(57)【要約】      （修正有）【課題】ジスプロシウム（Ｄｙ）を用いることなく、かつ、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系化合物により成形される硬磁性体の磁粉を用いる。磁粉を金型により複数回加圧することにより一次成形体を形成し（加圧工程、Ｓ２）、一次成形体を磁粉の分解温度未満の温度で加熱して、隣接する磁粉の表面同士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、Ｓ３）。【選択図】図１
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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系化合物またはＦｅ−Ｎ系化合物により成形される硬磁性体の磁粉を用いて、前記磁粉を金型により複数回加圧することにより一次成形体を形成する加圧工程と、
前記一次成形体を前記磁粉の分解温度未満の温度で加熱して、隣接する前記磁粉の表面同士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】
前記焼成工程は、前記一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱して、前記磁粉の表面に生成される酸化膜により前記磁粉の表面同士を接合させることにより前記二次成形体を形成する、請求項１の磁石の製造方法。
【請求項３】
前記加圧工程は、２〜３０回加圧する、請求項１または２の磁石の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３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】
また、特開昭６２−２０６８０１号公報（特許文献４）には、合金粉末に対してステアリン酸を混合して、粉末粒子にステアリン酸を被覆した後に圧縮成形し、その後に焼結することが記載されている。
【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６２−２０６８０１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１，４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、磁粉を焼結しないため、成形された磁石において粉末間に隙間が残った状態となる。つまり、磁粉の密度が、焼結の場合に比べて低くなる。その結果、焼結の場合に比べて、残留磁束密度が低くなる。
【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、かつ、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系化合物により成形される硬磁性体の磁粉を用いて、前記磁粉を金型により複数回加圧することにより一次成形体を形成する加圧工程と、前記一次成形体を前記磁粉の分解温度未満の温度で加熱して、隣接する前記磁粉の表面同士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】
本手段に係る磁石の製造方法によれば、硬磁性体の磁粉として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（Ｄｙ）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。ここで、本手段において、焼成工程は、焼結を行うのではなく、焼成によって隣接する磁粉の表面同士を接合させることにより、二次成形体を形成している。つまり、二次成形体は、一次成形体にて形成された隙間が残存している状態となる。
【００１２】
ただし、加圧工程において磁粉を金型により複数回加圧することにより、前回加圧時における磁粉の配列状態に対して、磁粉が再配列されることになる。１回の加圧を行う場合に比べて、複数回の加圧を行うことにより、一次成形体における磁粉間の隙間が小さくなる。従って、一次成形体において磁粉が存在しない領域が少なくなることで、焼成工程後の二次成形体による残留磁束密度を高くすることができる。
【００１３】
本手段に係る磁石の製造方法の好適態様について、以下に説明する。
（請求項２）好ましくは、前記焼成工程は、前記一次成形体を酸化性雰囲気にて加熱して、前記磁粉の表面に生成される酸化膜により前記磁粉の表面同士を接合させることにより前記二次成形体を形成する。このように、酸化膜によって磁粉の表面同士を接合させることによって二次成形体を形成しているため、磁石の抗折強度を高くすることができる。
【００１４】
（請求項３）好ましくは、前記加圧工程は、２〜３０回加圧する。２回以上の加圧回数とすることで、１回に比べて、飛躍的に磁粉間の隙間を小さくできる。また、３０回より多くの加圧回数としたとしても、磁粉間の隙間がほとんど変化しない。そこで、２〜３０回の加圧回数とすることで、高い残留磁束密度を確実に得つつ、製造工数の増加を招来しないようにできる。
【００１５】
（磁石）
（請求項４）本手段に係る磁石は、上述した磁石の製造方法によって製造される。これにより、上記製造方法による効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の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の混合工程の初期状態を示す図である。
【図２Ｂ】図１の混合工程の終了状態を示す図である。
【図３Ａ】図１の加圧工程の初期状態を示す図である。
【図３Ｂ】図１の加圧工程の中間状態を示す図である。
【図３Ｃ】図１の加圧工程の終了間際の状態を示す図である。
【図４】図１の加圧工程の終了時における一次成形体の組織断面模式図である。
【図５】図１の焼成工程の終了時における二次成形体の組織断面模式図である。
【図６】図１のコーティング工程の終了時における三次成形体の組織断面模式図である。
【図７】図１に示す焼成工程の熱処理工程図である。
【図８】加圧工程における加圧回数と一次成形体の密度比率の関係を示す図である。
【図９】加圧回数、加圧工程での加熱の有無を変化させた場合における一次成形体の密度比率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態の磁石の製造方法について、図１〜図７を参照して説明する。磁石の素材としての硬磁性体の磁粉１０と、常温で粉状の潤滑剤６０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】
そして、図１および図２Ａに示すように、準備した磁粉１０および潤滑剤６０をすり鉢などの混合用容器１に入れて、混合することにより混合粉体１０，６０を準備する（図１のステップＳ１）。
【００１９】
ここで、磁粉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。磁粉１０には、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３、または、Ｆｅ１６Ｎ２が好適に用いられる。磁粉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、磁粉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。
【００２０】
潤滑剤６０には、金属石けん粉末を用いる。潤滑剤６０は、例えば、ステアリン酸亜鉛などのステアリン酸系金属の粉末を用いる。潤滑剤６０の平均粒径は、１０μｍ程度である。つまり、潤滑剤６０の平均粒径は、磁粉１０の平均粒径より大きい。ここで、潤滑剤６０の比重は、磁粉１０の比重より小さい。そのため、潤滑剤６０の初期状態の大きさをある程度大きくすることで、潤滑剤６０の１粒あたりの質量を大きくすることができ、混合する際に潤滑剤６０が舞い散ることを抑制できる。
【００２１】
ここで、磁粉１０と潤滑剤６０の体積割合は、磁粉１０を８０〜９０体積％で、潤滑剤６０を５〜１５体積％とする。残りは、添加剤である。そして、混合用容器１にて、磁粉１０と潤滑剤６０をすり潰しながら混合する。すり潰しながら混合することにより、図２Ｂに示すように、結合強度の低い潤滑剤６０が細分化され、潤滑剤６０の粒径が全体的に小さくなる。そのため、混合工程の終了時において、大きさが異なる潤滑剤６０が存在している。
【００２２】
さらに、混合工程の終了時において、混合粉体は、磁粉１０だけによる塊状の部分を少なくすることができ、潤滑剤６０の大きさを小さくできる。つまり、各磁粉１０に近接した位置に、細かくされた潤滑剤６０を存在させることができる。
【００２３】
続いて、図１のステップＳ２に示すように、混合粉体を加圧して、一次成形体１００（図３Ｃおよび図４に示す）を形成する（加圧工程）。この加圧工程の詳細について、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。
【００２４】
まず、図３Ａに示すように、金型２の中に、磁粉１０と粉状の潤滑剤６０との混合粉体を入れる。続いて、図３Ｂに示すように、金型３（上型）を移動させることにより、金型２，３により混合粉体１０，６０を加圧する。このとき、金型２，３による加圧力は、１〜２ＧＰａである。
【００２５】
そして、金型２，３による加圧は、２〜３０回行う。つまり、金型３に加圧力を付加した後に、金型３に付加する加圧力を緩めて、再び金型３に加圧力を付加する。そして、この動作を繰り返す。なお、金型３に付加する加圧力を緩める際には、金型３を上側へ移動させても良いし、金型３を上側へ移動させずに加圧力のみを低減させるようにしても良い。
【００２６】
さらに、加圧工程において、金型２，３を例えば外側面からヒータ（図示せず）などにより加熱することにより、金型２，３内の混合粉体１０，６０を加熱する。このときの混合粉体１０，６０の加熱温度（第一温度）は、磁粉１０の分解温度Ｔｅ２未満であって、潤滑剤６０の融点以上の温度である。従って、磁粉１０は分解されない。また、常温で固体（粉状）であった潤滑剤６０は、加圧工程の最中では融点以上で加熱されるため液体となる。
【００２７】
このように、混合粉体のうちの磁粉１０が加圧されている最中において、潤滑剤６０は固体ではなく液体となっており、温度に応じた粘度となっている。もちろん、加熱温度（第一温度）が高いほど、潤滑剤６０の粘度は低くなる。そして、液体となった潤滑剤６０は、偏析することなく、磁粉１０の表面に満遍なく付着する状態となる。図３Ｂでは、潤滑剤６０の形状を図示していない。
【００２８】
そして、加圧を繰り返すと、図３Ｃに示すように、徐々に、磁粉１０間の隙間が小さくなった一次成形体１００が形成される。これは、複数回加圧することにより、前回加圧時における磁粉１０の配列状態に対して、磁粉１０が再配列されるためである。そして、金型２，３内において、隣接する磁粉１０同士の間に液状の潤滑剤６０が介在することによって、磁粉１０同士が非常に滑らかに移動できる。磁粉１０の再配列と潤滑剤６０による滑りの相乗作用によって、一次成形体１００において磁粉１０間の隙間が小さくなる。
【００２９】
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して、二次成形体２００を形成する（焼成工程）。ここで、焼成前の一次成形体１００を図４に示す。図４に示すように、磁粉１０の間には、隙間２０が存在する。加熱後の二次成形体２００の組織断面の模式図は、図５に示すとおりである。
【００３０】
酸化性雰囲気にて一次成形体１００を加熱することで、磁粉１０の露出面が酸素と化学反応をして、磁粉１０の表面に酸化膜３０（図５の太線にて示す）が生成される。この酸化膜３０が隣接する磁粉１０の表面同士を接合する。つまり、酸化膜３０は磁粉１０において隙間２０に露出している部分に形成され、磁粉１０において隙間２０に露出していない部分は母材そのものとなる。従って、磁粉１０の全ての表面に酸化膜３０が形成されることはない。
【００３１】
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。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。さらに、加圧工程にて、一次成形体１００において磁粉１０が存在しない領域が少なくなることで、焼成工程後の二次成形体２００による残留磁束密度を高くすることができる。なお、二次成形体２００の密度は、５〜６g/cm3程度である。
【００３２】
ここで、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７に示すとおりである。
【００３３】
図７に示すように、加熱温度Ｔｅ１（第二温度）は、磁粉１０の化合物の分解温度Ｔｅ２未満に設定される。例えば、磁粉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、焼成工程における加熱温度Ｔｅ１は、２００〜３００℃程度とする。
【００３４】
また、酸化性雰囲気の酸素濃度および気圧は、磁粉１０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（第二温度）を２００〜３００℃程度にすることで、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３またはＦｅ１６Ｎ２の磁粉１０のいずれの場合にも、酸化膜３０を形成することができる。
【００３５】
続いて、図１のステップＳ４および図６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４０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）。
【００３６】
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。
【００３７】
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３０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、磁粉１０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。
【００３８】
さらに、酸化膜３０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、磁粉１０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３０の接合力により、内部の磁粉１０が自由に動作することを規制している。そのため、磁粉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。
【００３９】
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３０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。
【００４０】
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３０が形成されているため、当該酸化膜３０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。
【００４１】
ここで、上述したように、加圧工程において、混合粉体１０，６０に対して、金型２，３により複数回の加圧することを説明した。加圧回数を変化させたときに、加圧回数と一次成形体１００の密度比率との関係について、図８を参照して説明する。ただし、加圧回数と密度との関係を明確にするために、ここでは、加圧工程において、第一温度による加熱は行わないこととした。
【００４２】
図８には、加圧回数１回の場合における一次成形体１００の密度比率を１とした場合に、加圧回数を２回、２０回、１００回としたときの密度比率をプロットし、これらを二次式にて近似した曲線を記載している。
【００４３】
このように、加圧回数を２回にすることで、１回に比べて、飛躍的に磁粉１０間の隙間２０が小さくなることが分かる。また、３０回より多くの加圧回数としたとしても、磁粉１０間の隙間２０がほとんど変化しない。そこで、加圧回数を２〜３０回とすることにより、高い残留磁束密度を確実に得つつ、製造工数の増加を招来しないようにできる。なお、ここでは、コーティング膜４０を形成した一次成形体１００にて評価を行ったが、二次成形体２００および三次成形体３００においても上記同様の関係を有することは明らかである。
【００４４】
次に、加圧工程における加圧回数を１回と３０回とした場合のそれぞれについて、加圧工程における第一温度での加熱を行う場合と行わない場合に、一次成形体１００の密度を調べた。
【００４５】
上記ケース１〜４について、一次成形体１００の密度比率は、図９に示すとおりであった。ここで、密度比率は、加圧回数を１回とし、加圧工程での加熱を行わない場合を１とした。ケース２では、加圧工程で加熱を行うことにより、加圧回数１回であっても、一次成形体１００の密度は上昇した。
【００４６】
また、ケース１，３およびケース２，４の関係から、加圧回数を１回から３０回にすることで、一次成形体１００の密度比率の上昇は、同程度であった。つまり、ケース４に示すように、加圧回数を３０回とし、かつ、加圧工程にて加熱することによって、それぞれの効果が作用し、結果として一次成形体１００の密度を上昇させることができる。
【００４７】
＜その他＞
上記実施形態において、加圧工程にて混合粉体の加熱は、金型２，３を加熱することにより行った。この他に、混合粉体１０，６０を金型２に入れる直前に、混合粉体１０，６０を第一温度に加熱してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態において、潤滑剤６０は、常温で固体（粉状）のものを用いた。この他に、常温で液体の潤滑剤６０を用いることもできる。この場合にも、混合工程にて、液体の潤滑剤６０と磁粉１０とを混合すると良い。さらに、加圧工程にて加熱することで、潤滑剤６０の粘度が低下する。そのため、潤滑剤６０は、磁粉１０の表面に満遍なく行き渡る。その結果、磁粉１０同士が滑らかに移動できるため、一次成形体１００の密度が高くなる。
【符号の説明】
【００４９】
１００：一次成形体、  ２００：二次成形体、  ３００：三次成形体、  ２，３：金型、  １０：磁粉、  ２０：隙間、  ３０：酸化膜、  ４０：コーティング膜、  ６０：潤滑剤
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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