(57)【要約】【課題】NdFeB系板状磁石の面外湾曲を適切に矯正することができる湾曲矯正方法を提供する。【解決手段】NdFeB系板状磁石が500〜950℃の範囲内となる温度下で、最大表面応力が1〜12MPaの範囲内となるような3点曲げ負荷を与える。これにより、負荷が湾曲を直接的に正す方向に印加されるため、不必要な負荷がNdFeB系板状磁石にかかることを抑えることができ、破断を防ぎつつ湾曲を矯正することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
NdFeB系板状磁石の面外湾曲を、該NdFeB系板状磁石が500〜950℃の範囲内となる温度下で、最大表面応力が1〜12MPaの範囲内となるような3点曲げ負荷を与えることにより、矯正することを特徴とするNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法。
【請求項２】
前記NdFeB系板状磁石が焼結磁石であることを特徴とする請求項１に記載のNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法。
【請求項３】
前記矯正後、該NdFeB系板状磁石が450〜550℃の範囲内となる温度下で時効処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法。
【請求項４】
前記矯正後、前記時効処理の前に、該NdFeB系板状磁石が750〜850℃の範囲内となる温度下で保持し、その後急冷する時効予備熱処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法による湾曲矯正工程を有することを特徴とするNdFeB系板状磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状のNdFeB系磁石において湾曲を矯正する湾曲矯正方法、及びこの湾曲矯正方法を行う工程を含むNdFeB系板状磁石の製造方法を提供する。ここで「NdFeB系磁石」は、Nd2Fe14Bを主相とする磁石であるが、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。
【背景技術】
【０００２】
NdFeB系磁石は、残留磁束密度等の多くの磁気特性がそれまでの永久磁石よりもはるかに高いという特長を有する。そのため、NdFeB系磁石はハイブリッド自動車や電気自動車向けのモータ、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。
【０００３】
NdFeB系磁石は、上述の様々な用途に応じて、種々の形状のものが用いられている。例えば自動車向け等の大型のモータの回転子では、板状のNdFeB系磁石（NdFeB系板状磁石）が多数並べられた状態で用いられることが多い。このような回転子にNdFeB系板状磁石を取り付ける際には所定のスロットに挿入する必要があるため、個々のNdFeB系板状磁石は高い寸法精度及び形状精度が要求される。
【０００４】
NdFeB系板状磁石において寸法精度及び形状精度における主要な問題点として、湾曲の発生が挙げられる。板状磁石の湾曲には、板面に垂直な方向への湾曲（以下、「面外湾曲」と呼ぶ）と板面内での湾曲（面内湾曲）がある。これらのうち、板状磁石の厚さが小さくなるほど面外湾曲が顕著に現れるようになり、しかも回転子等への取り付けに与える悪影響も大きい。以下、適宜、「面外湾曲」を単に「湾曲」と呼ぶ。このような湾曲の問題を回避するために、予め所定の寸法よりも大きいNdFeB系磁石を作製したうえで研削することにより、寸法精度及び形状精度を確保することも可能ではあるが、材料を無駄にしてしまうという問題がある。
【０００５】
焼結法（例えば特許文献１参照）で作製されたNdFeB系板状焼結磁石では、焼結前の合金粉末の充填密度の不均一性や、焼結の際の加熱やその後の冷却における各部の温度差（昇温/冷却の温度ずれ）等により、湾曲が生じ易い。特に、特許文献１に記載の方法ではプレスレス法（残留磁束密度を低下させることなく保磁力を向上させることを目的として、キャビティに充填した合金粉末を圧縮成形することなく磁界中で配向させた後に焼結する方法）を用いており、合金粉末の充填密度が不均一になり易いため、圧縮成形を行うプレス法よりも湾曲が生じ易い。また、熱間塑性加工法（例えば特許文献２参照）で作製されたNdFeB系板状熱間塑性加工磁石においても、熱間塑性加工後の冷却過程において温度（降温速度）を均一に保つことが難しく、湾曲が生じ易い。
【０００６】
このような湾曲に関して、NdFeB系板状磁石を対象としたものではないが、特許文献３及び４には、金属製の棒材や板材等の長尺材に生じた湾曲を矯正する方法が記載されている。
これらのうち特許文献３には、炭化タングステンから成る超硬合金製の長尺材を900〜1450℃に加熱しながら両端をチャックで掴み、長手方向に500〜5000kgW/cm2（49〜490MPa）の引張荷重を付与することが記載されている。また、この文献には、被矯正物に重しや当て板を当てながら上記引張荷重を与えることにより、一層矯正効果が向上する、と記載されている。
特許文献４には、Mn-Al系磁石を材料とする長尺材を550〜800℃に加熱しながら矯正することが記載されている。具体的には、長尺材が棒材の場合には、断面が三角形状に並ぶように配置された３本のロールの間に該棒材を挟み、ローラを回転させることにより矯正することが記載されている。一方、板材の場合については、具体的な矯正方法は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2006-019521号公報
【特許文献２】特開平11-329810号公報
【特許文献３】特開昭62-214826号公報
【特許文献４】特開平09-291348号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３に記載の方法では、長尺材の（湾曲の弧に対する）弦の方向に引張荷重を印加するため、湾曲の矯正に直接寄与しない弦方向の分力により長尺材が引っ張られる。このような不必要な負荷が、超硬合金よりも脆いNdFeB系板状磁石にかかると、NdFeB系板状磁石が破断するおそれがある。また、特許文献４に記載の方法は、実質的には棒材から成る被加工物のみを対象としており、板状磁石の湾曲を矯正することができない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、NdFeB系板状磁石の面外湾曲を適切に矯正することができる湾曲矯正方法、及びこの湾曲矯正方法を行う工程を含むNdFeB系板状磁石の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法は、NdFeB系板状磁石の面外湾曲を、該NdFeB系板状磁石が500〜950℃の範囲内となる温度下で、最大表面応力が1〜12MPaの範囲内となるような3点曲げ負荷を与えることにより、矯正することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法では特許文献３に記載の方法とは異なり、3点曲げ負荷がNdFeB系板状磁石に対して、湾曲を直接的に正す方向に印加されるため、不必要な負荷がNdFeB系板状磁石にかかることを抑えることができ、NdFeB系板状磁石が破断することを防ぐことができる。
【００１２】
最大表面応力が1MPa未満であると、湾曲をほとんど矯正することができない。一方、最大表面応力が12MPaを超えると、NdFeB系板状磁石が破断してしまうおそれがある。そのため、本発明に係る方法では、最大表面応力の値は1〜12MPaの範囲内とする。
【００１３】
なお、最大表面応力σは、NdFeB系板状磁石の長さL、幅W及び厚みt、並びに長手方向及び幅方向の中点においてNdFeB系板状磁石の表面に印加する荷重Fを用いて、以下の式(1)
σ=3FL/(2wt2)    …(1)
で表される。実際の3点曲げ負荷の付与の際には、この式(1)を変形した式(2)
F=2wt2σ/(3L)    …(2)
に1〜12MPaの範囲内でσの値を代入することで得られる荷重Fを付与すればよい。
【００１４】
湾曲を矯正する際の温度が500℃未満であると、NdFeB系板状磁石に十分な塑性を付与することができないため、NdFeB系板状磁石が破断するおそれがある。一方、温度の上限は、十分な塑性を付与するという観点では融点よりも低い範囲内においてより高い方がよいものの、温度が950℃を超えると、NdFeB系板状磁石内の結晶粒が粗大化し、NdFeB系板状磁石が脆化したり、保磁力が低下する原因となる。そのため、本発明に係る方法では、NdFeB系板状磁石を矯正する際の温度は500〜950℃の範囲内とする。また、荷重Fを付与する際に用いる重錘等の部材にNdFeB系板状磁石が焼き付くことを確実に防止するために、温度の上限は900℃未満とすることが望ましい。
【００１５】
本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法は、典型的には焼結法で作製されたNdFeB系板状焼結磁石や、熱間塑性加工法で作製されたNdFeB系板状熱間塑性加工磁石の湾曲の矯正に好適に用いることができる。
【００１６】
本発明において、前記矯正後、該NdFeB系板状磁石が450〜550℃の範囲内となる温度下で時効処理を行うことが望ましい。この時効処理により、NdFeB系板状磁石内、特に粒界付近の結晶粒内における結晶の欠陥を少なくすることができ、それにより保磁力を高めることができる。
【００１７】
前記時効処理を行う場合には更に、前記矯正後、前記時効処理の前に、該NdFeB系板状磁石が750〜850℃の範囲内となる温度下で保持し、その後急冷する時効予備熱処理を行うことが望ましい。この時効予備熱処理の技術的意義は以下の通りである。
NdFeB系磁石においては、理由は明確ではないが、600〜750℃の温度範囲内において徐冷すると、保磁力が低下すること（それゆえ、時効処理は、この温度範囲よりも低い450〜550℃において行う）、及びそれによって保磁力が低下した磁石を再度750℃以上に加熱したうえで急冷することにより保磁力が回復することが知られている。しかしながら、前記矯正の際には、NdFeB系板状磁石に荷重を印加しているため、該矯正の終了後に、温度を矯正時の500〜950℃から室温に冷却する際に急冷することが難しく、600〜750℃の温度範囲内においても徐冷をせざるを得ない。そこで、前記矯正後、すなわちこの徐冷の後に、750〜850℃に加熱したうえで急冷することにより、徐冷の悪影響を排除することができる。
【００１８】
本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法は、言うまでもなく、NdFeB系板状磁石を製造する際の一工程（湾曲矯正工程）として行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、NdFeB系板状磁石を破断させることなく、面外湾曲を適切に矯正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】NdFeB系板状焼結磁石における湾曲量の定義を示す概略側面図。
【図２】本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法の実施例を示す概略縦断面図。
【図３】本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法においてNdFeB系板状磁石に3点曲げ負荷を印加する状態を示す概略側面図。
【図４】実施例３においてNdFeB系板状磁石に与える温度変化の履歴を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るNdFeB系板状磁石の湾曲矯正方法の実施例を、図１〜図４を用いて説明する。本実施例では、NdFeB系板状焼結磁石の湾曲を矯正する例を示す。
【００２２】
まず、湾曲を矯正する対象となるNdFeB系板状焼結磁石を製造する方法を説明する。
最初に、原料となるNdFeB系合金の薄片をストリップキャスト法により作製した。この薄片を水素吸蔵法を用いて粗粉砕した後、ジェットミルを用いて微粉砕することにより、平均粒径が数μmであるNdFeB系合金の合金粉末を得た。この合金粉末を、内部が直方体である容器に充填したうえで、成形（賦形）するための圧力を加えることなく、4.5T（テスラ）の磁界を印加することにより磁気配向させた。この磁気配向処理の後、合金粉末を容器に充填したまま990℃に加熱し、その後室温まで急冷することにより、焼結体を得た。そして、この焼結体を、長さLが55.7mm、幅Wが14.0mm、厚みtが2.9mmになるように加工することにより、矯正対象のNdFeB系板状焼結磁石を多数個得た。
【００２３】
矯正対象のNdFeB系板状焼結磁石１０にはいずれも、長手方向の両端よりも中央の方が厚み方向に変位するように、弧状の湾曲が生じていた（図１参照）。以下、この変位の大きさδを「湾曲量」と呼ぶ。湾曲量δは、凸に湾曲した面を上面１０１、凹に湾曲した面を下面１０２とした場合において、上面１０１の最も高い位置と下面１０２の最も低い位置の差Hmaxから、NdFeB系板状焼結磁石１０の厚みの平均値tavgを減じた値（δ=Hmax-tavg）で定義する。δの値はNdFeB系板状焼結磁石１０毎に異なり、δ=0.43〜0.55mmであった。
【実施例１】
【００２４】
実施例１では、NdFeB系板状焼結磁石１０の湾曲矯正の実験を複数、矯正時の温度を共通（800℃）として、最大表面応力σを変えて行った。具体的な方法は以下の通りである。
図２に示すように、NdFeB系板状焼結磁石１０は、加熱炉１１内の台１２上に、凸に湾曲した面を上側に向けて載置した。NdFeB系板状焼結磁石１０の上面には、長手方向の中央に重錘１３を載置することにより、NdFeB系板状焼結磁石１０に荷重Fを印加した。これにより、図３に示すように、NdFeB系板状焼結磁石１０には、両端を支点１５１とし、長手方向中央を力点１５２として、3点曲げ負荷が印加される。ここで荷重Fの大きさは試料毎に異なる値とした。この状態で、真空中において、NdFeB系板状焼結磁石１０が800℃になるように加熱し、1時間維持した。その後、NdFeB系板状焼結磁石１０の温度を室温まで徐冷した。なお、NdFeB系板状焼結磁石１０の温度は、該NdFeB系板状焼結磁石１０の近傍に配置した熱電対（図示せず）を用いて測定した。
【００２５】
実施例１の実験結果を表１に示す。なお、表１では荷重Fの代わりに重錘１３の重量W（単位：kgW）で示したが、このWに重力加速度g（9.8m/s2）を乗じることにより荷重F（単位：N）が求められる。また、表１には併せて、式(1)により求められる最大表面応力σの値を示した。実施例１では、σが1.4（試料３）〜11.1（試料７）MPaである範囲内で実験を行った。また、比較のために、荷重Fを印加しない（σ=0の）場合（試料１）、σが1MPa未満の場合（試料２）及びσが12MPaを超える場合（試料８）についても実験を行った。
【表１】
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【００２６】
この実験の結果、荷重Fを印加しない比較例である試料１では全く矯正されず、σが1MPa未満である試料２においても矯正の効果は本実施例よりも小さかった。また、σが12MPaを超える比較例である試料８では、矯正のための操作により試料が破断してしまった。それに対して、本実施例の試料３〜７では、矯正後の湾曲量δAは矯正前の湾曲量δBの19〜65％という小さい値になり、湾曲を矯正する効果が確認できた。また、本実施例では試料の破断は生じなかった。
【実施例２】
【００２７】
実施例２では、NdFeB系板状焼結磁石１０の湾曲矯正の実験を複数、最大表面応力σの値を共通（8.3MPa。荷重Fは1.2kgW）とし、矯正温度を変えて行った。具体的な実験方法は、矯正温度及び最大表面応力σの値を除いて、実施例１の場合と同じである。従って、この実験では、所定の矯正温度を1時間維持した後に、温度を室温まで徐冷している。実験結果を表２に示す。
【表２】
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【００２８】
この実験の結果、矯正温度が450℃（試料９、比較例）の場合には湾曲を矯正することがほとんどできなかった。これは、温度が450℃の場合にはNdFeB系板状焼結磁石１０が十分な塑性を有しないことによると考えられる。それに対して矯正温度が500〜950℃の範囲内（試料１０〜１５、本実施例）の場合には、矯正処理後の湾曲量δAが矯正前の湾曲量δBの12〜63％という小さい値になり、湾曲を矯正する効果が確認できた。また、本実施例では試料の破断は生じなかった。
【実施例３】
【００２９】
上記のように、実施例２では、矯正時に所定の矯正温度を1時間維持した後に、加熱炉１１内を徐冷している。この徐冷の際に、NdFeB系板状焼結磁石１０の温度が600〜750℃の範囲内をゆっくりと通過することにより、NdFeB系板状焼結磁石１０には磁気特性、特に保磁力が低下するという問題が発生する。そこで、実施例３では、図４に概略図で示すように、実施例２の操作を行った試料９〜１５に対して、時効予備熱処理及び時効処理の２段階の熱処理を行った。
【００３０】
時効予備熱処理では、内部を真空にした加熱炉１１でNdFeB系板状焼結磁石１０を800℃に加熱して1時間維持した後に、常温の不活性ガスを加熱炉１１内に導入することにより急冷を行った。時効処理では、時効予備熱処理後の各試料を一旦常温にした後に、内部を真空にした加熱炉１１でNdFeB系板状焼結磁石１０を520℃に加熱して1時間維持した後に、常温の不活性ガスを加熱炉１１内に導入することにより急冷を行った。比較のために、湾曲の矯正操作を行っていないNdFeB系板状焼結磁石１０に対して、同様の２段階の熱処理を行った（試料０）。
【００３１】
上記２段階の熱処理を行う前（試料９〜１５では実施例２の操作を行った後）、及び上記２段階の熱処理の後にそれぞれ、試料９〜１５及び試料０の保磁力を測定した。以下、時効予備熱処理前の保磁力を「HcJ-B」、時効処理後の保磁力を「HcJ-A」とする。これら保磁力HcJ-B及びHcJ-Aの測定結果を表３に示す。
【表３】
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【００３２】
まず、矯正温度が500℃であった試料１０（及び矯正温度が450℃であった比較例の試料９）では、矯正時の加熱後の徐冷において600〜750℃の温度帯を通過していないため、時効予備熱処理前においても18kOe前後という、矯正処理を行っていない試料０と同様の高い保磁力HcJ-Bが得られている。試料１１に関しても、矯正時の加熱後の徐冷において上記温度帯をほとんど通過していないため、時効予備熱処理前の保磁力HcJ-Bは17.9kOeという高い値が得られている。
【００３３】
それに対して、矯正温度が700〜950℃である試料１２〜１５においては、時効予備熱処理前の保磁力HcJ-Bは、矯正処理を行っていない試料０よりも低い14.2〜16.3kOeとなっている。これは、矯正時の加熱後の徐冷において600〜750℃の温度帯を通過していることによると考えられる。これら試料１２〜１５において、800℃からの急冷を伴う時効予備熱処理、及び時効処理を行うことにより、時効処理後の保磁力HcJ-Aを、矯正処理を行っていない試料０と同様の18.0〜18.6kOeに高めることができる。
【００３４】
本発明は上記実施例には限定されない。
例えば、上記実施例ではNdFeB系板状焼結磁石の湾曲を矯正する方法を述べたが、本発明に係る方法はNdFeB系板状熱間塑性加工磁石の湾曲の矯正にも用いることができる。NdFeB系板状熱間塑性加工磁石は、例えば特許文献２に記載の方法により作製することができる。
【００３５】
また、上記実施例では重錘１３を用いてNdFeB系板状焼結磁石１０に3点曲げ負荷を印加したが、操作時の（温度500〜950℃の範囲内での）耐熱性を確保することができるのであれば、プレス機等、重錘１３以外のものを用いて3点曲げ負荷を印加してもよい。
【００３６】
上記実施例ではいずれも、矯正温度に維持する時間を1時間としたが、この維持時間は特に限定されない。維持時間は、わずか（ほぼゼロ）であっても、ある程度の矯正効果を奏することができ、1分間以上あれば十分に矯正することができる。また、維持時間には湾曲の矯正という観点では特に上限はないが、長すぎると保磁力が低下したり生産性が低下するという問題が生じる。そのため、維持時間は500分以下とすることが望ましい。
【００３７】
また、上記実施例３では時効予備熱処理時及び時効処理時の温度の維持時間をそれぞれ1時間としたが、これらの時間も特に限定されない。これらの維持時間はわずかであっても保磁力をある程度向上させる効果があるが、十分な保磁力向上効果を奏することと生産効率を勘案して、時効予備熱処理時の維持時間は30〜120分、時効処理時の維持時間は60〜500分とすることが望ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…NdFeB系板状（焼結）磁石
１０１…NdFeB系板状（焼結）磁石の上面
１０２…NdFeB系板状（焼結）磁石の下面
１１…加熱炉
１２…台
１３…重錘
１５１…支点
１５２…力点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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