(57)【要約】【課題】  焼結前の成形体を任意の形状に加工可能とし、焼結後の焼結体の加工量を低減する。【解決手段】  希土類元素を含む原料合金粉を成形し、成形した成形体に対して非酸化性流体を用いた高圧流体加工を行って所定の形状に加工した後、焼結する。非酸化性流体としては、有機溶媒や油類等の非水系溶媒を用いる。高圧流体加工の際の非酸化性流体の噴出圧力は、３０〜１５０ＭＰａとし、そのために非酸化性流体の動粘度νは３０ｍｍ2／ｓ以下とする。また、非酸化性流体の分留点は３５０℃以下であることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素を含む原料合金粉の成形体が、非酸化性流体を用いた高圧流体加工により所定の形状に加工された後、焼結されていることを特徴とする希土類焼結磁石。
【請求項２】
希土類元素を含む原料合金粉を成形し、成形した成形体に対して非酸化性流体を用いた高圧流体加工を行って所定の形状に加工した後、焼結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３】
前記非酸化性流体は、非水系溶媒であることを特徴とする請求項２記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項４】
前記高圧流体加工の際の非酸化性流体の噴出圧力が３０〜１５０ＭＰａであることを特徴とする請求項２又は３記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項５】
前記非酸化性流体の動粘度νが３０ｍｍ2／ｓ以下であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項６】
前記非酸化性流体の分留点が３５０℃以下であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項７】
前記非酸化性流体の引火点が８０℃以上であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項８】
前記焼結前に成形体に対して脱脂処理を行うことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項９】
高圧流体加工を利用して前記成形体を所定の厚さで切断加工して薄板状とした後、高圧流体加工を利用して薄板状の成形体を所定形状に輪郭加工することを特徴とする請求項２記載の希土類焼結磁石の製造方法。
【請求項１０】
前記薄板状の成形体を複数枚積層した状態で、所定形状に輪郭加工することを特徴とする請求項９記載の希土類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、希土類元素を含む希土類焼結磁石及びその製造方法に関し、特に成形後の加工技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類焼結磁石、例えば希土類硼素系焼結磁石は、磁気特性に優れること等の利点を有することから、近年、その需要は益々拡大する傾向にある。このような状況から、希土類硼素系焼結磁石の磁気特性を向上するための研究開発や、品質の高い希土類焼結磁石を製造するための製造方法の改良等が各方面において進められている。
【０００３】
希土類焼結磁石の製造方法としては、粉末冶金法が知られており、低コストでの製造が可能なことから広く用いられている。粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造方法は、基本的には、先ず、原料合金インゴットを粗粉砕及び微粉砕し、粒径が数μｍ程度の原料合金微粉を得る。このようにして得られた原料合金微粉を静磁場中で磁場配向させ、磁場を印加した状態で成形を行う。磁場中成形後、成形体を真空中、または不活性ガス雰囲気中で焼結を行う。
【０００４】
前述の粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造においては、得られる希土類焼結磁石を所定の形状とするための輪郭加工が必要である。そして、具体的な加工方法として、原料合金微粉をプレスしてブロックを成形し、成形体を焼結した後に、ダイヤモンド砥石やカッター等を用いて切断加工を行い、１つのブロック状の焼結体から複数個の製品を切り出す方法が知られている。
【０００５】
しかしながら、前記加工方法を採用した場合、製造コストの点で問題が多い。例えば、輪郭加工により焼結体から多量の切粉（加工屑）が生じるが、この切粉は既に焼結されているため、再利用することは極めて困難であり、粉末の成形で得られる成形体の形状は平滑な面であることが要求され、製品形状が複雑になるほど焼結体のロスが多くなり、材料歩留まりの低下を招く。希土類焼結磁石を構成する材料は高価であるため、材料歩留まりの低下は、コストに対して致命的な欠陥となる。また、希土類焼結磁石の焼結体は、極めて硬く脆いうえに、加工負荷が大きいため、高精度な加工が困難であり、加工時間を長時間要するという問題もある。このように、焼結体の加工に要するコストが、製造コスト増加の大きな原因となっている。
【０００６】
また、前記のような焼結体を加工することによる問題を解消する手法としては、焼き上がり形状が最終製品に近い形状及び寸法になるようにプレス金型を設計し、これを用いて成形体を成形し、これを焼結する方法も考えられる。この場合、僅かな表面研削により最終製品の形状及び寸法に仕上げることができ、切粉の発生が僅かなもので済み、成形体の加工も不要である。
【０００７】
しかしながら、例えば弓形状等の異形状の成形体を作製する場合、焼き上がり形状が最終製品に近い形状及び寸法になるように成形体を作製すると、圧縮比の相違から成形体内部における材料密度にばらつきが生じ、成形体にクラックが入るという問題がある。クラックが入ると、その方向によっては焼結体の大部分が不良品となり、歩留まりを大きく低下させる原因となる。
【０００８】
以上のような状況から、焼結体の製造プロセスにおいて、成形体の段階で何らかの加工を行うことが検討されている。例えば特許文献１には、焼成前の弓形フェライト磁石用成形体の段階で、弓形フェライト磁石用成形体の外周または内周の端縁に回転砥石または回転ブラシにより面取り部を形成する技術が開示されている。特許文献２は、グリーン加工時における成形体の酸化を防止するために、希土類焼結磁石用微粉を成形してなる成形体を鉱物油、合成油、または植物油中に浸漬し、その状態の成形体を回転する加工刃で切断加工する技術が開示されている。特許文献３には、焼結磁石の製造に際し、磁石粉末の成形体を作製する工程と、ワイヤーソーを用いて前記成形体を加工する工程と、前記成形体を焼結する工程とを包含する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−６４４５１号公報
【特許文献２】特開平８−１８１０２８号公報
【特許文献３】特開２００３−３０３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば特許文献１に記載された技術を酸化反応性の高い希土類鉄硼素系磁石用の粉末成形体に適用すると、回転砥石や回転ブラシと成形体との間で摩擦熱が発生するため、成形体中の微粉が容易に大気雰囲気中の酸素や水分と反応し、最悪の場合、成形体が発火するおそれがある。また、そのような事態に陥らない場合でも、得られる磁石の磁気特性が劣化してしまう。
【００１０】
一方、特許文献２記載の技術では、切断後、焼結前に成形体から鉱物油等を除去する脱脂工程が不可欠であり、脱脂が不十分な場合には油に含まれる炭素が焼結過程で不純物として機能し、磁石特性を劣化させてしまう。また、上記のブレードソーを用いた加工方法では、成形体の切断代を大きめに確保する必要があり、材料歩留まりが悪いという問題もある。さらに、特許文献３記載のワイヤーソーを用いて成形体を加工する方法では、従来の回転刃による場合に比べて切断代を低減できるものの、低減量としては不十分であり、歩留まり向上の観点からは不満が残る。
【００１１】
また、前記のいずれの方法においても、焼結前の成形体を高精度に加工することは困難であるため、最終製品の形状に仕上げるために、焼結後に大幅な加工が必要となる。したがって、従来の方法は、焼結体の加工に伴う問題の根本的な解決には至っていない。
【００１２】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、焼結前の成形体を高精度に加工することができ、焼結後の焼結体の加工量を低減することが可能で、製造コストや工数を大幅に削減することが可能な希土類焼結磁石及びその製造方法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】
【００１３】
前述の問題を解決するために、本発明に係る希土類焼結磁石は、希土類元素を含む原料合金粉の成形体が、非酸化性流体を用いた高圧流体加工により所定の形状に加工された後、焼結されていることを特徴とする。また、本発明に係る希土類焼結磁石の製造方法は、希土類元素を含む原料合金粉を成形し、成形した成形体に対して非酸化性流体を用いた高圧流体加工を行って所定の形状に加工した後、焼結することを特徴とする。
【００１４】
本発明では、焼結後に最終製品の形状や寸法に略一致するように、焼結前の成形体を加工する際、成形体を加工する手段として、高圧で噴出させた非酸化性流体の運動エネルギーを利用する。高圧な非酸化性流体の噴出による加工では、従来の成形体加工で採用されるワイヤーソーやブレードソーによる加工に比べて、高精度な加工が行われ、複雑な形状の加工も可能である。
【００１５】
したがって、高圧流体加工を焼結前の成形体の加工に適用することで、焼結後の焼結体の形状を最終形状に近づけることができ、従来の加工法に比べて、焼結後の焼結体に対する加工量が大幅に削減される。また、焼結後の加工量の低減は、焼結後の加工に用いられる治具等への加工負荷の低減に繋がり、治具等の長寿命化も実現される。
【００１６】
また、高圧流体加工で必要な切断代は、ワイヤーソーやブレードソー等による加工で必要な切断代に比べて小さくて済む。このため、成形体の加工に高圧流体加工を利用すれば、１つのブロック当たりから切り出される成形体の数が多数確保され、従来の加工法に比べて材料歩留まりが改善される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の希土類焼結磁石は、高圧の非酸化性流体で成形体の加工が行われ、焼結後の加工量が大幅に低減されるので、加工時間の短縮や製造コストの低減が実現される。したがって、本発明によれば、材料歩留まりに優れ、低コストな希土類焼結磁石を提供することができる。
【００１８】
また、本発明の希土類焼結磁石の製造方法によれば、焼結前の成形体に対して高圧の非酸化性流体で加工を行うようにしているので、焼結後の加工量及び焼結後加工に用いる治具の加工負荷を低減し、低コストにて希土類焼結磁石を製造することができる。焼結後の加工量及び焼結後加工に用いる治具の加工負荷を低減することができれば、希土類焼結磁石を所望の形状とするために必要な加工時間を短縮することができ、加工サイクルを短縮することができる。これらの点から希土類焼結磁石の製造コストを大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した希土類焼結磁石及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
先ず、本発明で製造される希土類焼結磁石について説明する。希土類焼結磁石、中でも希土類硼素系焼結磁石は、希土類元素、遷移金属元素及びホウ素を主成分とするものである。磁石組成は、目的に応じて任意に選択すればよい。
【００２１】
例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒ＝Ｙを含む希土類元素の１種または２種以上、Ｔ＝ＦｅまたはＦｅ及びＣｏを必須とする遷移金属元素の１種または２種以上、Ｂ＝ホウ素）系希土類焼結磁石とする場合、磁気特性に優れた希土類焼結磁石を得るためには、焼結後の磁石組成において、希土類元素Ｒが２７．０〜３２．０重量％、ホウ素Ｂが０．５〜２．０重量％、残部が実質的に遷移金属元素Ｔ（例えばＦｅ）となるような配合組成とすることが好ましい。希土類元素Ｒの量が２７．０重量％未満であると、軟磁性であるα−Ｆｅ等が析出し、保磁力が低下する。逆に、希土類元素Ｒが３２．０重量％を越えると、Ｒリッチ相の量が多くなって耐蝕性が劣化するとともに、主相である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、ホウ素Ｂが０．５重量％未満の場合には、高い保磁力を得ることができない。逆に、ホウ素Ｂが２．０重量％を越えると、残留磁束密度が低下する傾向がある。
【００２２】
ここで、希土類元素Ｒは、Ｙを含む希土類元素、すなわちＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる１種、または２種以上である。中でも、ＮｄやＰｒは、磁気特性のバランスが良いこと、資源的に豊富で比較的安価であることから、主成分をＮｄやＰｒとすることが好ましい。また、Ｄｙ2Ｆｅ14ＢやＴｂ2Ｆｅ14Ｂ化合物は、異方性磁界が大きく、ＤｙやＴｂをＮｄに対する置換元素として採用することは保磁力Ｈｃｊを向上させる上で有効である。
【００２３】
さらに、希土類焼結磁石は、添加元素Ｍを加えて、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ系希土類焼結磁石とすることも可能である。この場合、添加元素Ｍとしては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ等を挙げることができ、これらの１種または２種以上を選択して添加することができる。例えば、高融点金属であるＮｂ、Ｚｒ、Ｗ等の添加は、結晶粒成長を抑制する効果がある。勿論、これら組成に限らず、希土類焼結磁石の組成として従来公知の組成全般に適用可能であることは言うまでもない。
【００２４】
また、前述の希土類焼結磁石では、酸素の含有量を２５００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。これは、酸素含有量が２５００ｐｐｍを越えると、希土類元素が酸化物として存在する量が増加し、主相及び副相に存在すべき磁気的に有効な希土類元素が減少して保磁力が低下するという問題が生ずる。さらに、生成した酸化物は非磁性であり、焼結体の磁化の低下も招く。酸素量と酸化物の生成量の関係は、化合物の化学量論比にしたがって直線的関係を有するが、近年の磁石応用製品において高性能希土類磁石に要求される保磁力や磁化を満足させるためには、２５００ｐｐｍ以下であることが要求される。本発明においては、原料合金粉末に含まれる酸素量を１０００ｐｐｍ以下、特に４００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００２５】
さらに、希土類焼結磁石は、炭素（Ｃ）の含有量が１５００ｐｐｍ以下、窒素（Ｎ）の含有量が２００〜１５００ｐｐｍであることが好ましい。炭素の含有量が１５００ｐｐｍを越えると、炭素は希土類元素の一部と炭化物を形成し、磁気的に有効な希土類元素が減少して保磁力が低下する。また、窒素量を前記範囲とすることによって、優れた耐蝕性と高い磁気特性を両立させることができる。
【００２６】
前述の希土類焼結磁石は、粉末冶金法により製造されるものであり、焼結により焼結体とされる。以下、希土類焼結磁石の粉末冶金法による製造方法について説明する。
【００２７】
図１は、粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造プロセスの一例を示すものである。この製造プロセスは、基本的には、合金化工程１、粗粉砕工程２、微粉砕工程３、磁場中成形工程４、焼結工程５、時効工程６、加工工程７、及び表面処理工程８とにより構成される。なお、酸化防止のために、焼結後までの各工程は、ほとんどの工程を真空中、あるいは不活性ガス雰囲気中（窒素雰囲気中、Ａｒ雰囲気中等）で行う。
【００２８】
合金化工程１では、原料となる金属、あるいは合金を磁石組成に応じて配合し、不活性ガス、例えばＡｒ雰囲気中で溶解し、鋳造することにより合金化する。鋳造法としては、溶融した高温の液体金属を回転ロール上に供給し、合金薄板を連続的に鋳造するストリップキャスト法（連続鋳造法）が生産性等の観点から好適である。原料金属（合金）としては、純希土類元素、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。インゴットとして鋳造した場合には、凝固偏析を解消すること等を目的に、必要に応じて溶体化処理を行ってもよい。溶体化処理の条件としては、例えば真空またはＡｒ雰囲気下、７００〜１２００℃領域で１時間以上保持する。
【００２９】
粗粉砕工程２では、先に鋳造した原料合金の薄板、あるいはインゴット等を、粒径数百μｍ程度になるまで粉砕する。粉砕手段としては、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ることができる。粗粉砕性を向上させるために、水素を吸蔵させて脆化させた後、粗粉砕を行うことが効果的である。
【００３０】
前述の粗粉砕工程２が終了した後、通常、粗粉砕した原料合金粉に粉砕助剤を添加する。粉砕助剤としては、例えば脂肪酸系化合物等を使用することができるが、特に、脂肪酸アミドを粉砕助剤として用いることで、良好な磁気特性、特に高配向度で高い磁化を有する希土類焼結磁石を得ることができる。粉砕助剤の添加量としては、０．０３〜０．４重量％とすることが好ましい。粉砕助剤の添加量が０．０３重量％未満であると、潤滑剤の磁気特性に与える効果が十分に得られず、０．４重量％以下の添加量であれば、焼結後の残留炭素の量を効果的に低減することができ、希土類焼結磁石の磁気特性を向上させる上で有効である。
【００３１】
粗粉砕工程２の後、微粉砕工程３を行うが、この微粉砕工程３は、例えば気流式粉砕機等を使用して行われる。微粉砕の際の条件は、用いる気流式粉砕機に応じて適宜設定すればよく、原料合金粉を平均粒径が１〜１０μｍ程度、例えば３〜６μｍとなるまで微粉砕する。気流式粉砕機としては、ジェットミル等が好適である。ジェットミルは、高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粉体の粒子を加速し、粉体の粒子同士の衝突や、衝突板あるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。ジェットミルは、一般的に、流動層を利用するジェットミル、渦流を利用するジェットミル、衝突板を用いるジェットミル等に分類される。これらのジェットミルのうちでは、流動層を利用するジェットミル、及び渦流を利用するジェットミルが好ましく、特に流動層を利用するジェットミルが好ましい。例えば原料合金粉と粉砕助剤とは比重が大きく異なるが、流動層中及び渦流中では比重の違いにほとんど関係なく良好に粉砕及び混合が行なわれ、特に流動層中では比重の違いはほとんど問題とならないからである。
【００３２】
次に、本発明の希土類焼結磁石の製造方法について説明する。図１は、粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造プロセスの一例を示すものである。この製造プロセスは、基本的には、合金化工程１、粗粉砕工程２、微粉砕工程３、磁場中成形工程４、成形体加工工程５、焼結工程６、時効工程７、加工工程８、及び表面処理工程９とにより構成される。なお、酸化防止のために、焼結後までの各工程は、ほとんどの工程を真空中、あるいは不活性ガス雰囲気中（窒素ガス雰囲気中、Ａｒガス雰囲気中等）で行う。
【００３３】
合金化工程１では、原料となる金属、あるいは合金を磁石組成に応じて配合し、不活性ガス、例えばＡｒ雰囲気中で溶解し、鋳造することにより合金化する。鋳造法としては、溶融した高温の液体金属を回転ロール上に供給し、合金薄板を連続的に鋳造するストリップキャスト法（連続鋳造法）が生産性等の観点から好適である。原料金属（合金）としては、純希土類元素、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。インゴットとして鋳造した場合には、凝固偏析を解消すること等を目的に、必要に応じて溶体化処理を行ってもよい。溶体化処理の条件としては、例えば真空またはＡｒ雰囲気下、７００〜１２００℃領域で１時間以上保持する。
【００３４】
粗粉砕工程２では、先に鋳造した原料合金の薄板、あるいはインゴット等を、粒径数百μｍ程度になるまで粉砕する。粉砕手段としては、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ることができる。粗粉砕性を向上させるために、水素を吸蔵させて脆化させた後、粗粉砕を行うことが効果的である。
【００３５】
前述の粗粉砕工程２が終了した後、通常、粗粉砕した原料合金粉に粉砕助剤を添加する。粉砕助剤としては、例えば脂肪酸系化合物等を使用することができるが、特に、脂肪酸アミドを粉砕助剤として用いることで、良好な磁気特性、特に高配向度で高い磁化を有する希土類焼結磁石を得ることができる。粉砕助剤の添加量としては、０．０３〜０．４重量％とすることが好ましい。粉砕助剤の添加量が０．０３重量％未満であると、潤滑剤の磁気特性に与える効果が十分に得られず、０．４重量％以下の添加量であれば、焼結後の残留炭素の量を効果的に低減することができ、希土類焼結磁石の磁気特性を向上させる上で有効である。
【００３６】
粗粉砕工程２の後、微粉砕工程３を行うが、この微粉砕工程３は、例えば気流式粉砕機等を使用して行われる。微粉砕の際の条件は、用いる気流式粉砕機に応じて適宜設定すればよく、原料合金粉を平均粒径が１〜１０μｍ程度、例えば３〜６μｍとなるまで微粉砕する。気流式粉砕機としては、ジェットミル等が好適である。ジェットミルは、高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粉体の粒子を加速し、粉体の粒子同士の衝突や、衝突板あるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。ジェットミルは、一般的に、流動層を利用するジェットミル、渦流を利用するジェットミル、衝突板を用いるジェットミル等に分類される。これらのジェットミルのうちでは、流動層を利用するジェットミル、及び渦流を利用するジェットミルが好ましく、特に流動層を利用するジェットミルが好ましい。例えば原料合金粉と粉砕助剤とは比重が大きく異なるが、流動層中及び渦流中では比重の違いにほとんど関係なく良好に粉砕及び混合が行なわれ、特に流動層中では比重の違いはほとんど問題とならないからである。
【００３７】
微粉砕工程３の後、磁場中成形工程４において、原料合金微粉を磁場中にて成形する。具体的には、微粉砕工程３にて得られた原料合金微粉を電磁石を配置した金型内に充填し、磁場印加によって結晶軸を配向させた状態で磁場中成形する。磁場中成形は、成形圧力と磁界方向が平行な縦磁場成形、成形圧力と磁界方向が直交する横磁場成形のいずれであってもよい。さらに、磁界印加手段として、パルス電源と空芯コイルも採用することができる。この磁場中成形は、例えば７００〜１３００ｋＡ／ｍの磁場中で、１００〜２００ＭＰａ前後の圧力で行えばよい。  
【００３８】
この磁場中成形工程４に際しては、後述する成形体加工工程５において成形体の切断加工や輪郭の加工を行うので、成形体形状が最終製品にほぼ一致するような形状及び寸法とする必要はない。例えば、扇型の希土類焼結磁石の製造を考えた場合、成形体は扇型に成形する必要はなく、単純化した直方体形状とすればよい。
【００３９】
次に、成形体加工工程５において、成形体に加工を施して任意の形状とするが、本発明では、高圧で噴出させた流体のエネルギーを利用した高圧流体加工を成形体の加工に利用する。高圧の流体を噴出するノズルを移動させることにより、ブロック状の成形体の厚み方向の切断加工や、所定の厚みに切断された成形体の輪郭加工等、任意の加工が可能であり、例えばワイヤーカットやディスク状の刃物では加工が不可能または非常に困難な、扇形形状等の複雑な形状の希土類焼結磁石の成形体の輪郭加工を容易に行うことができる。
【００４０】
高圧（〜３００ＭＰａ）で噴出される水を利用して被加工物を切断する加工技術は従来から知られており、加工時の発熱が少ないこと、粉塵の発生が少ないこと、脆性を示す材料の加工に適すること、切断代が小さい等の特長を有することから様々な分野において利用されているが、希土類焼結磁石の成形体の加工に前記技術をそのまま適用することはできない。希土類焼結磁石の成形体の切断に水を利用すると、水によって成形体を構成する希土類元素の酸化が進行し、希土類焼結磁石の磁気特性等を低下させるおそれがあるからである。
【００４１】
そこで、本発明においては、水の代わりに非酸化性流体を用いて成形体を切断する。これにより、希土類元素の酸化を防止しつつ、水を用いたときと同様の利点を得ることができる。
【００４２】
高圧流体加工における流体としては、前記の通り、希土類焼結磁石の原料合金粉末の酸化を防ぐため、非酸化性の流体、例えば水を含有しない非水系の流体を用いる。具体的には、例えば、鉱物油、植物油等の油類や有機溶媒等である。アルコール等の親水性溶媒等は、希土類焼結磁石の原料合金粉末を酸化させ、希土類焼結磁石の磁気特性を劣化させるおそれがあるので、使用を避けることが望ましい。
【００４３】
使用する流体は、基本的には非酸化性流体であれば如何なるものであっても構わないが、成形体の切断に必要な高圧を得るためには、動粘度νが低いことが要求される。具体的には、非酸化性流体の使用温度での動粘度νは、３０ｍｍ2／ｓ以下であることが好ましい。非酸化性流体の動粘度νが３０ｍｍ2／ｓを越えると、切断に必要な高圧での噴出が難しくなり、例えば切断代の小さい加工が難しくなるおそれがある。より好ましくは動粘度ν２０ｍｍ2／ｓ以下であり、動粘度νを２０ｍｍ2／ｓ以下とすることで切断に必要な圧力を容易に得ることができる。
【００４４】
また、成形体加工工程５においては、切断に用いた流体が成形体に付着するが、この流体が焼結完了までに除去されない場合、炭化物として残留して希土類焼結磁石の磁気特性を低下させるおそれがある。したがって、これを防止する観点から、用いる非酸化性流体の分留点は、低いことが好ましい。具体的には、分留点が３５０℃以下の非酸化性流体を用いることが好ましい。さらには、用いる非酸化性流体には、希土類焼結磁石の原料粉末の万が一の発火を防止する観点から、難燃性であることも要求される。したがって、安全性を考慮すると、使用する非酸化性流体は、引火点が８０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましい。
【００４５】
前記のような各種条件を満たす油としては、具体的には分留点が２００〜３００℃、常温での動粘度が１．０ｃｓｔ（１ｍｍ2／ｓ）の合成油（出光興産社製、商品名ＤＮ．ロ−ルオイル．ＡＬ−３５）等が挙げられる。さらには、防錆油や潤滑油等も使用可能である。ここで、防錆油としては、出光興産社製、商品名ダフニースーパーコートＮＲ（４０℃での動粘度３．２６６ｍｍ2／ｓ、引火点９６℃）等を挙げることができ、潤滑油としては、放電加工用の出光興産社製、ダフニーカット（４０℃での動粘度２．５６ｍｍ2／ｓ、引火点８７℃）等を挙げることができる。
【００４６】
前述のような非酸化性流体を用いた高圧流体加工は、例えば超高圧流体を発生させるための超高圧ポンプと、ノズルもしくはワークを移動させる切断装置等により行い、成形体切断時の流体の圧力は、例えば３０ＭＰａ〜１５０ＭＰａとすることが好ましい。また、高圧流体で成形体を加工する順序は任意であり、例えばボイスコイルモータ用磁石の一般的な形状である扇形状の希土類焼結磁石を作製する場合、略直方体のブロック状に成形してなる成形体を、所定の厚みの薄板状に切断加工し、次に、切断した成形体を例えば扇形に輪郭加工する順序とすることができる。このとき、薄板状の成形体を一枚ずつ高圧流体で輪郭加工してもよいが、生産性の観点から、薄板状の成形体を複数枚積層し、複数枚を一度に高圧流体で輪郭加工することが好ましい。あるいは、逆に、略直方体のブロック状に成形してなる成形体を例えば扇形状に輪郭加工し、その後厚み方向に切断加工する順序でもかまわない。
【００４７】
ここで、非酸化性流体の噴出圧力が３０ＭＰａより小さいと成型体の切断・加工が困難になり、１５０ＭＰａより大きいと、超高圧流体を導き噴射させるための、超高圧配管、スイベルジョイント、ノズル、オンオフバルブ等の超高圧アタッチメントに負荷がかかり、機械的な面での問題が発生しやすくなり、適当ではない。
【００４８】
高圧流体による成形体の加工は、通常の刃物等を用いた加工に比較して、加工時に希土類焼結磁石の原料合金粉末を酸化させ難いという利点を有する。このため、成形体加工工程５を大気雰囲気で行ってもよい。勿論、これに限らず、成形体加工工程５において、希土類焼結磁石の原料合金粉末の酸化を確実に防ぐため、加工雰囲気を例えば窒素ガス等の非酸化性雰囲気とする等、雰囲気の制御を行ってもよい。
【００４９】
成形体を高圧流体で加工することによって成形体から生じる切粉や粉塵等の加工屑は、加工に使用した後の廃油（廃流体）中に含まれるので、廃油をフィルター等で濾過することにより、容易に回収することができる。回収した加工屑は、焼結前の成形体から発生したものであり、焼結後の焼結体を加工することにより発生する加工屑に比べて、希土類焼結磁石の原料として比較的容易に再利用できる。回収した加工屑は、希土類焼結磁石の製造工程における焼結前の段階の原料として使用することができ、例えば粉砕工程、より具体的には微粉砕工程３、あるいは磁場中成形工程４等において、原料として利用することができる。
【００５０】
なお、回収した加工屑には非酸化性流体、例えば油等が付着しているので、原料として再利用する前には、加工屑を適当な溶媒で洗浄し、油等を除去してから使用することが好ましい。また、回収した加工屑を再利用する際には、単独での利用に限らず、他の原料と混合して利用することもできる。
【００５１】
希土類焼結磁石の原料は極めて高価であるため、成形体の加工屑を回収して再利用することで材料歩留まりを向上することができ、希土類焼結磁石の製造コスト低減が可能となる。また、加工時に発生する加工屑は廃油中に含まれるので、加工屑は酸素から完全に遮断される。したがって、回収後の加工屑の酸化を抑制し、希土類焼結磁石の原料として再利用したときの磁気特性の低下を抑制することが可能である。さらに、通常の乾式において、成形体の加工の際に生じた加工屑の回収に必要な酸化防止装置が不要となるので、装置の簡素化が可能となり、装置コストの低減を図ることもできる。
【００５２】
次に、焼結工程６において、所定の形状に加工した成形体に対して焼結処理を実施する。すなわち、前述のように高圧流体で所望の形状に加工した成形体を、真空または不活性ガス雰囲気中（窒素ガス雰囲気中、Ａｒガス雰囲気中等）で焼結する。
【００５３】
焼結工程６においては、必要に応じて、焼結に先立って脱脂処理を行う。脱脂処理は、例えば温度１００〜５００℃、圧力１０-1Ｔｏｒｒ以下の条件下で３０分以上保持して行う。この処理により、加工屑中に残留した有機溶媒、油等の流体を十分に除去することができる。なお、保持温度は、１００〜５００℃の温度範囲であれば一点に固定する必要はなく、異なる二点以上の温度に保持するようにしてもよい。また、例えば１０-1Ｔｏｒｒ以下の圧力下で、室温から５００℃までの昇温速度を１０℃／分以下、好ましくは５℃／分以下とすることによっても、前記処理と同様な効果を得ることができる。
【００５４】
焼結温度は、組成、粉砕方法、粒度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、例えば１０００〜１１５０℃で５時間程度焼結すればよく、焼結後、急冷することが好ましい。
【００５５】
焼結後、時効工程７において、得られた焼結体に時効処理を施すことが好ましい。この時効処理は、得られる希土類焼結磁石の保磁力Ｈｃｊを制御する上で重要な工程であり、例えば不活性ガス雰囲気中あるいは真空中で時効処理を施す。時効処理としては、２段時効処理が好ましく、１段目の時効処理工程では、８００℃前後の温度で１〜３時間保持する。次いで、室温〜２００℃の範囲内にまで急冷する第１急冷工程を設ける。２段目の時効処理工程では、５５０℃前後の温度で１〜３時間保持する。次いで、室温まで急冷する第２急冷工程を設ける。６００℃近傍の熱処理で保磁力Ｈｃｊが大きく増加するため、時効処理を一段で行う場合には、６００℃近傍の時効処理を施すとよい。
【００５６】
前記時効工程７の後、加工工程８及び表面処理工程９を行う。加工工程８は、所望の形状に機械的に成形する工程であるが、本発明では、高圧流体加工により、製品形状に近い形状に成形体を予め加工してあるため、省略してもよい。また、加工工程８を実施する場合でも、従来の方法に比べて、焼結後の加工量や、焼結後の加工に用いる加工治具への負荷を大幅に低減することができる。表面処理工程９は、得られた希土類焼結磁石の錆の発生を抑えるために行う工程であり、例えばメッキ被膜や樹脂被膜を希土類焼結磁石の表面に形成する。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００５８】
＜実施例＞
原料となる金属あるいは合金を所定の組成となるように配合し、アルミナ坩堝中で高周波溶解により溶製された合金を、ストリップキャスト法により１ｍｍ以下の厚さの薄板状合金とした。合金組成は、Ｎｄ３０．７重量％、Ｄｙ１．５重量％、Ｃｕ０．３重量％、Ａｌ０．１重量％、Ｂ１．０２重量％、Ｆｅ残部である。
【００５９】
薄板状合金は、十分に排気された炉内において、室温付近で水素を吸蔵させて脆化させ、そのまま昇温させ、Ａｒフロー若しくは排気によって脱水素を行った。脆化した薄板合金を、窒素雰囲気中で機械的粉砕により数百μｍまで粗粉砕し、さらに窒素気流中のジェットミルにより、平均粒径４μｍまで微粉砕した。
【００６０】
粉砕した原料合金微粉を、酸素を遮断したまま成形工程に供した。成形工程では、磁場成形機を用い、磁界によって得られた原料合金微粉の粒子の結晶方向が配向された圧粉体（成形体）を得た。成形工程においても、雰囲気中の酸素の量は厳しく制御し、５００ｐｐｍ以下とした。また、図２に示すように、成形体１１の形状は、２０ｍｍ×５０ｍｍ×１２０ｍｍのブロック状とした。図２中、矢印Ａは成形時の配向方向を示す。
【００６１】
また、酸素量を制御した雰囲気中で、噴出圧力１００ＭＰａで噴出させた油により、図２中線Ｓで示すように、ブロック状の成形体を厚さ３．１ｍｍの薄板状に切断加工した。さらに、所定の厚さに切断した成形体を、高圧流体加工により、図２中線Ｒで示すように、ハードディスクドライブに内蔵されるボイスコイルモータ用磁石において一般的な形状である扇形状に噴出圧力６０ＭＰａで輪郭加工した。希土類焼結磁石の成形体は脆いため、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの削り代を確保した。なお、高圧流体加工において、流体としては防錆油（商品名ダフニースーパーコートＮＲ）を用いた。
【００６２】
加工後の成形体については、酸素を遮断したまま焼結装置に移行し、脱バインダ処理の後、焼結を行った。焼結後に、最終製品の形状に仕上げるための加工を行い、希土類焼結磁石を得た。
【００６３】
＜比較例＞
高圧流体加工の代わりに、ワイヤーソーまたはディスク状の刃物を用い、ブロック状の成形体を扇形状の形状に加工した。前記以外は実施例と同様にして、希土類焼結磁石を得た。また、焼結前の成形体に加工を行わず、焼結後に高圧流体加工により焼結体を加工した。前記以外は実施例と同様にして、希土類焼結磁石を得た。
【００６４】
＜評価＞
前記４種類の希土類焼結磁石について、成形体または焼結体の加工条件、最終的な製品形状とするための加工量を１００としたときの成形体加工量及び焼結体加工量の比率、同一の形状の成形体から得られた希土類焼結磁石の製品個数を求め、歩留まりとして評価した。結果を下記表１に示す。
【００６５】
【表１】
2005268433.tif 000003
【００６６】
表１から、高圧流体加工により焼結前の成形体を加工することにより、焼結後の焼結体を加工する場合や、ディスク状刃物を用いて焼結前の成形体を加工する場合に比較して、多数の希土類焼結磁石を確保することができ、歩留まりが向上することがわかる。
【００６７】
また、高圧流体加工による製品取り数は、ワイヤーソー加工の場合と同等程度であるが、高圧流体加工ではワイヤーソー加工に比べて加工形状の自由度が高いために、焼結後の加工量を大幅に低減することができ、加工時間や材料歩留まり等の点において有利であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の希土類焼結磁石の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。
【図２】直方体形状の成形体における切断線及び輪郭加工線を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  合金化工程、２  粗粉砕工程、３  微粉砕工程、４  磁場中成形工程、５  成形体加工工程、６  焼結工程、７  時効工程、８  加工工程、９  表面処理工程
【図１】
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【図２】
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