JP4531618B2 - Manufacturing method of ring-type sintered magnet - Google Patents
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この発明は、ラジアル方向に磁場を加え、磁性粉末を加圧することによりラジアル配向された永久磁石成形品を成形し、それを複数個積層して、焼結一体化して得られるリング型焼結磁石に関するものである。 This invention is a ring-type sintered magnet obtained by applying a magnetic field in the radial direction and pressing a magnetic powder to form a radially oriented permanent magnet molded product, laminating a plurality of them, and integrating them by sintering. It is about.
従来のラジアル配向のリング型焼結磁石は、電磁コイルが配置された粉末成形用の磁場成形機を用いて、コア及び下パンチが挿入され、キャビティが形成されたダイ及び下パンチと対向して配置された上パンチからなる金型のキャビティ内に磁石材料成形用粉末を充填し、この磁石材料成形用粉末に金型の周辺に配設された一対のコイルにより磁場をかけてラジアル配向を行いながら、上パンチによりプレス加工を施し、リング磁石成形体を形成し、それを焼結することで得られる。 A conventional ring-shaped sintered magnet with a radial orientation uses a magnetic field molding machine for powder molding in which an electromagnetic coil is arranged, and a core and a lower punch are inserted to face a die and a lower punch in which a cavity is formed. The mold material powder composed of the upper punch is filled with the magnetic material molding powder, and the magnetic material molding powder is subjected to radial orientation by applying a magnetic field by a pair of coils disposed around the mold. However, it can be obtained by pressing with an upper punch to form a ring magnet molded body and sintering it.
一般に、小型モータに多用されているラジアル異方性リング磁石を磁場成形するにあたって、軸方向に長いリング状の磁石を成形する場合、十分な配向磁場強度が得られず、磁性粉末の配向率が低下し、高い磁気特性が得られないという問題がある。 In general, when magnetically forming a radial anisotropic ring magnet often used in small motors, when forming a ring-shaped magnet long in the axial direction, sufficient magnetic field strength cannot be obtained, and the orientation rate of the magnetic powder is low. There is a problem that the high magnetic characteristics cannot be obtained.
リング磁石をラジアル配向する場合、一般に、磁性粉末をリング状に成形する金型のコアを通過する磁束とダイの内部径を通過する磁束は概ね等しくなるので、リング磁石の内径(金型のコア径)をDi、リング磁石の外径(金型のダイ内径)をDo、リング磁石の高さ(ダイの高さ)をH、金型のコアを通過する磁束密度をBc、ダイ内部径を通過する磁束密度をBdとすると、下記式(1)の関係が成り立つ。 When the ring magnet is radially oriented, the magnetic flux passing through the core of the mold that forms the magnetic powder in a ring shape is generally equal to the magnetic flux passing through the inner diameter of the die. (Diameter) is Di, the outer diameter of the ring magnet (die inner diameter of the die) is Do, the height of the ring magnet (die height) is H, the magnetic flux density passing through the core of the die is Bc, and the die inner diameter is If the passing magnetic flux density is Bd, the relationship of the following formula (1) is established.
2×π/4×Di2×Bc=π×Do×H×Bd…(1) 2 × π / 4 × Di 2 × Bc = π × Do × H × Bd (1)
金型のコアにS45C等の鋼材を用いた場合、この鋼材の飽和磁束密度は1.5T程度なので、上記式(1)においてBc=1.5とし、磁場配向に必要な磁場を1.0T以上とすると、Bd=1.0Tとなり、磁場配向成形できるリング磁石の高さHは下記式(2)となる。 When a steel material such as S45C is used for the core of the mold, the saturation magnetic flux density of this steel material is about 1.5T. Therefore, in the above formula (1), Bc = 1.5 and the magnetic field necessary for the magnetic field orientation is 1.0T. If it is above, it will be Bd = 1.0T and the height H of the ring magnet which can carry out magnetic field orientation shaping | molding will become following formula (2).
H=3Di2/4Do…(2) H = 3Di 2 / 4Do (2)
リング磁石を磁場成形する場合、リング磁石の軸長が上記式(2)のHの値を超えると配向性の低下が問題となる。そこで従来は上記式(2)のHの値以下の短い軸長のリング磁石を製作し、それを接着剤等で接合し、必要な軸長のリング磁石を製造していた。 When a ring magnet is magnetically molded, if the axial length of the ring magnet exceeds the value of H in the above formula (2), a decrease in orientation becomes a problem. Therefore, conventionally, a ring magnet having a short axial length equal to or less than the value of H in the above formula (2) is manufactured, and this is joined with an adhesive or the like to manufacture a ring magnet having a required axial length.
また、磁場成形ができる範囲の短い磁石成形体を金型内で積層して必要な軸長の磁石を成形する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, a method has been proposed in which a magnet molded body having a short magnetic field forming range is stacked in a mold to form a magnet having a required axial length (see, for example, Patent Document 1).
また、磁場成形によって、予備成形体を成形し、複数個の予備成形体を予備成形時の加圧力よりも大きな加圧力で加圧して一体化する方法が提案されている。(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a method has been proposed in which a preformed body is formed by magnetic field molding, and a plurality of preformed bodies are pressed and integrated with a pressure greater than the pressure applied during the preforming. (For example, refer to Patent Document 2).
上記のように、金型内で成形体を積層する方法で得られたリング磁石は積層境界部の磁気特性が悪いといった問題がある。また、予備成形体を予備成形時の加圧力よりも大きな加圧力で再加圧する方法は生産性が悪くなる。さらに、軸長の長い従来の焼結リング磁石をロータシャフトに接着固定して用いる場合、モータがヒートサイクルを受けると焼結リング磁石に割れやクラックが発生するといった問題がある。 As described above, the ring magnet obtained by the method of laminating the molded body in the mold has a problem that the magnetic properties of the lamination boundary portion are poor. In addition, the method of repressurizing the preform with a pressurizing force larger than the pressurizing force at the time of preforming deteriorates productivity. Further, when a conventional sintered ring magnet having a long axial length is used by being bonded and fixed to the rotor shaft, there is a problem that the sintered ring magnet is cracked or cracked when the motor is subjected to a heat cycle.
この問題を解決するためには、焼結磁石の強度を上げる、焼結磁石の線膨張係数をロータシャフトの線膨張係数に近づけるといった方法が考えられるが、磁気特性を低下させないでこのような物理特性を変化させることは困難である。 In order to solve this problem, methods such as increasing the strength of the sintered magnet and bringing the linear expansion coefficient of the sintered magnet closer to the linear expansion coefficient of the rotor shaft can be considered. It is difficult to change the characteristics.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ヒートサイクルを受けても破損しない磁気特性の優れたリング型焼結磁石を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a ring-type sintered magnet having excellent magnetic properties that does not break even when subjected to a heat cycle.
この発明に係るリング型焼結磁石の製造方法は、磁性粉末をリング型に加圧するとともに、リング型のラジアル方向に磁場を加えることによりラジアル配向されたリング型の磁石成形体を成形し、リング型の磁石成形体を複数個積層して、焼結一体化して得られるリング型焼結磁石の製造方法において、リング型の磁石成形体を成形する際のラジアル方向の配向度を80%以上にすることにより、積み重ねただけで焼結炉に投入して焼結一体化した際にリング型の磁石成形体の境界面の内径側に隙間を生じさせ、リング型磁石成形体の積層した境界部の焼結後の強度を、境界部以外の部分の磁石強度よりも弱くすることを特徴とする。 A method for manufacturing a ring-type sintered magnet according to the present invention includes: pressing a magnetic powder into a ring mold; and molding a radially oriented ring-shaped magnet molded body by applying a magnetic field in a radial direction of the ring mold; In a manufacturing method of a ring-type sintered magnet obtained by laminating a plurality of magnet-shaped magnets and integrating them by sintering, the degree of orientation in the radial direction when forming a ring-shaped magnet molded body is 80% or more. By stacking the ring-shaped magnet molded body, a gap is formed on the inner diameter side of the boundary surface of the ring-shaped magnet molded body when the stack is put into a sintering furnace and integrated by sintering. The strength after sintering is made weaker than the strength of the magnet in the portion other than the boundary portion.
また、この発明に係るリング型焼結磁石の製造方法は、磁性粉末をリング型に加圧するとともに、リング型のラジアル方向に磁場を加えることによりラジアル配向されたリング型の磁石成形体を成形し、リング型の磁石成形体を複数個積層して、焼結一体化して得られるリング型焼結磁石の製造方法において、磁性粉末をリング型に加圧する際、内径側が出っ張った断面形状のパンチを用いてリング型の磁石成形体の内径側の成形体密度が外径側より大きくなるように加圧することにより、リング型の磁石成形体を複数個積層した際の境界面の内径側に隙間を設け、複数個の上記磁石成形体は積み重ねただけで焼結炉に投入して焼結一体化されることを特徴とする。 In addition, the method for manufacturing a ring-type sintered magnet according to the present invention forms a ring-shaped magnet molded body that is radially oriented by applying a magnetic field in the radial direction of the ring mold while pressurizing the magnetic powder to the ring mold. In a method for manufacturing a ring-type sintered magnet obtained by laminating a plurality of ring-shaped magnet molded bodies and integrating them by sintering, a punch having a cross-sectional shape with a protruding inner diameter side is applied when magnetic powder is pressed onto the ring mold. By using the pressure so that the density of the molded body on the inner diameter side of the ring-shaped magnet molded body is larger than that on the outer diameter side, a gap is formed on the inner diameter side of the boundary surface when a plurality of ring-shaped magnet molded bodies are stacked. provided, a plurality of the magnet molding is sintered integrally put into a sintering furnace by simply stacked, characterized in Rukoto.
この発明のリング型焼結磁石の製造方法によれば、リング型磁石成形体の積層した境界部の焼結後の強度が境界部以外の部分の磁石強度よりも弱くなっているので、ヒートサイクルなどの外部応力を受けたとき、リング型磁石成形体の境界部が分断し応力が緩和されるので、他の部分が破損するといった不良が発生しないリング型焼結磁石を得ることができる。また、リングの軸に対して垂直な面で分断されるだけでリングの周方向にはクラック、破損等の欠陥が発生しなく磁石としての磁気特性、機械的強度にはほとんど影響がないリング型焼結磁石を得ることができる。さらに、ラジアル配向が十分にできる軸長のリング型磁石成形体を磁場成形しているので、磁気特性が優れているリング型焼結磁石を得ることができる。 According to the method for manufacturing a ring-type sintered magnet of the present invention, the strength after sintering of the laminated boundary portion of the ring-shaped magnet molded body is weaker than the magnet strength of the portion other than the boundary portion. When an external stress such as the above is applied, the boundary portion of the ring-shaped magnet molded body is divided and the stress is relieved, so that it is possible to obtain a ring-type sintered magnet that does not cause defects such as damage to other portions. In addition, it is a ring type that has no effect on the magnetic properties and mechanical strength of the magnet without being cracked or broken in the circumferential direction of the ring simply by being cut at a plane perpendicular to the axis of the ring. A sintered magnet can be obtained . Furthermore, since the ring-shaped magnet molded body having an axial length with sufficient radial orientation is magnetically molded, a ring-shaped sintered magnet having excellent magnetic properties can be obtained .
また、この発明のリング型焼結磁石の製造方法によれば、リング型の磁石成形体の内径側の成形体密度が外径側より大きくなるように加圧することにより、リング型の磁石成形体を複数個積層した際の境界面の内径側に隙間を設けているので、境界部が確実に接合され、ヒートショックに強く、磁気特性が優れたリング型焼結磁石を得ることができる。Further, according to the method for manufacturing a ring-type sintered magnet of the present invention, a ring-type magnet molded body is formed by applying pressure so that the density of the molded body on the inner diameter side of the ring-shaped magnet molded body is larger than that on the outer diameter side. Since a gap is provided on the inner diameter side of the boundary surface when a plurality of layers are laminated, the boundary portion is securely bonded, and a ring-type sintered magnet that is resistant to heat shock and excellent in magnetic properties can be obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるリング型焼結磁石を示す断面図である。
1 is a cross-sectional view showing a ring-type sintered magnet according to
図1に示すように、実施の形態1によるリング型焼結磁石100は、磁性粉末をリング型に加圧するとともに、リング型のラジアル方向に磁場を加えることによりラジアル配向されたリング型の磁石成形体を成形し、これらリング型の磁石成形体を複数個積層して、焼結一体化して得られるものである。なお、図1では、リング型断面の外周及び内周が円形である例を示したが、図22、図23に示すように、リング型の周面に凹凸を有する(図では外周面に凹凸があるが内周面に凹凸を有するものも含む)リング成形体を積層し、焼結一体化して得られるものであってもよい。なお、図22のリング型焼結磁石220は、リング外周面に凹凸を有する成形体を軸方向にずらして積層し、焼結一体化したものである。また、図23のリング型焼結磁石230は、リング外周面にスキューされた凹凸を有する成形体を積層し、焼結一体化したものである。
As shown in FIG. 1, the ring-type sintered
このように、短軸のリング型の磁石成形体を積層し、焼結したリング型焼結磁石は、リング型成形体間の境界部における機械的な強度が小さくなるため、ヒートサイクルを受けたときに境界部が破断することで応力が緩和されるので、磁石全体が破壊する、または、クラックが生じて磁石の一部が脱落するといった問題が起こらない。 In this way, the ring-type sintered magnet obtained by laminating and sintering the short-axis ring-shaped magnet molded body was subjected to a heat cycle because the mechanical strength at the boundary between the ring-shaped molded bodies was reduced. Since the stress is relieved when the boundary portion breaks sometimes, the problem that the entire magnet is broken or a part of the magnet falls off due to a crack is not caused.
この実施の形態によるリング型焼結磁石の磁石成形装置は、図8に示すように、搬送金型10を搬送するベルトコンベア2と、搬送金型10のキャビティ内に磁性粉末を計量して供給し充填する給粉・充填ユニット3と、搬送金型10のキャビティ内に充填された磁性粉末を加圧するための上パンチをセットするパンチセットユニット4と、上パンチがセットされ加圧成形できる状態になった搬送金型10で磁場加圧成形を行う磁場成形ユニット5と、磁場加圧成形されたリング成形体を搬送金型10から抜き出すための脱型ユニット6と、抜き出されたリング成形体に付着する余分な磁性粉末を取り除くための成形体脱粉ユニット7と、磁場加圧成形されたリング成形体を積み重ねるための段積みユニット8と、搬送金型10に付着した磁性粉末を除去し、搬送金型10を搬送状態にセットする金型脱粉/金型セットユニット9を備えている。
As shown in FIG. 8, the magnet forming apparatus for the ring-type sintered magnet according to this embodiment measures and supplies magnetic powder into the
図9に示すように、搬送金型10は、ベルトコンベア2上を移動するパレット10aと、下金型部を保持するホルダー(第1のホルダー)10b及び10cと、コア10d、下パンチ10e、下パンチ10eとコア10dとで磁性粉末が供給されるキャビティ10hを形成するダイ10fからなる下金型部と、別のホルダー(第2のホルダー)10jに保持された上パンチ10g(上金型部)とを備えている。なお、第1のホルダーの上端の円環部10cは非磁性体部材であり、第1のホルダーのその他の部分10bは強磁性体部材である。
As shown in FIG. 9, the
パレット10aとホルダー10b、10j、ホルダー10bと下パンチ10e、及び下パンチ10eとダイ10fは、それぞれ位置決めピンによる位置決め機構で位置及び方向を規制している。このように位置決め機構を設けることによって、パレット上で金型部品のセットを行う(上パンチをコア及びダイに挿入する)際、あるいは搬送金型10を磁場成形ユニット5へ移送する際の位置決めを行う工程が容易に行える。
The positions and directions of the
以下、この実施の形態における永久磁石成形装置の構成及び動作を図8を参照しながら説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of the permanent magnet molding apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG.
図10は、給粉・充填ユニット3の構成及びその動作を説明する断面図である。図10(a)は磁性粉末の計量工程、図10(b)、図10(c)は搬送金型10への給粉工程である。
給粉・充填ユニット3は、図8に示したように、磁性粉末を計量する計量機構3dと、計量され容器3cに採取されて磁性粉末を搬送金型10の位置まで搬送する搬送機構3eとを備えている。また、図10に示したように、給粉・充填ユニット3は、容器3cを回転させて傾ける回転機構3fと、容器3c内の磁性粉末をキャビティ10h内に導くための給粉治具3aと、給粉治具3aを振動させる振動子等からなる振動機構3bとを備えている。
搬送金型10が給粉・充填ユニット3に搬送されると、磁性粉末の計量工程では、振動フィーダと重量計を用いて一定重量の磁性粉末11を計量しながら容器3cに収納する。
図10(b)、(c)の給粉工程では、磁性粉末を搬送金型10のキャビティ10hに導くロート状の給粉治具3aとキャビティ10hに供給した磁性粉末を攪拌する羽状治具(図示せず)を搬送金型10のダイ10f上にセットした後、磁性粉末を収納した容器3cをロート状の給粉治具3aの位置まで移動し、容器3cを回転させて傾け、容器3c内の磁性粉末をロート状の給粉治具3aへ移す。さらに、容器3cにノッカーで衝撃を加え、容器3c内の磁性粉末11を残りなくロート状の給粉治具3aへ移す。さらに、ロート状の給粉治具3aに振動機構3bで振動を加えて給粉治具3a上の全ての磁性粉末をキャビティ10h内に移し、上記羽状治具の羽を回転させてキャビティ10h内の磁性粉末11をかき混ぜながら羽を上昇させてキャビティ10h内に磁性粉末11を充填する。
上記羽状治具の羽を回転させてキャビティ10h内の磁性粉末11をかき混ぜながら羽を上昇させてキャビティ10h内に磁性粉末11を充填することによって、キャビティ10h内の磁性粉末中にある空洞あるいは磁性粉末のブリッジが壊されて、キャビティ10h中に磁性粉末11が均一に充填される。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the configuration and operation of the powder supply / filling unit 3. FIG. 10A shows a magnetic powder weighing process, and FIGS. 10B and 10C show a powder feeding process to the
As shown in FIG. 8, the powder feeding / filling unit 3 includes a
When the conveying
10 (b) and 10 (c), a funnel-shaped
By rotating the wings of the wing jig and stirring the
図11は、パンチセットユニット4の構成及び動作を説明する断面図である。同図に示すように、パンチセットユニット4は、上パンチ10gをキャッチングするハンド4aと、ハンド4aを昇降させてキャッチングした上パンチ10gを移動させる移動機構を備えている。
パンチセットユニット4によって、上パンチ10gによりキャビティ10h内の磁性粉末11を加圧できる状態に搬送金型10をセットすることができる。
キャビティ10hに磁性粉末11が充填されると、図11(a)のように、パレット10aがパンチセットユニット4のステージに搬送され、規定位置で位置決めされる。次に、図11(b)のように、ハンド4aが下降し、上パンチ10gをキャッチングする。そして、図11(c)のように、ハンド4aは上パンチ10gを持ち上げて、図11(d)のように、下金型の方へ移動し、下降して上パンチ10gをコア10dに挿入し、上パンチ10gを放し、上パンチ10gはキャビティ10hに嵌り合う。コア10dの上端部の直径は、キャビティ10h内における直径より0.02mm小さく、3゜のテーパが付与されているので、パンチ挿入時にパレットとハンド4aの位置に、0.1mm未満のずれがあっても、コア10dにパンチ10gが挿入できないといった不良は発生しない。次に、ハンド4aは上パンチ10gを放した後、上昇し元の位置に移動する。
上パンチ10gがセットされた搬送金型10は、ベルトコンベア2で次の磁場成形ユニット5の所定位置に搬送される。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the configuration and operation of the punch set unit 4. As shown in the figure, the punch set unit 4 includes a
The
When the
The
図12は、磁場成形ユニット5の構成及び動作を説明する断面図である。図12に示すように、磁場成形ユニット5は、磁性粉末を配向させるための配向磁場を発生する電磁コイル5a(フレームに固定されている)と、上側電磁コイル5a及び上パンチ10gを加圧する加圧子5cを昇降させる圧縮成型機構5bと、リング状弾性部材5jと、図示していないエアシリンダによって駆動されてダイ10fと接触するバックヨーク5dを備えている。加圧子5cには、可動ロッド5fと、可動ロッド5fをコア10dに押し付けるバネ5gを備えている。
図12(a)に示すように、搬送金型10が磁場成形ユニット5にセットされると、図12(b)に示すように、圧縮成型機構5bが作動し、上側電磁コイル5a及び加圧子5cが下降し、上側及び下側フレーム同士がチャッキング機能によって固定されると共に、上側フレームの下部に取り付けられたリング状弾性部材5jにより、ダイ10fが固定される。その後、ダイ10fの両側からバックヨーク5dが移動し、ダイ10fの外周に密着する。次いで、電磁コイル5aに電流が流されてラジアル配向磁場が発生するとともに、加圧子5cが下降し、上パンチ10gが加圧され、図12(c)に示すように、上パンチ10gがキャビティ内の磁性粉末を圧縮成型することによってラジアル配向された成形体が得られる。圧縮成型圧力は10〜100MPa、好ましくは40MPaとし、配向磁界は1T以上にする。
図17は、ラジアル配向における磁束の状態を示す断面図である。上側の電磁コイル5aで発生した磁界は、磁束となって強磁性体である加圧子5cを通って、同じく強磁性体である可動ロッド5fに入り、下側の電磁コイル5aで発生した磁界は、強磁性体であるホルダーを通ってコア10dに入る。下パンチ10e及び上パンチ10gは非磁性体である。
図17に示すように、破線矢印で示す磁束は、強磁性体である可動ロッド5f及びコア10dを通って、強磁性体であるダイ10fのキャビティ10hを直径方向に通り、キャビティ10h内にラジアル配向磁場が形成される。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the configuration and operation of the magnetic
As shown in FIG. 12 (a), when the
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a state of magnetic flux in the radial orientation. The magnetic field generated by the upper
As shown in FIG. 17, the magnetic flux indicated by the broken-line arrow passes through the
図13は、脱型ユニット6の構成を示す断面図である。同図に示したように、脱型ユニット6は、成形体13を加圧するエアシリンダ6a及び上パンチ突き当て部6dで構成される成形体加圧機構と、ダイ10fを上方に押し上げるテーブル6c及びエアシリンダ6b等からなるダイ押し上げ機構とを備えている。
図13(a)に示すように、ラジアル配向された成形体13を含む金型部をのせたパレット10aは、ベルトコンベア2によって脱型ユニット6に搬送され規定の位置で停止する。そして、エアシリンダ6aがパレット10aを持ち上げ、上パンチ10gが上パンチ突き当て部6dに当たる成形体加圧機構によって、成形体13が加圧される。加圧力は0.1〜1MPaとする。
次に、図13(b)に示すように、エアシリンダ6bが作動し、テーブル6cがダイ10fを持ち上げ、成形体13がダイ10fから抜き出される。
次に、図13(c)に示すように、エアシリンダ6aが下降し、パレット10aがベルトコンベア2上に乗る。ベルトコンベア2によって、パレット10aは、テーブル6cに支持されたダイ10fが下降したときにパレット10a上に置かれた別のホルダー10jに載置される位置まで移動し、図13(d)に示すように、テーブル加圧シリンダ6bが作動し、テーブル6cが下降してホルダー10j上にダイ10fが載置される。
成形体13を搬送金型10から抜き出す過程において、搬送金型10から抜き出された成形体13の上部と搬送金型内にある成形体13の下部との間に内部応力差があるとクラックが生じやすいが、この脱型ユニット6においては、成形体13が加圧された状態でダイ10fから成形体13を抜き出すので、成形体13の上部と下部との間の内部応力差が小さくなり、クラックの発生が防止される。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the
As shown in FIG. 13 (a), the
Next, as shown in FIG. 13B, the
Next, as shown in FIG. 13C, the
In the process of extracting the molded
図14及び図15は、成形体脱粉ユニット7の構成及び動作を説明する断面図である。同図に示すように、成形体脱粉ユニット7は、テーブル7a及びテーブル7aを昇降させるエアシリンダ7bからなる昇降機構と、窒素ガスを噴射するノズル7cと、磁性粉を吸入し集塵機に回収するための吸塵ダクト7dとを備えている。
図14(a)に示すように、ダイ10fが抜き取られた成形体13は、ベルトコンベア2で成形体脱粉ユニット7に移送され規定の位置で停止する。そして、エアシリンダ7bが作動しテーブル7aが上昇し、図14(b)に示すように、下コア10eがテーブル7aに支持されて上昇し、成形体13はコア10dから抜き出される。この時、コア10d外周に付着していた磁性粉末が掻き取られながら成形体13が抜き出されるので、成形体13の内周端面部に磁性粉末が付着する。なお、この時上パンチ10gも同時に抜き出され、別のホルダー10jに載置される。
図15(a)〜(c)に示すように、コア10dから成形体13を抜き出す過程において、成形体13の上面が若干コア10dから突出した時に、ノズル7cから窒素ガスを噴出して成形体13表面に付着する磁性粉末を吹き飛ばし、吸引ダクト7dで吸引する。その後、図15(d)に示すようにコア10dから成形体13を抜き出す。
上記のような成形体脱粉ユニット7により、成形体13に付着した余分な磁性粉末を除去することによって、次工程の段積みにおいて、成形体13が傾いたりずれたりするのを防止することができる。
14 and 15 are cross-sectional views illustrating the configuration and operation of the compact de-dusting unit 7. As shown in the figure, the compact de-dusting unit 7 includes a table 7a and an elevating mechanism including an
As shown in FIG. 14A, the molded
As shown in FIGS. 15A to 15C, in the process of extracting the molded
By removing the excess magnetic powder adhering to the molded
図16は、段積みユニット8の構成及び動作を説明するための断面図である。同図に示すように、段積みユニット8は、成形体13をチャッキングする機構としてのハンド8aと、成形体13を積層するテーブル8bと、図示していないが、ハンド8aを位置決めし、昇降させ、移動させる機構と、テーブル8bを回転させるモータ等の機構とを備えている。
図16(a)に示すように、ハンド8aをコア10dから抜き出された成形体13の直上に移動させる。次に、図16(b)に示すように、ハンド8aを下降させて成形体13をハンド8aでチャッキングする。チャッキング力は0.1〜4Nとする。次に、ハンド8aを上昇させ、図16(c)に示すように、ハンド8aをその中心がテーブル8bの回転中心の直上となるように移動する。次に、図16(d)に示すように、ハンド8aを下降させて成形体13をテーブル8bに載置する。この時、成形体13の中心はテーブル8bの回転中心と一致する。
さらに、同様にして、図16(e)及び(f)に示したように、1段目の成形体13の上に2段目及び3段目の成形体13を積層し、この積層工程を繰り返して必要な段数だけ成形体13を積層する。
成形体13の高さにばらつきが生じると、段積みの際に不要な圧力が成形体13に加わり(高さが高い場合)、成形体13が押しつぶされる、あるいはハンド8aが空中で成形体13を放し、落下の衝撃で破壊するといったことが生じるが、この実施の形態では1回に成形される成形体13の重量は、図10に示した給粉・充填ユニット3の磁性粉末の計量工程で一定量に計量されているので、成形体13の高さは一定になり、段積みの際に成形体に不要な力が加わったり、衝撃力が加わったりすることはない。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining the configuration and operation of the stacking
As shown in FIG. 16A, the
Further, similarly, as shown in FIGS. 16E and 16F, the second-stage and third-stage molded
When variations occur in the heights of the molded
段積み工程が終了すると、金型部分は移載機構によってパレット10a上に戻され、次の工程を行う金型脱粉/金型セットユニット9に搬送される。
金型脱粉/金型セットユニット9は、搬送金型10に付着した磁性粉末を除去する除粉機構と、給粉・充填ユニット3において磁性粉末を供給でき初期の状態に搬送金型10の各部をセットするセット機構とを備えている。
除粉機構は、窒素ガスを搬送金型10の各部に噴射することができるノズル(搬送金型の各部に移動させる機構を有する)と、窒素ガスによって吹き飛ばされた磁性粉末を吸引し、集塵するための吸引機構とを有する。
除粉機構及びセット機構によって、次サイクルの成形及び段積みまでの工程を円滑に行うことができる。
セット機構は、積層工程終了後には、図9に示したホルダー10j上に載置されているダイ10fを、持ち上げてホルダー10bに載置されている下パンチ10e上に移動させる機構である。ダイ10fは、その下側端面の内径部に、テーパが付与されているので、下パンチ10eに容易に挿入することができる。このテーパ部の高さは、下パンチ10eのラジアル方向凸部の高さより小さい。
成形体13が段積みされた積層成形体は、焼結・熱処理炉へ移され、所定の温度で焼結・熱処理をした後、必要に応じて仕上げ加工及び表面処理を施し、図1に示したリング型焼結磁石100を得る。
When the stacking process is completed, the mold part is returned to the
The mold powder removal / mold set unit 9 is configured to remove the magnetic powder adhering to the
The dust removal mechanism sucks the magnetic powder blown by the nitrogen gas (having a mechanism for moving the nitrogen gas to each part of the transport mold) that can inject nitrogen gas to each part of the
By the powder removal mechanism and the set mechanism, the steps up to the molding and stacking of the next cycle can be performed smoothly.
The setting mechanism is a mechanism that lifts the
The laminated molded body in which the molded
本実施の形態によるリング型焼結磁石は以上のようなプロセスを経て製造され、リング型の磁石成形体を積み重ねただけで焼結炉に投入し、焼結一体化されるので、リング型磁石成形体の境界面全体に渡って焼結一体化される確率が低く、どうしても境界面での接合面積が小さくなるために、接合強度が低くなる。 The ring-type sintered magnet according to the present embodiment is manufactured through the process as described above, and the ring-type magnet molded body is simply stacked and put into a sintering furnace and integrated with the sintering. The probability of sintering and integration over the entire boundary surface of the molded body is low, and the bonding area at the boundary surface is inevitably reduced, so that the bonding strength is reduced.
図24はリング型磁石成形体の境界面における接合面積とラジアル方向の配向度の関係を示す図である。ここで、配向度は磁石内の結晶がどの程度配向方向に向いているかを示す指標であり、配向度=Br(残留磁束密度)/Bs(飽和磁束密度)で表される。図24に示すように、ラジアル方向の配向度を80%以上、好ましくは90%以上にすることにより、焼結時に境界面全体が均一に接合しなくなる。この場合、図25のリング型焼結磁石の詳細図に示すように、リング内径部の境界面が接合しなくなり、焼結後の磁石成形体積層境界の機械的強度が低くなる。このような配向度を得るためには、磁場成形時の配向磁場の強さを1.0T以上とする。好ましくは1.2T以上で、できるだけ高い方が好ましい。 FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the bonding area at the boundary surface of the ring-shaped magnet molded body and the degree of orientation in the radial direction. Here, the degree of orientation is an index indicating how much the crystals in the magnet are oriented in the orientation direction, and is represented by the degree of orientation = Br (residual magnetic flux density) / Bs (saturated magnetic flux density). As shown in FIG. 24, by setting the degree of orientation in the radial direction to 80% or more, preferably 90% or more, the entire boundary surface is not uniformly bonded during sintering. In this case, as shown in the detailed view of the ring-type sintered magnet in FIG. 25, the boundary surface of the inner diameter portion of the ring is not joined, and the mechanical strength of the sintered magnet molded body lamination boundary is lowered. In order to obtain such an orientation degree, the strength of the orientation magnetic field at the time of magnetic field shaping is set to 1.0 T or more. Preferably it is 1.2T or more, and the higher one is preferable.
従来のリング型磁石は積層境界の強度が焼結磁石の強度と同等であったが、本実施の形態のリング型焼結磁石の積層境界の強度は磁石のその他の部分の強度(焼結磁石が本来有する強度)より弱くなり、ほぼ2/3以下となる。 In the conventional ring-type magnet, the strength of the lamination boundary is equal to the strength of the sintered magnet, but the strength of the lamination boundary of the ring-type sintered magnet of this embodiment is the strength of the other part of the magnet (sintered magnet). Is less than 2/3 of the original strength).
以上により、本実施の形態のリング型焼結磁石100を加工及び表面処理した後、図6に示すようにロータシャフト105に接着剤で固定してモータに搭載し、ヒートサイクルを受けた場合にも、まず最初に境界部が破断することで応力が緩和されるので、磁石全体が割れてしまうといった不良や、磁石にクラックが生じ、一部が欠落してステータコアとの間のエアギャップに挟まり、モータが回転不能になるといった不良を防止することができる。
As described above, after processing and surface treatment of the ring-
なお、図5は従来のリング型焼結磁石500の断面図であり、図7は従来のリング型焼結磁石を用いたロータの断面図である。リング型焼結磁石500とロータシャフト505では線膨張係数に差があり、ヒートサイクルを受けると長軸のリング型焼結磁石に割れやクラックが発生する可能性があり、磁気特性が低下する。
5 is a cross-sectional view of a conventional ring-
このように、実施の形態1のリング型焼結磁石を用いることにより、ヒートショックに強く、磁気特性が優れたロータを得ることができる。 Thus, by using the ring-type sintered magnet of the first embodiment, it is possible to obtain a rotor that is strong against heat shock and excellent in magnetic properties.
また、本実施の形態におけるリング型焼結磁石は上記のようなプロセスを経て製造されるので、金型内で一体に成形される従来例のようなリング型焼結磁石と比べ、境界部の磁気特性が低下しない。また、成形プロセスの各工程が別々に専用装置によって効率よく処理されるので、生産性がよい。 In addition, since the ring-type sintered magnet in the present embodiment is manufactured through the process as described above, the boundary portion is compared with the conventional ring-type sintered magnet integrally formed in the mold. Magnetic properties do not deteriorate. Moreover, since each process of a shaping | molding process is processed efficiently by a dedicated apparatus separately, productivity is good.
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2によるリング型焼結磁石を示す断面図である。本実施の形態のリング型焼結磁石の製造方法は実施の形態1と同じであるが、積層成形体(3段)のうち最下段と2段目の成形体を成形するときに、図18に示す内径側が出っ張った断面形状の上パンチ1800を用いる。この上パンチ1800を用いて成形された成形体を積層し、焼結一体化することで、図2のリング型焼結磁石200が得られる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a ring-type sintered magnet according to
実施の形態2のリング型焼結磁石200は、成形体の境界面の内径側に0.005mm〜0.5mm(軸方向距離)の隙間201ができるため、積層境界で接している面積が小さくなり、境界面の接合強度が小さくなる。
Since the ring-
また、成形体を積層したときの境界部の接触面積が小さいため、リングの断面の全面で接触している場合よりも面圧が大きくなり、焼結時に接触している部分の接合度が高くなるので、かえって確実に接触している境界部を接合することができる。 In addition, since the contact area of the boundary when the molded body is laminated is small, the surface pressure is larger than when the entire surface of the cross section of the ring is in contact, and the degree of bonding of the contacted part during sintering is high. Therefore, it is possible to join the boundary portions that are in reliable contact.
内径側の隙間201が軸方向に0.005mm以下だと金型製作が困難なだけでなく、隙間を空ける効果が得られ難い。隙間201が0.1mm以上だと磁気特性の低下を招く場合がある。境界の隙間201は0.01mm〜0.1mmが適している。また、隙間201の径方向長さR1は、隙間がない場合の径方向長さR2の半分以下になるように設定するのが、磁気特性を維持する上で好ましい。
When the
また、ラジアル配向のリング磁石の場合、焼結時に内径側の焼結収縮が外径側の焼結収縮よりも大きくなる傾向があるが、図18のように内径側が出っ張った上パンチ1800で成形すると、内径側の成形体密度が外径側よりも大きくなる。その結果、内径側の焼結収縮が通常に成形した場合よりも小さくなり、成形体内の焼結収縮を均一にすることができる。それにより、焼結体の形状精度が向上するだけでなく、変形が小さいために境界の接合を確実に行うことができる。すなわち、焼結収縮に起因して起こる変形によって、境界同士が離れ、接合面積が減少するといった不良を抑えることができる。
Further, in the case of a radially oriented ring magnet, the sintering shrinkage on the inner diameter side tends to be larger than the sintering shrinkage on the outer diameter side during sintering, but is formed by the
また、ステータコアと対抗する外周側は確実に接合されているため、モータとして評価した場合にリング型焼結磁石の磁気特性が低下することはない。実施の形態1のリング型焼結磁石と比べても、誘起電圧の低下はほとんどない。 Moreover, since the outer peripheral side which opposes a stator core is reliably joined, when it evaluates as a motor, the magnetic characteristic of a ring type sintered magnet does not fall. Even compared with the ring-type sintered magnet of the first embodiment, there is almost no decrease in induced voltage.
以上のように、実施の形態2のリング型焼結磁石は、リング型磁石成形体の境界面の内径側に隙間を設けているので、よりヒートショックに強く、磁気特性が優れたロータを得ることができる。 As described above, the ring-type sintered magnet of the second embodiment is provided with a gap on the inner diameter side of the boundary surface of the ring-type magnet molded body, so that a rotor that is more resistant to heat shock and excellent in magnetic properties is obtained. be able to.
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3によるリング型焼結磁石を示す断面図である。本実施の形態のリング型焼結磁石300の製造方法は実施の形態1と同じであるが、積層成形体(3段)のうち最下段と2段目の成形体を成形するときに、図19に示す内径側が出っ張ったテーパ形状である断面形状の上パンチ1900を用いる。この上パンチ1900を用いて成形された成形体を積層し、焼結一体化することで、図3のリング型焼結磁石300が得られる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a ring-type sintered magnet according to Embodiment 3 of the present invention. The manufacturing method of the ring-
本実施の形態のリング型焼結磁石300は上記実施の形態2と同様の効果を奏するが、上パンチ1900の内径側をテーパ状断面にしているので、得られる成形体の内径側にはテーパ状の隙間301が形成され、ほぼ直線状の密度分布ができる。すなわち、内径側ほど成形体の密度が高くなるので、焼結時の焼結収縮を均一にすることができ、より高精度な焼結体が得られるとともに、境界の接合を確実にすることができる。
The ring-
以上のように、実施の形態3のリング型焼結磁石は、リング型磁石成形体の境界面の内径側に隙間を設け、隙間が内径側ほど大きくなっている(特にテーパ形状になっている)ので、よりヒートショックに強く、磁気特性の優れたロータを得ることができる。 As described above, in the ring-type sintered magnet of the third embodiment, a gap is provided on the inner diameter side of the boundary surface of the ring-shaped magnet molded body, and the gap is increased toward the inner diameter side (particularly, tapered). Therefore, a rotor that is more resistant to heat shock and excellent in magnetic properties can be obtained.
実施の形態4.
図4は、この発明の実施の形態4によるリング型焼結磁石を示す断面図である。本実施の形態のリング型焼結磁石400の製造方法は実施の形態1と同じであるが、図20に示す内径側が出っ張り、出っ張りの側面がテーパ形状である断面形状の上パンチ2000と、内径側がへっこみ、へっこみの側面がテーパ形状である断面形状の下パンチ2100を用いる。両者のテーパ形状は成形された成形体を積層したとき、嵌合するように寸法設定されている。
Embodiment 4 FIG.
4 is a sectional view showing a ring-type sintered magnet according to Embodiment 4 of the present invention. The manufacturing method of the ring-
積層成形体(3段)の最下段と2段目の成形体を成形するときに、上パンチ2000を用い、2段目と3段目を成形する時には下パンチ2100を用いる。このようにして成形された成形体を積層し、焼結一体化することで、図4のリング型焼結磁石400が得られる。
The
実施の形態4のリング型焼結磁石は、実施の形態2と同様の効果が得られる。また、境界の隙間、特にテーパ形状がはまりあっているので、成形体を積層後に成形体保管庫や焼結炉に移送するとき、焼結炉内で成形体を移送するときに各々の成形体の軸中心がずれるのを防止することができるので、焼結後の焼結リング磁石の形状精度の悪化を防止することができる。 The ring-type sintered magnet of the fourth embodiment can obtain the same effects as those of the second embodiment. In addition, since the gap between the boundaries, particularly the taper shape, is fitted, when the molded body is transferred to the molded body storage or sintering furnace after stacking, each molded body is transferred when the molded body is transferred in the sintering furnace. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the shape accuracy of the sintered ring magnet after sintering.
この発明は、例えば、モータ等の回転電動機に使用する永久磁石に係るものである。 The present invention relates to a permanent magnet used for a rotary electric motor such as a motor, for example.
100,200,300,400 リング型焼結磁石、
201,301,401 隙間。
100, 200, 300, 400 Ring-type sintered magnet,
201, 301, 401 gap.
Claims (5)
上記リング型の磁石成形体を成形する際の上記ラジアル方向の配向度を80%以上にすることにより、積み重ねただけで焼結炉に投入して焼結一体化した際に上記リング型の磁石成形体の境界面の内径側に隙間を生じさせ、上記リング型磁石成形体の積層した境界部の焼結後の強度を、上記境界部以外の部分の磁石強度よりも弱くすることを特徴とするリング型焼結磁石の製造方法。 While pressing the magnetic powder into the ring mold and applying a magnetic field in the radial direction of the ring mold to form a radially oriented ring mold magnet molded body, laminating a plurality of the ring mold magnet molded bodies, In the method for producing a ring-type sintered magnet obtained by sintering integration,
When the ring-shaped magnet molded body is formed, the degree of orientation in the radial direction is set to 80% or more, so that the ring-shaped magnet can be integrated into the sintering furnace after being stacked and integrated by sintering. A gap is formed on the inner diameter side of the boundary surface of the molded body, and the strength after sintering of the boundary portion where the ring-shaped magnet molded body is laminated is made weaker than the magnet strength of a portion other than the boundary portion. To manufacture a ring-type sintered magnet.
上記磁性粉末をリング型に加圧する際、内径側が出っ張った断面形状のパンチを用いて上記リング型の磁石成形体の内径側の成形体密度が外径側より大きくなるように加圧することにより、上記リング型の磁石成形体を複数個積層した際の境界面の内径側に隙間を設け、複数個の上記磁石成形体は積み重ねただけで焼結炉に投入して焼結一体化されることを特徴とするリング型焼結磁石の製造方法。 While pressing the magnetic powder into the ring mold and applying a magnetic field in the radial direction of the ring mold to form a radially oriented ring mold magnet molded body, laminating a plurality of the ring mold magnet molded bodies, In the method for producing a ring-type sintered magnet obtained by sintering integration,
When pressurizing the magnetic powder to the ring mold, by using a punch with a cross-sectional shape projecting from the inner diameter side , pressurizing so that the molded body density on the inner diameter side of the ring-shaped magnet molded body is larger than the outer diameter side, said a clearance ring-shaped powder compact on the inner diameter side of the boundary surface when the plurality of stacked, plurality of the magnet molding is sintered integrally put into a sintering furnace just stacked Rukoto A method for manufacturing a ring-type sintered magnet.
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