(57)【要約】【課題】ジスプロシウムを用いずに、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系化合物の素材粉末１０，３０またはFe-N系化合物の素材粉末１０，３０を用い、素材粉末１０，３０の表面に生成した酸化膜３２によって素材粉末１０，３０同士を接合させることにより成形体２００を形成する酸化膜接合工程と、成形体２００の表面をコーティング膜４０により囲うコーティング工程とを備える。【選択図】図５
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【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系化合物の素材粉末またはFe-N系化合物の素材粉末を用い、前記素材粉末の表面に生成した酸化膜によって前記素材粉末同士を接合させることにより成形体を形成する酸化膜接合工程と、
前記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と、
を備える磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁石の製造方法は、前記素材粉末を所定形状に圧縮成形して一次成形体を形成する成形工程を備え、
前記酸化膜接合工程は、成形された前記素材粉末の一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱して、前記素材粉末に生成される酸化膜により前記素材粉末同士を接合する酸化焼成工程である、請求項１の磁石の製造方法。
【請求項３】
前記コーティング工程は、めっきによるコーティング膜を形成する、請求項１または２の磁石の製造方法。
【請求項４】
前記コーティング工程は、無電解めっきによるコーティング膜を形成する、請求項３の磁石の製造方法。
【請求項５】
前記酸化焼成工程は、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２の磁石の製造方法。
【請求項６】
前記希土類元素Ｒは、Ｓｍである、請求項１〜５の何れか一項の磁石の製造方法。
【請求項７】
希土類元素をＲとして含有するR-Fe-N系化合物の素材粉末またはFe-N系化合物の素材粉末を用い、前記素材粉末の表面に生成した酸化膜によって前記素材粉末同士を接合させることにより成形体を形成し、
前記成形体の表面をコーティング膜により囲われた磁石。
【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】
これまで、高性能な磁石としてネオジム磁石（Nd-Fe-B系磁石）が用いられてきた。しかし、ネオジム磁石の高性能化には、高価で希少なジスプロシウム（Dy）を用いるため、近年、ジスプロシウムを用いない磁石の開発が進められている。
【０００３】
ジスプロシウムを用いない磁石として、Sm-Fe-N系磁石が知られている。Sm-Fe-N系化合物は、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、化合物が分解して、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、ボンドにより接合することが一般的である。しかし、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。
【０００４】
また、特開２００５−２２３２６３号公報（特許文献１）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２〜４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２００５−２２３２６３号公報
【特許文献２】特開昭６０−５４４０６号公報
【特許文献３】特開昭６３−２１７６０１号公報
【特許文献４】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】
しかし、特許文献１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２〜４には、焼結により形成することが記載されており、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。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、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】
【０００９】
（請求項１）本発明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系化合物の素材粉末またはFe-N系化合物の素材粉末を用い、前記素材粉末の表面に生成した酸化膜によって前記素材粉末同士を接合させることにより成形体を形成する酸化膜接合工程と、前記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とを備える。
【００１０】
（請求項２）また、前記磁石の製造方法は、前記素材粉末を所定形状に圧縮成形して一次成形体を形成する成形工程を備え、前記酸化膜接合工程は、成形された前記素材粉末の一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱して、前記素材粉末に生成される酸化膜により前記素材粉末同士を接合する酸化焼成工程としてもよい。
【００１１】
（請求項３）また、前記コーティング工程は、めっきによるコーティング膜を形成してもよい。
（請求項４）特に、前記コーティング工程は、無電解めっきによるコーティング膜を形成するとよい。
（請求項５）また、前記酸化焼成工程は、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とよい。
（請求項６）また、前記希土類元素Ｒは、Ｓｍとするとよい。
【００１２】
（請求項７）本発明に係る磁石は、希土類元素をＲとして含有するR-Fe-N系化合物の素材粉末またはFe-N系化合物の素材粉末を用い、前記素材粉末の表面に生成した酸化膜によって前記素材粉末同士を接合させることにより成形体を形成し、前記成形体の表面をコーティング膜により囲われる。
【発明の効果】
【００１３】
（請求項１）本発明の製造方法によれば、酸化膜により素材粉末同士を接合させると共に、成形体の表面をコーティング膜により囲むようにしている。つまり、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。さらに、酸化膜は、磁石の内部においても、素材粉末同士を接合している。従って、磁石の内部において、酸化膜の接合力により、内部の素材粉末が自由に動作することを規制している。そのため、素材粉末が回転することによる磁極の反転を抑制できる。
【００１４】
さらに、コーティング工程においては、成形体の素材粉末同士が酸化膜により接合されている。従って、成形体の内部にコーティング剤が進入しにくい。つまり、コーティング剤が内部に進入することによる悪影響を抑制できる。
【００１５】
また、本発明の磁石の製造方法によれば、ボンドにより接合するのではなく、酸化膜およびコーティング膜により接合している。従って、ボンドを用いる場合に比べて、残留磁束密度を高くすることができる。
【００１６】
（請求項２）ところで、酸化膜は、残留磁束密度を低下させる原因となる。そのため、酸化膜は少ない方が望ましい。しかしながら、抗折強度を確保するためには、ある程度の酸化膜が必要である。そこで、各素材粉末の全ての表面に酸化膜を予め形成するのではなく、酸化膜が形成されていない素材粉末によって一次成形体を形成した後に、酸化雰囲気にて加熱することによって酸化膜を生成し、当該酸化膜によって素材粉末同士を接合させるとよい。このようにすることで、酸化膜は、各素材粉末の全ての表面に生成されるのではなく、素材粉末の表面のうち部分的に生成される。つまり、酸化膜は、素材粉末同士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。
【００１７】
（請求項３）めっきを適用してコーティング膜を形成することにより、例えば、樹脂やガラスによるコーティング膜に比べると、薄膜で抗折強度を高くできる。
（請求項４）無電解めっきを適用してコーティング膜を形成することにより、確実に高い抗折強度を得ることができる。ところで、電気めっきを適用する場合には、めっき前の成形体の接合強度を高くする必要がある。しかし、コーティング膜の形成として無電解めっきを適用することで、成形体がそれほど高い接合力を有する必要はなく、酸化膜による接合力で十分である。従って、確実に成形体の表面に無電解めっきによるコーティング膜を形成できる。さらに、コーティング工程においては、酸化膜によって成形体の内部にコーティング剤（無電解めっき液）が進入しにくい。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を抑制できる。
【００１８】
（請求項５）また、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６）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。
（請求項７）上述した磁石の製造方法と同様に、安価でかつ高性能な磁石を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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２】図１に示す酸化焼成工程の熱処理工程図である。
【図３】図１の酸化焼成工程前における組織断面模式図である。
【図４】図１の酸化焼成工程後における組織断面模式図である。
【図５】図１のコーティング工程後における組織断面模式図である。
【図６】本実施例の酸化焼成工程前における表面の顕微鏡写真（×8000）である。
【図７】本実施例の酸化焼成工程後における表面の顕微鏡写真（×8000）である。
【図８】コーティング膜の膜厚に対する抗折強度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態の磁石の製造方法について、図１〜図５を参照して説明する。図１および図３に示すように、磁石の素材粉末を所定形状に圧縮成形して、一次成形体１００を成形する（ステップＳ１、成形工程）。ここで、磁石の素材粉末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とする。この磁石の素材粉末１０には、Sm2Fe17N3、または、Fe16N2が好適に用いられる。ジスプロシウムを用いないことで、安価に製造できる。また、素材粉末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。
【００２１】
この一次成形体１００の組織断面の模式図は、図３に示すとおりである。成形工程にて成形された一次成形体１００において、素材粉末１０は全く変形しないかもしくは圧縮により僅かに変形する程度である。従って、素材粉末１０同士は部分的に接触しているが、素材粉末１０同士の間には、隙間２０が形成されている。ここで、酸化性雰囲気にて、一次成形体１００を成形するとよい。これにより、当該隙間２０に酸化性気体が入り込む。なお、成形工程において、ボンドなどの接着剤は用いない。そのため、一次成形体１００において、素材粉末１０同士の結合力は小さい。
【００２２】
ここで、例えば、Sm2Fe17N3の素材粉末１０を用いる場合には、素材粉末１０の平均粒径は3μm程度であり、一次成形体１００の最小厚みは、2mm程度であり、一次成形体１００を成形するための加圧力は50MPa程度とする。また、例えば、Fe16N2の素材粉末１０を用いる場合には、Sm2Fe17N3の素材粉末１０を用いる場合と同程度である。
【００２３】
続いて、図１および図４に示すように、成形工程にて成形された一次成形体１００を酸化性雰囲気にて加熱し、酸化膜３２によって素材粉末３０同士が接合された二次成形体２００を成形する（ステップＳ２、酸化焼成工程、酸化膜接合工程）。この酸化焼成工程は、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２に示すとおりである。
【００２４】
加熱温度Te1は、素材粉末の化合物の分解温度Te2未満に設定される。例えば、Sm2Fe17N3の素材粉末を用いる場合には、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℃程度とする。また、Fe16N2の素材粉末を用いる場合にも同様である。
【００２５】
また、酸化性雰囲気の酸素濃度および気圧は、素材粉末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℃程度にすることで、Sm2Fe17N3の素材粉末またはFe16N2の素材粉末のいずれの場合にも、酸化膜を形成することができる。
【００２６】
酸化焼成工程後における二次成形体２００の組織断面の模式図は、図４に示すとおりである。酸化性雰囲気にて加熱することにより、素材粉末３０の露出面が酸素と化学反応をして、酸化膜３２（図４の太線にて示す）を形成する。この酸化膜３２が隣接する素材粉末３０同士を接合し、二次成形体２００の強度を十分に確保することができる。
【００２７】
ここで、酸化焼成工程前における一次成形体１００において、図３に示すように、素材粉末１０は部分的に接触しており、素材粉末１０の間に隙間２０が形成されている。そして、酸化焼成工程後における二次成形体２００においては、当該隙間２０に露出している表面側に酸化膜３２が形成されて、酸化膜３２が隣接する素材粉末３０同士を接合する。つまり、酸化膜３２は素材粉末３０において隙間２０に露出している部分に形成され、素材粉末３０において隙間２０に露出していない部分は母材３１そのものとなる。従って、各素材粉末３０の全ての表面に酸化膜３２が形成されることはない。このように、酸化膜３２は、素材粉末３０同士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３２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。
【００２８】
続いて、図１および図５に示すように、酸化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４０により囲う処理を行い、三次成形体３００を成形する（ステップＳ３、コーティング工程）。三次成形体３００のコーティング膜４０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。
【００２９】
つまり、三次成形体３００に形成されたコーティング膜４０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３２とコーティング膜４０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、素材粉末３０同士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。
【００３０】
さらに、酸化膜３２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、素材粉末３０同士を接合している。従って、三次成形体３００の内部において、酸化膜３２の接合力により、内部の素材粉末３０が自由に動作することを規制している。そのため、素材粉末３０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。
【００３１】
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３２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４０を形成できる。
【００３２】
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３２が形成されているため、当該酸化膜３２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。
【００３３】
さらに、上記製造方法によれば、Ｒをジスプロシウム以外の希土類元素とするR-Fe-N系化合物またはFe-N系化合物を用いる場合には、ジスプロシウムを用いないようにできるため、安価に磁石を製造できる。また、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が、酸化焼成工程において当該化合物の分解温度Te2未満にて加熱するため、当該化合物が分解することを防止できる。従って、化合物の分解によって、磁石の残留磁束密度を低下させることを防止できる。その結果、高い残留磁束密度の磁石を確実に製造できる。さらに、ボンドにより接合するのではなく、酸化膜３２およびコーティング膜４０により接合しているため、ボンドを用いる場合に比べて、残留磁束密度を高くすることができる。
【実施例１】
【００３４】
素材粉末として、特開２０００−１０４１０４号公報に記載の日亜化学工業社製のSm2Fe17N3を用いる。具体的には、平均粒径3μmのSm2Fe17N3を用い、非加熱成形工程における成形体は10mm×30m×2mmの直方体であり、磁場配向プレスにて加圧成形し、その加圧力は50MPaである。そして、酸化焼成工程は、大気雰囲気において電気炉内にて成形体を加熱した。加熱処理工程は、加熱温度Te1を200℃、昇温速度を2.25℃/minとする。
【００３５】
上記のように磁石を製造した場合に、酸化焼成工程前における一次成形体１００の表面写真は、図６に示すとおりであり、酸化焼成工程後であってコーティング工程前における二次成形体２００の表面写真は、図７に示すとおりである。図６と図７を比べると、図６の一次成形体１００における粉末の表面は比較的凹凸が少ないのに対して、図７の二次成形体２００における粉末の表面には網目状の凸が張り巡らされている。この網目状の凸が酸化膜３２であると考えられる。そして、図７における網目が、隣り合う粉末同士を連結していることが分かる。このように、酸化膜３２によって、素材粉末１０同士が一体的に接合されている。
【００３６】
そして、上記のようにして得られた二次成形体２００に対して、コーティング工程として無電解ニッケルリンめっきを施し、ニッケルリンめっき被膜を形成した。ここで、ニッケルリンめっき被膜の膜厚を30μｍ、60μｍ、90μｍのそれぞれとして、それぞれの抗折強度を計測した。計測結果を図８に示す。図８に示すように、ニッケルリンめっき被膜の膜厚が大きくなるほど、抗折強度が高くなっていることが分かる。
【００３７】
（その他）
上記実施形態においては、素材粉末１０として、その表面全てに酸化膜が形成されていないものを用い、酸化焼成工程において酸化膜３２を形成した。この他に、予め素材粉末１０の表面に酸化膜を形成したものを用いることもできる。この場合、酸化膜を有する素材粉末により一次成形体を形成し、分解温度より低い温度で加熱することにより酸化膜同士が接合する。その後にコーティング工程を施し、コーティング膜によって成形体の表面を被覆する。
【００３８】
この場合、酸化膜が素材粉末の表面全てに形成されているため、上記実施形態に比べると、残留磁束密度が低くなる。ただし、ボンドを用いる場合に比べると、高い残留磁束密度を得ることができる。また、コーティング膜を形成することにより、上記同様に、高い抗折強度を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００：一次成形体、  ２００：二次成形体、  ３００：三次成形体、  １０：加熱前の素材粉末、  ２０：隙間、  ３０：加熱後の素材粉末、  ３２：酸化膜、  ４０：コーティング膜、  Te1：加熱温度、  Te2：分解温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図６】
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【図７】
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