CN102893348A

CN102893348A - NdFeB类烧结磁体制造装置

Info

Publication number: CN102893348A
Application number: CN2011800236907A
Authority: CN
Inventors: 林真一
Original assignee: Inta Metal K K
Current assignee: Inta Metal K K; Intermetallics Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: US8870560B2; JP5744858B2; EP2571035A4; WO2011142321A1; US20130052290A1; JPWO2011142321A1; CN102893348B; EP2571035A1; KR20130109931A; EP2571035B1; KR101735144B1

Abstract

本发明提供一种NdFeB类烧结磁体制造装置。该NdFeB类烧结磁体制造装置将NdFeB类合金粉末以预定的填充密度填充到铸模的铸模模腔内，在将该合金粉末填充到该铸模模腔内的状态下对该合金粉末进行磁场取向和烧结，其中，该NdFeB类烧结磁体制造装置包括：第一重量测量部（10），其用于测量填充合金粉末之前的铸模的重量；引导件安装部（11），其通过在铸模上设置引导件而使铸模模腔扩张，形成预定容积的供给用模腔；供粉部（12），其以调整合金粉末的供给密度且达到与供给用模腔内的容积相同的容量的方式将合金粉末向供给用模腔内供给；填充部（13），其用于将供给用模腔内的合金粉末压入到铸模模腔内，使其高密度化至填充密度；第二重量测量部（14），其用于测量填充合金粉末之后的铸模的重量；控制部（15），其自第一重量测量部（10）和第二重量测量部（14）各自的测量值之差来计算填充到铸模模腔内的合金粉末的重量，根据该重量对供给部件的供给动作进行反馈控制。

Description

NdFeB类烧结磁体制造装置

技术领域

本发明涉及一种不制作成形体而在将合金粉末填充到填充容器（铸模）中的状态下制造NdFeB类烧结磁体的NdFeB类烧结磁体制造装置。

背景技术

NdFeB（钕·铁·硼）类的烧结磁体是1982年由佐川等人发现的，其具有远远胜过在那之前的永磁体的特性，具有能够由Nd（稀土类的一种）、铁及硼这样的比较丰富且廉价的原料来制造这样的优点。因此，NdFeB类烧结磁体可用于硬盘等的音圈马达、混合动力汽车以及电动汽车的驱动用电动机、电动辅助型自行车用电动机、产业用电动机、高级扬声器、头戴式耳机、永磁体式磁共鸣诊断装置等各种各样的制品。

作为NdFeB类烧结磁体的制造方法，公知有烧结法、铸造·热加工·时效处理的方法、冲模·镦锻（die·upset）加工骤冷合金的方法这三种方法。其中，在磁特性和生产率上优良且在工业上确立的制造方法是烧结法。利用烧结法，能够得到永磁体所需要的致密且均匀的微细组织。

在专利文献1中记载有利用烧结法来制造NdFeB类烧结磁体的方法。以下简单说明此方法。首先，通过熔化·铸造来制作NdFeB类合金，把通过将该合金微粉碎而得到的合金粉末填充到模具中。通过用压力机向该合金粉末施加压力并施加磁场，在制作成形体的同时对该成形体进行取向处理。之后，从模具中取出成形体，进行加热烧结，从而得到NdFeB类烧结磁体。

NdFeB类合金的微粉末非常容易氧化，其有可能与空气中的氧发生反应而起火。因而，希望将上述的全部工序在内部被保持为无氧或者非活性气体气氛的密闭容器内进行。但是，为了制作成型体，需要向合金粉末施加几十MPa～几百MPa的高压力。为了施加这样的高压力，需要使用大型的压力机，但是难以将大型的压力机容纳到密闭容器内。

相对于此，在专利文献2中记载有不使用压力机（不制作成形体）地制造烧结磁体的方法。该方法分为填充工序、取向工序、烧结工序这三个工序，通过按照此顺序进行各工序来制造烧结磁体。以下简单说明这些工序。首先，在填充工序中，向铸模中供给了合金粉末之后，利用推杆、撞击（tapping）等，以高于自然填充密度且低于成形体密度的3.0g/cm³～4.2g/cm³左右的密度将该合金粉末填充到铸模内。在取向工序中，不向合金粉末施加压力而施加磁场，使铸模内的合金粉末取向于一个方向。在烧结工序中，针对每个铸模将在取向工序中取向于一个方向的合金粉末加热、烧结。采用该方法，在磁场取向时没有对合金粉末施加压力，而且由于合金粉末的密度低于压力成形的成形体密度，因此，能够减小合金粉末的颗粒之间的摩擦，从而能够在取向工序中使各粉末颗粒的取向方向以更高的取向度一致。其结果，能够制造具有更高的磁特性的NdFeB类烧结磁体。

另外，在专利文献2中记载有这样的烧结磁体的制造装置，即，在内部被保持为无氧或者非活性气体气氛的密闭容器内设置填充部件、取向部件、烧结部件，还设有用于将铸模自填充部件向取向部件、自取向部件向烧结部件输送的输送部件。采用本装置，由于能够在全部工序中自始至终地在无氧或者非活性气体气氛中处理合金粉末，因此，能够防止合金粉末的氧化以及由该氧化导致的磁特性降低。以下，将不制作成形体而在使合金粉末填充到铸模中的状态下制造烧结磁体的方法称为“无压工艺（Pressless Process，PLP）法”。

专利文献1：日本特开昭59－046008号公报

专利文献2：日本特开2006－019521号公报

专利文献3：日本特开2009－049202号公报

专利文献4：日本特开平11－49101号公报

作为PLP法的优点之一，具有同时复合成形性（能够以接近最终制品的形状制造烧结磁体的性质）较高的优点。在PLP法中，通过适当地设计铸模并向该铸模中填充合金粉末，能够制造同时复合成形的烧结磁体。在PLP法中特别具有如下优点，即，即使对于因在使用了压力机的制造方法中容易产生龟裂而难以通过同时复合成形制造的薄形形状的磁体，也能够维持同时复合成形性地制造。

如上所述，在PLP法中，为了制造同时复合成形的烧结磁体，适当地设计铸模并向该铸模中填充合金粉末是很重要的。例如在设计铸模时，考虑到最终制品的形状、尺寸、烧结时的合金粉末的收缩率来决定供合金粉末填充的空间（铸模模腔）的形状和尺寸。另外，为了使烧结时所产生的合金粉末的收缩不容易因其与铸模的摩擦而被阻碍，也可以在模具的一部分或全部中使用碳材料（专利文献3）。

另一方面，在向铸模模腔内填充合金粉末时，需要注意以下方面。由于合金粉末容易凝聚而且容易形成桥，因此，填充后的合金粉末的密度分布容易变得不均匀。在合金粉末的填充密度不均匀时，同时复合成形性降低，并且导致磁体特性降低。因此，需要向铸模模腔内均匀地填充合金粉末。另外，烧结时的合金粉末的收缩率依赖于合金粉末的填充密度。如上所述，由于铸模的设计也考虑了合金粉末的收缩率，因此，在向铸模模腔内填充合金粉末时，需要使密度成为设计铸模时所设想的填充密度。

多数情况下通过空气（气体）撞击和推杆或者机械撞击的组合来供给·填充合金粉末。如上所述，由于合金粉末容易凝聚，因此，即使例如使用自动称量器来称量合金粉末的容量或重量，也无法向铸模供给正确的量。另外，鉴于流动性不良，在供给过程中会花费时间。另一方面，气体撞击（日文：ガスタツピング）是指，通过从容纳有粉末的供给料斗向作为供给目的地的空间中反复地流入高速的气体气流而向该空间内以均匀的密度供给粉末的方法（例如参照专利文献4），能够迅速地供给恒定容量的合金粉末。并且，由于使用气体撞击时的合金粉末的堆积密度为1.5g/cm³～2.4g/c m³左右，因此，同时使用推杆、机械撞击（日文：機械的タツピング）等，使合金粉末高密度化至所设想的填充密度。

在PLP法中，能够通过进行这些处理来制造同时复合成形的烧结磁体。但是，在实际上利用流水作业线来制造烧结磁体时，有时会导致其形状、尺寸产生一定程度的偏差。

发明内容

本发明欲解决的课题在于，提供一种能够在较高维持同时复合成形性的状态下制造NdFeB类烧结磁体的NdFeB类烧结磁体制造装置。

本申请的发明者在详细地研究了制造的烧结磁体的形状、尺寸产生偏差的原因之后，知晓了合金粉末的颗粒的形状和大小会对其造成影响。用于制造烧结磁体的合金粉末的颗粒的形状和大小并不恒定。另外，每次制作合金粉末时，得到的合金粉末的颗粒的形状·大小的趋势都会稍微变化。例如在比较多地制作粒径较小的合金粉末的情况下，粒径较小的合金粉末进入到粒径较大的合金粉末彼此之间，即使利用气体撞击等方法供给恒定容量的合金粉末，实际上也会与通常情况相比更多地（即以高于通常情况的密度）供给合金粉末。

当供给时的合金粉末的密度以上述方式发生变化时，进行高密度化之后的填充密度也发生变化，其结果，制造的烧结磁体的形状、尺寸产生偏差。因而，为了精度良好地维持制造的烧结磁体的形状和尺寸，需要调整合金粉末的颗粒的形状和大小的偏差量。

从以上的研究结果来看，为了解决上述课题而做成的本发明的NdFeB类烧结磁体制造装置通过向与制品的形状和尺寸相对应地设计的铸模的铸模模腔中以3.0g/cm³～4.2g/cm³范围内的预定的填充密度来填充NdFeB类合金粉末，在将该合金粉末填充于该铸模模腔的状态下对该合金粉末进行磁场取向和烧结，从而制造具有期望的形状和尺寸的NdFeB类烧结磁体，其特征在于，

该NdFeB类烧结磁体制造装置包括：

a）第一重量测量部件，其用于测量填充上述合金粉末之前的上述铸模的重量；

b）供给用模腔形成部件，其通过在上述铸模上设置引导件而使上述铸模模腔扩张，形成预定容积的供给用模腔；

c）供给部件，其以调整合金粉末的供给密度且达到与上述供给用模腔内的容积相同的容量的方式将合金粉末向该供给用模腔内供给；

d）高密度化部件，其用于将供给到上述供给用模腔内的合金粉末压入到上述铸模模腔内，使其高密度化至上述填充密度；

e）第二重量测量部件，其用于测量利用上述高密度化部件来填充有合金粉末之后的铸模的重量；以及

f）控制部件，其自上述第一重量测量部件和上述第二重量测量部件各自的测量值之差来计算填充到上述铸模模腔内的合金粉末的重量，根据该计算出的重量对上述供给部件供给合金粉末的供给动作进行反馈控制。

而且，将合金粉末“压入”到铸模模腔内是指，将容纳在包含铸模模腔在内且容积大于该铸模模腔的供给用模腔内的、与该供给用模腔的容积相同的容量的合金粉末，以保持一定程度的合金粉末颗粒的自由度的状态（即以不成为成形体的程度的密度）全部容纳在上述铸模模腔内。由于铸模模腔的容积小于供给用模腔的容积，因此，在将供给用模腔内的合金粉末“压入”到铸模模腔内的过程中，合金粉末自然而然地实现高密度化。

为了在合金粉末全部被“压入”到铸模模腔内时达到设想的填充密度，在利用上述控制部件对供给时的密度（即供给时的重量。本申请中将供给时的密度称为“供给密度”、将供给时的重量称为“供给重量”）进行调整的同时，向供给用模腔内供给合金粉末。进行了高密度化之后的合金粉末的填充密度如上所述地处于3.0g/cm³～4.2g/cm³的范围内，更期望处于3.5g/cm³～4.0g/cm³的范围内。作为高密度化部件，可以使用机械撞击、推杆等。

作为上述供给部件，从能够向预定的空间中迅速且以均匀的供给密度供给合金粉末，而且能够利用供给时流动的气体气流的压力等容易地调整供给密度（即供给重量）的方面考虑，可以适当地使用气体撞击。

在本发明的烧结磁体制造装置中，也能够使用填充合金粉末之前的铸模重量的测量值来对铸模进行异常判定。由于铸模多次重复使用，因此，存在产生缺口等缺损、或者在烧结时熔接合金粉末等情况。在本发明的装置中，由于也利用第一重量测量部件测量了铸模本身的重量，因此，能够容易地检测伴随这样的重量变化而产生的铸模的异常。

本发明的NdFeB类烧结磁体制造装置通过不依赖于合金粉末颗粒的形状、大小地供给·填充合金粉末，从而提高制造出的烧结磁体的同时复合成形性。如上所述由于合金粉末容易凝聚，因此，难以在正确地称量该合金粉末的重量的同时将其供给到铸模中。因而，通过利用气体撞击等能够向预定的空间内均匀且调整供给密度（供给重量）地供给合金粉末的方法，根据填充前后的铸模重量的变化对该供给密度进行反馈控制，能够不依赖于合金粉末颗粒的形状、大小地供给·填充正确量的合金粉末。

附图说明

图1是表示本发明的NdFeB类烧结磁体制造装置的供粉·填充部的一实施例的框图。

图2是表示本实施例的供粉·填充部的各部分的动作的概略图。

图3是表示用于体现供粉部的控制参数与合金粉末的供给重量的关系的特性曲线的一例子的图。

具体实施方式

使用图1和图2说明本发明的NdFe B类烧结磁体制造装置的一实施例。图1是表示用于向铸模中供给·填充NdFeB类合金粉末的供粉·填充部的框图，在利用该供粉·填充部向铸模中以预定的填充密度填充了合金粉末之后，在未图示的取向部和烧结部中，分别对填充到铸模内的合金粉末进行取向和烧结。

图1所示的本实施例的供粉·填充部包括第一重量测量部10、引导件安装部（供给用模腔设置部件）11、供粉部（供给部件）12、填充部（高密度化部件）13、第二重量测量部14以及控制部15。与图2相对照地说明上述部件的动作。

在本实施例的供粉·填充部中，首先，将装入在烧结磁体制造装置中的空的铸模20输送到第一重量测量部10，利用设置于该第一重量测量部10的重量计31来测量填充合金粉末之前的铸模重量w₁（图2的(a)）。

通过了第一重量测量部10的铸模20在接下来的引导件安装部11中被安装引导件22（图2的(b)）。由此，使铸模20的模腔（铸模模腔21）和引导件22的内侧空间相配合而构成供给用模腔23。接着，在供粉部12中，从供给料斗33向供给用模腔23供给合金粉末32（图2的（c－1）～图2的（c－4））。在本实施例中，采用气体撞击作为向供给用模腔23供给合金粉末32的供给方法。采用该气体撞击的供给方法详细记载在例如专利文献4中。在此，仅说明其概略。

在供给料斗33中，在在下部开口处安装有网格构件331的、在上下方向上具有开口的筒状的容器内容纳有合金粉末32（图2的(c－1)）。在进行气体撞击时，首先在安装于铸模20的引导件22的上端载置供给料斗33，并且，使配置有气体吸引吹入管332的盖构件覆盖在供给料斗33的筒状容器的上部开口上（图2的(c－2)）。之后，通过气体吸引吹入管332交替重复地进行向供给料斗33的筒状容器内导入压缩气体和自该筒状容器内吸取压缩气体的动作，从而使合金粉末32向供给用模腔23移动（图2的（c－3））。

在气体撞击中，在暴露于剧烈的气流中的上层部以外的区域中形成未产生桥且密度均匀的粉末层。因而，以将密度不均匀的上层部残留在供给料斗33内的方式供给合金粉末32（图2的(c－3)），最后，除掉残存在供给料斗33内的密度不均匀的部分，从而能够向供给用模腔23内以均匀的供给密度供给与该供给用模腔23相同容量的合金粉末32（图2的(c－4)）。在气体撞击中，还能够通过调整供给料斗内的压力、撞击周期（导入和吸取压缩气体的重复周期）、次数等，容易地控制供给到供给用模腔23内的合金粉末的供给重量。

在填充部13中，利用推杆34将供给到供给用模腔23的合金粉末32压入到铸模模腔21中，使该合金粉末32高密度化（图2的(d)）。在供粉部12中，在将供给用模腔23内的合金粉末32全部填充到铸模模腔21内时，进行计算后进行供给，以达到设想的填充密度。因此，推杆34在压板341的下表面到达铸模模腔21的上表面的位置时停止即可。此外，在PLP法中，该填充密度处于3.0g/cm³～4.2g/cm³的范围内，更期望处于3.5g/cm³～4.0g/cm³的范围内。由此，能够利用PLP法制造没有缺陷、变形的烧结磁体。在合金粉末32全部填充到铸模模腔21之后，自铸模20拆下不再有用的引导件22。

最后，利用设置在第二重量测量部14中的重量计35来测量包含填充在铸模模腔21内的合金粉末32在内的铸模20的重量w₂（图2的(e)）。测量后的铸模20原封不动地被输送到取向部和烧结部，在填充于铸模20内的状态下对合金粉末32进行取向和烧结。

另一方面，控制部15基于分别利用第一重量测量部10和第二重量测量部14得出的测量值来计算本次的合金粉末的供给重量W_d=w₂－w₁，根据该计算值对供给到供给用模腔23的合金粉末的供给重量进行反馈控制。该反馈控制例如能够以如下方式进行。

首先，针对合金组成不同的每个品种，预先制作表示用于控制供粉部12的供给重量W的控制参数S与该供给重量W之间的关系的特性曲线（图3），将其存储在控制部15的内部存储器中。在气体撞击的情况下，该控制参数成为供给料斗内的压力、撞击周期、撞击次数等。控制部15参照存储在内部存储器中的特性曲线，根据利用第一重量测量部10和第二重量测量部14各自的测量值计算出的本次的供给重量W_d和预先设定好的目标重量W_t之间的偏差，求出控制参数的调整量ΔS。然后，使供粉部12的控制参数自本次的值改变ΔS的量，接下来，向装入的铸模20中供给合金粉末32。

并且，明确可知上述的反馈控制方法归根结底仅表示了一个例子，即使在本发明主旨的范围内进行适当的变形、修改、追加等，其内容也包含在本申请权利要求范围内。例如，上述的反馈控制仅使用本次的供给重量数据来调整接下来的供给重量，但也可以预先保持包含本次数据在内的过去N次（N为1以上的整数）的供给重量数据，根据这些数据的平均值或者加权的平均值来调整接下来的供给重量。

另外，控制部15也能够根据由第一重量测量部10取得的铸模重量的测量值是否包含在预定的容许范围内来对铸模20进行缺陷判定。

铸模20存在因多次重复使用而发生破损、或者在烧结时合金粉末32的一部分熔接于铸模模腔21内的情况。例如，在合金粉末32熔接于铸模模腔21内时，由于铸模模腔21的容积产生变化，因此，利用该铸模20制造的烧结磁体的同时复合成形性降低。另外，在铸具20破损时，存在使填充的合金粉末自破损部位泄漏到制造装置内而导致火灾等事故的情况。因而，控制部15从工序上预先排除由第一重量测量部10取得的测量值处于容许范围之外的铸模20，从而能够进一步提高制造的烧结磁体的同时复合成形的精度和烧结磁体制造装置的安全性。

附图标记说明

10、第一重量测量部；11、引导件安装部；12、供粉部；13、填充部；14、第二重量测量部；15、控制部；20、铸模；21、铸模模腔；22、引导件；23、供给用模腔；31、35、重量计；32、合金粉末；33、供给料斗；331、网格构件；332、气体吸引吹入管；34、推杆；341、压板。

Claims

1.一种NdFeB类烧结磁体制造装置，其通过向与制品的形状和尺寸相对应地设计的铸模的铸模模腔中以3.0g/cm³～4.2g/cm³范围内的预定的填充密度来填充NdFeB类合金粉末，在将该合金粉末填充于该铸模模腔的状态下对该合金粉末进行磁场取向和烧结，从而制造具有期望的形状和尺寸的NdFeB类烧结磁体，其特征在于，

该NdFeB类烧结磁体制造装置包括：

2.根据权利要求1所述的NdFeB类烧结磁体制造装置，其特征在于，

上述供给部件使用气体撞击。

3.根据权利要求2所述的NdFeB类烧结磁体制造装置，其特征在于，

上述控制部件对上述气体撞击的压力、撞击周期、撞击次数中的至少一者进行控制。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的NdFeB类烧结磁体制造装置，其特征在于，

上述高密度化部件使用机械撞击或者推杆。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的NdFeB类烧结磁体制造装置，其特征在于，

利用上述高密度化部件来实现高密度化后的合金粉末的密度处于3.5g/cm³～4.0g/cm³的范围内。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的NdFeB类烧结磁体制造装置，其特征在于，

上述控制部件根据由上述第一重量测量部件取得的铸模的重量的测量值对该铸模进行异常判定。