JP4631186B2

JP4631186B2 - 粉体プレス装置および希土類合金磁性粉末成形体の作製方法

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Publication number: JP4631186B2
Application number: JP2001074172A
Authority: JP
Inventors: 修一奥山; 務原田; 隆志田尻
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JP2001342502A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類合金磁性粉末成形体の作製方法および希土類磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類合金磁石は、希土類合金を粉砕して形成した磁性粉末をプレスすることによって成形される。現在、希土類合金焼結磁石としては、サマリウム・コバルト系磁石およびネオジム・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。なかでもネオジム・鉄・ボロン系磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石」と称する。ＲはＹを含む希土類元素、Ｔは鉄、または鉄および鉄の一部を置換した遷移金属元素、Ｂはボロンである。）は、種々の磁石の中で最も高い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。
Ｔに含まれる遷移金属としては、例えばＣｏが用いられる。
【０００３】
希土類合金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。ボイスコイルモータ等の高性能の回転機には、断面がＣ型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金型プレス部材の加圧面（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。このような従来技術によれば、プレス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、プレス方向と配向磁界の向きが一致する場合、プレス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。特に、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位置と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。
【０００６】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、湾曲した表面を持ちながら、配向の乱れが抑制され、粒子の配向方向が磁界の向きに平行な希土類合金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にある。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記のプレス装置を用いて、配向の乱れが抑制された希土類合金磁性粉末成形体を作製する方法、および希土類磁石の製造方法、ならびに希土類磁石を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、上記プレス装置に用いられる粉体プレス用金型セットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による粉体プレス装置は、キャビティを形成するための貫通孔を有するダイと、前記キャビティ内に充填された希土類合金磁性粉末をプレスするための第１および第２のパンチと、前記キャビティ内の前記希土類合金磁性粉末に対してプレス方向に平行な配向磁界を印加する磁界生成手段とを備えた粉体プレス装置であって、前記第１および第２のパンチの少なくとも一方は、湾曲したプレス面を有しており、前記プレス面には、前記希土類合金磁性粉末の粒子がプレス中に前記プレス面に沿って移動することを抑制する形状が与えられている。
【００１０】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面には、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な方向に伸びる凹部および／または凸部から構成されたパターンが形成されている。
【００１１】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面は、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な複数の微小面を含んでおり、前記複数の微小面の各々は一定方向に延長し、隣接する微小面の間には段差が形成されている。
【００１２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の微小面はそれぞれ０．１ｍｍ以下の幅を有している。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面には、深さが０．１ｍｍ以下の凹部および／または高さが０．１ｍｍ以下の凸部が配列されている。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面は鏡面加工されておらず、表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以上１２．５μｍ以下である。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面は全体としてアーチ状に湾曲している。
【００１６】
本発明による希土類合金磁性粉末成形体の作製方法は、上記何れかの粉体プレス装置を用いて希土類合金磁性粉末の成形体を作製する。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記希土類合金磁性粉末はＦｅ−Ｒ−Ｂ（Ｒは希土類元素、Ｂはボロン)系合金から形成されている。
【００１８】
本発明による希土類磁石の製造方法は、上記何れかの粉体プレス装置を用いて希土類合金磁性粉末の成形体を作製する工程と、前記成形体から永久磁石を作製する工程とを包含する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記希土類合金磁性粉末はＦｅ−Ｒ−Ｂ（Ｒは希土類元素、Ｂはボロン)系合金から形成されている。
【００２０】
本発明の粉体プレス用金型セットは、湾曲したプレス面を有するパンチを備えた粉体プレス用金型セットであって、前記プレス面には、粉末粒子がプレス中に前記プレス面に沿って移動することを抑制する形状が与えられていることを特徴とする。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面には、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な方向に伸びる凹部および／または凸部から構成されたパターンが形成されている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面は、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な複数の微小面を含んでおり、前記複数の微小面の各々は一定方向に延長しており、隣接する微小面の間には段差が形成されている。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記複数の微小面はそれぞれ０．１ｍｍ以下の幅を有している。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面には、深さが０．１ｍｍ以下の凹部および／または高さが０．１ｍｍ以下の凸部が配列されている。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面は鏡面加工されておらず、表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以上１２．５μｍ以下である。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記プレス面は全体としてアーチ状に湾曲している。
【００２７】
本発明の希土類磁石は、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な方向に伸びる凹部および／または凸部から構成されたパターンが表面に形成されている。
【００２８】
本発明の他の希土類磁石は、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な複数の微小面を含んでいる表面を持ち、前記複数の微小面の各々は一定方向に延長しており、隣接する微小面の間には段差が形成されている。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記複数の微小面はそれぞれ０．１ｍｍ以下の幅を有している。
【００３０】
本発明による更に他の希土類磁石は、プレス方向に垂直な基準面に対して略平行な方向に伸びる複数の帯状平面から構成された表面を持つ。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、プレス方向に平行な向きを持った磁界中で配向した磁性粉末をプレスするとき、プレス部材の表面（プレス面）に曲面（または傾斜面）が存在していると、その曲面（または傾斜面）が粉末に及ぼす力によって、プレス面近傍の粉末粒子に配向の乱れが生じ、更には、その配向の乱れが粉末成形体の内部にまで悪い影響を及ぼすため、成形体の配向方向が配向磁界の向きとは平行でなくなることを見出した。
【００３２】
このような配向の乱れを抑制するため、本発明では、プレス面に凹凸パターンを形成し、それによって、磁性粉末粒子がプレス方向に垂直な方向に移動することを抑制するようにしている。
【００３３】
後述するように、配向磁界中に置かれた磁性粉末粒子は、磁気的相互作用によって磁界の向きに沿って結合し、集団的に運動する。このため、本発明者は、プレス面における粉末粒子の挙動が粉末成形体の内部における粒子の挙動・配向に大きな影響を与えると考え、プレス面の形状改善を試みた。その結果、最終的に得られる磁石の磁気特性を向上することに成功した。
【００３４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３５】
［プレス装置］
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態で用いる粉体プレス装置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）を有するダイ１２と、貫通孔内において磁性粉末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。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。
【００３６】
本実施形態で使用する金型セットの形状は、図２に示すよう弓型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は、例えば、ボイスコイル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。
【００３７】
再び図１（ａ）を参照する。
【００３８】
キャビティは、下パンチ１６の上部がダイ１２の貫通孔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（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。このようなシェーカは、例えば特開２０００−２４８３０１号公報に記載されている。
【００３９】
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充填粉末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。
【００４０】
本実施形態にかかるプレス装置１０に特徴的な点は、上パンチ１４のプレス面１４ａと下パンチ１６のプレス面１６ａに新規な表面パターンが設けられていることにある。このプレス面１４ａおよび１６ａに形成された表面パターンについては、後に詳細を説明する。
【００４１】
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のプレス面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。
【００４２】
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合金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、加圧されている粉末粒子１８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１２から抜き出される。
【００４３】
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の状態を模式的に示している。
【００４４】
配向磁界中に置かれた磁性粉末の個々の粒子は、配向磁界の向きに配向するとともに、他の粉末粒子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、複数の粉末粒子が配向磁界の向きに沿って一列に配列する。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。もしも、プレス面１４ａおよび１６ａが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、平滑なプレス面１４ａおよび１６ａ上を粉末粒子が横方向に滑り、その結果、配向の向きがずれてしまうことになる。
【００４５】
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、プレス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のプレス面に与えた微細な凹凸パターンが、プレス面における粉末粒子の滑りを抑制することで達成される。
【００４６】
前述のように、磁界中の磁性粉末粒子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、プレス面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、プレス面に新規な表面形状を付与するだけで、キャビティ内の粉末全体について、その配向度の低下を抑制することが可能になる。
【００４７】
次に、本実施形態で用いる下パンチ１６のプレス面１６ａの具体的な構成を説明する。なお、上パンチ１４のプレス面１４ａも同様の構成を有している。
【００４８】
図５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態で用いる下パンチ１６のプレス面１６ａについて、２種類の異なる表面形状を示している。図５（ａ）の例では、プレス面１６ａに形成されている凹凸パターンは、プレス面１６ａの等高線のパターンに類似したパターンを有している。
【００４９】
図５（ａ）のプレス面１６ａの断面を図６（ａ）に示し、その一部を拡大した断面を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）からわかるように、プレス面１６ａの表面パターンは、プレス方向Ａに垂直な基準面２６に対して略平行な複数の微小面１６０によって構成されており、隣接する微小面１６０の間には段差が形成されている。各微小面１６０の幅およびピッチは例えば０．１ｍｍである。これら微小面１６０の各々は、図５（ａ）に示されるように一方向（矢印Ｂに平行な方向）に延びている。このようなプレス面１６ａは、通常の方法で作製したパンチ部材の表面をボールエンドミルなどを用いて加工することによって形成される。
【００５０】
粉末の圧縮中、プレス面近傍に位置する粉末粒子は、図５（ａ）の矢印Ｂの方向に沿って滑りやすい状況にはない。以下、この理由を説明する。
【００５１】
まず、プレス中にプレス面１６ａと接触する粉末粒子がプレス面１６ａから受ける力のベクトルを考える。このベクトルは、矢印Ｂに対して垂直である。したがって、粉末粒子は矢印Ｂに平行な力をプレス面１６ａからは受けず、矢印Ｂ方向に沿って粉末粒子が滑ることは無視できる。
【００５２】
上記ベクトルは、プレス面の中央において矢印Ａと略平行になるが、それ以外の領域では、矢印Ａとは平行ではない成分を持つ。これは、粉末粒子を滑らせる力の成分となるが、本実施形態のような表面構造がプレス面１６ａに与えられていれば、それによって粉末粒子の滑りが抑制されることになる。
【００５３】
なお、図６（ｂ）に示されるプレス面１６ａには、基準面２６に対して平行な微小面１６０から多数の段差が形成されているが、微小面１６０は、必ずしも、基準面２６に対して平行である必要はない。断面がＶ字型または矩形の溝が多数形成されたプレス面であっても良い。このようなプレス面であっても、プレス面近傍の粉末粒子が溝を横切る方向に滑ることが充分に抑制されるからである。
【００５４】
次に、図５（ｂ）に示されるプレス面１６ａを説明する。このプレス面１６ａの断面を図７（ａ）に示し、その一部を拡大した断面を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）からわかるように、プレス面１６ａは、複数の帯状平面（幅２〜２０ｍｍ）１６５によって構成されており、プレス面１６ａの断面形状は多角形である。
【００５５】
上記いずれのプレス面１６ａも、プレス面１６ａに接触している粉末粒子がプレス面１６ａに沿って滑るのを抑制する機能を発揮する。このような粉末粒子の滑りをより効率的に防止し、しかも優れた離型性を実現するには、プレス面１６ａの表面粗度Ｒａを、０．０５μｍ以上２５μｍ以下に設定することが好ましい。
【００５６】
なお、図５（ａ）および（ｂ）に示す例では、湾曲したプレス面１６ａが一定方向に伸びる複数の面から構成されているが、プレス面の表面パターンはこれらに限定されない。本発明で重要な点は、加圧されつつある粉末粒子がプレス面上で滑りにくいパターンをプレス面に形成している点にある。故に、ドット状またはその他の形状の微細な凹部および／または凸部をプレス面に多数配列してもよい。この場合、成形体の離型性を向上させるためには、凹部の深さを０．１ｍｍ以下、凸部の高さを０．１ｍｍ以下に設定することが好ましい。プレス面（パンチ接触面）が０．１ｍｍを超える凹凸を有すると、プレス面に粉末が残り、成形することが困難となるからである。ストリップキャスト法によって作製された希土類磁石粉末のように平均粒径が小さく、粒度分布が狭い粉末を成形する場合は、そうではない粉末を成形する場合よりも大きな圧力でプレスする必要がある。この場合、例えば、通常よりも１０％〜２０％くらい大きなプレス圧が必要とされる。このように大きな圧力で粉末を成形する場合に、プレス面の凹凸が０．１ｍｍを超えていると、成形体を抜き出すときに生じるスプリングバックによって成形体が膨張し、凹凸面に粉末が残ったり、成形体が崩れてしまう可能性がある。
【００５７】
なお、プレス面に溝や段差を形成する場合、それらの溝や段差を横切るように他の溝や段差を付加的に形成しても良い。
【００５８】
このように、本発明では、プレス中にパンチのプレス面に接する粉末粒子のプレス面上での滑り（プレス面に沿った粉末粒子の運動）を阻止する力が、プレス面に形成された表面構造によって当該粉末粒子に与えられる。このようなプレス面の表面構造は、プレス工程でその役割を発揮するものであり、最終的な希土類磁石の表面にとっては必要ないものである。したがって、プレス面の表面構造が磁石の表面に転写されても、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。言いかえると、磁石表面の研磨によって除去される程度のサイズを持った微細な表面構造をプレス面に形成しても、本発明の効果を充分に得ることができる。
【００５９】
プレス面に前述のような階段形状を付与する代わりに、例えば放電加工法によって湾曲面を形成した後、その面に鏡面加工を施すことなく、プレス面を荒れた状態のままにしてもよい。図９は、放電加工法によって形成したパンチのプレス面を示している。図９に示すように、プレス面に微細な凹部および／または凸部を形成しても、前述の効果と同様の効果を得ることが可能である。このようなプレス面を持つパンチは、階段形状の断面を持つパンチと比べて、作製が容易である。プレス面の表面粗度Ｒａは、０．０５μｍ〜１２．５μｍの範囲内に調節することが好ましい。磁界中のプレス成形時、粉末は上記プレス面の凸部によって横滑りしないよう固定されるため、配向の乱れが抑制される。また、プレス成形後もプレス面の凹部に空気や離型剤が適度に残るため、プレス成形面と成形体との密着性が低減される。その結果、成形体の取り出し時に成形体の一部が剥離することが防止される。放電加工を行なった場合、フライス加工やエンドミル加工を行なった場合に比較して、方向性の無い凹凸がランダムに形成されやすい。また、放電加工時に発生する熱により、加工面の凹凸は丸みを帯びるため、粉末配向の乱れが生じにくく、離型性に優れたパンチを作製することができる。
【００６０】
上記構造のプレス面を持つ上パンチ１４および下パンチ１６は、プレス方向に平行な磁界を形成するための磁束を通すため、非磁性体から形成されることが好ましい。このような材料として、例えばＷＣ−Ｎｉ系超硬合金を選択することが好ましい。
【００６１】
なお、配向方向が平行で、かつ、均一な磁束密度の磁石を得るためには、上パンチ１４および下パンチ１６の磁性粉末と接触する先端部分の材料は、特開平９−３５９７８号公報に記載されているように、飽和磁化が０．０５〜１．２テスラの金属材料から形成されていることが好ましい。
【００６２】
［合金粉末の製造方法］
公知のストリップキャスト法を用いてＲ−Ｆｅ−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。
【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。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、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。従って、本実施形態の場合、プレス面加工による効果が顕著に発現することになる。
【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（パンチ１４および１６に接触していた面）には、上パンチ１４のプレス面１４ａおよび下パンチ１６のプレス面１６ａが持つ表面パターン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、プレス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、プレス面の表面パターン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消失してもよい。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プレス面は、従来通り、平滑な面から構成されていても良い。
【００７６】
また、球面の一部のように湾曲した面を有している磁石を製造する場合でも、本発明は有効である。その場合、プレス面を構成する複数の微小面は同心円状に配列されることになる。
【００７７】
なお、本明細書では「湾曲したプレス面」という言葉を用いているが、この「湾曲したプレス面」という文言は、巨視的には湾曲していても、微視的には「湾曲していない部分」を含むプレス面を包含していることは言うまでもない。
【００７８】
（実施例および比較例）
図５（ａ）および（ｂ）に示す下パンチ１６を備えたプレス装置を用い、前述の方法で作製した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。
【００７９】
比較のため、鏡面加工処理を施したプレス面を持つ下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、磁石を作製した。
【００８０】
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。
【００８１】
図５（ａ）に示される表面形状を持つパンチを用いて作製した実施例と、図５（ｂ）に示される表面形状を持つパンチを用いて作製した実施例とを比較すると、磁気特性に大きな差異は見られなかったが、成形体の離型性の点では、図５（ｂ）に示されるパンチの方が優れた結果を示した。ただし、図５（ａ）に示されるパンチを用いる場合でも、微小面の幅またはピッチを狭くし、その大きさを０．０１〜５ｍｍ程度の範囲内に設定すると、充分に優れた離型性が発揮される。
【００８２】
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８（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８（ｂ）に示す。
【００８３】
図８（ａ）および図８（ｂ）から明らかなように、本発明の実施例のコギングトルクは、比較例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ることに起因している。
【００８４】
【発明の効果】
本発明のプレス装置によれば、プレス面に特別の凹凸パターンを形成しているため、配向磁界中で粉末プレスを実行する際、粉末粒子がプレス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。
【００８５】
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の磁気特性は優れたものなる。
【００８６】
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、本実施形態で用いる粉体プレス装置１０の主要部を示している。
【図２】本発明の実施形態で製造する弓型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、本発明の実施形態における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】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態で用いるプレス面１６ａを持つ下パンチ１６の斜視図である。
【図６】（ａ）は、図５（ａ）の下パンチ１６の断面図であり、（ｂ）は、その一部を拡大した断面図である。
【図７】（ａ）は、図５（ｂ）の下パンチ１６の断面図であり、（ｂ）は、その一部を拡大した断面図である。
【図８】（ａ）は、本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。
【図９】本発明の他の実施形態で用いる下パンチ１６を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０プレス装置
１２ダイ
１４上パンチ
１４ａ上パンチのプレス面
１６ａ下パンチのプレス面
１６下パンチ
１８キャビティ
２０弓形磁石
２４成形体

Claims

キャビティを形成するための貫通孔を有するダイと、
前記キャビティ内に充填された希土類合金磁性粉末をプレスするための第１および第２のパンチと、
前記キャビティ内の前記希土類合金磁性粉末に対してプレス方向に平行な配向磁界を印加する磁界生成手段と
を備えた粉体プレス装置であって、
前記第１および第２のパンチの少なくとも一方は、全体としてアーチ状に湾曲したプレス面を有しており、
前記プレス面には、前記希土類合金磁性粉末の粒子がプレス中に前記プレス面に沿って移動することを抑制するように、放電加工によって形成された凹凸が形成され、前記プレス面は鏡面加工されておらず、表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以上１２．５μｍ以下である粉体プレス装置。
キャビティを形成するための貫通孔を有するダイと、
前記キャビティ内に充填された希土類合金磁性粉末をプレスするための第１および第２のパンチと、
前記キャビティ内の前記希土類合金磁性粉末に対してプレス方向に平行な配向磁界を印加する磁界生成手段と
を備えた粉体プレス装置であって、
前記第１および第２のパンチの少なくとも一方は、全体としてアーチ状に湾曲したプレス面を有しており、
前記プレス面には、前記希土類合金磁性粉末の粒子がプレス中に前記プレス面に沿って移動することを抑制するように複数の帯状平面から構成され、前記プレス面の断面形状が多角形である粉体プレス装置。
キャビティを形成するための貫通孔を有するダイと、
前記キャビティ内に充填された希土類合金磁性粉末をプレスするための第１および第２のパンチと、
前記キャビティ内の前記希土類合金磁性粉末に対してプレス方向に平行な配向磁界を印加する磁界生成手段と
を備えた粉体プレス装置であって、
前記第１および第２のパンチの少なくとも一方は、全体としてアーチ状に湾曲したプレス面を有しており、
前記プレス面は、プレス方向に垂直な基準面に対して平行な複数の微小面を含んでおり、
前記複数の微小面の各々は一定方向に延長し、隣接する微小面の間には段差が形成されている粉体プレス装置。
前記複数の微小面はそれぞれ０．１ｍｍ以下の幅を有している請求項３に記載の粉体プレス装置。
請求項１から４の何れかに記載の粉体プレス装置を用いて希土類合金磁性粉末の成形体を作製する希土類合金磁性粉末成形体の作製方法。
前記希土類合金磁性粉末はＦｅ−Ｒ−Ｂ（Ｒは希土類元素、Ｂはボロン)系合金から形成されている請求項５に記載の希土類合金磁性粉末成形体の作製方法。
請求項１から４の何れかに記載の粉体プレス装置を用いて希土類合金磁性粉末の成形体を作製する工程と、
前記成形体から永久磁石を作製する工程と
を包含する希土類磁石の製造方法。
前記希土類合金磁性粉末はＦｅ−Ｒ−Ｂ（Ｒは希土類元素、Ｂはボロン)系合金から形成されている請求項７に記載の希土類磁石の製造方法。