JPWO2013061836A1 - ＮｄＦｅＢ系焼結磁石の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、粒界拡散処理を行う際、NdFeB系焼結磁石の基材に塗布された重希土類元素RHを含む塗布物が、トレイ等の器具に溶着することを低コストで防ぐことのできるNdFeB系焼結磁石の製造方法を提供することを課題とする。重希土類元素RHを含む塗布物ＲをNdFeB系焼結磁石の基材Ｓに塗布し、粒界拡散法により該基材の粒界に拡散させるNdFeB系焼結磁石の製造方法において、シート１０に前記塗布物Ｒを塗布し、前記シート１０に塗布された塗布物Ｒが前記基材Ｓの塗布対象面に接するように、該シート１０と該基材Ｓを密着させ、前記シート１０を前記基材Ｓに密着させたまま、該基材Ｓに対して前記粒界拡散処理（加熱処理）を行う。

Description

本発明は、NdFeB（ネオジム・鉄・硼素）系焼結磁石の製造方法に関し、より詳しくは、粒界拡散法を用いたNdFeB系焼結磁石の製造方法に関する。ここで「NdFeB系（焼結）磁石」は、Nd2Fe14Bを主相とする（焼結）磁石であるが、Nd, Fe及びBのみを含有するものには限られず、Nd以外の希土類元素や、Co, Ni, Cu, Al等の他の元素を含有するものであってもよい。
NdFeB（ネオジム・鉄・硼素）系の焼結磁石は、1982年に佐川（本発明者）らによって見出されたものであるが、それまでの永久磁石をはるかに凌駕する特性を有し、Nd（希土類の一種）、鉄及び硼素という比較的豊富で廉価な原料から製造することができるという特長を有する。そのため、NdFeB系焼結磁石はハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータ、電動補助型自転車用モータ、産業用モータ、ハードディスク等のボイスコイルモータ、高級スピーカー、ヘッドホン、永久磁石式磁気共鳴診断装置等、様々な製品に使用されている。これらの用途に使用されるNdFeB系焼結磁石は高い保磁力HcJ、高い最大エネルギー積(BH)max及び高い角型比SQを有することが要求される。ここで角型比SQは、磁化曲線の第２象限において残留磁束密度Brの90%に対応する磁界（Hk）と保磁力（RH）の比Hk/HcJで定義される。
NdFeB系焼結磁石の保磁力を高めるための方法として、出発合金を作製する段階で、重希土類元素であるDy及び／又はTb （以下、「Dy及び／又はTb」を「RH」とする）を添加する方法（一合金法）がある。また、RHを含まない主相系合金とRHを添加した粒界相系合金の２種類の出発合金の粉末を作製し、これらを互いに混合して焼結させる方法（二合金法）がある。更に、NdFeB系焼結磁石を作製した後、それを基材としてRHを含む塗布物を表面に塗布し、塗布物ごと該基材を加熱することにより、基材表面から基材中の粒界を通じて該基材内部にRHを拡散させる「粒界拡散法」がある（特許文献１）。
上記の方法によりNdFeB系焼結磁石の保磁力を高めることができるが、その一方で、焼結磁石中の主相粒子内にRHが存在すると、最大エネルギー積が低下することが知られている。一合金法では、出発合金の段階で主相粒子内にRHが含まれるため、それを基に作製した焼結磁石においても主相粒子内にRHを含んでしまう。そのため、一合金法によって作製された焼結磁石は、保磁力は向上するものの最大エネルギー積が低下してしまう。
これに対し、二合金法では、RHの多くを主相粒子間の粒界に存在させることができる。そのため、一合金法に比べて最大エネルギー積の低下を抑えることが可能となる。また、一合金法に比べてレアメタルであるRHの使用量を減らすことができる。
さらに、粒界拡散法では、加熱により液化した基材内の粒界を通じて、基材表面に塗布されたRHをその内部に拡散させる。そのため、粒界中のRHの拡散速度は、粒界から主相粒子内部への拡散速度よりもずっと速く、RHは速やかに基材内の深くまで供給される。それに対し、主相粒子は固体のままであるため、粒界から主相粒子内への拡散速度は遅い。この拡散速度の差を利用して、熱処理温度と時間を調整することにより、焼結体中の主相粒子の表面（粒界）にごく近い領域においてのみDyやTbの濃度が高く、主相粒子の内部ではRHの濃度が低いという理想的な状態を実現することができる。これにより、保磁力HcJを高めつつ、二合金法よりも最大エネルギー積(BH)maxの低下を抑えることが可能となる。また、レアメタルであるRHの使用量を二合金法よりも抑えることができる。
国際公開WO2006/043348号公報 国際公開WO2008/139690号公報
しかしながら、粒界拡散法には、基材に塗布物を塗布した後の処理が難しいという問題がある。塗布物が塗布された基材は、トレイ等の所定の台に載置された後、加熱炉にて加熱される。このトレイと基材の接触面において該基材に塗布物が塗布されていた場合、加熱の際にトレイに塗布物が溶着してしまう。
塗布物がトレイに溶着すると、トレイを再使用する際、溶着物を除去するためにトレイを研磨するなど余計な手間が必要となる。また、基材とトレイの接触面では粒界拡散に使用されるRHの量がこの溶着の分だけ減少するため、RHの使用量当たりの製造磁石の性能が低下する。また、貴重なRHが無駄になる。
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その主な目的は、粒界拡散処理を行う際、NdFeB系焼結磁石の基材に塗布されたRH又はRHの化合物を含む塗布物が、トレイ等の器具に溶着することを低コストで防ぐことのできるNdFeB系焼結磁石の製造方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、粒界拡散処理を行う際の前記塗布物の量を容易に調整することができると共に、大量生産に向いたNdFeB系焼結磁石の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために成された本発明に係るNdFeB系焼結磁石の製造方法は、
重希土類元素を含む塗布物をNdFeB系焼結磁石の基材に塗布した後に、該塗布物が塗布された基材を加熱することにより、前記塗布物中の重希土類元素を該基材中に粒界を通じて拡散させる粒界拡散処理工程を含むNdFeB系焼結磁石の製造方法において、
シートに前記塗布物を塗布し、
前記シートに塗布された塗布物が前記基材の塗布対象面に接するように、該シートと該基材を密着させ、
前記シートごと前記基材を加熱することにより前記粒界拡散処理を行う、
ことを特徴とする。
前記塗布物には、重希土類元素RHを含む金属もしくは合金の粉体、又は該粉体を水もしくは粘性材に分散させたペースト又はスラリーを用いることができる。前記粉体としては、RHを50wt%以上含むFe族遷移金属との合金の粉末やRHのみからなる純金属の粉末、これらの合金又は純金属の水素化物の粉末を用いることができる。また、特許文献２に記載のように、RHのフッ化物や酸化物の粉末とAl粉末の混合粉末を用いることもできる。前記粘性材としては、粒界拡散処理の際に揮発して基材に吸収されづらく、適度な粘性を有する流動パラフィンやシリコーングリース等を用いることができる。なお、ここで言う適度な粘性を有する粘性材とは、水の粘度（〜１mPa・sec）以上ソルダーペーストの粘度（〜500Pa・sec）以下の粘性を有する材料のことである。この範囲内の粘度であれば、粉体を粘性材に混合した際、粉体が均一に粘性材内に分散すると共に、粉体を混合した後の粘性材がシートに塗布できる程度に流動性を持つことができる。
本発明に係るNdFeB系焼結磁石の製造方法では、基材の塗布面（塗布対象面）がシートによって覆われる。そのため、基材に塗布された塗布物がトレイ等の器具に接触したり、粒界拡散処理によって塗布物が器具に溶着したりすることを防ぐことができる。
前記シートの塗布面側には多数の凹部が設けられ、前記シートと前記基材を密着させることにより前記塗布物が該凹部に貯留されるようにすることが望ましい。これにより、塗布物を基材の塗布対象面上に均一に分布させることができる。また、凹部の数や深さによって、容易に塗布物の量を調整することができる。
なお、前記シートには、該シートに塗布した塗布物中に含まれる前記重希土類元素の前記基材への利用効率を高めるために、該基材よりも該重希土類元素の拡散性が低い素材のものを用いることが望ましい。
また、前記シートには、前記粒界拡散処理中、製造したNdFeB系焼結磁石の性能に影響を与えない程度に化学的、物理的に変化しない素材のものを用いることが望ましい。
前記シートはグラファイトシート（黒鉛を成型加工して作製された可撓性の黒鉛シート）を用いることが望ましい。粒界拡散処理では900℃前後まで加熱するが、基材が酸化することを防ぐために、不活性ガス雰囲気下、真空雰囲気下、又は無酸素下で行う。そのため、上記温度で加熱しても、グラファイトシートが燃焼することはなく、変形もしない。また、グラファイトシートは基材や塗布物にも殆ど反応しない。塗布物中の重希土類元素がグラファイトシート内に拡散することも殆どない。その他、入手の容易さ、加工の容易さ、低コスト等の面からも、グラファイトシートは好適なシート素材であり、使用に耐えられなくなっても容易に交換可能である。
なお、本発明者が様々な実験を行った結果、塗布物の粘性によっては粒界拡散処理の途中で塗布物が基材から剥離してしまうことがあった。これを防ぐために、粒界拡散処理の間はシートに圧力を印加し、基材と塗布物の密着性を高めることが望ましい。
前記シートは、水平方向に並べた複数個の基材の同じ側の面をまとめて覆うものであっても良い。また、各基材の上面と下面をそれぞれシートで覆いつつ、複数個の基材を鉛直方向に重ねることもできる。上記のように、本発明のNdFeB系焼結磁石の製造方法では、粒界拡散処理の間、シートに圧力を印加することが望ましいが、このように複数個積み重ねると、下段に配置されたシートには、上段に配置された基材の重みによって自然に圧力が印加される。なお、最上段で使用するシートには、別途、重しを載せる等により圧力を印加すれば良い。
本発明に係るNdFeB系焼結磁石の製造方法では、基材の塗布面がシートで覆われるため、基材に塗布された塗布物が粒界拡散処理の際にトレイ等に溶着することを防ぐことができる。また、シートの塗布面に凹部を設けることにより、塗布物の量を容易に調整することができる。さらに、複数個の基材をまとめてシートで覆ったり、シートを間に挟んで上下方向に重ねたりすることができるため、大量生産に向いている。
本発明に係る粒界拡散法を用いたNdFeB系焼結磁石の製造方法の一実施例を説明するための縦断面図。 従来法による粒界拡散法を用いたNdFeB系焼結磁石の製造方法を説明するための縦断面図。 本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法における基材及びシートの載置例を示す縦断面図。 本実施例によるNdFeB系焼結磁石の製造方法で用いるシートの一例を示す図。 塗布面側に凹部を設けたシートの作製例を示す縦断面図。 塗布面側に凹部を設けたシートの、本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法への適用例を示す縦断面図。
本発明に係る粒界拡散法を用いたNdFeB系焼結磁石の製造方法の一実施例を、図１〜図６を参照しつつ説明する。なお、本発明ではNdFeB系焼結磁石の基材を製造する方法は特に問わないが、例えば特開2006-019521号公報に記載の方法を用いることで、磁気特性の高い基材をニアネットシェイプで製造することができる。
図１は、本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法の説明図である。この図に示すように、本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法では、後述する粒界拡散処理において化学的又は物理的に変化しない材料から成り、RHを含むペースト状の塗布物Ｒが一方の面に均一に塗布されたシート１０を用意する（図１(a)）。
塗布物Ｒは、RHが50wt%以上含まれる金属や合金などの粉末（以下、「RH粉末」とする）と粘性材を混合したペーストである。粘性材にはシリコーングリース又は流動パラフィン等を用いる。粘性材として例えばシリコーングリースを採用した場合には、粘度調整のためにシリコーンオイル等を混合するのも有効である。
また、本実施例ではRH粉末として、Tb:92wt%、Ni:4.3wt%、Al:3.7wt%のTbNiAl合金の粉末を使用した。もちろん、Tbの代わりにDy等の重希土類元素を使用しても良い。なお、同量のRH粉末を基材Ｓの表面に塗布した場合の粉末粒子の分布は粒径が小さい方が一様になり、粒界拡散処理によって安定的に磁気特性が向上するようになる。従って、RH粉末の粒径は小さければ小さい方が望ましいが、粒径を小さくするにつれて、微細化のための手間やコストが大きくなる。この微細化のための手間やコストの点からRH粉末の粒径は2μm以上が望ましい。また、粒界拡散処理後の磁気特性と分布の一様性を勘案したRH粉末の粒径の上限は100μm、好ましくは50μm、更に好ましくは20μmである。
RH粉末とシリコーングリースの重量混合比は所望のペースト粘度に調整すべく任意に選択できるが、RH粉末の比率が低ければ、粒界拡散処理の際にRH粉末が基材内部に侵入する量も低下してしまう。従って、RH粉末の比率は80wt%以上、好ましくは85wt%以上、更には90wt%以上がより好ましい。なお、シリコーングリースの量が5wt%未満になるとRH粉末との混合が不十分でペースト化できずシートへの塗布が困難になるので、シリコーングリースの量は5wt%以上が好ましい。また、粘度調整のために用いるシリコーンオイル等の混合比率は15wt%程度まで増やすことも可能であるが、それによってRH粉末の比率が低くなり、粒界拡散処理の際にRH粉末が基材内部に侵入する量も低下してしまうため、理想的には5wt%以下が好ましい。
シート１０の塗布面を基材Ｓの塗布対象面（基材Ｓの上面と下面）に向け、互いに密着させる（図１(b)）。その後、シート１０で覆われた基材Ｓをトレイ１１に載置し（図１(c)）、加熱炉１２に入れ、不活性ガス雰囲気下又は無酸素下にてシート１０ごと基材Ｓの加熱処理（粒界拡散処理）を行う（図１(d)）。
以上が本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法の概要であるが、必要であれば粒界拡散処理後に時効処理を施しても良い。
本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法を、従来法と比較する。図１のように基材Ｓの上下の面に塗布物Ｒを塗布する場合、従来は、(a)トレイ１１にそのまま載せる（図２(a)）、(b)トレイ２１に基材の形状に略等しい孔を設け、その孔の縁に保持部２１１として段を設け、基材Ｓの下面の端部のみを保持する（図２(b)）、(c)トレイ３１に尖形状の支持部３１１を設け、トレイ３１と基材Ｓの下面の接触面積を最小限に抑える（図２(c)）、等の方法が用いられていた。
これらのうち(a)の方法では、(i)基材Ｓの下面に塗布された塗布物Ｒが加熱処理の間にトレイ１１に付着し、塗布物Ｒの利用効率が低下する、(ii)トレイ１１に付着した塗布物Ｒが加熱処理によって溶着する、という問題がある。
(b)の方法では、(i)保持部２１１を設けることにより、トレイ２１の製造コストが高くなる、(ii)基材Ｓを保持部２１１に載せる手間が必要になる、(iii)基材Ｓの形状や大きさ等に応じて保持部２１１の形状を変える必要がある、(iv)基材Ｓの下面の端部には塗布物Ｒを塗布することが難しい、という問題がある。
(c)の方法では、(i)支持部３１１を設けることにより、トレイ３１の製造コストが高くなる、(ii)接触面積が最小限ではあっても、ある程度は塗布物Ｒが支持部３１１に付着する、(iii)トレイ３１に溶着した塗布物Ｒの除去が通常のトレイに比べて面倒である、という問題がある。
これに対し、本実施例の方法では、(i)予め塗布物Ｒを塗布しておいたシート１０を基材Ｓに被せるだけで良いため、作業が高速化する、(ii)塗布物Ｒがトレイ１１に付着することを防ぐことができる、(iii)トレイ１１に(b)及び(c)の方法のような保持部や支持部を設ける必要がないため、コストを抑えることができる、という利点がある。
本実施例の方法では、図３(a)に示すように、水平方向に並べた複数の基材Ｓの同じ側の面をまとめて、塗布物Ｒを塗布した１枚のシート１０（基材Ｓの上下両面を合わせて２枚のシート１０）で覆っても良い。また、図３(a)に示した塗布物Ｒを塗布した２枚のシート１０と複数の基材Ｓを合わせたもの（図３(a)の符号Ａ参照）を上下方向に複数段重ねることもできる（図３(b)）。上記(a)〜(c)の従来法では、上下方向に複数段重ねる場合、段数分だけトレイが必要であり、また、下段にある基材Ｓの上面に塗布された塗布物Ｒが、上段のトレイの下面に付着しないように注意しなければならない。一方、本実施例の方法では容易に複数段重ねることができるため、大量生産に向いている。
以上のように、本実施例の粒界拡散法によるNdFeB系焼結磁石の製造方法は、低コスト、高速化、大量生産に向いた方法である。
なお、塗布物Ｒの粘性によっては、粒界拡散処理の間にシート１０が基材Ｓから剥離してしまうことがある。これを防ぐためには、図３(c)に示すように、最上段の上面側のシート１０の上に重し１３を載せることが望ましい。この重し１３及び／又は基材Ｓの重みによって、粒界拡散処理の間も各段の上下のシート１０は自然に基材Ｓと密着する。なお、図３(c)に示した方法ではシート１０と基材Ｓの密着性を高めるための手段として重し１３を用いたが、重し１３以外にも、プレスシリンダ等の機械的に圧力を加えるものを用いても良い。
また、塗布物Ｒの使用量を節約するため、シート１０への塗布物Ｒの塗布領域を、基材Ｓを配置する部分のみに限定することも可能である（図３(d)）。その場合、基材Ｓを挟む上下のシート１０に塗布する塗布物Ｒの塗布領域は、基材Ｓの上下の面に対向する部分となるようにセットすることが必要となる。
シート１０には、グラファイトシートを用いることができる。また、シート１０には、図４に示すような凹凸形状を設けることが望ましい。このようなシート１０は、図５に示すように、プレス型１４にグラファイトシート１０Ａを載せ、該グラファイトシート１０Ａの上にゴムシート１５を被せたうえでプレスすることにより、得ることができる。
シート１０に凹凸形状を設けることにより、以下の利点が生じる。
第１の利点は、図６(a)に示すように、塗布物Ｒをシート１０の塗布面に摩り切り一杯に塗布すれば、シート１０の塗布面側に設けた凹部の数及び容積によって、塗布物Ｒの量が簡単に決まることである。また、プレス型１４を予め複数用意しておけば、プレス型１４を交換し、シート１０を作製し直すだけで、基材Ｓへの塗布量を容易に調整することができる。また、シート１０が使用に耐えられなくなっても、簡単に且つ低コストで交換することができる。
第２の利点は、基材Ｓとシート１０を十分に密着させることにより、基材Ｓの表面がシート１０の凹部の蓋のような役割を果たし、凹部に貯留された塗布物Ｒが漏出しにくくなることである（図６(b)）。これによって塗布物Ｒが基材Ｓの塗布対象面上に不均一に分布することを防ぐことができる。
以上が、従来法と比較した、本実施例の方法の製造工程上の利点であるが、本実施例の方法による利点は、製造した磁石の磁気特性にも現れる。以下、本実施例の方法により製造した焼結磁石の磁気特性を表１に示す。また、比較例として、図２(c)に示すように載置した基材Ｓに粒界拡散処理を施すことにより製造した焼結磁石の磁気特性を示す。
Figure 2013061836
 なお、表１のBrは残留磁束密度（磁化曲線（J-H曲線）又は減磁曲線（B-H曲線）の磁場Hが0のときの磁化J又は磁束密度Bの大きさ）、Jsは飽和磁化（磁化Jの最大値）、HcBは減磁曲線によって定義される保磁力、HcJは磁化曲線によって定義される保磁力、(BH)Max、は最大エネルギー積（減磁曲線における磁束密度Bと磁場Hの積の極大値）、Br/Jsは配向度、HKは磁化Jが残留磁束密度Brの90%のときの磁界Hの値、SQは角型性（HK/HcJ）を示している。これらの数値が大きいほど、良い磁石特性が得られているということである。
また、表１の基材Ｓ１は、表１の比較例と実施例の磁石の基材として使用する、厚さ方向が磁化方向である縦7mm×横7mm×厚さ4mmのNdFeB系焼結磁石である。比較例１及び比較例２は、図２(c)に示すように載置した基材Ｓ１に粒界拡散処理を施すことにより製造した磁石であり、比較例１は粒界拡散処理後に時効処理を行わなかった磁石、比較例２は比較例１の磁石に対して粒界拡散処理後に時効処理を行った磁石である。実施例１〜４は本実施例の製造方法により得られた磁石であり、実施例１及び２は粒界拡散処理後に時効処理を行わなかった磁石、実施例３及び４はそれぞれ実施例１及び２の磁石に対して粒界拡散処理後に時効処理を行った磁石である。
比較例１及び２と実施例１〜４の粒界拡散処理はいずれも、室温から1時間かけて450℃まで昇温した後、450℃に保ったまま1時間加熱し、それから2時間かけて875℃まで昇温した後、875℃に保ったまま10時間加熱し、その後室温まで冷却することにより行った。
比較例２と実施例３及び４の時効処理は、480℃で1.5時間加熱することにより行った。
塗布物Ｒには、上記のTbNiAl合金粉末とシリコーングリースを重量比で80:20の割合で混合した混合物10gにシリコーンオイルを0.07g添加したペーストを使用した。また、比較例１及び２では、基材Ｓ１の7mm×7mmの両磁極面にそれぞれ10mgずつ、合計20mgのペーストを塗布した。実施例１〜４では、2枚のシート１０にそれぞれ9mgずつ、合計18mgのペーストを塗布し、基材Ｓ１の両磁極面にそれぞれ貼り付けた後、2kgf/cm2(≒20MPa）の圧力（以下、この圧力のことを「密着圧」と称する）を印加することにより、サンプルＳ１にシート１０を密着させた。なお、密着圧は0.01kgf/cm2 (≒0.1MPa）〜10kgf/cm2 (≒100MPa）の範囲とすることが望ましい。密着圧が0.01kgf/cm2より小さくては密着性が不十分となり、10kgf/cm2より大きくては量産に向かない。
シート１０には、図４に示した凹凸形状を有するグラファイトシートを用いた。
実施例のトレイ１１及び比較例のトレイ３１には、ジルコニア製の板を用いた。
表１に示すように、比較例１及び２と実施例１〜４の磁石はいずれも粒界拡散処理により基材Ｓ１に比べて保磁力HcJが大幅に向上する一方、残留磁束密度Brや最大エネルギー積(BH)Maxが僅かに低下するが、比較例１及び２の磁石の方が、実施例１〜４の磁石よりこれらの磁気特性の変化の度合いが大きい。この比較例と実施例の磁気特性の違いは、塗布物Ｒの塗布量に起因するものと考えられる。
一方、実施例１〜４の磁石は、比較例１及び２の磁石に対し、角型性SQが向上していた。上述のように、ハードディスク等のボイスコイルモータ、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータ、電動補助型自転車用モータ、産業用モータ、高級スピーカー、ヘッドホン、永久磁石式磁気共鳴診断装置等の用途に使用されるNdFeB系焼結磁石は高い保磁力HcJ、高い最大エネルギー積(BH)max及び高い角型比SQを有することが要求される。表１に示すように、本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法は、角型性の優れた焼結磁石を製造するのに好適な製造方法である。
また、時効処理を施すことで、より角型性SQを向上させることができることが表１より分かる。
次に、塗布物Ｒとして、上記のTbNiAl合金粉末とシリコーングリースを重量比でそれぞれ80:20の割合で混合した混合物10gにシリコーンオイルを0.03g添加したペーストを使用した場合の実験結果を表２に示す。この表２の実験で用いるペーストは、表１の実験で用いたペーストよりも粘性を高めたものである。
なお、表２の基材Ｓ２は、比較例３〜６及び実施例５〜８の磁石を粒界拡散処理により製造する際の基材として使用する縦7mm×横7mm×厚さ4mmのNdFeB系焼結磁石である。また、比較例３〜６に使用する塗布物の量は10mg×2の20mg、実施例５〜８に使用する塗布物の量は7mg×2の14mgである。比較例３及び４、実施例５及び６は粒界拡散処理後に時効処理を行わなかった磁石、比較例５及び６、実施例７及び８はそれぞれ比較例３及び４、実施例５及び６の磁石に対して粒界拡散処理後に時効処理を行った磁石である。表２の粒界拡散処理、時効処理、密着圧、シート及びトレイの条件は、表１の実験条件と同じである。
Figure 2013061836
表２に示すように、実施例５〜８の磁石は比較例３〜６の磁石に比べて保磁力HcJが低い。これは、粒界拡散処理の間にシート１０が基材Ｓから剥離したためである。本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法では、粒界拡散処理中にシート１０が基材Ｓから剥離しないように、ペースト粘度に応じて、シート１０を基材Ｓに密着させる際の密着圧や、図３(c)及び(d)に示すような重し１３の有無、重し１３の重量の最適化を図ることが望ましい。
表３に、表２の実施例５〜８と同じ実験条件で、粒界拡散処理中に、シート１０を挟んで基材Ｓ２の上に基材1個（7mm角の面積）当たり36gの重し１３を載せることにより製造した磁石の磁気特性を示す。なお、表３の実施例９〜１１は粒界拡散処理後に時効処理を行わなかった磁石、実施例１２〜１４はそれぞれ実施例９〜１１の磁石に対して粒界拡散処理後に時効処理を行った磁石である。
Figure 2013061836
表３の実験では、シート１０を挟んで基材Ｓ２の上に重し１３を載せることにより、粒界拡散処理の間、シート１０が基材Ｓ２から剥離することなく、両者の密着性を保つことができた。その結果、表３に示すように保磁力HcJが大幅に改善した。また、角型性SQについても、実施例１０及び１１では多少低いものの、実施例１０及び１１の磁石に対して時効処理を施した実施例１３及び１４の磁石では95%以上という極めて良好な結果が得られた。また、実施例１２の角型性SQは、他の比較例及び実施例の磁石と比較して最高値が得られた。
なお、表３の実験では基材1個あたり36gの重し１３を用いたが、この実験において粒界拡散処理の間に印加する圧力は0.1MPa以上（基材1個あたり約5g以上）であれば、同等の結果が得られた。
以上、本発明に係るNdFeB系焼結磁石の製造方法について実施例を用いて説明したが、本発明の製造方法はこれだけに限定されない。例えば、上記実施例では基材Ｓの上面と下面の両面にシート１０を介して塗布物Ｒを塗布する場合を示したが、製造磁石の用途によっては、一方の面にのみ塗布物Ｒを塗布する場合もある。このような場合には、もちろん一方の面にのみシート１０を被せるだけで良い。また、上面や下面以外にも、基材Ｓの側面にシート１０を貼り付けることも当然可能である。
１０…シート
１０Ａ…グラファイトシート
１１、２１、３１…トレイ
１２…加熱炉
１３…重し
１４…プレス型
１５…ゴムシート
２１１…保持部
３１１…支持部
国際公開WO2006/043348号公報 国際公開WO2008/139690号公報 特開2006-019521号公報
前記塗布物には、重希土類元素RHを含む金属もしくは合金の粉体、又は該粉体を水もしくは粘性材に分散させたペースト又はスラリーを用いることができる。前記粉体としては、RHを50wt%以上含む、重希土類元素R H とFe族遷移金属元素との合金の粉末やRHのみからなる純金属の粉末、これらの合金又は純金属の水素化物の粉末を用いることができる。また、特許文献２に記載のように、RHのフッ化物や酸化物の粉末とAl粉末の混合粉末を用いることもできる。前記粘性材としては、粒界拡散処理の際に揮発して基材に吸収されづらく、適度な粘性を有する流動パラフィンやシリコーングリース等を用いることができる。なお、ここで言う適度な粘性を有する粘性材とは、水の粘度（〜１mPa・sec）以上ソルダーペーストの粘度（〜500Pa・sec）以下の粘性を有する材料のことである。この範囲内の粘度であれば、粉体を粘性材に混合した際、粉体が均一に粘性材内に分散すると共に、粉体を混合した後の粘性材がシートに塗布できる程度に流動性を持つことができる。
前記シートはグラファイトシート（黒鉛を成形加工して作製された可撓性の黒鉛シート）を用いることが望ましい。粒界拡散処理では900℃前後まで加熱するが、基材が酸化することを防ぐために、不活性ガス雰囲気下、真空雰囲気下、又は無酸素下で行う。そのため、上記温度で加熱しても、グラファイトシートが燃焼することはなく、変形もしない。また、グラファイトシートは基材や塗布物にも殆ど反応しない。塗布物中の重希土類元素がグラファイトシート内に拡散することも殆どない。その他、入手の容易さ、加工の容易さ、低コスト等の面からも、グラファイトシートは好適なシート素材であり、使用に耐えられなくなっても容易に交換可能である。
本発明に係る粒界拡散法を用いたNdFeB系焼結磁石の製造方法の一実施例を、図１〜図６を参照しつつ説明する。なお、本発明ではNdFeB系焼結磁石の基材を製造する方法は特に問わないが、例えば特開2006-019521号公報（特許文献３）に記載の方法を用いることで、磁気特性の高い基材をニアネットシェイプで製造することができる。
以上が、従来法と比較した、本実施例の方法の製造工程上の利点であるが、本実施例の方法による利点は、製造した磁石の磁気特性にも現れる。以下、本実施例の方法により製造した焼結磁石の磁気特性を表１に示す。また、比較例として、図２(c)に示すように載置した基材Ｓに粒界拡散処理を施すことにより製造した焼結磁石の磁気特性を示す。
Figure 2013061836
 なお、表１のBrは残留磁束密度（磁化曲線（J-H曲線）又は減磁曲線（B-H曲線）の磁場Hが0のときの磁化J又は磁束密度Bの大きさ）、Jsは飽和磁化（磁化Jの最大値）、HcBは減磁曲線によって定義される保磁力、HcJは磁化曲線によって定義される保磁力、(BH)Max、は最大エネルギー積（減磁曲線における磁束密度Bと磁場Hの積の極大値）、Br/Jsは配向度、HKは磁化Jが残留磁束密度Brの90%のときの磁界Hの値、SQは角型性（HK/HcJ）を示している。これらの数値が大きいほど、良い磁石特性が得られているということである。
また、表１の基材Ｓ１は、表１の比較例と実施例の磁石の基材として使用する、厚さ方向が磁化方向である縦7mm×横7mm×厚さ4mmのNdFeB系焼結磁石である。比較例１及び比較例２は、図２(c)に示すように載置した基材Ｓ１に粒界拡散処理を施すことにより製造した磁石であり、比較例１は粒界拡散処理後に時効処理を行わなかった磁石、比較例２は比較例１の磁石に対して粒界拡散処理後に時効処理を行った磁石である。実施例１〜４は本実施例の製造方法により得られた磁石であり、実施例１及び２は粒界拡散処理後に時効処理を行わなかった磁石、実施例３及び４はそれぞれ実施例１及び２の磁石に対して粒界拡散処理後に時効処理を行った磁石である。
比較例１及び２と実施例１〜４の粒界拡散処理はいずれも、室温から1時間かけて450℃まで昇温した後、450℃に保ったまま1時間加熱し、それから2時間かけて875℃まで昇温した後、875℃に保ったまま10時間加熱し、その後室温まで冷却することにより行った。
比較例２と実施例３及び４の時効処理は、480℃で1.5時間加熱することにより行った。
塗布物Ｒには、上記のTbNiAl合金粉末とシリコーングリースを重量比で80:20の割合で混合した混合物10gにシリコーンオイルを0.07g添加したペーストを使用した。また、比較例１及び２では、基材Ｓ１の7mm×7mmの両磁極面にそれぞれ10mgずつ、合計20mgのペーストを塗布した。実施例１〜４では、2枚のシート１０にそれぞれ9mgずつ、合計18mgのペーストを塗布し、基材Ｓ１の両磁極面にそれぞれ貼り付けた後、2kgf/cm2(≒20MPa）の圧力（以下、この圧力のことを「密着圧」と称する）を印加することにより、サンプルＳ１にシート１０を密着させた。なお、密着圧は0.01kgf/cm2 (≒0.1MPa）〜10kgf/cm2 (≒100MPa）の範囲とすることが望ましい。密着圧が0.01kgf/cm2より小さくては密着性が不十分となり、10kgf/cm2より大きくては量産に向かない。
シート１０には、図４に示した凹凸形状を有するグラファイトシートを用いた。
実施例のトレイ１１及び比較例のトレイ３１には、ジルコニア製の板を用いた。
一方、実施例１〜４の磁石は、比較例１及び２の磁石に対し、角型比SQが向上していた。上述のように、ハードディスク等のボイスコイルモータ、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータ、電動補助型自転車用モータ、産業用モータ、高級スピーカー、ヘッドホン、永久磁石式磁気共鳴診断装置等の用途に使用されるNdFeB系焼結磁石は高い保磁力HcJ、高い最大エネルギー積(BH)max及び高い角型比SQを有することが要求される。表１に示すように、本実施例のNdFeB系焼結磁石の製造方法は、角型性の優れた焼結磁石を製造するのに好適な製造方法である。
また、時効処理を施すことで、より角型比SQを向上させることができることが表１より分かる。
表３の実験では、シート１０を挟んで基材Ｓ２の上に重し１３を載せることにより、粒界拡散処理の間、シート１０が基材Ｓ２から剥離することなく、両者の密着性を保つことができた。その結果、表３に示すように保磁力HcJが大幅に改善した。また、角型比SQについても、実施例１０及び１１では多少低いものの、実施例１０及び１１の磁石に対して時効処理を施した実施例１３及び１４の磁石では95%以上という極めて良好な結果が得られた。また、実施例１２の角型比SQは、他の比較例及び実施例の磁石と比較して最高値が得られた。
なお、表３の実験では基材1個あたり36gの重し１３を用いたが、この実験において粒界拡散処理の間に印加する圧力は0.1MPa以上（基材1個あたり約5g以上）であれば、同等の結果が得られた。

Claims (11)

  1. 重希土類元素を含む塗布物をNdFeB系焼結磁石の基材に塗布した後に、該塗布物が塗布された基材を加熱することにより、前記塗布物中の重希土類元素を該基材中に粒界を通じて拡散させる粒界拡散処理工程を含むNdFeB系焼結磁石の製造方法において、
    シートに前記塗布物を塗布し、
    前記シートに塗布された塗布物が前記基材の塗布対象面に接するように、該シートと該基材を密着させ、
    前記シートごと前記基材を加熱することにより前記粒界拡散処理を行う、
    ことを特徴とするNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  2. 前記シートの塗布面側に、多数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  3. 前記凹部の数又は深さを調整することによって、前記塗布物の量を調整することを特徴とする請求項２に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  4. 前記シートにグラファイトシートを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  5. 前記粒界拡散処理の間、前記シートを前記基材に密着させておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  6. 前記粒界拡散処理中に前記シートに圧力を印加し、前記基材と前記塗布物の密着性を高めることを特徴とする請求項５に記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  7. 水平方向に並べた複数個の基材の同じ側の面を一枚のシートでまとめて覆うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  8. 複数個の基材を、各基材の上面と下面をそれぞれシートで覆いつつ鉛直方向に重ねることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  9. 前記粒界拡散処理の後に時効処理を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  10. 前記シートが、前記基材よりも前記重希土類元素の拡散性の低い素材であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
  11. 前記シートが、前記粒界拡散処理において化学的、物理的に変化しない素材であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のNdFeB系焼結磁石の製造方法。
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