(57)【要約】【課題】  配向性を向上させることのできる磁場中成形方法および希土類焼結磁石の製造方法等を提供する。【解決手段】  コイル１５で発生する磁界の磁場中心位置Ｈ０よりも所定寸法上方の位置Ｈ１にて、コイル１５で磁界を発生させた磁場を合金粉末Ｐに印加する。この後、コイル１５の磁場中心位置Ｈ０にて、合金粉末Ｐに、コイル１５で発生した磁場を印加する。このように、合金粉末Ｐに対し、異なる方向の磁力線を順次作用させることで合金粉末Ｐの向きを複数回変化させ、その配向性を高め、残留磁束密度Ｂｒの高いＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得る。【選択図】図４
2006233319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粉末に第一の方向の磁場を印加し、磁場配向を行う第一の磁場配向工程と、
前記磁性粉末に前記第一の方向とは異なる第二の方向の磁場を印加しつつ加圧して磁場配向を行う第二の磁場配向工程と、
を備えることを特徴とする磁場中成形方法。
【請求項２】
前記第一の磁場配向工程では、前記磁性粉末に前記第一の方向の磁場を印加しつつ加圧することで磁場配向を行い、
前記第二の磁場配向工程では、前記磁性粉末に前記第二の方向の磁場を印加しつつ、前記第一の磁場配向工程より高い圧力で加圧成形して磁場配向を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁場中成形方法。
【請求項３】
前記第一の磁場配向工程に先立ち、前記磁性粉末にパルス磁場を印加しつつ加圧するパルス磁場配向工程をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁場中成形方法。
【請求項４】
前記パルス磁場配向工程では、前記磁性粉末を加圧成形することで予備成形体を形成し、前記第一の磁場配向工程で、前記予備成形体に前記第一の方向の磁場を印加することで前記予備成形体を形成する前記磁性粉末を配向させることを特徴とする請求項３に記載の磁場中成形方法。
【請求項５】
前記予備成形体の密度が、前記磁性粉末の真密度に対し２０〜４０％であることを特徴とする請求項４に記載の磁場中成形方法。
【請求項６】
前記パルス磁場は、１Ｔ（絶対値）以上の磁場を１０μｓ〜０．５ｓ印加することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の磁場中成形方法。
【請求項７】
前記パルス磁場は、Ｈを磁場（Ｔ）としたとき前記磁性粉末からなる圧粉体の密度ρがρ＝α×Ｈ0.5＋β（α＝０．６３、β＝１〜２）の条件を満足する場合に印加することを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の磁場中成形方法。
【請求項８】
前記第一の磁場配向工程および前記第二の磁場配向工程では、前記磁性粉末に静磁場を印加することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の磁場中成形方法。
【請求項９】
前記第一の磁場配向工程では、磁場中成形装置で発生する磁場の中心からオフセットした第一の位置に前記磁性粉末を配置させることで前記第一の方向の磁場を前記磁性粉末に印加し、
前記第二の磁場配向工程では、前記磁場の中心を通る第二の位置に前記磁性粉末を配置させることで前記第二の方向の磁場を前記磁性粉末に印加することを特徴とする請求項８に記載の磁場中成形方法。
【請求項１０】
前記磁場中成形装置で磁場を印加しつつ、前記磁性粉末を前記第一の位置から前記第二の位置に移動させることを特徴とする請求項９に記載の磁場中成形方法。
【請求項１１】
前記磁性粉末は、希土類焼結磁石を製造するための合金粉末であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の磁場中成形方法。
【請求項１２】
磁性粉末に磁場を印加しつつ加圧成形することで成形体を得る磁場中成形工程と、
前記成形体を所定温度で保持して焼結する焼結工程と、
前記焼結工程で得られた焼結体に時効処理を施す時効処理工程と、
を備え、
前記磁場中成形工程は、
前記磁性粉末に第一の方向の磁場を印加しつつ加圧する第一の段階と、
前記磁性粉末に前記第一の方向とは異なる第二の方向の磁場を印加しつつ、前記第一の磁場配向工程より高い圧力で加圧成形する第二の段階と、
を有することを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項１３】
前記希土類焼結磁石は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）であることを特徴とする請求項１２に記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項１４】
成形すべき成形体の形状に応じた孔を有する臼型と、
前記臼型の孔内を昇降可能とされた下パンチと、
前記孔に上側から挿入可能とされ、前記孔内で前記下パンチと対向するよう昇降する上パンチと、
前記臼型および前記下パンチによって形成される金型キャビティに対し、前記下パンチの昇降方向にほぼ直交する方向の磁場を印加するコイルと、を備え、
前記臼型内で前記下パンチと前記上パンチで挟み込んだ磁性粉末を、前記コイルで発生する磁場の中心に対応した第一の位置と、前記第一の位置から上方または下方にオフセットした第二の位置とに順次配置し、前記コイルで発生した磁場を印加できることを特徴とする磁場中成形装置。                                                         
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類焼結磁石の製造方法に関し、特に磁場中成形による配向性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｍ−Ｃｏ系又はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の異方性焼結磁石を製造する際には、成形を磁場中で行なう。異方性焼結磁石の残留磁束密度を向上させるためには、磁場中成形の際の配向性を向上させることが 重要である。配向性が高くなれば、角形性が向上して高残留磁束密度が得られ、着磁率も改善される。
そこで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石製造の際に潤滑剤としてステアリン酸マグネシウムを用い、かつ成形時にパルス磁場を印加する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ステアリン酸マグネシウムのような潤滑剤を用いなくても配向性を向上できる手法として、磁石粉末の圧粉体の相対密度（真密度に対する見かけ密度の割合）が３０〜５５％の範囲内にあるときにパルス磁界を印加する手法（例えば、特許文献２参照。）、見かけ密度を真密度の４７％にした後、パルス磁界を圧縮方向に略垂直に印加することにより優れた磁気特性を得る手法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２０８８０９号公報
【特許文献２】特許第３３０７４１８号公報
【特許文献３】特開２００４−２９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
希土類焼結磁石の製造にあたって、パルス磁場を印加して磁場中成形を行うことは、残留磁束密度向上のために有効な手段である。ところが、磁場が３Ｔ程度の実用的なパルス磁場を選択した場合、静磁場を印加する横磁場成形に比べて配向性が改善されないこともある。しかし、配向性を向上させるために印加する磁場を大きくすれば、コイルの発熱の問題、コンデンサにチャージする時間が長くなるなど生産効率を大きく低下させる問題がある。
そこで本発明は、以上のような問題を有することなく、従来よりもさらに配向性を向上させることのできる磁場中成形方法および希土類焼結磁石の製造方法等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明の磁場中成形方法は、磁性粉末に第一の方向の磁場を印加して磁場配向を行う第一の磁場配向工程と、磁性粉末に第一の方向とは異なる第二の方向の磁場を印加しつつ、加圧することで磁場配向を行う第二の磁場配向工程と、を備えることを特徴とする。このように、異なる方向の磁場を磁性粉末に順次印加することで、一回の磁場配向では配向しきれない粒子についても、配向させることができ、結果的に全体の配向性を高めることが可能となる。第一の磁場配向工程では、磁性粉末に対する加圧は必須ではないが、第一の磁場配向工程で、磁性粉末に第一の方向の磁場を印加しつつ加圧することで磁場配向を行った後、第二の磁場配向工程で、磁性粉末に第二の方向の磁場を印加しつつ、第一の磁場配向工程より高い圧力で加圧成形して磁場配向を行うようにしても良い。
図５は、このようにして異なる方向の磁場を順次印加する過程での、磁性粉末Ｐ０の配向状態の例を示すものであり、図５（ａ）、（ｂ）の順で磁場を印加する。図５（ａ）と図５（ｂ）では、印加した磁場の方向が異なっている。図５（ａ）に示すように、一回目に所定方向の磁場を印加して磁場配向を行った時点で、磁性粉末Ｐ０は、全体として印加した磁場の方向Ｓ１に倣って配向しているものの、一部、配向しきれなかった磁性粉末Ｐ１が存在している。これに対し、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）とは異なる方向Ｓ２の磁場を印加することで、図５（ａ）において一回目の磁場配向では配向しきれなかった磁性粉末Ｐ１も、二回目に印加した磁場の方向に倣って配向している。
これに対し、同じ方向の磁場を複数回印加した場合には、一回目の磁場配向で配向しきれなかった粒子が二回目の磁場配向で向きを変えようとしても、一回目と二回目で磁場の方向は変わらないため、周囲の粒子（一回目の磁場配向で正しい方向に配向された粒子）は向きが変わらない。このため、一回目の磁場配向で配向しきれなかった粒子のみが向きを変えるのは、周囲の粒子との摩擦も大きいために困難である。これに対し、異なる方向の磁場を順次印加した場合、二回目の磁場配向では、一回目の磁場配向で配向しきれなかった粒子だけでなく、一回目の磁場配向で正しい方向に配向した粒子もその向きが変わる。このため、一回目の磁場配向で配向しきれなかった粒子は、周囲の他の粒子との摩擦も少なく、磁力線に沿った方向に向きを容易に変えることができる。
【０００６】
なお、第一の磁場配向工程と第二の磁場配向工程では、パルス磁場、静磁場のいずれを用いても良い。例えば、第一の磁場配向工程、第二の磁場配向工程とも、パルス磁場を用いても良いし、また静磁場を用いてもよい。さらに第一の磁場配向工程、第二の磁場配向工程で、パルス磁場と静磁場を組み合わせて用いても良い。
また、第一の磁場配向工程、第二の磁場配向工程ともに静磁場を用いる場合、第一の磁場配向工程に先立ち、磁性粉末にパルス磁場を印加しつつ加圧するパルス磁場配向工程をさらに備えてもよい。
図６は、パルス磁場配向工程でパルス磁場を印加した後、第一の磁場配向工程、第二の磁場配向工程を順次行った過程での、磁性粉末Ｐ０の配向状態の例を示すものであり、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順で磁場を印加する。図６（ａ）と図６（ｂ）、図６（ｂ）と図６（ｃ）では、それぞれ印加した磁場の方向が異なっている。図６（ａ）に示すように、まずパルス磁場を印加して磁場配向を行った時点で、磁性粉末Ｐ０は、全体として印加した磁場の方向Ｓ３に倣って配向しているものの、一部、配向しきれなかった磁性粉末Ｐ１が存在している。これに対し、図６（ｂ）に示すように、第一の磁場配向工程で、図６（ａ）とは異なる方向Ｓ４の静磁場を印加することで、図６（ａ）において一回目の磁場配向では配向しきれなかった磁性粉末Ｐ１も、そのほとんどが、二回目に印加した磁場の方向に倣って配向している。さらに、図６（ｃ）に示すように、第二の磁場配向工程で、図６（ｂ）とは異なる方向Ｓ５の磁場を印加することで、図６（ｂ）において二回目の磁場配向でも配向しきれなかった磁性粉末Ｐ１が配向している。なお、図５および図６は、あくまでも本願を適用した場合の作用の理解を助けるためのもので、実際の配向状態等については、図５、図６に図示したものに限定する意図はないことは言うまでもない。
このパルス磁場配向工程は、第一の磁場配向工程、第二の磁場配向工程を行う磁場中成形装置とは別の装置で行っても良い。この場合、パルス磁場配向工程を行った後、第一の磁場配向工程、第二の磁場配向工程を行う磁場中成形装置まで、パルス磁場によって配向された状態を維持して磁性粉末を運ぶ必要が生じるため、パルス磁場配向工程では、磁性粉末を加圧成形することで予備成形体を形成するのが好ましい。そして、第一の磁場配向工程では、予備成形体に第一の方向の磁場を印加することで予備成形体を形成する磁性粉末を配向させる。このとき、予備成形体の相対密度は、磁性粉末の真密度に対し２０〜４０％とするのが好ましい。
また、パルス磁場を用いる場合、パルス磁場は、１Ｔ（絶対値）以上の磁場を１０μｓ〜０．５ｓ印加するものとするのが好ましい。また、パルス磁場は、Ｈを磁場（Ｔ）としたとき磁性粉末からなる圧粉体の密度ρがρ＝α×Ｈ0.5＋β（α＝０．６３、β＝１〜２）の条件を満足する場合に印加するのが好ましい。ここで、圧粉体の密度とは、パルス磁場を印加するに際して金型キャビティ中で加圧状態とされた磁性粉末の、金型キャビティ容積に対する磁性粉末の占積率である。
【０００７】
第一の磁場配向工程および第二の磁場配向工程で、磁性粉末に静磁場を印加する場合、第一の磁場配向工程では、磁場中成形装置で発生する磁場の中心からオフセットした第一の位置に磁性粉末を配置させることで第一の方向の磁場を磁性粉末に印加し、第二の磁場配向工程では、磁場の中心を通る第二の位置に磁性粉末を配置させることで第二の方向の磁場を磁性粉末に印加することにより、一台の磁場中成形装置で本発明の磁場中成形方法を実施できる。
この場合、第二の磁場配向工程で印加する磁場が、磁性粉末の加圧方向にほぼ直交する、いわゆる横磁場である場合、磁性粉末を第一の位置、第二の位置に順次配置するには、磁場中成形装置の臼型中において、コイルによって発生される固定磁場中を、磁性粉末を第一の位置から第二の位置に上下に移動させるのが好ましい。このようにすることで、同一の磁場中であっても、磁場中心に対応した第二の位置と、磁場中心からオフセットした第一の位置とでは、磁力線の向きが異なる。第二の位置では磁力線がほぼ直線状態となるのに対し、磁場中心からオフセットした第一の位置では、磁力線は湾曲したものとなる。これにより、第一の位置と第二の位置とで、異なる方向の磁場を磁性粉末に印加できる。
なお、固定磁場中で磁性粉末を上下に移動させるのではなく、臼型および磁性粉末を固定しておき、臼型の周囲に設けられて磁場を発生するコイルを上下方向に移動させることで、磁性粉末に作用する磁場の方向を異ならせるようにしても良い。
【０００８】
このような磁場中成形方法は、特に、希土類焼結磁石を製造する場合に用いるのに適している。その場合、磁性粉末は、希土類焼結磁石を製造するための合金粉末となる。
【０００９】
本発明は、磁性粉末に磁場を印加しつつ加圧成形することで成形体を得る磁場中成形工程と、成形体を所定温度で保持して焼結する焼結工程と、焼結工程で得られた焼結体に時効処理を施す時効処理工程と、を備える、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）等の希土類焼結磁石の製造方法とすることもできる。この方法において、磁場中成形工程は、磁性粉末に第一の方向の磁場を印加しつつ加圧する第一の段階と、磁性粉末に第一の方向とは異なる第二の方向の磁場を印加しつつ、第一の磁場配向工程より高い圧力で加圧成形する第二の段階と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、成形すべき成形体の形状に応じた孔を有する臼型と、臼型の孔内を昇降可能とされた下パンチと、臼型の孔に上側から挿入可能とされ、孔内で下パンチと対向するよう昇降する上パンチと、臼型および下パンチによって形成される金型キャビティに対し、下パンチの昇降方向にほぼ直交する方向の磁場を印加するコイルと、を備える磁場中成形装置とすることもできる。この磁場中成形装置は、臼型内で下パンチと上パンチで挟み込んだ磁性粉末を、コイルで発生する磁場の中心に対応した第一の位置と、第一の位置から上方または下方にオフセットした第二の位置とに順次配置し、コイルで発生した磁場を印加できることを特徴とする。このような装置により、上記したような本発明の磁場中成形方法、希土類焼結磁石の製造方法を実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なる方向の磁場を順次印加することで、磁性粉末の配向性を高め、高い磁気特性を有した希土類焼結磁石等を作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石に適用するのが好ましい。
このＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｒを２５〜３５ｗｔ％含有する。
ここで、ＲはＹを含む概念を有しており、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌｕ及びＹから選択される１種又は２種以上の元素である。Ｒの量が２５ｗｔ％未満であると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相となるＲ2Ｔ14Ｂ結晶粒の生成が十分ではない。このため、軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Ｒの量が３５ｗｔ％を超えると主相を構成するＲ2Ｔ14Ｂ結晶粒の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またＲの量が３５ｗｔ％を超えるとＲが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なＲ−リッチ相が減少し、保磁力の低下を招く。したがって、Ｒの量は２５〜３５ｗｔ％とする。望ましいＲの量は２８〜３３ｗｔ％、さらに望ましいＲの量は２９〜３２ｗｔ％である。
【００１３】
Ｎｄは資源的に豊富で比較的安価であることから、Ｒとしての主成分をＮｄとすることが好ましい。またＤｙの含有は異方性磁界を増加させるため、保磁力を向上させる上で有効である。よって、ＲとしてＮｄ及びＤｙを選択し、Ｎｄ及びＤｙの合計を２５〜３５ｗｔ％とすることが望ましい。そして、この範囲において、Ｄｙの量は０．１〜８ｗｔ％が望ましい。Ｄｙは、残留磁束密度及び保磁力のいずれを重視するかによって上記範囲内においてその量を定めることが望ましい。つまり、高い残留磁束密度を得たい場合にはＤｙの量を０．１〜３．５ｗｔ％とし、高い保磁力を得たい場合にはＤｙの量を３．５〜８ｗｔ％とすることが望ましい。
【００１４】
また、本実施の形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、ホウ素（Ｂ）を０．５〜４．５ｗｔ％含有する。Ｂが０．５ｗｔ％未満の場合には高い保磁力を得ることができない。但し、Ｂが４．５ｗｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、上限を４．５ｗｔ％とする。望ましいＢの量は０．５〜１．５ｗｔ％、さらに望ましいＢの量は０．８〜１．２ｗｔ％である。
【００１５】
本実施の形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０２〜０．６ｗｔ％の範囲で含有することができる。この範囲でＡｌ及びＣｕの１種又は２種を含有させることにより、得られるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の高保磁力化、高耐食性化、温度特性の改善が可能となる。Ａｌを添加する場合において、望ましいＡｌの量は０．０３〜０．３ｗｔ％、さらに望ましいＡｌの量は０．０５〜０．２５ｗｔ％である。また、Ｃｕを添加する場合において、Ｃｕの量は０．３ｗｔ％以下（０を含まず）、望ましくは０．１５ｗｔ％以下（０を含まず）、さらに望ましいＣｕの量は０．０３〜０．０８ｗｔ％である。
【００１６】
本実施の形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｍを０．０３〜２ｗｔ％含有することができる。ここで、ＭはＺｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆを示し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性向上を図るために酸素含有量を低減する際に、Ｍは焼結過程での主相結晶粒の異常成長を抑制する効果を発揮し、焼結体の組織を均一かつ微細にする。したがって、Ｍは酸素量が低い場合にその効果が顕著になる。Ｍの望ましい量は０．０５〜１．７ｗｔ％、さらに望ましい量は０．１〜１．５ｗｔ％である。
【００１７】
本実施の形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、その酸素量を５０００ｐｐｍ以下とするのが好ましい。酸素量が多いと非磁性成分である酸化物相が増大して、磁気特性を低下させる。そこで本発明では、焼結体中に含まれる酸素量を、５０００ｐｐｍ以下、望ましくは２０００ｐｐｍ以下、さらに望ましくは１０００ｐｐｍ以下とする。但し、単純に酸素量を低下させたのでは、粒成長抑制効果を有していた酸化物相が不足し、焼結時に十分な密度上昇を得る過程で粒成長が容易に起こる。そこで、本発明では、焼結過程での主相結晶粒の異常成長を抑制する効果を発揮するＭ（Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ）を、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石中、特に主相結晶粒中に所定量含有させる。ただし、粒界相中にＭが存在していても、本発明の効果を阻害することはない。
【００１８】
本実施の形態において、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｃｏを４ｗｔ％以下（０を含まず）、望ましくは０．１〜２．０ｗｔ％、さらに望ましくは０．３〜１．０ｗｔ％含有することができる。ＣｏはＦｅと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上に効果がある。
【００１９】
このようなＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、以下のような工程を経ることで製造される。
以下、各工程の内容を説明する。なお、以下では希土類焼結磁石としてＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を例にして説明するが、本発明はこれ以外のＳｍＣｏ系の希土類焼結磁石に適用できることは言うまでもない。希土類焼結磁石は、原料合金作製、粉砕（粗粉砕＋微粉砕）、磁場中成形、焼結、時効処理の工程を順次経ることで製造される。以下、各工程について説明する。
【００２０】
＜原料合金作製＞
原料合金を、真空又は不活性ガス、好ましくはＡｒ雰囲気中において、例えばストリップキャスティングにより作製する。原料金属としては、希土類金属あるいは希土類合金、純鉄、フェロボロン、さらにはこれらの合金等を使用することができる。（得られた原料合金は、凝固偏析がある場合は必要に応じて溶体化処理を行なう。その条件は真空又はＡｒ雰囲気下、７００〜１５００℃の領域で１時間以上保持すれば良い。）もちろん、他の手法により、原料合金を作製しても良い。
【００２１】
＜粉砕＞
粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、原料合金を、粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行なうことが望ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行なうことが効果的である。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。
粗粉砕後、微粉砕に移る。微粉砕には主にジェットミルが用いられる。粗粉砕では、粒径数百μｍ程度の粗粉砕粉末が、平均粒径１〜１０μｍ、望ましくは３〜７μｍまで粉砕される。
【００２２】
微粉砕に先立って、潤滑剤を添加することができる。この潤滑剤は、微粉砕時の粉砕効率の向上、次工程である磁場中成形の際の配向度向上を目的として添加される。
潤滑剤としては、脂肪酸、脂肪酸の金属塩を用いることができる。例えば、例えばステアリン酸系やオレイン酸系であるステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド等を微粉砕時に添加することができる。また、潤滑剤は、０．０１〜０．５ｗｔ％程度添加する。
【００２３】
＜磁場中成形＞
磁場中成形工程では、粉砕工程で得られた合金粉末を金型キャビティに入れ、所定方向の磁場を印加して合金粉末の磁場配向を行いつつ、所定の圧力を加えることで、所定形状の成形体を得る。
ここで、本磁場中成形工程にて、最終的に合金粉末を配向させる方向は、成形時の加圧方向に対し直交する方向とする。
このとき、合金粉末に対して磁場を印加する工程は、少なくとも以下の二工程とする。
まず第一の工程では、前記の最終的に合金粉末を配向させる方向（第二の方向）とは異なる方向（第一の方向）の磁場を、合金粉末に対して印加する。この後、第二の工程として、前記の最終的に合金粉末を配向させる方向の磁場を、合金粉末に対して印加する。
第一の工程で印加する磁場の方向は、第二の工程で印加する磁場の方向に対し、９０°未満（但し、０を含まず）とするのが好ましい。第一の工程にて配向された合金粉末を第二の工程にて配向するに際し、その差が大きいと、大きな配向エネルギーが必要となり、確実な配向が困難となるからである。この観点からして、第二の工程で印加する磁場の方向に対して第一の工程で印加する磁場の方向の好ましい範囲は、３０℃未満（但し、０を含まず）であり、さらに好ましい範囲は１０℃未満（但し、０を含まず）である。
【００２４】
また、第一の工程で磁場を印加してから、印加する磁場の方向を連続的に変化させて、第二の工程で印加する磁場の方向としてもよい。つまり、第一の工程から第二の工程までを連続的に行うのである。また、第一の工程で磁場を印加してから、印加する磁場の方向を第二の工程で印加する方向まで段階的に変化させていくようにしてもよい。この場合は、印加する磁場の方向を徐々に第二の工程で印加する磁場の方向に近づけていくのが好ましいことは言うまでもない。
【００２５】
上記のようにして、磁場中成形工程にて、第一の工程および第二の工程において、異なる方向の磁場を合金粉末に印加するには、磁場を印加する側のコイルを移動させたりコイルの向きを変動させる等してもよいが、後述のごとく、コイルに対し、合金粉末側を移動させることで、合金粉末に作用する磁力線の方向を異ならせるのが好ましい。
本実施の形態において、第一の工程および第二の工程で印加する磁場は、静磁場とする。第一の工程および第二の工程で印加する磁場は、３〜２０ｋＯｅ（２４０〜１６００ｋＡ／ｍ）程度とすればよい。
【００２６】
第一の工程では、合金粉末に対して１．５ｔｏｎ／ｃｍ2（１５０ＭＰａ）以下（但し、０を含む）の範囲の成形圧力を加えることができる。ここで、第一の工程では、合金粉末に対する加圧は必須ではなく、加圧することなく磁場の印加のみを行うこともできる。
また、第二の工程では、合金粉末に対する加圧は必須であり、最終的に合金粉末に加える成形圧力は０．３〜３ｔｏｎ／ｃｍ2（３０〜３００ＭＰａ）の範囲とすればよい。
第一の工程、第二の工程で、成形圧力は成形開始から終了まで一定であってもよく、漸増または漸減してもよく、あるいは不規則変化してもよい。成形圧力が低いほど配向性は良好となるが、成形圧力が低すぎると成形後に得られる成形体の強度が不足してハンドリングに問題が生じるので、この点を考慮して上記範囲から成形圧力を選択する。磁場中成形で得られる成形体の最終的な相対密度は、通常、５０〜６０％である。
【００２７】
また、第一および第二の工程では静磁場を印加する場合、第一の工程に先立ち、パルス磁場を印加するのも有効である。この場合、印加するパルス磁場の方向は、第一の工程で印加する磁場の方向とは異なる方向とするのが好ましい。
パルス磁場を印加する方向は、第一の工程で印加する磁場の方向に対し、９０°未満（但し、０を含まず）とするのが好ましい。この場合も、パルス磁場によって配向された合金粉末を第一の工程にて配向するに際し、その差が大きいと、大きな配向エネルギーが必要となり、確実な配向が困難となるからである。この観点からして、第一の工程で印加する磁場の方向に対し、それに先立ち印加するパルス磁場の方向の好ましい範囲は、３０℃未満（但し、０を含まず）であり、さらに好ましい範囲は１０℃未満（但し、０を含まず）である。
【００２８】
また、第一の工程に先立ちパルス磁場を印加する場合、静磁場を印加して磁場中成形を行う磁場中成形装置とは別の装置で、パルス磁場を印加することも可能である。この場合、パルス磁場による合金粉末の配向方向が崩れないように、パルス磁場を印加しつつ、合金粉末を加圧し、予備成形体を形成するのが好ましい。第一の工程では、形成された予備成形体を磁場中成形装置の金型キャビティに収め、磁場中成形を行う。
【００２９】
＜焼結＞
磁場中成形後、その成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、１０００〜１２００℃で１〜１０時間程度である。
【００３０】
＜時効処理＞
焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力を制御する重要な工程である。時効処理を２段に分けて行なう場合には、８００℃近傍、６００℃近傍での所定時間の保持が有効である。８００℃近傍での時効処理を焼結後に行なうと、保磁力が増大するため、混合法においては特に有効である。また、６００℃近傍の時効処理で保磁力が大きく増加するため、時効処理を１段で行なう場合には、６００℃近傍の時効処理を施すとよい。
＜保護膜形成＞
焼結体を得た後に、保護膜を形成することができる。保護膜の形成は、保護膜の種類に応じて公知の手法に従って行なえばよい。例えば、電解メッキの場合には、焼結体加工、バレル研磨、脱脂、水洗、エッチング、水洗、電解メッキによる成膜、水洗、乾燥という常法を採用することができる。
【００３１】
さて、上記したような工程を経ることで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が製造されるわけであるが、ここで、上記したような磁場中成形工程で用いるのに好適な成形装置（磁場中成形装置）１０について、図１〜図４を用いて説明する。
図１に示すように、成形装置１０は、臼型１１と下パンチ１２とによって形成される金型キャビティＣ内に合金粉末（磁性粉末）Ｐを充填し、臼型１１と下パンチ１２とによって形成される金型キャビティＣ内にコイル１５で磁場を印加しつつ、上パンチ１３と下パンチ１２で合金粉末Ｐを加圧することで磁場中成形を行い、成形体を形成するものである。
【００３２】
臼型１１は、主に鉄やダイス鋼等の強磁性体からなり、形成すべきＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の形状に応じた開口１１ａが、中央部に形成されている。
下パンチ１２は、臼型１１の開口１１ａに対応した形状を有し、臼型１１の開口１１ａに下方から挿入された状態とされている。この下パンチ１２は、図示しない下ラムに支持され、この下ラムが図示しない油圧または空圧の駆動シリンダまたはカム等の駆動機構によって昇降駆動されることで、臼型１１の開口１１ａ内で、昇降可能とされている。
一方、上パンチ１３は、臼型１１の開口１１ａに対応した形状を有している。上パンチ１３は、上ラム１４に支持され、この上ラム１４が図示しない油圧または空圧の駆動シリンダまたはカム等の駆動機構によって昇降駆動されることで、臼型１１の開口１１ａに接近・離間する方向に昇降可能とされて、開口１１ａに上方から挿入可能とされている。
【００３３】
コイル１５は、臼型１１の外周側に設けられている。コイル１５は、図示しない電源から電流が供給されることで、臼型１１の部分において、上パンチ１３が昇降する方向（以下、これを加圧方向と称する）に直交した方向の磁界を発生する。
【００３４】
このような成形装置１０において、合金粉末Ｐを磁場中成形するには、まず、図２に示すように、下パンチ１２を上昇させた状態で、金型キャビティＣに合金粉末Ｐを供給する。このとき、下パンチ１２は、この状態で金型キャビティＣに合金粉末Ｐを供給したときに、その中心の位置（第一の位置）Ｈ１、言い換えると金型キャビティＣの中心、が、コイル１５で発生する磁場中心位置（第二の位置）Ｈ０に対し所定寸法上方となるように上昇させる。
【００３５】
このとき、金型キャビティＣに合金粉末Ｐを粉末状態のまま供給してもよいが、本実施の形態においては、合金粉末Ｐを予め予備成形し、その予備成形体を金型キャビティＣにセットする。
合金粉末Ｐを予備成形するには、所定形状を有した予備成形用金型に所定量の合金粉末Ｐを供給し、合金粉末Ｐを図示しないプレス機構で加圧しつつ、パルス磁場を印加する。パルス磁場は、空芯コイルを含む回路にコンデンサバンクに蓄えた電荷を瞬時に放電させて、そのコイルに瞬間大電流を流すことにより発生させる。このとき、金型キャビティＣ中の合金粉末Ｐ（圧粉体）の相対密度が２０〜４０％の範囲内にあるときにパルス磁場を印加することが好ましい。
より好ましくは、Ｈを磁場（Ｔ）としたとき、合金粉末Ｐの相対密度ρが、
ρ＝α×Ｈ0.5＋β（α＝０．６３、β＝１〜２）
の条件でパルス磁場を印加する。
なお、合金粉末Ｐの密度が、以上の範囲外においてもパルス磁場を印加することを妨げない。また、印加するパルス磁場は、合金粉末Ｐに対し、プレス機構（図示無し）による加圧方向にほぼ直交する方向とするのが好ましい。
【００３６】
印加するパルス磁場は、１Ｔ（絶対値）以上の磁場を１０μs〜０．５ｓ印加するものであることが好ましい。磁場強度が１Ｔ未満、持続時間が１０μｓでは十分な配向性を得ることができないからである。また、１Ｔ以上の磁場の印加時間が０．５ｓを超えると、磁場印加用コイルの発熱が大きくなりすぎる傾向にある。そこで、本発明では１Ｔ以上の磁場を１０μs〜０．５ｓ印加することを推奨する。なお、単一のパルスにより１Ｔ以上の磁場を１０μs〜０．５ｓ印加する場合に限らず、複数のパルスにより１Ｔ以上の磁場を１０μs〜０．５ｓ印加することもできる。
【００３７】
予備成形後の状態において、合金粉末Ｐの相対密度が高すぎると、後述の成形装置１０における磁場中成形時に配向しずらくなり、また相対密度が低すぎると予備成形体の保形性が不足し、金型キャビティＣに予備成形体をセットするまでに予備成形体の形状、つまりパルス磁場によって配向された合金粉末Ｐの配向方向が崩れてしまいやすくなる。このため、予備成形後の合金粉末Ｐの相対密度の好ましい範囲は、２０〜４０％であり、さらに好ましい範囲は２４〜３７％である。
【００３８】
このように予備成形した合金粉末Ｐの予備成形体は、予備成形時の加圧方向が、成形装置１０の加圧方向に合致するような状態で金型キャビティＣにセットする。
【００３９】
一方、金型キャビティＣに合金粉末Ｐを粉末状態のまま供給する場合には、成形装置１０に原料供給機構をさらに備え、この原料供給機構で、金型キャビティＣに所定量の合金粉末Ｐを供給する。その供給量管理には、供給する合金粉末Ｐの重量を用いることもできるが、金型キャビティＣへの合金粉末Ｐの供給高さを用いるのが好ましい。そして、合金粉末Ｐを金型キャビティＣに供給し、原料供給機構に備えたすり切り機構により、供給した合金粉末を臼型１１の上面ですり切るようにするのが好ましい。
【００４０】
さて、上記のように合金粉末Ｐを金型キャビティＣにセットした後は、図３（ａ）に示すように、下パンチ１２の位置を固定した状態のままで、上パンチ１３を下降させて金型キャビティＣ中の予備成形した合金粉末Ｐ（予備成形体）に当接させ、この状態で、コイル１５で磁界を発生させる。すると、位置Ｈ１は、コイル１５の磁場中心位置Ｈ０よりも所定寸法上方に位置しているので、下パンチ１２上の合金粉末Ｐには、図３（ｂ）に示すように、コイル１５で発生した磁場の、湾曲した方向の磁力線（図中二点鎖線参照）が作用する。
これにより合金粉末Ｐは、湾曲した方向の磁力線に沿って配向する。このとき、予備成形により下パンチ１２が昇降する方向にほぼ直交する方向に合金粉末Ｐが配向されている。このような合金粉末Ｐは、コイル１５で発生した磁界により、湾曲した方向の磁力線に沿うよう向きを変える。
【００４１】
この後、図４（ａ）に示すように、下パンチ１２と上パンチ１３を連動させて下降させ、金型キャビティＣ中の合金粉末Ｐを加圧したまま、その中心が、コイル１５の磁場中心位置Ｈ０に合致するように移動させる。
図４（ｂ）に示すように、この状態で、金型キャビティＣ中の合金粉末Ｐには、コイル１５で発生した磁界により、加圧方向に直交した方向の磁力線が作用する。位置Ｈ１において湾曲した磁力線に沿って配向された金型キャビティＣ中の合金粉末Ｐは、位置Ｈ０における磁力線により、加圧方向に直交した方向に配向する。このようにして、位置Ｈ０において、最終的な磁場中成形を行う。
【００４２】
以上のように金型キャビティＣ内の合金粉末Ｐに対し磁場を印加しつつ加圧することで、所定形状、サイズを有した成形体が形成される。
加圧の完了後、上パンチ１３を上昇させて臼型１１の開口１１ａから引き抜き、臼型１１の上方に退避させるとともに、下パンチ１２を上昇させることで、成形体を臼型１１から取り出し、磁場中成形工程を完了する。
【００４３】
上記のように、合金粉末Ｐに対し、異なる方向の磁場（磁力線）を順次印加させることで、合金粉末Ｐの向きを複数回変化させ、その配向性を高めることができる。
このようにして、配向性を従来以上に高めることで、残留磁束密度Ｂｒが優れたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得ることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態において、金型キャビティＣの合金粉末Ｐに対し、一つのコイル１５で発生した磁場を印加し、磁場中配向を行うようにしたが、これに限るものではない。臼型１１の上下にそれぞれコイルを設ける構成においても、本発明を適用できる。その場合、磁場中心は、上下のコイルの中間位置となるので、磁場中心よりも上方または下方にオフセットした位置で上下のコイルから磁場を印加して合金粉末Ｐの配向を行った後、合金粉末Ｐを磁場中心に移動させて配向を行うようにしても良い。また、磁場中心よりも上方または下方にオフセットした位置で配向を行うときには、上下のコイルから磁場を印加するのではなく、いずれか一方のみのコイルから磁場を印加して合金粉末Ｐの配向を行っても良い。これにより、この位置における磁力線の湾曲度合いが強くなるからである。
さらに、上記実施の形態においては、臼型１１中で上パンチ１３および下パンチ１２を上下動させることで、磁場中心に対する合金粉末Ｐの位置を変化させるようにしたが、合金粉末Ｐ側は位置を固定し、コイル１５側を上下動させるようにしても良い。
また、上記実施の形態においては、コイル１５で加圧方向に直交した方向の、いわゆる横磁場を印加するようにしたが、コイルで加圧方向に平行な方向の磁場を印加する、いわゆる縦磁場成形を行う場合にも本発明は適用可能である。この場合、臼型１１中の合金粉末Ｐを移動させることはできないので、コイル側を加圧方向に直交する方向に移動させることで、磁場中心に対してオフセットした位置で合金粉末Ｐの配向を行った後、合金粉末Ｐを磁場中心に移動させて配向を行う。
【実施例】
【００４５】
ストリップキャスト法により、２８．２ｗｔ％Ｎｄ−０．５ｗｔ％Ｃｏ−１ｗｔ％Ｂ−０．２ｗｔ％Ａｌ−０．２ｗｔ％Ｚｒ−０．０５ｗｔ％Ｃｕ−ｂａｌ．Ｆｅ合金からなる薄片を作製した。この薄片に室温にて水素を吸蔵させた後、Ａｒ雰囲気中で６００℃×１時間の脱水素を行なう、水素粉砕処理を行なった。水素粉砕処理により得られた粉末に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．０５ｗｔ％添加、混合した。その後、気流式粉砕機にて平均粒径４．２μｍまで微粉砕を行なった。
【００４６】
得られた合金粉末に対して磁場中成形を行った。磁場中成形は、予備成形、本成形の２段階で行った。
予備成形工程では、合金粉末を金型に充填し、上パンチを降下させて所定の密度となるよう加圧した後に、６Ｔのピーク強さで、加圧方向に直交するパルス磁場を印加し、パルス磁場の印加が終了した後にさらに６ｋＮの成形圧で加圧成形を行った。この成形体の密度は２．４ｇ／ｃｃであった。
また、予備成形後の本成形工程では、図２に示すように、予備成形体を成形装置１０の金型キャビティＣにセットし、コイル１５の磁場中心位置Ｈ０から上方に４ｃｍオフセットした位置Ｈ１において１．７Ｔの磁場を印加した。
この後、上パンチ１３および下パンチ１２を下降させて金型キャビティＣの中心をコイル１５の磁場中心位置Ｈ０に合致させ、この状態で１．７Ｔの強度の磁場（静磁場）を印加しつつ、成形体密度が４．３ｇ／ｃｃになるまで加圧することで成形体を作製した。
【００４７】
比較例として、上記と同様にして予備成形を行った後、図４に示すように、得られた予備成形体を成形装置１０の金型キャビティＣにセットし、上パンチ１３および下パンチ１２を下降させて金型キャビティＣの中心をコイル１５の磁場中心位置Ｈ０に合致させ、この状態で１．７Ｔの磁場を印加しつつ、成形体密度が４．３ｇ／ｃｃになるまで加圧することで成形体を作製した。
【００４８】
実施例、比較例のそれぞれで得られた成形体を、真空中において１０９０℃で４時間保持することにより焼結し、さらにＡｒ雰囲気中で９００℃×１時間、５３０℃×１時間の時効処理を行った。
【００４９】
以上のようにして作製した希土類焼結磁石の最終組成は、２８．０ｗｔ％Ｎｄ−０．５ｗｔ％Ｃｏ−１ｗｔ％Ｂ−０．２ｗｔ％Ａｌ−０．２ｗｔ％Ｚｒ−０．０５ｗｔ％Ｃｕ−ｂａｌ．Ｆｅであり、酸素濃度は５９０ｐｐｍ、炭素濃度は８９０ｐｐｍであった。
この希土類焼結磁石について、焼結密度、残留磁束密度Ｂｒを測定した。その結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2006233319.tif 000003
【００５１】
この表１に示すように、実施例、比較例とも、焼結密度は同等であった。残留磁束密度Ｂｒについては、実施例が１５．１ｋＧであったのに対し、比較例は１４．９ｋＧであり、これによって本発明により高い残留磁束密度Ｂｒが得られることが確認された。これは、異なる方向の磁場配向を複数回行うことによる効果であると言える。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施の形態における磁場中成形装置の構成を示す概略図である。
【図２】金型キャビティに合金粉末を供給した状態を示す図である。
【図３】第一の工程で、磁場中心からオフセットした位置で磁場を印加している状態を示す図である。
【図４】第二の工程で、磁場中心位置で磁場を印加している状態を示す図である。
【図５】異なる方向の磁場を順次印加する過程での、磁性粉末の配向状態の例を示す図である。
【図６】異なる方向の磁場を順次印加する過程での、磁性粉末の配向状態の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…成形装置（磁場中成形装置）、１１…臼型、１１ａ…開口、１２…下パンチ、１３…上パンチ、１５…コイル、Ｃ…金型キャビティ、Ｈ０…磁場中心位置（第二の位置）、Ｈ１…位置（第一の位置）、Ｐ…合金粉末（磁性粉末）
【図１】
2006233319.tif 000004
【図２】
2006233319.tif 000005
【図３】
2006233319.tif 000006
【図４】
2006233319.tif 000007
【図５】
2006233319.tif 000008
【図６】
2006233319.tif 000009