JP2000197996A - 成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料粉末をキャビティに高速で供給すること
ができ、粉噛み等によるトラブルの発生がなく連続的な
成形動作を行える、成形方法および成形装置を提供す
る。 【解決手段】 平均粒径が０．１μｍ〜５００μｍの原
料粉末３０を収容したフィーダーボックス２６を金型１
２のキャビティ２０の上方に位置させて、フィーダーボ
ックス２６内およびキャビティ２０内の圧力をそれぞれ
１０ｋＰａ以下に設定した状態で、原料粉末３０をキャ
ビティ２０内に落下させる。原料粉末３０の供給時に
は、フィーダーボックス２６を振動させたり、ホース５
８を介してもよい。原料粉末３０は、造粒粉であっても
よく、希土類合金粉末であってもよい。キャビティ２０
内に供給した原料粉末３０を上パンチ３６と下パンチ１
８とによって圧縮成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、成形方法および
成形装置に関し、より特定的には、微粉末またはその造
粒粉からなる原料粉末を金型のキャビティ内に供給し、
キャビティ内に供給した原料粉末を圧縮成形して成形体
を形成する、成形方法および成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮成形法は、金型の上方に開口したキ
ャビティの上方に、原料粉末を収容したフィーダーボッ
クスを位置させて、そのフィーダーボックスから原料粉
末をキャビティに落下させて供給した後、その供給した
原料粉末を上パンチと下パンチとによって圧縮成形する
方法であって、高密度化された成形体が得られるという
利点を有する。この圧縮成形法は、通常、射出成形法や
押出し成形法に比べてバインダーの使用量が少なくて済
み、また一回の成形に要する時間も短いために広く用い
られている。

【０００３】このような圧縮成形法によって小型の成形
体を製造する場合には、金型のキャビティの開口面積が
かなり小さくなるため、原料粉末がキャビティ内に入り
難くなる。これは粉末特有のブリッジと呼ばれる現象に
よるものである。このブリッジ現象が生じると、原料粉
末のキャビティへの供給量が安定しなくなって成形体の
寸法規格を満たすことが困難となる。また、原料粉末の
キャビティへの供給時間が長くなり、プレスの１サイク
ルに要する時間が長くなるという問題がある。

【０００４】そこで、このようなブリッジ現象を回避す
るために、粉末にバインダーを添加することで該粉末よ
りも粒子径が大きくなるように造粒する方法（たとえば
特開平８−２０８０１号公報、特開平８−２０８０２号
公報、特開平９−２８７００１号公報参照）が用いられ
ている。このように造粒した造粒粉を用いることで、粉
末同士の接触面積が激減して、粉末の流動性が格段に向
上する。このため、小型のセラミックス部品の多くが造
粒粉を用いて圧縮成形されている。

【０００５】一方、成形装置においてもブリッジ現象を
回避するための工夫がなされており、原料粉末を磁界や
雰囲気圧力差を利用してキャビティ内に吸引する方法が
提案されている。この圧力差を利用する具体的な方法と
しては、フィーダーボックスがキャビティ上に位置した
ときに、下パンチを急激に引き下げることでキャビティ
内を減圧状態にして原料粉末を吸引する方法や、金型に
設けた通気孔からキャビティ内の空気を吸引し、減圧し
たキャビティ内に原料粉末を供給する方法が提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のように
造粒粉を用いても、これだけでは部品のさらなる小型化
に対応するには限界があり、成形の高速化を図ることは
困難となる。一方、後者のようにキャビティ内外に比較
的大きな圧力差を生じせしめて原料粉末を吸引する場合
には、原料粉末をキャビティに高速に供給することはで
きる。しかし、金型と下パンチとの間の僅かな隙間から
高圧気体が排出されるのに伴ってその隙間に原料粉末が
入り込み、摺動時に金型が傷付いたり、下パンチもしく
は金型が動かなくなったりするため、連続的な成形が困
難になるという問題がある。さらに、前記吸引法は、原
料粉末が希土類合金粉末である場合には、粉噛みが発生
した場合に、摺動時の摩擦によって発火事故をおこす可
能性がある。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型でかつキャビティの高さに対する開口面積の比率が小
さくなるような形状の成形体を圧縮成形する場合でも、
原料粉末をキャビティに高速で供給することができ、し
かも、粉噛み等によるトラブルの発生がなく連続的な成
形動作を行える、成形方法および成形装置を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の成形方法は、平均粒径が０．１μ
ｍ〜５００μｍの原料粉末を収容した原料粉末供給手段
を金型のキャビティの上方に位置させて、原料粉末供給
手段内およびキャビティ内の圧力をそれぞれ１０ｋＰａ
以下に設定した状態で、原料粉末をキャビティ内に落下
させる粉末供給工程と、キャビティ内に供給した原料粉
末を圧縮成形する圧縮成形工程とを備える。請求項２に
記載の成形方法は、請求項１に記載の成形方法におい
て、粉末供給工程では、原料粉末供給手段を振動させな
がら原料粉末をキャビティ内に供給するものである。

【０００９】請求項３に記載の成形方法は、請求項１に
記載の成形方法において、原料粉末供給手段は原料粉末
をキャビティ内に供給するためのホースを含み、粉末供
給工程では、ホースの一端部をキャビティの上方に位置
させて、ホースの一端部から原料粉末をキャビティ内に
供給するものである。請求項４に記載の成形方法は、請
求項１に記載の成形方法において、キャビティは開口面
積２５ｍｍ²以下に形成されるものである。請求項５に
記載の成型方法は、請求項１ないし４のいずれかに記載
の成形方法において、原料粉末は、平均粒径が０．１μ
ｍ〜１０μｍの粉末に対してバインダーを添加すること
で平均粒径が２０μｍ〜５００μｍに造粒した造粒粉で
あるものである。

【００１０】請求項６に記載の成形方法は、請求項１な
いし４のいずれかに記載の成形方法において、原料粉末
は希土類合金粉末を含むものである。請求項７に記載の
成型装置は、キャビティが形成される貫通孔を有する金
型と、平均粒径が０．１μｍ〜５００μｍの原料粉末を
収容し、キャビティの上方位置から原料粉末を前記キャ
ビティ内に落下させる原料粉末供給手段と、原料粉末供
給手段が少なくともキャビティの上方位置にあるとき
に、原料粉末供給手段内およびキャビティ内の圧力をそ
れぞれ１０ｋＰａ以下に保持する圧力保持手段と、キャ
ビティ内に供給された原料粉末を圧縮成形する圧縮成形
手段とを備える。

【００１１】請求項８に記載の成形装置は、請求項７に
記載の成形装置において、原料粉末供給手段に設けら
れ、原料粉末供給手段が少なくともキャビティの上方位
置にあるときに作動する振動子をさらに含むものであ
る。請求項９に記載の成形装置は、請求項７に記載の成
形装置において、原料粉末供給手段は、少なくともその
一端部がキャビティの上方位置と上方位置から退避した
退避位置との間を移動可能に構成され、一端部が前記キ
ャビティの上方位置にあるときに原料粉末をキャビティ
内に供給するホースを含むものである。請求項１０に記
載の成形装置は、請求項７に記載の成形装置において、
キャビティは開口面積２５ｍｍ²以下に形成されるもの
である。

【００１２】請求項１１に記載の成型装置は、請求項７
ないし１０のいずれかに記載の成形装置において、原料
粉末は、平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末に対し
てバインダーを添加することで平均粒径が２０μｍ〜５
００μｍに造粒した造粒粉であるものである。請求項１
２に記載の成形装置は、請求項７ないし１０のいずれか
に記載の成形装置において、原料粉末は希土類合金粉末
を含むものである。

【００１３】請求項１３に記載の成形装置は、キャビテ
ィが形成される貫通孔を有する金型と、平均粒径が０．
１μｍ〜５００μｍの原料粉末を収容し、キャビティの
上方位置と上方位置から退避した退避位置との間を移動
可能に構成され、キャビティの上方位置から原料粉末を
キャビティ内に落下させる原料粉末供給部と、少なくと
も原料粉末供給部内を気密状態にする気密部材と、原料
粉末供給部が少なくともキャビティの上方位置にあると
きに、原料粉末供給部内およびキャビティ内の圧力をそ
れぞれ１０ｋＰａ以下に設定する真空ポンプと、キャビ
ティ内に供給された原料粉末を圧縮成形する一対のパン
チとを備える。

【００１４】キャビティ内の圧力は、１０ｋＰａよりも
大きいと、キャビティ内の気体が原料粉末によって圧縮
されてキャビティ内の圧力が高まることで原料粉末の落
下速度を低下させると共に、圧縮成形時に残留気体によ
って成形体各部の密度にばらつきが生じる。したがっ
て、請求項１に記載の成形方法では、キャビティ内の圧
力は１０ｋＰａ以下に設定されている。この結果、キャ
ビティの深さに対する開口面積の比率が小さくても、原
料粉末をキャビティにスムーズにかつ高速で供給するこ
とができる。また、原料粉末供給手段内も１０ｋＰａ以
下に設定されているので、原料粉末供給手段内とキャビ
ティ内との圧力差はないに等しく、原料粉末は重力のみ
の作用によって原料粉末供給手段からキャビティに落下
する。この結果、両者に大きな圧力差を生じせしめた場
合のように原料粉末が金型と下パンチとの隙間に入り込
むということは殆どない。よって、粉噛みによるトラブ
ルの発生を防止して連続的にかつ高速に成形体を形成す
ることができる。請求項７および１３に記載の成形装置
についても同様である。

【００１５】請求項２に記載の成形方法では、原料粉末
をキャビティ内に供給するとき、原料粉末供給手段を振
動させることで、キャビティの開口面積が小さくても、
原料粉末のブリッジ現象を回避して原料粉末を高速にキ
ャビティに供給することができる。したがって、さらに
連続的にかつ高速に成形体を形成することができる。請
求項８に記載の成形装置についても同様である。

【００１６】また、請求項３に記載の成形方法では、ホ
ースの一端部を水平方向に移動させれば、原料粉末供給
手段を実質的にキャビティの上方位置から容易に退避さ
せることができる。請求項９に記載の成形装置について
も同様である。この発明によれば、キャビティの開口面
積が小さくても連続的かつ高速に成形体を形成できる。
したがって、請求項４および１０に記載するように、キ
ャビティが開口面積２５ｍｍ²以下に形成された場合
に、この発明は有効となる。

【００１７】請求項５および１１に記載するような造粒
粉を用いれば、粉末同士の接触面積が激減して流動性が
向上するので、粉末のキャビティへの落下速度をより一
層向上させることができる。また、造粒粉の平均粒径
は、２０μｍよりも小さいと、流動性の向上効果が小さ
い一方、５００μｍよりも大きいと、造粒粉のカサ密度
が低下して成形が困難となるので、２０μｍ〜５００μ
ｍとしている。したがって、成形を良好に行いつつ、成
形速度をさらに速くすることができる。希土類合金粉末
は粉噛み時に酸化して発火する可能性があるが、この発
明では、粉噛みを防止することができるので、請求項６
および１２に記載するように原料粉末に希土類合金粉末
を含んでも、そのような発火の発生を防止することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。 （実施形態１）図１を参照して、この発明の実施形態１
に係る成形装置１０は、上下方向略中央部に金型１２を
備えている。金型１２の周囲にはダイプレート１４が設
けられ、ダイプレート１４の上面は水平方向に延びかつ
金型１２の上面と面一とされる。金型１２には、上下方
向に延びる貫通孔１６が形成され、貫通孔１６には下パ
ンチ１８の上端部が摺動可能に嵌装される。そして、貫
通孔１６内における下パンチ１８上端面よりも上側の部
分に、上方に開口したキャビティ２０が形成される。

【００１９】下パンチ１８の下端部は連結部材２２を介
して下パンチ駆動モータ２４と連結され、下パンチ駆動
モータ２４によって下パンチ１８が金型１２に対して上
下方向に移動される。そして、下パンチ１８の上下移動
によってキャビティ２０の深さを変えることができ、実
施形態１では、キャビティ２０の深さに対する開口面積
の比率はかなり小さく設定されている。

【００２０】ダイプレート１４の上面には、原料粉末供
給手段としてのフィーダーボックス２６が設けられる。
フィーダーボックス２６の内部には上下に貫通する粉末
収容部２８が形成され、粉末収容部２８内に原料粉末３
０が収容される。フィーダーボックス２６はロッド３２
を介してボックス駆動モータ３４に連結され、ボックス
駆動モータ３４によって、キャビティ２０の上方位置と
該上方位置から退避した退避位置（図１に記載した位
置）との間を往復移動される。すなわち、フィーダーボ
ックス２６は金型１２ないしダイプレート１４の上面を
摺動する。そして、フィーダーボックス２６がキャビテ
ィ２０の上方位置にあるときに原料粉末３０をキャビテ
ィ２０内に落下させて供給する。なお、粉末収容部２８
の下端部の断面積は、キャビティ２０の開口面積よりも
かなり大きく設定されている。

【００２１】キャビティ２０の上方には上パンチ３６が
設けられる。上パンチ３６の上端部は連結部材３８を介
して上パンチ駆動モータ４０と連結され、上パンチ駆動
モータ４０によって上パンチ３６が上下方向に移動され
る。そして、上パンチ３６の下端部は、下降したときに
金型１２の貫通孔１６（キャビティ２０）に挿入され、
キャビティ２０に供給された原料粉末３０を上パンチ３
６と下パンチ１８とによって圧縮成形して成形体４８
（後述）を形成する。すなわち、上パンチ３６および下
パンチ１８によって圧縮成形手段が構成される。

【００２２】原料粉末３０は、金属、合金、金属間化合
物、半導体、セラミックス等の粉末またはこれらの混合
物もしくは複合粉末であればよく、原料粉末３０の製造
方法、形状、原料粉末３０内部の結晶組織等の性状は問
わない。そして、その平均粒径は、０．１μｍよりも小
さいと、原料粉末３０の製造が実質的に困難である一
方、５００μｍよりも大きいと、圧縮成形が困難となる
ので、０．１μｍ〜５００μｍとしている。流動性が悪
い希土類合金粉末としては、米国特許第４，７７０，７
２３号に示される組成のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末があげ
られる。また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末のうちでも、米
国特許第５，３８３，９７８号に示されるようなストリ
ップキャスト法により製造された原料粉末は粒度分布が
シャープで特に流動性が悪い。なお、これらの原料粉末
３０に、流動性あるいは圧縮性を高める目的で予め各種
の固体あるいは液体の潤滑剤を添加するようにしてもよ
い。

【００２３】また、原料粉末３０は、平均粒径が０．１
μｍ〜１０μｍの粉末に対してバインダーを添加するこ
とで平均粒径（二次粒子径）が２０μｍ〜５００μｍと
なるように造粒した造粒粉であってもよい。この造粒粉
の平均粒径は、２０μｍよりも小さいと、流動性向上の
効果が十分に得られない反面、５００μｍよりも大きい
と、造粒粉のカサ密度が低下して成形が困難となるの
で、２０μｍ〜５００μｍとしている。なお、この造粒
方法としては、スプレー造粒法、流動造粒法、転動造粒
法等の公知技術のいずれかを採用すればよい。

【００２４】金型１２、ダイプレート１４、フィーダー
ボックス２６およびボックス駆動モータ３４は、気密部
材である気密容器４２の内部に設けられ、上パンチ３６
の下部および下パンチ１８の上部は、シーリング部材４
４を介して気密容器４２内にそれぞれ挿入される。気密
容器４２には真空ポンプ４６が接続され、真空ポンプ４
６によって気密容器４２内全体の圧力が１０ｋＰａ以下
に設定される。すなわち、気密容器４２および真空ポン
プ４６によって、フィーダーボックス２６の粉末収容部
２８内およびキャビティ２０内の圧力をそれぞれ１０ｋ
Ｐａ以下に保持する圧力保持手段が構成される。

【００２５】以上のように構成される成形装置１０を用
いて成形体４８を圧縮成形する工程について、図２を参
照して説明する。初期状態では、前回の成形動作を終了
したときと同じ状態にあり、下パンチ１８および上パン
チ３６はともに上昇端に位置している（図２（ａ）参
照）。このとき、図示しないが、フィーダーボックス２
６を退避位置に位置させておき、フィーダーボックス２
６の粉末収容部２８内に原料粉末３０を収容しておく。
ついで、上パンチ３６を上昇端に位置させたままで、キ
ャビティ２０の深さが成形体４８の高さに基づいて予め
決められた値となるように下パンチ１８を位置させ、キ
ャビティ２０を形成する（図２（ｂ）参照）。さらに、
真空ポンプ４６によって気密容器４２内の圧力を１０ｋ
Ｐａ以下にしておく。

【００２６】そして、ボックス駆動モータ３４によって
フィーダーボックス２６をキャビティ２０の上方位置ま
で移動させる（図２（ｃ）参照）。このとき、フィーダ
ーボックス２６の粉末収容部２８内とキャビティ２０内
の圧力が大きく異なると、以下の障害が生じる。すなわ
ち、粉末収容部２８内よりもキャビティ２０内が高圧で
ある場合には、その圧力差によってキャビティ２０内へ
の原料粉末３０の供給が困難になる。一方、粉末収容部
２８内がキャビティ２０内よりも高圧である場合には、
原料粉末３０が高圧の気体と共にキャビティ２０内に供
給され、さらに高圧気体が金型１２の貫通孔１６と下パ
ンチ１８との間隙から排出されるのに伴って原料粉末３
０がその間隙に入り込み、所謂粉噛みが生じて下パンチ
１８を駆動することができなくなる可能性がある。しか
し、実施形態１では、フィーダーボックス２６の粉末収
容部２８内およびキャビティ２０内の圧力はそれぞれ１
０ｋＰａ以下に保持され、両者の圧力差は殆どないの
で、原料粉末３０は重力のみの作用によってフィーダー
ボックス２６からキャビティ２０に落下し、金型１２の
貫通孔１６と下パンチ１８との間隙に入り込むことは殆
どない。

【００２７】また、キャビティ２０内の圧力が１０ｋＰ
ａよりも大きいと、原料粉末３０の落下の際にキャビテ
ィ２０内の気体が原料粉末３０によって圧縮されてキャ
ビティ２０内の圧力が高まることで原料粉末３０の落下
速度を低下させると共に、圧縮成形時に残留気体によっ
て成形体４８各部の密度にばらつきが生じる。しかし、
実施形態１では、キャビティ内の圧力は１０ｋＰａ以下
に設定されているので、そのような問題は生じない。ま
た、このような低圧下では、原料粉末３０の表面に付着
した水分が減少することによって流動性が向上する。こ
の結果、キャビティ２０の深さに対する開口面積の比率
が小さくても、また残留気体の圧力や粘性が高くても、
原料粉末３０をキャビティ２０にスムーズにかつ高速で
供給することができる。

【００２８】つぎに、フィーダーボックス２６を退避さ
せた後（図２（ｄ）参照）、上パンチ駆動モータ４０に
よって上パンチ３６を下降させ（図２（ｅ）参照）、キ
ャビティ２０内に供給した原料粉末３０を上パンチ３６
と下パンチ１８とによって圧縮成形して成形体４８を形
成する（図２（ｆ）参照）。その後、下パンチ駆動モー
タ２４によって下パンチ１８をその上端面が金型１２の
上面と略面一となるように上昇させて、成形体４８を貫
通孔１６から取り出す（図２（ｇ）参照）。

【００２９】こうして得られた成形体４８は、最終的に
焼結するものに限らず、そのまま、またはさらに樹脂等
のバインダーを添加して成形することで、焼結すること
なく製品（ボンド磁石等）とされてもよい。

【００３０】このように、実施形態１では、気密容器４
２内全体の圧力を１０ｋＰａ以下に設定した状態で、フ
ィーダーボックス２６の粉末収容部２８内の原料粉末３
０をキャビティ２０内に落下させるようにしたので、粉
噛みによるトラブルの発生を防止しつつ、原料粉末３０
を均一にキャビティ２０内に供給することができると共
に、成形速度を向上させることができる。また、たとえ
ばキャビティ２０が開口面積２５ｍｍ²以下に形成され
るような、寸法の小さい成形体４８を得る場合であって
も、切断加工による場合に比べて、歩留まりが良好とな
る。

【００３１】加えて、原料粉末３０が、希土類合金粉末
（ネオジウム合金等）のようにプレス時に酸化し易いも
のである場合は、その原料粉末３０の酸化を防止するこ
ともでき、得られる磁石の磁気特性を、大気雰囲気下で
の圧縮成形工程による場合に比べて向上させることがで
きる。

【００３２】なお、実施形態１では、金型１２、ダイプ
レート１４、フィーダーボックス２６およびボックス駆
動モータ３４を気密容器４２内に設けた。しかし、成形
装置１０全体がそれほど大きくない場合には成形装置１
０全体を気密容器４２内に入れるようにすれば、シーリ
ング部材４４も不要となり、気密容器４２内の気密性を
高めることができると共に、上パンチ３６および下パン
チ１８と各シーリング部材４４との摺動抵抗をなくすこ
とができる。また、少なくともフィーダーボックス２６
の粉末収容部２８内およびキャビティ２０内の圧力をそ
れぞれ１０ｋＰａ以下にすればよい。この場合には、気
密容器４２を設ける代わりに、フィーダーボックス２６
の粉末収容部２８の上側に、気密部材である蓋部材（図
示せず）を設けて粉末収容部２８内を気密状態にし、粉
末収容部２８内およびキャビティ２０内の両方の空気を
真空ポンプ４６で吸引するようにすればよい。そして、
フィーダーボックス２６の粉末収容部２８内およびキャ
ビティ２０内の圧力がそれぞれ１０ｋＰａ以下であれ
ば、両者に圧力差があっても、その圧力差はないに等し
いので全く問題は生じない。しかし、実際上は、下パン
チ１８と金型１２の隙間、およびフィーダーボックス２
６と金型１２の隙間から、空気が入り込む可能性があ
り、また、粉末収容部２８内とキャビティ２０内の圧力
とを等しくするために、少なくともフィーダーボックス
２６と金型１２とを気密容器４２内に収容することが望
ましい。さらに、キャビティ２０内およびフィーダーボ
ックス２６の粉末収容部２８内の圧力は、それぞれ１ｋ
Ｐａ以下であることがより好ましい。

【００３３】（実施形態２）ついで、図３を参照して、
この発明の他の実施形態２について説明する。なお、以
下の各実施形態では、図１と同じ部分については同じ符
号を付してその詳細な説明は省略する。実施形態２で
は、フィーダーボックス５０の粉末収容部５２の形状が
実施形態１とは異なる。

【００３４】すなわち、実施形態２では、フィーダーボ
ックス５０の粉末収容部５２は、上下方向に延びかつ断
面積が下方に向かって小さくなるように（例えば漏斗状
に）形成される。粉末収容部５２の下端部の断面形状お
よび断面積はキャビティ２０の開口部と略同じに設定さ
れる。そして、フィーダーボックス５０がキャビティ２
０の上方位置にあるときには、粉末収容部５２の下端部
がキャビティ２０の略真上に位置するように、粉末収容
部５２は形成される。また、粉末収容部５２の下端部に
おける周囲の互いに対向する部分には２つの超音波振動
子５４が設けられる。超音波振動子５４としては、磁歪
振動子が適するが、水晶振動子、圧電セラミック振動子
などが用いられてもよい。

【００３５】各超音波振動子５４は、フィーダーボック
ス５０がキャビティ２０の上方位置にあるときに作動す
る。すなわち、フィーダーボックス５０がキャビティ２
０の上方位置にあるときに、各超音波振動子５４を作動
させながら粉末収容部５２の下端部から原料粉末３０を
キャビティ２０内に落下させて供給する。以降、実施形
態１と同様にして、成形体４８が形成される。なお、フ
ィーダボックス５０や超音波振動子５４を含む粉末供給
部としては、たとえば株式会社サタス製のウルコン・粉
体ディスペンサー（商品名）や愛三工業株式会社製の超
音波モータ式粉体フィーダ（商品名）等が用いられる。

【００３６】実施形態２では、粉末収容部５２の下端部
の断面積が実施形態１のものよりもかなり小さくなるの
で、フィーダーボックス５０が金型１２ないしダイプレ
ート１４の上面を摺動する際、その摺動によって原料粉
末３０が金型１２上面と擦れる部分が少なくなり、原料
粉末３０がさらに細かく砕かれることによって発生する
微粉の量を低減することができる。このため、金型１２
と下パンチ１８との隙間に入り込む原料粉末３０をより
少なくすることができる。また、原料粉末３０が造粒粉
の場合には、造粒粉が崩壊して発生する粉末を少なくす
ることができる結果、流動性を維持することができる。
そして、粉末収容部５２の下端部の断面積が小さくて
も、フィーダーボックス５０がキャビティ２０の上方位
置にあるときに各超音波振動子５４が作動し、その作動
によって原料粉体３０のブリッジ現象を回避して、原料
粉末３０を高速にかつ均一にキャビティ２０に供給する
ことができる。したがって、実施形態１と同様の作用効
果が得られる。

【００３７】なお、実施形態２では、２つの超音波振動
子５４を、フィーダーボックス５０の粉末収容部５２の
下端部における周囲に互いに対向するように設けたが、
超音波振動子５４は１つでも３つ以上であってもよく、
粉末収容部５２の下端部の周囲であればどこに配置して
もよい。そして、超音波振動子５４に限らず、周波数が
超音波よりも低い他の振動子、たとえばバイブレータモ
ータなどを用いてもよい。

【００３８】また、各超音波振動子５４を、フィーダー
ボックス５０が移動しているときや退避位置にあるとき
にも作動させておくようにすることはできる。但し、原
料粉末３０が細かく砕かれるのを防止する観点からは、
実施形態２のように、フィーダーボックス５０がキャビ
ティ２０の上方位置にあるときに作動させるようにした
方が望ましい。さらに、実施形態２では、フィーダーボ
ックス５０の粉末収容部５２を断面積が下方に向かって
小さくなるように形成したが、このような形状に限ら
ず、どのような形状であってもよい。

【００３９】（実施形態３）さらに、図４を参照して、
この発明のその他の実施形態３について説明する。実施
形態３では、フィーダーボックス２６（５０）の代わり
に、内部に原料粉末３０を収容するホッパ５６と、略上
下方向に延びかつ上端部がホッパ５６の下端部に接続さ
れた２つの可撓性のゴムホース５８とを設けると共に、
金型１２に２つのキャビティ２０を設けている。すなわ
ち、実施形態３では、ホッパ５６が金型１２の上方に位
置するように固定物（図示せず）に取付固定され、ホッ
パ５６の粉末収容部６０は、実施形態２におけるフィー
ダーボックス２６の粉末収容部２８と同様に、上下方向
に延びかつ断面積が下方に向かって小さくなるように形
成される。

【００４０】両ホース５８の下端部同士は、該両下端部
間の水平方向の間隔が金型１２の２つのキャビティ２０
間と略同じになるように結合部材６２で結合され、一方
（図４の右側）のホース５８の下端部は、実施形態１に
おけるフィーダーボックス２６と同様に、ホース駆動モ
ータ（図示せず）にロッド６４を介して連結される。そ
して、このホース駆動モータによって、各ホース５８の
下端部が各キャビティ２０の上方位置と該上方位置から
退避した退避位置との間を移動される。すなわち、各ホ
ース５８の下端部は金型１２ないしダイプレート１４の
上面を摺動し、この摺動の際、各ホース５８はその位置
に応じて変形する。なお、各ホース５８の下端部の断面
形状および断面積は、対応する各キャビティ２０の開口
部と略同じに設定される。

【００４１】また、各ホース５８の下端部の外周部の互
いに対向する部分には、実施形態２と同様に、それぞれ
２つの超音波振動子５４が設けられる。各超音波振動子
５４は、各ホース５８の下端部が各キャビティ２０の上
方位置にあるときに作動する。すなわち、各ホース５８
の下端部が各キャビティ２０の上方位置にあるときに、
各超音波振動子５４を作動させながらホッパ５６内の原
料粉末３０を各ホース５８によってキャビティ２０内に
落下させて供給する。以降、実施形態１と同様にして、
成形体４８を形成する。

【００４２】実施形態３では、ホース５８の下端部の断
面形状および断面積をキャビティ２０の開口部と略同じ
にすることによって、実施形態２と同様に、ホース５８
の下端部が金型１２の上面を摺動しても、原料粉末３０
が細かく砕かれるのを抑制することができ、微粉の発生
を抑制できる。また、原料粉末３０が造粒粉の場合には
その造粒粉が崩壊するのを抑制することができる。そし
て、超音波振動子５４を作動させることで原料粉末３０
を高速にキャビティ２０に供給することができる。

【００４３】また、ホース５８を可撓性とすることによ
って、その下端部のみを水平方向に移動させれば、ホッ
パ５６を実質的にキャビティ２０の上方位置から容易に
退避させるようにすることができる。さらに、２つのキ
ャビティ２０のどちらにも原料粉末３０を均一に供給す
ることができ、キャビティ２０を多数設けても同様であ
るので、多数個取りで容易に均一な製品が得られる。ま
た、各ホース５８は原料粉末３０を収容したフィーダー
ボックス２６（５０）よりもかなり軽いので、フィーダ
ーボックス２６（５０）よりも高速で移動させることが
でき、成形時間をより一層短縮できる。

【００４４】なお、実施形態３においても、実施形態２
と同様に、超音波振動子５４は１つでも３つ以上あって
もよく、各ホース５８の下端部であればどこに配置して
もよい。そして、実施形態２と同様に、周波数が超音波
よりも低い他の振動子を用いてもよい。また、実施形態
２と同様に、各超音波振動子５４を、各ホース５８の下
端部が移動しているときや退避位置にあるときにも作動
させることはできる。さらに、実施形態３では、各ホー
ス５８はゴム製としたが、これに限らず、可撓性のもの
であればよい。また、ホース５８の下端部を水平方向に
移動できる限りにおいて、またはホッパ５６と各ホース
５８とを一体的に移動させるようにすれば、各ホース５
８は可撓性のものでなくてもよい。

【００４５】つぎに、実験例について説明する。 （実験例１）平均粒径が４．２μｍのカルボニル鉄粉１
ｋｇに、バインダーとしてポリビニルアルコールの１０
％水溶液を３０ｇ加え、さらに水を加えて攪拌すること
で濃度７０％のスラリーを作製した。このスラリーをス
プレードライヤーに供給して噴霧乾燥することで、平均
粒子径（二次粒子径）が１７０μｍの造粒粉を得た。つ
づいて、この造粒粉を、成形装置におけるフィーダーボ
ックスの粉末収容部に装填した。この成形装置は全体が
気密容器で覆われたものであり、他の部分は実施形態１
と同様のものである。そして、造粒粉の粉末収容部への
装填後に、気密容器内の空気を真空ポンプで排気して内
部の圧力を１ｋＰａまで減圧した。

【００４６】つぎに、ボックス駆動モータを作動させ、
金型に設けた直径１．５ｍｍの断面円形キャビティの上
方位置までフィーダーボックスを一往復だけスライドさ
せ、フィーダーボックスの粉末収容部内の造粒粉をキャ
ビティ内に落下させて供給した。ついで、そのキャビテ
ィ内の造粒粉を上パンチおよび下パンチで圧縮成形し、
得られた成形体を下パンチで押し上げて金型より取り出
した。

【００４７】この成形を連続して行った。このとき、ボ
ックス駆動モータの回転数を変えることで、１ｈ当たり
の成形個数を変えるようにした。なお、１ｈ当たりの成
形個数は、ボックス駆動モータの回転数に比例してい
た。また、成形中の気密容器内の圧力は１ｋＰａで一定
であった。つぎに、気密容器内に空気を導入した後、得
られた成形体を気密容器から取り出した。そして、その
成形体を、真空中において５００℃で２ｈ脱バインダー
した後、１１００℃で２ｈ焼結した。

【００４８】（比較例１）実験例１で作製したものと同
じ造粒粉を、実験例１と同じ成形装置におけるフィーダ
ーボックスの粉末収容部内に装填し、減圧しないで１０
０ｋＰａの大気圧下で成形を行った。また、得られた成
形体を、実験例１と同じ条件で焼結した。そして、実験
例１および比較例１において、成形速度を変えたときの
１ｈ当たりの成形個数と、各速度条件について１００個
ずつの焼結体の高さおよび上下面の平行度とを測定し
た。この測定において高さの平均値および標準偏差なら
びに平行度の平均値を表１に示す。この結果、気密容器
内を減圧すれば、給粉に要する時間を短くしても、安定
した給粉および成形が可能となり、寸法精度が優れた成
形体または焼結体の製造が可能であることが判る。

【００４９】

【表１】

【００５０】（実験例２）平均粒径が０．２μｍのＭｎ
Ｚｎフェライトの原料粉末に、予め潤滑剤としてステア
リン酸亜鉛を０．１％添加混合しておき、これを実施形
態１と略同じ成形装置におけるフィーダーボックスの粉
末収容部に装填した。その後、気密容器内の空気を真空
ポンプで排気して内部の圧力を１０ｋＰａ以下に調整し
た。ついで、ボックス駆動モータを作動させ、金型に設
けた一辺が５．０ｍｍである断面正方形のキャビティの
上方位置までフィーダーボックスを一往復だけスライド
させ、フィーダーボックスの粉末収容部内の原料粉末を
キャビティ内に落下させて供給した。

【００５１】つづいて、そのキャビティ内の原料粉末を
上パンチおよび下パンチで圧縮成形し、得られた成形体
を下パンチで押し上げて金型より取り出した。この成形
を連続して行った。このとき、１ｈ当たりの成形個数は
２０００個に設定した。なお、成形中の気密容器内の圧
力は初めに調整した値のままで一定であった。つぎに、
気密容器内に空気を導入した後、得られた成形体を気密
容器から取り出した。そして、その成形体を、大気中に
おいて１２５０℃で４ｈ焼結した。

【００５２】（比較例２）実験例２と同じ成形を、気密
容器内を１０ｋＰａを超える圧力に調整した後に行っ
た。この圧力以外の成形条件は実験例２と同様にした。
また、得られた成形体を実験例２と同じ条件で焼結し
た。そして、実験例２および比較例２において、成形時
の気密容器内の圧力を変えたときの各条件について１０
０個ずつの焼結体の高さおよび上下面の平行度を測定し
た。

【００５３】この測定において高さの平均値および標準
偏差ならびに平行度の平均値を表２に示す。この結果、
気密容器内を１０ｋＰａ以下にすれば、それ以上の高真
空で成形した場合と略同様のスムーズな給粉が可能とな
り、成形体および焼結体の寸法精度を向上できることが
判る。

【００５４】

【表２】

【００５５】（実験例３）米国特許第４，７７０，７２
３号に示されるようなネオジムが３１．０重量％、ボロ
ンが１．０重量％、残部鉄、および不可避的に含有され
る元素からなる組成を有し、平均粒径が３．０μｍのネ
オジム−鉄−ボロン系原料粉末１ｋｇにバインダーとし
てポリビニルアルコールの１０％水溶液を３０ｇ加え、
さらに水を加えて攪拌することで濃度７０％のスラリー
を作製した。このスラリーをスプレードライヤーに供給
して噴霧攪拌することで、平均粒子径（二次粒子径）が
８０μｍの造粒粉を得た。

【００５６】つづいて、この造粒粉を成形装置における
フィーダーボックスの粉末収容部に装填した。この成形
装置は全体が気密容器で覆われたものであり、また、フ
ィーダーボックス部を除く他の部分は実施形態１と同様
のもので、かつフィーダーボックス部は実施形態２と同
様のものである。また、金型の表面に電磁石を配し、通
電時に金型のキャビティ内に磁界が発生するよう構成さ
れている。そして、造粒粉の粉末収容部への装填後に、
気密容器内の空気を真空ポンプで排気して内部の圧力を
１ｋＰａまで減圧した。

【００５７】つぎに、ボックス駆動モータを作動させ、
金型に設けた直径５．０ｍｍ、深さ５．０ｍｍの断面円
形キャビティの上方位置までフィーダーボックスを移動
させ、超音波振動子を振動させ、フィーダーボックスの
粉末収容部内の造粒粉をキャビティ内に落下させて供給
した。その後、振動を停止し、フィーダーボックスを元
の位置まで戻した。ついで、上パンチを金型にわずかに
さし込み、電磁石に通電して金型のキャビティ内に１Ｍ
Ａ／ｍの大きさの磁界を発生させて造粒粉を配向させ
た。さらに、キャビティ内の配向された粉末を上パンチ
および下パンチで圧縮成形し、電磁石への通電を止めた
後、得られた成形体を下パンチで押し上げて金型より取
り出した。

【００５８】この成形を連続して行った。このとき、１
ｈ当たりの成形個数は２０００個に設定した。なお、成
形中の気密容器内の圧力は１ｋＰａのまま一定であっ
た。つぎに、気密容器内に空気を導入した後、得られた
成形体を気密容器から取り出した。ついで、金型を開口
部の直径が３．０ｍｍのものに交換し、造粒粉を成形装
置におけるフィーダーボックスの粉末収容部に追加装填
した。そして、上記の手順で成形を連続して行った。こ
のとき、金型のキャビティの深さは５．０ｍｍで一定と
した。さらに、上記と同様の手順で、開口部の直径がそ
れぞれ２．０ｍｍ、１．５ｍｍ、１．０ｍｍの金型を用
いて成形を行った。そして、得られたすべての成形体を
水素中において５００℃で２ｈ脱バインダーした後、１
０８０℃で２ｈ焼結した。

【００５９】（比較例３）実験例３で作製したものと同
じ造粒粉を、実験例３と同じ成形装置におけるフィーダ
ーボックスの粉末収容部に装填し、減圧しないで１００
ｋＰａの大気圧下で成形を行うこと以外は実験例３と同
一の条件で連続成形を行った。また、得られた成形体
を、実験例３と同じ条件で焼結した。

【００６０】そして、実験例３および比較例３におい
て、金型開口部の直径を変えたときの各直径について１
００個ずつの焼結体の高さおよび上下面の平行度を測定
した。この測定において高さの平均値および標準偏差な
らびに平行度の平均値を表３に示す。この結果、気密容
器内を減圧すれば、金型のキャビティの高さに対する開
口部面積の比率が小さくなるような形状の成形体を成形
する場合でも、安定した給粉および成形が可能となり、
寸法精度が優れた成形体または焼結体の製造が可能であ
ることが判る。

【００６１】

【表３】

【００６２】

【発明の効果】この発明によれば、粉噛みによるトラブ
ルの発生を防止して連続的にかつ高速に成形体を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態１に係る成形装置を示す概
略図である。

【図２】実施形態１の圧縮成形工程を示す図解図であ
る。

【図３】実施形態２に係る成形装置の要部拡大断面図で
ある。

【図４】実施形態３に係る成形装置の要部拡大断面図で
ある。

【符号の説明】 １０ 成形装置 １２ 金型 １６ 貫通孔 １８ 下パンチ ２０ キャビティ ２６、５０ フィーダーボックス ３０ 原料粉末 ３６ 上パンチ ４２ 気密容器 ４６ 真空ポンプ ４８ 成形体 ５４ 超音波振動子 ５６ ホッパ ５８ ホース

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒径が０．１μｍ〜５００μｍの原
   料粉末を収容した原料粉末供給手段を金型のキャビティ
   の上方に位置させて、前記原料粉末供給手段内および前
   記キャビティ内の圧力をそれぞれ１０ｋＰａ以下に設定
   した状態で、前記原料粉末を前記キャビティ内に落下さ
   せる粉末供給工程と、 前記キャビティ内に供給した前記原料粉末を圧縮成形す
   る圧縮成形工程とを備える、成形方法。
2. 【請求項２】 前記粉末供給工程では、前記原料粉末供
   給手段を振動させながら前記原料粉末を前記キャビティ
   内に供給する、請求項１に記載の成形方法。
3. 【請求項３】 前記原料粉末供給手段は前記原料粉末を
   前記キャビティ内に供給するためのホースを含み、 前記粉末供給工程では、前記ホースの一端部を前記キャ
   ビティの上方に位置させて、前記ホースの一端部から前
   記原料粉末を前記キャビティ内に供給する、請求項１に
   記載の成形方法。
4. 【請求項４】 前記キャビティは開口面積２５ｍｍ²以
   下に形成される、請求項１に記載の成型方法。
5. 【請求項５】 前記原料粉末は、平均粒径が０．１μｍ
   〜１０μｍの粉末に対してバインダーを添加することで
   平均粒径が２０μｍ〜５００μｍに造粒した造粒粉であ
   る、請求項１ないし４のいずれかに記載の成形方法。
6. 【請求項６】 前記原料粉末は希土類合金粉末を含む、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の成形方法。
7. 【請求項７】 キャビティが形成される貫通孔を有する
   金型と、 平均粒径が０．１μｍ〜５００μｍの原料粉末を収容
   し、前記キャビティの上方位置から前記原料粉末を前記
   キャビティ内に落下させる原料粉末供給手段と、 前記原料粉末供給手段が少なくとも前記キャビティの上
   方位置にあるときに、前記原料粉末供給手段内および前
   記キャビティ内の圧力をそれぞれ１０ｋＰａ以下に保持
   する圧力保持手段と、 前記キャビティ内に供給された前記原料粉末を圧縮成形
   する圧縮成形手段とを備える、成形装置。
8. 【請求項８】 前記原料粉末供給手段に設けられ、前記
   原料粉末供給手段が少なくとも前記キャビティの上方位
   置にあるときに作動する振動子をさらに含む、請求項７
   に記載の成形装置。
9. 【請求項９】 前記原料粉末供給手段は、 少なくともその一端部が前記キャビティの上方位置と前
   記上方位置から退避した退避位置との間を移動可能に構
   成され、前記一端部が前記キャビティの上方位置にある
   ときに前記原料粉末を前記キャビティ内に供給するホー
   スを含む、請求項７に記載の成形装置。
10. 【請求項１０】 前記キャビティは開口面積２５ｍｍ²
    以下に形成される、請求項７に記載の成型装置。
11. 【請求項１１】 前記原料粉末は、平均粒径が０．１μ
    ｍ〜１０μｍの粉末に対してバインダーを添加すること
    で平均粒径が２０μｍ〜５００μｍに造粒した造粒粉で
    ある、請求項７ないし１０のいずれかに記載の成形装
    置。
12. 【請求項１２】 前記原料粉末は希土類合金粉末を含
    む、請求項７ないし１０のいずれかに記載の成形装置。
13. 【請求項１３】 キャビティが形成される貫通孔を有す
    る金型と、 平均粒径が０．１μｍ〜５００μｍの原料粉末を収容
    し、前記キャビティの上方位置と前記上方位置から退避
    した退避位置との間を移動可能に構成され、前記キャビ
    ティの上方位置から前記原料粉末を前記キャビティ内に
    落下させる原料粉末供給部と、 少なくとも前記原料粉末供給部内を気密状態にする気密
    部材と、 前記原料粉末供給部が少なくとも前記キャビティの上方
    位置にあるときに、前記原料粉末供給部内および前記キ
    ャビティ内の圧力をそれぞれ１０ｋＰａ以下に設定する
    真空ポンプと、 前記キャビティ内に供給された前記原料粉末を圧縮成形
    する一対のパンチとを備える、成形装置。