(57)【要約】 【課題】  熱間塑性加工により結晶粒を特定の方向に配向させて磁気的に異方性を付与した永久磁石を製作する際に、残留磁束密度及び保磁力を効果的に向上させることができる低コストの永久磁石の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の永久磁石の製造方法は、熱間塑性加工により製作された磁石Ｓを所定温度にて熱処理する熱処理工程と、前記磁石を処理室７０内に配置して所定温度に加熱すると共に、同一または他の処理室内に配置したジスプロシウム、テルビウムの少なくとも一方を含む蒸発材料ｖを蒸発させ、この蒸発したジスプロシウムやテルビウムの金属原子の磁石表面への供給量を調節してこの金属原子を付着させ、この付着した金属原子を焼結磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させる蒸気処理工程とを含む。【選択図】  図２
2011035001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間塑性加工により製作された磁石を所定温度にて熱処理する熱処理工程と、
前記磁石を処理室内に配置して所定温度に加熱すると共に、同一または他の処理室内に配置したジスプロシウム、テルビウムの少なくとも一方を含む蒸発材料を蒸発させ、この蒸発したジスプロシウムやテルビウムの金属原子の磁石表面への供給量を調節してこの金属原子を付着させ、この付着した金属原子を焼結磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させる蒸気処理工程とを含むことを特徴とする永久磁石の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程を８５０℃〜１０５０℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする請求項１記載の永久磁石の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程を真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中にて行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の永久磁石の製造方法。
【請求項４】
前記蒸気処理工程を不活性ガス雰囲気中にて行い、不活性ガスの分圧を制御し、蒸発した金属原子の磁石表面への供給量を調節して金属原子を付着させ、前記付着した金属原子からなる薄膜が形成される前に前記金属原子を磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石の製造方法に関し、特に、熱間塑性加工により作製された磁石の磁気特性を向上し得るものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄−ホウ素−希土類系の磁石として、熱間塑性加工により結晶粒を特定の方向に配向させて磁気的に異方性を付与した永久磁石が一般に知られている。このような永久磁石は次の工程を経て製作される。即ち、先ず合金溶湯を急冷することで非晶質または微細結晶質の薄片を得て、微粉砕工程により破砕して微粉末とし、これを冷間や熱間で成形した後、熱間塑性加工したり、あるいは前記合金溶湯を鋳造したのち鋳造体を熱間塑性加工したりして製作される。
【０００３】
このような製法を用いると、長尺タイプの異方性リング磁石が作製でき、円周方向の磁気特定を均一にでき（この場合、内外周面単極で着磁することができる）、しかも、内径が相互に異なるリング磁石を作製しても磁気特性に差がつき難いことから、電子機器など種々の製品、ハイブリッドカー用のモーターや発電機への採用も検討されている。 
【０００４】
上記熱間塑性加工による磁石製作の際に、希土類金属の含有量を３０重量％未満にすると、磁気特性のうち残留磁束密度が向上するが、保磁力が著しく低下するという問題がある。このことから、磁石合金の成分組成を最適化して、磁束密度及び保磁力を向上させることが試みられている（特許文献１参照）。
【０００５】
然し、鉄−ホウ素−希土類系の磁石合金の成分組成を最適化する方法では、磁束密度及び保磁力を一層向上させるには限界があり、現状では、モータ等の用途に使用するには保磁力が足りない。他方で、保磁力をさらに高めれば、永久磁石の厚みを薄くしても強い磁力を持ったものが得られる。従って、この種の永久磁石利用製品自体の小型、軽量化や小電力化を図るためには、上記従来技術と比較して更に高磁気特性を有する永久磁石の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、特に、残留磁束密度及び保磁力を効果的に向上させることができる低コストの永久磁石の製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の永久磁石の製造方法は、熱間塑性加工により製作された磁石を所定温度にて熱処理する熱処理工程と、前記磁石を処理室内に配置して所定温度に加熱すると共に、同一または他の処理室内に配置したジスプロシウム、テルビウムの少なくとも一方を含む蒸発材料を蒸発させ、この蒸発したジスプロシウムやテルビウムの金属原子の磁石表面への供給量を調節してこの金属原子を付着させ、この付着した金属原子を焼結磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させる蒸気処理工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、熱間塑性加工により製作した磁石に対して所定温度にて熱処理を施すと、最大エネルギー積及び残留磁束密度が向上（特に、残留磁束密度が飛躍的に向上）することが判明した。これは、熱処理により粒成長が起こり、結晶粒径が増加することに起因しているものと考えられる。他方で、熱処理による粒成長に伴って磁石の保磁力が低下する。
【００１０】
そこで、特に残留磁束密度が向上した上記磁石に対して蒸気処理を施す。これにより、ジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）を焼結磁石の結晶粒子及び／または結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡っていることで、結晶粒界及び／または結晶粒界相にＤｙ、Ｔｂのリッチ相（Ｄｙ、Ｔｂを５〜８０％の範囲で含む相）を有し、さらには結晶粒の表面付近にのみＤｙやＴｂが拡散し、その結果、磁化及び保磁力が効果的に向上または回復する。
【００１１】
このように本発明によれば、熱間塑性加工により製作した磁石に対して、最大エネルギー積及び残留磁束密度を向上させる工程と、保磁力を向上させる工程とを段階的に実施することで、高性能磁石が得られる。
【００１２】
本発明においては、前記熱処理工程が８５０℃〜１０５０℃の範囲内の温度で行われる。８５０℃より低い温度では、特に残留磁束密度を向上させることができず、他方、１０５０℃を超えた温度では、結晶粒成長が速すぎ、異状粒成長がおきるという不具合が生じる。なお、この場合の平均結晶粒径が１μｍより大きくなることが好ましい。１μｍより小さいと、残留磁束密度が向上しない。また、熱処理工程での処理温度と蒸気処理工程での処理温度とが同一範囲にある場合には、両工程を同時に行うこともできる。この場合、前記熱処理工程を真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中にて行うことができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記蒸気処理工程を不活性ガス雰囲気中にて行い、不活性ガスの分圧を制御し、蒸発した金属原子の磁石表面への供給量を調節して金属原子を付着させ、前記付着した金属原子からなる薄膜が形成される前に前記金属原子を磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させることを特徴とする。
【００１４】
このように蒸発材料を蒸発している間で、焼結磁石が配置された処理室内に不活性ガスを導入すると、ＤｙやＴｂの金属原子の平均自由行程が短いことから、不活性ガスにより処理室内で蒸発した金属原子が拡散し、直接磁石表面に付着する金属原子の量が減少すると共に、複数の方向から磁石表面に供給されるようになる。このため、例えば細い線材を格子状に組付けた載置台に磁石を載置し、当該磁石に蒸発材料を近接配置して両者の間隔が狭い場合でも、線材の影となる部分まで蒸発したＤｙやＴｂが回り込んで付着する。その結果、ＤｙやＴｂの金属原子が結晶粒内に過剰に拡散し、最大エネルギー積及び残留磁束密度を低下させることや局所的に保磁力の高い部分と低い部分とが存在することを抑制でき、減磁曲線の角型性が損なわれることを防止できる。その上、処理室内で磁石と蒸発材料との間の間隔を狭くして、上下左右方向に近接配置できるため、一個の処理室での磁石の積載量を増加でき、高い量産性が達成でき、低コスト化に寄与する。
【００１５】
上記蒸気処理によれば、当該処理後の永久磁石の表面状態が、処理前の状態と略同一であって別段の後工程を必要とせず、それに加えて、機械加工時に焼結磁石表面の主相たる結晶粒に生じたクラックにＤｙリッチ相が形成されることとが相俟って、Ｎｉメッキによる保護膜を必要とせず、極めて強い耐食性、耐候性を有する高性能磁石となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】リング磁石に対する熱処理温度と残留磁束密度との関係を示すグラフ。
【図２】蒸気処理装置を概略的に示す断面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、処理箱へのリング磁石と蒸発材料との設置を模式的に説明する平面図及び断面図。
【図４】リング磁石と、外挿体、内挿体及びスペーサーとの組み付けを説明する分解斜視図。
【図５】実施例１で作製した永久磁石（リング磁石）の磁気特定を示す表。
【図６】（ａ）は、実施例１において処理温度を１０５０℃に設定して得た永久磁石の断面ＳＥＭ写真。（ｂ）は、比較例１の断面ＳＥＭ写真。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、施例１において処理温度を１０５０℃に設定して得た永久磁石のＣＯＭＰＯ像とＤｙ、ＮｄのＥＰＭＡ像。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態永久磁石Ｍの製造方法を説明する。本実施形態の永久磁石は、熱間塑性加工を施すことにより結晶粒を特定の方向に配向させて磁気的に異方性を付与した鉄−ホウ素−希土類系のリング磁石Ｓを用い、このリング磁石Ｓに対して熱処理を施す熱処理工程と、Ｄｙ、Ｔｂの少なくとも一方を含有する蒸発材料ｖを蒸発させて金属原子を付着させ、磁石Ｓの結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡らせる蒸気処理工程とを経て製作される。
【００１８】
リング磁石Ｓとしては、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のラジアル異方性リング磁石が用いられ、公知の方法で次のように作製されている。即ち、Ｆｅ、Ｂ、Ｎｄを所定の組成比で配合して等方性の急冷Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の合金原料を得る。この場合、希土類金属の含有量を３０％未満として、高い残留磁束密度が得られるようにすることが好ましい。また、配合の際、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｄｙ、ＡｌやＧａを少量添加してもよい。
【００１９】
次いで、作製した合金原料を、公知の圧縮成形機によって室温で所定形状に予備成形した後、熱間プレスすることで高密度の等方性磁石を得る。次いで、公知の押出し成形機によって熱間塑性加工である熱間押出し成形して、ラジアル異方性のリング磁石Ｓが作製される。そして、このようにして得たリング磁石Ｓに対して、熱処理工程にて熱処理が施される。
【００２０】
熱処理を施す熱処理炉としては、図示省略したが、断熱材やヒータ等の加熱手段とを備え、炉内に配置したリング磁石Ｓを均等に所定温度に加熱して保持できるものであれば、特に制限はなく、真空及び加圧下においても安定した温度分布を得られるものが好ましい。この場合、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中にて熱処理を行うことができる。 
【００２１】
このような熱処理炉における熱処理温度は８５０℃〜１０５０℃の範囲内に設定される。８５０℃より低い温度では、特に残留磁束密度（Ｂｒ（Ｇ））を向上させることができず、他方、１０５０℃を超えた温度では、結晶粒成長が速すぎ、異状粒成長がおきるという不具合が生じる。なお、この場合の平均結晶粒径が１μｍより大きくなることが好ましい。１μｍより小さいと、残留磁束密度が向上しない。また、熱処理が不活性ガス雰囲気中にて行われる場合、不活性ガスとしてＨｅ、Ａｒ、ＮｅやＫｒ等が用いられ、そのときの炉内の圧力が１ｋ〜３０ｋＰａの範囲に設定される。これにより、減磁曲線の角型性が損なわれることを防止できる。
【００２２】
ここで、上記熱処理の効果を示すために、配合組成が、２９Ｎｄ−１Ｂ−６Ｃｏ−０．９Ｇａ−０．１Ａｌ−Ｂａｌ．Ｆｅの急令粉末をホットプレスした後、８００℃で熱間塑性加工して作製したリング磁石に対して公知の熱処理炉にて７７５℃、９２５℃の各温度で所定時間（１２及び２４時間）熱処理を施す実験を行った。
【００２３】
図１は、上記実験にて得たリング磁石Ｓの磁気特性を示すグラフである。これによれば、熱処理温度が７７５℃の場合、時間の経過と共に、当初、約９ｋＢｒであった残留磁束密度（Ｂｒ（Ｇ））が低下すると共に、保磁力（Ｈｃｊ（ｋＯｅ））も低下していくことが判る。それに対して、処理温度が９２５℃の場合、保磁力は前記の場合と同様に低下していくが、残留磁束密度が向上していることが判る。なお、処理温度が１０５０℃の場合まで実験を行うと、効果的に残留磁束密度が向上することが確認できた。次に、蒸気処理を施す蒸気処理装置を図１を用いて説明する。 
【００２４】
図２に示すように、蒸気処理装置１は、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプなどの真空排気手段２を介して所定圧力（例えば１×１０−５Ｐａ）まで減圧して保持できる真空チャンバ３を有する。真空チャンバ３内には、後述する処理箱の周囲を囲う断熱材４１とその内側に配置した発熱体４２とから構成される加熱手段４が設けられる。断熱材４１は、例えばＭｏ製であり、また、発熱体４２としては、Ｍｏ製のフィラメント（図示せず）を有する電気ヒータであり、図示省略した電源からフィラメントに通電し、抵抗加熱式で断熱材４１により囲繞され処理箱が設置される空間５を加熱できる。この空間５には、例えばＭｏ製の載置テーブル６が設けられ、少なくとも１個の処理箱７が載置できるようになっている。
【００２５】
処理箱７は、上面を開口した直方体形状の箱部７１と、開口した箱部７１の上面に着脱自在な蓋部７２とから構成されている。蓋部７２の外周縁部には下方に屈曲させたフランジ７２ａがその全周に亘って形成され、箱部７１の上面に蓋部７２を装着すると、フランジ７２ａが箱部７１の外壁に嵌合して（この場合、メタルシールなどの真空シールは設けていない）、真空チャンバ３と隔絶された処理室７０が画成される。そして、真空排気手段２を作動させて真空チャンバ３を所定圧力（例えば、１×１０−５Ｐａ）まで減圧すると、処理室７０が真空チャンバ３より高い圧力（例えば、５×１０−４Ｐａ）まで減圧される。これにより、付加的な真空排気手段を必要とすることなく、処理室７０内を適宜所定の真空圧に減圧できる。
【００２６】
図３に示すように、処理箱７の箱部７１には、上記のリング磁石Ｓの複数個及び金属蒸発材料ｖが相互に接触しないように収納される。リング磁石Ｓは、その開口面が上下に位置するようにし、上下方向に積み重ねると共に、箱部７１の底面に沿って並設される。上下に積み重ねた各リング磁石Ｓの周囲には、蒸発した金属原子の通過を許容する外挿体８が配置される。
【００２７】
外挿体８は、複数本の線材８ａ（例えばφ０．１〜１０ｍｍ）を格子状に組付けた後、円筒状に成形したものであり、箱部７１の高さより低くなるように低寸され、上下に積み重ねた場合に各リング磁石Ｓを囲繞できるようになっている。この場合、外挿体８は、各リング磁石Ｓの外周面に挿着したときに相互に接触するように構成してもよい。また、上下に積み重ねた各リング磁石相互間にはスペーサー９が介在されている。スペーサー９は、複数本の線材９ａ（例えばφ０．１〜１０ｍｍ）を格子状に組付けた後に環状に成形したものである。
【００２８】
また、上下に積み重ねた各リング磁石Ｓの内側には、内部に蒸発材料ｖが充填できる内挿体１０が配置される。内挿体１０もまた、複数本の線材１０ａ（例えばφ０．１〜１０ｍｍ）を格子状に組付けた後、円筒状に成形したものであり、外挿体８と同じ高さに低寸されている。そして、箱部７１内で外挿体８が相互に接触するように設置した後、各外挿体８で区画された空間には粒状または薄片状の蒸発材料ｖが、外挿体８の上端と略一致するまで充填される。この状態で、外挿体８の内側にリング磁石Ｓをそれぞれ設置した後、当該リング磁石Ｓの内側に、内部に蒸発材料ｖが充填された内挿体１０が設置される。これにより、作業性よく処理箱７への蒸発材料ｖ及びリング磁石のセットが可能になる。
【００２９】
ここで、処理箱７、外挿体８、スペーサー９及び内挿体１０は、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔａまたはこれらの合金（希土類添加型Ｍｏ合金、Ｔｉ添加型Ｍｏ合金などを含む）やＣａＯ、Ｙ２
Ｏ３ 、或いは希土類酸化物から製作するか、またはこれらの材料を他の断熱材の表面に内張膜として成膜したものから構成されていることが好ましい。これにより、ＤｙやＴｂと反応してその表面に反応生成物が形成されることが防止できてよい。
【００３０】
また、蒸発材料ｖとしては、主相の結晶磁気異方性を大きく向上させるＤｙ及びＴｂまたはこれらに、Ｎｄ、Ｐｒ、Ａｌ、Ｃｕ及びＧａ等の一層保磁力を高める金属を配合した合金が用いられ、上記各金属を所定の混合割合で配合した後、例えばアーク溶解炉で溶解した後、粒状または薄片状に形成される。
【００３１】
これにより、１個の処理箱７内に収納されるリング磁石Ｓの数を増加させて（積載量が増加する）、量産性を高めることができる。また、内挿体１０及び外挿体８でリング磁石Ｓの内周面及び外周面全面がそれぞれ蒸発材料ｖと面する所謂サンドイッチ構造となるため、当該蒸発材料ｖを蒸発させたときに、この蒸発させた金属原子が、処理箱７内部に収納した全てのリング磁石Ｓの内周面及び外周面の略全体に亘って供給されて付着するようになる。その結果、ＤｙやＴｂ原子を磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させて、磁化及び保磁力を向上または回復させるという蒸気処理の効果が損なわれることはない。
【００３２】
真空チャンバ３には不活性ガス導入手段が設けられている。不活性ガス導入手段は、断面材４１で囲繞された空間５に通じるガス導入管１１を有し、ガス導入管１１が図示省略したマスフローコントローラを介して不活性ガスのガス源に連通している。そして、蒸気処理の間において、Ｈｅ、Ａｒ、ＮｅやＫｒ等の不活性ガスを一定量で導入するようにした。この場合、その不活性ガスの導入量を変化させるようにしてもよい（当初に不活性ガスの導入量を多くし、その後に少なくしたり若しくは当初に不活性ガスの導入量を少なくし、その後に多くしたり、または、これらを繰り返す）。不活性ガスは、例えば、蒸発材料ｖが蒸発を開始後や設定された加熱温度に達した後に導入され、設定された蒸気処理時間の間またはその前後の所定時間だけ導入すればよい。また、不活性ガスを導入したとき、真空チャンバ３内の不活性ガスの分圧が調節できるように、真空排気手段２に通じる排気管に開閉度が調節自在なバルブ１２を設けておくことが好ましい。
【００３３】
これにより、ＤｙやＴｂの金属原子の平均自由行程が短いことから、不活性ガスにより処理箱内で蒸発した金属原子が拡散し、直接リング磁石Ｓ表面に付着する金属原子の量が減少すると共に、複数の方向から磁石表面に供給されるようになり、当該リング磁石Ｓと蒸発材料ｖとの間の間隔が狭い場合でも、線材８ａの影となる部分まで蒸発した金属原子（ＤｙやＴｂ）が回り込んで付着する。その結果、金属原子が結晶粒内に過剰に拡散し、最大エネルギー積及び残留磁束密度を低下させることや局所的に保磁力の高い部分と低い部分とが存在することを抑制でき、減磁曲線の角型性が損なわれることを防止できる。
【００３４】
次に、本実施形態の蒸気処理について説明する。先ず、箱部７１内に、熱処理を経たリング磁石Ｓと蒸発材料ｖとを上述のように設置する（これにより、処理室７０内でリング磁石Ｓと蒸発材料ｖが離間して配置される）。そして、箱部７１の開口した上面に蓋部７２を装着した後、真空チャンバ３内で加熱手段４によって囲繞された空間５内でテーブル６上に処理箱７を設置する（図２参照）。そして、真空排気手段２を介して真空チャンバ３を所定圧力（例えば、１×１０−４Ｐａ）に達するまで真空排気して減圧し、（処理室７０は、５×１０−３Ｐａ程度の圧力まで真空排気される）、真空チャンバ３が所定圧力に達すると、加熱手段４を作動させて処理室７０を加熱する。この状態では、真空チャンバ内の圧力に略一定である。 
【００３５】
処理室７０内の温度が所定温度に達すると、処理室７０のＤｙが、処理室７０と略同温まで加熱されて蒸発を開始し、処理室７０内にＤｙ蒸気雰囲気が形成される。このときの処理室７０内の圧力を真空排気手段２の排気速度を一定に保持する等により０．１Ｐａ以下、好ましくは１０−２Ｐａ以下に保持する。これにより、リング磁石Ｓに酸素などの不純物が取り込まれ難くなって、磁化及び保磁力が一層向上または回復した高性能磁石が得られる。そして、Ｄｙの蒸発開始後、処理室７０内の温度が所定温度に達すると、ガス導入手段を作動させて一定の導入量で真空チャンバ３内に不活性ガスを導入する。このとき、不活性ガスが処理箱７内にも導入され、当該不活性ガスにより処理室７０内で蒸発した金属原子が拡散される。
【００３６】
Ｄｙが蒸発を開始した場合、リング磁石ＳとＤｙとを相互に接触しないように配置されているため、溶けたＤｙが、表面Ｎｄリッチ相が溶けたリング磁石Ｓに直接付着することはない。そして、処理室７０の温度が所定温度に達すると、略一定温度に保持され、処理室７０内で拡散されたＤｙ蒸気雰囲気中のＤｙ原子が、直接または衝突を繰返して複数の方向から、Ｄｙと略同温まで加熱されたリング磁石Ｓ内周面表面略全体に向かって供給されて付着し、この付着したＤｙが焼結磁石Ｓの結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散されて永久磁石Ｍが得られる。
【００３７】
ここで、Ｄｙ層（薄膜）が形成されるように、Ｄｙ蒸気雰囲気中のＤｙ原子が焼結磁石Ｓの表面に供給されると、焼結磁石Ｓ表面で付着して堆積したＤｙが再結晶したとき、永久磁石Ｍ表面を著しく劣化させ（表面粗さが悪くなる）、また、処理中に略同温まで加熱されている焼結磁石Ｓ表面に付着して堆積したＤｙが溶解して焼結磁石Ｓ表面に近い領域における粒界内に過剰に拡散し、磁気特性を効果的に向上または回復させることができない。
【００３８】
つまり、焼結磁石Ｓ表面にＤｙの薄膜が一度形成されると、薄膜に隣接した焼結磁石表面Ｓの平均組成はＤｙリッチ組成となり、Ｄｙリッチ組成になると、液相温度が下がり、焼結磁石Ｓ表面が溶けるようになる（即ち、主相が溶けて液相の量が増加する）。その結果、焼結磁石Ｓ表面付近が溶けて崩れ、凹凸が増加することとなる。その上、Ｄｙが多量の液相と共に結晶粒内に過剰に侵入し、磁気特性を示す最大エネルギー積及び残留磁束密度がさらに低下する。
【００３９】
本実施形態では、蒸発材料ｖがＤｙであるとき、このＤｙの蒸発量をコントロールするため、加熱手段４を制御して処理室７０内の温度を８００℃〜１０５０℃、好ましくは９５０℃〜１０５０℃の範囲に設定することとした（例えば、処理室内温度が９００℃〜１０００℃のとき、Ｄｙの飽和蒸気圧は約１×１０−２〜１×１０−１Ｐａとなる）。
【００４０】
処理室７０内の温度（ひいては、焼結磁石Ｓの加熱温度）が８００℃より低いと、焼結磁石Ｓ表面に付着したＤｙ原子の結晶粒界及び／または結晶粒界層への拡散速度が遅くなり、焼結磁石Ｓ表面に薄膜が形成される前に焼結磁石の結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させて均一に行き渡らせることができない。他方、１０５０℃を超えた温度では、Ｄｙの蒸気圧が高くなって蒸気雰囲気中のＤｙ原子が焼結磁石Ｓ表面に過剰に供給される虞がある。また、Ｄｙが結晶粒内に拡散する虞があり、Ｄｙが結晶粒内に拡散すると、結晶粒内の磁化を大きく下げるため、最大エネルギー積及び残留磁束密度がさらに低下することになる。
【００４１】
それに併せて、バルブ１１の開閉度を変化させて、真空チャンバ３内の導入した不活性ガスの分圧が１ｋＰａ〜３０ｋＰａの範囲となるようにした。１ｋＰａより低いと、Ｄｙの強い直進性の影響を受けて、Ｄｙ原子が局所的に焼結磁石Ｓに付着し、減磁曲線の角型性が損なわれる。他方、３０ｋＰａを超えると、不活性ガスによりＤｙの蒸発が抑制され、Ｄｙ原子が効率よく焼結磁石Ｓ表面に供給されず、処理時間が過剰に長くなる。
【００４２】
これにより、Ａｒなどの不活性ガスの分圧を調節してＤｙの蒸発量をコントロールし、当該不活性ガスの導入によって、蒸発したＤｙ原子を処理箱内で拡散させることで、リング磁石ＳへのＤｙ原子の供給量を抑制しながらその表面全体にＤｙ原子を付着させることと、リング磁石Ｓを所定温度範囲で加熱することによって拡散速度が早くなることとが相俟って、リング磁石Ｓ表面に付着したＤｙ原子を、リング磁石Ｓ表面で堆積してＤｙ層（薄膜）を形成する前にリング磁石Ｓの結晶粒界及び／または結晶粒界相に効率よく拡散させて均一に行き渡らせることができる。その結果、永久磁石Ｍ表面が劣化することが防止され、また、リング磁石表面に近い領域の粒界内にＤｙが過剰に拡散することが抑制され、結晶粒界及び／または結晶粒界相にＤｙリッチ相（Ｄｙを５〜８０％の範囲で含む相）を有し、さらには結晶粒の表面付近にのみＤｙが拡散することで、磁化および保磁力が効果的に向上または回復する。
【００４３】
また、処理室７０を１０−４Ｐａまで真空引きし、昇温工程においても所定圧力に保持し、その後に不活性ガスを導入しつつ真空蒸気処理を施すことで、永久磁石Ｍ表面に酸素などの不純物が取り込まれ難くなり、永久磁石Ｍの酸素含有量は、当該真空蒸気処理前の焼結磁石と略同等であり、その上、仕上げ加工が不要な生産性に優れた永久磁石Ｍが得られる。
【００４４】
それに加えて、当該処理箱７内で蒸発した金属原子が拡散されて存在し、リング磁石Ｓが、細い線材８１を格子状に組付けたスペーサー８に載置され、当該焼結磁石Ｓと金属蒸発材料ｖとの間の間隔が狭い場合でも、線材８１の影となる部分まで蒸発したＤｙやＴｂが回り込んで付着する。その結果、局所的に保磁力の高い部分と低い部分とが存在することが抑制でき、焼結磁石Ｓに上記真空蒸気処理を施しても減磁曲線の角型性が損なわれることを防止でき、高い量産性を達成できる。
【００４５】
最後に、上記処理を所定時間（例えば、４〜４８時間）だけ実施すると、アニール工程へと移行する。アニール工程においては、加熱手段４の作動を停止させると共に、ガス導入手段による不活性ガスの導入を一旦停止する。引き続き、不活性ガスを再度導入し（１００ｋＰａ）、金属蒸発材料ｖの蒸発を停止させる。なお、不活性ガスの導入を停止せず、その導入量のみを増加させて蒸発を停止させるようにしてもよい。そして、処理室７０内の温度を例えば５００℃まで一旦下げる。引き続き、加熱手段４を再度作動させ、処理室７０内の温度を４５０℃〜６５０℃の範囲に設定し、一層保磁力を向上または回復させるために、熱処理を施す。そして、略室温まで急冷し、処理箱７を真空チャンバ３から取り出す。そして、処理箱７の蓋部７２を取り外し、内挿体１０を回収した後、永久磁石が回収される。この場合、各外挿体８と各外挿体８周囲の蒸発材料ｖは回収せず、次の蒸気処理に備える。蒸発材料ｖは、適宜追加するようにすればよい。
【００４６】
尚、上記実施形態では、熱処理工程と蒸気処理工程とを分けて実施するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、熱処理工程での処理温度と蒸気処理工程での処理温度とが同一範囲にある場合には、上記真空処理装置にて両工程を同時に行うこともできる。
【００４７】
また、上記実施形態では、外挿体８、スペーサー９及び内挿体１０として、線材８ａ、９ａ、１０ａを格子状に組付けて構成したものについて説明したが、これに限定されるものではなく、蒸発した金属原子の通過を許容するものであれば、その形態を問わない。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、蒸発材料としてＤｙを用いるものを例として説明したが、最適な拡散速度を早くできる焼結磁石Ｓの加熱温度範囲で、蒸気圧が低いＴｂを用いた場合、処理室７０を９００℃〜１１５０℃の範囲で加熱すればよい。９００℃より低い温度では、焼結磁石Ｓ表面にＴｂ原子を供給できる蒸気圧に達しない。他方、１１５０℃を超えた温度では、Ｔｂが結晶粒内に過剰に拡散してしまい、最大エネルギー積及び残留磁束密度を低下させる。
【００４９】
また、ＤｙやＴｂを結晶粒界及び／または結晶粒界相に拡散させる前に焼結磁石Ｓ表面に吸着した汚れ、ガスや水分を除去するために、真空排気手段１１を介して真空チャンバ１２を所定圧力（例えば、１×１０−５Ｐａ）まで減圧し、処理室７０が真空チャンバ１２より略半桁高い圧力（例えば、５×１０−４Ｐａ）まで減圧した後、所定時間保持するようにしてもよい。その際、加熱手段４を作動させて処理室７０内を例えば１００℃に加熱し、所定時間保持するようにしてもよい。
【００５０】
さらに、上記実施形態では、箱部７１の上面に蓋部７２を装着して処理箱７を構成するものについて説明したが、真空チャンバ３と隔絶されかつ真空チャンバ３を減圧するのに伴って処理室７０が減圧されるものであれば、これに限定されるものではなく、例えば、箱部７１に蒸発材料ｖと焼結磁石Ｓを収納した後、その上面開口を例えばＭｏ製の箔で覆うようにしてもよい。他方、例えば、真空チャンバ３内で処理室７０を密閉できるようにし、真空チャンバ３とは独立して所定圧力に保持できるように構成してもよい。
【００５１】
また、処理箱内にリング磁石Ｓと蒸発材料ｖとを配置するものを例に説明したが、リング磁石Ｓと蒸発材料ｖとを異なる温度で加熱できるように、例えば、真空チャンバ内に、処理室とは別個に蒸発室（他の処理室：図示せず）を設けると共に蒸発室を加熱する他の加熱手段を設け、蒸発室で蒸発材料を蒸発させた後、処理室と蒸発室とを連通する連通路を介して、処理室内の磁石に、蒸気雰囲気中の金属原子が供給されるようにしてもよい。これにより、一台の蒸気処理装置において熱処理工程と蒸気処理工程とを行うことができ、有利である。
【実施例１】
【００５２】
実施例１では、図２の蒸気処理装置１を用い、以下の条件で熱処理を施しつつ、蒸気処理を施して永久磁石Ｍを得た。リング磁石Ｓとしては、配合組成が、１５Ｎｄ−１３Ｐｒ−２Ｄｙ−１Ｂ−５Ｃｏ−０．０５Ａｌ−０．７Ｇａ−Ｂａｌ．Ｆｅの急令粉末をホットプレスした後、８００℃で熱間塑性加工し、その外径が４５ｍｍ、内径が３５ｍｍ、長２５ｍｍの寸法を有するように製作した。そして、希硝酸によるケミカルエッチングを実施し、前処理を施した。このときのＢｒは１１．５ｋＧであった（比較例１）。なお、上記リング磁石を１０２５℃の温度で５時間熱処理を施したところ、１２．６ｋＧであった（比較例２）。
【００５３】
また、リング磁石は、長さ５００ｍｍ、幅５００ｍｍ、高さ６０ｍｍの寸法を有する処理箱の箱部内に所定の間隔をおいて並設し、そして、各リング磁石の周囲を外挿体８で囲繞した。そして、スペーサを介してリング磁石を３段まで積み重ねた後、当該外挿体８で区画された空間に粒状の蒸発材料ｖを、外挿体８の上端と略一致するまで充填した。そして、リング磁石Ｓの内側に、内部に蒸発材料ｖが充填された内挿体１０を設置した。この場合、蒸発材料ｖとして粒径が３ｍｍのＤｙ（９９％）を用い、また、内挿体１０、外挿体８及びスペーサー９を構成するＭｏ製の線材の径を０．３ｍｍとした。
【００５４】
上記のようにリング磁石を収容した処理箱を真空チャンバに設定した後、真空チャンバ３内を真空引きし、その圧力が１０−４Ｐａに達した後、加熱手段４を作動させ、処理室７０内の温度を８００℃〜１１００℃までの所定温度とし、処理時間を６時間に設定して上記熱処理工程及び蒸気処理工程を同時に行った。なお、蒸気処理中に所定の不活性ガスを所定圧力で導入した。
【００５５】
図５は、処理室の温度を５０℃間隔で変化させて処理したときのリング磁石の磁気特性を示す表である。これによれば、処理温度が８００℃または１１００℃のとき、保磁力を向上させることができているものの、残留磁束密度が比較例１及び比較例２のものに比べて低下していることが判る（約１０ｋＧ）。それに対して、処理温度が８５０℃〜１０５０℃の範囲であるとき、残留磁束密度を１０ｋＧ以上高くなっている上、保磁力も１０ｋＯｅ以上高くなっていることが判る。この結果より、熱処理工程を８５０℃〜１０５０℃の範囲内の温度で行えば、特に残留磁束密度を向上させることができることが確認できた。
【００５６】
図６（ａ）は、上記実施例１において処理温度を１０５０℃に設定して得た永久磁石の断面ＳＥＭ写真であり、図６（ｂ）は、比較例１の断面ＳＥＭ写真である。これによれば、比較例１では、結晶粒が１μｍ以下のため小さすぎて確認できないのに対して、実施例１では、約１０μｍの結晶粒が確認され、粒成長していることが判る。
【００５７】
また、図７は、上記実施例１において処理温度を１０５０℃に設定して得た永久磁石のＣＯＭＰＯ像とＤｙ、ＮｄのＥＰＭＡ像を示す。これによれば、結晶粒界にＤｙが偏在していることが確認された。また、Ｎｄ濃度については、結晶粒内と結晶粒界とで比較したとき、結晶粒内のＮｄ濃度が結晶粒界のＮｄ濃度より高いことが確認された。
【符号の説明】
【００５８】
１…蒸気処理装置、２…真空排気手段、３…真空チャンバ、４…加熱手段、７…処理箱、７１…箱部、７２…蓋体、８…外挿体、９…スペーサー、１０…内挿体、８ａ、９ａ、１０ａ…線材、Ｓ…リング磁石、ｖ…蒸発材料
【図１】
2011035001.tif 000003
【図２】
2011035001.tif 000004
【図３】
2011035001.tif 000005
【図４】
2011035001.tif 000006
【図５】
2011035001.tif 000007
【図６】
2011035001.tif 000008
【図７】
2011035001.tif 000009