JP7251264B2 - Ｒ‐ｔ‐ｂ系永久磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法に関する。

希土類元素Ｒ（ネオジム等）と、遷移金属元素Ｔ（鉄等）と、ホウ素Ｂとを含有するＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石は、優れた磁気特性を有する。Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の磁気特性を表す指標としては、一般的に、残留磁束密度Ｂｒ（残留磁化）及び保磁力ＨｃＪが用いられる。

Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石は、ニュークリエーション型の永久磁石である。磁化方向と反対の磁場がニュークリエーション型の永久磁石へ印加されることにより、永久磁石を構成する多数の結晶粒子（主相粒子）の粒界近傍において磁化反転の核が発生し易い。この磁化反転の核により、永久磁石の保磁力が減少する。またＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力は、温度の上昇に伴って減少する。モータ又は発電機等に使用されるＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石には、高温の環境下においても高い保磁力を有することが要求される。

Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力を向上させるために、ジスプロシウム等の重希土類元素がＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石へ添加される。重希土類元素の添加により異方性磁界が向上し、磁化反転核が発生し難くなるので、保磁力が増加する。近年では、より少ない量の重希土類元素で高い保磁力を得るために、粒界拡散法が利用されている。磁石表面から、重希土類元素を粒界に沿って拡散させることにより、異方性磁界が粒界近傍において局所的に大きくなり易く、磁化反転の核が粒界近傍において発生し難くなり、保磁力が増加する。

例えば、下記特許文献１に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法では、重希土類元素の化合物（フッ化物および／または酸フッ化物）及び樹脂成分を含むシート（成形体）が用いられる。下記特許文献２に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法では、重希土類元素の酸化物及び樹脂成分を含むシート（成形体）が用いられる。シートが磁石基材の表面に配置された状態で、磁石基材を焼結温度以下の温度で加熱することにより、シート中の重希土類元素が焼結体内へ拡散する。

国際公開第２０１６／０９３１７３号パンフレット 国際公開第２０１６／０９３１７４号パンフレット

重希土類元素を含むシートが磁石基材の表面に配置される場合、シートが磁石基材の表面に十分に密着せず、シートと磁石基材の表面との間に隙間が形成され易い。またシートが重ねられた磁石基材のハンドリングに伴って、シートの位置が所定の位置からずれたり、シートが磁石基材の表面から剥離したりする。これらの問題に因り、シート中の重希土類元素が磁石基材の表面へ均一に拡散し難い。その結果、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の組成及び磁気特性がばらつき、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力が十分に向上しない。上記の問題は、磁石基材の表面が曲面である場合に顕著である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、重希土類元素を磁石基材の内部へ均一に拡散させることができるＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法は、磁石基材の表面の少なくとも一部を、重希土類元素及びバインダを含む拡散材シートで覆う被覆工程と、磁石基材の表面の少なくとも一部を覆う拡散材シートを加熱することにより、バインダを軟化させる加熱工程と、加熱工程後、拡散材シートを冷却することにより、バインダを硬化させる冷却工程と、冷却工程後、拡散材シート及び磁石基材を加熱することにより、重希土類元素を磁石基材内へ拡散させる拡散工程とを備え、磁石基材が、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素を含み、少なくとも一部の希土類元素Ｒが、ネオジムであり、少なくとも一部の遷移金属元素Ｔが、鉄である。

Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法は、冷却工程後、拡散材シート及び磁石基材を加熱炉内へ搬送する搬送工程を更に備えてよく、加熱炉内において拡散工程が実施されてよい。

冷却工程では、拡散材シートが冷却されながら、拡散材シート及び磁石基材が加熱炉内へ搬送されてよく、加熱炉内において拡散工程が実施されてよい。

加熱工程では、拡散材シート及び磁石基材のうち少なくとも一方を加圧することにより、拡散材シート及び磁石基材を互いに密着させてよい。

冷却工程では、拡散材シート及び磁石基材のうち少なくとも一方を加圧することにより、拡散材シート及び磁石基材を互いに密着させてよい。

フィルムとフィルムに重なる拡散材シートとを含む積層体が用いられてよく、被覆工程では、拡散材シートが磁石基材の表面に接するように、磁石基材の表面の少なくとも一部が積層体で覆われてよく、磁石基材の表面の少なくとも一部が積層体で覆われた状態において、加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。

冷却工程後、フィルムが拡散材シートから剥離及び除去されてよく、フィルムの除去後、拡散工程が実施されてよい。

磁石基材の表面の少なくとも一部が積層体で覆われた状態において、拡散工程が更に実施されてよい。

フィルムとフィルムに重なる拡散材シートとを含む積層体が用いられてよく、拡散材シートの第一表面は、積層体においてフィルムに接しない表面であってよく、拡散材シートの第二表面は、積層体においてフィルムに接する表面であってよく、被覆工程前に、フィルムが拡散材シートから剥離及び除去されてよく、被覆工程では、第二表面が磁石基材の表面に接するように、磁石基材の表面の少なくとも一部が拡散材シートで覆われてよい。

フィルムとフィルムに重なる拡散材シートとを含む積層体が用いられてよく、拡散材シートの第一表面は、積層体においてフィルムに接しない表面であってよく、拡散材シートの第二表面は、積層体においてフィルムに接する表面であってよく、被覆工程前に、フィルムが拡散材シートから剥離及び除去されてよく、被覆工程では、第一表面が磁石基材の表面に接するように、磁石基材の表面の少なくとも一部が拡散材シートで覆われてよい。

本発明によれば、重希土類元素を磁石基材の内部へ均一に拡散させることができるＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法が提供される。

図１中の（ａ）、図１中の（ｂ）及び図１中の（ｃ）は、本実施形態に係るＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法における被覆工程、加熱工程及び冷却工程の概要を示す。 図２中の（ａ）、図２中の（ｂ）及び図２中の（ｃ）は、本実施形態に係るＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法における被覆工程、加熱工程及び冷却工程の概要を示す。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態が説明される。図面において、同等の構成要素には同等の符号が付される。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。以下に記載の「永久磁石」はいずれも、「Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石」を意味する。

［原料合金の調製工程］
原料合金の調製工程では、永久磁石を構成する各元素を含む金属原料から、合金材が作製される。原料合金は、ストリップキャスティング法、ブックモールド法、又は遠心鋳造法によって作製されてよい。金属原料は、例えば、希土類元素の単体（金属単体）、希土類元素を含む合金、純鉄、フェロボロン、又はこれらを含む合金であってよい。これらの金属原料は、所望の磁石基材の組成に一致するように秤量される。原料合金として、組成が異なる二種以上の合金が作製されてもよい。

原料合金は、少なくとも希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素（Ｂ）を含む。

原料合金に含まれる少なくとも一部のＲは、ネオジム（Ｎｄ）である。永久磁石は、他のＲとして、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（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）からなる群より選ばれる少なくとも一種を更に含んでよい。原料合金はＰｒを含んでよい。原料合金はＰｒを含まなくてもよい。原料合金はＴｂ及びＤｙのうち一方又は両方を含んでよい。原料合金はＴｂ及びＤｙのうち一方又は両方を含まなくてもよい。

原料合金に含まれる少なくとも一部の遷移金属元素Ｔは、鉄（Ｆｅ）である。Ｔは、Ｆｅ及びコバルト（Ｃｏ）であってもよい。全てのＴがＦｅであってよい。全てのＴが、Ｆｅ及びＣｏであってよい。原料合金は、Ｆｅ及びＣｏ以外の他の遷移金属元素を更に含んでよい。以下に記載のＴは、Ｆｅのみ、又はＦｅ及びＣｏを意味する。

原料合金は、Ｒ、Ｔ及びＢに加えて他の元素を更に含んでよい。例えば、原料合金は、他の元素として、銅（Ｃｕ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）及びフッ素（Ｆ）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでもよい。

［粉砕工程］
粉砕工程では、上記の原料合金を非酸化的雰囲気中で粉砕することにより、合金粉末が調製されてよい。原料合金は、粗粉砕工程及び微粉砕工程の二段階で粉砕されてよい。粗粉砕工程では、例えば、スタンプミル、ジョークラッシャー、又はブラウンミル等の粉砕方法が用いられてよい。粗粉砕工程は、不活性ガス雰囲気中で行われてよい。水素を原料合金へ吸蔵させた後、原料合金が粉砕されてよい。つまり、粗粉砕工程として水素吸蔵粉砕が行われてもよい。粗粉砕工程においては、原料合金は、その粒径が数百μｍ程度となるまで粉砕されてよい。粗粉砕工程に続く微粉砕工程では、粗粉砕工程を経た原料合金は、その平均粒径が数μｍとなるまで更に粉砕されてよい。微粉砕工程では、例えば、ジェットミルが用いられてよい。原料合金は、一段階の粉砕工程のみによって粉砕されてもよい。例えば、微粉砕工程のみが行われてもよい。複数種の原料合金が用いられる場合、各原料合金が別々に粉砕された後、各原料合金が混合されてもよい。合金粉末は、脂肪酸、脂肪酸エステル及び脂肪酸の金属塩（金属石鹸）からなる群より選ばれる少なくとも一種の潤滑剤（粉砕助剤）を含んでいてよい。換言すれば、原料合金は粉砕助剤と共に粉砕されてよい。

［成形工程］
成形工程では、上記の合金粉末を磁場中で成形することにより、磁場に沿って配向した合金粉末を含む成形体が得られてよい。例えば、金型内の合金粉末に磁場を印加しながら、合金粉末を金型で加圧することにより、成形体が得られてよい。金型が合金粉末に及ぼす圧力は、２０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下であってよい。合金粉末に印加される磁場の強さは、９５０ｋＡ／ｍ以上１６００ｋＡ／ｍ以下であってよい。

［焼結工程］
焼結工程では、上述の成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結することにより、焼結体が得られてよい。焼結条件は、目的とする永久磁石の組成、原料合金の粉砕方法及び粒度等に応じて、適宜設定されてよい。焼結温度は、例えば、１０００℃以上１２００℃以下であってよい。焼結時間は、１時間以上２０時間以下であってよい。

［時効処理工程］
時効処理工程では、焼結体が焼結温度よりも低温で加熱されてよい。時効処理工程では、焼結体が真空又は不活性ガス雰囲気中で加熱されてよい。後述される拡散工程が時効処理工程を兼ねていてよい。その場合、拡散工程とは別の時効処理工程は実施されなくてよい。時効処理工程は、第一時効処理と、第一時効処理に続く第二処理とから構成されていてよい。第一時効処理は、焼結体が７００℃以上９００℃以下の温度で加熱されてよい。第一時効処理の時間は、１時間以上１０時間以下であってよい。第二時効処理では、焼結体が５００℃以上７００℃以下の温度で加熱されてよい。第二時効処理の時間は、１時間以上１０時間以下であってよい。

以上の工程により、焼結体が得られる。焼結体は、後述される拡散工程に用いられる磁石基材である。磁石基材は、互いに焼結された複数の主相粒子を備える。主相粒子は、少なくともＮｄ、Ｆｅ及びＢを含む。主相粒子は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂの結晶を含んでよく、少なくとも一部のＲがＮｄであってよく、少なくとも一部のＴがＦｅであってよい。主相粒子の一部又は全体は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂの結晶（単結晶又は多結晶）のみからなっていてよい。Ｒ_２Ｔ_１４Ｂは、例えば、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂであってよい。Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ中のＮｄの一部が、Ｐｒ、Ｔｂ及びＤｙのうち少なくとも一種で置換されていてよい。Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ中のＦｅの一部が、Ｃｏで置換されていてよい。主相粒子は、Ｒ、Ｔ及びＢに加えて上記の元素（原料合金に含まれ得る元素）を含んでもよい。磁石基材は、主相粒子の間に形成された粒界を備える。磁石基材は、粒界として複数の粒界三重点を備える。粒界三重点とは、少なくとも三つの主相粒子に囲まれた粒界である。磁石基材は、粒界として複数の二粒子粒界も備える。二粒子粒界は、隣り合う二つの主相粒子の間に位置する粒界である。粒界は、少なくともＮｄを含んでよく、粒界中のＮｄの含有量は主相粒子中のＮｄの含有量よりも大きくてよい。つまり粒界はＮｄ‐ｒｉｃｈ相を含んでよい。粒界は、Ｎｄに加えて、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも一種を含んでよい。

主相粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であってよい。磁石基材における主相粒子の体積の割合の合計値は、特に限定されないが、例えば、７５体積％以上１００体積％未満であってよい。

［被覆工程、加熱工程、冷却工程及び拡散工程］
本実施形態に係るＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法は、上記の工程に加えて、被覆工程、加熱工程、冷却工程及び拡散工程を備える。以下では、各工程が図面を参照しながら説明される。図１中の（ａ）及び図２中の（ａ）は、拡散材シート４及びフィルム６其々の断面を示し、これらの断面は、拡散材シート４及びフィルム６其々の表面に垂直である。図１中の（ｂ）及び図１中の（ｃ）は、拡散材シート４、フィルム６及び磁石基材２其々の断面を示し、これらの断面は、拡散材シート４、フィルム６及び磁石基材２其々の表面に垂直である。図２中の（ｂ）及び図２中の（ｃ）は、拡散材シート４及び磁石基材２其々の断面を示し、これらの断面は、拡散材シート４及び磁石基材２其々の表面に垂直である。

被覆工程では、磁石基材２の表面の少なくとも一部が、拡散材シート４で覆われる。拡散材シート４は、少なくとも重希土類元素及びバインダを含む。重希土類元素は、例えば、Ｔｂ及びＤｙのうち少なくとも一つの元素であってよい。上述の通り、磁石基材２は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素を含む。少なくとも一部の希土類元素Ｒは、ネオジムであり、少なくとも一部の遷移金属元素Ｔは、鉄である。

磁石基材２の表面の一部のみが、拡散材シート４で覆われてよい。磁石基材２の表面全体が、拡散材シート４で覆われてもよい。磁石基材２が複数の面を有する場合、磁石基材２の一つの面のみが拡散材シート４で覆われてもよい。磁石基材２が複数の面を有する場合、磁石基材２の複数の面が拡散材シート４で覆われてもよい。例えば、磁石基材２の主面と主面の裏面の両面が拡散材シート４で覆われてよい。磁石基材２が複数の面を有する場合、磁石基材２の全ての面が拡散材シート４で覆われてもよい。

加熱工程では、磁石基材２の表面を覆う拡散材シート４を加熱することにより、バインダを軟化させる。バインダの軟化により、拡散材シート４が磁石基材２の表面における凹部及び凸部に沿って変形して、拡散材シート４が磁石基材２の表面に密着する。つまり、バインダの軟化により、拡散材シート４と磁石基材２の表面との間の隙間が減少する。加熱工程では、磁石基材２及び拡散材シート４の両方が加熱されてよい。磁石基材２及び拡散材シート４のうち一方のみが加熱されてよい。加熱方法は任意であってよい。加熱工程における拡散材シート４の温度が高過ぎる場合、拡散材シート４の保形力が不足し、また冷却工程の効率が低下する。したがって、拡散材シート４の温度は高過ぎないほうがよく、拡散材シート４の最適温度がある。つまり、バインダの組成及び軟化温度並びに拡散材シート４の保形力に応じて、加熱工程における拡散材シート４の温度が調整されてよい。加熱工程における拡散材シート４の温度は、例えば、６０℃以上２５０℃以下であってよい。

加熱工程では、拡散材シート４及び磁石基材２のうち少なくとも一方を加圧することにより、拡散材シート４及び磁石基材２を互いに密着させてよい。つまり、拡散材シート４の加熱と並行して、拡散材シート４及び磁石基材２のうち少なくとも一方が加圧されてよい。加圧により、拡散材シート４が磁石基材２の表面に更に密着する。拡散材シート４のみが加圧されてよい。磁石基材２のみが加圧されてよい。拡散材シート４及び磁石基材２を加圧手段で挟むことにより、拡散材シート４及び磁石基材２の両方が加圧されてよい。拡散材シート４が平面に設置された後、磁石基材２が拡散材シート４へ押し当てられてもよい。加熱工程において拡散材シート４に加わる圧力は、例えば、０．０５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であってよい。

冷却工程では、加熱工程を経た拡散材シート４を冷却することにより、バインダを硬化させる。バインダの硬化により、拡散材シート４が磁石基材２の表面に密着した状態で拡散材シート４が固まる。つまり冷却工程により、拡散材シート４が磁石基材２の表面に接着され、拡散材シート４及び磁石基材２が一体化される。その結果、拡散材シート４が磁石基材２の表面に固定され、冷却工程以降において磁石基材２の表面からの拡散材シート４の剥離が抑制される。また冷却工程以降において磁石基材２の表面における拡散材シート４の位置ずれが抑制される。冷却工程では、拡散材シート４が室温下で冷却されてよい。

冷却工程では、拡散材シート４及び磁石基材２のうち少なくとも一方を加圧することにより、拡散材シート４及び磁石基材２を互いに密着させてよい。つまり、拡散材シート４の冷却と並行して、拡散材シート４及び磁石基材２のうち少なくとも一方が加圧されてよい。加圧により、拡散材シート４が磁石基材２の表面に更に密着する。拡散材シート４のみが加圧されてよい。磁石基材２のみが加圧されてよい。拡散材シート４及び磁石基材２を加圧手段で挟むことにより、拡散材シート４及び磁石基材２の両方が加圧されてよい。拡散材シート４が平面に設置された後、磁石基材２が拡散材シート４へ押し当てられてもよい。

加熱工程及び冷却工程のうちのいずれか一方の工程のみにおいて、上記の加圧が実施されてよい。加熱工程及び冷却工程の両方の工程において、上記の加圧が実施されてもよい。

上記の被覆工程では磁石基材２の一面が拡散材シート４で覆われるが、磁石基材２の二面が拡散材シート４で覆われてもよい。例えば、磁石基材２の対向する二面が拡散材シート４で覆われてよい。磁石基材２の異なる二面が拡散材シート４で覆われた後、上述の加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。磁石基材２の一面が拡散材シート４で覆われた状態において加熱工程及び冷却工程が実施された後、さらに磁石基材２の別の面が拡散材シート４で覆われてよい。磁石基材２の別の面が拡散材シート４で覆われた後、加熱工程及び冷却工程が再び実施されてよい。磁石基材２の複数の面が拡散材シート４で覆われる場合、磁石基材２の一面ごとに被覆工程、加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。磁石基材２の二つ以上の面が同時に拡散材シート４で覆われた後、加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。

拡散工程では、冷却工程を経た拡散材シート４及び磁石基材２を加熱することにより、重希土類元素を磁石基材２内へ拡散させる。拡散材シート４及び磁石基材２の加熱により、拡散材中の重希土類元素が磁石基材２の表面から磁石基材２の内部へ拡散する。磁石基材２の内部では、重希土類元素が粒界を介して、主相粒子の表面近傍へ拡散する。主相粒子の表面近傍において、一部の軽希土類元素（Ｎｄ等）が重希土類元素で置換される。重希土類元素が主相粒子の表面近傍及び粒界に局在することにより、異方性磁界が粒界の近傍において局所的に大きくなり、磁化反転の核が粒界の近傍において発生し難くなる。その結果、永久磁石の保磁力が増加する。

仮に上記の加熱工程が実施されない場合、拡散材シート４が磁石基材２の表面に密着し難い。つまり、拡散材シート４と磁石基材２の表面との間の隙間が形成され易い。したがって、加熱工程を経ることなく拡散工程が実施された場合、拡散材シート４中の重希土類元素が磁石基材２の表面へ均一に拡散し難い。つまり、拡散材シート４の表面のうち磁石基材２の表面に接していない部分においては、重希土類元素が拡散材シート４から磁石基材２へ拡散し難い。その結果、重希土類元素が磁石基材２の内部へ十分に拡散せず、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の組成及び磁気特性がばらつき、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力が十分に向上しない。一方、本実施形態では加熱工程が実施されるので、拡散材シート４が磁石基材２の表面に均一に密着している。したがって、拡散工程において、拡散材シート４中の重希土類元素が磁石基材２の表面へ均一に拡散し易い。その結果、重希土類元素が磁石基材２の主相粒子の表面近傍及び粒界へ十分に拡散し、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の組成及び磁気特性のばらつきが抑制され、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力が十分に増加する。

仮に加熱工程後に冷却工程が実施されない場合、拡散材シート４が磁石基材２の表面に固定されない。その結果、加熱工程後の拡散材シート４及び磁石基材２のハンドリングに伴って、拡散材シート４の位置が所定の位置からずれたり、拡散材シート４が磁石基材２の表面から剥離したりする。これらの問題に因り、拡散工程において、拡散材シート４中の重希土類元素が磁石基材２の表面へ均一に拡散し難い。その結果、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の組成及び磁気特性がばらつき、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力が十分に向上しない。一方、本実施形態では冷却工程が実施されるので、拡散材シート４が磁石基材２の表面に密着した状態で拡散材シート４が磁石基材２の表面に固定される。したがって、冷却工程以降における拡散材シート４の位置ずれ及び剥離が抑制される。つまり、拡散工程においても拡散材シート４が所定に位置において磁石基材２の表面に均一に密着している。その結果、拡散材シート４中の重希土類元素が磁石基材２の表面へ均一に拡散し易く、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の組成及び磁気特性のばらつきが抑制され、Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の保磁力が十分に増加する。

上述の通り、加熱工程が実施されない場合、そもそも拡散材シート４が隙間なく磁石基材２と一体化されないので、冷却工程の効果が表れない。拡散材シート４と磁石基材２との間の隙間を加熱工程によって解消した後で冷却工程を行うことにより、拡散材シート４を磁石基材２の表面に隙間なく固定することができる。つまり、加熱工程と冷却工程の相互作用によってはじめて、拡散材シート４を磁石基材２の表面に隙間なく固定することができる。

拡散工程では、拡散材シート４及び磁石基材２が加熱炉内において加熱されてよい。拡散工程における磁石基材２の酸化を抑制するために、拡散材シート４が接着された磁石基材２が加熱炉内に設置された後、加熱炉内の雰囲気は真空又はアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスになる。加熱炉内の雰囲気の制御に伴う排気及び／又は不活性ガスの導入により、加熱炉内の気圧が変化する。気圧の変化に伴って、加熱炉内には気流が生じる。仮に上記の加熱工程及び冷却工程が実施されていない場合、加熱炉内で生じた気流の影響によって、拡散材シート４が磁石基材２の表面から剥離し易い。しかし、本実施形態では加熱工程及び冷却工程が拡散工程前に実施されるので、拡散材シート４が磁石基材２の表面に均一に接着されている。その結果、気流の発生に伴う拡散材シート４の剥離が抑制され、拡散材シート４中の重希土類元素が磁石基材２の表面へ均一に拡散し易い。

拡散工程における加熱炉内の雰囲気の温度は、例えば、８００℃以上９５０℃以下であってよい。上記の温度において拡散材シート４及び磁石基材２が加熱される時間は、１時間以上５０時間以下であってよい。上記の温度において拡散材シート及び磁石基材を加熱する前に、上記の温度よりも低温での拡散材シート４の加熱により、拡散材シート４中のバインダを焼失させてよい。つまり拡散工程の前段階として、脱バインダ処理が行われてよい。

永久磁石の製造方法は、冷却工程後、拡散材シート４が接着された磁石基材２を加熱炉内へ搬送する搬送工程を更に備えてよい。搬送の過程において、拡散材シート４が接着された磁石基材２が、倉庫内で一時的に保管されてよい。搬送工程において拡散材シート４が他の物体と接触することにより、力が拡散材シート４に作用する可能性がある。また、搬送時の振動及び／又は加速により、力が拡散材シート４に作用する可能性もある。仮に冷却工程が実施されていない場合、搬送工程の途中で力が拡散材シート４に作用することにより、拡散材シート４の位置が所定の位置からずれたり、拡散材シート４が磁石基材２の表面から剥離したりする。しかし、加熱工程及び冷却工程が搬送工程前に実施されることにより、搬送工程における拡散材シート４の位置ずれ及び剥離が抑制される。同様の理由から、冷却工程では、拡散材シート４が冷却されながら、拡散材シート４及び磁石基材２が加熱炉内へ搬送されてよい。つまり搬送工程が冷却工程を兼ねていてよい。

拡散材シート４は、以下の方法によって作製されてよい。以下に記載の拡散材は、少なくとも重希土類元素を含む化学物質である。拡散材は、粒子又は粉末であってよい。拡散材の粒径は、上述された粗粉砕工程及び微粉砕工程と同様の手段によって調整されてよい。拡散材のメジアン径Ｄ５０は、例えば３μｍ以上１５μｍ以下であってよい。

バインダ及び有機溶剤を所定の比率で攪拌及び混合することにより、ラッカーが調製される。バインダは、熱可塑性樹脂であってよい。バインダは、例えば、エチルセルロース樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であってよい。複数種のバインダが用いられてよい。有機溶剤は、バインダが溶解する液体である限り限定されない。有機溶剤は、例えば、エタノール、ブタノール、オクタノール、メチルエチルケトン、キシレン、ブチルカルビトール、ターピネオール、及びジヒドロターピネオールならなる一種の化合物であってよい。複数種の有機溶剤が用いられてよい。拡散材をラッカーへ添加した後、これらが混合される。必要に応じて、可塑剤がラッカーへ更に添加されてよい。続いて拡散材及びラッカーの混合物の分散処理が行われる。分散処理の手段は、自転公転ミキサー、三本ロール、高圧ホモジナイザー、又は超音波ホモジナイザーであってよい。複数の手段を用いて、分散処理が行われてよい。

拡散材は、例えば、重希土類元素の単体、重希土類元素を含む合金、又は重希土類元素を含む化合物であってよい。重希土類元素を含む化合物は、例えば、水素化物、フッ化物及び酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。重希土類元素の単体は、Ｔｂの単体、及びＤｙの単体のうち一方又は両方であってよい。重希土類元素を含む合金は、Ｔｂ及びＦｅからなる合金、Ｄｙ及びＦｅからなる合金、及び、ＴｂとＤｙとＦｅとからなる合金からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。重希土類元素の水素化物は、例えば、ＴｂＨ_２、ＴｂＨ_３、Ｔｂ及びＦｅからなる合金の水素化物、ＤｙＨ_２、ＤｙＨ_３、Ｄｙ及びＦｅからなる合金の水素化物、及び、ＴｂとＤｙとＦｅとからなる合金の水素化物ならなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。拡散材は、Ｎｄ、Ｐｒ及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を更に含んでよい。例えば、拡散材は、Ｎｄの単体、Ｐｒの単体、Ｎｄ及びＰｒを含む合金、ＮｄＨ_２、ＮｄＨ_３、ＰｒＨ_２、ＰｒＨ_３、Ｎｄ及びＰｒを含む合金の水素化物、Ｃｕの単体、Ｃｕを含む合金、ＣｕＨ、Ｃｕ_２Ｏ及びＣｕＯからなる群より選ばれる少なくとも一種を更に含んでよい。

以上の方法により、拡散材、バインダ及び有機溶剤を含むペーストが調製される。ペースト中の拡散材の含有量は、磁石基材２の厚み、永久磁石の設計上の組成、及びペーストの塗工性を考慮して、適宜調整されてよい。ペースト中のバインダの含有量は、ペーストの塗工性及び拡散材シート４の密着性を考慮して、適宜調整されてよい。ペーストの濾過により、粗大粒及び凝集物がペーストから除去されてよい。ペースト中の拡散材の含有量は、例えば、４０質量％以上８５質量％以下であってよい。ペースト中のバインダの含有量は、例えば、１質量％以上１５質量％以下であってよい。ペースト中の有機溶剤の含有量は、例えば、１０質量％以上５９質量％以下であってよい。

ペーストをフィルム６の表面に塗布することにより、塗膜がフィルム６の表面に形成される。塗膜の厚みは一定であることが好ましい。フィルム６は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はグラファイトからなっていてよい。ペーストが塗布されるフィルム６の表面は、予め離型剤（ｒｅｌｅａｓｅ ａｇｅｎｔ）で覆われていてよい。ペーストの塗布方法は、塗膜の厚みを任意の値に制御し、且つ塗膜の厚みを一定に制御する方法であってよい。ペーストの塗布方法は、例えば、アプリケーター、ドクターブレード、バーコーター、インクジェットコーター、ロールコーター又はダイコーターであってよい。

上記の塗膜を乾燥して有機溶剤を塗膜から除去することにより、図１中の（ａ）に示される拡散材シート４が得られる。つまり、フィルム６とフィルム６に重なる拡散材シート４とを含む積層体８が得られる。拡散材シート４の第一表面４ａは、積層体８においてフィルム６に接しない表面である。拡散材シート４の第二表面４ｂは、積層体８においてフィルム６に接する表面である。塗膜の乾燥方法は、例えば、赤外線加熱、熱風乾燥又は減圧乾燥であってよい。乾燥条件は、塗膜に含まれる有機溶剤の蒸気圧に応じて設定されてよい。有機溶剤が拡散材シート４中に残存してもよい。拡散材シート４の厚みは、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下であってよい。磁石基材２の厚みは拡散材シート４の厚みよりもはるかに大きい。磁石基材２の厚みは、例えば、０．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下であってよい。

被覆工程において積層体８が用いられてよい。図１中の（ｂ）に示されるように、被覆工程では、拡散材シート４が磁石基材２の表面に接するように、磁石基材２の表面の少なくとも一部が積層体８で覆われてよい。磁石基材２の表面の全体が積層体８で覆われてよい。磁石基材２の表面が積層体８で覆われた状態において、加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。つまり、積層体８を用いた加熱工程及び冷却工程により、拡散材シート４がフィルム６から磁石基材２の表面へ転写されてよい。被覆工程において積層体８が用いられる場合、加熱工程及び冷却工程のうち少なくともいずれかにおいてフィルム６を介して拡散材シート４が加圧されてよい。磁石基材２が複数の面を有する場合、磁石基材２の一つの面のみが積層体８で覆われてもよい。磁石基材２が複数の面を有する場合、磁石基材２の複数の面が積層体８で覆われてもよい。例えば、磁石基材２の主面と主面の裏面の両面が積層体８で覆われてよい。磁石基材２が複数の面を有する場合、磁石基材２の全ての面が積層体８で覆われてもよい。

図１中の（ｃ）に示されるように、冷却工程後、フィルム６が拡散材シート４から剥離及び除去されてよい。冷却工程後、拡散材シート４は、磁石基材２の表面に接着され、拡散材シート４及び磁石基材２が一体化される。したがって、冷却工程後にフィルム６を拡散材シート４から剥離することにより、拡散材シート４の一部が、剥離されたフィルム６の表面に残存し難い。つまり、フィルム６の剥離に伴う拡散材シート４の破損が抑制される。また冷却工程後にフィルム６を拡散材シート４から剥離することにより、フィルム６と共に拡散材シート４が磁石基材２の表面から剥離することを抑制することができる。

上記の被覆工程では磁石基材２の一面が積層体８で覆われるが、磁石基材２の二面が積層体８で覆われてもよい。例えば、磁石基材２の対向する二面が積層体８で覆われてよい。磁石基材２の異なる二面が積層体８で覆われた後、上述の加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。磁石基材２の一面が積層体８で覆われた状態において加熱工程及び冷却工程が実施された後、さらに磁石基材２の別の面が積層体８で覆われてよい。磁石基材２の別の面が積層体８で覆われた後、加熱工程及び冷却工程が再び実施されてよい。磁石基材２の複数の面が積層体８で覆われる場合、磁石基材２の一面ごとに被覆工程、加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。磁石基材２の二つ以上の面が同時に積層体８で覆われた後、加熱工程及び冷却工程が実施されてよい。

フィルム６の除去後、拡散工程が実施されてよい。拡散工程前にフィルム６が除去されることにより、拡散工程においてフィルム６の炭化物が磁石基材２の表面に形成されない。その結果、フィルム６に由来する炭素が拡散工程において磁石基材２内へ侵入せず、過剰な炭素の含有に起因する永久磁石の磁気特性の劣化が抑制される。ただし、磁石基材２の表面の少なくとも一部が積層体８で覆われた状態において、拡散工程が実施されてもよい。つまり、フィルム６を除去することなく、拡散工程が実施されてもよい。例えば、フィルム６がグラファイトからなる場合、グラファイトは拡散工程での加熱により焼失し易いので、フィルム６を除去することなく拡散工程が実施されてよい。

被覆工程において積層体８が用いられる場合、被覆工程前に、積層体８の寸法及び形状が、磁石基材２の表面の寸法及び形状に一致するように調整されてよい。被覆工程後（加熱工程前）に、積層体８の寸法及び形状が、磁石基材２の表面の寸法及び形状に一致するように調整されてもよい。複数の磁石基材２の表面が一つの積層体８で覆われた後、積層体８が分割されてもよい。積層体８の寸法及び形状は、積層体８の切断加工によって調整されてよい。

図２中の（ａ）に示されるように、被覆工程前に、フィルム６が拡散材シート４から剥離及び除去されてよい。図２中の（ｂ）に示されるように、被覆工程では、拡散材シート４の第二表面４ｂが磁石基材２の表面に接するように、磁石基材２の表面の少なくとも一部が拡散材シート４で覆われてよい。ペーストから塗膜が形成される過程では、拡散材が自重によってフィルム６の表面へ沈降する傾向がある。その結果、拡散材シート４中の拡散材は、フィルム６に接していた第二表面４ｂ側に偏在し易い。また、フィルム６に接していた第二表面４ｂは、第一表面４ａよりも平坦である。したがって、拡散材シート４の第二表面４ｂが磁石基材２の表面に重なることにより、拡散材シート４中の拡散材が磁石基材２の表面に沿って均一に配置され易く、拡散材シート４が磁石基材２の表面に均一に密着し易い。その結果、拡散工程において拡散材が磁石基材２の表面へ均一に拡散し易い。図２中の（ｃ）に示されるように、被覆工程では、第一表面４ａが磁石基材２の表面に接するように、磁石基材２の表面の少なくとも一部が拡散材シート４で覆われてもよい。

被覆工程前にフィルム６が拡散材シート４から剥離及び除去される場合、積層体８の寸法及び形状が、磁石基材２の表面の寸法及び形状に一致するように調整された後、フィルム６が拡散材シート４から剥離及び除去されてよい。拡散材シート４の寸法及び形状が、磁石基材２の表面の寸法及び形状に一致するように調整された後、拡散材シート４がフィルム６から剥離されてよい。フィルム６が拡散材シート４から剥離及び除去された後、拡散材シート４の寸法及び形状が、磁石基材２の表面の寸法及び形状に一致するように調整されてもよい。被覆工程後（加熱工程前）に、拡散材シート４の寸法及び形状が、磁石基材２の表面の寸法及び形状に一致するように調整されてもよい。複数の磁石基材２の表面が一つの拡散材シート４で覆われた後、拡散材シート４が分割されてもよい。拡散材シート４の寸法及び形状は、拡散材シート４の切断加工によって調整されてよい。

積層体８又は拡散材シート４のハンドリングには、吸引又は磁力によって積層体８又は拡散材シート４を吸脱着する手段が用いられてよい。必要に応じて、拡散材シート４がフィルム６から別のフィルムに転写されてよい。

磁石基材２の全面を、拡散材を含む塗膜で覆うことは可能である。例えば、磁石基材２の全体を上記のペースト中に浸漬することにより、磁石基材２の全面を塗膜で覆うことができる。しかし、浸漬により形成された塗膜が重力の影響等を受けることにより、塗膜の厚みは均一になり難い。また、磁石基材２をペースト中に浸漬する場合、磁石基材２の表面の一部分のみを塗膜で覆うことは困難である。これらの問題を解決するためには、拡散材シート４が有用である。例えば、拡散材シート４の形状が磁石基材２の表面の任意の部分の形状に一致するように拡散材シート４を加工した後、磁石基材２の表面の任意の部分を拡散材シート４で覆うことにより、磁石基材２の必要な部分のみを、厚みが均一な拡散材シート４で覆うことができる。

磁石基材２の拡散材シート４で覆われる表面は、曲面であってよい。従来の永久磁石の製造方法では、拡散材シート４が曲面へ均一に密着し難く、曲面において拡散材シート４の位置がずれ易く、拡散材シート４が曲面から剥離し易い。一方、本実施形態では加熱工程及び冷却工程が実施されるため、拡散材シート４が曲面へ均一に密着し易く、曲面における拡散材シート４の位置ずれが抑制され易く、曲面からの拡散材シート４の剥離が抑制され易い。

［熱処理工程］
拡散工程を経た磁石基材２は、永久磁石の完成品として用いられてよい。拡散工程の後、熱処理工程が行われてもよい。熱処理工程では、磁石基材２が４５０℃以上６００℃以下で加熱されてよい。熱処理工程では、１時間以上１０時間以下の間、磁石基材２が上記の温度で加熱されてよい。熱処理工程により、永久磁石の磁気特性（特に保磁力）が向上し易い。

拡散工程又は熱処理工程の後、切削及び研磨等の加工方法により磁石基材２の寸法及び形状が調整されてよい。

以上の方法により、永久磁石が完成される。

磁石基材及び永久磁石其々の組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）法、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析法、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析法、不活性ガス融解‐非分散型赤外線吸収法、酸素気流中燃焼‐赤外吸収法及び不活性ガス融解‐熱伝導度法等の分析方法によって特定されてよい。

永久磁石の寸法及び形状は、永久磁石の用途に応じて様々であり、特に限定されない。永久磁石の形状は、例えば、直方体、立方体、矩形（板）、多角柱、アークセグメント、扇、環状扇形（ａｎｎｕｌａｒ ｓｅｃｔｏｒ）、球、円板、円柱、リング、又はカプセルであってよい。永久磁石の断面の形状は、例えば、多角形、円弧（円弦）、弓状、アーチ、又は円であってよい。磁石基材２の寸法及び形状も、永久磁石と同様に多様であってよい。

永久磁石は、ハイブリッド自動車、電気自動車、ハードディスクドライブ、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よい。永久磁石は、モータ、発電機又はアクチュエーターを構成する材料として用いられてよい。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、拡散工程に用いられる磁石基材は、焼結体ではなく、熱間加工磁石であってよい。熱間加工磁石は、以下のような製法によって作製されてよい。

熱間加工磁石の原料は、焼結体の作製に用いられる原料合金と同様の合金であってよい。この合金を溶融し、更に急冷することにより、合金からなる薄帯が得られる。薄帯の粉砕により、フレーク状の合金粉末が得られる。合金粉末の冷間プレス（室温での成形）により、成形体が得られる。成形体の予熱後、成形体の熱間プレスにより、等方性磁石が得られる。等方性磁石の熱間塑性加工により、異方性磁石が得られる。異方性磁石の時効処理により、熱間加工磁石からなる磁石基材が得られる。熱間加工磁石からなる磁石基材は、上記の焼結体と同様に、互いに結着された多数の主相粒子を含む。

本発明に係るＲ‐Ｔ‐Ｂ永久磁石の製造方法によれば、ハイブリッド車又は電気自動車に搭載されるモータ又は発電機へ適用されるＲ‐Ｔ‐Ｂ永久磁石が得られる。

２…磁石基材、４…拡散材シート、４ａ…拡散材シートの第一表面、４ｂ…拡散材シートの第二表面、６…フィルム、８…積層体。

Claims (10)

1. 磁石基材の表面の少なくとも一部を、重希土類元素及びバインダを含む拡散材シートで覆う被覆工程と、
   前記磁石基材の表面の少なくとも一部を覆う前記拡散材シートを加熱することにより、前記バインダを軟化させる加熱工程と、
   前記加熱工程後、前記拡散材シートを冷却することにより、前記バインダを硬化させる冷却工程と、
   前記冷却工程後、前記拡散材シート及び前記磁石基材を加熱することにより、前記重希土類元素を前記磁石基材内へ拡散させる拡散工程と、
   を備え、
   前記磁石基材が、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ、及びホウ素を含み、
   少なくとも一部の前記希土類元素Ｒが、ネオジムであり、
   少なくとも一部の前記遷移金属元素Ｔが、鉄である、
   Ｒ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
2. 前記冷却工程後、前記拡散材シート及び前記磁石基材を加熱炉内へ搬送する搬送工程を更に備え、
   前記加熱炉内において前記拡散工程が実施される、
   請求項１に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
3. 前記冷却工程では、前記拡散材シートが冷却されながら、前記拡散材シート及び前記磁石基材が加熱炉内へ搬送され、
   前記加熱炉内において前記拡散工程が実施される、
   請求項１に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
4. 前記加熱工程では、前記拡散材シート及び前記磁石基材のうち少なくとも一方を加圧することにより、前記拡散材シート及び前記磁石基材を互いに密着させる、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
5. 前記冷却工程では、前記拡散材シート及び前記磁石基材のうち少なくとも一方を加圧することにより、前記拡散材シート及び前記磁石基材を互いに密着させる、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
6. フィルムと前記フィルムに重なる前記拡散材シートとを含む積層体が用いられ、
   前記被覆工程では、前記拡散材シートが前記磁石基材の表面に接するように、前記磁石基材の表面の少なくとも一部が前記積層体で覆われ、
   前記磁石基材の表面の少なくとも一部が前記積層体で覆われた状態において、前記加熱工程及び前記冷却工程が実施される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
7. 前記冷却工程後、前記フィルムが前記拡散材シートから剥離及び除去され、
   前記フィルムの除去後、前記拡散工程が実施される、
   請求項６に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
8. 前記磁石基材の表面の少なくとも一部が前記積層体で覆われた状態において、前記拡散工程が更に実施される、
   請求項６に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
9. フィルムと前記フィルムに重なる前記拡散材シートとを含む積層体が用いられ、
   前記拡散材シートの第一表面は、前記積層体において前記フィルムに接しない表面であり、
   前記拡散材シートの第二表面は、前記積層体において前記フィルムに接する表面であり、
   前記被覆工程前に、前記フィルムが前記拡散材シートから剥離及び除去され、
   前記被覆工程では、前記第二表面が前記磁石基材の表面に接するように、前記磁石基材の表面の少なくとも一部が前記拡散材シートで覆われる、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。
10. フィルムと前記フィルムに重なる前記拡散材シートとを含む積層体が用いられ、
    前記拡散材シートの第一表面は、前記積層体において前記フィルムに接しない表面であり、
    前記拡散材シートの第二表面は、前記積層体において前記フィルムに接する表面であり、
    前記被覆工程前に、前記フィルムが前記拡散材シートから剥離及び除去され、
    前記被覆工程では、前記第一表面が前記磁石基材の表面に接するように、前記磁石基材の表面の少なくとも一部が前記拡散材シートで覆われる、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のＲ‐Ｔ‐Ｂ系永久磁石の製造方法。

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