(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石原料を粉砕する工程と、
前記粉砕された磁石原料と、Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が溶解された防錆オイルとを混合してスラリーを生成する工程と、
前記スラリーを圧縮成形することで成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、により製造され、
前記Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が、焼結後に前記磁石原料の粒界に偏在していることを特徴とする永久磁石。
【請求項２】
磁石原料を粉砕する工程と、
前記粉砕された磁石原料と、Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が溶解された防錆オイルとを混合してスラリーを生成する工程と、
前記スラリーを圧縮成形することで成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、を有し、
前記Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が、焼結後に前記磁石原料の粒界に偏在した永久磁石を製造することを特徴とする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、永久磁石及び永久磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーやハードディスクドライブ等に使用される永久磁石モータでは、小型軽量化、高出力化、高効率化が要求されている。そして、上記永久磁石モータにおいて小型軽量化、高出力化、高効率化を実現するに当たって、永久磁石モータに埋設される永久磁石について、薄膜化と更なる磁気特性の向上が求められている。尚、永久磁石としてはフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ系磁石等があるが、特に保磁力の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が永久磁石モータ用の永久磁石として用いられる。
【０００３】
ここで、永久磁石の製造方法としては、一般的に粉末焼結法が用いられる。ここで、粉末焼結法は、先ず原材料をジェットミル（乾式粉砕）により粉砕した磁石粉末を製造する。その後、その磁石粉末を型に入れて、外部から磁場を印加しながら所望の形状にプレス成形する。そして、所望形状に成形された固形状の磁石粉末を所定温度（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石では１１００℃〜１１５０℃）で焼結することにより製造する。
【０００４】
更に、粉末焼結法では通常、原材料をジェットミルで微粉砕する際に、ジェットミル内に微量の酸素を導入し、粉砕媒体である窒素ガスやＡｒガス中の酸素濃度を所望の範囲に制御する。これは、磁石粉末表面を強制的に酸化させるためであり、この酸化処理なしに微粉砕した磁石粉末は、大気に触れると同時に発火してしまうからである。しかしながら、酸化処理した磁石粉末を焼結した焼結体中の酸素の大部分は、Ｎｄ等の希土類元素と結合し、粒界に酸化物として存在する。従って、酸化された希土類元素の分を補充するため、焼結体中の希土類元素の総量を増加させる必要があるが、焼結体中の希土類元素の総量を増加させると焼結磁石の飽和磁束密度が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、特開２００４−２５０７８１号公報には、希土類磁石原料をジェットミルで粉砕する際に、粉砕された磁石原料を鉱物油、合成油等の防錆オイル中に回収しスラリーとし、このスラリーを脱油しながら磁場中で湿式成形し、成形体を真空中で脱油処理を行ない、焼結する製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２５０７８１号公報（第１０〜１２頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等のＮｄ系磁石を永久磁石モータに用いる場合には、モータの出力を向上させるために、Ｄｙ（ジスプロシウム）を添加し、磁石の保磁力を更に向上させることが図られている。これは、磁石粒子の中にＤｙが固溶化することに起因する。しかしながら、従来のＮｄ系磁石の製造方法において、磁石粒子の中にＤｙを固溶化させ、磁石の保磁力の向上を十分に達成するのには多量のＤｙが必要となる。例えば、必要なＤｙの添加量は、Ｎｄに対して２０〜３０ｗｔ％であった。
【０００７】
しかしながら、Ｄｙは希少金属であり、また、産出地も限られていることから、Ｎｄに対するＤｙの使用量は少しでも抑えることが望ましい。
また、上記のように添加したＤｙが磁石粒子内に固溶化すると、磁石の残留磁化が低下する原因となっていた。
そこで、微量のＤｙによって残留磁化を低下させることなく磁石の保磁力を大きく向上させる技術が望まれていた。
【０００８】
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、磁石原料を防錆オイルと混合することにより粉砕された磁石原料の酸化を防止できるとともに、混合した防錆オイル中に溶解された微量のＤｙ又はＴｂを磁石粒子の粒界に偏在配置することが可能となり、ＤｙやＴｂの使用量を減少させつつもＤｙやＴｂによる残留磁化と保磁力の向上を十分に図ることが可能な永久磁石及び永久磁石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】
【０００９】
前記目的を達成するため本願の請求項１に係る永久磁石は、磁石原料を粉砕する工程と、前記粉砕された磁石原料と、Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が溶解された防錆オイルとを混合してスラリーを生成する工程と、前記スラリーを圧縮成形することで成形体を形成する工程と、前記成形体を焼結する工程と、により製造され、前記Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が、焼結後に前記磁石原料の粒界に偏在していることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
また、請求項２に係る永久磁石の製造方法は、磁石原料を粉砕する工程と、前記粉砕された磁石原料と、Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が溶解された防錆オイルとを混合してスラリーを生成する工程と、前記スラリーを圧縮成形することで成形体を形成する工程と、前記成形体を焼結する工程と、を有し、前記Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が、焼結後に前記磁石原料の粒界に偏在した永久磁石を製造することを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
【００１５】
前記構成を有する請求項１に記載の永久磁石によれば、磁石原料を防錆オイルと混合することにより粉砕された磁石原料の酸化を防止できる。また、混合した防錆オイル中に溶解された微量のＤｙ化合物やＴｂ化合物を磁石粒子の粒界に偏在配置することが可能となり、ＤｙやＴｂの使用量を減少させつつもＤｙ又はＴｂによる保磁力の向上を十分に図ることが可能となる。また、Ｄｙ又はＴｂが磁石粒子内に固溶化し、残留磁化が低下することを防止できる。
また、Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が、焼結後に磁石原料の粒界に偏在しているので、ＤｙやＴｂの使用量を減少させつつもＤｙ又はＴｂによる保磁力の向上を十分に図ることが可能となる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
また、請求項２に記載の永久磁石の製造方法によれば、磁石原料を防錆オイルと混合することにより粉砕された磁石原料の酸化を防止できる。また、混合した防錆オイル中に溶解された微量のＤｙ化合物やＴｂ化合物を磁石粒子の粒界に偏在配置することが可能となり、ＤｙやＴｂの使用量を減少させつつもＤｙ又はＴｂによる保磁力を向上させた永久磁石を製造することが可能となる。また、Ｄｙ又はＴｂが磁石粒子内に固溶化し、残留磁化が低下することを防止できる。
また、Ｄｙ化合物又はＴｂ化合物が、焼結後に磁石原料の粒界に偏在しているので、ＤｙやＴｂの使用量を減少させつつもＤｙ又はＴｂによる保磁力の向上を十分に図ることが可能となる。
【００２０】
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る永久磁石及び永久磁石の製造方法について具体化した一実施形態について以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
［永久磁石の構成］
先ず、図１〜図４を用いて永久磁石１の構成について説明する。
本実施形態に係る永久磁石１はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石である。また、永久磁石１の保磁力を高める為のＤｙ（ジスプロシウム）が添加されている。尚、各成分の含有量はＮｄ：２７〜３０ｗｔ％、Ｄｙ化合物に含まれるＤｙ成分（又はＴｂ化合物に含まれるＴｂ成分）：０．０１〜８ｗｔ％、Ｂ：１〜２ｗｔ％、Ｆｅ（電解鉄）：６０〜７０ｗｔ％とする。また、本実施形態に係る永久磁石１は、図１に示すように円柱形状を備えるが、永久磁石１の形状は成形に用いるキャビティの形状によって変化する。図１は本実施形態に係る永久磁石１を示した全体図である。
【００２３】
そして、永久磁石１は、後述のように防錆オイルと混合されてスラリー状態としたＮｄ磁石粉末を、成形すべき成形体の外形形状に応じた形状を有するキャビティに抽入し、圧縮成形された成形体を焼結することによって作製される。
【００２４】
また、本実施形態に係る永久磁石１は、図２に示すように永久磁石１を構成するＮｄ磁石粒子３５の表面にＤｙ層３６をコーディングすることにより、永久磁石１の保磁力を向上させている。図２は永久磁石１を構成するＮｄ磁石粒子を拡大して示した図である。
【００２５】
以下に、Ｄｙ層３６による永久磁石１の保磁力向上の機構について図３及び図４を用いて説明する。図３は強磁性体のヒステリシス曲線を示した図、図４は強磁性体の磁区構造を示した模式図である。
図３に示すように永久磁石の保磁力は、磁化された状態から逆方向への磁場を加えていった際に、磁気分極を０にする（即ち、磁化反転する）のに必要な磁場の強さである。従って、磁化反転を抑制することができれば、高い保磁力を得ることができる。尚、磁性体の磁化過程には、磁気モーメントの回転に基づく回転磁化と、磁区の境界である磁壁（９０°磁壁と１８０°磁壁からなる）が移動する磁壁移動がある。
【００２６】
ここで、本実施形態では後述のように磁石粉末を乾式粉砕により微粉砕する際に、微量（例えば、磁石粉末に対して０．０１〜８ｗｔ％（Ｎｄに対するＤｙの添加量であり、特にＤｙ化合物を添加する場合にはＤｙ配分の重量換算とする））のＤｙ化合物が溶解された防錆オイルを微粉砕された磁石粉末に混合する。それにより、その後において防錆オイルと混合した磁石粉末を焼結する際に、Ｎｄ磁石粒子３５の粒子表面にＤｙ化合物が均一付着され、図２に示すＤｙ層３６を形成する。その結果、図４に示すように磁石粒子の界面にＤｙが偏在化され、永久磁石１の保磁力を向上させることができる。
また、本実施形態では圧縮成形により成形された成形体を適切な焼成条件で焼成すれば、Ｄｙが磁石粒子３５内へと拡散浸透（固溶化）することを防止できる。ここで、Ｄｙが磁石粒子３５内へと拡散浸透すると、その磁石の残留磁化（磁場の強さを０にしたときの磁化）が低下することが知られている。従って、本実施形態では、永久磁石１の残留磁化が低下することを防止できる。
尚、Ｄｙ層３６はＤｙ化合物のみから構成される層である必要はなく、Ｄｙ化合物とＮｄ化合物との混合体からなる層であっても良い。その場合には、Ｎｄ化合物を添加することによって、Ｄｙ化合物とＮｄ化合物との混合体からなる層を形成する。その結果、Ｎｄ磁石粉末の焼結時の液相焼結を助長することができる。尚、添加するＮｄ化合物としては、酢酸ネオジム水和物、ネオジム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート三水和物、２−エチルヘキサン酸ネオジム（ＩＩＩ）、ネオジム（ＩＩＩ）ヘキサフルオロアセチルアセトナート二水和物、ネオジムイソプロポキシド、リン酸ネオジニウム（ＩＩＩ）ｎ水和物、ネオジムトリフルオロアセチルアセトナート、トリフルオロメタンスルホン酸ネオジム等が望ましい。また、添加するＴｂ化合物としては、酢酸テルビウム（ＩＩＩ）ｎ水和物、酢酸テルビウム（ＩＩＩ）四水和物、テルビウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート三水和物、シュウ酸テルビウム（ＩＩＩ）六水和物、臭化テルビウム（ＩＩＩ）、炭酸テルビウム（ＩＩＩ）ｎ水和物、塩化テルビウム（ＩＩＩ）無水、塩化テルビウム（ＩＩＩ）六水和物、ふっ化テルビウム（ＩＩＩ）、ふっ化酸化テルビウム、水素化テルビウム（ＩＩＩ）、硝酸テルビウム（ＩＩＩ）六水和物、硫化テルビウムが望ましい。
【００２７】
また、Ｄｙ化合物の替わりにＴｂ（テルビウム）化合物が溶解された防錆オイルを微粉砕された磁石粉末に混合することによっても、同様に永久磁石１の保磁力を向上させることが可能である。Ｔｂ化合物を溶解した場合には、Ｎｄ磁石粒子３５の表面にＴｂ化合物の層が同様に形成される。そして、Ｔｂ層を形成することにより、永久磁石１の保磁力を更に向上させることができる。
更に、Ｄｙ化合物の替わりにＤｙ微粒子やＴｂ微粒子が溶解された防錆オイルを微粉砕された磁石粉末に混合することによっても、同様に永久磁石１の保磁力を向上させることが可能である。Ｄｙ微粒子を溶解した場合には、Ｎｄ磁石粒子３５の表面にＤｙ微粒子が付着し、Ｄｙの層が形成される。一方、Ｔｂ微粒子を溶解した場合には、Ｎｄ磁石粒子３５の表面にＴｂ微粒子が付着し、Ｔｂの層が形成される。
【００２８】
［永久磁石の製造方法］
次に、本実施形態に係る永久磁石１の製造方法について図５を用いて説明する。図５は本実施形態に係る永久磁石１の製造工程を示した説明図である。
【００２９】
先ず、ｗｔ％でＮｄ２７〜３０％−Ｆｅ６０〜７０％−Ｂ１〜２％からなる、インゴットを製造する。その後、インゴットをスタンプミルやクラッシャー等によって２００μｍ程度の大きさに粗粉砕する。
【００３０】
次いで、粗粉砕した磁石粉末を、（ａ）酸素含有量が実質的に０％のＮ２ガス及び／又はＡｒガスからなる雰囲気中、又は（ｂ）酸素含有量が０．００５〜０．５％のＮ２ガス及び／又はＡｒガスからなる雰囲気中で、ジェットミル４１により０．３〜５μｍ程度の粒径に微粉砕する。尚、酸素濃度が実質的に０％とは、酸素濃度が完全に０％である場合に限定されず、微粉の表面にごく僅かに酸化被膜を形成する程度の量の酸素を含有しても良いことを意味する。
【００３１】
また、ジェットミル４１の微粉回収口に、防錆オイルの入った容器を設置する。ここで、防錆オイルとしては鉱物油、合成油又はこれらの混合油を用いる。また、防錆オイルには予めＤｙ化合物を添加し、溶解させる。ここで、溶解させるＤｙ化合物としては、例えば、Ｄｙ含有有機物、より詳細にはジスプロシウムカチオン含有有機酸塩（脂肪族カルボン酸塩、芳香族カルボン酸塩、脂環族カルボン酸塩、アルキル芳香族カルボン酸塩等）、ジスプロシウムカチオン含有有機錯体（アセチルアセトネート、フタロシアン錯体、メロシアン錯体等）の内、防錆オイルに溶解するものを適宜選択して用いる。
また、溶媒に非可溶でも、微粒子に粉砕したＤｙ又はＤｙ化合物を湿式分散時に添加し、均一分散する事でＮｄ磁石粒子表面に均一付着させることが可能となる。
また、溶解させるＤｙ化合物の量は特に制限されないが、磁石粉末に対してＤｙ化合物に含まれるＤｙ成分が０．０１〜８ｗｔ％となる量とするのが好ましい。
尚、Ｄｙ化合物の代わりにＴｂ化合物、Ｄｙ微粒子、Ｔｂ微粒子を防錆オイルに溶解させることとしても良い。
【００３２】
続いて、ジェットミル４１にて分級された微粉末を大気に触れさせずに防錆オイル中に回収し、磁石原料の微粉末と防錆オイルとを混合してスラリー４２を生成する。尚、防錆オイルの入った容器内はＮ２ガス及び／又はＡｒガスからなる雰囲気とする。
【００３３】
その後、生成したスラリー４２を成形装置５０により所定形状に圧粉成形する。尚、圧粉成形には、乾燥した微粉末をキャビティに充填する乾式法と、乾燥した微粉末をキャビティに充填する乾式法と、溶媒などでスラリー状にしてからキャビティに充填する湿式法があるが、本実施形態では湿式法を用いることとする。
【００３４】
図５に示すように、成形装置５０は円筒状のモールド５１と、モールド５１に対して上下方向に摺動する下パンチ５２と、同じくモールド５１に対して上下方向に摺動する上パンチ５３とを有し、これらに囲まれた空間がキャビティ５４を構成する。
また、成形装置５０には一対の磁界発生コイル５５、５６がキャビティ５４の上下位置に配置されており、磁力線をキャビティ５４に充填されたスラリー４２に印加する。また、モールド５１にはキャビティ５４に開口するスラリー注入孔５７が設けられている。
【００３５】
そして、圧粉成形を行う際には、先ずスラリー注入孔５７からスラリー４２をキャビティ５４に充填する。その後、下パンチ５２及び上パンチ５３を駆動し、キャビティ５４に充填されたスラリー４２に対して矢印６１方向に圧力を加え、成形する。また、加圧と同時にキャビティ５４に充填されたスラリー４２に対して、加圧方向と平行な矢印６２方向に磁界発生コイル５５、５６によってパルス磁場を印加する。それによって、所望の方向に磁場を配向させる。尚、磁場を配向させる方向は、スラリー４２から成形される永久磁石１に求められる磁場方向を考慮して決定する必要がある。
また、キャビティ５４に磁場を印加しながらスラリーを注入し、注入途中又は注入終了後に、当初の磁場より強い磁場を印加して湿式成形しても良い。また、加圧方向に対して印加方向が垂直となるように磁界発生コイル５５、５６を配置しても良い。
【００３６】
次に、圧粉成形により得られた成形体を減圧下で加熱して、成形体中の防錆オイルを除去する。成形体の減圧下での加熱処理の条件は、１３．３Ｐａ（約０．１Ｔｏｒｒ）以下、例えば６．７Ｐａ（約５．０×１０−２Ｔｏｒｒ）程度の真空度であって、１００℃以上、例えば２００℃前後の加熱温度とする。また、加熱時間は成形体の重量や処理量により異なるが、1時間以上が好ましい。
【００３７】
その後、脱油された成形体の焼結を行う。尚、焼結は、０．１３Ｐａ（約０．００１Ｔｏｒｒ）以下、好ましくは６．７×１０−２Ｐａ（約５．０×１０−４Ｔｏｒｒ）以下の真空度で、１１００〜１１５０℃の範囲で約１時間焼結する。そして、焼結の結果、永久磁石１が製造される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係る永久磁石１及び永久磁石１の製造方法では、ｗｔ％でＮｄ２７〜３０％−Ｆｅ６０〜７０％−Ｂ１〜２％からなる磁石原料をジェットミルで乾式粉砕する。そして、粉砕された微粉末と、Ｄｙ化合物（又はＴｂ化合物、Ｄｙ微粒子、Ｔｂ微粒子のいずれか）が溶解された防錆オイルとを混合することによりスラリー４２を生成し、生成したスラリー４２を湿式成形した後に、脱油並びに焼結することにより永久磁石１を製造するので、磁石原料を防錆オイルと混合することにより粉砕された磁石原料の酸化を防止できる。
また、混合した防錆オイル中に溶解された微量のＤｙ化合物（又はＴｂ化合物、Ｄｙ微粒子、Ｔｂ微粒子のいずれか）を磁石粒子の粒界に偏在配置することが可能となり、ＤｙやＴｂの使用量を減少させつつもＤｙ又はＴｂによる保磁力の向上を十分に図ることが可能となる。
更に、成形体を適切な焼成条件で焼成すれば、ＤｙやＴｂが磁石粒子内に固溶化することを防止できる。従って、磁石の残留磁化が低下することを防止できる。
【００３９】
尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
また、磁石粉末の粉砕条件、混練条件、焼結条件などは上記実施例に記載した条件に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る永久磁石を示した全体図である。
【図２】永久磁石を構成するＮｄ磁石粒子を拡大して示した図である。
【図３】強磁性体のヒステリシス曲線を示した図である。
【図４】強磁性体の磁区構造を示した模式図である。
【図５】本実施形態に係る永久磁石の製造工程を示した説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１          永久磁石
３５        Ｎｄ磁石粒子
３６        Ｄｙ層
４２        スラリー
【図１】
0005261747.tif 000002
【図２】
0005261747.tif 000003
【図３】
0005261747.tif 000004
【図４】
0005261747.tif 000005
【図５】
0005261747.tif 000006