JP2008207214A - 粉末成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料粉末の詰まりを防ぎ、タクトタイムが向上した場合においても円滑に材料粉末の供給を行うことができ、生産性を向上させることのできる粉末成形装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ホッパー２２からフィーダボックス２０への微粒子粉末の補給を開閉バルブ２３で制御することにより、補給時以外は、フィーダホース２１内は空の状態を維持するようにし、フィーダホース２１内で微粒子粉末が詰まることを防止する。また、フィーダボックス２０内の微粒子粉末のレベルをレベルセンサ２６で検出し、その検出レベルに基づいてコントローラ２５で開閉バルブ２３の開閉動作を制御する。さらに、微粒子粉末の補給が完了した状態においてはフィーダボックス２０内の上部に空隙Ｖが残されるように、開閉バルブ２３を制御するのが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、フェライト磁石を乾式成形で形成するとき等に用いる粉末成形装置に関する。

磁石として主流となっているフェライト（焼結）磁石を製造するには、原料を所定の配合比で混合したものを仮焼してフェライト化させ、得られた仮焼体をサブミクロンサイズまで粉砕し、フェライト粒子からなる材料粉末を得る。次いで、材料粉末を磁場中で金型によって圧縮成形（以下、これを磁場成形と称する）して成形体を得た後、この成形体を焼結することで、フェライト磁石を得る。
磁場成形の工程には、大きく分けて、材料粉末を乾燥させた後に成形を行う乾式と、材料粉末をスラリー状として成形を行う湿式とがある。

乾式で磁場成形を行う場合、材料粉末は、下方が開口したフィーダボックスをキャビティ上に移動させることで、キャビティ内への充填を行う。ここで、フィーダボックスには、ホッパーからフィーダホースを介し、材料粉末が供給されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１１８７９４号公報

近年、磁気特性を向上させるために、材料粉末は微細化している。材料粉末が微細化すると、ホッパー、フィーダホース、フィーダボックスの内部において、材料粉末がブリッジ状に詰まりやすくなる。
これを防止するため、図４、図５に示すように、ホッパー１を揺動させることが従来より行われていた。これには、ホッパー１を支点１ａを中心として揺動可能に支持しておく。そして、磁場成形を１サイクル行うごとにキャビティ２内に材料を充填するため、キャビティ２の上方の位置と（図４の状態）、キャビティ２から側方に退避した位置（図５の状態）との間でフィーダボックス３を往復動させると、このフィーダボックス３の往復動がフィーダホース４を介してホッパー１に伝達され、これによってホッパー１が支点１ａを中心として揺動するのである。このようにしてホッパー１を揺動させることで、ホッパー１内において材料粉末が詰まるのを防止する。

一方、フィーダホース４内における材料粉末の流路はホッパー１と比較すると大幅に狭く、ホッパー１から細いフィーダホース４内に流れ込んだ材料粉末の詰まりが生じやすい。さらに、フィーダホース４は、ゴム系材料等の可撓性を有する材料から形成され、ホッパー１の動作に伴ってフィーダホース４も揺れて屈曲動作を繰り返すときに、フィーダホース４内の材料粉末によってフィーダホース４の断面積が拡大・縮小し、材料粉末に脈動のような現象が生じ、これも材料粉末の詰まりの発生につながる。
フィーダボックス３内においても同様で、微細な材料粉末は詰まりが生じやすい。

また、生産性を向上させるために磁場成形の１サイクルあたりに要する時間（以下、これをタクトタイムと称する）を短縮させると、重量の大きなホッパー１の動き（速度・加速度）も大きくなる。その結果、磁場成形装置に加わる振動や衝撃が大きくなり、装置の耐久性や精度等、さまざまな面で好ましくない。さらに、タクトタイムが例えば１秒以内であるような高速サイクルで稼動する場合、重量のあるホッパー１を揺動させること自体が困難となる。
このように、材料供給が、タクトタイム向上、生産性向上の大きな妨げにもなっていたのである。
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、材料粉末の詰まりを防ぎ、タクトタイムが向上した場合においても円滑に材料粉末の供給を行うことができ、生産性を向上させることのできる粉末成形装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の粉末成形装置は、材料粉末が充填されるキャビティを有した金型部と、キャビティに材料粉末を充填する材料供給部と、を備え、材料供給部は、キャビティの上方の開口を覆う第一の位置と、キャビティから側方に退避した第二の位置との間で移動可能に設けられ、第一の位置にてキャビティの開口を覆ったときにキャビティ内に材料粉末を充填するフィーダボックスと、フィーダボックスの上方に配置され、フィーダボックスに補給する材料粉末を収容するホッパーと、ホッパーからフィーダボックスに材料粉末を送り込むためのフィーダホースと、ホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給が完了したときにフィーダホース内に空隙が形成されるよう、ホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給を制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
ホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給が完了したときにフィーダホース内に空隙を形成することで、フィーダホース内に常に空隙を確保できる。これにより、キャビティへの材料粉末の供給のためにフィーダボックスが第二の位置と第一の位置との間で往復動することによってフィーダホースが揺れたりしても、フィーダホース内で材料粉末の詰まりが生じるのを防止できる。
ここで、フィーダホース内に形成する空隙は、少なくともフィーダホース内の一部であればよいが、フィーダホース内における材料粉末の詰まりを防止するという目的からして、なるべく大きな空隙を形成するのが好ましく、フィーダホースの全長にわたって空隙を形成するのがさらに好ましい。

フィーダホース内に空隙を形成するには、いかなる構成を用いても良いが、ホッパーとフィーダホースとの間に、ホッパーからフィーダホースへの材料粉末の流入を遮断可能なバルブを設けるのが好ましい。そして、コントローラでバルブの開閉を制御することで、フィーダボックスへの材料粉末の補給が完了したときにフィーダホース内に空隙を形成することができる。

フィーダボックスへの材料粉末の補給タイミングを制御するため、フィーダボックスに、フィーダボックス内の材料粉末の量を検出するセンサを備えるのが好ましい。そして、コントローラは、センサで検出する材料粉末の量が予め定めた下限を下回ったときにホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給を実行させる。これによって、フィーダボックス内の材料粉末が不足することなく、適切なタイミングで材料粉末の補給を行える。

また、コントローラは、ホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給が完了したときにフィーダボックス内に空隙が形成されるよう、ホッパーからの材料粉末の補給量を制御するのが好ましい。これによりフィーダボックス内に常に空隙を確保することができ、フィーダボックス内における材料粉末の詰まりを防止するのである。
このようにフィーダボックス内に空隙を形成するには、材料粉末の補給を開始してからの経過時間や、フィーダボックス内の材料粉末の量（レベル）を検出することで、ホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給を完了させるよう、コントローラで制御すればよい。

このような構成により、ホッパーが固定された粉末成形装置においても、材料粉末の詰まりを防止して円滑にキャビティへの材料粉末供給が行える。
本発明の粉末成形装置は、いかなる種類の材料粉末を成形する場合であっても用いることが可能であるが、例えば、材料粉末がフェライト磁石材料からなり、キャビティ内の材料粉末に磁場を印加しながら加圧成形を行う磁場成形装置に適用するのに適している。この場合、粉末成形装置は、金型部でキャビティ内の材料粉末を加圧成形しているときに材料粉末に磁場を印加する磁場印加部をさらに備える。

本発明によれば、ホッパーからフィーダボックスへの材料粉末の補給を制御することにより、補給が完了した状態では、フィーダホース内に空隙が形成される。これによって、フィーダホース内で材料粉末が詰まることを防止できる。また、フィーダボックス内の材料粉末の量をセンサで検出することによって、フィーダボックス内に適切なタイミングで材料粉末を充填することができる。
また、材料粉末を補給するときには、補給が完了した状態においてフィーダボックス内の上部に空隙が残されるように、コントローラで制御するようにした。これによってフィーダボックス内で材料粉末がブリッジして詰まってしまうのを防ぐことが可能となる。
このようにして、キャビティへの材料粉末の充填を円滑かつ確実に行うことが可能となる。そして、ホッパーを揺動させる必要もない構成となることから、タクトタイムを短縮させても、ホッパーの揺動による振動や衝撃も当然生じることはなく、装置の耐久性や精度等に悪影響を与えることもない。その結果、タクトタイムを短縮することができ、生産性を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。
本実施の形態の磁場成形装置で形成されるフェライト磁石は、六方晶構造を有するフェライトを主相とし、Ｓｒ、Ｂａ、ＣａおよびＰｂから選択される少なくとも１種の元素であって、Ｓｒを必ず含むものをＡとし、希土類元素（Ｙを含む）およびＢｉから選択される少なくとも１種の元素であって、Ｌａを必須とするものをＲとし、Ｃｏ、またはＣｏおよびＺｎをＭとしたとき、Ａ、Ｒ、ＦｅおよびＭを含有し、
式(１) Ａ_１−ｘＲ_ｘ（Ｆｅ_１２−ｙＭ_ｙ）_ｚＯ_１９（ｘ、ｙ、ｚはモル数）
と表したとき、
０．０４≦ｘ≦０．５
０．０４≦ｙ≦０．５
０．７≦ｚ≦１．２
１≦（ｘ／ｙ）
であるものとするのが好ましい。

さて、このようなフェライト磁石は、以下のような工程を経て製造される。
なお、本実施の形態で示すフェライト磁石の製造工程はあくまでも一例に過ぎず、適宜変更を加えることが可能なのは言うまでも無い。

（原料組成物生成工程）
フェライト磁石を製造するには、まず原料粉末を所定の配合比で混合する。原料としては、酸化物粉末、または焼成により酸化物となる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等の粉末を用いる。より具体的な原料粉末の例としては、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、ＳｒＣＯ_３粉末、ＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末がある。ＦｅとＳｒが所定の比率（モル比）になるようにＦｅ_２Ｏ_３粉末およびＳｒＣＯ_３粉末を秤量し、さらにこの混合物に対してＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末を所定量添加して原料組成物を得る。

（仮焼工程）
得られた原料組成物を、アトライタ等で所定時間湿式混合し、造粒して、乾燥させた後に、所定温度で所定時間の仮焼を行うことで、仮焼体を得る。

（粉砕工程）
次いで、得られた仮焼体を粗粉砕工程を経ることで粉砕し、フェライト粒子からなる仮焼粉末を得る。粗粉砕工程では、仮焼体をローラーミル等で粗粉砕する。
次いでこの仮焼粉末に適宜添加物を添加し、微粉砕工程を経てサブミクロンサイズまで粉砕し、主としてマグネトプランバイト型フェライトからなる微粉砕粉末を得る。粗粉砕工程、微粉砕工程は、湿式で行っても乾式で行ってもよい。ただし、仮焼体は一般に顆粒から構成されるので、粗粉砕工程を乾式で行い、次いで微粉砕工程を湿式で行うのが好ましい。その場合、粗粉砕工程で仮焼体を所定以下の粒径となるまで粗粉砕した後、微粉砕工程で粗粉砕粉と水とを含む粉砕用スラリーを調製し、これを用いて所定以下の粒径となるまでの微粉砕を行う。
粗粉砕された仮焼体に、磁気特性を向上させるための添加剤として、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、Ｌａ（ＯＨ）_３粉末、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末、ＳｉＯ_２粉末、ＣａＣＯ_３粉末を添加し、アトライタ等で微粉砕を行うこともできる。なお、微粉砕には分散媒として水等を用いることができる。

この後、微粉砕スラリーを脱水することにより固形分濃度を調整し、これをアニールキルン等によって乾燥する。
続いて、得られた粉末を、アトマイザー等により微粒子化させ、微粒子粉末（材料粉末）を得る。ここで、得られる微粒子粉末の粒径は、１μｍ以下とするのが好ましい。

（磁場成形工程）
得られた微粒子粉末を用いて磁場中成形を行い、所定形状の成形体を得る。このとき、得られる成形体は、予め設定した範囲内の密度となるようにするのが好ましい。
磁場中成形では、加圧方向と平行な方向、あるいは垂直な方向の、所定の強度の磁場を印加する。

（焼成工程、加工工程）
このようにして作製した成形体を所定条件で焼成して焼結体を得る。次いで焼結体を所定寸法に加工することで、製品としてのフェライト磁石が得られる。

本実施の形態においては、フェライト磁石は、例えば断面ほぼＣ字状に湾曲して形成される。このようなフェライト磁石は、回転コイルの周囲に設置させることで、モータに組み込まれるマグネット等を構成する。

上記のような工程のうち、上記磁場成形工程においては、図１に示すような磁場成形装置（粉末成形装置）１０を用いる。
磁場成形装置１０は、微粒子粉末をキャビティ１１内に充填し、磁場中で圧縮成形を施すことでフェライト粒子を配向させ、所定形状のフェライト磁石を形成するものである。
キャビティ１１は、所定の断面形状を有した貫通開口を有する臼型１２と、臼型１２の貫通開口に下方から挿入された下型１３とにより形成されている。このキャビティ１１の上方には、臼型１２の貫通開口に対し上方から挿入可能な上型１４が配置されている。これら臼型１２、下型１３、上型１４により金型部が構成される。

さらに、キャビティ１１内に充填される微粒子粉末に対し、所定方向の磁場を印加するための磁場印加部としてのコイルが、下型１３、上型１４、臼型１２等の周囲に適宜配置されている（図示省略）。
下型１３、上型１４の少なくとも一方は、図示しない駆動シリンダ等を駆動源として、下型１３、上型１４を互いに接近・離間させる方向に動作可能となっており、これによってキャビティ１１内において微粒子粉末を圧縮成形できるようになっている。

臼型１２の周囲には、臼型１２の上面と同レベルに形成されたプレート１５が設けられている。そして、キャビティ１１内に微粒子粉末を供給するためのフィーダボックス２０が、プレート１５の上面に沿って移動可能に設けられている。
フィーダボックス２０をプレート１５の上面に沿って移動するための機構としては、例えば、フィーダボックス２０の移動経路をガイドするためのガイドレールと、ガイドレールに沿ってフィーダボックス２０を進退させるためのシリンダ等によって構成することができる。

このような機構により、フィーダボックス２０は、キャビティ１１の上部開口を覆うような位置（第一の位置）と、上型１４がキャビティ１１内に挿入される動作に干渉しないようキャビティ１１から側方に退避した位置（図１中二点鎖線参照：第二の位置）との間で往復動作するようになっている。そして、フィーダボックス２０は、下方に開口しており、キャビティ１１の上部開口を覆うような位置において、フィーダボックス２０内の微粒子粉末をキャビティ１１に落下させることで、キャビティ１１への微粒子粉末の供給を行うようになっている。そして、フィーダボックス２０がキャビティ１１から側方に退避するときの動作により、フィーダボックス２０の下端部でキャビティ１１の上端部に沿ってキャビティ１１内の微粒子粉末をすり切り、微粒子粉末の定量供給を行う。

フィーダボックス２０には、筒状のフィーダホース２１を介し、ホッパー２２が連結されている。
ホッパー２２は、箱状で、底部にフィーダホース２１が接続される接続口２２ａを有している。このホッパー２２内には適宜タイミングで微粒子粉末が補給され、この微粒子粉末は接続口２２ａからフィーダホース２１を通し、フィーダボックス２０へと送り込まれるようになっている。ここで、ホッパー２２は、フィーダボックス２０が往復動しても揺れないよう、磁場成形装置１０のフレーム等に固定されている。

ホッパー２２の接続口２２ａには、開閉バルブ（バルブ）２３が設けられており、接続口２２ａに接続されたフィーダホース２１への微粒子粉末の送り込みを遮断できるようになっている。本実施の形態の磁場成形装置１０においては、粒径が１μｍ以下の微粒子粉末を取り扱う。このため、開閉バルブ２３に、機械的に動作する通常のバルブを用いたのでは、微粒子粉末が可動部分に噛み込む等して、動作に支障が生じることがある。そこで本実施の形態においては、開閉バルブ２３として、図２に示すように、中空のドーナツ状の可撓性リング２３ａを有したものを用いる。このような可撓性リング２３ａは、ソレノイドバルブ等によって可撓性リング２３ａ内へのエアの供給・排出が切り替えられるようになっている。この可撓性リング２３ａは、その外周側が拘束されており、エアが供給されると、内周側に膨張することでフィーダホース２１内の流路を閉塞できるようになっている。このような可撓性リング２３ａを用いた開閉バルブ２３を採用することで、微粒子粉末によってその開閉動作に影響が出ることもなく、確実な開閉を行える。

開閉バルブ２３の開閉は、コントローラ２５により自動的に制御されるようになっている。コントローラ２５においては、フィーダボックス２０内の微粒子粉末の量をレベルセンサ（センサ）２６によって検出し、検出された微粒子粉末の量（フィーダボックス２０内に堆積した微粒子粉末の上面レベル）に基づき、開閉バルブ２３の開閉動作を制御する。コントローラ２５は、通常は開閉バルブ２３を閉じておき、レベルセンサ２６で検出したフィーダボックス２０内の微粒子粉末の量が予め定めた下限レベルを下回ったと判断できたときに、開閉バルブ２３を開くように制御する。開閉バルブ２３を開くことで、ホッパー２２内の微粒子粉末がフィーダホース２１を通してフィーダボックス２０へと供給される。
そして、開閉バルブ２３を開いた場合、コントローラ２５では、開閉バルブ２３を開いてから予め定めた一定時間が経過した後、またはレベルセンサ２６で検出を継続してフィーダボックス２０内の微粒子粉末の量が予め定めた上限レベルに到達した後に、開閉バルブ２３を閉じるように制御する。
これらフィーダボックス２０、フィーダホース２１、ホッパー２２、開閉バルブ２３、コントローラ２５により、本発明における材料供給部が構成される。

さて、前述のように、開閉バルブ２３を開いてホッパー２２からフィーダボックス２０に微粒子粉末を補給するときには、図３に示すように、微粒子粉末の補給が完了した状態においてフィーダボックス２０内の上部に空隙Ｖが残されるように、開閉バルブ２３を開き続ける時間、またはフィーダボックス２０内の微粒子粉末の上限レベルを設定するのが好ましい。フィーダボックス２０内に微粒子粉末が空隙なく完全に充填されてしまうと、フィーダボックス２０内で微粒子粉末がブリッジして詰まってしまい、キャビティ１１への微粒子粉末の供給を行えなくなる場合があるからである。

上述したようにして、ホッパー２２からフィーダボックス２０への微粒子粉末の補給を開閉バルブ２３で制御することにより、補給時以外は、フィーダホース２１内は空の状態が維持される。これによって、フィーダホース２１内で微粒子粉末が詰まることを防止できる。また、フィーダボックス２０内の微粒子粉末のレベルをレベルセンサ２６で検出し、その検出レベルに基づいてコントローラ２５で開閉バルブ２３の開閉動作を制御することによって、フィーダボックス２０内に適切なタイミングで微粒子粉末を充填することができる。このようにして、キャビティ１１への微粒子粉末の充填を円滑かつ確実に行うことが可能となる。
そして、ホッパー２２を揺動させる必要もない構成となることから、磁場成形のタクトタイムを短縮させても、ホッパー２２の揺動による振動や衝撃も当然生じることはなく、装置の耐久性や加工精度等に悪影響を与えることもない。その結果、磁場成形装置１０におけるタクトタイムを短縮し、生産性を向上させることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、レベルセンサ２６の検出レベルによりフィーダボックス２０内の微粒子粉末の量をコントロールするようにしたが、例えばコントローラ２５ではキャビティ１１に微粒子粉末を充填した回数に基づいてフィーダボックス２０への微粒子粉末の補給を制御するようにしても良い。キャビティ１１の容積は既知とすることができ、１回のキャビティ１１への充填によりフィーダボックス２０から減少する微粒子粉末の量を把握することができるからである。
また、上記実施の形態では、磁場成形装置１０の構成について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、各部の構成について適宜他の構成を採用することが可能である。また、磁場成形装置１０で形成するフェライト磁石についても同様であり、その組成、製造方法等については、上記に挙げた以外とすることも可能である。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たり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における磁場成形装置の構成を示す図である。 開閉バルブの一例を示す図であり、（ａ）は開閉バルブを開いた状態の図、（ｂ）は開閉バルブを閉じた状態の図である。 図１に示した磁場成形装置において、フィーダボックスへの微粒子粉末の補給が完了した状態を示す図である。 従来の磁場成形装置の構成を示す図である。 図４に示した磁場成形装置において、フィーダボックスを退避させた状態を示す図である。

符号の説明

１０…磁場成形装置（粉末成形装置）、１１…キャビティ、１２…臼型、１３…下型、１４…上型、１５…プレート、２０…フィーダボックス、２１…フィーダホース、２２…ホッパー、２３…開閉バルブ（バルブ）、２３ａ…可撓性リング、２５…コントローラ、２６…レベルセンサ（センサ）

Claims (6)

1. 材料粉末が充填されるキャビティを有した金型部と、
   前記キャビティに前記材料粉末を充填する材料供給部と、を備え、
   前記材料供給部は、前記キャビティの上方の開口を覆う第一の位置と、前記キャビティから側方に退避した第二の位置との間で移動可能に設けられ、前記第一の位置にて前記キャビティの開口を覆ったときに前記キャビティ内に前記材料粉末を充填するフィーダボックスと、
   前記フィーダボックスの上方に配置され、前記フィーダボックスに補給する前記材料粉末を収容するホッパーと、
   前記ホッパーから前記フィーダボックスに前記材料粉末を送り込むためのフィーダホースと、
   前記ホッパーから前記フィーダボックスへの前記材料粉末の補給が完了したときに前記フィーダホース内に空隙が形成されるよう、前記ホッパーから前記フィーダボックスへの前記材料粉末の補給を制御するコントローラと、を備えることを特徴とする粉末成形装置。
2. 前記ホッパーと前記フィーダホースとの間に、前記ホッパーから前記フィーダホースへの前記材料粉末の流入を遮断可能なバルブを備え、
   前記コントローラは前記バルブの開閉を制御することで、前記ホッパーから前記フィーダボックスへの前記材料粉末の補給が完了したときに前記フィーダホース内に空隙を形成することを特徴とする請求項１に記載の粉末成形装置。
3. 前記フィーダボックスに、前記フィーダボックス内の前記材料粉末の量を検出するセンサを備え、
   前記コントローラは、前記センサで検出する前記材料粉末の量が予め定めた下限を下回ったときに前記ホッパーから前記フィーダボックスへの前記材料粉末の補給を実行させることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形装置。
4. 前記コントローラは、前記ホッパーから前記フィーダボックスへの前記材料粉末の補給が完了したときに前記フィーダボックス内に空隙が形成されるよう、前記ホッパーからの前記材料粉末の補給量を制御す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粉末成形装置。
5. 前記ホッパーが固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の粉末成形装置。
6. 前記材料粉末はフェライト磁石材料からなり、
   前記金型部で前記キャビティ内の前記材料粉末を加圧成形しているときに前記材料粉末に磁場を印加する磁場印加部をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の粉末成形装置。

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