JP7056086B2 - 希土類磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、希土類磁石の製造方法に関する。

希土類磁石は、モータ又はアクチュエーター等の部品であり、例えば、ハードディスクドライブ、ハイブリッド自動車、電気自動車、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）、スマートフォン、デジタルカメラ、薄型ＴＶ、スキャナー、エアコン、ヒートポンプ、冷蔵庫、掃除機、洗濯乾燥機、エレベーター及び風力発電機等の様々な分野で利用されている。これらの多様な用途に応じて、希土類磁石に要求される寸法及び形状は異なる。したがって、多品種の希土類磁石を効率的に製造するためには、希土類磁石の寸法及び形状を容易に変更することが可能な成形方法が望まれる。

従来の希土類磁石の製造では、希土類元素を含む金属粉末（例えば合金粉末）を高圧(例えば、５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下)で加圧しながら、磁場を金属粉末へ印加する。その結果、磁場に沿って配向した金属粉末から成形体が形成される。このような成形方法を、以下では「高圧磁場プレス法」と記す。高圧磁場プレス法によれば、金属粉末が配向し易く、高い残留磁束密度Ｂｒと優れた保形性とを有する成形体を得ることが可能である。この成形体の焼結によって焼結体を得て、焼結体を所望の形状に加工することにより、磁石製品が完成する。

しかし、高圧磁場プレス法では、磁場中で高い圧力を金属粉末へ及ぼす必要があるため、大規模で複雑な成形装置が必要であり、成形用の金型の寸法及び形状が制限される。この制限のために、高圧磁場プレス法によって得られる一般的な成形体の形状は、粗大なブロックに限られる。したがって、従来の方法によって多品種の磁石製品を製造する場合、ブロック状の成形体を焼結させて焼結体を得た後、磁石製品に要求される寸法及び形状に応じて焼結体を加工する必要がある。焼結体の加工では、焼結体を切削したり、研磨したりするため、高価な希土類元素を含む屑が生じてしまう。その結果、磁石製品の材料歩留まり率（ｙｉｅｌｄ ｒａｔｅ）が低下する。また、高圧磁場プレス法では、金型同士のカジリ（ｇａｌｌｉｎｇ）、又は金型と成形体との間におけるカジリによって、金型又は成形体が破損し易い。例えば、高圧磁場プレス法で得られた成形体には亀裂（ｃｒａｃｋ）が発生することがある。

上記のような理由のため、従来の高圧磁場プレス法を用いた製造方法は、多品種又は少量の磁石製品の製造に適していない。高圧磁場プレス法に代わる成形方法として、下記特許文献１には、低圧（０．９８ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下）で合金粉末を成形する方法が開示されている。この希土類磁石の製造方法は、合金粉末をモールド内に充填して、合金粉末を低圧で加圧することにより、成形体を作製する工程（充填工程）と、モールド中の成形体に磁場を印加して、成形体中の合金粉末を配向させる工程（配向工程）と、モールドから取り出した成形体を焼結する工程（焼結工程）と、を備える。そして、下記特許文献１に記載の製造方法では、充填工程と、配向工程とが、別の場所で行われる。

ＷＯ２０１６／０４７５９３号公報

上記特許文献１に記載の成形方法のように、低圧で金属粉末を成形する場合、高圧に対する耐久性が金型に要求されず、大規模で複雑な成形装置も不要である。したがって、低圧で金属粉末を成形する場合、金型の材質、寸法及び形状が制限されず、多様な寸法及び形状を有する型を用いて、多品種の希土類磁石を比較的容易に製造することができる。
しかしながら、上記の方法では、成形体内における密度のバラツキ及び焼結体の変形が生じることがあった。この傾向は特に低圧成形の場合に顕著である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので有り、成形体内における密度のバラツキ及び焼結体の変形を抑制できる、希土類磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる希土類磁石の製造方法は、希土類合金粉末をダイのキャビティ内に充填する工程、
前記キャビティ内の前記希土類合金粉末の上面に荷重をかけない状態で、前記ダイに衝撃を与える工程、
前記衝撃を与える工程の後に、前記キャビティ内の前記希土類合金粉末をパンチでプレスして成形体を得る工程、及び、
前記成形体を焼結する工程を備える。

ここで、前記ダイ前記ダイに下から上に向かって衝撃を与えることができ、また、ダイ落下させて固定物に衝突させて前記衝撃を与えることができる。

また、前記衝撃を与える工程の前に、前記ダイを振動させて前記キャビティ内の前記希土類合金粉末の表面を平坦化する工程をさらに備えることができる。

また、前記プレスの圧力を０．０４９～２０ＭＰａとすることができる。

また、上記方法は、前記ダイのキャビティ内から前記成形体を取出す工程をさらに備え、前記ダイのキャビティ内から取出された前記成形体を焼結することができる。

また、上記方法は、前記キャビティ内から取り出された前記成形体を、前記焼結前に２００～４５０℃に加熱する加熱工程をさらに備えることができる。

また、上記方法は、前記パンチのキャビティ内に保持された前記成形体に磁場を印加して、前記成形体に含まれる前記希土類合金粉末を配向させる配向工程をさらに備えることができる。

本発明によれば、成形体内における密度のバラツキ及び焼結体の変形を抑制できる、希土類磁石の製造方法が提供される。

図１の（ａ）は本発明の一実施形態において、ダイ１０内に希土類合金粉末５’が充填された状態を示す概略断面図であり、図１の（ｂ）は、ダイ１０を加振機ＶＲで振動させる状態を示す概略構成図であり、図１の（ｃ）及び（ｄ）は、ダイ１０をタッピング装置ＴＰでタッピングする状態を示す概略構成図である。 図２の（ａ）～（ｃ）はダイ内の希土類合金粉末をパンチで圧縮し、その後、キャビティから成形体５を取り出す工程を示す概略断面図である。 図３の（ａ）～（ｃ）は、ダイ内の希土類合金粉末をパンチで圧縮し、その後、キャビティから成形体５を取り出す工程を示す概略断面図である。 図４は実施例１、２及び比較例１、２の密度分布を示す図である。

図面を参照して、希土類磁石の製造方法の好適な実施形態について説明する。

（希土類合金粉末の調製工程）
まず、希土類合金粉末を用意する。希土類合金とは希土類元素を含む合金である。

希土類元素の例は、長周期型周期表の３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイドからなる群より選ばれる１種以上の元素を含む。ここで、ランタノイドは、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）を含む。

希土類合金の具体例は、Ｓｍ－Ｃｏ系合金、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系合金である。これらのなかでも、ＳｍＣｏ_５やＳｍ_２Ｃｏ_１７で表されるＳｍ－Ｃｏ系合金、又は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂで表されるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金が好ましい。

希土類合金がＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金である場合、合金中の希土類元素の含有割合は、好ましくは８～４０質量％であり、より好ましくは１５～３５質量％である。また、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金中のＦｅの含有割合は、好ましくは４２～９０質量％であり、より好ましくは６０～８０質量％である。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金中のＢの含有割合は、好ましくは０．５～５質量％である。また、Ｆｅの一部をコバルト（Ｃｏ）で置換してもよい。また、Ｂの一部を炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）及び銅（Ｃｕ）からなる群より選ばれる１種以上の元素で置換してもよい。

希土類合金は、保磁力の向上、生産性の向上及び低コスト化の観点から、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）及び／又はハフニウム（Ｈｆ）等のうちの１種以上の元素を含んでいてもよい。

希土類合金は、不可避的不純物として、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）及び／又はカルシウム（Ｃａ）等を含んでいてもよい。

希土類合金粉末は、以下の手順で調製することができる。まず、希土類金属の構成元素を所望の比率で含む合金をスリップキャスト法などで鋳造し、希土類合金フレークを得る。次に、得られたフレークを、スタンプミル等の粉砕機を用いて粗粉砕して粒径１０～１００μｍ程度の粗粉を得る。この際、粗粉砕前にフレークに水素を吸蔵させ、粗粉砕後に熱処理により粗粉から水素放出させてもよい。続いて、必要に応じて潤滑剤を添加して、ジェットミル等を用いてさらに粒径０．５～１０μｍ程度に微粉砕して希土類合金粉を得る。

潤滑剤の例は、パラフィンワックスなどの炭化水素；ステアリン酸及びステアリルアルコールなどの脂肪酸；オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ペンタデシル酸アミド、ミリスチン酸アミド、ラウリン酸アミド、カプリン酸アミド、ペラルゴン酸アミド、カプリル酸アミド、エナント酸アミド、カプロン酸アミド、バレリアン酸アミド及びブチル酸アミドなどの脂肪族アミド；ステアリン酸金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム）などの金属セッケン等の有機物である。潤滑剤は、粉末又は液体であることができる。希土類合金粉末中の有機物の濃度は０．０１～１．０質量％とすることができる。

希土類粉末は、顆粒であっても良い。顆粒であると、流動性が高くなるため、成形体内における密度のバラツキ及び焼結体の変形をより抑制できる場合がある。

（希土類合金粉末の充填工程）
続いて、図１の（ａ）に示すように、筒状部１０ａ、及び、平板状の底板部１０ｂを有するダイ１０を用意する。底板部１０ｂの上面上に筒状部１０ａが載置され、ダイ１０内にキャビティＶが形成されている。そして、ダイ１０のキャビティＶ内に希土類合金粉末５’を供給する。図１の（ａ）に示すように、希土類合金粉末の安息角に応じて、キャビティＶ内の希土類合金粉末の表面には山及び／又は谷ができる場合がある。

ダイ１０の材料は特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金などの軽量金属又は軽量合金、樹脂、炭素質材料、セラミックスから構成されていてもよい。また、ダイ１０は、例えば、鉄、ケイ素鋼、ステンレス、パーマロイ、モリブデン、タングステンからなる群より選ばれる少なくとも一種から構成されていてもよい。樹脂の例は、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの共重合体）、エチルセルロース、パラフィンワックス、スチレン・ブタジエン共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、アタクチック・ポリプロピレン、メタクリル酸共重合体、ポリアミド、ポリブテン、ポリビニルアルコール、シリコーン樹脂、フェノール樹脂及びポリエステル樹脂ならなる群より選ばれる一種又は複数種であってよい。

（希土類合金粉末の平坦化工程）
続いて、ダイ１０に振動を与えて平坦化する。具体的には、図１の（ｂ）に示すように、ダイ１０を加振機ＶＲに乗せて加振することができる。加振機ＶＲは、架台３０と、架台３０上にスプリング３２で支持された支持台３４と、支持台３４を振動させる振動発生器３６とを有する。ダイ１０を加振機ＶＲの支持台３４上に乗せ、振動発生器３６で支持台３４を加振することにより、ダイ１０のキャビティ内の希土類合金粉末５’の山及び谷が均され、表面が平坦化する。通常、表面は水平方向に平坦化される。平坦化とは、表面の最高部と最低部との間の距離が短くなることである。平坦化の程度は特に限定されないが、上記距離が５ｍｍ以下となることが好ましく、３ｍｍ以下となることがより好ましい。

振動発生器３６による振動方向は、水平方向でも、鉛直方向でもよい。振動の周波数は、２０～６０Ｈｚとすることができる。振動発生器３６としては、超音波発信器、偏心錘を有するモータなどがあげられる。

振動の周波数は１０～１００Ｈｚとすることができる。加振時間は１～３０秒とすることができる。周波数を２０～８０Ｈｚとすることが好適であり、４０～６０Ｈｚとすることがより好適である。周波数が低すぎると、山は崩れるが粉の流動性はあまり上がらないために、十分な平坦化が起こりにくい場合があり、周波数が高すぎると、粉の流動性は上がるが山は崩れにくいために、十分な平坦化が起こりにくくなる場合がある。

（希土類合金粉末のパンチ前のタッピング工程）
次に、ダイに衝撃を与えてキャビティＶ内の合金粉末の下部を選択的に圧縮する。具体的には、図１の（ｄ）に示す、タッピング装置ＴＰでダイ１０に衝撃を与えることができる。ダイに衝撃を与える際に、キャビティＶ内の希土類合金粉末の上面（粉面）にパンチを載せない。パンチとは、キャビティＶ内の希土類合金粉末の上面（粉面）に荷重を与えることのできる部材のことを言う。

タッピング装置ＴＰは、固定台（固定物）２４と、固定台２４に対して移動可能な可動部２０と、カム機構２２とを備える。可動部２０は、支持台２０ａ及び固定台２４に衝突可能な衝突棒２０ｂを有する。カム機構２２は、水平軸Ｘ周りに回転する回転体２２ａと、回転体２２ａに設けられた凸部２２ｂを有する。水平軸Ｘは、図１の（ｃ）に示すように、回転体２２ａの回転に伴って凸部２２ｂが上昇するときに凸部２２ｂが可動部２０の支持台２０ａに下から接触して可動部２０を持ち上げ、図１の（ｄ）に示すように、回転体２２ａの回転に伴って凸部２２ｂが下降するときに凸部２２ｂが可動部２０の支持台２０ａから離れて、可動部２０を自由落下させ、衝突棒２０ｂの下端を固定台２４に衝突させる位置に設けられている。

回転体２２ａが回転するごとに、可動部２０の上昇及び自由落下が繰り返し行われ、可動部２０の衝突棒２０ｂが固定台２４と衝突する際に、ダイ１０に対して、下から上に向かう衝撃が与えられる。これにより、ダイ１０内の希土類合金粉末が圧密されて層の高さが減少していく。

衝撃の最大加速度は２～３０Ｇとすることができる。衝撃の最大加速度は、１０～３０Ｇとすることが好適であり、１５～２５Ｇとすることがより好適である。衝撃の最大加速度が高すぎると、キャビティ内の希土類合金粉末の上部の粉末が舞い上がってしまうためか、密度のばらつきがやや大きくなる場合がある。

衝撃の頻度は１秒間に１～５回とすることができる。

衝撃を与える回数の総数は例えば、１～５０回とすることができる。

衝撃の付与は、希土類合金粉末の層高が、タッピング前の６０％以下となるまで行うことが好適である。タッピング後の層高は、タッピング前の層高の４０％未満とならないようにすることが好適である。

（希土類合金粉末のパンチ工程）
次に、タッピング後に、図２の（ａ）に示すように、ダイ１０内にパンチ１５を挿入して希土類合金粉末をプレスして成形体５を得る。プレス圧力は、低圧、すなわち、０．０４９～２０ＭＰａとすることができる。プレス圧力とは、例えば、パンチの先端面が合金粉末に及ぼす圧力である。低圧成形であると、ダイ１０やパンチ１５の消耗が少なくて好ましい。したがって、樹脂製等のダイやパンチを使用することも可能となり、低コスト化が可能となる。また、パンチ１５に突起１５ａを設けてパンチ１５が圧縮後の高さを制限して、意図しない高圧でのプレスを予防することもできる。

（希土類合金粉末の配向工程）
パンチの後、ダイ１０のキャビティＶから成形体５を取り出す前に、成型体に対して磁場を印加する配向工程を行ってもよい。
配向工程では、ダイ１０のキャビティＶ内に保持された成形体５に磁場を印加して、成形体５を構成する合金粉末をキャビティＶ内で磁場に沿って配向させる。磁場は、パルス磁場又は静磁場であってよい。例えば、ダイ１０内に保持された成形体５を、ダイ１０と共に（パンチ１５と共にでもよい）、空芯コイルの内側に配置して、空芯コイルに電流（交流）を流すことにより、ダイ１０内の成形体５に磁場を印加してよい。着磁ヨークを用いて、ダイ１０内の成形体５に磁場を印加してもよい。ダブルコイル又はヘルムホルツコイルに電流を流すことにより、キャビティＶ内の成形体５に磁場を印加してよい。ダブルコイル又はヘルムホルツコイルを用いることにより、空芯コイルを用いる場合に比べて、より均質な磁場を成形体に印加することができる。その結果、成形体における合金粉末の配向性が向上し易く、最終的に得られる希土類磁石の磁気特性が向上し易い。
キャビティＶ内の成形体５に印加する磁場の強度は、例えば、７９６ｋＡ／ｍ以上５１７３ｋＡ／ｍ以下（１０ｋＯｅ以上６５ｋＯｅ以下）であってよい。配向工程後、成形体を脱磁してもよい。ダイ内の成形体に印加する磁場の強度は、必ずしも上記の範囲に限定されない。
パンチ中、すなわち、キャビティＶ内の合金粉末を加圧しながら、合金粉末に上述の磁場を印加して配向させてもよい。

（成形体のキャビティからの分離工程）
その後、ダイ１０のキャビティＶから成形体５を取り出す分離工程を行う。具体的には、たとえば、図２中の（ｂ）に示されるように、分離工程では、鉛直方向（Ｚ軸方向）におけるパンチ１５の位置を固定した状態で、筒状部１０ａを上へ移動させる。その結果、筒状部１０ａ内へ挿入されていたパンチ１５が筒状部１０ａを貫通して、パンチ１５の端面が成形体５を筒状部１０ａの下方へ押し出す。つまり、筒状部１０ａ内に保持されていた成形体５が、筒状部１０ａの下から抜き出される。続いて、図２中の（ｃ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５を上方へ移動させることにより、底板部１０ｂの上に載置された成形体５が、キャビティＶから分離される。このように成形体５を筒状部１０ａの下方から抜き出すことにより、成形体５の形状を保った状態で、成形体５をキャビティＶから取り出すことできる。仮に、成形体５をチャック等で直接掴んで筒状部１０ａの上方から取り出す場合、成形体５が破損し易い。本実施形態では、成形体５を直接掴むことなく、成形体５を容易にキャビティＶから分離することができる。仮に、筒状部１０ａを複数の部材へ分解することにより、成形体５をキャビティＶから分離する場合、誤って力が成形体５へ作用して、成形体５が破損することがある。本実施形態では、筒状部１０ａを分解することなく、キャビティＶから成形体５を容易に取り出することができる。底板部１０ｂは加熱工程用トレイとして使用できる。

また、分離工程では、図３に示すようにしてキャビティＶから成形体５を取り出してよい。まず、図３中の（ａ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５が成形体５を保持した状態で、筒状部１０ａ及びパンチ１５を、成形体５と共に、底板部１０ｂから分離する。成形体５を底板部１０ｂから分離しても、成形体５と筒状部１０ａとの摩擦、又は成形体５のスプリングバックにより、成形体５は筒状部１０ａの下方から抜け落ち難い。続いて、図３中の（ｂ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５に保持された成形体５を、筒状部１０ａ及びパンチ１５と共に、加熱工程用トレイ４２の上に載置する。続いて、図３中の（ｃ）に示されるように、鉛直方向（Ｚ軸方向）におけるパンチ１５の位置を固定した状態で、筒状部１０ａを上へ移動させる。その結果、筒状部１０ａ内へ挿入されていたパンチ１５が筒状部１０ａを貫通して、パンチ１５の端面が成形体５を筒状部１０ａから下方へ押し出す。つまり、キャビティＶ内に保持されていた成形体５が、筒状部１０ａの下から抜き出される。続いて、図３中の（ｄ）に示されるように、筒状部１０ａ及びパンチ１５を上方へ移動させることにより、加熱工程用トレイ４２の上に載置された成形体５が、筒状部１０ａ及びパンチ１５から分離する。
なお、図２及び図３において、キャビティＶ及びパンチ１５の軸は鉛直方向であるが、鉛直に対して４５°以内で傾斜していてもよい。

キャビティＶから分離された成形体５の密度は、例えば、３．０～４．４ｇ／ｃｍ^３、好ましくは３．２～４．２ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは３．４～４．０ｇ／ｃｍ^３に調整されていてよい。

（成形体の加熱工程）
続いて、低圧で成形された成形体５は強度が低くハンドリングが困難であるので、成形体を加熱により熱処理して成形体の強度を高くすることが好適である。
加熱工程における成形体の温度は、２００～４５０℃に調整することができる。加熱工程では、成形体の温度を２００～４００℃、又は２００～３５０℃に調整してもよい。

加熱工程では、成形体５の温度が２００℃以上になると、成形体５が固まり始めて、成形体５の保形性、換言すると成形体５の機械的強度が向上する。成形体５の保形性が向上するため、成形体５の搬送、又は後工程における成形体のハンドリングの際に、成形体５が破損し難い。例えば、成形体５を搬送用チャック（ｃｈｕｃｋ）等により掴んで焼成用トレイ上に並べる際に、成形体５が崩れ難い。その結果、最終的に得られる希土類磁石の欠陥が抑制される。

仮に加熱工程において成形体５の温度が４５０℃を超えた場合、加熱工程後に実施される焼成工程において、成形体５に亀裂が形成され易い。亀裂が形成される原因は定かでない。例えば、加熱工程における成形体５の急激な温度上昇により、成形体５中に残存する水素が、ガスとして成形体５外へ吹き出すことで、成形体５に亀裂が形成される可能性がある。しかし、加熱工程において成形体５の温度を４５０℃以下に調整することにより、焼成工程における成形体５の亀裂が抑制される。その結果、最終的に得られる希土類磁石における亀裂も抑制され易い。また、加熱工程において成形体５の温度を４５０℃以下に調整するため、成形体５の昇温又は冷却に要する時間が抑制され、希土類磁石の生産性が向上する。また、加熱工程における成形体５の温度が４５０℃以下であり、一般的な焼成温度よりも低いため、ダイ１０の一部（例えば底板部１０ｂ）とともに成形体５を加熱したとしても、ダイ１０の劣化又は成形体５とダイ１０との化学反応が起き難い。したがって、必ずしも耐熱性が高くない組成物（例えば、樹脂）から構成されるダイであっても利用することができる。

成形体５の温度を２００℃以上４５０℃以下に調整することにより、成形体５の保形性が向上するメカニズムは明らかではない。例えば、合金粉末に添加されている有機物（例えば、潤滑剤）が、加熱工程において炭素になり、合金粉末同士が炭素を介して結着される可能性がある。その結果、成形体５の保形性が向上するのかもしれない。仮に加熱工程において成形体５の温度が４５０℃を超えた場合、合金粉末を構成する金属の炭化物が生成したり、合金粉末同士が直接焼結したりする可能性がある。一方、成形体５の温度が２００℃以上４５０℃以下に調整される場合、金属の炭化物は必ずしも生成せず、合金粒子同士は必ずしも直接焼結しない。

加熱工程において成形体５の温度を２００℃以上４５０℃以下に維持する時間は、特に限定されず、成形体５の寸法及び形状に応じて適宜調整すればよい。

加熱工程では、赤外線を成形体５へ照射することにより、成形体５を加熱してよい。赤外線の照射（つまり輻射熱）によって成形体５を直接加熱することにより、伝導又は対流による加熱の場合に比べて、成形体５の昇温に要する時間が短縮され、生産効率及びエネルギー効率が高まる。ただし、加熱工程では、加熱炉内の熱伝導又は対流により、成形体５を加熱してもよい。赤外線の波長は、例えば、０．７５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは０．７５μｍ以上３０μｍ以下であってよい。赤外線は、近赤外線、短波長赤外線、中波長赤外線、長波長赤外線（熱赤外線）、及び遠赤外線からなる群より選ばれる少なくとも一つであってよい。上記の赤外線のうち近赤外線は比較的金属に吸収され易くい。したがって、近赤外線を成形体へ照射する場合、短時間で金属（合金粉末）を昇温し易い。一方、上記の赤外線のうち遠赤外線は比較的有機物に吸収され易く、金属（合金粉末）によって反射され易い。したがって、遠赤外線を成形体へ照射する場合、上述した有機物（例えば、潤滑剤）が選択的に加熱され易く、有機物に起因する上記のメカニズムによって成形体が硬化し易い。赤外線を成形体へ照射する場合、例えば、赤外線ヒーター（セラミックヒーター等）又は赤外線ランプを用いてよい。

ダイ１０の一部又は全部と分離された成形体５を加熱工程において加熱する場合、加熱によるダイ１０の劣化（例えば、変形、硬化又は摩耗）が抑制され易く、成形体５とダイ１０との焼き付きも抑制され易い。またダイ１０のキャビティから分離された成形体５を加熱する場合、ダイによる断熱が無いため成形体５が加熱され易い。その結果、成形体５の保形性が向上する。キャビティＶから分離された成形体５を加熱する場合、ダイ１０が成形体５と化学的に反応する可能性が低い。そのため、必ずしもダイ１０に耐熱性が要求されるわけではなく、ダイ１０の材質が制限され難い。したがって、ダイ１０の材料として、所望の寸法及び形状に加工し易く、且つ安価な材料を選定し易い。仮に、加熱工程においてキャビティ内に保持されたままの成形体５をダイ１０と共に加熱した場合、成形体５とダイ１０との間の熱膨張率の差に起因して、成形体５に応力が作用し易く、成形体５が変形したり、破損したりする。また、加熱対象全体の体積・熱容量が大きいため、成形体５の数量が制限され、加熱工程に要する時間が長くなり、エネルギーが浪費され、希土類磁石の生産性が低下する。

加熱工程では、例えば、底板部１０ｂの上に載置された成形体５を加熱してよい。加熱工程では、加熱工程用トレイ４２に載置された成形体５を加熱してもよい。加熱工程では、成形体５の酸化を抑制するために、不活性ガス又は真空中で成形体５を加熱してよい。不活性ガスは、アルゴン等の希ガスであってよい。

加熱工程において、成形体５の温度を２００℃以上４５０℃以下に調整した後、成形体５を１００℃以下に冷却してよい。加熱工程後の成形体５の搬送に用いるチャックの表面が樹脂から構成されている場合、成形体５の冷却により、チャックの表面と成形体５との化学反応が抑制され、チャックの劣化、及び成形体５の表面の汚染が抑制される。冷却方法は、例えば、自然冷却であってよい。

加熱工程を経て成形体５の強度が高くなると、低圧で成形した成形体５でも、ロボットハンドなどで容易に掴むことができるようになり、後工程でのハンドリング性が向上する。
焼結前の成形体の密度も３．０～４．４ｇ／ｃｍ^３、好ましくは３．２～４．２ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは３．４～４．０ｇ／ｃｍ^３に調整されていてよい。

（成形体の焼結工程）
次に、成形体を焼結して焼結体を得る。焼結工程では、底板部１０ｂ上に載置された成形体、及び、加熱工程用トレイに載置された成形体をそのまま焼結してもよいが、焼結工程前に、底板部１０ｂ又は加熱工程用トレイ上の成形体５を焼結用トレイの上に移すことが好適である。上述の加熱工程を経ている場合、成形体の保形性が向上しているため、成形体を搬送用チャックで掴んで焼結用トレイ上に並べる際に、成形体の破損が抑制される。

焼結工程では、複数の成形体を焼結トレイ上に載置してよく、焼結トレイ上に載置された複数の成形体を一括して加熱してよい。多数の成形体を狭い間隔で焼結トレイ上に並べて、多数の成形体を一括して加熱することにより、希土類磁石の生産性が向上する。

焼結用トレイの組成は、焼結時に成形体と反応し難く、且つ成形体を汚染する物質を生成し難い組成物であればよい。例えば、焼結用トレイは、モリブデン又はモリブデン合金から構成されていてよい。

焼結温度は、例えば９００℃以上１２００℃以下であればよい。焼結時間は、例えば０．１時間以上１００時間以下であればよい。焼結工程を繰り返してもよい。焼結工程では、不活性ガス又は真空中で成形体を加熱してよい。不活性ガスは、アルゴン等の希ガスであってよい。

焼結体に対して時効処理を施してよい。時効処理では、焼結体を例えば４５０℃以上９５０℃以下で熱処理してよい。時効処理では、焼結体を例えば０．１時間以上１００時間以下の間、熱処理してよい。時効処理は不活性ガス又は真空中で行えばよい。時効処理は、温度の異なる多段階の熱処理から構成されてもよい。

焼結体を切削又は研磨してもよい。焼結体の表面に保護層を形成してもよい。保護層は、例えば、樹脂層、又は無機物層（例えば、金属層若しくは酸化物層）であってよい。保護層の形成方法は、例えば、めっき法、塗布法、蒸着重合法、気相法、又は化成処理法であってよい。

（作用）
本実施形態にかかる希土類磁石の製造方法によれば、キャビティＶ内の希土類合金粉末の上面にパンチを載せない状態で、ダイ１０に衝撃を与え、その後、キャビティＶ内の希土類合金粉末をパンチでプレスして成形体を得ている。これにより、成形体５内における密度のバラツキ及び焼結体の変形を抑制できる。

この理由は明らかではないが、以下の点の寄与が考えられる。ダイ１０に衝撃を与えること無くキャビティＶ内の希土類合金粉末をパンチ１５でプレスすると、成形体５の上部が選択的に圧縮されて成形体において上下方向に密度分布のバラツキが生じやすい。また、キャビティＶ内の希土類合金粉末の上面にパンチを載置した状態下でダイ１０に衝撃を与えると、パンチによる力が加味されるためか成形体の下部が過度に圧縮されて成形体において上下方向に密度分布のバラツキが生じやすい。これに対して、キャビティＶ内の希土類合金粉末の上面にパンチを載せない状態でダイ１０に衝撃を与え、その後、希土類合金粉末を上からパンチ１５でプレスすると、衝撃による成形体の下部の圧縮と、パンチによる成形体の上部の圧縮とがバランス良く行われ、成形体の上部と下部との間での密度の差が生じにくくなるものと考えられる。そして、成形体の密度の均一性が高まることにより、焼結時の変形も抑制されるものと考えられる。

成形体の密度のバラツキ及び焼結体の変形は低圧成形の場合に顕著となるため、本発明は低圧成形の場合に特に効果が高い。

また、ダイに衝撃を与える前に、キャビティＶ内の希土類合金粉末の表面（上面）を振動による平坦化すると、成形体における密度分布及び焼結体の変形をより一層抑制できて好ましい。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。

例えば、タッピング装置ＴＰの構造は上記態様に限定されず、例えば、ダイ１０に対して、横方向から衝撃を与える機構でもよい。

また、加振機ＶＲの構造は上記態様に限定されず、ダイに振動を与えられるものであれば良い。

また、上記実施形態では、ダイに衝撃を与える前にダイの振動による粉末表面の平坦化を行っているが、ダイに衝撃を与えることによってもある程度の平坦化が行われるので、振動の付与を行わなくても本発明は実施可能である。

また、ダイ１０及びパンチ１５の形状及び構造、並びにキャビティＶの形状は上記実施形態に限定されず、目的とする磁石の形状に応じて種々の形状を取りうる。たとえば、上記実施形態においてダイ１０は上下２つに分割できる態様であるが、３つ以上に分割できる態様でも良く、分割できない態様でもよい。

また、希土類磁石及びダイのキャビティの寸法及び形状は、希土類磁石の用途に応じて様々であり、特に限定されない。希土類磁石の形状は、例えば、直方体状、立方体状、多角柱状、セグメント状、扇状、矩形状、板状、球状、円板状、円柱状、リング状、又はカプセル状であってよい。希土類磁石の断面の形状は、例えば、多角形状、円弦状、弓状、又は円状であってよい。

また、上記実施形態では成形圧力を低くしかつ加熱工程を行っているが、成形圧力を低くせず通常の圧力(例えば、５０～２００ＭＰａ)としてもよく、この場合、加熱工程は不要である。高圧成形の場合でも、成形体の密度分布の不均一及び焼結体の形状の変形は発生する。本実施形態によれば、高圧成形の場合でも成形体内における密度のバラツキ及び焼結体の変形を抑制する効果がある。

また、上記実施形態では、ダイ１０のキャビティ内から成形体５を取り出してから焼結しているが、ダイ１０内に収容された状態で成形体を焼結することも可能である。
また、配向工程も必須では無い。

（実施例１）
ダイの中に形成されたキャビティ（横幅14mm x 高さ12mm x 厚み8mm）内にNdFeB系合金粉末を4.84g充填した。次に、キャビティ内の粉末にパンチを載せない状態で、タッピング装置を用いてダイに対して下から上に最大加速度２０Ｇの衝撃を20回与えた。その後、ダイのキャビティ内にパンチを挿入して１０MPaの圧力でプレスしてNdFeB系合金粉末を成形した。その後、8mmの方向への磁場の印加及びその直後脱磁を行った。この手順を繰り返し、14mm x 12mm x 8mm の直方体形状の成形体を28個作製した。その後、前記成形体に対して赤外線ヒーターを用いて３００℃で５分間加熱した。

次に、Mo製トレイの上に28個の成形体を整列して載置した。次に、すべての成形体を覆うように1面が開放された箱状のMo製カバーをかぶせた。成形体及びカバーを備えるトレイを焼結炉に投入して焼結体を得た。

（実施例１ａ～１ｄ）
タッピング装置で与える衝撃の最大加速度をそれぞれ、１０Ｇ、１５Ｇ、２５Ｇ、３０Ｇに変更する以外は、実施例１と同様にした。

（実施例２）
タッピング装置でダイに衝撃を与える前に、加振機でダイに対して周波数６０Ｈｚの水平振動を１５秒間与えて平坦化する以外は実施例１と同様とした。

（実施例２ａ～２ｅ）
加振機で与える水平振動の周波数をそれぞれ、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、８０Ｈｚ、１００Ｈｚとする以外は、実施例２と同様にした。

（比較例１）
合金粉末の充填後、ダイのキャビティ内にパンチを挿入して希土類合金粉末の上面にパンチを載せ、パンチを載せた状態でタッピング装置でダイに衝撃を与える以外は実施例１と同様とした。タッピング後の希土類合金粉末の粉末高さを１２ｍｍとした。

（比較例２）
タッピング装置によりダイに衝撃を与えなかった以外は、実施例１と同様とした。

（評価：成形体の密度分布）
焼結前の成形体に対して厚み方向にＸ線を照射し、入射Ｘ線量Ｉ_０と透過Ｘ線量Ｉとの比に基づいて下式により密度ρの分布を求めた。ここで、μ_ｍは質量吸収係数であり、ｔは厚みである。最大密度、最小密度、最大密度差を表１に、密度分布を図４に示す。

（評価：焼結体の変形）
焼結体の厚み方向の両側から平行な2枚の板で挟んだ時の板間の距離を測定し総厚みとした。焼結体の横幅×高さの2面の各中心部間をΦ2mmのマイクロメーターで測った厚みを中心部厚みとした。（総厚み－中心部厚み）が0.2mm以上となった焼結体を変形が大きいと判断し、不良としてカウントした。結果を表１に示す。

実施例１及び１ａ～１ｄでは成形体の密度分布を比較的均一に抑えることができ、焼結体の不良数も少なかった。実施例２及び２ａ～２ｅでは振動による効果のため、実施例１よりも成形体の密度分布を均一にでき、焼結体の不良数は少なかった。比較例１では粉末にパンチを載置した状態でのタッピングであり、成形体の下側が特に高密度になるが上側は相対的に低密度となった。結果として上下で成形体の密度が不均一となり、焼結体の不良数が多くなった。比較例２ではタッピングも振動も加えておらず、パンチによるプレス圧のみで成形しているため、成形体においてパンチ側のみが高密度となり、焼結体の不良数も多かった。

１０…ダイ、５’…希土類合金粉末、５…成形体、１５…パンチ、２４…固定台（固定物）、Ｖ…キャビティ。

Claims (6)

1. 希土類合金粉末をダイのキャビティ内に充填する工程、
   前記キャビティ内の前記希土類合金粉末の上面にパンチを載せない状態で、前記ダイに衝撃を与える工程、
   前記衝撃を与える工程の前に、前記ダイを振動させて前記キャビティ内の前記希土類合金粉末の表面を平坦化する工程、
   前記衝撃を与える工程の後に、前記キャビティ内の前記希土類合金粉末をパンチでプレスして成形体を得る工程、及び、
   前記成形体を焼結する工程を備える、希土類磁石の製造方法。
2. 前記衝撃を与える工程では、前記ダイに下から上に向かって衝撃を与える請求項１記載の方法。
3. 前記プレスの圧力を０．０４９～２０ＭＰａとする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ダイのキャビティ内から前記成形体を取出す工程をさらに備え、
   前記キャビティ内から取出された前記成形体を焼結する、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記キャビティ内から取り出された前記成形体を、前記焼結前に２００～４５０℃に加熱する加熱工程をさらに備える、請求項４に記載の方法。
6. 前記パンチのキャビティ内に保持された前記成形体に磁場を印加して、前記成形体に含まれる前記希土類合金粉末を配向させる配向工程をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

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