JP4561644B2 - 粉末成形方法及び粉末成形装置 - Google Patents
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Description
この加圧成形は、鉛直方向に貫通するダイホールを備えたダイと、前記ダイホールに上方から進退可能な上パンチと、前記ダイホール内にダイと相対移動可能に配設された下パンチとを備える粉末成形装置を用いて行われる。そして、下パンチをダイホール内の所定位置に配置することによってダイのダイホール内にキャビティを形成し、このキャビティ内に上記微粉末(磁石粉末)を上方から落下させて充填した後、上パンチをダイホール内に挿入して下パンチと協働して加圧して成形体を得る。
また、特許文献3には、下パンチ側壁面に設けられた供給口から液状の潤滑剤を気体とともにダイホール内壁面に対して供給する供給口を設けた粉体プレス装置が開示されている。この粉体プレス装置は、下パンチの上部周囲かつ供給口を覆うように、フェルト等の繊維からなる潤滑剤の吸着部材を配設し、この吸着部材に対して霧状の潤滑剤を供給し、吸着部材を介してダイホール側壁面に潤滑剤を塗布している。
本発明の粉末成形方法において、粉末組成物として、R−T−B系焼結磁石の原料粉末を用いることができるが、この場合にはガスを非酸化性ガスとすることが好ましい。特に、この原料粉末の酸素濃度が3000ppm以下である場合には、酸素濃度増加を防止するために、ガスを非酸化性ガスとすることが重要となる。
そして、上記構成において、潤滑剤鉛直供給路とガス鉛直供給路とは独立したものとするが、潤滑剤水平供給路はガス水平供給路を兼ねることができる。
さらに上記構成において、潤滑剤水平供給路は、潤滑剤鉛直供給路から分岐した格子状の経路をなし、ガス水平供給路は、ガス鉛直供給路から分岐した格子状の経路をなすことができる。
図1は、本発明の実施形態による粉末成形装置10の概略構成を示す図である。なお、粉末成形装置10は、粉末組成物である磁性粉末Pに所定方向の磁場を印加しつつ加圧成形するものであるが、以下の説明では磁場を印加するためのコイル等の記載、言及を省略する。
粉末成形装置10は、鉛直方向に貫通するダイホール12を有するダイ11と、ダイ11のダイホール12に対して上方から進退可能に構成された上パンチ13と、ダイ11のダイホール12内に嵌装された下パンチ14とを備える。
図1に示すように、ダイ11が下パンチ14に対して所定位置まで上昇した状態では、下パンチ14によってダイ11のダイホール12内にキャビティ16が形成されている。
ダイ11の上面と接しているフィーダボックス17内の磁性粉末Pは、フィーダボックス17がキャビティ16の上方までスライドされると、フィーダボックス17内の磁性粉末Pがキャビティ16内に自由落下して充填される。キャビティ16内に充填された磁性粉末Pは、ダイホール12に挿入された上パンチ13と下パンチ14とによって加圧成形される。
下パンチ14は、ダイホール12に対応する矩形断面を有するパンチヘッド14aとパンチヘッド14aの下部に位置する矩形断面の基部14bとから構成される。パンチヘッド14aの側壁面には潤滑剤又は非酸化性ガスを供給するための開口である複数の供給口30が形成されている。各供給口30は、パンチヘッド14a内に格子状にかつ水平方向に配設されたパンチヘッド供給路34に連通している。パンチヘッド供給路34には、潤滑剤又は非酸化性ガスが供給される。
以上のように、下パンチ14においては、潤滑剤供給路31、33と非酸化性ガス供給路32とは独立しているが、パンチヘッド供給路34は潤滑剤の供給路及び非酸化性ガスの供給路を兼ねている。したがって、供給口30もまた潤滑剤の供給及び非酸化性ガスの供給を兼ねることになる。
当初は、前回の一連の工程が終了し、図9(a)に示すように、ダイ11は下降端に位置しているとともに、上パンチ13は上昇端に退避している。この状態を、図10に示すように初期状態と呼ぶ。
初期状態においては、フィーダボックス17も退避しており、図9(a)には示されていない。
また、この初期状態において、潤滑剤供給配管18上の第1バルブ20は開いており(図10では「ON」、以下同様)、また、非酸化性ガス供給配管19上の第2バルブ21は閉じている(図10では「OFF」、以下同様)。したがって、下パンチ14のパンチヘッド14aに設けられた供給口30から、潤滑剤が吐出される。この潤滑剤は、脂肪酸又は脂肪酸の誘導体、例えば、ステアリン酸系やオレイン酸系であるステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド等の助剤を用いることができ、溶剤はエタノール等の有機溶剤を使用し、前記脂肪酸と混合して使用する。溶剤に助剤が溶け込んでいても、いわゆる混合状態でも使用可能であり、本発明の液状の潤滑剤とは両者を包含している。本発明では、特許文献3に開示されるような吸着部材(例えば、フエルト)を使用しないため、潤滑剤と溶剤の混合状態のものを使用することができる。潤滑剤の供給圧力は、0.01〜0.5MPaとすることが好ましい。供給圧力が低すぎると所定量の潤滑剤を供給するのに時間が必要であり、逆に供給圧力が高すぎると潤滑剤がダイ11の内壁面へ吐出される際に飛散して供給が不安定になるためである。供給圧力は好ましくは、0.05〜0.3MPaである。
キャビティ16形成の段階では、上パンチ13、フィーダボックス17は、退避位置に制御されている。
このとき、コントローラ26は、第1バルブ20のOFF、第2バルブ21のONの状態を継続する。したがって、キャビティ16内に充填された磁性粉末Pは、下パンチ14に形成された供給口30から吐出される非酸化性ガスの抵抗力によって、ダイ11の内壁面と下パンチ14外壁面との間隙に、容易に入り込むことはない。
なお、この粉末充填の段階では、上パンチ13は、退避位置に制御されたままである。
フィーダボックス17の退避完了後、磁性粉末Pは加圧成形される。加圧成形のために、コントローラ26は、上パンチ13を下降させる。上パンチ13は、図9(d)に示すように、ダイ11のダイホール12(キャビティ16)に挿入され、キャビティ16内の磁性粉末Pを下パンチ14と協働して加圧成形する。このときの加圧力は、30〜300MPa程度である。
図4に下パンチ40の正面図、図5に図4のB−B矢視断面図を示す。
下パンチ40は、ダイホール12に対応する矩形断面を有するパンチヘッド40aとパンチヘッド40aの下部に位置する矩形断面の基部40bとから構成される。パンチヘッド40aの側壁面には潤滑剤又は非酸化性ガスを供給するための開口である複数の供給口50が形成されている。各供給口50は、パンチヘッド40a内に格子状に配設された第1パンチヘッド供給路53、第2パンチヘッド供給路54に連通している。下パンチ40は、互いに独立した第1パンチヘッド供給路53、第2パンチヘッド供給路54を備えている点で、下パンチ14のパンチヘッド供給路34と相違する。
図6に下パンチ60の正面図、図7に図6のC−C矢視断面図、図8に図6のD−D矢視断面図を示す。
下パンチ60は、ダイホール12に対応する矩形断面を有するパンチヘッド60aとパンチヘッド60aの下部に位置する矩形断面の基部60bとから構成される。パンチヘッド60aの側壁面には潤滑剤を供給するための開口である複数の供給口70aが略同一平面上に形成されている。また、パンチヘッド60aの側壁面には非酸化性ガスを供給するための開口である複数の供給口70bが略同一平面上に形成されている。図6に示すように、潤滑剤を供給する供給口70aの上方に非酸化性ガスを供給する供給口70bが配設されている。
また、供給口70bは、パンチヘッド60a内に格子状に配設された第3パンチヘッド供給路75に連通している。第3パンチヘッド供給路75は、第1パンチヘッド供給路73及び第2パンチヘッド供給路74よりも上層に形成され、かつ第1パンチヘッド供給路73及び第2パンチヘッド供給路74に対して独立している。
このように、下パンチ60は、潤滑剤を供給する第1パンチヘッド供給路73及び第2パンチヘッド供給路74に対して、非酸化性ガスを供給する第3パンチヘッド供給路75が独立している点で、下パンチ14、下パンチ40と相違する。
また、下パンチ60は、潤滑剤を吐出する供給口70aの上方に非酸化性ガスを吐出する供給口70bを設けているため、上方からダイ11の内壁面と下パンチ60の外壁面との間に入り込んだ磁性粉末Pが潤滑剤を吐出する供給口70aまでの移動を効果的に防ぐことができる。
さらに、下パンチ40と同様に、第1パンチヘッド供給路73、第2パンチヘッド供給路74が各々独立しており、かつ潤滑剤供給路71は、第1パンチヘッド供給路73、第2パンチヘッド供給路74の平面上のほぼ中心に位置しているから、潤滑剤の吐出圧力の均一性を確保することができる。
このR−T−B系焼結磁石は、希土類元素(R)を25〜37wt%含有する。ここで、RはYを含む概念を有しており、したがってY、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの1種又は2種以上から選択される。好ましいRの量は28〜35wt%、さらに好ましいRの量は29〜33wt%である。
R−T−B系焼結磁石におけるTはFe又はFe及びCoを意味する。ここで、Coを含む場合には3.0wt%以下(0を含まず)、好ましくは0.1〜1.0wt%、さらに好ましくは0.3〜0.7wt%とする。CoはFeと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上に効果がある。
本発明が適用されるR−T−B系焼結磁石は、他の元素の含有を許容する。例えば、Zr、Ti、Bi、Sn、Ga、Nb、Ta、Si、V、Ag、Ge等の元素を適宜含有させることができる。一方で、酸素、窒素、炭素等の不純物元素を極力低減することが好ましい。特に磁気特性を害する酸素は、その量を5000ppm以下とする。酸素量が多いと非磁性成分である希土類酸化物相が増大して、磁気特性を低下させるからである。さらに高磁気特性を得る場合には、その量を3000ppm以下、好ましくは2000pp以下、より好ましくは1000ppm以下とする。本発明は、このように酸素量の少ないR−T−B系焼結磁石の加圧成形に適用することが好ましい。
R−Co系焼結磁石は、Rと、Fe、Ni、Mn及びCrから選ばれる1種以上の元素と、Coとを含有する。この場合、好ましくはさらにCu又は、Nb、Zr、Ta、Hf、Ti及びVから選ばれる1種以上の元素を含有し、特に好ましくはCuと、Nb、Zr、Ta、Hf、Ti及びVから選ばれる1種以上の元素とを含有する。これらのうち特に、SmとCoとの金属間化合物、好ましくはSm2Co17金属間化合物を主相とし、粒界にはSmCo5系を主体とする副相が存在する。
原料金属を真空又は非酸化性ガス、好ましくはAr雰囲気中でストリップキャスティングすることにより、原料合金を得ることができる。原料合金を得るための原料金属としては、希土類金属あるいは希土類合金、純鉄、フェロボロン、さらにはこれらの合金等を使用することができる。
焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。時効処理は、保磁力を制御する上で重要である。時効処理を2段に分けて行なう場合には、800〜900℃近傍、600〜700℃近傍での所定時間の保持が有効である。
30.2wt%Nd−1.4wt%Dy−1wt%B−0.1wt%Cu−0.2wt%Al−0.5wt%Co−bal.Fe
24.9wt%Nd−5.9wt%Pr−0.4wt%Dy−1wt%B−0.05wt%Cu−0.2wt%Al−0.5wt%Co−bal.Fe
下パンチの各辺に潤滑剤供給用の供給口を1つずつ設けた比較例では、500ショットでかじり又はクラックが発生したので中断したのに対して、実施例2では10000ショット経過してもかじりの発生はなかった。
以上のように、本発明にしたがった成形方法を採用することにより、低酸素雰囲気下での長期の連続成形であっても、かじりの発生を防止することができることが判った。
Claims (9)
- ダイのダイホールに形成されたキャビティ内の粉末組成物から上パンチ及び下パンチを用いて成形体を作製する粉末成形方法であって、
前記ダイホールに面する前記ダイの内壁面に対して、前記下パンチの側壁面から液状の潤滑剤を供給する工程と、
前記キャビティに所定量の前記粉末組成物を供給する工程と、
前記キャビティ内に供給された前記粉末組成物を前記上パンチ及び前記下パンチによって加圧成形する工程と、を備え、
前記粉末組成物を供給する工程及び前記加圧成形する工程のいずれか又は双方の期間に、前記ダイホールに面する前記ダイの内壁面に対して、前記下パンチの側壁面に開口されたガス供給口からガスを供給し、前記ガスは前記ガス供給口よりも上方に向けて流れることを特徴とする粉末成形方法。 - 前記潤滑剤の供給圧力が0.01〜0.5MPaであり、
前記ガスの供給圧力が0.03〜3MPaであることを特徴とする請求項1に記載の粉末成形方法。 - 前記粉末組成物が、R−T−B系焼結磁石の原料粉末であり、
前記ガスが非酸化性ガスであることを特徴とする請求項1又は2に記載の粉末成形方法。
ただし、Rは希土類元素の1種又は2種以上、TはFe又はFe及びCoを示す。 - 前記原料粉末の酸素濃度が3000ppm以下であることを特徴とする請求項3に記載の粉末成形方法。
- 粉末組成物を加圧成形して成形体を作製する粉末成形装置であって、
鉛直方向に貫通するダイホールを有するダイと、
前記ダイホール内に供給された前記粉末組成物に加圧力を付与する上パンチ及び下パンチと、を備え、
前記下パンチの内部には、
外部から供給された潤滑剤を前記下パンチの側壁面に開口された複数の第1の供給口まで供給する潤滑剤供給路と、
外部から供給されたガスを前記下パンチの側壁面に開口された複数の第2の供給口まで供給するガス供給路が形成され、外部から供給された前記ガスは、前記第2の供給口より上方に向けて流れることを特徴とする粉末成形装置。 - 前記粉末組成物を前記ダイホール内に供給する前に、前記潤滑剤供給経路を介して前記第1の供給口から前記潤滑剤を前記ダイの内壁面に向けて供給し、
その後に、前記ガス供給路を介して前記第2の供給口から前記ガスを前記ダイの内壁面に向けて供給し、
しかる後に前記粉末組成物を前記ダイホール内に供給するように前記粉末成形装置を制御するコントローラを備えることを特徴とする請求項5に記載の粉末成形装置。 - 前記潤滑剤供給路は、前記下パンチの鉛直方向に前記潤滑剤を供給する潤滑剤鉛直供給路と、前記潤滑剤鉛直供給路に連なり、前記潤滑剤鉛直供給路から供給された前記潤滑剤を水平方向かつ前記第1の供給口まで供給する潤滑剤水平供給路を備え、
前記ガス供給路は、前記下パンチの鉛直方向に前記ガスを供給するガス鉛直供給路と、前記ガス鉛直供給路に連なり、前記ガス鉛直供給路から供給された前記ガスを水平方向かつ前記第2の供給口まで供給するガス水平供給路を備えることを特徴とする請求項5又は6に記載の粉末成形装置。 - 前記潤滑剤鉛直供給路と前記ガス鉛直供給路は独立しており、前記潤滑剤水平供給路が前記ガス水平供給路を兼ねることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の粉末成形装置。
- 前記潤滑剤水平供給路は、前記潤滑剤鉛直供給路から分岐した格子状の経路をなし、
前記ガス水平供給路は、前記ガス鉛直供給路から分岐した格子状の経路をなすことを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の粉末成形装置。
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