(57)【要約】【課題】焼結体に潤滑剤（潤滑液）を付着させ、熱間塑性加工をおこなって希土類磁石を製造するに当たり、焼結体に対する潤滑剤（潤滑液）の濡れ性が良好となる希土類磁石の製造方法を提供する。【解決手段】成形型Ｍの内面に固体潤滑剤を含有する離型剤Ｒを塗布し、成形型Ｍ内に磁石用粉末を収容し、圧粉成形および焼結して焼結体Ｓを製造する第１のステップ、固体潤滑剤を含有する潤滑液Ｌ内に焼結体Ｓを浸漬し、超音波振動を付加しながら焼結体Ｓの表面に固体潤滑剤を付着させ、焼結体Ｓを熱間塑性加工して希土類磁石を製造する第２のステップからなる希土類磁石の製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型の内面に固体潤滑剤を含有する離型剤を塗布し、成形型内に磁石用粉末を収容し、圧粉成形および焼結して焼結体を製造する第１のステップ、
固体潤滑剤を含有する潤滑液内に焼結体を浸漬し、超音波振動を付加しながら焼結体の表面に固体潤滑剤を付着させ、焼結体を熱間塑性加工して希土類磁石を製造する第２のステップからなる希土類磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ランタノイド等の希土類元素を用いた希土類磁石は永久磁石とも称され、その用途は、ハードディスクやMRIを構成するモータのほか、ハイブリッド車や電気自動車等の駆動用モータなどに用いられている。
【０００３】
この希土類磁石の磁石性能の指標として残留磁化（残留磁束密度）と保磁力を挙げることができるが、モータの小型化や高電流密度化による発熱量の増大に対し、使用される希土類磁石にも耐熱性に対する要求は一層高まっており、高温使用下で磁石の磁気特性を如何に保持できるかが当該技術分野での重要な研究課題の一つとなっている。
【０００４】
希土類磁石としては、組織を構成する結晶粒（主相）のスケールが3〜5μm程度の一般的な焼結磁石のほか、結晶粒を50nm〜300nm程度のナノスケールに微細化したナノ結晶磁石がある。
【０００５】
希土類磁石の製造方法の一例を概説すると、たとえばNd-Fe-B系の金属溶湯を急冷凝固して微粉末（磁石用粉末）を製作し、ダイとダイの内部で摺動する上パンチおよび下パンチとから構成された成形型のキャビティに磁石用粉末を充填し、鍛造して焼結体を製造し、この焼結体に磁気的異方性を付与するべく熱間塑性加工（鍛造加工）を施して希土類磁石（配向磁石）を製造する方法である。なお、より詳細には、磁石用粉末を鍛造して成形体を製造し、この成形体を鍛造し、緻密化して焼結体が製造される。
【０００６】
上記する焼結体の製造においては、成形型の内面に予め黒鉛系離型剤等の離型剤を塗布して鍛造をおこなう。
【０００７】
また、焼結体の熱間塑性加工（鍛造加工）に際しても、黒鉛系潤滑剤等の潤滑剤を塗布する。より具体的には、焼結体を80℃程度に加熱しておき、60℃程度に加熱された黒鉛系潤滑液中に焼結体を浸漬し、取り出して温風乾燥した後に熱間塑性加工を実施する。
【０００８】
この方法では、潤滑液を加温することから水分の蒸発によって潤滑剤の濃度が随時変化する。そのため、潤滑液中の潤滑剤の濃度管理が煩雑になるといった課題がある。
【０００９】
さらに、焼結体を加熱する設備と潤滑液を加熱する設備の双方を要することから、設備コストが高価になるといった課題もある。
【００１０】
しかしながら、焼結体や潤滑液の加熱をおこなわない場合、焼結体に対して潤滑剤が濡れずにはじかれ易くなる。したがって、焼結体の熱間塑性加工に際し、焼結体の加熱も潤滑液の加熱も不要としながら、焼結体に対する潤滑剤の濡れ性が良好になる希土類磁石の製造方法の開発が当該技術分野で切望されている。
【００１１】
ところで、特許文献１には、黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を水に分散させ、陽イオン界面活性剤を添加してなる塑性加工用水系潤滑剤と、この塑性加工用水系潤滑剤を塑性加工用素材もしくは塑性加工用工具の表面に塗布し、乾燥させて潤滑被膜を形成する方法が開示されている。
【００１２】
この塑性加工用水系潤滑剤によれば、濡れ性に優れ、油分が混入しても濡れ性が低下し難く、均一な潤滑被膜を形成できるとしている。しかしながら、ワーク表面に目を向けると、ワーク表面は一般に濡れ性が良好でないため、潤滑剤のみを改良したとしても均一な潤滑被膜が形成され難いのが現実である。特に、焼結体の製造に際して、成形型内に塗布した固体潤滑剤を含有する離型剤が焼結体の表面に付着し、これが焼結体の表面に潤滑液を付着させて熱間塑性加工をおこなおうとする際の潤滑液の濡れ性低下の原因の一つとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２３１１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、焼結体に潤滑剤（潤滑液）を付着させ、熱間塑性加工をおこなって希土類磁石を製造するに当たり、焼結体に対する潤滑剤の濡れ性が良好となる希土類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】
【００１５】
前記目的を達成すべく、本発明による希土類磁石の製造方法は、成形型の内面に固体潤滑剤を含有する離型剤を塗布し、成形型内に磁石用粉末を収容し、圧粉成形および焼結して焼結体を製造する第１のステップ、固体潤滑剤を含有する潤滑液内に焼結体を浸漬し、超音波振動を付加しながら焼結体の表面に固体潤滑剤を付着させ、焼結体を熱間塑性加工して希土類磁石を製造する第２のステップからなるものである。
【００１６】
本発明の製造方法では、製造された焼結体の表面に付着する固体潤滑剤を含有する離型剤を焼結体の表面から取り除くべく、焼結体を浸漬させた潤滑液中に超音波振動を付加することに特徴を有するものである。
【００１７】
この超音波振動にて焼結体を超音波洗浄することにより、焼結体の表面に付着した離型剤の一部を脱落させ、焼結体の表面を粗面化することができる。
【００１８】
焼結体の表面は、平坦な場合に比して粗面の場合は濡れ性が良好になることが本発明者等によって特定されている。
【００１９】
ここで、「固体潤滑剤を含有する離型剤」には黒鉛系潤滑剤が適用でき、たとえばグラファイト粉末を水や有機系溶媒に含有させて生成されたものを適用できる。また、「固体潤滑剤を含有する潤滑液」にも黒鉛系潤滑剤が適用でき、離型剤と同様に、グラファイト粉末を水や有機系溶媒に含有させて生成されたものを適用できる。
【００２０】
潤滑液に焼結体を浸漬させ、超音波振動を付加して焼結体の表面の粗面化を図り、潤滑液の濡れ性を良好にすることで、従来の製造方法のように、焼結体を加熱したり、潤滑液を加熱したりする必要はなくなる。
【００２１】
焼結体の表面の濡れ性が良好になることで焼結体の全面に潤滑液が付着し、潤滑液が付着していない領域の発生を解消することができる。そのため、以後の熱間塑性加工（鍛造加工）において焼結体の全体が良好に鍛造加工され、配向度が高く、磁気特性に優れた希土類磁石を製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から理解できるように、本発明の希土類磁石の製造方法によれば、焼結体を浸漬させた潤滑液中に超音波振動を付加することで、焼結体の表面に付着する離型剤を取り除くことができ、焼結体の表面を粗面化して潤滑液の濡れ性を良好にすることができる。したがって、潤滑液を焼結体の全面に良好に付着させた状態で熱間塑性加工（鍛造加工）をおこなうことができ、配向度が高く、磁気特性に優れた希土類磁石を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の希土類磁石の製造方法の第１のステップを説明した模式図である。
【図２】希土類磁石の製造方法の第２のステップを説明した模式図である。
【図３】図２に続いて、希土類磁石の製造方法の第２のステップを説明した模式図である。
【図４】濡れ性の評価に際し、接触角の測定法であるθ/2法を説明した模式図である。
【図５】ワーク表面の表面粗さを変化させた際の接触角を検証した実験結果を示した図である。
【図６】焼結体表面の拡大写真図であって、（ａ）は超音波洗浄前の写真図であり、（ｂ）は超音波洗浄後の写真図である。
【図７】超音波処理の有無と接触角に関する実験結果を示した図である。
【図８】超音波処理の有無とワーク表面への潤滑液の塗布の状態を検証した実験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の希土類磁石の製造方法の実施の形態を説明する。なお、図示例の製造方法は、成形型内に磁石用粉末体を充填し、鍛造して焼結体を製造するものであるが、成形型内に磁石用粉末体を充填して成形体を製造し、成形体を別途の成形型に収容し、鍛造して緻密化を図って焼結体を製造する方法であってもよい。
【００２５】
（希土類磁石の製造方法の実施の形態）
図１は本発明の希土類磁石の製造方法の第１のステップを説明した模式図であり、図２，３はその順で製造方法の第２のステップを説明した模式図である。
【００２６】
まず、図１で示すように、ダイＤとダイＤの下方に配設された下パンチＰｓと、ダイの内部で摺動する上パンチＰｕとから構成され、ダイＤと上パンチＰｕと下パンチＰｓでキャビティＣを形成する成形型Ｍを用意する。
【００２７】
次に、成形型Ｍを構成するダイＤのキャビティ面に、固体潤滑剤を含有する離型剤Ｒとして、黒鉛系潤滑剤を塗布する。
【００２８】
ここで、黒鉛系潤滑剤Ｒとして、グラファイト粉末が溶媒である水に分散した、水溶性グラファイト潤滑剤が適用できる。
【００２９】
次に、図１で示すように、キャビティＣ内に磁石用粉末を充填して磁石用粉末の集合体Ｊを形成し、上パンチＰｕを押下して（Ｘ１方向）圧粉成形および焼結し、焼結体を製造する（第１のステップ）。
【００３０】
ここで、使用される磁石用粉末の製作方法は、まず、50kPa以下に減圧した不図示の炉中で、合金インゴットを高周波溶解し、単ロールによるメルトスピニング法により、希土類磁石を与える組成の溶湯を銅ロールに噴射して急冷薄帯（急冷リボン）を製作する。次に、製作された急冷薄帯を粗粉砕して磁石用粉末を製作するものである。なお、磁石用粉末の粒径範囲は75〜300μmの範囲となるように調整される。
【００３１】
また、製造された焼結体Ｓは、たとえば、ナノ結晶組織のNd-Fe-B系の主相（平均粒径が300nm以下で、たとえば50nm〜200nm程度の結晶粒径）と、主相の周りにあるNd-X合金（X:金属元素）の粒界相を備えたものである。そして、粒界相を構成するNd-X合金は、Ndと、Co、Fe、Ga等のうちの少なくとも一種以上の合金からなり、たとえば、Nd-Co、Nd-Fe、Nd-Ga、Nd-Co-Fe、Nd-Co-Fe-Gaのうちのいずれか一種、もしくはこれらの二種以上が混在したものであって、Ndリッチな状態となっている。
【００３２】
焼結体Ｓが製造されたら、図２で示すように、容器Ｙ内に固体潤滑剤を含有する潤滑液Ｌを収容し、焼結体Ｓを潤滑液Ｌに浸漬させる。
【００３３】
ここで、固体潤滑剤を含有する潤滑液Ｌとして、グラファイト粉末を水に分散した潤滑液を適用できる。
【００３４】
また、容器Ｙには超音波発生器Ｕを取り付けておき、潤滑液Ｌ内に浸漬した焼結体Ｓに対し、超音波振動を付加する。
【００３５】
このように焼結体Ｓに対して超音波振動を付加して超音波洗浄することにより、焼結体Ｓの表面に付着した離型剤の一部（焼結体Ｓの製造過程で表面に付着した離型剤Ｒ）を脱落させ、このことによって焼結体Ｓの表面を粗面化することができる。
【００３６】
そして、焼結体Ｓの表面が粗面化することにより、表面が平坦な場合に比して濡れ性が良好になる。
ここで、ワーク表面の粗面化と濡れ性の関係を考察する。
【００３７】
ワークの粗面の濡れ性は、以下のWenzelの式で表すことができる。
Cosθw=r・Cosθ・・・・（式）
ここで、θwは粗面上での接触角、θは同じ材質で平坦面での接触角を示す。また、rは平坦面に対する粗面の面積比（r≧1）を示す。
【００３８】
平坦面と粗面では、見かけ上の面積が同じでも、微視的には粗面の方が面積が大きくなる。Wenzelの式は、θ＜90°ではθw＜θとなり、θ＞90°ではθw＞θとなることを示している。たとえばグラファイト系潤滑剤を用いた場合、ワークの平坦面においてはθ＜90°である。そして、上記のとおり、θ＜90°ではθw＜θとなるため、ワークの表面が平坦な場合に比べて、ワークの表面が粗い方が濡れ易くなる。
【００３９】
超音波振動の付加によって表面が粗面化した焼結体Ｓには、その全面に潤滑液Ｌが良好に付着される。
【００４０】
次に、全面に潤滑液Ｌが付着した焼結体Ｓを図３で示すように成形型ＭのキャビティＣに収容し、上パンチＰｕを押下して（Ｘ２方向）鍛造することにより（熱間塑性加工）、焼結体Ｓが塑性変形して加工歪が導入され、磁気的異方性が付与されて希土類磁石が製造される（以上、第２のステップ）。
【００４１】
図示する希土類磁石の製造方法によれば、焼結体Ｓを浸漬させた潤滑液中に超音波振動を付加することで、焼結体Ｓの表面に付着する離型剤Ｒを取り除くことができ、焼結体Ｓの表面を粗面化して潤滑液Ｌの濡れ性を良好にすることができる。したがって、潤滑液Ｌを焼結体Ｓの全面に良好に付着させた状態で熱間塑性加工（鍛造加工）をおこなうことができるため、配向度が高く、磁気特性に優れた希土類磁石を製造することができる。
【００４２】
（ワーク表面の表面粗さを変化させた際の接触角を検証した実験とその結果）
本発明者等は、ワーク表面の表面粗さを変化させた際の接触角を検証する実験をおこなった。まず、濡れ性の評価方法に関し、ワーク上に潤滑液滴を滴下し、接触角を測定した。なお、接触角の測定方法は、図４で示すθ/2法を適用した。
実験結果を図５に示す。
【００４３】
図５において、表面粗さ（Ra）が0.3μmの際の接触角は80.6°、表面粗さ（Ra）が1.1μmの際の接触角は63.2°であり、ワークの表面粗さの粗い方が濡れ性が良好であることが分かる。
【００４４】
（超音波処理の有無と接触角に関する実験とその結果）
本発明者等は、超音波処理の有無と接触角に関する実験をおこなった。本実験では、ワークである焼結体の製作において、グラファイト系潤滑剤（日本黒鉛製プロハイト15FU、グラファイトの粒径は50μm程度）を用いた。また、潤滑剤の膜厚は50μm〜100μmとし、成形条件は、200MPa、700℃、保持時間5分とした。また、潤滑剤の配合は下記の通りとした。すなわち、潤滑剤原液として日本黒鉛製プロハイト15ＦＵ（グラファイトの粒径は50μm程度）を適用し、希釈率を1.5倍（潤滑剤原液2（容積）に対し水道水1（容積））とした。また、超音波洗浄機はエスエヌディ製US-5（出力最大）を適用した。
【００４５】
ここで、図６は焼結体表面の拡大写真図であって、図６（ａ）は超音波洗浄前の写真図であり、図６（ｂ）は超音波洗浄後の写真図である。また、図７は超音波処理の有無と接触角に関する実験結果を示した図である。
【００４６】
図６（ａ）より、超音波洗浄前は焼結体の表面の溝にグラファイトが入り込み、表面粗さ（Ra）が0.5μmであった。これに対して、図６（ｂ）より、超音波洗浄によって焼結体の表面に付着していたグラファイトが脱落して粗面化し、表面粗さ（Ra）は3.1μｍであった。
【００４７】
次に、図７より、焼結体に対して超音波処理をおこなわないケース（無処理）では接触角が65.2°であったのに対して、焼結体に対して超音波処理をおこなったケースでは接触角が29.3°となり、超音波処理によって濡れ性が大きく改善することが分かった。
【００４８】
（超音波処理の有無とワーク表面への潤滑液の塗布の状態を検証した実験）
本発明者等はさらに、超音波処理の有無とワーク表面への潤滑液の塗布の状態を検証する実験をおこなった。
実験結果を図８に示す。
【００４９】
ここで、キーエンス製レーザ顕微鏡VK-X250を用い、グラファイトの膜が10μm以上の厚さで形成された領域を判別した。被覆率は下式で定義できる。
Ａ＝Ｓ1/Ｓ0  ×100%・・・・（式）
ここで、Ａは被覆率（％）、Ｓ1はグラファイトの膜が10μm以上の厚さで形成された面積、Ｓ0はワークの表面積である。
【００５０】
超音波振動を付加せずにディッピングした場合は被覆率が82%（図８参照）であったのに対して、超音波振動を付加しながらディッピングした場合は被覆率が100%（図８参照）であった。すなわち、超音波を援用することにより、ワーク全面に潤滑剤を塗布できることが分かった。
【００５１】
黒鉛系潤滑剤をディッピングする設備には、潤滑液中で黒鉛が偏析することを防止するための分散（攪拌）装置が必要であるが、分散（攪拌）に超音波を使用する場合、濡れ性の付与を同時におこなうことが可能となる。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
Ｍ…成形型、Ｄ…ダイ、Ｐｕ…上パンチ、Ｐｓ…下パンチ、Ｒ…固体潤滑剤を含有する離型剤（黒鉛系潤滑剤、離型剤）、Ｌ…固体潤滑剤を含有する潤滑液（黒鉛系潤滑剤、潤滑液）、Ｊ…磁石用粉末の集合体、Ｓ…焼結体、Ｕ…超音波発生器、Ｙ…容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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