KR20170132214A

KR20170132214A - 비평행의 자화 용이축 배향을 갖는 희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170132214A
Application number: KR1020177030226A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 후지카와; 가츠야 구메; 가즈오 오우치; 도시노부 호시노; 마사카즈 모리모토; 히로후미 오노; 가츠유키 나카바야시; 미호 야마구치; 히로시 마츠오; 도시아키 오쿠노; 마코토 후지하라; 에이이치 이모토; 히로후미 에베; 도모히로 오무레; 이즈미 오제키; 다카시 야마모토; 유키 가토; 도모야 마츠다; 쇼이치로 사이토
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-12-01
Also published as: WO2016152978A1; TW201709234A; CN107430935A; JP6695857B2; TWI666668B; CN107430935B; EP3276645A1; EP3276645B1; US10867729B2; US20180130581A1; EP3276645A4; JPWO2016152978A1

Abstract

임의의 형상을 갖고, 또한 임의의 복수의 영역 내에 있어서의 자석 재료 입자에 대해, 각각 상이한 방향의 자화 용이축의 배향이 부여된, 단일 소결 구조의, 희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은, 희토류 물질을 포함하는 자석 재료 입자와 수지 재료를 혼합하여 형성되는 복합 재료에 의해, 입체 형상의 제 1 성형체를 형성한다. 그 제 1 성형체를 그 수지의 연화 온도보다 높은 온도로 유지하면서, 제 1 성형체에 대해, 평행 자속을 갖는 평행 외부 자계를 인가함으로써, 자석 재료 입자의 자화 용이축을 그 외부 자계의 방향에 평행으로 배향시키고, 그 제 1 성형체에 있어서의 횡 방향 단면의 적어도 일부의 형상이 그 횡 방향 단면 내에 있어서 변화하는 변형력을 그 제 1 성형체에 부여함으로써, 그 횡 방향 단면의 적어도 일부에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향 방향이 제 1 성형체에 있어서의 배향 방향과는 상이한 배향 방향으로 변경된 제 2 성형체를 형성한다. 그 제 2 성형체는, 소결 온도로 가열되고, 그 소결 온도로 소정 시간 유지된다. 그 제 2 성형체 내의 수지는 증산되고, 자석 재료 입자가 서로 소결되어 소결체가 형성된다.

Description

비평행의 자화 용이축 배향을 갖는 희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SINTERED BODY THAT FORMS RARE-EARTH PERMANENT MAGNET AND HAS NON-PARALLEL EASY MAGNETIZATION AXIS ORIENTATION}

본 발명은, 희토류 영구자석을 형성하기 위한 희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 자화 용이축이 비평행으로 배향된 구분을 갖는 희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법에 관한 것이다.

희토류 소결 자석은, 높은 보자력 및 잔류 자속 밀도를 기대할 수 있는 고성능 영구자석으로서 주목받아, 개발 및 고성능화를 위한 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 일본 금속 학회지 제76권 제1호 (2012) 12페이지 내지 16페이지에 게재된 우네 야스히로 외의 「결정 미립화에 의한 Nd-Fe-B 소결 자석의 고보자력화」라는 제목의 논문 (비특허문헌 1) 은, 자석 재료의 입경을 미세하게 해 가면 보자력이 증대하는 것은 잘 알려져 있다는 인식하에, Nd-Fe-B 계 소결 자석의 고보자력화를 위하여, 평균 분말 입경이 1 ㎛ 인 자석 형성용 재료 입자를 사용하여 희토류 소결 자석의 제조를 실시하는 예가 기재되어 있다. 이 비특허문헌 1 에 기재된 희토류 소결 자석의 제조 방법에 있어서는, 자석 재료 입자와 계면 활성제로 이루어지는 윤활제를 혼합한 혼합물을 카본제 몰드에 충전하고, 그 몰드를 공심 코일 내에 고정하고 펄스 자계를 인가함으로써, 자석 재료 입자를 배향시키는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 자석 재료 입자의 배향은, 공심 코일에 의해 인가되는 펄스 자계에 의해 일의적으로 정해지므로, 자석 내의 상이한 위치에서, 각각 상이한 원하는 방향으로 자석 재료 입자를 배향시킨 영구자석을 얻을 수 없다.

일본 공개특허공보 평6-302417호 (특허문헌 1) 는, 희토류 원소 R 과 Fe 및 B 를 기본 구성 원소로 하는 희토류 영구자석의 제조 시에, 자석 재료 입자의 자화 용이축이 각각 상이한 방향으로 배향한 복수의 자석체를 접합한 상태에서, 고온 가열 상태로 유지하고, 자석 간을 접착함으로써, 자석 재료 입자의 자화 용이축이 상이한 방향으로 배향한 복수의 영역을 갖는 영구자석을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1 에 기재된 영구자석 형성 방법에 의하면, 복수의 영역의 각각에 있어서, 자화 용이축이 임의로 또한 상이한 방향으로 배향한 자석 재료 입자를 포함하는, 복수의 영역으로 이루어지는 희토류 영구자석을 제조할 수 있다. 그러나, 이 특허문헌 1 에 기재된 자석 제조 방법은, 복잡한 배향 패턴을 가지는 자석을 제조하고자 하면, 막대한 시간과 노력이 필요하여, 실용성이 부족하다. 또한 이 방법은, 복수의 자석체를 접착하는 것이기 때문에, 얻어진 자석은, 기계적 강도가 낮은 것이 된다. 또, 복수의 자석체의 수가 많아지면, 자석 특성이 저하할 우려가 있다.

일본 공개특허공보 2006-222131호 (특허문헌 2) 는, 짝수개의 영구자석편을 둘레 방향으로 배치하고, 연결한 원환상의 희토류 영구자석의 제조 방법을 개시한다. 이 특허문헌 2 에 있어서 교시된 희토류 영구자석의 제조 방법은, 상하의 부채꼴 주면 (主面) 과 1 쌍의 측면을 갖는 부채꼴의 영구자석편을 형성하기 위해서, 부채꼴의 캐비티를 갖는 분말 프레스 장치를 사용하고, 그 부채꼴 캐비티 내에 희토류 합금 분말을 충전하고, 배향 코일을 갖는 상하의 펀치에 의해, 그 캐비티 내의 희토류 합금 분말에 배향 자기장을 인가하면서, 그 희토류 합금 분말을 프레스 성형하는 것이다. 이 공정에 의해, 각각의 주면의 N 극과 S 극의 사이에서 극이방성을 갖는 영구자석편이 형성된다. 상세하게 서술하면, 일방의 주면과 일방의 측면이 교차하는 코너부로부터, 타방의 주면의 방향으로 호상으로 만곡하고, 그 일방의 주면과 타방의 측면이 교차하는 코너부로 연장되는 방향으로 배향한 자화 배향을 갖는 영구자석편이 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 극이방성 영구자석편의 짝수개를, 이웃하는 영구자석편의 대향하는 극성이 되도록 원환상으로 연결하여, 원환상 영구자석이 얻어진다. 이 특허문헌 2 에 기재된 영구자석 제조 방법에서는, 얻어지는 자석의 자화 배향은, 극이방으로 한정되기 때문에, 자석 내의 상이한 위치에서, 각각 상이한 원하는 방향으로 자석 재료 입자를 배향시킨 영구자석을 얻을 수 없다.

특허문헌 2 는 또한, 원환상으로 연결되는 짝수개의 부채꼴 영구자석편 중, 하나 걸러 배치되는 자석편의 자화 방향을 축 방향으로 하고, 이들 축 방향 배향이 되도록 자화된 자석편 사이에 배치되는 자석편의 자화 방향을 직경 방향으로 한 자석편의 배열도 기재하고 있다. 이 배치에서는, 하나 걸러 배치되는 축 방향으로 자화된 자석편의 주면의 극성이 서로 이극 (異極) 이 되고, 축 방향으로 자화된 자석편 사이에 배치되는 하나 걸러의 직경 방향으로 자화된 자석편은, 동극 (同極) 이 서로 대향하도록 함으로써, 축 방향으로 자화된 일방의 자석편의 일방의 주면의 자극 (磁極) 에 자속을 집중시키고, 그 자극으로부터의 자속을, 축 방향으로 자화된 타방의 자석편의 일방의 주면의 자극에 효율적으로 집속시킬 수 있다고 설명되어 있다. 그러나, 이 배치의 경우에서도, 달성할 수 있는 자화 방향은 한정된 것이 되기 때문에, 다양한 방향으로 자화 방향을 배향시킨 영구자석을 얻을 수 없다.

또한, 특허문헌 2 에 기재된 방법에 의해 얻어지는 영구자석에서는, 복수의 자석편이 접합되게 되기 때문에, 기계적 강도가 저하할 우려가 있다. 또, 자석편의 수가 많아지면, 자석 특성이 저하한다는 문제도 있다.

일본 공개특허공보 2015-32669호 (특허문헌 3) 및 일본 공개특허공보 평6-244046호 (특허문헌 4) 는, 희토류 원소 R 과 Fe 및 B 를 포함하는 자석 재료 분말을 프레스 성형하여 평판상의 압분체를 형성하고, 이 압분체에 평행 자기장을 인가 하여 자기장 배향을 실시하고, 소결 온도에서 소결하여 소결 자석을 형성하고, 이어서 소결 온도를 초과하지 않는 온도 조건하에서 압박부가 원호상인 형 (型) 을 사용하여 그 소결 자석을 원호상으로 가압 성형함으로써, 레이디얼 배향의 희토류 영구자석을 형성하는 방향을 개시한다. 이 특허문헌 3 은, 평행 자기장을 사용하여 레이디얼 배향의 자석을 형성할 수 있는 방법을 개시하는 것이지만, 평판 형상으로부터 원호상으로의 굽힘 성형이 자석 재료의 소결 후에 실시되기 때문에, 성형이 곤란하여, 큰 변형 또는 복잡한 형상으로의 변형을 실시하는 것은 불가능하다. 따라서, 이 방법에 의해 제조할 수 있는 자석은, 그 특허문헌 3 에 기재된 레이디얼 배향 자석으로 한정되게 된다.

일본 특허 제5444630호 (특허문헌 5) 는, 매립 자석형 모터에 사용되는 평판 형상의 영구자석을 개시한다. 이 특허문헌 5 에 개시된 영구자석은, 횡단면 내에 있어서, 두께 방향에 대한 자화 용이축의 경사 각도가, 폭 방향 양 단부 (端部) 로부터 폭 방향 중앙부를 향하여 연속적으로 변화하는 레이디얼 배향으로 되어 있다. 구체적으로 서술하면, 자석의 자화 용이축은, 자석의 횡단면 내에 있어서의 폭 방향 중앙부로부터 두께 방향으로 연장되는 가상선 상의 1 점에 집속하도록 배향된다. 이와 같은 자화 용이축의 레이디얼 배향을 갖는 영구자석의 제조 방법으로서, 특허문헌 5 에서는 성형 시에 실현 용이한 자기장 배향으로 형성할 수 있어, 용이하게 제조할 수 있다고 서술되어 있다. 이 특허문헌 5 에 있어서 교시된 방법은, 자석 성형 시에, 자석 외의 1 점에 집속하는 자기장을 인가하는 것이고, 형성되는 자석에 있어서의 자화 용이축의 배향은, 레이디얼 배향으로 한정된다. 따라서, 예를 들어 횡단면 내의 폭 방향 중앙 영역에서는 두께 방향에 평행한 배향이 되고, 폭 방향 양 단부의 영역에서는 경사 배향이 되도록 자화 용이축이 배향된 영구자석을 형성할 수 없다.

일본 공개특허공보 2005-44820호 (특허문헌 6) 는, 모터에 장착되었을 때에 코깅 토크를 실질적으로 발생시키지 않는 극이방성 희토류 소결 링 자석의 제조 방법을 개시한다. 여기에 개시된 희토류 소결 링 자석은, 둘레 방향으로 간격을 가진 복수의 위치에 자극을 갖고, 자화 방향이, 그 자극 위치에서는 법선 방향이 되고, 인접하는 자극의 중간 위치에서는 접선 방향이 되도록 자화되어 있다. 이 특허문헌 6 에 기재된 희토류 소결 링 자석의 제조 방법은, 극이방성의 자석 제조로 한정되고, 이 제조 방법에서는, 단일의 소결 자석 내에서, 임의의 복수 영역 내에 있어서, 자석 재료 입자에 대해 각각 상이한 방향의 배향이 부여된 자석을 제조할 수 없다.

일본 공개특허공보 2000-208322호 (특허문헌 7) 는, 복수의 영역에 있어서 자석 재료 입자가 상이한 방향으로 배향된 구성을 갖는, 단일의, 판상이고 부채꼴의 영구자석이 개시되어 있다. 그 특허문헌 7 에서는, 그 영구자석에 복수의 영역이 형성되고, 일방의 영역에서는 자석 재료 입자가 두께 방향에 평행한 패턴으로 배향되고, 이것에 인접하는 다른 영역에서는, 자석 재료 입자에 대해, 그 일방의 영역에 있어서의 자석 재료 입자의 배향 방향에 대해 각도를 가진 배향이 부여된다. 특허문헌 7 에는, 이와 같은 자석 재료 입자의 배향을 갖는 영구자석이, 분말 야금법을 채용하여, 금형 내에서 가압 성형을 실시할 때에, 배향 부재로부터 적절한 방향의 자계를 인가함으로써 제조할 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 7 에 기재된 영구자석 제조 방법도, 특정 배향을 가진 자석의 제조에 적용 가능할 뿐이고, 제조되는 자석의 형상도 한정된 것이 된다.

국제 출원 공개 재공표 공보 WO2007/119393호 (특허문헌 8) 는, 희토류 원소를 포함하는 자석 재료 입자와 결합제의 혼합물을 소정 형상으로 성형하고, 이 성형체에 평행 자계를 인가하여 자석 재료 입자에 평행한 배향을 발생시키고, 이 성형체를 별도의 형상으로 변형시킴으로써, 자석 재료 입자의 배향을 비평행으로 하는 영구자석의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 특허문헌 8 에 개시된 자석은, 자석 재료 입자가 수지 조성물에 의해 결합된 구성을 갖는, 이른바 본드 자석이고, 소결 자석이 아니다. 본드 자석은, 자석 재료 입자 사이에 수지 조성물이 개재하는 구조를 가지기 때문에, 소결 자석과 비교해 자기 특성이 열등한 것이 되어, 고성능의 자석을 형성할 수 없다.

일본 공개특허공보 2013-191612호 (특허문헌 9) 는, 희토류 원소를 포함하는 자석 재료 입자를 수지 결합제와 혼합한 혼합물을 형성하고, 이 혼합물을 시트상으로 성형하여 그린 시트를 제작하고, 이 그린 시트에 자기장을 인가함으로써 자기장 배향을 실시하고, 자기장 배향된 그린 시트에 가소 (假燒) 처리를 실시하여 수지 결합제를 분해하고, 비산시키고, 이어서 소성 온도에서 소결하여, 희토류 소결 자석을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌 9 에 기재된 방법에 의해 제조되는 자석은, 자화 용이축이 일방향으로 배향된 구성이고, 이 방법은 단일의 소결 자석 내에서, 임의의 복수의 영역 내에 있어서의 자석 재료 입자에 대해, 각각 상이한 방향의 배향이 부여된 자석을 제조할 수 없다.

일본 공개특허공보 평6-302417호 일본 공개특허공보 2006-222131호 일본 공개특허공보 2015-32669호 일본 공개특허공보 평6-244046호 일본 특허 제5444630호 일본 공개특허공보 2005-44820호 일본 공개특허공보 2000-208322호 국제 출원 공개 재공표 공보 WO2007/119393호 일본 공개특허공보 2013-191612호 미국 특허 제5705902호 명세서 일본 공개특허공보 2013-215021호

일본 금속 학회지 제76권 제1호 (2012) 12페이지 내지 16페이지

본 발명은, 임의의 형상을 갖고, 또한 임의의 복수의 영역 내에 있어서의 자석 재료 입자에 대해, 각각 상이한 방향의 자화 용이축의 배향이 부여된, 단일 소결 구조의, 희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 그 일 양태에 있어서, 희토류 물질을 포함하고 각각이 자화 용이축을 갖는 다수의 자석 재료 입자가 소결되어 구성된 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은, 희토류 물질을 포함하는 자석 재료 입자와 수지 재료를 혼합하여 형성되는 복합 재료에 의해, 길이 방향의 길이 치수와, 그 길이 방향에 직각인 횡 방향의 단면에 있어서의, 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 두께 방향의 두께 치수와, 그 두께 방향에 대해 직교하는 폭 방향의 폭 치수를 갖는, 입체 형상의 제 1 성형체를 형성하는 제 1 성형체 형성 단계를 포함한다.

본 발명의 이 양태에 의한 방법은, 또한 그 제 1 성형체를 그 수지의 연화 온도보다 높은 온도로 유지하면서, 제 1 성형체에 대해, 평행 자속을 갖는 평행 외부 자계를 인가함으로써, 자석 재료 입자의 자화 용이축을 그 외부 자계의 방향에 평행으로 배향시키는 배향 단계와, 그 제 1 성형체에 있어서의 횡 방향 단면의 적어도 일부의 형상이 그 횡 방향 단면 내에 있어서 변화하는 변형력을 그 제 1 성형체에 부여함으로써, 그 횡 방향 단면의 적어도 일부에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향 방향이 제 1 성형체에 있어서의 배향 방향과는 상이한 배향 방향으로 변경된 제 2 성형체를 형성하는 제 2 성형체 형성 단계를 포함한다.

이어서, 그 제 2 성형체에 대해, 소결 단계가 수행되고, 그 소결 단계에 있어서는 그 제 2 성형체는, 소결 온도로 가열되고, 또한 그 소결 온도로 소정 시간 유지된다. 이와 같이 하여, 그 제 2 성형체 내의 수지는 증산되고, 자석 재료 입자가 서로 소결되어 소결체가 형성된다. 여기서, 인가되는 외부 자계는, 제 1 성형체의 횡 방향의 단면을 따라, 제 1 표면으로부터 제 2 표면으로 지향되도록 할 수 있다.

이 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법에 있어서, 복합 재료에 포함되는 수지 재료는, 열가소성 수지 재료로 할 수 있다. 또, 소결 온도는, 800 ℃ 내지 1200 ℃ 로 할 수 있다. 소결 단계는, 제 2 성형체에 길이 방향의 가압력을 작용시키면서 실시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 그 제 2 성형체에 작용되는 가압력은, 0.01 MPa 내지 100 MPa 의 범위로 제어되고, 가압은 연속적 또는 간헐적으로 실시되는 것이 바람직하다. 또한, 소결 단계는, 15 MPa 이하의 분위기 중에서, 3 ℃/분 내지 100 ℃/분의 승온 속도로 소정의 소결 온도까지 온도 상승시킴으로써 실시되고, 그 소결 단계에서 제 2 성형체에 작용되는 가압력은, 그 제 2 성형체의 가압 방향의 치수 변화율이 실질적으로 0 이 될 때까지 유지되는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 형태에서는, 소결 단계는, 6 Pa 이하의 감압 분위기 중에서, 3 ℃/분 내지 30 ℃/분의 승온 속도로 소정의 소결 온도까지 온도 상승시킴으로써 실시되고, 그 소결 단계에서 제 2 성형체에 작용되는 가압력은, 그 제 2 성형체의 가압 방향의 치수 변화율이 실질적으로 0 이 될 때까지 유지된다. 또한, 본 명세서에 있어서 용어 「감압」은, 6 Pa 이하인 것의 의미로 사용하고 있고, 이 감압은, 0.1 Pa 이하인 것이 바람직하고, 0.01 Pa 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 방법에 있어서는, 제 2 성형체 형성 단계 후이고, 소결 단계 전에, 그 제 2 성형체를 수소 분위기하에서 가열하여, 그 제 2 성형체에 포함되는 열가소성 수지의 탄소 성분을 수소와 반응시킴으로써 탄소를 제거하는 가소 단계를 수행할 수 있다. 이 가소 단계는, 2 ℃/분보다 낮은 승온 속도로 실시되는 것이 바람직하다. 또한, 그 가소 단계 전에 탈오일 단계가 실시되고, 그 가소 단계는, 10 ℃/분보다 낮은 승온 속도로 실시되도록 하는 것이 바람직하다. 그 가소 단계는, 250 ℃ ∼ 600 ℃ 의 범위 내의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 그 가소 단계는, 300 ℃ ∼ 500 ℃ 의 범위 내의 온도에서 실시되는 것이 더욱 바람직하다. 또, 그 가소 단계는, 0.1 MPa ∼ 70 MPa 의 압력하에서 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명의 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법에 있어서는, 자석 형성 재료 입자는, 평균 입경이 6 ㎛ 이하로 한다. 그 자석 형성 재료 입자는, 산소 함유량이 0.5 ％ 이하의 불활성 가스 분위기 중에 있어서의 미분쇄 처리에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 또, 열가소성 수지는, 구조 중에 산소 원자를 포함하지 않는 폴리머인 것이 바람직하다. 또한, 열가소성 수지는, 하기 일반식으로 나타내는 모노머로 형성되는 1 종 또는 2 종 이상의 중합체 또는 공중합체로 이루어지는 폴리머인 것이 바람직하다.

[화학식 1]

(단, R₁ 및 R₂ 는, 수소 원자, 저급 알킬기, 페닐기 또는 비닐기를 나타낸다)

본 발명의 방법에 있어서는, 열가소성 수지는, 폴리이소부틸렌 (PIB), 폴리이소프렌 (이소프렌 고무, IR), 폴리프로필렌, α-메틸스티렌을 중합시킨 폴리(α-메틸스티렌), 폴리에틸렌, 폴리부타디엔 (부타디엔 고무, BR), 폴리스티렌, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 (SIS), 부틸 고무 (IIR), 스티렌-부타디엔 블록 공중합체 (SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체 (SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체 (SEPS), 에틸렌-프로필렌 공중합체 (EPM), 에틸렌, 프로필렌과 함께 디엔 모노머를 공중합시킨 EPDM, 2-메틸-1-펜텐의 중합체인 2-메틸-1-펜텐 중합 수지, 2-메틸-1-부텐의 중합체인 2-메틸-1-부텐 중합 수지로 이루어지는 군에서 선택할 수 있다.

열가소성 수지는, 유리 전이점 또는 유동 개시 온도가 250 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 열가소성 수지는, 구조 중에 산소 원자, 질소 원자 및 다른 헤테로 원자를 포함하지 않는 폴리머인 것이 바람직하다.

본 발명의 특정 양태에 의한 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법에 있어서는, 그 제 1 성형체 형성 단계에 있어서 형성되는 제 1 성형체는, 직선상의 중앙 영역과, 그 중앙 영역의 양 단부에 있어서 그 중앙 영역에 연속하는 단부 영역을 갖고, 그 단부 영역은, 그 제 2 표면이 볼록 형상이고 그 제 1 표면이 오목이 되는 호상으로 형성된 형상을 갖고, 제 2 성형체 형성 단계에서는, 그 중앙 영역의 양 단부에 있어서 그 중앙 영역에 연속하는 단부 영역의 각각이 그 중앙 영역에 대해 직선상이 되도록 그 제 1 성형체가 변형됨으로써, 그 제 2 성형체에 있어서의 상기 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향이, 중앙 영역에서는 그 제 1 표면으로부터 그 제 2 표면을 향하여 두께 방향으로 지향하는 패럴렐 배향이 되고, 그 단부 영역에서는 그 제 1 표면으로부터 그 제 2 표면을 향하여, 폭 방향 내방으로 수속하는 배향이 되도록 한다.

혹은, 그 제 1 성형체 형성 단계에 있어서 형성되는 제 1 성형체는, 그 제 2 표면이 볼록이고 그 제 1 표면이 오목이 되는 호상으로 형성된 형상을 갖고, 그 제 2 성형체 형성 단계에 있어서는, 폭 방향으로 직선상이 되거나, 그 제 1 성형체에 있어서의 호상의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 호상이 되도록 그 제 1 성형체가 변형됨으로써, 그 제 2 성형체에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향이, 그 제 1 표면으로부터 그 제 2 표면을 향하여, 폭 방향 내방으로 수속하는 배향이 되도록 할 수 있다. 또한, 제 1 성형체 형성 단계에 있어서 형성되는 제 1 성형체는, 그 제 2 표면이 오목이고 그 제 1 표면이 볼록이 되는 호상으로 형성된 형상을 갖고, 제 2 성형체 형성 단계에서는, 폭 방향으로 직선상이 되거나, 그 제 1 성형체에 있어서의 호상의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 호상이 되도록 그 제 1 성형체가 변형됨으로써, 그 제 2 성형체에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향이, 그 제 1 표면으로부터 그 제 2 표면을 향하여, 폭 방향 내방으로 넓어지는 배향이 되도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 수지 재료는 열가소성 수지 재료이고, 그 제 1 성형체는, 1 쌍의 장변과 그 장변에 직교하는 1 쌍의 단변으로 이루어지는 길고 가는 사각형의 횡 방향 단면을 가진 형상이고, 외부 자계는, 그 장방형의 장변에 직교하는 방향으로 인가되고, 제 1 성형체는, 장변이 원환을 형성하도록 굽힘 변형되고, 양 단부를 서로 융착함으로써 제 2 성형체로 된다. 이 경우에 있어서, 평행 외부 자계는, 횡 방향 단면을 따라, 제 1 표면으로부터 제 2 표면으로 지향되도록 인가되고, 제 2 성형체는, 제 1 성형체를, 제 1 표면이 반경 방향 내측이 되도록 원환상으로 굽힘 변형시킴으로써 형성되고, 그 제 2 성형체에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 반경 방향으로 지향하는 레이디얼 배향으로 된다.

상기 레이디얼 배향의 제 2 성형체를 형성하는 양태에 관련해, 자석 재료 입자의 자화 용이축이 축 방향으로 지향하는 액셜 배향으로 된 다른 성형체를 형성하고, 상기 레이디얼 배향의 제 2 성형체 및 상기 액셜 배향 성형체의 각각에 의해 형성된 레이디얼 배향 소결체와 액셜 배향 소결체를 조합하여 할바흐 배열의 소결체로 할 수 있다. 이 경우에 있어서, 액셜 배향의 성형체를 형성하는 방법은, 평행 외부 자계를, 횡 방향 단면을 따라, 제 1 성형체에 있어서의 제 1 표면으로부터 제 2 표면으로 지향되도록 인가하고, 그 제 1 성형체를, 제 1 표면과 제 2 표면이 서로 평행한 원환상이 되도록 굽힘 변형시킴으로써 제 2 성형체를 형성하여, 그 제 2 성형체에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축이, 축 방향으로 지향하는 액셜 배향이 되도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법에 있어서는, 제 1 성형체는, 복합 재료를 시트상으로 형성한 후, 그 시트상으로 형성된 그 복합 재료를 소정 형상으로 잘라냄으로써 형성할 수 있다.

이와 같이 하여 형성된 희토류 영구자석 형성용 소결체는, 후공정에 있어서 착자되어, 희토류 영구자석이 된다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법에 있어서는, 희토류 물질을 포함하는 자석 재료 입자와 수지 재료를 혼합하여 형성되는 복합 재료에 의해, 길이 방향의 길이 치수와, 그 길이 방향에 직각인 횡 방향의 단면에 있어서의, 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 두께 방향의 두께 치수와, 그 두께 방향에 대해 직교하는 폭 방향의 폭 치수를 갖는, 입체 형상의 제 1 성형체가 형성된다. 그리고, 그 제 1 성형체를 그 수지의 연화 온도보다 높은 온도로 유지하면서, 제 1 성형체에 대해 횡 방향의 단면을 따라, 제 1 표면으로부터 제 2 표면으로 지향된 평행 자속을 갖는 평행 외부 자계를 인가함으로써, 자석 재료 입자의 자화 용이축을 그 외부 자계의 방향에 평행으로 배향시키므로, 자석 재료 입자의 평균 입경이 매우 작은 경우에도, 그 입자의 자화 용이축을 정밀도 양호하게 배향시킬 수 있다. 또한, 자석 재료 입자의 자화 용이축이 평행으로 배향된 그 제 1 성형체에 대해, 그 횡 방향 단면의 적어도 일부의 형상이 그 횡 방향 단면 내에 있어서 변화하는 변형력을 부여함으로써, 그 횡 방향 단면의 적어도 일부에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향 방향이 제 1 성형체에 있어서의 배향 방향과는 상이한 배향 방향으로 변경된 제 2 성형체를 형성할 수 있다. 따라서, 제 1 성형체의 초기 형상을 적절히 정함으로써, 제 2 성형체의 형상을 바라는 형태로 할 수 있고, 또한 그 제 2 성형체에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향을 원하는 방향으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 방법에 있어서는, 복합 재료에 포함되어 있던 수지 재료는, 제 2 성형체의 소결 단계에서 증산되므로, 최종적으로 얻어지는 소결 자석에서는, 자석 재료 입자가 서로 소결에 의해 결합된 상태가 된다. 이 때문에, 자석 재료 입자와 수지 재료를 혼합하여 형성되는 복합 재료를 사용함에도 불구하고, 최종적으로 얻어지는 자석은 수지 재료를 거의 포함하지 않아, 자석 재료 입자의 밀도가 높은 값으로 유지된다. 이 때문에, 본 발명의 방법에 의해 제조된 희토류 영구자석 형성용 소결체에 착자함으로써 얻어지는 희토류 영구 소결 자석은, 우수한 자기 특성을 갖는 것이 된다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태의 방법에 의해 제조된 희토류 자석 형성용 소결체의 일례를 횡단면으로 나타내는 단면도이고, (a) 는 전체를 나타내고, (b) 는 단부 영역의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 의해 형성되는 자석이 매립되는 전동 모터의 로터 코어에 형성된 자석 삽입용 슬롯의 일례를 나타내는 로터 부분의 단면도이다.
도 3 은 도 2 에 나타내는 로터 코어에 영구자석이 매립된 상태를 나타내는 로터 부분의 단면도 (端面圖) 이다.
도 4 는 본 발명의 영구자석을 적용할 수 있는 전동 모터의 횡단면도이다.
도 5 는 도 1 에 나타내는 실시형태에 의한 소결체로 형성되는 희토류 영구자석에 있어서의 자속 밀도의 분포를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태인, 도 1 에 나타내는 영구자석 형성용 소결체의 제조 공정을 나타내는 개략도이고, (a) ∼ (d) 는 그린 시트 형성까지의 각 단계를 나타낸다.
도 7 은 본 실시형태에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축 배향 처리를 나타내는 가공용 시트편의 단면도이고, (a) 는 자기장 인가 시의 시트편의 단면 형상을 나타내고, (b) 는 자기장 인가 후에 변형 처리가 실시된 소결 처리용 시트편의 단면 형상을 나타내고, (c) 는 제 1 성형체를 제 2 성형체로 하는 굽힘 변형 가공 공정을 나타낸다.
도 8 은 가소 처리에 있어서의 바람직한 승온 속도를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 본 발명의 방법의 다른 실시형태를 나타내는 도면 7(a)(b) 와 동일한 도면이고, (a) 는 제 1 성형체를, (b) 는 제 2 성형체를 각각 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 방법의 또 다른 실시형태를 나타내는 도면 9(a)(b) 와 동일한 도면이고, (a) 는 일 양태에 있어서의 제 1 성형체를, (b) 는 제 2 성형체를, (c) 는 다른 양태에 의한 제 2 성형체를 각각 나타내고, (d) 는 또 별도의 양태에 있어서의 제 1 성형체를, (e) 는 제 2 성형체를, (f) 는 다른 양태에 의한 제 2 성형체를 각각 나타낸다.
도 11 은 레이디얼 배향 원환상 자석을 제조하기 위한, 본 발명의 실시형태를 나타내는 도면이고, (a) 는 제 1 성형체를 나타내는 측면도, (b) 는 제 2 성형체를 나타내는 사시도, (c) 는, 액셜 배향 원환상 자석을 제조하기 위해서 (b) 와는 상이한 방향으로 원환상으로 형성된 제 2 성형체를 나타내는 사시도이다.
도 12 는 도 11 의 본 실시형태에 의해 제조되는 원환상 자석을 사용하여 할바흐 배열의 자석을 형성하는 예를 나타내는 사시도이다.
도 13 은 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 것으로, (a)(b)(c)(d)(e)(f) 는, 제조의 각 단계를 나타내는 개략도이다.
도 14 는 배향각 및 배향축 각도를 나타내는 개략도이고, (a) 는, 희토류 자석에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향의 일례를 나타내는 횡단면도, (b) 는, 개개의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 「배향각」 및 「배향축 각도」를 정하는 순서를 나타내는 개략 확대도이다.
도 15 는 배향각 편차 각도를 구하는 순서를 나타내는 도표이다.
도 16 은 EBSD 해석에 근거하는 배향각의 분포의 표시를 나타내는 것이고, (a) 는 희토류 자석의 축의 방향을 나타내는 사시도를, (b) 는 그 자석의 중앙부와 양 단부에 있어서의 EBSD 해석에 의해 얻어진 극점도의 예를, (c) 는 (a) 에 있어서의 A2 축을 따른 자석의 단면에 있어서의 배향축 각도를 나타낸다.
도 17 은 본 발명의 실시예 4 에 있어서 사용되는 형을 나타내는 것으로, (a) 는 외부 자기장 인가를 위한 형의 캐비티를 나타내고, (b) 는 변형 공정에 사용되는 형의 캐비티를 나타내는 개략도이다.
도 18 은 본 발명의 실시예 5 에 있어서 제 1 성형체의 형성에 사용되는 형의 캐비티를 나타내는 개략 사시도이다.
도 19 는 본 발명의 실시예 5 에 있어서의 제 1 성형체로부터 제 2 성형체로의 변형 과정을 나타내는 도면이고, (a) 는 제 1 중간 성형체를, (b) 는 제 2 중간 성형체를, (c) 는 제 3 중간 성형체를, (d) 는 제 2 성형체를, 각각 나타낸다.
도 20 은 본 발명의 실시예 5 에 의한 희토류 자석 형성용 소결체에 있어서의 배향축 각도의 분석 위치를 나타내는 도면이다.
도 21 은 배향축 각도를 측정하기 위한 좌표계와 기준면을 나타내는 도면이다.

실시형태의 설명에 앞서, 용어의 정의 및 배향각의 측정에 대해 설명한다.

〔배향각〕

배향각은, 미리 정한 기준선에 대한 자석 재료 입자의 자화 용이축의 방향의 각도를 의미한다.

〔배향축 각도〕

자석의 특정 면내에 있어서 미리 정한 구획 내에 있는 자석 형성 재료 입자의 배향각 중, 가장 빈도가 높은 배향각이다. 본 발명에 있어서는, 배향축 각도를 정하는 구획은, 자석 재료 입자를 적어도 30 개, 예를 들어 200 개 내지 300 개 포함하는 4 각형 구획 또는 한 변이 35 ㎛ 인 정방형 구획으로 한다.

도 14 에 배향각 및 배향축 각도를 나타낸다. 도 14(a) 는, 희토류 자석에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향의 일례를 나타내는 횡단면도이고, 그 희토류 자석 (M) 은, 제 1 표면 (S-1) 과, 그 제 1 표면 (S-1) 으로부터 두께 (t) 만큼 간격을 가진 위치에 있는 제 2 표면 (S-2) 과, 폭 (W) 을 갖고, 폭 (W) 방향의 양 단부에는, 단면 (E-1, E-2) 이 형성되어 있다. 도시한 예에서는, 제 1 표면 (S-1) 과 제 2 표면 (S-2) 은, 서로 평행한 평탄면이고, 도시한 횡단면에서는, 이들 제 1 표면 (S-1) 및 제 2 표면 (S-2) 은, 서로 평행한 2 개의 직선으로 나타낸다. 단면 (E-1) 은, 제 1 표면 (S-1) 에 대해 상우 방향으로 경사진 경사면으로 되어 있고, 마찬가지로 단면 (E-2) 은, 제 2 표면 (S-2) 에 대해 상좌 방향으로 경사진 경사면으로 되어 있다. 화살표 (B-1) 는, 그 희토류 자석 (M) 의 폭 방향 중앙 영역에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향축의 방향을 개략적으로 나타낸다. 이에 대하여, 화살표 (B-2) 는, 단면 (E-1) 에 인접하는 영역에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향축의 방향을 개략적으로 나타낸다. 마찬가지로, 화살표 (B-3) 는, 단면 (E-2) 에 인접하는 영역에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향축의 방향을 개략적으로 나타낸다.

「배향축 각도」는, 화살표 (B-1, B-2, B-3) 로 나타내는 이들 배향축과, 하나의 기준선 간의 각도이다. 기준선은 임의로 설정할 수 있지만, 도 14(a) 에 나타내는 예와 같이, 제 1 표면 (S-1) 의 단면이 직선으로 나타내어지는 경우에는, 그 제 1 표면 (S-1) 의 단면을 기준선으로 하는 것이 편리하다. 도 14(b) 는, 개개의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 「배향각」 및 「배향축 각도」를 정하는 순서를 나타내는 개략 확대도이다. 도 14(a) 에 나타내는 희토류 자석 (M) 의 임의의 지점, 예를 들어 도 14(a) 에 나타내는 4 각형 구획 (R) 이 도 14(b) 에 확대하여 나타내어진다. 이 4 각형 구획 (R) 에는, 30 개 이상, 예를 들어 200 개 내지 300 개와 같은, 다수의 자석 재료 입자 (P) 가 포함된다. 4 각형 구획에 포함되는 자석 재료 입자의 수가 많을수록 측정 정밀도는 높아지지만, 30 개 정도라도, 충분한 정밀도로 측정할 수 있다. 각각의 자석 재료 입자 (P) 는, 자화 용이축 (P-1) 을 갖는다. 자화 용이축 (P-1) 은, 통상은 극성을 가지지 않지만, 자석 재료 입자가 착자됨으로써 극성을 가진 벡터가 된다. 도 14(b) 에서는, 착자될 예정의 극성을 고려하여, 자화 용이축에 방향성을 부여한 화살표로 나타낸다. 이하의 설명에 있어서 「자화 용이축의 배향 방향」이라는 용어 또는 동일한 용어는, 이와 같이 착자될 예정의 극성을 고려하여, 그 방향을 나타내는 것으로서 사용한다.

도 14(b) 에 나타내는 바와 같이, 개개의 자석 재료 입자 (P) 의 자화 용이축 (P-1) 은, 그 자화 용이축이 지향하는 방향과 기준선 간의 각도인 「배향각」을 갖는다. 그리고, 도 14(b) 에 나타내는 4 각형 구획 (R) 내의 자석 재료 입자 (P) 의 자화 용이축 (P-1) 의 「배향각」 중 가장 빈도가 높은 배향각을, 「배향축 각도」(B) 로 한다.

〔배향각 편차 각도〕

임의의 4 각형 구획에 있어서의 배향축 각도와, 그 구획 내에 존재하는 자석 재료 입자 전부에 대해 그 자화 용이축의 배향각의 차를 구하고, 그 배향각의 차의 분포에 있어서의 반치폭에 의해 나타내는 각도의 값을 배향각 편차 각도로 한다. 도 15 는, 배향각 편차 각도를 구하는 순서를 나타내는 도표이다. 도 15 에 있어서, 자화 용이축에 대한 개개의 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향각의 차 Δθ 의 분포가, 곡선 (C) 에 의해 나타내어진다. 세로축에 나타내는 누적 빈도가 최대가 되는 위치를 100 ％ 로 하고, 누적 빈도가 50 ％ 가 되는 배향각차 Δθ 의 값이 반치폭이다.

〔배향각의 측정〕

개개의 자석 재료 입자 (P) 에 있어서의 자화 용이축 (P-1) 의 배향각은, 주사 전자현미경 (SEM) 화상에 근거하는 「전자 후방 산란 회절 해석법」(EBSD 해석법) 에 의해 구할 수 있다. 이 해석을 위한 장치로는, Oxford Instruments 사 제조의 EBSD 검출기 (AZtecHKL EBSD NordlysNano Integrated) 를 구비한 주사 전자현미경인, 도쿄도 아키시마시 소재의 닛폰 전자 주식회사 제조 JSM-70001F, 혹은 EDAX 사 제조의 EBSD 검출기 (Hikari High Speed EBSD Detector) 를 구비한 주사 전자현미경인, ZEISS 사 제조 SUPRA40VP 가 있다. 또, 외부 위탁에 의해 EBSD 해석을 실시하는 사업체로는, 도쿄도 츄오구 니혼바시 소재의 JFE 테크노 리서치 주식회사 및 오사카부 이바라키시 소재의 주식회사 닛토 분석 센터가 있다. EBSD 해석에 의하면, 소정의 구획 내에 존재하는 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향각 및 배향축 각도를 구할 수 있고, 이들 값에 근거하여, 배향각 편차 각도도 취득할 수 있다. 도 16 은, EBSD 해석법에 의한 자화 용이축의 배향 표시의 일례를 나타내는 것으로, 도 16(a) 는, 희토류 자석의 축의 방향을 나타내는 사시도를, 도 16(b) 는, 중앙부와 양 단부에 있어서의 EBSD 해석에 의해 얻어진 극점도의 예를 나타내는 것이다. 또, 도 16(c) 에 A2 축을 따른 자석의 단면에 있어서의 배향축 각도를 나타낸다. 배향축 각도는, 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향 벡터를, A1 축과 A2 축을 포함하는 평면에 있어서의 성분과, A1 축과 A3 축을 포함하는 평면에 있어서의 성분으로 나누어 표시할 수 있다. A2 축은 폭 방향이고, A1 축은 두께 방향이다. 도 16(b) 의 중앙의 도면은, 자석의 폭 방향 중앙에 있어서는, 자화 용이축의 배향이 대략 A1 축을 따른 방향인 것을 나타낸다. 이것에 대해, 도 16(b) 의 좌측의 도면은, 자석의 폭 방향 좌단부에 있어서의 자화 용이축의 배향이 아래로부터 우상 방향으로 A1 축-A2 축의 면을 따라 경사져 있는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 도 16(b) 의 우측의 도면은, 자석의 폭 방향 우단부에 있어서의 자화 용이축의 배향이 아래로부터 좌상 방향으로 A1 축-A2 축의 면을 따라 경사져 있는 것을 나타낸다. 이와 같은 배향을, 배향 벡터로서 도 16(c) 에 나타낸다.

〔결정 방위도〕

임의의 구획 내에 존재하는 개개의 자석 재료 입자에 대해, 관찰면에 수직인 축에 대한 그 자석 재료 입자의 자화 용이축의 경사각을 표시하는 도면이다. 이 도면은, 주사 전자현미경 (SEM) 화상에 근거하여 작성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 대해 설명한다. 도 1 내지 도 4 에, 본 발명의 일 실시형태에 의한 방법을 이용하여 제조된 희토류 자석 형성용 소결체와, 그 소결체로 형성되는 영구자석을 장착한 전동 모터의 일례를 나타낸다. 본 실시형태에 있어서는, 희토류 영구자석 1 은, 자석 재료로서 Nd-Fe-B 계 자석 재료를 포함한다. 이 경우에 있어서 Nd-Fe-B 계 자석 재료는, 예를 들어 중량 백분율로 R (R 은 Y 를 포함하는 희토류 원소 중 1 종 또는 2 종 이상) 27.0 ∼ 40.0 wt％, B 를 0.6 ∼ 2 wt％, Fe 를 60 ∼ 75 wt％ 의 비율로 포함하는 것으로 할 수 있다. 전형적으로는, Nd-Fe-B 계 자석 재료는, Nd 를 27 내지 40 wt％, B 를 0.8 내지 2 wt％, 전해철인 Fe 를 60 내지 70 wt％ 의 비율로 포함한다. 이 자석 재료에는, 자기 특성 향상을 목적으로 하여, Dy, Tb, Co, Cu, Al, Si, Ga, Nb, V, Pr, Mo, Zr, Ta, Ti, W, Ag, Bi, Zn, Mg 등의 다른 원소를 소량 포함해도 된다.

도 1(a) 를 참조하면, 본 실시형태에 의한 자석 형성용 소결체 (1) 는, 상기 서술한 자석 재료의 미세 입자가 일체로 소결 성형된 것이고, 서로 평행한 상변 (2) 과 하변 (3), 및 좌우 양단의 단면 (4, 5) 을 갖고, 그 단면 (4, 5) 은 상변 (2) 및 하변 (3) 에 대해 경사진 경사면으로서 형성되어 있다. 상변 (2) 은, 본 발명의 제 2 표면의 단면에 대응하는 변이고, 하변 (3) 은, 본 발명의 제 1 표면의 단면에 대응하는 변이다. 단면 (4, 5) 의 경사각은, 그 단면 (4, 5) 의 연장선 (4a, 5a) 과 상변 (2) 사이의 각도 θ 로서 정의된다. 바람직한 형태에서는 경사각 (θ) 은, 45°내지 80°, 보다 바람직하게는 55°내지 80°이다. 그 결과, 자석 형성용 소결체 (1) 는, 상변 (2) 이 하변 (3) 보다 짧은 사다리꼴의 길이 방향 단면을 갖는 형상으로 형성되어 있다.

자석 형성용 소결체 (1) 는, 상변 (2) 및 하변 (3) 을 따른 폭 방향으로, 소정 치수의 중앙 영역 (6) 과, 양 단부측의 단부 영역 (7, 8) 으로 구분된 복수의 영역을 갖는다. 중앙 영역 (6) 에 있어서는, 그 영역 (6) 에 포함되는 자석 재료 입자는, 그 자화 용이축이 상변 (2) 및 하변 (3) 에 대해 실질적으로 직각인, 두께 방향에 평행으로 배향한 패럴렐 배향으로 되어 있다. 이에 대하여, 단부 영역 (7, 8) 에서는, 그 영역 (7, 8) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 두께 방향에 대해 아래에서 위를 향하여, 배향 방향이 중앙 영역 (6) 의 방향으로 경사져 있고, 그 경사각은, 단면 (4, 5) 에 인접하는 위치에서는 그 단면 (4, 5) 의 경사각 (θ) 을 따른 각도이고, 중앙 영역 (6) 에 인접하는 위치에서는, 그 상변 (2) 에 대해 대략 직각이고, 단면 (4, 5) 에 인접하는 위치로부터 중앙 영역 (6) 에 근접함에 따라 점차 커진다. 이와 같은 자화 용이축의 배향을, 도 1(a) 에, 중앙 영역 (6) 의 패럴렐 배향에 대해서는 화살표 (9) 로, 단부 영역 (7, 8) 의 경사 배향에 대해서는 화살표 (10) 로 각각 나타낸다. 단부 영역 (7, 8) 의 경사 배향에 관하여 다른 표현을 하면, 이들 영역에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 상변 (2) 과 단면 (4, 5) 이 교차하는 코너부로부터 중앙부를 향하여, 단부 영역 (7, 8) 의 폭 방향 치수에 대응하는 소정 범위의 영역에 집속하도록 배향된다. 이 배향의 결과, 단부 영역 (7, 8) 에 있어서는, 자화 용이축이 상변 (2) 에 지향되는 자석 재료 입자의 밀도가, 중앙 영역 (6) 에 있어서의보다 높아진다. 본 발명의 바람직한 형태에서는, 중앙 영역 (6) 에 대응하는 상변 (2) 의 폭 방향의 치수, 즉 패럴렐 길이 P 와, 상변 (2) 의 폭 방향 치수 L 의 비, 즉 패럴렐률 P/L 이, 0.05 내지 0.8, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.5 가 되도록, 중앙 영역 (6) 과 단부 영역 (7, 8) 의 치수가 정해진다.

상기한 단부 영역 (7, 8) 에 있어서의 자석 재료의 자화 용이축의 배향을, 단부 영역 (7) 에 대해 도 1(b) 에 과장하여 나타낸다. 도 1(b) 에 있어서, 자석 재료 입자의 각각의 자화 용이축 (C) 은, 단면 (4) 에 인접하는 부분에서는 그 단면 (4) 을 대략 따르고, 그 단면 (4) 의 경사각 (θ) 만큼 경사져 배향된다. 그리고, 그 경사각은, 단부로부터 중앙부에 근접함에 따라 점차 증가한다. 즉, 자석 재료 입자의 자화 용이축 (C) 의 배향은, 하변 (3) 의 측으로부터 상변 (2) 을 향하여 집속하도록 되고, 자화 용이축 (C) 이 상변 (2) 에 지향되는 자석 재료 입자의 밀도는, 패럴렐 배향의 경우에 비해 높아진다.

도 2 는, 상기 서술한 자화 용이축의 배향을 갖는 자석 형성용 소결체 (1) 를 착자시키는 것에 의해 형성된 희토류 자석을 매립하여 사용하는 데에 적합한 전동 모터 (20) 의 로터 코어 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다. 로터 코어 (21) 는, 그 둘레면 (21a) 이 에어 갭 (22) 을 통하여 스테이터 (23) 와 대향하도록, 그 스테이터 (23) 내에 자유롭게 회전할 수 있도록 배치된다. 스테이터 (23) 는, 둘레 방향으로 간격을 가지고 배치 형성된 복수의 티스 (23a) 를 구비하고 있고, 이 티스 (23a) 에 계자 코일 (23b) 이 감긴다. 상기 서술한 에어 갭 (22) 은, 각 티스 (23a) 의 단면과 로터 코어 (21) 의 둘레면 (21a) 사이에 형성되게 된다. 로터 코어 (21) 에는, 자석 삽입용 슬롯 (24) 이 형성되어 있다. 이 슬롯 (24) 은, 직선상 중앙 부분 (24a) 과, 그 중앙 부분 (24a) 의 양 단부로부터 로터 코어 (21) 의 둘레면 (21a) 의 방향으로 비스듬하게 연장되는 1 쌍의 경사 부분 (24b) 을 갖는다. 도 2 로부터 알 수 있는 바와 같이 경사 부분 (24b) 은, 그 말단부가 로터 코어 (21) 의 둘레면 (21a) 에 근접한 위치에 있다.

상기 서술한 자화 용이축의 배향을 갖는 자석 형성용 소결체 (1) 를 착자시키는 것에 의해 형성된 희토류 자석 (30) 을 도 2 에 나타내는 로터 코어 (21) 의 자석 삽입용 슬롯 (24) 에 삽입한 상태를 도 3 에 나타낸다. 도 3 에 나타내는 바와 같이 희토류 영구자석 (30) 은, 그 상변 (2) 이 외측을, 즉 스테이터 (23) 측을 향하도록, 로터 코어 (21) 에 형성된 자석 삽입용 슬롯 (24) 의 직선상 중앙 부분 (24a) 에 삽입된다. 삽입된 자석 (30) 의 양단으로부터 외측에는, 슬롯 (24) 의 직선상 중앙 부분 (24a) 의 일부와 경사 부분 (24b) 이 공극부로서 남겨진다. 이와 같이, 로터 코어 (21) 의 슬롯 (24) 에 영구자석이 삽입되는 것에 의해 형성된 전동 모터 (20) 의 전체를, 도 4 에 횡단면도로 나타낸다.

도 5 는, 상기 서술한 실시형태에 의해 형성되는 희토류 영구자석 (30) 에 있어서의 자속 밀도의 분포를 나타내는 것이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 자석 (30) 의 양측 단부 영역 (7, 8) 에 있어서의 자속 밀도 A 는, 중앙 영역 (6) 에 있어서의 자속 밀도 B 보다 높아진다. 그 때문에, 이 자석 (30) 을 전동 모터 (20) 의 로터 코어 (21) 에 매립하여 작동시켰을 때, 자석 (30) 의 단부에 스테이터 (23) 로부터의 자속이 작용해도 자석 (30) 의 단부의 감자가 억제되어, 자석 (30) 의 단부에는, 감자 후에도 충분한 자속이 남겨지게 되어, 모터 (20) 의 출력이 저하하는 것이 방지된다.

［희토류 영구자석 형성용 소결체의 제조 방법］

다음으로, 도 1 에 나타내는 희토류 자석 형성용 소결체 (1) 를 제조하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 의한 제조 방법에 대해, 도 6 을 참조하여 설명한다. 도 6 은, 본 실시형태에 관련된 영구자석 형성용 소결체 (1) 의 제조 공정을 나타내는 개략도이다.

먼저, 소정 분율의 Nd-Fe-B 계 합금으로 이루어지는 자석 재료의 잉곳을 주조법에 의해 제조한다. 대표적으로는, 네오디뮴 자석에 사용되는 Nd-Fe-B 계 합금은, Nd 가 30 wt％, 전해철인 것이 바람직한 Fe 가 67 wt％, B 가 1.0 wt％ 의 비율로 포함되는 조성을 갖는다. 이어서, 이 잉곳을 스탬프 밀 또는 크러셔 등의 공지된 수단을 사용하여 입경 200 ㎛ 정도의 크기로 조분쇄한다. 대체적으로는, 잉곳을 용해하고, 스트립 캐스트법에 의해 플레이크를 제작하고, 수소 해쇄법으로 조분화할 수도 있다. 그로써, 조분쇄 자석 재료 입자 (115) 가 얻어진다 (도 6(a) 참조).

이어서, 조분쇄 자석 재료 입자 (115) 를, 비즈 밀 (116) 에 의한 습식법 또는 제트 밀을 사용한 건식법 등에 의해 미분쇄한다. 예를 들어, 비즈 밀 (116) 에 의한 습식법을 사용한 미분쇄에서는, 용매 중에서 조분쇄 자석 입자 (115) 를 소정 범위의 입경, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 로 미분쇄하여, 용매 중에 자석 재료 입자를 분산시킨 상태로 한다 (도 6(b) 참조). 그 후, 습식 분쇄 후의 용매에 포함되는 자석 입자를 감압 건조 등의 수단에 의해 건조시키고, 건조시킨 자석 입자를 인출한다 (도시 생략). 여기서, 분쇄에 사용하는 용매의 종류에는 특별히 제한은 없고, 이소프로필알코올, 에탄올, 메탄올 등의 알코올류, 아세트산에틸 등의 에스테르류, 펜탄, 헥산 등의 저급 탄화수소류, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 방향족류, 케톤류, 그들의 혼합물 등의 유기 용매, 또는 액화 질소, 액화 헬륨, 액화 아르곤 등의 무기 용매를 사용할 수 있다. 이 경우에 있어서, 용매 중에 산소 원자를 포함하지 않는 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 제트 밀에 의한 건식법을 사용하는 미분쇄에 있어서는, 조분쇄한 자석 재료 입자 (115) 를, (a) 산소 함유량이 0.5 ％ 이하, 바람직하게는 실질적으로 0 ％ 인 질소 가스, Ar 가스, He 가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 분위기 중, 또는 (b) 산소 함유량이 0.0001 내지 0.5 ％ 인 질소 가스, Ar 가스, He 가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 분위기 중에서, 제트 밀에 의해 미분쇄하여, 6.0 ㎛ 이하, 예를 들어 0.7 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 와 같은 소정 범위의 평균 입경을 갖는 미립자로 한다. 여기서, 산소 농도가 실질적으로 0 ％ 란, 산소 농도가 완전히 0 ％ 인 경우로 한정되지 않고, 미분의 표면에 아주 약간 산화 피막을 형성하는 정도의 양의 산소를 함유하는 것이라도 되는 것을 의미한다.

다음으로, 비즈 밀 (116) 등으로 미분쇄된 자석 재료 입자를 소망 형상으로 성형한다. 이 자석 재료 입자의 성형을 위해서, 상기 서술한 바와 같이 미분쇄된 자석 재료 입자 (115) 와 수지 재료로 이루어지는 바인더를 혼합한 혼합물, 즉 복합 재료를 준비한다. 바인더로서 사용되는 수지는, 구조 중에 산소 원자를 포함하지 않고, 또한 해중합성이 있는 폴리머가 바람직하다. 또, 후술과 같이 자석 입자와 바인더의 복합 재료를, 원하는 형상으로 성형할 때에 생기는 복합 재료의 잔여물을 재이용할 수 있도록 하기 위해서, 또한 복합 재료를 가열하여 연화한 상태에서 자기장 배향을 실시할 수 있도록 하기 위해서, 수지 재료로는, 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 이하의 일반식 (1) 로 나타내는 모노머로 형성되는 1 종 또는 2 종 이상의 중합체 또는 공중합체로 이루어지는 폴리머가 바람직하게 사용된다.

[화학식 2]

상기 조건에 해당하는 폴리머로는, 예를 들어 이소부틸렌의 중합체인 폴리이소부틸렌 (PIB), 이소프렌의 중합체인 폴리이소프렌 (이소프렌 고무, IR), 폴리프로필렌, α-메틸스티렌을 중합시킨 폴리(α-메틸스티렌), 폴리에틸렌, 1,3-부타디엔의 중합체인 폴리부타디엔 (부타디엔 고무, BR), 스티렌의 중합체인 폴리스티렌, 스티렌과 이소프렌의 공중합체인 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 (SIS), 이소부틸렌과 이소프렌의 공중합체인 부틸 고무 (IIR), 스티렌과 부타디엔의 공중합체인 스티렌-부타디엔 블록 공중합체 (SBS), 스티렌과 에틸렌, 부타디엔의 공중합체인 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체 (SEBS), 스티렌과 에틸렌, 프로필렌의 공중합체인 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체 (SEPS), 에틸렌과 프로필렌의 공중합체인 에틸렌-프로필렌 공중합체 (EPM), 에틸렌, 프로필렌과 함께 디엔 모노머를 공중합시킨 EPDM, 2-메틸-1-펜텐의 중합체인 2-메틸-1-펜텐 중합 수지, 2-메틸-1-부텐의 중합체인 2-메틸-1-부텐 중합 수지 등이 있다. 또, 바인더에 사용하는 수지로는, 산소 원자, 질소 원자를 포함하는 모노머의 중합체 또는 공중합체 (예를 들어, 폴리부틸메타크릴레이트나 폴리메틸메타크릴레이트 등) 를 소량 포함하는 구성으로 해도 된다. 또한, 상기 일반식 (1) 에 해당하지 않는 모노머가 일부 공중합하고 있어도 된다. 그 경우라도, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

또한, 바인더에 사용하는 수지로는, 자기장 배향을 적절히 실시하기 위해서 250 ℃ 이하에서 연화하는 열가소성 수지, 보다 구체적으로는 유리 전이점 또는 유동 개시 온도가 250 ℃ 이하인 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

열가소성 수지 중에 자석 재료 입자를 분산시키기 위해서, 배향 윤활제를 적당량 첨가하는 것이 바람직하다. 배향 윤활제로는, 알코올, 카르복실산, 케톤, 에테르, 에스테르, 아민, 이민, 이미드, 아미드, 시안, 인계 관능기, 술폰산, 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 갖는 화합물, 액상 포화 탄화수소 화합물 중 적어도 하나를 첨가하는 것이 바람직하다. 이들 물질의 복수를 혼합하여 사용해도 된다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 자석 재료 입자와 바인더의 혼합물, 즉 복합 재료에 대해 자기장을 인가하여 그 자석 재료를 자기장 배향할 때에는, 혼합물을 가열하여 바인더 성분이 연화한 상태에서 자기장 배향 처리를 실시한다.

자석 재료 입자에 혼합되는 바인더로서 상기 조건을 만족하는 바인더를 사용하는 것에 의해, 소결 후의 희토류 영구자석 형성용 소결체 내에 잔존하는 탄소량 및 산소량을 저감시킬 수 있게 된다. 구체적으로는, 소결 후에 자석 형성용 소결체 내에 잔존하는 탄소량을 2000 ppm 이하, 보다 바람직하게는 1000 ppm 이하로 할 수 있다. 또, 소결 후에 자석 형성용 소결체 내에 잔존하는 산소량을 5000 ppm 이하, 보다 바람직하게는 2000 ppm 이하로 할 수 있다.

바인더의 첨가량은, 슬러리 또는 가열 용융한 복합 재료를 성형하는 경우에, 성형의 결과로서 얻어지는 성형체의 두께 정밀도가 향상되도록, 자석 재료 입자 간의 공극을 적절히 충전할 수 있는 양으로 한다. 예를 들어, 자석 재료 입자와 바인더의 합계량에 대한 바인더의 비율은, 1 wt％ 내지 40 wt％, 보다 바람직하게는 2 wt％ 내지 30 wt％, 더욱 바람직하게는 3 wt％ 내지 20 wt％, 특히 바람직하게는 5 wt％ 내지 15 wt％ 로 한다. 또, 바인더에 사용하는 수지와 자석 재료 입자의 합계량에 대한 당해 수지의 비율은, 바람직하게는 1 wt％ 내지 30 wt％, 보다 바람직하게는 2 wt％ 내지 20 wt％, 더욱 바람직하게는 3 wt％ 내지 15 wt％, 특히 바람직하게는 3.5 wt％ 내지 10 wt％ 로 한다.

이하의 실시형태에서는, 복합 재료를 일단 제품 형상 이외의 형상으로 성형한 성형체 상태에서 평행 자기장을 인가하여 자기장에 있어서의 자석 재료 입자의 배향을 실시하고, 그 후에 그 성형체를 원하는 제품 형상으로 하고, 이어서 소결 처리를 실시하는 것에 의해, 예를 들어 도 1 에 나타내는 사다리꼴 형상과 같은, 원하는 제품 형상의 소결 자석으로 한다. 특히, 이하의 실시형태에서는, 자석 재료 입자와 바인더로 이루어지는 혼합물, 즉 복합 재료 (117) 를, 시트 형상의 그린 성형체 (이하, 「그린 시트」라고 한다) 로 일단 성형한 후에, 배향 처리를 위한 성형체 형상으로 한다. 복합 재료를 특히 시트 형상으로 성형하는 경우에는, 예를 들어 자석 재료 입자와 바인더의 혼합물인 복합 재료 (117) 를 가열한 후에 시트 형상으로 성형하는 핫멜트 도공에 의하거나, 자석 재료 입자와 바인더의 혼합물인 복합 재료 (117) 를 성형형에 넣어 가열 및 가압하는 방법에 의하거나, 복합 재료를 압출 성형기에 의해 압출하는 것에 의해 성형하는 방법에 의하거나, 또는 자석 재료 입자와 바인더와 유기 용매를 포함하는 슬러리를 기재 상에 도공하는 것에 의해 시트상으로 성형하는 슬러리 도공 등에 의한 성형을 채용할 수 있다.

이하에 있어서는, 특히 핫멜트 도공을 사용한 그린 시트 성형에 대해 설명하지만, 본 발명은 그러한 특정 성형법으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복합 재료 (117) 를 성형용 형에 넣고, 실온 ∼ 300 ℃ 로 가열하면서, 0.1 ∼ 100 MPa 의 압력으로 가압함으로써 성형을 실시해도 된다. 이 경우, 보다 구체적으로는 연화하는 온도로 가열한 복합 재료 (117) 를, 사출압을 가하여 금형에 압입하여 충전하고 성형하는 방법을 채용할 수 있다.

이미 서술한 바와 같이, 비즈 밀 (116) 등으로 미분쇄된 자석 재료 입자에 바인더를 혼합함으로써, 자석 재료 입자와 바인더로 이루어지는 점토상의 혼합물, 즉 복합 재료 (117) 를 제조한다. 여기서, 바인더로는, 상기 서술한 바와 같이 수지 및 배향 윤활제의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 수지로는, 구조 중에 산소 원자를 포함하지 않고, 또한 해중합성이 있는 폴리머로 이루어지는 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 한편 배향 윤활제로는, 알코올, 카르복실산, 케톤, 에테르, 에스테르, 아민, 이민, 이미드, 아미드, 시안, 인계 관능기, 술폰산, 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 갖는 화합물 중, 적어도 하나를 첨가하는 것이 바람직하다.

이들 중에서도 불포화 결합을 갖는 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 이러한 종류의 화합물로는, 이중 결합을 갖는 화합물, 삼중 결합을 갖는 화합물을 들 수 있지만, 특히 소결체의 크랙을 저감시키는 효과를 기대할 수 있다는 관점에서, 삼중 결합을 갖는 화합물이 보다 바람직하다.

삼중 결합을 갖는 상기 화합물로는, 가소 처리에 있어서 용이하게 제거할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 그러기 위해서는 사용되는 화합물은 헤테로 원자를 가지지 않는 것이 바람직하고, 탄화수소만으로 구성되는 화합물인 것이 특히 바람직하다. 또, 자석 재료 입자의 표면과 보다 강하게 상호작용하는 것이 가능해져, 높은 배향 윤활 효과를 발휘할 수 있기 때문에, 삼중 결합을 갖는 화합물은, 삼중 결합을 말단에 갖는 것이 바람직하다.

삼중 결합을 갖는 상기 화합물에 있어서, 그 구성 원소인 탄소의 수는, 비점을 높게 함으로써 취급이 용이해지도록 하기 위해, 10 이상인 것이 바람직하고, 14 이상인 것이 보다 바람직하며, 16 이상인 것이 더욱 바람직하고, 18 이상인 것이 특히 바람직하다. 탄소수의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 30 이하로 할 수 있다.

이중 결합을 갖는 상기 화합물로는, 자석 재료 입자의 표면과 보다 강하게 상호작용하는 것이 가능해져, 높은 배향 윤활 효과를 발휘할 수 있도록 하기 위해, 헤테로 원자를 갖는 관능기를 가지는 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 헤테로 원자를 갖는 관능기를 말단에 갖는 화합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

이중 결합을 갖는 화합물에 있어서의 구성 탄소수는, 6 이상인 것이 바람직하고, 10 이상인 것이 보다 바람직하며, 12 이상인 것이 더욱 바람직하고, 14 이상인 것이 특히 바람직하다. 탄소수의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 30 이하로 할 수 있다.

또한, 삼중 결합을 갖는 상기 화합물과 이중 결합을 갖는 상기 화합물을 병용해도 된다.

또, 바인더의 첨가량은, 상기 서술한 바와 같이 첨가 후의 복합 재료 (117) 에 있어서의 자석 재료 입자와 바인더의 합계량에 대한 바인더의 비율이, 1 wt％ 내지 40 wt％, 보다 바람직하게는 2 wt％ 내지 30 wt％, 더욱 바람직하게는 3 wt％ 내지 20 wt％, 특히 바람직하게는 5 wt％ 내지 15 wt％ 가 되도록 한다. 또, 바인더에 사용하는 수지와 자석 재료 입자의 합계량에 대한 당해 수지의 비율은, 바람직하게는 1 wt％ 내지 30 wt％, 보다 바람직하게는 2 wt％ 내지 20 wt％, 더욱 바람직하게는 3 wt％ 내지 15 wt％, 특히 바람직하게는 3.5 wt％ 내지 10 wt％ 로 한다.

여기서 배향 윤활제의 첨가량은 자석 재료 입자의 입자경에 따라 결정하는 것이 바람직하고, 자석 재료 입자의 입자경이 작을수록 첨가량을 많게 하는 것이 추천된다. 구체적인 첨가량으로는, 자석 재료 입자 100 중량부에 대해 0.01 중량부 내지 20 중량부, 보다 바람직하게는 0.3 중량부 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 내지 5 중량부, 특히 바람직하게는 0.8 중량부 내지 3 중량부로 한다. 첨가량이 적은 경우에는 분산 효과가 작고, 배향성이 저하할 우려가 있다. 또, 첨가량이 지나치게 많은 경우에는, 자석 재료 입자를 오염시킬 우려가 있다. 자석 재료 입자에 첨가된 배향 윤활제는, 자석 재료 입자의 표면에 부착되어, 자석 재료 입자를 분산시켜 점토상 혼합물을 부여함과 함께, 후술하는 자기장으로의 배향 처리에 있어서, 자석 재료 입자의 회동을 보조하도록 작용한다. 그 결과, 자기장을 인가했을 때에 배향이 용이하게 실시되어, 자석 입자의 자화 용이축 방향을 대략 동일 방향으로 정렬하는 것, 즉 배향도를 높게 하는 것이 가능해진다. 특히, 자석 재료 입자에 바인더를 혼합하면, 입자 표면에 바인더가 존재하도록 되기 때문에, 자기장 배향 처리 시의 마찰력이 높아지고, 그 때문에 입자의 배향성이 저하할 우려가 있어, 배향 윤활제를 첨가하는 것의 효과가 보다 높아진다.

자석 재료 입자와 바인더의 혼합은, 질소 가스, Ar 가스, He 가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 분위기하에서 실시하는 것이 바람직하다. 자석 재료 입자와 바인더의 혼합은, 예를 들어 자석 재료 입자와 바인더를 각각 교반기에 투입하고, 교반기로 교반함으로써 실시한다. 이 경우에 있어서, 혼련성을 촉진하기 위해 가열 교반을 실시해도 된다. 또한, 자석 재료 입자와 바인더의 혼합도, 질소 가스, Ar 가스, He 가스 등 불활성 가스로 이루어지는 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다. 또, 특히 자석 재료 입자를 습식법으로 분쇄하는 경우에는, 분쇄에 사용한 용매로부터 자석 입자를 인출하는 일 없이, 바인더를 용매 중에 첨가하여 혼련하고, 그 후에 용매를 휘발시켜, 복합 재료 (117) 를 얻도록 해도 된다.

계속해서, 복합 재료 (117) 를 시트상으로 성형함으로써, 전술한 그린 시트를 제작한다. 핫멜트 도공을 채용하는 경우에는, 복합 재료 (117) 를 가열함으로써 그 복합 재료 (117) 를 용융하여, 유동성을 갖는 상태로 한 후, 지지 기재 (118) 상에 도공한다. 그 후, 방열에 의해 복합 재료 (117) 를 응고시켜, 지지 기재 (118) 상에 장척 시트상의 그린 시트 (119) 를 형성한다 (도 6(d) 참조). 이 경우에 있어서, 복합 재료 (117) 를 가열 용융할 때의 온도는, 사용하는 바인더의 종류나 양에 따라 상이하지만, 통상은 50 ℃ 내지 300 ℃ 로 한다. 단, 사용하는 바인더의 유동 개시 온도보다 높은 온도로 할 필요가 있다. 또한, 슬러리 도공을 이용하는 경우에는, 다량의 용매 중에 자석 재료 입자와 바인더, 및 임의이지만 배향을 조장하는 배향 윤활제를 분산시키고, 슬러리를 지지 기재 (118) 상에 도공한다. 그 후, 건조하여 용매를 휘발시킴으로써, 지지 기재 (118) 상에 장척 시트상의 그린 시트 (119) 를 형성한다.

여기서, 용융한 복합 재료 (117) 의 도공 방식은, 슬롯 다이 방식 또는 캘린더 롤 방식 등의, 층두께 제어성이 우수한 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 높은 두께 정밀도를 실현하기 위해서는, 특히 층두께 제어성이 우수한, 즉 기재의 표면에 고정밀도의 두께의 층을 도공할 수 있는 방식인, 다이 방식이나 콤마 도공 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 슬롯 다이 방식에서는, 가열하여 유동성을 갖는 상태로 한 복합 재료 (117) 를 기어 펌프에 의해 압송하여 다이에 주입하고, 다이로부터 토출함으로써 도공을 실시한다. 또, 캘린더 롤 방식에서는, 가열한 2 개의 롤의 닙 간극에, 복합 재료 (117) 를 제어한 양으로 송입하고, 롤을 회전시키면서, 지지 기재 (118) 상에, 롤의 열에 의해 용융한 복합 재료 (117) 를 도공한다. 지지 기재 (118) 로는, 예를 들어 실리콘 처리 폴리에스테르 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소포제를 사용하거나, 가열 감압 탈포를 실시함으로써, 도공되어 전개된 복합 재료 (117) 의 층 중에 기포가 남지 않도록 충분히 탈포 처리하는 것이 바람직하다. 혹은, 지지 기재 (118) 상에 도공하지 않고, 압출 성형이나 사출 성형에 의해 용융한 복합 재료 (117) 를 시트상으로 성형하면서 지지 기재 (118) 상에 압출함으로써, 지지 기재 (118) 상에 그린 시트 (119) 를 성형할 수도 있다.

도 6 에 나타내는 실시형태에서는, 슬롯 다이 (120) 를 사용하여 복합 재료 (117) 의 도공을 실시하도록 하고 있다. 이 슬롯 다이 방식에 의한 그린 시트 (119) 의 형성 공정에서는, 도공 후의 그린 시트 (119) 의 시트 두께를 실측하고, 그 실측값에 근거한 피드백 제어에 의해, 슬롯 다이 (120) 와 지지 기재 (118) 사이의 닙 간극을 조절하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 슬롯 다이 (120) 에 공급하는 유동성 복합 재료 (117) 의 양의 변동을 최대한 저하시키는 것, 예를 들어 ±0.1 ％ 이하의 변동으로 억제하는 것, 또한 도공 속도의 변동도 최대한 저하시키는 것, 예를 들어 ±0.1 ％ 이하의 변동으로 억제하는 것이 바람직하다. 이와 같은 제어에 의해, 그린 시트 (119) 의 두께 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 형성되는 그린 시트 (119) 의 두께 정밀도는, 예를 들어 1 mm 와 같은 설계값에 대해 ±10 ％ 이내, 보다 바람직하게는 ±3 ％ 이내, 더욱 바람직하게는 ±1 ％ 이내로 하는 것이 바람직하다. 캘린더 롤 방식에서는, 캘린더 조건을 동일하게 실측값에 근거하여 피드백 제어함으로써, 지지 기재 (118) 에 전사되는 컴파운드 (117) 의 막두께를 제어할 수 있다.

그린 시트 (119) 의 두께는, 0.05 mm 내지 20 mm 의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 두께를 0.05 mm 보다 얇게 하면, 필요한 자석 두께를 달성하기 위해서 다층 적층해야 하게 되므로, 생산성이 저하하게 된다.

다음으로, 상기 서술한 핫멜트 도공에 의해 지지 기재 (118) 상에 형성된 그린 시트 (119) 로부터, 원하는 자석 치수에 대응하는 치수로 잘라내어진 가공용 시트편 (123) 을 제작한다. 이 가공용 시트편 (123) 은, 본 발명의 제 1 성형체에 대응하는 것이고, 그 형상은 원하는 자석의 형상과는 상이하다. 상세하게 서술하면, 그 제 1 성형체인 가공용 시트편 (123) 은, 그 가공용 시트편 (123) 에 평행 자기장이 인가되어, 그 가공용 시트편 (123) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축이 평행이 되도록 배향된 후에, 그 가공용 시트편 (123) 을 변형시켜 원하는 자석 형상으로 했을 때, 그 원하는 형상을 갖는 자석에 있어서, 원하는 자화 용이축 배향이 얻어지는 형상으로 성형된다.

본 실시형태에 있어서는, 제 1 성형체인 가공용 시트편 (123) 은, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 최종 제품이 되는 사다리꼴 단면의 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 에 있어서의 중앙 영역 (6) 에 대응하는 폭 방향 길이의 직선상 영역 (6a) 과, 그 직선상 영역 (6a) 의 양단에 연속하는 원호상 영역 (7a, 8a) 을 갖는 단면 형상이다. 이 가공용 시트편 (123) 은, 도면의 지면에 직각인 방향의 길이 치수를 갖고, 단면의 치수 및 길이 치수는, 후술하는 소결 공정에 있어서의 치수의 축소를 예상하여, 소결 공정 후에 소정의 자석 치수가 얻어지도록 정한다.

도 7(a) 에 나타내는 가공용 시트편 (123) 에는, 직선상 영역 (6a) 의 표면에 직각이 되는 방향으로 평행 자기장 (121) 이 인가된다. 이 자기장 인가에 의해, 가공용 시트편 (123) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축이, 도 7(a) 에 화살표 (122) 로 나타내는 바와 같이, 자기장의 방향에, 즉 두께 방향에 평행으로 배향된다. 구체적으로 서술하면, 가공용 시트편 (123) 은, 그 가공용 시트편 (123) 에 대응하는 형상의 캐비티를 갖는 자기장 인가용 형 내에 수용되고 (도시 생략), 가열함으로써 가공용 시트편 (123) 에 포함되는 바인더를 연화시킨다. 상세하게는, 가공용 시트편 (123) 내에 포함되는 바인더의 점도가 1 내지 1500 Pa·s, 보다 바람직하게는 1 내지 500 Pa·s 가 될 때까지 가공용 시트편 (123) 을 가열하여, 바인더를 연화시킨다. 그로써, 자석 재료 입자는 바인더 내에서 회동할 수 있도록 되고, 그 자화 용이축을 평행 자기장 (121) 을 따른 방향으로 배향시킬 수 있다.

여기서, 가공용 시트편 (123) 을 가열하기 위한 온도 및 시간은, 사용하는 바인더의 종류 및 양에 따라 상이하지만, 예를 들어 40 내지 250 ℃ 에서 0.1 내지 60 분으로 한다. 어느 쪽이든, 가공용 시트편 (123) 내의 바인더를 연화시키기 위해서는, 가열 온도는, 사용되는 바인더의 유리 전이점 또는 유동 개시 온도 이상의 온도로 할 필요가 있다. 가공용 시트편 (123) 을 가열하기 위한 수단으로는, 예를 들어 핫 플레이트에 의한 가열, 또는 실리콘 오일과 같은 열매체를 열원으로 사용하는 방식이 있다. 자기장 인가에 있어서의 자기장의 강도는, 5000 [Oe] ∼ 150000 [Oe], 바람직하게는 10000 [Oe] ∼ 120000 [Oe], 특히 바람직하게는 25000 [Oe] ∼ 70000 [Oe] 로 할 수 있다. 그 결과, 가공용 시트편 (123) 에 포함되는 자석 재료 입자의 결정의 자화 용이축이, 도 7(a) 에 부호 122 로 나타내는 바와 같이 평행 자기장 (121) 을 따른 방향으로, 평행하게 배향된다. 이 자기장 인가 공정에서는, 복수개의 가공용 시트편 (123) 에 대해 동시에 자기장을 인가하는 구성으로 할 수도 있다. 이를 위해서는, 복수개의 캐비티를 갖는 형을 사용하거나, 혹은 복수개의 형을 배열하고, 동시에 평행 자기장 (121) 을 인가하면 된다. 가공용 시트편 (123) 에 자기장을 인가하는 공정은, 가열 공정과 동시에 실시해도 되고, 가열 공정을 실시한 후이고, 가공용 시트편 (123) 의 바인더가 응고하기 전에 실시해도 된다.

다음으로, 도 7(a) 에 나타내는 자기장 인가 공정에 의해 자석 재료 입자의 자화 용이축이 화살표 (122) 로 나타내는 바와 같이 평행 배향된 가공용 시트편 (123) 을, 자기장 인가용의 형으로부터 인출하고, 도 7(b)(c) 에 나타내는 가늘고 긴 길이 방향 치수의 사다리꼴 캐비티 (124) 를 갖는 최종 성형용 형 (126) 내로 옮기고, 그 캐비티 (124) 에 대응하는 볼록형 형상을 갖는 수형 (127) 에 의해 그 가공용 시트편 (123) 을 캐비티 (124) 내에서 압박하고, 가공용 시트편 (123) 의 양 단부의 원호상 영역 (7a, 8a) 을, 중앙의 직선상 영역 (6a) 에 직선상으로 연속하도록 변형시켜, 도 7(b) 에 나타내는 소결 처리용 시트편 (125) 으로 성형한다. 이 소결 처리용 시트편 (125) 이, 본 발명의 제 2 성형체에 대응한다.

이 성형에 의해, 가공용 시트편 (123) 은, 양단의 원호상 영역 (7a, 8a) 이, 중앙의 직선상 영역 (6a) 에 대해 직선상으로 연속하는 형상이 되고, 동시에 양 단부에는, 경사면 (125a, 125b) 이 형성되어, 가늘고 긴 사다리꼴상을 구성한다. 이 성형 공정에 의해 형성되는 소결 처리용 시트편 (125) 에 있어서는, 중앙의 직선상 영역 (6a) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 두께 방향에 평행으로 배향된 패럴렐 배향 상태로 유지되지만, 양단의 영역 (7a, 8a) 에 있어서는, 상향으로 볼록한 형상이 중앙의 직선상 영역에 연속하는 직선 형상으로 변형되는 결과, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이 자화 용이축은, 각각의 대응하는 영역에 있어서의 상변에 집속하는 배향이 된다.

이와 같이 하여 자석 재료 입자의 자화 용이축이 배향된 배향 후의 소결 처리용 시트편 (125) 을, 대기압, 혹은 대기압보다 높은 압력 또는 낮은 압력, 예를 들어 0.1 MPa 내지 70 MPa, 바람직하게는 1.0 Pa 또는 1.0 MPa 로 조절한 비산화성 분위기에 있어서, 바인더 분해 온도에서 수시간 내지 수십시간, 예를 들어 5 시간 유지하는 것에 의해 가소 처리를 실시한다. 이 처리에서는, 수소 분위기 또는 수소와 불활성 가스의 혼합 가스 분위기를 사용하는 것이 추천된다. 수소 분위기하에서 가소 처리를 실시하는 경우에는, 가소 중의 수소의 공급량은, 예를 들어 5 L/min 으로 한다. 가소 처리를 실시하는 것에 의해, 바인더에 포함되는 유기 화합물을, 해중합 반응, 그 밖의 반응에 의해 모노머로 분해하고, 비산시켜 제거하는 것이 가능해진다. 즉, 소결 처리용 시트편 (125) 에 잔존하는 탄소의 양을 저감시키는 처리인 탈카본 처리가 실시되게 된다. 또, 가소 처리는, 소결 처리용 시트편 (125) 내에 잔존하는 탄소의 양이 2000 ppm 이하, 보다 바람직하게는 1000 ppm 이하로 하는 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 그로써, 그 후의 소결 처리에서 소결 처리용 시트편 (125) 전체를 치밀하게 소결시키는 것이 가능해져, 잔류 자속 밀도 및 보자력의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 서술한 가소 처리를 실시할 때의 가압 조건을 대기압보다 높은 압력으로 하는 경우에는, 압력은 15 MPa 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 가압 조건은, 대기압보다 높은 압력, 보다 구체적으로는 0.2 MPa 이상으로 하면, 특히 잔존 탄소량 경감의 효과를 기대할 수 있다. 바인더의 종류에 따라 상이하지만, 가소 처리의 온도는, 250 ℃ 내지 600 ℃, 보다 바람직하게는 300 ℃ 내지 500 ℃, 예를 들어 450 ℃ 로 하면 된다.

상기 서술한 가소 처리에 있어서는, 일반적인 희토류 자석의 소결 처리와 비교해, 승온 속도를 작게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 승온 속도를 2 ℃/min 이하, 예를 들어 1.5 ℃/min 으로 함으로써, 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 가소 처리를 실시하는 경우에는, 도 8 에 나타내는 바와 같이 2 ℃/min 이하의 소정의 승온 속도로 승온시키고, 미리 설정된 설정 온도, 즉 바인더 분해 온도에 도달한 후에, 그 설정 온도에서 수시간 내지 수십시간 유지함으로써 가소 처리를 실시한다. 이와 같이, 가소 처리에 있어서 승온 속도를 작게 함으로써, 소결 처리용 시트편 (125) 내의 탄소가 급격히 제거되지 않고, 단계적으로 제거되도록 되므로, 충분한 레벨까지 잔량 탄소를 감소시켜, 소결 후의 영구자석 형성용 소결체의 밀도를 상승시키는 것이 가능해진다. 즉, 잔류 탄소량을 감소시킴으로써, 영구자석 중의 공극을 감소시킬 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 승온 속도를 2 ℃/min 정도로 하면, 소결 후의 영구자석 형성용 소결체의 밀도를 98 ％ 이상, 예를 들어 7.40 g/㎤ 이상으로 할 수 있고, 착자 후의 자석에 있어서 높은 자석 특성을 달성하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 가소 처리 전에, 배향 윤활제, 가소제 등의 오일 성분을 휘발시키는 탈오일 처리를 실시해도 된다. 함유하는 오일 성분의 종류에 따라 상이하지만, 탈오일 처리의 온도는, 60 ℃ 내지 120 ℃, 보다 바람직하게는 80 ℃ 내지 100 ℃ 로 하면 된다. 상기 탈오일 처리에 있어서는, 승온 속도를 5 ℃/min 이하, 예를 들어 0.7 ℃/min 으로 함으로써, 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 또, 탈오일 공정은 감압 분위기에서 실시함으로써 보다 바람직한 결과가 얻어지고, 0.01 Pa 내지 20 Pa, 보다 바람직하게는 0.1 Pa 내지 10 Pa 의 감압하에서 실시하는 것이 좋다.

계속해서, 가소 처리에 의해 가소된 소결 처리용 시트편 (125) 을 소결하는 소결 처리가 실시된다. 소결 처리로는, 감압 중에서의 무가압 소결법을 채용할 수도 있지만, 본 실시형태에서는, 소결 처리용 시트편 (125) 을, 도 7 의 지면에 수직의 방향인 소결 처리용 시트편 (125) 의 길이 방향으로 1 축 가압한 상태에서 소결하는 1 축 가압 소결법을 채용하는 것이 바람직하다. 이 방법에서는, 도 7(b) 에 부호 「124」로 나타내는 것과 동일한 사다리꼴 형상 단면의 캐비티를 갖는 소결용 형 (도시 생략) 내에 소결 처리용 시트편 (125) 을 장전하고, 형을 닫고, 도 7 의 지면에 수직의 방향인 소결 처리용 시트편 (125) 의 길이 방향으로 가압하면서 소결을 실시한다. 상세하게 서술하면, 소결 처리용 시트편 (125) 으로 형성되는 희토류 영구자석을, 도 2 에 나타내는 자석 삽입용 슬롯 (24) 에 수용했을 때에 로터 코어 (21) 의 축 방향과 동일 방향이 되는 방향으로, 소결 처리용 시트편 (125) 을 길이 방향으로 가압한 상태에서 소결하는 1 축 가압 소결이 이용된다. 이 가압 소결 기술로는, 예를 들어 핫 프레스 소결, 열간 정수압 가압 (HIP) 소결, 초고압 합성 소결, 가스 가압 소결, 방전 플라즈마 (SPS) 소결 등, 공지된 기술 중 어느 것을 채용해도 된다. 특히, 1 축 방향으로 가압 가능한 핫 프레스 소결을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소결을 실시하는 경우에는, 가압 압력을, 예를 들어 0.01 MPa ∼ 100 MPa, 바람직하게는 0.01 MPa ∼ 30 MPa, 보다 바람직하게는 0.01 MPa ∼ 15 MPa, 더욱 바람직하게는 1 MPa ∼ 15 MPa, 특히 바람직하게는 5 MPa ∼ 15 MPa 로 하고, 수 Pa 이하의 감압 분위기에서 900 ℃ ∼ 1000 ℃, 예를 들어 940 ℃ 까지, 3 ℃/분 ∼ 30 ℃/분, 예를 들어 10 ℃/분의 승온 속도로 온도 상승시키고, 그 후 가압 방향의 10 초당의 변화율이 0 이 될 때까지 유지하는 것이 바람직하다. 이 유지 시간은, 통상은 5 분 정도이다. 이어서 냉각하고, 다시 300 ℃ ∼ 1000 ℃ 로 승온시키고 2 시간, 그 온도로 유지하는 열처리를 실시한다. 이와 같은 소결 처리의 결과, 소결 처리용 시트편 (125) 으로부터, 본 발명의 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 가 제조된다. 이와 같이, 소결 처리용 시트편 (125) 을 길이 방향으로 가압한 상태에서 소결하는 1 축 가압 소결법에 의하면, 소결 처리용 시트편 (125) 내의 자석 재료 입자에 부여된 자화 용이축의 배향이 변화하는 것을 억제할 수 있다. 이 소결 단계에서, 소결 처리용 시트편 (125) 내의 수지 재료는, 거의 전부가 증산하고, 잔존 수지량은, 있다고 해도 매우 미량인 것이 된다.

또한, 소결 처리에 의해, 수지가 증산된 상태의 상기 자석 재료 입자가 서로 소결하여 소결체를 형성한다. 전형적으로는, 소결 처리에 의해, 상기 자석 재료 입자에 있어서의, 희토류 농도가 높은 희토류 리치상이 용융하여, 상기 자석 재료 입자 간에 존재한 공극을 메우면서, R₂Fe₁₄B 조성 (R 은 이트륨을 포함하는 희토류 원소) 을 갖는 주상과 희토류 리치상으로 이루어지는 치밀한 소결체를 형성한다.

이 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 는, 도 2 에 나타내는 로터 코어 (21) 의 자석 삽입용 슬롯 (24) 내에, 미착자의 상태로 삽입된다. 그 후, 이 슬롯 (24) 내에 삽입된 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 에 대해, 그 중에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축, 즉 C 축을 따라 착자를 실시한다. 구체적으로 서술하면, 로터 코어 (21) 의 복수의 슬롯 (24) 에 삽입된 복수의 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 에 대해, 로터 코어 (21) 의 둘레 방향을 따라, N 극과 S 극이 교대로 배치되도록 착자를 실시한다. 그 결과, 영구자석 1 을 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 의 착자에는, 예를 들어 착자 코일, 착자 요크, 콘덴서식 착자 전원 장치 등의 공지된 수단 중 어느 것을 사용해도 된다. 또, 희토류 영구자석 형성용 소결체 (1) 는, 슬롯 (24) 에 삽입하기 전에 착자를 실시하여, 희토류 영구자석으로 하고, 이 착자된 자석을 슬롯 (24) 에 삽입하도록 해도 된다.

상기에 설명한 실시형태의 방법에서는, 자석 재료 입자와 바인더를 혼합한 혼합물인 복합 재료를 성형함으로써, 감자 대책이 요망되는 단부 영역의 표면을 향하여 자화 용이축이 적절히 집속하도록 배향시키는 것이 가능해지므로, 착자 후에 있어서 적절히 자속을 집중시키는 것이 가능해져, 내(耐)감자성을 확보함과 함께 자속 밀도의 편차도 방지할 수 있다. 또한, 바인더와의 혼합물을 성형하므로, 압분 성형 등을 이용하는 경우와 비교해, 배향 후에 자석 입자가 회동하는 일도 없어, 배향도를 향상시키는 것이 가능해진다. 자석 재료 입자와 바인더의 혼합물인 복합 재료에 대해 자기장을 인가하여 배향을 실시하는 방법에 의하면, 자기장 형성을 위한 전류를 통과시키는 권선의 권취수를 적절히 증가시킬 수 있기 때문에, 자기장 배향을 실시할 때의 자기장 강도를 크게 확보할 수 있고, 또한 정자기장으로 장시간의 자기장 인가를 실시할 수 있으므로, 편차가 적은 높은 배향도를 실현할 수 있게 된다. 그리고, 배향 후에 배향 방향을 보정하도록 하면, 고배향이고 편차가 적은 배향을 확보하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 편차가 적은 고배향도를 실현할 수 있다는 것은, 소결에 의한 수축 편차의 저감으로 이어진다. 따라서, 소결 후의 제품 형상의 균일성을 확보할 수 있다. 그 결과, 소결 후의 외형 가공에 대한 부담이 경감되어, 양산의 안정성이 크게 향상되는 것을 기대할 수 있다. 또, 자기장 배향하는 공정에서는, 자석 입자와 바인더의 혼합물인 복합 재료에 대해 자기장을 인가함과 함께, 자기장이 인가된 복합 재료를 성형체로 변형함으로써 자화 용이축의 방향을 조작하고, 자기장 배향을 실시하므로, 일단 자기장 배향된 복합 재료를 변형함으로써, 배향 방향을 보정하여, 감자 대상 영역을 향하여 자화 용이축을 적절히 집속시키도록 배향하는 것이 가능해진다. 그 결과, 고배향이고, 편차가 적은 배향을 달성하는 것이 가능해진다. 복합 재료를 가공용 시트편으로 성형하고, 그 가공용 시트편에 자계를 인가한 후에, 그 가공용 시트편을 변형시켜 소결 처리용 시트편으로 하고 있으므로, 이 변형 공정과 동시에 배향 방향을 보정하는 것이 가능해지고, 그 결과 영구자석의 성형 공정과 배향 공정을 단일의 공정으로 실시할 수 있어, 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 이미 서술한 바와 같이, 소결체에 착자함으로써 형성된 영구자석이 배치된 회전 전기 (電機) 에서는, 영구자석 형성용 소결체 (1) 에 착자하여 얻어지는 영구자석의 단부에 감자 작용을 부여하는 외부 자계가 작용하였다고 해도, 토크 또는 발전량이 저하한다는 문제를 방지하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 영구자석 형성용 소결체 (1) 를, 단면이 사다리꼴의 형상으로 하고 있지만, 사용하는 용도에 따라 기타 형상, 예를 들어 궁형 형상, 반월형 형상으로 할 수도 있다. 또한, 실현하는 자속 밀도 분포의 형상은, 영구자석의 형상 또는 용도에 따라 적절히 변경할 수 있다.

자기장이 인가된 복합 재료를 변형시키는 경우에 있어서는, 예를 들어 최대 신장률이 0.1 ％ 이상이 되도록 변형시킬 수 있고, 최대 신장률이 1 ％ 이상이 되도록 변형시키는 것이 바람직하고, 최대 신장률이 3 ％ 이상이 되도록 변형시키는 것이 보다 바람직하며, 최대 신장률이 5 ％ 이상이 되도록 변형시키는 것이 더욱 바람직하고, 최대 신장률이 10 ％ 이상이 되도록 변형시키는 것이 특히 바람직하다. 상한에 대해서는, 특별히는 한정되지 않지만, 예를 들어 최대 신장률이 50 ％ 이하, 40 ％ 이하, 혹은 30 ％ 이하가 되도록 변형시킬 수 있다. 또한, 상기 최대 신장률이란, 변형 전의 복합 재료에 있어서의, 임의의 단면을 구성하는 1 변의 길이를 W1 로 하고, 그 변에 대응하는, 변형 후의 1 변의 길이를 W2 로 하여, 하기 식

[(W2 - W1)/W1] × 100 (％)

에 의해 구할 수 있는 신장률 중에서 최대의 값을 의미한다.

도 9(a)(b) 는, 본 발명의 방법의 다른 실시형태를 나타내는 도 7(a)(b) 와 동일한 도면이다. 도 9(a) 에 나타내는 바와 같이, 그린 시트 (119) 로 형성되는 제 1 성형체 (200) 는, 1 쌍의 다리부 (200a, 200b) 와, 그 다리부 (200a, 200b) 사이의 반원형 부분 (200c) 으로 이루어지는 도립 U 자 형상이고, 그 제 1 성형체 (200) 에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 외부 평행 자계의 인가에 의해, 도 9(a) 에 화살표 (200d) 로 나타내는 바와 같이, 도면에 있어서 좌측으로부터 우측 방향으로, 평행으로 배향된다. 이 U 자 형상의 제 1 성형체 (200) 는, 소정의 온도 조건하에서 변형되어, 도 9(b) 에 나타내는 직선상으로 성형되어 제 2 성형체 (201) 가 된다. 제 1 성형체 (200) 로부터 제 2 성형체 (201) 로의 변형은, 무리한 변형을 일으키지 않도록 조금씩 단계적으로 실시하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 각 변형 단계의 형상에 대응하는 캐비티를 갖는 성형용의 형을 준비하고, 그 성형용 형 내에서 성형을 실시하는 것이 바람직하다. 도 9(b) 에 나타내는 제 2 성형체 (201) 에 있어서는, 그 제 2 성형체 (201) 에 있어서의 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 일방의 단 (端) 의 단부 영역 (201a) 에서는, 도면에 화살표 (202) 로 나타내는 바와 같이 도면 위로부터 아래로 지향하는 패럴렐 배향이 되고, 타방의 단의 단부 영역 (201b) 에서는, 도면에 화살표 (203) 로 나타내는 바와 같이 도면의 아래로부터 위로 지향하는 패럴렐 배향이 된다. 양 단부 영역 (201a, 201b) 사이의 중앙 영역 (201c) 에서는, 도면에 화살표 (204) 로 나타내는 바와 같이 상향으로 오목한 반원형 배향이 된다. 이 제 2 성형체 (201) 를 소결하여 얻어진 희토류 자석 형성용 소결체에 착자함으로써 형성되는 희토류 영구자석에 있어서는, 일방의 단의 단부 영역 (201b) 의 상면으로부터 자석 밖으로 나가고, 원호상의 경로를 진행해 가고, 타방의 단의 단부 영역 (201a) 의 상면으로부터 자석 내로 들어가는 자속의 흐름을 발생시킨다. 따라서, 이 자석에 의하면, 자석의 편면에 있어서 증강된 자속의 흐름을 생성할 수 있고, 예를 들어 리니어 모터에 사용하는 데에 적합한 영구자석을 얻을 수 있다.

도 10(a) 는, 본 발명의 또 별도의 실시형태를 나타내는 것이고, 제 1 성형체 (300) 는, 도 9(a) 에 나타내는 제 1 성형체 (200) 에 있어서의 도립 U 자 형상과 비교해, 1 쌍의 다리부 (300a, 300b) 가, 반원형 부분 (300c) 과는 반대측의 단부에서 폭 방향으로 개방된 형상으로 되어 있다. 그리고, 평행 자계의 인가 방향은, 도면에 있어서 아래로부터 위로 지향되고 있다. 따라서, 제 1 성형체 (300) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 도 10(a) 에 화살표 (300d) 로 나타내는 바와 같이 아래로부터 위로 평행으로 배향된다. 이 제 1 성형체 (300) 는, 도 10(b) 에 나타내는 원호상으로 변형되어, 제 2 성형체 (300e) 가 된다. 이 제 2 성형체 (300e) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축 (300f) 은, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이 폭 방향의 중앙부로 감에 따라 점차 배향각이 커지고, 중앙부를 향하여 집속하는 배향이 된다. 이와 같이 하여, 극이방 배향의 원호상 세그먼트 자석을 위한 자화 용이축 배향을 가진 소결체를 형성할 수 있다. 도 10(c) 는, 도 10(b) 의 변형이고, 제 2 성형체 (300g) 는, 제 1 성형체 (300) 로부터 가늘고 긴 장방체 형상으로 변형된다. 이 변형예에 의한 제 2 성형체 (300g) 에 있어서의 자화 용이축 (300h) 의 배향은, 도 10(b) 에 나타내는 것과 동일한 것이 된다. 도 10(b) 에 나타내는 극이방 배향의 원호상 세그먼트를 소결하여 형성된 소결체에 착자함으로써 얻어지는 극이방 배향의 원호상 세그먼트 자석은, 전동 모터의 로터 둘레면에 둘레 방향으로 배열하여 배치하여, 영구자석 표면 배치형 모터 (SPM 모터) 를 구성하는 것에 사용할 수 있다.

도 10(d) 는, 도 10(a) 에 나타내는 제 1 성형체 (300) 를 상하 반전시킴으로써, 1 쌍의 다리부 (400a, 400b) 와 그 다리부 (400a, 400b) 사이의 반원형 부분 (400c) 을 갖는 개방 다리 U 자형으로 형성된 제 1 성형체 (400) 를 나타내는 것이다. 외부 평행 자계는, 도면에 있어서 아래로부터 위로 지향된다. 그 결과, 그 제 1 성형체 (400) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 도면에 부호 400d 로 나타내는 바와 같이, 아래로부터 위로 지향된 평행 배향이 된다. 이 제 1 성형체 (400) 를, 반원형 부분 (400) 의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 원호상으로 변형시킴으로써 형성된 제 2 성형체 (400e) 를 도 10(e) 에 나타낸다. 이 제 2 성형체 (400e) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축 (400f) 은, 도 10(e) 에 나타내는 바와 같이, 폭 방향의 중앙부로부터 단부를 향해 넓어지는 배향이 된다. 도 10(f) 는, 도 10(e) 의 변형이고, 제 2 성형체 (400g) 는, 제 1 성형체 (400) 로부터 가늘고 긴 장방체 형상으로 변형된다. 이 변형예에 의한 제 2 성형체 (400g) 에 있어서의 자화 용이축 (400h) 의 배향은, 도 10(e) 에 나타내는 것과 동일한 것이 된다.

도 11 (a)(b) 는, 원환상이고 자석 재료 입자의 자화 용이축이 반경 방향으로 배향된, 레이디얼 배향의 희토류 자석 형성용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 측면도 및 사시도이다. 도 11(a) 는, 제 1 성형체 (500) 를 나타내는 것이고, 그 제 1 성형체 (500) 는, 제 1 표면인 하면 (500a) 과, 그 하면 (500a) 에 평행한 제 2 표면인 상면 (500b) 과, 양단의 단면 (500c, 500d) 을 갖는, 대략 장방형 횡단면이고, 도면의 지면에 직각인 방향의 길이를 갖는 장방체 형상이다. 이 제 1 성형체 (500) 에는, 아래로부터 위를 향하여 평행 외부 자계가 인가되고, 그 제 1 성형체 (500) 에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 도 11(a) 에 부호 500e 로 나타내는 바와 같이, 하면 (500a) 으로부터 상면 (500b) 을 향하여 평행으로 배향된다. 이 제 1 성형체 (500) 는, 도 11(a) 의 지면의 평면 내에서, 상면 (500b) 이 외측이 되고, 하면 (500a) 이 내측이 되도록, 원환상으로 구부러진다. 이 굽힘 가공 시에, 양 단면 (500c, 500d) 이 적절히 맞대어져 원환이 형성되도록, 그 양 단면을 비스듬하게 재단한다. 그리고, 맞대어진 양 단면 (500c, 500d) 을 서로 융착하여 접합한다. 이 굽힘 가공 및 양 단부의 융착에 의해 도 11(b) 에 나타내는 원환상의 제 2 성형체 (500g) 가 형성된다. 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 성형체 (500g) 에 있어서는, 자석 재료 입자의 자화 용이축 (500f) 은, 반경 방향 외향의 레이디얼 배향이 된다. 다음으로, 도 11(c) 를 참조하면, 도 11(a) 에 나타내는 제 1 성형체 (500) 는, 도면의 지면에 직각인 방향, 즉 길이 방향으로 연장되는 부분이 내측이 되도록 하여, 원환상으로 구부러진다. 이 경우에는, 굽힘 가공 시에 양 단면 (500c, 500d) 이 적절히 맞대어져 원환이 형성되도록, 그 양 단면을, 길이 방향으로 비스듬하게 재단한다. 그리고, 맞대어진 양 단면 (500c, 500d) 을 서로 융착하여 접합한다. 이 굽힘 가공 및 양 단부의 융착에 의해 도 10(c) 에 나타내는 원환상의 제 2 성형체 (500g') 가 형성된다. 도 10(c) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 성형체 (500g') 에 있어서는, 자석 재료 입자의 자화 용이축 (500h) 은, 원환의 축 방향에 평행한 액셜 배향이 된다.

도 12 는, 도 11(b) 에 나타내는 레이디얼 배향의 원환상으로 형성된 제 2 성형체 (500g) 와, 도 11(c) 에 나타내는 액셜 배향의 원환상으로 형성된 제 2 성형체 (500g') 를 소결한 희토류 자석 형성용 소결체에 착자함으로써 얻어지는 소결형 희토류 영구자석을, 서로 교대로 겹침으로써 형성되는 할바흐 배열의 자석을 나타낸다. 할바흐 배열의 원환상 자석은, 동기 리니어 모터 등의 용도에 유망시되고 있고, 예를 들어 미국 특허 제5705902호 명세서 (특허문헌 10) 에는, 이러한 종류의 자석을 직렬 전동 발전기에 사용한 예가 개시되어 있고, 일본 공개특허공보 2013-215021호 (특허문헌 11) 에는, 다른 응용예가 개시되어 있지만, 레이디얼 배향 및 액셜 배향의 원환상 자석을, 안정적으로 저가격으로 제조하는 것은 용이하지 않다. 그러나, 본 발명의 방법에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 용이하게 또한 높은 자기 특성의, 레이디얼 및 액셜 배향 원환상 자석을 제조할 수 있다.

도 13 에, 도 9(b) 에 나타내는 희토류 소결 자석과 유사한 자화 용이축 배향을 갖는 희토류 소결 자석을 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태에 있어서는, 도 13(a) 에 나타내는 바와 같이, 그린 시트 (600) 의 폭 방향에 평행으로, 외부 평행 자기장이 인가된다. 이 외부 평행 자기장의 인가에 의해, 그린 시트 (600) 내에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 도 13(a) 에 화살표 (600a) 로 나타내는 바와 같이, 그린 시트 (600) 의 폭 방향으로 배향된다. 이어서, 이와 같이 자화 용이축이 배향된 그린 시트 (600) 는, 반원형 원호상의 캐비티를 갖는 형 내에 삽입되고, 그린 시트 (600) 의 수지 성분의 연화 온도까지 가열된 상태에서, 반원형 원호상으로 변형되어, 도 13(b) 에 나타내는 바와 같은 원호상 부재 (600b) 가 된다. 그 원호상 부재 (600b) 의 두께분만큼 곡률 반경이 상이한 다수의 원호상 부재가 형성된다. 이들 상이한 곡률 반경의 다수의 원호상 부재 (600c) 가 겹쳐지고, 서로 융착되어, 도 13(c) 에 나타내는 바와 같이 반원형 중간 부재 (600c) 가 형성된다. 이때, 원호의 중심 위치에 사용되는 반원형 부재 (600d) 는, 그린 시트 (600) 로부터 직접 잘라냄으로써 형성할 수 있다.

반원형 중간 부재 (600c) 는, 도 13(d) 에 나타내는 바와 같이, 폭 방향 양 단부 (600e, 600f) 와, 하부 (600g) 를 잘라냄으로써, 중앙부의, 소정의 두께 방향 치수와, 소정의 폭 방향 치수를 갖는 장방형 부분이, 소결용 부재편 (600h) 으로서 잘라내어진다. 이 소결용 부재편 (600h) 의 양단에는, 하향의 자화 용이축 배향을 갖는 소결용 단부편 (600i) 과, 상향의 자화 용이축 배향을 갖는 소결용 단부편 (600j) 이 각각 융착되어, 소결용 자석 부재 (700) 가 형성된다. 이 소결용 자석 부재 (700) 는, 대응하는 형상의 캐비티를 갖는 소결용 형 내에 삽입되고, 소정의 소결 조건으로 소결 처리되어, 도 13(f) 에 나타내는 희토류 자석 형성용 소결체 (701) 가 형성된다. 이 소결 처리 시에는, 소결용 자석 부재 (700) 에는, 그 길이 방향, 즉 도면의 지면에 직각의 방향으로 가압력을 가해도 되고, 가하지 않아도 된다. 이와 같이 하여 얻어진 희토류 자석 형성용 소결체 (701) 는, 도 13(f) 에 나타내는 바와 같이, 자화 용이축의 배향이, 중앙 부재에서는, 상향으로 오목한 원호상이고, 양 단부에서는 하향 및 상향이 된다. 이 소결체 (701) 에 착자함으로써 얻어지는 희토류 소결 자석은, 도 9(b) 에 나타내는 것과 동일한 자속을 생성할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 방법의 실시예를 설명한다.

이하에 나타내는 실시예, 비교예 및 참고예에서는, 하기 표 1 의 재료를 사용하였다.

〔실시예 1〕

도 7 (a)(b) 에 나타내는 형상의 제 1 성형체 및 제 2 성형체를, 하기 순서로 제작하였다. 여기서, 제 1 성형체 (123) 에 있어서의 두께는 1.60 mm, 전체폭은 25 mm, 단부 영역 (7a, 8a) 의 폭은 모두 8 mm 였다. 단부 영역 (7a, 8a) 에 있어서, 제 1 표면의 곡률 반경은 19.80 mm, 제 2 표면의 곡률 반경은 21.50 이고, 곡률 중심은, 중앙 영역 (6a) 의 단부로부터 그 중앙 영역 (6a) 의 표면에 대해 직각으로 연장되는 가상선 상에 위치하는 것으로 하였다.

＜조분쇄＞

스트립 캐스팅법에 의해 얻어진, 합금 조성 A (Nd : 23 wt％, Pr : 6.75 wt％, B : 1.00 wt％, Ga : 0.1 wt％, Nb : 0.2 wt％, Co : 2.0 wt％, Cu : 0.1 wt％, 잔부 Fe, 그 외 불가피 불순물을 포함한다) 의 합금을, 실온에서 수소를 흡장시키고, 0.85 MPa 에서 1 일 유지하였다. 그 후, 냉각하면서, 0.2 MPa 에서 1 일 유지함으로써, 수소 해쇄를 실시하였다.

＜미분쇄＞

수소 분쇄된 합금 조분 100 g 에 대해, Zr 비즈 (2φ) 1.5 kg 을 혼합하고, 탱크 용량 0.8 L 의 볼 밀 (제품명 : 애트라이터 0.8L, 닛폰 코크스 공업사 제조) 에 투입하고, 회전수 500 rpm 으로 2 시간 분쇄하였다. 분쇄 시의 분쇄 보조제로서 벤젠을 10 중량부 첨가하고, 용매로서 액화 Ar 을 사용하였다.

＜혼련＞

분쇄 후의 합금 입자 100 중량부에 대해, 1-옥타데신 6.7 중량부, 폴리이소부틸렌 (PIB)(제품명 : Opanol B150, BASF 사 제조) 의 톨루엔 용액 (8 중량％) 50 중량부를 혼합하고, 믹서 (장치명 : TX-0.5, 이노우에 제작소 제조) 에 의해 70 ℃ 의 감압하에서 가열 교반을 실시하였다. 톨루엔 증류 제거 후, 감압하에서 2 시간 혼련을 실시하여, 점토상의 복합 재료를 제조하였다.

＜제 1 성형체의 형성＞

그 혼련 공정에서 제조한 복합 재료를 도 7(a) 에 나타내는 형상과 동일한 캐비티를 갖는 스테인리스강 (SUS) 제의 형에 수용하고, 제 1 성형체를 형성하였다.

＜자기장 배향＞

복합 재료가 수용된 스테인리스강 (SUS) 제의 형을, 초전도 솔레노이드 코일 (장치명 : JMTD-12T100, JASTEC 제조) 을 사용하여, 도 7(a) 에 나타내는 방향의 외부로부터 평행 자기장을 인가함으로써, 배향 처리를 실시하였다. 이 배향은, 외부 자기장을 7 T 로 하고, 온도 80 ℃ 에서 10 분간 실시하였다. 그 후, 역자기장을 거는 것에 의해, 탈자 처리를 실시하였다. 역자기장의 인가는, -0.2 T 부터 ＋0.18 T, 또한 -0.16 T 로 강도를 변화시키면서, 제로 자기장으로 점감시킴으로써 실시하였다.

＜제 2 성형체의 형성＞

상기와 같이 탈자 처리를 실시한 제 1 성형체를, 스테인리스강제의 형으로부터 성형체를 인출하고, 단부 영역 (7a, 8a) 의 제 2 표면에 대응하는 부분의 곡률 반경이 50.00 mm 인 캐비티를 갖는 암형에 수용하고, 제 1 표면에 대응하는 부분의 곡률 반경이 50.00 mm 인 형면을 갖는 수형으로 압박함으로써, 그 제 1 성형체를 변형시켜, 중간 성형체를 형성하였다. 이어서, 그 중간 성형체를, 제 2 성형체에 대응하는 캐비티를 갖는 암형에 수용하고, 그 제 2 성형체의 제 1 표면에 대응하는 형면을 갖는 수형로 압박함으로써, 그 중간 성형체를 변형시켜, 제 2 성형체를 형성하였다. 중간 성형체 및 제 2 성형체로의 변형은, 모두 60 ℃ 의 온도 조건하에서 실시하였다.

변형 후에는, 스테인리스강제의 형으로부터 성형체를 인출하고, 성형체와 동일 형상의 캐비티를 갖는 그라파이트제의 형에 삽입하였다. 그라파이트형의 캐비티의 길이 방향 길이는, 성형한 컴파운드의 길이 방향보다 20 mm 정도 긴 캐비티를 가지고 있고, 캐비티의 중앙부에 위치하도록 삽입한다. 그라파이트형에는 이형재로서 BN (질화붕소) 분말을 도포하였다.

＜탈오일＞

그라파이트형에 삽입된 성형체에 대해, 감압 분위기하에서, 탈오일 처리를 실시하였다. 배기 펌프는, 로터리 펌프로 실시하고, 실온부터 100 ℃ 까지 0.91 ℃/min 으로 승온시키고, 40 h 유지하였다. 이 공정에 의해, 배향 윤활제, 가소제와 같은 오일 성분을 휘발에 의해 제거하였다.

＜가소 (탈탄소)＞

탈오일 처리를 실시한 성형체에 대해, 0.8 MPa 의 고압 고온 수소 중에서 탈탄소 처리를 실시하였다. 탈탄소 처리는, 실온부터 370 ℃ 까지 2.9 ℃/min 으로 승온시킨 후, 2 시간, 370 ℃ 로 유지함으로써 실시하였다.

＜소결＞

탈탄소 후에, 감압 중에서 소결을 실시하였다. 이 소결은, 제 2 성형체를 소결용 형 내에 수용하고, 그 제 2 성형체에 대해, 초기 하중으로서 2.4 MPa 의 가압을 길이 방향으로 가하면서, 700 ℃ 까지 27 ℃/min 으로 승온시켰다. 그 후, 최종 소결 온도인 950 ℃ 까지 12 MPa 의 가압하에서, 7.1 ℃/min 으로 승온시키고, 950 ℃ 에서 5 분 유지함으로써 실시하였다. 얻어진 소결체는, 소결 후에 실온까지 냉각하였다.

＜어닐링＞

얻어진 소결체를, 실온부터 500 ℃ 까지 0.5 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 500 ℃ 에서 1 시간 유지하고, 그 후 급랭함으로써 어닐링을 실시하여, 희토류 자석 형성용 소결체를 얻었다.

〔실시예 2, 3〕

표 2 ∼ 4 에 기재된 조건으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조작을 실시하여, 각 소결체를 얻었다. 단, 제 1 성형체 (123) 에 있어서의 두께는, 실시예 2 에 있어서는 2.0 mm 이고, 실시예 3 에 있어서는 2.5 mm 였다.

또한, 제트 밀 분쇄는, 다음과 같이 실시하였다. 수소 분쇄된 합금 조분 100 중량부에 대해 카프로산메틸 1 중량부를 혼합한 후, 헬륨 제트 밀 분쇄 장치 (장치명 : PJM-80HE, NPK 제조) 에 의해 분쇄를 실시하였다. 분쇄한 합금 입자의 포집은, 사이클론 방식에 의해 분리 회수하고, 초미분은 제거하였다. 분쇄 시의 공급 속도를 1 kg/h 로 하고, He 가스의 도입 압력은 0.6 MPa, 유량 1.3 ㎥/min, 산소 농도 1 ppm 이하, 노점 -75 ℃ 이하였다.

또, 혼련 시에 올레일알코올계를 사용한 경우에는, 다음과 같이 실시하였다. 분쇄 후의 합금 입자 100 중량부에 대해, 1-옥텐을 40 중량부 첨가하고, 믹서 (장치명 : TX-0.5, 이노우에 제작소 제조) 에 의해 60 ℃ 에서 1 시간 가열 교반을 실시하였다. 그 후, 1-옥텐과 그 반응물을 감압 가열 증류 제거하고 탈수소 처리를 실시하였다. 거기에, 표 4 의 기재량의 올레일알코올, 1-옥타데센 및 폴리이소부틸렌 (PIB) 의 톨루엔 용액 (10 중량％) 을 첨가하고, 톨루엔 증류 제거 후, 감압하에서 2 시간 혼련을 실시하여, 점토상의 복합 재료를 제조하였다.

또, 실시예 2, 3 은 탈오일 공정을 생략하고, 또 가압 소결이 아니고, 감압 소결 (무가압 소결) 로 소결을 실시하였다. 감압 소결에서는, 8 ℃/min 의 승온 속도로 980 ℃ 까지 승온시키고, 2 h 유지하였다.

실시예 1 ∼ 3 의 각 공정에 있어서의 처리 조건을 정리하여 표 2 에 나타낸다. 표 3 은, 표 2 에 기재한 합금 A, B 의 조성을 나타내는 것이다. 표 4 에, 실시예 1 ∼ 3 에 있어서 사용된 폴리머, 배향 윤활제, 및 가소제의 상세를 나타낸다.

＜탄소량·산소량, 질소량, 수소량＞

얻어진 각 소결체의 탄소량은, 탄소량 분석 장치 (장치명 : EMA620SP, 호리바 제작소 제조), 산소량·질소량은, 산소·질소 분석 장치 (장치명 : PC436, LECO 사 제조), 수소량은 수소 분석 장치 (장치명 : RH404, LECO 사 제조) 로 분석을 실시하였다.

소결체는, 표면을 연삭하여, 산화층을 제거한 후에, 글로브 박스 내에서 수 10 ㎛ 정도까지 분쇄하였다. 산소량·질소량 분석에서는 Ni 팬 (LECO 재팬 합동회사) 에, 수소량 분석에서는, Sn 팬 (LECO 사 제조 φ5.0 mm/H13 mm) 에 얻어진 분쇄분을 30 ∼ 40 mg 정도 봉입하고, 피험 샘플로 하였다. 탄소량 분석에서는, 직접 장치에 0.2 g 정도를 투입하고, 분석을 실시하였다. 측정은 각 분석에 대해 2 회 실시하고, 그 평균값을 사용하였다.

＜소결 입자경＞

얻어진 소결체의 소결 입자경은, 소결체의 표면을 SiC 페이퍼 연마, 버프 연마, 및 밀링에 의해 표면 처리를 한 후에, EBSD 검출기 (장치명 : AZtecHKL EBSD NordlysNano Integrated, Oxford Instruments 제조) 를 구비한 SEM (장치명 : JSM-7001F, 닛폰 전자 제조), 혹은 EDAX 사 제조의 EBSD 검출기 (Hikari High Speed EBSD Detector) 를 구비한 주사 전자현미경 (ZEISS 사 제조 SUPRA40VP) 에 의해 분석하였다. 시야각은 입자 개수가 적어도 200 개 이상 들어가도록 설정하고, 스텝은 소결 입자경에 대해 1/10 ∼ 1/5 이 되도록 0.1 ∼ 1 ㎛ 의 범위에서 설정하였다.

분석 데이터는 Chanel5 (Oxford Instruments 제조), 혹은 OIM 해석 소프트웨어 ver5.2 (EDAX 사 제조) 에 의해 해석을 실시하고, 입계의 판단은 결정 방위의 어긋남 각도가 2°이상이 되는 부분을 입계층으로 하여 처리를 실시하였다. 주상만을 추출하고, 그 원 상당 직경의 개수 평균값을 소결 입자경으로 하였다.

＜배향축 각도, 배향각 편차 각도의 측정＞

얻어진 소결체의 배향은, 소결체의 표면을 SiC 페이퍼 연마, 버프 연마, 밀링에 의해 표면 처리를 한 후, EBSD 검출기 (장치명 : AZtecHKL EBSD NordlysNano Integrated, Oxford Instruments 제조) 를 구비한 SEM (장치명 : JSM-7001F, 닛폰 전자 제조), 혹은 EDAX 사 제조의 EBSD 검출기 (Hikari High Speed EBSD Detector) 를 구비한 주사 전자현미경 (ZEISS 사 제조 SUPRA40VP) 에 의해 분석하였다. 또한, EBSD 의 분석은, 35 ㎛ 의 시야각으로, 0.2 ㎛ 피치로 실시하였다. 분석 정밀도를 향상시키기 위해서, 적어도 30 개의 소결 입자가 들어가도록 분석을 실시하였다. 분석 데이터는 Chanel5 (Oxford Instruments 제조), 혹은 OIM 해석 소프트웨어 ver5.2 (EDAX 사 제조) 에 의해 해석을 실시하였다.

본 실시예에서는, 소결체인 사다리꼴 자석을 길이 방향의 중앙에서 절단하고, 그 단면에 있어서 측정을 실시하였다. 측정은, 당해 단면의 두께 방향의 중앙에 있어서, 사다리꼴의 좌단 부근·우단 부근과 중앙 부근의 합계 3 지점의 분석 위치에 있어서 실시하였다.

각 분석 위치에 있어서, 자화 용이축이 가장 고빈도로 향하고 있는 방향을 그 분석 위치에 있어서의 배향축 방향으로 하고, 기준면에 대한 배향축 방향의 각도를 배향축 각도로 하고, 도 16(a) 에 나타내는 바와 같이, 사다리꼴의 저면을 A2 축 방향과 A3 축 방향을 포함하는 평면으로 할 때, 이 평면을 기준면으로 하여 A1 축으로부터 A3 축 방향으로의 배향축의 경사각 α 와, A1 축으로부터 A2 축 방향으로의 배향축의 경사각 (θ ＋ β) 을 배향축 각도로서 구하였다. A1 축 및 A2 축을 포함하는 평면에서는, 어느 분석 위치에 있어서도, 자화 용이축의 소정의 배향 방향은, 그 A1 축 및 A2 축을 포함하는 평면 내에 위치한다. 따라서, 경사각 α 는, 자화 용이축의 소정의 배향 방향으로부터의 변위량, 즉 「어긋남각」이 된다. 또, 각 β 에 관련해 사용되는 각 θ 는, 임의의 분석 위치에 있어서의, 설계한 자화 용이축의 배향 방향과 A1 축 사이의 각도이고, 따라서 각 β 는, 이 분석 위치에 있어서의 배향축의 소정 배향 방향에 대한 변위량, 즉 「어긋남각」이다.

또, 각 EBSD 분석에 있어서, 배향축 방향을 0°로 보정한 후에, 0°방향으로부터의 각 결정입자의 자화 용이축의 배향축 방향에 대한 각도차 Δθ 를 픽셀 단위로 산출하고, 당해 각도차 Δθ 의 빈도를 90°내지 0°에 걸쳐 적산한 누적 비율을 그래프에 플롯하고, 누계 비율이 50 ％ 가 되는 각도를 배향각 편차 각도 (Δθ 의 반치폭) 로서 구하였다. 결과를 표 5 에 나타낸다.

표 5 에 기재된 바와 같이, 사다리꼴 자석의 중앙부에서는 A1 방향으로 배향축 방향이 향하고 있지만, 사다리꼴 단부에서는, 사다리꼴 중앙부 방향으로 배향축 방향이 집중하고 있는 것을 알 수 있다. 이것의 결과에 의해, 변형 공정에 의해 자석의 자화 용이축 방향이 조작되어 있는 것이 분명하다. 또, 배향의 편차의 지표인 「배향각 편차 각도」는 어느 실시예의 경우에서도 작은 수준이지만, 무가압 소결인 실시예 2, 3 에서는, 보다 편차가 작아지는 것을 알 수 있다. 또, 수소 중에서 고압 가소를 실시함으로써, 소결체 중의 탄소량이 매우 적어져 있고, 불순물이 적기 때문에, 높은 자기 특성을 기대할 수 있다.

〔실시예 4〕

변형 공정 및 소결 공정 이외에 대해서는, 실시예 1 과 동일한 조작을 실시하여, 링상의 소결체를 얻었다. 변형 공정 및 소결 공정은 하기와 같이 실시하였다.

＜변형 공정＞

복합 재료를, 도 17(a) 에 나타내는 형상의 캐비티를 갖는 스테인리스강 (SUS) 제의 형에 충전하고, 솔레노이드 코일 중에서 80 ℃ 로 가열하면서, 사다리꼴의 두께 방향에 평행이 되는 방향으로 12 T 의 외부 자기장을 인가하고, 80 ℃ 로 유지한 채로, 솔레노이드 코일로부터 인발한 후, 배향된 자화 용이축을 갖는 성형체를 형으로부터 인출하였다.

이어서, 도 17(b) 에 나타내는, 도너츠형의 캐비티를 갖는 그라파이트형에, 배향된 성형체를, 사다리꼴의 길이가 긴 저변을 캐비티의 외주측에, 길이가 짧은 저변을 내주측에 배치하도록, 링상으로 감음으로써 변형시켰다. 또, 그때 사다리꼴상의 성형체의 단부에 PIB 의 톨루엔 용액을 도포함으로써, 성형체의 양 단부의 융착을 실시하였다. 그라파이트형에 삽입한 후, 60 ℃ 로 가온하고, 프레스함으로써, 캐비티에 대응하는 형상을 갖는 링 형상으로 성형하였다.

＜소결＞

탈탄소 후, 그라파이트형에 도 17(b) 의 링 형상의 그라파이트제의 압핀을 삽입하고, 압핀을 가압함으로써, 감압 분위기하에서의 가압 소결을 실시하였다. 가압 방향은, 자화 용이축 방향에 대해 수직 방향 (링의 축 방향) 으로 실시하였다. 소결은, 초기 하중으로서 2.4 MPa 의 가압을 가하면서, 700 ℃ 까지 2.9 ℃/min 으로 승온시켰다. 그 후, 최종 소결 온도인 950 ℃ 까지 12 MPa 의 가압하에서, 7.1 ℃/min 으로 승온시키고, 950 ℃ 에서 5 분간 유지함으로써 실시하였다.

〔실시예 5〕

＜조분쇄＞

스트립 캐스팅법에 의해 얻어진, 합금 조성 B 의 합금을, 실온에서 수소를 흡장시키고, 0.85 MPa 에서 1 일 유지하였다. 그 후, 냉각하면서, 0.2 MPa 에서 1 일 유지함으로써, 수소 해쇄를 실시하였다.

＜미분쇄＞

수소 분쇄된 합금 조분 100 중량부에 대해, 카프로산메틸 1 중량부를 혼합한 후, 헬륨 제트 밀 분쇄 장치 (장치명 : PJM-80HE, NPK 제조) 에 의해 분쇄를 실시하였다. 분쇄한 합금 입자의 포집은, 사이클론 방식에 의해 분리 회수하고, 초미분은 제거하였다. 분쇄 시의 공급 속도를 1 kg/h 로 하고, He 가스의 도입 압력은 0.6 MPa, 유량은 1.3 ㎥/min, 산소 농도는 1 ppm 이하, 노점은 -75 ℃ 이하였다. 얻어진 분쇄분의 평균 입자경은 약 1.2 ㎛ 였다. 평균 분쇄 입자경은, 레이저 회절/산란식 입자경 분포 측정 장치 (장치명 : LA950, HORIBA 제조) 에 의해 측정을 실시하였다. 구체적으로는, 미분쇄분을 서서히 대기에 노출시킴으로써 산화시킨 후에, 수백 mg 의 당해 분말을 실리콘 오일 (제품명 : KF-96H-100 만 cs, 신에츠 화학 제조) 과 균일하게 혼합하여 페이스트상으로 하고, 그것을 석영 유리에 끼움으로써 피험 샘플로 하였다 (HORIBA 페이스트법).

입도 분포 (체적％) 의 그래프에서, D50 의 값을 평균 입자경으로 하였다. 단, 입도 분포가 더블 피크인 경우에는, 입자경이 작은 피크만에 대해 D50 을 산출함으로써, 평균 입자경으로 하였다.

＜혼련＞

분쇄 후의 합금 입자 100 중량부에 대해, 1-옥텐을 40 중량부 첨가하고, 믹서 (장치명 : TX-5, 이노우에 제작소 제조) 에 의해 60 ℃ 에서 1 시간 가열 교반을 실시하였다. 그 후, 1-옥텐과 그 반응물을 감압 가열 증류 제거하고 탈수소 처리를 실시하였다. 이어서, 합금 입자에 대해, 1-옥타데신을 1.7 중량부, 1-옥타데센을 4.3 중량부, 및 폴리이소부틸렌 (PIB : BASF 사 제조 oppanol B150) 의 톨루엔 용액 (8 중량％) 을 50 중량부 첨가하고, 70 ℃ 에서 가열 교반하면서 감압함으로써 톨루엔을 증류 제거하였다. 그 후, 추가로 감압하에서 70 ℃ 로 가열하면서 2 시간 혼련을 실시하여, 점토상의 복합 재료를 제조하였다.

＜제 1 성형체의 형성＞

그 혼련 공정에서 제조한 복합 재료를 도 18 에 나타내는 형상과 동일한 캐비티를 갖는 스테인리스강 (SUS) 제의 형에 수용하고, 평판 형상의 제 1 성형체를 형성하였다.

＜자기장 배향＞

복합 재료가 수용된 스테인리스강 (SUS) 제의 형에 대해, 초전도 솔레노이드 코일 (장치명 : JMTD-7T200, JASTEC 제조) 을 사용하여, 도 18 에 나타내는 방향으로 외부로부터 평행 자기장을 인가함으로써, 배향 처리를 실시하였다. 이 배향은, 복합 재료가 수용된 스테인리스강 (SUS) 제의 형을 80 ℃ 로 가열하고, 외부 자기장을 7 T 로 한 상태에서, 2000 mm 의 축 길이가 있는 초전도 솔레노이드 코일의 내부를 10 분의 시간을 걸쳐 통과시킴으로써 실시하였다. 그 후, 펄스식 탈자 장치 (MFC-2506D, 마그넷 포스사 제조) 를 사용하여, 복합 재료가 수용된 스테인리스강 (SUS) 제 형에 펄스 자기장을 인가하여, 복합 재료의 탈자를 실시하였다.

＜제 2 성형체의 형성＞

상기와 같이 탈자 처리를 실시한 제 1 성형체를, 스테인리스강제의 형으로부터 인출하고, 곡률 반경이 48.75 mm 인 원호상 캐비티를 갖는 암형에 수용하고, 곡률 반경이 45.25 mm 인 원호상 형면을 갖는 수형으로 압박함으로써, 그 제 1 성형체를 변형시켜, 제 1 중간 성형체를 형성하였다 (도 19(a)). 이어서, 그 제 1 중간 성형체를, 곡률 반경이 25.25 mm 인 원호상 캐비티를 갖는 암형에 수용하고, 곡률 반경이 21.75 mm 인 원호상 형면을 갖는 수형으로 압박함으로써, 그 제 1 중간 성형체를 변형시켜, 제 2 중간 성형체를 형성하였다 (도 19(b)). 또한, 그 제 2 중간 성형체를, 곡률 반경이 17.42 mm 인 원호상 캐비티를 갖는 암형에 수용하고, 곡률 반경이 13.92 mm 인 원호상 형면을 갖는 수형으로 압박함으로써, 그 제 2 중간 성형체를 변형시켜, 제 3 중간 성형체를 형성하였다 (도 19(c)). 그 후, 그 제 3 중간 성형체를, 곡률 반경이 13.50 mm 인 원호상 캐비티를 갖는 암형에 수용하고, 곡률 반경이 10.00 mm 인 원호상 형면을 갖는 수형으로 압박함으로써, 그 제 3 중간 성형체를 변형시켜, 반원형의 원호 형상 단면을 갖는 제 2 성형체를 형성하였다 (도 19(d)). 중간 성형체 및 제 2 성형체로의 변형은, 모두 70 ℃ 의 온도 조건하에서 실시하고, 변형 후의 두께는 변화하지 않도록 제어하였다.

＜가소 (탈탄소)＞

제 2 성형체에 대해, 0.8 MPa 의 고압 수소 중의 탈탄로에서, 하기 온도 조건으로 탈탄소 처리를 실시하였다. 탈탄소 처리는, 실온부터 500 ℃ 까지 1.0 ℃/min 으로 승온시키고, 500 ℃ 의 온도로 2 시간 유지함으로써 실시하였다. 이 처리 행정 중에 있어서는, 수소를 불어 흐르게 함으로써, 유기물의 분해물이 탈탄로에 체류하지 않도록 하였다. 수소 유량은, 2 L/min 의 유량이었다.

＜소결＞

탈탄소 후의 성형체를, 감압 분위기 중에서 소결하였다. 소결은, 970 ℃ 까지 2 시간에 걸쳐 승온시키고 (승온 속도 7.9 ℃/min), 970 ℃ 의 온도로 2 시간 유지함으로써 실시하였다. 얻어진 소결체는, 소결 후에 실온까지 냉각하였다.

＜어닐링＞

얻어진 소결체를, 실온부터 500 ℃ 까지 0.5 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 500 ℃ 의 온도로 1 시간 유지하고, 그 후 급랭함으로써 어닐링을 실시하여, 도 20 에 나타내는 반원형의 원호 형상 단면을 갖는 희토류 자석 형성용 소결체를 얻었다.

＜배향축 각도, 배향각 편차 각도의 측정＞

얻어진 소결체에 대해 실시예 1 과 동일한 방법으로, 측정을 실시하였다. 단, 본 실시예에서는, 원호 형상 단면과 그 원호 형상 단면에 직교하는 길이 방향을 갖는 소결체를, 길이 방향 중앙에서 횡단 방향으로 절단하고, 그 단면에 있어서 측정을 실시하였다. 도 20 에, 분석에 제공된, 반원형의 원호 형상 단면을 갖는 희토류 자석 형성용 소결체의 단면을 나타낸다. 이 소결체는, 양 단부 간을 잇는 직경선으로 나타내는 직경 방향 D 와, 원호의 곡률 중심 O 와, 직경 방향을 따라 취한 그 소결체의 두께 T 와, 둘레 방향 S 를 갖는다. 도 20 의 지면에 직각의 방향이 길이 방향 L 이다.

배향축 각도 및 배향각 편차 각도를 얻기 위한 측정 장소는, 그 원호 형상 단면의 반경 방향을 따른 두께 T 의 두께 중심을 통과하는 두께 중심 원호를 4 등분하는 점으로서 정해지는 3 점, 즉 두께 중심 원호의 둘레 방향 중심점과 소결체 좌단에 있어서의 두께 중심 사이의 중점 (도 20 분석 위치 a), 두께 중심 원호의 둘레 방향 중심점 (도 20 분석 위치 b), 두께 중심 원호의 둘레 방향 중심점과 소결체 우단에 있어서의 두께 중심 사이의 중점 (도 20 분석 위치 c3) 이었다. 또, 도 20 의 분석 위치 c3 을 포함하는 반경 방향 선을 따른 지점에 있어서는, 원호의 볼록측 표면으로부터 300 ㎛ 만큼 반경 방향 내측으로 밀린 점 (도 20 분석 위치 c1), 그 볼록측 표면과 두께 중심의 점 (c3) 사이의 중점 (도 20 분석 위치 c2), 원호의 오목측 표면과 두께 중심의 점 (c3) 사이의 중점 (도 20 분석 위치 c4), 그 오목측 표면으로부터 300 ㎛ 만큼 반경 방향 외측으로 밀린 점 (도 20 분석 위치 c5) 의 5 점에서 측정을 실시하였다.

희토류 자석 형성용 소결체의 상기 서술한 분석 위치의 각각에 있어서, 자석 재료 입자의 자화 용이축, 즉, 그 자석 재료 입자의 결정 C 축 (001) 이 가장 고빈도로 향하고 있는 방향을 그 분석점에 있어서의 배향축 방향으로 한다. 도 21 에 나타내는 바와 같이, 소결체의 반원형 원호 형상 단면을 포함하는 평면 내에 있어서, 곡률 중심 O 로부터 소결체의 두께 중심 원호의 둘레 방향 중심점 (도 20 분석 위치 b) 을 통과하는 반경선을 A1 축으로 하고, 동일 평면 내에 있어서 그 곡률 중심 O 를 통과하고 그 A1 축에 직교하는 반경선을 A2 축, 그 곡률 중심 O 를 통과하고 그 A1 축과 A2 축 양방에 직교하는, 소결체의 길이 방향으로 연장되는 선을 A3 축으로 하는 직교좌표계를 설정하고, 그 A2 축과 A3 축을 포함하는 평면을 기준면으로 정하는 것으로 한다. 그리고, A1 축으로부터 A3 축 방향으로의 자화 용이축의 배향 방향의 경사각 α 와, A1 축으로부터 A2 축 방향으로의 자화 용이축의 경사각 (θ ＋ β) 을 구하였다. A1 축 및 A2 축을 포함하는 평면에서는, 어느 분석 위치에 있어서도, 자화 용이축의 소정의 배향 방향은, 그 A1 축 및 A2 축을 포함하는 평면 내에 위치한다. 따라서, 경사각 α 는, 자화 용이축의 소정의 배향 방향으로부터의 변위량, 즉 「어긋남각」이 된다. 또, 각 β 에 관련해 사용되는 각 θ 는, 임의의 분석 위치와 곡률 중심 O 를 잇는 반경선과 A1 축 사이의 각도이고, 따라서 각 β 는, 이 분석 위치에 있어서의 배향축의 소정 배향 방향에 대한 변위량, 즉 「어긋남각」이다.

각 분석 위치에 있어서는, 소정수 이상의 자석 재료 입자의 자화 용이축에 대해 배향축의 분석을 실시하였다. 자석 재료 입자의 소정수로서, 적어도 30 개의 자석 재료 입자가 분석 위치에 포함되도록, 분석 위치의 범위를 정하는 것이 바람직하다. 본건 실시예에 있어서는, 약 700 개의 자석 재료 입자에 대해 측정이 실시되도록, 분석 위치의 범위를 정하였다.

또, 각 분석 위치에 있어서의 EBSD 분석 시에는, 각 분석 위치에 있어서의 배향축 방향을 0°로 보정한 후에, 배향축 방향인 0°방향에 대한 각 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향축 방향을, 각도차 Δθ 로 하고, 자석 재료 입자마다 산출하고, 당해 각도차 Δθ 의 빈도를 90°내지 0°에 걸쳐 적산한 누적 비율을 그래프에 플롯하고, 누계 비율이 50 ％ 가 되는 각도를 배향각 편차 각도 (Δθ 의 반치폭) 로서 구하였다.

각 분석 위치에 있어서의 분석 결과를 표 6 에 나타낸다.

또한, 표 6 에 나타내는 최대 신장률은, 제 1 성형체의 폭 방향의 길이를 W1 로 하고, 제 2 성형체에 있어서 대응하는 볼록측 원호의 길이를 W2 로 하여, 식

[(W2 - W1)/W1] × 100 (％)

에 의해 구하였다.

분석 위치인 a, b, c3 의 배향축 각도의 값을 비교하면, 설계와 같이 레이디얼 배향의 소결체가 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 각 β 는 최대로도 4°이고, 설계값과의 어긋남이 작은 것을 확인할 수 있었다. 또, Δθ 의 반치폭의 값은 최대로 11.1°이고, 배향각 편차 각도가 작은 소결체인 것도 확인할 수 있었다.

〔실시예 6 ∼ 10〕

제 2 성형체에 있어서의 곡각도, 제 1 성형체, 제 1, 제 2, 제 3 중간 성형체, 및 제 2 성형체의 치수를 다양하게 변경한 것 이외에는, 실시예 5 와 동일한 순서를 실시하고, 소결체를 제조하였다.

이 경우에 있어서, 제 1 성형체로부터 제 2 성형체에 이르는 사이의 성형은, 변형 각도에 대해, 변형 공정마다 45°의 변형을 생기게 하도록, 단계적으로 실시하였다. 예를 들어, 실시예 6 에서는, 제 1 성형체에 45°의 변형을 실시함으로써 제 1 중간 성형체로 하고, 또한 45°의 변형을 실시하여, 전체적으로 90°만큼 변형시킨 제 2 성형체로 하였다. 단, 실시예 10 에 있어서는, 배향 공정에서 초전도 솔레노이드 코일 (장치명 : JMTD-12T100, JASTEC 제조) 에 의해, 외부로부터 평행 자기장을 인가함으로써 배향 처리를 실시하였다. 이 배향 처리는, 복합 재료가 수용된 스테인리스강 (SUS) 제의 형을 80 ℃ 로 가온하면서, 초전도 솔레노이드 코일 내에 설치하고, 0 T 부터 7 T 까지 20 분간에 걸쳐 승자하고, 그 후 20 분간에 걸쳐 0 T 까지 감자함으로써 실시하였다. 또 그 후, 역자기장을 거는 것에 의해, 탈자 처리를 실시하였다. 역자기장의 인가는, -0.2 T 부터 ＋0.18 T, 또한 -0.16 T 로 강도를 변화시키면서, 제로 자기장으로 점감시킴으로써 실시하였다.

각 소결체의 평가 결과를 표 8, 표 9 에 나타낸다.

실시예 6 ∼ 10 에 있어서, 각각의 분석 위치 a, b, c3 에 있어서의 배향축 각도의 값을 비교하면, 제 1 성형체로부터 제 2 성형체로의 변형 조작에 의해, 설계와 같은 레이디얼 배향을 가지는 소결체가 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 각 β 의 절대값은 최대로 9°이고, 설계값과의 어긋남이 작은 것을 알 수 있었다. 또한, Δθ 의 반치폭의 값도 최대로 14.8°이고, 배향각 편차 각도가 작은 소결체인 것도 확인할 수 있었다. 실시예 10 은 배향각 편차 각도가 약간 크지만, 실시예 5 ∼ 9 에서 사용한 초전도 솔레노이드 코일을 사용하면, 실시예 10 의 변형에 있어서도 배향각 편차 각도는 8° ∼ 11°의 범위에 들어간다고 예측할 수 있다.

최대 신장률이 46.6 ％ 로 가장 높은 실시예 10 의 소결체에 대해, 길이 방향의 중앙에서 절단한 횡단면에 있어서, 표면 크랙 깊이를 SEM 관찰에 의해 측정한 바, 35 ㎛ 이고, 거의 표면에 크랙은 생기지 않은 것을 확인할 수 있었다.

〔실시예 11, 12〕

실시예 11 및 12 로서, 실시예 5 에 있어서, 제 2 성형체의 형성에 있어서의 곡각도를 45°, 135°로 각각 변경한 것 이외에는 동일한 조작을 실시하여 제작하였다. 실시예 11 에 있어서의 제 2 성형체는, 도 19(a) 에 나타내는 중간 성형체와 동일한 형상이고, 실시예 12 에 있어서의 제 2 성형체는, 도 19(c) 에 나타내는 중간 성형체와 동일한 형상이었다. 실시예 11 에 있어서의 제 2 성형체는 최대 신장률이 3.7 ％ 이고, 실시예 12 에 있어서의 제 2 성형체는 최대 신장률이 11.1 ％ 였다. 실시예 11, 12 의 제 2 성형체를 소결하여 얻어진 소결체에 대해, 전술과 동일한 평가를 실시하였다. 그 결과, 전술한 실시예와 마찬가지로, 설계값으로부터의 배향축 각도의 어긋남이 작고, 배향각 편차 각도가 작은 것이 확인되었다.

이상의 결과로부터, 적어도 신장률 50 ％ 정도까지에 있어서, 배향축 각도의 흐트러짐, 및 Δθ 의 반치폭의 증대가 없고, 배향 방향을 제어하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 전술한 바와 같이, 희토류 물질을 포함하는 자석 재료 입자와 수지 재료의 혼합물인 복합 재료에 첨가되는 배향 윤활제로는, 불포화 결합을 갖는 화합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 그 경우에는, 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법은, 하기와 같이 된다.

희토류 물질을 포함하고 각각이 자화 용이축을 갖는 다수의 자석 재료 입자가 소결되어 구성된 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법이고,

희토류 물질을 포함하는 자석 재료 입자와 수지 재료와 배향 윤활제를 혼합하여 형성되는 복합 재료에 의해, 제 1 성형체를 형성하는 제 1 성형체 형성 단계와,

상기 제 1 성형체를 상기 수지의 연화 온도보다 높은 온도로 유지하면서, 상기 제 1 성형체에 대해, 평행 외부 자계를 인가함으로써, 상기 자석 재료 입자의 상기 자화 용이축을 그 외부 자계의 방향에 평행으로 배향시키는 배향 단계와,

상기 제 1 성형체를, 변형시키지 않고 그대로의 상태에서, 혹은 변형시켜 제 2 성형체로 한 후에, 소결 온도로 가열하고, 또한 그 소결 온도로 소정 시간 유지함으로써, 상기 성형체 내의 수지가 증산된 상태의 상기 자석 재료 입자를 서로 소결하여 소결체를 형성하는 소결 단계

를 포함하고,

상기 배향 윤활제가, 불포화 결합을 갖는 화합물이다.

본 발명은 전술한 각 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러 가지 변경이 가능하고, 상이한 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1, 101 : 희토류 영구자석 형성용 소결체
2, 102 : 상변
3, 103 : 하변
4, 5, 104, 105 : 단면
6, 106 : 중앙 영역
7, 8, 107, 108 : 단부 영역
20 : 전동 모터
21 : 로터 코어
21a : 둘레면
22 : 에어 갭
23 : 스테이터
23a : 티스
23b : 계자 코일
24 : 자석 삽입용 슬롯
24a : 직선상 중앙 부분
24b : 경사 부분
30 : 희토류 자석
117 : 컴파운드
118 : 지지 기재
119 : 그린 시트
120 : 슬롯 다이
123 : 가공용 시트편
125 : 소결 처리용 시트편
C : 자화 용이축
θ : 경사각

Claims

희토류 물질을 포함하고 각각이 자화 용이축을 갖는 다수의 자석 재료 입자가 소결되어 구성된 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법으로서,
희토류 물질을 포함하는 자석 재료 입자와 수지 재료를 혼합하여 형성되는 복합 재료에 의해, 길이 방향의 길이 치수와, 그 길이 방향에 직각인 횡 방향의 단면에 있어서의, 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 두께 방향의 두께 치수와, 그 두께 방향에 대해 직교하는 폭 방향의 폭 치수를 갖는, 입체 형상의 제 1 성형체를 형성하는 제 1 성형체 형성 단계와,
상기 제 1 성형체를 상기 수지의 연화 온도보다 높은 온도로 유지하면서, 상기 제 1 성형체에 대해, 평행 외부 자계를 인가함으로써, 상기 자석 재료 입자의 상기 자화 용이축을 그 외부 자계의 방향에 평행으로 배향시키는 배향 단계와,
상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 횡 방향 단면의 적어도 일부의 형상이 그 횡 방향 단면 내에 있어서 변화하는 변형력을 그 제 1 성형체에 부여함으로써, 그 횡 방향 단면의 적어도 일부에 있어서의 상기 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향 방향이 상기 제 1 성형체에 있어서의 배향 방향과는 상이한 배향 방향으로 변경된 제 2 성형체를 형성하는 제 2 성형체 형성 단계와,
상기 제 2 성형체를, 소결 온도로 가열하고, 또한 그 소결 온도로 소정 시간 유지함으로써, 상기 제 2 성형체 내의 수지가 증산된 상태의 상기 자석 재료 입자를 서로 소결하여 소결체를 형성하는 소결 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 평행 외부 자계는, 상기 횡 방향의 단면을 따라, 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면으로 지향되도록 인가되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지 재료는 열가소성 수지 재료인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소결 온도는, 800 ℃ ∼ 1200 ℃ 인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소결 단계는, 상기 제 2 성형체에 상기 길이 방향의 가압력을 작용시키면서 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 성형체에 작용되는 상기 가압력은, 0.01 MPa ∼ 100 MPa 의 범위로 제어되고, 가압은 연속적 또는 간헐적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 소결 단계는, 15 MPa 이하의 분위기 중에서, 3 ℃/분 ∼ 100 ℃/분의 승온 속도로 소정의 소결 온도까지 온도 상승시킴으로써 실시되고, 그 소결 단계에서 상기 제 2 성형체에 작용되는 상기 가압력은, 상기 제 2 성형체의 가압 방향의 치수 변화율이 실질적으로 0 이 될 때까지 유지되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 소결 단계는, 6 Pa 이하의 감압 분위기 중에서, 3 ℃/분 ∼ 30 ℃/분의 승온 속도로 소정의 소결 온도까지 온도 상승시킴으로써 실시되고, 그 소결 단계에서 상기 제 2 성형체에 작용되는 상기 가압력은, 상기 제 2 성형체의 가압 방향의 치수 변화율이 실질적으로 0 이 될 때까지 유지되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 성형체 형성 단계 후이고, 상기 소결 단계 전에, 상기 제 2 성형체를 수소 분위기하에서 가열하여, 그 제 2 성형체에 포함되는 수지의 탄소 성분을 수소와 반응시킴으로써 탄소를 제거하는 가소 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 가소 단계는, 2 ℃/분보다 낮은 승온 속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 가소 단계 전에 탈오일 단계가 실시되고, 상기 가소 단계는, 10 ℃/분보다 낮은 승온 속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소 단계는, 250 ℃ ∼ 600 ℃ 의 범위 내의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소 단계는, 300 ℃ ∼ 500 ℃ 의 범위 내의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소 단계는, 0.1 MPa ∼ 70 MPa 의 압력하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석 형성 재료 입자는, 평균 입경이 6 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 자석 형성 재료 입자는, 산소 함유량이 0.5 ％ 이하의 불활성 가스 분위기 중에 있어서의 미분쇄 처리에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지는, 구조 중에 산소 원자를 포함하지 않는 폴리머인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 수지는, 하기 일반식으로 나타내는 모노머로 형성되는 1 종 또는 2 종 이상의 중합체 또는 공중합체로 이루어지는 폴리머인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
[화학식 1]

(단, R₁ 및 R₂ 는, 수소 원자, 저급 알킬기, 페닐기 또는 비닐기를 나타낸다)
제 17 항에 있어서,
상기 수지는, 폴리이소부틸렌 (PIB), 폴리이소프렌 (이소프렌 고무, IR), 폴리부타디엔 (부타디엔 고무, BR), 폴리스티렌, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 (SIS), 부틸 고무 (IIR), 스티렌-부타디엔 블록 공중합체 (SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체 (SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체 (SEPS), 에틸렌-프로필렌 공중합체 (EPM), 에틸렌, 프로필렌과 함께 디엔 모노머를 공중합시킨 EPDM, 2-메틸-1-펜텐의 중합체인 2-메틸-1-펜텐 중합 수지, 2-메틸-1-부텐의 중합체인 2-메틸-1-부텐 중합 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 수지는, 유리 전이점 또는 유동 개시 온도가 250 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지는, 구조 중에 산소 원자, 질소 원자 및 다른 헤테로 원자를 포함하지 않는 폴리머인 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 성형체 형성 단계에 있어서 형성되는 상기 제 1 성형체는, 직선상의 중앙 영역과, 그 중앙 영역의 양 단부에 있어서 그 중앙 영역에 연속하는 단부 영역을 갖고, 그 단부 영역은, 상기 제 2 표면이 볼록 형상이고 상기 제 1 표면이 오목이 되는 호상으로 형성된 형상을 갖고, 상기 제 2 성형체 형성 단계에서는, 그 중앙 영역의 양 단부에 있어서 그 중앙 영역에 연속하는 상기 단부 영역의 각각이 그 중앙 영역에 대해 직선상이 되도록 상기 제 1 성형체가 변형됨으로써, 그 제 2 성형체에 있어서의 상기 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향이, 상기 중앙 영역에서는 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면을 향하여 상기 두께 방향으로 지향하는 패럴렐 배향이 되고, 상기 단부 영역에서는 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면을 향하여, 폭 방향 내방으로 수속하는 배향이 되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 성형체 형성 단계에 있어서 형성되는 상기 제 1 성형체는, 상기 제 2 표면이 볼록이고 상기 제 1 표면이 오목이 되는 호상으로 형성된 형상을 갖고, 상기 제 2 성형체 형성 단계에서는, 상기 폭 방향으로 직선상이 되거나, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 호상의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 호상이 되도록 상기 제 1 성형체가 변형됨으로써, 그 제 2 성형체에 있어서의 상기 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향이, 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면을 향하여, 폭 방향 내방으로 수속하는 배향이 되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 성형체 형성 단계에 있어서 형성되는 상기 제 1 성형체는, 상기 제 2 표면이 오목이고 상기 제 1 표면이 볼록이 되는 호상으로 형성된 형상을 갖고, 상기 제 2 성형체 형성 단계에서는, 상기 폭 방향으로 직선상이 되거나, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 호상의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 호상이 되도록 상기 제 1 성형체가 변형됨으로써, 그 제 2 성형체에 있어서의 상기 자석 재료 입자의 자화 용이축의 배향이, 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면을 향하여, 폭 방향 내방으로 넓어지는 배향이 되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수지 재료는 열가소성 수지 재료이고, 상기 제 1 성형체는, 1 쌍의 장변과 그 장변에 직교하는 1 쌍의 단변으로 이루어지는 가늘고 긴 사각형의 횡 방향 단면을 가진 형상이고, 상기 외부 자계는, 상기 장방형의 상기 장변에 직교하는 방향으로 인가되고, 상기 제 1 성형체는, 상기 장변이 원환을 형성하도록 굽힘 변형되고, 양 단부를 서로 융착함으로써 제 2 성형체로 되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 평행 외부 자계는, 상기 횡 방향 단면을 따라, 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면으로 지향되도록 인가되고, 상기 제 2 성형체는, 상기 제 1 성형체를, 상기 제 1 표면이 반경 방향 내측이 되도록 원환상으로 굽힘 변형시킴으로써 형성되고, 그 제 2 성형체에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 반경 방향으로 지향하는 레이디얼 배향으로 되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 평행 외부 자계는, 상기 횡 방향 단면을 따라, 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면으로 지향되도록 인가되고, 상기 제 2 성형체는, 상기 제 1 성형체를, 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면이 서로 평행한 원환상이 되도록 굽힘 변형시킴으로써 형성되고, 그 제 2 성형체에 포함되는 자석 재료 입자의 자화 용이축은, 축 방향으로 지향하는 액셜 배향으로 된 원환상의 액셜 배향의 희토류 자석 형성용 소결체를 형성하고, 그 원환상의 액셜 배향의 희토류 자석 형성용 소결체를, 제 26 항에 기재된 방법에 의해 형성되는 원환상의 레이디얼 배향의 희토류 자석 형성용 소결체와 조합하여, 할바흐 배열의 소결체 조합을 얻는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 성형체는, 상기 복합 재료를 시트상으로 형성한 후, 그 시트상으로 형성된 그 복합 재료를 소정 형상으로 잘라냄으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복합 재료는, 배향 윤활제로서 불포화 결합을 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 희토류 자석 형성용 소결체의 제조 방법.