DE10114939B4

DE10114939B4 - Pulverpressvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetall-Legierungspulverpresslings

Info

Publication number: DE10114939B4
Application number: DE10114939A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Okuyama; Tsutomu Settsu Harada; Takashi Ibaraki Tajiri
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: US20020018730A1; US6599468B2; DE10114939A1; CN1317384A; CN1162235C

Abstract

Pulverpressvorrichtung (10) zum Pressen eines Pulvers in einem Pressverfahren, umfassend:
eine Pressplatte (12) mit einem durchgehenden Loch, das einen Hohlraum bildet;
einen ersten Stempel (14) und einen zweiten Stempel (16) zum Pressen eines magnetischen Seltenerdmetall-Legierungspulvers (18), das in den genannten Hohlraum eingefüllt worden ist, in einer Pressrichtung (A); und
eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes zum Anlegen eines orientierenden Magnetfeldes parallel zu der genannten Pressrichtung (A) an das magnetische Seltenerdmetall-Legierungspulver (18) in dem genannten Hohlraum, wobei mindestens einer der genannten ersten (14) und zweiten Stempel (16) eine gekrümmte Pressoberfläche (14a; 16a) aufweist;
dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte Pressoberfläche (14a; 16a) so geformt ist, dass sie eine Bewegung der Teilchen des magnetischen Seltenerdmetall-Legierungspulvers (18) entlang der genannten Pressoberfläche (14a; 16a) während des Pressverfahrens unterdrückt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetall-Legierungspulverpresslings und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten.
Hintergrund der Erfindung
Ein Seltenerdmetall-Legierungsmagnet wird hergestellt durch Verdichten durch Pressen eines magnetischen Pulvers, das durch Pulverisieren einer Seltenerdmetalllegierung erhalten wurde. Eine Pulverpressvorrichtung zum Pressen eines Pulvers in einem Pressverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetalllegierungs-Pulverpresslings unter Verwendung der vorgenannten Pulverpressvorrichtung ist aus dem gattungsbildenden Stand der Technik-Dokument mit Veröffentlichungsnummer DE 42 28 519 A1 bekannt. Des Weiteren ist aus der Japanischen Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer JP 09-035987 A ein Stempel für eine Pressvorrichtung bekannt, dessen mit einem magnetischen Pulver in Kontakt kommender Abschnitt aus einem magnetischen Material mit einer Sättigungsmagnetisierung von etwa 0,05 bis 1,2 T (Tesla) hergestellt ist.
Es gibt derzeit zwei Typen von Seltenerdmetalllegierungs-Sintermagneten, die auf verschiedenen Gebieten in großem Umfang verwendet werden: Samarium-Kobalt-Magnete und Neodym-Eisen-Bor-Magnete. Insbesondere die Neodym-Eisen-Bor-Magnete (nachstehend als "R-T-B-Magnete" bezeichnet, worin R für ein Seltenerdmetallelement und/oder Yttrium, T für Eisen und/oder ein Übergangsmetall-Element, das einen Teil des Eisens ersetzt, und B für Bor stehen) werden praktisch verwendet in verschiedenen elektronischen Geräten, weil sie unter verschiedenen Magneten das höchste magnetische Energieprodukt aufweisen und verhältnismäßig billig sind. Als ein Beispiel für ein Übergangsmetall, das unter die Definition von T fällt, kann Co verwendet werden.
Da die Vielfalt von Anwendungen von Seltenerdmetalllegierungsmagneten sich immer mehr ausdehnt, gibt es eine Nachfrage nach der Herstellung von Magneten mit unterschiedlichen Gestalten. Die Herstellung eines Hochleistungsmotors erfordert beispielsweise eine Vielzahl von starken anisotropen Magneten, die eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Zur Herstellung eines solchen anisotropen Magneten ist es erforderlich, ein magnetisches Pulver, das in einem Magnetfeld ausgerichtet worden ist, zu pressen, um daraus einen Pulverpressling mit der gewünschten Gestalt herzustellen. In einer rotierenden Hochleistungs-Vorrichtung, beispielsweise einem Drehspulenmotor, wird eine Vielzahl von dünnen Plattenmagneten mit einem C-förmigen oder bogenförmigen Querschnitt verwendet. Um das Leistungsvermögen einer rotierenden Vorrichtung zu verbessern, ist die bloße Erhöhung der Magnetisierung des Magneten nicht ausreichend. Es ist vielmehr erforderlich, die Gestalt des Magneten so zu ändern, dass eine Magnetfeld-Verteilung in der Nähe der Magnetoberfläche ohne Verformung erhalten wird.
Bei dem Stand der Technik wird die Pressoberfläche eines Formpresselements einer Press- bzw. Verdichtungs-Vorrichtung gekrümmt, um einem Pulverpressling die gewünschte gekrümmte Oberfläche zu verleihen.
Versuche, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, haben jedoch gezeigt, dass dann, wenn die Pressrichtung mit der Richtung der Ausrichtung des Magnetfeldes zusammenfällt, die Ausrichtung des magnetischen Pulvers gestört ist und optimale magnetische Eigenschaften nicht erhalten werden, wenn die Pressoberfläche eine hochglanzpolierte gekrümmte Oberfläche ist. Insbesondere dann, wenn ein Permanentmagnet aus einem Pressling hergestellt wird, dessen Ausrichtung (Orientierung) gestört ist, und der Permanentmagnet zur Herstellung eines Motors verwendet wird, ist ein nicht vernachlässigbarer Wert für ein unerwünschtes Reluktanz-Drehmoment oder magnetisches Widerstands-Drehmoment des Motors festzustellen. Ein magnetisches Widerstands-Drehmoment entsteht als Folge von Reluktanz-Änderungen von magnetischen Schaltkreisen in dem Motor, wenn sich der Motor dreht. Wenn eine Änderung der Reluktanz auftritt, entsteht ein Drehmoment (das im Aufbau des Motors unbeabsichtigt ist). Dieses Drehmoment ist in der Regel gegenüber dem beabsichtigten Drehmoment, das der Motor abgibt, sehr gering. Dieses Drehmoment kann jedoch groß genug sein, um bei einer Reihe von Anwendungen für Permanentmagnet-Motoren, beispielsweise bei einer elektrischen Servolenkung und elektrischen Aufhängungen (Stoßdämpfern) für Motor-Fahrzeuge einen Durchschlag zu erzeugen. Bei diesen Anwendungen kann das magnetische Widerstands-Drehmoment ausreichend groß sein, um von den Passagieren im Motorfahrzeug bemerkt zu werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Pressvorrichtung mit einer gekrümmten Oberfläche, in der eine Orientierungsstörung der resultierenden Presslinge unterdrückt wird, bereitzustellen, die geeignet ist für die Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetalllegierungs-Pulverpresslings, dessen Teil chen in einer Richtung parallel zur Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetalllegierungs-Pulverpresslings, bei dem die Orientierungsstörung unterdrückt wird durch Verwendung einer solchen Pressvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten und einen Seltenerdmetallmagneten bereitzustellen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Pulverpressplatten-Anordnung bereitzustellen, die in einer solchen Pressvorrichtung verwendet wird.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Pulverpressvorrichtung umfasst eine Pressplatte mit einem durchgehenden Loch, das einen Hohlraum bildet; einen ersten Stempel und einen zweiten Stempel zum Pressen eines in den Hohlraum eingefüllten magnetischen Seltenerdmetalllegierungspulvers in einer Pressrichtung und eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Anlegen eines orientierenden Magnetfeldes parallel zur Pressrichtung an das magnetischen Seltenerdmetalllegierungspulver in dem Hohlraum, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Stempel eine gekrümmte Pressoberfläche aufweist. Die erfindungsgemäße Pulverpressvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pressoberfläche so geformt ist, dass sie eine Bewegung der Teilchen des magnetischen Seltenerdmetalllegierungspulvers entlang der Pressoberfläche während eines Pressvorgangs unterdrückt.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pulverpressvorrichtung sind mit den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Pressoberfläche ein Muster erzeugt, das konkave Abschnitte und/oder konvexe Abschnitte umfasst, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zur Pressrichtung verläuft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Pressoberfläche eine Vielzahl von sehr kleinen (winzigen) Oberflächen, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene verlaufen, die senkrecht zur Pressrichtung ist, und die Vielzahl der winzigen Oberflächen erstreckt sich in der gleichen Richtung und die winzigen Oberflächen sind durch eine Stufe von benachbarten Oberflächen getrennt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist jede der Vielzahl von winzigen Oberflächen eine Breite von 0,1 mm oder weniger auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind konkave Abschnitte mit einer Tiefe von 0,1 mm oder weniger und/oder konvexe Abschnitte mit einer Höhe von 0,1 mm oder weniger auf der Pressoberfläche angeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pressoberfläche nicht hochglanzpoliert und sie weist eine Oberflächenrauheit Ra auf, die ≥ 0,05 μm und ≤ 12,5 μm ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pressoberfläche als Ganze in Form eines Bogens gekrümmt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetalllegierungs-Pulverpresslings gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit Anspruch 8 angegeben und umfasst die Stufe der Herstellung eines Presslings aus einem magnetischen Seltenerdmetalllegierungspulver durch Verwendung irgendeiner der vorstehend beschriebenen Pulver-Pressvorrichtungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach dem Anspruch 9 besteht das magnetische Seltenerdmetalllegierungspulver aus einer Fe-R-B-Legierung (worin R für ein Seltenerdmetalllelement und B für Bor stehen).
Ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit Anspruch 10 angegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das magnetische Seltenerdmetalllegierungspulver aus einer Fe-R-B-Legierung, in der R für ein Seltenerdmetallelement und B für Bor stehen.
Eine Pulverpressplatten-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale nach Anspruch 11 auf.
Ein erfindungsgemäßer Seltenerdmetallmagnet wird mit Anspruch 12 angegeben und ist ein Seltenerdmetallmagnet, bei dem sich auf einer Oberfläche desselben ein Muster befindet, das konkave Abschnitte und/oder konvexe Abschnitte umfasst, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zur Pressrichtung verläuft.
Ein anderer erfindungsgemäßer Seltenerdmetallmagnet weist die Merkmale nach Anspruch 13 auf und umfasst eine Oberfläche, die eine Vielzahl von sehr kleinen (winzigen) Oberflächen umfasst, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene sind, die senkrecht zur Pressrichtung verläuft, und die Vielzahl der sehr kleinen (winzigen) Oberflächen erstreckt sich in der gleichen Richtung und die sehr kleinen (winzigen) Oberflächen sind durch eine Stufe von benachbarten Oberflächen getrennt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 14 weist jede der Vielzahl von winzigen Oberflächen eine Breite von 0,1 mm oder weniger auf.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Seltenerdmetallmagnet nach Anspruch 15 umfasst eine Oberfläche, die eine Vielzahl von streifenförmigen ebenen Oberflächen umfasst, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zu einer Pressrichtung verläuft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B erläutern einen Hauptabschnitt einer Pulverpressvorrichtung 10, wie sie bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten bogenförmigen Seltenerdmetallmagneten erläutert;
3A stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form den Zustand eines Pulvers in der Anfangsstufe eines Pressvorganges bei Verwendung einer konventionellen Pressvorrichtung erläutert, und
3B stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form den Zustand des Pulvers in einer späten Stufe des Pressvorganges erläutert;
4A stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form den Zustand eines Pulvers in einer Anfangsstufe eines Pressvorganges bei Verwendung einer Pressvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert; und
4B stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form den Zustand des Pulvers in einer späten Stufe des Pressvorganges erläutert;
jede der 5A und 5B stellt eine perspektivische Ansicht dar, die einen unteren Stempel 16 mit einer Pressoberfläche erläutert, der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
6A stellt eine Querschnittsansicht dar, die den unteren Stempel gemäß 5A erläutert, und
6B stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht dar, die einen Abschnitt des unteren Stempels erläutert;
7A stellt eine Querschnittsansicht dar, die den unteren Stempel gemäß 5B erläutert, und
7B stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht dar, die einen Abschnitt des unteren Stempels erläutert;
8A zeigt ein Diagramm, welches das magnetische Widerstands-Drehmoment eines Motors erläutert, der unter Verwendung eines Magneten gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, und
8B zeigt ein Diagramm, welches das magnetische Widerstands-Drehmoment eines Motors erläutert, der unter Verwendung eines Magneten gemäß einem Vergleichsbeispiel hergestellt worden ist; und
9 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die den unteren Stempel erläutert, der bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass dann, wenn eine gekrümmte Oberfläche (oder eine geneigte Oberfläche) in einer Pressoberfläche eines Presselements vorhanden ist, eine magnetische Ausrichtungsstörung in den Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberfläche als Folge der durch die gekrümmte Pressoberfläche auf das Pulver ausgeübten Kraft auftritt, wenn ein magnetisches Pulver gepresst wird, das in einem Magnetfeld ausgerichtet ist, das eine Richtung parallel zur Pressrichtung hat, und dass darüber hinaus die magnetische Ausrichtungsstörung einen nachteiligen Einfluss auf das Innere des Pulverpresslings hat, wodurch die Orientierungsrich tung des Presslings nicht parallel zur Richtung des orientierenden Magnetfeldes verläuft.
Um eine solche Orientierungsstörung zu unterdrücken, wird erfindungsgemäß ein konkaves/konvexes Muster auf der Pressoberfläche erzeugt, um eine Bewegung der magnetischen Pulverteilchen entlang der Pressoberfläche in einer Richtung, die im allgemeinen senkrecht zur Pressrichtung verläuft, zu unterdrücken.
Wie nachstehend erörtert, sind die magnetischen Pulverteilchen, die in einem orientierenden Magnetfeld angeordnet sind, in Richtung des Magnetfeldes miteinander gekoppelt als Folge der magnetischen Wechselwirkung und sie bewegen sich kollektiv. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung nahmen an, dass das Verhalten der Pulverteilchen auf der Pressoberfläche einen signifikanten Einfluss auf das Verhalten/die Orientierung der übrigen Teilchen im Innern des Pulverpresslings hat, und sie haben versucht, die Gestalt der Pressoberfläche zu verbessern. Als Ergebnis haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die magnetischen Eigenschaften eines fertigen Magnetprodukts erfolgreich verbessert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Pressvorrichtung
Die 1A und 1B erläutern einen Hauptabschnitt einer Pulver-Pressvorrichtung 10, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Die erläuterte Pressvorrichtung 10 umfasst eine Pressplatte 12 mit einem durchgehenden Loch (Pressplattenloch), das einen Hohlraum bildet, und einen oberen Stempel 14 und einen unteren Stempel 16, um ein Magnetpulver in dem durchgehenden Loch zu pressen. Die Pressanordnung, welche die Pressplatte 12, den oberen Stempel 14 und den unteren Stempel 16 umfasst, ist mit einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) für die vertikale Pressbewegung, die in der Pressstufe erforderlich ist, verbunden. Der Grundarbeitsgang der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung wird wie der Arbeitsgang einer bekannten Pressvorrichtung durchgeführt.
Wie in der 2 erläutert, ist die Form der Pressanordnung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, so gestaltet, dass ein dünner plattenförmiger Seltenerdmetallmagnet 20 hergestellt wird, der mindestens eine gebogene Oberfläche und vorzugsweise eine solche in Form eines Bogens aufweist. Der Seltenerdmetallmagnet 20 ist in einer Richtung parallel zu der durch den Pfeil A in der 2 angezeigten Richtung magnetisiert, die parallel zur Pressrichtung verläuft. Der in 2 dargestellte Seltenerdmetallmagnet kann beispielsweise als Teil eines Schwingspulen-Motors oder anderer rotierender Vorrichtungen verwendet werden. Wenn er in einem Motor verwendet wird, ist die Gestalt des Magneten 20 vorzugsweise so, dass eine Schräge auftritt, um das unerwünschte magnetische Widerstands-Drehmoment zu vermindern.
Wie in der 1A dargestellt, wird oberhalb des unteren Stempels 16 ein Hohlraum gebildet, wobei der obere Abschnitt des unteren Stempels 16 teilweise in das durchgehende Loch der Pressplatte 12 eingeführt ist. Der Hohlraum wird mit einem magnetischen Pulver 18 gefüllt, indem man eine Beschickungsbox (nicht dargestellt), die das magnetische Pulver enthält, über den Hohlraum führt und das Pulver aus der Bodenöffnung der Beschickungsbox in den Hohlraum fallen lässt. Da die Pulver-Füllung nur unter der Einwirkung der Schwerkraft uneinheitlich sein kann, ist es bevorzugt, einen Rüttler (nicht dargestellt) in der Beschickungsbox horizontal in Vibration zu versetzen, um das magnetische Pulver 18 in den Hohlraum zu pressen. Ein solcher Rüttler ist in der anhängigen US-Patentanmeldung SN 09/472 247, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben.
Wenn die Beschickungsbox aus der Position über dem Hohlraum zurückgezogen wird, wird der obere Teil des eingefüllten Pulvers 18 durch den Bodenrand der Beschickungsbox eingeebnet, wodurch es möglich ist, den Hohlraum ge nau mit der vorher festgelegten Menge des Pulvers 18, das gepresst werden soll, zu füllen.
Ein charakteristisches Merkmal der Pressvorrichtung 10 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, dass ein neues Oberflächenmuster auf der Pressoberfläche 14a des oberen Stempels 14 und der Pressoberfläche 16a des unteren Stempels 16 vorgesehen wird. Die Einzelheiten des Oberflächenmusters, das auf den Pressoberflächen 14a und 16a vorgesehen ist, werden nachstehend beschrieben.
Nachdem der Hohlraum mit dem magnetischen Pulver 18 gefüllt worden ist, beginnt sich der obere Stempel 14 auf den unteren Stempel 16 zuzubewegen. Die Pressoberfläche 14a des oberen Stempels 14 presst die obere Oberfläche des darunterliegenden Pulvers 18 wie in 1B dargestellt. Nachdem das magnetische Pulver 18 in dem Hohlraum durch den oberen Stempel 14, den unteren Stempel 16 und die Pressplatte 12 im wesentlichen vollständig eingeschlossen worden ist, wird mittels einer Spule (nicht dargestellt), die ein Magnetfeld erzeugt, ein orientierendes Magnetfeld an das magnetische Pulver 18 in dem Hohlraum angelegt. Der Magnetfluss wird in den oberen Stempel 14 und in den unteren Stempel 16 eingeführt und die Richtung des orientierenden Magnetfeldes in dem Hohlraum verläuft parallel zur Pressrichtung (der Richtung, in der der obere Stempel bewegt wird). Die Pulverteilchen, die gepresst werden sollen, werden durch das orientierende Magnetfeld in Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet.
Während das orientierende Magnetfeld an das Pulver angelegt ist, wird das Legierungspulver in dem Hohlraum gepresst und verdichtet mittels des oberen Stempels 14 und des unteren Stempels 16, wodurch ein Pulverpressling 24 gebildet wird. In der Pressstufe sind die unter Druck gesetzten Pulverteilchen je nach Ort unterschiedlichen Belastungen (Drucken) ausgesetzt. Nachdem der Pressling 24 gebildet worden ist, wird der obere Stempel 14 angehoben, der untere Stempel 16 schiebt den Pressling 24 nach oben und der Pressling 24 wird aus der Pressplatte 12 herausgenommen.
Die 3A erläutert in schematischer Form den Zustand eines Pulvers in der Anfangsstufe des Pressvorganges bei Verwendung einer konventionellen Pressvorrichtung. Die 3B erläutert in schematischer Form den Zustand des Pulvers in einer späten Stufe des Pressvorganges.
Die einzelnen Teilchen des magnetischen Pulvers, die in einem orientierenden Magnetfeld angeordnet sind, werden in Richtung des orientierenden Magnetfeldes ausgerichtet und sind mit den anderen Pulverteilchen magnetisch stark gekoppelt. Als Folge davon werden die Pulverteilchen in Reihen angeordnet, die sich in Richtung des orientierenden Magnetfeldes erstrecken, wie in der 3A erläutert. Wenn der Abstand zwischen dem oberen Stempel 14 und dem unteren Stempel 16 in Gegenwart eines angelegten orientierenden Magnetfeldes vermindert wird, werden ungleichförmige Drucke (Belastungen) auf unterschiedliche Abschnitte des zu pressenden Pulvers ausgeübt, weil die Pressoberflächen 14a und 16a eine gekrümmte Oberfläche haben. Wenn die Pressoberflächen 14a und 16a hochglanzpolierte glatte Oberflächen sind, verschieben sich die Pulverteilchen seitlich entlang der glatten Pressoberflächen 14a und 16a, wodurch die Orientierungsrichtung ungleichförmig wird, wie in der 3B erläutert.
Im Gegensatz dazu ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung möglich, die Verschiebung der Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberfläche zu unterdrücken, wodurch eine Orientierungsstörung verhindert wird, wie in den 4A und 4B erläutert. Dies wird erzielt durch ein feines konkaves/konvexes Muster, das auf der Pressoberfläche der oberen und unteren Stempel 14 und 16 vorgesehen ist, wodurch die Verschiebung der Pulverteilchen entlang der Pressoberfläche unterdrückt wird.
Da die magnetischen Pulverteilchen in einem Magnetfeld miteinander magnetisch gekoppelt sind, wie vorstehend beschrieben, wird die Bewegung der Pulverteilchen in dem inneren Abschnitt des Hohlraums durch die Bewegung der Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberfläche stark beeinflusst. Deshalb ist es dadurch, dass man der Pressoberfläche eine neue Oberflächengestalt verleiht, möglich, die Abnahme des Grades der Orientierung des gesamten Pulvers in dem Hohlraum zu unterdrücken.
Nachstehend wird eine spezifische Struktur der Pressoberfläche 16a des unteren Stempels 16, der in der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet wird, beschrieben. Die Pressoberfläche 14a des oberen Stempels 14 hat eine ähnliche Struktur.
Die 5A und 5B erläutern jeweils zwei unterschiedliche Oberflächengestalten für die Pressoberfläche 16a des unteren Stempels 16, der in der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet wird. Die 6A stellt eine Querschnittsansicht dar, welche die Pressoberfläche 16a der 5A erläutert, und die 6B stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht dar, die einen Abschnitt derselben erläutert. Wie aus der 6B ersichtlich, umfasst das Oberflächenmuster der Pressoberfläche 16a eine Vielzahl von sehr kleinen (winzigen) Oberflächen 160, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene 26 angeordnet sind, die senkrecht zur Pressrichtung A verläuft, und zwischen den benachbarten sehr kleinen (winzigen) Oberflächen 160 befindet sich eine Stufe. Die Breite und Höhe der winzigen Oberflächen 160 beträgt beispielsweise 0,1 mm. Die winzigen Oberflächen 160 erstrecken sich in einer einzigen Richtung (in einer Richtung parallel zum Pfeil B), wie in 5A erläutert. Die Pressoberfläche 16a, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, kann hergestellt werden, indem man die Oberfläche eines auf übliche Weise hergestellten Stempelelements mit einer Kugelfräsmühle oder dgl. oberflächenbehandelt.
Während des Pressens des Pulvers haben die in der Nähe der Pressoberfläche angeordneten Pulverteilchen aus dem folgenden Grund nicht die Neigung, in der durch den Pfeil B in der 5A angezeigten Richtung sich zu bewegen.
Zuerst wird der Vektor der Kraft betrachtet, die durch die Pressoberfläche 16a auf die Pulverteilchen ausgeübt wird, die mit der Pressoberfläche 16a während des Pressvorgangs in Kontakt stehen. Der Vektor verläuft senkrecht zu dem Pfeil B. Deshalb sind die Pulverteilchen nicht einer Kraft ausgesetzt, die parallel zu dem Pfeil B von der Pressoberfläche 16a ausgeht, und auf diese Weise kann das Verschieben der Pulverteilchen in der durch den Pfeil B angezeigten Richtung vernachlässigt werden.
Der Vektor verläuft im allgemeinen parallel zu dem Pfeil A im Zentrum der Pressoberfläche, in anderen Oberflächen-Bereichen hat der Vektor jedoch eine Komponente, die nicht parallel zu dem Pfeil A verläuft. Dies ist eine Komponente einer potentiellen Kraft, welche die Pulverteilchen zu einer Verschiebung zwingt. Wenn jedoch eine Oberflächen-Struktur wie diejenige gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Pressoberfläche 16a vorgesehen ist, wird die Verschiebung der Pulverteilchen durch die Oberflächen-Struktur unterdrückt.
Obgleich die Pressoberfläche 16a, wie in 6B erläutert, viele Stufen umfasst, die durch die winzigen Oberflächen 160 parallel zu der Bezugsfläche 26 gebildet werden, müssen die winzigen Oberflächen 160 nicht notwendigerweise parallel zu der Bezugsfläche 26 verlaufen. Die Pressoberfläche kann alternativ viele Rillen mit einem V-förmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, die ebenfalls eine Verschiebung der Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberfläche in einer Richtung über die Rillen hinweg in ausreichender Weise unterdrücken würden.
Nachstehend wird die Pressoberfläche 16a, wie sie in 5B erläutert ist, beschrieben. Die 7A stellt eine Querschnittsansicht dar, welche die Pressoberfläche 16a erläutert, und die 7B stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht dar, die einen Abschnitt derselben erläutert. Wie aus der 7B ersichtlich, umfasst die Pressoberfläche 16a eine Vielzahl von streifenförmigen ebenen Oberflächen 165, die vorzugsweise eine Breite von 2 bis 20 mm haben, und der Querschnitt der Pressoberfläche 16a hat eine polygonale Gestalt.
Jede Pressoberfläche 16a, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, hat die Funktion, das Verschieben der Pulverteilchen im Kontakt mit der Pressoberfläche 16a entlang der Pressoberfläche 16a zu unterdrücken. Um das Verschie ben der Pulverteilchen noch wirksamer zu verhindern und gute Formtrenn-Eigenschaften zu erzielen, ist es bevorzugt, die Oberflächenrauheit Ra der Pressoberfläche 16a so einzustellen, dass sie ≥ 0,05 μm und ≤ 25 μm beträgt.
Bei dem in den 5A und 5B erläuterten Beispiel umfasst die gekrümmte Pressoberfläche 16a eine Vielzahl von Oberflächen, die sich in einer einzigen Richtung erstreckten. Das Oberflächenmuster der Pressoberfläche ist darauf jedoch nicht beschränkt. Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Pressoberfläche mit einem solchen Muster ausgestattet ist, dass die Pulverteilchen, die gepresst werden sollen, nicht mehr in der Lage sind, sich entlang der Pressoberfläche zu verschieben. Deshalb können viele winzige konkave Abschnitte und/oder konvexe Abschnitte, die jeweils die Form eines Punktes oder eine andere Form haben, auf der Pressoberfläche angeordnet werden. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, dass die Tiefe der konkaven Abschnitte 0,1 mm oder weniger beträgt und die Höhe der konvexen Abschnitte 0,1 mm oder weniger beträgt, um die Formtrenneigenschaften des Presslings zu verbessern. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn die Pressoberfläche (die Kontaktoberfläche eines Stempels) konkave/konvexe Abschnitte aufweist, die größer als 0,1 mm sind, einige Pulverteilchen auf der Pressoberfläche verbleiben, wodurch das Pressen erschwert wird. Beim Pressen eines Pulvers, das einen kleinen durchschnittlichen Korndurchmesser und eine enge Größenverteilung aufweist, beispielsweise eines magnetischen Seltenerdmetall-Pulvers, das nach einem Bandgießverfahren hergestellt worden ist, ist es erforderlich, das Pulver mit einem höheren Druck zu pressen als er beim Pressen anderer Pulver angewendet wird. In einem solchen Fall ist ein Pressdruck erforderlich, der beispielsweise um etwa 10 bis etwa 20% höher ist als ein normaler Pressdruck. Wenn ein Pulver mit einem derart hohen Druck gepresst wird, kann sich dann, wenn die konkaven/konvexen Abschnitt der Pressoberfläche größer als 0,1 mm sind, der Pressling als Folge einer Rückfederung ausdehnen, die auftritt, wenn der Pressling herausgezogen wird, wodurch einige Pulverteilchen möglicherweise auf der Oberfläche der konkaven/konvexen Abschnitte zurückbleiben oder der Pressling kann möglicherweise zerbrechen.
Wenn Rillen oder Stufen auf der Pressoberfläche vorgesehen sind, können zusätzliche Rillen oder Stufen, die quer zu den Rillen oder Stufen verlaufen, erzeugt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß durch die Oberflächen-Struktur, die auf der Pressoberfläche erzeugt wird, auf die Pulverteilchen eine Kraft ausgeübt, die verhindert, dass die Pulverteilchen, die mit der Pressoberfläche eines Stempels entlang der Pressoberfläche während des Pressvorganges in Kontakt stehen, sich verschieben. Diese Oberflächen-Struktur der Pressoberfläche spielt eine wichtige Rolle während des Pressvorganges und sie ist nicht erforderlich für die Oberfläche des fertigen Seltenerdmetallmagnet-Produkts. Aber selbst wenn das Muster der Oberflächen-Struktur der Pressoberfläche auf die Oberfläche des Magneten übertragen wird, kann das Muster durch anschließendes Polieren der Magnetoberfläche leicht entfernt werden, wodurch die Magnetoberfläche geglättet wird.
Anstatt die Pressoberfläche mit einer abgestuften Gestalt, wie vorstehend beschrieben, zu versehen, kann eine gekrümmte Oberfläche beispielsweise durch ein elektrisches Entladungs-Bearbeitungsverfahren hergestellt werden, wobei die Pressoberfläche rauh bleibt, ohne dass die Oberfläche einem Hochglanzpolier-Verfahren unterworfen wird. Die 9 erläutert die Pressoberfläche eines Stempels, die durch ein elektrisches Entladungs-Bearbeitungsverfahren erzeugt wird. Die Effekte, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, können auch dann erhalten werden, wenn winzige konkave Abschnitte und/oder konvexe Abschnitte auf der Pressoberfläche erzeugt werden, wie in der 9 erläutert. Ein Stempel, der eine solche Pressoberfläche aufweist, ist leichter herzustellen als ein Stempel mit einem abgestuften Querschnitt. Es ist bevorzugt, die Oberflächenrauheit Ra der Pressoberfläche auf einen Wert in dem Bereich von 0,05 bis 12,5 μm einzustellen. Während des Pressverdichtens in einem Magnetfeld wird das Pulver durch die konvexen Abschnitte der Pressoberfläche so festgehalten, dass es sich seitlich nicht verschiebt, wodurch die Orientierungsstörung minimiert wird. Da darüber hinaus eine ausreichende Menge an Luft und/oder Formtrennmittel in den konkaven Abschnitten der Pressober fläche auch nach dem Pressverdichten zurückbleibt, wird die Haftung zwischen der Pressverdichtungs-Oberfläche und dem Pressling verringert. Dadurch wird verhindert, dass ein Teil des Presslings beim Herausnehmen des Presslings sich ablöst. Wenn eine elektrische Entladungs-Bearbeitung durchgeführt wird, entstehen, verglichen mit dem Fall, bei dem eine Mahlfräsbearbeitung oder eine Fräsmühlenbearbeitung durchgeführt wird, in statistischer Weise nicht-ausgerichtete konkave/konvexe Abschnitte. Da die konkaven/konvexen Abschnitte auf der bearbeiteten Oberfläche durch die während der elektrischen Entladungsbearbeitung erzeugte Wärme abgerundet werden, ist es möglich, einen Stempel herzustellen, bei dem das Auftreten einer Störung der Pulver-Orientierung unwahrscheinlich ist und der gute Formtrenn-Eigenschaften aufweist.
Es ist bevorzugt, ein nicht-magnetisches Material zur Herstellung des oberen Stempels 14 und des unteren Stempels 16 zu verwenden, die jeweils eine Pressoberfläche mit der vorstehend beschriebenen Struktur aufweisen, weil ein Magnetfluss zur Erzeugung eines magnetischen Feldes parallel zu der Pressrichtung während des Pressvorganges hindurchfließt. Als ein solches Material wird vorzugsweise z. B. ein WC-Ni-Sintercarbid-Material verwendet.
Zur Herstellung eines Magneten mit einer parallelen Orientierungs-Richtung und einer einheitlichen Magnetflussdichte ist es bevorzugt, dass der Spitzenabschnitt sowohl des oberen Stempels 14 als auch des unteren Stempels 16, die mit dem magnetischen Pulver in Kontakt kommen, aus einem magnetischen Material mit einer Sättigungsmagnetisierung von etwa 0,05 bis etwa 1,2 T (Tesla) hergestellt sind, wie in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 9-35978 beschrieben.
Verfahren zur Herstellung eines Legierungspulvers
Ein Gussstück aus einer magnetischen R-Fe-B-Seltenerdmetalllegierung wird hergestellt unter Anwendung eines bekannten Bandgießverfahrens. Insbesondere wird eine Legierung mit der Zusammensetzung 30 Gew.-% Nd, 1,0 Gew.- % B, 1,2 Gew.-% Dy, 0,2 Gew.-% Al und 0,9 Gew.-% Co, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen, zuerst in einem Hochfrequenz-Schmelzverfahren zum Schmelzen gebracht unter Bildung einer geschmolzenen Legierung. Nachdem die geschmolzene Legierung bei 1350°C gehalten worden ist, wird sie mittels eines 1-Abkühlwalzen-Verfahrens schnell abgekühlt, wobei eine erstarrte Legierung mit einer Dicke von 0,3 mm erhalten wird. Die Abkühlungs-Bedingungen umfassen beispielsweise eine Walzen-Umfangsgeschwindigkeit von etwa 1 m/s, eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 500°C/s und einen Grad der Unterkühlung von 180°C. Die Abkühlungsgeschwindigkeit kann 10² bis 10⁴°C/s betragen.
Die so erhaltene schnell abgekühlte Legierung hat eine Dicke von 0,03 bis 10 mm. Die Legierung enthält R₂T₁₄B-Kristallkörner, deren Größe in Richtung der kurzen Achse ≥ 0,1 μm und ≤ 100 μm betragen und der Größe in Richtung der langen Achse ≥ 5 μm und ≤ 500 μm beträgt, sowie eine R-reiche Phase, die entlang der Korngrenzen der R₂T₁₄B-Kristallkörner dispergiert ist. Die Dicke der R-reichen Phase beträgt 10 μm oder weniger. Ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgangsmaterial-Legierung unter Anwendung eines Bandgießverfahrens ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5 383 978 beschrieben.
Danach wird die Legierung grob pulverisiert und in eine Vielzahl von Ausgangsmaterial-Verpackungen eingefüllt und auf einem Gestell angeordnet. Dann wird das Gestell mit den darauf befindlichen Ausgangsmaterial-Packungen in eine Position vor einem Wasserstoffofen transportiert unter Verwendung einer Ausgangsmaterial-Transport-Einrichtung und das Gestell wird in den Wasserstoffofen eingeführt. Dann wird in dem Wasserstoffofen ein Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren gestartet. Die Ausgangsmaterial-Legierung wird in dem Wasserstoffofen erhitzt und unterliegt einem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren. Nach der Pulverisierung wird das Material herausgenommen, vorzugsweise nachdem die Temperatur des Legierungsmaterials auf etwa Raumtemperatur herabgesetzt worden ist. Aber selbst wenn das Material bei einer hohen Temperatur (beispielsweise 40 bis 80°C) herausgenommen wird, tritt keine starke Oxidation auf, wenn gewährleistet ist, dass das Material mit der Atmosphäre nicht in Kontakt kommt. Durch die Wasserstoff-Pulverisierung wird die Seltenerdmetalllegierung bis auf eine Größe von etwa 0,1 bis 1,0 mm pulverisiert. Vorzugsweise wird die Legierung vor Durchführung des Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens zu Plättchen (Flocken) mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 1 bis 10 mm grob pulverisiert.
Es ist bevorzugt, dass nach der Wasserstoff-Pulverisierung das versprödete Legierungsmaterial weiter pulverisiert und abgekühlt wird durch Verwendung einer Kühleinrichtung, beispielsweise eines Rotationskühlers. Wenn das Material bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur herausgenommen wird, kann die Dauer des Abkühlungsverfahrens unter Verwendung eines Rotationskühlers oder dgl. entsprechend verlängert werden.
Das Ausgangsmaterialpulver, das unter Verwendung eines Rotationskühlers oder dgl. etwa auf Raumtemperatur abgekühlt worden ist, wird weiter pulverisiert unter Verwendung einer Pulverisierungs-Einrichtung, beispielsweise einer Strahlmühle, wodurch ein feines Pulvermaterial erhalten wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wurde ein Feinpulverisierungs-Verfahren durchgeführt unter Verwendung einer Strahlmühle in einer Stickstoffgas-Atmosphäre, wobei man ein Legierungspulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 3,5 μm erhielt. Die Sauerstoff-Menge in der Stickstoffgas-Atmosphäre beträgt vorzugsweise nur etwa 100 ppm. Eine solche Strahlmühle ist in der japanischen Patentpublikation für einen Einspruch Nr. 6-6728 beschrieben. Es ist bevorzugt, die Konzentration eines oxidierenden Gases (Sauerstoff und Wasserdampf), die in dem in dem Pulverisierungsverfahren verwendeten Atmosphärengas enthalten ist, so einzustellen, dass der Sauerstoff-Gehalt des Legierungspulvers nach dem Feinpulverisierungs-Verfahren 6000 Gew.-ppm oder weniger beträgt. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn das Seltenerdmetalllegierungspulver eine übermäßige Menge an Sauerstoff von mehr als 6000 ppm enthält, der Mengenanteil an nicht-magnetischem Oxid in dem Magnet ansteigt, wodurch die magnetischen Eigenschaften des fertigen Sintermagnet-Produkts beeinträchtigt (verschlechtert) werden.
Danach wird ein Schmiermittel in einer Menge von beispielsweise 0,3 Gew.-% zugegeben und in einem Rüttelmischer in das Legierungspulver eingemischt, um die Oberfläche der Legierungs-Pulverteilchen mit dem Schmiermittel zu bedecken. Das Schmiermittel kann ein Schmiermittel sein, das durch Verdünnen eines Fettsäureesters mit einem Erdöl-Lösungsmittel erhalten wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird Methylcaproat als Fettsäureester verwendet und Isoparaffin wird als Erdöl-Lösungsmittel verwendet. Das Gewichtsverhältnis zwischen Methylcaprylat und Isoparaffin beträgt beispielsweise 1:9. Ein solches flüssiges Schmiermittel bedeckt die Oberfläche der Pulverteilchen, wodurch verhindert wird, dass die Teilchen oxidiert werden, und die Orientierungs-Eigenschaften während des Pressverfahrens verbessert und die Entfernung der Presslings nach Durchführung des Pressverfahrens erleichtert werden.
Der Schmiermittel-Typ ist nicht auf den obengenannten beschränkt. Anstelle von Methylcaproat als Fettsäureester kann beispielsweise Methylcaprylat, Methyllaurylat, Methyllaurat oder dgl. verwendet werden. Das Lösungsmittel kann ein Erdöl-Lösungsmittel wie Isoparaffin, ein Naphthen-Lösungsmittel oder dgl. sein. Das Schmiermittel kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt zugegeben werden, d. h. vor der Feinpulverisierung, während der Feinpulverisierung oder nach der Feinpulverisierung. Anstelle von oder zusätzlich zu einem flüssigen Schmiermittel kann ein festes trockenes Schmiermittel wie Zinkstearat verwendet werden.
Wegen seiner scharfen Korngrößenverteilung hat das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Pulver im allgemeinen die Neigung, dass seine Orientierung während des Pressverfahrens gestört wird. Obgleich die Zugabe eines Schmiermittels, z. B. eines Fettsäureesters, die Orientierung der einzelnen Teilchen erleichtert, beeinträchtigt (verschlechtert) sie das Pulverfließvermögen, wodurch die Orientierung ebenfalls während des Pressens gestört wird. Der Effekt der Bearbeitung der Pressoberfläche ist daher ausgeprägt bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten
Zuerst wird ein magnetisches Pulver, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, gepresst und verdichtet in einem orientierenden Magnetfeld unter Verwendung der in 1 erläuterten Pressvorrichtung. Nach Beendigung des Pressverdichtens wird der erhaltene Pulverpressling durch den unteren Stempel 16 nach oben geschoben und aus der Pressvorrichtung ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt sind ein Muster, das dem Oberflächenmuster der Pressoberfläche 14a entspricht, und ein Muster, das dem Oberflächenmuster der Pressoberfläche 16a entspricht, jeweils auf die Oberflächen des Presslings (die Oberflächen, die jeweils mit den oberen und unteren Stempeln 14 und 16 in Kontakt standen) übertragen worden. Nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es möglich, einen gleichförmig ausgerichteten Pulverpressling mit einer geringen Störung seiner Orientierung zu erhalten, wie in 4B erläutert.
Zur Verbesserung der Formtrenn-Eigenschaften für die Stufe der Herausnahme des Presslings aus der Pressplatte kann ein Formtrennmittel vor Durchführung der Pulvereinfüllungsstufe auf die Pressoberfläche aufgebracht bzw. darauf dispergiert werden. Als Formtrennmittel kann zweckmäßig ein Formtrennmittel verwendet werden, das erhalten wird durch Verdünnen eines Fettsäureesters mit einem Lösungsmittel. Zu spezifischen Beispielen für den Fettsäureester gehören Methylcaproat, Methylcaprylat, Methyllaurylat, Methyllaurat und dgl. Das Lösungsmittel kann ein Erdöl-Lösungsmittel wie Isoparaffin oder dgl. sein. Es kann ein beliebiges Schmiermittel verwendet werden, das erhalten wird durch Vermischen eines Fettsäureesters mit einem Lösungsmittel in einem Gewichtsverhältnis Fettsäureester:Lösungsmittel = 1:20 bis 1:1. Als Fettsäure kann Arachidinsäure in einer Menge von 1,0 Gew.-% oder weniger darin enthalten sein.
Dann wird der Pressling auf eine Sinter-Trägerplatte (Dicke: 0,5 bis 3 mm) gelegt. Die Trägerplatte besteht beispielsweise aus einem Molybdänmaterial. Der Pressling 24 wird zusammen mit der Trägerplatte in ein Sintergehäuse eingeführt. Das Sintergehäuse, das den Pressling trägt, der gesintert werden soll, wird in einen Sinterofen überführt und unterliegt einem bekannten Sinterverfahren in dem Ofen. Der Pressling wandelt sich dabei durch das Sinterverfahren in einen Sinterkörper um.
Dann wird die Oberfläche des Sinterkörpers je nach Bedarf einem Polierverfahren unterworfen. Unmittelbar nach dem Sintern verbleibt ein Oberflächenmuster, das dem Oberflächenmuster der Pressoberfläche entspricht, auf der Oberfläche des Sinterkörpers zurück. Das gesamte Oberflächenmuster oder ein Teil davon kann durch das Polierverfahren entfernt werden. Nach dem Polierverfahren oder anstelle desselben ist es möglich, eine Stufe der Beschichtung der Oberfläche des Sinterkörpers mit einem Harzfilm oder dgl. durchzuführen. Auf diese Weise erhält man das Endprodukt, d. h. einen Seltenerdmetallmagneten.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf einen Seltenerdmetallmagneten beschrieben, der eine für die Verwendung in einer rotierenden Vorrichtung, beispielsweise einem Motor, geeignete Gestalt hat. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Obgleich die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des in 2 erläuterten Magneten beide gekrümmt sind, können die erfindungsgemäßen Effekte in ausreichendem Umfang auch dann erhalten werden, wenn nur eine der Oberflächen gekrümmt ist. In einem solchen Fall kann die Pressoberfläche eines der Stempel für die Bildung der ungekrümmten ebenen Oberfläche eine glatte ebene Oberfläche haben wie bei dem Stand der Technik.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auch wirksam im Falle der Herstellung eines Magneten, der eine Oberfläche aufweist, die als Teil einer sphärischen Oberfläche gekrümmt ist. In einem solchen Fall sind die winzigen O berflächen, die eine Pressoberfläche bilden, in Form eines konzentrischen Musters angeordnet.
Obgleich der hier verwendete Ausdruck "gekrümmte Pressoberfläche" so zu verstehen ist, dass die "gekrümmte Pressoberfläche" eine Pressoberfläche umfasst, die mikroskopisch gekrümmt ist, umfasst die Erfindung auch eine solche Oberfläche, die mikroskopisch "nicht-gekrümmte Abschnitte" aufweist.
Beispiele und Vergleichsbeispiele
Ein Seltenerdmetalllegierungspulver, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden war, wurde unter Verwendung einer Pressvorrichtung mit einem unteren Stempel 16, wie in den 5A und 5B erläutert, druckverdichtet. Bei dem in diesem Beispiel erhaltenen Pressling betrug die Länge, gemessen in der durch den Pfeil B der 2 angezeigten Richtung 40 mm, die Dicke, gemessen in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung, betrug 7 mm im zentralen Abschnitt und 4 mm im Umfangsabschnitt und die Breite, gemessen in einer Richtung senkrecht zu beiden Pfeilen A und B, betrug 35 mm. Ein orientierendes Magnetfeld (etwa 1 MA/m) wurde parallel zu der Pressrichtung (Pfeil A) angelegt, wobei die Pressdichte 4,30 g/cm³ betrug. Dann wurde der Pressling 2 h lang in einem Argonofen bei 1050°C gesintert, wobei man einen Magneten erhielt. Nachdem der Magnet magnetisiert worden war, wurde die Magnetflussdichteverteilung in der Nähe der Magnet-Oberfläche bestimmt.
Als Vergleichsbeispiel wurde ein anderer Magnet hergestellt unter Anwendung einer ähnlichen Pressstufe, jedoch mit einer Pressvorrichtung, die einen unteren Stempel mit einer spiegelglanzpolierten Pressoberfläche aufwies.
Die in dem erfindungsgemäßen Beispiel gemessene Magnetflussdichteverteilung war besser als diejenige, die in dem Vergleichsbeispiel gemessen wurde, und es wurde keine Verteilungsabnormität als Folge einer Abnahme des Orientierungsgrades festgestellt.
Ein Vergleich zwischen einem Beispiel, das unter Verwendung eines Stempels mit einer Oberflächengestalt, wie in 5A erläutert, hergestellt worden war, und einem anderen Beispiel, das unter Verwendung eines Stempels mit einer Oberflächengestalt, wie in 5B erläutert, hergestellt worden war, zeigte, dass zwischen beiden kein signifikanter Unterschied in bezug auf die magnetischen Eigenschaften bestand, dass jedoch der in 5B erläuterte Stempel zu einem besseren Ergebnis führte in bezug auf die Formtrenn-Eigenschaften des Presslings. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass selbst dann, wenn der in 5A erläuterte Stempel verwendet wird, ausreichende Formtrenn-Eigenschaften erhalten werden können, wenn die Breite oder Höhe der winzigen Oberflächen in dem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 5 mm liegt.
Dann wurde das magnetische Widerstandsdrehmoment eines Motors, der unter Verwendung des Magneten gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel hergestellt worden war, gemessen. Die Messergebnisse sind in der 8A dargestellt. Zum Vergleich wurde das magnetische Widerstandsdrehmoment eines anderen Magneten, der unter Verwendung des Magneten gemäß dem Vergleichsbeispiel hergestellt worden war, ebenfalls gemessen. Die Messergebnisse sind in der 8B dargestellt.
Wie aus den 8A und 8B hervorgeht, ist das unerwünschte magnetische Widerstandsdrehmoment des erfindungsgemäßen Beispiels ausreichend kleiner als dasjenige des Vergleichsbeispiels. Erfindungsgemäß wird das unerwünschte magnetische Widerstandsdrehmoment eines Motors verringert, weil es unwahrscheinlich ist, dass in dem Pressling während der Pressstufe eine Orientierungsstörung auftritt.
Bei der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung wird ein konkaves/konvexes Muster auf der Pressoberfläche erzeugt, wodurch das Verschieben der Pulverteilchen entlang der Pressoberfläche während des Pressens des Pulvers in einem orientierenden Magnetfeld unterdrückt und damit eine Störung der Pulver-Orientierung verhindert wird.
In einem Pulverpressling, der unter Verwendung eines solchen Pressvorrichtung hergestellt wird, wird eine gleichmäßige Orientierung erzielt, wodurch ein unter Verwendung eines solchen Presslings hergestellter Seltenerdmetallmagnet die gewünschten magnetischen Eigenschaften aufweist.
Wenn ein Motor mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Magneten ausgestattet wird, ist es möglich, das unerwünschte magnetischen Widerstandsdrehmoment zu verringern.

Claims

Pulverpressvorrichtung (10) zum Pressen eines Pulvers in einem Pressverfahren, umfassend: eine Pressplatte (12) mit einem durchgehenden Loch, das einen Hohlraum bildet; einen ersten Stempel (14) und einen zweiten Stempel (16) zum Pressen eines magnetischen Seltenerdmetall-Legierungspulvers (18), das in den genannten Hohlraum eingefüllt worden ist, in einer Pressrichtung (A); und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes zum Anlegen eines orientierenden Magnetfeldes parallel zu der genannten Pressrichtung (A) an das magnetische Seltenerdmetall-Legierungspulver (18) in dem genannten Hohlraum, wobei mindestens einer der genannten ersten (14) und zweiten Stempel (16) eine gekrümmte Pressoberfläche (14a; 16a) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Pressoberfläche (14a; 16a) so geformt ist, dass sie eine Bewegung der Teilchen des magnetischen Seltenerdmetall-Legierungspulvers (18) entlang der genannten Pressoberfläche (14a; 16a) während des Pressverfahrens unterdrückt.
Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Pressoberfläche ein auf der genannten Pressoberfläche erzeugtes Muster aufweist, das konkave Abschnitte und/oder konvexe Abschnitte aufweist, wobei das genannte Muster sich in einer Richtung erstreckt, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zu der genannten Pressrichtung verläuft.
Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Pressoberfläche parallele winzige Oberflächen aufweist, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zu der genannten Pressrichtung verläuft; und dass jede der genannten winzigen Oberflächen von benachbarten winzigen Oberflächen durch eine Stufe getrennt ist.
Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten winzigen Oberflächen eine Breite von 0,1 mm oder weniger aufweist.
Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Pressoberfläche auf der genannten Pressoberfläche eine Anordnung von konkaven Abschnitten und/oder konvexen Abschnitten umfasst, wobei die genannte Anordnung von konkaven Abschnitten eine Tiefe von nicht mehr als 0,1 mm und die genannte Anordnung von konvexen Abschnitten eine Höhe von nicht mehr als 0,1 mm haben.
Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Pressoberfläche eine Oberflächenrauheit Ra aufweist, die zwischen 0,05 und 12,5 μm liegt.
Pulverpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Pressoberfläche in Form eines Bogens gekrümmt ist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Seltenerdmetalllegierungspulver-Presslings, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulverpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Seltenerdmetall-Legierungspulver eine Legierung vom Fe-R-B-Typ ist, worin R für ein Seltenerdmetallelement und B für Bor stehen.
Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Seltenerdmetalllegierungspulver-Pressling erhalten durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 verwendet wird.
Pulverpressplatten-Anordnung umfassend einen Stempel (14; 16) mit einer gekrümmten Pressoberfläche (14a; 16a) zum Pressen von Pulverteilchen während eines Pressverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (14; 16) eine Pressoberfläche (14a; 16a) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Seltenerdmetallmagnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Seltenerdmetallmagnet in einer Richtung gepresst worden ist, in der sich auf seiner Oberfläche ein Muster befindet, das konkave Abschnitte und/oder konvexe Abschnitte umfasst, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zu der genannten Pressrichtung verläuft.
Seltenerdmetallmagnet, der durch Pressen eines Magnetpulvers in einer Pressrichtung hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Magnet umfasst: eine Oberfläche, die eine Vielzahl von parallelen winzigen Oberflächen aufweist, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zu der genannten Pressrichtung verläuft, wobei jede der genannten winzigen Oberflächen durch eine Stufe von benachbarten winzigen Oberflächen getrennt ist.
Seltenerdmetallmagnet nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten winzigen Oberflächen eine Breite von 0,1 mm oder weniger aufweist.
Seltenerdmetallmagnet, der durch Pressen eines Magnetpulvers in einer Pressrichtung hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Seltenerdmetallmagnet eine Oberfläche umfasst, die eine Vielzahl von bandförmigen ebenen Oberflächen aufweist, die sich in einer Richtung erstrecken, die im allgemeinen parallel zu einer Bezugsebene ist, die senkrecht zu einer Pressrichtung verläuft.