(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネオジム鉄ボロン系磁石の成形体を焼結する際に前記成形体を載置する希土類永久磁石の焼結用治具であって、炭素繊維強化炭素複合材で構成された治具本体の成形体載置面に酸化イットリウムからなる焼結用敷粉が付着していることを特徴とする希土類永久磁石の焼結用治具。
【請求項２】
前記治具本体が板状であることを特徴とする請求項１記載の希土類永久磁石の焼結用治具。
【請求項３】
前記炭素繊維強化炭素複合材の密度が１．２〜１．８ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１または２記載の希土類永久磁石の焼結用治具。
【請求項４】
前記治具本体の前記載置面に酸化物被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の希土類永久磁石の焼結用治具。
【請求項５】
前記酸化物被膜は、酸化ジルコニウム被膜であることを特徴とする請求項４記載の希土類永久磁石の焼結用治具。
【請求項６】
前記酸化ジルコニウム被膜の膜厚が５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項５記載の希土類永久磁石の焼結用治具。
【請求項７】
炭素繊維強化炭素複合材で構成された治具本体に酸化イットリウムからなる焼結用敷粉を付着させた後、ネオジム鉄ボロン系磁石の成形体を前記焼結用敷粉を介して前記治具本体に載置した状態で焼結を行うことを特徴とする希土類永久磁石の製造方法。
【請求項８】
前記成形体間に前記焼結用敷粉を介在させるように前記成形体を積み重ねた状態で前記焼結を行うことを特徴とする請求項７記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項９】
前記治具本体が板状であることを特徴とする請求項７または８記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素繊維強化炭素複合材の密度が１．２〜１．８ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１１】
前記治具本体の前記載置面に酸化物被膜が形成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１２】
前記酸化物被膜は、酸化ジルコニウム被膜であることを特徴とする請求項１１記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１３】
前記酸化ジルコニウム被膜の膜厚が５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１２記載の希土類永久磁石の製造方法。
【請求項１４】
前記成形体の厚さが２．５ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項記載の希土類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、希土類永久磁石の成形体を焼結する際に前記成形体を載置する希土類永久磁石の焼結用治具及び希土類永久磁石の製造方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
例えばハードディスクドライブ用ボイスコイルモータや自動車駆動用モータ等の幅広い分野において、モータの小型化及び高性能化が要求されている。モータの小型化及び高性能化を図るためにはモータに組み込まれる磁石の性能向上が重要であり、近年では非常に高い磁気特性を示す例えばネオジム鉄ボロン系焼結磁石等の希土類永久磁石が多く使用されている。
【０００３】
希土類永久磁石は、基本的には以下のように製造される。先ず、希土類元素等を主成分とする原料合金を水素粉砕及び／又は機械的粉砕により粗粉砕した後、気流式粉砕機等により微粉砕し、原料合金微粉末を作製する。次に、原料合金微粉末を磁場中で圧縮成形し、成形体を得る。次に、この成形体を焼結炉において例えば１０００℃〜１３００℃で焼結処理し、例えば５００℃〜９００℃で時効処理することにより、希土類永久磁石が製造される。
【０００４】
多数の希土類永久磁石を同時に焼結処理する際には、通常、敷板のような所定の焼結用治具上に成形体を載置した状態で焼結が行われる。例えば特許文献１等においては、成形体を複数個並べた焼結プレートを焼結ケースに収容し、焼結炉内に焼結ケースを配置して、多数の成形体を同時に焼結処理することが提案されている。焼結用治具を構成する材料には、例えばハンドリング時に十分な強度を有することが要求され、特許文献１においては、焼結プレートにモリブデン板を使用することが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３１５６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば特許文献１に記載されるようなモリブデンを主体とする敷板は、非常に重いというデメリットがある。焼結ケース内等に配置される敷板が重いと、焼結炉内に配置可能な焼結ケース数、すなわち一度に焼結処理可能な成形体重量が減り、生産効率の低下を招く。
【０００６】
また、モリブデンを主体とする敷板に成形体を載置して焼結処理すると、焼結体と前記敷板との焼き付きが問題となる。この結果、記敷板に焼き付いた焼結体を分離する際の衝撃で焼結体が破損し、歩留まりの低下を招くことがある。また、前記敷板に焼き付いて破損した焼結体の除去（剥離）作業をサンドブラスト等により行うと、敷板に対して変形、破損、摩耗等のダメージが生じるため、敷板の寿命を低下させ、敷板の交換頻度が高くなってしまう。その結果、交換費用がかさみ、ひいては磁石の製造コストがかさむという問題が発生する。
【０００７】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたのものであり、軽量、高強度であり、焼結体の焼き付きを抑制することが可能な希土類永久磁石の焼結用治具及び希土類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】
【０００８】
本発明者らは前述の目的を達成するために長期に亘り検討を重ねてきた。その結果、カーボンの一種である炭素繊維強化炭素複合材が軽量且つ高強度で、しかも焼結体の焼き付きが発生し難く、希土類永久磁石の焼結用治具の構成材料として極めて有効であるという知見を見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明に係る希土類永久磁石の焼結用治具は、ネオジム鉄ボロン系磁石の成形体を焼結する際に前記成形体を載置する希土類永久磁石の焼結用治具であって、炭素繊維強化炭素複合材で構成された治具本体の成形体載置面に酸化イットリウムからなる焼結用敷粉が付着していることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、焼結用治具を構成する治具本体の構成材料として、カーボンの一種である炭素繊維強化炭素複合材を用いる。カーボンの密度は２．３ｇ／ｃｍ３、炭素繊維強化炭素複合材は１．５ｇ／ｃｍ３程度であり、モリブデンの密度１０．２ｇ／ｃｍ３と比較すると極めて低密度である。このため、治具本体をカーボンの一種である炭素繊維強化炭素複合材で構成することで、同一の構造を有するモリブデン製容器に対して約８５％程度の大幅な軽量化が実現される。
【００１０】
また、炭素繊維強化炭素複合材は高強度であり、耐破損性に優れた材料である。炭素繊維強化炭素複合材からなる治具本体は、同一形状（厚さ）のグラファイト製焼結用容器に比べても高強度である。グラファイト製敷板と炭素繊維強化炭素複合材製敷板とで同強度を達成しようとする場合、グラファイト製敷板は、炭素繊維強化炭素複合材製敷板に比べ約３倍の厚さを必要とする。つまり、炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とすることにより、焼結用敷板として充分な強度を確保し、さらには焼結用敷板の薄型化も可能となる。
【００１１】
また、炭素繊維強化炭素複合材は熱に対する耐久性も高い材料である。したがって、焼結用治具を多数回使用した場合であっても焼結用敷板の熱変形は抑えられる。
【００１２】
ところで一般に、グラファイト製敷板と成形体とを近接又は接触させて焼結処理を行うと、グラファイトが成形体（焼結体）を例えば炭化し、磁気特性の低下を招くことがあり、敷板の構成材料を炭素繊維強化炭素複合材とした場合もグラファイトと同様の問題が起こることが懸念される。本発明者らの検討の結果、焼結体表面に生成した炭化物等は研削加工を行うことにより容易に除去可能であり、炭素繊維強化炭素複合材を単独で敷板を構成したことによる磁石特性への悪影響は小さいことが明らかとなったものの、希土類永久磁石のさらなる高特性化を考えると、前記炭化は極力抑えることが望ましい。
【００１３】
また、本発明者らの検討の結果、希土類永久磁石焼結体の焼き付きが発生し難い点においても炭素繊維強化炭素複合材は従来のモリブデン等に比べて優れた材料であることが明らかになったが、焼結体の焼き付きを完全に解消するには至っていない。
【００１４】
そこで、前記炭化や焼き付きの問題をより確実に解消することを目的として、炭素繊維強化炭素複合材の成形体載置面に焼結用敷粉を付着させた焼結用治具を用いることとする。炭素繊維強化炭素複合材と成形体との直接の接触が焼結用敷粉により妨げられるため、焼結体表面の炭化が確実に抑えられ、また、焼結体の焼き付きがより確実に抑えられる。したがって、本発明の希土類永久磁石の焼結用治具を用いることにより、炭素繊維強化炭素複合材に起因する炭化の影響及び焼き付きの問題を抑えつつ、炭素繊維強化炭素複合材による前述のような利点が得られる。
【００１５】
なお、特開平７−１６１５６０号公報に記載の発明においては、アルミナ板、イットリア板に代えて金属製の敷板を使用するためにＹ２Ｏ３粉末を焼結用敷粉として用いているが、炭素繊維強化炭素複合材を焼結用治具として用いることについては記載されていない。
【００１６】
また、本発明に係る希土類永久磁石の製造方法は、炭素繊維強化炭素複合材で構成された治具本体に酸化イットリウムからなる焼結用敷粉を付着させた後、ネオジム鉄ボロン系磁石の成形体を前記焼結用敷粉を介して前記治具本体に載置した状態で焼結を行うことを特徴とする。
【００１７】
希土類永久磁石の量産における焼結処理に際して炭素繊維強化炭素複合材で構成された軽量な治具本体を用いることにより、結炉内に配置可能な成形体重量を増やすことができ、また、焼結用治具が軽量なため多段に積み重ねた場合であっても作業性を大きく損なうことが無く、生産効率の向上が図られる。また、炭素繊維強化炭素複合材は高強度であるため、焼結用治具の使用中の破損が抑制され、メンテナンス費用を削減できる。
【００１８】
また、焼結用敷粉を用いて炭素繊維強化炭素複合材と成形体との直接の接触を防ぐことで、炭素繊維強化炭素複合材による焼結体表面の炭化が抑制され、磁気特性への悪影響の小さい希土類永久磁石が得られる。また、焼結用敷粉を介在させることで焼結体の焼き付きの発生が抑えられ、高い歩留まりが実現される。
【００１９】
なお、本発明において焼結とは、希土類永久磁石の成形体の焼結処理と、焼結処理後の成形体（焼結体）の時効処理との両方を含む概念である。
【００２０】
また、本発明において付着とは、治具本体と焼結用敷粉とが物理的に接触した状態のことをいい、例えば吸着や接着のようにこれらが一体化したような状態の他、例えば治具本体上に焼結用敷粉を散布した後のように、これらが分離可能な状態で接触したような状態も該当する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、焼結用治具の大幅な軽量化と高強度を実現し、また、焼結工程における焼結体の焼き付きを確実に抑えることができ、磁石の組成変動を抑えるとともに長寿命化を達成した希土類永久磁石の焼結用治具を提供することができる。また、本発明によれば、焼結体の炭化を確実に抑え、良好な特性を示す希土類永久磁石を製造することが可能な希土類永久磁石の焼結用治具を提供することができる。また、本発明の希土類永久磁石の製造方法によれば、生産効率の飛躍的な向上や製造コストの削減が可能となるとともに、優れた磁気特性を有する希土類永久磁石を高い歩留まりにて製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した希土類永久磁石の焼結用治具及び希土類永久磁石の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
先ず、本発明で製造対象となる希土類永久磁石について説明する。希土類永久磁石は、希土類元素を主成分とする希土類焼結磁石であり、ネオジム鉄ボロン系磁石やサマリウムコバルト系磁石等である。ネオジム鉄ボロン系磁石は、例えばＲ−Ｔ−Ｂ（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ただし希土類元素はＹを含む概念である。ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする遷移金属元素の１種又は２種以上である。Ｂはホウ素である。）で表され、希土類元素Ｒが２０質量％〜４０質量％、ホウ素Ｂが０．５質量％〜４．５質量％、残部が遷移金属元素Ｔとなるような組成を有する。ここで、Ｒは、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種又は２種以上である。中でも、Ｎｄは、資源的に豊富で比較的安価であることから、主成分をＮｄとすることが好ましい。また、Ｄｙの含有は、異方性磁界を増加させるため、保磁力Ｈｃｊを向上させる上で有効である。
【００２４】
あるいは、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、Ｂｉ、Ｇａ等を挙げることができ、これらから１種又は２種以上を選択して用いることができる。これら添加元素Ｍの添加量は、残留磁束密度等の磁気特性を考慮して、３質量％以下とすることが好ましい。添加元素Ｍの添加量が多すぎると、磁気特性が劣化するおそれがある。
【００２５】
また、本発明は、ネオジム鉄ボロン系磁石ばかりでなく、前記サマリウムコバルト系磁石（ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石）等にも適用することができ、これらに限らず公知の希土類永久磁石全般に適用可能であることは言うまでもない。
【００２６】
前述の希土類永久磁石の製造には、例えば粉末冶金法が採用される。以下、希土類永久磁石、例えばネオジム鉄ボロン系磁石の粉末冶金法による製造方法について説明する。
【００２７】
粉末冶金法による希土類永久磁石の製造プロセスは、基本的には、合金化工程、粗粉砕工程、微粉砕工程、磁場中成形工程、時効工程を含む焼結工程、機械加工工程、被膜形成工程等により構成される。本発明では、前述の炭素繊維強化炭素複合材を希土類磁石焼結用治具の治具本体（敷板）として焼結工程において用いる。なお、酸化防止のために、焼結工程後までの各工程は、ほとんどの工程を真空中又は不活性ガス雰囲気中（窒素雰囲気中やアルゴン雰囲気中等）で行う。
【００２８】
合金化工程では、原料となる金属又は合金を磁石組成に応じて配合し、真空又は不活性ガス、例えばアルゴン雰囲気中で溶解し、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、生産効率等の観点から好適であるが、これらに限られるものではない。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。
【００２９】
合金は、ほぼ最終磁石組成である単一の合金を用いても、最終磁石組成となるように、組成の異なる複数種類の合金を混合してもよい。混合は、合金化工程、粗粉砕工程、微粉砕工程のどの工程で行ってもよいが、混合性を考慮すると粉砕工程前での混合が好ましい。
【００３０】
粗粉砕工程では、先に鋳造した原料合金の薄板又はインゴット等を、粒径数十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、水素吸蔵させた後、又は水素吸蔵および水素放出させた後、粗粉砕を行うことが効果的である。
【００３１】
前記粗粉砕工程は、複数の粉砕手段を組み合わせた複数工程により構成することも可能である。例えば水素粉砕工程と、機械的粗粉砕工程との２工程とすることができる。水素粉砕工程は、鋳造した原料合金に水素を吸蔵させ、相によって水素吸蔵量が異なることを利用して、自己崩壊的に粉砕する工程である。これにより、粒径数ｍｍ程度の大きさに粉砕することができる。機械的粗粉砕工程は、先にも述べたようなブラウンミル等の機械的手法を利用して粉砕する工程であり、前記水素粉砕工程により数ｍｍ程度の大きさに粉砕された原料合金粉を、粒径数十μｍ程度になるまで粉砕する。水素粉砕工程を行う場合、機械的粗粉砕工程は省略することも可能である。
【００３２】
粗粉砕工程の後、微粉砕工程を行うが、この微粉砕工程は、例えばジェットミル等を使用して行われる。微粉砕の条件は、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２〜６μｍとなるまで微粉砕する。ジェットミルは、高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより解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、ターゲット又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。この微粉砕工程では、粉砕助剤や離型剤として、例えば脂肪酸系化合物等を微粉砕前又は後、あるいは前後に０．０１質量％〜０．５質量％程度添加してもよい。
【００３３】
微粉砕工程の後、磁場中成形工程において、磁石原料粉を磁場中にて成形する。具体的には、微粉砕工程で得られた磁石原料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、縦磁場成形、横磁場成形のいずれであってもよい。磁場中成形は、例えば４００ｋＡ／ｍ〜１６００ｋＡ／ｍ程度の磁場中で、３０ＭＰａ〜３００ＭＰａ程度の圧力で行えばよい。
【００３４】
成形体の形状は、平板状、ブロック状等、任意に設定することができるが、本発明は薄い平板状の成形体を焼結する際に有効であり、厚さを２．５ｍｍ〜２０ｍｍとした成形体の焼結に特に有効である。
【００３５】
成形体の密度は、例えば３．９ｇ／ｃｍ３〜４．６ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。成形体密度が前記範囲未満であると保形性が低下するため、後述するように成形体を複数段重ねるとともに成形体間に敷粉を介在させて焼結処理する際、敷粉の効果が十分に発揮されないおそれがある。また、成形体密度が前記範囲を上回ると、成形体の配向度が低下し、焼結処理後の磁石の残留磁束密度Ｂｒの低下を招くおそれがある。
【００３６】
成形体は、次に焼結工程において焼結処理し、希土類永久磁石（ネオジム鉄ボロン系磁石）とする。本発明では、希土類永久磁石の成形体を焼結処理する際に、図１に示すような焼結用治具１を用いる。焼結用治具１は、炭素繊維強化炭素複合材により構成される治具本体２と、治具本体２の成形体載置面に付着した焼結用敷粉３とからなる。図１に示す治具本体２は、炭素繊維強化炭素複合材が平板状に成形された敷板である。成形体４が平板状の場合、成形体の主面が治具本体に対向するように、焼結用治具上に成形体を載置することができる。ここで、主面とは成形体を構成する各面のうち最も広い面積をもつ面のことを言う。なお、焼結用治具への成形体の置き方は、成形体の主面が治具本体に対向するような形態に限定されない。例えば、成形体が厚みのある直方体形状である場合、焼結用治具に対向させる面は、主面に限らず主面以外の面としてもよい。
【００３７】
治具本体２は、炭素繊維強化炭素複合材を主な構成材料とする。ここで、炭素繊維強化炭素複合材とは、出発材料として炭素繊維不織布を用いて製造されるものであり、炭素繊維強化炭素複合材から構成される治具本体２は、例えば、炭素繊維不織布に樹脂を含浸させてプリプレグとした後、プリプレグを所定の形状に成形して成形体を得、次に成形体を炭素化及び黒鉛化して得られるものである。強度および熱伝導率の点から、炭素繊維強化炭素複合材の密度は、１．２〜１．８ｇ／ｃｍ３が好ましい。
【００３８】
また、炭素繊維強化炭素複合材は、モリブデン等の金属材料に比べて軽量であり、希土類磁石焼結用治具１の軽量化の面で極めて有利である。さらに、炭素繊維強化炭素複合材は高強度であるため、この炭素繊維強化炭素複合材を構成材料とすることで、希土類磁石焼結用治具１の耐破損性を高め、また、希土類磁石焼結用治具１の薄型化を図ることができる。軽量な材質としてはグラファイトもあるが、炭素繊維強化炭素複合材はグラファイトに比べて高強度な点で、治具本体２の材質として非常に有利である。なお、グラファイトは原料としてカーボンを用いたものであり、グラファイトからなる治具は、例えば、粉砕工程、混捏工程、成形工程、炭素化工程、緻密化工程（必要に応じて炭素化工程、緻密化工程を繰り返す。）及び黒鉛化工程を行うことにより製造される。
【００３９】
炭素繊維強化炭素複合材は、モリブデンに比べ安価であり、１０００℃〜１３００℃程度の高温で焼結処理を行った場合であっても変形量が小さいという利点もある。したがって、炭素繊維強化炭素複合材を治具本体２に使用することで、治具本体２の変形による焼結体変形が抑制できる。特に、治具本体２の厚みが薄い場合に有効である。
【００４０】
なお、図２に示すように、治具本体２の成形体４を載置する載置面には、酸化物被膜５が形成されていてもよい。酸化物被膜５としては、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）被膜、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）被膜等が挙げられる。酸化物被膜５を形成することにより、成形体の炭化等、炭素繊維強化炭素複合材による悪影響がより低減する。特に酸化ジルコニウム被膜は、炭素繊維強化炭素複合材に対する密着強度が高いため好ましい。炭素繊維強化炭素複合材等の表面に酸化物被膜５が形成されている場合、繰り返しの焼結処理によって酸化物膜の剥離が懸念されるが、酸化物被膜５として酸化ジルコニウムを選択することで、剥離の発生を抑えることができる。
【００４１】
ここで、酸化ジルコニウム被膜は、例えば溶射により形成される。酸化ジルコニウム被膜は、基本的には酸化ジルコニウムからなるものであるが、不可避不純物が含まれていてもよい。
【００４２】
酸化ジルコニウム被膜の膜厚は、炭素繊維強化炭素複合材と成形体４との接触を確実に防止する観点から、例えば５μｍ〜３０μｍであることが好ましく、１０μｍ〜２０μｍであることがより好ましい。
【００４３】
焼結用敷粉３としては、酸化イットリウムや酸化セリウム等の希土類酸化物、酸化ジルコニウム等の金属酸化物、鉄粉等を用いることができるが、治具本体２と成形体４、治具本体２と焼結用敷粉３、成形体４と焼結用敷粉３の相性等を考えると、希土類酸化物が好ましく、中でも酸化イットリウムが好ましい。希土類酸化物、より好ましくは酸化イットリウムを用いることで、焼結用敷粉３の治具本体２への焼き付き、磁石の組成変動が抑えられるとともに、治具本体２の変形等が抑えられて治具本体２の長寿命化を実現することができる。また、成形体４がネオジム鉄ボロン系合金粉末からなる場合、希土類酸化物、より好ましくは酸化イットリウムを用いることで、成形体４の焼結に際してＮｄの溶出を抑え、磁石特性のばらつきや劣化等が防止される。
【００４４】
焼結用敷粉３は粉体であればよく、その形態は粉末状、粒子状、顆粒状等、任意とすることができる。また、焼結用敷粉３の形状も任意であり、例えば球状、不定形状、鱗片状等の形状をとり得るが、中でも球状が好ましい。
【００４５】
焼結用敷粉３の平均粒径は、０．１５ｍｍ〜０．４ｍｍとすることが好ましい。焼結用敷粉３の粒径が前記範囲未満であると、治具本体２を構成する炭素繊維強化炭素複合材と成形体４との距離が近くなることから、希土類永久磁石の特性への悪影響を完全に抑えることが難しくなることがある。逆に、焼結用敷粉３の粒径が前記範囲を上回ると、焼結用敷粉３が治具本体２上を転がり易くなるおそれがある。
【００４６】
治具本体２の成形体４の載置面に焼結用敷粉３を付着させておくことにより、成形体（焼結体）４の炭化が確実に抑えられ、磁気特性の低下のない希土類永久磁石が得られる。炭素繊維強化炭素複合材は成形体４と直接接触させて焼結処理した場合であっても成形体（焼結体）４へ与える悪影響が小さいという利点を持つが、焼結体表面の炭化を完全には防ぐことはできず、磁気特性の低下を招いたり、炭化物を除去する工程が必要となる等の不都合を生じることがある。そこで、治具本体２を構成する炭素繊維強化炭素複合材と成形体４との距離を焼結用敷粉３を用いて適度に離すことで、焼成時の炭化の悪影響を確実に抑えつつ、炭素繊維強化炭素複合材を用いることの利点を享受することができる。
【００４７】
さらに、炭素繊維強化炭素複合材は、モリブデン等に比べ焼結体の焼き付きが発生し難い点で優れた材料であるが、焼結用敷粉３を介在させることで、焼結体の焼き付きをより確実に抑えることができる。したがって、例えば平板状の成形体４の主面が治具本体２に対向するように焼結用治具１上に成形体４を載置する場合等のように、成形体４と焼結用治具１との接触面積が大きく焼き付きが発生し易い状況であっても、希土類磁石を歩留まり良く製造できる。また、焼き付いた焼結体の除去作業が不要なため、炭素繊維強化炭素複合材製治具本体２を繰り返し利用でき、コスト削減を図る点で有効である。
【００４８】
焼結用治具１において、炭素繊維強化炭素複合材により構成された治具本体２へ焼結用敷粉３を付着させるには、例えば焼結用敷粉３を篩い等を用いて散布したり、焼結用敷粉３を有機溶剤等によりスラリー化して塗布し、乾燥させること等により達成される。
【００４９】
焼結用治具１は、そのまま焼結炉内に配置されてもよいし、炭素繊維強化炭素複合材、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等やその合金材料から構成される焼結用容器の例えば底面に敷かれる等して焼結用容器内に収容された状態で焼結炉内に配置されてもよい。
【００５０】
また、効率的な焼結処理を行うために、成形体４を重ね合わせた状態で焼結処理を行うことがある。例えば図３に示すように、成形体４を複数段、例えば４段に積み重ねて焼結処理を行うことがある。この場合は、成形体４同士が溶着することを防止する目的で、成形体４の上に焼結用敷粉３を散布した後さらに成形体４を重ねることにより、各成形体４の間に焼結用敷粉３が介在した状態とすることが好ましい。成形体４間に介在させる焼結用敷粉３としては、焼結用治具１を構成する焼結用敷粉３、すなわち治具本体２と成形体４との間に介在させる焼結用敷粉３に使用可能な敷粉を用いることができる。
【００５１】
また、前記焼結用敷粉３の代わりに炭素繊維強化炭素複合材で構成される板材を介して成形体４を重ね、焼結処理を行ってもよい。炭素繊維強化炭素複合材は非常に軽量な材料であるため、これを用いることで、成形体に掛ける重量負荷を最小限に抑えることができる。
【００５２】
焼結工程においては、焼結用治具１上に載置した状態で成形体４を焼結炉内に配置し、成形体４の焼結処理を行うこととする。焼結温度は、組成、粉砕方法、粒度と粒度分布の違い等、諸条件に応じて調整する必要があるが、例えば１０００℃〜１３００℃で１〜１０時間程度焼結処理する。焼結処理時の雰囲気は真空又は不活性ガス雰囲気（アルゴンガス雰囲気等）とする。
【００５３】
前記焼結処理後には、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、例えば真空中又は不活性ガス雰囲気中で行う。時効処理としては、２段時効処理が好ましい。２段時効処理は、１段目の時効処理工程においては８００℃前後の温度で１時間〜３時間保持し、２段目の時効処理工程においては６００℃前後の温度で１時間〜３時間保持して行えばよい。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１段で行う場合には、６００℃近傍で時効処理を施すとよい。
【００５４】
前記焼結工程の後、機械加工工程や被膜形成工程を行い、希土類永久磁石を完成する。機械加工工程は、所望の形状に機械的に加工する工程である。被膜形成工程は、得られた希土類磁石の酸化を抑えること等を目的に行う工程であり、例えばめっき被膜や樹脂被膜を希土類磁石の表面に形成する工程である。
【００５５】
以上のような希土類永久磁石の製造方法においては、炭素繊維強化炭素複合材を用いた強度の高い焼結用治具を用いることで、使用中の破損が防止されるため、メンテナンス費用が削減され希土類磁石の製造コスト削減を実現できる。また、軽量な希土類磁石焼結用治具を用いることで、焼結炉内に配置可能な成形体重量を相対的に増加させることができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００５６】
さらに、炭素繊維強化炭素複合材の表面に焼結用敷粉を付着させておくことで、焼結体の焼き付きがより確実に抑制され、希土類磁石の歩留まりを大幅に高めることができる。炭素繊維強化炭素複合材の表面に焼結用敷粉を付着させておくことで、焼結体表面の炭化もより確実に抑えられ、高い磁気特性を示す希土類磁石を製造することができる。
【００５７】
なお、前述の説明では、焼結用治具を構成する治具本体として、平板状の敷板を例に挙げたが、成形体を載置可能な平坦な面を有するものであれば治具本体の形状は任意とすることができる。例えば図４に示すように、治具本体２は、上面が開口部とされた箱状の容器本体２ａと容器本体２ａの開口部を閉塞可能な蓋体２ｂとからなる容器状とすることができる。このとき、治具本体２のうち成形体４を載置する少なくとも容器本体２ａが炭素繊維強化炭素複合材により構成され、その底面に焼結用敷粉３が付着していればよい。
【００５８】
例えばモリブデン等の金属の熱伝導率は１４０Ｗ／（ｍ・℃）程度であるが、ＮｄＦｅＢ系磁石の熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・℃）〜２０Ｗ／（ｍ・℃）程度と非常に小さい。そのため、焼結用治具がモリブデン製容器であり、容器本体底面に多数の成形体を載置した場合、焼結工程で焼結用容器外から加えられた熱はモリブデン製焼結用容器を急激に伝導して容器側壁から輻射熱として放出され、外周部に配置された成形体を急激に加熱する。その一方で、中央部に配置された成形体はほとんど輻射熱を受けないため、容器内の外周部と中央部とで成形体の温度差が顕著となり、外周部に配置された焼結体が熱変形してしまう。
【００５９】
これに対し、容器本体２ａが炭素繊維強化炭素複合材により構成される場合、容器本体２ａの外周部に配置した成形体４と中央部に配置した成形体４との温度差が低減され、容器本体２ａ内の加熱は均一に進み、外周部に配置された焼結体の熱変形が抑制される。なお、炭素繊維強化炭素複合材の利点を充分に得る観点では、容器本体２ａ及び蓋体２ｂの両方が炭素繊維強化炭素複合材により構成されることが好ましい。
【００６０】
また、前述の説明では、成形体を焼結処理する際に本発明の焼結用治具を用いる場合を例に挙げて説明したが、焼結工程において焼結処理後の成形体（焼結体）を時効処理する際に本発明の焼結用治具を用いてもよい。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施例の記載に限定されるものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
モリブデン製焼結用ケースの内側に敷板を装入し、前記敷板上に焼結用敷粉を篩により散布した。敷板としては３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×１ｍｍの炭素繊維強化炭素複合材からなる板を用い、焼結用敷粉としては平均粒径２３５μｍのＹ２Ｏ３系造粒焼結粉末を用いた。その後、ネオジム鉄ボロン系合金粉末の成形体（４５．０ｍｍ×３５．０ｍｍ×３．５ｍｍ）を４５．０ｍｍ×３５．０ｍｍの面が敷板と対向するように載置した。次に、敷板上に載置した成形体表面に、敷板上に散布したものと同じ敷粉を散布し、その後成形体を積み重ねた。この焼結用敷粉の散布と成形体の載置とを繰り返すことにより、成形体を９枚積み重ねた。この焼結用ケースを焼結炉に入れ、１１００℃、２時間の焼結処理を行い、引き続き、８５０℃を１時間、６００℃を１時間の条件で時効処理を行い、希土類永久磁石を得た。
【００６３】
＜実施例２＞
焼結用敷粉として平均粒径１４２μｍのＣｅＯ２系粉末を用いたこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６４】
＜実施例３＞
焼結用敷粉として平均粒径９８μｍ（＃６０メッシュアンダー）のＺｒＯ２系粉末を用いたこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６５】
＜実施例４＞
敷板として３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×１ｍｍの炭素繊維強化炭素複合材からなる板の表面にＺｒＯ２被膜を有する板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６６】
＜比較例１＞
炭素繊維強化炭素複合材からなる敷板の表面に焼結用敷粉を散布しなかったこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６７】
＜比較例２＞
敷板として３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×１ｍｍのグラファイト板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６８】
＜比較例３＞
敷板として３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×１ｍｍのモリブデン板を用いるとともに、焼結用敷粉を散布しなかったこと以外は、実施例１と同様にして希土類永久磁石を得た。
【００６９】
以上の実施例１〜４、比較例１〜３のそれぞれについて、得られた希土類永久磁石の特性を評価した。希土類永久磁石の磁石特性はＢＨトレーサーにより測定した。磁石特性については、比較例３に比較して、Ｈｃｊの増加が認められなかったときを×、認められたときを○として評価した。
【００７０】
また、焼結処理及び時効処理後に、敷板と焼結体との間に焼き付きが発生しているか否かを調べた。焼き付きについては、焼結体にカケを生じた場合を×、カケの生じない場合を○とした。さらに、２０回繰り返し使用した後の敷板を用いて前記成形体を焼結したときのワーク変形量を調べた。変形により反りが生じた焼結体を反りの凸側を上にして平坦な面上に置いたとき、最も変形の大きい箇所の高さをＴ、変形のない理想的な焼結体の高さをｔとしたとき、ワーク変形量ΔＴ＝Ｔ−ｔである。結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
0004509044.tif 000002
【００７２】
表１に示すように、炭素繊維強化炭素複合材からなる敷板のみを用いた比較例１においては、モリブデン敷板のみを用いた比較例３に比較してワーク変形量は減少しているものの、磁石特性の低下が認められた。また、グラファイトからなる敷板上に敷粉を散布した比較例２においては、焼き付き及び変形は抑えられたが、磁石特性の改善は認められない。これに対し、実施例１〜実施例３のように、炭素繊維強化炭素複合材からなる板上に焼結用敷粉を介在させた状態で焼結を行うことで、磁気特性の低下を抑制することができ、且つ、焼結体の焼き付きの問題も改善されることがわかる。また、実施例１〜実施例３では、焼結体の変形量も小さいものであった。中でも、焼結用敷粉として希土類酸化物を用いた実施例１及び実施例２においては高い焼き付き防止効果が得られ、ＺｒＯ２粉を用いた実施例３に比べて磁石特性の優れた焼結体が得られた。特に、焼結用敷粉としてＹ２Ｏ３粉を用いた実施例１において、より良好な結果を示した。また、実施例４から明らかなように、炭素繊維強化炭素複合材の表面に酸化物被膜を形成することにより、磁気特性のさらなる向上が実現された。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明を適用した希土類永久磁石の焼結用治具の一例であり、成形体を載置した状態を示す断面図である。
【図２】本発明を適用した希土類永久磁石の焼結用治具の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明を適用した希土類永久磁石の焼結用治具に成形体を多段に積み重ねた状態を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した希土類永久磁石の焼結用治具のさらに他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  焼結用治具、２  治具本体、３  焼結用敷粉、４  成形体、５  酸化物被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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