(57)【要約】  拡散処理装置は、焼結磁石片およびＲＨ拡散源を受容する処理空間（２４）を有する円筒状の本体（１２）と、円筒状の本体の両端の第１および第２開口をそれぞれ気密シールする第１および第２蓋とを有する処理容器（１０）と、直交座標系ｘｙｚにおいて処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、処理容器をｘ軸方向に予め決められた距離だけ搬送する搬送装置（３０）と、処理容器（１０）の下側に配置される下側加熱部（５０ａ）と処理容器の上側に配置される上側加熱部（５０ｂ）とを有し、下側加熱部および上側加熱部は、それぞれｚ軸方向に可動で、処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る、加熱装置（５０）と、処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置し、下側加熱部および上側加熱部によって包囲された状態で、処理容器をｙ軸を中心に回転させる第１回転装置（４０）とを有する。
2017033861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片と、拡散源とを受容する処理空間を有する円筒状の本体と、前記円筒状の本体の両端の第１開口および第２開口をそれぞれ気密シールする第１蓋および第２蓋とを有する処理容器と、
ｚ軸方向を鉛直方向とする直交座標系ｘｙｚにおいて前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、前記処理容器をｘ軸方向に予め決められた距離だけ搬送する搬送装置と、
前記処理容器の下側に配置される下側加熱部と前記処理容器の上側に配置される上側加熱部とを有し、前記下側加熱部および前記上側加熱部の少なくとも１つはｚ軸方向に可動で、前記処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る、加熱装置と、
前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置し、前記下側加熱部および前記上側加熱部によって包囲された状態で、前記処理容器をｙ軸を中心に回転させる第１回転装置とを有する、拡散処理装置。
【請求項２】
前記下側加熱部および前記上側加熱部は、それぞれｚ軸方向に可動である、請求項１に記載の拡散処理装置。
【請求項３】
前記処理容器は、長手方向の両端に第１フランジおよび第２フランジをさらに有し、前記第１蓋が前記第１フランジに固定され、前記第２蓋が前記第２フランジに固定されたときに、前記第１開口および前記第２開口はそれぞれ気密シールされる、請求項１または２に記載の拡散処理装置。
【請求項４】
前記第１回転装置は、前記第１フランジおよび前記第１蓋の少なくとも一方に接触する第１車輪対と、前記第２フランジおよび前記第２蓋の少なくとも一方に接触する第２車輪対とを有し、
前記第１車輪対および前記第２車輪対は、それぞれがｘ軸方向に沿って配置されｙ軸を中心に回転可能な２つの車輪を有する、請求項３に記載の拡散処理装置。
【請求項５】
前記第１車輪対と前記第２車輪対とで前記処理容器を支持しているとき、前記処理容器は、前記搬送装置から切り離されている、請求項４に記載の拡散処理装置。
【請求項６】
前記第１車輪対および前記第２車輪対のそれぞれが有する２つの車輪は、回転速度が可変および／または逆回転も可能である、請求項４または５に記載の拡散処理装置。
【請求項７】
前記第１蓋または前記第２蓋の一方に接続された接続部をさらに有する、請求項１から６のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項８】
前記第１蓋または前記第２蓋の他方に接続された安全弁をさらに有する、請求項７に記載の拡散処理装置。
【請求項９】
前記処理容器のｘ軸方向への移動、前記下側加熱部および前記上側加熱部のｚ軸方向への移動、および前記第１回転装置の回転の少なくとも１つを制御する信号を出力する第１コントローラをさらに有する、請求項１から８のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項１０】
前記加熱装置を制御する信号を出力する第２コントローラをさらに有する、請求項９に記載の拡散処理装置。
【請求項１１】
前記加熱装置の後段に配置された冷却装置をさらに有し、
前記冷却装置は、前記処理容器の下側に配置される下側冷却部と前記処理容器の上側に配置される上側冷却部とを有し、前記下側冷却部および前記上側冷却部の少なくとも１つはｚ軸方向に可動で、前記処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る、請求項１から１０のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項１２】
前記下側冷却部および前記上側冷却部は、それぞれｚ軸方向に可動である、請求項１１に記載の拡散処理装置。
【請求項１３】
前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置し、前記下側冷却部および前記上側冷却部によって包囲された状態で、前記処理容器をｙ軸を中心に回転させる第２回転装置をさらに有する、請求項１１または１２に記載の拡散処理装置。
【請求項１４】
前記下側冷却部および前記上側冷却部の少なくとも１つは、エアー導入口および水用のスプレイノズルの少なくとも１つを有する、請求項１１から１３のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項１５】
前記処理容器のｘ軸方向への移動、前記下側冷却部および前記上側冷却部のｚ軸方向への移動、前記第２回転装置の回転の少なくとも１つを制御する信号を出力する第３コントローラをさらに有する、請求項１１から１４のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項１６】
前記冷却装置を制御する信号を出力する第４コントローラをさらに有する、請求項１５に記載の拡散処理装置。
【請求項１７】
前記加熱装置の前段に配置された予備加熱装置をさらに有し、
前記予備加熱装置は、前記処理容器の下側に配置される下側予備加熱部と前記処理容器の上側に配置される上側予備加熱部とを有し、前記下側予備加熱部および前記上側予備加熱部の少なくとも１つはｚ軸方向に可動で、前記処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る、請求項１から１６のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項１８】
前記下側予備加熱部および前記上側予備加熱部は、それぞれｚ軸方向に可動である、請求項１７に記載の拡散処理装置。
【請求項１９】
前記加熱装置の前段に配置されたワーク投入装置をさらに有し、
前記投入装置は、前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、前記処理容器をｙｚ面内で傾斜させることができる、請求項１から１８のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項２０】
前記拡散処理装置全体の水平を調整する支持構造をさらに有している、請求項１から１９のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項２１】
前記処理容器は、前記処理空間の前記第１開口側に配置された第１断熱室と、前記第２開口側に配置された第２断熱室とを有する、請求項１から２０のいずれかに記載の拡散処理装置。
【請求項２２】
前記第１断熱室および前記第２断熱室は、断熱繊維を有している、請求項２１に記載の拡散処理装置。
【請求項２３】
希土類元素の含有量によって定義されるＲ量が２９質量％以上４０質量％以下であるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片を準備する工程（ａ）と、
拡散源を準備する工程（ｂ）と、
請求項１から２２のいずれかに記載の拡散処理装置の前記処理空間に、少なくとも前記焼結磁石片と前記拡散源とを投入する工程（ｃ）と、
前記処理空間内を真空排気しながら約２００℃以上約６００℃以下の温度で予備加熱する工程（ｄ）と、
前記予備加熱工程の後で、減圧状態または不活性ガスを含む状態で気密シールする工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後で前記処理容器を約４５０℃以上約１０００℃以下の処理温度に加熱する拡散工程（ｆ）と、
を包含する、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項２４】
前記拡散源は、Ｄｙ及びＴｂの少なくとも一方を含有するＲＨ拡散源である、請求項２３に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項２５】
前記拡散源は、Ｄｙ及びＴｂの少なくとも一方を含有するＲＨ拡散源であり、且つ、大きさが９０μｍ以下の粒子を主に含む粉末である、請求項２３に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【請求項２６】
前記ＲＨ拡散源は、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方）および３０質量％以上８０質量％以下のＦｅを含有する、請求項２３から２５のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散処理装置およびそれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法に関し、特に、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の焼結磁石片の表面にＤｙ等の重希土類元素ＲＨを供給しつつ、重希土類元素ＲＨを焼結磁石片の内部に拡散させるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法に好適に用いられる拡散処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物を主相とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）や、ハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に使用されている。Ｎｄの一部または全部は他の希土類元素Ｒに置き換えられても良く、Ｆｅの一部は他の遷移金属元素に置き換えられても良いため、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ型化合物は、Ｒ2Ｔ14Ｂ型化合物と表現される場合がある。なお、Ｂの一部はＣ（炭素）に置き換えられ得る。【０００３】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、高温で保磁力が低下するため、高温暴露により減磁する不可逆減磁が起こる。不可逆減磁を回避するため、モータ用等に使用する場合、高温下でも高い保磁力を維持することが要求されている。これを満足するためには、常温での保磁力を高めるか、もしくは要求温度までの保磁力変化を小さくする必要がある。【０００４】
Ｒ2Ｔ14Ｂ型化合物相中の軽希土類元素ＲＬであるＮｄを重希土類元素ＲＨ（主にＤｙ、Ｔｂ）で置換すると、保磁力が向上することが知られている。高温で高い保磁力を得るためには、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石用の原料合金中に重希土類元素ＲＨを多く添加することが有効であると考えられてきた。しかし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石において、軽希土類元素ＲＬ（Ｎｄ、Ｐｒ）を重希土類元素ＲＨで置換すると、保磁力が向上する一方、残留磁束密度が低下してしまうという問題がある。また、重希土類元素ＲＨは希少資源であるため、その使用量を削減することが求められている。【０００５】
そこで、近年、残留磁束密度を低下させないように、より少ない重希土類元素ＲＨによってＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の保磁力を向上させることが検討されている。本願出願人は、既に特許文献１において、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の焼結磁石片の表面にＤｙ等の重希土類元素ＲＨを供給しつつ、重希土類元素ＲＨを焼結磁石片の内部に拡散させる（以下「蒸着拡散」という。）方法を開示している。【０００６】
特許文献１の方法では、処理室内において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片と重希土類元素ＲＨからなるＲＨバルク体とを離間して配置する必要があるため、配置のための工程に手間がかかる等の問題がある。また、ＤｙやＴｂの供給が昇華によってなされるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片への拡散量を増加してより高い保磁力を得るには長時間を要する場合がある。【０００７】
そこで、本願出願人は、特許文献２に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片を準備する工程と、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも１種）の金属または合金からなるＲＨ拡散源を準備する工程と、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片とＲＨ拡散源とを相対的に移動可能かつ近接または接触可能に処理室内に投入する工程と、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片とＲＨ拡散源とを処理室内にて連続的または断続的に移動させながら、５００℃以上８５０℃以下の熱処理を１０分以上行うＲＨ拡散工程とを包含する、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を開示した。【０００８】
特許文献２の方法によれば、５００℃以上８５０℃以下という温度にも関わらず、ＲＨ拡散源がＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片と近接または接触するため、ＲＨ拡散源から重希土類元素ＲＨが供給され、粒界を通じてその内部に拡散することができる。【０００９】
本願出願人は、さらに、特許文献３に、希土類元素の含有量によって定義されるＲ量が３１質量％以上３７質量％以下であるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片を準備する工程と、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方）および３０質量％以上８０質量％以下のＦｅを含有するＲＨ拡散源を準備する工程と、焼結磁石片とＲＨ拡散源とを相対的に移動可能かつ近接または接触可能に処理室内に投入する工程と、焼結磁石片とＲＨ拡散源とを処理室内にて連続的または断続的に移動させながら、焼結磁石片およびＲＨ拡散源を７００℃以上１０００℃以下の処理温度に加熱するＲＨ拡散工程とを包含する、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を開示した。【００１０】
特許文献３に記載の製造方法によると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片（ＲＨ拡散工程実施前の磁石）内部に短時間で重希土類元素ＲＨを拡散し、Ｂrを低下させることなくＨcJを向上させることができる。また、７００℃以上１０００℃以下の広い温度域のＲＨ拡散工程でもＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片とＲＨ拡散源とが溶着を起こさず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片内部に重希土類元素ＲＨを拡散することができる。【００１１】
参考のために特許文献２および３の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００７／１０２３９１号
【特許文献２】国際公開第２０１１／００７７５８号
【特許文献３】国際公開第２０１３／１０８８３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２および３に記載されている製造装置では、拡散処理後に処理室から焼結磁石片、ＲＨ拡散源およびオプショナルな撹拌補助部材（拡散処理において撹拌補助部材は必ずしも必要ではなく、任意で用いることができる。）を完全に取り除いた後でないと、次の拡散処理を行うことができないという問題点があった。言い替えると、拡散処理を行う工程と、焼結磁石片、ＲＨ拡散源および撹拌補助部材を処理容器から取り除く工程とを同時に行うことができない。これは、次の拡散処理のために新たに投入された焼結磁石片が拡散処理後の焼結磁石片に混入する恐れがあるからである。特に大量生産を行う場合において、処理量を高めるために処理室の長さ（投入から取り出しまでの長さ）を長くした場合は、取り出しに長い時間を要するため生産効率の悪化を招く。更に、拡散処理後の焼結磁石片を効率よく回収するために、処理室の後に冷却室を設ける場合がある。この場合も、次の拡散処理のために新たに投入された焼結磁石片との混入を防止するために、冷却室から完全に処理後の焼結磁石片、ＲＨ拡散源および撹拌補助部材を取り除いてから次の拡散処理を行う必要があるため、生産効率の悪化を招いてしまう。【００１４】
また、焼結磁石片、ＲＨ拡散源および撹拌補助部材の取り出しに要する時間を短縮するために、処理室の長さを短くすることが考えられる。しかし、この場合は処理量が低下して量産効率が低下してしまう。これを防止するために処理室の高さを長く（円筒状の処理室における直径を長く）することで処理量を増やすことが考えられる。しかし、処理室の直径を長くすると、焼結磁石片の欠けが多く発生してしまう場合があった。これは、円筒状の処理室が回転した時に直径を長くした分、焼結磁石片が移動する距離が大きくなるので、焼結磁石片同士が接触した時の衝撃が大きくなるためと考えられる。特に、近年需要が高まっている自動車の動力源用のモータや産業機器用モータに使用される焼結磁石片は、小型で長尺な形状（例えば、長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を有しており、このような焼結磁石片を処理する場合は特に欠けが発生しやすい。【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、欠けの発生を低減しつつ、上記の従来の製造装置よりも高い量産効率で拡散処理を行うことが可能な拡散処理装置およびそれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の実施形態による拡散処理装置は、複数のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片と、拡散源とを受容する処理空間を有する円筒状の本体と、前記円筒状の本体の両端の第１開口および第２開口をそれぞれ気密シールする第１蓋および第２蓋とを有する処理容器と、ｚ軸方向を鉛直方向とする直交座標系ｘｙｚにおいて前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、前記処理容器をｘ軸方向に予め決められた距離だけ搬送する搬送装置と、前記処理容器の下側に配置される下側加熱部と前記処理容器の上側に配置される上側加熱部とを有し、前記下側加熱部および前記上側加熱部の少なくとも1つはｚ軸方向に可動で、前記処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る、加熱装置と、前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置し、前記下側加熱部および前記上側加熱部によって包囲された状態で、前記処理容器をｙ軸を中心に回転させる第１回転装置とを有する。前記第１開口および前記第２開口の少なくとも一方が、取り外し可能な前記第１蓋または前記第２蓋によって気密シールされればよい。前記第１蓋および前記第２蓋の一方は、前記本体と一体化されていてもよい。【００１７】
ある実施形態において、前記下側加熱部および前記上側加熱部は、それぞれｚ軸方向に可動である。【００１８】
ある実施形態において、前記処理容器は、長手方向の両端に第１フランジおよび第２フランジをさらに有し、前記第１蓋が前記第１フランジに固定され、前記第２蓋が前記第２フランジに固定されたときに、前記第１開口および前記第２開口はそれぞれ気密シールされる。前記第１フランジおよび前記第２フランジの一方は、前記第１蓋または前記第２蓋とともに前記本体と一体化されていてもよい。【００１９】
ある実施形態において、前記第１回転装置は、前記第１フランジおよび前記第１蓋の少なくとも一方に接触する第１車輪対と、前記第２フランジおよび前記第２蓋の少なくとも一方に接触する第２車輪対とを有し、前記第１車輪対および前記第２車輪対は、それぞれがｘ軸方向に沿って配置されｙ軸を中心に回転可能な２つの車輪を有する。【００２０】
ある実施形態において、前記第１車輪対と前記第２車輪対とで前記処理容器を支持しているとき、前記処理容器は、前記搬送装置から切り離されている。【００２１】
ある実施形態において、前記第１車輪対および前記第２車輪対のそれぞれが有する２つの車輪は、回転速度が可変および／または逆回転も可能である。【００２２】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記第１蓋または前記第２蓋の一方に接続された接続部をさらに有する。【００２３】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記第１蓋または前記第２蓋の他方に接続された安全弁をさらに有する。【００２４】
ある実施形態において、前記処理容器のｘ軸方向への移動、前記下側加熱部および前記上側加熱部のｚ軸方向への移動、および前記第１回転装置の回転の少なくとも１つを制御する信号を出力する第１コントローラをさらに有する。【００２５】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記加熱装置を制御する信号を出力する第２コントローラをさらに有する。【００２６】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記加熱装置の後段に配置された冷却装置をさらに有し、前記冷却装置は、前記処理容器の下側に配置される下側冷却部と前記処理容器の上側に配置される上側冷却部とを有し、前記下側冷却部および前記上側冷却部の少なくとも１つはｚ軸方向に可動で、前記処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る。【００２７】
ある実施形態において、前記下側冷却部および前記上側冷却部は、それぞれｚ軸方向に可動である。【００２８】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置し、前記下側冷却部および前記上側冷却部によって包囲された状態で、前記処理容器をｙ軸を中心に回転させる第２回転装置をさらに有する。【００２９】
ある実施形態において、前記下側冷却部および前記上側冷却部の少なくとも１つは、エアー導入口および水用のスプレイノズルの少なくとも１つを有する。【００３０】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記処理容器のｘ軸方向への移動、前記下側冷却部および前記上側冷却部のｚ軸方向への移動、前記第２回転装置の回転の少なくとも１つを制御する信号を出力する第３コントローラをさらに有する。【００３１】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記冷却装置を制御する信号を出力する第４コントローラをさらに有する。【００３２】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記加熱装置の前段に配置された予備加熱装置をさらに有し、前記予備加熱装置は、前記処理容器の下側に配置される下側予備加熱部と前記処理容器の上側に配置される上側予備加熱部とを有し、前記下側予備加熱部および前記上側予備加熱部の少なくとも１つはｚ軸方向に可動で、前記処理容器の少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る。【００３３】
ある実施形態において、前記下側予備加熱部および前記上側予備加熱部は、それぞれｚ軸方向に可動である。【００３４】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記加熱装置の前段に配置されたワーク投入装置をさらに有し、前記投入装置は、前記処理容器の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、前記処理容器をｙｚ面内で傾斜させることができる。【００３５】
ある実施形態において、前記拡散処理装置は、前記拡散処理装置全体の水平を調整する支持構造をさらに有している。【００３６】
ある実施形態において、前記処理容器は、前記処理空間の前記第１開口側に配置された第１断熱室と、前記第２開口側に配置された第２断熱室とを有する。【００３７】
ある実施形態において、前記第１断熱室および前記第２断熱室は、断熱繊維を有している。【００３８】
本発明の実施形態によるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法は、希土類元素の含有量によって定義されるＲ量が２９質量％以上４０質量％以下であるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片を準備する工程（ａ）と、拡散源を準備する工程（ｂ）と、上記のいずれかの拡散処理装置の前記処理空間に、少なくとも前記焼結磁石片と前記拡散源とを投入する工程（ｃ）と、前記処理空間内を真空排気しながら約２００℃以上約６００℃以下の温度で予備加熱する工程（ｄ）と、前記予備加熱工程の後で、減圧状態または不活性ガスを含む状態で気密シールする工程（ｅ）と、前記工程（ｅ）の後で前記処理容器を約４５０℃以上約１０００℃以下の処理温度に加熱する拡散工程（ｆ）とを包含する。【００３９】
ある実施形態において、前記拡散源は、Ｄｙ及びＴｂの少なくとも一方を含有するＲＨ拡散源である。【００４０】
ある実施形態において、前記拡散源は、Ｄｙ及びＴｂの少なくとも一方を含有するＲＨ拡散源であり、且つ、大きさが９０μｍ以下の粒子を主に含む粉末である。【００４１】
ある実施形態において、前記ＲＨ拡散源は、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方）および３０質量％以上８０質量％以下のＦｅを含有する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の実施形態によると、欠けの発生を低減しつつ、上記の従来の製造装置よりも高い量産効率で拡散処理を行うことが可能な拡散処理装置およびそれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態による拡散処理装置が有する処理容器１０の模式的な横断面図である。
【図２】本発明の実施形態による拡散処理装置が有する加熱装置５０の開状態の模式図である。
【図３】本発明の実施形態による拡散処理装置が有する加熱装置５０の閉状態の模式図である。
【図４】本発明の実施形態による拡散処理装置１００の模式図である。
【図５】本発明の実施形態による拡散処理装置１００が有する冷却装置７０の開状態の模式図である。
【図６】（ａ）はＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片１の模式的な斜視図であり、（ｂ）は拡散源２の模式的な斜視図であり、（ｃ）は撹拌補助部材３の模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による拡散処理装置およびそれを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を説明する。なお、本発明の実施形態は、以下に例示するものに限られない。
【００４５】
本発明の実施形態による拡散処理装置は、図１に示す処理容器１０を有することを１つの特徴とする。処理容器１０は、円筒状の本体１２の両端の第１開口１２ａおよび第２開口１２ｂをそれぞれ気密シールする第１蓋１４ａおよび第２蓋１４ｂとを有する。本体１２は、複数のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片（以下、磁石片と略すことがある。）と、拡散源とを受容する処理空間２４を有する。ここで、拡散源は、後述するように、従来のＲＨ拡散源に限られず、軽希土類元素ＲＬとＧａまたはＣｕなどとの合金であってもよい。
【００４６】
処理空間２４への磁石片および拡散源の投入は、第１開口１２ａおよび／または第２開口１２ｂから行われる。なお、処理容器１０は、第１開口１２ａおよび第２開口１２ｂの少なくとも一方が、取り外し可能な第１蓋１４ａまたは第２蓋１４ｂによって気密シールされればよい。すなわち、第１開口１２ａおよび第２開口１２ｂの一方、例えば、第２開口１２ｂは、本体１２と一体化された第２蓋１４ｂによってシールされていてもよい。本明細書では、第２蓋１４ｂは本体１２と一体化されているものを含むことにする。
【００４７】
処理容器１０は、磁石片に拡散処理を行うために、拡散処理装置のステージ間を移動させられる。本願出願人による特願2015-068831号に開示されている拡散処理装置は、拡散炉と連結された冷却部を有し、磁石片は拡散炉から冷却部へと移動させられる。これに対し、本発明の実施形態による拡散処理装置においては、磁石片が充填された処理容器１０が拡散処理装置のステージ間を移動させられる。以下では、ｚ軸方向を鉛直方向とする直交座標系ｘｙｚ（右手直交座標系）において、処理容器の長さ方向をｙ軸に配する場合を例示して、拡散処理装置の構成および動作を説明する。
【００４８】
本発明の実施形態による拡散処理装置は、図４に示す拡散処理装置１００のように、例えば、４つのステージＡ〜Ｄを有している。ステージＡ（Ｓ−Ａ）は、例えば、磁石片および拡散源が充填された処理容器１０を受容し、処理容器１０内を真空排気し、リークチェック等を行う準備のためのステージである。ステージＢ（Ｓ−Ｂ）は、処理容器１０を例えば約６００℃に予備加熱するステージであり、ステージＣ（Ｓ−Ｃ）は磁石片に後述する所望の元素を拡散させるための熱処理（例えば、約４５０℃以上約１０００℃以下の温度に加熱）を行うステージである。このステージＢおよびＣは同一のステージ（加熱装置）で行うこともできる。次のステージＤ（Ｓ−Ｄ）は処理容器１０を冷却するステージであり、ステージＤで空冷および水冷を行ってもよい。また、拡散処理装置は、処理容器１０をステージＡからＤへ順次予め決められた距離だけ搬送する搬送装置を有している。これらの詳細は後に説明する。
【００４９】
本発明の実施形態による拡散処理装置は、少なくとも、処理容器１０と、処理容器１０の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、処理容器１０をｘ軸方向に予め決められた距離だけ搬送する搬送装置３０と、ステージＢおよびＣを行う加熱装置５０（図２および図３参照）と、処理容器１０がある温度（例えば約６００℃超）に加熱されているときに処理容器１０をｙ軸を中心に回転させる第１回転装置４０とを有せばよい。本発明の実施形態により、冷却するステージを行っている時（前記Ｓ−Ｄを行っている時）や前記Ｓ−Ｄ後に処理容器から磁石片および拡散源を取り出している時も同時に所望の元素を拡散させるための熱処理（前記Ｓ−Ｃ）を行うことが可能となる。そのため、前記Ｓ−Ｄを行っている時や前記Ｓ−Ｄ後の処理容器から磁石片および拡散源を取り出している時に前記Ｓ−Ｃを行うことが出来ない特許文献２および３に記載されている製造装置に比べて、高い量産効率で拡散処理を行うことが可能となる。
【００５０】
図１を参照して、処理容器１０の構造を詳細に説明する。処理容器１０は、両端に第１開口１２ａおよび第２開口１２ｂを有する円筒状の本体１２と、第１開口１２ａおよび第２開口１２ｂをそれぞれ気密シールする第１蓋１４ａおよび第２蓋１４ｂとを有する。処理容器１０は、長手方向の両端に第１フランジ１３ａおよび第２フランジ１３ｂをさらに有し、第１蓋１４ａが第１フランジ１３ａに固定され、第２蓋１４ｂが第２フランジ１３ｂに固定されたときに、第１開口１２ａおよび第２開口１２ｂはそれぞれ気密シールされる。但し、上述したように、第２蓋１４ｂが本体１２と一体化されている処理容器１０については、第２フランジ１３ｂは第２蓋１４ｂとともに本体１２と一体化されてもよい。
【００５１】
第１蓋１４ａと第１フランジ１３ａ、および第２蓋１４ｂと第２フランジ１３ｂの間には、必要に応じて、例えばＯリング（オーリング）などが配置されてもよい。これらの気密シール構造は例示したものに限られず公知の構造を適用することができる。本体１２は、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３１０Ｓ）で形成される。本体１２を形成する材料は、拡散処理のための熱処理（約４５０℃以上約１０００℃以下の温度）に耐える耐熱性を有し、磁石片および後述する元素を含有する拡散源と反応しにくい材料であれば任意である。例えば、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗまたはそれらの少なくとも１種を含む合金を用いてもよい。本体１２の内径は例えば３００ｍｍ、外径は例えば３２０ｍｍ、本体１２の全長は例えば２０００ｍｍ、処理空間２４の長さは例えば１０００ｍｍである。本発明の実施形態は、上述したように高い量産効率で拡散処理を行うことができるため、処理量を上げるために本体１２の高さ（前記内径及び前記外形の長さ）を大きくする必要がない。そのため、磁石片の欠けの発生を低減することができる。フランジ１３ａ、１３ｂ、蓋１４ａ、１４ｂには高い耐熱性は要求されないので、ステンレス鋼の他、種々の金属材料を用いることができる。フランジ１３ａ、１３ｂ、蓋１４ａ、１４ｂの外径は例えば４５０ｍｍである。
【００５２】
処理容器１０は、処理空間２４の第１開口１２ａ側に配置された第１断熱室２６ａと、第２開口１２ｂ側に配置された第２断熱室２６ｂとを有する。第１断熱室２６ａおよび第２断熱室２６ｂは、例えば、断熱繊維を有している。断熱繊維は例えば炭素繊維またはセラミックス繊維である。
【００５３】
円板状の第１蓋１４ａおよび第２蓋１４ｂはそれぞれの中心（円筒状本体１２の中心と一致）から突き出た円筒部１５ａおよび１５ｂを有している。第２蓋１４ｂの円筒部１５ｂには接続部１６が設けられており、接続部１６に接続される配管を切り替えることによって、本体１２の処理空間２４を真空に排気する、または処理空間２４に気体（不活性ガス）を充填することができる。接続部１６は、例えば手動バルブやカップラを用いても良い。さらに接続部１６の円筒部１５ｂ側にはバルブ（不図示）を設けてもよい。バルブを閉じることによって、処理空間２４内の状態（減圧状態など）をより良好に維持することができる。真空排気を行うための配管には、例えば、オイル回転ポンプ（ＲＰ）およびメカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）が接続されており、１０Ｐａ以下に真空排気できることが好ましい。処理容器１０の気密性は１０Ｐａ以下の減圧状態を１０時間以上維持できることが好ましい。ここで、「不活性ガス」は、例えばアルゴン（Ａｒ）などの希ガスであるが、磁石片または拡散源との間で化学的に反応しないガスであれば、「不活性ガス」に含まれ得る。
【００５４】
一方、第１蓋１４ａの円筒部１５ａには安全弁１７が設けられており、処理空間２４の圧力が上昇し過ぎたときに、処理空間２４内の不活性ガスをリークし、処理空間２４内の圧力が予め決められた圧力を超えないように調整することができる。もちろん、安全弁１７は省略してもよい。円筒部１５ａと円筒部１５ｂとの配置は逆であってもよい。
【００５５】
円筒部１５ａおよび１５ｂは、処理容器１０を搬送装置３０に載せるときに利用される。図１に示す様に、処理容器１０が搬送装置３０が有する支持板３２ａおよび３２ｂに載せられるとき、支持板３２ａおよび３２ｂが有する凹部３４ａおよび３４ｂに、処理容器１０の円筒部１５ａおよび１５ｂがそれぞれ嵌め込まれる。この状態で、支持板３２ａおよび３２ｂがｘ軸方向に予め決められた距離だけ移動することによって、処理容器１０が搬送される。図４を参照しながら後述するように、支持板３２ａおよび３２ｂは、ｘ軸方向に一定のピッチで設けられた複数の凹部３４ａおよび３４ｂを有し、複数の処理容器１０を異なるステージ間で同時に搬送することができる。
【００５６】
第１回転装置４０は、第１フランジ１３ａおよび第１蓋１４ａの少なくとも一方に接触する第１車輪対４２ａ、４３ａと、第２フランジ１３ｂおよび第２蓋１４ｂの少なくとも一方に接触する第２車輪対４２ｂ、４３ｂとを有する（図１および図３参照）。第１車輪対４２ａ、４３ａおよび第２車輪対４２ｂ、４３ｂは、それぞれがｘ軸方向に沿って配置されｙ軸を中心に回転可能な２つの車輪４２ａ、４３ａと車輪４２ｂ、４３ｂを有する。第１車輪対４２ａ、４３ａおよび第２車輪対４２ｂ、４３ｂのそれぞれが有する２つの車輪４２ａ、４３ａおよび車輪４２ｂ、４３ｂは、回転速度が可変および／または逆回転も可能である。これらの車輪４２ａ、４３ａおよび車輪４２ｂ、４３ｂによって、処理容器１０を所定の速度でｙ軸を中心に回転させるので、これらの車輪４２ａ、４３ａおよび車輪４２ｂ、４３ｂは同じ方向に同じ速度で回転する。同じ方向に同じ速度で回転できれば、４つの車輪は互いに独立に制御してもよい。回転速度は、例えば、０．３ｒｐｍ〜１．５ｒｐｍ（周速：約２８０ｍｍ／分〜約１４００ｍｍ／分）である。回転速度が大きすぎると、磁石片に欠けが発生しやすくなる。
【００５７】
次に、図２および図３を参照して、本発明の実施形態による拡散処理装置が有する加熱装置５０の構造と動作を説明する。図２は、加熱装置５０の開状態の模式図であり、図３は、加熱装置５０の閉状態の模式図である。なお、先の図１は、図２の側面図において加熱装置５０を省略した図に対応する。図２に示す様に、加熱装置５０が開状態にあるとき、処理容器１０は搬送装置３０の支持板３２ａおよび３２ｂに支持されている。
【００５８】
加熱装置５０は、処理容器１０の下側に配置される下側加熱部５０ａと処理容器１０の上側に配置される上側加熱部５０ｂとを有し、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂの少なくとも1つは、ｚ軸方向に可動である。好ましくは、図２および図３に示す様に、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂはいずれもｚ軸方向に可動である。これは、例えば上側加熱部５０ｂのみがｚ軸方向に可動であるとき、処理容器１０を搬送するために、まず支持板３２ａおよび３２ｂを上昇（ｚ軸方向へ移動）させて処理容器１０を下側加熱部５０ａの外まで移動し、その後次のステージへ処理容器１０を搬送（ｘ軸方向へ移動）し、支持板３２ａおよび３２ｂを下降（ｚ軸方向へ移動）させなければならない。そうすると、処理容器１０をｘ軸方向だけでなくｚ軸方向にも移動させることになり、装置の構造が複雑となる。また、処理容器１０をｘ軸方向に搬送するだけでなく、ｚ軸方向に２回（上昇および下降）移動させるので、搬送時間が長くなり、その分だけ処理容器１０の温度が余計に低下する。したがって、次のステージにおいて、目的の温度に到達するまでに余分な時間を要することになる。下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂがそれぞれｚ軸方向に可動であると、支持板３２ａおよび３２ｂのｚ軸方向への移動（上昇および下降）が不要となる。
【００５９】
さらに、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂが同時にｚ軸方向（上下方向）へ可動することができ、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂにおけるそれぞれのｚ軸方向への移動距離は、上側加熱部５０ｂのみがｚ軸方向に可動する場合における上側加熱部５０ｂのｚ軸方向への移動距離と比べて短くできる。これは、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂが同時にｚ軸方向（上下方向）へ可動する時の下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂにおけるそれぞれの移動距離は、支持板３２ａおよび３２ｂがｚ軸方向（上下方向）に移動しないため、処理容器１０に接触しない位置まで（およそ処理容器１０の半径に相当する距離まで）移動すれば良いが、上側加熱部５０ｂのみをｚ方向に可動する場合は、その後に行われる支持板３２ａおよび３２ｂを上昇（ｚ軸方向へ移動）させて処理容器１０を下側加熱部５０ａの外まで移動し、その後次のステージへ処理容器１０を搬送（ｘ軸方向へ移動）させる時に、処理容器１０が上側加熱部５０ｂに当たらないように、上側加熱部５０ｂを支持板３２ａおよび３２ｂが上昇（ｚ軸方向へ移動）した距離に相当する距離まで余分に上昇させなければならないためである。これらの理由により、搬送時間を大幅に短くすることができる。そのため、処理容器１０の温度低下をほとんど起こすことなく効率よく加熱を行うことができる。
【００６０】
下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂは、それぞれ、ヒーター５２ａ、５２ｂと、フード５４ａ、５４ｂを有している。ヒーター５２ａ、５２ｂとしては例えば金属ヒーターを用いることができる。図３に示す様に、加熱装置５０が閉状態にあるとき、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂは、処理容器１０の少なくとも中央部分を包囲するように配置される。このとき、加熱装置５０で包囲される処理容器１０の部分は、処理空間２４の全体と、第１断熱室２６ａの一部および第２断熱室２６ｂの一部を含むことが好ましい。また、加熱装置５０が閉状態にあるときに、フード５４ａおよびフード５４ｂによって形成される円の直径は、処理容器１０の蓋１４ａ（１４ｂ）の直径（例えば４５０ｍｍ）よりも小さく、処理容器１０の本体１２の外径（例えば３２０ｍｍ）よりわずかに大きい（例えばクリアランス５ｍｍ）。このように、処理容器１０を加熱装置５０のフード５４ａ、５４ｂで包囲することによって、処理容器１０の処理空間２４内の温度を均一に効率よく上昇させることができる。また、処理容器１０を搬送する際には、加熱装置５０を開状態とするが、フード５４ａおよび５４ｂ内に加熱された空気が滞留するので、熱が奪われ難く、再び閉状態としたとき比較的速やかに目的の温度に到達することができる。
【００６１】
加熱装置５０は、さらに、蓋（不図示）を有することが好ましい。加熱装置５０内に処理容器１０が配置されていない状態で、加熱装置５０が閉状態にあるとき、フード５４ａおよびフード５４ｂによって形成される円形の開口部を塞ぐように蓋が配置される。例えば、加熱装置５０に処理容器１０が配置される前に、加熱装置５０を予め加熱するときに蓋を閉じて、フード５４ａおよび／またはフード５４ｂで包囲される空間内の温度を均一に保つことができる。なお、フード５４ａおよび／またはフード５４ｂで包囲される空間内の処理容器１０に近い位置に、熱電対（不図示）が配置され、温度をモニターすることが好ましい。
【００６２】
また、加熱装置５０が閉状態にあるときには、処理容器１０は、回転装置４０の第１車輪対４２ａ、４３ａと第２車輪対４２ｂ、４３ｂとで支持され、処理容器１０は、搬送装置３０、すなわち支持板３２ａおよび３２ｂから切り離されている。処理容器１０が加熱されている間、特に、約６００℃超の温度に加熱されている間は、回転装置４０によって、処理容器１０を回転させることが好ましい。磁石片の温度が約６００℃を超えると、処理容器１０が変形するおそれがある。もちろん、拡散処理工程（約４５０℃以上約１０００℃以下）においては、磁石片と拡散源とが近接または接触する機会を均一に頻繁に生じさせるために処理容器１０を回転させる。
【００６３】
なお、本発明の実施形態による拡散処理装置は、装置全体の水平を調整する支持構造をさらに有していることが好ましい。処理容器１０がｙ軸を中心に回転させられている間、処理空間２４内の磁石片および拡散源は基本的にｙ軸方向に移動しない。もちろん、回転されている間に磁石片同士の衝突や処理容器１０の内壁等との衝突によってｙ軸方向の位置が変化することはあるが、磁石片の分布に偏りが生じるような移動はない。すなわち、処理空間２４内にｙ軸方向に均一に分布するように磁石片および拡散源を投入した後、拡散熱処理を経て例えば６００℃未満の温度まで冷却されるまでは、磁石片等のｙ軸方向の分布に隔たりが無いように、処理容器１０を水平に維持することが好ましい。
【００６４】
処理容器１０には、例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に模式的に示す磁石片１、拡散源２および撹拌補助部材３が投入される。撹拌補助部材３はオプショナルに混合され、省略され得る。
【００６５】
磁石片１は、例えば、図６（ａ）に示す様に、小型で長尺な形状（例えば、長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を有していてもよい。磁石片１の組成は、例えば、希土類元素の含有量によって定義されるＲ量が２９質量％以上４０質量％以下であるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片である。Ｒが２９質量％未満であると高い保磁力が得られない恐れがある。一方Ｒが４０質量％を超えると磁石片１の製造工程中における合金粉末が非常に活性になり、粉末の著しい酸化や発火などを生じる恐れがある。好ましくは、特許文献３に記載のようにＲ量は３１質量％以上３７質量％以下である。短時間で重希土類元素ＲＨを拡散し、Ｂrを低下させることなくＨcJを向上することができるからである。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石片１は、以下の組成を有することが好ましい。
Ｒ量：２９質量％以上４０質量％以下
Ｂ（Ｂの一部はＣで置換されていてもよい）：０．８５質量％以上１．２質量％以下
添加元素Ｍ（Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、およびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種）：０〜２質量％以下
Ｔ（Ｆｅを主とする遷移金属であって、Ｃｏを含んでいてもよい）および不可避不純物：残部
【００６６】
ここで、Ｒは、希土類元素であり、例えば、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂである。主として軽希土類元素ＲＬであるＮｄ、Ｐｒから選択される少なくとも１種が含有されるが、重希土類元素ＲＨであるＤｙ、Ｔｂの少なくとも一方を含有していてもよい。
【００６７】
拡散源２は、磁石片の磁石特性の向上（例えばＨcJの向上）効果のある元素を含有する公知の金属または合金であればよく、例えば、従来の重希土類元素ＲＨを含む拡散源の他、軽希土類元素ＲＬとＧａとの合金、または軽希土類元素ＲＬとＣｕとの合金であってもよい。軽希土類元素ＲＬとＧａまたはＣｕとの合金としては、例えば特願2015-150585号に記載の合金を用いることができる。参考のために、特願2015-150585号の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【００６８】
拡散源２として、例えば、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方）を含有するＲＨ拡散源を用いる。ＲＨ拡散源は、重希土類元素ＲＨ（ＤｙおよびＴｂの少なくとも一方）および３０質量％以上８０質量％以下のＦｅを含有し、典型的にはＦｅＤｙ合金またはＴｂＦｅ合金である。ＤｙよりもＴｂを用いた方がより高いＨcJ を得ることができる。ＲＨの含有率は２０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。ＲＨの含有率が２０質量％未満であると、重希土類元素ＲＨの供給量が少なくなり、高いＨcJ が得られない恐れがある。また、ＲＨの含有率が７０質量％を超えるとＲＨ拡散源を処理容器内に投入する際にＲＨ拡散源が発火する恐れがある。ＲＨ拡散源における重希土類元素ＲＨの含有率は好ましくは３５質量％以上６５質量％以下であり、さらに好ましくは４０質量％以上６０質量％以下である。ＲＨ拡散源は、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｆｅ以外に本発明の効果を損なわない限りにおいて、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｍ及びＣｏの少なくとも一種を含有してもよい。さらに不可避的不純物として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、Ｓｉ及びＢｉなどを含んでもよい。
【００６９】
拡散源２の形態は、例えば、図６（ｂ）に示すように、球状（例えば、直径２ｍｍ以下）である。拡散源２の形態は、この他、線状、板状、ブロック状、粉末など任意であってよい。ボールやワイヤ形状を有する場合、その直径は例えば数ｍｍ〜数ｃｍに設定され得る。
【００７０】
撹拌補助部材３は、拡散源２と磁石片１との接触を促進し、また撹拌補助部材３に一旦付着した拡散源２を磁石片１へ間接的に供給する役割をする。さらに、撹拌補助部材３は、処理空間２４において、磁石片１同士や磁石片１と拡散源２との接触による欠けや溶着を防ぐ役割もある。撹拌補助部材３は、例えば、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素並びに窒化硼素、または、これらの混合物のセラミックスから好適に形成され得る。また、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒとを含む族の元素、または、これらの混合物からも形成され得る。撹拌補助部材３の形態は、例えば、図６（ｃ）に示す様に、球状（例えば、直径５ｍｍ）である。
【００７１】
なお、撹拌補助部材３を多く投入し過ぎると磁石片１と拡散源２とが均一に撹拌されない場合があり、１回の拡散処理によって、保磁力の向上効果が十分に得られない、および／または、保磁力にバラツキが発生することがある。したがって、撹拌補助部材３の投入量は多過ぎないように調整する。好ましい投入量は、質量比率で磁石片１：拡散源２：撹拌補助部材３＝１：１：１である。
【００７２】
ＲＨ拡散源の形態として粉末を採用することもできる。このとき、特願2015-037790号に記載されているように、大きさが９０μｍ以下の合金粒子を主に含む粉末を用いることが好ましい。参考のために特願2015-037790号の開示内容を本明細書に援用する。
【００７３】
大きさが９０μｍ以下の粒子とは、目開きが９０μｍのふるい（ＪＩＳ Ｚ ８８０１−２０００標準ふるい）を用いて分級したもののことをいう。大きさが９０μｍ以下の粒子を主に含む粉末を用いると、安定して高いＨcJ を得ることができる。大きさ９０μｍ以下の粒子のみからなる粉末は、重希土類元素ＲＨを含有する合金を例えばピンミル粉砕機等の公知の方法を用いて粉砕し、目開きが９０μｍのふるいを用いて分級することにより準備することができる。好ましくは、粒子の大きさは３８μｍ以上７５μｍ以下であり、さらに好ましくは、粒子の大きさは３８μｍ以上６３μｍである。さらに安定して高いＨcJ を得ることができるからである。また、３８μｍ未満の粒子を多く含有すると、粒子が小さすぎるためＲＨ拡散源が発火する恐れがある。
【００７４】
上記粉末は、少なくとも一部に新生表面が露出している粒子を含有していることが好ましい。ここで、新生表面が露出しているとは、粒子の表面にＲＨ拡散源以外の異物、例えば、Ｒ酸化物やＲ−Ｔ−Ｂ化合物（主相に近い組成の化合物）などが存在していない状態のことをいう。粉末は、重希土類元素ＲＨを含有する合金を粉砕して準備するため、これより得られた粉末は少なくとも一部に新生表面が露出している粒子を有している。しかし、繰り返してＲＨ拡散処理を行う場合、拡散処理後に大きさが９０μｍ以下の粒子が存在していても、拡散処理後の粒子は、粒子の表面全体が異物やＲ酸化物等で覆われて新生表面が露出していない場合がある。そのため、処理後の粒子を用いて繰り返し拡散処理を行った場合、異物やＲ酸化物等により磁石片への重希土類元素ＲＨの供給が少なくなる場合がある。したがって、処理後の粒子に対して公知の粉砕機等により粉砕し、粒子の破断面を露出させた状態、すなわち新生表面が露出した状態にしておくことが好ましい。
【００７５】
ＲＨ拡散源として粉末を用いる場合、磁石片に対して質量比率で２％以上１５％以下の粒子を処理容器１０内に投入することが好ましい。これにより、ＲＨ拡散処理を行う工程を実施することにより安定して高いＨcJ を得ることができる。大きさが９０μｍ以下の粒子が磁石片に対して質量比率で２％未満であると、９０μｍ以下の粒子が少なすぎるため、安定して高いＨcJを得ることができない。また、１５％を超えると、粒子が磁石片から浸み出した液相と過剰に反応し、磁石片の表面に異常付着するという現象が発生する。この現象により新たな重希土類元素ＲＨが磁石片へ供給されにくい状態が形成されるため、安定して高いＨcJを得ることができない。そのため、９０μｍ以下の粒子のみからなる粉末は安定して高いＨcJを得るために必要であるが、その量は特定範囲（質量比率で２％以上１５％以下）であることが好ましく、磁石片に対して質量比率で３％以上７％以下であることが好ましい。
【００７６】
大きさが９０μｍ以下の粒子のみからなる粉末を磁石片に対して質量比率で２％以上１５％以下投入すれば、すなわち、例えば大きさが９０μｍを超える粒子をさらに投入してもよい。ただし、磁石片と合金粉末（大きさが９０μｍ以下の粒子と９０μｍを超える粒子の合計）は質量比率で１：０．０２〜２の割合になるように処理容器内に投入することが好ましい。
【００７７】
ＲＨ拡散源として、上記の粉末を用いる場合にも、撹拌補助部材３を用いることが好ましい。このとき、撹拌補助部材３の好ましい投入量は、質量比率で磁石片１：ＲＨ拡散源：撹拌補助部材３＝１：０．０３：１である。
【００７８】
ＲＨ拡散源として大きさが９０μｍ以下の粒子を主に含む粉末を用いると、ＲＨ拡散源を１回ごとに使い切ることもでき、かつ、ＲＨ拡散源の使用量の低減や、拡散処理時間の短縮にも寄与する。
【００７９】
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施形態による拡散処理装置１００の構造および動作を説明する。図４は、拡散処理装置１００の全体の模式図であり、図５は、拡散処理装置１００が有する冷却装置７０の開状態の模式図である。
【００８０】
図４に示す様に拡散処理装置１００は、４つのステージＡ〜Ｄを有している。図示しているように、例えば、各ステージに１つずつ処理容器１０Ａ〜１０Ｄを配置するように動作させることができる。
【００８１】
ステージＡ（Ｓ−Ａ）は、例えば、磁石片１および拡散源２が充填された処理容器１０Ａを受容し、処理容器１０Ａ内を真空排気し、リークチェック等を行う準備のためのステージである。
【００８２】
処理容器１０Ａ内への磁石片１および拡散源２、さらにオプショナルに混合される撹拌補助部材３の投入は、例えば、ステージＡの前に行われる。例えば、拡散処理装置１００は、図４において、ステージＡの前段に配置された投入装置（不図示）をさらに有する。投入装置は、処理容器１０の長手方向をｙ軸方向に配置した状態で、処理容器１０Ａをｙｚ面内で傾斜させることができるように構成されている。投入装置は、例えば、回転装置４０が有する２つの車輪対４２ａ、４２ｂと、車輪対４３ａ、４３ｂと同様の構造を有する２つの車輪対を有し、２つの車輪対によって処理容器１０Ａを支持する。また、２つの車輪対は、ｙｚ面内で傾斜させることができるように構成されている。
【００８３】
本体１２（蓋１４ａおよび断熱室２６ａを外した状態）を２つの車輪対の上に配置し、例えば、ｙｚ面内において、水平面（ｘｙ面）から２０°〜３０°傾斜させる。例えば本体１２の開口１２ａ（高い位置にある開口）から、磁石片１、拡散源２および撹拌補助部材３を投入する。尚、前記投入時において、低い位置にある開口は、既に蓋１４ｂおよび断熱室２６ｂが挿入されている状態である。例えば、スコップに磁石片１等を載せ、本体１２の奥（例えば開口１２ｂに近い側）から順に磁石片１等を配置する。処理容器１０Ａの処理空間２４内にｙ軸方向における磁石片１等の分布が均一になるように複数回に分けて配置する。あるいは、処理空間２４とｙ軸方向の長さが概ね等しいスコップを用意し、スコップ上に磁石片１等の分布が均一になるように配置し、このスコップを処理容器１０Ａ内の所定の位置まで挿入し、処理空間２４内に一度に磁石片１等を配置してもよい。
【００８４】
この後、断熱室２６ａを挿入し、蓋１４ａおよび１４ｂを例えばＯリングを介してフランジ１３ａおよび１３ｂにボルト・ナットで固定し、処理容器１０Ａを気密シールする。これを例えばフォークリフトなどを用いて、搬送装置３０の支持板３２ａおよび３２ｂ上に配置する（ステージＡ）。
【００８５】
処理容器１０Ａは、ステージＡにおいて、支持板３２ａおよび３２ｂの凹部３４ａおよび３４ｂによって支持される。ここで、処理容器１０Ａの接続部１６を真空排気用の配管に接続し、処理容器１０内の圧力を例えば１０Ｐａ以下まで減圧する。この状態で、処理容器１０のリークチェックを行う。リークチェックにおいて、例えば、処理容器１０を１０分程度放置後に再び圧力を測定し、所定の圧量範囲内（例えば１０Ｐａ以下）となっているとき、ＯＫと判断し、ＮＧの場合はリーク原因がなくなるまでやり直す。ステージＡでＯＫと判断された処理容器１０Ａは次のステージＢに搬送される。
【００８６】
ここで、処理容器１０Ａは、ｘ軸方向に予め決められた距離だけピッチ搬送されることになる。搬送装置３０の支持板３２ａの４つの凹部３４ａ（および支持板３２ｂの４つの凹部３４ｂ）は、拡散処理装置１００の各ステージに対応して設けられており、各ステージ間の距離（ｘ軸方向）は一定であり、ｘ軸方向において互いに隣接する凹部３４ａ間の距離も一定であり、これをピッチということがある。ステージＡにある処理容器１０Ａをｘ軸方向に次のステージＢに搬送すると、他のステージにある処理容器１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄも同時にｘ軸方向に１ステージ分（１ピッチ分）搬送されることになる。したがって、各ステージでの処理時間は概ね同じであることが好ましい。もちろん、特定のステージで待機時間を設けてもよいが、例えば、加熱工程であれば、所定の温度よりも低い温度で待機させる必要が生じるので、昇温および／または降温の制御が必要となり、熱処理の再現性が損なわれる要因となり得る。
【００８７】
搬送装置３０は、第１架台９２上に配置されており、駆動部３６によって、支持板３２ａおよび３２ｂをｘ軸方向に沿って、前進および後退させることができる。第１架台９２は、搬送装置３０の支持板３２ａおよび３２ｂを水平に調整する支持構造を有している。
【００８８】
ステージＢ（Ｓ−Ｂ）は、処理容器１０Ｂを例えば６００℃に予備加熱するステージであり、処理空間２４内を真空排気しながら約２００℃以上約６００℃以下の温度で予備加熱する。処理容器１０Ｂの接続部１６はステージＡから真空排気用の配管に接続されたままである。加熱装置５０Ａおよび次段のステージＣ（Ｓ−Ｃ）の加熱装置５０Ｂは、いずれも図２および図３を参照して説明した加熱装置５０と同じ構造を有し得るので、説明を省略する。なお、加熱装置５０Ａおよび５０Ｂの下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂは一体にあるいは同期して上下に移動するようにしてもよい。加熱装置５０Ａおよび加熱装置５０Ｂにそれぞれ設けられた回転装置４０も同期して上下に移動するようにしてもよい。ただし、回転装置４０のオン／オフ、回転速度や回転方向は独立に制御できることが好ましい。
【００８９】
加熱装置５０Ａによって処理空間２４内を真空排気しながら処理容器１０Ｂを予備加熱することによって、処理容器１０Ｂ内の磁石片１等に吸着している水分を除去する。加熱温度は約２００℃以上約６００℃以下であることが好ましい。約２００℃未満であると水分を十分に除去できない、および／または、長時間を必要とするという問題がある。また、約６００℃よりも高いと処理容器１０が変形する恐れがあるので、回転装置４０によって処理容器１０Ｂを回転させる必要が生じる。言い換えると、温度を約６００℃以下にしておけば回転装置４０を動作させる必要がないという利点が得られる。
【００９０】
ステージＡから搬送されて来る処理容器１０Ｂは室温なので、これを約６００℃まで加熱するためには昇温時間も含め長時間を要する。そこで、加熱装置５０Ａは、予め閉状態として、約３００℃に加熱しておく。ステージＡから処理容器１０Ｂが搬送されて来るタイミングで、加熱装置５０Ａを開状態とし、処理容器１０Ｂを受け入れ、再び、閉状態とし、目標温度、例えば約６００℃まで約１時間で昇温し、約２時間にわたって約６００℃で維持する。
【００９１】
ステージＢの最終段階で、処理容器１０Ｂ内の真空排気を停止し、アルゴン（Ａｒ）ガスでパージする。例えば、約９００℃で１３５ｋＰａとなるように、約６００℃で１００ｋＰａのＡｒガスを充填する。Ａｒガス（負圧）でパージする代わりに減圧状態（例えば１Ｐａ以下）で気密シールしてもよい。
【００９２】
ステージＣ（Ｓ−Ｃ）は磁石片に所望の元素を拡散させるための熱処理（例えば、約４５０℃以上約１０００℃以下の温度に加熱）を行うステージである。処理温度が約１０００℃を超えると、磁石片１が粒成長を起こし磁気特性が大幅に悪化する恐れがあり、一方、処理温度が約４５０℃未満では、処理に長時間を要する。３時間程度で拡散処理を行うためには、熱処理温度は約９００℃以上が好ましく、加熱装置５０Ｂの耐熱性（寿命）の観点から約９８０℃以下が好ましい。
【００９３】
加熱装置５０Ｂも、処理容器１０Ｃを受け入れる前に予め例えば約６００℃に加熱しておく。搬送装置３０によって加熱装置５０Ａから処理容器１０Ｃが加熱装置５０Ｂの位置に搬送された後、加熱装置５０Ｂを閉状態にするとともに回転装置４０を上昇させ、処理容器１０Ｃを例えば０．５ｒｐｍで回転させる。また、処理容器１０Ｃの温度を約９００℃まで約１時間で昇温させ、約２時間にわたって約９００℃で維持する。その後、加熱を停止し、次のステージＤ（Ｓ−Ｄ）へ搬送すればよい。
【００９４】
処理容器１０のステージ間の搬送にかかる時間（例えば、加熱装置５０Ａを開状態にし、処理容器１０を搬送し、加熱装置５０Ｂを閉状態にするまでの時間）は、３分以内であることが好ましい。例えば、加熱装置５０Ａおよび５０Ｂを開状態または閉状態とするのに要する時間をそれぞれ５０秒程度、処理容器１０をｘ軸方向に搬送するのに要する時間を４０秒程度にする（合計２分２０秒程度）。ステージ間の搬送にかかる時間が３分以内であれば、ステージＢからステージＣへの搬送による温度低下を数十℃程度に抑えることができる。
【００９５】
なお、加熱装置５０Ａおよび５０Ｂは第２架台９４上に配置されており、第２架台９４は、加熱装置５０Ａおよび５０Ｂを水平に調整する支持構造を有している。
【００９６】
次のステージＤ（Ｓ−Ｄ）は処理容器１０Ｄを冷却するステージであり、ステージＤで空冷および水冷を行ってもよい。ここで例示する冷却装置７０は、空冷と水冷の両方を行うことができる。
【００９７】
冷却装置７０は、処理容器１０Ｄの下側に配置される下側冷却部７０ａと処理容器１０Ｄの上側に配置される上側冷却部７０ｂとを有し、下側冷却部７０ａおよび上側冷却部７０ｂの少なくとも１つはｚ軸方向に可動で、処理容器１０Ｄの少なくとも中央部分を包囲するように配置され得る。また、上述した下側加熱部および上側加熱部をｚ軸方向に可動する時と同様な理由により、下側冷却部７０ａおよび上側冷却部７０ｂは、それぞれｚ軸方向に可動することが好ましい。
【００９８】
下側冷却部７０ａおよび上側冷却部７０ｂは、それぞれ、スプレイノズル７６と、フード７４ａ、７４ｂを有している。図４に示す様に、冷却装置７０が閉状態にあるとき、下側冷却部７０ａおよび上側冷却部７０ｂは、処理容器１０Ｄの少なくとも中央部分を包囲するように配置される。このとき、冷却装置７０で包囲される処理容器１０Ｄの部分は、処理空間２４の全体と、第１断熱室２６ａの一部および第２断熱室２６ｂの一部を含むことが好ましい。また、冷却装置７０が閉状態にあるときに、フード７４ａおよびフード７４ｂによって形成される円の直径は、処理容器１０Ｄの蓋１４ａ（１４ｂ）の直径（例えば４５０ｍｍ）よりも小さく、処理容器１０Ｄの本体１２の外径（例えば３２０ｍｍ）よりわずかに大きい（例えばクリアランス５ｍｍ）。このように、処理容器１０Ｄを冷却装置７０のフード７４ａ、７４ｂで包囲することによって、処理容器１０Ｄの処理空間２４内の温度を均一に効率的に低下させることができる。なお、フード７４ａおよび／またはフード７４ｂで包囲される空間内の処理容器１０Ｄに近い位置に、熱電対（不図示）が配置され、温度をモニターすることが好ましい。
【００９９】
下側冷却部７０ａは空冷のためのエアー導入口７２を有し、上側冷却部７０ｂは排気口７４を有している。エアー導入口７２および排気口７４の配置はこれに限られず、下側冷却部７０ａおよび上側冷却部７０ｂのいずれか１つが有していればよい。空冷用の空気は、例えばファン８２から供給される。上側冷却部７０ｂは、水冷用のスプレイノズル７６を有している。例えば、空冷によって処理容器１０Ｄの温度が約３００℃に低下した時点で、空冷から水冷に切り替える。なお、処理容器１０Ｄの温度が約６００℃を下回ると処理容器１０Ｄ内の圧力は大気圧より低くなる。そうすると大気（水分を含む）が処理容器１０Ｄ内に侵入しやすい状況になるので、十分な気密性を有する処理容器１０Ｄを用いることが好ましい。
【０１００】
処理容器１０Ｄの温度が約６００℃まで低下するまでは、処理容器１０Ｄを回転させることが好ましい。したがって、図４に示したように、冷却装置７０に対しても回転装置４０を設けることが好ましい。
【０１０１】
なお、上記の説明において、加熱装置５０および冷却装置７０の開状態／閉状態を切り替える機構や冷却装置７０を上下に移動させる機構について説明を省略したが、これらは公知の機構を用いて行われる。これらの機構として、例えば、油圧シリンダー等を備える公知の昇降装置を例示することができる。
【０１０２】
拡散処理装置１００が有する、搬送装置３０、回転装置４０、加熱装置５０Ａ、５０Ｂ、冷却装置７０、ファン８２などの装置を手動で動作させることもできるが、その一部または全部をコンピュータプログラムによって自動制御することもできる。
【０１０３】
例えば、処理容器１０のｘ軸方向への移動、下側加熱部５０ａおよび上側加熱部５０ｂのｚ軸方向への移動、および第１回転装置４０の回転の少なくとも１つを制御する信号を出力する第１コントローラをさらに有してもよい。これらの動作のタイミングは関連しているので、第１コントローラでこれらすべてを制御することが好ましい。
【０１０４】
加熱装置５０Ａ、５０Ｂを制御する信号を出力する第２コントローラをさらに有してもよい。第２コントローラは例えば加熱装置５０Ａ、５０Ｂの温度制御を行う。第２コントローラはさらに上下の加熱部５０ａ、５０ｂの移動や、加熱装置５０Ａ、５０Ｂの蓋の開閉を制御する信号を出力してもよい。
【０１０５】
冷却装置７０についても同様に、処理容器１０のｘ軸方向への移動、下側冷却部７０ａおよび上側冷却部７０ｂのｚ軸方向への移動、第２回転装置４０の回転の少なくとも１つを制御する信号を出力する第３コントローラをさらに有してもよい。また、冷却装置７０を制御する信号を出力する第４コントローラをさらに有してもよい。第４コントローラは例えば冷却装置７０の空冷と水冷の切り替えを行う。第４コントローラはさらに上下の冷却部７０ａ、７０ｂの移動を制御する信号を出力してもよい。
【０１０６】
拡散処理装置１００では、複数の装置が連動して動作するので、例えば、第１コントローラと第２コントローラとを一体化してもよいし、および／または、第２コントローラと第３コントローラとを一体化してもよい。さらには、第１〜４コントローラを全て一体化してもよい。なお、例示した拡散処理装置１００は、１つの搬送装置３０でステージＡ〜Ｄまでの搬送を行ったが、２つのステージ間の搬送毎に異なる搬送装置３０を用いることもできる。そのような場合には、搬送装置毎にコントローラを設けてもよい。逆に、拡散処理装置１００のように複数の装置をｘ軸方向に沿って配列すると、１つの搬送装置３０でステージＡ〜Ｄまでの搬送を行うことができるという利点が得られる。
【０１０７】
拡散処理装置１００を用いると、従来の製造装置よりも焼結磁石片の欠けの発生を低減し、高い量産効率で拡散処理を行うことができる。例えば、図６（ａ）に示した磁石片（長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を拡散処理装置１００を用いて拡散処理したところ、欠けはほとんど発生せず、歩留りは９９％以上であった。なお、磁石片１の歩留りは、欠けにより欠落した部分が２ｍｍ角相当以上の場合に、欠けが発生しているものとしてカウントした。
【０１０８】
本発明の実施形態による拡散処理装置は例示した拡散処理装置１００に限られず、種々に改変され得る。
【０１０９】
本発明の実施形態による拡散処理装置は、上述のステージＡ〜Ｄを有せばよく、例えば、ステージＢとステージＣは同じステージ、すなわち同じ加熱装置５０であってよい。したがって、ステージ間の処理容器１０の搬送は少なくとも加熱装置５０に対してｘ軸方向に処理容器１０を搬送できる搬送装置を有せばよい。
【０１１０】
もちろん、量産性を考慮して、同じステージを複数設けてもよい。例えば、ステージＣに要する時間をステージＢに要する時間の２倍にするために、ステージＣを２つ設けてもよい。そうすると、搬送装置３０で一定時間ごとにピッチ搬送することができる。また、各ステージで複数の処理容器１０を処理するようにしてもよい。
【０１１１】
また、ステージの配列は、例示したように一直線である必要もない。ステージ構成における一部または全部のステージを複数列に配列してもよい。また、ステージの配列を上下に設けてもよい。
【０１１２】
ステージＣの後に、追加の熱処理を行うステージを追加してもよい。また、追加の熱処理は、拡散させた元素を磁石片の内部まで均一に拡散させるために、必要に応じて行えばよい。また、追加の熱処理を行うステージをステージＣの後に設けてもよいし、他のステージと独立して設けてもよい。追加の熱処理を行うステージを独立に設けると、処理容器１０をピッチ搬送する必要がないので、複数の処理容器１０をまとめて、例えば、電気炉等を用いて処理することができる。
【０１１３】
本発明の実施形態による拡散処理装置は、種々のステージ構成を採用することができる。本発明の実施形態による拡散処理装置を用いれば、従来よりも磁石片１の欠けの発生を抑制でき、高い歩留まりで拡散処理を行うことができる。欠けの発生を効率よく抑制するためには処理容器の内径は約５００ｍｍ以下であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、高残留磁束密度、高保磁力のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の製造に好適に用いられる。このような磁石は、高温下に晒されるハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に好適である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０    処理容器
１２    本体
１４ａ  第１蓋
１４ｂ 第２蓋
２４    処理空間
２６ａ、２６ｂ    断熱室
３０    搬送装置
４０    回転装置
【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６】
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【国際調査報告】
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2017033861.tif 000010
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