JP2010272746A

JP2010272746A - 焼結磁石製造装置

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Publication number: JP2010272746A
Application number: JP2009124377A
Authority: JP
Inventors: Masato Sagawa; 眞人佐川
Original assignee: Intermetallics Co Ltd
Current assignee: Intermetallics Co Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-22
Also published as: EP2434504A1; CN102422367A; CN102422367B; US20120107433A1; EP2434504A4; WO2010134578A1; US8899952B2; JP5475325B2

Abstract

【課題】充填容器内の合金粉末を磁界で配向させる際に、充填容器及び充填容器の蓋を固定する焼結磁石製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る焼結磁石製造装置は、合金粉末を充填容器に供給した後、該合金粉末の高密度化を行う充填手段１１と、合金粉末を焼結させる焼結手段１４と、充填後且つ焼結前に充填焼成容器内の合金粉末を配向させるための磁界を生成するコイルを有する配向手段１２と、配向の間だけ充填容器に蓋をしつつ充填容器を固定する固定手段１３を備える。これにより、配向時に印加される磁界による充填容器の移動を防ぐことができると共に、合金粉末の飛散が防止され、焼結磁石の磁気特性の低下及び流れ作業の作業効率の低下を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結法により希土類磁石を製造する装置に関する。

希土類・鉄・ホウ素系（以下「RFeB」という）の磁石は、1982年に佐川（本願発明者）らによって見出されたものであるが、それまでの永久磁石をはるかに凌駕する特性を有し、ネオジム（希土類の一種）、鉄及び硼素という比較的豊富で廉価な原料から製造することができるという特長を有する。そのため、RFeB磁石はハードディスク等のボイスコイルモータ、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータ、電動補助型自転車用モータ、産業用モータ、高級スピーカー、ヘッドホン、永久磁石式磁気共鳴診断装置等、様々な製品に使用されている。

RFeB磁石の製造方法として、焼結法、鋳造・熱間加工・時効処理の方法、急冷合金をダイ・アップセット加工する方法の３つの方法が知られている。このうち磁気特性および生産性において優れ、且つ工業的に確立している製造方法は焼結法である。焼結法では永久磁石に必要とされる緻密で均一な微細組織を得ることができる。

特許文献１には、焼結法によりRFeB磁石を製造する方法が記載されている。以下にこの方法について簡単に説明する。まず溶解・鋳造によりRFeB合金を作製し、これを微粉砕することにより得られた合金粉末を金型に充填する。この合金粉末にプレス機で圧力を加えつつ磁界を印加することにより、圧縮成形体の作製と該圧縮成形体の配向処理を同時に行う。その後、圧縮成形体を金型から取り出し、加熱して焼結することによりRFeB焼結磁石が得られる。

RFeB合金の微粉末は非常に酸化しやすく、空気中の酸素と反応して発火するおそれがある。従って、上記の全ての工程は、内部を無酸素又は不活性ガス雰囲気に保持する密閉容器内で行うことが望ましい。しかしながら、圧縮成形体を作製するには合金粉末に400kg/cm²〜1000kg/cm²といった高圧力を印加する必要があり、プレス機が大型化するため、密閉容器内にプレス機を収容することが難しい。

これに対して特許文献２には、圧縮成形体を作製することなく焼結磁石を製造する方法が記載されている。この方法は充填工程、配向工程、焼結工程の３つの工程に分かれており、この順番で各工程を行うことにより焼結磁石が製造される。以下に、これらの工程について簡単に説明する。まず充填工程では充填容器に合金粉末を供給し、蓋をする。その後、蓋付き充填容器に対してタッピングを繰り返すことにより、容器内の合金粉末の高密度化を行う。配向工程ではパルス磁界を印加し、蓋付き充填容器内の合金粉末を一方向に配向させる。なお本工程では、特許文献１とは異なり、磁界で配向させている間に合金粉末に圧力を加えないため、印加された磁界によって合金粉末の粒子同士が互いに反撥し合い、粉末体積が膨張する。しかし充填容器に取り付けられた蓋により、充填容器の容積以上に粉末体積が膨張することはない。焼結工程では、配向工程で一方向に配向された合金粉末を蓋付き充填容器ごと加熱し、焼結する。この方法によれば、磁場配向時に合金粉末に圧力が印加されないため、合金粉末の各粒子の配向が拘束されることがなく、より高い磁気特性を持つRFeB磁石を得ることができる。

また、特許文献２には、内部を無酸素又は不活性ガス雰囲気に保持する密閉容器内に、充填手段、配向手段、焼結手段を設け、更に充填手段から配向手段、配向手段から焼結手段に充填容器を搬送する搬送手段を設けた焼結磁石の製造装置が記載されている。この装置によれば、合金粉末を全工程に亘って一貫して無酸素又は不活性ガス雰囲気中で取り扱うことができるため、その酸化及びそれによる磁気特性の低下を防ぐことができる。

特開昭59-046008号公報特開2006-019521号公報

特許文献２の装置では、充填容器内の合金粉末が飛散しないよう、蓋を充填容器に取り付け、ネジ止めや圧入等により充填容器に固定する。しかし充填容器自体は固定されないため、配向工程において印加された磁界により、充填容器が移動してしまう。充填容器の移動は、合金粉末の配向に乱れを生じさせ、焼結磁石の磁気特性を低下させると共に、流れ作業の作業効率を低下させる。

また、配向工程の際、充填容器内の合金粉末は磁界からの力を受け、粉粒同士が磁気的に反撥し合い、粉末体積が膨張する。このため蓋の固定が不十分であると蓋が外れ、合金粉末が飛散してしまう。しかし蓋の固定を厳重にすると、蓋の取り付け作業に時間が掛かると共に、焼結工程後の蓋の取り外しが容易でなくなり、流れ作業の作業効率を低下させる。

本発明が解決しようとする課題は、磁気特性が低下する原因となる配向の乱れや合金粉末の飛散を防止すると共に、流れ作業の作業効率の低下を防ぐことができる焼結磁石製造装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る焼結磁石製造装置は、
a) 合金の微粉末を、該合金の真密度の40％から55％の密度で充填容器に充填する高密度充填手段と、
b) 前記合金粉末を前記充填容器内に収容したまま磁界で配向させる配向手段と、
c) 前記充填容器内に収容された合金粉末が飛散しないよう、前記配向の間、該充填容器に蓋をしつつ該充填容器を前記磁界内の所定位置に固定する固定手段と、
d) 前記合金粉末を充填容器ごと加熱することにより、該合金粉末を焼結する焼結手段と、
e) 前記高密度充填手段、前記配向手段、前記焼結手段の間で前記充填容器を搬送する搬送手段と、
を備えることを特徴とする。

合金粉末を充填容器に供給する供給開口は、通常充填容器の上部に設けられる。そのため、固定手段は、充填容器を上下から挟むことにより、該充填容器の固定と同時に蓋ができるものが好ましい。これにより、充填容器を磁界内の所定位置に固定すると共に、充填容器から合金粉末が飛散することを防止することができる。

前記固定手段はプラスチックやセラミックスなど非金属部材で構成されているものを用いることが好ましい。これにより、配向工程において交流磁界が印加されたときに渦電流が発生することを防ぐことができ、渦電流に起因する発熱や不所望の磁界の発生を防ぐことができる。

前記配向手段には、前記固定手段の周囲に設けたコイルを用いることができる。

前記高密度充填手段から前記配向手段への前記充填容器の搬送方向と前記コイルの軸を平行にすることが望ましい。これにより充填容器の配向手段への搬送が容易となり、流れ作業の効率を上げることができる。

また、合金粉末を磁界で配向させる際、磁界の方向を充填容器の開口面と垂直にすることもできる。これにより、磁極表面積の広い板状の磁石を製造する場合に、充填容器のキャビティを最終製品に近い寸法形状にすることができる。

前記高密度充填手段及び前記配向手段は一の密閉容器に収容され、該密閉容器と前記合金粉末を焼結するための焼結炉とは連通していることが好ましい。
前記配向手段は、前記密閉容器の外側にコイルを巻き付けたものとすることができる。

本発明によれば、配向工程において、固定手段によって充填容器に蓋をしつつ該充填容器を磁界内の所定位置に固定することにより、充填容器が移動することによる配向の乱れや、充填容器から合金粉末が飛散することを防ぐことができる。これにより焼結磁石の磁気特性の低下を防ぐことができると共に、流れ作業の作業効率の低下を防ぐことができる。

本発明に係る焼結磁石製造装置の一実施例の概略構成図。焼結磁石製造装置における固定部の縦断面図。焼結磁石製造装置における固定部の変形例を示す縦断面図。複数個の充填容器を同時に固定する固定部の縦断面図。磁界の向きを充填容器の開口面に垂直とした場合の固定部の縦断面図。

本発明に係る焼結磁石製造装置の一実施例を、図１〜図５を用いて説明する。

本発明に係る焼結磁石製造装置の実施例を図１に示す。この焼結磁石製造装置１０は、合金粉末を充填容器に供給した後、合金粉末の高密度化を行う充填部１１と、充填容器に高密度充填された合金粉末を磁界で配向させる配向部１２と、配向の間だけ充填容器に蓋をしつつ該充填容器を配向部１２内の所定位置に固定する固定部１３と、配向させた合金粉末を焼結する焼結部１４を有する。また、この焼結磁石製造装置１０は充填容器を搬送する搬送部１５を有する。更に、焼結磁石製造装置１０は、これら充填部１１、配向部１２、固定部１３及び搬送部１５を無酸素又は不活性ガス雰囲気中に保持する密閉容器１６を有する。以下、各部について詳しく説明する。

充填部１１は、充填容器５１に合金粉末を供給する給粉部１１１と、充填容器５１に供給された合金粉末の高密度化を行う高密度化部１１２と、を備える。この高密度化部１１２では、例えば、充填容器に蓋をしつつ該充填容器を台に叩きつける（タッピングする）ことによって合金粉末の充填密度を合金の真密度の40%〜55%にまで高めることができるが、本実施例ではプレスシリンダーによって数十kg/cm²の微圧、例えば1kg/cm²〜50kg/cm²程度の圧力を印加することによって高密度化を行う。このように圧力を印加する場合、プレス面がそのまま合金粉末の飛散を防止する蓋となるため、逐一充填容器に蓋をしなくても良いという作業効率上の利点がある。また、特許文献１のように圧縮成形体を作製して焼結磁石を製造する場合、圧縮成形体の作製に400kg/cm²〜1000kg/cm²の高圧力を印加しなければならないため、プレス機が大型化し、密閉容器内に収容することが困難となるが、1kg/cm²〜50kg/cm²程度の加圧はこのような大型のプレス機を用いなくとも容易に達成できるため、密閉容器内で合金粉末の高密度化を行うことができる。
この高密度化部１１２によって、例えば真密度7.6/cm³、平均粒径3μm程度のNdFeB合金の微粉末に対して、当初自然充填では1.4g/cm³（真密度の約18%）程度の密度で充填容器に収容されていた合金粉末を、3.5g/cm³〜4.2g/cm³（真密度の46%〜53%）の密度にまで高めることができる。

配向部１２は磁界を発生するコイル１２１を備えている。コイル１２１は密閉容器１６の外壁に巻き付けられており、外壁がコイルボビンの役割を兼ねている。このように外壁がコイルボビンを兼ねることで、外壁の外側に別途コイルボビンを設けた場合よりもコイルの内径を小さくし、発生磁界強度を高めることができる。

固定部１３は、載置した充填容器を上下動させるピストン１３１１を有するシリンダ１３１と、ピストン１３１１の上方に設けられた受圧台１３２とを有する。シリンダ１３１及び受圧台１３２には、コイル１３１による磁界により渦電流が発生することを防止するために、プラスチックから成るものが用いられている。

焼結部１４は、配向部１２から搬送された充填容器をそのまま加熱する焼結炉から成る。焼結炉の内部は密閉容器１６と連通しており、焼結炉及び密閉容器１６の内部は無酸素又は不活性ガス雰囲気で維持することができる。焼結炉と密閉容器１６の間には断熱性の扉１４１があり、加熱中はこの扉を閉じることにより密閉容器１６内の昇温を抑えると共に、焼結炉単独で無酸素又は不活性ガス雰囲気を保持することができる。

搬送部１５は、充填部１１から焼結部１４に充填容器を搬送するベルトコンベア及び充填容器を各部に載置するマニピュレータ（図示せず）から成る。ベルトコンベアは、配向させた合金粉末への影響を避けるため非磁性樹脂等から成るものを用いる。

本実施例の焼結磁石製造装置１０の動作を、NdFeB焼結磁石を製造する場合を例に説明する。
まず、充填部１１内で充填容器５１を給粉部１１１の位置に配置する。給粉部１１１は秤量器を有し、所定量のNdFeB合金粉末をホッパから充填容器に供給する。ここで、高密度化前の粉末充填密度は自然充填密度に近いのでかさ密度が小さく、所定量の合金粉末を充填容器に供給するために、充填容器５１の上部にガイド５３が取り付けられている。次の高密度化部１１２では、プレスシリンダー５０によって充填容器を上部から加圧する。このプレスシリンダー５０による圧力の印加は上記のように数十kg/cm²程度で十分であり、充填容器を揺動させつつ加圧することで、合金粉末を充填容器内に高密度かつ均一に充填することができる。これにより、充填容器内の合金粉末は容器上端（ガイド下端）まで押し下げられる。この後、充填容器５１からガイド５３を取り外す。

次に、充填部１１から配向部１２までベルトコンベアで充填容器を搬送し、マニピュレータによりピストン１３１１の上に充填容器を載置する。ピストン上に載置された充填容器は、図２（ｂ）に示すように、ピストン１３１１の上昇により受圧台１３２に押さえられると共に、受圧台１３２の下面によって蓋をされる。ここで、ピストンと受圧台の間に充填容器を固定する際に、充填容器内の合金粉末には圧力が印加されないようにする。次に、この状態を保持しつつコイル１３１に電流を流すことにより磁界を発生させ、充填容器内の合金粉末を一方向に配向させる。配向処理が終われば、ピストン１３１１を下降させる。

最後に、充填容器を焼結炉１４内に搬送する。充填容器内の合金粉末を配向させた状態のままで950〜1050℃に加熱することにより、合金粉末を焼結する。これにより、NdFeB焼結磁石が得られる。

本実施例の焼結磁石製造装置１０では、配向部１２において、充填容器５１がシリンダ１３１と受圧台１３２に挟まれた状態で合金粉末に磁界が印加される。このため、充填容器が配向部１２に対して磁界内で固定されると同時に、充填容器が受圧台によって蓋をされる。これにより、充填容器５１が磁界から受ける力により移動することを防止できると共に、充填容器内の合金粉末が漏出し、密閉容器内に飛散することを防止することができる。

本実施例の焼結磁石製造装置１０では、充填容器に合金粉末を充填した後、充填容器に蓋をしないまま、焼結磁石が製造される。従って、例えば特許文献２であったような充填容器への蓋の取り付け及び取り外しの工程が省略され、流れ作業の効率を一層高めることができる。なお、本実施例では焼結炉１４で合金粉末を焼結する際、蓋をせずに加熱を行ったが、充填容器に蓋をしてから加熱を行っても良い。また、高密度化を行う際に充填容器に蓋をし、そのまま本実施例と同じ工程を行うこともできる。この場合、配向工程では充填容器は固定部によって蓋ごと固定されるため、充填容器から蓋が外れることはなくなる。従って、充填容器への蓋の取り付けは緩やかで良く、ネジ止めや圧入等の固定は必要でなくなるため、焼結工程後の蓋の取り外しが容易になり、固定部を設けない従来の焼結磁石製造装置よりも作業効率を高めることができる。

また図３に示すように、シリンダと受圧台は上下逆に配置してもよい。この場合は受圧台２３２が載置台を兼ねる。このようにシリンダ２３１と受圧台２３２を配置することにより、充填容器をピストン２３１１で上下に移動させる必要がなくなる。これにより、ピストン２３１１はより少ない力で充填容器を固定することができる。

また、流れ作業の効率を上げるために、配向工程において複数個の充填容器内に充填された合金粉末を同時に磁界で配向してもよい。図４に示すように上下方向に、大きさの揃った充填容器を載積し、更に上下からこれらを挟み込むことにより、全ての充填容器を固定すると共に、直上の充填容器の底面及びシリンダ２３１の下面によって合金粉末の飛散が防止される。

さらに図５に示すように、配向時の磁界の向きを充填容器の開口面に垂直にすることもできる。図５に示す構成では、コイル１２１が真空容器の上方に配置されており、充填容器の搬送を妨げないようにしている。従って、磁界配向時には、昇降機２３３により充填容器をコイル内に移動させる必要がある。充填容器をコイル内に移動させた後、シリンダ２３１により充填容器を固定し、充填容器内の合金粉末の配向を行う。合金粉末の配向が終われば、昇降機を降下させ、焼結炉に充填容器を搬送する。

なお、本発明の製造方法は、RFeB磁石だけでなく、RCo（希土類コバルト）磁石の製造にも適用することができる。

１０…焼結磁石製造装置
１１…充填部
１１１…給粉部
１１２…高密度化部
１２…配向部
１２１…コイル
１３…固定部
１３１、２３１…シリンダ
１３１１、２３１１…ピストン
１３２、２３２…受圧台
１４…焼結部（焼結炉）
１４１…扉
１５…搬送部（ベルトコンベア）
１６…密閉容器
２３３…昇降台
５１…充填容器
５２…プレスシリンダー
５３…ガイド

Claims

a) 合金の微粉末を、該合金の真密度の40％から55％の密度で充填容器に充填する高密度充填手段と、
b) 前記合金粉末を前記充填容器内に収容したまま磁界で配向させる配向手段と、
c) 前記充填容器内に収容された合金粉末が飛散しないよう、前記配向の間、該充填容器に蓋をしつつ該充填容器を前記磁界内の所定位置に固定する固定手段と、
d) 前記合金粉末を充填容器ごと加熱することにより、該合金粉末を焼結する焼結手段と、
e) 前記高密度充填手段、前記配向手段、前記焼結手段の間で前記充填容器を搬送する搬送手段と、
を備えることを特徴とする焼結磁石製造装置。
前記固定手段が、前記充填容器を上下から挟むことにより固定することを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石製造装置。
前記固定手段が非金属部材で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結磁石製造装置。
前記配向手段がコイルを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
前記固定手段を前記コイルの内部に設けることを特徴とする請求項４に記載の焼結磁石製造装置。
前記高密度充填手段から前記配向手段への前記充填容器の搬送方向と前記コイルの軸が平行であることを特徴とする請求項４又は５に記載の焼結磁石製造装置。
前記磁界の向きが前記充填容器の開口面に垂直であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
前記固定手段が、前記高密度充填手段から前記充填容器を複数個搬送された後、該複数個の充填容器を全て同時に固定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
前記高密度充填手段、前記配向手段、前記固定手段が一の密閉容器に収容され、該密閉容器と前記合金粉末を焼結するための焼結炉が連通していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
前記配向手段が前記密閉容器の外側にコイルを巻いたものであることを特徴とする請求項９に記載の焼結磁石製造装置。