JP2001192705A

JP2001192705A - 希土類合金粉末の成形体製造方法、成形装置および希土類磁石

Info

Publication number: JP2001192705A
Application number: JP2000317339A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Harada; 務原田; Hitoshi Morimoto; 仁森本; Atsuo Tanaka; 淳夫田中
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】多段充填を用いてラジアル配向磁石を製造す
る場合に、高い配向度を達成する。【解決手段】粉体成形装置の下パンチ１４をダイ１０
の貫通孔内に部分的に挿入することによって形成される
キャビティ内に希土類合金粉末２４を充填する粉末充填
工程、および、配向磁界を印加しながら希土類合金粉末
を加圧する配向圧縮工程を複数回繰り返す希土類合金粉
末の成形方法であって、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何
れかの整数）の配向圧縮工程を行うとき、第ｎ段目の配
向圧縮工程で形成された成形体２６の上端面をダイの磁
性体部分１０ａの下端面よりも上側に配置することを特
徴とする。これによって、成形体２６の存在に起因する
ラジアル磁界のゆがみを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希土類合金粉末の
成形体製造方法、希土類磁石、および粉体成形装置に関
し、特に、希土類合金粉末の多段充填および多段成形を
必要とする形態を持つ希土類磁石のための粉体プレス方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性粉末を粉体成形装置（プレス装置）
のキャビテイ内に充填し、それを単に圧縮した場合は、
粉末粒子の磁気モーメントはランダムな方位を向くこと
になる。これに対して、キャビティ内に磁界を形成し、
この磁界内で磁性粉末を配向圧縮すれば、粉末粒子を適
切な方位に配向させた成形体を作製することができる。
このような成形体を磁気特性に優れた希土類合金粉末か
ら作製すれば、高性能の異方性磁石を製造することがで
きる。

【０００３】図１は、磁性粉末をラジアル方向に配向さ
せる場合に用いる代表的な成形装置を示している。図１
の装置は、貫通孔を有するダイ１０と、ダイ１０の貫通
孔の内壁面に対向する外周面を有している磁性体コア１
２と、ダイ１０の貫通孔に対して下側から挿入される円
筒状の下パンチ１４と、ダイ１０の貫通孔に対して上側
から挿入される円筒状の上パンチ１６とを備えている。
磁性体コア１２は上コア１２ａおよび下コア１２ｂから
なり、上コア１２ａおよび下コア１２ｂは、それぞれ、
上パンチ１６および下パンチ１４のコア孔に挿入され
る。上コア１２ａおよび下コア１２ｂは強磁性体材料か
ら形成されるが、上パンチ１６および下パンチ１４は非
磁性体材料から形成される。

【０００４】図１に示されているダイ１０は、強磁性体
材料から形成された上側部分（磁性体部分）１０ａと、
非磁性材料から形成された下側部分（非磁性体部分）１
０ｂとが積層された構成を有している。ダイ１０の貫通
孔の内部において、コア１２の外周面とダイ１０の磁性
体部分１０ａの内壁面との間には円筒状の空間が形成さ
れる。この円筒状空間の上側は上パンチ１６で塞がれ、
下側は下パンチ１４で塞がれる。このように、コア１２
の外周面、ダイ１０の内壁面および下パンチの上端面に
よって、粉末が充填される「キャビティ」が形成され
る。キャビティ内に充填された磁性粉末２４は、上パン
チ１６と下パンチ１４とに挟まれ、圧縮成形される。キ
ャビティは、下パンチ１４の上端面、コア１２の外周
面、およびダイ１０の磁性体部分１０ａの内壁面によっ
て規定される。ただし、使用中に非磁性体部分と強磁性
体部分との間で段差が生じて成形体取出時に成形体を傷
つけることがないように、ダイ１０の貫通孔の内側面に
非磁性体材料から形成された円筒状のスリーブ１１を設
けることがある。その場合、キャビティは、下パンチ１
４の上端面、コア１２の外周面、およびスリーブ１１の
内壁面によって規定される。

【０００５】上記のキャビティ内にラジアル磁界を形成
するため、上コイル２０と下コイル２２とが具備されて
いる。上コイル２０によって形成された磁界と下コイル
２２によって形成された磁界とが磁性体コア１２の中央
部付近で反発しあい、コア１２の中心部からダイ１０へ
と放射状に広がるラジアル磁界が形成される。図１の矢
印は、磁性体内における磁束を模式的に示している。

【０００６】作製する成形体の配向度を向上させるに
は、キャビティ内に強いラジアル磁界を形成する必要が
ある。ラジアル磁界の強度を上げるには、コイル２０お
よび２２に供給する電力を増加させる他、コア１２のサ
イズや材質を最適化することが望ましい。しかし、コイ
ルに与える電力の増加は製造コストを上昇させ、また発
熱の問題を引き起こす。また、コアサイズ（コアの太
さ）は作製すべき成形体の内径によって限定され、コア
材質の改良にも限界がある。

【０００７】このため、軸方向に長く伸びた円筒状の磁
石を製造する場合、十分な強度の配向磁界を印加するた
めに、粉末充填工程とプレス工程とを複数回繰り返す多
段成形プロセスが行われている。多段成形法によれば、
長い円筒状成形体を作製する場合でも、軸方向に分割し
て粉末充填／配向圧縮サイクルを繰り返すため、１サイ
クル当たりのキャビティ長を短くし、それによってキャ
ビティ内に形成するラジアル磁界の強度を高くすること
ができるからである。

【０００８】以下、図１、図２Ａおよび図２Ｂを参照し
ながら、多段充填法の従来例を説明する。

【０００９】まず、図１に示されるように、キャビティ
に充填した磁性粉末２４を配向磁界中で加圧し、第１段
目の成形体２６を作製する（第１段目の配向圧縮工
程）。この後、図２Ａに示すように、第１段成形体２６
の上方に形成したキャビティ内に次の磁性粉末２４を充
填し、配向磁界中にて磁性粉末２４を加圧する（第２段
目の配向圧縮工程）。なお、第２段目の配向圧縮工程に
おいて、キャビティは、前回形成された第１段目の成形
体２６の上面、コア１２外周面、およびダイ１０の磁性
体部分１０ａの内壁面によって規定される。図２Ｂに示
すように、第２段配向圧縮工程によって、第１段成形体
２６上に第２段成形体２８が形成され、二つの成形体が
一体化し、一つの成形体３０が形成される。

【００１０】このようにして、粉末充填工程と配向圧縮
工程とを複数回繰り返せば、ダイ１０の磁性体部分１０
ａの軸方向サイズＬ（図１参照）に制限されることな
く、所望の軸方向長さを持つ異方性リング磁石を製造す
ることが可能になる。このような多段充填・成形を行う
異方性リング磁石の製造方法は、例えば特開平９−２３
３７７６号公報に開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術によって製造した異方性磁石には、第１段成形
体２６と第２段成形体２８との境界部分で配向の乱れが
生じ、それによって境界部分で着磁の程度が劣化してし
まうという問題がある。

【００１２】図３は、従来の多段成形方法によって製造
したリング磁石（円筒形磁石）の外周面側の表面磁束密
度（Ｂｇ）を示すグラフである。ここでは、表面加工後
の寸法が外径１６．４ｍｍ、内径１０．５ｍｍ、軸方向
長さ２０ｍｍのリング磁石を作製し評価した。グラフ
中、外周面側の表面磁束密度（Ｂｇ）を実線で示してい
る。測定はガウスメータを用い、磁石の表面を測定プロ
ーブで走査することによって行った。図３のグラフにお
いて、領域Ｂは第２段成形体２８の測定値に相当し、領
域Ｃは第１段成形体２６の測定値に相当している。

【００１３】図４は、測定対象となった円筒状磁石３２
の斜視図である。図４に示される磁石３２（成形体３０
に対応）の図中左側が、成形装置の上側（プレス方向上
側）に対応する。

【００１４】図３のグラフからわかるように、第１段成
形体２６と第２段成形体２８との境界部分において、表
面磁束密度（Ｂｇ）の大きな落ち込みが観察される。境
界部分での表面磁束密度（Ｂｇ）は、他の部分における
表面磁束密度（Ｂｇ）の最大値の約６０％以下に低下し
ている。

【００１５】本願発明者は、このような磁束密度（Ｂ
ｇ）の局所的低下が次のようにして生じるものと考え
た。すなわち、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、
第１段成形体２６を下パンチ１４の上面の上に配置した
状態で第２段配向圧縮工程を実行するとき、磁性体であ
る第１段成形体２６中に磁束が漏れ出し、ラジアル磁界
の分布にゆがみが発生してしまう。これは、下コア１２
ｂから供給される磁束が、２回目に充填された希土類合
金粉末２４に比較して、より磁束の通りやすい第１段成
形体２６の上端面付近に集中するために生じる。このよ
うにして透磁率の高い第１段成形体２６の上部内を磁束
がショートカットして下コア１２ｂから磁性体部分１０
ａへ延びる結果、ラジアル磁界の分布のゆがみが第１段
成形体２６と第２段成形体２８との境界およびその近傍
の部分において顕著に生じることとなる。このことは、
配向磁界の半径方向成分が減少し、軸方向成分が増加す
ることを意味する。配向磁界磁界の軸方向成分が増加す
ると、磁性粉末２４の配向が乱れ、配向度が低下してし
まう。

【００１６】第１段目の配向圧縮工程で形成するラジア
ル磁界の分布に乱れが少なくとも、第２段目の配向圧縮
工程で形成するラジアル磁界の分布に乱れが生じると、
第２段成形体２８のみならず、第１段成形体２６にも配
向の乱れが発生する。これは、磁性粉末２４がいったん
配向圧縮された状態にあっても、例えば０．４ＭＡ／ｍ
以上の強い磁界中では粒子の再配向が生じるからであ
る。磁性粉末２４に潤滑剤が添加されていれば、粉末粒
子の回動が生じやすくなるため、第１段成形体２６にお
ける配向乱れはいっそう強くなる。また、第２段目の配
向圧縮工程で印加する配向磁界が強力であるほど、第１
段成形体２６の配向度が劣化することにもなる。

【００１７】なお、ボンド磁石を製造する場合よりも、
焼結磁石を製造する場合の方が配向度の低下が生じやす
いと考えられる。これは、焼結用に磁石粉末を成形する
場合、粉末の圧縮密度を比較的小さくするため、第１段
成形体２６が乱れた磁界の影響を受けやすくなるからで
ある。

【００１８】また、従来の多段成形法によって作製した
成形体を焼結した場合、得られる焼結体の寸法精度が良
くないという問題もあった。原因としては、希土類焼結
磁石用の合金粉末は、造粒（粉末形状の加工）を行わな
い場合には、極めて流動性にとぼしく、均一な密度でキ
ャビティ内に充填することが難しいことが挙げられる。
また、円筒形状のキャビティに対しては、予め計量され
た量の粉末を充填することが難しい。このため、本来充
填すべき量をはるかに超える量の粉末を収容したフィー
ダボックスをキャビティ上に移動させ、粉末を自由落下
させたのち、フィーダボックスの底部エッジでキャビテ
ィ内に充填された粉末を摺りきる。このようにした場
合、給粉するたびに充填密度がばらつくことなどによっ
て、粉末の充填量は変動してしまう。

【００１９】従来のプレス動作では、ダイおよびパンチ
の動作制御は、キャビティ内への粉末の充填密度が均一
であると仮定して行われ、圧縮時におけるダイおよびパ
ンチの位置は、毎回、予め設定された位置に従う。従っ
て、粉末の充填密度にバラツキがある場合には、成形体
密度がばらつき、その結果、焼結時における収縮率に異
なりが生じるために、焼結体の寸法が成形方向（高さ方
向）および厚さ方向にばらつくという問題が生じてい
た。

【００２０】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、多段充填および成形を行う場
合であっても、配向度の局所的低下を抑制した高品質の
成形体を作製することができる希土類合金粉末の成形方
法を提供することにある。

【００２１】本発明の他の目的は、上記成形方法を用い
て作製したラジアル配向成形体を用い、磁石特性に優れ
た永久磁石を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明による希土類合金
粉末の成形体製造方法は、非磁性体部分と磁性体部分と
が積層され、貫通孔を有しているダイと、前記ダイの貫
通孔の内壁面に対向する外周面を有している磁性体コア
と、前記ダイの貫通孔の内周面と前記磁性体コアの外周
面との間に形成される空間に下方から挿入される下パン
チと、前記ダイの貫通孔の内周面と前記磁性体コアの外
周面との間に形成される空間に上方から挿入される上パ
ンチとを備えた成形装置を用いて、前記ダイの貫通孔に
前記下パンチを挿入することによって形成されるキャビ
ティ内に希土類合金粉末を充填する粉末充填工程、およ
び、配向磁界を印加しながら前記希土類合金粉末を加圧
する配向圧縮工程を複数回繰り返す希土類合金粉末の成
形体製造方法であって、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何
れかの整数）の配向圧縮工程を行うとき、第ｎ段目の配
向圧縮工程で形成された成形体の上端面を前記ダイの磁
性体部分の下端面よりも上側に配置する。

【００２３】本発明による希土類合金粉末の成形体製造
方法は、第１の磁性体部材と第２の磁性体部材との間の
配向空間に形成されるキャビティ内に希土類合金粉末を
充填する粉末充填工程、および、配向磁界を印加しなが
ら前記希土類合金粉末を加圧する配向圧縮工程を複数回
繰り返す希土類合金粉末の成形体製造方法であって、第
ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れかの整数）の配向圧縮工
程を行うとき、第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成
形体の少なくとも一部を前記第１の磁性体部材と前記第
２の磁性体部材との間の配向空間内に配置させる。

【００２４】前記キャビティ内における前記配向磁界の
強度を０．４ＭＡ／ｍ以上とすることが好ましい。

【００２５】前記希土類合金粉末には潤滑剤が添加され
ていてもよい。

【００２６】第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れかの整
数）の粉末充填工程において前記キャビティ内に充填す
る希土類合金粉末の量よりも、第ｎ段目の粉末充填工程
において前記キャビティ内に充填する希土類合金粉末の
量を多くすることが好ましい。

【００２７】前記第ｎ＋１段目の配向圧縮工程におい
て、前記第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成形体の
上端面と前記ダイの磁性体部分の下端面との間のレベル
差を３ｍｍ以上とすることが好ましい。

【００２８】前記第ｎ＋１段目の配向圧縮工程におい
て、前記第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成形体の
前記配向空間内に含まれる部分の高さを３ｍｍ以上とす
ることが好ましい。

【００２９】好ましい実施形態において、前記希土類合
金粉末は、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金（ＲはＹ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｌｕの少なくとも一種類の元素を含有する希
土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは
添加元素、Ｂはホウ素）から形成されている。

【００３０】好ましい実施形態において、前記成形体は
円筒形状を有しており、前記配向磁界はラジアル磁界で
ある。

【００３１】前記第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された
成形体の密度は３．５ｇ／ｃｍ³以上であることが好ま
しい。

【００３２】好ましい実施形態において、前記配向磁界
を印加しながら希土類合金粉末を加圧する配向圧縮工程
は、前記キャビティ内に充填された希土類合金粉末に加
えられる圧力を測定する工程を包含する。

【００３３】好ましい実施形態において、前記希土類合
金粉末に加えられる圧力を制御することによって、前記
配向圧縮工程で形成される成形体の密度を調節する。

【００３４】本発明による希土類磁石の製造方法は、上
記の何れかの希土類合金粉末の成形体製造方法によって
製造された成形体を焼結し、それによって永久磁石を得
る。

【００３５】本発明による希土類磁石は、キャビティ内
に希土類合金粉末を充填する粉末充填工程、および、配
向磁界を印加しながら前記希土類合金粉末を加圧する配
向圧縮工程を複数回繰り返すことによって製造された希
土類磁石であって、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れか
の整数）の配向圧縮工程によって形成された上側成形体
と第ｎ段目の配向圧縮工程によって形成された下側成形
体との境界部分における表面磁束密度が、他の部分にお
ける表面磁束密度の最高値に対して６５％以上である。

【００３６】本発明による粉体成形装置は、非磁性体部
分と磁性体部分とを積層した状態で有し、前記非磁性体
部分および磁性体部分を貫通する貫通孔を有するダイ
と、前記ダイの貫通孔の内壁面に対向する外周面を有し
ている磁性体コアと、前記ダイの貫通孔の内周面と前記
磁性体コアの外周面との間に形成される空間に下方から
挿入される下パンチと、前記ダイの貫通孔の内周面と前
記磁性体コアの外周面との間に形成される空間に上方か
ら挿入される上パンチと、前記ダイの貫通孔に前記下パ
ンチを挿入することによって形成されるキャビティ内に
磁性粉末を充填する粉末供給装置と、前記キャビティ内
に充填された磁性粉末に配向磁界を印加する磁界発生器
と、前記ダイと前記下パンチとの相対的な位置を制御す
る第１の制御器と、前記上パンチと前記下パンチとの相
対的な位置を制御する第２の制御器とを備えており、前
記キャビティ内に磁性粉末を充填する粉末充填工程、お
よび、前記配向磁界を印加しながら前記磁性粉末を加圧
する配向圧縮工程を複数回繰り返すように動作する粉体
成形装置であって、前記第１の制御器は、第ｎ＋１段目
（ｎは１以上の何れかの整数）の配向圧縮工程を行うと
き、第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成形体の上端
面が前記ダイの磁性体部分の下端面よりも上側に配置さ
れるように、前記ダイと前記下パンチとの相対的な位置
を制御する。

【００３７】好ましい実施形態において、前記磁性粉末
に加えられる圧力を測定する圧力センサを備える。

【００３８】好ましい実施形態において、前記圧力セン
サは、前記圧力センサは、前記上パンチまたは前記下パ
ンチの歪を検出する歪ゲージを備える。

【００３９】好ましい実施形態において、前記第２の制
御器は、前記圧力センサによって測定された圧力に基づ
いて、前記上パンチと前記下パンチとの相対的な位置を
制御する。

【００４０】本発明による希土類合金粉末の成形体製造
方法は、ダイおよび下パンチによって第１のキャビティ
を形成する第１のキャビティ形成工程と、前記第１のキ
ャビティに希土類合金粉末を充填する第１の粉末充填工
程と、前記第１のキャビティ内の粉末に加えられる圧力
が第１の所定値になるまで前記第１のキャビティに充填
された粉末を圧縮する第１の圧縮工程と、前記第１のキ
ャビティを形成するダイおよび下パンチを相対移動さ
せ、前記圧縮された粉末の上方に、第２のキャビティを
形成する第２のキャビティ形成工程と、前記第２のキャ
ビティ内に粉末を充填する第２の粉末充填工程と、前記
第２のキャビティ内の粉末に加えられる圧力が第２の所
定値になるまで前記第２のキャビティに充填された粉末
を圧縮する第２の圧縮工程とを包含する。

【００４１】好ましい実施形態において、前記第１の圧
縮工程によって形成された成形体の上端位置を記憶する
記憶工程と、前記上端位置に基づいてダイおよび下パン
チを相対移動させ、前記第２のキャビティを形成する第
２のキャビティ形成工程とを包含する。

【００４２】好ましい実施形態において、前記第１のキ
ャビティおよび第２のキャビティは、円筒形状である。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施形態を説明する。

【００４４】まず、図５を参照しながら、粉体成形装置
の全体構成を説明する。粉体成形装置５は、貫通孔を有
するダイ１０と、ダイ１０の貫通孔に対して下側から挿
入される円筒状の下パンチ１４と、ダイ１０の貫通孔に
対して上側から挿入される円筒状の上パンチ１６とを備
えている。各パンチ１４および１６に設けられたコア孔
には、ラジアル磁界を形成するための磁性体コア１２ａ
および１２ｂが挿入される。また、ダイ１０は、強磁性
体材料から形成された上側部分（磁性体部分）と非磁性
材料から形成された下側部分（非磁性体部分）とが積層
された構成を有している。なお、本明細書において「非
磁性体材料」とは、飽和磁化が０．６Ｔ以下の材料を指
す。上述の、プレス部を形成する構成は、図１に示す装
置と同様の構成である。図１と同様の部材には、同一の
参照符号を付している。

【００４５】ダイ１０は、ダイセット５０に対して固定
されており、このダイセット５０は、ベースプレート５
２を貫通するガイド棒５４を介して下部プレート５６に
接続されている。下部プレート５６は、シリンダロッド
５８ａを介して下部油圧シリンダ５８ｂに接続されてい
る。この構成により、下部油圧シリンダ５８ｂを用いて
ダイ１０を上下方向に移動させることが可能である。ダ
イ１０の位置は、リニアスケールなどを用いて構成され
る適切な位置センサ５９によって測定される。この測定
値に基づいて下部油圧シリンダ５８ｂの動作を制御すれ
ば、ダイ１０を任意の所望の位置に設定することが可能
である。

【００４６】下パンチ１４は、ダイ１０の貫通孔に対し
て下側から挿入される位置においてベースプレート５２
上に固定されている。粉体成形装置５では、上述のよう
に貫通孔が設けられたダイ１０を上下方向に移動させる
ことができるため（フローティング・ダイ方式）、下パ
ンチ１４を上下方向に移動させることは必要とされな
い。

【００４７】上パンチ１６の上端は、上部プレート６０
に取りつけられる。上部プレート６０は、シリンダロッ
ド６２ａを介して上部油圧シリンダ６２ｂに接続され
る。また、上部プレート６０の両端近傍において、ダイ
セット５０に固定されたガイド棒６４が貫通している。
上部プレート６０および上パンチ１６は、ガイド棒６４
に案内されながら、上部油圧シリンダ６２ｂによって、
上下方向に移動可能とされている。上パンチ１６の位置
は、リニアスケールなどを用いて構成された適切な位置
センサ６６によって測定される。この測定値に基づいて
上部油圧シリンダ６２ｂの動作を制御すれば、上パンチ
１６を任意の所望の位置に設定することが可能である。

【００４８】また、キャビティ内に充填された粉末に配
向磁界を印加するために、キャビティの上側および下側
のそれぞれにおいて上コイル２０および下コイル２２が
設けられている。上コイル２０は、例えば、上部プレー
ト６０の下面において設けられており、下コイル２２
は、例えば、ダイセット５０の下面において設けられて
いる。上コイル２０および下コイル２２によって形成さ
れた反発磁界によって、キャビティ内の粉末に対して、
コア１２の中心部からダイ１０へと放射状に広がるラジ
アル磁界を印加することができる。

【００４９】本実施形態において、上部油圧シリンダ６
２ｂには、油圧の大きさを測定するための圧力センサＡ
が取りつけられている。この圧力センサＡを用いて、キ
ャビティに充填された磁性粉末に加えられる圧力を計測
することができる。この方法は、例えば特開平１０−１
５２７０２号公報に記載されている。

【００５０】このような圧力センサＡを用いれば、上パ
ンチ１６の上下方向の位置を計測する位置センサ６６の
みを用いる場合に比べ、成形体の成形密度をより一定に
してプレス工程を行うことができる。特に、本実施形態
のようにリング状の磁石を作製する場合、キャビティ
は、その内部に粉末が均一に充填され難い形状を有して
いるため、各充填工程毎にキャビティ内に供給される粉
末の量にはバラツキが生じやすい。また、本実施形態で
適切に用いられるＲ−Ｔ−Ｂ系（ＲはＹを含む希土類元
素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏとの混合物、Ｂはホウ
素）合金粉末は、角張った形状のものが多く、均一に充
填しがたい。特に、ストリップキャスト法（例えば、米
国特許５、３８３、９８７号に記載）などの急冷法（冷
却速度１０²〜１０⁴℃／ｓｅｃ）によって作製した合金
粉末は、粒度分布の範囲が狭く、流動性がより一層低下
するため、均一な充填が難しくなる。

【００５１】このようにキャビティ内に充填される粉末
の量にバラツキがある場合、粉末プレス時における上パ
ンチ１６の位置（下パンチ１４に対する相対位置）を所
定の位置に設定するだけでは、作製される成形体毎に密
度バラツキが生じてしまう。これに対し、本実施形態の
ように圧力センサＡを用いる場合、キャビティ内の粉末
（または成形体）に加えられる圧力を測定し、この圧力
に基づいて、下パンチに対する上パンチの位置を変化さ
せることができるので、成形体に常に所定の圧力を加え
ることができ、これにより、成形体の密度を略一定に制
御することができる。

【００５２】また、本実施形態のように多段成形法によ
り成形体を作製する場合、圧力センサＡを用いることに
よって、成形体を作製するために複数回行われる配向圧
縮工程のそれぞれにおいて、精度良く所望の成形密度を
得ることができる。

【００５３】例えば、初期の配向圧縮工程では、比較的
密度が低い状態（柔らかめ）で成形体を作製しておき、
最後の配向圧縮工程で、より高い圧力を加えて押し固め
るようにすれば、全体にわたって密度が均一な成形体を
作製することができる。このようにして作製された成形
体は、焼結工程において局所的に異なる収縮率で収縮さ
れるというようなこともない。これにより、所望の形状
および磁気特性を有する焼結磁石を得ることができる。

【００５４】また、圧力センサＡを用いることによっ
て、各配向圧縮工程において、キャビティ内の粉末に対
して所定レベル以上の十分な圧力を加えるようにプレス
動作を制御することができる。これにより、各配向圧縮
工程において、所定レベル以上の密度を有する成形体を
作製することができ、次の段の配向圧縮工程の際に形成
される配向磁界によって、前の段に作製された成形体が
再配向するということを防止することができる。

【００５５】なお、後述するように、上パンチ１６に歪
ゲージ（不図示）を固定し、この歪ゲージを用いて、キ
ャビティ内の磁性粉末（または成形体）に加えられる圧
力を測定してもよい。歪ゲージを用いれば、上部油圧シ
リンダ６２ｂの油圧の大きさを測定する場合に比べて、
磁性粉末への印加圧力をより正確に測定することができ
る。従って、略均一な密度を有したリング状の成形体
を、確実に作製することができる。

【００５６】ダイセット５０上にはフィーダボックス４
０が配置される。フィーダボックス４０内は、希土類合
金粉末２４が収納される。フィーダボックス４０はシリ
ンダロッドを介して油圧シリンダ４２に接続されてお
り、ダイ１０に形成された貫通孔に対して進退可能とさ
れる。

【００５７】なお、円筒状の上パンチ１６および下パン
チ１４は、例えば、硬度がＨ_RＡ（ロックウェル硬さ）
で７０以上９３以下であり、組成がＭｏ：１．６ｗｔ
％、Ｎｉ：２０ｗｔ％、残部ＷＣであるＷＣ−Ｎｉ系の
超硬合金などによって形成される。ここで、超硬合金に
は、周期律表で第ＩＶａ族、Ｖａ族、またはＶＩａ族に
属する９種類の元素のうち少なくとも１つの元素を含む
炭化物の粉末を、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｎなどの
鉄属金属、またはそれらの合金を用いて焼結・結合する
ことによって形成された合金が含まれる。超硬合金とし
て、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ま
たはＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系の合金を用いること
もできる。

【００５８】また、上パンチ１６および下パンチ１４
は、合金鋼から形成されていてもよい。ここで、合金鋼
には、Ｆｅ−Ｃを主体とした高速度鋼、高マンガン鋼、
ダイス鋼などが含まれ、上パンチ１６および下パンチ１
４としては所定の硬度を有する合金鋼が用いられる。

【００５９】このように、上パンチ１６および下パンチ
１４をＨ_RＡで７０以上９３以下の硬度を有する超硬合
金または合金鋼などから形成すれば、上パンチ１６およ
び下パンチ１４に所望の靭性および弾性を与えることが
できる。これにより、上パンチ１６および下パンチ１４
を鋭利な形状に加工したときにも破損し難いものとする
ことができる。

【００６０】以下、図６（ａ）から（ｆ）を参照しなが
ら、本実施形態における希土類合金粉末の成形方法（成
形体の製造方法）を説明する。本発明は３段回以上の粉
末充填／配向圧縮サイクルを行う場合にも適用できる
が、本実施形態では、便宜上、２段回の粉末充填／配向
圧縮サイクルを行う場合について説明する。

【００６１】まず、図６（ａ）を参照する。この図は、
直前の配向圧縮工程で作製した成形体を成形装置から取
り出した直後の状態を示している。ここでは、下パンチ
１４の上端面がダイ１０の上端面と面一になる状態のま
ま、上コア１２ａおよび上パンチ１６を上昇させ、ダイ
１０から離隔させる。

【００６２】この後、図６（ｂ）に示すように、ダイ１
０および下コア１２ｂを上昇させることによって、ダイ
１０および下コア１２ｂに対する下パンチの相対的な位
置を下げ、ダイ１０の貫通孔内に円筒状の空間（キャビ
ティ）を形成する。この空間の下方は下パンチ１４の上
端面によって区画されるが、上方は開放され、希土類合
金の磁性粉末が充填されるべき環状の凹部を形成する。
次に、希土類合金粉末を供給するためのフィーダーボッ
クス（給粉箱）４０をキャビティの上に来る位置までス
ライドさせ、フィーダーボックス４０の内部に収められ
ていた粉末２４をキャビティに充填する（第１段目の粉
末充填工程）。第１段目の粉末充填工程では、キャビテ
ィの下面の位置、すなわち、下パンチ１４の上端面の位
置は、ダイ１０の磁性体部分１０ａの下端面の位置に等
しいか、または少し高い位置に設定される。説明の都合
上、３段以上の粉末充填がなされる場合を考慮し、第ｎ
段目（ｎは１以上の何れかの整数）の粉末充填工程にお
いて粉末が充填される空間（キャビティ）を、「第ｎの
キャビティ」と称する場合がある。

【００６３】次に、図６（ｃ）に示すように、フィーダ
ーボックス４０をキャビティ上から退避させた後、上コ
ア１２ａおよび上パンチ１６を共に降下させ、上コア１
２ａの下端面を下コア１２ｂの上端面に当接させる。続
いて、上パンチ１６の下端部をダイ１０の貫通孔内に挿
入し、更に下降させる。このとき、上パンチ１６の下端
面がキャビティを閉じた段階で、コア１２内で反発磁界
を形成し、キャビティ内にラジアル磁界を形成する。本
実施形態では、充分な磁気特性を得るため、キャビティ
内における配向磁界の強度を０．４ＭＡ／ｍ以上とす
る。キャビティ内に充填されていた粉末は、上パンチ１
６と下パンチ１４との間にあってラジアル磁界のもとで
圧縮成形される（第１段目の配向圧縮工程）。こうし
て、ラジアル配向した第１段目の成形体２６が形成され
る。なお、図６（ｃ）の工程における配向磁界の様子
は、図１に示されるものと異ならない。第１段目の配向
圧縮工程が終了した後、コイル２０および２２を用い
て、その前に印加した配向磁界の向きとは逆の向きの磁
界を印加し、第１段成形体２６の脱磁を行う。

【００６４】なお、第１段成形体の密度は３．５ｇ／ｃ
ｍ³以上にすることが好ましい。より好ましくは、３．
９ｇ／ｃｍ³〜４．５ｇ／ｃｍ³に設定される。その理由
は、圧縮の程度が不充分なために成形体密度が上記のレ
ベルを下回ってしまうと、第１段成形体２６の再配向が
生じるおそれがあるからである。

【００６５】上記第１段目の配向圧縮工程では、充填粉
末に印加する圧力を検知し、その圧力が所定値に達した
後に圧縮動作を停止し、次の工程に移るという制御方法
を採用することができる。ここで圧力検知は、図５に示
した圧力センサＡを用いて行うことができる。このよう
な制御方法を採用した場合、キャビティに充填する粉末
の量がばらついても、常に３．５ｇ／ｃｍ³以上の成形
密度で成形体を作製することができる。従って、既に成
形した第１段成形体が、第２段成形体を作製する際の磁
界印加によって再配向をしてしまうことを防止できる。

【００６６】この圧力検知は、上パンチ１６に設けられ
た歪ゲージ（歪センサ）を用いて行ってもよい。歪ゲー
ジとして、例えば、東京測器研究所社製の歪ゲージ（Ｆ
ＣＡ−３−１１−１Ｌ）を用いることができる。歪ゲー
ジの数は多いほど、正確な圧力を求めるのに有効であ
る。本実施形態では、４ゲージ法を採用し、４個の歪ゲ
ージをパンチ側面に貼付している。なお、歪ゲージは上
パンチ１６および／または下パンチ１４の側面に設けて
も良い。

【００６７】このような歪ゲージを用いれば、プレス時
における上パンチ先端の歪の程度を測定することがで
き、これにより、成形体に加えられる圧力を、リアルタ
イムで、且つ、高い精度で検知することができる。

【００６８】以下、このような歪ゲージを用いた、成形
体作製方法の一具体例を説明する。まず、キャビティ内
に粉末が充填された状態で、上パンチ１６を下パンチ１
４に対して降下させる。これにより、粉末に印加される
圧力は漸増する。このとき、粉末に加えられる圧力は、
上パンチ１６の側面に固定された歪ゲージによって、リ
アルタイムで正確に観察される。なお、この加圧過程に
おいて、上パンチ１６とともにダイ１０をより遅い速度
で降下させてもよい。こうすることによって、キャビテ
ィ内の粉末に対して、上パンチ１６を降下させつつ下パ
ンチ１４を上昇させた場合と同様の圧力効果を及ぼすこ
とができ、成形体中の密度バラツキを低減する上で有効
である。

【００６９】次に、歪ゲージによって、粉末（または成
形体）に付与されている圧力が所定レベルに達したこと
が検知されると、上パンチ１６の降下が停止され、成形
体が形成される。このように歪ゲージを用いて圧力を測
定しつつ成形体を作製すれば、成形体の成形密度を所定
レベル（例えば３．５ｇ／ｃｍ³）以上に設定すること
ができる。

【００７０】次に、図６（ｃ）および（ｄ）を参照す
る。図６（ｃ）に示した状態から、上パンチ１６と下パ
ンチ１４とで成形体を所定の圧力で押圧した状態のまま
で、ダイ１０を上昇させ、さらに、下コア１２ｂと上コ
ア１２ａとが当接した状態でこれらのコア１２ａ，１２
ｂを上昇させる。このようにすれば、ダイ１０やコア１
２ａ，１２ｂの上昇時に発生する摩擦によって成形体が
破損することを防止できる。その後、上パンチ１６を上
昇させることによって、成形体上面の上方に、再度キャ
ビティ（「第２のキャビティ」）が形成される。第２の
キャビティの下方は、下パンチ１４ではなく、第１段成
形体２６の上端面によって区画される。

【００７１】従来の多段成形法による場合は、第１段成
形体２６の上端面がダイ１０の磁性体部分１０ａの下端
面と同じレベルに配置されていたが、本発明では、第１
段成形体２６の上端面がダイ１０の磁性体部分１０ａの
下端面よりも上側に位置するように、下パンチ１４とダ
イ１０との相対位置関係を制御する。この後、フィーダ
ーボックス４０をキャビティ上に移動し、希土類合金粉
末を第２のキャビティに充填する（第２段目の粉末充填
工程）。

【００７２】次に、図６（ｅ）に示すように、フィーダ
ーボックス４０をキャビティ上から退避させた後、上コ
ア１２ａおよび上パンチ１６を降下させ、上コア１２ａ
の下端面を上コア１２ｂの上端面に当接させる。続い
て、上パンチ１６の下端部をダイ１０の貫通孔内に挿入
し、更に下降させる。このとき、上パンチ１６の下端面
がキャビティを閉じた段階で、コア１２内で反発磁界を
形成し、第２のキャビティ内にラジアル磁界を形成す
る。第２のキャビティ内に充填していた粉末は、ラジア
ル磁界中で圧縮される（第２段目の配向圧縮工程）。こ
うして、第１段成形体２６上に第２段成形体２８が形成
されるとともに、両者が一体化されて一つの成形体３０
が形成される。本実施形態では、第１段成形体２６の軸
方向長さを例えば約１３．５ｍｍとし、第２段成形体２
８の軸方向長さを約１０．５ｍｍとする。

【００７３】図７は、図６（ｅ）に示す工程における配
向磁界の様子を示す断面図である。第２段目の配向圧縮
工程で充填粉末が成形されるとき、第２のキャビティの
位置は、ダイ１０の貫通孔内において、ダイ１０の磁性
体部分１０ａの下端面の位置よりも高い。言いかえる
と、磁性体部分１０ａに対する第１段成形体２６の相対
位置が従来例よりも上方に移動している。このため、下
コア１２ｂ内に形成される磁束がダイ１０の磁性体部分
１０ａに向かって半径方向に広がる領域において、磁界
（または磁束）の軸方向成分が減少し、図１に示すラジ
アル磁界に近い状態の磁界を形成することができる。

【００７４】本実施形態では、第１段成形体２６の上端
面がダイ１０の磁性体部分１０ａの下端面よりも３ｍｍ
以上高くなるようにしている。この３ｍｍという値は、
本実施形態で使用するダイ１０の磁性体部分１０ａの軸
方向長さ（Ｌ＝約２４ｍｍ）に対して、１０％を超える
大きさである。また、前述のように、本実施形態で作成
する第１段成形体２６の軸方向長さは約１３．５ｍｍで
あるので、３ｍｍという値は第１段成形体２６の軸方向
長さの２０％を超える大きさである。

【００７５】第２段目の配向圧縮工程が終了した後、コ
イル２０および２２を用いて、その前に印加した配向磁
界の向きとは逆の向きの磁界を印加し、成形体３０の脱
磁を行う。その後、図６（ｆ）に示すように、上パンチ
１６および上コア１２ａを上昇させるとともに、ダイ１
０の位置を下げることによって成形体３０が取り出され
る。

【００７６】こうして作製した成形体３０を焼結した
後、表面処理を行ない、これを着磁することによってラ
ジアル配向した異方性リング磁石を製造することができ
る。

【００７７】なお、成形体３０を抜き出す工程におい
て、上述の歪ゲージを用いて測定した成形体圧力に基づ
いて、上パンチ１６およびダイ１０の動作を制御しても
よい。以下、図８を参照しながら、成形体３０の取り出
し工程の一例を説明する。

【００７８】図８は、成形体圧力Ｐの変化を示すグラフ
である。グラフに示すように、圧縮配向工程Ｓ１におい
て所定の成形体圧力Ｐ₁で成形体３０を作製した後、上
パンチ１６をゆっくりとした速度で上昇（または印加圧
力を低下）させ、これにより、成形体圧力Ｐを徐々に低
下させる。なお、作製された成形体は、所謂スプリング
バック現象により、押圧方向と反対の方向に延びようと
するので、上パンチ１６と成形体とが接した状態のまま
で、成形体圧力Ｐが徐々に低下する。この時の成形体圧
力の変化は、歪ゲージによって検知される。

【００７９】この過程において、成形体圧力Ｐが所定の
値Ｐ₂まで低減した時に、ダイ１０を降下させ始める。
これにより、成形体３０はキャビティ外に露出し始め
る。上パンチ１６は、依然としてゆっくりとした速度で
上昇させられており、成形体圧力Ｐはさらに低下する。

【００８０】その後、ダイ１０の降下が進行し、成形体
がキャビティから完全に抜き出されるより前の時点にお
いて、上パンチの上昇を停止させ、保持圧力Ｐ₃で成形
体圧力を維持する。歪ゲージを用いれば、この保持圧力
Ｐ₃を比較的小さい値に設定することが可能である。成
形体は、保持圧力Ｐ₃が加えられた状態で、キャビティ
から完全に抜き出される。その後、成形体３０をダイ１
０上で露出させた状態で上パンチ１６を再び上昇させ、
成形体の抜き出し工程が終了する。

【００８１】このように、歪ゲージを用いて測定した成
形体圧力に基づいて、上パンチ１６およびダイ１０の動
作を制御した理由は、キャビティからの抜き出し工程に
おける成形体のひび割れ・圧壊を低減するためである。

【００８２】成形体３０をキャビティから抜き出す際、
ダイ１０と成形体３０との間の摩擦によって成形体３０
に応力が加えられ、これにより、成形体３０にひびが発
生するおそれがある。このとき、上パンチ１６によって
成形体に所定の成形体圧力を加えておけば、ひびの発生
を防止することができる。このため、成形体の抜き出し
が完了するまで、成形体に圧力を加えている。

【００８３】ただし、成形体に加える圧力の値が大きす
ぎると、キャビティから抜き出された成形体３０は圧壊
してしまう。特に、成形体３０は、キャビティから完全
に抜き出される直前の状態において、非常に圧壊し易
い。このため、保持圧力Ｐ₃を小さい値に設定し、圧壊
を防いでいる。

【００８４】上述のように歪ゲージを用いれば、成形体
圧力をリアルタイムで正確に検出することができるの
で、成形体のひび割れおよび圧壊の両方を防ぐように上
パンチ１６およびダイ１０の動作を制御し、適切な抜き
出し工程を行うことができる。

【００８５】さらに、上述のような歪ゲージを用いた形
態において、成形体密度とともに、成形体寸法の調節を
行うことも可能である。以下、図５、図９および図１０
を参照しながら、この実施形態を説明する。

【００８６】図９は、図５に示す粉体成形装置に関連付
けられた制御機構を示すブロック図である。粉体成形装
置５の動作を制御するために設けられた中央制御回路９
０は、演算を実行するためのＣＰＵと、歪ゲージや位置
センサなどからの情報を格納するためのＲＡＭと、制御
プログラムを格納したＲＯＭとを備えている。また、中
央制御回路９０には、操作パネル（ＯＰＰＡＮＥＬ）
が接続されており、操作者は、必要に応じて制御情報を
任意に入力することができる。

【００８７】歪ゲージ駆動回路は、上パンチなどに添付
された歪ゲージに所定電圧を印加し、このときの歪ゲー
ジからの出力に基づいて歪の大きさ（すなわち、充填粉
末に加えられる圧力の大きさ）を検出する。歪の大きさ
は、歪ゲージの電気抵抗の変化として表される。このよ
うにして、歪ゲージ駆動回路は、粉末に加えられる圧力
に関する情報を、Ａ／Ｄ変換器（不図示）を用いてデジ
タル信号として中央制御回路９０に伝達する。

【００８８】油圧シリンダ駆動回路は、中央制御回路９
０からの指令に基づいて、上部油圧シリンダ６２ｂおよ
び下部油圧シリンダ５８ｂを駆動する。油圧シリンダ駆
動回路を用いて、上パンチ１６およびダイ１０を所定の
位置に移動させることができる。

【００８９】上パンチ１６およびダイ１０に関連付けて
設けられた位置センサ６６，５９は、上パンチ１６およ
びダイ１０の位置を検出し、その位置情報を中央制御回
路９０に伝達する。

【００９０】フィーダボックス駆動回路は、フィーダボ
ックス４０のキャビティ上への移動・退去の制御を行
う。なお、シェーカ（または攪拌器）などの粉末充填補
助装置がフィーダボックス４０に設けられている場合に
は、これらの装置の動作制御をも行う。また、コイル駆
動回路は、キャビティ内の粉末に配向磁界を印加するた
めの磁界発生用コイル２０，２２を駆動する。中央制御
回路９０は、これらの駆動回路を制御する。

【００９１】次に、図１０を参照しながら、上記制御機
構を用いた成形体の作製工程を説明する。

【００９２】操作パネルのスタートボタンが押下される
と、中央制御回路９０は各駆動回路にイニシャル動作を
指示し、全ての駆動回路からＲＥＡＤＹの信号が返って
くると、プレス動作を開始する（Ｓ１およびＳ２）。ま
ず、下部油圧シリンダを駆動することによってダイを上
昇させ、第１のキャビティを形成する（Ｓ３）。中央制
御回路９０は、フィーダボックス駆動回路に指示を与
え、第１のキャビティ内に粉末を充填する（Ｓ４）。フ
ィーダボックス駆動回路が粉末の充填が完了したことを
通知すると、中央制御回路９０は、上部油圧シリンダを
駆動させて上パンチを降下させる（Ｓ５）。さらに、キ
ャビティが上パンチによって蓋がされた状態で磁界発生
用コイルを駆動し、キャビティ内の粉末を配向させる
（Ｓ６）。

【００９３】この配向圧縮工程において、上パンチが粉
末を圧縮し始めた時点から歪ゲージ駆動回路の出力が監
視され、キャビティ内の粉末に加えられる圧力が計測さ
れる。上パンチの降下に伴い粉末に加えられる圧力の大
きさは増加し、この過程において所定圧力が粉末に対し
て加えられていることが検知されると（Ｓ７）、上パン
チの降下を停止させ、これと同時に配向磁界の印加も停
止させる（Ｓ８）。

【００９４】このとき、圧縮状態における上パンチの位
置が位置センサによって検出される。位置センサからの
位置情報は、中央制御回路９０内のＲＡＭに記憶（格
納）される（Ｓ９）。

【００９５】上述のように、粉体に加えられる圧力に基
づいて圧縮工程を行う場合、キャビティ内に充填された
粉末の量が異なると、圧縮時における上パンチの位置も
異なり、1回目の配向圧縮工程で作製される成形体の寸
法（高さ）にバラツキが生じることがある。これに対
し、本実施形態では、上記上パンチの位置に基づいて、
２回目の配向圧縮工程において形成すべきキャビティ
（第２のキャビティ）の深さを計算する（Ｓ１０）。具
体的には、次の段（２回目）の配向圧縮工程後に形成さ
れるべき成形体全体の高さから、上パンチの位置から求
めた１回目の成形体（第１段成形体）の高さを減算する
ことによって、次の段で形成するキャビティの深さを決
定する。このようにすれば、たとえ粉末充填量にバラツ
キがあったとしても、寸法精度が高い成形体を作製する
ことができる。なお、第１段成形体の高さが高すぎたり
低すぎたりして所定の範囲から外れている場合、２回目
の配向圧縮工程を行なう前に第１段成形体をキャビティ
から取り除き、新たに第１段成形体の作製を行なうよう
にしても良い。

【００９６】このようにして次の段でのキャビティの深
さが決定すると、上パンチと下パンチとで成形体を挟ん
だ状態のまま、上記計算されたキャビティ深さに基づい
てダイおよびコアを所定の位置まで上昇させ、その後、
上パンチを上昇させることによって、第２のキャビティ
を形成する（Ｓ１１およびＳ１２）。

【００９７】その後、第1の配向圧縮工程と同様にし
て、粉末充填工程（Ｓ１３）、配向圧縮工程（Ｓ１４〜
Ｓ１６）を行い、成形体を作製する。この２回目のプレ
ス動作時においても、歪ゲージを用いて粉末に所定の圧
力を加えるようにする。これにより、密度が均一で、し
かも寸法精度の高い成形体を作製することができる。

【００９８】このようにして多段成形法を用いて作製さ
れた成形体は、例えば上記図８を用いて説明したような
方法によって、破損を防止しつつキャビティ内から抜き
出され（Ｓ１７）、成形体作製工程が完了する（Ｓ１
８）。

【００９９】図１１は、本実施形態にかかる磁石の表面
磁束密度（Ｂｇ）を示すグラフであり、図３のグラフに
対応するものである。ここでは焼結後に表面を加工し、
外径１６．４ｍｍ、内径１０．５ｍｍ、軸方向長さ２０
ｍｍのリング磁石を作製し、評価した。評価を容易にす
るため、着磁は軸方向に垂直な磁界を用いて行った。

【０１００】図１１のグラフからわかるように、第１段
成形体２６と第２段成形体２８との境界部分における表
面磁束密度（Ｂｇ）の落ち込みが従来例の落ち込み（図
３）に比較して著しく低減されている。図１１の例で
は、境界部分での表面Ｂｇは、他の部分における表面磁
束密度（Ｂｇ）の最大値の７０％以上の値を示してい
る。本発明によれば、境界部分での表面磁束密度（Ｂ
ｇ）を、低い場合でも、他の部分における表面磁束密度
（Ｂｇ）の最大値の６５％以上にすることができ、７５
％以上または８０％以上にすることも可能である。

【０１０１】このように全体として高い磁気特性を有す
る磁石をモータに用いれば、エネルギ効率が向上する。
本実施形態によって作製された磁石は、特に、工場オー
トメーション（ＦＡ）を実現するロボット用のモータに
適切に使用される。

【０１０２】本実施形態によれば、このように多段成形
の境界部分における表面磁束密度（Ｂｇ）の低下を抑制
できる。その理由は、第２の配向圧縮工程を実行すると
き、第１段成形体２６の相対位置を従来例に比較して上
昇させ、配向空間内に第１段成形体２６の少なくとも一
部を配置しているため、第１段成形体２６の存在に起因
する配向磁界の軸方向成分が減少し、配向度が大きく改
善されるからである。このように、既に配向処理の施さ
れた成形体の一部を配向空間内に位置させると、次段で
形成すべき成形体の寸法が短縮されることになる。従っ
て、従来の考え方に従えば、既に配向処理の施された成
形体、すなわち、ここでは第１段成形体２６をダイ１０
の磁性体部分１０ａとコア１０との間の空間（配向空
間）内に配置することは非効率的である。しかし、本発
明ではこのようなことを敢えて行い、それによって多段
成形に伴う配向度の低下を著しく抑制することに成功し
た。

【０１０３】磁性粉末としては、ストリップキャスト法
によって製造した粉末を用いることが好ましい。ストリ
ップキャスト法による磁性粉末を製造する手順は、例え
ば、次の通りである。

【０１０４】まず、米国特許第５,３８３,９７８号明細
書に開示されているような３１Ｎｄ−１Ｂ−６８Ｆｅ
（質量％）の組成を持つ合金を高周波溶解法によってア
ルゴン雰囲気中にて溶融し、合金溶湯を作製する。上記
合金のうち、Ｆｅの一部をＣｏで置換した組成を持つも
のを使用しても良い。また、米国特許第４,７７０,７２
３号明細書に開示されている組成の合金を使用しても良
い。

【０１０５】合金溶湯の温度を１３５０℃に保持しなが
ら、回転する単ロールの表面に合金溶湯を接触させ、そ
れによって合金溶湯を急冷し、所望の組成を持つ急冷凝
固合金を得る。このときの冷却条件を、例えば、ロール
周速度を約１ｍ／秒、冷却速度を５００℃／秒、過冷度
を２００℃とすると、平均厚さが０．３ｍｍのフレーク
状合金が得られる。

【０１０６】こうして得た合金を水素吸蔵によって脆化
させた後、フェザーミルによって５ｍｍ程度の大きさに
粗粉砕する。次いで、粗粉砕された合金をジェットミル
によって平均粒径が３．５μｍの粉末になるまで微粉砕
を行う。この後、石油系溶剤で希釈した脂肪酸エステル
を潤滑剤として添加し、混合する。潤滑剤の添加量は、
合金粉末に対して例えば０．３質量％となるようにすれ
ば良い。また、潤滑剤としてはステアリン酸亜鉛等の固
体潤滑剤を使用することもできる。

【０１０７】このように、ストリップキャスト法によっ
て製造した希土類合金粉末は、他の方法（インゴット
法）によって製造した粉末に比較して粒度分布がシャー
プである。従って、このような希土類合金粉末を用いて
成形体を作製し、これを焼結すると、粒径がそろった焼
結体を作製することができ、優れた磁気特性が得られ
る。一方で、粒度分布がシャープなため、粉末の流動性
が悪く、充填が不均一になりやすいという問題がある。
これに対し、上述のように圧力センサを用いて成形体に
加える圧力を制御すれば、成形密度を均一できるととも
に、所定レベル以上の密度を有した配向性の高い成形体
を作製することができる。

【０１０８】本発明の粉末成形方法に好適に用いられる
希土類合金は、一般に、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系合金粉末
（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ
との混合物、Ｍは添加元素、Ｂはホウ素）で表現され
る。希土類元素Ｒとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ
の少なくとも一種類の元素を含有する原料を用いること
ができる。ただし、充分な磁化を得るには、希土類元素
Ｒのうちの５０ａｔ％以上がＰｒまたはＮｄの何れかま
たは両方によって占められることが好ましい。

【０１０９】希土類元素Ｒが１０ａｔ％以下では、α−
Ｆｅ相の析出によって保磁力が低下する。また、希土類
元素Ｒが２０ａｔ％を超えると、目的とする正方晶Ｎｄ
₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物以外にＲリッチの第２相が多く析出
し、磁化が低下する。このため、希土類元素Ｒは全体の
１０〜２０ａｔ％の範囲内にあることが好ましい。

【０１１０】Ｔは鉄族元素であって、ＦｅおよびＣｏを
含む。Ｔが６７ａｔ％未満の場合、保磁力および磁化と
もに低い第２相が析出するため磁気特性が劣化する。Ｔ
が８５ａｔ％を超えると、α−Ｆｅ相の析出によって保
磁力が低下し、また減磁曲線の角型性も低下する。この
ため、Ｔの含有量は６７〜８５ａｔ％の範囲内にあるこ
とが好ましい。

【０１１１】なお、ＴはＦｅのみから構成されていても
良いが、Ｃｏの添加によってキュリー温度が上昇し、耐
熱性が向上する。Ｔの５０ａｔ％以上はＦｅで占められ
ることが好ましい。Ｆｅの割合が５０ａｔ％を下回る
と、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物の飽和磁化そのものが減少
するからである。

【０１１２】Ｂは、正方晶Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型結晶構造を
安定的に析出するために必須である。Ｂの添加量が４ａ
ｔ％未満ではＲ₂Ｔ₁₇相が析出するため保磁力が低下
し、減磁曲線の角型性が著しく損なわれる。また、Ｂの
添加量が１０ａｔ％を超えると、磁化の小さな第２相が
析出してしまう。従って、Ｂの含有量は４〜１０ａｔ％
の範囲であることが好ましい。なお、Ｂの一部または全
部をＣで置換することもできる。

【０１１３】粉末の磁気的な性質の改善や耐食性の改善
を目的として添加元素Ｍを付与してもよい。添加元素Ｍ
としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｇａ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからな
る群から選択された少なくとも１種類の元素が好適に使
用される。このような添加元素Ｍは、全く添加されてい
なくても良いが、添加する場合は、添加量を１０ａｔ％
以下にすることが好ましい。添加量が１０ａｔ％を超え
ると、強磁性ではない第２相が析出して磁化が低下する
からである。

【０１１４】なお、ダイの磁性体部分およびコアの材料
としては、透磁率および飽和磁束密度が高く、かつ耐摩
耗性に優れた材料を選択することが好ましい。このよう
な材料としては、例えば炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具
鋼（ＳＫＳ、ＳＫＤ）、高速度工具鋼（ＳＫＨ）、パー
メンジュール等の材料が例示される。耐摩耗性を重視す
る場合は、高透磁率および高飽和磁束密度を有する基
材、例えばパーメンジュール材、パーマロイ材、センダ
スト材、等に超硬合金の被覆層を設けてもよい。

【０１１５】本発明の用途は、焼結磁石の製造に限定さ
れず、ボンド磁石の製造をも広く含む。本発明をボンド
磁石の成形に適用する場合は、バインダーを加えた磁性
粉末を成形装置のキャビテイ内に充填する。バインダー
としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化
性樹脂を用いることができる。なお、ボンド磁石を完成
させるには、成形後に１２０℃程度のキュア処理を行
う。

【０１１６】また、本発明は円筒状の磁石以外の磁石を
製造する場合にも適用できる。例えば、特開平４−３５
２４０２号公報に開示されているような円弧状磁石を多
段充填法によって製造する場合にも適用することが可能
である。

【０１１７】本発明に使用する粉体成形装置も、上記実
施形態について説明したものに限定されない。上下パン
チやダイの上昇・下降動作も相対的なものに過ぎず、種
々の改変が可能であることは言うまでもない。

【０１１８】なお、３段以上の成形体から一つの磁石を
製造する場合、２段目以降の配向圧縮工程で常に直前の
配向圧縮工程で作製した成形体の上端面をダイの磁性体
部分の下端面の位置よりも上に配置する必要はない。多
数の段から長い円筒状磁石を作製する場合、用途に応じ
ては、必要な部分の配向度だけを高くすれば足りること
もある。配向度を高くするべき部分に成形境界部が含ま
れる場合、少なくとも当該境界部の配向度を高めるよう
にして本発明を適用すればよい。

【０１１９】また、上記実施形態では、粉体状態で希土
類合金粉末を圧縮成形する乾式成形法（乾式プレス）を
例にとって説明したが、本発明は、希土類合金粉末を鉱
物油などに混合させることによって得られるスラリをキ
ャビティ内で配向圧縮する湿式成形法にも適用できる。

【０１２０】

【発明の効果】本発明によれば、多段充填・成形を用い
てラジアル配向を実行する場合において、高い配向度を
実現できるため、高性能のラジアル配向異方性磁石を提
供することが可能である。特に、磁気特性に優れた希土
類合金粉末を用いる場合は、成形密度を低く抑え、強い
配向磁界を印加することが多いため、配向度が低下しや
すい傾向があるが、本発明によれば、このような場合に
おいても多段充填に伴う配向度の局所的低下を抑制でき
るため、顕著な効果を発揮することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁性粉末をラジアル方向に配向させる場合に使
用される代表的な粉体成形（プレス）装置を示す断面図
である。

【図２Ａ】多段充填によって磁性粉末をラジアル方向に
配向させる場合の第２段配向圧縮工程における配向磁界
の様子を模式的に示す断面図である。

【図２Ｂ】多段充填によって磁性粉末をラジアル方向に
配向させる場合の第２段配向圧縮工程における配向磁界
の様子を模式的に示す断面図である。

【図３】従来の多段成形方法によって製造した円筒状磁
石の外周表面磁束密度（Ｂｇ）を示すグラフである。

【図４】図３のグラフの測定対象となった円筒状磁石の
斜視図である。

【図５】本実施形態にかかる粉体成形装置の全体構成を
示す側面図である。

【図６】（ａ）から（ｆ）は、本実施形態における希土
類合金粉末の成形方法を示す工程断面図である。

【図７】図６（ｅ）に示す工程における配向磁界の様子
を模式的に示す断面図である。

【図８】成形体に加える圧力（成形体圧力）Ｐの変化を
示すグラフである。

【図９】図５に示す粉体成形装置に関連付けられた制御
機構を示すブロック図である。

【図１０】図９に示す制御機構を用いて成形体を作製す
る場合のフローチャートである。

【図１１】本発明の実施形態にかかる磁石の外周表面磁
束密度（Ｂｇ）を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ダイ１０ａダイの磁性体部分１０ｂダイの非磁性体部分１２磁性体コア１２ａ上コア１２ｂ下コア１４下パンチ１６上パンチ２０上コイル２２下コイル２４磁性粉末２６第１段成形体２８第２段成形体３０成形体３２リング磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性体部分と磁性体部分とが積層さ
れ、貫通孔を有しているダイと、前記ダイの貫通孔の内壁面に対向する外周面を有してい
る磁性体コアと、前記ダイの貫通孔の内周面と前記磁性体コアの外周面と
の間に形成される空間に下方から挿入される下パンチ
と、前記ダイの貫通孔の内周面と前記磁性体コアの外周面と
の間に形成される空間に上方から挿入される上パンチと
を備えた成形装置を用いて、前記ダイの貫通孔に前記下パンチを挿入することによっ
て形成されるキャビティ内に希土類合金粉末を充填する
粉末充填工程、および、配向磁界を印加しながら前記希
土類合金粉末を加圧する配向圧縮工程を複数回繰り返す
希土類合金粉末の成形体製造方法であって、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れかの整数）の配向圧縮
工程を行うとき、第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された
成形体の上端面を前記ダイの磁性体部分の下端面よりも
上側に配置する希土類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項２】第１の磁性体部材と第２の磁性体部材と
の間の配向空間に形成されるキャビティ内に希土類合金
粉末を充填する粉末充填工程、および、配向磁界を印加
しながら前記希土類合金粉末を加圧する配向圧縮工程を
複数回繰り返す希土類合金粉末の成形体製造方法であっ
て、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れかの整数）の配向圧縮
工程を行うとき、第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された
成形体の少なくとも一部を前記第１の磁性体部材と前記
第２の磁性体部材との間の配向空間内に配置させる希土
類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項３】前記キャビティ内における前記配向磁界
の強度を０．４ＭＡ／ｍ以上とする請求項１または２に
記載の希土類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項４】前記希土類合金粉末には潤滑剤が添加さ
れている請求項１から３の何れかに記載の希土類合金粉
末の成形体製造方法。
【請求項５】第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れかの整
数）の粉末充填工程において前記キャビティ内に充填す
る希土類合金粉末の量よりも、第ｎ段目の粉末充填工程
において前記キャビティ内に充填する希土類合金粉末の
量を多くする請求項１から４の何れかに記載の希土類合
金粉末の成形体製造方法。
【請求項６】前記第ｎ＋１段目の配向圧縮工程におい
て、前記第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成形体の
上端面と前記ダイの磁性体部分の下端面との間のレベル
差を３ｍｍ以上とする請求項１に記載の希土類合金粉末
の成形体製造方法。
【請求項７】前記第ｎ＋１段目の配向圧縮工程におい
て、前記第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成形体の
前記配向空間内に含まれる部分の高さを３ｍｍ以上とす
る請求項２から５の何れかに記載の希土類合金粉末の成
形体製造方法。
【請求項８】前記希土類合金粉末は、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）
−Ｂ系合金（ＲはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕの少なくと
も一種類の元素を含有する希土類元素、ＴはＦｅまたは
ＦｅとＣｏとの混合物、Ｍは添加元素、Ｂはホウ素）か
ら形成されている請求項１から７の何れかに記載の希土
類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項９】前記成形体は円筒形状を有しており、前
記配向磁界はラジアル磁界である請求項１から８の何れ
かに記載の希土類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項１０】前記第ｎ段目の配向圧縮工程で形成さ
れた成形体の密度は３．５ｇ／ｃｍ³以上である請求項
１から９の何れかに記載の希土類合金粉末の成形体製造
方法。
【請求項１１】前記配向磁界を印加しながら希土類合
金粉末を加圧する配向圧縮工程は、前記キャビティ内に
充填された希土類合金粉末に加えられる圧力を測定する
工程を包含する請求項１から１０の何れかに記載の希土
類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項１２】前記希土類合金粉末に加えられる圧力
を制御することによって、前記配向圧縮工程で形成され
る成形体の密度を調節する請求項１１に記載の希土類合
金粉末の成形体製造方法。
【請求項１３】請求項１から１２の何れかに記載され
ている希土類合金粉末の成形体製造方法によって製造さ
れた成形体を焼結し、それによって永久磁石を得る希土
類磁石の製造方法。
【請求項１４】キャビティ内に希土類合金粉末を充填
する粉末充填工程、および、配向磁界を印加しながら前
記希土類合金粉末を加圧する配向圧縮工程を複数回繰り
返すことによって製造された希土類磁石であって、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れかの整数）の配向圧縮
工程によって形成された上側成形体と第ｎ段目の配向圧
縮工程によって形成された下側成形体との境界部分にお
ける表面磁束密度が、他の部分における表面磁束密度の
最高値に対して６５％以上である希土類磁石。
【請求項１５】非磁性体部分と磁性体部分とを積層し
た状態で有し、前記非磁性体部分および磁性体部分を貫
通する貫通孔を有するダイと、前記ダイの貫通孔の内壁面に対向する外周面を有してい
る磁性体コアと、前記ダイの貫通孔の内周面と前記磁性体コアの外周面と
の間に形成される空間に下方から挿入される下パンチ
と、前記ダイの貫通孔の内周面と前記磁性体コアの外周面と
の間に形成される空間に上方から挿入される上パンチ
と、前記ダイの貫通孔に前記下パンチを挿入することによっ
て形成されるキャビティ内に磁性粉末を充填する粉末供
給装置と、前記キャビティ内に充填された磁性粉末に配向磁界を印
加する磁界発生器と、前記ダイと前記下パンチとの相対的な位置を制御する第
１の制御器と、前記上パンチと前記下パンチとの相対的な位置を制御す
る第２の制御器と、を備え、前記キャビティ内に磁性粉末を充填する粉末充
填工程、および、前記配向磁界を印加しながら前記磁性
粉末を加圧する配向圧縮工程を複数回繰り返すように動
作する粉体成形装置であって、前記第１の制御器は、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の何れ
かの整数）の配向圧縮工程を行うとき、第ｎ段目の配向
圧縮工程で形成された成形体の上端面が前記ダイの磁性
体部分の下端面よりも上側に配置されるように、前記ダ
イと前記下パンチとの相対的な位置を制御する粉体成形
装置。
【請求項１６】前記磁性粉末に加えられる圧力を測定
する圧力センサをさらに備える請求項１５に記載の粉体
成形装置。
【請求項１７】前記圧力センサは、前記上パンチまた
は前記下パンチの歪を検出する歪ゲージを備える請求項
１６に記載の粉体成形装置。
【請求項１８】前記第２の制御器は、前記圧力センサ
によって測定された圧力に基づいて、前記上パンチと前
記下パンチとの相対的な位置を制御する請求項１６また
は１７に記載の粉体成形装置。
【請求項１９】ダイおよび下パンチによって第１のキ
ャビティを形成する第１のキャビティ形成工程と、前記第１のキャビティに希土類合金粉末を充填する第１
の粉末充填工程と、前記第１のキャビティ内の粉末に加えられる圧力が第１
の所定値になるまで前記第１のキャビティに充填された
粉末を圧縮する第１の圧縮工程と、前記第１の圧縮工程の後、ダイおよび下パンチを相対移
動させ、前記圧縮された粉末の上方に、第２のキャビテ
ィを形成する第２のキャビティ形成工程と、前記第２のキャビティ内に粉末を充填する第２の粉末充
填工程と、前記第２のキャビティ内の粉末に加えられる圧力が第２
の所定値になるまで前記第２のキャビティに充填された
粉末を圧縮する第２の圧縮工程と、を包含する希土類合金粉末の成形体製造方法。
【請求項２０】前記第１の圧縮工程によって形成され
た成形体の上端位置を記憶する記憶工程と、前記上端位置に基づいてダイおよび下パンチを相対移動
させ、前記第２のキャビティを形成する第２のキャビテ
ィ形成工程と、を包含する請求項１９に記載の希土類合金粉末の成形体
製造方法。
【請求項２１】前記第１のキャビティおよび第２のキ
ャビティは、円筒形状である請求項１９または２０に記
載の希土類合金粉末の成形体製造方法。