JP2007098424A - 磁場中成形装置、金型、希土類焼結磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業性を向上して段取り替え作業の効率化を図るとともに、より均等な磁場環境下で成形を行って、磁気特性、寸法精度を低下させることなくリング状の磁石を複数個取りで得ることのできる磁場中成形装置、金型、希土類焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の同心円上にキャビティ１００を配することで、リング状の磁石の複数個取りを可能とする。また、複数のキャビティ１００のそれぞれに設けられる中棒８０を、中棒ホルダ４１によって臼型本体７０に一体化しておくことで、形成する成形体の形状や寸法が変わり、段取り替えを行わなければならないときに、作業性を向上する。
さらに、リング状の磁性体９０を、磁場中心に近い同心円上のキャビティ１００よりも磁場中心から遠い同心円上のキャビティ１００に近い位置に設け、磁場中心からの距離が異なる複数の同心円上でキャビティ１００に作用する磁場強度との均等化を図る。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁場中成形装置、金型、希土類焼結磁石の製造方法に関する。

フェライト磁石やサマリウムコバルト系磁石、ネオジウム−鉄−硼素系磁石等の焼結磁石において、リング状、筒状（以下、単にリング状と称する）の形状を有したものがある。このようなリング状の磁石は、モータ等をはじめとする各種電気部品に用いられている。
近年の各種電気部品の小型化の要求、およびこれに対応した磁石の特性向上に伴い、磁石の小型化、薄形化、薄肉化が進んでいる。

従来、このようなリング状の磁石を形成する場合、図７に示すように、磁石の外形形状を形成する臼型（ダイ）１、内形形状を形成する中棒（コア）２、磁石の上下面を形成する上パンチ３および下パンチ４から形成された金型５を用いる。そして、これら臼型１、中棒２、上パンチ３、下パンチ４によって囲まれて形成されるキャビティ６内に磁性粉末を充填し、上パンチ３と下パンチ４で磁性粉末に圧力を加えることで、リング状の磁石を形成している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−２３２１３４号公報

ところで、リング状の磁石を量産するにあたり、その生産効率を高めるには、一つの金型から複数のリング状の磁石を得る、いわゆる複数個取りの金型を用いるのが好ましい。
通常、上記のような所定形状の磁石の成形を行う磁場中成形装置は、形成すべき磁石に応じ、その形状に対応した金型５を磁場中成形装置にセットして成形を行う。すなわち、成形すべき磁石の形状、寸法が変わる毎に、金型５を交換する作業、いわゆる段取り替え作業が必要となる。
このとき、個々の製品を形成するためのキャビティ６の数が増えると、中棒２、上パンチ３、下パンチ４の本数が増えるため、その交換作業や金型５の組立作業に手間がかかることになる。上パンチホルダ７や下パンチホルダ８に保持された上パンチ３、下パンチ４については、臼型１に対する位置調整を行うが、上パンチ３、下パンチ４の本数が増えれば増えるほど、位置調整の難易度が増す。
さらに、中棒２は、上パンチ３、下パンチ４と同様に位置調整を行わなければならないうえ、一本ずつが、磁場中成形装置のベース（図示無し）上に設けられたコアロッド１０に取り付けられているため、位置調整の難易度はさらに高く、要する手間も増大する。

このように、複数個取りの金型は、作業効率や作業性について十分に配慮しなければ、その採用自体が困難になりかねない。

さて、リング状の磁石は、形成時におけるその磁化配向方向により、等方性、２極異方性、放射状異方性、多極異方性等があるが、上下のパンチによる加圧方向と平行な方向の磁場を印加して磁化配向を行う、いわゆる縦磁場成形の場合、複数個取りが特に困難であるという課題がある。これは、縦磁場成形の場合、金型５の外周側に配置したコイル１１により反発磁界が形成され、その磁界の中心が金型５の中心部に合致するよう、コイル１１が設けられる。このため、磁界の中心からの距離に応じ、磁場強度が変化するため、横磁場成形の場合のように、任意の位置にキャビティ６を形成することができず、これが複数個取りを困難にしているのである。複数のキャビティ６間で印加する磁場強度に差があると、得られる磁石の磁気特性のバラつきが大きくなるのである。また、キャビティ６内に磁性粉末を充填するとき、コイル１１で磁場を印加し、その磁力を用いて磁性粉末をキャビティ６内に吸引充填する、いわゆる磁場充填も行われている。この場合に、複数のキャビティ６間で印加する磁場強度に差があると、キャビティ６に充填される磁性粉末の量にバラつきが生じ、最終的に形成される磁石の寸法（大きさ、重量）精度に悪影響を及ぼす。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、作業性を向上して段取り替え作業の効率化を図るとともに、より均等な磁場環境下で成形を行って、磁気特性、寸法精度を低下させることなくリング状の磁石を複数個取りで得ることのできる磁場中成形装置、金型、希土類焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の磁場中成形装置は、成形すべきリング状の成形体の外形形状に応じた孔を複数有した臼型と、臼型の内方に設けられ、孔のそれぞれの中心軸に沿って位置する中棒と、臼型と中棒の間に位置し、臼型および中棒の少なくとも一方に対し孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、臼型の孔に上側から挿入可能とされ、孔内で下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、臼型の外周部に設けられ、臼型、中棒、下パンチおよび上パンチに囲まれたキャビティに、孔の中心軸に平行な方向の磁界を印加するコイルと、を備える。そして、臼型に形成された複数の孔は、コイルによって印加される磁界の中心に対し、第一の距離を隔てて位置する複数の孔からなる第一の孔群と、磁界の中心に対し第一の距離とは異なる第二の距離を隔てて位置する複数の孔からなる第二の孔群とを有することを特徴とする。このように、第一の孔群、第二の孔群のそれぞれにおいては、磁界の中心からの距離を等しくすることで、第一の孔群、第二の孔群を構成する複数の孔は、それぞれ、磁界の中心を基準とし、第一の距離、第二の距離を半径とした同心円上に配置されることになり、各孔に作用する磁界の強度を一定にできる。
なお、第一の孔群、第二の孔群を構成する複数の孔は、第一の距離、第二の距離を半径とした同心円上に、等間隔に配置するのが好ましい。
なお、上記のような孔群は、第一の距離、第二の距離からなる二重の同心円に限らず、三重以上の同心円に配置しても良い。その場合であっても、三重以上の同心円のうち、互いに磁界の中心からの距離が異なる任意の二つの同心円について、本発明を適用することができる。
また、第一の孔群を構成する複数の孔と、第二の孔群を構成する複数の孔は、磁界の中心を基準として互いに周方向にオフセットして配置し、第一の孔群を構成する孔と第二の孔群を構成する孔とが、磁界の中心を通る同一直線上に並ばないようにするのが好ましい。

このような磁場中成形装置において、臼型に設けられた中棒支持部材によって複数の中棒が支持されることで、臼型と、臼型の複数の孔に対応して設けられた複数の中棒を一体化するのが好ましい。
これにより、成形する製品が変更される際に必要な段取り替え作業時に、中棒を一本一本位置調整しながら取り付ける必要がなくなる。

本発明は、キャビティに磁性粉末を充填し、キャビティに磁場を印加しつつ加圧することでリング状の成形体を得る磁場中成形装置に用いられる金型とすることもできる。この場合、この金型は、成形体の外形形状に応じた孔を複数有した臼型と、臼型の内方に設けられ、孔のそれぞれの中心軸に沿って位置する中棒と、臼型と中棒の間に位置し、臼型および中棒の少なくとも一方に対し孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、臼型の孔に上側から挿入可能とされ、孔内で下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、を備える。そして、臼型と、臼型の複数の孔に対応して設けられた複数の中棒は、臼型に設けられた中棒支持部材によって複数の中棒が支持されることで一体化されていることを特徴とするのである。
このとき、中棒の基端部に、外周側に拡径した拡径部を形成するのが好ましい。そして、中棒支持部材を、臼型に固定されるホルダープレートと、中棒の拡径部に対応した形状の保持孔を有した押さえ部材とから構成し、ホルダープレートと、押さえ部材の保持孔とで拡径部を挟み込むことで、複数の中棒を支持するのが良い。
同様に、下パンチ、上パンチについても拡径部を形成し、磁場成形装置に取り付けられる下パンチホルダ、上パンチホルダに対し、下パンチホルダと下パンチ押さえ部材の保持孔、上パンチホルダと上パンチ押さえ部材の保持孔とで、それぞれ拡径部を挟み込むことで、複数の下パンチ、上パンチを保持することができる。
このような構造により、押え部材、下パンチ押さえ部材の保持孔、上パンチ押さえ部材の保持孔と、拡径部の加工精度により、中棒、下パンチ、上パンチの位置精度を保障することができる。
さらに、拡径部と保持孔を、それぞれ互いに係合するテーパ形状とすれば、より高精度に中棒、下パンチ、上パンチを位置決めすることができる。

このような金型においては、複数の孔を臼型に有しているのであれば、その配置について何ら限定する意図はないが、上パンチと下パンチとで加圧を行う方向に平行な磁界を印加する場合、以下のような構成とするのが好ましい。すなわち、臼型に形成された複数の孔として、磁場中成形装置のコイルによって印加される磁界の中心に対し、第一の距離を隔てて位置する複数の孔からなる第一の孔群と、磁界の中心に対し第一の距離とは異なる第二の距離を隔てて位置する複数の孔からなる第二の孔群とを有するようにするのである。

本発明は、リング状の希土類焼結磁石の製造方法であって、コイルで印加する磁界の中心を基準とした複数の同心円上にそれぞれ配置された複数のキャビティに磁性粉末を充填する工程と、キャビティ内の磁性粉末にコイルで磁場を印加しつつ、磁場の印加方向に平行な方向に加圧することでリング状の成形体を形成する工程と、を含むことを特徴とすることもできる。
このとき、複数のキャビティを有する金型は、成形体の外形形状に応じた孔を複数有した臼型と、臼型の内方に設けられ、孔のそれぞれの中心軸に沿って位置する中棒と、臼型と中棒の間に位置し、臼型および中棒の少なくとも一方に対し孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、臼型の孔に上側から挿入可能とされ、孔内で下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、を備え、臼型と、臼型の複数の孔に対応して設けられた複数の中棒は、臼型に設けられた中棒支持部材によって複数の中棒が支持されることで予め一体化されたものとするのが好ましい。

本発明によれば、リング状の磁石の複数個取りが可能となる。このとき、磁場中心から等距離にあるキャビティにおいては、印加される磁場強度を均等にすることができる。これによって、複数個取りした場合においても、印加される磁場強度に差が出るのを抑え、得られる磁石の磁気特性のばらつきを抑え、量産性を高めることができる。また、微粉砕粉のキャビティへの供給に磁場吸引を用いる場合、キャビティに供給される微粉砕粉の量にばらつきが出るのを抑え、磁石の寸法、重量のばらつきを抑えることもできる。
そして、また、複数本の中棒を臼型に一体化しておくことで、形成する成形体の形状や寸法が変わり、段取り替えを行わなければならない場合にも、個々の中棒について位置調整および取り付け作業を行う必要がなく、段取り替え作業の作業性を向上して大幅な効率化を図ることができ、生産性についても向上させることが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における磁場中成形装置２０の構成を説明するための図である。
この図１に示すように、磁場中成形装置２０は、リング状の磁石を形成するためのもので、金型３０によって形成されるキャビティ１００内に合金粉末（磁性粉末）を充填し、磁場を印加しつつキャビティ１００内の合金粉末を加圧することで磁場中成形を行い、成形体を形成するものである。

この磁場中成形装置２０は、後述する臼型ユニット４０を支持する支持プレート２１と、下パンチ５０を支持する下パンチベース２２と、上パンチ６０を支持する上パンチベース２３とを備える。
支持プレート２１は、磁場中成形装置２０のベース（図示無し）に対し油圧シリンダやボールねじ、カム等の駆動機構によって昇降駆動可能とされた下ラム２４に、支柱２５を介して支持され、これによって昇降可能となっている。そして、支持プレート２１上の外周部に、コイル２７が設けられている。このコイル２７により、金型３０が設けられる領域には、図１における縦方向の磁界が発生するようになっている。なお、コイル２７以外に、磁場強度分布改善等のために他のコイルやヨークを設けても良い。
下パンチベース２２は、磁場中成形装置２０のベース（図示無し）に、支柱２６を介して固定支持されている。
上パンチベース２３は、下パンチベース２２の上方に対向するよう設けられ、磁場中成形装置２０のベース（図示無し）に、油圧シリンダやボールねじ、カム等の駆動機構により昇降駆動可能とされている。

図２に示すように、金型３０は、以下のような臼型ユニット４０、下パンチ５０、上パンチ６０によって構成され、上記磁場中成形装置２０の支持プレート２１、下パンチベース２２、上パンチベース２３に対し、ボルト等の取付部材によって着脱可能に取り付けられるようになっている。

臼型ユニット４０は、臼型本体（臼型）７０を備える。この臼型本体７０は、その中心が、コイル２７によって発生される磁場の中心に合致するよう設けられる。
臼型本体７０には、成形すべき成形体の形状に対応した形状の孔７１が、所定数形成されている。これらの孔７１は、図３に示すように、臼型本体７０の中心に対し、半径ｒ１、ｒ２となる同心円Ｃ１、Ｃ２上に配置されている。同心円Ｃ１、Ｃ２のそれぞれにおいては、孔７１が周方向に等間隔となるように配置するのが好ましい。また、第一の孔群として内周側の同心円Ｃ１上に位置した孔７１に対し、第二の孔群として外周側の同心円Ｃ２上に位置した孔７１は、臼型本体７０の中心に対し一直線上に並ばないよう、周方向に角度をずらしてオフセットさせ、千鳥状に配置するのが好ましい。
なお、ここでは、半径ｒ１、ｒ２となる同心円Ｃ１、Ｃ２のみの内外２段階に孔７１を形成するようにしたが、もちろん径方向３段階以上に孔７１を形成するようにしても良い。

臼型本体７０の下面には、中棒ホルダ（中棒支持部材）４１が一体に取り付けられている。中棒ホルダ４１は、略円形の底板（ホルダープレート）４１ａと、底板４１ａから上方に延び、臼型本体７０の下面に取り付け固定される一対の支持部４１ｂとから形成される。
そして、中棒ホルダ４１の底板４１ａ上には、臼型本体７０のそれぞれの孔７１に対応する位置に、中棒８０が設けられている。これらの中棒８０は、中棒ホルダ４１の底板４１ａにボルト等で固定される中棒クランパ（押さえ部材）４２により、下端部（拡径部）８０ａが保持・固定されるようになっている。各中棒８０の下端部８０ａは、フランジ状に拡径しており、中棒クランパ４２には、それぞれの中棒８０に対応した位置に、中棒８０の下端部８０ａに対応した形状の保持孔４２ａが形成されており、この保持孔４２ａによって、中棒８０の下端部８０ａを保持・固定するのである。
このとき、中棒クランパ４２に形成された保持孔４２ａの精度により、中棒８０の位置精度を確保し、中棒８０の位置決め・固定を行う。このため、例えば、拡径した下端部８０ａおよび保持孔４２ａを、例えばテーパ状にかみ合う構造として、中棒クランパ４２で中棒８０を中棒ホルダ４１に取り付けるのみで、その位置決めを行える構成とすること等が有効である。

このようにして、臼型ユニット４０を構成する臼型本体７０と中棒８０は、中棒ホルダ４１によって一体化されている。
そして、臼型本体７０を支持プレート２１に取り付けることで、臼型ユニット４０が磁場中成形装置２０にセットされるようになっている。

下パンチ５０は、下パンチホルダ５１により、磁場中成形装置２０の下パンチベース２２に取り付けられるようになっている。下パンチホルダ５１は、その上端部に取付プレート５２が設けられており、この取付プレート５２の上面に、所定数の下パンチ５０が、臼型本体７０のそれぞれの孔７１に対応する位置に配置されている。これらの下パンチ５０は、中棒８０と同様、取付プレート５２にボルト等で固定されるクランパ（下パンチ押さえ部材）５３により、その下端部（拡径部）５０ａが保持・固定されるようになっている。各下パンチ５０の下端部５０ａは、フランジ状に拡径しており、クランパ５３には、それぞれの下パンチ５０に対応した位置に、下パンチ５０の下端部５０ａに対応した形状の保持孔５３ａが形成されており、この保持孔５３ａによって、下パンチ５０の下端部５０ａを保持・固定するのである。
この場合も、クランパ５３に形成された保持孔５３ａの精度により、下パンチ５０の位置決め・固定を行う。このため、例えば、拡径した下端部５０ａおよび保持孔５３ａを、例えばテーパ状にかみ合う構造として、クランパ５３で下パンチ５０を下パンチホルダ５１に取り付けるのみで、その位置決めを行える構成とするのも好ましい。

下パンチホルダ５１に保持された下パンチ５０は、その上端部が臼型本体７０の孔７１内に挿入されるようになっている。また、各下パンチ５０には、その中心部に上下に連続する貫通孔５５が形成されており、中棒８０は、この貫通孔５５に挿入されて、その上端部が下パンチ５０よりも上方に突出するように設けられる。

さて、図４に示すように、下パンチホルダ５１の上部には、上下方向に連続する一対のスリット溝５４が形成されている。一方、前記の中棒ホルダ４１の前記支持部４１ｂは、下パンチホルダ５１のスリット溝５４に対応するよう、中棒ホルダ４１の底板４１ａに対し、外周側に突出するように形成されている。これにより、下パンチホルダ５１と中棒ホルダ４１は、スリット溝５４と支持部４１ｂが係合してガイドとして機能し、スリット溝５４が連続する方向、つまり上下方向に相対移動可能となっている。

図２に示したように、上パンチ６０は、所定数がクランパ（上パンチ押さえ部材）６１により、磁場中成形装置２０の上パンチベース２３に取り付けられるようになっている。クランパ６１には、臼型本体７０のそれぞれの孔７１に対応する位置に保持孔６１ａが形成されている。上パンチ６０の上端部（拡径部）６０ａはフランジ状に拡径しており、クランパ６１の保持孔６１ａは、上パンチ６０の上端部６０ａに対応した形状とされており、この保持孔６１ａによって、上パンチ６０の上端部６０ａを保持・固定するのである。
この場合も、クランパ６１に形成された保持孔６１ａの精度により、上パンチ６０の位置決め・固定を行う。このため、例えば、拡径した上端部６０ａおよび保持孔６１ａを、例えばテーパ状にかみ合う構造として、クランパ６１で上パンチ６０を上パンチベース２３に取り付けるのみで、その位置決めを行える構成とするのも好ましい。

このようにして、金型３０は、臼型ユニット４０を構成する臼型本体７０および中棒８０が支持プレート２１によって昇降可能に支持され、下パンチ５０が下パンチベース２２に支持され、上パンチ６０が上パンチベース２３に昇降可能に支持された構成となる。
そして、臼型本体７０に形成されたそれぞれの孔７１内には、下パンチ５０および中棒８０が配置され、その上方に上パンチ６０が位置した状態となっており、これによって筒状のキャビティ１００が形成されている。

これらのキャビティ１００には、コイル２７で発生する磁場が印加される。このとき、キャビティ１００、すなわち臼型本体７０の孔７１は、臼型本体７０の中心に対し、第一半径、第二半径である半径ｒ１、ｒ２となる同心円Ｃ１、Ｃ２上に配置されている。同心円Ｃ１上のすべてのキャビティ１００は、コイル２７で発生する磁場中心から等距離（同心円Ｃ１の半径ｒ１）にあるため、印加される磁場強度は均等になる。また、同心円Ｃ２上のすべてのキャビティ１００は、コイル２７で発生する磁場中心から等距離（同心円Ｃ２の半径ｒ２）にあるため、印加される磁場強度は均等になる。
このとき、同心円Ｃ１上に位置するキャビティ１００と、同心円Ｃ２上に位置するキャビティ１００とでは、磁場中心からの距離が異なってしまうため、これを補うため、リング状の磁性体９０を近傍に設置するのが好ましい。リング状の磁性体９０を設置する好ましい位置としては、同心円Ｃ１上のキャビティ１００よりも同心円Ｃ２上のキャビティ１００に近い位置、すなわち同心円Ｃ２上のキャビティ１００よりもさらに外周側である。例えば、臼型本体７０の下面の外周部に磁性体９０を設けるのが好ましい。この磁性体９０は、鉄板とするのが好ましい。
磁性体９０により、同心円Ｃ２上のキャビティ１００に作用する磁場強度が高まり、同心円Ｃ１上のキャビティ１００に作用する磁場強度との均等化を図るのである。

このような磁場中成形装置２０は、さらに、キャビティ１００に合金粉末を供給する原料供給機構を備える。原料供給機構では、キャビティ１００に、所定量の合金粉末を供給する。その供給量管理には、供給する合金粉末の重量を用いることもできるが、キャビティ１００への合金粉末の供給高さ（レベル）を用いるのが好ましい。そして、合金粉末をキャビティ１００に供給し、原料供給機構に備えたすり切り機構により、供給した合金粉末を臼型本体７０の上面レベルですり切るようにするのが好ましい。

次に、上記したような構成を有する磁場中成形装置２０を用いた、希土類焼結磁石の製造方法について説明する。
ここでまず、本発明の適用対象の磁石について説明する。
本発明はＲ−Ｔ−Ｂ（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏ）で示されるネオジム系焼結磁石について適用することが望ましい。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、希土類元素（Ｒ）を２５〜３７ｗｔ％含有する。ここで、ＲはＹを含む概念を有しており、したがってＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの１種又は２種以上から選択される。Ｒの量が２５ｗｔ％未満であると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の主相となるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の生成が十分ではなく軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、保磁力が著しく低下する。一方、Ｒが３７ｗｔ％を超えると主相であるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。またＲが酸素と反応し、含有する酸素量が増え、これに伴い保磁力発生に有効なＲリッチ相が減少し、保磁力の低下を招く。したがって、Ｒの量は２５〜３７ｗｔ％とする。望ましいＲの量は２８〜３５ｗｔ％である。

また、本発明が適用されるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、ホウ素（Ｂ）を０．５〜４．５ｗｔ％含有する。Ｂが０．５ｗｔ％未満の場合には高い保磁力を得ることができない。一方で、Ｂが４．５ｗｔ％を超えると残留磁束密度が低下する傾向がある。したがって、Ｂの上限を４．５ｗｔ％とする。望ましいＢの量は０．５〜１．５ｗｔ％、さらに望ましいＢの量は０．８〜１．２ｗｔ％である。
本発明が適用されるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、Ｃｏを５．０ｗｔ％以下（０を含まず）、望ましくは０．１〜３．０ｗｔ％含有することができる。ＣｏはＦｅと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上などに効果がある。

本発明が適用されるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｇｅ等の元素を適宜含有させることができる。一方で、酸素、窒素、炭素等の不純物元素を極力低減することが望ましい。特に磁気特性を害する酸素は、その量を７０００ｐｐｍ以下、さらには５０００ｐｐｍ以下とすることが望ましい。酸素量が多いと非磁性成分である希土類酸化物相が増大して、磁気特性を低下させるからである。

このようなＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、以下のような工程を経ることで製造される。
以下、各工程の内容を説明する。なお、以下では希土類焼結磁石としてネオジム系焼結磁石であるＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を例にして説明するが、本発明はこれ以外のＳｍＣｏ系の希土類焼結磁石に適用できることは言うまでもない。
＜原料合金調整＞
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはＡｒ雰囲気中でストリップキャスト法、その他公知の溶解法により作製することができる。ストリップキャスト法は、原料金属をＡｒガス雰囲気などの非酸化性雰囲気中で溶解して得た溶湯を回転するロールの表面に噴出させる。ロールで急冷された溶湯は、薄板または薄片（鱗片）状に急冷凝固される。この急冷凝固された合金は、結晶粒径が１〜５０μｍの均質な組織を有している。原料合金は、ストリップキャスト法に限らず、高周波誘導溶解等の溶解法によって得ることができる。なお、溶解後の偏析を防止するため、例えば水冷銅板に傾注して凝固させることができる。また、還元拡散法によって得られた合金を原料合金として用いることもできる。

＜粉砕＞
原料合金は粉砕工程に供される。粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、原料合金を、粒径数百μｍ程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行うことが望ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行うことが効果的である。水素放出処理は、希土類焼結磁石として不純物となる水素を減少させることを目的として行われる。水素放出のための加熱保持の温度は、２００℃以上、望ましくは３５０℃以上とする。保持時間は、保持温度との関係、原料合金の厚さ等によって変わるが、少なくとも３０分以上、望ましくは１時間以上とする。水素放出処理は、真空中又はＡｒガスフローにて行う。なお、水素吸蔵処理、水素放出処理は必須の処理ではない。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。

粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕には主にジェットミルが用いられ、粒径数百μｍ程度の粗粉砕粉末を、平均粒径２．５〜６μｍ、望ましくは３〜５μｍとする。ジェットミルは、高圧の不活性ガスを狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。微粉砕前の粗紛末に潤滑剤を添加混合しても良く、微粉砕後あるいはその両方で潤滑剤を添加混合しても良い。

＜磁場中成形＞
以上のようにして得られた微粉砕粉（磁性粉末）を、磁場中成形し、成形体を得る。本実施の形態では、加圧方向と印加する磁界の方向が平行な成形法である平行磁界成形法を用いる。
磁場中成形における成形圧力は３０〜３００ＭＰａ（０．３〜３ｔｏｎ／ｃｍ^２）の範囲とすればよい。成形圧力が低いほど配向性は良好となるが、成形圧力が低すぎると成形体の強度が不足して成形体の加工時に問題が生じるので、この点を考慮して上記範囲から成形圧力を選択する。磁場中成形で得られる成形体の最終的な相対密度は、５０〜６５％が好ましい。
本発明において印加する磁場は、８００〜１６００ｋＡ／ｍ（１０〜２０ｋＯｅ）程度とすればよい。印加する磁場は静磁界に限定されず、パルス状の磁界とすることもできる。また、静磁界とパルス状磁界を併用することもできる。パルス状の磁界を用いる場合は、２４００ｋＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）程度の高い磁界を使用することが可能である。

＜焼結＞
磁場中成形によって得られた成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得る。焼結温度は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、１０００〜１２００℃で１〜１０時間程度焼結すればよい。
焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力を制御する重要な工程である。時効処理を２段に分けて行う場合には、８００℃近傍、６００℃近傍での所定時間の保持が有効である。８００℃近傍での熱処理を焼結後に行うと、保磁力が増大するため特に有効である。また、６００℃近傍の熱処理で保磁力が大きく増加するため、時効処理を１段で行う場合には、６００℃近傍の時効処理を施すとよい。

＜保護膜形成＞
以上のようにして得られた希土類焼結磁石、特にＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、その表面に電解めっきによる保護膜を形成することができる。保護膜の材質としては、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌのいずれかを用いることができるし、他の材質を用いることもできる。また、これらの材質を複層として被覆することもできる。
電解めっきによる保護膜は本発明の典型的な形態であるが、他の手法による保護膜を設けることもできる。他の手法による保護膜としては、無電解めっき、クロメート処理をはじめとする化成処理及び樹脂塗装膜のいずれか又は組み合せが実用的である。特に清浄性の要求から、ＶＣＭ用磁石は、表面硬度の高いＮｉめっきが好んで用いられる。
保護膜の厚さは、磁石素体のサイズ、要求される耐食性のレベル等によって変動させる必要があるが、１〜１００μｍの範囲で適宜設定すればよい。望ましい保護膜の厚さは１〜５０μｍである。

さて、上記したような工程を経ることで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石が製造されるわけであるが、ここで、磁場中成形工程について詳述する。
磁場中成形工程では、図１に示した磁場中成形装置２０を用いる。
まず、図１に示したように、上パンチ６０を上昇させて下パンチ５０から離した状態で、臼型本体７０と下パンチ５０とによって形成されるキャビティ１００に、図示しない原料供給機構により、微粉砕粉を供給する。このとき、コイル２７で所定強度の磁界を発生させながらキャビティ１００内に微粉砕粉を磁力により吸引するのが好ましい。
また、キャビティ１００の深さが大きいとき、微粉砕粉の供給開始時には、図５（ａ）に示すように、臼型ユニット４０を下降させてキャビティ１００の深さを抑えておき、この後、図５（ｂ）に示すように、徐々に臼型ユニット４０を上昇させてキャビティ１００の深さを大きくするようにしても良い。

このようにして微粉砕粉を所定量供給した後、供給を停止する。そして、原料供給機構に備えたすり切り機構により、キャビティ１００に供給した微粉砕粉を臼型本体７０の上面レベルですり切る。
微粉砕粉の供給後、コイル２７で所定強度の磁界を発生し、キャビティ１００内の微粉砕粉に対し磁場を印加し、微粉砕粉を所定の方向に配向させながら、上パンチ６０を下降させてキャビティ１００内の微粉砕粉を下パンチ５０との間で挟み込み、所定の加圧力で加圧する。

このようにしてキャビティ１００内の微粉砕粉に対し磁場を印加しつつ加圧することで、所定形状、サイズを有した成形体が形成される。
加圧の完了後、臼型ユニット４０を下降させるとともに、上パンチ６０を上昇させて退避させ、成形体を取り出す。

上述したようにして、複数の同心円Ｃ１、Ｃ２上にキャビティ１００を配することで、リング状の磁石の複数個取りが可能となる。このとき、同心円Ｃ１、Ｃ２のそれぞれにおいては、すべてのキャビティ１００がコイル２７で発生する磁場中心から等距離にあるため、印加される磁場強度を均等にすることができる。
さらに、リング状の磁性体９０を、磁場中心に近い同心円Ｃ１上のキャビティ１００よりも磁場中心から遠い同心円Ｃ２上のキャビティ１００に近い位置に設けたので、磁場中心からの距離が異なる同心円Ｃ１上と同心円Ｃ２上とで、キャビティ１００に作用する磁場強度との均等化を図ることができる。
これによって、複数個取りした場合においても、キャビティ１００間で、印加される磁場強度に差が出るのを抑え、得られる磁石の磁気特性のばらつきを抑え、量産性を高めることができる。また、微粉砕粉のキャビティ１００への供給に磁場吸引を用いる場合、キャビティ１００に供給される微粉砕粉の量にばらつきが出るのを抑え、磁石の寸法、重量のばらつきを抑えることもできる。

また、複数のキャビティ１００のそれぞれに設けられる中棒８０は、中棒ホルダ４１によって臼型本体７０に一体化され、これによって臼型ユニット４０が構成されている。このように、複数本の中棒８０を臼型本体７０に一体化しておくことで、形成する成形体の形状や寸法が変わり、段取り替えを行わなければならないときには、臼型ユニット４０をセットしさえすればよく、従来のように個々の中棒８０について位置調整および取り付け作業を行う必要がない。下パンチ５０、上パンチ６０においても、同様に、複数本がユニット化されているので、これらについても位置調整、取り付け作業が不要となる。
したがって、段取り替え作業の作業性を向上して大幅な効率化を図ることができ、生産性についても向上させることが可能となる。

さて、ここで、上記構成による効果を確認したので、その結果を以下に示す。
２９．５ｗｔ％Ｎｄ−３．０ｗｔ％Ｄｙ−１．０ｗｔ％Ｂ−０．５ｗｔ％Ｃｏ−残部Ｆｅの組成の合金をストリップキャスト法で作製し、水素吸排出により粗粉化させた後、ジェットミルで窒素ガスを用いて粉砕して平均粒径４μｍの微粉砕粉末を得た。
この微粉砕粉末を、図１に示したような構成の磁場中成形装置２０のキャビティ１００に供給し、加圧成形して成形体を作製した。このとき、キャビティ１００は、外径７．６ｍｍ、内径２．６ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのリング状を有するものとした。キャビティ１００の配置、設置個数は表１の通りとした。また、比較のため、キャビティ１００を一つの同心円上に配置した場合についても、同様に成形体を形成した（比較例１）。なお、表１において、キャビティの設置間隔とは、同一円周上に位置する孔７１どうしの、孔７１の中心基準での間隔である。
さらに、図６に示すように、臼型本体７０に、孔７１を４列×４列のマトリックス状に配置した場合についても、同様に成形体を形成した。このとき、互いに隣接する孔７１同士の間隔は、孔７１の中心基準で１４ｍｍとなるようにした。

また、キャビティ１００に微粉砕粉末を供給するに際しては、コイル２７にて７００ｋＡ／ｍの磁場を印加し、その磁力により微粉砕粉末をキャビティ１００に吸引するようにした。また、その後の磁場中成形時には、コイル２７に１０００Ａの電流を通電して発生した磁場中で１５０ＭＰａの圧力で微粉砕粉末を加圧成形した。

得られた成形体を、１１００℃×２時間の条件で焼結を行った後、８００℃および６００℃の時効処理を各１時間行い、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を得た。
そして、得られたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石について、重量を計測し、そのばらつきを求めた。また、外径、内径を計測した。それらの結果を表１に示す。

この表１に示すように、同心円上に位置する複数のキャビティ１００で形成された成形体、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、同心円上に配置したキャビティ１００の数に関わらず、重量のばらつきが小さく、比較例１と同等であることが確認された。特に、実施例１と実施例２、実施例３と実施例４の比較により、リング状の磁性体９０を設けることで、重量のばらつきがより小さくなることが確認された。
また、実施例１と実施例３、実施例２と実施例４の比較により、内周側のキャビティ間隔と外周側のキャビティ間隔の差が少ない実施例３、４の方が重量のばらつきが小さいことがわかる。これにより、キャビティ間隔は、より等間隔に近くなるようにするのが好ましい。
ただし、全体が等間隔に配置されている比較例２と、実施例３を比較すると、同一円周上に孔７１が配置されていない比較例２よりも、同一円周上に孔７１が配置された実施例３の方が、ばらつきが遥かに小さくなっていることが確認できた。これにより、孔７１は、同一円周上に配置することが重要である、と言える。
また、実施例１と実施例３、実施例２と実施例４の比較により、複数の同心円の径の差が小さいほど、重量のばらつきが小さくなっていることもわかる。

本実施の形態における磁場中成形装置の概略構成を示す図である。 金型の詳細な構造を示す断面図である。 金型へのキャビティの配置の例を示す図である。 金型に備えた臼型ユニットの構成を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は側面図である。 金型の動作を示す図である。 比較例２のキャビティの配置を示す図である。 従来の金型を示す断面図である。

符号の説明

２０…磁場中成形装置、２７…コイル、３０…金型、４０…臼型ユニット、４１…中棒ホルダ（中棒支持部材）、４１ａ…底板（ホルダープレート）、４１ｂ…支持部、４２…中棒クランパ（押さえ部材）、４２ａ…保持孔、５０…下パンチ、５０ａ…下端部（拡径部）、５１…下パンチホルダ、５２…取付プレート、５３…クランパ（下パンチ押さえ部材）、５３ａ…保持孔、５４…スリット溝、５５…貫通孔、６０…上パンチ、６０ａ…上端部（拡径部）、６１…クランパ（上パンチ押さえ部材）、６１ａ…保持孔、７０…臼型本体（臼型）、７１…孔、８０…中棒、８０ａ…下端部（拡径部）、９０…磁性体、１００…キャビティ、Ｃ１、Ｃ２…同心円

Claims (12)

1. 成形すべきリング状の成形体の外形形状に応じた孔を複数有した臼型と、
   前記臼型の内方に設けられ、前記孔のそれぞれの中心軸に沿って位置する中棒と、
   前記臼型と前記中棒の間に位置し、前記臼型および前記中棒の少なくとも一方に対し前記孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、
   前記臼型の前記孔に上側から挿入可能とされ、前記孔内で前記下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、
   前記臼型の外周部に設けられ、前記臼型、前記中棒、前記下パンチおよび前記上パンチに囲まれたキャビティに、前記孔の中心軸に平行な方向の磁界を印加するコイルと、を備え、
   前記臼型に形成された複数の前記孔は、前記コイルによって印加される磁界の中心に対し、第一の距離を隔てて位置する複数の前記孔からなる第一の孔群と、前記磁界の中心に対し前記第一の距離とは異なる第二の距離を隔てて位置する複数の前記孔からなる第二の孔群とを有することを特徴とする磁場中成形装置。
2. 前記第一の孔群、前記第二の孔群を構成する複数の前記孔は、それぞれ、前記磁界の中心を基準とし、前記第一の距離、前記第二の距離を半径とした同心円上に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場中成形装置。
3. 前記第一の孔群を構成する複数の前記孔と、前記第二の孔群を構成する複数の前記孔は、前記磁界の中心を基準として互いに周方向にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁場中成形装置。
4. 前記臼型と、前記臼型の複数の前記孔に対応して設けられた複数の前記中棒は、前記臼型に設けられた中棒支持部材によって複数の前記中棒が支持されることで一体化されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁場中成形装置。
5. キャビティに磁性粉末を充填し、前記キャビティに磁場を印加しつつ加圧することでリング状の成形体を得る磁場中成形装置に用いられる金型であって、
   前記成形体の外形形状に応じた孔を複数有した臼型と、
   前記臼型の内方に設けられ、前記孔のそれぞれの中心軸に沿って位置する中棒と、
   前記臼型と前記中棒の間に位置し、前記臼型および前記中棒の少なくとも一方に対し前記孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、
   前記臼型の前記孔に上側から挿入可能とされ、前記孔内で前記下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、を備え、
   前記臼型と、前記臼型の複数の前記孔に対応して設けられた複数の前記中棒は、前記臼型に設けられた中棒支持部材によって複数の前記中棒が支持されることで一体化されていることを特徴とする金型。
6. 前記中棒の基端部に、外周側に拡径した拡径部が形成され、
   前記中棒支持部材は、前記臼型に固定されるホルダープレートと、前記中棒の前記拡径部に対応した形状の保持孔を有した押さえ部材とからなり、前記ホルダープレートと、前記押さえ部材の前記保持孔とで前記拡径部を挟み込むことで、複数の前記中棒を支持することを特徴とする請求項５に記載の金型。
7. 前記下パンチの下端部に、外周側に拡径した拡径部が形成され、
   それぞれの前記下パンチの前記拡径部に対応した形状の複数の保持孔を有した下パンチ押さえ部材の前記保持孔と、前記磁場成形装置に取り付けられる下パンチホルダとで前記拡径部を挟み込むことで、複数の前記下パンチを保持することを特徴とする請求項５または６に記載の金型。
8. 前記上パンチの上端部に、外周側に拡径した拡径部が形成され、
   それぞれの前記上パンチの前記拡径部に対応した形状の複数の保持孔を有した上パンチ押さえ部材の前記保持孔と、前記磁場成形装置に取り付けられる上パンチホルダとで前記拡径部を挟み込むことで、複数の前記上パンチを保持することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の金型。
9. 前記拡径部と前記保持孔は、それぞれ互いに係合するテーパ形状とされていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の金型。
10. 前記臼型に形成された複数の前記孔は、前記磁場中成形装置のコイルによって印加される磁界の中心に対し、第一の距離を隔てて位置する複数の前記孔からなる第一の孔群と、前記磁界の中心に対し前記第一の距離とは異なる第二の距離を隔てて位置する複数の前記孔からなる第二の孔群とを有することを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の金型。
11. リング状の希土類焼結磁石の製造方法であって、
    コイルで印加する磁界の中心を基準とした複数の同心円上にそれぞれ配置された複数のキャビティに磁性粉末を充填する工程と、
    前記キャビティ内の前記磁性粉末に前記コイルで磁場を印加しつつ、磁場の印加方向に平行な方向に加圧することでリング状の成形体を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。
12. 複数の前記キャビティを有する金型は、
    前記成形体の外形形状に応じた孔を複数有した臼型と、
    前記臼型の内方に設けられ、前記孔のそれぞれの中心軸に沿って位置する中棒と、
    前記臼型と前記中棒の間に位置し、前記臼型および前記中棒の少なくとも一方に対し前記孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、
    前記臼型の前記孔に上側から挿入可能とされ、前記孔内で前記下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、を備え、
    前記臼型と、前記臼型の複数の前記孔に対応して設けられた複数の前記中棒は、前記臼型に設けられた中棒支持部材によって複数の前記中棒が支持されることで予め一体化されていることを特徴とする請求項１１に記載の希土類焼結磁石の製造方法。

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