(57)【要約】【課題】ジスプロシウム（Dy）を用いることなく、ボンドを用いないで高い残留磁束密度を得ることができ、かつ、高い抗折強度を得ることができる磁石の製造方法および磁石を提供する。【解決手段】希土類元素をＲとして含有するR-Fe-N系化合物またはFe-N系化合物である硬磁性体の第一粉末１０と、第一粉末１０より弾性率の低くかつ軟磁性体の第二粉末２０とを混合する（混合工程）。続いて、混合された第一，第二粉末１０，２０を加圧して一次成形体１００を形成する（加圧工程）。一次成形体１００を酸化性雰囲気にて加熱して、第一，第二粉末１０，２０に生成される酸化膜５０により第一，第二粉末１０，２０を接合させることにより二次成形体２００を形成する（焼成工程）。【選択図】図１
2014203922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素をＲとして含有するR-Fe-N系化合物またはFe-N系化合物である硬磁性体の第一粉末と、前記第一粉末より弾性率の低くかつ軟磁性体の第二粉末とを混合する混合工程と、
混合された前記第一，第二粉末を加圧して一次成形体を形成する加圧工程と、
前記一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱して、前記第一，第二粉末に生成される酸化膜により前記第一，第二粉末を接合させることにより二次成形体を形成する焼成工程と、
を備える、磁石の製造方法。
【請求項２】
前記第二粉末は、鉄系軟磁性材料である、請求項１の磁石の製造方法。
【請求項３】
前記第二粉末の平均粒径は、前記第一粉末の平均粒径より小さい、請求項１または２の磁石の製造方法。
【請求項４】
前記第二粉末の体積割合は、前記第一粉末の体積割合より少ない、請求項１〜３の何れか一項の磁石の製造方法。
【請求項５】
前記磁石の製造方法は、前記二次成形体の表面をコーティング膜により囲うコーティング工程をさらに備える、請求項１〜４の何れか一項の磁石の製造方法。
【請求項６】
前記焼成工程は、前記R-Fe-N系化合物または前記Fe-N系化合物の分解温度未満にて前記成形体を加熱する、請求項１〜５の何れか一項の磁石の製造方法。
【請求項７】
前記希土類元素Ｒは、Ｓｍである、請求項１〜６の何れか一項の磁石の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項の磁石の製造方法によって製造された磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の製造方法および磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−３９７９４号公報（特許文献１）には、Nd-Fe-B合金やSm-Fe-N合金を含む磁石が記載されている。さらに、特許文献１には、上記合金に軟磁性金属を混合して、加圧成形し、焼結することが記載されている。
【０００３】
また、特開２０１２−６９９６２号公報（特許文献２）には、R-Fe-N-H系磁性材料と軟磁性の粉体を混合し、圧粉成形し、水中衝撃波を用いて衝撃圧縮固化し、衝撃圧縮後の残留温度を磁性材料の分解温度以下に抑制することが記載されている。さらに、この磁石には、樹脂等のバインダを含まないものとされている。
【０００４】
また、特開２００５−２２３２６３号公報（特許文献３）には、Sm−Fe-N系化合物粉末に酸化被膜を形成させた後に、非酸化雰囲気中で所定形状に予備圧縮成形し、次いで非酸化雰囲気中で350〜500℃の温度で圧密化することで、希土類永久磁石を製造することが記載されている。このように、分解温度未満にて、Sm−Fe-N系磁石を製造することができるとされている。
【０００５】
なお、焼結によって成形した永久磁石体の表面に、耐酸化めっき層を施すこと、耐酸化性樹脂層を施すこと、また貴金属の薄膜を設けた後に卑金属の無電解めっきを施すことが、特許文献４〜６に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３９７９４号公報
【特許文献２】特開２０１２−６９９６２号公報
【特許文献３】特開２００５−２２３２６３号公報
【特許文献４】特開昭６０−５４４０６号公報
【特許文献５】特開昭６３−２１７６０１号公報
【特許文献６】特開昭６３−２５４７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１において、Nd-Fe-B合金を含む磁石では、高価で希少なジスプロシウム（Dy）を用いる必要がある。Sm-Fe-N合金を用いる場合には、Sm-Fe-N合金の分解温度が低いため、焼結することは困難である。焼結では分解温度以上となるため、合金が分解して、磁石としての性能を発揮できない。そのため、Sm-Fe-N系磁石は、樹脂等のボンドにより接合することが一般的である。しかし、樹脂等のボンドを用いることは、磁石の密度を低下させることになり、残留磁束密度を低下させる原因となる。
【０００８】
また、特許文献２，３においては、焼結の場合やボンドを用いる場合に比べると、粉末同士の接合力が弱く、高い抗折強度を得ることができない。また、特許文献４〜６には、焼結により形成することが記載されており、上記の通り、Sm-Fe-N系磁石には適用困難である。なお、めっき層や樹脂層は、耐酸化性、耐食性を得る目的で採用されている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ジスプロシウム（Dy）を用いることなく、ボンドを用いないで高い残留磁束密度を得ることができ、かつ、高い抗折強度を得ることができる磁石の製造方法および磁石を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（磁石の製造方法）
（請求項１）本手段に係る磁石の製造方法は、希土類元素をＲとして含有するR-Fe-N系化合物またはFe-N系化合物である硬磁性体の第一粉末と、前記第一粉末より弾性率の低くかつ軟磁性体の第二粉末とを混合する混合工程と、混合された前記第一，第二粉末を加圧して一次成形体を形成する加圧工程と、前記一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱して、前記第一，第二粉末に生成される酸化膜により前記第一，第二粉末を接合させることにより二次成形体を形成する焼成工程とを備える。
【００１１】
以下、本手段に係る磁石の製造方法の好適態様について説明する。
（請求項２）好ましくは、前記第二粉末は、鉄系軟磁性材料である。
（請求項３）好ましくは、前記第二粉末の平均粒径は、前記第一粉末の平均粒径より小さくする。
（請求項４）好ましくは、前記第二粉末の体積割合は、前記第一粉末の体積割合より少なくする。
【００１２】
（請求項５）好ましくは、前記磁石の製造方法は、前記二次成形体の表面をコーティング膜により囲うコーティング工程をさらに備える。
（請求項６）好ましくは、前記焼成工程は、前記R-Fe-N系化合物または前記Fe-N系化合物の分解温度未満にて前記成形体を加熱する。
（請求項７）好ましくは、前記希土類元素Ｒは、Ｓｍとする。
（磁石）
（請求項８）本手段に係る磁石は、上記製造方法により製造される。
【発明の効果】
【００１３】
（請求項１，８）本手段に係る磁石の製造方法または本手段に係る磁石によれば、硬磁性体としてR-Fe-N系化合物またはFe-N系化合物を用いるため、ジスプロシウムを用いないようにできる。従って、安価に磁石を製造できる。さらに、硬磁性体の第一粉末と軟磁性体の第二粉末を用いている。そして、第二粉末は、第一粉末より弾性率が低い。従って、第一粉末の間には軟磁性体の第二粉末が介在するとともに、圧縮することにより変形した第二粉末が第一粉末の間を埋める状態になる。これにより、高い残留磁束密度を得ることができる。さらに、一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱することにより、酸化膜によって第一，第二粉末を接合している。これにより、磁石の抗折強度を高くすることができる。
【００１４】
（請求項２）第二粉末に鉄系軟磁性体を用いることで、第二粉末の表面に酸化膜を形成しやくできる。従って、高い抗折強度を得ることができる。
（請求項３）第二粉末の平均粒径を第一粉末の平均粒径より小さくすることで、第一粉末の間を第二粉末によって確実に埋めることができる。従って、残留磁束密度を高くすることができる。
（請求項４）第二粉末の体積割合を第一粉末の体積割合より少なくすることで、高い保磁力を確実に確保しつつ、高い残留磁束密度を確保できる。
【００１５】
（請求項５）さらに、二次成形体の表面をコーティング膜により囲むことにより、コーティング膜が、卵の殻のように機能する。そのため、酸化膜とコーティング膜とが接合力として発揮することにより、磁石の抗折強度を高くすることができる。
（請求項６）上述したように、R-Fe-N系化合物またはFe-N系化合物は、分解温度が低いため、高温焼結は困難である。しかし、酸化膜を生成する際には、当該化合物の分解温度未満にて成形体を加熱することにより、当該化合物が分解することを防止できる。これにより、高い残留磁束密度の磁石を確実に製造できる。
（請求項７）希土類元素ＲとしてＳｍを適用することで、ジスプロシウムを用いないため、安価な磁石を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態における磁石の製造方法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】図１の混合工程における組織断面模式図である。
【図２Ｂ】図１の加圧工程における組織断面模式図である。
【図２Ｃ】図１の焼成工程における組織断面模式図である。
【図２Ｄ】図１のコーティング工程における組織断面模式図である。
【図３】図１の焼成工程の熱処理工程図である。
【図４】磁石における印加磁界に対する磁束密度の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態の磁石の製造方法について、図１〜図３を参照して説明する。磁石の素材として、硬磁性体の第一粉末１０と、軟磁性体の第二粉末２０と、成形用潤滑剤とを準備する。ここで、本実施形態においては、従来用いていたようなボンドなどを用いることはない。
【００１８】
第一粉末１０には、希土類元素をＲとして含有するR-Fe-N系化合物、または、Fe-N系化合物を用いる。希土類元素Ｒとしては、ジスプロシウム以外の希土類元素、特に軽希土類元素が好ましく、その中でもSmが好適である。ここでいう軽希土類元素は、ランタノイドの中で、Gd よりも原子量が小さい元素、すなわちLa，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Euである。第一粉末１０には、Sm2Fe17N3、または、Fe16N2が好適に用いられる。第一粉末１０の平均粒径は、２〜５μｍ程度である。ジスプロシウムを必要としない硬磁性体を用いることで、安価に磁石を製造できる。また、第一粉末１０には、その表面全てに酸化膜が形成されていないものを用いる。
【００１９】
軟磁性体の第二粉末２０には、少なくとも第一粉末１０より弾性率の低い材料が適用される。つまり、第二粉末２０は、第一粉末１０よりも柔らかいことを意味する。第二粉末２０には、鉄系軟磁性材料が好ましく、例えば、純鉄、低炭素鋼（炭素含有量０．３％以下の鋼材）などが好適である。この第二粉末２０の平均粒径は、０．８〜４μｍ程度であって、第一粉末１０の平均粒径より小さい。
また、成形用潤滑剤として、例えば、ステアリン酸亜鉛などの金属せっけんを用いる。さらに、必要に応じて、添加剤を準備する。
【００２０】
そして、図１のステップＳ１に示すように、第一粉末１０、第二粉末２０および成形用潤滑剤を混合する（混合工程）。このとき、これらの体積割合は、次のとおりである。第一粉末１０：第二粉末２０：成形用潤滑剤は、７０〜８０：１０〜２０：５〜１５である。残りは、添加剤などである。このように、第一粉末１０の体積割合が最も大きく、第二粉末２０の体積割合が次に大きく、成形用潤滑剤の体積割合が最も少ない。このような体積割合にすることで、高い保磁力を確実に確保しつつ、高い残留磁束密度を確保できる。そして、混合された各素材の組織断面の模式図は、図２Ａに示すような状態となる。すなわち、最も大きな粒径の第一粉末１０の間を、第二粉末２０および成形用潤滑剤が埋めるように配置される。
【００２１】
続いて、図１のステップＳ２に示すように、混合された各素材１０，２０を加圧して、一次成形体１００を形成する（加圧工程）。圧力は、例えば、５００〜７００ＭＰａとする。一次成形体１００の組織断面の模式図は、図２Ｂに示すとおりである。第一粉末１０より柔らかい第二粉末２０が潰れて、第一粉末１０同士の隙間をさらに埋めるような状態となる。この状態において、第一粉末１０の多くは、他の第一粉末１０との間に第二粉末２０を介在して存在しており、第一粉末１０の一部は、他の第一粉末１０と直接接触している。特に、第一粉末１０の大部分は、第二粉末２０に接触している。
【００２２】
ただし、一次成形体１００において各素材１０，２０の隙間が完全に埋まるのではなく、僅かながら隙間４０が存在している。そして、一次成形体１００の形成は、酸化性雰囲気にて行うとよい。これにより、隙間４０には、酸化性気体が入り込む。
【００２３】
続いて、図１のステップＳ３に示すように、加圧工程にて形成された一次成形体１００を酸化性雰囲気にて加熱する（焼成工程）。加熱後の二次成形体２００の組織断面の模式図は、図２Ｃに示すとおりである。酸化性雰囲気にて一次成形体１００を加熱することで、第一，第二粉末１０，２０の露出面が酸素と化学反応をして、第一，第二粉末１０，２０に酸化膜５０（図２Ｃの太線にて示す）が生成される。この酸化膜５０が隣接する第一，第二粉末１０，２０を接合する。このようにして形成された二次成形体２００は、強度を十分に確保することができる。特に、第二粉末２０として鉄系軟磁性材料を用いることにより、第二粉末２０に酸化膜５０を形成させやすい。これにより、二次成形体２００の抗折強度を高くすることができる。
【００２４】
ここで、焼成工程前における一次成形体１００において、図２Ｂに示すように、第一，第二粉末１０，２０の間に隙間４０が形成されている。そして、焼成工程後における二次成形体２００においては、当該隙間４０に露出している表面側に酸化膜５０が形成されて、酸化膜５０が隣接する第一，第二粉末１０，２０を接合する。つまり、酸化膜５０は第一，第二粉末１０，２０において隙間４０に露出している部分に形成され、第一，第二粉末１０，２０において隙間４０に露出していない部分は母材そのものとなる。従って、第一，第二粉末１０，２０の全ての表面に酸化膜５０が形成されることはない。このように、酸化膜５０は、第一，第二粉末１０，２０の接合強度を十分に確保できる程度に可能な限り少なく形成しているため、酸化膜５０の形成に伴って磁石の残留磁束密度を低下させることを抑制できる。従って、安価でかつ高性能な磁石を製造できる。
【００２５】
この焼成工程は、マイクロ波による加熱炉、電気炉、プラズマ加熱炉、高周波焼入炉、赤外線ヒータによる加熱炉などの中に一次成形体１００を配置して行う。この焼成工程における熱処理工程は、図３に示すとおりである。
【００２６】
図３に示すように、加熱温度Te1は、第一粉末１０の化合物の分解温度Te2未満に設定される。例えば、第一粉末１０としてSm2Fe17N3やFe16N2を用いる場合には、分解温度Te2が500℃程度であるため、加熱温度Te1を500℃未満に設定する。例えば、200〜300℃程度とする。
【００２７】
また、酸化性雰囲気の酸素濃度および気圧は、第一，第二粉末１０，２０を酸化することができればよく、大気中の酸素濃度程度および大気圧程度であれば十分である。従って、酸素濃度や気圧などを特別に管理する必要はない。そのため、大気雰囲気で加熱するとよい。そして、加熱温度Te1を200〜300℃程度にすることで、Sm2Fe17N3またはFe16N2の第一粉末１０のいずれの場合にも、酸化膜５０を形成することができる。
【００２８】
このように、二次成形体２００において、第一粉末１０の間には、軟磁性体の第二粉末２０が介在している。従って、第二粉末２０が第一粉末１０の間を埋めることにより、高い残留磁束密度を得ることができる。ここで、二次成形体２００の密度は、４〜５g/cm3程度である。
【００２９】
続いて、図１のステップＳ４および図２Ｄに示すように、焼成工程にて成形された二次成形体２００の表面をコーティング膜６０により囲う処理を行い、三次成形体３００を成形する（コーティング工程）。三次成形体３００のコーティング膜６０は、Cr、Zn、Ni、Ag、Cuなどの電気めっきにより形成されためっき被膜、無電解めっきにより形成されためっき被膜、樹脂コーティングにより形成された樹脂被膜、ガラスコーティングにより形成されたガラス被膜、Ti，ダイヤモンドライクカーボン(DLC)などによる被膜などである。無電解めっきの例として、Ni、Au、Ag、Cu、Sn、Co、これらの合金や混合物などを用いた無電解めっきがある。樹脂コーティングの例として、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂などによるコーティングがある。
【００３０】
つまり、三次成形体３００に形成されたコーティング膜６０は、卵の殻のように機能する。そのため、三次成形体３００は、酸化膜５０とコーティング膜６０とが接合力を発揮することにより、抗折強度を高くすることができる。特に、無電解めっきを施すことにより、表面硬度、密着性を高くすることができ、第一，第二粉末１０，２０の接合力をより強固にすることができる。また、例えば、無電解ニッケルリンめっきなどは、耐食性も良好となる。
【００３１】
さらに、酸化膜５０は、上述したように、二次成形体２００の表面のみならず内部においても、第一，第二粉末１０，２０を接合している。従って、三次成形体３００の内部において、酸化膜５０の接合力により、内部の第一粉末１０が自由に動作することを規制している。そのため、第一粉末１０が回転することにより磁極が反転してしまうことを抑制できる。つまり、高い残留磁束密度を得ることができる。
【００３２】
ここで、コーティング工程において、電気めっきを適用する場合には、めっき前の二次成形体２００が電極として作用するため、当該二次成形体２００の接合強度を高くする必要がある。しかし、コーティング工程は、無電解めっき、樹脂コーティング、ガラスコーティングを適用する場合には、電気めっきに比べて、二次成形体２００の接合強度は高くする必要はない。つまり、酸化膜５０による接合力で十分である。従って、上記のようなコーティング工程により、二次成形体２００の表面に確実にコーティング膜６０を形成できる。
【００３３】
また、コーティング工程にて無電解めっきを施す場合、二次成形体２００をめっき液に含浸させる。このとき、二次成形体２００の内部にめっき液が進入しようとするが、酸化膜５０が形成されているため、当該酸化膜５０は、めっき液の進入を抑制する効果を発揮する。つまり、めっき液が内部に進入することによる腐食などの発生の抑制することを期待できる。
【００３４】
上述した磁石の性能は、図４に示す結果となった。図４においては、印加磁界に対する磁束密度を示す。図４に示すように、非常に高い残留磁束密度、保磁力を確保していることが分かる。
【符号の説明】
【００３５】
１０：第一粉末、  ２０：第二粉末、  ４０：隙間、  ５０：酸化膜、  ６０：コーティング膜、  １００：一次成形体、  ２００：二次成形体、  ３００：三次成形体、  Ｒ：希土類元素、  Te1：加熱温度、  Te2：分解温度
【図１】
2014203922.tif 000003
【図２Ａ】
2014203922.tif 000004
【図２Ｂ】
2014203922.tif 000005
【図２Ｃ】
2014203922.tif 000006
【図２Ｄ】
2014203922.tif 000007
【図３】
2014203922.tif 000008
【図４】
2014203922.tif 000009