JP2007180149A - 磁場中成形装置及び金型 - Google Patents

Abstract

【課題】中棒と下パンチとのかじり、中棒の外周部又は下パンチの内周部に偏磨耗を防止することのできる磁場中成形装置を提供する。
【解決手段】成形すべき楕円状断面を有するリング状成形体の外形形状に応じた孔７１を有した臼型４０と、臼型４０の内方に設けられ、孔７１の中心軸に沿って位置する中棒８０と、臼型４０と中棒８０の間に位置し、臼型４０および中棒８０の少なくとも一方に対し孔７１の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチ５０と、臼型４０の孔７１に上側から挿入可能とされ、孔７１内で下パンチ５０と対向するよう昇降可能に設けられた上パンチ６０と、臼型４０の外周部に設けられ、臼型４０、中棒８０、下パンチ５０および上パンチ６０に囲まれたキャビティ１００に磁界を印加するコイルと、中棒８０の中心軸周りの回転を規制する回転規制機構と、を備えることを特徴とする磁場中成形装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁場中成形装置及び磁場中成形装置に使用する金型に関し、特にリング状の成形体を成形する磁場中成形装置及び金型に関するものである。

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、リングと総称する）の形状を有したものがある。このようなリング永久磁石は、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。
通常、リング永久磁石を形成する場合、臼（ダイ）、中棒（コア）、上・下パンチから構成された金型のキャビティ空間内に磁石粉末をフィーダから充填し、上・下パンチにより加圧し、成形する。磁石粉末を均一に充填する場合、特に長尺のリング永久磁石の場合には磁石粉末が充填され易いように中棒を昇降させているものもある。

一般的に、リング永久磁石の断面は真円を有しているが、成形体の断面を真円ではなく楕円状とする場合がある。例えば、特許文献１では、ネオジウム−鉄−硼素系の２極異方性磁石を製造する場合に、異方性方向に長い楕円状の成形空間を用いて成形体を作製する技術が記載されている。これは、焼結、その後の熱処理における収縮が、異方性方向に大きいためである。また、特許文献２は、一対の対向部分が所要角度範囲内においてラジアル異方性を有し、残部が直角異方性及び／又は等方性の異方性リング永久磁石を製造するために、楕円状の成形体を作製した後に、焼結する技術が開示されている。特許文献１、２では、焼結、その後の熱処理後には、真円状のリング永久磁石を製造することを前提としているが、楕円状のリング永久磁石を製造することもある。

特開昭６２−２９１１６号公報 特開平６−２６０３２８号公報

楕円状の成形体を作製する場合、断面が楕円状の臼、中棒、上・下パンチを用いることになる。本発明者等がこのような金型を用いて成形体を作製する過程で、中棒と上パンチとの間にかじりが生じて成形作業を中断しなければならないことがあった。
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、楕円状のリング成形体を磁場中成形中で成形する際の中棒と上パンチとのかじりを防止することのできる磁場中成形装置を提供することを目的とする。また、本発明はそのような磁場中成形装置に用いる金型を提供することを目的とする。

本発明者等は、中棒と上パンチにかじりが生じる原因について検討したところ、圧縮工程中に中棒が軸回転を起こして上パンチとの間に不必要な空隙が形成され、この空隙に被成形物である磁石粉末が入り込んでかじりが生ずることが確認された。特に、近時では磁気特性向上のために、微細化された磁石粉末を用いるために、この傾向が大きい。そこで、中棒の軸回転を防止することにより、中棒と下パンチとのかじりを防止する磁場中成形装置が提供される。この磁場中成形装置は、成形すべき楕円状断面を有するリング状成形体の外形形状に応じた孔を有した臼型と、臼型の内方に設けられ、孔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磁界を印加するコイルと、中棒の中心軸周りの回転を規制する回転規制機構と、を備えることを特徴とする。

本発明の磁場中成形装置において、回転規制機構は、中棒の周囲に形成された多角形フランジと、多角形フランジに対応した形状の保持孔を有する保持部とから構成することができる。
また、本発明の磁場中成形装置において、回転規制機構は、中棒の周囲に形成された突条と、突条に対応した形状の保持溝を有する保持部とから構成することができる。
以上の回転規制機構において、フランジ又は突条を中棒の基端部に形成することができる。
また、以上の回転規制機構において、保持部は、下パンチに形成することができる。

本発明は、磁場中成形装置に適用することのできる金型として捉えることができる。この金型は、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楕円状断面を有する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、成形体の外形形状に応じた孔を有した臼型と、臼型の内方に設けられ、孔の中心軸に沿って位置するとともに中心軸周りの回転が規制された中棒と、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、を備えることを特徴とする。

以上の金型の具体的な形態として、中棒の基端部に、多角形フランジが形成され、臼型に固定されるホルダープレートと、中棒の多角形フランジに対応した形状の保持孔を有した押さえ部材とを備え、ホルダープレートと、押さえ部材の保持孔とで多角形フランジを挟み込むことで、中棒の中心軸周りの回転を規制することができる。
また他の形態として、中棒の所定位置に、多角形フランジが形成され、下パンチの下端部に、中棒の多角形フランジに対応した形状の保持孔が形成され、保持孔に多角形フランジを挿入することで、中棒の中心軸周りの回転を規制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、断面が楕円状の成形体を製造する際に、中棒と上パンチとのかじりの発生を防止することができる。

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。
＜第１実施形態＞
図１は、本実施の形態における磁場中成形装置１の構成を説明するための図である。
磁場中成形装置１は、リング状の磁石を形成するためのもので、金型２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。この成形体は断面が楕円状をなしており、本実施の形態における磁場中成形装置１は断面が楕円状のリング成形体を作製するものである。

この磁場中成形装置１は、後述する臼型ユニット３及び磁場印加ユニット４を支持する支持プレート７と、下パンチ５を支持する下パンチベース８と、上パンチ６を支持する上パンチベース９とを備える。
支持プレート７に支持された磁場印加ユニット４は、コイル４ａ、４ｂ及びヨーク４ｃ、４ｄとから構成されている。このコイル４ａ、４ｂにより、臼型ユニット３が設けられる領域には、図１における水平方向の磁界が発生するようになっている。この方向は、磁場中成形装置１における加圧方向と直交する方向である。支持プレート７は、磁場中成形装置１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１０に、支柱１１を介して支持され、これによって昇降可能となっている。
下パンチベース８は、磁場中成形装置１のベース（図示無し）に、支柱１４を介して固定支持されている。
上パンチベース９は、下パンチベース８の上方に対向するよう設けられ、磁場中成形装置１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。

金型２は、臼型ユニット３、下パンチ５、上パンチ６によって構成され、上記磁場中成形装置１の支持プレート７、下パンチベース８、上パンチベース９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３は、臼型本体（臼型）３ａを備える。この臼型本体３ａは、その中心が、コイル４ａ、４ｂ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３ａには、成形すべき成形体の形状に対応した形状の孔３ｂが形成されている。本実施の形態は楕円状の成形体を作製するため、孔３ｂは開口形が楕円状をなしている。

臼型本体３ａの孔３ｂ内には中棒１２が配設されている。この中棒１２は、断面が楕円状をなしている。一方で、支持プレート７の下部には中棒ホルダ１３が配設されている。中棒ホルダ１３は、略円形の底板１３ａと、底板１３ａから上方に延び、支持プレート７の下面に取り付け固定される一対の支持部１３ｂとから形成される。
そして、中棒ホルダ１３の底板１３ａ上には、臼型本体３ａの孔３ｂに対応する位置に、中棒１２が設けられている。この中棒１２は、中棒ホルダ１３の底板１３ａにボルト等で固定される中棒クランパ（押さえ部材）１３ｃにより、下端部（拡径部）１２ａが保持・固定されるようになっている。中棒１２の下端部１２ａは、フランジ状に拡径しており、中棒クランパ１３ｃには、中棒１２に対応した位置に、中棒１２の下端部１２ａに対応した形状の保持孔１３ｄが形成されており、この保持孔１３ｄによって、中棒１２の下端部１２ａを保持・固定するのである。
このとき、中棒クランパ１３ｃに形成された保持孔１３ｄの精度により、中棒１２の位置精度を確保し、中棒１２の位置決め・固定を行う。このため、例えば、拡径した下端部１２ａおよび保持孔１３ｄを、例えばテーパ状にかみ合う構造として、中棒クランパ１３ｃで中棒１２を中棒ホルダ１３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。

下端部１２ａ近傍の横断面を図２に示すが、中棒１２の下端部１２ａは矩形断面を有している。また、中棒クランパ１３ｃに形成された保持孔１３ｄは、断面が矩形をなしている下端部１２ａに対応する矩形の空隙を形成している。このように、下端部１２ａが保持孔１３ｄに挿入されていると、中棒１２は軸周りの回転が規制される。つまり、中棒１２の下端部１２ａと中棒クランパ１３ｃに形成された保持孔１３ｄとによって、中棒１２の回転規制機構が構成されている。

下パンチ５は、中棒１２と同様、下パンチベース８にボルト等で固定される下パンチクランパ５ｂにより、その下端部５ａが保持・固定されるようになっている。下パンチ５の下端部５ａは、フランジ状に拡径しており、下パンチクランパ５ｂには、下パンチ５に対応した位置に、下パンチ５の下端部５ａに対応した形状の保持孔５ｃが形成されており、この保持孔５ｃによって、下パンチ５の下端部５ａを保持・固定するのである。
この場合も、下パンチクランパ５ｂに形成された保持孔５ｃの精度により、下パンチ５の位置決め・固定を行う。このため、例えば、拡径した下端部５ａおよび保持孔５ｃを、例えばテーパ状にかみ合う構造として、下パンチクランパ５ｂで下パンチ５を下パンチベース８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。

下パンチベース８に保持された下パンチ５は、その上端部が臼型本体３ａの孔３ｂ内に挿入されるようになっている。また、下パンチ５には、その中心部に上下に連続する貫通孔５ｄが形成されており、中棒１２は、この貫通孔５ｄに挿入されて、その上端部が下パンチ５よりも上方に突出するように設けられる。中棒１２が貫通孔５ｄに挿入された部分の横断面を図３に示す。図３に示すように、中棒１２は断面が楕円をなしており、下パンチ５の内外周も楕円をなしている。

図１に示したように、上パンチ６は、上パンチクランパ６ｂにより、磁場中成形装置１の上パンチベース９に取り付けられるようになっている。上パンチクランパ６ｂには、臼型本体３ａの孔３ｂに対応する位置に保持孔６ｃが形成されている。上パンチ６の上端部（拡径部）６ａはフランジ状に拡径しており、上パンチクランパ６ｂの保持孔６ｃは、上パンチ６の上端部６ａに対応した形状とされており、この保持孔６ｃによって、上パンチ６の上端部６ａを保持・固定するのである。なお、上パンチ６は、楕円状の断面を有している。
この場合も、上パンチクランパ６ｂに形成された保持孔６ｃの精度により、上パンチ６の位置決め・固定を行う。このため、例えば、拡径した上端部６ａおよび保持孔６ｃを、例えばテーパ状にかみ合う構造として、上パンチクランパ６ｂで上パンチ６を上パンチベース９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２は、臼型ユニット３を構成する臼型本体３ａおよび中棒１２が支持プレート７によって昇降可能に支持され、下パンチ５が下パンチベース８に支持され、上パンチ６が上パンチベース９に昇降可能に支持された構成となる。
そして、臼型本体３ａに形成された孔３ｂ内には、下パンチ５および中棒１２が配置され、その上方に上パンチ６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。

このような磁場中成形装置１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３ａの上面レベルですり切るようにするのが好ましい。

＜第２実施形態＞
図４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。なお、第１実施形態が、一度の成形動作で１つの成形体を成形し、かつ磁場の印加方向と加圧方向が略直交する磁場中成形装置に関するものであるのに対して、第２実施形態は一度の成形動作で複数の成形体を成形し、かつ磁場の印加方向と加圧方向が略平行な磁場中成形装置に関するものである。
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。この成形体は断面が楕円状をなしており、本実施の形態における磁場中成形装置２０は断面が楕円状のリング成形体を作製するものである。

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４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５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。本実施の形態は楕円状の成形体を作製するため、孔７１は開口形が楕円状をなしている。また、これらの孔７１は、図６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。

下端部８０ａ近傍の横断面を図７に示すが、中棒８０の下端部８０ａは矩形断面を有している。また、中棒クランパ４２に形成された保持孔４２ａは、断面が矩形をなしている下端部８０ａに対応する矩形の空隙を形成している。このように、下端部８０ａが保持孔４２ａに挿入されていると、中棒８０は軸周りの回転が規制される。つまり、中棒８０の下端部８０ａと中棒クランパ４２に形成された保持孔４２ａとによって、中棒８０の回転規制機構が構成されている。

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５３により、その下端部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。中棒８０が貫通孔５５に挿入された部分の横断面を図８に示す。図８に示すように、中棒８０は断面が楕円をなしており、下パンチ５０の内外周も楕円をなしている。

さて、図９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５に示したように、上パンチ６０は、所定数がクランパ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。なお、上パンチ６０は、楕円状の断面を有している。
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の例（先の第２実施形態）を用いて説明する。
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。
ここでは、図４に示した磁場中成形装置２０を用いて説明する。
まず、図４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１０（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１０（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。同様の目的で、中棒８０を臼型本体７０に対して下降させた状態で微粉砕粉の供給を開始した後に、中棒８０を上昇させる方法もある。

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。
この際、中棒８０の下端部８０ａと中棒クランパ４２に形成された保持孔４２ａとによって、中棒８０の軸周りへの回転が規制されているため、中棒８０と下パンチ５０とのかじりを防止することができる。つまり、上パンチ６０を降下させて加圧することで、中棒８０にその径方向にも圧力が加わる。この圧力により中棒８０はその軸線回りに回転しようとするが、その回転が規制されるのである。したがって、中棒８０と上パンチ５０との間の間隙は適切に維持され、かじりの原因である微粉砕粉の中棒８０と上パンチ５０との間への侵入を防止することができる。
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。

また、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、以上の実施形態では、中棒８０の回転規制機構を下端部８０ａ自体の形状を矩形とし、かつ下端部８０ａを収容する中棒クランパ４２の保持孔４２ａの開口形を矩形とすることにより構成したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、図１１に示すように、中棒８０の下端部８０ａの断面を楕円状（真円でも可）とし、この楕円状の下端部８０ａの周囲に突条８０ｂを設ける。一方で、中棒クランパ４２の保持孔４２ａに、突条８０ｂを収容する保持溝４２ｂを設ける。そうすることにより、突条８０ｂと保持溝４２ｂとが回転規制機構を構成し、中棒８０の軸周りの回転を規制することができる。また、図１２に示すように、突条８０ｃを中棒８０の周囲に設ける一方、中棒クランパ４２の保持孔４２ａに、突条８０ｃを収容する保持溝４２ｃを設けることによって、中棒８０の回転を規制する回転規制機構を構成することができる。

以上説明した形態では、下端部８０ａも含め中棒８０と中棒クランパ４２との間で中棒８０の回転を規制する回転規制機構を構成したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、中棒８０と下パンチ５０との間で回転規制機構を構成することができる。図１３に基づきその例について説明する。図１３は、（ａ）が下パンチ５０に中棒８０が挿入された状態の断面図、（ｂ）が中棒８０の断面図、（ｃ）が下パンチ５０の断面図、図１４が図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図１３に示すように、中棒８０は、長手方向の中心近傍にフランジ８０ｄが設けてある。図１４に示すように、このフランジ８０ｄは断面が矩形状をなしている。また、下パンチ５０の下端部５０ａ内にフランジ８０ｄを収容する保持孔５０ｂが形成されている。この保持孔５０ｂは、図１４に示すように、開口形が矩形状をなしている。このようにして、フランジ８０ｄが保持孔５０ｂに収容されていると、中棒８０は軸周りの回転が規制される。このように、中棒８０のフランジ８０ｄと下パンチ５０に形成された保持孔５０ｂとによって、中棒８０の回転規制機構を構成することもできる。

さらに、以上説明した磁場中成形装置１，２０は、中棒１２（８０）は臼型本体３ａ（７０）に対して固定しているが、昇降するタイプの磁場中成形装置に適用することができることはいうまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。

第１実施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。 中棒下端部付近の断面図である。 下パンチ及び中棒の断面図である。 第２実施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。 中棒下端部付近の断面図である。 下パンチ及び中棒の断面図である。 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。 回転規制機構の他の例を示す断面図である。 回転規制機構の他の例を示す断面図である。 回転規制機構の他の例を示す断面図である。 図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１…磁場中成形装置、２…金型、３…臼型ユニット、３ａ…臼型本体（臼型）、３ｂ…孔、４…磁場印加ユニット、４ａ，４ｂ…コイル、４ｃ，４ｄ…ヨーク、５…下パンチ、５ａ…下端部、５ｂ…下パンチクランパ、５ｃ…保持孔、５ｄ…貫通孔、６…上パンチ、７…支持プレート、８…下パンチベース、９…上パンチベース、１０…下ラム、１１…支柱、１２…中棒、１２ａ…下端部（拡径部）、１３…中棒ホルダ、１３ａ…底板、１３ｂ…支持部、１３ｃ…中棒クランパ（押さえ部材）、１３ｄ…保持孔、１４…支柱、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、４１ａ…底板、４１ｂ…支持部、４２…中棒クランパ（押さえ部材）、４２ａ…保持孔、４２ｂ，４２ｃ…保持溝、５０…下パンチ、５０ａ…下端部、５０ｂ…保持孔、５１…下パンチホルダ、５２…取付プレート、５３…クランパ、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、６１ａ…保持孔、７０…臼型本体（臼型）、７１…孔、８０…中棒、８０ａ…下端部（拡径部）、８０ｂ，８０ｃ…突条、９０…磁性体、１００…キャビティ、Ｃ１、Ｃ２…同心円

Claims (8)

1. 成形すべき楕円状断面を有するリング状成形体の外形形状に応じた孔を有した臼型と、
   前記臼型の内方に設けられ、前記孔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磁界を印加するコイルと、
   前記中棒の前記中心軸周りの回転を規制する回転規制機構と、
   を備えることを特徴とする磁場中成形装置。
2. 前記回転規制機構は、
   前記中棒の周囲に形成された多角形フランジと、
   前記多角形フランジに対応した形状の保持孔を有する保持部とから構成され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. 前記回転規制機構は、
   前記中棒の周囲に形成された突条と、
   前記突条に対応した形状の保持溝を有する保持部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁場中成形装置。
4. 前記多角形フランジ又は前記突条が前記中棒の基端部に形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁場中成形装置。
5. 前記保持部は、前記下パンチに形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁場中成形装置。
6. 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楕円状断面を有する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有した臼型と、
   前記臼型の内方に設けられ、前記孔の中心軸に沿って位置するとともに前記中心軸周りの回転が規制された中棒と、
   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、
   を備えることを特徴とする金型。
7. 前記中棒の基端部に、多角形フランジが形成され、
   前記臼型に固定されるホルダープレートと、前記中棒の前記多角形フランジに対応した形状の保持孔を有した押さえ部材とを備え、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多角形フランジを挟み込むことで、前記中棒の前記中心軸周りの回転が規制されることを特徴とする請求項６に記載の金型。
8. 前記中棒の所定位置に、前記多角形フランジが形成され、
   前記下パンチの下端部に、前記中棒の前記多角形フランジに対応した形状の前記保持孔が形成され、前記保持孔に前記多角形フランジが挿入されることで、前記中棒の前記中心軸周りの回転が規制されることを特徴とする請求項６に記載の金型。

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