JPWO2010146680A1 - 磁性粉末の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

硬磁性粉末の表面に、遷移金属等の金属を均一に被覆することにより、焼結磁石の磁気特性の向上を図る磁性粉末の製造方法を提供する。このような磁性粉末の製造方法は、硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化する工程と、金属を加熱して蒸気化する工程と、該蒸気化した金属を、前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させる工程とを含む。

Description

本発明は、磁性粉末の製造方法及びその製造装置に係り、特に、磁気特性が優れた焼結磁石を製造するに好適な磁性粉末の製造方法及びその製造装置に関する。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系などの磁性粉末を焼結させた永久磁石（希土類磁石）は、その優れた磁気特性のために、近年、その用途が広がってきている。環境問題への対応から家電をはじめ、産業機器、電気自動車、風力発電へ磁石の応用の幅が広がったことに伴い、このような粉末を焼結させたＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系などの永久磁石の高性能化が要求されている。

磁石の性能の指標として、残留磁束密度と保磁力との大きさを挙げることができる。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の残留磁束密度を増大させるには、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物の体積率を増大させ、結晶配向度を向上させることにより達成することができ、これを達成すべく、これまでに種々のプロセスの改善が行われてきている。

一方、保磁力を増大させるには、結晶粒の微細化を図る方法や、Ｎｄ量を増やした組成合金を用いる方法や、あるいは効果のある元素を添加する方法等、様々なアプローチにより達成することができる。特に、これらのアプローチの中でも、ＤｙやＴｂでＮｄの一部を置換した組成合金を用いることで、保磁力の増大を図ることが最も一般的な手法である。具体的には、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物のＮｄをこれらの元素で置換することで、化合物の異方性磁界が増大し、これにより保磁力が増大する。

ただし、Ｄｙは、その使用量が希土類元素の自然存在比を大きく超えているうえに、現在商業的に開発されている鉱床の推定埋没量が少なく、鉱床存在地域でも世界的に偏在していることから、元素戦略の必要性が認識されるに至っている。高保磁力を図る目的でＤｙと同様の効果を発揮する希土類元素としてはＴｂを挙げることができるが、Ｔｂの存在率は、Ｄｙよりもはるかに低い。現在まで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の保磁力は、このような微量な元素の添加、熱処理条件の探索により、既に開発初期と比較すると著しく改善されている。従って、このような改善効果を鑑みると、微量元素として、ＤｙまたはＴｂの添加量を削減することは、避けることができなくなっている。

一方で、ＤｙやＴｂによる置換は、化合物の飽和磁気分極を減少させる。従って、上記手法で保持力の増大を図る限りでは、残留磁束密度の低下は避けることができない。さらに、ＤｙやＴｂは、高価であり、埋蔵量も少ないため資源として利用するリスクも高い。従って、使用量をできるだけ減らすことが望ましい。

このような観点から、ＤｙやＴｂを、磁石の粒界またはその近傍のみに濃化させる手法が採られている。例えば、ＤｙやＴｂを主相（Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ）より多く含む粉末と、これらの元素を含まない粉末を、予め混ぜた粉末を焼結させる２合金法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、別の方法として、焼結磁石の表面にＤｙやＴｂのフッ素化合物を塗って、熱処理で表面近傍の粒界に、ＤｙやＴｂを拡散浸透させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方で、ＤｙやＴｂを、磁石の粒界に集中させることにより、その使用量を減らし、その領域が厚さ数ｍｍの成形体磁石の中心にまで及ばせる方法としては、焼結用粉末を予めＤｙやＴｂでコーティングしておく方法も考えられる。
特開平６−２０７２０３号公報 特開２００６−３０３４３３号公報

しかしながら、現状の希土類磁石の焼結用の硬磁性粉末の粒径は、３〜５μｍ程度であり、これらの遷移元素（遷移金属）等を、数ｎｍ〜数十ｎｍの厚さで、磁性粉末の周りに均一にコーティングすることは極めて困難である。

例えば、遷移金属の中でも希土類金属は、水分と反応し易く、基本的には、湿式環境下では、希土類金属を粉末の周りに被覆することが難しい。また、３〜５μｍ程度の磁性粉末は、互いに凝集しやすく、これらの数十の磁性粉末で固まった粒子を形成してしまい、個々の磁性粉末の表面に、遷移元素を均一に被覆することは容易ではない。

この点を考えて、乾式で、この硬磁性粉末に遷移金属等の金属を被覆しようとしても、希土類金属という性質上、また、この粒径が３〜５μｍの微粉であるということで、硬磁性粉末の表面酸化を避けることが難しい。そして、表面が酸化した磁性粉末を用いて、焼結磁石を成型した場合には、磁気特性の低下を招くことになる。また、乾式で行ったとしても、前述した磁性粉末の凝集は避けることができない。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、硬磁性粉末の表面に、遷移金属等の金属を均一に被覆することにより、焼結磁石の磁気特性の向上を図ることができる磁性粉末の製造方法及び磁性粉末の製造装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成すべく、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、硬磁性粉末の表面に、遷移金属等の金属を付着させる原理として、熱泳動現象に着眼し、この現象を利用することにより、磁性粉末に表面に金属を少量かつ均一に付着（被覆）させることができるとの新たな知見を得た。

本発明は、前記発明者らの新たな知見に基づくものであり、本発明に係る磁性粉末の製造方法は、硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化する工程と、金属を不活性ガス雰囲気下で加熱して蒸気化する工程と、該蒸気化した金属を、前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、硬磁性粉末のエアロゾルを生成し、エアロゾル化した硬磁性粉末は、不活性ガス（エアロゾル）中に分散している。そして、この分散した磁性粉末の表面に、不活性ガス雰囲気下で蒸気化した金属を付着させる。このとき、蒸気化した金属、すなわち、金属の蒸気粒子は、硬磁性粉末よりも、温度が高い。硬磁性粉末と蒸気粒子との間に大きな熱勾配があるので、硬磁性粉末よりも高温である蒸気粒子には、低温である硬磁性粉末に引き付けられるように力（熱泳動力）が及ぼされる。この結果、磁性粉末の表面に、緻密で強固に蒸気粒子が吸着する（被覆される）。また、蒸気化した金属（蒸気粒子）は、数十ｎｍであり、硬磁性粉末よりも小さいため、従来の方法に比べて、僅かな量の蒸気粒子を、硬磁性粉末の表面に、均一に付着させることができる。

ここで、本発明でいう「エアロゾル」とは、気体の中に硬磁性粉末が多数浮かんだものをいい、エアロゾル化とは、多数の硬磁性粉末を気体中に浮かばせることをいう。また、本発明に係る「硬磁性粉末」とは、磁界を加えた後、磁界を取り除いた時に磁化が残らない粉末であり、永久磁石を製造するための粉末のことをいう。これとは逆に、磁界を加えた後、磁界を取り除いても磁化が残り、磁化された状態が持続される粉末が、軟磁性粉末である。

また、不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ_２、又はＡｒなどのガスを挙げることができ、硬磁性粉末及び蒸気化した金属（蒸気粒子）を酸化させないためのものであれば特に限定されるものではない。

また、蒸気化した金属を、エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させることができるのであれば、その付着方法は特に限定されるものではない。しかしながら、より好ましくは、前記付着工程において、前記エアロゾル化した硬磁性粉末及び蒸気化した金属を気流に乗せて搬送し、前記蒸気化した金属を、前記エアロゾル化した硬磁性粉末に衝突させることがより好ましく、蒸気化した金属の気流の流速を、エアロゾル化した硬磁性粉末の気流の流速以上にすることがより好ましい。

本発明によれば、上述したように、蒸気化した金属（蒸気粒子）は、上述したように数十ｎｍであり、この蒸気粒子を気流に乗せて搬送した場合には、硬磁性粉末に比べて加速され易い。これにより、前記蒸気化した金属を、より高いエネルギーで前記エアロゾル化した硬磁性粉末に衝突させることができる。このようにして、蒸気粒子を、硬磁性粉末の表面に、より強固かつ緻密に付着させることができる。なお、本発明にいう、「エアロゾル化した硬磁性粉末を気流に乗せる」とは、硬磁性粉末のエアロゾルそのものを搬送することをいう。

本発明の磁性粉末の製造方法に用いるための硬磁性粉末に付着させる金属は、遷移金属またはこれらの合金金属が好ましい。より好ましい遷移金属は、希土類金属（第三遷移元素（４ｆ遷移元素））であり、このなかでも、Ｄｙ、Ｔｂ又はＰｒがより好ましい。これらの希土類金属は他の金属に比べて異方性磁界が高い元素であるので、これにより製造された磁石は、磁気特性を向上させることができる。付着させる金属は、Ｄｙ、Ｔｂ又はＰｒと、Ｎｄと、の合金金属であってもよい。これらの合金金属は、Ｄｙ、Ｔｂ又はＰｒの単体に比べて、粒界に溶け込みやすい。

また、この他にも、付着させる金属として、Ａｌ、Ｃｕ，Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ，Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、またはこれらの合金金属などを挙げることができる。これらのうち、基本的には、異方性が高い金属、または、非磁性の金属が望ましく、Ａｌ、Ｃｕがより好ましい。Ａｌ、Ｃｕはいずれも、磁石に焼結時において、溶融し易く、Ｎｄリッチ相と、低融点の共晶合金を形成し、粒界での濡れ性を向上させることができたり、磁気的に不連続にしたりすることができるので、磁気特性を向上させることができる。

ここで、硬磁性粉末は、焼結により永久磁石を製造することができるものであれば、特にその粉末の種類は限定されるものではなく、例えば、Ｒ_２Ｔｍ_１４（Ｂ，Ｃ）_１系磁性粉末（Ｒは希土類金属、Ｔｍは希土類金属を除く遷移金属等）を挙げることができる。希土類金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕなどを挙げることができる。また、希土類金属を除くその他の遷移金属等としては、Ａｌ、Ｃｕ，Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなどを挙げることができる。より好ましくは、硬磁性粉末は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末である。本発明によれば、このような磁性粉末は、他の組み合わせに比べて、保持力が高く、磁気特性が優れている。このようにして製造された磁性粉末は、焼結により磁石として使用することに好適である。

本発明として、前述した磁性粉末を製造するに好適な磁性粉末の製造装置を以下に開示する。本発明に係る磁性粉末の製造装置は、硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化するエアロゾル室と、金属を不活性ガス雰囲気下で加熱して蒸気化する蒸気生成室と、該蒸気化した金属を前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させる付着部と、前記金属が付着した硬磁性粉末を放出する放出室と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、エアロゾル室において、不活性ガスにより硬磁性粉末をエアロゾル化し、一方、蒸気生成室において、金属を不活性ガス雰囲気下で加熱して蒸気化することができる。そして、付着部において、蒸気化した金属を前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させ、放出室において、金属が付着した硬磁性粉末を放出することができる。このとき、上述した熱泳動現象により、エアロゾル中に分散した硬磁性粉末の表面に、蒸気化した金属を、均一に吸着させることができる。

本発明に係る磁性粉末の製造装置は、蒸気化した金属を、エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させることができるのであれば、その付着部の装置構成は特に限定されるものではない。

しかしながら、より好ましくは、本発明に係る磁性粉末の製造装置は、前記付着部が、前記エアロゾル室に接続された主搬送管と、前記蒸気生成室に接続された副搬送管と、を備え、該副搬送管は、前記蒸気化した金属が前記硬磁性粉末に付着可能なように、前記主搬送管に接続されている。

本発明によれば、主搬送管により、エアロゾル化した硬磁性粉末を、気流に乗せて、放出室に向けて搬送し（エアロゾルそのものを放出室に向けて搬送し）、副搬送管により、蒸気化した金属（蒸気粒子）を気流に乗せて、放出室に向けて搬送することができる。そして、副搬送管は、蒸気粒子が硬磁性粉末に付着可能なように、主搬送管に接続されているので、蒸気粒子を、エアロゾル化した硬磁性粉末に衝突させることできる。さらに、蒸気粒子の気流の流速を、エアロゾル化した硬磁性粉末の気流の流速以上にすることも可能である。このようにして、蒸気粒子を、硬磁性粉末の表面に、より強固かつ緻密に付着させることができる。

また、蒸気生成室の個数は特に限定されるものではないが、より好ましくは、本発明に係る磁性粉末の製造装置は、前記蒸気生成室と、該蒸気生成室に接続された前記副搬送管とを複数備え、該複数の副搬送管が、前記主搬送管の外周に等間隔に接続されている。

本発明によれば、蒸気生成室と副搬送管との組を複数備え、各副搬送管が、主搬送管の外周に等間隔に接続されることにより、主搬送管を通過（飛行）するエアロゾルに含まれる硬磁性粉末の表面に、ムラ無く均一に、蒸気粒子を付着させることができる。また、複数の蒸気生成室に、異なる金属を蒸気化することができるので、多機能の磁性粉末を製造することができる。

また、本発明に係る磁性粉末の製造装置は、前記副搬送管を加熱する管加熱部を備えることがより好ましい。本発明によれば、管加熱部により副搬送管を加熱するので、搬送管の内壁面に、蒸気粒子が付着積層するのを防止することができる。

また、本発明に係る前記製造装置の前記エアロゾル室及び蒸気生成室は、前記不活性ガスを供給する供給管を設けており、該供給管には、不活性ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置が配設されていることがより好ましい。本発明によれば、不活性ガスに含有する酸素濃度を低減することにより、硬磁性粉末及び蒸気粒子の酸化を抑制することができる。特に、蒸気粒子が、希土類金属の蒸気粒子は、酸化し易いので好適である。

本発明によれば、硬磁性粉末の表面に、遷移金属等の金属を均一に被覆することにより、この粉末を用いた焼結磁石の磁気特性の向上を図ることができる。

第一実施形態に係る磁性粉末の製造装置の全体構成図である。 第一実施形態に係る磁性粉末の製造方法により製造された磁性粉末の模式図である。 図２に示す磁性粉末の製造方法における熱泳動現象を説明するための図。 第二実施形態に係る磁性粉末の製造装置を説明するための図であり、（ａ）は、磁性粉末の製造装置の全体構成図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すｂ部の拡大図、（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。 実施例１，２及び比較例１〜３のＤｙ含有量と、保持力との関係を示した図。 実施例１，２及び比較例１〜３のＤｙ含有量と、最大エネルギー積との関係を示した図。

１１…硬磁性粉末供給源，１２…粉末供給配管，１３ａ…酸素除去装置，１３ｂ…酸素除去装置，１６…不活性ガス配管，１７…不活性ガス配管，１８…冷却器，２０…エアロゾル室，２１…エアロゾル生成部，２１ａ…放出口，２５…排気管，３０…蒸気生成室，３２…金属溶解炉，３３…加熱装置，４０…付着部，４０Ａ…付着部，４１…主搬送管，４２…副搬送管，４４…搬送管ヒータ，４５：合流部、４５Ａ…合流部，４８…搬送管，４９…ノズル部，５０…放出室，５３：受け部、５８…不活性ガス配管，１００…磁性粉末の製造装置，１００Ａ…磁性粉末の製造装置、ＡＧ…エアロゾル，Ｐ…硬磁性粉末，ＰＶ…磁性粉末，Ｖ…蒸気粒子（蒸気化した金属）

以下に、図面を参照して、本発明に係る磁性粉末の製造装置、及び、この製造装置を用いた磁性粉末の製造方法、を２つの実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る磁性粉末の製造方法を好適に行うための第一実施形態に係る磁性粉末の製造装置の全体構成図である。図２は、第一実施形態に係る磁性粉末の製造方法により製造された磁性粉末の模式図である。

図１に示すように、本実施形態に係る磁性粉末の製造装置１００は、エアロゾル室２０と、蒸気生成室３０と、付着部４０と、放出室５０と、を少なくとも備えている。

エアロゾル室２０は、硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化するための室であり、エアロゾル室２０は、硬磁性粉末Ｐを室内に供給すべく、粉末供給配管１２を介して、ジェットミル等の粉砕機と気流分級装置を兼ね備えた硬磁性粉末供給源１１に接続されている。

また、エアロゾル室２０は、室内に供給された硬磁性粉末Ｐをエアロゾル化する、すなわち、硬磁性粉末Pのエアロゾルを生成するエアロゾル生成部２１を室内の下方に備えている。エアロゾル生成部２１は、不活性ガス配管１６に接続されており、硬磁性粉末をエアロゾル化すべく、エアロゾル生成部２１には、室内の底部に向かって不活性ガスＧ３を放出可能なように配置された複数の放出口２１ａが形成されている。エアロゾル生成部２１は、例えば、エアロゾルデポジィションの技術で使用されるような機構であってもよく、不活性ガスＧ３で硬磁性粉末Ｐを攪拌する機構や、硬磁性粉末Ｐを収容した容器を揺動させる機構などを挙げることができる。

また、不活性ガス配管１６には、不活性ガスＧ３に含まれる酸素ガスを除去する酸素除去装置１３ａと、不活性ガスＧ３を冷却するガス冷却器１８と、が接続されている。さらに、エアロゾル室２０は、室内のガスを不活性ガスＧ２に置換する不活性ガス配管１７に接続されており、不活性ガス配管１７には、同様に、不活性ガスＧ２に含まれる酸素ガスを除去する酸素除去装置１３ａが接続されている。

また、このエアロゾル室２０内は、この不活性ガスＧ２により、後述する放出室５０よりも高い圧力（１２００００Ｐａ以下）に加圧されるように設定されており、エアロゾル室２０と放出室５０との差圧により、エアロゾル室２０内のエアロゾル化した硬磁性粉末を、放出室５０に搬送することができる。また、エアロゾル室２０内に供給される不活性ガスＧ２、Ｇ３は、Ｈｅ、Ｎ_２、又はＡｒなどのガスであり、これらのガスが純度９９．９９９％以上であることが望ましい。

なお、そのガス中の酸素濃度は、分圧で少なくとも１．０×１０^−６ａｔｍＯ_２以下にしておくことが望ましい。この分圧は低ければ低いほどよく、酸素除去装置１３ａ又は１３ｂを介して、１．０×１０^−７ａｔｍＯ_２以下にすることが有効であり、必要に応じて、１．０×１０^−３０ａｔｍＯ_２まで酸素濃度を低下させるとよい。

一方、エアロゾル室２０の上部は、後述する付着部４０を構成する主搬送管４１に接続されており、この主搬送管４１は、エアロゾル化した硬磁性粉末Ｐを搬送する管である。

蒸気生成室３０は、例えば、Ｄｙ、Ｔｂ、又はＰｒなどの希土類金属や、その他遷移金属などの金属を加熱して蒸気化するための室である。ここでは、希土類金属としてＤｙを用いている。また、蒸気生成室３０には、金属溶解炉３２と、金属溶解炉３２内の金属を加熱して溶解させる加熱装置３３と、を備えている。この加熱装置３３は、金属溶解炉３２内の金属を溶解させることができるのであれば、特にその方式は、限定されるものではない。たとえば、加熱方法としては、熱線輻射式溶解、高周波溶解、アーク式溶解、レーザ加熱式溶解、電子ビーム式溶解などを挙げることができる。

また、蒸気生成室３０は、エアロゾル室２０と同様に、不活性ガスＧ２により、後述する放出室５０よりも高い圧力に加圧され、かつ、エアロゾル室２０の圧力以上の圧力に加圧されるように設定されている。このような圧力を保持するために、エアロゾル室２０内を密閉空間にするためのシャッターが設けられていてもよい。

このようにして、蒸気生成室３０と放出室５０との差圧により、蒸気生成室３０内の蒸気化した金属を、放出室５０に搬送することができる。また、エアロゾル室以上の圧力にしたことにより、副搬送管４２内を飛行する、蒸気化金属（蒸発粒子）Ｖの飛行速度を、主搬送管４１内を飛行する硬磁性粉末Ｐの飛行速度よりも速くすることができる。この結果として、合流部４５で、硬磁性粉末Ｐに蒸気粒子Ｖを強く衝突させることにより、硬磁性粉末Ｐの表面に、より強固な蒸気粒子Ｖを被覆することができる。なお、蒸気生成室３０の圧力は、１２００００Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気で、そのガス中の酸素濃度は、分圧で少なくとも１．０×１０^−８ａｔｍ０_２以下にしておくことが望ましい。

また、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０は、排気管２５を介して真空ポンプを含む真空排気系に接続されている。これにより、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０内のガスを、不活性ガスＧ２に入れ替えることが容易にできる。

付着部４０は、蒸気化した金属Ｖをエアロゾル化した硬磁性粉末Ｐの表面に付着させる部分である。付着部４０は、エアロゾル室２０の上部に接続された主搬送管４１と、蒸気生成室３０の上部に接続された副搬送管４２と、を備えている。さらに、付着部４０は、蒸気化した金属Ｖが硬磁性粉末Ｐに付着可能なように、副搬送管４２が主搬送管４１に連通可能に接続された合流部４５を形成している。また、合流部４５のさらに下流には、放出室５０の下方からその内部に延在したノズル部４９が形成されている。

放出室５０は、金属が付着した硬磁性粉末（磁性粉末）ＰＶを放出（噴出）する室である。ここで、放出室５０は、前述したように、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０の差圧により、磁性粉末ＰＶが室内壁面に衝突することなく、自然落下するような大きさとなっている。また、放出室５０には、落下した磁性粉末ＰＶを受けるための受け部５３が設けられている。

さらに、放出室５０は、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０と同様に、排気管２５を介して、真空排気系に接続されており、これにより、放出室５０を、１．０×１０^−６ａｔｍ以下の真空にすることが望ましい。また、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０と同じように、室内を不活性ガス雰囲気にしてもよく、この場合、不活性ガスを、１．０×１０^−７ａｔｍ０_２以下の酸素濃度にすることが有効である。さらに、放出室５０には、不活性ガスを再利用するために、ガス循環配管５４を介して、ガス循環系統に接続されている。

このような磁性粉末の製造装置１００を用いた磁性粉末ＰＶの製造方法を以下に示す。まず、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０内を真空排気し、酸素除去装置１３ｂを介して、これらの室に不活性ガスを導入することにより、これらの室内を不活性ガス雰囲気とする。ここで、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０内の圧力は、１２００００Ｐａ以下とし、酸素濃度は、１．０×１０^−７〜１０^−８ａｔｍＯ_２以下とし、蒸気生成室３０内の圧力を、エアロゾル室２０内の圧力以上にする。一方、放出室５０内を、真空排気して、エアロゾル室２０及び蒸気生成室３０よりも低圧にする。このとき、各室にシャッターがある場合には、これを利用して、設定圧力になるようにする。

次に、ジェットミル等の硬磁性粉末供給源１１から、粉末供給配管１２を介して、平均粒径が１〜１０μｍの範囲に分級されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ）の硬磁性粉末Ｐをエアロゾル室２０内に供給する。一方、不活性ガスＧ３に含まれる酸素ガスを酸素除去装置１３ａで除去後、ガス冷却器１８で不活性ガスＧ３を冷却し、２０℃程度の温度に冷却し、この冷却した不活性ガスＧ３を、エアロゾル生成部２１に導入する。

これにより、エアロゾル生成部２１の複数の放出口２１ａから、冷却された不活性ガスＧ３がエアロゾル室２０の底部に向かって放出され、底部の硬磁性粉末Ｐが揺動し攪拌されると共に、エアロゾル室２０内を浮遊して、磁性粒子のエアロゾルが生成される（硬磁性粉末Ｐがエアロゾル化する）。一方、蒸気生成室３０内の金属溶解炉３２内に配置された希土類金属であるＤｙを、加熱装置３３で加熱して、蒸気化する。

エアロゾル化した硬磁性粉末Ｐは、放出室５０との差圧により、放出室５０に向かって主搬送管４１内を搬送される。また、蒸気化した金属（蒸気粒子）Ｖも、同様に、放出室５０に向かって副搬送管４２内を搬送される。

具体的には、主搬送管４１により、エアロゾル化した硬磁性粉末Ｐを、気流に乗せて、放出室５０に向けて搬送し（エアロゾルそのものを放出室５０に向けて搬送し）、副搬送管４２により、蒸気粒子Ｖを気流に乗せて、放出室５０に向けて搬送する。そして、副搬送管４２が、蒸気粒子Ｖが硬磁性粉末Ｐに付着可能なように、主搬送管４１に接続されているので、付着部の合流部４５で、蒸気粒子Ｖを、蒸気粒子Ｖに衝突させることができる。

ここで、エアロゾル化した硬磁性粉末Ｐは、冷却器１８により冷却され、一方、蒸気粒子Ｖは、加熱により蒸気化したものであるので、熱泳動現象により、図２の模式図に示すように、１〜１０μｍの範囲に分級された硬磁性粉末Ｐの表面に、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の大きさの蒸気粒子Ｖを付着させることができる。

具体的には、図３に示すように、気体中に硬磁性粉末Ｐが浮遊している状況下で、蒸気粒子Ｖは、その熱運動により、硬磁性粉末Ｐに衝突する。特に、この硬磁性粉末Ｐと蒸気粒子Ｖとの間に大きな熱勾配があるので、硬磁性粉末Ｐよりも高温である蒸気粒子Ｖには、低温である硬磁性粉末Ｐに引き付けられるように力（熱泳動力）が及ぼされる。この結果、硬磁性粉末Ｐの表面に、緻密で強固に蒸気粒子Ｖが付着する（被覆される）。

さらに、エアロゾル化した硬磁性粉末Ｐは数μｍオーダの粒径であり、蒸気粒子Ｖは、数十数ｎｍオーダの粒径であることから、蒸気粒子Ｖは、硬磁性粉末Ｐに比べて小さいため、気流に乗り易く加速される。すなわち、上述した各室の差圧と粒子の大きさから、蒸気粒子Ｖの飛行速度は、硬磁性粉末Ｐの飛行速度よりも速くなる。これにより、蒸気粒子Ｖを硬磁性粉末Ｐの表面に緻密かつ強固に付着させることができる。このようにして、硬磁性粉末Ｐの表面に、蒸気粒子Ｖが、図２に示す如く付着する。

このように、蒸気粒子Ｖが付着した硬磁性粉末（Ｄｙ粒子が被覆された硬磁性粉末）ＰＶは、ノズル部４９を通過して、放出室５０内に放出され、受け部５３には、磁性粉末ＰＶと、蒸気粒子Ｖとが堆積する。そして、これらを、気流分級装置を用いて分級し、磁性粉末ＰＶのみを得ることができる。

このようにして得られた磁性粉末（Ｄｙ粒子が被覆された硬磁性粉末）ＰＶを、磁界中で、配向させながら、所定の圧力で成形する。ついで、この成形体を、不活性ガス雰囲気下の焼結炉内で焼結し、その後、所定の熱処理を行って、磁石を製造することができる。このようにして得られた磁石は、これまでに比べてＤｙなどの希土類金属を僅かに使用するだけで、これまでの磁石に比べてより保持力を得ることができる。

図４は、第二実施形態に係る磁性粉末の製造装置を説明するための図であり、（ａ）は、磁性粉末の製造装置の全体構成図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すｂ部の拡大図、（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。第二実施形態に係る製造装置が、第一実施形態に係る装置と相違する点は、蒸気生成室を複数設けた点と、これら蒸気生成室に接続された付着部の構成と、が主に相違する。すなわち、蒸気生成室と副搬送管の組を複数備えた点が、相違する。第一実施形態と相違する点のみ、以下に説明する。

図４に示すように、第二実施形態に係る磁性粉末の製造装置１００Ａは、３つの蒸気生成室３０，３０，３０を備えている。各蒸気生成室３０は、第一実施形態に示す蒸気生成室と同様の構成になっている。そして、蒸気生成室３０の上部には、付着部４０Ａの副搬送管４２が接続されている。各副搬送管４２は、蒸気化した金属Ｖが硬磁性粉末Ｐに付着可能なように、合流部４５Ａで、主搬送管４１に接続されている。

また、合流部４５Ａでは、３つの副搬送管４２が、主搬送管４１の外周に等間隔に接続されている。このように、合流部４５Ａにおいて、各副搬送管４２が、主搬送管４１の外周に等間隔に接続されることにより、主搬送管４１を通過（飛行）するエアロゾルＡＧに含まれる硬磁性粉末Ｐの表面に、ムラ無く均一に、蒸気粒子Ｖを付着させることができる。

さらに、付着部４０の蒸気化した金属（蒸気粒子Ｖ）を搬送する副搬送管４２と、蒸気粒子Ｖが付着した磁性粉末ＰＶを搬送する搬送管（主搬送管の一部）とには、搬送管ヒータ（管加熱部）４４が配置されている。この搬送管ヒータ４４で、これらの管を加熱することにより、これら搬送管の内壁面に、蒸気粒子Ｖが付着積層するのを防止することができる。

本実施形態では、放出室５０には、室内のガスを不活性ガスＧ２に置換する不活性ガス配管５８に接続されており、不活性ガス配管１７には、同様に、不活性ガスＧ２に含まれる酸素ガスを除去する酸素除去装置１３ｂが接続されている。これにより、放出室５０内に不活性ガスを充填することができる。

以下に実施例に基づいて、本発明の磁性粉末の製造方法を説明する。以下に示す実施例は、図１に示す第一実施形態に示す磁性粉末装置を用いて磁性粉末を製造した実施例である。

（実施例１）
純度９９．５％以上のＮｄ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕと、フェロボロンを、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解した後、Ｎｄが１３．５原子％、Ａｌが０．５原子％、Ｃｕが０．３原子％、Ｂが、５．８原子％、残部が、Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金のストリップキャストを製作した。この合金を０．１ＭＰａで水素吸蔵させた後、５２０℃で脱水処理を行い、冷却後篩にかけて、５０メッシュ以下のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粗粉末（硬磁性粗粉末）を製造した。

その後、ジェットミルで平均粒径を４．２μｍまで粉砕し、この硬磁性粗粉末を１．０×１０^−６ａｔｍのＡｒガスのエアロゾル室へ粉体送給した。なお、エアロゾル室の室内のガスを排気して、その室内を予め１．０×１０^−１１ａｔｍの真空度にした後に、ジルコニア酸素ポンプで１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２の濃度まで、酸素濃度を低下させたＡｒガスで、室内の残留ガスを置換した。そして、この室内の圧力を１．０×１０^−６ａｔｍとしながら、冷却器によりガス温度を２０℃となるように調整したＡｒガスをエアロゾル用ガスとして使用した。そして、室内のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末を揺動攪拌させて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末をエアロゾル化した（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粒子エアロゾルを生成した）。

一方、蒸気生成室も、エアロゾル室と同様に、室内を１．０×１０^−１１ａｔｍの真空度にした後、ジルコニア酸素ポンプで１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２の濃度まで、Ｏ_２濃度を低下させたＡｒガスで、置換し、室内の圧力を１．０×１０^−５ａｔｍとした。

そして、高周波加熱装置により、カーボンるつぼに入れた純度９９．９％Ｄｙを、高周波溶解により、１０７７℃で溶融させてＤｙ蒸気（Ｄｙナノ蒸気粒子：平均粒径２０ｎｍ）を生成した。ここで、Ｄｙは、１．０×１０^−５ａｔｍの圧力環境下では融点が８４４℃である。

なお、図１に示す、蒸気生成室から、付着部（蒸気金属が被覆されるまでの領域）までの少なくとも副搬送管の内壁の温度を８４４℃以上になるように、図１に示す加熱器を用いて、加熱した。これは、副搬送管及び合流部の内壁面に、Ｄｙナノ蒸気粒子が付着積層するのを防止するためである。

さらに、放出室も、同様に、１．０×１０^−１１ａｔｍまで真空引きを行った後、ジルコニア酸素ポンプで、１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２の濃度までＯ_２濃度を低下させたＡｒガスで、室内を置換し、その内部の圧力を１．０×１０^−７ａｔｍとした。

このような状態で、エアロゾル室、蒸気室、放出室の連通を遮断するシャッターを開く。このとき、エアロゾル室の硬磁性粉末は、エアロゾル室と放出室との差圧により、主搬送管内を飛行し、放出室へ向かう。一方、蒸気生成室のＤｙナノ蒸気粒子も、蒸気生成室と放出室との差圧により、副搬送管内を飛行し、放出室へ向かう。

この際に、熱泳動現象により、Ｄｙナノ蒸気粒子は、これに比べて低温の硬磁性粉末と、衝突あるいは吸着し、硬磁性粉末の表面を覆うように付着する。

さらに、前述の図２の説明で述べたように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末は、本実施例では、平均粒径が４．２μｍであり、Ｄｙナノ蒸気粒子は、２０ｎｍ程度であり、その径は、２００倍程度の大きさであるので、蒸気粒子の方が気流に乗り易く加速され易い。そして、上述した各室の差圧を設け、粒子の大きさを考慮した場合、衝突時及び放出室に至るまでのＤｙナノ蒸気粒子の飛行速度は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末の飛行速度よりも速く、相対速度は、１００ｍ／ｓ以上になると推察される。このような相対速度により、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末の表面に、Ｄｙナノ蒸気粒子が緻密に付着され、被覆される。

このようにＤｙナノ蒸気粒子が付着した硬磁性粉末（磁性粉末）を、ノズル部を介して、放出室内に放出させて放冷して、硬磁性粉末に付着したＤｙナノ蒸気粒子をＤｙナノ粒子とした。磁性粉末及び該磁性粉末に付着しなかったＤｙナノ粒子は、放出室内の受け部に堆積し、これらを気流分級装置により分級し、磁性粉末のみを得た。

このようにして得られたＤｙナノ粒子が被覆された硬磁性粉末を、１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２のＡｒガス雰囲気下で、１５ｋＯｅの磁界中で配向させながら、１００ＭＰａの圧力で、成形型内において圧粉成形した。次いで、この成形体を１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２のＡｒガス雰囲気下の焼結炉内に投入し、１０６７℃で２時間焼結した。さらに、８２０℃、５時間の処理条件で、熱処理を行い、続けて、５２０℃、１．５時間の熱処理を行い、磁石ブロックを製作した。

この磁石ブロックをダイヤモンドカッターにより５×５×２ｍｍの寸法に加工された後、ＢＨトレーサー（ＶＳＭ（レイクショア７４００））により磁気測定を行った。測定内容は、残留磁化Ｂｒ、保持力Ｈｃｊ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘである。この結果を、表１、及び図５、６に示す。

（実施例２）
実施例１と同じようにして、磁石ブロックを製造した。実施例１と相違する点は、純度９９．５％以上のＮｄ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｄｙと、フェロボロンを、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解した後、Ｎｄが１１．５原子％、Ｄｙが、５．０原子％、Ａｌが０．５原子％、Ｃｕが０．３原子％、Ｂが、５．８原子％、残部が、Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金のストリップキャストを製作した点のみである。そして、実施例１と同じように、製作された磁気ブロックの残留磁化Ｂｒ、保持力Ｈｃｊ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを測定した。この結果を、表１、及び図５、６に示す。

（比較例１）
実施例１と同じようにして、磁性ブロックを製作した。実施例１と相違する点は、Ｄｙ蒸気粒子を付着させなかった点であり、具体的には、ジェットミルで平均粒径を４．２μｍまで粉砕し、実施例１と同じ条件で、この硬磁性粉末を成形後に焼結して、磁性ブロックを製作した。そして、実施例１と同じように、製作された磁気ブロックの残留磁化Ｂｒ、保持力Ｈｃｊ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを測定した。この結果を、表１、及び図５、６に示す。

（比較例２）
実施例２と同じようにして、磁性ブロックを製作した。実施例２と相違する点は、Ｄｙ蒸気粒子を付着させなかった点であり、具体的には、ジェットミルで平均粒径を４．２μｍまで粉砕し、実施例２と同じ条件で、この硬磁性粉末を成形後に焼結して、磁性ブロックを製作した。そして、実施例１と同じように、製作された磁気の残留磁化Ｂｒ、保持力Ｈｃｊ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを測定した。この結果を、表１、及び図５、６に示す。

（比較例３）
実施例１と同じようにして、磁性ブロックを製作した。実施例１と相違する点は、Ｄｙ蒸気粒子を付着させず、その代わりに以下に示すＤｙ表面拡散法を用いた点である。具体的には、ジェットミルで平均粒径を４．２μｍまで粉砕し、実施例１と同じ条件で、この硬磁性粉末を成形した。

このようにして得られたＤｙナノ粒子が被覆された硬磁性粉末を、１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２のＡｒガス雰囲気下で、１５ｋＯｅの磁界中で配向させながら、１００ＭＰａの圧力で、成形型内において圧粉成形した。次いで、この成形体を１．０×１０^−１１ａｔｍＯ_２のＡｒガス雰囲気下の焼結炉内に投入し、１０６７℃で２時間焼結し、磁石ブロックをダイヤモンドカッターにより５×５×２ｍｍ寸法の磁石に加工した。

続いて、平均粒径１０μｍのフッ化ディスプロシウムを質量分率５０％でエタノールと混合した混濁液に超音波を印加しながら磁石を３０秒間浸し、真空デシケータに置かれ、室温にてロータリーポンプによる排気雰囲気下で３０分間乾燥させた。さらに、フッ化ディスプロシウムにより覆われた磁石に対し、Ａｒガス雰囲気中８００℃で１０時間熱処理を施し、更に５１０℃で１時間時効処理して急冷し、磁石を製作した。そして、実施例１と同じように、製作された磁気の残留磁化Ｂｒ、保持力Ｈｃｊ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを測定した。この結果を、表１、及び図５、６に示す。

（結果及び考察）
実施例１及び実施例２の磁石は、比較例１〜３のものに比べて、保磁力は高く、最大エネルギー積も大きかった。これは、磁性粉末からなる粒子の粒界にＤｙが均一かつ高密度に配置されていることによると考えられる。また、比較例２の磁石は、実施例１の磁石に比べて、Ｄｙの含有量が多いにもかかわらず、保磁力が低く、最大エネルギー積も小さいのは、粒界にＤｙが存在しないことによると考えられる。また、比較例３の磁石は、内部までＤｙが充分に拡散していないので、実施例１の磁石よりも、保磁力が低く、最大エネルギー積も小さくなったと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。

【０００３】
μｍ程度であり、これらの遷移元素（遷移金属）等を、数ｎｍ〜数十ｎｍの厚さで、磁性粉末の周りに均一にコーティングすることは極めて困難である。
［００１０］
例えば、遷移金属の中でも希土類金属は、水分と反応し易く、基本的には、湿式環境下では、希土類金属を粉末の周りに被覆することが難しい。また、３〜５μｍ程度の磁性粉末は、互いに凝集しやすく、これらの数十の磁性粉末で固まった粒子を形成してしまい、個々の磁性粉末の表面に、遷移元素を均一に被覆することは容易ではない。
［００１１］
この点を考えて、乾式で、この硬磁性粉末に遷移金属等の金属を被覆しようとしても、希土類金属という性質上、また、この粒径が３〜５μｍの微粉であるということで、硬磁性粉末の表面酸化を避けることが難しい。そして、表面が酸化した磁性粉末を用いて、焼結磁石を成型した場合には、磁気特性の低下を招くことになる。また、乾式で行ったとしても、前述した磁性粉末の凝集は避けることができない。
［００１２］
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、硬磁性粉末の表面に、遷移金属等の金属を均一に被覆することにより、焼結磁石の磁気特性の向上を図ることができる磁性粉末の製造方法及び磁性粉末の製造装置を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
［００１３］
前記目的を達成すべく、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、硬磁性粉末の表面に、遷移金属等の金属を付着させる原理として、熱泳動現象に着眼し、この現象を利用することにより、磁性粉末に表面に金属を少量かつ均一に付着（被覆）させることができるとの新たな知見を得た。
［００１４］
本発明は、前記発明者らの新たな知見に基づくものであり、本発明に係る磁性粉末の製造方法は、硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化する工程と、金属を不活性ガス雰囲気下で加熱して蒸気化する工程と、該蒸気化した金属を、前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させる工程と、を含むことを特徴とする。
［００１５］
本発明によれば、硬磁性粉末のエアロゾルを生成し、エアロゾル化した硬

Claims (13)

1. 硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化する工程と、金属を不活性ガス雰囲気下で加熱して蒸気化する工程と、該蒸気化した金属を、前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させる工程と、を含むことを特徴とする磁性粉末の製造方法。
2. 前記付着工程において、前記エアロゾル化した硬磁性粉末及び蒸気化した金属を気流に乗せて搬送し、蒸気化した金属を前記エアロゾル化した硬磁性粉末に衝突させることを特徴とする請求項１に記載の磁性粉末の製造方法。
3. 前記金属は、遷移金属またはこれらの合金金属であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性粉末の製造方法。
4. 前記遷移金属は、希土類金属であることを特徴とする請求項３に記載の磁性粉末の製造方法。
5. 前記希土類金属は、Ｄｙ、Ｔｂ、又はＰｒであることを特徴とする請求項４に記載の磁性粉末の製造方法。
6. 前記金属は、ＡｌまたはＣｕであることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性粉末の製造方法。
7. 前記硬磁性粉末は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁性粉末の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で製造された磁性粉末を焼結させた磁石。
9. 硬磁性粉末を不活性ガスによりエアロゾル化するエアロゾル室と、金属を不活性ガス雰囲気下で加熱して蒸気化する蒸気生成室と、該蒸気化した金属を前記エアロゾル化した硬磁性粉末の表面に付着させる付着部と、前記金属が付着した硬磁性粉末を放出する放出室と、を備えることを特徴とする磁性粉末の製造装置。
10. 前記付着部は、前記エアロゾル室に接続された主搬送管と、前記蒸気生成室に接続された副搬送管と、を備え、該副搬送管は、前記蒸気化した金属が前記硬磁性粉末に付着可能なように、前記主搬送管に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の磁性粉末の製造装置。
11. 前記製造装置は、前記蒸気生成室と、該蒸気生成室に接続された前記副搬送管と、を複数備え、該複数の副搬送管が、前記主搬送管の外周に等間隔に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の磁性粉末の製造装置。
12. 前記副搬送管を加熱する管加熱部を備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の磁性粉末の製造装置。
13. 前記エアロゾル室及び蒸気生成室は、前記不活性ガスを供給する供給管を設けており、該供給管には、不活性ガス中に含まれる酸素を除去する酸素除去装置が配設されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の磁性粉末の製造装置。

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