JP2006097091A - 成形装置及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 円滑な原料粉の充填及び成形を実現し、成形体におけるバリやクラックの発生や厚みのバラツキを抑制し得る成形装置、成形方法を提供する。
【解決手段】 本発明の成形装置は、鉛直方向に分割された上部金型１及び下部金型２を備えるとともに、これら金型に対して水平方向に移動可能な左右パンチ３，４と、略鉛直方向に磁界を印加する磁界印加手段（上下コイル６，７）とを有する。磁界印加手段により略鉛直方向に磁界を印加しながら、左右パンチ３，４により希土類磁石原料粉１０を水平方向に加圧し成形する。成形に際しては、上部金型１に対して消磁を行った後、下部金型２に希土類磁石原料粉１０を充填し、加圧成形を行う。
【選択図】 図７ｂ

Description

本発明は、磁界を印加しながら希土類磁石原料粉を加圧成形する成形装置及び成形方法に関するものであり、磁界印加方向と加圧方向とを互いに直交方向として成形する直交磁界成形法の成形装置及び成形方法の改良に関する。

ネオジム鉄ボロン系やサマリウムコバルト系等の希土類焼結磁石の製造に際しては、希土類磁石原料粉を所定の形状に加圧成形した後、これを焼結することで所定形状の希土類焼結磁石を得るようにしている。この場合、前記加圧成形は、金型のダイとパンチを用い、一軸方向に圧粉成形するのが一般的である。また、高配向、高磁気特性を得ることを目的に、磁界を印加しながら前記圧粉成形を行う磁界中成形法が行われている。

ここで、前記磁界中成形法には、磁界印加方向と圧粉方向が直交する直交磁界成形法と、磁界印加方向と圧粉方向が同一方向である平行磁界成形法があるが、それぞれ一長一短を有しているのが実情である。例えば、磁極面積が広く、厚みが薄い偏平な希土類焼結磁石を製造しようとする場合には、希土類磁石原料粉を平板状の形状に成形する必要がある。このような形状を前記直交磁界成形法により成形しようとすると、金型ダイの開口部の幅を狭くせざるを得ず、また開口部の面積に比べ深さ方向に深くなることから、希土類磁石原料粉のダイへの均一な充填が難しくなる。均一に充填しようとすると充填時間が長くなり量産性が低下する。したがって、このような形状での成形には、充填時間を短くでき、かつ、均一な充填が容易になるようなダイの開口部を広くとれる平行磁界成形法を採用せざるを得ない。

ただし、平行磁界成形法で得られる成形体の配向度は、直交磁界成形法で得られるそれに比べて低い値となるという欠点がある。平行磁界成形法では、加圧方向と磁界印加方向とが平行であるため、磁界印加による原料粉の配向が加圧によって乱されてしまい、前記配向度の低下が引き起こされるものと考えられる。成形体の配向度が低いと、焼結後に得られる希土類焼結磁石の残留磁束密度が低下し、最大エネルギー積もそれに応じて低下してしまう。実際、成形に平行磁界成形法を用いた磁石では、直交磁界成形法で成形した磁石に比べて、残留磁束密度に３〜８％程度の低下が見られる。

このような状況から、磁界中成形法の改良が試みられており、特許文献１に記載される方法もその一つである。特許文献１に記載される方法では、先ず、上パンチを十分上昇させておき、左・右圧密ダイス及び下パンチにより形成される成形空間に所定の微粉末を供給する。このとき、微粉末の供給口は従来の直交磁界成形法に比べて広いので、均一な供給が行える。微粉末供給終了後、上パンチを所定位置まで下降したら、磁界発生用コイルにより磁界を印加するとともに、左・右圧密パンチで圧密、成形する。

前記特許文献１記載の技術は、直交磁界成形法の１種であり、金型開口部が広く取れる方向を上に向けて原料粉の充填を容易にし、鉛直方向に磁界を印加するとともに、圧粉を行うパンチを水平方向に駆動することで、磁界印加方向と圧粉方向とを直交させている。すなわち、この特許文献１記載の発明は、平行磁界成形法における原料粉の充填し易さと、直交磁界成形法における高配向の双方を実現することを試みたものである。
特開平７−１７３５０５号公報

前述の特許文献１記載の発明の考え方は、高配向での成形を容易に行うという観点からは理にかなったものと言える。しかしながら、希土類焼結磁石の量産を考えた場合、特許文献１記載の発明には、未だ改良すべき点が多い。

例えば、特許文献１記載の発明のように、磁界発生用コイルにより磁界を印加するとともに、左・右圧密パンチで圧密、成形する構成を採用した場合、原料粉の充填の際に上パンチを上昇させておき、原料粉充填の後に上パンチを下降して型締めを行うことになるが、このとき上パンチと下パンチの間への原料粉の挟み込みが問題になる。上パンチは、成形時の磁界の印加の影響で残磁しているため、下降して下パンチに近づけた際にその磁力によって充填された原料粉が上パンチに引き寄せられ、これがはみ出して拡がり、前記挟み込みの原因となる。上部金型と下部金型の間に原料粉が挟みこまれると、バリの多い成形体が形成され、厚みのバラツキが大きくなり、成形体にクラックが生ずる等、成形に悪影響を及ぼすおそれがある。

さらに、希土類焼結磁石を量産する場合、連続成形が前提になるが、この連続成形においては、クラックの無い良好な成形体を如何にして金型から取り出すかが大きな課題になる。圧粉成形された成形体は、その取り扱いが難しく、不用意に力を加えると、簡単に破損してしまう。したがって、成形体を破損することなく効率的に金型から取り出す技術が量産化の鍵となるが、特許文献１には成形体を金型から取り出す方法についても全く開示されていない。

本発明は、これらの課題に鑑みて提案されたものであり、円滑な原料粉の充填及び成形を実現することができ、バリやクラックの発生や厚みのバラツキを抑制し得る成形装置、成形方法を提供することを目的とする。また、本発明は、実際の連続成形において、クラックの無い良好な成形体を効率的に金型から取り出し可能とし、希土類焼結磁石の量産を可能とする成形装置、成形方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、平行磁界成形法における原料粉の充填し易さと、直交磁界成形法における高配向とを両立することができ、高性能な希土類焼結磁石を生産性良く作製することが可能な成形装置、成形方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の成形装置は、鉛直方向に分割された上部金型及び下部金型を備えるとともに、これら金型に対して略水平方向に移動し希土類磁石原料粉を略水平方向に加圧する１つ以上のパンチと、前記希土類磁石原料粉に対して略鉛直方向に磁界を印加する磁界印加手段とを有し、前記希土類磁石原料粉の下部金型への充填前に上部金型に対して消磁を行う消磁手段を有することを特徴とする。

また、本発明の成形方法は、鉛直方向に分割された上部金型と下部金型間の空間において、磁界印加手段により略鉛直方向に磁界を印加しながら、前記金型に対して略水平方向に移動可能なパンチにより希土類磁石原料粉末を略水平方向に加圧成形する成形方法であって、前記上部金型に対して消磁を行った後、下部金型に希土類磁石原料粉を充填し、前記加圧成形を行うことを特徴とする。

本発明の成形装置、成形方法では、鉛直方向に分割された上部金型と下部金型間の空間において、磁界印加手段により略鉛直方向に磁界を印加しながら、前記金型に対して水平方向に移動可能なパンチにより希土類磁石原料粉末を加圧成形する。このとき、開口部が広く取れる方向が上に向くように金型を設計することで、希土類磁石原料粉の充填が容易なものとなる。また、前記の通り、鉛直方向に磁界を印加するとともに、圧粉を行うパンチを水平方向に駆動するので、磁界印加方向と圧粉方向とが直交する。したがって、先の特許文献１記載の発明と同様、原料粉（希土類磁石原料粉）の充填し易さと、直交磁界成形法における高配向が両立される。

前記成形に際しては、充填の際の原料粉の挟み込みが問題となる。そこで、本発明では、原料粉の充填に先立って、上部金型を消磁することで、上部金型の残磁を消去（減少）させておき、上部金型に原料粉が吸引されることに起因する原料粉の挟み込みを解消する。本発明では、上部金型と下部金型の間における原料粉の挟み込みが抑制され、成形体におけるバリやクラックの発生や、厚みバラツキの発生が回避される。

また、前記上部金型の残磁の影響を排除するという目的では、上部金型の下部金型との対向面を非磁性または弱磁性（飽和磁束密度０．４Ｔ以下程度）の超硬合金で構成することも有効である。上部金型において、残磁によって原料粉を吸引するのは下部金型との対向面である。したがって、この部分を非磁性材または弱磁性材で構成すれば、磁気的なギャップが拡大されて、残磁の影響が急減に減衰する。

なお、連続成形等を考えた場合、成形体の取り出しについても考慮する必要があり、これを規定したのが請求項７，１４記載の発明、さらには請求項８，１５記載の発明である。すなわち、これら請求項記載の発明は、前記構成に加えて、前記パンチは、成形された成形体を略水平方向に取り出す成形体取り出し機構として機能すること、また、成形された成形体が前記パンチにより水平方向に取り出されることを特徴とする。あるいは、下部金型は、当該下部金型に対して鉛直方向に相対移動可能な下パンチを備えること、さらに、加圧成形の後、下部金型に設けられた下パンチを上昇させ、成形された成形体を金型から取り出すことを特徴とする。

成形後に前記パンチを水平方向に移動することで、成形体が金型から押し出され、速やかに取り出される。取り出しに際しては、成形体において最も面積の広い底面が支持された形になるので、成形体に局部的に力が加わることがなく、破損等も防止される。

また、成形後に前記下パンチを下部金型に対して相対的に上昇させることで、成形体が金型から押し出され、速やかに取り出される。取り出しに際しては、下パンチの上面で成形体の下面を支持する形になるので、成形体に局部的に力が加わることがなく、破損等が防止される。

本発明の成形装置、成形方法によれば、円滑に原料粉の充填を行うことができ、成形される成形体において、原料粉の挟み込みよるバリやクラックの発生、厚みバラツキの発生を解消することができる。また、成形体をクラックの無い状態で効率的に金型から取り出すことが可能であり、希土類焼結磁石を量産することが可能である。さらに、印加する磁界の方向を加圧成形方向（水平方向）に対して直交方向（鉛直方向）とすることで、平行磁界成形法における原料粉の充填し易さと、直交磁界成形法における高配向とを両立することができ、高性能な希土類焼結磁石を生産性良く作製することができる。

以下、本発明を適用した成形装置及びその成形方法について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の成形装置は、直交磁界成形法により成形を行う成形装置である。図１は、本実施形態の成形装置の概略構成を示すものであり、金型構造としては、鉛直方向、すなわち上下に分割された上部金型１、下部金型２、及び水平方向に可動とされた左パンチ３、右パンチ４を組み合わせた構造とされている。

ここで、上部金型１及び下部金型２は、成形の際に閉空間を形成するためのものであり、例えば板状の成形体を成形する場合に、面積の大きな主面の面出しを行う。したがって、上部金型１の下面（下部金型２との対向面）は、平坦面である。

一方、下部金型２は、先の上部金型１と同様、成形体の反対側の主面の面出しを行うものであるが、前記左パンチ３及び右パンチ４の移動（スライド）をガイドするスライド溝２ａが形成されている。このスライド溝２ａの幅や深さは、前記左パンチ３、右パンチ４の幅や厚さとほぼ同じであり、これによって成形体の幅や厚さが決まる。

左パンチ３及び右パンチ４は、加圧手段に相当するものであり、前記スライド溝２ａ内において水平方向に移動し、前記上部金型１と下部金型２間の空間に充填された希土類磁石原料粉を加圧成形する。したがって、成形の際には、加圧力は水平方向に加わることになる。なお、加圧成形に際しては、一方のパンチによって加圧しても良いが、両方のパンチで加圧するほうが原料粉に均一に圧力が加わるのでより好ましい。

成形に際しては、前記左パンチ３や右パンチ４の先端の形状によって成形される成形体の平面形状が決まり、図１に示す左パンチ３、右パンチ４の先端形状の場合、平面形状が矩形の成形体に成形されることになる。例えば、平面形状が円形の円板状の成形体を成形する場合には、左パンチ、右パンチの先端面の形状を円弧状とすればよい。

本実施形態の成形装置には、図１においては図示を省略するが、鉛直方向に磁界を印加する磁界発生用コイルが設置されており、成形の際に成形体には鉛直方向に磁界が印加される。成形の際には、前記左パンチ３及び右パンチ４によって加圧力が水平方向に加わることから、磁界印加方向と圧粉方向が直交する直交磁界成形法により成形が行われることになる。

また、前記金型構造において、希土類磁石原料粉は、上部金型１を上昇させ、下部金型２のスライド溝２ａと左パンチ３、右パンチ４で構成される空間内に充填することになるが、その開口部の面積は、成形体の主面に対応して広く取ることができ、充填を容易に行うことができる。

ただし、前記充填に際して、上部金型１が残磁していると、上部金型１を下降して下部金型２に近づけた時に充填された原料粉が吸引され、金型間への挟み込みの原因となる。そこで、本実施形態の成形装置では、前記原料粉の充填に先立って、上部金型１の消磁（脱磁）を行っておく。

前記上部金型１の消磁は、成形の際に磁界の印加を行う磁界発生用コイルを利用して行えばよい。消磁のために印加する磁界パターンも任意であるが、例えば図２に示すように、減衰交流パターンで磁界を印加することが有効である。減衰パターンとしては、図２に示すものに限らず、例えば図３に示すように、のこぎり波形の減衰パターンであってもよく、さらには矩形波形の減衰パターンであってもよい。

図４ａ及び図４ｂは、成形時の配向磁界の印加、及びその後の消磁のための磁界の印加の例を示すものである。図４ａは、配向磁界の印加の後、成形体の消磁のために逆方向の磁界を印加する場合の印加磁界パターンの一例である。図５にも示すように、着磁された成形体に対しては、所定の大きさの逆方向の磁界を印加すれば、残磁が消去される。ただし、成形体と金型とではヒステリシスが異なり、残磁している金型に成形体と同じ逆方向磁界を印加しても、磁化ゼロにはならず、−Ｍ_１の磁化が残る。これに対して、図４ｂに示すように、配向磁界の印加の後、減衰交流パターンで磁界を印加すれば、成形体、金型共に磁化が次第に減衰され、残留磁化ゼロに収束する。なお、ここでは減衰交流パターンを、矩形波形状の減衰パターンとしている。

本実施形態の成形装置では、前記上部金型１の消磁に加えて、図６に示すように、下部金型２との対向面に非磁性の板状の超硬合金５を貼り付ける（例えば銀ロウ等によりロウ付けする）ことも有効である。上部金型１や下部金型２は、磁界印加時に効率的な磁界印加ができるように、その大部分を鉄等の磁性体で構成する。したがって、残磁があると、上部金型１の表面で原料粉の吸引が起こり、前記問題が発生する。前記のように、上部金型１の下部金型２との対向面を非磁性材で構成すれば、その分、磁気的なギャップが生ずることになり、距離（超硬合金５の厚さ）とともに残磁の影響が急減に減衰する。

したがって、非磁性の超硬合金５の厚さｔは、できるだけ厚いことが前記残磁の影響を回避するという観点からは好ましいが、あまり厚くすると、成形時に効率的な磁界の印加が難しくなる。また、板状の超硬合金５の貼り付けに際しては、それ自体の強度も考慮する必要がある。あまり薄いと成形面の強度を確保するのが難しくなる。これらを考慮すると、前記超硬合金５の厚さは、２ｍｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。なお、ここで挙げたように、超硬合金５は非磁性であることが好ましいが、弱磁性（飽和磁束密度０．４Ｔ以下程度）であっても同様の効果を得ることができる。

一方、下部金型２に関しては、原料粉を充填する際に、下部金型２内に原料粉が引き込まれるような磁界を印加することができる。このような磁界を印加して、原料粉を下部金型２内に引き込むようにすれば、下部金型２へ原料粉の充填を早くでき充填サイクルを短縮することができる。

後述の各実施形態についても同様であるが、本発明の成形装置、成形方法は、希土類焼結磁石の製造に適用される。製造対象となる希土類焼結磁石は、希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂを主成分とするものであり、磁気特性に非常に優れることから、各種デバイスに用いた場合、その小型化、高性能化を実現することができる。

製造する希土類焼結磁石の磁石組成は特に限定されず、用途等に応じて任意に選択すればよい。例えば、希土類元素Ｒとは、具体的にはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又はＬｕのことをいい、これらから１種又は２種以上を用いることができる。中でも、資源的に豊富で比較的安価であることから、希土類元素Ｒとしての主成分をＮｄとすることが好ましい。また、遷移金属元素Ｔは、従来から用いられている遷移金属元素をいずれも用いることができ、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等から１種又は２種以上を用いることができる。これらの中では、焼結性の点からＦｅ、Ｃｏが好ましく、特に磁気特性の点からＦｅを主体とすることが好ましい。また、前記希土類元素Ｒ、遷移金属元素Ｔ及びホウ素Ｂの他、保磁力等の特性改善を目的として、例えばＡｌ等の元素を添加してもよい。これらの元素の他、不可避的不純物又は微量添加物として、例えば炭素や酸素等が含有されていてもよい。

前記のような希土類焼結磁石の製造には、粉末冶金法が用いられ、その製造プロセスは、例えば、合金化工程、粗粉砕工程、微粉砕工程、磁場中成形工程、焼結工程、時効工程、機械加工工程、被膜形成工程等により構成される。

本発明の成形装置や成形方法は、前記磁場中成形工程に適用され、希土類磁石原料粉を所定の方向に配向した状態で所定の形状に成形する。成形した成形体は、次の焼結工程に供され、焼結が行われる。

以上の構成を有する本実施形態の成形装置、成形方法によれば、円滑に原料粉の充填を行うことができ、成形される成形体において、原料粉の挟み込みよるバリやクラックの発生、厚みバラツキの発生を解消することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態と同様の消磁を行うとともに、成形した成形体を水平方向に取り出すようにした実施形態である。本実施形態の成形装置において、先の第１の実施形態の成形装置と同一の構成部材には、同一の符号を付してその説明は省略する。

図７ａ〜図７ｄは、本実施形態の成形装置を用いて希土類磁石原料粉を成形する手順を示すものである。図７ａ〜図７ｄにおいては、成形時に磁界を印加する上コイル６及び下コイル７が示されており、これらコイル６，７によって鉛直方向（図中上下方向）に磁界が印加される。また、下部金型２に隣接して支持テーブル８が設けられており、この支持テーブル８の上面は下部金型２のスライド溝２ａの底面２ｂと同一平面を構成している。

希土類磁石原料粉の成形に際しては、先ず、図７ａに示すように、上部金型１を上昇させておき、原料粉１０が収容され底面が開放されたフィーダーボックス９を往復動させることで、原料粉１０を下部金型２と左右両パンチ３，４で囲まれた空間に、いわゆるスリきり状態となるように充填する。この時、下部金型２と左右両パンチ３，４で囲まれた空間の開口面積は、偏平な成形体の主面に対応して大きく取られており、例えば偏平な板状の成形体を縦方向に配置した場合の開口と比べて格段に広くすることができるとともに、深さ方向にも浅くでき、原料粉１０を容易に充填することができる。また、原料粉１０の充填に先立って、上部金型１の消磁を行っておくことは、先の第１の実施形態と同様である。

次に、図７ｂに示すように、上部金型１の下面が下部金型２の上面に突き当たるまで上部金型１を下降し、上部金型１、下部金型２、左右パンチ３，４によって囲まれる閉空間を形成する。前記工程で充填された原料粉１０は、この閉空間に収容されることになる。

続いて、図７ｃに示すように、この状態（原料粉１０が閉空間に収容された状態）で左パンチ３を図中右方向に、また右パンチ４を図中左方向に移動し、前記充填した原料粉１０を左右から加圧して圧粉する。これにより、所定形状の成形体１１が形成される。この時、前記上コイル６及び下コイル７により、原料粉１０に対して鉛直方向に磁界を印加する。磁界印加方向は、前記左右のパンチ３，４による加圧方向とは直交する方向であり、したがって、直交磁界成形が行われる。

前記圧粉に際して、左右パンチ３，４による加圧圧力は、使用する原料粉１０の種類、大きさ、形状等に応じて適宜設定すればよいが、通常は３０ＭＰａ〜２００ＭＰａ程度である。印加する磁界の強さも、同様に、使用する原料粉１０に応じて適宜設定すればよく、例えば０．８Ｔ〜２．０Ｔ程度に設定すればよい。

成形体１１の成形の後、図７ｄに示すように、左パンチ３及び右パンチ４で挟み込んだ状態で成形体１１を図中左方向に水平移動させ、上部金型１と下部金型２の間の閉空間から取り出す。このとき、成形体１１は、下部金型２のスライド溝２の底面２ｂ、あるいは支持テーブル８の上面に接した状態（支持された状態）で水平移動され、取り出しの際に不用意な力が加わって成形体１１を破損するというような事態が回避される。また、成形体１１の水平移動の際に、左右パンチ３，４によって成形体１１にある程度の加圧力を加えることで、あるいは下部金型２のスライド溝２ａに抜きテーパを付与しておくことで、取り出しの際のラミネートクラックの発生も抑制することができる。

以上のように、本実施形態の成形装置、成形方法によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、クラックの無い良好な成形体を効率的に金型から取り出すことが可能であり、連続成形が可能となるという効果を有する。

（第３の実施形態）
本実施形態の成形装置では、成形した成形体の取り出しを考慮して、図８ａに示すように、下部金型２に下パンチ１２が組み込まれている。この下パンチ１２は、前記下部金型２に対して鉛直方向に相対移動可能であり、成形時には下部金型２のスライド溝２ａの底面２ｂと同一平面を構成する位置に固定され、その上面が成形面として機能する。成形後には、上部金型１で成形体を挟んだ状態のまま下パンチ１２を上昇、あるいは下部金型２を下降させることで、成形体が下パンチ１２の上面で支持された状態で金型から取り出される。

この場合、下パンチ１２の上面の形状や大きさは、成形後の成形体の下面の形状、大きさとほぼ同じとするか、または若干大きくすることが好ましい。これにより、成形体を破損することなく速やかに金型から取り出すことができる。なお、下パンチ１２の上面の大きさを成形体の下面の大きさよりも微量小サイズとすることも可能であるが、下パンチ１２の上面の形状や大きさが成形後の成形体の下面の形状や大きさよりも大幅に小さくなると、取り出しに際して成形体に局部的に力が加わるおそれがあり、成形体を破損する可能性が生ずる。

また、前記下パンチ１２は、金型の成形面の一部を構成するものであるので、少なくとも上面は超硬合金により構成することが好ましい。ただし、下パンチ１２全体を超硬合金で形成すると、一般に超硬合金は非磁性または弱磁性（飽和磁束密度０〜０．４Ｔ程度）であることから、効率的な磁界の印加の妨げになるおそれがある。したがって、下パンチ１２の上面近傍のみに板状の超硬合金を貼り付け、その他の部分は磁性体である鉄やダイス鋼等で構成するのが好ましい構成である。

図８ａ〜図８ｄは、本実施形態の成形装置を用いて希土類磁石原料粉を成形する手順を示すものである。希土類磁石原料粉の成形に際しては、先ず、図８ａに示すように、上部金型１を上昇させておき、原料粉１０が収容され底面が開放されたフィーダーボックス９を往復動させることで、原料粉１０を下部金型２と左右両パンチ３，４で囲まれた空間に、いわゆるスリきり状態となるように充填する。この時、下部金型２と左右両パンチ３，４で囲まれた空間の開口面積は、偏平な成形体の主面に対応して大きく取られており、例えば板状の成形体を縦方向に配置した場合の開口と比べて格段に広くすることができるとともに、深さ方向にも浅くでき、原料粉９を容易に充填することができる。なお、図８ａに示す段階では、下パンチ１２は上面が下部金型２のスライド溝２ａの底面２ｂと同一平面となる位置まで下降されている。また、原料粉１０の充填に先立って、上部金型１の消磁を行っておくことは、先の各実施形態と同様である。

次に、図８ｂに示すように、上部金型１の下面が下部金型２の上面に突き当たるまで上部金型１を下降し、上部金型１、下部金型２、左右パンチ３，４によって囲まれる閉空間を形成する。前記工程で充填された原料粉１０は、この閉空間に収容されることになる。

続いて、図８ｃに示すように、この状態（原料粉１０が閉空間に収容された状態）で左パンチ３を図中右方向に、また右パンチ４を図中左方向に移動し、前記充填した原料粉１０を左右から加圧して圧粉する。これにより、所定形状の成形体１１が形成される。この時、前記上コイル６及び下コイル７により、原料粉１０に対して鉛直方向に磁界を印加する。磁界印加方向は、前記左右のパンチ３，４による加圧方向とは直交する方向であり、したがって、直交磁界成形が行われる。

成形体１１の成形の後、図８ｄに示すように、上部金型１を上昇させ、次いで下パンチ１２を押し上げ、成形体１１を下部金型２から取り出す。偏平な成形体１１の面積の大きな下面が下パンチ１２の上面で支持された状態で押し上げられるので、成形体１１は、破損することなく速やかに下部金型２から取り出される。また、成形体１１の取り出しの際に、ラミネートクラックの発生が懸念される場合には、上部金型１と下パンチ１２とによって成形体１１を挟んだ状態のままで取り出す方法もある。

（第４の実施形態）
本実施形態の成形装置は、下パンチ１２を下部金型２に対して固定する、固定手段を設けた実施形態である。成形過程において、下パンチ１２の長さ方向（図面の上下方向）に下パンチ部材自体の圧縮による歪みを発生する可能性があり、このような歪が生ずると、成形体１１にクラックが入る要因となる。そこで、本実施形態の成形装置では、圧縮歪みの量を極力抑えるために下パンチ１２の上面近傍に機械的なストッパーを設け、成形加圧時に下パンチ１２の歪を抑え、前記上面が下部金型２の成形面と同一平面となるように維持するようにしている。これにより、確実にクラックの無い成形体１１を得ることができ、金型から取り出すことが可能となる。

図９ａ〜図９ｅは、本実施形態の成形装置による成形手順を示すものである。成形装置の具体的構成としては、例えば図９ａに示すように、前記固定手段として下パンチストッパ１３が設けられている。

前記下パンチストッパ１３は、図中左右方向から下パンチ１２に係止し、下パンチ１２を所定の位置（上面が下部金型２の成形面と同一平面となる位置）に固定する。下パンチ１２の上面から若干後退した位置には、周面に前記下パンチストッパ１３に対応して凹部１４が形成されており、前記下パンチストッパ１３の先端をこの凹部１４に挿入することで、下パンチ１２が下部金型２に対して固定される。

下パンチストッパ１３は、成形時の加圧力に抗して下パンチ１２を固定するものであり、その材質は、これに耐え得る強度を有する材質とすればよい。具体的には、超硬合金等により形成するのが好ましい。また、その形状も、ここでは板状としたが、ピン状等、任意の形状とすることができる。さらに、下パンチストッパ１３は、本実施形態では左右双方から下パンチ１２に係止するようにしたが、これに加えて例えば紙面に対して表裏方向からも下パンチストッパ１３が下パンチ１２に係止するようにし、４方から下パンチ１２に係止してこれを固定するようにしてもよい。

以下、本実施形態の成形装置による成形プロセスを説明すると、先の各実施形態と同様、先ず、図９ａに示すように、上部金型１を上昇させておき、原料粉１０が収容され底面が開放されたフィーダーボックス９を往復動させることで、原料粉１０を下部金型２と左右両パンチ３，４で囲まれた空間に、いわゆるスリきり状態となるように充填する。このとき、下パンチストッパ１３は、先端が下パンチ１２の凹部１４に挿入され、下パンチ１２を固定状態としている。また、原料粉１０の充填に先立って、上部金型１の消磁を行っておくことは、先の各実施形態と同様である。

次に、図９ｂに示すように、上部金型１の下面が下部金型２の上面に突き当たるまで上部金型１を下降し、上部金型１、下部金型２、左右パンチ３，４によって囲まれる閉空間を形成する。続いて、図９ｃに示すように、この状態（原料粉１０が閉空間に収容された状態）で左パンチ３を図中右方向に、また右パンチ４を図中左方向に移動し、前記充填した原料粉１０を左右から加圧して圧粉する。これにより、所定形状の成形体１１が形成される。この時、前記上コイル６及び下コイル７により、原料粉１０に対して鉛直方向に磁界を印加する。磁界印加方向は、前記左右のパンチ３，４による加圧方向とは直交する方向であり、したがって、直交磁界成形が行われる。

前記下パンチ１２は、前記成形が終了するまで下パンチストッパ１３により固定されており、成形が終了した後には、図９ｄに示すように、下パンチストッパ１３が矢印ｘ方向に後退し、下パンチ１２への係止が外れて固定状態が解除される。この状態で上部金型１で挟んだ状態を維持しながら下部金型２及び左右パンチ３，４を矢印ｚ方向へ下降させ（相対的に下パンチ１２が上昇する。）、最後に図９ｅに示すように上部金型１を上昇させ、下パンチ１２上の成形体１１を取り出す。

本実施形態の成形装置、成形方法においては、下パンチ１２の固定手段である下パンチストッパ１３を追加しているので、下パンチ１２における歪の発生を解消することができ、この歪に由来するクラックの発生を防止することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。

組成がＮｄ３０重量％−Ｄｙ２重量％−Ｂ１重量％−Ｃｏ０．５重量％−残部Ｆｅとなるように合金を溶解し、水素吸蔵・放出による粗粉砕及び窒素ガスを用いたジェットミルによる微粉砕を行って材料微粉末（原料粉）を得た。これを、先の第１の実施形態乃至第４の実施形態の成形装置を用いて成形した。

成形に際しては、下部金型と左右パンチからなる金型空間に、フィーダー振幅及びすり切りによって原料粉を充填した。原料粉の充填に先立って、上部金型に対して減衰交流パターンの磁界を印加し、消磁を行った。いずれの成形装置においても、原料粉の充填は容易に行うことができた。また、金型間への原料粉の挟み込みは、ほとんど認められなかった。

原料粉の充填の後、左右パンチにより圧粉し、磁界を印加しながら直交磁界成形を行った。成形時の印加磁界強度は１．５Ｔとし、左右パンチの圧粉の圧力は１５０ＭＰａとし、５０ｍｍ×３５ｍｍ×３ｍｍ（磁場配向方向）の成形体を得た。得られた成形体は、バリやクラックの発生がなく、厚みのバラツキも少ないものであった。

各成形装置で成形した成形体の抗折強度を測定し、平行磁界成型法で成形して得た同様な寸法の成形体の抗折強度と比較したところ、ほぼ同等であった。次に、成形体を最高温度１１００℃で２時間の真空焼結を行なった後、８５０℃、１時間、及び６００℃、１時間の時効処理を行ない、希土類焼結磁石を得た。その磁気特性を測定したところ、平行磁界成形法で成形したものに比較して、残留磁束密度Ｂｒが４％上昇していた。

比較のため、上部金型の消磁を行わずに同様の成形を行ったところ、上部金型の残磁により原料粉が上部金型に吸引されて金型空間からはみ出して拡がり、上部金型と下部金型の間に原料粉が挟みこまれるという現象が発生した。その結果、バリの多い成形体が形成され、厚みにバラツキが大きく、クラックが生じているものも多かった。

第１の実施形態の成形装置の概略構成を示す斜視図である。 消磁のための減衰交流パターンの一例を示す図である。 消磁のための減衰交流パターンの他の例を示す図である。 配向磁界及び消磁(脱磁)のパターンの一例を示す図である。 配向磁界及び消磁(脱磁)のパターンの他の例を示す図である。 成形体と金型のヒステリシス曲線の一例を示す図である。 板状の超硬合金を貼り付けた上部金型の一例を示す断面図である。 第２の実施形態の成形装置による成形プロセスを示す図であり、原料粉充填工程を示す図である。 閉空間形成工程を示す図である。 左右パンチによる磁界中圧粉工程を示す図である。 成形体取り出し工程を示す図である。 第３の実施形態の成形装置による成形プロセスを示す図であり、原料粉充填工程を示す図である。 閉空間形成工程を示す図である。 左右パンチによる磁界中圧粉工程を示す図である。 成形体取り出し工程を示す図である。 第４の実施形態の成形装置による成形プロセスを示す図であり、原料粉充填工程を示す図である。 閉空間形成工程を示す図である。 左右パンチによる磁界中圧粉工程を示す図である。 下パンチストッパ解除及び下部金型下降工程を示す図である。 成形体取り出し工程を示す図である。

符号の説明

１ 上部金型、２ 下部金型、２ａ スライド溝、３ 左パンチ、４ 右パンチ、５ 超鋼材、６ 上コイル、７ 下コイル、８ 支持テーブル、９ フィーダーボックス、１０ 原料粉、１１ 成形体、１２ 下パンチ、１３ 下パンチストッパ

Claims (16)

1. 鉛直方向に分割された上部金型及び下部金型を備えるとともに、これら金型に対して略水平方向に移動し希土類磁石原料粉を略水平方向に加圧する１つ以上のパンチと、前記希土類磁石原料粉に対して略鉛直方向に磁界を印加する磁界印加手段とを有し、
   前記希土類磁石原料粉の下部金型への充填前に上部金型に対して消磁を行う消磁手段を有することを特徴とする成形装置。
2. 前記消磁は、減衰交流パターンの磁界の印加により行われることを特徴とする請求項１記載の成形装置。
3. 前記磁界印加手段が前記消磁手段として機能することを特徴とする請求項１または２記載の成形装置。
4. 前記希土類磁石原料粉の充填の際に、希土類磁石原料粉が下部金型に吸引されるように磁界を印加する手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の成形装置。
5. 前記上部金型の下部金型との対向面が非磁性または弱磁性の超硬合金により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の成形装置。
6. 前記超硬合金の厚さが２ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の成形装置。
7. 前記パンチは、成形された成形体を略水平方向に取り出す成形体取り出し機構として機能することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の成形装置。
8. 前記下部金型は、当該下部金型に対して鉛直方向に相対移動可能な下パンチを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の成形装置。
9. 成形時に前記下パンチを固定する固定手段を有することを特徴とする請求項８記載の成形装置。
10. 相対向する２つのパンチを有するとともに、前記下部金型には、これらパンチが略水平方向に移動するためのスライド溝が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の成形装置。
11. 鉛直方向に分割された上部金型と下部金型間の空間において、磁界印加手段により略鉛直方向に磁界を印加しながら、前記金型に対して略水平方向に移動可能なパンチにより希土類磁石原料粉末を略水平方向に加圧成形する成形方法であって、
    前記上部金型に対して消磁を行った後、下部金型に希土類磁石原料粉を充填し、前記加圧成形を行うことを特徴とする成形方法。
12. 前記消磁は、減衰交流パターンの磁界を印加することにより行うことを特徴とする請求項１１記載の成形方法。
13. 希土類磁石原料粉の充填の際に、希土類磁石原料粉が下部金型に吸引されるように磁界を印加することを特徴とする請求項１１または１２記載の成形方法。
14. 前記加圧成形の後、成形体を略水平方向に取り出すことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項記載の成形方法。
15. 前記加圧成形の後、下部金型に設けられた下パンチを上昇させ、成形された成形体を金型から取り出すことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項記載の成形方法。
16. 前記加圧成形の際には、前記下部金型に設けられた固定手段により下パンチを固定しておき、成形後に前記固定手段による固定を解除して下パンチを上昇させることを特徴とする請求項１５記載の成形方法。

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