JP4134616B2 - プレス装置および磁石の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末プレス装置および磁石の製造方法に関し、特に、希土類焼結磁石の製造方法およびそれに用いられる粉末プレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、希土類焼結磁石として、希土類・コバルト系磁石と希土類・鉄・ボロン系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。なかでも希土類・鉄・ボロン系磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系磁石」と称する。ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏおよび／またはＮｉとの混合物、Ｍは添加元素（例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種）、Ｂはボロンまたはボロンと炭素との混合物である。）は、種々の磁石の中で最も高い最大磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用されている。
【０００３】
希土類焼結磁石の用途が広がるにつれ、多種多様な形状を持つ磁石を製造することが求められる。例えば高性能モータを製造するには、湾曲した面を持つ強力な異方性磁石が複数個必要である。このような異方性磁石を製造するには、磁界中で配向させた磁性粉末をプレスして、所望形状を持つ粉末成形体を作製する必要がある。モータ等の高性能の回転機には、断面がＣ字形または弓形の形状を持つ薄板磁石が複数個使用されている。回転機の性能を向上させるためには、磁石の磁力を強くするだけでは不充分であり、磁石の形状および磁石表面近傍における磁界の分布を設計通りのものとする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、プレス装置における一対のパンチの加圧面（プレス面）の形状を湾曲させて、それによって粉末成形体の所望の湾曲面を付与してきた。従来のパンチは例えば超硬合金（例えばＷＣ−Ｎｉ系）を用いて形成され、加圧面は鏡面加工されている。
【０００５】
しかしながら、本発明者の実験によると、配向磁界中で磁性粉末を一軸プレスする際に、加圧面に鏡面加工された曲面が存在すると、磁性粉末の配向に乱れが生じ、その結果、充分な磁石特性が発揮されないことがわかった。この問題は、特に、プレス方向と配向磁界の向きが略同一方向である場合に顕著である。
【０００６】
配向乱れが生じた成形体から永久磁石を作製し、その永久磁石によってモータを製造すると、モータのトルクに無視できないレベルのコギング（cogging）が発生してしまう。コギングトルクは、モータの磁気回路中の磁気抵抗がロータの回転位置に応じて変化することが原因で生じるトルク変動である。このトルク変動の大きさは通常小さいが、パワーステアリングなどのモータにトルクコギングが現れると、操作者によって敏感に感知されるという問題がある。このコギングトルクは、磁石の凸側（モータのコイル対向面側）において配向乱れが発生している場合により顕著となる。
【０００７】
磁界によって配向させられた磁石粉末を一軸プレスする際に、磁性粉末の配向に乱れが生じるという上述の問題は、加圧面が湾曲している場合に限られず、一対の加圧面のうちのいずれか一方が、プレス方向に対して傾斜した領域を含む場合に発生し、種々の形状の磁石の製造において発生する。
【０００８】
また、磁性粉末をキャビティに充填する方法として、摺り切り法が広く用いられている。例えば特開２０００−２４８３０１号公報に記載されているように、フィーダボックス（またはフィーダカップ）をキャビティ上にスライドさせ、フィーダボックス内の粉末の自重を利用してキャビティ内に充填し、フィーダボックス１３内に設けたアジテータ（または「シェーカー」とも呼ばれる）などの加圧手段で充填され磁性粉末の上部を下方に加圧していた（例えば、特開２０００−２４８３０１号公報参照）。
【０００９】
この摺り切り法を用いて充填された磁性粉末の表面は、ダイの表面（すなわちキャビティの底面）と平行にならず、アジテータの移動方向（またはフィーダボックスの移動方向）に沿って傾斜したり、うねりが形成されることがある。このような場合には、互いに平行な加圧面で磁性粉末をプレスする場合においても、上側加圧面（上パンチの表面）の少なくとも一部の領域は、磁性粉末の表面に対して傾斜した状態で接することになる。このような状態で、磁界配向させられた磁性粉末をプレスすると、上述したのと同様に、磁性粉末の圧縮に伴う移動によって加圧面の近傍の磁性粉末粒子の配向が乱れるという問題が発生する。
【００１０】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁性粉末の配向の乱れが抑制された磁性粉末成形体の作製に適したプレス装置を提供することおよび、磁性粉末の配向の乱れが抑制された磁石の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプレス装置は、キャビティを形成する貫通孔を有するダイと、前記キャビティ内に充填された磁性粉末をプレスするための第１加圧面および第２加圧面と、前記キャビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加する磁界発生手段とを備えたプレス装置であって、前記第１および第２加圧面の少なくとも一方の加圧面は、ビッカース硬度が２００超４５０以下の第１の材料で形成された第１領域を有することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１２】
前記少なくとも一方の加圧面は、前記第１の材料よりもビッカース硬度が高い第２の材料で形成された第２領域をさらに有してもよい。
【００１３】
ある実施形態において、前記少なくとも一方の加圧面は、プレス方向に対して傾斜した領域を含む。
【００１４】
前記第１および第２の材料の透磁率は、１．０１以下であることが好ましく、１．００１以下であることが更に好ましい。
【００１５】
前記第１の材料は、ＢｅＣｕ合金であることが好ましい。
【００１６】
前記ＢｅＣｕ合金は、９６．９質量％以上９８．２質量％以下のＣｕと、１．６質量％以上２．０質量％以下のＢｅを含むことが好ましい。
【００１７】
ある実施形態において、前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である。
【００１８】
本発明による磁石の製造方法は、磁性粉末を用意するする工程と、前記磁性粉末をキャビティ内に充填する工程と、前記キャビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加することによって、前記磁性粉末を配向させる工程と、前記配向させられた磁性粉末を互いに対向する一対の加圧面の間で一軸プレスすることによって成形体を形成する工程であって、前記一対の加圧面の少なくとも一方は、前記充填された磁性粉末の表面および／またはプレス方向に対して傾斜した領域を含み、前記少なくとも一方の加圧面は、ビッカース硬度が２００超４５０以下の第１の材料で形成された第１領域を有する、一軸プレス工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
前記少なくとも一方の加圧面は、前記第１の材料よりもビッカース硬度が高い第２の材料で形成された第２領域をさらに有してもよい。
【００２０】
前記第１および第２の材料の透磁率は、１．０１以下であることが好ましく、１．００１以下であることが更に好ましい。
【００２１】
前記第１の材料は、ＢｅＣｕ合金であることが好ましい。
【００２２】
前記ＢｅＣｕ合金は、９６．９質量％以上９８．２質量％以下のＣｕと、１．６質量％以上２．０質量％以下のＢｅを含むことが好ましい。
【００２３】
ある実施例において、前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である。
【００２４】
前記一軸プレス工程は、断面がＣ字形または弓形の成形体を形成する工程であってもよい。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記磁性粉末は、摺り切り法によって前記キャビティに充填される。前記磁性粉末の平均粒径（ＦＳＳＳ粒径）は２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
ある実施形態において、前記配向磁界の方向は、前記プレス方向に平行である。前記配向磁界の強度は、０．５ＭＡ／ｍ以上２．０ＭＡ／ｍ以下であることが好ましい。前記配向磁界は、静磁界であっても良いし、パルス磁界であってもよい。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記磁性粉末は、希土類合金粉末を含む。
【００２８】
本発明によるモータは、上記のいずれかの製造方法によって製造された磁石を備える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明によるプレス装置は、キャビティ内で磁界配向させられた磁性粉末粒子を加圧する一対の加圧面の内の少なくとも一方の加圧面がビッカース硬度が２００超４５０以下の材料（第１の材料）で形成された領域（第１領域）を有している。加圧面の第１領域は上記の範囲の硬度を有するので、磁性粉末粒子を加圧する際の力によって塑性変形し、加圧面の第１領域に磁性粉末粒子の形状に対応した微小な凹凸が形成される。加圧面の第１領域に形成された微小な凹凸は、磁性粉末粒子を捕らえて、その移動を妨げるように作用する。従って、配向乱れが生じやすい領域の加圧面を第１領域とすれば、加圧面の第１領域の近傍の磁性粉末粒子の配向乱れが抑制され、成形体内の粉末粒子を配向磁界の方向に平行に揃えることができる。少なくとも一方の加圧面が第１領域を有していればよく、第１領域以外の領域（第２領域）は第１の材料よりもビッカース硬度が高い材料（第２の材料）で形成してもよい。
【００３０】
加圧面の近傍の磁性粉末粒子の配向乱れは、磁気的相互作用によって成形体内部の磁性粉末粒子にまで影響し、成形体内部の粉末粒子の配向方向が配向磁界の向きとは平行でなくなり、最終的な焼結磁石の磁気特性の低下を招くが、本発明によると、磁性粉末粒子の配向乱れを防止することができる。
【００３１】
特に、配向磁界の方向とプレス方向とが一致する、いわゆる平行プレスにおいては、加圧面からの力によって、磁性粉末粒子は、プレス方向と直交する方向に移動させられやすく、その結果生じる配向乱れが焼結磁石の磁気特性に与える影響も大きいので、本発明のプレス装置を用いる効果が大きい。
【００３２】
キャビティ内に充填された磁性粉末粒子が加圧面から受ける力によって移動しやすいのは、加圧面がプレス方向に対して傾斜した領域を有する場合、例えば、加圧面がプレス方向に対して傾斜した面である場合や、湾曲した面である場合である。なお、「加圧面がプレス方向に対して傾斜している」とは加圧面がプレス方向に直交していないことを意味する。
【００３３】
特に、モータ用焼結磁石など、断面がＣ字形や弓形の形状を有するの成形体を製造する場合、一対の加圧面の両方が湾曲面であり、且つ、加圧面の形状（プレス方向における断面形状）は互いに異なるので、両方の加圧面において配向乱れが発生しやすい。このような場合には、両方の加圧面を上記範囲のビッカース硬度を有する材料で形成することが好ましい。
【００３４】
一対の加圧面が互いに平行な平坦な面であっても、キャビティ内に充填された磁性粉末の表面が平坦でない場合には、加圧面が磁性粉末の表面に対して傾斜した状態で接することになるが、上記の範囲のビッカース硬度を有する材料で形成された加圧面を用いることによって、磁性粉末粒子の配向乱れを抑制することができる。従って、量産性に優れた摺り切り法を用いて磁性粉末材料をキャビティに充填した場合などに本発明の効果が得られる。
【００３５】
なお、加圧面を形成している材料のビッカース硬度が４５０を超えると、十分に塑性変形することができず、配向乱れを抑制する効果が十分に得られなくなるおそれがある。また、ビッカース硬度が２００以下であると成形体の外形が所定の形状からずれるので、成形体の外形を整えるための後加工に要する時間が増えたり、あるいは、加圧面の寿命が短くなるなどの問題が発生するおそれがある。成形体の形状精度、パンチ（加圧面）の寿命などを考慮すると、ビッカース硬度が２５０以上の材料を用いることがさらに好ましい。
【００３６】
加圧面を透磁率が１．０１以下の材料を用いて形成すると、この材料によって配向磁界が影響されないので、所定の方向の配向磁界をキャビティ内の磁石粉末に印加することができる。加圧面を形成する材料の透磁率は、１．００１以下であることが更に好ましい。これに対し、例えば、ＳＵＳ３０４（透磁率１．０２〜１．０６程度）を用いると、磁束密度がキャビティの中央部で高くなり、この部分に磁石粉末が集まり、配向乱れが発生しやすくなる。ＢｅＣｕ合金、特に、９６．９質量％以上９８．２質量％以下のＣｕと、１．６質量％以上２．０質量％以下のＢｅを含むＢｅＣｕ合金を好適に用いることができる。
【００３７】
ＢｅＣｕ合金は、超硬合金に比べ安いという利点もある。また、加圧面はプレス過程で塑性変形するので、その面を鏡面加工する必要が無く、放電加工等による形状加工肌の材料をそのまま用いることができるので、さらにコストを低減することができる。また、ＢｅＣｕは機械加工性に優れるので、少量多品種の磁石を製造するためのパンチの材料に適している。なお、ＢｅＣｕを用いても１０００ショット程度のプレス成形を繰り返し実行することができる。
【００３８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、一対の加圧面の両方が湾曲面である場合を例示するが、本発明はこの例に限られない。
【００３９】
［プレス装置］
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の粉体プレス装置１０の主要部を示している。図示されているプレス装置１０は、キャビティを形成するための貫通孔（ダイホール）１２ａを有するダイ１２と、貫通孔内において磁性粉末１８を圧縮するための上パンチ１４および下パンチ１６とを備えている。上パンチ１４の先端部の圧縮軸を含む断面形状は凸形状であり、下パンチ１６の先端部の断面形状は凹形状である。ダイ１２、上パンチ１４、および下パンチ１６から構成される金型セットは、不図示の駆動装置に接続され、プレス工程に必要な上下運動を行う。本実施形態におけるプレス装置１０の基本的な動作は、公知のプレス装置の動作と同様にして実行される。
【００４０】
本実施形態で使用する金型セットの形状は、図２に示すように弓形形状を持つ薄板希土類磁石２０を製造するように設計されている。この希土類磁石２０は、図２の矢印Ａで示される方向（プレス方向）に平行に着磁される。図２に示される希土類磁石２０は、例えば、モータやその他の回転機の部品として使用され得る。モータに用いられる場合、磁石２０の形状は、コギングトルク低減のため、スキューが発生するように設計されることが好ましい。
【００４１】
再び図１（ａ）を参照する。
【００４２】
キャビティは、下パンチ１６の上部がダイ１２の貫通孔１２ａに部分的に挿入された状態で下パンチ１６の上部に形成され、このキャビティ内に磁性粉末１８が充填される。キャビティは、下パンチ１６の加圧面１６ａと貫通孔１２ａの内面とによって規定される成形空間である。
【００４３】
キャビティ内への粉末充填は、内部に磁性粉末が充填されたフィーダボックス（不図示）をキャビティ上に移動させ、フィーダボックスの底（開口部）からキャビティ内に粉末を落下させることによって行う。重力落下だけでは粉末を均一に充填できないために、フィーダボックス内に設けたシェーカー（不図示）を水平方向に駆動して磁性粉末１８をキャビティ内に押しこむことが好ましい（上記特開２０００−２４８３０１号公報参照）。
【００４４】
フィーダボックスがキャビティ上から退去する際、フィーダボックスの底部エッジによって磁性粉末１８の上部をすり切り、それによって、成形すべき所定量の粉末１８をキャビティ内へ精度良く充填することができる。このときに、充填された磁性粉末１８の表面がダイ１２の表面に対して部分的に傾斜することがある。
【００４５】
プレス装置１０に特徴的な点は、上パンチ１４の加圧面１４ａと下パンチ１６の加圧面１６ａは、ＢｅＣｕ合金（例えば、住友特殊金属製のＢＣ−２）で形成されている。ＢｅＣｕ合金は２００超４５０以下のビッカース硬度を有し、その透磁率は１．００１以下の非磁性材料である。９６．９質量％以上９８．２質量％以下のＣｕと１．６質量％以上２．０質量％以下のＢｅを含むＢｅＣｕ合金は、上記のビッカース硬度および透磁率の範囲を満足する。
【００４６】
本実施形態のプレス装置１０は、加圧面１４ａおよび１６ａの全領域がＢｅＣｕ合金で形成されているので、後に詳述するように、磁性粉末１８の配向乱れを効果的に抑制することができる。ここでは、加圧面１４ａおよび１６ａの全領域がＢｅＣｕ合金で形成されている例を示すが、加圧面１４ａまたは１６ａの少なくとも一方の加圧面がＢｅＣｕ合金で形成された領域（第１領域）を有せば、磁性粉末１８の配向乱れを抑制する効果が得られる。
【００４７】
なお、加圧面１４ａおよび１６ａの全領域がＢｅＣｕ合金で形成する場合であっても、加圧面１４ａおよび１６ａがＢｅＣｕ合金で形成されていればよく、上パンチ１４および下パンチ１６の全体をＢｅＣｕ合金で形成する必要は無い。但し、十分な塑性変形量を得るためには、加圧面を含む厚さが２ｍｍ程度以上の部分をＢｅＣｕ合金で形成することが好ましい。通常、所定の形状の加圧面をＢｅＣｕ合金ブロックから形成すれば、上記条件は容易に満足される。ＢｅＣｕ合金は弾性を有しているので、上パンチ１４および／または下パンチ１６の側面と貫通孔１２ａの側面との間に５μｍから６０μｍ程度のクリアランスを設けることが好ましい。
【００４８】
キャビティ内に磁性粉末１８が充填された後、上パンチ１４が降下し始める。上パンチ１４の加圧面１４ａは、図１（ｂ）に示されるように、下方の粉末１８の上面を押圧する。磁性粉末１８が上パンチ１４、下パンチ１６、およびダイ１２によって完全に密閉された状態になった後、キャビティ内の粉末１８に対して、不図示の磁界発生用コイルが配向磁界を印加する。磁束は上パンチ１４および下パンチ１６の内部に導かれ、キャビティ内部における配向磁界の向きは、プレス方向（上パンチの動作方向）に平行となる。この配向磁界によって、加圧されつつある粉末の粒子は磁界の向きに配向する。配向磁界の強度は、０．５ＭＡ／ｍ以上２．０ＭＡ／ｍ以下であることが好ましい。配向磁界は、静磁界であっても良いし、パルス磁界であってもよい。
【００４９】
粉末に対して配向磁界が印加された状態で、上パンチ１４および下パンチ１６によってキャビティ内の磁性粉末が圧縮成形され、それによって粉末成形体２４が形成される。プレス工程の過程では、加圧されている磁性粉末１８の粒子は、その位置に応じて異なる応力（圧力）を受けることになる。成形体２４が形成された後、上パンチ１４が上昇し、下パンチ１６が成形体２４を押し上げることによって、成形体２４がダイホール１２ａから抜き出される。
【００５０】
図３（ａ）は、従来のプレス装置によるプレス工程の初期段階における磁性粉末の粒子１８ａの配向状態を模式的に示している。図３（ｂ）は、そのプレス工程の後期段階における粉末粒子１８ａの配向状態を模式的に示している。
【００５１】
配向磁界中に置かれた磁性粉末の個々の粒子１８ａは、配向磁界の向きに配向するとともに、他の粉末粒子１８ａと磁気的に強く結合している。その結果、図３（ａ）に示されるように、複数の粉末粒子１８ａが配向磁界の向きに沿って一列に配向する。配向磁界を印加しながら、上パンチ１４’と下パンチ１６’との距離を減少させると、パンチ面１４ａ’および１６ａ’が曲面を有しているため、加圧されつつある粉末の各部に不均一な圧力（応力）が加わる。加圧面１４ａ’および１６ａ’が、はるかに硬い超硬合金で形成され、鏡面加工された平滑面であると、図３（ｂ）に示されるように、平滑な加圧面１４ａ’および１６ａ’上を粉末粒子が横方向（プレス方向に直角な成分を含む方向）に滑り、その結果、配向の向きがずれてしまうことになる。
【００５２】
これに対し、本実施形態では、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、加圧面近傍での粉末粒子の滑りを抑制し、それによって配向の乱れを防止することができる。これは、上下パンチ１４および１６のＢｅＣｕ合金で形成された加圧面１４ａおよび１６ａが、粉末粒子１８ａから受ける力によって塑性変形する。その結果、図５に模式的に示すように、ＢｅＣｕ合金で作製されている下パンチ１６の加圧面１６ａには、微小な凹凸が形成される。この凹凸を表面粗度Ｒａで表すと、０．０５μｍ〜１２．５μｍの範囲内にある。図５には加圧面１６ａを示しているが、加圧面１４ａにも同様の凹凸が形成される。加圧面１４ａおよび１６ａに形成された微小な凹凸が粉末粒子１８ａの滑りを抑制することで、配向の乱れを防止することができる。
【００５３】
前述したように、磁界中の磁性粉末粒子１８ａは相互に磁気結合しているため、キャビティ内部における粉末粒子の運動も、加圧面１４ａおよび１６ａ近傍における粉末粒子の運動に強く影響される。このため、加圧面１４ａおよび１６ａがそれに接触する粉末粒子１８ａの形状に応じて塑性変形するだけで、キャビティ内の粉末粒子１８ａの全てについて、その配向度の低下を抑制することができる。
【００５４】
なお、得られた成形体２４の表面には、加圧面１４ａおよび１６ａの凹凸が転写されることになるが、必要に応じて、その後に磁石表面を研磨することによって、転写構造を容易に除去し平滑化することができる。
【００５５】
上記の実施形態では、加圧面１４ａおよび１６ａの全領域をＢｅＣｕ合金で形成したが、図６（ａ）から（ｄ）に示すように、加圧面１６ａの一部の領域（第１領域）１６ｂをＢｅＣｕ合金で形成し、他の領域（第２領域）１６ｃを非磁性超硬合金（例えばＷＣ−Ｎｉ、ビッカース硬度：１２００、透磁率：１．０００３）または高マンガン鋼（ビッカース硬度：４６０、透磁率：１．００４）で形成しても良い。もちろん、加圧面１４ａについても加圧面１６ａ同様に第１領域と第２領域とを設けても良い。
【００５６】
第２の領域１６ｃを形成する材料のビッカース硬度は第１領域を形成する材料よりも高く、４５０超であってよもよく、好ましくは、７００以上である。ビッカース硬度が７００以上の材料を用いると、連続使用による磨耗などが少ないので、第１領域だけを形成し直すことによって、繰り返し利用することができる。なお、上述したように、加圧面１６ａは透磁率が１．０１以下の材料で形成されていることが好ましいので、第２領域１６ｃも透磁率が１．０１以下の材料を用いることが好ましい。もちろん、透磁率は１．００１以下であることが更に好ましい。
【００５７】
加圧面１６ａにおける第１領域１６ｂおよび第２領域１６ｃの配置は、種々のパターンであってよく、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示すパターンを例示することができる。図６（ａ）に示したように、複数の小さな島状の第１領域１６ｂを加圧面１６ａの前面に均一に配置してもよいし、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、磁性粒子の配向乱れが生じやすい領域に、選択的に、あるいは、集中的に、第１領域１６ｂを配置しても良い。複数の第１領域１６ｂを設ける場合は、個々の第１領域１６ｂの大きさや形状には特に制限は無く、加圧面１６ａの形成方法に応じて適宜設定すればよい。
【００５８】
磁性粒子の配向乱れの発生しやすい領域は、加圧面１６ａ（および／または加圧面１４ａ）の形状、配向磁界の方向とプレス方向との関係、さらには摺り切り法を用いて充填する際のアジテータの移動方向などによって異なるので、これらに応じて、第１領域１６ｂを設ける領域を設定すればよい。なお、例示した平行プレスにおいては、加圧面１６ａのうち傾斜角が大きい周辺領域において配向乱れが生じやすいので、図６（ｂ）から（ｄ）では、加圧面１６ａのそのような領域に第１領域１６ｂを設けている。ここで、加圧面１６ａの傾斜角は、プレス方向に直交する面（一般的には水平面）を基準面として求められる。
【００５９】
加圧面１６ａに第１領域１６ｂを形成する方法は、例えば、第２領域１６ｃを形成する材料（例えば非磁性超硬合金）で下パンチ１６の本体部分を形成した後で、第１領域１６ｂとなる部分に穴または溝を形成し、その穴または溝にＢｅＣｕ合金を圧入あるいは溶接する方法を用いることが出来る。なお、粉末粒子の配向乱れを抑制するためには、第１領域１６ｂを形成するＢｅＣｕ合金の厚さは、数μｍ程度以上あればよく、十分な塑性変形量を得るためには２ｍｍ以上あることが好ましい。第１領域１６ｂを形成する方法などに応じて、適宜設定すればよい。
【００６０】
なお、モータに用いられるＣ字形や弓形の成形体を作製する場合には、上述したように、成形体の凸面側を形成する加圧面１６ａの少なくとも一部をＢｅＣｕ合金で形成すれば、配向乱れを抑制することによるコギングトルクの低減効果を得ることができる。
【００６１】
［合金粉末の製造方法］
本発明は、希土類焼結磁石の製造に好適に用いられ、特に、Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系の高性能希土類焼結磁石の製造において効果的である。
【００６２】
公知のストリップキャスト法を用いてＲ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系希土類磁石合金の鋳片を作製する。具体的には、まず、Ｎｄ：３０ｗｔ％、Ｂ：１．０ｗｔ％、Ｄｙ：１．２ｗｔ％、Ａｌ：０．２ｗｔ％、Ｃｏ：０．９ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成の合金を高周波溶解によって溶融し、合金溶湯を形成する。この合金溶湯を１３５０℃に保持した後、単ロール法によって、合金溶湯を急冷し、厚さ０．３ｍｍのフレーク状合金鋳塊を得ることができる。このときの急冷条件は、例えば、ロール周速度約１ｍ／秒、冷却速度５００℃／秒、過冷度１８０℃とする。急冷速度は、１０²℃／秒〜１０⁴℃／秒に設定される。
【００６３】
このようにして形成された急冷合金の厚さは０．０３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にある。この合金は、短軸方向サイズが０．１μｍ以上１００μｍ以下で長軸方向サイズが５μｍ以上５００μｍ以下のＲ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒と、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶粒の粒界に分散して存在するＲリッチ相とを含有し、Ｒリッチ相の厚さは１０μｍ以下である。ストリップキャスト法による原料合金の製造方法は、例えば、米国特許第５，３８３，９７８に開示されている。Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系希土類磁石用合金粉末は、細長い（アスペクト比が大きい）形状を有しているので、圧縮時における流動性（成形性）が悪い。
【００６４】
次に、粗粉砕された原料合金を複数の原料パックに充填し、ラックに搭載する。この後、前述の原料搬送装置を用いて、原料パックが搭載されたラックを水素炉の前まで搬送し、水素炉の内部へ挿入する。そして、水素炉内で水素粉砕処理を開始する。原料合金は水素炉内で加熱され、水素粉砕処理を受ける。粉砕後、原料合金の温度が常温程度に低下してから原料の取り出しを行うことが好ましい。しかし、高温状態（例えば４０〜８０℃）のまま原料を取り出しても、原料が大気と接触しないようにすれば、特に深刻な酸化は生じない。水素粉砕によって、希土類合金は０．１〜１．０ｍｍ程度の大きさに粉砕される。なお、合金は、水素粉砕処理の前において、平均粒径１〜１０ｍｍのフレーク状に粗粉砕されていることが好ましい。
【００６５】
水素粉砕後、ロータリクーラ等の冷却装置によって、脆化した原料合金をより細かく粉砕するとともに冷却することが好ましい。比較的高い温度状態のまま原料を取り出す場合は、ロータリクーラ等による冷却処理の時間を相対的に長くすれば良い。
【００６６】
ロータリクーラ等によって室温程度にまで冷却された原料粉末に対して、ジェットミルなどの粉砕装置を用いて更なる粉砕処理を行い、原料の微粉末を製造する。磁気特性等の観点から、微粉末の平均粒径（ＦＳＳＳ粒径）は２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、ジェットミルを用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕し、平均粒径が約３．５μｍの合金粉末を得る。この窒素ガス雰囲気中の酸素量は１００００ｐｐｍ程度に低く抑えることが好ましい。このようなジェットミルは、特公平６−６７２８号公報に記載されている。微粉砕時における雰囲気ガス中に含まれる酸化性ガス（酸素や水蒸気）の濃度を制御し、それによって、微粉砕後における合金粉末の酸素含有量（重量）を６０００ｐｐｍ以下に調整することが好ましい。希土類合金粉末中の酸素量が６０００ｐｐｍを超えて多くなりすぎると、磁石中に非磁性酸化物の占める割合が増加し、最終的な焼結磁石の磁気特性が劣化してしまうからである。
【００６７】
次に、この合金粉末に対し、ロッキングミキサー内で潤滑剤を例えば０．３ｗｔ％添加・混合し、潤滑剤で合金粉末粒子の表面を被覆する。潤滑剤としては、脂肪酸エステルを石油系溶剤で希釈したものを用いることができる。本実施形態では、脂肪酸エステルとしてカプロン酸メチルを用い、石油系溶剤としてはイソパラフィンを用いる。カプロン酸メチルとイソパラフィンの重量比は、例えば１：９とする。このような液体潤滑剤は、粉末粒子の表面を被覆し、粒子の酸化防止効果を発揮するとともに、プレス時の配向性および粉末成形性（成形体の抜き出し易さ）を向上させる機能を発揮する。
【００６８】
なお、潤滑剤の種類は上記のものに限定されるわけではない。脂肪酸エステルとしては、カプロン酸メチル以外に、例えば、カプリル酸メチル、ラウリル酸メチル、ラウリン酸メチルなどを用いても良い。溶剤としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤やナフテン系溶剤等を用いることができる。潤滑剤添加のタイミングは任意であり、微粉砕前、微粉砕中、微粉砕後の何れであっても良い。液体潤滑剤に代えて、あるいは液体潤滑剤とともに、ステアリン酸亜鉛などの固体（乾式）潤滑剤を用いても良い。
【００６９】
なお、本方法で製造した粉末は粒度分布がシャープであるため流動性が悪く、配向方向と同方向に圧縮すると、一般に、プレス時に配向が乱れやすい傾向にある。また、脂肪酸エステルなどの潤滑剤の添加によって各粒子の配向が容易に達成されやすくなるが、粉末流動性が悪くなるため、プレスに伴って配向の乱れが生じやすくなる。さらに、高い磁気特性を得るために、例えば０．８Ｔ〜２．０Ｔの高い配向磁界を印加すると、その配向乱れが顕著となる。従って、本実施形態の場合、ＢｅＣｕ合金で形成された加圧面を有するプレス装置を用いる効果が顕著に発揮される。
【００７０】
［希土類磁石の製造方法］
まず、図１に示すプレス装置を用い、上述の方法で作製した磁性粉末を配向磁界中で成形する。このプレス成形が終了した後、形成された粉末成形体は下パンチ１６によって押し上げられ、プレス装置の外部へ取り出される。この時点における成形体の表面（加圧面１４ａおよび１６ａに接触していた面）には、プレス工程において加圧面１４ａおよび加圧面１６ａに形成された微小な凹凸を反映したパターンが転写されている。本実施形態によれば、図４（ｂ）に示されるように、配向に乱れの少ない粉末成形体が得られる。
【００７１】
なお、成形体をダイから取り出すときの離型性を高めるために、粉末充填の前に、加圧面に対して離型剤を塗布・散布しておいてもよい。離型剤としては、脂肪酸エステルを溶剤で希釈したものが好適に用いられる。脂肪酸エステルとしては、具体的には、カプロン酸メチル、カプリル酸メチル、ラウリル酸メチル、ラウリン酸メチルなどが挙げられる。溶剤としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤などを用いることができ、脂肪酸エステル：溶剤を１：２０〜１：１の重量比で混合したものが用いられる。脂肪酸としてアラキジン酸が１．０ｗｔ％以下で含まれていてもよい。
【００７２】
次に、成形体は、焼結用台板（厚さ：０．５〜３ｍｍ）に載せられる。台板は、例えばモリブデン材料から形成されている。成形体２４は、台板とともに焼結ケースへ搭載される。成形体２４を搭載した焼結ケースは焼結炉内に移送され、その炉内で公知の焼結処理を受ける。成形体は焼結プロセスを経て、焼結体に変化する。
【００７３】
次に、必要に応じて焼結体の表面に対する研磨加工を行う。焼結直後における焼結体の表面には、加圧面１４ａおよび１６ａの微小な凹凸に対応した表面パターンが残存している。この表面パターンの一部または全部が研磨工程によって除去してもよい。研磨加工の後、または研磨加工に代えて、焼結体表面を樹脂膜等によって覆う工程を実行しても良い。このようにして、最終的な製品、すなわち希土類磁石が製造される。
【００７４】
以上、モータ等の回転機に好適に用いられ得る形状の希土類磁石について、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００７５】
図２に示される磁石は、上面および下面がともに湾曲しているが、何れか一方の面だけが湾曲している場合でも、本発明の効果が充分に得られる。その場合、湾曲していない平坦面を形成する側のパンチ加圧面は、従来と同じ材料（例えば超硬合金）を用いて構成されていても良い。
【００７６】
また、図１（ａ）を参照しながら説明したように、摺り切り充填法によってキャビティに充填された磁性粉末１８の表面は、ダイ１２の表面に対して平坦にならず、ある方向に偏ったり、うねりを生じたりする。このような場合には、一対の加圧面が互いに平行な平坦な面であっても、加圧面が磁性粉末の表面に対して傾斜した状態で接することになるので、従来の超硬合金等を鏡面加工された加圧面を用いると配向乱れの問題が発生する。しかしながら、ＢｅＣｕを用いて形成された加圧面を有するプレス装置を用いると、上述したのと同様のメカニズムで、磁性粉末粒子の配向乱れを抑制することができる。
【００７７】
（実施例および比較例）
図１に示したように、ＢｅＣｕ合金（例えば、住友特殊金属製のＢＣ−２）で形成された加圧面１４ａおよび１６ａを有するパンチを備えたプレス装置１０を用いて希土類合金粉末に対するプレス成形を行った。本実施例では、図２の矢印Ｂ方向に沿って測定した長さが４０ｍｍ、矢印Ａ方向に沿って計測した厚さが中央部で７ｍｍ、端部で４ｍｍ、矢印ＡおよびＢの両方に垂直な方向に沿って測定した幅が３５ｍｍのサイズを持つ成形体を作製した。成形体密度は４．３０ｇ／ｃｍ³とし、配向磁界（約１ＭＡ／ｍ）はプレス方向（矢印Ａ）に対して平行に印加した。その後、成形体に対して、アルゴン雰囲気のもと、１０５０℃で２時間の焼結処理を実行し、磁石を作製した。この磁石に対して着磁処理を行った後、磁石表面近傍における磁束密度分布を測定した。
【００７８】
比較のため、従来の超硬合金を用いて形成された加圧面を有するパンチを備えたプレス装置によっても、同様のプレス工程を行い、比較例の磁石を作製した。
【００７９】
本実施例について測定された磁束密度分布は、比較例の磁束密度分布に比べて優れたものであり、配向度の低下に起因する分布の異常は観察されなかった。
【００８０】
次に、本実施例の磁石を用いて作製したモータについて、コギングトルクを測定した。測定結果を図７（ａ）に示す。比較のため、比較例の磁石から構成したモータについてもコギングトルクを測定した。測定結果を図７（ｂ）に示す。
【００８１】
図７（ａ）および図７（ｂ）から明らかなように、本実施例のモータのコギングトルクは、比較例のモータのコギングトルクよりも充分に小さい。本発明によってモータのコギングトルクが低減する理由は、プレス工程中に成形体中に配向乱れが生じにくくなったことにある。
【００８２】
【発明の効果】
本発明のプレス装置によれば、加圧面の少なくとも一部が適度なビッカース硬度を有する材料から形成されているので、配向磁界中で粉末プレスを実行する際、粉末粒子が加圧面上を滑ることが抑制され、それによって粉末配向の乱れを防止することができる。
【００８３】
このようなプレス装置を用いて形成された粉末成形体では、均一な配向が達成され、この成形体を用いて作製した希土類磁石は優れた磁気特性を有する。
【００８４】
本発明の方法によって製造した磁石を用いてモータを組み立てると、コギングトルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、実施形態の粉体プレス装置１０の主要部を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態で製造する弓形形状希土類磁石の斜視図である。
【図３】（ａ）は、従来のプレス装置によるプレス工程の初期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、そのプレス工程の後期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図である。
【図４】（ａ）は、実施形態のプレス装置によるプレス工程の初期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、そのプレス工程の後期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態のプレス装置のプレス工程後の下パンチ１６を模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施形態で用いられる下パンチ１６を模式的に示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、実施例の磁石を用いて作製したモータについてのコギングトルクを示すグラフであり、（ｂ）は、比較例の磁石から構成したモータについてのコギングトルクを示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プレス装置
１２ ダイ
１４ 上パンチ
１４ａ 上パンチの加圧面
１６ａ 下パンチの加圧面
１６ 下パンチ
１８ キャビティ
２０ 弓形磁石
２４ 成形体

Claims (15)

1. キャビティを形成する貫通孔を有するダイと、
   前記キャビティ内に充填された磁性粉末をプレスするための第１加圧面および第２加圧面と、
   前記キャビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加する磁界発生手段と、
   備えたプレス装置であって、
   前記第１および第２加圧面の少なくとも一方の加圧面は、ビッカース硬度が２００超４５０以下の第１の材料で形成された第１領域を有し、前記少なくとも一方の加圧面は、前記第１の材料よりもビッカース硬度が高い第２の材料で形成された第２領域をさらに有する、プレス装置。
2. 前記少なくとも一方の加圧面は、プレス方向に対して傾斜した領域を含む、請求項１に記載のプレス装置。
3. 前記第１および第２の材料の透磁率は、１．０１以下である、請求項１または２に記載のプレス装置。
4. 前記第１の材料は、ＢｅＣｕ合金である、請求項１から３のいずれかに記載のプレス装置。
5. 前記ＢｅＣｕ合金は、９６．９質量％以上９８．２質量％以下のＣｕと、１．６質量％以上２．０質量％以下のＢｅを含む、請求項４に記載のプレス装置。
6. 前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である、請求項１から５のいずれかに記載のプレス装置。
7. 磁性粉末を用意するする工程と、
   前記磁性粉末をキャビティ内に充填する工程と、
   前記キャビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加することによって、前記磁性粉末を配向させる工程と、
   前記配向させられた磁性粉末を互いに対向する一対の加圧面の間で一軸プレスすることによって成形体を形成する工程であって、前記一対の加圧面の少なくとも一方は、前記充填された磁性粉末の表面またはプレス方向に対して傾斜した領域を含み、前記少なくとも一方の加圧面は、ビッカース硬度が２００超４５０以下の第１の材料で形成された第１領域を有し、前記少なくとも一方の加圧面は、前記第１の材料よりもビッカース硬度が高い第２の材料で形成された第２領域をさらに有する、一軸プレス工程と、
   を包含する、磁石の製造方法。
8. 前記第１および第２の材料の透磁率は、１．０１以下である、請求項７に記載の磁石の製造方法。
9. 前記第１の材料は、ＢｅＣｕ合金である、請求項７または８に記載の磁石の製造方法。
10. 前記ＢｅＣｕ合金は、９６．９質量％以上９８．２質量％以下のＣｕと、１．６質量％以上２．０質量％以下のＢｅを含む、請求項９に記載の磁石の製造方法。
11. 前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である、請求項７から１０のいずれかに記載の磁石の製造方法。
12. 前記一軸プレス工程は、断面がＣ字形または弓形の成形体を形成する工程である、請求項１１に記載の磁石の製造方法。
13. 前記磁性粉末は、摺り切り法によって前記キャビティに充填される、請求項７から１２のいずれかに記載の磁石の製造方法。
14. 前記配向磁界の方向は、前記プレス方向に平行である、請求項７から１３のいずれかに記載の磁石の製造方法。
15. 前記磁性粉末は、希土類合金粉末を含む、請求項７から１４のいずれかに記載の磁石の製造方法。

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