍの円弧面Ａから構成されるセグメント（Ｃ字）形状を有する。２つの平面Ｄ間の距離は１４ｍｍ、２つの円弧面Ａ間の距離は８ｍｍとした。キャビティの深さは、２６ｍｍとした。角部ＡＣの鋭角の角度αは７４．４°である。

キャビティ内にＮｄＦｅＢ系合金粉末を４．８４ｇ充填して粉末層を得た。次に、キャビティ内の粉末層の上面にパンチを載せない状態で、加振機を用いて、水平方向に対する角度θ＝１０°、振動の加速度ａ＝１０Ｇの条件で、周波数６０Ｈｚで、１０秒間、斜め方向にダイに対して振動を与えた。その後、ダイのキャビティ内にパンチを挿入して１０ＭＰａの圧力で粉末層をプレスした。その後、粉末層に対する磁場の印加及びその直後脱磁を行った。その後、ダイから取り出した前記粉末層に対して赤外線ヒーターを用いて３００℃で５分間加熱した。この手順を繰り返し、保形性のある粉末層を５０個作製した。

次に、Ｍｏ製トレイの上に、５０個の粉末層を整列して載置した。次に、すべての粉末層を覆うように１面が開放された箱状のＭｏ製カバーをかぶせた。粉末層及びカバーを備えるトレイを焼結炉に投入して焼結体を得た。焼結工程ではトレイに載置された粉末層を、１０７０℃で４時間加熱した。

（実施例２〜９）
実施例２〜９は、振動における角度θを表１のように変更する以外、実施例１と同様にした。

（比較例１〜３）
比較例１〜３は、それぞれ、振動における角度θを０°（水平方向への振動）とすること、振動における角度θを９０°（鉛直方向への振動）とすること、及び、振動をしないこと以外、実施例１と同様にした。
条件及び結果を表１に示す。

（実施例１０〜１２、及び、比較例４，５）
実施例１０〜１２、及び、比較例４，５は、加振機により与える斜め方向の振動の加速度ａを、それぞれ、１．０Ｇ，２０Ｇ，２４Ｇ，０．５Ｇ，及び、２５Ｇとする以外は、実施例５と同様とした。
条件及び結果を表２に示す。

（実施例１３〜１９）
実施例１３〜１９は、顆粒形成剤を使用して、キャビティに供給する希土類合金粉末をあらかじめ顆粒化する以外、実施例５と同様とした。顆粒形成剤は、順に、ターピネオール、エタノール、メチルイソブチルケトン、ブチルセロソルブ、カルビトール、酢酸エチルとした。

以下の様にして、希土類合金粉末を顆粒化した。まず、希土類合金粉末１００質量部に対して、６．０質量部の顆粒形成剤を加えて乳鉢で混練した。５０メッシュの篩（上側）と８３メッシュの篩（下側）とを上下方向に離間して配置し、１０メッシュの篩の上に混錬物を載せた状態で、第一篩及び第二篩を振動させると、１８０〜３００μｍの粒径の顆粒が得られた。その後、真空度１０^−２Ｔｏｒｒの減圧条件下、温度５５℃の条件で有機溶媒を乾燥させて、キャビティへ供給するため顆粒とした。
条件及び結果を表３に示す。

（実施例２１〜２９、比較例６，７）
実施例２１〜２９、比較例６，７は、加振機で斜めの振動を与えた後に、プレスする前に、粉末層にパンチを載せない状態で、タッピング装置でダイに下から上に向かって、２０Ｇの加速度で、２０回衝撃を与える以外は、それぞれ、実施例１〜９及び比較例１〜３と同じとした。

（比較例８）
比較例８は、加振機で斜めの振動を与えない以外は、実施例２１と同じとした。

（比較例９）
比較例９は、加振機で斜めの振動を与えず、さらに、プレスする前に、粉末層にパンチを載せた状態で、タッピング装置でダイに下から上に向かって、２０Ｇの加速度で、２０回衝撃を与える以外は、それぞれ、実施例２１と同じとした。
条件及び結果を表４に示す。

（実施例３０〜３２、比較例１０，１１）
加振機で斜めの振動を与えた後に、プレスする前に、粉末層にパンチを載せない状態で、タッピング装置でダイに下から上に向かって、２０Ｇの加速度で、２０回衝撃を与える以外は、それぞれ、実施例１０〜１２及び比較例４〜５と同じとした。
条件及び結果を表５に示す。

（実施例３３〜３９）
加振機で斜めの振動を与えた後に、プレスする前に、粉末層にパンチを載せない状態で、タッピング装置でダイに下から上に向かって、２０Ｇの加速度で、２０回衝撃を与える以外は、それぞれ、実施例１３〜１９と同じとした。
条件及び結果を表６に示す。

（評価：粉末層の密度分布）
焼結前の粉末層に対して厚み方向にＸ線を照射し、入射Ｘ線量Ｉ_０と透過Ｘ線量Ｉとの比に基づいて下式により密度ρの分布を求めた。ここで、μ_ｍは質量吸収係数であり、ｔは厚みである。最大密度、最小密度、最大密度差を各表に示す。

（不良数の判断）
得られた焼結体において直径１ｍｍ^２以上の大きさの欠損が焼結体に存在し、かつ、焼結体重量が充填量よりも０．２ｇ小さい場合、不良と判断した。

実施例１〜９によれば、振動方向の角度θが１０〜８０°の場合には、粉末層の密度が角部も含めて比較的均一となり、焼結後の欠けによる不良数が少なく抑えられた。

水平振動の比較例１、垂直振動の比較例２、及び、振動なしの比較例３では、角部に粉末が行き渡らずに低密度部分ができ、焼結後の欠けの不良率が高かった。

実施例１０，５，１１，１２，及び、比較例４，５の比較によれば、斜め振動の加速度ａは１Ｇ以上ないと、粉末を角部に充填させる能力が十分でなく、振動の加速度が２５Ｇ以上となると、粉末が激しく動き過ぎて角部ＡＣに粉末が充填されにくいためか、角部に低密度部分ができ、密度差及び不良が増加した。

実施例１３〜１９によれば、顆粒形成剤により希土類磁石粉末をあらかじめ顆粒化することにより、流動性がより向上し、不良率がさらに低下した。

実施例２１〜２９及び比較例６，７と、実施例１〜９及び比較例１，２の比較より、ダイに下から上への衝撃を与えて粉末層の下部を圧密すると、より一層密度差が低下し、欠けが低減することがわかった。

また、実施例３０，２５，３１，３２、及び、比較例１０，１１の比較より、振動加速度の大きさについては表２と同様の傾向が得られた。

また、顆粒化した実施例３３〜３９についても、表３と同様の傾向が得られた。

１０…ダイ、５…粉末層、１５…パンチ、２４…固定台（固定物）、Ｖ…キャビティ。

Claims (7)

1. 希土類合金粉末をダイのキャビティ内に充填して粉末層を得る工程、
   前記ダイ内の前記粉末層に振動を与える工程、及び、
   前記振動を与えた後に、前記粉末層を焼結する工程を備え、
   前記キャビティは上から見て少なくとも一つの角部又は突出部を有し、
   前記振動の方向と水平方向とのなす角をθとし、前記振動の加速度をａとしたときに、式（１）及び式（２）を満たす、希土類磁石の製造方法。
   １０°≦θ≦８０° （１）
   １．０Ｇ≦ａ≦２４Ｇ （２）
2. 前記振動を与えた後、前記焼結する前に、前記ダイ内において前記粉末層を０．０４９〜２０ＭＰａの圧力でプレスする工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記振動を与えた後、前記プレスする前に、前記ダイに下から上に向かって衝撃を与える工程を更に備える、請求項２記載の方法。
4. 前記振動を与えた後、前記焼結する前に、前記粉末層の上にパンチを載せた状態で、前記ダイに下から上に向かって衝撃を与える工程を更に備える、請求項１記載の方法。
5. 前記希土類合金粉末は顆粒である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記角部は鋭角である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記突出部の最小幅は５ｍｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。

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