JP2021097224A - ラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置、製造方法、及び当該装置又は方法によって製造されるラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体 - Google Patents

ラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置、製造方法、及び当該装置又は方法によって製造されるラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体 Download PDF

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Abstract

【課題】ラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置、製造方法を提供する。【解決手段】製造方法は、焼結Nd−Fe−B系合金粉末をラジアル配向用の金型に入れ、粉末充填と成形を2回行う。製造装置は、非透磁性モールド本体2、瓦状の金型3、上下押圧ヘッド及び金型の両側に配置された透磁ブロック(第1透磁ブロック1、第2透磁ブロック7)を含み、瓦状の金型の外円弧面8と第2透磁ブロックとの間に、対称的に配置された透磁性板4を設置する。これによって製造された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体のNd2Fe14Bの主相の配向度は92%以上であり、ラジアル配向の配向角度と目標値との偏差はΔθ≦1度であり、磁性体全体の残留磁束偏差はΔBr≦2%である。【選択図】図1

Description

本発明は、焼結Nd−Fe−B系磁性体の製造分野に関し、具体的には、ラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置、製造方法、及びこれらによって製造されるラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体に関する。
永久磁石サーボモータは、その高効率、低消費電力、高精度といった特性により、世界中で広く応用されている。その内部の永久磁石は、永久磁石サーボモータの性能を決定付ける重要なコアコンポーネントである。現在、永久磁石サーボモータの磁性体には、主に径方向に平行なモノリシックタイルや角板が採用されており、これとロータとを接着等することで、モータ本体を構成しているが、この組立方法では、モータの振動や騒音が大きいといった問題が存在していた。
モノリシックタイルや角板による磁性体の不備を解消するために、一部のサーボモータでは、ラジアル磁気リングを用いて組立てが行われている。従来のNd−Fe−B系磁気リングの大多数は、等方性磁性体の接着、又は、ホットプレスによって製造されているが、前者は、内部に接着剤が存在することから、磁気エネルギー積が減少してしまい、後者は、磁気特性がバラ付き、歩留まり及び材料の利用率が低いといった問題が存在していた。
一部のメーカーでは、ラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体、或いはラジアル磁気リングの製造技術の開発が行われているが、ホットプレスによるNd−Fe−B系磁気リングと対比すると、磁気特性は向上するものの、この種の技術にも同様に磁気特性が依然として低いという問題が存在していた。また製造装置は複雑且つ高価であり、更には、焼結工程で磁性体が割れやすくなるといった問題も存在していた。
また従来の焼結Nd−Fe−B系磁性体の製造方法では、様々なサイズや性能の製品を求められることから、専用の磁性体成形及び配向装置を個別に設計する必要があり、そのため、柔軟性に乏しく、設計サイクルが長く、製造される製品が一つのみといった問題があり、新製品への迅速な切り替え及び投資に不利であった。例えば、中国特許公開CN107579628Aには、径方向にラジアルに配向したアーチ形希土類フェライト永久磁石の製造方法が開示されている。この方法によれば磁性体の磁気特性の利用率が向上するものの、製造装置は非常に複雑化し、実際の製造には不向きであった。
また従来のラジアルな焼結Nd−Fe−B系磁性体の製造方法では、磁気特性が不均一であり、コーナー部の残留磁束密度が中心部の残留磁束密度よりも低いという問題も存在する。例えば、中国実用新案公告CN203209691Uには、金型内に透磁側板がそれぞれ配置され、ラジアル状の配向磁場が形成されるNd−Fe−B系ラジアル配向磁性体用モールドが開示されているが、当該方法では、金型の夾角が大きい位置では、磁場の配向が良好ではなく、磁性体のコーナー部の性能が低下するといった欠点が存在する。
更に、従来の焼結Nd−Fe−B系ラジアル配向焼結磁気リング又は瓦状磁性体は、成形及び配向工程において、合金粉末の流動性が悪いことから、素地の上下高さ方向にプレス密度のずれが生じ、離型工程において、割れやすくなるといった問題が存在した。上記問題を解決するために、中国特許公開CN1173028Aには、合金粉末に熱硬化性樹脂を添加して、モールドを加熱して成形する素地のプレ製造装置が開示されている。しかしながらこの方法ではNd−Fe−B系合金粉末が熱によって酸化されやすく、且つ残留した樹脂によって磁気特性が大きく低下してしまうことが最大の問題である。中国特許公開CN110415964Aには、表面改質された異方性合金粉末とパラフィンとを混合し、磁性合金粉末をプリプレスすることで、プレ成形体を形成するNd−Fe−B系多極磁気リングの製造方法が開示されている。この方法によれば配向安定性の問題は解決されるものの、パラフィンを添加することで磁気特性の劣化は避けられない。中国特許公告CN103971917Bには、プレ成形圧力を加えて、まずプレ成形磁気リングを得る製造方法が開示されているが、当該製造方法によれば、磁気リングの密度が均一になり、歩留まりが向上するものの、プレ成形する際に供給される合金粉末の重量を制限しておらず、言い換えれば、合金粉末を複数回に分けて供給していない。プレ成形工程での合金粉末の供給重量に着目する理由は、素地のプレス高さが大きい磁性体を製造する場合、素地の上下方向の配向又は密度の均一性をある程度しか改善できないことにある。そのため、当該技術案は、ラジアルタイル又は磁気リングの配向の均一性の改善には不完全である。
中国特許公開CN107579628A 中国実用新案公告CN203209691U 中国特許公開CN1173028A 中国特許公開CN110415964A
Nd−Fe−B系磁性体の残留磁束密度は、主に主相、即ち2:14:1相(NdFe14B)に由来する。磁性体の組成が確定された状況では、焼結Nd−Fe−B系磁性体の残留磁束密度の大きさに影響を与える主な要因としては、主相の配向度、磁性体における主相の占有比率及び磁性体の焼結密度等幾つかの主要パラメータが含まれる。このうち、後者の二つのパラメータは、焼結及び時効工程に大きく影響を受ける。一つ目のパラメータは、成形配向工程に大きく影響を受け、合金粉末の粒度と潤滑剤の添加量が一致する場合、成形配向された磁場が大きいほど、合金粉末の配向度が高まり、最終的に得られた磁性体の主相の配向度も高くなり、磁性体の残留磁束密度も高まる。
しかしながら、ラジアル配向したNd−Fe−B系瓦状磁性体については、合金粉末を成形磁場内で配向及びプレスして素地を形成する工程で印加された外部磁場が、通常の平行磁場と同一の磁場範囲に到達できないことや配向磁場が不均一といった問題があった。更に、配向角度が実際の角度と夾角θだけずれることから、夾角θが大きくなるほど、磁性体の残留磁束密度が低下するという問題もあった。そのため、磁性体表面の磁場分布を測定する際に、表面の磁場分布曲線が変動してしまっていた。磁気特性への影響に加えて、実際の製造において、成形圧力や上下方向での配向のバラつきによって、素地の離型後に瞬時に断裂する恐れがあった。
本発明の目的は、ラジアル配向が均一で、全体の磁気性能の均一性が良好で、Nd−Fe−B系磁性体の主相の配向度が高く、磁性体の歩留まりが高く、更に焼結割れが発生しにくい焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体、その製造方法、及びその製造装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本願の第一発明は、ラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置であって、
非透磁性のモールド本体、金型、透磁性ユニット、透磁性板を含み、
前記モールド本体の内部に前記金型が設置され、前記金型は瓦状であり、両側面はいずれも湾曲した円弧面であり、内円弧面は内側に凹んだ円弧面であり、外円弧面は外側に突出した円弧面であり、
前記透磁性ユニットは、前記金型の両側に位置する二つの透磁性ブロックで構成され、第1透磁性ブロックは前記金型の前記内円弧面側に位置し、第2透磁性ブロックは前記金型の前記外円弧面側に位置し、前記第1透磁性ブロック、瓦状の前記金型、及び前記第2透磁性ブロックの中心点は同一直線上に位置し、
瓦状の前記金型の前記外円弧面と前記第2透磁性ブロックとの間には、対称に配置される2枚の透磁性板が設置される、ことを特徴とする。
また、前記第1透磁性ブロックの前記内円弧面に対向する面は円弧状であり、
当該円弧状の曲率半径は、瓦状の前記金型の内円弧面の曲率半径よりも小さい、ことを特徴とする。
また、前記第2透磁性ブロックの前記外円弧面に対向する面は屈曲しており、当該屈曲角度は90°であり、
瓦状の前記金型は、前記第2透磁性ブロックの屈曲面で放射された空間内に位置する、ことを特徴とする。
また、二つの前記透磁性板は、瓦状の前記金型の前記外円弧面の両端にそれぞれ位置し、且つ、各前記透磁性板の中心点は、瓦状の前記金型の半径の延長線上に位置する、ことを特徴とする。
また、前記透磁性板の厚みWは、0.5金型厚≦W≦1.0金型厚の関係を満たし、
その長さLは、0.2内円弧長≦L≦0.4内円弧長の関係を満たし、内円弧長は、瓦状の前記金型の前記内円弧面の長さであり、瓦状の前記金型の直線部が存在する面は、前記透磁性板の外側面と同一平面であり、
前記金型の厚み5mm〜25mmである、ことを特徴とする。
また、前記製造装置は、上押圧ヘッド、下押圧ヘッドを更に含み、前記上押圧ヘッドは瓦状の前記金型の直上に位置し、前記下押圧ヘッドは瓦状の前記金型の直下に位置する、ことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本願の第二発明は、ラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造方法であって、
(工程1)スリップキャスト法によってNd−Fe−B系合金薄片を製造し、Nd−Fe−B系合金薄片を水素化処理工程、ジェットミル工程を経てNd−Fe−B系合金粉末とし、
(工程2)前記Nd−Fe−B系合金粉末をラジアル配向用の金型に入れ、粉末充填、着磁及び成形工程を以下の2回行うものであり、
(工程2―1)第1次粉末充填、着磁及びプリプレスであって、必要な重量W1の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を秤量し、これを直流磁場プレス機内に設置した前記金型に投入し、磁場及び成形圧力を調整して第1次素地を形成し、
(工程2−2)第2次合金粉末充填、着磁及び最終成形であって、必要な重量W2の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を秤量し、これを前記第1次素地が入った状態の前記直流磁場プレス機内の前記金型に投入し、磁場及び成形圧力を調整し、第2次素地を形成し、
(工程3)上記2回の成形及び配向後の素地を焼結処理及び時効処理し、必要なラジアル配向を行った前記焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体を作成する、ことを特徴とする。
また、前記(工程2―1)における前記第1次合金粉末充填における重量W1は、0.2M≦W1≦0.5Mの関係式を満たし、Mは最終的に完成した素地の重量であり、
前記第1次着磁の磁場T1は、0.1テスラ≦T1≦0.3テスラの関係式を満たし、
前記プリプレス後の素地の密度ρ1は、0.8ρ≦ρ1≦0.9ρの関係式を満たし、ここで、ρは焼結前の素地の相対密度であり、3.8g/cm≦ρ≦4.5g/cmの関係式を満たす、ことを特徴とする。
また、前記(工程2―2)における前記第2次合金粉末充填の重量W2はM−W1であり、最終成形した磁場は、0.3テスラ<T2≦2.5テスラであり、最終成形した素地の密度はρ2=ρである、ことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本願の第三発明は、上記製造装置、又は上記製造方法、のいずれかによって製造されたラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体である、ことを特徴とする。
また、前記焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体は、磁性体におけるNdFe14B主相の配向度が92%以上であり、ラジアル配向の配向角度と目標値との偏差は、Δθ≦1°であり、前記焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の磁性体全体における残留磁束密度の偏差は、ΔBr≦2%である、ことを特徴とする。
本発明によれば、合金粉末の供給及び成形を2回行い、且つ毎回の合金粉末の供給量と配向磁場の大きさを合理な範囲内に制御することで、従来技術と比べて磁性体の上下方向における配向のバラつき及び素地の断裂といった課題を解決することができる。本発明に係る製造装置、及び製造方法によれば、均一性が増した透磁性板を用い、その寸法及び角度を合理的に設計することで、外部から印加される配向磁場が増加した条件においても、瓦形金型の磁力線方向と設計値とを一致させることができ、これによって、Nd−Fe−B系瓦状磁性体の残留磁束密度や磁気特性の均一性を向上させることができる。
本発明に係る製造装置を示す図。
以下、本願発明の具体的実施形態につき、図面と合わせて詳細に説明する。なお、下記の実施例は本発明の理解を容易にするために用いるものであり、これに限定解釈されるものではない。
まず、スリップキャスト法によってNd−Fe−B系合金薄片を製造し、Nd−Fe−B系合金薄片を水素化処理工程、ジェットミル工程を経てNd−Fe−B系合金粉末とする。
前記Nd−Fe−B系合金粉末は、従来の公知又は公開されている焼結Nd−Fe−B系合金粉末の製造方法によって自製したものでも良く、市販の汎用型焼結Nd−Fe−B系合金粉末でも良い。例えば、組成はReaT(1−a−b−3)BbMcであるNd−Fe−B系合金が挙げられる。ここで、a、b、cはそれぞれ成分配合比中の各元素の質量%を示す。Reは希土類元素であり、Pr、Nd、Dy、Tb、Ho、Gdのうちの少なくとも一つである。TはFe又はCoの少なくとも一つである。Bはホウ素である。MはAl、Cu、Ga、Ti、Zr、Nb、Mo、V中のうちの少なくとも一つである。具体的な含有量は、28%≦a≦32%、0.8%≦b≦1.2%、c≦5%である。上記の配合比の合金を、スリップキャスト法による溶錬、水素化処理及びジェットミル粉砕処理等の工程を経ることで、Nd−Fe−B系合金粉末が得られる。
上記の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を、ラジアル配向用金型内に入れ、合金粉末充填、着磁及び成形工程を、以下の2回行う。
第1次合金粉末充填、着磁及びプリプレスであって、必要な重量W1の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を秤量し、これを直流磁場プレス機内の金型に投入し、磁場及び成形圧力を調整して、第1次素地を形成する。
第2次合金粉末充填、着磁及び最終成形であって、必要な重量W2の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を秤量し、これを上記第1次素地が入った状態の直流磁場プレス機内の金型に投入し、磁場及び成形圧力を調整して、第2次素地を形成する。
上記2回の成形及び配向後の素地を焼結処理及び時効処理することで、ラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体を得る。
完成した焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体は、Nd2Fe14B主相の配向度が92%以上であり、ラジアル配向の配向角度と目標値との偏差がΔθ≦1°であり、焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の磁性体全体における残留磁束密度の偏差がΔBr≦2%となる。
本願発明で用いるラジアル配向用金型については、直流磁場プレス機やパルス磁場を用いても実現できる。
実験の結果、瓦状製品の大多数はサイズが小さ過ぎるため、対応する金型も通常の四角形磁性体よりも小さいことが判明した。これにより、瓦状磁性体を成形する際、合金粉末の押圧ヘッドに追従する流動性が低下してしまう。四角形磁性体に類似する配向及び成形工程を採用すると、素地に上下方向での配向のバラつきが生じやすくなり、離型後に素地が断裂しまうといった問題が生じていた。ここで、合理的な範囲とは、第1次合金粉末充填の重量W1は0.2M≦W1≦0.5Mの関係式を満たすことを意味し、Mは最終的に完成した素地の重量である。第1次合金粉末供給量が0.5Mを超えると、素地の上下方向には配向のバラつきが生じ始め、第1次合金粉末供給量が0.2M未満になると、上下方向の配向のバラつきの改善効果が不明瞭になる。第1次プリプレスの際、設定したプレス密度が高すぎると、第2次成形において密度差が生じてしまい、素地が断裂する恐れがあり、プレス密度が低すぎると、プリプレス作用が奏されないことから、プリプレス時の素地の密度を0.8ρ≦ρ1≦0.9ρに設定する。ここで、ρは最終的な素地の相対密度である。
図1はラジアル配向Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置の概略図である。非透磁性からなるモールド本体2、瓦状の金型3を含み、金型3の二つの湾曲した円弧面は、それぞれ同一の中心を有する内円弧面6、外円弧面8であり、内円弧面6の円弧面は内側に凹み、外円弧面8の円弧面は外側に突出している。製造装置は、更に上下押圧ヘッド(図示せず)、及び金型3の両側の透磁ブロックを含み、透磁ブロックは、第1透磁ブロック1及び第2透磁ブロック7を有し、第1透磁ブロック1の内円弧面6に対向する端部は円弧状であり、第2透磁ブロック7の外円弧面8に対向する面は屈曲した形状であり、本実施例では90°に屈曲している。屈曲された両側辺は対称であり、第1透磁ブロック1の円弧状の端部の中心、第2透磁ブロック7の屈曲中心、瓦状の金型3の中心は同一直線上に位置する。第1透磁ブロック1の円弧状端部の曲率半径は瓦状の金型3の内円弧面6の曲率半径よりも小さく構成されている。
製造装置の瓦状の金型3の外円弧面8と第2透磁ブロック7との間には、対称に配置された2枚の透磁性板4が設けられており、図1に示すS2とは、金型3の内円弧面6と外円弧面8とを接続する外側面(平面)であり、S1とは、各透磁性板4のモールド本体側壁に近い外側面(平面)である。この側面S1は、瓦状の金型3の外側面S2と同一平面上にあり、2枚の透磁性板4の中心点は、瓦状の金型3の半径の延長線の上に位置している。各透磁性板4は、それぞれ瓦状の金型3の外側円弧面8の外側両端であって、対称となる位置に配置されている。
なお、上記透磁性板4は、主にとして80重量%以上の鉄(Fe)と10重量%以上のクロム、残りは炭素、珪素、硫黄、マンガン、銅などの不純物元素で構成されるが、磁力線を透過する材料であれば特にこれに限定されない。
透磁性板4の厚みWは、0.5金型3の厚み≦W≦1.0金型3の厚みを満たし、その長さLは、0.2内円弧長≦L≦0.4内円弧長を満たす。ここで、内円弧長とは瓦状の金型3の内円弧面6の長さであり、金型3の厚みは5mm〜25mmである。
2枚の対称な透磁性板4を設置する目的は、瓦状両側の磁力線を引きつけ、これらの方向を設計磁場と一致させ、磁力線方向と円弧面とがなす直角方向に対する誤差角度θを≦1度にするためである。
ラジアル瓦状モールドの金型両端のそれぞれに透磁ユニットを設け、磁力線方向5を理想的なラジアル状に形成し、金型3を透過させるが、外部から印加される磁場強度の増加に伴い、磁力線方向5が徐々にまっすぐになりプレス機のN極からS極へと流れる。すると、瓦状の金型3の左右両側(辺縁部分)では、磁力線方向5と円弧面の法線は90°ではなくなるが、これは矛盾する問題を孕む。即ち、配向磁場を強めると、瓦状の金型3の辺縁部分の配向角がずれて、磁性体の残留磁束密度が低下し、磁性体の性能の均一性が劣化してしまう。配向角と均一性を向上させるためには、配向磁場を弱める必要があるが、それは同様に磁性体の残留磁束密度の低下、性能の均一性の悪化を引き起こす恐れがある。
しかしながら、本発明の製造装置では透磁性板4を用い、且つその寸法及び角度を合理的に設計することで、外部から印加された配向磁場が強まった条件において、瓦形の金型3の磁力線方向と設計値とを一致させることができ、磁性体の残留磁束密度や磁気特性の均一性を向上させることができる。
ここで、透磁性板4の長さLが短すぎる場合、磁力線の補正作用が奏されず、瓦状の辺縁部分の残留磁束密度が依然として中心箇所よりも低いままである一方、Lが長すぎると、瓦状の中心箇所の磁力線が透磁性板4の影響を受けてしまい、中心部の残留磁束密度が低すぎるようになるため、そのサイズと角度の合理的な設計を必要とする。また、透磁性板4の厚みWが大きすぎたり小さすぎたりする影響は、Lの場合と類似する。Wが大きすぎると、磁力線が辺縁部分に傾いてしまい、辺縁部分の残留磁束密度が高すぎるようになる。一方、Wが小さすぎると、磁力線改善効果が奏されない。従って、LとWの範囲は、それぞれWは0.5金型厚≦W≦1.0金型厚を満たし、Lは0.2金型内円弧長≦L≦0.4金型内円弧長を満たし、且つその側面S1と瓦状の金型3の外側面S2が同一平面上に位置することである。
以上説明した本発明の製造工程及び製造装置により、以下実施例1〜3となる焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体を製造し、成形した焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の性能特性を測定した。同時に、本発明による製造方法とは異なる比較例1〜3を用意し、性能の対比を行った。説明の便宜上、本発明の以下の実施例及び比較例は、以下の条件で説明を行う。
即ち、合金粉末の総量を50g、金型の厚みを11mm、内円弧長を40mmとし、金型内の合金粉末に対し様々な磁場を用い、第1次生成による磁性体の密度ρ1を3.4g/cmとし、第2次生成による磁性体の密度ρ2を4.2g/cmとする。ρ1、ρ2の密度値は、金型厚及び磁場の影響を受けず、製造装置による成形圧力によって決定される。なお、同一密度の条件下で、完成した磁性体の性能を対比する。
実施例1
(1)組成(PrNd)32Co1.0Al0.1Cu0.1Ti0.11.0Febaの合金粉末を準備した。
(2)重量W1=20gの合金粉末を秤量した。
(3)秤量した粉末を瓦状の金型に投入した。ここで、金型の厚みは11mm、内円弧長は40mm、透磁性板の長さLは10mm、Wは8mmであった。
(4)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドで金型を押圧した。磁場の大きさは0.1テスラに設定した。
(5)素地の相対密度が3.4g/cmになるように、製造装置に与える成形圧力を調整した。
(6)外部磁場を取り除き、押圧ヘッドを金型から離した。
(7)次にW2=30gの合金粉末を秤量し、再び瓦状の金型に投入した。
(8)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドで金型を押圧した。磁場の大きさは1.0テスラに設定した。
(9)素地の相対密度が4.2g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(10)離型し、素地をアイソスタティックプレスした後に、焼結炉に入れて焼結し、続いて、時効処理炉で時効処理した。
(11)直流磁気特性測定装置とEBSD(電子線後方散乱回折法)のそれぞれで、時効処理後の素地の中心位置及び辺縁位置のΔBr、配向度及び角度差θを測定した。結果は表1に示すとおりである。
実施例2
1回目に秤量した合金粉末及び2回目に秤量した合金粉末の重量は、実施例1と異なるが、総重量は変わらず50gであった。また、1回目の磁場と2回目の磁場も実施例1と異ならせた。詳細は以下のとおりである。
(1)組成(PrNd)32Co1.0Al0.1Cu0.1Ti0.11.0Febaの合金粉末を準備した。
(2)重量W1=25gの合金粉末を秤量した。
(3)秤量した合金粉末を瓦状の金型に投入した。ここで、金型の厚みは11mm、内円弧長は40mm、透磁性板の長さLは10mm、Wは8mmであった。
(4)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドで金型を押圧した。磁場の大きさは0.2テスラに設定した。
(5)素地の相対密度が3.4g/cmになるように、製造装置に与える成形圧力を調整した。
(6)外部磁場を取り除き、押圧ヘッドを金型から離した。
(7)次にW2=25gの合金粉末を秤量し、再び瓦状の金型に投入した。
(8)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドで金型を押圧した。磁場の大きさは1.5テスラに設定した。
(9)素地の相対密度が4.2g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(10)離型し、素地を焼結炉に入れて焼結し、続いて、時効処理炉で時効処理した。
(11)直流磁気特性測定装置とEBSD(電子線後方散乱回折法)のそれぞれで、時効処理後の瓦素地の中心位置及び辺縁位置のΔBr、配向度及び角度差θを測定した。結果は表1に示すとおりである。
実施例3
実施例2との違いは、金型の厚みを10mmから8mmとした点である。詳細は以下のとおりである。
(1)組成(PrNd)32Co1.0Al0.1Cu0.1Ti0.11.0Febaの合金粉末を準備した。
(2)重量W1=25gの合金粉末を秤量した。
(3)秤量した合金粉末を瓦状の金型に投入した。ここで、金型厚は11mm、内円弧長は40mm、透磁性板の長さLは10mm、Wは8mmであった。
(4)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドで金型を押圧した。磁場の大きさは0.2テスラに設定した。
(5)素地の相対密度が3.4g/cmになるように、製造装置に与える成形圧力を調整した。
(6)外部磁場を取り除き、押圧ヘッドを金型から離した。
(7)次にW2=25gの合金粉末を秤量し、再び瓦状の金型に投入した。
(8)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドで金型を押圧した。磁場の大きさは1.5テスラに設定した。
(9)素地の相対密度が4.2g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(10)離型し、素地をアイソスタティックプレスした後に、焼結炉に入れて焼結し、続いて、時効処理炉で時効処理した。
(11)直流磁気特性測定装置とEBSD(電子線後方散乱回折法)のそれぞれで、時効処理後の素地の中心位置及び辺縁位置のΔBr、配向度及び角度差θを測定した。結果は表1に示すとおりである。
比較例1
比較例1は、第1次合金粉末充填及び着磁のみを行い、成形工程における合金粉末の秤量は1回のみであり、採取量は50gである。実施例1と同一環境に置き、金型厚は8mm、内円弧長は40mm、透磁性板の長さLは10mmであり、Wは8mmであった。磁場は1.5テスラで1回のみ印加し、実施例1のT1の値よりも大きいが、T2の数値範囲内にあり、生成密度は4.2g/cmであった。詳細は以下のとおりである。
(1)組成(PrNd)32Co1.0Al0.1Cu0.1Ti0.11.0Febaの合金粉末を準備した。
(2)重量W1=50gの合金粉末を秤量した。
(3)秤量した合金粉末を瓦状の金型に投入した。ここで、金型厚は8mm、内円弧長は40mm、透磁性板の長さLは10mm、Wは8mmであった。
(4)製造装置の上押圧ヘッド、下押圧ヘッドを金型に貼り合わせた。磁場の大きさは1.5テスラに設定した。
(5)素地の相対密度が4.2g/cmになるように、製造装置に与える成形圧力を調整した。
(6)外部磁場を取り除き、押圧ヘッドを金型から離した。
(7)離型し、素地をアイソスタティックプレスした後に、焼結炉に入れて焼結し、続いて、時効処理炉で時効処理した。
(8)直流磁気特性測定装置とEBSD(電子線後方散乱回折法)のそれぞれで、時効処理後の素地の中心位置及び辺縁位置のΔBr、配向度及び角度差θを測定した。結果は表1に示すとおりである。
比較例2
比較例2は、2回の合金粉末充填、着磁及び成形工程を行った。総重量は実施例1と同一であり、実施例1と同一環境に置いた。金型厚は8mm、内円弧長は40mm、Wは8mmであるが、透磁性板の長さLを10mmから30mmに変更し、第1次磁場を1.5テスラとし、生成密度を3.1g/cmとし、実施例1のT1よりも大きな値とした。第2次磁場は1.5テスラとし、T2の数値範囲内とし、生成密度は4.2g/cmとした。詳細は以下のとおりである。
(1)組成(PrNd)32Co1.0Al0.1Cu0.1Ti0.11.0Febaの合金粉末を準備した。
(2)重量W1=20gの合金粉末を秤量した。
(3)秤量した合金粉末を瓦状の金型に投入した。ここで、金型の厚みは11mm、内円弧長は40mm、透磁性板の長さLは30mm、Wは8mmであった。
(4)押圧ヘッドを閉じ、磁場の大きさを1.5テスラに設定した。
(5)素地の相対密度が3.4g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(6)外部磁場を取り除き、押圧ヘッドを持ち上げた。
(7)次にW2=30gの合金粉末を秤量し、再び瓦状の金型に投入した。
(8)押圧ヘッドを閉じ、磁場の大きさを1.5テスラに設定した。
(9)素地の相対密度が4.2g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(10)離型し、素地を焼結炉に入れて焼結し、続いて、時効処理炉で時効処理した。
(11)直流磁気特性測定装置とEBSD(電子線後方散乱回折法)のそれぞれで、時効処理後の素地の中心位置及び辺縁位置のΔBr、配向度及び角度差θを測定した。結果は表1に示すとおりである。
比較例3
比較例3は、2回の合金粉末充填、着磁及び成形工程を行った。合計50gの合金粉末を用い、実施例1と同一環境に置いた。金型厚は8mm、内円弧長は40mmであるが、透磁性板は用いなかった。第1次磁場は0.1テスラとし、実施例1のT1と同一であった。第2次磁場は1.0テスラとし、実施例2のT1と同一であり、生成密度は4.2であった。詳細は以下のとおりである。
(1)組成(PrNd)32Co1.0Al0.1Cu0.1Ti0.11.0Febaの合金粉末を準備した。
(2)重量W1=20gの合金粉末を秤量した。
(3)秤量した合金粉末を瓦状の金型に投入した。ここで、金型厚は11mm、内円弧長は40mm、金型の両側に透磁性板を設けなかった。
(4)押圧ヘッドを閉じ、磁場の大きさを0.1テスラに設定した。
(5)素地の相対密度が3.4g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(6)外部磁場を取り除き、押圧ヘッドを持ち上げた。
(7)次にW2=30gの合金粉末を秤量し、再び瓦状の金型に投入した。
(8)押圧ヘッドを閉じ、磁場の大きさを1.0テスラに設定した。
(9)素地の相対密度が4.2g/cmになるように、成形圧力を調整した。
(10)離型し、素地を焼結炉に入れて焼結し、続いて、時効処理炉で時効処理した。
(11)直流磁気特性測定装置とEBSD(電子線後方散乱回折法)のそれぞれで、時効処理後の素地の中心位置及び辺縁位置のΔBr、配向度及び角度差θを測定した。結果は表1に示すとおりである。
実施例1、2、3及び比較例1、2、3から得られた同一密度の磁性体の磁気特性、配向度及び角度差θの測定結果を表1に示す。
Figure 2021097224
各実施例と各比較例との比較から、本発明の製造方法及び装置によって製造されたラジアル配向された瓦状磁性体は、全体として磁気特性の均一性が向上し、各位置における配向角度のずれを低減できる。また、磁性体の配向度も大幅に改善され、磁性体全体の磁力線の分布は、予測モデルとほぼ一致した。
1 第1透磁ブロック
2 モールド本体
3 金型
4 透磁性板
5 磁力線方向
6 内円弧面
7 第2透磁ブロック
8 外円弧面

Claims (11)

  1. ラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置であって、
    非透磁性のモールド本体、金型、透磁性ユニット、透磁性板を含み、
    前記モールド本体の内部に前記金型が設置され、前記金型は瓦状であり、両側面はいずれも湾曲した円弧面であり、内円弧面は内側に凹んだ円弧面であり、外円弧面は外側に突出した円弧面であり、
    前記透磁性ユニットは、前記金型の両側に位置する二つの透磁性ブロックで構成され、第1透磁性ブロックは前記金型の前記内円弧面側に位置し、第2透磁性ブロックは前記金型の前記外円弧面側に位置し、前記第1透磁性ブロック、瓦状の前記金型、及び前記第2透磁性ブロックの中心点は同一直線上に位置し、
    瓦状の前記金型の前記外円弧面と前記第2透磁性ブロックとの間には、対称に配置される2枚の透磁性板が設置される、
    ことを特徴とするラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置。
  2. 前記第1透磁性ブロックの前記内円弧面に対向する面は円弧状であり、
    当該円弧状の曲率半径は、瓦状の前記金型の内円弧面の曲率半径よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項1に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置。
  3. 前記第2透磁性ブロックの前記外円弧面に対向する面は屈曲しており、当該屈曲角度は90°であり、
    瓦状の前記金型は、前記第2透磁性ブロックの屈曲面で放射された空間内に位置する、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置。
  4. 二つの前記透磁性板は、瓦状の前記金型の前記外円弧面の両端にそれぞれ位置し、且つ、各前記透磁性板の中心点は、瓦状の前記金型の半径の延長線上に位置する、
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置。
  5. 前記透磁性板の厚みWは、0.5金型厚≦W≦1.0金型厚の関係を満たし、
    その長さLは、0.2内円弧長≦L≦0.4内円弧長の関係を満たし、内円弧長は、瓦状の前記金型の前記内円弧面の長さであり、瓦状の前記金型の直線部が存在する面は、前記透磁性板の外側面と同一平面であり、
    前記金型の厚み5mm〜25mmである、
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置。
  6. 前記製造装置は、上押圧ヘッド、下押圧ヘッドを更に含み、前記上押圧ヘッドは瓦状の前記金型の直上に位置し、前記下押圧ヘッドは瓦状の前記金型の直下に位置する、
    ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造装置。
  7. ラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造方法であって、
    (工程1)スリップキャスト法によってNd−Fe−B系合金薄片を製造し、Nd−Fe−B系合金薄片を水素化処理工程、ジェットミル工程を経てNd−Fe−B系合金粉末とし、
    (工程2)前記Nd−Fe−B系合金粉末をラジアル配向用の金型に入れ、粉末充填、着磁及び成形工程を以下の2回行うものであり、
    (工程2―1)第1次粉末充填、着磁及びプリプレスであって、必要な重量W1の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を秤量し、これを直流磁場プレス機内に設置した前記金型に投入し、磁場及び成形圧力を調整して第1次素地を形成し、
    (工程2−2)第2次合金粉末充填、着磁及び最終成形であって、必要な重量W2の焼結Nd−Fe−B系合金粉末を秤量し、これを前記第1次素地が入った状態の前記直流磁場プレス機内の前記金型に投入し、磁場及び成形圧力を調整し、第2次素地を形成し、
    (工程3)上記2回の成形及び配向後の素地を焼結処理及び時効処理し、必要なラジアル配向を行った前記焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体を作成する、
    ことを特徴とするラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造方法。
  8. 前記(工程2―1)における前記第1次合金粉末充填における重量W1は、0.2M≦W1≦0.5Mの関係式を満たし、Mは最終的に完成した素地の重量であり、
    前記第1次着磁の磁場T1は、0.1テスラ≦T1≦0.3テスラの関係式を満たし、
    前記プリプレス後の素地の密度ρ1は、0.8ρ≦ρ1≦0.9ρの関係式を満たし、ここで、ρは焼結前の素地の相対密度であり、3.8g/cm≦ρ≦4.5g/cmの関係式を満たす、
    ことを特徴とする請求項7に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造方法。
  9. 前記(工程2―2)における前記第2次合金粉末充填の重量W2はM−W1であり、最終成形した磁場は、0.3テスラ<T2≦2.5テスラであり、最終成形した素地の密度はρ2=ρである、
    ことを特徴とする請求項7又は8に記載のラジアル配向焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の製造方法。
  10. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の製造装置、又は請求項7ないし9のいずれか1項に記載の製造方法、のいずれかによって製造されたことを特徴とするラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体。
  11. 前記焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体は、磁性体におけるNdFe14B主相の配向度が92%以上であり、ラジアル配向の配向角度と目標値との偏差は、Δθ≦1°であり、前記焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体の磁性体全体における残留磁束密度の偏差は、ΔBr≦2%である、
    ことを特徴とする請求項10に記載のラジアル配向された焼結Nd−Fe−B系瓦状磁性体。
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