DE19728418C2 - Herstellungsverfahren für anisotrope harzgebundene Magneten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Formpreßver­ fahren für anisotropische harzgebundene Magneten.

Anisotropische harzgebundene Magneten, welche aus in einer Harzmatrix eingebetteten Magnetpulvern gemacht sind, werden hauptsächlich durch Formpressen hergestellt. Beim Formpressen wird die aus einem Gemisch aus Magnetpulver und Harz beste­ hende Verbindung in eine Form gefüllt und in die gewünschte Form gepreßt. Während des gesamten Formpreßvorgangs wird die Verbindung in einem Magnetfeld von 664.10³ A/m-955.10³ A/m (8-12 kOe) gehalten, um die Magnetisierungsrichtung des Ma­ gnetpulvers in Richtung des Magnetfelds auszurichten, indem die Magnetpulverteilchen gedreht und verschoben werden.

Hinsichtlich des Formpreßverfahrens für die anisotropischen harzgebundenen Magneten gibt es zwei zu beachtende Patent­ schriften, in welchen die Verfahren zur Verbesserung der Aus­ richtung im Magneten durch Verwendung einer Gummiform zur Be­ reitstellung von hydrostatischem Druck auf die Verbindung of­ fenbart sind. Eine ist die JP-OS 7-130566. Dabei wird die Verbindung in einem an­ gelegten pulsierenden Magnetfeld, durch dessen hohe Intensi­ tät ein hoher Grad an Ausrichtung in das Pulver eingeführt wird, in einer Gummiform vorgeformt. Anschließend wird die Vorform in der Gummiform in einem statischen Magnetfeld form­ gepreßt. Durch die Gummiform wird ein hydrostatischer Druck erhalten, durch welchen der Ausrichtungsgrad in der Vorform hoch bleibt. Das Verfahren hat jedoch die folgenden Nachtei­ le. Zunächst ist es schwierig, eine hohe Dichte zu erhalten, da der beim Formpressen angelegte Druck nicht mehr als 78,4.10⁶-147,1.10⁶ Pa (0,8-1,5 t/cm²) betragen darf, damit ein Bruch der Gummiform vermieden wird. Eine ungenügende Dichte führt zu unbefriedigenden magnetischen Eigenschaften. Zudem kann aufgrund der Verformung der Gummiform unter dem angeleg­ ten Druck keine Dimensionsgenauigkeit erhalten werden.

Schließlich ist das Verfahren aufgrund des Verschleißes der Gummiform nicht bei der Massenproduktion verwendbar.

Die andere Patentschrift, bei welcher hydrostatischer Druck verwendet wird, ist die JP-OS 61-147997. Hierbei wird beim Formpressen ein kal­ ter isostatischer Druck in einem pulsierenden oder statischen Magnetfeld angelegt. Durch den hydrostatischen Druck kann in dem Verfahren eine verschlechterte Ausrichtung vermieden und dem Magneten gute magnetische Eigenschaften verliehen werden. Jedoch ist das Verfahren ebenfalls nicht bei der Massenpro­ duktion einsetzbar, da die Haltbarkeit der Gummiform sehr ge­ ring ist.

In der JP-OS 8-31677 des Anmelders ist ein anderes Verfahren offenbart, welches sich von dem des Anlegens eines hydrostatischen Drucks zum Erhalt eines hohen Ausrichtungsgrads unterscheidet. Hierbei ist das warme Formpreßverfahren vorgeschlagen, um sowohl Di­ mensionsgenauigkeit als auch einen hohen Ausrichtungsgrad zu ermöglichen. In dem Verfahren werden anstatt einer Gummiform Metallpreßplatten verwendet, um Dimensionsgenauigkeit zu ge­ währleisten. Ein hoher Grad an Magnetpulverausrichtung wird erhalten, indem sowohl das Magnetfeld als auch der Druck an ein im flüssigen Zustand befindliches Harz angelegt werden, in welchem sich die Magnetteilchen leicht in Richtung des an­ gelegten Magnetfeldes ausrichten können. Das Harz wird auf die Temperatur erhitzt, bei welcher es unmittelbar vor Beginn der Heißhärtungsreaktion in den flüssigen Zustand übergeht. Jedoch ist die erreichte Dichte einer bestimmten Einschrän­ kung unterworfen, da es aus folgendem Grund schwierig ist, die Verbindung mit ausreichend hohem Druck zu pressen. Gemäß der Erfindung muß die Ausrichtung und Verdichtung gleichzei­ tig in einer aus einem weichen magnetischen Material gemach­ ten Form durchgeführt werden. Weiches magnetisches Material weist eine geringe Druckfestigkeit auf. Daher kann der zum Erhalt eines Preßlings mit hoher Dichte erforderliche Druck nicht angelegt werden. Weiterhin hat dieses Verfahren auf­ grund der langen Dauer der Preßzyklen, welche aus Erhitzen, Beschicken sowie Magnetisieren und Entmagnetisieren der elek­ tromagnetischen Spule bestehen, den Nachteil einer geringen Produktivität.

Die DE 42 28 520 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger kunststoffgebundener Dauermagnetformteile mittels eines zweistufigen Pressverfahrens.

Die DE 42 28 519 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung kunststoffgebundener anisotroper Dauermagnetformteile mittels eines zweistufigen Pressverfahrens.

Die DE-PS 708 101 beschreibt ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von permanenten Magneten in der gleichen Vorrichtung.

Die EP 0 318 252 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gebundenen Magneten aus einer Mischung eines vernetzbaren organischen Materials und eines magnetischen Materials.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Formpreß­ verfahren mit verbesserter Produktivität für anisotropische harzgebundene Magneten bereitzustellen, durch welches ein Ma­ gnet mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften durch Er­ reichen eines hohen Ausrichtungsgrads, einer hohen Dichte so­ wie von Dimensionsgenauigkeit bereitgestellt wird.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Her­ stellungsverfahren für anisotrope harzgebundene Magneten ge­ mäß Anspruch 1 gelöst.

Bei der Durchführung einer intensiven Untersuchung der ani­ sotropischen Ausrichtung des Magnetpulvers in der Verbindung wurde gefunden, daß ein hoher Ausrichtungsgrad erhalten wird, indem die Verbindung bei relativ niedrigem Druck in einem an­ gelegten Magnetfeld bei der Temperatur vorgeformt wird, bei welcher das Harz für kurze Zeit flüssig wird und die Heißhär­ tungsreaktion sofort einsetzt. Es wurde auch gefunden, daß die Ausrichtung in der Vorform, in welcher die Heißhärtungs­ reaktion teilweise angefangen hatte, während dem nachfolgen­ den Formpressen selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn das angelegte Magnetfeld abgeschaltet wird. Aus diesen Tatsachen kann geschlossen werden, daß das Formpreßverfahren in einem angelegten Magnetfeld in zwei Schritte unterteilt werden kann, wobei der erste aus der Ausrichtung des Magnet­ pulvers durch Anlegen eines Magnetfelds und der zweite aus der Verdichtung der Vorform durch Pressen besteht. Bei einer Trennung können zwei verschiedene Formvorrichtungen jedem Schritt zugewiesen werden. Als Ergebnis würde die Produktivi­ tät um mehr als das Doppelte verbessert werden, da der Aus­ richtungsschritt und der Verdichtungsschritt parallel mit zwei oder mehr unterschiedlichen Vorrichtungen durchgeführt werden können. Der zweite Vorteil getrennter Vorrichtungen besteht darin, daß die Haltbarkeit der Formpreßplatten ver­ längert wird. Im Ausrichtungsschritt ist die Vorformungspreß­ platte aus einer Kombination von weichen magnetischen und un­ magnetischen Materialien gemacht, welche nicht so hart sind. Für den getrennten Ausrichtungsschritt ist aber kein hoher Druck erforderlich, und dadurch wird eine ausreichend lange Haltbarkeit für die Formpreßplatte gewährleistet. Im Verdich­ tungsschritt ist hoher Druck erforderlich, jedoch ist für den getrennten Verdichtungsschritt kein Anlegen eines Magnetfelds erforderlich, so daß die Formpreßplatte aus sehr harten Mate­ rialien wie zementiertem Carbid (WC-Co-Legierungstyp) oder Werkzeugstahl (SKD61) gemacht werden kann. Der dritte Vorzug besteht darin, daß die magnetischen Eigenschaften des herge­ stellten harzgebundenen Magneten verbessert sind. Durch die getrennten Schritte wird sowohl ein hoher Ausrichtungsgrad als auch eine hohe Dichte der Magneten ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung ist durch die Trennung des Ausrich­ tungsschritts und des Verdichtungsschritts und die aufeinan­ derfolgende Durchführung dieser Schritte in unterschiedlichen Vorrichtungen gekennzeichnet. Die Erfindung beruht auf den vorstehend beschriebenen Ergebnissen. Das Verfahren besteht aus dem Ausrichtungsschritt, in welchem ein einleitendes Formpressen durchgeführt wird, indem die Verbindung durch Er­ hitzen in den flüssigen Zustand überführt und das Magnetpul­ ver durch das angelegte Magnetfeld ausgerichtet wird, dem Überführungsschritt zur Überführung der Vorform in die in der Verdichtungspresse befindliche Verdichtungsform sowie dem Verdichtungsschritt, in welchem das Formpressen durch Anlegen eines gewünschten Drucks an die in der Verdichtungsform be­ findliche teilweise gehärtete Vorform durchgeführt wird.

Im Ausrichtungsschritt des erfindungsgemäßen Formpreßverfah­ rens wird in dem Moment, in dem das Harz schmilzt und flüssig wird, vorzugsweise an dem Punkt der geringsten Viskosität, ein Magnetfeld angelegt. In diesem Moment lassen sich die Teilchen des anisotropen Magnetpulvers am einfachsten drehen und verschieben, so daß ihre Magnetisierungsrichtungen ent­ sprechend dem angelegten Magnetfeld ausgerichtet werden. Das einleitende Formpressen wird unter relativ niedrigem Druck durchgeführt, um die Vorform mit festgelegten Dimensionen und genügend Festigkeit zur Überführung in den nächsten Schritt zu erhalten. Innerhalb der Vorform sind Schichten aus den Ketten der ausgerichteten Magnetpulverteilchen, welche vom gehärteten Harz in einer halbgehärteten Harzmatrix umgeben sind. Die Oberfläche der Vorform ist ebenfalls von gehärtetem Harz bedeckt. Der Grund dafür, warum einige Abschnitte des Harzes gehärtet sind, besteht in dem höheren Druck und der höheren Temperatur in diesen Abschnitten. Nachdem die Vorform in der Verdichtungsform erneut formgepreßt wurde, bleiben die ausgerichteten Ketten im Preßling bestehen, da ihre Anwesen­ heit durch die Schale aus gehärtetem Harz geschützt ist, vorausgesetzt, daß die Preßrichtung senkrecht zur Richtung der Ketten ist. Gleichzeitig werden die kleinen Lufthohlräume in der Matrix beträchtlich verringert. Somit wird ein anisotro­ per harzgebundener Magnet mit Dimensionsgenauigkeit und einem hohen Ausrichtungsgrad erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend genauer beschrieben.

Wie vorstehend erwähnt beruht die vorliegende Erfindung auf den abgetrennten Schritten beim Formpressen für einen ani­ sotropischen harzgebundenen Magneten, in denen die Verbindung einleitend in einem angelegten Magnetfeld zur Ausrichtung der Richtung des Magnetpulvers formgepreßt und nachfolgend in der Verdichtungspresse in die gewünschte Form verdichtet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einem Ausrich­ tungsschritt, einem Überführungsschritt und einem Verdich­ tungsschritt.

Im Ausrichtungsschritt wird eine Vorform durch eine Vorform­ presse formgepreßt. Die Vorformpresse besteht aus einem Form­ preßgerät und einem elektromagnetischen Feldgenerator. Eine Kombination aus einem herkömmlichen Formpreßgerät und einem Elektromagneten kann für die Vorformpresse verwendet werden, wobei in diesem Fall die erforderliche Preßfähigkeit weitaus geringer als für das herkömmliche Formpreßverfahren ist. Die Vorformungspreßplatte besteht aus einer Kombination aus einem unmagnetischen Material und einem weichen magnetischen Mate­ rial, wodurch in der Form ein starkes Magnetfeld gewährlei­ stet ist. Diese Materialien besitzen eine geringe Festigkeit und können einem hohen Druck beim Formpressen nicht standhal­ ten. Erfindungsgemäß ist beim Ausrichtungsschritt kein hoher Druck erforderlich, so daß die Haltbarkeit der Form für die Vorformung ausreichend lang wäre.

Die Verbindung wird durch gleichförmiges Vermischen des ani­ sotropischen Magnetpulvers, dessen Teilchengröße 44-425 µm beträgt, mit dem heißhärtbaren Harz, dessen Teilchengröße 44 µm beträgt, in einem Knetgerät hergestellt. Als heißhärtbares Harz können Epoxidharz, Phenolharz oder Melaminharz verwendet werden. Als anisotropes Pulver ist Magnetpulver aus Selten­ erdmetallen aufgrund seiner ausgezeichneten magnetischen Ei­ genschaften bevorzugt, obwohl Ferrit-Magnetpulver verwendet werden kann. Die Arten des Seltenerd-Magnetpulvers sind ein Magnet vom Nd-Fe-B-Typ, ein Magnet vom Sm-Co-Typ und ein Ma­ gnet vom Sm-Fe-N-Typ.

Vorzugsweise beträgt das Volumenverhältnis des heißhärtbaren Harzes zum Gesamtvolumen der Verbindung 10-20 Vol.-%. Durch einen Anstieg des Volumens des heißhärtbaren Harzes in der Verbindung wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigen­ schaften hervorgerufen. Durch einen Abfall des Volumens des heißhärtbaren Harzes wird leicht ein Riß im geformten Magne­ ten hervorgerufen. Zusätzlich werden die magnetischen Eigen­ schaften aufgrund einer unzureichenden Ausrichtung des Ma­ gnetpulvers, welche auf die geringe Beweglichkeit der Magnet­ pulverteilchen im flüssigen Harz zurückzuführen ist, ver­ schlechtert.

Zunächst wird die Verbindung in eine Form zur Vorformung ge­ füllt, welche auf eine bestimmte Temperatur gehalten wird. Die festgelegte Menge der Verbindung muß sorgfältig in die Form zur Vorformung gefüllt werden, um die Dimensionsgenauig­ keit des harzgebundenen Magneten zu erhalten. Die Temperatur der Form zur Vorformung wird durch den daran angebrachten Heizkörper erhöht. Die Verbindung wird durch die Leitung von der Form erhitzt. Ein anderes Heizverfahren kann eingesetzt werden, beispielsweise wird ein vorher bei Raumtemperatur formgepreßter Grünling außerhalb der Form zur Vorformung erhitzt, anschließend in die Form eingeführt und der Ausrich­ tungsschritt durchgeführt.

Nachdem die Verbindung in die Form gefüllt ist, wird das heißhärtbare Harz für einen kurzen Zeitraum geschmolzen und in den flüssigen Zustand überführt, unmittelbar bevor die Heißhärtungsreaktion einsetzt. Ein Magnetfeld und Druck wer­ den angelegt, wenn die Viskosität des Harzes ihren geringsten Wert aufweist. Das Anlegen des Magnetfeldes muß vor dem An­ stieg der Viskosität des Harzes aufgrund der Härtungsreaktion erfolgen. Die Geschwindigkeit der Härtungsreaktion oder die Viskosität des geschmolzenen Harzes sind von der Art des heißhärtbaren Harzes und des Härtungsbeschleunigungsmittels abhängig. Das geeignete heißhärtbare Harz muß für gewünschte Formpressbedingungen ausgewählt werden. Das angelegte Magnet­ feld und der angelegte Druck müssen gemäß dem verwendeten heißhärtbaren Harz und dem Härtungsbeschleunigungsmittel ge­ steuert werden.

Die zum Erreichen einer ausreichenden Magnetpulverausrichtung erforderliche Magnetfeldintensität beträgt 664.10³ A/m-­ 955.10³ A/m (8-12 kOe). Es kann entweder ein statisches Ma­ gnetfeld oder ein gepulstes Magnetfeld angelegt werden. Der zum Erhalt einer ausreichenden Festigkeit in der Vorform er­ forderliche Druck liegt zwischen 98,04.10⁶ und 196,08.10⁶ Pa (1,0-2,0 t/cm²). Durch die vorstehend genannten Bedingungen wird eine Vorform mit ausreichender Festigkeit zur Überfüh­ rung in den nächsten Schritt und ausreichender anisotroper Magnetpulverausrichtung formgepreßt. Vorzugsweise wird die Vorform entmagnetisiert, damit sie leicht aus der Form zur Vorformung herausgehoben werden kann. Diese Entmagnetisie­ rungsbehandlung wird durch ein normales Verfahren durchge­ führt, bei welchem ein umgekehrtes Magnetfeld durch einen Elektromagneten angelegt wird.

Nach dem Ausrichtungsschritt wird die Vorform zum nächsten Schritt überführt, in welchem die Verdichtung in einer Ver­ dichtungspresse durchgeführt wird. Das Übertragungsgerät be­ findet sich zwischen der Vorformpresse und der Verdichtungs­ presse. Einige Beispiele für das Übertragungsgerät sind ein Roboterarm oder eine durch den Öldruck der Presse angetriebe­ ne Druckstange.

Vorzugsweise sollte der Übertragungsschritt so schnell wie möglich durchgeführt werden, da das Voranschreiten des Här­ tungsvorgangs im Übertragungsschritt vermieden werden sollte.

Im Anschluß an den Übertragungsschritt wird die Vorform bei erhöhter Temperatur formgepreßt und zu einem anisotropen harzgebundenen Magneten mit gewünschten Dimensionen und hoher Dichte geformt. In diesem Verdichtungsschritt wird ein her­ kömmliches Formpreßgerät verwendet, welches erfindungsgemäß als Verdichtungspresse bezeichnet wird. Der Druck beim Form­ pressen wird auf einen höheren Wert als dem des Ausrichtungs­ pressens gesetzt. Vorzugsweise liegt der Druck zwischen 686,28.10⁶ und 990,4.10⁶ Pa (7,0-10,0 t/cm²). Die bevorzugte Temperatur beträgt zwischen 150°C und 180°C. Die Verweilzeit beträgt zwischen 3 und 10 s. Bei derart ausgewählten Bedin­ gungen wird das Magnetpulver ausreichend fest gebunden.

Es wird bevorzugt, die Vorform und die Formpreßplatte zu er­ hitzen, da ein Abkühlen der Vorform in der Form vermieden werden sollte. Es ist akzeptabel, daß das Formpressen in ei­ nem angelegten Magnetfeld durchgeführt wird.

Der verdichtete Magnet kann in einem Ofen weiter gehärtet werden, nachdem er aus der in der Verdichtungspresse befind­ lichen Form herausgelöst worden ist.

Die Erfindung ist durch die Trennung des Ausrichtungsschritts und des Verdichtungsschritts gekennzeichnet. Im Ausrichtungs­ schritt wird eine Vorform einleitend in einem angelegten Ma­ gnetfeld unter relativ geringem Druck formgepreßt und an­ schließend im Verdichtungsschritt unter hohem Druck ohne An­ legen eines Magnetfelds formgepreßt.

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren werden ausge­ zeichnete magnetische Eigenschaften erhalten. Diese sind mit denen der Magneten vergleichbar, welche durch das in der ja­ panischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 8-31677 des Anmel­ ders offenbarte Formpreßverfahren hergestellt wurden, bei welchem das Magnetfeld und der hohe Druck gleichzeitig ange­ legt werden.

Erfindungsgemäß werden die Kosten für das Produktionsgerät verringert, indem unterschiedliche Funktionen, d. h. das Anle­ gen des Magnetfelds und das Anlegen von Druck, unterschiedli­ chen Preßgeräten zugeordnet werden. Die Produktivität des Formpressens wird ebenfalls erhöht sowie der Formpreßplatte eine erhöhte Haltbarkeit verliehen. Weiterhin wird für ani­ sotrope harzgebundene Magneten Dimensionsgenauigkeit ermög­ licht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht des in den erfindungsgemäß verwen­ deten Ausführungsformen verwendeten Formpreßgeräts.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der durch das in Fig. 1 gezeigte Gerät hergestellten Magneten, wobei die N-S-Richtung angezeigt ist.

Fig. 3 die perspektivische Ansicht des Magneten mit radialer Magnetisierung.

Fig. 4 eine Schnittansicht des Formpreßgeräts zur Herstellung des in Fig. 3 gezeigten anisotropen harzgebundenen Magneten.

Eine Legierung vom Nd-Fe-B-Typ mit einer Zusammensetzung von 12,7 At-% Nd, 6,0 At-% B, 17,1 At-% Co, 0,3 At-% Ga, 0,5 At-% Zr und einem aus Fe bestehenden Rest wurde in einem Vakuumin­ duktionsschmelzofen geschmolzen und zu einem Block gegossen. Der Block wurde 40 Stunden bei 1100°C hitzebehandelt, um ein homogenisiertes Material zu erhalten.

Anschließend wurde das Material einer HDDR- (Hydrierung, Disproportionierung, Desorption und Rekombination)-Behandlung unterzogen, wobei die Hydrierung drei Stunden bei 800°C in einer Wasserstoffatmosphäre von 0,49.10⁵ Pa (0,5 kgf/cm²), die Desorption 30 Minuten bei 800°C unter einem Vakuum von 6,65.10^-3 Pa (5.10^-5 Torr) und das Abschrecken bei Raumtempera­ tur durchgeführt wird. Als Ergebnis wurde eine Anhäufung ei­ nes feinen Pulvers erhalten. Es wurde in einem Mörser leicht zermahlen und somit Magnetpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 150 µm erhalten.

Das mit einem Kupplungsmittel beschichtete Magnetpulver wurde mit einem heißhärtbaren Harz vermischt, welches aus Epoxid­ harzpulver (Handelsname Epicoat 1004, hergestellt von Shell Epoxy Co.) als Hauptpulver und Diaminodiphenylmethan (DDM, ein Produkt von Wako Pure Chemical Co.) als Härtungsmittel bestand, und somit die Verbindung hergestellt. Das Verhältnis von Magnetpulver zu heißhärtbarem Harz beträgt jeweils 80 Vol.-% zu 20 Vol.-%.

Das erfindungsgemäß verwendete Gerät ist in Fig. 1 gezeigt. Dieses Gerät besteht aus der Vorformpresse 20 mit dem Magnetfeldgenerator 10 sowie der Verdichtungspresse 30. Die Vor­ formpresse 20 besteht aus einer Vorformungspreßplatte 22, welche eine zylindrische Form und ein koaxiales Durchgangs­ loch hat, wodurch sich ein Hohlraum 23 in ihr ergibt, einem von der oberen Öffnung der Vorformungspreßplatte 22 einge­ führten oberen Locheisen (punch) 24, einem von der unteren Öffnung der Vorformungspreßplatte 22 eingeführten unteren Locheisen 25, sowie aus einer Stromversorgung 26 zum Zusam­ menpressen des oberen Locheisens 24 und des unteren Lochei­ sens 25. Die Vorformungspreßplatte 22 hat ein eingebautes Heizelement 21.

Der Magnetfeldgenerator 10 besteht aus einem Paar Magnetpolen 11, 12 sowie aus einer elektromagnetischen Spule 13, durch welche den magnetischen Polen 11, 12 ein magnetischer Fluß zugeführt wird. Die Vorformungspreßplatte 22 ist zwischen den magnetischen Polen 11, 12 angeordnet. Die Vorformungspreß­ platte 22 ist aus Permendur (Fe-Co-Legierung) oder reinem Ei­ sen gefertigt, und eine Innenoberfläche der Vorformungspreß­ platte 22' besteht aus einem unmagnetischen Material. Der Querschnitt des Hohlraums 23 beträgt 7 × 7 mm.

Die Verdichtungspresse 30 besteht aus einer Verdichtungsform­ preßplatte 32, welche zylindrische Form und ein koaxiales Durchgangsloch hat, so daß sich ein Hohlraum 33 in ihr er­ gibt, einem von der oberen Öffnung der Verdichtungsformpreß­ platte 32 her eingeführten oberen Locheisen 34, einem von der unteren Öffnung der Verdichtungsformpreßplatte 32 her einge­ führten unteren Locheisen 35, sowie aus einer Stromversorgung 36 zum Zusammenpressen des oberen Locheisens 34 und des unte­ ren Locheisens 35. Die Verdichtungsformpreßplatte 32 ist aus zementiertem Carbid (WC-Co-Legierungstyp) oder Werkzeugstahl (SKD61) gefertigt, und der Querschnitt des Hohlraums 33 be­ trägt 7 × 7 mm. Die Verdichtungsformpreßplatte 32 hat ein eingebautes Heizelement 31.

Ein anisotroper harzgebundener Magnet wird im vorstehend be­ schriebenen Gerät formgepreßt. Der Magnet hat eine quadrati­ sche Form von 7 × 7 × 7 mm und ist in Fig. 2(A) perspekti­ visch gezeigt. Die Nord- und Südpole des Magneten sind in der Figur durch den Pfeil gekennzeichnet.

Zunächst wird eine Vorform in der Vorformpresse bei 150°C formgepreßt, dann sofort mit einem Roboterarm in die Verdich­ tungspresse überführt und anschließend unter hohem Druck in der Verdichtungspresse bei 150°C verdichtet, also bei der gleichen Temperatur wie für den Ausrichtungsschritt. Die Temperatur der Vorformungspreßplatte 22 und der Verdichtungs­ formpreßplatte 32 wurde auf 150°C eingestellt. Die Bedingun­ gen sind mit Ausnahme der Temperatur der Vorformpresse und der Verdichtungspresse in Tabelle 1 gezeigt. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wurde für die Proben Nr. 1 bis 6 der Formungs­ druck im Ausrichtungsschritt von 98,04.10⁶ bis 588,2.10⁶ Pa (1,0-6,0 t/cm²) und das angelegte Magnetfeld von 796.10³ bis 119.10⁴ A/m (10-15 kOe) variiert. Im Verdichtungsschritt wur­ de der Druck beim Formpressen auf einem konstanten Wert von 882,4.10⁶ Pa (9,0 t/cm²) gehalten, ohne daß ein Magnetfeld an­ gelegt wurde.

Die Proben Nr. 11 bis 13 in Tabelle 1 wurden zum Vergleich unter Verwendung des Formpreßverfahrens gemacht, bei welchem die Ausrichtung und Verdichtung gleichzeitig in der Vorform­ presse 20 durchgeführt wurden. Der eingestellte Druck betrug 833,34.10⁶ Pa (8,5 t/cm²) und die Intensität des Magnetfelds 796.10³, 119.10⁴ und 159.10⁴ A/m (10, 15 und 20 kOe).

Die Zeitdauer des Formpressens war von der Art des Harzes und der Formpreßtemperatur abhängig. In dieser Ausführungsform wurde gefunden, daß die Viskosität der Verbindung 20 Sekunden nach ihrem Einfüllen in die Vorformungspreßplatte am niedrigsten ist, und die Zeitdauer des Formpressens wurde gemäß die­ ser Tatsache bestimmt.

Die Reihenfolge bei der Probenherstellung für die Proben Nr. 1-6 ist wie folgt. Zuerst wurde die Verbindung in den Hohl­ raum 23 in der Vorformungspreßplatte 22 gefüllt. Dann wurde das angelegte Magnetfeld in 10 Sekunden von 0 auf die festge­ legten Werte von 796.10³ A/m (10 kOe) oder 119.10⁴ A/m (15 kOe) erhöht. Das Magnetfeld wurde nach Erreichen des festge­ legten Wertes 30 Sekunden aufrechterhalten. Gleichzeitig wur­ de der angelegte Druck in 20 Sekunden von 0 auf die festge­ legten Werte von 98,04.10⁶-588,2.10⁶ Pa (1,0-6,0 t/cm²) er­ höht. Der Druck wurde 10 Sekunden aufrechterhalten. Dann wur­ de die erhaltene Vorform innerhalb von etwa 2 Sekunden nach Beendigung des Ausrichtungsschritts in die Verdichtungsform­ preßplatte 32 gegeben und anschließend 10 Sekunden in der Verdichtungsformpreßplatte 32 gehalten, um die Vorform auf die festgelegte Temperatur von 150°C zu erhitzen. Dann wurde sie 20 Sekunden bei dem festgelegten Druck von 882,4.10⁶ Pa (9,0 t/cm²) gepreßt.

Bei den Proben Nr. 11-13 wurde die Verbindung in den Hohlraum 23 in der Vorformungspreßplatte 22 gefüllt. Dann wurde das angelegte Magnetfeld in 10 Sekunden von 0 auf die festgeleg­ ten Werte von 796.10³, 119.10⁴ oder 159.10⁴ A/m (10, 15 oder 20 kOe) erhöht. Das Magnetfeld wurde nach Erreichen des festge­ legten Wertes 50 Sekunden aufrechterhalten. Gleichzeitig wur­ de der angelegte Druck in 20 Sekunden von 0 auf den festge­ legten Wert von 833,34.10⁶ Pa (8,5 t/cm²) erhöht. Der Druck wurde 30 Sekunden aufrechterhalten.

Das Produkt mit maximaler Energie von den erhaltenen ani­ sotropen harzgebundenen Magneten ist jeweils in Tabelle 2 ge­ zeigt. Wie in Tabelle 2 gezeigt ist erkennbar, daß das Pro­ dukt mit maximaler Energie der Proben Nr. 1-6 mit dem der Proben Nr. 11-13 vergleichbar ist, obwohl während des Ver­ dichtungsschritts für die Proben Nr. 1-6 kein Magnetfeld an­ gelegt wurde.

Das bedeutet, daß ein anisotroper harzgebundener Magnet mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften durch die Kombina­ tion von Ausrichtungsschritt und Verdichtungsschritt erhalten werden kann, wobei eine Vorform einleitend in einem angeleg­ ten Magnetfeld unter relativ niedrigem Druck im Ausrichtungs­ schritt formgepreßt und anschließend unter hohem Druck ohne Anlegen eines Magnetfelds formgepreßt wird. Durch diese Tren­ nung von Ausrichtungsschritt und Verdichtungsschritt wird die Herstellung der Vorformungspreßplatte aus magnetisch stark gesättigtem Material ermöglicht, also aus Materialien, welche den hohen Drücken bei herkömmlichen Formpreßplatten nicht standhalten. Dadurch wird die Ausgestaltung der in einem an­ gelegten Magnetfeld verwendeten Form erleichtert.

Erfindungsgemäß sind die für den Ausrichtungsschritt und den Verdichtungsschritt erforderlichen Zeitdauern vergleichbar. Daher können, wenn jedem Schritt ein unterschiedliches Gerät zugeordnet wird, diese Produktionsschritte parallel durchge­ führt werden. Dadurch wird die Produktivität verdoppelt, das heißt in einer vorgegebenen Zeit werden durch das erfindungs­ gemäße Verfahren zwei harzgebundene Magneten hergestellt, während mit dem Verfahren, bei welchem Druck und Magnetfeld gleichzeitig in einem Gerät angelegt werden, nur ein Magnet hergestellt wird. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Geräts wird erfindungsgemäß verdoppelt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist für die anisotropen harzgebundenen Magneten auch Dimensionsgenauigkeit erreich­ bar, da beim Formpressen die aus harten Materialien mit hoher Festigkeit gemachte Verdichtungsformpreßplatte verwendet wird.

In dem Formpreßgerät gemäß Fig. 1 können Magneten mit der Form aus Fig. 2(A), (B), (C) und (D), bei der die N-S-Rich­ tung senkrecht zur Formpreßrichtung ist, formgepreßt werden.

Tabelle 1

Tabelle 2

Ringmagneten mit radialer Magnetisierung, wie die in Fig. 3(D) und Fig. 3(E) gezeigten, werden mit dem in Fig. 4 ge­ zeigten Gerät hergestellt.

Dieses Gerät besteht aus der Vorformpresse 50 mit dem Magnet­ feldgenerator 40 sowie der Verdichtungspresse 70. Die Vor­ formpresse 50 besteht aus einer Vorformungspreßplatte 52, welche zylindrisch ist und ein koaxiales Durchgangsloch hat, wodurch sich ein Hohlraum 53 in ihr ergibt, einem von der oberen Öffnung der Vorformungspreßplatte 52 eingeführten säu­ lenförmigen oberen Kern 54, welcher gegen den säulenförmigen unteren Kern 55 stößt, einem von der unteren Öffnung der Vor­ formungspreßplatte 52 eingeführten säulenförmigen unteren Kern 55, einem von der oberen Öffnung eines durch die Innen­ fläche des Hohlraums 53 und der Außenfläche des oberen Kerns 54 gebildeten zylindrischen Formraums eingeführten zylindri­ schen oberen Locheisen 56, einem von der unteren Öffnung ei­ nes durch die Innenfläche des Hohlraums 53 und der Außenflä­ che des unteren Kerns 55 gebildeten zylindrischen Formraums eingeführten zylindrischen unteren Locheisen 57, einer am oberen Locheisen 56 durch Schweißen befestigten oberen Locheisenbasis 58, einer am unteren Locheisen 57 mit Schrau­ ben befestigten unteren Locheisenbasis 59, einer Stromversor­ gung für die Kerne 60 zum Zusammenpressen des oberen Kerns 54 und des unteren Kerns 55, sowie aus einer Stromversorgung für die Locheisen 61 zum Zusammenpressen der oberen Locheisenba­ sis 58 und der unteren Locheisenbasis 59. Die Vorformungs­ preßplatte 52 hat ein eingebautes Heizelement 51.

Der Magnetfeldgenerator 40 besteht aus elektromagnetischen Spulen 41, 42, die koaxial mit der dazwischen befindlichen Vorformungspreßplatte 52 angeordnet sind. Die Vorformungs­ preßplatte 52, das obere Locheisen 56 und das untere Lochei­ sen 57 sind aus einem unmagnetischen Material, und der obere Kern 54, der untere Kern 55, die obere Locheisenbasis 58 und die untere Locheisenbasis 59 sind aus weichem magnetischen Material gefertigt.

In der Vorformpresse 50 werden zwei magnetische Kreise gebil­ det. In einem der Kreise verläuft der durch die elektromagne­ tische Spule 41 erzeugte magnetische Fluß durch die obere Locheisenbasis 58 sowie den oberen Kern 54 und fließt in zen­ trifugaler Richtung in den Hohlraum 53 und die Vorformungs­ preßplatte 52 und kehrt zur elektromagnetischen Spule 41 zu­ rück. In dem anderen magnetischen Kreis verläuft der durch die elektromagnetische Spule 42 erzeugte magnetische Fluß durch die untere Locheisenbasis 59 sowie den unteren Kern 55 und fließt in zentrifugaler Richtung in den Hohlraum 53 und die Vorformungspreßplatte 52 und kehrt zur elektromagneti­ schen Spule 42 zurück.

Somit fließt in der Vorformpresse 50 der magnetische Fluß in zentrifugaler Richtung in den Hohlraum 53. Daher weist die Vorform des ringförmigen anisotropen harzgebundenen Magneten einen Pol auf der Innenfläche und den anderen Pol auf der Au­ ßenfläche des Rings auf.

Die Verdichtungspresse 70 besteht aus einer Verdichtungsform­ preßplatte 72, welche zylindrisch ist und ein koaxiales Durchgangsloch hat, so daß sich ein Hohlraum 73 in ihr er­ gibt, einem von der oberen Öffnung der Verdichtungsformpreß­ platte 72 eingeführten säulenförmigen oberen Kern 74, welcher gegen den säulenförmigen unteren Kern 75 stößt, einem von der unteren Öffnung der Verdichtungsformpreßplatte 72 eingeführ­ ten säulenförmigen unteren Kern 75, einem von der oberen Öff­ nung eines durch die Innenfläche des Hohlraums 73 und der Au­ ßenfläche des oberen Kerns 74 gebildeten zylindrischen Form­ raums eingeführten zylindrischen oberen Locheisen 76, einem von der unteren Öffnung eines durch die Innenfläche des Hohl­ raums 73 und der Außenfläche des unteren Kerns 75 gebildeten zylindrischen Formraums eingeführten zylindrischen unteren Locheisen 77, einer am oberen Locheisen 76 durch Schweißen befestigten oberen Locheisenbasis 78, einer am unteren Locheisen 77 mit Schrauben befestigten unteren Locheisenbasis 79, einer Stromversorgung für die Kerne 80 zum Zusammenpres­ sen des oberen Kerns 74 und des unteren Kerns 75, sowie aus einer Stromversorgung für die Locheisen 81 zum Zusammenpres­ sen der oberen Locheisenbasis 78 und der unteren Locheisenba­ sis 79. Die Verdichtungsformpreßplatte 72 hat ein eingebautes Heizelement 71.

Die Verdichtungspresse 70 hat keinen Magnetfeldgenerator, da sie zum Pressen der durch die Vorformpresse 50 hergestellten ausgerichteten Vorform unter höherem Druck dient.

Das in Fig. 1 und Fig. 4 gezeigte erfindungsgemäß verwendete Formpreßgerät ist nicht notwendigerweise besonders gestaltet und aufgebaut. Ein herkömmliches Formpreßgerät mit Magnet­ feldgenerator kann als Vorformpresse verwendet werden, und gleichzeitig kann ein herkömmliches Formpreßgerät als Ver­ dichtungspresse verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben wird durch die vorliegende Erfin­ dung ein Herstellungsverfahren mit hoher Produktivität für anisotrope harzgebundene Magneten mit Dimensionsgenauigkeit bereitgestellt. Es umfaßt den Ausrichtungsschritt, in welchem die Vorform einleitend in der Vorformungspreßplatte 22, wel­ che sich in der Vorformpresse 20 befindet, in einem angeleg­ ten Magnetfeld formgepreßt wird, um die Magnetisierungsrich­ tung des Magnetpulvers bei einer Temperatur auszurichten, bei welcher das heißhärtbare Harz in der Verbindung flüssig wird, den Überführungsschritt, in welchem die Vorform von der Vor­ formpresse 20 in die in einer Verdichtungspresse 30 befindli­ che Verdichtungsformpreßplatte 32 überführt wird, sowie den Verdichtungsschritt, in welchem die teilweise gehärtete Vorform in einer Verdichtungspresse 30 durch Anlegen von Druck formgepreßt wird, um die gewünschte Form des Magneten zu er­ halten.

Claims (6)

1. Herstellungsverfahren für anisotrope harzgebundene Magneten, wobei eine aus Magnetpulver und einem wärmehärtbarem Harz bestehende Zusammensetzung in einem angelegten Magnetfeld zur Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung des Magnetpulvers in eine gewünschte Form formgepresst wird, gekennzeichnet durch

• a) eine Ausrichtungsschritt, in welchem die Zusammensetzung einleitend in einem angelegten Magnetfeld formgepresst wird, umfassend:
  • a) Einfüllen der Zusammensetzung in eine Form,
  • b) Verflüssigen des wärmehärtbaren Harzes,
  • c) Anlegen eines Magnetfeldes, bevor die Härtungsreaktion einsetzt, und
  • d) anschließend teilweises Aushärten des wärmehärtbaren Harzes,
• b) eine Überführungsschritt, in welchem die Vorform in die in einer Verdichtungspresse befindliche und bei hoher Temperatur gehaltene Verdichtungsform überführt wird, und
• c) einen Verdichtungsschritt, in welchem die teilweise gehärtete Vorform in einer Verdichtungsform durch Anlegen von Druck formgepresst wird, um die gewünschte Form des Magneten zu erhalten.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform nach dem Ausrichtungsschritt, in welchem die Ma­ gnetisierungsrichtung des Magnetpulvers ausgerichtet wird, entmagnetisiert wird.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach dem Verdichtungsschritt ein das Erhitzen des Magne­ ten umfassender Härtungsschritt anschließt, so daß die Heiß­ härtungsreaktion im Magneten abgeschlossen wird.

4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetisierungsschritt des Magneten hinzugefügt ist.

5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Verdichtungsschritt angelegte Druck größer als der im Ausrichtungsschritt angelegte Druck ist.

6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formpressen im Verdichtungsschritt ohne Magnetfeld oder in einem schwächeren Magnetfeld als dem im Ausrichtungs­ schritt angelegten Magnetfeld durchgeführt wird.