(57)【要約】【課題】ナノ粉末を主体とした磁気異方性を有する磁石、及び、ナノ粉末を用いて焼結することなく磁気異方性を有する磁石を製造可能な磁石の製造方法を提供する。【解決手段】磁石材料から構成されるナノ粉末を含む成形体を備え、任意の方向について最大エネルギー積ＢＨｍａｘを測定し、その最大値をとる方向を配向方向とし、前記最大値を１とした基準値と、前記配向方向に直交する方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘを前記最大値で除した相対値との差を配向指標とし、前記配向指標が０．１５以上である磁石。【選択図】図１
2016219515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石材料から構成されるナノ粉末を含む成形体を備え、
任意の方向について最大エネルギー積ＢＨｍａｘを測定し、その最大値をとる方向を配向方向とし、前記最大値を１とした基準値と、前記配向方向に直交する方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘを前記最大値で除した相対値との差を配向指標とし、前記配向指標が０．１５以上である磁石。
【請求項２】
前記ナノ粉末の含有量が６０体積％以上である請求項１に記載の磁石。
【請求項３】
前記成形体中のナノ粒子同士を結合する樹脂を含み、
前記樹脂の含有量が、前記成形体中のナノ粉末を１００体積％として、０超２０体積％以下である請求項１又は請求項２に記載の磁石。
【請求項４】
磁石材料から構成されるナノ粉末と、前記ナノ粉末を構成するナノ粒子間を橋渡しして支持する連結材とを含む多孔体を作製する工程と、
前記ナノ粒子間が前記連結材で支持された状態であり、更に前記ナノ粒子を支持する保形材と、前記ナノ粒子間に配される潤滑材とを含む造粒粉を、前記多孔体を用いて作製する工程と、
前記造粒粉を所定の圧力で押して、前記ナノ粒子が前記保形材に支持された状態で前記連結材を分断し、前記ナノ粒子が前記保形材に支持されたプレ成形体を作製する工程と、
前記プレ成形体に磁場を印加して、前記保形材に支持された前記ナノ粒子を前記磁場の印加方向に配向させて、配向成形体を作製する工程と、
前記配向成形体を前記所定の圧力よりも大きな圧力で圧縮して、前記プレ成形体よりも緻密な磁石用の粉末成形体を作製する工程とを備える磁石の製造方法。
【請求項５】
前記保形材は、未硬化樹脂を含み、前記粉末成形体に熱処理を施して、前記未硬化樹脂を硬化するキュアリング工程を備える請求項４に記載の磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石などに利用される磁石、及び磁石の製造方法に関する。特に、ナノ粉末を主体とした磁気異方性を有する磁石、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石などには、磁石特性に優れる磁気異方性磁石が利用されている。例えば、異方性フェライト磁石がある。この磁石は、一軸磁気異方性を有する原料粉末を磁場中成形した後、焼結することで製造される。磁場中成形することで、結晶が配向し、焼結することで緻密化し、必要な磁石特性を有する磁石が得られる。上記の原料粉末には、例えば、平均粒径が数マイクロメートルからサブミクロン程度のものが利用される。
【０００３】
一方、粒径がナノオーダーであるナノ粉末が種々の分野で利用されている。平均粒径が１００ｎｍ以下のナノ粉末を開示する文献として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ナノ粉末を主体とし、磁気異方性を有する磁石であって、焼結することなく製造可能な磁石が開発されていない。
【０００６】
上述のように焼結すれば、異方性磁石が得られる。しかし、焼結には、通常、高温加熱が必要である。そのため、高温加熱すると変性する磁石材料、換言すれば耐熱性に劣る磁石材料では、焼結工程を含む製造方法を採用できない。従って、焼結することなく製造可能な異方性磁石の開発が望まれる。
【０００７】
一方、ナノ粉末と樹脂とを混練したボンド磁石では、ナノ粉末の充填率が低く、含有量がせいぜい５０体積％程度であり、異方性化も不十分であるため、高い磁石特性を期待できない。
【０００８】
他方、ナノ粉末を金型成形によって、緻密にできれば、焼結工程を省略できる。しかし、ナノ粉末は、小さ過ぎるため、そのまま金型成形を行うと、金型に充填し難い上に金型間のクリアランスに噛み込んだり、このクリアランスから流出したりして、成形自体や緻密化が非常に困難である。
【０００９】
特許文献１に記載されるスプレードライ法などを用いて、ナノ粉末を樹脂との顆粒にすれば、金型に充填し易い。しかし、樹脂で硬く顆粒化したナノ粉末を磁場中成形しても、後述する試験例に示すように十分に配向できなかった。
【００１０】
そこで、本発明の目的の一つは、ナノ粉末を主体とした磁気異方性を有する磁石を提供することにある。また、本発明の他の目的は、ナノ粉末を用いて焼結することなく磁気異方性を有する磁石を製造可能な磁石の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る磁石は、磁石材料から構成されるナノ粉末を含む成形体を備え、任意の方向について最大エネルギー積ＢＨｍａｘを測定し、その最大値をとる方向を配向方向とし、前記最大値を１とした基準値と、前記配向方向に直交する方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘを前記最大値で除した相対値との差を配向指標とし、前記配向指標が０．１５以上である。
【００１２】
本発明の一態様に係る磁石の製造方法は、以下の橋渡し工程と、造粒工程と、分断工程と、配向工程と、緻密工程とを備える。
（橋渡し工程）  磁石材料から構成されるナノ粉末と、前記ナノ粉末を構成するナノ粒子間を橋渡しして支持する連結材とを含む多孔体を作製する工程
（造粒工程）  前記ナノ粒子間が前記連結材で支持された状態であり、更に前記ナノ粒子を支持する保形材と、前記ナノ粒子間に配される潤滑材とを含む造粒粉を、前記多孔体を用いて作製する工程
（分断工程）  前記造粒粉を所定の圧力で押して、前記ナノ粒子が前記保形材に支持された状態で前記連結材を分断し、前記ナノ粒子が前記保形材に支持されたプレ成形体を作製する工程
（配向工程）  前記プレ成形体に磁場を印加して、前記保形材に支持された前記ナノ粒子を前記磁場の印加方向に配向させて、配向成形体を作製する工程
（緻密工程）  前記配向成形体を前記所定の圧力よりも大きな圧力で圧縮して、前記プレ成形体よりも緻密な磁石用の粉末成形体を作製する工程
【発明の効果】
【００１３】
上記の磁石は、ナノ粉末を主体としながら、磁気異方性を有する。上記の磁石の製造方法は、ナノ粉末を用いて焼結することなく磁気異方性を有する磁石を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】試験例２で作製した試料Ｎｏ．２−１の磁石の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した顕微鏡写真である。
【図２】実施形態に係る磁石の製造方法を説明する工程説明図である。
【図３】試験例１で作製した造粒粉をＳＥＭで観察した顕微鏡写真である。
【図４】試験例１で作製した造粒粉を加圧したときの圧力の変化と、ナノ粉末の充填率の変化を示すグラフである。
【図５】試験例２で作製した試料Ｎｏ．２−１の磁石について、磁場の印加方向（ｃ軸方向）の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（基準値）と、磁場の印加方向に直交する方向（ａ軸方向、ｂ軸方向）の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（相対値）とを示すグラフである。
【図６】試験例２で、連結材の分断を行わずに作製した試料Ｎｏ．２−１００の磁石について、磁場の印加方向（ｃ軸方向）の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（基準値）と、磁場の印加方向に直交する方向（ａ軸方向、ｂ軸方向）の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（相対値）とを示すグラフである。
【図７】試験例２で、磁場を印加せずに作製した試料Ｎｏ．２−１１０の磁石について、ａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方向（圧縮方向）のそれぞれの最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（ｃ軸：基準値、ａ軸及びｂ軸：相対値）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［本発明の実施の形態の説明］
最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。
（１）  本発明の一態様に係る磁石は、磁石材料から構成されるナノ粉末を含む成形体を備え、任意の方向について最大エネルギー積ＢＨｍａｘを測定し、その最大値をとる方向を配向方向とし、上記最大値を１とした基準値と、上記配向方向に直交する方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘを上記最大値で除した相対値との差を配向指標とし、上記配向指標が０．１５以上である。
【００１６】
任意の方向とは、例えば、成形時の圧縮方向、及び圧縮方向に直交する２方向が挙げられる。圧縮方向は、磁石の外観などから判別することが挙げられる。例えば、磁石が円柱状であれば、代表的には、円形の端面を直交する中心軸方向が圧縮方向である。その他、例えば、磁石が直方体状であれば、代表的には、対向する二面を直交する中心軸方向が圧縮方向である。
【００１７】
最大エネルギー積とは、磁束密度Ｂと減磁界の大きさＨとの積の最大値をいう。最大エネルギー積の測定は、磁石をそのまま、又は磁石が大きければ、立方体状などに切り出した試料について行う。少なくとも、直交する３方向について最大エネルギー積の測定を行う。そして、相対値をとる各方向についての配向指標のうち、最小値が０．１５以上を満たす。
【００１８】
上記基準値とは、上記最大値を上記最大値で除した１とすることをいう。即ち、配向指標とは、「１−相対値」である。
【００１９】
上記の磁石は、配向指標が大きい。即ち、この磁石は、ある方向における最大エネルギー積とこの方向に直交する方向の最大エネルギー積との差が大きくなる方向を有する。このような方向を有する磁石とは、結晶が配向した磁石、即ち磁気異方性磁石といえ、更に磁気異方性を有するナノ粉末を含有するといえる。このような上記の磁石は、永久磁石などに好適に利用できる。
【００２０】
また、上記の磁石は、成形体中の個々のナノ粒子をそれぞれ判別可能であり、原料粉末の粉末粒子が変性した焼結磁石とは異なり、代表的には原料粉末の粉末粒子が実質的にそのまま存在する。このような上記の磁石は、焼結工程を経ておらず、代表的には金型成形によって製造可能であり、工業的量産が可能といえる。従って、上記の磁石は、生産性にも優れ、ナノ粉末の成形磁石という新たな異方性磁石として期待される。
【００２１】
（２）  上記の磁石の一例として、上記ナノ粉末の含有量が６０体積％以上である形態が挙げられる。
【００２２】
上記形態は、磁石材料からなるナノ粉末の含有量が十分に多く、優れた磁石特性（例えば、最大エネルギー積ＢＨｍａｘや残留磁化Ｂｒ、保磁力Ｈｃが大きいなど）を有することができる。
【００２３】
（３）  上記の磁石の一例として、上記成形体中のナノ粒子同士を結合する樹脂を含み、上記樹脂の含有量が上記成形体中のナノ粉末を１００体積％として０超２０体積％以下である形態が挙げられる。
【００２４】
上記形態は、成形体中のナノ粒子同士が樹脂によって結合されて高い結合強度を有することができる。また、上記形態は、樹脂の含有量がボンド磁石に比較して十分に低いため、ナノ粒子の体積比率を十分に高められる。特に、磁気異方性を有するナノ粒子であれば、磁石製造過程で磁場による配向も十分に行える。従って、上記形態は、樹脂の存在による磁石特性の劣化を招き難く、優れた磁石特性を有することができる。
【００２５】
（４）  本発明の一態様に係る磁石の製造方法は、以下の橋渡し工程と、造粒工程と、分断工程と、配向工程と、緻密工程とを備える。
（橋渡し工程）  磁石材料から構成されるナノ粉末と、上記ナノ粉末を構成するナノ粒子間を橋渡しして支持する連結材とを含む多孔体を作製する工程
（造粒工程）  上記ナノ粒子間が上記連結材で支持された状態であり、更に上記ナノ粒子を支持する保形材と、上記ナノ粒子間に配される潤滑材とを含む造粒粉を、上記多孔体を用いて作製する工程
（分断工程）  上記造粒粉を所定の圧力で押して、上記ナノ粒子が上記保形材に支持された状態で上記連結材を分断し、上記ナノ粒子が上記保形材に支持されたプレ成形体を作製する工程
（配向工程）  上記プレ成形体に磁場を印加して、上記保形材に支持された上記ナノ粒子を上記磁場の印加方向に配向させて、配向成形体を作製する工程
（緻密工程）  上記配向成形体を上記所定の圧力よりも大きな圧力で圧縮して、上記プレ成形体よりも緻密な磁石用の粉末成形体を作製する工程
（キュアリング工程）  上記粉末成形体に内包される樹脂成分を硬化させる処理（熱処理等）により機械的強度を向上し、ボンド磁石を作製する工程
【００２６】
上記の磁石の製造方法は、以下の知見に基づくものである。
本発明者らは、ナノ粉末を主体とする異方性磁石を金型成形で製造することを検討した。具体的には、一軸磁気異方性を有するナノ粉末と種々の樹脂などとを混合した混合物を原料に用いて、磁場中成形を試みた。例えば、混合物をスラリー状とすると、ナノ粒子をスラリー状の樹脂内で回転可能な状態を確保できると考えられるが、スラリー状の混合物自体が金型間のクリアランスから漏洩し得る。その他、例えば、混合物を樹脂で硬く顆粒状とすると、金型に充填し易く、取り扱い易い上に、金型成形も可能である。しかし、加圧に従い、ナノ粒子同士が樹脂によってより強固に結着されるなどして、磁場を印加しても各ナノ粒子が十分に回転できず又は全く回転できず、配向性を高められなかった。また、ナノ粒子同士が結着されて十分に動けないため、圧力を高めても再配列せず、充填率を十分に高められないとの知見を得た。
【００２７】
そこで、更に検討した結果、１．ナノ粒子の嵩密度の低さに着目すると共に、異なる機能を奏する材料を用いて造粒粉の作製を複数の段階に分けて行って、特定の構造の造粒粉とすること、２．加圧・圧縮も複数の段階に分けて途中に磁場の印加を行うこと、によって、磁場の印加時にナノ粒子が回転可能な状態を確保でき、ナノ粉末の成形磁石であって、異方性磁石が得られるとの知見を得た。
【００２８】
上記の磁石の製造方法は、加圧・圧縮に供する造粒粉の作製工程を複数の段階に分けると共に、加圧・圧縮の工程も複数の段階に分け、途中に磁場の印加を行う。即ち、上記の磁石の製造方法は、上述の特定の構造の造粒粉を用いて、特定の条件で磁場中成形を行うことで、ナノ粉末を用いた金型成形を基本としながらも、磁気異方性を有する磁石を製造できる。詳しくは、まず、比較的低い圧力で分断され得る連結材によってナノ粒子同士が結合され、かつその周囲に保形材を有するという特定の構造の造粒粉を作製する。次に、脆弱な連結材を分断可能な程度の低い圧力で造粒粉を押す。このとき、造粒粉は保形材を含むため、ナノ粒子間を橋渡しする連結材が分断されても、造粒粉中に含まれる各ナノ粒子は保形材によってまとめられた状態を確保できる。かつ、造粒粉中の各ナノ粒子は、連結材が分断されたため、保形材に保持された状態で回転可能になる。このようなプレ成形体に磁場を印加すると、一軸磁気異方性を有するナノ粒子は磁場の印加方向に応じて回転する。この段階では、緻密化されていないことで、ナノ粒子が疎に存在する。そのため、上記回転が可能な空間を確保できる。また、この段階では、造粒粉は潤滑材を含むため、各ナノ粒子の回転を滑らかに行えて、配向性を十分に高められる。即ち、この段階での潤滑材は、いわばナノ粒子同士の界面抵抗を低減する界面活性剤として作用する。配向させた配向成形体を更に加圧・圧縮することで、結晶が配向した粉末成形体が得られる。上記潤滑材は、この加圧時にナノ粒子間の滑りを良くして、各ナノ粒子を良好に再配列させられて、充填率を十分に高められる。例えば、粉末成形体におけるナノ粉末の含有量を６０体積％以上とすることができる。即ち、この段階での潤滑材は、いわばナノ粒子間の摩擦抵抗を低減する極圧添加材として作用する。更に、配向工程の磁場の印加によって、着磁された状態となり、緻密工程を経た磁石用の粉末成形体を例えばそのまま磁石として利用可能である。上記の磁石の製造方法は、焼結することなく、任意の材質の異方性磁石を金型成形によって量産できる点で、工業的意義が高い。
【００２９】
（５）  上記の磁石の製造方法の一例として、上記保形材が未硬化樹脂を含み、上記粉末成形体に熱処理を施して、上記未硬化樹脂を硬化するキュアリング工程を備える形態が挙げられる。
【００３０】
上記形態は、保形材として未硬化樹脂を用いており、未硬化樹脂は柔らかいため、配向成形体や粉末成形体の製造性に優れる。また、上記形態は、緻密工程後に未硬化樹脂を硬化することで粉末成形体よりも機械的強度が高い磁石が得られる。
【００３１】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る磁石、及び磁石の製造方法をより詳細に説明する。
【００３２】
・磁石
実施形態に係る磁石は、ナノ粉末を主体とする成形体を備え、代表的にはナノ粉末を含む原料を金型成形して製造されたナノ粉末の粉末成形体である。成形体中のナノ粉末は、磁石材料から構成されるナノ粒子を主体（成形体中のナノ粉末のうち、５０体積％超）とする。代表的には、この磁石は、一軸磁気異方性を有するナノ粉末を主体とする磁気異方性磁石である。この磁石は、ナノ粒子同士を結合する樹脂を含む形態（図１参照）、樹脂などを実質的に含まず、ナノ粒子同士が直接噛み合って自立可能である形態などが挙げられる。
【００３３】
・・ナノ粉末（ナノ粒子）
・・・組成
上記磁石に含まれるナノ粉末は、磁石材料、特に一軸磁気異方性を有する磁石材料から構成されるナノ粒子を含む。磁石材料は、非金属材料、金属材料のいずれもとり得る。非金属材料は、ストロンチウム（Ｓｒ）フェライト、バリウム（Ｂａ）フェライト、ランタン（Ｌａ）−コバルト（Ｃｏ）フェライトなどの一軸磁気異方性を有するマグネトプラムバイト、その他の一軸磁気異方性の材料である磁場中冷却したコバルト（Ｃｏ）フェライトやε−Ｆｅ２Ｏ３などといったハードフェライトが挙げられる。金属材料は、サマリウム−コバルト（Ｓｍ２Ｃｏ１７＋ＳｍＣｏ５）、鉄とプラチナとが層状に並んだＬ１０構造の鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）や鉄ニッケル（ＦｅＮｉ）、鉄クロムコバルト（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ）ＲＥ−Ｆｅ−Ｂなどの希土類鉄合金、Ｆｅ−Ｎなどの格子間侵入元素合金などの鉄族金属を含むものが挙げられる。上記磁石に含まれるナノ粉末は、単一種のみの形態（この場合、磁石材料のみ）の他、磁性の有無によらず複数種の異なる組成のナノ粒子を含む形態とすることができる。即ち、実施形態の磁石は、磁性を有していないナノ粉末を含むことを許容する（好ましくは、成形体中のナノ粉末のうち、１０体積％以下）。上記磁石は、上述のようにナノ粒子の集合体（粉末成形体）であるため、上記磁石に含まれるナノ粉末は、製造に用いた原料粉末の組成を実質的に維持する。従って、原料に用いるナノ粉末の組成を適宜選択することで、所望の組成の磁石や、複数種の組成のナノ粉末を含む磁石を容易に製造できる。ナノ粉末の組成は、Ｘ線回折などで確認できる。
【００３４】
・・・大きさ
上記磁石に含まれるナノ粉末の平均粒径は、例えば、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下が挙げられる。ナノ粉末を構成する各ナノ粒子は、代表的には、単結晶体である。そのため、ナノ粉末の平均粒径は、平均結晶粒径ともいえる。平均粒径が２００ｎｍ以下のナノ粉末であれば、各ナノ粒子（結晶）が十分に小さく、ナノ結晶特有の効果を十分に活用できると考えられる。一方、ナノ粉末（特に磁石材料からなるもの）の平均粒径が１０ｎｍ以上と超常磁性領域より十分に大きければ、保磁力が高い磁石となる。また、上記平均粒径が１０ｎｍ以上であれば、原料のナノ粉末の製造性に優れる、磁石製造時に取り扱い易い、磁石製造時に磁場に反応し易く配向させ易い（特に一軸磁気異方性を有するもの）、といった利点を有する。これらの点から上記平均粒径は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましい。磁石中のナノ粉末の平均粒径は、例えば、磁石の断面のＳＥＭ観察像を取得し、この観察像を画像処理してナノ粒子を抽出し、抽出した各ナノ粒子の等価面積円の直径を粒径とし、２０個以上の粒径の平均をとることで測定できる。上記磁石に含まれるナノ粉末の大きさは、製造に用いた原料粉末の大きさに依存する。そのため、原料粉末の大きさを調整することで、磁石中のナノ粉末の平均粒径を所望の大きさに調整できる。ナノ粉末がフェライトなどのような硬質材料である場合、製造過程でナノ粒子の大きさが変化し難いため、磁石に含まれるナノ粉末の大きさは、原料粉末の大きさを実質的に維持する。ナノ粉末の形状は、球状が代表的であり、その他、多角形体状、針状などの異形状（塑性変形したものを含む）が挙げられる。
【００３５】
・・・含有量
上記磁石中のナノ粉末（特に磁石材料からなるもの）の含有量が多いほど、磁石成分の割合が多くなって飽和磁化Ｂｓや最大エネルギー積ＢＨｍａｘが高くなり、磁石特性に優れる磁石となる。そのため、上記ナノ粉末の含有量は、６０体積％以上が好ましく、６２体積％以上、更に６５体積％以上がより好ましい。上記ナノ粉末の含有量が９０体積％以下程度であると成形や配向を行い易く、工業的生産性に優れると考えられる。
【００３６】
ナノ粉末の含有量は、例えば、以下のように測定する。磁石から特定の体積Ｖの試料を切り出し、試料の質量Ｍを測定する。試料を構成する各要素（ナノ粒子、その他後述の樹脂など）の成分をＸ線回折などで分析して調べ、各要素の真密度を調べる。各要素が公知の材料であれば、真密度は公知の値を利用すればよい。フェライトなどの化合物や合金などであれば、組成に基づいて真密度を算出してもよい。そして、例えば、試料が公知の材料からなるナノ粉末と残部気孔（空気）とで実質的に構成される場合、ナノ粉末の含有量（体積％）は、｛（試料の質量Ｍ／ナノ粉末の真密度）／試料の体積Ｖ｝×１００で求められる。例えば、試料が公知の材料からなるナノ粉末と、後述する樹脂（公知のもの）と、残部気孔（空気）とで実質的に構成される場合、試料を加熱して樹脂を溶解したり、有機溶媒に樹脂を溶解したりして、溶解物や有機溶媒中から樹脂を抽出して、示差熱分析装置などによって、又は樹脂を除去して残ったナノ粉末の質量ＭＮを測定し、試料の質量Ｍとナノ粉末の質量ＭＮとの差を算出することで、樹脂の質量ＭＲを求める。ナノ粉末の含有量（体積％）は、[｛（試料の質量Ｍ−樹脂の質量ＭＲ）／ナノ粉末の真密度｝／試料の体積Ｖ]×１００で求められる。上記樹脂の含有量は、（試料の質量Ｍ−樹脂の質量ＭＲ）／（ナノ粉末の真密度）でナノ粉末の体積ＶＮを求め、（樹脂の質量ＭＲ／樹脂の真密度）で樹脂の体積ＶＲを求め、（樹脂の体積ＶＲ／ナノ粉末の体積ＶＮ）×１００で求められる。
【００３７】
・・・ナノ粉末以外の含有物
上記磁石がナノ粒子同士を結合する樹脂を含む場合、樹脂の含有量は、成形体中のナノ粉末を１００体積％として０超２０体積％以下が挙げられる。このような比較的少ない樹脂でも、ナノ粒子同士が強固に結合されて、結合強度に優れる磁石となる。上記樹脂の含有量は、１５体積％以下、１０体積％以下、８体積％以下、６体積％以下、更に３体積％以上５体積％以下とすることができる。上記樹脂の含有量は、例えば、製造過程で用いる樹脂の量によって調整できる。ナノ粉末を主体とし、残部が実質的に樹脂である磁石とすることもできる。粉末成形体では、通常気孔を有することから、気孔を埋めるように樹脂を別途充填することで、上記残部が実質的に樹脂である磁石にできる。
【００３８】
上記樹脂は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネイト、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂、アクリル、エポキシ、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミドなどの熱硬化性樹脂などが挙げられる。その他、上記磁石は製造過程で用いた潤滑材（後述）などを含むことを許容する。樹脂と潤滑材などとの合計含有量は、成形体中のナノ粉末を１００体積％として２０体積％以下、１５体積％以下、１０体積％以下、８体積％以下、更に６体積％以下が挙げられる。この樹脂が固化されている場合には、機械的強度が高い磁石になる。樹脂の種類によっては、未固化の状態であっても、磁石に必要な機械的強度を維持する場合があるため、実施形態の磁石は、未固化樹脂や未硬化樹脂を含むことを許容する。
【００３９】
上記磁石には、代表的には、気孔が存在する。気孔が多いと、磁石成分の割合が低くなり、磁石特性に劣ることから、磁石における気孔（空気）の含有量は４０体積％以下が好ましい。
【００４０】
・・・特性
上記磁石は、代表的には一軸磁気異方性を有するナノ粉末を主体とするため、異方性を有する。異方性を有する指標として、上述の複数の方向についての最大エネルギー積ＢＨｍａｘの差を用いた値（配向指標）を利用する。ここで、原料に一軸磁気異方性を有するナノ粉末を用いて磁場中成形を経て製造された磁石は、結晶の磁化容易軸が磁場の印加方向に沿って配向し、結晶の磁化容易軸に直交する磁化困難軸が実質的に配向しない。そのため、この磁石は、磁場の印加方向についての最大エネルギー積ＢＨｍａｘが大きく、磁場の印加方向に直交する方向についての最大エネルギー積ＢＨｍａｘが小さいという磁石特性を有する。これらの異なる方向についての最大エネルギー積ＢＨｍａｘの差が大きいほど異方性を有するといえ、異方性磁石としての特性に優れるといえる。上記配向指標が０．１５以上であれば、上記差が十分に大きく異方性を有するといえ、異方性磁石としての特性に優れる。上記配向指標が大きいほど好ましく、０．２以上、更に０．３以上が好ましい。上記配向指標は、例えば、製造過程において印加する磁場を大きくすると、大きくなる傾向にある。
【００４１】
・磁石の製造方法
上述の実施形態に係る磁石といったナノ粉末の異方性成形磁石は、例えば、上述の橋渡し工程、造粒工程、分断工程、配向工程、緻密工程を備える実施形態に係る磁石の製造方法によって製造できる。更に、緻密工程後にキュアリング工程を含むことができる。以下、図２を参照して、工程ごとに詳細に説明する。なお、図２では分かり易いように、粒子などを拡大して誇張して示す。
【００４２】
（橋渡し工程）
橋渡し工程Ｓ１では、原料として、ナノ粉末と、ナノ粉末を構成するナノ粒子１０，１０同士を連結する材料とを用いて、複数のナノ粒子１０，…を一体にまとめた多孔体１００を作製する。特に、ナノ粒子１０，１０間の連結は、その連結部分を比較的低圧で分断可能な程度の脆性を有する材料によって行う。また、ナノ粒子１０，１０間の連結部分は、上述のように比較的低圧で分断可能なように、ナノ粒子１０，１０間をある程度離間するように設ける。得られた多孔体１００は、ナノ粒子１０，１０間を連結材１２が橋渡しすることで、ナノ粉末を一体に支持して、一体物としての強度を維持する。この多孔体１００は、ナノ粒子１０，１０間に連結材１２が十分に存在できるようにナノ粉末の含有量が比較的低い。
【００４３】
多孔体１００は、例えば、所望の組成及び大きさのナノ粉末を容器に充填し、連結材１２となる樹脂などの溶質を含有する溶液（溶質を希釈した希薄溶液）を浸透させた後、溶媒を乾燥除去して溶質を析出させることで製造できる。析出させた溶質が連結材１２になる。特に、次工程以降で保形材１４などを含有させたり、連結材１２を容易に分断したりし易いように、多孔体１００中のナノ粉末の含有量は、３０体積％以下程度と低密度にすることが好ましい。次工程の造粒粉の作製にあたり、得られた乾燥物（多孔体１００）を適宜粉砕することができる。最初にナノ粉末を連結材１２によって固定することで、次工程以降において、ナノ粉末といった超微粒子の飛散を防止でき、製造性に優れる。
【００４４】
原料のナノ粉末は、上述の「ナノ粉末」の項で述べた組成や大きさ、形状のものを利用できる。ナノ粉末は、公知のものや市販品、公知の製造方法（各種の粉砕法、共沈法、逆ミセル法、ゾルゲル法、熱分解合成法、燃焼合成法など）によって製造したものなどが利用できる。多孔体１００におけるナノ粉末の含有量が所望の値となるように、具体的には３０体積％以下、更に２５体積％以下程度、好ましくは２０体積％以上２５体積％以下程度となるように、容器に充填する原料のナノ粉末の量を調整する。ナノ粉末は、比表面積が大きく表面摩擦力が大きい上に、ナノ粒子の体積及び質量が小さくて各ナノ粒子に作用する慣性が小さいため、３０体積％以下程度といった低密度の充填を実現できる。
【００４５】
連結材１２の構成材料は、例えば、ＰＶＡなどの熱可塑性樹脂、アクリルなどの熱硬化性樹脂、樟脳のような低沸点の樹脂などが挙げられる。特に、連結材１２の構成材料は、エタノールといったアルコールなどの液体に溶解可能な樹脂が好ましい。この場合、樹脂の溶液をナノ粉末に浸透させた後、アルコールなどの溶媒を乾燥させると、溶媒が揮発するときに生じる気泡によって、ナノ粒子１０，１０間に溶質（樹脂）が極細く残存して（析出して）、脆性な連結材１２を形成できる。また、溶液を用いると、ナノ粒子１０，１０間に溶質（樹脂）を容易にかつ均一的に行き渡らせられ、ナノ粒子１０，１０間に連結材１２を生成できる。特に、アルコール溶液では、溶媒の揮発温度が比較的低く、乾燥時の加熱温度を低くできる（例えば、高級アルコールでは２００℃以下、更に１５０℃以下、エタノールでは１００℃以下）。その結果、乾燥時間の短縮、加熱エネルギーの低減などができ、生産性を高められる。溶液の溶質濃度は、上述のように溶媒の揮発を促進でき、乾燥後に適度な気孔を形成できる範囲で適宜選択できる。この段階では、ナノ粉末の含有量が上述のように低いため、溶媒を揮発させ易い。アルコール溶液などの溶液を用いる場合、溶質の濃度（溶質が複数種の場合には合計濃度）は、０．５質量％以上２質量％以下程度が挙げられる。連結材１２は、上述のように乾燥物を粉砕したり、次工程以降で分断したりするため、未固化樹脂や未硬化樹脂を含んでいてもよい。乾燥条件を調整して（ある程度）固化、硬化することができる。
【００４６】
上記の溶液の浸透は、その浸透深さが、ナノ粉末の充填厚さと同程度となるように行うと、多孔体１００に含まる溶質が過剰にならず、適量にできて好ましい。また、上記乾燥物の粉砕を行う場合、粉砕し過ぎると、脆性な連結材１２が分断され過ぎて、ナノ粉末に近くなり、次工程以降で連結材１２を十分に機能させられない。従って、多孔体１００の平均粒径が１μｍ以上１００μｍ以下程度になるように上記粉砕を行うことが好ましい。この程度であれば、扱い易く、後述する造粒粉１１０が製造し易いと期待される。
【００４７】
（造粒工程）
造粒工程Ｓ２では、多孔体１００を用いて、成形金型２００に供する造粒粉１１０を作製する。造粒粉１１０は、多孔体１００と同様にナノ粒子１０，１０同士が連結材１２で支持された網目状の部分を有し、かつ次工程で利用する保形材１４及び潤滑材１６を含む粉末である。また、造粒粉１１０は、次工程以降でナノ粒子１０が回転や移動などができるようにナノ粉末の含有量が比較的低い。そのため、造粒粉１１０も、ナノ粒子１０と、連結材１２と、保形材１４及び潤滑材１６とで構成される多孔体である（図３も参照）。
【００４８】
造粒粉１１０は、連結材１２を含有しながらも、保形材１４を別途含有することで、次工程で連結材１２を分断するときにナノ粒子１０を保形材１４によって支持できる。また、その後の工程で磁場を印加したときに、保形材１４に支持された状態でナノ粒子１０は、磁場の印加方向に応じて容易に回転できる(このとき回転し得るナノ粒子１０は、主として一軸磁気異方性を有するものである。以下、磁場印加時の回転について同様)。保形材１４は、このように製造過程におけるナノ粒子１０の保持を機能の一つとする。造粒粉１１０は、特に次工程以降に対して保形材１４による各段階の保形性を有し、特に次工程の分断工程に対して上述の連結材１２を備える網目構造による低圧潰性を有する。
【００４９】
かつ、造粒粉１１０は、潤滑材１６を含有することで、上記磁場を印加したときに、ナノ粒子１０の回転を滑らかに行わせることができる。また、その後の工程で加圧・圧縮したときに、ナノ粒子１０の移動を滑らかに行わせて緻密化できる。潤滑材１６は、このように製造過程におけるナノ粒子１０，１０間の潤滑を主目的とする点で、一般的な金型成形に用いられる潤滑剤、即ち原料粉末や成形体と金型との滑りを確保することを主目的とするものとは異なる。但し、潤滑材１６は、原料粉末と金型との滑り、脱型時の成形体と金型との滑りにも寄与すると期待される。
【００５０】
造粒粉１１０は、例えば、以下のようにして製造できる。多孔体１００又は多孔体１００を粉砕した粉砕物を容器に充填し、適宜な溶質を含有する溶液（溶質を希釈した希薄溶液）を多孔体１００又は粉砕物の全体に染み渡るように浸透させる。その後、溶媒を乾燥除去して溶質を析出し、得られた乾燥物を粉砕することで造粒粉が得られる。析出させた溶質が保形材１４及び潤滑材１６になり、橋渡し工程で生成した連結材１２は実質的にそのまま存在する。特に、次工程以降で連結材１２を容易に分断したり、緻密化したりし易いように、造粒粉１１０は、ナノ粉末の含有量が３０体積％以下程度、連結材１２・保形材１４・潤滑材１６の合計含有量が、ナノ粉末を１００体積％として、２５体積％以下程度の低密度な粉末とすることが好ましい。
【００５１】
この工程で用いる多孔体１００は、造粒粉１１０におけるナノ粉末の含有量が所望の値になるように、具体的には３０体積％以下、更に２５体積％以下程度、好ましくは２０体積％以上２５体積％以下程度となるように、容器に充填する量を調整する。上述のように多孔体１００やその粉末はナノ粉末の含有量が低いため、上記３０体積％以下といった低密度の充填を実現できる。また、アルコール溶液などの溶液を用いる場合、溶質の濃度（溶質が複数種の場合には合計濃度）は、２質量％以上４質量％以下程度が挙げられる。
【００５２】
保形材１４の構成材料は、少なくとも次工程以降の製造過程においてナノ粒子１０の保持が可能なもの、例えば、ＰＶＡ，ＰＶＢなどの熱可塑性樹脂、アクリルなどの熱硬化性樹脂などが挙げられる。特に、保形材１４の構成材料は、エタノールといったアルコールなどの液体に溶解可能な樹脂が好ましい。この場合、１．脆弱な多孔体１００やその粉末に対して連結材１２を破壊することなく、樹脂の溶液を浸透させられて、保形材１４を添加できる、２．ナノ粒子１０，１０間に溶質（ここでは保形材１４）を容易にかつ均一的に行き渡らせることができる、からである。また、アルコール溶液の場合、上述のように乾燥時間の短縮、加熱エネルギーの低減などによって生産性を高められる。熱硬化性樹脂を保形材１４に利用する場合には、未硬化の状態で成形に供し、必要に応じて硬化することができる（後述のキュアリング工程）。アクリルなどの熱硬化性樹脂は、硬化前の未硬化の状態で利用すると柔らかいため、磁場の印加時にナノ粒子１０が十分に回転できたり、緻密化できたりすることから、後述する配向成形体１３０や粉末成形体１４０の製造性に優れる。保形材１４の構成材料は、連結材１２と同じ材料でも、異なる材料でもよい。連結材１２と保形材１４とが同じ材料（溶質）であっても温度などによって溶解度が異なるため、保形材１４の形成後でも連結材１２を十分に残存できる。
【００５３】
潤滑材１６の構成材料は、上述のナノ粒子１０，１０間の潤滑が可能なもの、例えば、オレイルアミン、ミリスチン酸、ステアリン酸アミドなどの有機化合物、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸カルシウム、リシノール酸カルシウム、オクチル酸亜鉛などの金属石鹸などが挙げられる。特に、潤滑材１６は、平均粒径が１０ｎｍ以下程度、好ましくは０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度のサブナノオーダーの極微粒なものが好ましい。潤滑材１６が、ナノ粒子１０に対してサブナノオーダー程度の極微粒であれば、ナノ粒子１０，１０間の界面活性剤として機能できる。潤滑材１６は、エタノールといったアルコールなどの液体に溶解可能又は分解可能であることが好ましい。この場合、上述のように溶液を利用することで、連結材１２を健全に維持しながら潤滑材１６を添加できる、ナノ粒子１０，１０間に溶質（ここでは潤滑材１６）を容易にかつ均一的に介在できる、短時間で溶媒を除去できる、といった種々の効果を奏する。
【００５４】
保形材１４及び潤滑材１６は、造粒粉１１０中の含有量が所望の量となるように、添加量を調整する。例えば、造粒粉１１０中における保形材１４の含有量は、ナノ粉末を１００体積％として、３体積％以上１５体積％以下程度、潤滑材１６の含有量は、１体積％以上１０体積％以下程度が挙げられる。上記含有量は、保形材１４、潤滑材１６の材質などに応じて適宜調整することができる。
【００５５】
造粒粉１１０の平均粒径は、１μｍ以上１００μｍ以下程度であると、流動性に優れて成形金型に充填し易い、保形材１４などが多過ぎず成形し易い（緻密化し易い）、造粒粉１１０自体を製造し易い、といった利点を有する。造粒粉１１０の平均粒径は、例えば、粉末粒子のＳＥＭ観察像を取得し、この観察像における粉末粒子の包絡円の直径を粒径とし、２０個以上の粉末粒子の平均を求める直接観察法を利用したり、篩を用いて分級して質量比を求めたりすることで測定できる。
【００５６】
（分断工程）
分断工程Ｓ３では、造粒粉１１０を比較的低い圧力で押して、連結材１２を折ったり、分断したりしてナノ粒子１０を回転可能、移動可能にする。造粒粉１１０は、保形材１４を含有しており、保形材１４がナノ粒子１０を支持するため、連結材１２が分断されても、ナノ粉末が保形材１４でまとめられた状態を維持できる。分断工程Ｓ３は、このような連結材１２が分断されて、ナノ粒子１０がネットワーク状になった保形材１４で支持されたプレ成形体１２０を作製する。プレ成形体１２０中のナノ粒子１０は、いわばネットワーク状になった樹脂（保形材１４）の間に軽く乗った状態のため、自由回転が可能である。潤滑材１６は、代表的には上述のようにサブナノオーダーといったナノ粒子１０よりも十分に小さい粒子であるため、連結材１２の分断を実質的に阻害しない。連結材１２が分断されてなる分断片１２ｔは、ナノ粒子１０に接触したままになったり、保形材１４に保持されたりする。
【００５７】
プレ成形体１２０の製造には、代表的には、貫通孔２１０ｈを有するダイ２１０と、貫通孔２１０ｈに挿入されて、原料粉末を押圧する上パンチ２１２及び下パンチ２１４とを備える成形金型２００を利用する。ダイ２１０の貫通孔２１０ｈに下パンチ２１４を挿入して、ダイ２１０の内周面と下パンチ１４の上面（押圧面）とでつくられる空間に造粒粉１１０を充填し、上パンチ２１２と下パンチ１４とで加圧・圧縮することで、成形金型２００を用いて粉末成形体（ここではプレ成形体１２０）を製造できる。
【００５８】
特に、分断工程Ｓ３では、連結材１２を分断可能な程度の圧力で、上記空間に充填された造粒粉１１０を押す。このときの圧力は、連結材１２や保形材１４の材質、造粒粉１１０の大きさや充填量などに応じて適宜調整する。後述する試験例１に示すように、圧力と得られる粉末成形体におけるナノ粉末の充填率との関係を予め調べてデータ化しておき、上記充填率から分断に必要と考えられる圧力を予め調べておくと、上記圧力を容易に選択できる。例えば、分断工程Ｓ３の圧力は、連結材１２を確実に分断し、同時にプレ成形体を保形する大きさとして、１ＭＰａ以上、更に５ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上が挙げられる。この工程では、このような低い圧力の制御が可能な成形金型を用いる。
【００５９】
分断工程Ｓ３における押圧によって以下のような現象が生じていると考えられる。造粒粉１１０を押す圧力を高めていくと、まず、上述の造粒粉１１０を充填した空間内の空隙を潰すように造粒粉１１０が移動して、造粒粉１１０が再配列する。更に圧力を高めると、ある圧力で造粒粉１１０が耐え切れず、連結材１２が折れたり、分断したりされると共に、保形材１４などが流動する。即ち、造粒粉１１０中の気孔（空間）を潰すようにナノ粒子１０や保形材１４などが移動でき、ナノ粉末の充填率が上昇する。実際、後述する試験例１に示すように、圧力が一定であるにも係わらず、充填率が上昇したことから、連結材１２が分断されて、ナノ粒子１０が可動になったと考えられる。
【００６０】
分断工程Ｓ３では、連結材１２を分断できればよいが、圧力をある程度高めて圧縮し、ナノ粉末の充填率を造粒粉１１０の充填率（含有量３０体積％以下）よりも高めたプレ成形体１２０とすることができる。但し、プレ成形体１２０におけるナノ粉末の含有量は、高過ぎると、次工程でナノ粒子１０が十分に回転できなくなる恐れがある。そのため、上記含有量は、５０体積％以下、更に４５体積％以下、４０体積％以下程度が好ましい。このような含有量となる圧力として、例えば、２５ＭＰａ以下程度が挙げられる。
【００６１】
（配向工程）
配向工程Ｓ４では、連結材１２を分断したプレ成形体１２０に磁場を印加して、ナノ粒子１０を配向させた配向成形体１３０を作製する。プレ成形体１２０に含まれるナノ粒子１０は、前工程で連結材１２が分断されて保形材１４に回転可能に保持されている。また、プレ成形体１２０は、上述のようにナノ粉末の含有量が少なく（充填率が低く）、ナノ粒子１０が比較的疎に存在して、各ナノ粒子１０が回転可能な空間を有する。そのため、磁場を印加すると、各ナノ粒子１０を構成する結晶の磁化容易軸が磁場の印加方向に揃うように、各ナノ粒子１０が保形材１４に支持された状態で容易にかつ十分に回転し、配向する。
【００６２】
印加する磁場の大きさは適宜選択できる。例えば、１Ｔ以上、更に３Ｔ以上、５Ｔ以上が挙げられる。磁場の印加方向は適宜選択できる。図２において成形金型２００に重複する一点鎖線の白抜き矢印は、磁場の印加方向を例示している。図２では、上パンチ２１２と下パンチ２１４とによる圧縮方向（ここでは上下方向）を磁場の印加方向とするが、圧縮方向に直交方向（図２では左右方向）などとすることができる。また、図２においてナノ粒子１０に沿った円弧状の黒矢印は、ナノ粒子１０が回転している様子を説明するためのものである。
【００６３】
配向工程Ｓ４を経た配向成形体１３０は、代表的には着磁された状態となる。そのため、以降の工程で別途着磁しなくても、得られた粉末成形体１４０をそのまま磁石として利用できる。着磁を別途行う場合には、磁化が飽和する程度に磁場を徐々に与えることが好ましい。
【００６４】
（緻密工程）
緻密工程Ｓ５では、配向成形体１３０を更に加圧・圧縮して緻密化し、ナノ粉末を主体とする粉末成形体１４０を作製する。粉末成形体１４０は、少なくともプレ成形体１２０よりもナノ粉末の充填率が高いもの、好ましくは含有量が６０体積％以上を満たすように圧縮成形する。配向成形体１３０は潤滑材１６を含むため、ナノ粒子１０，１０間の摩擦が低減されてナノ粒子１０，１０同士が寄せ集まり易く良好に再配列でき、緻密化できる。また、配向成形体１３０は、ナノ粉末の充填率が低く、上述のように十分な気孔を有するプレ成形体１２０を用いているため、加圧・圧縮されると、上記気孔を潰すようにナノ粉末や保形材１４などが移動して、プレ成形体１２０よりも気孔が少なく緻密な粉末成形体１４０が得られる。
【００６５】
緻密工程Ｓ５の圧力は、粉末成形体１４０におけるナノ粉末の含有量が所望の値となるように適宜調整する。この圧力は、少なくとも、プレ成形体１２０を成形する圧力（分断工程Ｓ３の圧力）よりも大きくする。例えば、この圧力は、４９０ＭＰａ（５ｔｏｎ／ｃｍ２）以上、更に９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ２）以上、１１７６ＭＰａ（１２ｔｏｎ／ｃｍ２）以上が挙げられる。この工程では、このような高い圧力の制御が可能な成形金型を用いる。なお、緻密工程Ｓ５でも磁場を印加した状態で加圧・圧縮することができる。こうすることで、配向状態を維持し易い場合がある。
【００６６】
プレ成形体１２０の成形から磁場による配向を経て緻密化する工程は、プレ成形体１２０を成形する成形金型２００を引き続いて用いて連続して行うことができる。又は、プレ成形体１２０を成形した後、磁場の印加及び緻密化が可能な別の成形金型を用いて、配向及び緻密化を引き続いて行うことができる。又は、プレ成形体１２０を成形する成形金型と、磁場を印加する成形金型と、配向成形体１３０を緻密化する成形金型とをそれぞれ分けて利用することができる。いずれにしても、配向工程後に緻密工程を行うことで、上述の各ナノ粒子１０が回転可能な空間を十分に有して配向でき、異方性を有し、緻密な成形体を製造できて好ましい。
【００６７】
（キュアリング工程）
緻密工程を経て得られた粉末成形体１４０はそのまま磁石として利用できるが、上述のように未硬化樹脂を用いた場合には緻密工程後にキュアリング工程Ｓ６を設けることができる。保形材１４などに未硬化樹脂を用いていた場合に硬化を行うと、硬化後の樹脂は硬化前に比較して一般に硬いため、粉末成形体１４０の機械的強度を高められ、強度に優れる樹脂含有磁石を製造できる。硬化条件は、樹脂の種類に応じて選択するとよい。上述のように磁石に望まれる強度を有していれば、未硬化樹脂を含んでいてもよく、樹脂全体を完全に硬化させる条件でなくてもよい。また、キュアリング工程を省略してもよい。
【００６８】
その他、緻密化工程を経て得られた粉末成形体１４０の空隙部分に、別途、樹脂を充填して、強度の向上を図ることができる。この樹脂の充填は、上述のように樹脂を溶解したアルコール溶液などを利用すると、所望の箇所に容易に充填できる。例えば、強度が特に求められる粉末成形体１４０の表層部分にのみに上記樹脂の充填を行うことができる。充填後、乾燥や適宜硬化などを行うことができる。具体的な樹脂は、アクリル、エポキシ、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。特に、熱硬化時の収縮率が小さい樹脂を利用すると、空隙部分を良好に埋設できて好ましい。
【００６９】
以下、試験例を挙げて、より具体的な実施形態を説明する。
［試験例１］
複数の段階に分けて造粒粉を作製し、造粒粉を押す圧力を変化させたときのナノ粉末の充填率の推移を調べた。
【００７０】
造粒粉は、以下のように作製した。平均粒径１００ｎｍの球状のＳｒフェライトからなるナノ粉末と、ＰＶＡを含むエタノール溶液とを用意し、ナノ粉末を容器に充填した後、エタノール溶液を流し入れて、ナノ粉末を浸漬した。ここでは、ナノ粉末の充填厚さと溶液の浸透深さとがほぼ同じになるように、上記エタノール溶液をナノ粒子間に浸透させた。上記エタノール溶液は、ナノ粉末１００体積％に対してＰＶＡの含有量が５体積％となるようにＰＶＡの添加量を調整し、このＰＶＡをエタノールで希釈して作製した。また、造粒粉中のナノ粉末の含有量が２０体積％程度となるようにナノ粉末の量を調整し、上記容器に充填した。ナノ粉末及びＰＶＡは、市販品を用いた。
【００７１】
浸漬後、乾燥させて溶媒（エタノール）を除去し、ナノ粉末とＰＶＡとを含む乾燥物（直径５０ｍｍφ、厚さ１０ｍｍの円状の多孔体）を作製した。この乾燥物（多孔体）を粉砕して、平均粒径１００μｍ程度の粉末を得た。この粉末粒子をＳＥＭで観察したところ、図２の橋渡し工程に示すようにナノ粒子１０，１０間にＰＶＡ（連結材１２）が橋渡しするように介在していた。
【００７２】
上記多孔体を粉砕した粉末と、アクリル・ＰＶＡ・オレイルアミンを含むエタノール溶液（複数種の混合溶液）とを用意し、上記粉砕した粉末を容器に充填した後、上記エタノール溶液（混合溶液）を流し入れて上記粉砕した粉末を浸漬した。ここでは、ナノ粉末１００体積％に対してアクリルの含有量、ＰＶＡの含有量、オレイルアミンの含有量のいずれもが５体積％となるように（ＰＶＡは、上記粉末中の含有分も含めると合計１０体積％）、アクリル・ＰＶＡ・オレイルアミンの添加量を調整した。上記エタノール溶液（混合溶液）は、これらアクリル・ＰＶＡ・オレイルアミンをエタノールで希釈して作製した。アクリル、オレイルアミンは、市販品を用いた。多孔体に用いたＰＶＡと、造粒粉に用いたＰＶＡとは同じものを用いた。アクリル及びＰＶＡは、保形材として、オレイルアミンは、潤滑材として用意した。
【００７３】
上記多孔体を粉砕した粉末を浸漬したエタノール溶液（混合溶液）を乾燥させて溶媒（エタノール）を除去した後、乾燥物を粉砕することで、ナノ粉末と、アクリルと、ＰＶＡと、オレイルアミンとを含む造粒粉を作製した。図３は、作製した造粒粉をＳＥＭで観察した観察像である。図３に示す粒状の塊が、造粒粉の粉末粒子（ここでは３μｍ〜５μｍ程度の粒子）である。図３に示すように造粒粉は、気孔を有する多孔体となっていることが分かる。また、ナノ粒子間に樹脂が介在していることが分かる。
【００７４】
造粒粉を成形金型に充填して圧力を変化させ、圧力ごとに、成形金型中のナノ粉末の充填率を調べた。その結果を図４に示す。図４は、横軸が印加した圧力（ＭＰａ）を示し、縦軸がナノ粉末の充填率（％）を示すグラフである。圧力（圧縮力）は、成形機に付属される圧力計の値をＭＰａ換算したものである。ここでは上記充填率は、（金型内に充填した造粒粉の見掛け密度又は圧力ごとの印加時の造粒粉の見掛け密度／造粒粉を構成する物質の真密度）×１００とする。造粒粉の真密度は、造粒粉を構成する各物質の密度と配合比率と用いて算出した。金型の体積は、金型の内径（ｍｍ）と、圧縮前の上パンチと下パンチとの間の距離（空隙高さ、ｍｍ）と、圧力ごとの圧縮変位量（ｍｍ）とを用いて求めた。造粒粉の見掛け密度は、金型に充填した造粒粉の質量を上記金型の体積で除して求めた。
【００７５】
図４のグラフ（圧力と充填率との圧密曲線）に示すように、圧縮・加圧前から圧力が０．０３７ＭＰａ程度までは、充填率が実質的に変化せず、１９．８％程度で一定である。ところが、０．０３７ＭＰａのとき、充填率が急激に上昇して、２０．１％になった。その後、圧力の増加に伴って、充填率が右上がりに上昇している。この試験では、１０ＭＰａで充填率が２５％程度まで上昇している。
【００７６】
このことから、この造粒粉は、押す圧力がある程度低い範囲（ここでは０．０３７ＭＰａ以下程度）では、造粒工程によって形成された立体形状を維持し、造粒粉自体が動いて再配列し、造粒粉中の各ナノ粒子が実質的に動かず、それよりも大きな圧力が加わると上記立体形状が崩れて、ナノ粒子が可動になると考えられる。そして、このナノ粒子の可動は、連結材１２の分断を裏付けているといえる。また、圧力がある程度低い範囲（ここでは１０ＭＰａ以下程度）では、充填率が低く、ナノ粒子が十分に可動な気孔を有すると考えられる。このようにナノ粒子が可動な状態で磁場を印加することで、ナノ粒子の結晶（単結晶体であればナノ粒子そのもの）を磁場の印加方向に沿って配向できると考えられる。
【００７７】
［試験例２］
複数の段階に分けて作製した造粒粉を用いて磁場中成形を行った後、更に加圧して緻密化した粉末成形体を作製し、この粉末成形体の磁石特性を調べた。
【００７８】
この試験例では、試験例１と同様の原料を用い、基本的に同様の手順を経て造粒粉を作製した。概略を述べると、ナノ粉末（平均粒径１００ｎｍ、球状のＳｒフェライト、市販品）を、ＰＶＡを含むエタノール溶液に浸漬して乾燥した後、ナノ粉末とＰＶＡとを含む多孔体（ナノ粉末：２０体積％程度、ＰＶＡ：ナノ粉末を１００体積％として５体積％）を粉砕して、ナノ粒子同士がＰＶＡ（連結材）によって橋渡しされた多孔体状の粉末を作製する。この多孔体状の粉末を、アクリル・ＰＶＡ・オレイルアミンを含むエタノール溶液（混合溶液）に浸漬し、乾燥した後、粉砕して、造粒粉（ナノ粉末を１００体積％として、アクリル（保形材）：５体積％、ＰＶＡ（保形材）：５体積％（合計１０体積％）、オレイルアミン（潤滑材）：５体積％、平均粒径１００μｍ程度）を作製した。
【００７９】
作製した造粒粉を２５ＭＰａ以下の低圧力で押圧して、ＰＶＡ（連結材）を分断したペレット（プレ成形体、直径１０ｍｍφ×高さ３０ｍｍの円柱体）を作製した。ペレットにおけるナノ粉末の含有量は、４０体積％程度であった。ここでは、含有量は、試験例１で述べた金型の体積や造粒粉の質量などを用いて演算によって算出した。
【００８０】
作製したペレットに磁場を印加した。ここでは、ペレットを成形金型に収納し、磁場の印加方向を成形金型における圧縮方向と平行方向（縦磁場）とした（図２の配向工程の一点鎖線の矢印参照）。印加した磁場は、１．０Ｔである。
【００８１】
上述のようにペレットに縦磁場を印加した後、成形金型によって圧縮・加圧して、粉末成形体（１０ｍｍ角の立方体）を作製した。印加した圧力は、９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ２）である。この粉末成形にアクリルの熱硬化条件である１５０℃、３時間のキュアリング処理を施した。得られた粉末成形体は、上述の磁場印加によって着磁された状態であることから、この粉末成形体を立方体状の磁石（試料Ｎｏ．２−１）とする。この磁石のナノ粉末の含有量は、６４体積％であり、アクリル及びＰＶＡといった樹脂を、ナノ粉末を１００体積％として１５体積％含み、樹脂と潤滑材との合計で２０体積％含む。上記の着磁に関する点は後述する試料Ｎｏ．２−１００も同様である。
【００８２】
得られた試料Ｎｏ．２−１の磁石について、直交する３方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘを測定した。図１に示すように得られた立方体状の磁石１について、直交する３辺に沿った方向のうち、成形時の圧縮方向をｃ軸方向と呼び、ｃ軸方向に直交する２方向をそれぞれａ軸方向、ｂ軸方向と呼ぶ。上記の３方向について最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（ｋＪ／ｍ３）を調べた。測定には、ＢＨトレーサ（理研電子株式会社製ＤＣＢＨトレーサ）を用いた。その結果を図５に示す。図５は、横軸が各軸名、縦軸が各軸のＢＨｍａｘを示すグラフである（後述する図６、図７についても同様）。ここでは、測定した３方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘのうち、最大値をとる軸方向を配向方向と呼び、配向方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ０を基準値（＝１）とし、残り２軸の方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ１，ＢＨｍａｘ２を配向方向の最大エネルギー積ＢＨｍａｘ０で除した相対値を求める（図５は、相対値を示す）。基準値と相対値との差（＝｜１−（ＢＨｍａｘ１／ＢＨｍａｘ０）｜，｜１−（ＢＨｍａｘ２／ＢＨｍａｘ０）｜）をそれぞれ求め、得られた差（絶対値）を配向指標として表１に示す。試料Ｎｏ．２−１では、磁場の印加方向であるｃ軸方向が最も配向していると考えられることから、ｃ軸方向の最大エネルギー積を基準値としている（図５では、ｃ軸を磁場軸と示す）。
【００８３】
比較として、上述の低圧力による押圧を行わずに縦磁場を印加し、成形を行った試料Ｎｏ．２−１００を作製した。即ち、試料Ｎｏ．２−１００は、樹脂で硬く顆粒状にした造粒粉を用いた。具体的には、試料Ｎｏ．２−１００は、作製した造粒粉を成形金型に充填し、１．０Ｔの磁場を印加した後、９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ２）で成形し、立方体状の粉末成形体（１０ｍｍ角）を作製した。得られた粉末成形体について、試料Ｎｏ．２−１と同様にして３方向（ａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方向（圧縮方向））について最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（ｋＪ／ｍ３）を調べた。試料Ｎｏ．２−１００では、試料Ｎｏ．２−１と同様に、圧縮方向かつ磁場の印加方向がｃ軸方向であり、ｃ軸方向に直交する２方向をａ軸方向、ｂ軸方向とする。結果を図６に示す（図６では、ｃ軸を磁場軸と示す）。また、試料Ｎｏ．２−１と同様にして、試料Ｎｏ．２−１００の配向指標を求めた。結果を表１に示す。
【００８４】
比較として、上述の磁場を印加しないで成形した試料Ｎｏ．２−１１０を作製した。具体的には、試料Ｎｏ．２−１１０は、作製した造粒粉を試料Ｎｏ．２−１と同様に２５ＭＰａ以下の低圧で押圧して、ペレット（ナノ粉末の含有量：４０体積％程度）を作製し、このペレットを成形金型に充填して無磁場で成形した。成形圧力は、９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ２）とした。得られた粉末成形体にアクリル樹脂の熱硬化条件である１５０℃、３時間の熱処理を施すと共に、磁化が飽和する程度に磁場を徐々に与えて着磁した後、試料Ｎｏ．２−１と同様にして３方向（ａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方向（圧縮方向））について最大エネルギー積ＢＨｍａｘ（ｋＪ／ｍ３）を調べた。試料Ｎｏ．２−１１０では、ａ軸方向及びｂ軸方向は単に圧縮方向に直交する方向である。結果を図７に示す（図７では、ｃ軸をプレス軸と示す）。また、試料Ｎｏ．２−１と同様にして配向指標を求めた。その結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】
2016219515.tif 000003
【００８６】
表１に示すように、試料Ｎｏ．２−１は、ナノ粉末の成形体から構成される磁石であって、高い配向性を有する異方性磁石であることが分かる。具体的には、試料Ｎｏ．２−１は、配向指標が大きく、０．１５以上である。そして、このようなナノ粉末を主体とする異方性磁石は、複数の段階に分けて造粒粉を作製し、複数の段階に分けて加圧・圧縮を行い、その途中で磁場を印加することで製造できることが分かる。得られた試料Ｎｏ．２−１の磁石をＳＥＭで観察し、図１にその観察像を示す。図１に示すように、試料Ｎｏ．２−１の磁石１は、ナノ粒子１０の集合体であることが分かる。このＳＥＭ観察では、析出した樹脂がナノ粒子１０よりも小さく、ナノ粒子１０，１０間を連結するように樹脂（ここではＰＶＡ、アクリル）が存在することを判別することが難しいが、実際には、上記樹脂によってナノ粒子１０，１０間が連結されている。このＳＥＭ観察像では、断面切削時に樹脂が引き伸ばされたため、ナノ粒子１０の周囲に延びたようになって樹脂が存在していることが確認できる。試料Ｎｏ．２−１の複合成形体は、ナノ粉末がＳｒフェライトといった硬質材料（剛性材）で構成されているものの、ナノ粒子間が上記の樹脂で結着されて結合強度が高く、高強度な成形体になっていると考えられる。
【００８７】
一方、特定の構造の造粒粉を用いていながらも、所定の低圧力で押す工程を設けず、磁場中成形を行った試料Ｎｏ．２−１００は、配向指標が小さく、十分に配向していないことが分かる。この理由は、以下のように考えられる。高い圧力で直ちに加圧・圧縮することで直ちに緻密化し、磁場が印加されても、保形材などに阻害されてナノ粒子が十分に回転できなかったため、と考えられる。即ち、早く緻密化することで、ナノ粒子間を橋渡ししていた連結材が分断されてナノ粒子が回転可能な状態を十分に確保できなかったと考えられる。このことから、連結材が分断された状態を確保し、このときに磁場を印加することが好ましいといえる。
【００８８】
他方、特定の構造の造粒粉を用いていながらも、磁場を印加しないで成形した試料Ｎｏ．２−１１０は、配向指標が小さく、実質的に配向していないことが分かる。このことから、連結材が分断された状態で磁場を印加することで、ナノ粉末を主体とする異方性磁石が得られるといえる。
【００８９】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の磁石は、永久磁石、例えば、各種のモータ、特に、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）やハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などに具備される高速モータに用いられる永久磁石などに好適に利用できる。本発明の磁石の製造方法は、ナノ粉末を用いて異方性磁石を製造する場合に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１  磁石
１０  ナノ粒子  １２  連結材  １２ｔ  分断片  １４  保形材  １６  潤滑材
１００  多孔体  １１０  造粒粉  １２０  プレ成形体  １３０  配向成形体
１４０  粉末成形体
２００  成形金型  ２１０  ダイ  ２１０ｈ  貫通孔
２１２  上パンチ  ２１４  下パンチ
【図２】
2016219515.tif 000004
【図４】
2016219515.tif 000005
【図５】
2016219515.tif 000006
【図６】
2016219515.tif 000007
【図７】
2016219515.tif 000008
【図１】
2016219515.tif 000009
【図３】
2016219515.tif 000010