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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-16
(45)【発行日】2022-11-25
(54)【発明の名称】積層希土類磁石の製造方法及び積層希土類磁石
(51)【国際特許分類】
H01F 41/02 20060101AFI20221117BHJP
H01F 1/053 20060101ALI20221117BHJP
B22F 3/16 20060101ALI20221117BHJP
B22F 3/00 20210101ALI20221117BHJP
B28B 1/30 20060101ALI20221117BHJP
B29C 64/165 20170101ALI20221117BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20221117BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20221117BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20221117BHJP
C22C 19/07 20060101ALN20221117BHJP
【ＦＩ】
H01F41/02 G
H01F1/053 160
B22F3/16
B22F3/00 F
B28B1/30
B29C64/165
B33Y80/00
B33Y10/00
C22C38/00 303D
C22C19/07 E
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020189238
(22)【出願日】2020-11-13
(65)【公開番号】P2022078510
(43)【公開日】2022-05-25
【審査請求日】2021-06-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000176833
【氏名又は名称】三菱製鋼株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】515315646
【氏名又は名称】株式会社ｅ－Ｇｌｅ
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】曽田 裕二
(72)【発明者】
【氏名】福田 好純
(72)【発明者】
【氏名】清水 浩
(72)【発明者】
【氏名】川口 正樹
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１７－５３２７６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００２－５２８３７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０４５５５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５４７１３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０８１９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１３３４１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ １／００－ ８／００
Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０
Ｂ２８Ｂ １／００－ １／５４
Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０
Ｂ２９Ｃ ６７／００－６７／０８
Ｂ２９Ｃ ６７／２４－６９／０２
Ｂ２９Ｃ ７３／００－７３／３４
Ｂ２９Ｄ １／００－２９／１０
Ｂ２９Ｄ ３３／００
Ｂ２９Ｄ ９９／００
Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００
Ｃ２２Ｃ １／０４－ １／０５
Ｃ２２Ｃ ５／００－２５／００
Ｃ２２Ｃ ２７／００－２８／００
Ｃ２２Ｃ ３０／００－３０／０６
Ｃ２２Ｃ ３３／０２
Ｃ２２Ｃ ３５／００－４５／１０
Ｈ０１Ｆ １／００－ １／１１７
Ｈ０１Ｆ １／４０－ １／４２
Ｈ０１Ｆ ４１／００－４１／０４
Ｈ０１Ｆ ４１／０８
Ｈ０１Ｆ ４１／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
積層希土類磁石の製造方法であって、希土類金属を含む材料の粉末が満たされた粉末床の表面の所定の部分に第１結合剤を噴射し、前記材料の粉末の一部を前記第１結合剤で固化した前記材料の粉末が堆積した材料層を形成する工程と、
絶縁体の粉末と第２結合剤との混合物を噴射して前記粉末床の表面の少なくとも一部を覆うように前記混合物を堆積して、前記絶縁体の粉末が堆積した絶縁体層を形成する工程と
を含む、結合剤噴射法の３Ｄプリンターを用いた付加製造により前記材料層と前記絶縁体層とを交互に積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体に磁場を印加して配向する工程と、
前記配向した積層体を焼結して焼結体を形成する工程と
を含み、
前記積層体を形成する工程において、前記絶縁体層を形成する工程は、前記粉末床の深さ方向に延びる前記積層体において、前記材料層及び前記絶縁体層をそれぞれ前記第１結合剤及び前記第２結合剤で固化してなる側面を形成し、
前記積層体において、前記材料層を構成する材料の粉末は、外周から所定の厚さまでが前記第１結合剤で固化され、上下が前記第２結合剤で固化された前記絶縁体層で覆われた方法。
【請求項2】
前記粉末床を満たす前記材料の粉末は、前記材料の粉末が有機結合剤で結合されて所定の粒径に形成された請求項１に記載の方法。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の方法によって製造された積層希土類磁石であって、希土類磁石層と、
絶縁体層と
を含み、前記希土類磁石層と前記絶縁体層とは交互に積層された積層体を形成し、前記積層体は一体の焼結体を構成する積層希土類磁石。
【請求項4】
前記希土類磁石層は、希土類金属としてセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムの少なくとも一つの種類を含む請求項３に記載の積層希土類磁石。
【請求項5】
前記希土類磁石層は、ホウ素、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウムの少なくとも一つの種類をさらに含む請求項４に記載の積層希土類磁石。
【請求項6】
前記絶縁体層は、金属酸化物及び金属窒化物の少なくとも一つの種類を含む請求項３から５のいずれか一項に記載の積層希土類磁石。
【請求項7】
前記金属酸化物は、アルミナ及びシリカの少なくとも一つの種類を含む請求項６に記載の積層希土類磁石。
【請求項8】
前記絶縁体層は、希土類金属を含む請求項６又は７に記載の積層希土類磁石。
【請求項9】
前記希土類金属は、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムの少なくとも一つの種類を含む請求項８に記載の積層希土類磁石。
【請求項10】
前記希土類磁石層と前記絶縁体層との間に挟まれたジスプロシウム層をさらに含む請求項３から９のいずれか一項に記載の積層希土類磁石。
【請求項11】
Ｖ字、Ｕ字又は楕円体の形状に形成された請求項３から１０のいずれか一項に記載の積層希土類磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、積層希土類磁石の製造方法及び積層希土類磁石に関し、詳しくは付加製造により積層して製造するものに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ネオジム磁石をはじめとする希土類磁石が提供されている。希土類磁石は、強い磁力を有し、ＩＴ機器、産業用モーター、自動車など様々な用途で使用されている。希土類磁石は、高周波領域で使用されるときには、渦電流の発生を抑制して磁石の特性を維持するために、磁石の薄板が絶縁体を挟んで積層された積層希土類磁石として提供されることがある。
【0003】
積層希土類磁石は、プレスした材料の粉末に磁場を印加して配向した後に焼結して希土類磁石のブロックを作製し、磁石のブロックを切断及び切削して所定の形状の薄板とし、薄板を絶縁体層となる接着剤で張り合わせて積層体を形成することにより製造されている。また、所定の形状の薄板を成型するように仕切り板で区切った型に希土類磁石の材料の粉末を満たし、磁場を印加して配向し、型を取り外した材料の粉末を仕切り板とともに焼結し、焼結時に密度を高めて形成された磁石の薄板を貼り合わせて積層希土類磁石を形成する技術も開示されている（特許文献１を参照）。型の仕切り板を絶縁体で形成し、型を外した材料の粉末を仕切り板とともに焼結することにより、磁石と絶縁体とが積層された焼結体を形成する技術も開示されている（特許文献２を参照）。
【0004】
一方、３Ｄプリンターを用いて材料を結合及び積層して造形する付加製造（additive manufacturing：ＡＭ）の技術が提供されている。例えば、結合剤噴射（binder jetting、バインダージェット）法の３Ｄプリンターは、粉末床に液状の結合剤を噴射して粉末を選択的に接合して積層することにより３次元物体を造形することができる（特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００６－１９５２１号公報
【文献】国際公開第２０１５／０１２４１２号
【文献】特表２００２－５２８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、積層希土類磁石を製造するためには、焼結した希土類磁石を所定の形状の薄板に切断及び切削する整形の工程を要し、これらの工程で希土類磁石の材料の一部は切粉として失われていた。また、磁石の薄板を薄くすることは難しく、積層希土類磁石を構成する希土類磁石層の薄さには限界があり、例えば２ｍｍが限界であった。前述した薄板を成型するように仕切り板で区切った型を使用する技術、仕切り板を絶縁体で形成する技術によっても、同様に磁石の薄板を薄くすることは難しかった。
【0007】
この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、工数を低減するとともに、材料を有効に利用し、希土類磁石層をさらに薄くすることができるような積層希土類磁石の製造方法及び積層希土類磁石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】
上述の課題を解決するために、この出願に係る積層希土類磁石の製造方法は、付加製造により希土類金属を含む材料の粉末を堆積した材料層と絶縁体の粉末を堆積した絶縁体層とを交互に積層して積層体を形成する工程と、積層体に磁場を印加して配向する工程と、前記配向した積層体を焼結して焼結体を形成する工程とを含むものである。
【0009】
積層体を形成する工程は、結合剤噴射法の３Ｄプリンターを用い、材料の粉末が満たされた粉末床の表面の所定の部分に第１結合剤を噴射し、材料の粉末の一部を第１結合剤で固化した材料の粉末層を形成する工程と、絶縁体の粉末と第２結合剤との混合物を噴射して粉末床の表面の少なくとも一部を覆うように混合物を堆積して、絶縁体層を形成する工程とを含んでもよい。
【0010】
材料層を形成する工程と、絶縁体層を形成する工程は、粉末床の深さ方向に延びる積層体において、材料層及び絶縁体層をそれぞれ第１結合剤及び第２結合剤で固化してなる側面を形成してもよい。積層体において、材料層を構成する材料の粉末は、外周から所定の厚さまでが第１結合剤で固化され、上下が第２結合剤で固化された絶縁体層で覆われてもよい。粉末床を満たす材料の粉末は、材料の粉末が有機結合剤で結合されて所定の粒径に形成されてもよい。
【0011】
この出願に係る積層希土類磁石は、前記方法によって製造され、希土類磁石層と、絶縁体層とを含み、希土類磁石層と絶縁体層とは交互に積層された積層体を形成し、積層体は一体の焼結体を構成するものである。
【0012】
希土類磁石層は、希土類金属としてセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムの少なくとも一つの種類を含んでもよい。希土類磁石層は、ホウ素、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウムの少なくとも一つの種類をさらに含んでもよい。
【0013】
絶縁体層は、金属酸化物及び金属窒化物の少なくとも一つの種類を含んでもよい。金属酸化物は、アルミナ及びシリカの少なくとも一つの種類を含んでもよい。絶縁体層はさらに、希土類金属を含んでもよい。希土類金属は、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムの少なくとも一つの種類を含んでもよい。
【0014】
希土類磁石層と絶縁体層との間に挟まれたジスプロシウム層をさらに含んでもよい。Ｖ字、Ｕ字又は楕円体の形状に形成されてもよい。
【発明の効果】
【0015】
この発明によると、切断及び切削の工程が不要になるため工数が低減され、これらの工程で希土類磁石の材料を切粉として失うことがないため材料を有効に利用することができる。また、積層希土類磁石の希土類磁石層の厚みをさらに薄くすることができ、例えば２ｍｍよりも薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】積層希土類磁石の製造方法の一連の工程を示すフローチャートである。
【図2】３Ｄプリンターの粉末床内に形成した積層体を示す断面図である。
【図3】第１結合剤により固化された材料の粉末を示す拡大断面図である。
【図4】積層体の外観図である。
【図5】配向及び焼結の工程を示す図である。
【図6】比較例１の製造工程を示す図である。
【図7】比較例１の製造工程を示す図である。
【図8】比較例１の製造工程を示す図である。
【図9】比較例２の製造工程を示す図である。
【図10】比較例２の製造工程を示す図である。
【図11】比較例２の製造工程を示す図である。
【図12】比較例３の製造工程を示す図である。
【図13】比較例３の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本実施の形態に係る積層希土類磁石の製造方法及び積層希土類磁石について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、希土類磁石としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの組成を有するネオジム磁石を想定しているが、これに限らず、例えばサマリウムコバルト磁石など他の種類の希土類磁石にも適用することができる。また、本実施の形態の積層希土類磁石の製造方法は、付加製造（ＡＭ）技術の内で結合剤噴射法により３Ｄプリンターを使用して積層体を形成することを想定しているが、３Ｄプリンターを用いる付加製造技術であれば結合剤噴射に限らず、材料噴射、材料押出、シート積層などの他の方式を適用してもよい。
【0018】
図１は、本実施の形態の製造方法の一連の工程を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施の形態の積層希土類磁石は、ステップＳ１の付加製造、ステップＳ２の配向、ステップＳ３の焼結、ステップＳ４の仕上加工の工程によって製造される。以下、これらの製造の工程について順に説明する。
【0019】
ステップＳ１の付加製造の工程について、図２から図４を用いて説明する。図２は、３Ｄプリンターの粉末床内に形成した積層体を示す断面図である。図２においては、積層体１０の構造や製造方法を説明するために形状等を簡略化して示しているが、後述するように、積層体１０は完成品の積層希土類磁石と同様の形状に造形される。図４及び図５（ａ）に示す積層体１０についても同様である。
【0020】
本実施の形態において、積層体１０は、結合剤噴射法によって３Ｄプリンターの粉末床１０１内で造形されている。３Ｄプリンターにおいて、上下に可動な底板１０２と底板を囲む側壁１０３とによって形成された容器１０４に、希土類金属を含む材料の粉末１００が収容されて粉末床１０１が構成されている。粉末床１０１を構成する材料の粉末１００は、容器１０４の上縁まで満たされ、表面は平坦にならされている。
【0021】
底板１０２は、初めに容器１０４の上縁近くに位置し、造形する対象物が所定の高さの層を単位として粉末床１０１内で材料の粉末１００から作製されるように、段階的に下降する。粉末床１０１は、底板１０２の下降にしたがって下降するが、その都度、材料の粉末１００が容器１０４の上縁に達するように補充され、粉末床１０１の表面は平坦になるようにならされる。
【0022】
材料の粉末１００は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの組成を有するネオジム磁石を作製するために、希土類金属のネオジムと、さらに鉄及びホウ素を含んでいる。なお、これに限らず、材料の粉末１００は、サマリウムコバルト磁石など他の種類の希土類磁石を作製するために、希土類金属としてセリウム、プラセオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムの少なくとも一つの種類を含むものであってもよいし、ホウ素、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウムの少なくとも一つの種類をさらに含むものであってもよい。材料の粉末１００は、数μｍ、例えば２～３μｍの粒径であってもよい。材料の粉末１００は、流動性を確保するため、有機結合剤であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）バインダーのような樹脂バインダーを用いて例えば５０～６０μｍの球状粒子に造粒してもよい。
【0023】
ステップＳ１の付加製造は、材料の粉末１００を堆積して積層体１０の材料層１１を形成する工程と、絶縁体の粉末を堆積して積層体１０の絶縁体層１２を形成する工程とを有している。材料層１１を形成する工程は、粉末床１０１の直上に設けられた図示しないノズルから液状の第１結合剤を粉末床１０１の表面に向けて噴射して粉末床１０１に浸透させ、所定の断面形状の輪郭を有する側面１０ａを形成するように、粉末床１０１を構成する材料の粉末１００を外周から所定の厚さまで結合して固化して材料層を形成する。
【0024】
本明細書中で、固化とは、所望の対象物を造形するために、粉末を結合剤で互いに結合して固定し、固体状に形成することをいうものとする。材料層１１の厚さｔ１は、１～２ｍｍであってもよい。材料層１１において材料の粉末１００を固化する外周からの厚さｔ３は、例えば０．５ｍｍであってもよい。
【0025】
第１結合剤に用いる樹脂は、ノズルから射出させるため粘性が低く、粉末床１０１を形成する材料の粉末１００に素早く浸透するものである。また、第１結合剤を噴射した材料の粉末１００が素早く固化して積層体１０の材料層１１を形成できるように、接着強度が高く、かつ自身の強度として剛性が高いものである。
【0026】
図３は、材料層１１において第１結合剤によって固化された部分を示す拡大断面図である。材料層１１を構成する材料の粉末１００内には、第１結合剤が浸透して固化された所定の粒径の粒体１１０が密に形成され、材料の粉末１００が固化されていることが見られる。
【0027】
再び図２を参照すると、絶縁体層１２を形成する工程は、粉末床１０１の直上に設けられた図示しないノズルから絶縁体の粉末と第２結合剤との液状の混合物を粉末床の表面に向けて噴射して粉末床１０１の表面に堆積させ、粉末床１０１の表面に所定の厚さで絶縁体の粉末と第２結合剤との混合物で形成された絶縁体層１２を形成する。絶縁体層１２の厚さｔ２は、２０～４０μｍであってもよい。絶縁体層１２は、材料層１１とともに積層体１０の共通した所定の断面形状の輪郭を有する側面１０ａを形成するように、材料層１１の外周に連続するように外周を形成する。
【0028】
第２結合剤に用いる樹脂は、絶縁体の粉末との混合物をノズルから射出させることができ、粉末床１０１を形成する材料の粉末１００に混合物が浸透することなく堆積することができるような粘度を有している。また、絶縁体の粉末との混合物が素早く固化して積層体１０の絶縁体層１２を形成するように、接着強度が高く、かつ自身の強度として剛性が高いものである。
【0029】
絶縁体の粉末は、金属酸化物、金属窒化物などであってもよい。金属酸化物は、シリカ、アルミナなどであってもよい。絶縁体の粉末は、マイカのような薄片構造であってもよい。また、絶縁体の粉末は、焼結時に磁石表面に浸潤させることで磁石の特性を向上させるように、希土類金属を含んでもよい。希土類金属は、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムの少なくとも一つの種類であってもよい。絶縁体の粉末は、数μｍの粒径であってもよく、例えば２～３μの粒径であってもよい。
【0030】
積層体１０を形成する工程は３Ｄプリンターの粉末床１０１において、材料の粉末１００を堆積して材料層１１を形成する工程と、絶縁体の材料を堆積して絶縁体層１２を形成する工程とを交互に繰り返し、それぞれ所定の厚さを有する材料層１１と絶縁体層１２とを積層して積層体１０を形成する。この工程において、積層体１０が積層する方向に延びる共通の側面１０ａが形成される。側面１０ａの径Ｄは、方位によって異なってもよく、例えば６．３～５１．５ｍｍであってもよい。
【0031】
また、積層体１０の下端及び上端は絶縁体層１２によって形成される。材料層１１の上下は、それぞれ絶縁体層１２によって覆われる。また、材料層１１において、積層体１０の側面１０ａから所定の厚さは、第１結合剤によって固化されている。したがって、材料層１１内にある固化されていない材料の粉末１００は、固化された絶縁体層１２及び側面１０ａによって囲まれ、材料層１１内に閉じ込められている。
【0032】
図４は、積層体１０を示す外観図である。図４では、積層体１０の構造が見やすいように、積層体を構成する材料層１１と絶縁体層１２との内で、絶縁体層１２を透明にして示した。図５（ａ）においても同様である。図４の積層体１０は、図２に示した３Ｄプリンターの粉末床１０１から造形した積層体１０を取り出して横倒ししたものである。
【0033】
積層体１０は、材料の粉末１００で形成された材料層１１と絶縁体層１２の粉末で形成された絶縁体層１２とが、交互に積層されて構成されている。また、積層体１０には、材料層１１と絶縁体層１２に共通の側面１０ａが形成されている。側面１０ａは、所定の断面形状の輪郭に基づいて形成されている。積層体１０を粉末床１０１から取り出すと、粉末床１０１を構成する材料の粉末１００を収容していた容器１０４には積層体１０の造形に使用されなかった材料の粉末１００が残されるが、残された材料の粉末１００は回収して再使用することができる。
【0034】
次に、図１に示したステップＳ２の配向、ステップＳ３の焼結、ステップＳ４の焼結の工程について説明する。図５は、配向及び焼結の工程を示す図である。前述したように、図５（ａ）の積層体１０は、積層体１０の構造及び製造工程を説明するために形状等を簡略化している。実際の積層体１０は、完成品の積層希土類磁石と同様の形状に造形される。
【0035】
図５（ａ）に示すように、積層体１０を図示しない電磁石の対向する磁極の間に設置し、積層体１０にパルス磁場又は静磁場を印加して積層体１０の材料層１１を配向させる。材料層１１において、側面１０ａから所定の厚さの部分は第１結合剤により固化されているが、固化された部分に囲まれた範囲には、固定されていない材料の粉末１００が収容され、この材料の粉末１００は印加された外部磁場Ｈに従って配向される。
【0036】
図５（ｂ）に示すように、配向された積層体１０は、電気炉１０５に格納され、ヒーター１０６によって加熱されて焼結体２０とされる。焼結する温度は、約１０００℃であってもよい。積層体１０における材料層１１の材料の粉末１００を固化した第１結合剤と、絶縁体層１２において絶縁体の粉末とともに混合体となり堆積された第２結合剤とは、いずれも焼結前に分解して昇華される。
【0037】
図５（ｃ）に示す焼結体２０は、完成品の積層希土類磁石となる。焼結体２０の希土類磁石層２１及び絶縁体層２２は、それぞれ積層体１０の材料層１１及び絶縁体層１２が焼結されたものである。焼結体２０は、焼結前の積層体１０が焼結により密度が向上したため積層体１０よりもサイズが多少縮小しているが、積層体１０とほぼ同様の形状を有している。図中には、磁化Ｍの方向も示されている。
【0038】
焼結体２０は、完成品の積層希土類磁石の形状を有しているため、切断又は切削など整形の工程を必要としない。焼結体２０のサイズは、図中の高さｈが６．３ｍｍ、幅ｗが５１．５ｍ、長さｌが４２ｍｍであってもよい。これら高さｈ又は幅ｗは、図２及び図４に示した積層体１０の径Ｄに相当してもよい。さらに、ステップＳ４の仕上加工として、必要であれば各面に仕上げの加工を施してもよい。
【0039】
このように本実施の形態の製造方法によって作製された積層希土類磁石は、希土類磁石層２１と絶縁体層２２とが交互に積層された積層体を形成し、この積層体が一体として焼結体を構成している。希土類磁石層２１は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの組成を有するネオジム磁石で構成されるが、ＳｍＣｏ５又はＳｍ２（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒ）１７のようなサマリウム磁石、あるいはセリウム、プラセオジム、テルビウム又はジスプロシウムを含む磁石で構成されてもよい。本実施の形態の積層希土類磁石において、希土類磁石層２１の厚みを１～２ｍｍのように薄くできるので、高周波領域においても渦電流の発生を抑制して良好な特性を確保することができる。
【0040】
上述のように、本実施の形態では、付加製造（ＡＭ）技術によって材料層１１と絶縁体層１２とを交互に積層した積層体１０を作製した。本実施の形態では、結合剤噴射法による３Ｄプリンターにより完成品の積層希土類磁石と同様の形状の積層体１０を作成することができる。このため、積層体１０を焼結することにより直ちに完成品の積層希土類磁石の焼結体が得られる。仕上げ加工は、必要な場合に行えばよい。
【0041】
本実施の形態では、積層体１０の焼結により完成品の積層希土類磁石が得られるため、積層希土類磁石を形成するために磁石のブロックが所望の形状になるように切断及び切削のような整形をしたり貼り合わせしたりする必要がない。したがって、切断や切削のような整形工程や貼り合わせの工程が必要なくなり、工数が低減される。また、整形工程が必要ないため、整形工程で発生していた切粉が発生することがなく、希土類磁石の材料を有効に利用することができる。
【0042】
本実施の形態では、結合剤噴射法による３Ｄプリンターを用い、積層体１０の材料層１１及び絶縁体層１２は、それぞれ結合剤を噴射して固化することにより堆積させて作成している。このため、材料層１１及び絶縁体層１２の厚さは、いずれも薄くすることができる。例えば、材料層１１の厚さを１～２ｍｍ、絶縁体層１２の厚さを２０～４０μｍにすることができる。このように作製された積層体１０を焼結して得られた積層希土類磁石の焼結体２０においても、材料層１１に対応する希土類磁石層２１、絶縁体層１２に対応する絶縁体層２２のいずれも同様の厚さが得られる。このため、高周波領域においても、渦電流の発生を抑制して積層希土類磁石の性能を確保することができる。
【0043】
本実施の形態では、結合剤噴射法の３Ｄプリンターの粉末床１０１において、積層体１０の作製に使用されなかった材料の粉末１００は、容器１０４から回収されて再利用することができる。このため、希土類磁石の材料を有効に利用することができる。
【0044】
なお、本実施の形態の積層希土類磁石においては、希土類磁石層２１と絶縁体層１２とが直接に積層されていたが、これらの間にジスプロシウム層を挟んで積層してもよい。この場合には、材料層１１と絶縁体層１２との間にジスプロシウム層を挟むように堆積させた積層体１０を焼結することにより積層希土類磁石を作製することができる。このようにジスプロシウム層を挟むことにより、積層希土類磁石の耐熱性を向上させることができる。
【0045】
また、本実施の形態の積層希土類磁石は、電動機における界磁の永久磁石として使用するときに磁場効率を向上させるために、付加製造により特定の形状に形成することができる。例えば、Ｕ字、Ｖ字、楕円体の形状に形成してもよい。
【0046】
以下では、本実施の形態と比較するため、本実施の形態とは異なる積層希土類磁石の製造方法を比較例として示す。
【0047】
〔比較例１〕
図６から図８は、比較例１の積層希土類磁石の製造方法の工程を示す図である。比較例１においては、図６（ａ）に示すように、希土類磁石の材料の粉末３１を成型するプレスのダイ４１及びパンチ４２は、コイル４５が巻回された対向する電磁石の磁極４３の間に設置されている。材料の粉末３１は、ダイ４１及びパンチ４２によって成形されると同時に、磁極４３から印加された磁場Ｈによって配向される。
図６から図８は、比較例１の積層希土類磁石の製造方法の工程を示す図である。比較例１においては、図６（ａ）に示すように、希土類磁石の材料の粉末３１を成型するプレスのダイ４１及びパンチ４２は、コイル４５が巻回された対向する電磁石の磁極４３の間に設置されている。材料の粉末３１は、ダイ４１及びパンチ４２によって成形されると同時に、磁極４３から印加された磁場Ｈによって配向される。
【0048】
図６（ｂ）に示すように、成形及び配向された材料の粉末は、電気炉４７でヒーター４８により加熱されて焼結され、ブロック磁石３２とされる。図６（ｃ）に示すように、ブロック磁石３２はブレード４９で切断されて小型ブロック磁石３４とされる。図中には、磁化Ｍの方向が示されている。以下でも同様である。図７（ａ）に示すような小型ブロック磁石３４は、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、それぞれが切削加工されてモーターを用途とするモーター磁石３５の形状にされる。
【0049】
図８（ａ）に示すモーター磁石３５は、厚さ２ｍｍの薄板磁石３７に切断加工され、さらに２１枚の薄板磁石３７が接着剤で貼り合わせられる。薄板磁石３７の厚さ２ｍｍは、薄板磁石３７を薄くする限界である。これによって、薄板磁石３７と固化した接着剤による絶縁体層３８とが積層してなる完成品の積層希土類磁石３９が得られる。積層希土類磁石３９のサイズは、図中の高さｈが６．３ｍｍ、幅ｗが５１．５ｍｍ、長さｌが４２ｍｍでもよい。
【0050】
【0051】
図９（ａ）に示すように、型６１のキャビティ６２に所定間隔で仕切り板６３を嵌め込む。仕切り板６３は、高熱に耐えられるようにセラミックスなどで形成されていてもよい。キャビティ６２は、完成品のモーター磁石と同様の形状に形成されている。図９（ｂ）に示すように、仕切り板６３を嵌め込んだ型６１のキャビティ６２に希土類磁石の材料の粉末５１を充填する。図９（ｃ）に示すように、キャビティ６２に充填した材料の粉末５１に型６１の上蓋を嵌め、電磁石６４に発生させた磁場Ｈを材料の粉末５１に印加して配向する。
【0052】
図１０（ａ）に示すように、配向した材料の粉末５１を囲む型６１を取り外し、図１０（ｂ）に示すように、材料の粉末５１と仕切り板６３とから構成された積層体５２を取り出す。取り外した型６１は、再利用される。図１０（ｃ）に示すように、電気炉６５でヒーター６６により積層体５２を焼結する。
【0053】
積層体５２を構成する材料の粉末５１の薄板は、焼結により密度が向上し、サイズが縮小した焼結体による薄板磁石５３になる。薄板磁石５３は、厚さが２ｍｍであってもよい。厚さ２ｍｍは、薄板磁石５３を薄くする限界である。焼結した積層体５２から、仕切り板６３を取り外し、薄板磁石５３を得る。取り外した仕切り板６３は、再利用される。
【0054】
図１１（ａ）に示す薄板磁石５３を接着剤で貼り合わせると、図１１（ｂ）に示すように、薄板磁石５３と固化した接着剤による絶縁体層５５が積層した完成品の積層希土類磁石５６が得られる。積層希土類磁石５６のサイズは、図中の高さｈが６．３ｍｍ、幅ｗが５１．５ｍｍ、長さｌが４２ｍｍであってもよい。
【0055】
比較例２と比較例１とを対比すると、材料の粉末５１を積層体５２に形成して焼結時に密度を向上させているため、プレスの工程を必要としない。また、材料の粉末５１を型６１に充填するときに完成品のモーター磁石の形状に形成しているため、磁石のブロックをモーター磁石の形状に切断及び切削などにより整形する工程を必要としない。
【0056】
【0057】
図１２（ａ）に示すように、型８１のキャビティ８２に所定間隔で絶縁体の仕切り板８３を嵌め込む。仕切り板８３は、完成品の積層希土類磁石において絶縁体層を構成するものである。キャビティ８２は、完成品のモーター磁石と同様の形状に形成されている。図１２（ｂ）に示すように、仕切り板８３を嵌め込んだ型８１のキャビティ８２に希土類磁石の材料の粉末７１を充填する。図１２（ｃ）に示すように、キャビティ８２に充填した材料の粉末７１に型８１の上蓋を嵌め、電磁石８４に発生させた磁場Ｈを材料の粉末７１に印加して配向する。
【0058】
図１３（ａ）に示すように、配向した材料の粉末７１を囲む型８１を取り外し、図１３（ｂ）に示すように、材料の粉末７１と仕切り板８３とが積層して構成された積層体７２を取り出す。取り外した型８１は、再利用する。そして、図１３（ｃ）に示すように、電気炉８５でヒーター８６により積層体７２を焼結して焼結体７３とする。
【0059】
焼結体７３において、積層体７２における材料の粉末７１の薄板及び仕切り板８３は、焼結によりそれぞれ希土類磁石層７４及び絶縁体層７５となる。希土類磁石層７４は、厚さが２ｍｍであってもよい。厚さ２ｍｍは、希土類磁石層７４を薄くする限界である。この焼結体７３は、希土類磁石層７４と絶縁体層７５が積層されてなり、完成品の積層希土類磁石７６となる。積層希土類磁石７６のサイズは、図中の高さｈが６．３ｍｍ、幅ｗが５１．５ｍｍ、長さｌが４２ｍｍであってもよい。
【0060】
比較例３と比較例１とを対比すると、材料の粉末７１を積層体７２に形成して焼結時に密度を向上させているため、プレスの工程を必要としない。また、材料の粉末７１を型８１に充填するときに完成品のモーター磁石の形状に形成しているため、磁石ブロックをモーター磁石の形状に整形するための切断及び切削などの工程を必要としない。さらに、仕切り板８３を焼結により積層希土類磁石７６の絶縁体層７５に形成しているため、薄板磁石を接着する工程を必要としない。
【産業上の利用可能性】
【0061】
この発明は、ＩＴ機器、産業用モーター、自動車などの用途に使用する積層希土類磁石の製造に利用することができる。
【符号の説明】
【0062】
１０ 積層体
１１ 材料層
１２ 絶縁体層
２０ 焼結体
２１ 希土類磁石層
２２ 絶縁体層
１００ 材料の粉末
１０１ 粉末床
１０２ 底板
１０３ 側壁
１０４ 容器
１１ 材料層
１２ 絶縁体層
２０ 焼結体
２１ 希土類磁石層
２２ 絶縁体層
１００ 材料の粉末
１０１ 粉末床
１０２ 底板
１０３ 側壁
１０４ 容器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】