(57)【要約】【課題】  平均粉末粒径が１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ磁石用粉末を、放電プラズマ焼結法を用いる事で、粉末冶金法により８００〜１３００℃の低温度、１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの短時間で、相対密度９５〜９９．９％の高密度且つ最も短い辺の長さが２ｍｍ以上で形状自由度の高い、高磁気特性を有する焼結体からなるＦｅＣｒＣｏ永久磁石とその製造方法とを提供すること。【解決手段】  ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体において、放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法によって作製され、相対密度比９５〜９９．９％を備えるとともに、Ｂｒ＝１．２〜１．４Ｔ，（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４〜４７．７ｋＪ／ｍ３、ｉＨｃ＝３９．８〜５１．７ｋＡ／ｍの高磁気特性を有する。【選択図】      図２
2005045090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水又はガスを用いたアトマイズ粉末作製法、ジェットミルによる気流乾式粉砕法、及び湿式粉砕法の内の少なくとも１種の作製法によって、平均粉末粒径が１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ永久磁石用粉末を作製し、この粉末を放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法によって、焼結高密度化された焼結体を得る事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法において、大電流通電による放電プラズマ焼結法によって、プラズマ放電加熱、ジュール熱加熱効果及び焼結中加圧圧縮効果により、８００〜１３００℃の低温度にて、相対密度比９５〜９９．９％の高密度ＦｅＣｒＣｏ永久磁石を得る事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法において、大電流通電による放電プラズマ加熱、ジュール熱加熱効果及び焼結中加圧圧縮効果により、１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの短時間で、相対密度比９５〜９９．９％の高密度ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を得ることを特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法。
【請求項４】
ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体において、相対密度比９５〜９９．９％を備えるとともに、Ｂｒ＝１．２〜１．４Ｔ，（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４〜４７．７ｋＪ／ｍ３、ｉＨｃ＝３９．８〜５１．７ｋＡ／ｍの高磁気特性を有する事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体。
【請求項５】
請求項４記載のＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体において、最も短い辺の長さが２ｍｍ〜５００ｍｍである事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石及びその製造方法に関し、詳しくは、放電プラズマ焼結法を用いたＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦｅＣｒＣｏ磁石は、その基本構成元素であるＦｅＣｒＣｏ各々が非常に難焼結性である事から、１３００〜１５００℃の高温下における焼結工程においても相対密度比６５〜７５％の低密度焼結体しか得る事ができず、焼結性向上の目的でＢ等の添加元素物を加えると特性が劣化する等の問題があり、粉末冶金法を用いたＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造は非常に難しく、従来より高周波溶解により製造したＦｅＣｒＣｏ鋳物体を所定寸法の厚みまで圧延加工し、その圧延体を型抜きプレスにより熱間或いは冷間打ち抜きする事で製造されている。
【０００３】
そのため冷間打ち抜きにより打ち抜き可能な厚さは２ｍｍまでが限界である事から、最も短い辺の長さが２ｍｍ以上の製品は製造する事ができないといった欠点があった。
【０００４】
実際に、特許文献１においてもＢ等の添加元素を加え高密度化を図ってはいるが、添加元素を加えない組成では１３００℃の外部加熱焼結を行ってもその相対密度比は８５％と低く、逆にＢ等添加元素を加える事で高密度化を図った組成においては、（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．６〜３７．６ｋＪ／ｍ３と添加元素の微量添加により若干の磁気特性向上があるのみで、そのレベルは広範囲における実用性を考慮するとまだ適用製品に制約があるといった欠点がある。
【０００５】
従来技術は、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石用粉末における主要構成元素であるＦｅＣｒＣｏ間の焼結性が非常に悪く、１３００〜１５００℃の高温焼結温度下においても、その焼結体の相対密度比が８０％程度と極端に低いため、ＦｅＣｒＣｏ磁石粉末を焼結する事により高密度化を計ることはもとより、主要構成元素が難焼結性元素にて構成されるＦｅＣｒＣｏ永久磁石を粉末冶金法により製造する事は不可能な事から、高真空高周波溶解炉により作製したＦｅＣｒＣｏ鋳造品を、プレスにより打ち抜き可能な厚みである２ｍｍ以下の厚みまで圧延機を用いて圧延を繰り返し、できたＦｅＣｒＣｏ磁石板材をプレス機にて打ち抜き加工を施す事によりＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品とするため、厚み方向の形状自由度が２ｍｍ以下の形状制限があるといった欠点があった。
【特許文献１】特開昭５７−１３０４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の技術的課題は、平均粉末粒径が１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ磁石用粉末を、放電プラズマ焼結法を用いる事で、粉末冶金法により８００〜１３００℃の低温度、１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの短時間で、相対密度９５〜９９．９％の高密度且つ最も短い辺の長さが２ｍｍ以上で形状自由度の高い、高磁気特性を有する焼結体からなるＦｅＣｒＣｏ永久磁石とその製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、水又はガスを用いたアトマイズ粉末作製法、ジェットミルによる気流乾式粉砕法、及び湿式粉砕法の内の少なくとも１種の作製法によって、平均粉末粒径が１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ永久磁石用粉末を作製し、この粉末を放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法によって、焼結高密度化された焼結体を得る事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法が得られる。
【０００８】
また、本発明によれば、前記ＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法において、大電流通電による放電プラズマ焼結法によって、プラズマ放電加熱、ジュール熱加熱効果及び焼結中加圧圧縮効果により、８００〜１３００℃の低温度にて、相対密度比９５〜９９．９％の高密度ＦｅＣｒＣｏ永久磁石を得る事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法において、大電流通電による放電プラズマ加熱、ジュール熱加熱効果及び焼結中加圧圧縮効果により、１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの短時間で、相対密度比９５〜９９．９％の高密度ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を得ることを特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体において、相対密度比９５〜９９．９％を備えるとともに、Ｂｒ＝１．２〜１．４Ｔ，（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４〜４７．７ｋＪ／ｍ３、ｉＨｃ＝３９．８〜５１．７ｋＡ／ｍの高磁気特性を有する事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体が得られる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、前記ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体において、最も短い辺の長さが２ｍｍ〜５００ｍｍである事を特徴とするＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明によればＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法において、
平均粉末粒径＝１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ原料粉末を放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法により８００〜１３００℃の低温度、１分〜６０分の短時間で、焼結密度７．２２〜７．５８ｇ／ｃｍ３、相対密度比９５〜９９．９％の高密度、Ｂｒ＝１．２〜１．４Ｔ（１２．０〜１４．０ｋＧ）、（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４〜４７．７ｋＪ／ｍ３（４．２〜６．０ＭＧＯｅ）、ｉＨｃ＝３９．８〜５１．７ｋＡ／ｍ（５００〜６５０Ｏｅ）の高磁気特性且つ最も短い辺の長さが２ｍｍ〜５００ｍｍといった優れた形状自由度を有する事を特徴とする永久磁石製品の提供が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明についてより詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の放電プラズマ焼結法を実施するための装置の概略構成を示す図である。また、図２は図１の装置を用いた放電プラズマ焼結法を用いた焼結製品の製造プロセスを示すフローチャート図である。
【００１５】
図１を参照すると、この装置１０は住友石炭工業（株）社製であり、上部パンチ１と、下部パンチ２と、その対向部間の周囲に配置された焼結ダイ３とを備えており、上部パンチ１，下部パンチ２、及び焼結ダイ３によって形成される空間内の焼結される粉体４が充填される構成である。上部パンチ１，下部パンチ２の対向する端部と反対側のそれぞれ端部には、上部パンチ電極５、及び下部パンチ電極６の一端がそれぞれ設けられ、水冷真空チャンバー７内に収容されている。チャンバーの上下端部から上部パンチ電極５及び下部パンチ電極６の他端がそれぞれ引き出されて、外部に突出している。上部パンチ電極５及び下部パンチ電極６のそれぞれの他端には、特殊な加圧機構１６が接続され、また、特殊な焼結電源１５が接続されている。焼結電源１５及び加圧機構１６はそれぞれ制御装置を介して、位置計測機構１８ａ、真空又はＡｒ等の雰囲気制御機構１８ｂ，水冷却機構１８ｄ，温度計測装置１８ｅを備えた計測システム１８に接続されている。
【００１６】
このような装置を用いた放電プラズマ焼結法（ｓｐａｒｋ  ｐｌａｓｍａ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）では、圧粉体間にパルス状の電気エネルギーを直接投入し、火花放電によって瞬時に発生する放電プラズマのエネルギーを熱拡散、活性化焼結を可能とする方法である。
【００１７】
本発明では、上述したように、放電プラズマ焼結法を用いる事で、粉末冶金法により低温度、短時間、且つ高密度で形状自由度が高く、高い磁気特性を有するＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造する事ができるＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品の製造方法である。また、平均粉末粒径が１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末を放電プラズマ焼結法を用いる事で、粉末冶合法により低温度、短時間、且つ高密度で形状自由度が高く、高い磁気特性を有するＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造する事ができるＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品の製造方法である。
【００１８】
即ち、本発明では、平均粉末粒径が１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ原料を用い、放電プラズマ焼結法により、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石を製造することで、８００〜１３００℃の低温及び１ｍｉｎ〜６０ｍｉｎの短時間で、焼結密度７．２２〜７．５８ｇ／ｃｍ３（×１０３ｋｇ／ｍ３）、相対密度比９５〜９９．９％の高密度且つ最も短い辺の長さが２ｍｍ〜５００ｍｍの極めて形状自由度の高いＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を得るものである。
【００１９】
ＦｅＣｒＣｏ永久磁石は、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末用原料組成の主要構成元素であるＦｅの組成が２０〜８０原子％、Ｃｒの組成が５〜４０原子％、Ｃｏの組成が５〜４０原子％で構成され、且つ添加元素としてＭｏ、Ｔｉ、Ｖ、の１元素或いは複数元素を各々０．１〜１０原子％を同時に含有し、その他元素としてｏ、Ｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉの１元素或いは複数元素を０．００１〜１０原子％同時に含有するＦｅＣｒＣｏ磁石原料を大気中或いはＮ２ガス中或いは不活性ガス中にガスアトマイズ法又は水中への水アトマイズ法、或いはＮ２ガス或いは圧縮空気を用いたジェットミル粉砕器による気流分砕法、或いは溶媒としてアルコール、ヘキサン、トルエン、純水等を用いた湿式ボールミル粉砕法により平均粉末粒径が１．０〜５００μｍの粉末を作製し、その後、カーボングラフアイト又はＷＣ超硬型或いは窒化物セラミック型を用い、放電プラズマ焼結炉を用いて、１×１０−１Ｔｏｒｒ（＝１３．３Ｐａ）以下の真空中或いは０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス雰囲気中或いはＮ２ガス雰囲気中にて１Ａ〜５００００Ａの大電流通電効果によるジュール熱加熱及びプラズマ放電による局所加熱及び通電加熱同時加圧により高密度ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体とした。
【００２０】
即ち、０．１〜５００℃／分にて加熱され、８００〜１３００℃×０．１〜１００分で大電流通電によるプラズマ放電加熱及びジュール熱加熱を行うと同時に成形圧０．１〜１００ｋｇ／ｍｍ２（約０．９８〜９８ＭＰａ）にて加圧成形後、大気中或いは０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス中或いはＮ２ガス雰囲気中で冷却する大電流通電によるプラズマ放電加熱加圧焼結を行う焼結工程にてＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造した。
【００２１】
その後、大気中或いは０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で９００〜１３００℃×０．１〜１００分保持後、大気中或いは０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス或いはＮ２ガス雰囲気中或いは水中において急冷処理する均一化熱処理を施した。
【００２２】
次に０．００１〜１０Ｔの直流或いは交流外部磁界を印加した状態で、大気中或いは０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス或いはＮ２ガス雰囲気中で、５００〜８００℃×０．１〜１０００分保持後、室温である２５℃まで０．１分〜１００時間の時間で急冷或いは徐冷処理を行う磁場中熱処理を施した。
【００２３】
次に、大気中或いは９８．１ｈＰａ（０．１ｋ／ｃｍ２）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス或いはＮ２ガス雰囲気中で、５００〜８００℃×０．１〜１００分保持後、室温である２５℃まで０．１分〜１００時間の時間で急冷或いは徐冷処理を行う、２相分離時効処理を施しＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体製品を製造した。
【００２４】
こうして放電プラズマ焼結法により製造したＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体において、第１の効果として外部加熱焼結法を用いた粉末冶金法により作製した焼結体においては、使用したＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末の粒径が粗くなるのにしたがい緻密化傾向が低下し、相対密度比が著しく低下していくのに対して、放電プラズマ焼結法を用い粉末冶金法にて作製したプラズマ焼結体においては粒径が１μｍ〜５００μｍの範囲においても実用上全く問題のない相対密度比である９０〜９９．８％の相対密度比が得られている事から、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末の焼結工程として放電プラズマ焼結法を用いた事による高密度化効果が確認される。
【００２５】
尚、本発明を適用したＦｅＣｒＣｏ粉末の平均粒径については実行上平均粒径１．０μｍ以下の粉末をＦｅＣｒＣｏ永久磁石組成で製造する事は難しく、５００μ以上においては放電プラズマ焼結においても相対密度比は低下傾向にある事から適用ＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末の平均粒径は１．０〜５００μｍとした。
【００２６】
第２の効果として外部加熱焼結法を用いた粉末冶金法により作製した焼結体においては、１４００℃の高温下においても相対密度比が８５％と低いのに対して、放電プラズマ焼結法により製造した放電プラズマ焼結体においては８００℃程度の低温度にて既に実用上全く問題ない９５％の相対密度比が得られている事から、放電プラズマ法における低温度での緻密焼結促進効果が確認される。
【００２７】
尚、本発明を適用したＦｅＣｒＣｏ粉末におけるプラズマ焼結保持温度については８００℃以下の温度では若干の相対密度比低下傾向が認められ、１３００℃以上ではＦｅＣｒＣｏの融点に近づく事による特性悪化傾向を伴う可能性が非常に高い事から、放電プラズマ焼結法における適用温度範囲は高相対密度比が得られる温度域である８００℃〜１３００℃の温度範囲とした。
【００２８】
第３の効果として外部加熱焼結法を用いた粉末冶金法により作製した焼結体においては、外部加熱保持時間に対する相対密度比の上昇傾向は非常に緩慢で、相対密度比が安定するのに２００分以上の保持時間を必要とするにも関わらず、相対密度比は８５％と実用上使用不可のレベルの相対密度比しか得られない事に対して、放電プラズマ焼結法により製造したプラズマ焼結体においては、１分程度の保持時間で著しい相対密度比向上傾向を示し、４０分程度の保持時間で実用上十分な高相対密度比焼結体が得られる事から、放電プラズマ焼結法における短時間での緻密焼結促進効果が確認される。
【００２９】
尚、本発明を適用したＦｅＣｒＣｏ粉末におけるプラズマ焼結保持時間については１分以下においては装置性質上低温度下での定量温度管理が難しく、６０分以上では保持温度延長によるさらなる相対密度比向上効果が望めない事から、放電プラズマ焼結法における適用処理時間は安定した高相対密度比焼結体を得る事ができる１〜６０分とした。
【００３０】
第４の効果として外部加熱焼結法を用いた粉末冶金法により作製した焼結体においては、相対密度比が低い事による影響から磁気特性であるＢｒ、（ＢＨ）ｍａｘ、ｉＨｃの値がＢｒ＝０．７２〜０．９５Ｔ（７．２〜９．５ｋＧ）、（ＢＨ）ｍａｘ＝１１．９〜１７．５ｋＪ／ｍ３（１．５〜２．２ＭＧＯｅ）、ｉＨｃ＝２７．９〜３１．８ｋＡ／ｍ（３５０〜４００Ｏｅ）と低いのに対して、放電プラズマ焼結法により製造したプラズマ焼結体の磁気特性においてはＢｒ＝１．２〜１．４Ｔ（１２．０〜１４．０ｋＧ）、（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４〜４７．７ｋＪ／ｍ３（４．２〜６．０ＭＧＯｅ）、ｉＨｃ＝３９．８〜５１．７ｋＡ／ｍ（５００〜６５０Ｏｅ）と高い磁気特性が得られている事から、放電プラズマ焼結法における磁気特性の高特性化効果が確認される。
【００３１】
第５の効果として外部加熱焼結法を用いた粉末冶金法により作製した外部加熱焼結体においては、Ｂ等の添加元素を加えても１３００℃以上までの加熱を必要とする事から、焼結設備上の問題から量産性が悪く、実際には外部加熱焼結炉を用いた粉末冶金によるＦｅＣｒＣｏ永久磁石は生産されてはおらず、一般には高真空高周波溶解炉により作製したＦｅＣｒＣｏ鋳造品を、プレスにより打ち抜き可能な厚みである２ｍｍ以下の厚みまで圧延機を用いて圧延を繰り返し、できたＦｅＣｒＣｏ磁石板材をプレス機にて打ち抜き加工を施す事によりＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品としている事から厚み方向の形状自由度が２ｍｍ以下の形状制限があるといった難点がある事に対して、放電プラズマ焼結法を用いる事で低温度、短時間でのＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末の高密度化が可能で粉末冶金法によるＦｅＣｒＣｏの製造が可能になる事から、製品の厚みである最も短い辺の長さが２ｍｍ〜５００ｍｍの厚み方向の形状自由度が非常に高くなるといった効果が確認される。
【００３２】
尚、本発明を適用したＦｅＣｒＣｏ粉末におけるプラズマ焼結体製品寸法については、現在の放電プラズマ焼結装置の温度分布を考慮した実カ上、安定した特性のＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品が製造可能な形状は５００ｍｍが限界である事から、形状自由度の改善が見込まれる範囲の最も短い辺の長さは２ｍｍ〜５００ｍｍの範囲とした。
【００３３】
上述のようにＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法において、平均粉末粒径＝１．０〜５００μｍのＦｅＣｒＣｏ粉末を放電プラズマ焼結法を用いて８００〜１３００℃の温度、１分〜６０分の短時間にて、粉末冶金法によりＦｅＣｒＣｏ高密度焼結体を製造する事で、最も短い辺の長さが２〜５００ｍｍと形状自由度が高く、Ｂｒ＝１．２〜１．４Ｔ（１２．０〜１４．０ｋＧ）、（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４〜４７．７ｋＪ／ｍ３（４．２〜６．０ＭＧＯｅ）、ｉＨｃ＝３９．８〜５１．７ｋＡ／ｍ（５００〜６５０Ｏｅ）の高い磁気特性を有するＦｅＣｒＣｏ永久磁石を得るＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法を提供する事ができる。
【００３４】
それでは、本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にて使用したＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末はＦｅＣｒＣｏ磁石を製造する際の代表的な組成であるＦｅ組成が６０原子％、Ｃｒの組成が２５原子％、Ｃｏの組成が１３原子％の主要元素で構成され、且つ添加元素としＴｉ組成が０．５原子％、Ｖ組成が０．５原子％を同時に含有し、その他元素としてＯ、Ｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉの１元素或いは複数元素を１．０原子％同時に含有するものを用いた。
【００３６】
上記組成のＦｅＣｒＣｏ磁石原料を使用し水を用いた水アトマイズ法にて平均粒径＝１０、５０、１００μｍの粉末を、Ｎ２ガスを用いたジエットミル粉砕器による気流粉砕法により平均粒径＝１．０μｍの粉末を、ディスクミルにより平均粒径＝５００、１０００μｍのＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を製造した。その後カーボングラファイト型を使用し、放電プラズマ焼結炉を用いて１×１０−１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）以下の真空中或いは０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）から５．０ｋｇ／ｃｍ２（４９００ｈＰａ）のＡｒなどの不活性ガス雰囲気中或いはＮ２ガス雰囲気中にて１Ａ〜５００００Ａの大電流通電効果によるジュール熱加熱及びプラズマ放電による局所加熱及び通電加熱同時加圧により高密度ＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体とした。
【００３７】
即ち、８５〜１５０℃／分にて加熱され、７００〜１３００℃×１〜６０分で大電流通電によるプラズマ放電加熱及びジュール熱加熱を行うと同時に成形圧４ｋｇ／ｍｍ２（３９．２ＭＰａ）にて加圧成形後、０．１ｋｇ／ｃｍ２（９８．１ｈＰａ）のＡｒ不活性ガス中で冷却する大電流通電によるプラズマ放電加熱加圧焼結を行う焼結工程にてＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造した。
【００３８】
その後０．２ｋｇ／ｃｍ２（１９６．２ｈＰａ）のＡｒ不活性ガス雰囲気中で１２００℃×６０分保持後、水中において急冷処理を行う均―化熱処理を施した。
【００３９】
次に、０．０５Ｔの直流外部磁界を印加した状態で、０．２ｋｇ／ｃｍ２（１９６．２ｈＰａ）のＡｒ不活性ガス雰囲気中で、６５０℃×９０分保持後、室温である２５℃まで１２時間で徐冷を行う磁場中熱処理を施した。
【００４０】
次に、０．２ｋｇ／ｃｍ２（１９６．２ｈＰａ）のＡｒ不活性ガス雰囲気中で、６００℃×８０分保持後、２０時間かけて室温である２５℃まで徐冷処理を行う、２相分離時効処理を施しＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体製品を製造した。
【００４１】
図２は上記製造条件により製造した放電プラズマ焼結体のプラズマ焼結法及び外部加熱焼結法におけるＦｅＣｒＣｏ原料粉末の平均粒径と相対密度比密度変化を示した図である。図２において、横軸に使用したＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末の平均粒径、縦軸に放電プラズマ焼結法、及び外部加熱法により製造した放電プラズマ焼結体の相対密度比及び外部加熱焼結体の相対密度比の関係を示している。
【００４２】
図２の曲線１２に示すように、外部加熱焼結法を用いた粉末冶金法により作製した外部加熱焼結体においては、使用したＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末の粒径が１μｍから５００μｍへと平均粒径が粗くなるのにしたがい緻密化傾向が悪化し相対密度比が著しく低下する傾向にある。
【００４３】
それに対して、曲線１１に示すように、放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法にて作製したプラズマ焼結体においては１０００μｍにおいては相対密度比の低下傾向が認められるが、平均粒径１．０μｍ〜５００μｍの範囲内においては、安定した相対密度比が得られており、その値も９５〜９９．８％とＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品として実用上全く問題の無いレベルの相対密度比が得られている事が確認できる。
【００４４】
尚、図２には一般的な粉末冶金における焼結法として使われる外部加熱により加熱し焼結を行う外部加熱焼結法における平均粉末粒径と焼結体相対密度比の関係についても同時に示している。
【００４５】
この時使用した外部加熱焼結法により製造した焼結体は、プラズマ焼結体同一組成の同一粉末を用いて油圧プレス機にて５．０ｔｏｎ／ｃｍ２（４９０ＭＰａ）にて加圧成形後、抵抗加熱方式焼結炉による外部加熱焼結を行う外部加熱焼結法によりＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造した。
【００４６】
即ち、１０℃／分にて加熱され、１４００℃×１２０分の保持の後０．２ｋｇ／ｃｍ２（１９６．２ｈＰａ）のＡｒ不活性ガス冷却により急冷する焼結工程により作製した。
【００４７】
次に放電プラズマ焼結体と同一条件の磁場中熱処理及び２相分離熱処理を施す事でＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品とした。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図３は第１の実施の形態の製造方法で製造した放電プラズマ焼結による放電プラズマ焼結体の焼結保持温度と放電プラズマ焼結体焼結密度の関係を示す図である。図３において、横軸にプラズマ焼結保持温度及び外部加熱焼結保持温度、縦軸に各プラズマ焼結保持温度及び外部加熱保持温度にて作製したプラズマ焼結体の焼結体密度の値を示している。
【００４９】
図３の曲線２２に示すように外部加熱焼結法により作製した外部加熱焼結体の焼結体密度は、１２００℃近辺まではほとんど緻密化による焼結体密度の向上傾向は認められず１２００℃以上の温度域に入りはじめて顕著な緻密化による密度上昇傾向を示すが、一般の抵抗加熱型の外部加熱焼結炉における高温度側の限界温度域である１４５０℃の外部加熱保持温度においても焼結密度は６．８ｇ／ｃｍ３までしか向上しておらず、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品としては到底実用不可能な低密度焼結体しか得られていない。
【００５０】
それに対して、曲線２１に示すように、放電プラズマ焼結法により製造した放電プラズマ焼結体においては８００℃の低温度域でも既に外部加熱焼結体よりも高い７．２２ｇ／ｃｍ３の密度が得られており、さらに９００℃以上の温度域では十分な緻密化促進効果により焼結体密度は飽和傾向にあり、その焼結密度の値も７．４２〜７．５８ｇ／ｃｍ３とＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品として実用上十分な値である事から、放電プラズマ焼結法を用いる事で外部加熱焼結法に比べ６５０℃も低い８００℃の低温度域からＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品として実用上全く問題のない焼結体密度である７．２ｇ／ｃｍ３以上の焼結体密度を有するＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体が製造できる事が確認される。
【００５１】
図４は放電プラズマ焼結法により製造したＦｅＣｒＣｏ永久磁石の放電プラズマ焼結保持温度と放電プラズマ焼結体における相対密度比の関係を示す図である。
【００５２】
図４に示すように、理論密度に対する相対密度のデータとして、横軸にプラズマ焼結保持温度及び外部加熱焼結保持温度、縦軸にプラズマ焼結体における相対密度比、及び外部加熱焼結体における相対密度比を示している。
【００５３】
図４に示すように、図４では図３以上に放電プラズマ焼結による放電プラズマ焼結体と外部加熱焼結法により焼結した外部加熱焼結体との焼結時保持温度に対する焼結密度挙動の差違が明確に確認できる。
【００５４】
図４の曲線３２に示すように、外部加熱焼結法においては１２００℃を越えた辺りから焼結密度の顕著な上昇傾向が認められるが、１４５０℃の高温度域においても相対密度比は８５％と低く、逆にこれ以上に加熱を進め緻密化を図ろうとすると融点直下温度に達してしまい、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石の形態をなさないものになってしまう事から、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を外部加熱焼結法により焼結した場合は、相対密度比８５％程度の焼結体を得るのが限界である事が確認できる。ところが、本発明である放電プラズマ焼結法をＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末用製造方法としてＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造すると、放電プラズマ焼結によるジュール加熱、プラズマ放電加熱及び焼結中加圧成形処理を同時に施す事で、曲線３１に示すように、８００℃の低温においても既に相対密度比は外部加熱１４５０℃における相対密度比同等以上の相対密度比＝９５％を示し、さらに９００℃以上まで加熱する事でＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品として十分実用可能な相対密度比＝９８％以上の値を示している事から外部加熱焼結法に比べ６５０℃も低温で十分実用可能なＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品が得られる事が認められ、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を用いた粉末冶金法でも放電プラズマ焼結法を用いる事で、８００℃程度の低温度域から高い焼結体相対密度比を有する、十分実用可能なＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造が可能である事が確認される。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図５は第１の実施の形態の製造方法にて製造した放電プラズマ焼結による放電プラズマ焼結体と外部加熱焼結法により焼結した外部加熱焼結体との焼結時保持時間に対する焼結密度の相対密度比変化を示した図である。図５において、横軸にプラズマ放電焼結時間及び外部加熱焼結保持時間、縦軸に放電プラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の相対密度比を示す。
【００５６】
図５の曲線４２に示すように、外部加熱焼結法においても焼結時間の長時間化に伴い焼結密度比の向上傾向は認められるが保持時間＝６０分以上からは相対密度比の上昇傾向は鈍化し、２４０分保持の時点で既に相対密度比は飽和傾向を示しているものの１４００℃の高温度下においても相対密度比はまだ８５％と実用上使用不可能な相対密度比しか得られていない。
【００５７】
ところが、曲線４１に示す放電プラズマ焼結体においては保持時間１分といった極めて短時間の保持で既に相対密度比は９６．５％まで向上し、保持時間１０分で相対密度比は十分な飽和傾向を示すと共に、既に実用上十分使用可能な相対密度比である９８．３％の値が得られている事から、放電プラズマ焼結によるジュール加熱、プラズマ放電加熱及び焼結中加圧成形処理を同時に施す事で、急速に緻密化が進み１分程度の非常に短時間の処理時間でも高密度なＦｅＣｒＣｏ永久磁石焼結体を製造する事が可能である事が確認できる。
【００５８】
（第４の実施の形態）
図６は第１の実施の形態の製造方法にて製造した放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法により製造したＦｅＣｒＣｏ永久磁石の磁気特性である残留磁束密度Ｂｒを示す図である。図６にはプラズマ焼結保持温度に対するプラズマ焼結体の磁気特性である残留磁束密度Ｂｒの挙動を示しており横軸にプラズマ焼結温度、縦軸にはプラズマ焼結体におけるＢｒを示している。
【００５９】
尚、図６には同時に外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体の磁気特性である残留磁束密度Ｂｒも示しており、横軸に外部加熱保持温度、縦軸に外部加熱焼結体のＢｒを示している。
【００６０】
図７は同様に最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを示す図である。図７にはプラズマ焼結保持温度に対するプラズマ焼結体の磁気特性である最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘの挙動を示しており横軸にプラズマ焼結温度、縦軸にはプラズマ焼結体における（ＢＨ）ｍａｘを示している。
【００６１】
尚、図７には同時に外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体の磁気特性である最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘも示しており、横軸に外部加熱保持温度、縦軸に外部加熱焼結体の（ＢＨ）ｍａｘを示している。
【００６２】
図８は同様に保磁力ｉＨｃを示す図である。図８にはプラズマ焼結保持温度に対するプラズマ焼結体の磁気特性である保磁力ｉＨｃの挙動を示しており横軸にプラズマ焼結温度、縦軸にはプラズマ焼結体におけるｉＨｃを示している。
【００６３】
尚、図８には同時に外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体の磁気特性である保磁力ｉＨｃも示しており、横軸に外部加熱保持温度、縦軸に外部加熱焼結体のｉＨｃを示している。
【００６４】
図６の曲線５２に示すように、外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体については、緻密化不足による焼結体密度レベルの低下から、最大でもＢｒ＝０．９５Ｔ（９．５ｋＧ）の値しか得られず、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石材料としては実用上使用不可能な値しか得られていない。
【００６５】
それに対して、曲線５１に示す放電プラズマ焼結法により製造した放電プラズマ焼結体においては、８００℃の低温においてもＦｅＣｒＣｏ永久磁石製品として既に実用上十分な特性であるＢｒ＝１．２Ｔ（１２．０ｋＧ）の高い残留磁束密度を持つと共に、さらに加熱し焼結温度を９５０℃〜１３００℃の温度域とする事でさらに優れた磁気特性であるＢｒ＝１．３〜１．４Ｔ（１３．０〜１４．０ｋＧ）が得られている事から、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法により製造する事で、高Ｂｒ値を有する非常に優れた磁気特性のＦｅＣｒＣｏ永久磁石が製造できる事が確認される。
【００６６】
図７についても図６と同様に外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体については、曲線６２に示すように、緻密化不足による焼結体密度レベルの低下から、最大でも（ＢＨ）ｍａｘ＝１７．５ｋＪ／ｍ３（２．２ＭＧＯｅ）の値しか得られず、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石材料としては実用上使用不可能な値しか得られていない。それに対して、放電プラズマ焼結法により製造した放電プラズマ焼結体においては、曲線６１に示すように、８００℃の低温においても（ＢＨ）ｍａｘ＝３３．４ｋＪ／ｍ３（４．２ＭＧＯｅ）と既に実用上十分に高い最大エネルギー積を示し、さらに加熱し焼結温度を１１００℃〜１３００℃の温度域とする事でさらに優れた磁気特性である（ＢＨ）ｍａｘ＝４３．０〜４７．７ｋＪ／ｍ３（５．４〜６．０ＭＧＯｅ）が得られている事から、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法により製造する事で、高い（ＢＨ）ｍａｘの値を有する非常に優れた磁気特性のＦｅＣｒＣｏ永久磁石が製造できる事が確認される。
【００６７】
図８についても図６、図７と同様に、曲線７２に示されるように、外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体においては、緻密化不足による焼結体密度レベルの低下の影響により、最大でもｉＨｃ＝３１．８ｋＡ／ｍ（４００Ｏｅ）の値しか得られていない事に対して、放電プラズマ焼結法により製造した放電プラズマ焼結体においては、曲線７１に示すように８００℃の低温においてｉＨｃ＝３９．８ｋＡ／ｍ（５００Ｏｅ）と外部加熱焼結法により製造した外部加熱焼結体に比べて高い保磁力の値を示し、さらに加熱した１０５０℃〜１３００℃の温度域においてはｉＨｃ＝４７．７〜５１．７ｋＡ／ｍ（６００〜６５０Ｏｅ）と極めて優れた高い保磁力を示している事から、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法により製造する事で、高い保磁力ｉＨｃの値を有する非常に優れた磁気特性のＦｅＣｒＣｏ永久磁石が製造できる事が確認される。
【００６８】
（第５の実施の形態）
同時に従来粉末冶金法によるＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造は、その基本構成元素であるＦｅＣｒＣｏが顕著な難焼結性を示し不可能であった事から、従来はＦｅＣｒＣｏ永久磁石鋳造物を冷間或いは熱間圧延処理により薄板材とし、その後ＦｅＣｒＣｏ永久磁石材料は難焼結性であると同時に切削性、研削性などの加工性が悪い事から熱間或いは冷間打ち抜き加工により製造しているが、打ち抜き加工時の量産性を考慮すると打ち抜き加工時における打ち抜き圧力に限界があるため、ＦｅＣｒＣｏ永久磁石を薄板材とする際の厚み方向の寸法は最大でも２ｍｍ以下にする必要があったが、本発明であるＦｅＣｒＣｏ永久磁石粉末を用いた粉末冶金法によるＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法を適用する事で、薄板材とする必要も無く、且つ厚み方向の寸法についても２ｍｍ以下とする必要は無い、実質上最も短い辺の長さが２ｍｍ以上の非常に形状自由度の高いＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造が可能になった事が確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上述べたように、本発明に係るＦｅＣｒＣｏ永久磁石の製造方法によれば、放電プラズマ焼結法を用いた粉末冶金法によって、焼結高密度化されたＦｅＣｒＣｏ永久磁石の焼結体の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の放電プラズマ焼結法を実施するための装置の概略構成を示す図である。
【図２】ＦｅＣｒＣｏ永久磁石原料粉末の平均粉末粒径とプラズマ焼結法及び外部加熱焼結法により製造したプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の相対密度比の関係を示す図である。
【図３】プラズマ焼結保持温度、及び外部加熱焼結保持温度に対するプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の焼結体密度の関係を示す図である。
【図４】プラズマ焼結保持温度及び外部加熱焼結保持温度に対するプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の相対密度比の関係を示す図である。
【図５】プラズマ焼結保持時間及び外部加熱焼結保持時間に対するプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の相対密度比の関係を示す図である。
【図６】プラズマ焼結保持温度及び外部加熱焼結保持温度に対するプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の磁気特性である残留磁束密度Ｂｒ示す図である。
【図７】プラズマ焼結保持温度及び外部加熱焼結保持温度に対するプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の磁気特性である最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを示す図である。
【図８】プラズマ焼結保持温度及び外部加熱焼結保持温度に対するプラズマ焼結体及び外部加熱焼結体の磁気特性である保磁力ｉＨｃを示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    上部パンチ
２    下部パンチ
３    焼結ダイ
４    粉体
５    上部パンチ電極
６    下部パンチ電極
７    水冷真空チャンバー
１０    装置
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１    放電プラズマ法による焼結体の特性を示す曲線
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２    外部加熱焼結法による焼結体の特性を示す曲線
１５    焼結電源
１６    加圧機構
１７    制御装置
１８    計測システム
１８ａ    位置計測機構
１８ｂ    雰囲気制御機構
１８ｄ    水冷却機構
１８ｅ    温度計測装置
【図１】
2005045090.tif 000003
【図２】
2005045090.tif 000004
【図３】
2005045090.tif 000005
【図４】
2005045090.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005045090.tif 000008
【図７】
2005045090.tif 000009
【図８】
2005045090.tif 000010