JP2020113578A - Mold and method for forming magnet material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成形型および磁石材料の成形方法に関し、さらに詳しくは、磁石材料粉末を配向させて成形するための成形型、およびそのような成形型を用いて磁石材料を成形する方法に関するものである。 The present invention relates to a molding die and a method for molding a magnetic material, and more particularly to a molding die for orienting and molding a magnet material powder, and a method for molding a magnetic material using such a molding die. is there.
希土類磁石等の磁石材料粉末を原料として、異方性焼結磁石を製造する際に、磁界中で、成形型を用いて、磁石材料粉末の配向と、成形が行われる。製造すべき焼結磁石の形状が、棒状、板状、柱状等、単純な形状であり、それらの形状を構成する辺や面、軸等に沿って、直線的な方向に磁石材料粉末を配向させる場合には、一方向に配向磁場を形成して、磁石材料粉末の配向と成形を行えばよい。しかし、モータ等の用途において、弧形状(瓦形状)等、曲面部を有する形状の焼結磁石が用いられる。それらの焼結磁石においては、磁石材料粉末の配向方向として所望される方向も、直線的でない場合が多い。弧形状の磁石においては、ラジアル方向の配向が求められる。 When manufacturing an anisotropic sintered magnet from a magnet material powder such as a rare earth magnet, the magnet material powder is oriented and molded in a magnetic field using a molding die. The shape of the sintered magnet to be manufactured is a simple shape such as a rod shape, a plate shape, or a column shape, and the magnet material powder is oriented in a linear direction along the sides, faces, axes, etc. that compose those shapes. In that case, an orientation magnetic field may be formed in one direction to orient and shape the magnet material powder. However, in applications such as a motor, a sintered magnet having a curved surface portion such as an arc shape (roof tile shape) is used. In these sintered magnets, the desired orientation direction of the magnet material powder is often not linear. Radial orientation is required for arc-shaped magnets.
ラジアル方向等、直線的でない方向に磁石材料粉末を配向させるためには、外部から印加される磁界を、その配向方向に沿わせるように曲げる必要がある。そこで、内部に磁性体を配置した成形型が用いられる場合がある。例えば、特許文献1には、外部に向く外弧と内部に向く内弧と二本の線で構成される瓦状断面のキャビティを形成するダイスと、該キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチと、該キャビティの外弧と内弧に沿うように該ダイス内に設けられた少なくとも2つの磁性コアとを含んでなる金型が開示されている。 In order to orient the magnet material powder in a non-linear direction such as a radial direction, it is necessary to bend an externally applied magnetic field so as to follow the orientation direction. Therefore, a molding die in which a magnetic material is arranged may be used. For example, in Patent Document 1, a die forming a cavity having a tile-shaped cross section composed of an outer arc facing outward, an inner arc facing inward, and two lines, and a die interlocked with a press to compress the inside of the cavity. A mold comprising a possible punch and at least two magnetic cores provided in the die along the outer and inner arcs of the cavity is disclosed.
特許文献1に記載されるように、磁石材料粉末を配向させ、成形するための成形型に、磁性体を配置することで、ラジアル配向等、直線的な方向以外の方向に、磁石材料粉末を配向させることが可能となる。しかし、図3(b)に、磁束の分布のシミュレーションを示すように、磁性体(上下の濃いグレーの弧形状の部位)において、円で囲んで表示した端部に磁束が集中しやすくなる。その結果、磁束密度に空間的な不均一性が生じるとともに、磁束の漏れが起こり、得られる成形体の各部で、磁石材料粉末を、均一性高く、所望の方向に配向させることが難しくなる。すると、製造される焼結磁石において、所望の磁気特性が達成されない場合や、磁気特性に不均一な空間分布が生じる場合がありうる。また、端部からの磁束の漏れを補うべく、高磁界を印加するとすれば、磁界を発生させるためのコイルの大型化や、必要電力の増大を招き、磁石材料粉末の配向における効率が悪くなってしまう。 As described in Patent Document 1, by arranging a magnetic material in a molding die for orienting and molding the magnet material powder, the magnet material powder is directed in a direction other than a linear direction such as radial orientation. It becomes possible to orient. However, as shown in the simulation of the distribution of the magnetic flux in FIG. 3B, the magnetic flux is likely to concentrate at the end portion surrounded by the circle in the magnetic body (upper and lower dark gray arc-shaped portions). As a result, the magnetic flux density becomes spatially non-uniform, and the magnetic flux leaks, making it difficult to orient the magnet material powder in a desired direction in each part of the obtained molded body with high uniformity. Then, in the manufactured sintered magnet, the desired magnetic properties may not be achieved, or the magnetic properties may have an uneven spatial distribution. If a high magnetic field is applied to compensate for the leakage of magnetic flux from the ends, the coil for generating the magnetic field becomes larger and the required power increases, resulting in poor efficiency in the orientation of the magnet material powder. Will end up.
特許文献1では、キャビティの外弧に沿う磁性コアが、該外弧の両端から延びてオーバーハングする形状を有するものとすることで、キャビティの両端でもラジアル配向磁場を実現できるとされている。磁性コアをそのような形状とすることで、端部の磁石材料粉末の配向性を高められるとしても、磁性コアが大型化しやすい。また、磁性コアの端部での磁束の漏れ自体を阻止できる訳ではないため、コイルの大型化や必要電力の増大は、回避しにくい。 In Patent Document 1, it is said that the magnetic core along the outer arc of the cavity has a shape that extends from both ends of the outer arc and overhangs, so that a radial orientation magnetic field can be realized at both ends of the cavity. By forming the magnetic core in such a shape, even if the orientation of the magnet material powder at the end can be improved, the magnetic core tends to be large. Further, since it is not possible to prevent the leakage of the magnetic flux itself at the end of the magnetic core, it is difficult to avoid increasing the size of the coil and increasing the required power.
本発明が解決しようとする課題は、磁石材料粉末を直線的でない方向に配向させて成形する成形型において、成形型内に配置する磁性体の端部における磁束の漏れを抑制し、磁石材料粉末の配向を、均一性高く、また効率的に行うことができる成形型、およびそのような成形型を用いて、磁石材料粉末を、均一性高く、また効率的に配向させることができる磁石材料の成形方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to suppress the leakage of magnetic flux at the end portion of the magnetic body disposed in the molding die in the molding die that forms the magnet material powder by orienting it in a non-linear direction. Of a magnet material that can be highly efficiently and uniformly oriented, and a magnet material that can be highly uniformly and efficiently oriented by using such a molding tool It is to provide a molding method.
上記課題を解決するため、本発明にかかる成形型は、磁界中で磁石材料粉末を配向させて成形する成形型において、前記成形型は、磁性体よりなる1対のヨーク部材を有し、前記1対のヨーク部材は、相互に離間して配置されており、前記1対のヨーク部材の間に設けられた充填空間に、前記磁石材料粉末を充填可能であり、前記1対のヨーク部材の少なくとも一方は、前記充填空間に面する成形面に開口して、前記磁界の印加方向に対して傾斜した方向に切り欠かれた、複数のスリットを有するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a molding die according to the present invention is a molding die in which magnet material powder is oriented and molded in a magnetic field, wherein the molding die has a pair of yoke members made of a magnetic material, The pair of yoke members are arranged apart from each other, and the magnet material powder can be filled in the filling space provided between the pair of yoke members. At least one has a plurality of slits which are opened in a molding surface facing the filling space and are cut out in a direction inclined with respect to the application direction of the magnetic field.
ここで、前記1対のヨーク部材の成形面は、前記磁界の印加方向に沿って同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状に形成されており、前記スリットは、それら弧形状を結ぶ放射方向に沿って形成されているとよい。 Here, the molding surfaces of the pair of yoke members are formed in an arc shape having different radii of curvature, which are convex in the same direction along the magnetic field applying direction, and the slits have the arc shapes. It may be formed along the radial direction connecting the shapes.
また、前記1対のヨーク部材は、ともに、前記スリットを有するとよい。 Further, both of the pair of yoke members may have the slit.
そして、前記成形型は、前記充填空間に充填した前記磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行うものであり、前記1対のヨーク部材を保持する非磁性体よりなる保持型をさらに有するとよい。 The molding die is for performing orientation and molding on the magnet material powder filled in the filling space without applying mechanical pressure, and is a non-magnetic material that holds the pair of yoke members. It is preferable to further have a holding mold made of a body.
この場合に、前記1対のヨーク部材のそれぞれは、前記スリットを挟んで前記成形面から離れた位置に、前記磁界に交差する方向に突出して、前記保持型に係止される係止部を有するとよい。また、前記成形型はさらに、前記成形面に面する前記充填空間の壁面を構成する、非磁性体よりなる隔離壁を、前記保持型と一体に有するとよい。また、前記隔離壁の厚さは、0.5mm以下であるとよい。 In this case, each of the pair of yoke members is provided with a locking portion projecting in a direction intersecting the magnetic field at a position separated from the molding surface with the slit interposed therebetween and locked by the holding die. Good to have. Further, it is preferable that the molding die further has an isolation wall made of a non-magnetic material, which constitutes a wall surface of the filling space facing the molding surface, integrally with the holding die. The thickness of the isolation wall is preferably 0.5 mm or less.
本発明にかかる磁石材料の成形方法は、上記のような成形型の前記充填空間に、磁石材料粉末を充填し、前記成形型の外側から磁界を印加しながら、前記磁石材料粉末を配向させて成形するものである。 A method of molding a magnet material according to the present invention is such that the filling space of a molding die as described above is filled with magnet material powder, and the magnetic material powder is oriented while applying a magnetic field from the outside of the molding die. It is what is molded.
上記発明にかかる成形型においては、ヨーク部材にスリットが設けられていることにより、ヨーク部材が複数の領域に分割され、磁界の印加方向に対して傾斜した複数の幅の狭い磁路を形成している。磁束は、その幅の狭い磁路のそれぞれを通ることにより、ヨーク部材の端部に集中せず、ヨーク部材の全域に分散される。そのため、ヨーク部材の端部から磁束が漏れにくくなり、外部からの磁界の印加方向に対して傾斜した方向の配向磁場を、充填空間の各部位に、均一性高く印加し、各部位に充填された磁石材料粉末を配向させることができる。また、磁束の漏れを補うために、磁界の発生に用いるコイルを過度に大型化させることや、コイルに大電流を印加することが必要でなくなるため、磁石材料粉末の配向を効率的に達成することができる。その結果、成形体が、単純形状をとらず、所望される磁石材料粉末の配向方向が直線的でない場合でも、成形体の各部において、磁石材料粉末を、効率的に、均一性高く配向させることができる。そして、成形体の焼結を経て、磁気特性の均一性に優れた異方性焼結磁石を、効率的に製造することができる。 In the molding die according to the above invention, the yoke member is divided into a plurality of regions by forming the slits in the yoke member, thereby forming a plurality of narrow magnetic paths inclined with respect to the magnetic field application direction. ing. Since the magnetic flux passes through each of the narrow magnetic paths, the magnetic flux is not concentrated on the end portion of the yoke member but is dispersed over the entire area of the yoke member. Therefore, it becomes difficult for the magnetic flux to leak from the end of the yoke member, and the orientation magnetic field in the direction inclined with respect to the direction of the external magnetic field is applied to each part of the filling space with high uniformity, and the part is filled. The magnet material powder can be oriented. Further, in order to compensate for the leakage of the magnetic flux, it is not necessary to excessively increase the size of the coil used to generate the magnetic field or to apply a large current to the coil, so that the orientation of the magnet material powder can be efficiently achieved. be able to. As a result, even if the compact does not have a simple shape and the desired orientation direction of the magnet material powder is not linear, the magnet material powder can be efficiently and highly oriented in each part of the compact. You can Then, through the sintering of the molded body, an anisotropic sintered magnet having excellent magnetic property uniformity can be efficiently manufactured.
ここで、1対のヨーク部材の成形面が、磁界の印加方向に沿って同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状に形成されており、スリットが、それら弧形状を結ぶ放射方向に沿って形成されている場合には、弧形状に形成された充填空間の各部に、放射方向(ラジアル方向)の配向磁場が印加され、磁石材料粉末がラジアル配向する。ヨーク部材にスリットが設けられていることにより、成形体の各部で均一性の高いラジアル配向を、効率的に実現することができる。 Here, the molding surfaces of the pair of yoke members are formed in an arc shape having different radii of curvature, which are convex in the same direction along the magnetic field application direction, and the slits connect the arc shapes. When the magnetic material powder is formed along the radial direction, an orienting magnetic field in the radial direction (radial direction) is applied to each portion of the filling space formed in an arc shape, and the magnet material powder is radially orientated. Since the yoke member is provided with the slits, highly uniform radial orientation can be efficiently realized in each portion of the molded body.
また、1対のヨーク部材が、ともに、スリットを有する場合には、両方のヨーク部材において、各部に均一性高く磁束を分散させることができるとともに、端部からの磁束の漏れを抑制することができるので、磁石材料粉末の配向の均一性、および配向の効率を、特に高めることができる。 Further, in the case where both of the pair of yoke members have slits, the magnetic flux can be dispersed to each part with high uniformity and the leakage of the magnetic flux from the ends can be suppressed in both the yoke members. Therefore, the uniformity of the orientation of the magnetic material powder and the orientation efficiency can be particularly enhanced.
そして、成形型が、充填空間に充填した磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行うものであり、1対のヨーク部材を保持する非磁性体よりなる保持型をさらに有する場合には、プレス工程を伴わずに、雰囲気制御したまま磁石材料粉末の配向と成形、焼結を完了することができる、いわゆるプレスレス法(PLP法)による異方性焼結磁石の製造に、成形型を好適に利用することができる。上記のように、スリットを設けたヨーク部材を用いた磁石材料粉末の配向を、PLP法に適用することで、不純物の影響が少なく、形状の精度が高く、かつ磁石材料粉末の配向性の高さと均一性に優れた異方性焼結磁石を、効率的に製造することができる。 Then, the forming die performs orientation and forming on the magnet material powder filled in the filling space without applying mechanical pressure, and is made of a non-magnetic material holding a pair of yoke members. When a mold is further provided, anisotropic sintering by a so-called pressless method (PLP method) that can complete orientation, molding, and sintering of magnet material powder while controlling the atmosphere without a pressing step A molding die can be suitably used for manufacturing the magnet. As described above, by applying the orientation of the magnet material powder using the slitted yoke member to the PLP method, the influence of impurities is small, the shape accuracy is high, and the orientation of the magnet material powder is high. It is possible to efficiently manufacture an anisotropic sintered magnet having excellent uniformity.
この場合に、1対のヨーク部材のそれぞれが、スリットを挟んで成形面から離れた位置に、磁界に交差する方向に突出して、保持型に係止される係止部を有する構成によれば、保持型に対して、ヨーク部材を強固に固定することができるので、PLP法においてパルス状の磁界を印加した際にも、衝撃によってヨーク部材が位置ずれを起こすのを、抑制することができる。 In this case, according to the configuration, each of the pair of yoke members has a locking portion that projects in the direction intersecting the magnetic field and is locked to the holding die at a position apart from the molding surface with the slit interposed therebetween. Since the yoke member can be firmly fixed to the holding die, it is possible to prevent the yoke member from being displaced due to impact even when a pulsed magnetic field is applied in the PLP method. ..
また、成形型がさらに、成形面に面する前記充填空間の壁面を構成する、非磁性体よりなる隔離壁を、保持型と一体に有する構成によれば、充填空間に充填した磁石材料粉末が、磁化してヨーク部材に付着したり、スリットに入り込んだりすることを防止し、成形型を用いた磁石材料粉末の配向と成形を、効率的に進めることができる。 Further, according to the configuration in which the molding die further has an isolation wall made of a non-magnetic material, which constitutes the wall surface of the filling space facing the molding surface, integrally with the holding die, the magnet material powder filled in the filling space is It is possible to prevent the magnetized material from adhering to the yoke member or entering into the slit, and the orientation and molding of the magnet material powder using the molding die can be efficiently advanced.
また、隔離壁の厚さが、0.5mm以下である構成によれば、隔離壁による配向磁場の減衰を避けながら、磁石材料粉末のヨーク部材への付着やスリットへの侵入を、防止することができる。 Further, according to the configuration in which the thickness of the isolation wall is 0.5 mm or less, it is possible to prevent the magnetic material powder from adhering to the yoke member or entering the slit while avoiding the attenuation of the orientation magnetic field due to the isolation wall. You can
上記発明にかかる磁石材料の成形方法においては、上記のような成形型を用いて、磁界中で、磁石材料粉末の配向と成形を行う。成形型のヨーク部材が、スリットによって分割され、磁界の印加方向に対して傾斜した複数の幅の狭い磁路を形成していることにより、磁束の漏れを抑制しながら、充填空間の各部に充填した磁石材料粉末に対して、外部からの磁界の印加方向に対して傾斜した方向の配向磁場を、均一性高く印加することができる。その結果、単純形状をとらず、磁石材料粉末の配向方向が直線的でない成形体を製造する場合でも、効率的に、磁石材料粉末を、成形体の各部において、均一性高く配向させることができる。 In the method of molding a magnetic material according to the above invention, the magnetic material powder is oriented and molded in a magnetic field using the above-described molding die. The yoke member of the mold is divided by slits to form a plurality of narrow magnetic paths that are inclined with respect to the magnetic field application direction, so that each part of the filling space is filled while suppressing leakage of magnetic flux. An oriented magnetic field in a direction inclined with respect to the direction of the external magnetic field can be applied to the magnet material powder with high uniformity. As a result, the magnet material powder can be efficiently oriented in each part of the formed body with high uniformity even when producing a formed body that does not have a simple shape and the orientation direction of the magnet material powder is not linear. ..
以下に、本発明の実施形態にかかる成形型および磁石材料の成形方法について、詳細に説明する。本発明の一実施形態にかかる成形型は、磁石材料粉末を磁界中で配向させて成形するものである。また、本発明の一実施形態にかかる磁石材料の成形方法においては、そのような成形型を用いて磁石材料粉末の配向と成形を行う。磁界中で、磁石材料粉末を配向させて成形するものであれば、本発明の実施形態にかかる成形型を利用して行う成形の具体的な方式は、特に限定されるものではないが、以下では、機械的圧力の印加を伴わずに磁石材料粉末の配向と成形を行うプレスレス法(PLP法)に適した成形型、およびそのような成形型を用いたPLP法による磁石材料の成形を中心に、説明を行う。 Hereinafter, a molding die and a method for molding a magnet material according to the embodiment of the present invention will be described in detail. A molding die according to an embodiment of the present invention is one in which magnet material powder is oriented in a magnetic field and molded. Further, in the method of molding a magnetic material according to an embodiment of the present invention, the magnetic material powder is oriented and molded using such a molding die. A specific method of molding performed by using the molding die according to the embodiment of the present invention is not particularly limited as long as the magnet material powder is oriented and molded in a magnetic field. Then, a molding die suitable for a pressless method (PLP method) for orienting and molding a magnet material powder without applying a mechanical pressure, and molding a magnet material by the PLP method using such a molding die. I will explain mainly.
[成形型の構成]
図1に、本発明の一実施形態にかかる成形型1を、磁界発生用コイル2および外部ヨーク3,3とともに示す。また、図2に、成形型1を構成するヨーク部材20,30を拡大して示す。ここでは、成形型1の幅方向(図中横方向)をx方向、前後方向(図中上下方向)をy方向、それらに直交する厚さ方向(図中奥行き方向)をz方向としている。前後方向については、前方(図中上方)を+y方向、後方(図中下方)を−y方向とする。磁石材料粉末を充填した成形型1に、y方向に沿った外部磁界Hを印加して、成形型1を使用することになる。
[Structure of mold]
FIG. 1 shows a molding die 1 according to an embodiment of the present invention together with a magnetic field generating coil 2 and external yokes 3, 3. In addition, FIG. 2 shows the yoke members 20 and 30 forming the molding die 1 in an enlarged manner. Here, the width direction (horizontal direction in the figure) of the molding die 1 is the x direction, the front-rear direction (vertical direction in the figure) is the y direction, and the thickness direction (depth direction in the figure) orthogonal thereto is the z direction. Regarding the front-back direction, the front side (upper side in the drawing) is +y direction and the rear side (lower side in the drawing) is −y direction. An external magnetic field H along the y direction is applied to the mold 1 filled with the magnetic material powder, and the mold 1 is used.
成形型1は、内部に磁石材料粉末を充填することができ、充填した磁石材料粉末を、y方向に印加した外部磁界Hによって配向させるとともに、所定の形状に成形する。用いる磁石材料粉末は、形状異方性を有しており、磁界Hの印加によって、特定の方向に配向させられる強磁性体よりなる粉末であれば、特に限定されるものではないが、Nd−Fe−B系磁石等、R−T−B系磁石材料(Rは希土類金属、Tは鉄族遷移金属)の粉末を、好適な対象とすることができる。 The molding die 1 can be filled with magnet material powder inside, and the magnet material powder that has been filled is oriented by an external magnetic field H applied in the y direction and shaped into a predetermined shape. The magnet material powder used has a shape anisotropy and is not particularly limited as long as it is a powder made of a ferromagnetic material that is oriented in a specific direction by applying a magnetic field H. A powder of an RTB based magnet material (R is a rare earth metal and T is an iron group transition metal) such as an Fe—B based magnet can be a suitable target.
本実施形態にかかる成形型1は、保持型10と、1対のヨーク部材20,30と、を有している。ヨーク部材は、相互に独立した前方ヨーク部材20と後方ヨーク部材30の対よりなっている。 The molding die 1 according to this embodiment includes a holding die 10 and a pair of yoke members 20 and 30. The yoke member is composed of a pair of a front yoke member 20 and a rear yoke member 30 which are independent of each other.
保持型10は、成形型1の外郭を構成するものであり、非磁性体、好ましくはカーボン材よりなっている。成形型1は、内部に、空洞として、充填空間11を有している。充填空間11は、磁石材料粉末を成形すべき所定の形状を有している。充填空間11の具体的な形状は、所望される成形体の形状に合わせて規定すればよく、特に限定されるものではないが、外部から印加する磁界Hの方向(y方向)、およびその磁界Hに垂直な方向(x方向)に対して、充填空間11の外縁が、傾斜または曲面形状を有していることが好ましい。特に、弧形状(瓦形状)の成形体を得るために、図示したように、充填空間11のxy平面内の断面形状が、弧形状となっていることが好ましい。この場合、充填空間11が、前方(+y側)の端面として、断面が後方(−y側)に凸の弧形状よりなる前端面11aを有するとともに、後方の端面として、断面が、前端面11aよりも曲率半径の大きい、後方に凸の弧形状よりなる後端面11bを有しており、さらに、前端面11aと後端面11bを両端部で結ぶ1対の側端面を有している。好ましくは、断面において、前端面11aと後端面11bが、同心の円弧よりなっているとよい。 The holding die 10 constitutes an outer shell of the molding die 1, and is made of a non-magnetic material, preferably a carbon material. The molding die 1 has a filling space 11 as a cavity inside. The filling space 11 has a predetermined shape in which the magnet material powder is to be formed. The specific shape of the filling space 11 may be defined according to the desired shape of the molded body, and is not particularly limited, but the direction of the magnetic field H applied from the outside (y direction) and the magnetic field thereof. It is preferable that the outer edge of the filling space 11 has an inclined or curved shape with respect to a direction perpendicular to H (x direction). In particular, in order to obtain an arc-shaped (roof-shaped) molded body, it is preferable that the cross-sectional shape of the filling space 11 in the xy plane is an arc shape, as shown in the figure. In this case, the filling space 11 has a front end surface 11a having an arc shape whose cross section is convex rearward (−y side) as a front (+y side) end surface, and the cross section has a front end surface 11a as a rear end surface. It has a rear end surface 11b having a larger radius of curvature and a rearward convex arc shape, and further has a pair of side end surfaces connecting the front end surface 11a and the rear end surface 11b at both ends. Preferably, in the cross section, the front end surface 11a and the rear end surface 11b are formed of concentric arcs.
保持型10は、さらに、充填空間11の前方および後方(±y方向)に、前方ヨーク部材20と後方ヨーク部材30をそれぞれ嵌め込むことができる空洞として、ヨーク設置部12,13を有している。ヨーク設置部12,13は、各ヨーク部材20,30の外形よりもわずかに大きく形成されており、ヨーク部材20,30をほぼ隙間なく嵌め込むことができる。2つのヨーク設置部12,13と、充填空間11の間は、それぞれ、薄板状の隔離壁14,15によって区画されている。換言すると、隔離壁14,15が、2つのヨーク設置部12,13に面する充填空間11の壁面を構成している。隔離壁14,15は、保持型10の他の部位を構成しているのと同じ非磁性体よりなっており、保持型10の他の部位と連続して、一体に形成されている。隔離壁14,15は、厚さが略均一な薄板状に形成されており、好ましくは、その厚みは0.5mm以下である。また、隔離壁14,15の厚みは、後で詳しく説明するヨーク部材20,30においてスリット22,32が形成された領域の長さ(L)に対して、10%以下であることが好ましい。 The holding mold 10 further has yoke installation portions 12 and 13 as cavities into which the front yoke member 20 and the rear yoke member 30 can be fitted, respectively, in the front and rear (±y directions) of the filling space 11. There is. The yoke mounting portions 12 and 13 are formed to be slightly larger than the outer shapes of the respective yoke members 20 and 30 so that the yoke members 20 and 30 can be fitted therein with almost no space. The two yoke installation portions 12 and 13 and the filling space 11 are partitioned by thin plate-shaped isolation walls 14 and 15, respectively. In other words, the isolation walls 14 and 15 form the wall surface of the filling space 11 that faces the two yoke installation portions 12 and 13. The isolation walls 14 and 15 are made of the same non-magnetic material that constitutes the other part of the holding mold 10, and are continuously formed integrally with the other part of the holding mold 10. The isolation walls 14 and 15 are formed in a thin plate shape having a substantially uniform thickness, and the thickness thereof is preferably 0.5 mm or less. Further, the thickness of the isolation walls 14 and 15 is preferably 10% or less with respect to the length (L) of the region where the slits 22 and 32 are formed in the yoke members 20 and 30, which will be described in detail later.
前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30は、それぞれ、磁性体よりなるブロック状の部材として形成されている。ヨーク部材20,30を構成する材料は、特に限定されるものではないが、軟磁性体、特に、成形対象の磁石材料粉末よりも高い軟磁気特性(低保磁力および高透磁率)を示すものであることが好ましい。鉄や、パーメンジュール等のFe−Co合金を好適に用いることができる。 The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 are each formed as a block-shaped member made of a magnetic material. The material forming the yoke members 20 and 30 is not particularly limited, but a soft magnetic material, in particular, a material that exhibits higher soft magnetic characteristics (low coercive force and high magnetic permeability) than the magnet material powder to be molded. Is preferred. Fe or a Fe-Co alloy such as permendur can be preferably used.
前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30はそれぞれ、保持型10の充填空間11の前後に設けられたヨーク設置部12,13に嵌め込まれ、締結部材40によって、保持型10に固定されている。前方ヨーク部材20と後方ヨーク部材30は、充填空間11および2枚の隔離壁14,15を挟んで、相互に離間して、保持型10内に配置された状態となっている。 The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 are fitted in the yoke installation portions 12 and 13 provided in front of and behind the filling space 11 of the holding mold 10, and are fixed to the holding mold 10 by the fastening member 40. The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 are arranged in the holding mold 10 so as to be separated from each other with the filling space 11 and the two isolation walls 14 and 15 interposed therebetween.
前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30はそれぞれ、端面として、成形面21,31を有している。成形面21,31は、隔離壁14,15を介して、充填空間11に面している。前方ヨーク部材20の成形面である前方成形面21は、充填空間11の前端面11aに沿った形状を有し、後方ヨーク部材30の成形面である後方成形面31は、充填空間11の後端面11bに沿った形状を有している。つまり、充填空間11が、上記のような弧形状の断面を有している場合に、前方成形面21および後方成形面31は、磁界Hの印加方向に沿って同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状の断面を有している。後方成形面31の曲率半径が、前方成形面21の曲率半径よりも大きくなっている。好ましくは、前方成形面21と後方成形面31は、同心状の円弧形状の断面を有しているとよい。 The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 each have molding surfaces 21 and 31 as end surfaces. The molding surfaces 21 and 31 face the filling space 11 via the isolation walls 14 and 15. The front molding surface 21 that is the molding surface of the front yoke member 20 has a shape along the front end surface 11a of the filling space 11, and the rear molding surface 31 that is the molding surface of the rear yoke member 30 is the rear surface of the filling space 11. It has a shape along the end face 11b. That is, when the filling space 11 has an arc-shaped cross section as described above, the front molding surface 21 and the rear molding surface 31 are convex in the same direction along the application direction of the magnetic field H, It has arc-shaped cross sections with different radii of curvature. The radius of curvature of the rear molding surface 31 is larger than the radius of curvature of the front molding surface 21. Preferably, the front molding surface 21 and the rear molding surface 31 have concentric arc-shaped cross sections.
前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30は、それぞれ、複数のスリット22,32を有している。それらのスリット22,32は、各ヨーク部材20,30の成形面21,31に開口して、切り欠かれている。つまり、前方ヨーク部材20においては、前方スリット22が、前方成形面21から、前方(+y側)に向かって、細長い切り欠きとして形成されている。一方、後方ヨーク部材30においては、後方スリット32が、後方成形面31から、後方(−y側)に向かって、細長い切り欠きとして形成されている。 The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 each have a plurality of slits 22 and 32. The slits 22 and 32 are opened and cut out in the molding surfaces 21 and 31 of the yoke members 20 and 30, respectively. That is, in the front yoke member 20, the front slit 22 is formed as an elongated notch from the front molding surface 21 toward the front (+y side). On the other hand, in the rear yoke member 30, the rear slit 32 is formed as an elongated notch from the rear molding surface 31 toward the rear (−y side).
前方スリット22および後方スリット32は、複数設けられているうち、少なくとも一部が、磁界Hの印加方向(y方向)に対して傾斜した方向に切り欠かれている。図示した形態では、前方スリット22および後方スリット32は、幅方向(x方向)中央のスリットを除いて、磁界Hの印加方向に対して傾斜している。スリット22,32の具体的な切り欠き方向は、充填空間11に充填した磁石材料粉末を配向させるための磁場(配向磁場)を印加したい方向に沿って設定すればよい。充填空間11を弧形状に形成し、弧形状の成形体を作製する場合には、通常、成形体の内弧と外弧を結ぶ放射方向(ラジアル方向)に磁石材料粉末を配向させることが所望されるため(ラジアル配向)、成形型1において、同方向に凸に形成された充填空間11の前端面11aと後端面11bを結ぶラジアル方向に、配向磁場を発生させることが求められる。この場合には、図示するように、前方スリット22および後方スリット32を、前方成形面21と後方成形面31を結ぶラジアル方向に切り欠いておけばよい。 Among the plurality of front slits 22 and rear slits 32 provided, at least a part thereof is cut out in a direction inclined with respect to the application direction (y direction) of the magnetic field H. In the illustrated form, the front slit 22 and the rear slit 32 are inclined with respect to the application direction of the magnetic field H, except for the central slit in the width direction (x direction). The specific notch direction of the slits 22 and 32 may be set along the direction in which the magnetic field (orientation magnetic field) for orienting the magnet material powder filled in the filling space 11 is desired to be applied. When the filling space 11 is formed in an arc shape to produce an arc-shaped compact, it is usually desirable to orient the magnet material powder in a radial direction (radial direction) connecting the inner arc and the outer arc of the compact. Therefore, in the molding die 1, it is required to generate an orientation magnetic field in the radial direction connecting the front end face 11a and the rear end face 11b of the filling space 11 formed in a convex shape in the same direction. In this case, as shown in the drawing, the front slit 22 and the rear slit 32 may be cut out in the radial direction connecting the front molding surface 21 and the rear molding surface 31.
スリット22,32の長さ(深さ)や間隔は、特に限定されるものではないが、後に理由を説明するように、スリット22,32によってヨーク部材20,30が分割されて形成される分割領域23,33のそれぞれについて、成形面21,31における幅(D)に対する長さ(L)の比(L/D)が、5以上、また10以下になるように、スリット22,32の長さおよび間隔を設定すればよい(図面では後方ヨーク部材30についてのみ、DおよびLの符号を表示しているが、前方ヨーク部材20についても同様である)。また、前方ヨーク部材20の分割領域23と後方ヨーク部材30の分割領域33をそれぞれ延長したものが、充填空間11を挟んで連続するように、前方スリット22と後方スリット32の間で、角度間隔が揃っていることが好ましい。つまり、前方成形面21と後方成形面31が同心円弧よりなる場合に、前方スリット22と後方スリット32の間を結ぶ直線群が、それら同心円弧の径方向に延びるものとなることが好ましい。 The lengths (depths) and the intervals of the slits 22 and 32 are not particularly limited, but as will be described later, the divisions formed by dividing the yoke members 20 and 30 by the slits 22 and 32. For each of the regions 23 and 33, the length of the slits 22 and 32 is set so that the ratio (L/D) of the length (L) to the width (D) of the molding surfaces 21 and 31 is 5 or more and 10 or less. It is sufficient to set the height and the interval (in the drawing, the symbols D and L are shown only for the rear yoke member 30, but the same applies to the front yoke member 20). In addition, an angular interval is provided between the front slit 22 and the rear slit 32 so that the divided regions 23 of the front yoke member 20 and the divided regions 33 of the rear yoke member 30 respectively extend so as to be continuous with the filling space 11 interposed therebetween. Are preferably provided. That is, when the front molding surface 21 and the rear molding surface 31 are concentric arcs, it is preferable that the straight line group connecting the front slit 22 and the rear slit 32 extends in the radial direction of the concentric arcs.
各ヨーク部材20,30の具体的な寸法も特に限定されるものではないが、前後方向(y方向)に厚い形状を有していることが好ましい。例えば、スリット22,32がラジアル方向に形成されている場合に、スリット22,32が形成された領域の前端と後端に相当する円弧の径の比(R1/R2;図面では後方ヨーク部材30についてのみ、R1およびR2の符号を表示しているが、前方ヨーク部材20についても同様である)が、前方ヨーク部材20、後方ヨーク部材30とも、1.2以上であることが好ましい。 Although the specific dimensions of the yoke members 20 and 30 are not particularly limited, it is preferable that the yoke members 20 and 30 have a thick shape in the front-rear direction (y direction). For example, when the slits 22 and 32 are formed in the radial direction, the ratio of the diameters of the circular arcs corresponding to the front end and the rear end of the region where the slits 22 and 32 are formed (R1/R2; the rear yoke member 30 in the drawing). Although the reference numerals R1 and R2 are shown only for the above, the same applies to the front yoke member 20), but it is preferable that both the front yoke member 20 and the rear yoke member 30 have 1.2 or more.
前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30は、スリット22,32が設けられた領域を挟んで、成形面21,31から離れた位置に、各1対の係止部24,34を有している。つまり、前方ヨーク部材20は、前方スリット22が設けられた領域よりも前方(+y側)に、1対の係止部24,24を有し、後方ヨーク部材30は、後方スリット32が設けられた領域よりも後方(−y側)に、1対の係止部34,34を有している。各係止部24,34は、磁界Hの印加方向(y方向)に交差する方向に沿って、スリット22,32が設けられた領域から外側に突出している。図示した形態では、係止部24,34は、ヨーク部材20,30の幅方向外側(±x方向)に突出している。各ヨーク部材20,30は、係止部24,34によって、保持型10に係止された状態で、締結部材40によって、保持型10に取り付けられている。 The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 each have a pair of locking portions 24 and 34 at positions apart from the molding surfaces 21 and 31 with the regions where the slits 22 and 32 are provided sandwiched therebetween. .. That is, the front yoke member 20 has a pair of locking portions 24, 24 in the front (+y side) of the region where the front slit 22 is provided, and the rear yoke member 30 is provided with the rear slit 32. The pair of locking portions 34, 34 is provided on the rear side (−y side) of the region. Each of the locking portions 24 and 34 projects outward from the region where the slits 22 and 32 are provided along a direction intersecting the application direction (y direction) of the magnetic field H. In the illustrated form, the locking portions 24 and 34 project outward in the width direction (±x direction) of the yoke members 20 and 30. The yoke members 20 and 30 are attached to the holding die 10 by the fastening members 40 while being locked to the holding die 10 by the engaging portions 24 and 34.
[磁石材料の成形方法]
次に、上記の成形型1を用いて、磁石材料を成形する方法について説明する。ここでは、PLP法によって、成形を行う。
[Method of molding magnet material]
Next, a method of molding a magnet material using the above-mentioned molding die 1 will be described. Here, molding is performed by the PLP method.
成形に先立って、保持型10のヨーク設置部12,13に、前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30をはめ込み、締結部材40によって固定しておく。そして、充填空間11に、磁石材料粉末を充填しておく。充填密度は、特に限定されるものではないが、PLP法によるR−T−B系磁石材料の成形においては、比較的低い密度が採用されることが多く、例えば、3.3〜3.6g/cm2とすることができる。 Prior to molding, the front yoke member 20 and the rear yoke member 30 are fitted into the yoke installation portions 12 and 13 of the holding mold 10 and fixed by the fastening member 40. Then, the filling space 11 is filled with magnet material powder. The packing density is not particularly limited, but a relatively low density is often adopted in the molding of the RTB-based magnet material by the PLP method, for example, 3.3 to 3.6 g. /Cm 2 can be used.
そして、図1のように、成形型1の外周に、磁束の乱れを低減するために、軟磁性体よりなる外部ヨーク3,3を配置して、円筒型の磁界発生用コイル2の内部に配置する。この際、コイル2の軸に、成形型1の前後方向(y方向)を揃えておく。さらに、不活性ガスの充填や真空排気により、保持型10の中の雰囲気を制御しておくことが好ましい。 Then, as shown in FIG. 1, the outer yokes 3 made of a soft magnetic material are arranged on the outer periphery of the molding die 1 in order to reduce the disturbance of the magnetic flux, and are placed inside the cylindrical magnetic field generating coil 2. Deploy. At this time, the front-back direction (y direction) of the molding die 1 is aligned with the axis of the coil 2. Further, it is preferable to control the atmosphere in the holding mold 10 by filling with an inert gas or evacuation.
この状態で、コイル2にパルス電流を流し、パルス状の磁界Hを発生させる。磁界Hの方向は、コイル2の軸方向、つまり成形型1の前後方向(y方向)となる。 In this state, a pulse current is passed through the coil 2 to generate a pulsed magnetic field H. The direction of the magnetic field H is the axial direction of the coil 2, that is, the front-back direction (y direction) of the molding die 1.
外部から磁界Hを印加すると、成形型1のヨーク部材20,30を磁束が通過し、充填空間11に配向磁場が形成される。充填空間11に充填された異方性を有する磁石材料粉末は、配向磁場によって、配向される。配向磁場の方向は、ヨーク部材20,30に形成された磁路に沿った方向、つまりスリット22,32の方向に沿ったものとなる。スリット22,32が、外部磁界Hの印加方向(y方向)に対して傾斜を有しているため、ヨーク部材20,30の各分割領域23,33に形成された磁路を通過する磁束は、y方向に対して、曲げられることになる。充填空間11が弧形状を有しており、スリット22,32がラジアル方向に形成されている場合には、ラジアル方向の配向磁場が形成され、磁石材料粉末がラジアル配向する。 When the magnetic field H is applied from the outside, the magnetic flux passes through the yoke members 20 and 30 of the molding die 1, and the orientation magnetic field is formed in the filling space 11. The anisotropic magnet material powder filled in the filling space 11 is oriented by the orientation magnetic field. The direction of the orientation magnetic field is the direction along the magnetic path formed in the yoke members 20 and 30, that is, the direction of the slits 22 and 32. Since the slits 22 and 32 are inclined with respect to the application direction (y direction) of the external magnetic field H, the magnetic flux passing through the magnetic paths formed in the divided regions 23 and 33 of the yoke members 20 and 30 is , Y direction, it will be bent. When the filling space 11 has an arc shape and the slits 22 and 32 are formed in the radial direction, an orientation magnetic field in the radial direction is formed and the magnet material powder is radially oriented.
十分に磁石材料粉末が配向するまで、パルス磁界Hの印加を行った後、適宜、成形型1を加熱室に移動させ、磁石材料粉末の焼結を行う。焼結の間も、保持型10の中の雰囲気の制御を継続することが好ましい。焼結が完了すると、充填空間11から、得られた焼結体を取り出し、異方性焼結磁石を得ることができる。焼結磁石は、弧形状等、充填空間11によって規定される外形を有し、ラジアル方向等、ヨーク部材20,30のスリット22,32の方向によって規定される方向に、磁石材料が配向した組織を有するものとなる。 After applying the pulse magnetic field H until the magnet material powder is sufficiently oriented, the molding die 1 is appropriately moved to the heating chamber to sinter the magnet material powder. It is preferable to continue controlling the atmosphere in the holding mold 10 even during sintering. When the sintering is completed, the obtained sintered body can be taken out from the filling space 11 to obtain an anisotropic sintered magnet. The sintered magnet has an outer shape defined by the filling space 11 such as an arc shape, and has a structure in which the magnet material is oriented in a direction defined by the slits 22, 32 of the yoke members 20, 30 such as a radial direction. Will have.
[成形型を用いた磁石材料粉末の配向]
本実施形態にかかる成形型1においては、充填空間11を挟んで、1対のヨーク部材20,30が設けられている。外部磁界Hによる磁束は、ヨーク部材20,30を通過する際に、ヨーク部材20,30の全体形状に応じて曲げられる。よって、円弧形状等、外部磁界Hの方向に対して角度を有する形状の成形面21,31を備えたヨーク部材20,30を、充填空間11の外側に設けておくことで、充填空間11に形成される配向磁場を、外部磁界Hの印加方向(y方向)に対して傾斜させることができる。さらに、本実施形態のように、ヨーク部材20,30にスリット22,32を設けておけば、スリット22,32に沿った方向に、磁束が通過する磁路が形成されるので、スリット22,32の方向を規定することで、ラジアル方向等、外部磁界Hの方向に対して傾斜した配向磁場を、形成しやすくなる。その結果、ラジアル方向等、直線的でない方向であっても、所望の方向に、磁石材料粉末を配向させやすくなる。
[Orientation of magnet material powder using a molding die]
In the molding die 1 according to this embodiment, a pair of yoke members 20 and 30 are provided with the filling space 11 interposed therebetween. The magnetic flux generated by the external magnetic field H is bent according to the overall shape of the yoke members 20 and 30 when passing through the yoke members 20 and 30. Therefore, by providing the yoke members 20 and 30 having the molding surfaces 21 and 31 having a shape having an angle with respect to the direction of the external magnetic field H, such as an arc shape, outside the filling space 11, The orientation magnetic field formed can be inclined with respect to the application direction (y direction) of the external magnetic field H. Further, if the yoke members 20 and 30 are provided with the slits 22 and 32 as in the present embodiment, a magnetic path through which the magnetic flux passes is formed in the direction along the slits 22 and 32. By defining the direction of 32, it becomes easy to form the orientation magnetic field inclined with respect to the direction of the external magnetic field H, such as the radial direction. As a result, it becomes easy to orient the magnet material powder in a desired direction even in a non-linear direction such as a radial direction.
ヨーク部材20,30にスリット22,32を設けておくことで、配向磁場の方向を規定する効果に加え、配向磁場の空間的均一性を高める効果、および配向磁場印加における効率を高める効果を得ることができる。もし、ヨーク部材20,30にスリット22,32が設けられていないとすれば、ヨーク部材20,30の内部で反磁界が発生することにより、ヨーク部材20,30の端部において、磁束の漏れが起こりやすくなる。 By providing the slits 22 and 32 in the yoke members 20 and 30, in addition to the effect of defining the direction of the orientation magnetic field, the effect of enhancing the spatial uniformity of the orientation magnetic field and the efficiency of applying the orientation magnetic field are obtained. be able to. If the yoke members 20 and 30 are not provided with the slits 22 and 32, a demagnetizing field is generated inside the yoke members 20 and 30 to cause leakage of magnetic flux at the ends of the yoke members 20 and 30. Is more likely to occur.
図3(b)に、スリット22,32を設けていないブロック状の前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30を用いた場合について、磁束の分布をシミュレーションした結果を示す。図中、濃いグレーで表示した円弧形状の部位が前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30であり、それらの間の薄いグレーで表示した部位が充填空間11である。シミュレーションは、有限要素法(FEM)を用いた電磁界解析によって行っている(分析ソフト:JMAG)。前方ヨーク部材20および後方ヨーク部材30は、同心円弧形状とした。また、充填空間11には、磁石材料粉末を充填せず、空気が存在するとしている。 FIG. 3B shows a result of simulating the distribution of the magnetic flux in the case where the block-shaped front yoke member 20 and the rear yoke member 30 having no slits 22 and 32 are used. In the figure, the arc-shaped portions shown in dark gray are the front yoke member 20 and the rear yoke member 30, and the portion shown in light gray between them is the filling space 11. The simulation is performed by electromagnetic field analysis using the finite element method (FEM) (analysis software: JMAG). The front yoke member 20 and the rear yoke member 30 have concentric arc shapes. Further, it is assumed that the filling space 11 is not filled with the magnet material powder and air is present.
この場合には、反磁界の効果により、図中に円で囲んで示すように、磁束がヨーク部材20,30の端部に集中し、端部から磁束の漏れが起こっている。磁束がヨーク部材20,30の端部から漏れることにより、充填空間11に形成される配向磁場に、空間的な不均一性が生じ、充填空間11の円弧形状に沿って、端部において、中央部よりも配向磁場が弱くなってしまう。その結果、充填空間11に充填した磁石材料粉末の配向性が、端部において、中央部よりも低くなってしまう。すると、製造される焼結磁石において、所望の磁気特性を均一に得ることができなくなる。さらに、磁束の漏れが発生することで、要求される配向磁場を形成するために、大きな外部磁界Hを印加する必要が生じ、大型のコイル2を使用することや、コイル2に大電流を流すことが必要となる。すると、磁石材料粉末の配向に必要な配向磁場を形成するためのエネルギー効率が、悪くなってしまう。 In this case, due to the effect of the demagnetizing field, the magnetic flux is concentrated at the end portions of the yoke members 20 and 30, as shown by the circle in the figure, and the magnetic flux leaks from the end portions. As the magnetic flux leaks from the ends of the yoke members 20 and 30, spatial non-uniformity occurs in the orientation magnetic field formed in the filling space 11, and along the arc shape of the filling space 11, at the ends, the center is formed. The orientation magnetic field becomes weaker than that of the part. As a result, the orientation of the magnet material powder filled in the filling space 11 becomes lower at the end portions than at the central portion. Then, in the manufactured sintered magnet, desired magnetic characteristics cannot be uniformly obtained. Further, the leakage of the magnetic flux causes the need to apply a large external magnetic field H in order to form the required orientation magnetic field, and thus a large coil 2 is used or a large current is passed through the coil 2. Will be required. Then, the energy efficiency for forming the orientation magnetic field necessary for orienting the magnet material powder is deteriorated.
これに対し、ヨーク部材20,30において、磁路を細長く形成することができれば、反磁界係数が低下して、磁束が磁路を通過しやすくなる。本実施形態にかかる成形型1のように、ヨーク部材20,30の成形面21,31に沿って、複数のスリット22,32を設け、ヨーク部材20,30を細長い分割領域23,33に分割して、磁束の通りやすい細長い磁路を多数形成しておくことで、成形面21,31に沿った各部に、磁束を均一性高く分布させるとともに、ヨーク部材20,30の端部からの磁束の漏れを抑制することができる。 On the other hand, if the magnetic paths can be formed to be elongated in the yoke members 20 and 30, the diamagnetic field coefficient decreases, and the magnetic flux easily passes through the magnetic paths. Like the molding die 1 according to the present embodiment, a plurality of slits 22 and 32 are provided along the molding surfaces 21 and 31 of the yoke members 20 and 30, and the yoke members 20 and 30 are divided into elongated divided regions 23 and 33. Then, by forming a number of elongated magnetic paths through which the magnetic flux can easily pass, the magnetic flux is highly uniformly distributed to each portion along the molding surfaces 21 and 31, and the magnetic flux from the end portions of the yoke members 20 and 30 is generated. Can be suppressed.
図3(a)に、1対のヨーク部材20,30のそれぞれにスリット22,32を設けた場合について、図3(b)と同様に行った磁束の分布のシミュレーションの結果を示す。これを見ると、ヨーク部材20,30の円弧方向に沿って、各部に、図3(b)の場合よりも磁束が高密度で分布していることが分かる。端部と中央部を比べた際の磁束密度の差もほとんどなく、高い均一性を持って、充填空間11の全域で、高磁束密度が得られていることが分かる。ヨーク部材2,30の端部からの磁束の漏れも、顕著に低減されている。 FIG. 3A shows the result of a simulation of the distribution of magnetic fluxes performed in the same manner as in FIG. 3B when the slits 22 and 32 are provided in the pair of yoke members 20 and 30, respectively. From this, it can be seen that the magnetic flux is distributed more densely in each part along the arc direction of the yoke members 20 and 30 than in the case of FIG. 3B. It can be seen that there is almost no difference in magnetic flux density when comparing the end portion and the central portion, and high magnetic flux density is obtained in the entire filling space 11 with high uniformity. Leakage of magnetic flux from the ends of the yoke members 2 and 30 is also significantly reduced.
このように、ヨーク部材20,30の成形面21,31に沿って、各部に、均一性高く、磁束を分布させることで、充填空間11の各部に、均一性高く、配向磁場を形成することができる。その結果、充填空間11の各部に充填された磁石材料粉末を、高い配向性と均一性をもって、ラジアル配向等、所望の方向に配向させることができる。すると、製造される焼結磁石において、所望の磁気特性を、高い空間的均一性をもって、得ることができる。配向磁場の均一化のために、ヨーク部材20,30を大型に形成するようなことは必要でない。 As described above, the magnetic flux is distributed to each part along the molding surfaces 21 and 31 of the yoke members 20 and 30 with high uniformity, thereby forming the orientation magnetic field with high uniformity in each part of the filling space 11. You can As a result, the magnet material powder with which each part of the filling space 11 is filled can be oriented in a desired direction such as radial orientation with high orientation and uniformity. Then, in the manufactured sintered magnet, desired magnetic characteristics can be obtained with high spatial uniformity. It is not necessary to form the yoke members 20 and 30 in a large size in order to make the orientation magnetic field uniform.
さらに、ヨーク部材20,30からの磁束の漏れが抑制されることにより、印加する外部磁界Hを、配向磁場の発生に有効に利用することができるため、所望の配向磁場を得るために、過度に大型のコイル2を使用することや、コイル2に大電流を流すことを、避けられる。よって、配向磁場の印加における効率を高めることができる。 Further, since the leakage of the magnetic flux from the yoke members 20 and 30 is suppressed, the applied external magnetic field H can be effectively used for generating the orientation magnetic field, and therefore, in order to obtain a desired orientation magnetic field, It is possible to avoid using a large-sized coil 2 and to apply a large current to the coil 2. Therefore, the efficiency in applying the orientation magnetic field can be increased.
以上のように、ヨーク部材20,30にスリット22,32を設けることで、外部磁界Hの印加方向に対して傾斜した方向を含め、所望の方向の配向磁場を、ヨーク部材20,30の成形面21,31に沿った各部に、均一性高く、また高効率で形成し、磁石材料粉末を配向させることができる。それらの効果は、ヨーク部材20,30の少なくとも一方、特に大面積の後方成形面31を有する後方ヨーク部材30にスリット32を設けておくことで、得ることができるが、両方のヨーク部材20,30にスリット22,32を設ければ、さらに効果を高めることができる。 As described above, by forming the slits 22 and 32 in the yoke members 20 and 30, the orientation magnetic field in a desired direction including the direction inclined with respect to the application direction of the external magnetic field H can be formed in the yoke members 20 and 30. The magnet material powder can be oriented on each part along the surfaces 21 and 31 with high uniformity and high efficiency. These effects can be obtained by providing the slit 32 in at least one of the yoke members 20 and 30, particularly in the rear yoke member 30 having the large rear molding surface 31. If the slits 22 and 32 are provided in 30, the effect can be further enhanced.
スリット22,32を、長い切り欠きとして、また小さな間隔で形成するほど、細長い磁路が形成され、磁束の均一分布の促進と漏れの抑制における効果を、高めることができる。上記のように、分割領域22,32の幅(D)に対する長さ(L)の比(L/D)を、5以上としておけば、それらの効果を十分に高めやすい。ただし、多数のスリット22,32を形成しすぎると、ヨーク部材20,30の加工が困難になるとともに、機械的強度が低下する可能性もあるので、L/D比は、10以下に留めておくことが好ましい。 As the slits 22 and 32 are formed as longer notches and at smaller intervals, a longer and narrower magnetic path is formed, and the effect of promoting uniform distribution of magnetic flux and suppressing leakage can be enhanced. As described above, if the ratio (L/D) of the length (L) to the width (D) of the divided regions 22 and 32 is set to 5 or more, those effects can be sufficiently enhanced. However, if too many slits 22 and 32 are formed, it may be difficult to process the yoke members 20 and 30, and the mechanical strength may be reduced. Therefore, keep the L/D ratio at 10 or less. It is preferable to set.
ヨーク部材20,30の全体形状としても、厚みが大きい方が、磁路が長くなることにより、磁束の均一分布の促進と漏れの抑制に、高い効果が得られる。上記のように、両ヨーク部材20,30において、ラジア方向にスリット22,32が形成された領域の前端と後端に相当する円弧の径の比(R1/R2)を、1.2以上としておくと、それらの効果を十分に高めやすい。 With respect to the overall shape of the yoke members 20 and 30, the larger the thickness, the longer the magnetic path, so that a high effect can be obtained in promoting uniform distribution of magnetic flux and suppressing leakage. As described above, in both yoke members 20 and 30, the ratio (R1/R2) of the diameters of the circular arcs corresponding to the front end and the rear end of the region where the slits 22 and 32 are formed in the radial direction is 1.2 or more. If set, it is easy to enhance their effects sufficiently.
本実施形態にかかる成形型1においては、充填空間11の形状を規定することで、任意の外形を有する成形体を形成するとともに、ヨーク部材20,30に形成するスリット22,32の方向を規定することで、磁石材料粉末の配向方向を制御し、均一性高く、また高効率で、磁石材料粉末の配向を達成することができる。特に、ラジアル配向を有する弧形状の焼結磁石は、モータ等の材料として需要が大きく、本実施形態にかかる成形型1を用いて、好適に成形することができる。 In the molding die 1 according to the present embodiment, by defining the shape of the filling space 11, a molded body having an arbitrary outer shape is formed, and the directions of the slits 22, 32 formed in the yoke members 20, 30 are defined. By doing so, the orientation direction of the magnet material powder can be controlled, and the orientation of the magnet material powder can be achieved with high uniformity and high efficiency. In particular, an arc-shaped sintered magnet having a radial orientation is in great demand as a material for motors and the like, and can be suitably molded using the molding die 1 according to this embodiment.
本実施形態にかかる成形型1は、PLP法による磁石材料粉末の成形に好適に用いられるものである。PLP法においては、充填空間11に充填した磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行い、そのまま焼結まで完了することができるため、磁石材料粉末の製造から成形型1への充填、焼結に至る各工程を、雰囲気制御して行うことができる。そのため、不純物の影響が少なく、かつ形状の精度に優れた、高磁気特性の異方性焼結磁石を製造することができるが、本実施形態にかかる成形型1を用いて、所望の方向への磁石材料粉末の配向を均一性高く行えるようにすることで、得られる焼結磁石の磁気特性をさらに高め、また磁気特性の空間分布を低減することができる。 The molding die 1 according to the present embodiment is preferably used for molding magnet material powder by the PLP method. In the PLP method, the magnet material powder filled in the filling space 11 can be oriented and molded without applying a mechanical pressure, and the sintering can be completed as it is. Each step of filling the molding die 1 and sintering can be performed under controlled atmosphere. Therefore, it is possible to manufacture an anisotropic sintered magnet with high magnetic characteristics, which is less affected by impurities and has excellent shape accuracy. However, by using the molding die 1 according to the present embodiment, it is possible to obtain a desired direction. By allowing the magnet material powder to be highly uniformly oriented, the magnetic properties of the obtained sintered magnet can be further enhanced and the spatial distribution of the magnetic properties can be reduced.
PLP法においては、強力なパルス磁界Hを成形型1の外部から印加するが、この際、ヨーク部材20,30の成形面21,31に磁石材料粉末が直接接触するとすれば、磁化した磁石材料粉末が、成形面21,31に付着する可能性がある。特に、成形面21,31に開口したスリット22,32に磁石材料粉末が入り込むと、除去が困難となり、磁石材料の成形における作業性が低下してしまう。そこで、ヨーク部材20,30と充填空間11の間に、非磁性材料よりなる隔離壁14,15を設けておくことで、磁石材料粉末が、ヨーク部材20,30の成形面21,31と直接接触しなくなり、磁石材料粉末の成形面21,31への付着、およびスリット22,32への侵入を防止することができる。ただし、隔離壁14,15を厚くしすぎると、充填空間11の中に、配向磁場を効率的に形成しにくくなるので、その厚さは、0.5mm以下、また、スリット22,32が形成された領域の長さ(L)に対して10%以下に留めておくことが好ましい。それによって、充填空間11に充填した磁石材料粉末を効率的に配向させることができる。 In the PLP method, a strong pulse magnetic field H is applied from the outside of the molding die 1. At this time, if the magnet material powder comes into direct contact with the molding surfaces 21 and 31 of the yoke members 20 and 30, the magnetized magnet material is used. The powder may adhere to the molding surfaces 21 and 31. In particular, if the magnet material powder enters the slits 22 and 32 opened in the molding surfaces 21 and 31, it becomes difficult to remove the powder and the workability in molding the magnet material is deteriorated. Therefore, by providing the isolation walls 14 and 15 made of a non-magnetic material between the yoke members 20 and 30 and the filling space 11, the magnet material powder directly contacts the molding surfaces 21 and 31 of the yoke members 20 and 30. It is possible to prevent the magnet material powder from adhering to the molding surfaces 21 and 31 and from entering the slits 22 and 32 because of no contact. However, if the isolation walls 14 and 15 are too thick, it becomes difficult to efficiently form the orientation magnetic field in the filling space 11, so the thickness is 0.5 mm or less, and the slits 22 and 32 are formed. It is preferable to keep the length to 10% or less with respect to the length (L) of the formed region. Thereby, the magnet material powder with which the filling space 11 is filled can be efficiently oriented.
さらに、成形型1に強力なパルス磁界Hを印加した際に、パルス印加の衝撃により、ヨーク部材20,30が保持型10に対して位置ずれを起こす可能性がある。しかし、ヨーク部材20,30に、磁界Hの印加方向に交差する方向に突出した係止部24,34を設けておき、保持型10に係止しておくことで、ヨーク部材20,30の位置ずれを抑制することができる。スリット22,32が形成された領域を挟んで、成形面21,31から離れた位置に、係止部24,34を設けておくことで、充填空間11に形成される配向磁場の方向や分布に、係止部24,34の存在が影響を与えるのを回避しながら、位置ずれ抑制の効果を高く得ることができる。 Furthermore, when a strong pulse magnetic field H is applied to the molding die 1, the impact of the pulse application may cause the yoke members 20 and 30 to be displaced relative to the holding die 10. However, by providing the yoke members 20 and 30 with the locking portions 24 and 34 that project in the direction intersecting the direction of application of the magnetic field H and locking them to the holding mold 10, the yoke members 20 and 30 are The position shift can be suppressed. By providing the locking portions 24 and 34 at positions distant from the molding surfaces 21 and 31 with the regions where the slits 22 and 32 are formed sandwiched therebetween, the direction and distribution of the orientation magnetic field formed in the filling space 11 can be obtained. In addition, it is possible to obtain a high effect of suppressing the positional deviation while avoiding the influence of the existence of the locking portions 24 and 34.
[その他の形態]
以上では、成形型1がPLP法による磁石材料の成形に用いられる場合について、詳細に説明した。しかし、磁界中で磁石材料粉末を配向させて成形するものであれば、本発明の実施形態にかかる成形型は、どのような成形法に適用されるものであってもよい。
[Other forms]
The case where the molding die 1 is used for molding the magnet material by the PLP method has been described above in detail. However, the molding die according to the embodiment of the present invention may be applied to any molding method as long as the magnet material powder is oriented and molded in a magnetic field.
例えば、特許文献1に記載されるもののように、磁場中プレス加工に用いる成形型として、本発明の実施形態にかかる成形型を構成することができる。この場合には、上記で説明したPLP法用の成形型1とは異なり、保持型10や隔離壁14,15を設けず、プレス装置の1対のダイスによって形成されるキャビティの内側に、1対のヨーク部材20,30を設置しておく。そして、相互に対向した1対のヨーク部材20,30の間の空間が、磁石材料粉末が充填される充填空間11となる。そして、ダイスの外側から静磁界を印加することで、充填空間11に充填された磁石材料粉末を配向させた状態で、機械的圧力を印加し、磁石材料粉末を成形する。得られた成形体をプレス装置から取り出し、焼結することで、異方性焼結磁石が得られる。 For example, as described in Patent Document 1, a forming die according to the embodiment of the present invention can be configured as a forming die used for press working in a magnetic field. In this case, unlike the molding die 1 for the PLP method described above, the holding die 10 and the isolation walls 14 and 15 are not provided, and one is placed inside the cavity formed by the pair of dies of the press machine. The pair of yoke members 20 and 30 are installed. The space between the pair of yoke members 20 and 30 facing each other becomes the filling space 11 in which the magnet material powder is filled. Then, by applying a static magnetic field from the outside of the die, mechanical pressure is applied in a state in which the magnet material powder filled in the filling space 11 is oriented, and the magnet material powder is molded. An anisotropic sintered magnet is obtained by taking out the obtained molded body from the pressing device and sintering it.
このように、磁場中プレス成形に用いる成形型においても、ヨーク部材20,30にスリット22,32を設けることで、磁界Hの印加方向に対して傾斜した配向磁場を、均一性高く形成することができる。また、磁束の漏れの抑制により、配向磁場形成における効率を高めることができる。 As described above, also in the molding die used for the magnetic field press molding, by providing the slits 22 and 32 in the yoke members 20 and 30, the orientation magnetic field inclined with respect to the application direction of the magnetic field H can be formed with high uniformity. You can Further, by suppressing the leakage of the magnetic flux, the efficiency in forming the orientation magnetic field can be increased.
以下に本発明の実施例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。 Examples of the present invention will be shown below. The present invention is not limited to these examples.
[試料の作製]
実施例および比較例にかかる試料として、Nd−Fe−B粉末を用いて、PLP法によって、円弧形状の焼結磁石を作製した。円弧形状としては、図4(a)に示すように、外径を37mm、内径を32mm、開角を±40°とした。
[Preparation of sample]
Arc-shaped sintered magnets were produced by the PLP method using Nd-Fe-B powder as the samples according to the examples and comparative examples. As the arc shape, as shown in FIG. 4A, the outer diameter was 37 mm, the inner diameter was 32 mm, and the opening angle was ±40°.
粉末磁石材料の配向に際しては、上で説明したようなヨーク部材を備えた成形型を使用した。実施例においては、図1,2に示したとおり、1対のヨーク部材として、スリットを設けたものを使用した。スリットは、4.5°の角度間隔で設けた。比較例においては、スリットを設けていないヨーク部材を用いた。なお、実施例については、ヨーク部材の厚さについても、最適化している。 A mold having a yoke member as described above was used for the orientation of the powder magnet material. In the example, as shown in FIGS. 1 and 2, a pair of yoke members provided with slits was used. The slits were provided at an angular interval of 4.5°. In the comparative example, a yoke member having no slit was used. In addition, in the embodiment, the thickness of the yoke member is also optimized.
磁石材料粉末の充填密度は、実施例では、3.5g/cm3とした。比較例では、3.34g/cm3,3.39g/cm3,3.41g/cm3の3通りとした。また、印加する外部磁界の大きさは、コイルに印加するパルス電圧の大きさによって変化させ、実施例では、基準の電圧をV0として、1.0V0,1.5V0,2.0V0の3とおりとした。また、比較例では、2.5V0とした。成形体の焼結温度は、985〜1000℃の範囲で制御した。 The packing density of the magnet material powder was 3.5 g/cm 3 in the examples. In the comparative example, 3.34g / cm 3, 3.39g / cm 3, and the three different 3.41 g / cm 3. Also, the magnitude of the applied external magnetic field is varied by the magnitude of the pulse voltage applied to the coil, in the embodiment, the reference voltage as V 0, 1.0V 0, 1.5V 0 , 2.0V 0 There are three types. Moreover, in the comparative example, it was set to 2.5V 0 . The sintering temperature of the molded body was controlled in the range of 985 to 1000°C.
[配向性の評価]
実施例および比較例にかかる焼結磁石に対して、図4(a)に斜線で表示した各領域の磁石を切り出して、磁化曲線の測定を行い、磁石材料粉末の配向性を評価した。磁化曲線の測定は、パルス励磁測定装置を用いて、切り出した磁石の長手方向に垂直な方向に磁場を印加して行った。
[Evaluation of orientation]
With respect to the sintered magnets according to the examples and the comparative examples, magnets in each region indicated by hatching in FIG. 4A were cut out, the magnetization curve was measured, and the orientation of the magnet material powder was evaluated. The magnetization curve was measured by applying a magnetic field in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cut magnet using a pulse excitation measuring device.
そして、測定結果に基づき、各試料に対して、残留磁束密度(Br)と飽和磁束密度(4πIs)の値を記録した。飽和磁束密度に対する残留磁束密度の比Br/4πIsは、磁石材料粉末の配向性の指標となり、その値が大きいほど、配向性が高いと評価することができる。 Then, based on the measurement results, the values of the residual magnetic flux density (Br) and the saturation magnetic flux density (4πIs) were recorded for each sample. The ratio Br/4πIs of the residual magnetic flux density to the saturation magnetic flux density serves as an index of the orientation of the magnet material powder, and the larger the value, the higher the orientation.
測定は、試料上の3か所で行った。具体的には、図3(a)に示すように、「中心」として、円弧形状の中央部で測定を行うとともに、「端1」および「端2」として、円弧形状に沿って、中心から−20°および+20°の位置で、測定を行った。 The measurement was performed at three points on the sample. Specifically, as shown in FIG. 3A, the "center" is measured at the center of the arc shape, and the "end 1" and "end 2" are measured from the center along the arc shape. The measurements were taken at -20° and +20°.
[評価結果]
図4(b),(c)に、それぞれ実施例および比較例にかかる試料について、配向性の評価結果を示す。
[Evaluation results]
4B and 4C show the evaluation results of the orientation of the samples according to the example and the comparative example, respectively.
まず、図4(c)の比較例の結果を見ると、いずれの充填密度についても、配向性が、中心部で高く、両端部で低くなった挙動が見られている。これは、成形型を用いた成形時に、充填空間に、ラジアル方向の配向磁場が均一に形成されず、端部において、中央部よりも配向磁場が弱くなっており、端部において十分な配向が達成できなかったものと解釈される。 First, looking at the results of the comparative example of FIG. 4(c), it can be seen that the orientation is high at the central part and low at both ends for any packing density. This is because the radial orientation magnetic field is not uniformly formed in the filling space during molding using a molding die, and the orientation magnetic field is weaker at the end than at the central part, and sufficient orientation is obtained at the end. Interpreted as something that could not be achieved.
次に、図4(b)の実施例の結果を見ると、いずれのコイル印加電圧のデータにおいても、中心部と端部で、配向性にほぼ差が見られない。これは、成形型のヨーク部材にスリットを設けることにより、充填空間に、ラジアル方向の配向磁場が均一性高く形成され、円弧形状に沿った各部で、均一性高く、粉末磁石材料が配向されたものと解釈される。なお、この配向の均一性の改善は、スリットの形成の効果に加え、ヨーク部材の厚さを最適化したことの効果も反映されたものではあるが、ヨーク部材の厚さの最適化だけでは、改善の程度が低くなることを、確認している。 Next, looking at the results of the example of FIG. 4B, there is almost no difference in the orientation between the central portion and the end portion in any of the coil applied voltage data. This is because by forming slits in the yoke member of the forming die, the radial orientation magnetic field is formed with high uniformity in the filling space, and the powder magnet material is oriented with high uniformity in each part along the arc shape. Be interpreted as The improvement in the uniformity of orientation reflects not only the effect of forming the slits but also the effect of optimizing the thickness of the yoke member. However, the optimization of the thickness of the yoke member alone is not enough. , Confirmed that the degree of improvement will be low.
さらに、図4(b)の結果においては、配向性の程度(Br/4πIsの値)、および位置ごとの配向性の均一性のいずれについても、コイル印加電圧を3とおりに変化させた際に、ほぼ変化していない。このことは、コイル印加電圧が1.0V0の場合でも、充填空間の各部における配向性の向上および均一化の効果が、すでに飽和に達していることを示している。それに対し、図4(a)の比較例の場合では、コイル印加電圧を2.5V0としても、配向性の均一化を十分に達成できていない。このことより、実施例のようにスリットを形成したヨーク部材を用いて磁石材料粉末の配向を行うことで、スリットのないヨーク部材を用いる場合に比べて、磁界印加のためにコイルに流す電流を40%まで低減しても、十分に高い配向性を、均一に達成することができ、配向磁場の形成の効率を高められていると言える。これは、ヨーク部材からの磁束の漏れを抑制できていることによると解釈される。 Further, in the result of FIG. 4B, regarding the degree of orientation (the value of Br/4πIs) and the uniformity of orientation at each position, when the coil applied voltage is changed in three ways. , Almost unchanged. This indicates that the effect of improving the orientation and homogenizing the orientation in each part of the filling space has already reached saturation even when the voltage applied to the coil is 1.0 V 0 . On the other hand, in the case of the comparative example of FIG. 4A, even if the voltage applied to the coil is 2.5 V 0 , the orientation cannot be sufficiently made uniform. From this, by orienting the magnet material powder by using a yoke member having a slit as in the example, compared with the case of using a yoke member without a slit, a current to be applied to a coil for applying a magnetic field can be increased. Even if it is reduced to 40%, it can be said that a sufficiently high orientation can be uniformly achieved and the efficiency of forming the orientation magnetic field is enhanced. This is interpreted to be because the leakage of magnetic flux from the yoke member can be suppressed.
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明は、これらの実施形態に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. The present invention is not particularly limited to these embodiments, and various modifications can be made.
1 成形型
2 磁界発生用コイル
3 外部ヨーク
10 保持型
11 充填空間
11a 前端面
11b 後端面
14,15 隔離壁
20 前方ヨーク部材
21 前方成形面
22 前方スリット
23 分割領域
30 後方ヨーク部材
31 後方成形面
32 後方スリット
33 分割領域
40 締結部材
H (外部)磁界
1 Mold 2 Magnetic Field Generating Coil 3 External Yoke 10 Holding Mold 11 Filling Space 11a Front End Surface 11b Rear End Surfaces 14, 15 Separating Wall 20 Front Yoke Member 21 Front Molding Surface 22 Front Slit 23 Dividing Area 30 Rear Yoke Member 31 Rear Molding Surface 32 rear slit 33 division area 40 fastening member H (external) magnetic field
Claims (8)
前記成形型は、磁性体よりなる1対のヨーク部材を有し、前記1対のヨーク部材は、相互に離間して配置されており、前記1対のヨーク部材の間に設けられた充填空間に、前記磁石材料粉末を充填可能であり、
前記1対のヨーク部材の少なくとも一方は、前記充填空間に面する成形面に開口して、前記磁界の印加方向に対して傾斜した方向に切り欠かれた、複数のスリットを有することを特徴とする成形型。 In a mold for orienting and molding magnet material powder in a magnetic field,
The molding die has a pair of yoke members made of a magnetic material, the pair of yoke members are arranged apart from each other, and a filling space provided between the pair of yoke members. Can be filled with the magnetic material powder,
At least one of the pair of yoke members has a plurality of slits opened in a molding surface facing the filling space and cut out in a direction inclined with respect to the application direction of the magnetic field. Mold to do.
前記1対のヨーク部材を保持する非磁性体よりなる保持型をさらに有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の成形型。 The molding die is for performing orientation and molding without applying a mechanical pressure to the magnet material powder filled in the filling space,
The molding die according to claim 1, further comprising a holding die made of a non-magnetic material that holds the pair of yoke members.
前記成形型の外側から磁界を印加しながら、前記磁石材料粉末を配向させて成形することを特徴とする磁石材料の成形方法。 Filling the filling space of the molding die according to any one of claims 1 to 7 with magnet material powder,
A method of molding a magnet material, which comprises orienting and molding the magnet material powder while applying a magnetic field from the outside of the mold.
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