JP2024054785A - Molding Method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、成形方法に関する。本開示は、特に、磁性粉末を含有する原材料粉末の成形方法に関する。 This disclosure relates to a molding method. In particular, this disclosure relates to a molding method for raw material powders that contain magnetic powders.
永久磁石には、等方性磁石と異方性磁石がある。異方性磁石は、等方性磁石と比べて、残留磁化が高い。このことから、高い残留磁化を必要とする用途には、異方性磁石が用いられることが一般的であり、様々な異方性付与方法が検討されている。 There are two types of permanent magnets: isotropic magnets and anisotropic magnets. Anisotropic magnets have a higher residual magnetization than isotropic magnets. For this reason, anisotropic magnets are generally used in applications that require high residual magnetization, and various methods of imparting anisotropy are being investigated.
例えば、特許文献1には、サマリウム-鉄-窒素系希土類磁石に異方性を付与するため、温間での圧縮成形の前に、予め、常温で、サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末に、磁場を印加しながら予備成形するか、温間での圧縮成形中に磁場を印加することが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses that in order to impart anisotropy to a samarium-iron-nitrogen rare earth magnet, a magnetic field is applied to the samarium-iron-nitrogen magnetic powder at room temperature prior to warm compression molding, and a magnetic field is applied during warm compression molding.
磁性粉末を含有する原材料粉末に、磁場を印加しながら、その原材料粉末を圧縮成形するには、プレス成形機に磁場印加コイルを付加した装置を使用することが一般的である。しかし、原材料粉末中の磁性粉末を、磁気的に充分に配向するためには、大型の磁場印加コイルを使用する必要があり、装置全体が大型化する、という課題が生じる。 To apply a magnetic field to raw material powder containing magnetic powder while compressing the raw material powder, it is common to use a press molding machine equipped with a magnetic field application coil. However, to sufficiently magnetically orient the magnetic powder in the raw material powder, it is necessary to use a large magnetic field application coil, which creates the problem of the overall size of the device.
本開示は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本開示は、磁性粉末を含有する粉末を、簡便かつ効率よく配向可能な成形方法を提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve the above problems. In other words, the purpose of this disclosure is to provide a molding method that can easily and efficiently orient powder containing magnetic powder.
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の磁場成形方法を完成させた。本開示の成形方法は、次の態様を含む。 The inventors have conducted intensive research to achieve the above-mentioned objective, and have completed the magnetic field molding method disclosed herein. The molding method disclosed herein includes the following aspects.
すなわち、本開示の成形方法は、
キャビティを有するダイスと、前記キャビティ内を摺動するパンチを準備すること、
前記キャビティ内に、磁性粉末を含有する原材料粉末を装入すること、及び
前記ダイスの外側から前記原材料粉末に磁場を印加しつつ、前記パンチで前記原材料粉末を圧縮成形すること、
を含み、
前記ダイスの一部を軟磁性材料で構成し、残部を非磁性材料で構成し、かつ、
前記ダイスの前記軟磁性材料で構成した部分を、前記キャビティの周方向の一部において、前記キャビティを直接又は間接的に挟んで対向させる、成形方法である。
That is, the molding method of the present disclosure is
Providing a die having a cavity and a punch sliding within the cavity;
Charging raw material powder containing magnetic powder into the cavity; and compressing and molding the raw material powder with the punch while applying a magnetic field to the raw material powder from the outside of the die.
Including,
A part of the die is made of a soft magnetic material and the remaining part is made of a non-magnetic material; and
This is a molding method in which a portion of the die made of the soft magnetic material is opposed to the cavity directly or indirectly in a circumferential portion of the cavity.
本開示によれば、キャビティ内に磁極を集中することができ、磁性粉末を含有する粉末を、簡便かつ効率よく配向可能な成形方法を提供することができる。 This disclosure provides a molding method that can concentrate magnetic poles within a cavity and orient powder containing magnetic powder simply and efficiently.
以下、本開示の成形方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の成形方法を限定するものではない。ここでは、先ず、本開示の成形方法によれば、磁性粉末を含有する粉末を、簡便かつ効率よく配向可能な理由に関し、本開示者らが得た知見について、図面を用いて説明する。 Below, an embodiment of the molding method of the present disclosure will be described in detail. Note that the molding method of the present disclosure is not limited to the embodiment described below. First, the findings of the present inventors regarding the reason why the molding method of the present disclosure allows for easy and efficient orientation of powder containing magnetic powder will be explained using drawings.
図1は、本開示の成形方法で用いる成形装置の一例について、その概要を模式的に示す説明図である。成形装置100は、パンチ10、ダイス20、及び磁場印加コイル30を備える。
Figure 1 is an explanatory diagram showing a schematic overview of an example of a molding device used in the molding method of the present disclosure. The
本開示の成形方法は、キャビティ40を有するダイス20と、キャビティ40内を摺動するパンチ10を準備し、キャビティ40内に磁性粉末を含有する原材料粉末50を装入し、それをパンチ10で圧縮成形する。原材料粉末50の圧縮成形は、ダイス20の外側から、磁場印加コイル30を用いて、原材料粉末50に磁場を印加しつつ行う。これにより、原材料粉末50中の磁性粉末を磁気的に配向させる。しかし、従来の成形方法では、磁性粉末の配向が充分でない場合があった。この場合、印加する磁場の大きさを増加することが考えられるが、磁場印加コイルが大型化し、磁場印加に要する電力も増加する。
The molding method of the present disclosure includes preparing a
キャビティ40内の原材料粉末50に印加する磁場の大きさを増加するため、ダイス20に印加する磁場の大きさはそのままに、ダイス20自体を磁化することが考えられる。その際、例えば、ダイス20について、キャビティ40の周方向の全部を軟磁性材料で構成すると、かえって、キャビティ40内の磁場が低下する。これは、キャビティ40内の磁極が減少するためと考えられる。
In order to increase the strength of the magnetic field applied to the
そこで、ダイスの一部を軟磁性材料で構成し、残部を非磁性材料で構成し、かつ、ダイスの軟磁性材料で構成した部分を、キャビティの周方向の一部において、キャビティを直接又は間接的に挟んで対向させると、キャビティ40内の磁極が集中する。その結果、キャビティ40内で、原材料粉末50中の磁性粉末が充分に配向することを、本開示者らは知見した。
Therefore, if a part of the die is made of a soft magnetic material and the remaining part is made of a non-magnetic material, and the part of the die made of the soft magnetic material is placed opposite the cavity directly or indirectly in a part of the circumferential direction of the cavity, the magnetic poles in the
これまで説明してきた知見等によって完成された、本開示の成形方法の構成要件を、次に説明する。 The following describes the constituent elements of the molding method disclosed herein, which was completed based on the findings and other information discussed so far.
《成形方法》
本開示の成形方法は、成形型準備工程、原材料粉末装入工程、及び圧縮成形工程を含む。以下、それぞれの工程について説明する。
Molding method
The molding method of the present disclosure includes a mold preparation step, a raw material powder charging step, and a compression molding step. Each step will be described below.
〈成形型準備工程〉
先ず、本開示の成形方法で使用する成形型を準備する。本開示の成形方法で用いる成形型は、典型的には、図1に示したように、パンチ10及びダイス20を備える。
<Mold preparation process>
First, a mold for use in the molding method of the present disclosure is prepared. The mold for use in the molding method of the present disclosure typically includes a
図2は、本開示の成形方法で用いるダイスの一例を模式的に示す断面図である。図2に示した例では、ダイス20は、外型60及び内型70を有し、内型70は一対の第一分割型72及び一対の第二分割型74を備える。そして、内型70でキャビティ40を形成する。また、図2の表裏方向に摺動するパンチ10(図1、参照)を準備する。
Figure 2 is a cross-sectional view showing a schematic example of a die used in the molding method of the present disclosure. In the example shown in Figure 2, the die 20 has an
図2に示した例では、一対の第一分割型72のみを軟磁性材料で構成し、それ以外(残部)を非磁性材料で構成する。これにより、ダイス20の一部(一対の第一分割型72)を、キャビティ40の周方向の一部で、キャビティ40を直接的に挟んで対向させる。これにより、磁場の印加時に、キャビティ40内に磁極を集中することができる。
In the example shown in FIG. 2, only the pair of
図2に示した例では、ダイス20は、外型60及び内型70を有するが、これに限られず、例えば、外型60と一対の第二分割型74とを一体の非磁性材料で構成してもよい。
In the example shown in FIG. 2, the die 20 has an
非磁性材料としては、特に制限はないが、非磁性超硬材料か好ましい。非磁性超硬材料であれば、ダイス20を構成する型同士が接触すること、あるいは、キャビティ40の内面で、原材料粉末50中の硬質な磁性粉末とダイス20が接触することによって、ダイス20が摩耗することを抑制することができる。
There are no particular limitations on the non-magnetic material, but a non-magnetic superhard material is preferable. A non-magnetic superhard material can prevent the
軟磁性材料としては、特に制限はないが、例えば、パーメンジュール、純鉄、ケイ素鋼、及びパーマロイ等が挙げられる。キャビティ40内に磁極を集中させる観点からは、パーメンジュールが好ましい。
There are no particular limitations on the soft magnetic material, but examples include permendur, pure iron, silicon steel, and permalloy. From the perspective of concentrating the magnetic poles within the
図3は、本開示の成形方法で用いるダイスの別の一例を模式的に示す断面図である。図3に示した例でも、図2で示した例と同様に、一対の第一分割型72のみを軟磁性材料で構成し、それ以外(残部)を非磁性材料で構成する。図2に示した例との相違点は、ダイス20の一部(一対の第一分割型72)が、キャビティ40を間接的に挟んで対向する点である。これにより、第一分割型72が、硬質の磁性粉末を含有する原材料粉末50と接触しないため、高価な軟磁性材料で構成する第一分割型72が摩耗し難くなる。図3に示した例では、第二分割型74を一体で構成しているが、これに限られず、例えば、第二分割型74をさらに分割してもよいし、あるいは、外型60と第二分割型74を一体で構成してもよい。
3 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of another example of a die used in the molding method of the present disclosure. In the example shown in FIG. 3, as in the example shown in FIG. 2, only the pair of
〈原材料粉末装入工程〉
キャビティ40内に磁性粉末を含有する原材料粉末50を装入する。磁性粉末に、特に制限はない。磁性粉末としては、例えば、フェライト系磁性粉末、ネオジム系磁性粉末、サマリウム-コバルト系磁性粉末、及びサマリウム-鉄-窒素系磁性粉末等が挙げられる。磁性粉末が、大きな異方性磁界を有すると、磁性粉末の配向に大きな磁場の印加を必要とする。このことから、本開示の成形方法は、サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末の成形に、特に有利である。これは、サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末は、磁性粉末の中でも、非常に大きな異方性磁界を有するためである。
<Raw material powder charging process>
原材料粉末は、磁性粉末以外の物質を含有していてもよい。このような物質は、典型的には、ボント材料及び改質材料である。所謂ボンド磁石を得る場合には、原材料粉末は、樹脂ボンド材料を含有してよい。 The raw material powder may contain substances other than magnetic powder. Such substances are typically bond materials and modifier materials. When obtaining a so-called bonded magnet, the raw material powder may contain a resin bond material.
磁性材料が、サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末である場合には、原材料粉末は、改質材粉末を含有してもよい。サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末は、Th2Zn17型、Th2Ni17型、TbCu7型及びの少なくともいずれかの結晶構造を有する磁性相を含有する。この磁性相は、その内部に、侵入型又は置換型で窒素を含有することによって、磁性を発現する。また、サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末中には、保磁力が低下する原因となるα-Fe相が存在する。改質材粉末は、本開示の成形方法で得た成形体を低温加圧焼結する際に、磁性相中の窒素を乖離することなく、α-Fe相を無害化する。このような改質材粉末としては、例えば、亜鉛粉末及び亜鉛合金粉末等が挙げられる。 When the magnetic material is a samarium-iron-nitrogen magnetic powder, the raw material powder may contain a modifier powder. The samarium-iron-nitrogen magnetic powder contains a magnetic phase having at least one of the crystal structures of Th 2 Zn 17 type, Th 2 Ni 17 type, and TbCu 7 type. This magnetic phase exhibits magnetism by containing nitrogen in an interstitial or substitutional form inside. In addition, the samarium-iron-nitrogen magnetic powder contains an α-Fe phase that causes a decrease in coercive force. The modifier powder renders the α-Fe phase harmless without dissociating the nitrogen in the magnetic phase when the compact obtained by the molding method of the present disclosure is subjected to low-temperature pressure sintering. Examples of such modifier powder include zinc powder and zinc alloy powder.
〈圧縮成形工程〉
ダイス20の外側から原材料粉末50に磁場を印加しつつ、パンチ10で原材料粉末50を圧縮成形する。これによって、原材料粉末50中の磁性材料が、磁気的に配向する。
Compression Molding Process
The
印加する磁場の大きさは、成形体の大きさ(キャビティ40の大きさ)及び磁性粉末の異方性磁界の大きさ等を考慮して適宜決定すればよい。印加する磁場の大きさは、例えば、0.1T以上、0.3T以上、又は0.5T以上であってよく、2.0T以下、1.5T以下、又は1.0T以下であってよい。 The magnitude of the magnetic field to be applied may be appropriately determined taking into consideration the size of the compact (size of the cavity 40) and the magnitude of the anisotropic magnetic field of the magnetic powder. The magnitude of the magnetic field to be applied may be, for example, 0.1 T or more, 0.3 T or more, or 0.5 T or more, and may be 2.0 T or less, 1.5 T or less, or 1.0 T or less.
磁場の印加方法に特に制限はないが、典型的には、図1に示したように、ダイス20の外周に磁場印加コイルを配置して、磁場を印加する。
There are no particular limitations on the method of applying the magnetic field, but typically, as shown in Figure 1, a magnetic field is applied by placing a magnetic field applying coil around the outer periphery of the
磁場の印加方向に特に制限はないが、キャビティ40内に効率よく磁極を集中させる観点からは、磁場の印加方向は、一対の第一分割型72の対向方向に対して、-15°以上、-10°以上、-5°以上であってよく、15°以下、10°以下、又は5°以下であってよく、磁場の印加方向は、一対の第一分割型72の対向方向が理想である。
There are no particular limitations on the direction in which the magnetic field is applied, but from the viewpoint of efficiently concentrating the magnetic poles within the
圧縮成形圧力は、例えば、5MPa以上、10MPa以上、50MPa以上、100MPa以上、又は150MPa以上であってよく、1500MPa以下、1000MPa以下、又は500MPa以下であってよい。 The compression molding pressure may be, for example, 5 MPa or more, 10 MPa or more, 50 MPa or more, 100 MPa or more, or 150 MPa or more, and may be 1500 MPa or less, 1000 MPa or less, or 500 MPa or less.
以下、本開示の成形方法を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の成形方法は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。 The molding method of the present disclosure will be explained in more detail below with reference to examples and comparative examples. Note that the molding method of the present disclosure is not limited to the conditions used in the following examples.
《試料の準備》
次の要領で、各試料を準備した。
<Sample preparation>
Each sample was prepared as follows.
〈実施例1~2〉
サマリウム-鉄-窒素系磁性粉末に亜鉛粉末を混合し、その混合粉末を、図2に示したダイスを用いて成形体を得て、その成形体を低温加圧焼結して、実施例1~2の試料を得た。一対の第一分割型72は、パーメンジュール製であり、それ以外は非磁性超硬材料製であった。混合粉末全体に対する亜鉛粉末の配合量は、10質量%であった。混合粉末は、50MPaで圧縮成形した。圧縮成形時に印加した磁場(外部磁場)は表1に示すとおりであった。低温加圧焼結は、400℃、1GPaで行った。
Examples 1 and 2
Samarium-iron-nitrogen magnetic powder was mixed with zinc powder, the mixed powder was molded using the die shown in FIG. 2, and the molded body was subjected to low-temperature pressure sintering to obtain samples of Examples 1 and 2. The pair of first split dies 72 was made of permendur, and the rest was made of non-magnetic superhard material. The amount of zinc powder mixed with respect to the entire mixed powder was 10 mass %. The mixed powder was compression molded at 50 MPa. The magnetic field (external magnetic field) applied during compression molding was as shown in Table 1. The low-temperature pressure sintering was performed at 400° C. and 1 GPa.
〈実施例3〉
図3に示したダイスを用いたこと、一対の第一分割型72が、純鉄製であること以外、実施例2と同様にして、実施例3の試料を作成した。
Example 3
A sample of Example 3 was produced in the same manner as Example 2, except that the die shown in FIG. 3 was used and the pair of first split dies 72 was made of pure iron.
〈比較例1~2〉
一対の第一分割型72も非磁性超硬材料製であること、すなわち、ダイス20がすべて非磁性超硬材料製であること、圧縮成形時に印加した磁場が表1に示すとおりであること以外、実施例1と同様にして、比較例1~2の試料を得た。
Comparative Examples 1 and 2
The samples of Comparative Examples 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the pair of
《評価》
各試料について、東英工業株式会社製パルスBHトレーサを用いて配向度を測定した。結果を表1に示す。
"evaluation"
The degree of orientation of each sample was measured using a pulse BH tracer manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd. The results are shown in Table 1.
表1から、ダイスの所定位置に軟磁性材料を配した実施例1~3の試料は、比較例1~2の試料よりも、配向度が高いことを理解できる。実施例3の試料では、軟磁性材料として純鉄を選択したため、実施例1~2と比べて配向度が低下しているが、比較例1~2よりは配向度が高いことを理解できる。 From Table 1, it can be seen that the samples of Examples 1 to 3, in which the soft magnetic material is placed at a specified position on the die, have a higher degree of orientation than the samples of Comparative Examples 1 and 2. In the sample of Example 3, pure iron was selected as the soft magnetic material, so the degree of orientation is lower compared to Examples 1 and 2, but it can be seen that the degree of orientation is higher than that of Comparative Examples 1 and 2.
参考までに、実施例3について、一対の第一分割型72を純鉄製からパーメンジュール製に変更して、キャビティ40の中心磁場をシミュレーションプログラムで算出したところ、2.3Tであった。この値は、同様に、ダイス20の外側から1.5Tの磁場を印加した実施例2の場合と比較して低い。これは、実施例3では、一対の第一分割型72が、キャビティ40を間接的に挟んで対向している、すなわち、一対の第一分割型72の先端がキャビティ40から離れていることから、キャビティ40内の磁極が減少したためと考えられる。しかし、実施例3のように、一対の第一分割型72が純鉄製であり、かつ、キャビティ40を間接的に挟んで対向している場合でも、比較例1~2よりも良好な配向度を示している。これらのことから、一対の第一分割型72が比較的安価な純鉄製であり、また、一対の第一分割型72がキャビティ40を間接的に挟むことで、キャビティ面は高耐摩耗性の非磁性超硬材料製の第二分割型74にできることは、実用上、非常に有利である。
For reference, in Example 3, the pair of first split dies 72 was changed from pure iron to permendur, and the central magnetic field of the
10 パンチ
20 ダイス
30 磁場印加コイル
40 キャビティ
50 原材料粉末
60 外型
70 内型
72 第一分割型
74 第二分割型
100 成形装置
Claims (1)
前記キャビティ内に、磁性粉末を含有する原材料粉末を装入すること、及び
前記ダイスの外側から前記原材料粉末に磁場を印加しつつ、前記パンチで前記原材料粉末を圧縮成形すること、
を含み、
前記ダイスの一部を軟磁性材料で構成し、残部を非磁性材料で構成し、かつ、
前記ダイスの前記軟磁性材料で構成した部分を、前記キャビティの周方向の一部において、前記キャビティを直接又は間接的に挟んで対向させる、
成形方法。 Providing a die having a cavity and a punch sliding within the cavity;
Charging raw material powder containing magnetic powder into the cavity; and compressing and molding the raw material powder with the punch while applying a magnetic field to the raw material powder from the outside of the die.
Including,
A part of the die is made of a soft magnetic material and the remaining part is made of a non-magnetic material; and
The portion of the die made of the soft magnetic material is opposed to the cavity in a circumferential part of the cavity, directly or indirectly sandwiching the cavity therebetween.
Molding method.
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2022
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