JP4701573B2 - 粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法 - Google Patents
粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法に関し、より特定的にはダイに形成されたキャビティに粉末を充填するための、粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャビティ内に粉末を充填するための技術が、特開平１１−４９１０１号や特開２０００−２４８３０１号において提案されている。
特開平１１−４９１０１号の技術は、空気タッピングにより供給ホッパを介して容器に被充填物を充填する充填方法であって、空気タッピング後に供給ホッパと容器との両方に被充填物が存在するようにし、その後、供給ホッパと容器との両方に存在する被充填物のうち、容器に形成された密度が均一な部分を、供給ホッパに残存する被充填物から分離するようにしたものである。
【０００３】
特開２０００−２４８３０１号の技術は、金型に形成されるキャビティ上に、底部に開口を有する給粉箱を移動させてその開口からキャビティ内に希土類合金粉末を供給するようにした供給装置であって、給粉箱内の底部を水平方向に平行移動する棒状部材を備える。そして、この棒状部材を往復運動させながら給粉箱内の希土類合金粉末をキャビティ内に供給するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−４９１０１号の技術では、空気タッピングにより容器内に被充填物を充填するため、容器内の被充填物の充填密度が自然落下による充填時の充填密度より高くなってしまう。たとえば、希土類合金粉末の自然落下による充填密度は１．８ｇ／ｃｍ3前後であるのに対して、空気タッピングによる充填密度は３．４ｇ／ｃｍ3前後となる。このように高密度充填された被充填物は個々の粉末が動きづらい状態になるので、配向のためにはより強い磁場が必要となってしまい、生産コストが高くなる。
【０００５】
一方、特開２０００−２４８３０１号の技術では、図１２（ａ）に示すようにキャビティ１方向に給粉箱２を移動させ、図１２（ｂ）に示すようにキャビティ１上に給粉箱２が位置したとき粉末３の自重によってキャビティ１内に粉末３が供給されてしまう。このとき充填が偏り粉末３は均一に充填されない。その後、図１２（ｃ）および（ｄ）に示すようにシェーカー４の動作によってキャビティ１内に粉末３が充填されるが、シェーカー４によって粉末３を押し込むことによって、充填密度を２．３ｇ／ｃｍ3前後にまで上げ、その結果、充填密度を均一にする。したがって、所望の配向度を得るためには、より強い磁場が必要となる。なお、図１３にこの従来装置による給粉状態を示す。
【０００６】
さらに、パンチの圧縮方向にキャビティが薄い場合には、キャビティ内における充填密度むらを圧縮によって修正しにくくなり、成形体に割れが発生することがある。時には給粉箱内の粉末のかたまりがキャビティにそのまま充填されて充填密度むらを発生させる。
【０００７】
それゆえにこの発明の主たる目的は、低コストで所望の配向が可能になり高い磁気特性が得られ、かつ単重バラツキの少ない粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の粉末充填配向装置は、ダイに形成されたキャビティ内に粉末を充填するための粉末充填配向装置であって、キャビティ上に移動自在で底部に開口を有しかつ粉末が収容される給粉箱、給粉箱内において往復運動可能に設けられかつ下方に向かって粉末を押込む複数の棒状部材、給粉箱の開口において複数の棒状部材の往復運動の方向に対して平行に設けられる複数の線状部材、および給粉箱からキャビティ内に充填された粉末を配向するための配向手段を備え、複数の棒状部材と複数の線状部材とは、平面視において直交し、複数の棒状部材は、第１棒状部材、往復運動の方向において第１棒状部材よりも一方側に設けられる第２棒状部材、および往復運動の方向において第１棒状部材よりも他方側に設けられる第３棒状部材を含み、第１棒状部材は、第２および第３棒状部材よりも下方に設けられ、第１、第２および第３棒状部材と複数の線状部材との間には棒状部材が設けられていないことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の粉末充填配向装置は、請求項１に記載の粉末充填配向装置において、棒状部材と線状部材との間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項３に記載のプレス成形装置は、請求項１に記載の粉末充填配向装置、および粉末充填配向装置によってキャビティ内に充填された粉末をプレス成形するためのプレス手段を備える。
【００１０】
請求項４に記載の粉末充填配向方法は、ダイに形成されたキャビティ内に粉末を充填するための粉末充填配向方法であって、粉末を収容した給粉箱をダイのキャビティ上へ移動するステップ、給粉箱がキャビティ上に位置したとき給粉箱内で複数の棒状部材を往復運動させることによって粉末を攪拌しつつ下方に移動させ複数の線状部材を通過させながら粉末をキャビティに充填するステップ、およびキャビティ内の粉末に配向磁場を印加して粉末を配向するステップを備え、複数の線状部材は、給粉箱の開口において複数の棒状部材の往復運動の方向に対して平行に設けられ、複数の棒状部材と複数の線状部材とは、平面視において直交し、複数の棒状部材は、第１棒状部材、往復運動の方向において第１棒状部材よりも一方側に設けられる第２棒状部材、および往復運動の方向において第１棒状部材よりも他方側に設けられる第３棒状部材を含み、第１棒状部材は、第２および第３棒状部材よりも下方に設けられ、第１、第２および第３棒状部材と複数の線状部材との間には棒状部材が設けられていないことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の粉末充填配向方法は、請求項４に記載の粉末充填配向方法において、粉末は急冷法によって製造されたものであることを特徴とする。
請求項６に記載の粉末充填配向方法は、請求項４に記載の粉末充填配向方法において、線状部材の間隔が２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項７に記載の焼結磁石製造方法は、請求項４または５に記載の粉末充填配向方法によってキャビティに充填された粉末を、プレス成形して成形体を得るステップ、および成形体を焼結して焼結磁石を製造するステップを備える。
【００１２】
請求項１に記載の粉末充填配向装置では、給粉箱の開口に線状部材を設けることによって、キャビティ上への給粉箱の移動が完了してもキャビティ内に粉末は重力のみによっては落下せず、その後給粉箱内の棒状部材を動作させることによってキャビティ内に粉末を充填できる。このとき、キャビティ内に粉末を配向しやすい低い充填密度（たとえば１．７ｇ／ｃｍ3〜２．１ｇ／ｃｍ3）でむらなく充填することができる。このように、粉末は高密度で充填されていないので個々の粉末が動きやすく比較的低い配向磁場であっても所望の配向を施すことができ、生産コストを抑えることができる。また、充填密度の分布を均一にできるので、キャビティ内の粉末を配向することによって磁気特性の高い製品が得られる。さらに、充填密度ばらつきによる成形体の割れも少なくなる。請求項４に記載の粉末充填配向方法についても同様である。なお、給粉・充填される粉末の平均粒径（ＦＳＳＳ粒径）は２．０μｍ〜６．０μｍである。
【００１３】
請求項２に記載の粉末充填配向装置では、線状部材周辺の粉末の流動が促され、キャビティへ粉末を配向に適したかさ密度で円滑に充填できる。
請求項３に記載のプレス成形装置では、上述の粉末充填配向装置によってキャビティ内に充填された粉末を、プレスすることによって密度の均一性が高い成形体を得ることができ、密度の不均一から生じるひびや割れの発生を防止できる。
【００１４】
粉末を急冷法によって製造し、粉末の粒度分布を狭くてシャープにすると、流動性が極めて悪くなる。しかし、請求項５に記載の粉末充填配向方法では、自然落下による充填によって粉末の流動性を向上できるので、粉末が急冷法で製造され粒度分布がシャープな場合であってもキャビティ内での粉末の密度の均一性を向上できる。また、個々の粉末を容易に運動させることができ、たとえば磁気異方性の高い磁石を作製できる。
請求項６に記載するように、線状部材の間隔は２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
請求項７に記載の焼結磁石製造方法では、上述の粉末充填配向方法によってキャビティ内に充填された粉末を、プレスすることによって密度の均一性が高い成形体を得ることができ、成形体のひびや割れの発生を低減できる。その結果、その成形体を焼結して得られる焼結磁石もひびや割れによる不良発生が少なくなり、変形も低減できるので、製造工程での歩留まりを向上でき、焼結磁石の生産性を向上できるとともに、磁気特性のよい焼結磁石を製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
図１ないし図５を参照して、この発明の一実施形態のプレス成形装置１０について説明する。
【００１７】
プレス成形装置１０は、プレス成形部１２および粉末充填配向装置１４を含む。
プレス成形部１２はダイセット１６と金型１８とを含む。金型１８は、ダイ２０、下パンチ２２および上パンチ２４を含む。ダイ２０の飽和磁化はたとえば０．０５Ｔ以上１．２Ｔ以下に設定される。ダイ２０はダイセット１６に嵌め込まれ、下パンチ２２はダイ２０を上下方向に貫通するダイホール２６に下方から嵌入自在に配置される。下パンチ２２の上端面とダイホール２６の内周面とによって任意の容積のキャビティ２８が形成される。そして、上パンチ２４をキャビティ２８内に没入することによって、キャビティ２８内に充填された粉末ｍが圧縮され、成形体が得られる。
【００１８】
粉末充填配向装置１４は、ダイセット１６に隣接配置されるベースプレート３０を含む。ベースプレート３０上には給粉箱３２が設けられ、給粉箱３２はたとえば油圧シリンダやエアーシリンダ等のシリンダ（または電動サーボモータ）３４のシリンダロッド３６によってダイ２０上と待機位置とを往復移動する。給粉箱３２の待機位置近傍には、給粉箱３２に粉末ｍを補給するための補給装置３８が設けられる。
【００１９】
補給装置３８では、秤４０上にフィーダカップ４２が配置され、振動トラフ４４によって少しずつフィーダカップ４２内に粉末ｍが落下される。この計量動作は給粉箱３２がダイ２０上に移動している間に行われる。フィーダカップ４２内の粉末ｍの重量が一定レベルに達した時点でロボット４６がフィーダカップ４２を把持し、給粉箱３２が待機位置に戻ったときにロボット４６によってフィーダカップ４２内の粉末ｍが給粉箱３２に補給される。フィーダカップ４２内の粉末ｍの量は、１回のプレス動作に伴う給粉箱３２内の粉末減少分に相当するように設定され、給粉箱３２内の粉末ｍの量が常に一定量にされる。このように、給粉箱３２内の粉末ｍの量が一定となる結果、粉末ｍがキャビティ２８に重力落下するときの圧力が一定となり、キャビティ２８に充填される粉末ｍの量が一定となる。粉末ｍにはたとえば希土類合金粉末が用いられる。
【００２０】
希土類磁石合金粉末は、たとえばつぎのようにして作製される。まず、急冷法（冷却速度１０2°Ｃ／ｓｅｃ以上１０4°Ｃ／ｓｅｃ以下）による合金の作製法としてストリップキャスト法を用いて、鋳片を作製する。ストリップキャスト法は、たとえば米国特許第５，３８３，９７８号に開示されている。具体的には、Ｎｄ：２６ｗｔ％、Ｄｙ：５．０ｗｔ％、Ｂ：１．０ｗｔ％、Ａｌ：０．２ｗｔ％、Ｃｏ：０．９ｗｔ％、Ｃｕ：０．２ｗｔ％、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のフレーク状合金を得る。このときの急冷条件は、たとえば、ロール周速度約１ｍ／秒、冷却速度５００℃／秒、過冷度２００℃である。
【００２１】
このフレーク状合金を水素吸蔵法によって粗粉砕した後、ジェットミルを用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕すれば、平均粒径が約３．５μｍの合金粉末を得ることができる。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。
【００２２】
こうして得た希土類合金粉末に対して、ロッキングミキサー内で潤滑剤をたとえば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好ましい。この実施形態では、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好適に用いることができる。カプロン酸メチルとイソパラフィンの重量比は、たとえば１：９とすればよい。
【００２３】
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、たとえば、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。上記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。
【００２４】
図２および図３に示すように、給粉箱３２内にはシェーカー（アジテータともいう）４８が設けられる。シェーカー４８は、ダイ２０上面やベースプレート３０上面と平行に配置される複数の棒状部材５０、および略コ字状の複数の支持部材５２を含む。棒状部材５０は、たとえば直径３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円形断面を有する丸棒材であり、また角材であってもよい。棒状部材５０および支持部材５２は、それぞれたとえばステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる。この実施の形態では棒状部材５０および支持部材５２がそれぞれ３つずつ用いられ、棒状部材５０の両端部近傍に支持部材５２が連結されて略四角形の３つの枠体形状に形成される。そして、給粉箱３２の移動方向に対面する側壁５４および５６を貫通して平行に延びる２本の支持棒５８に、各支持部材５２の上部が接続され、支持部材５２および棒状部材５０が固定される。２本の支持棒５８の両端はそれぞれたとえば短冊状の連結材６０および６２にねじ等で固定される。側壁５６の外面に取り付けられた固定金具６４にエアシリンダ６６が固定され、エアシリンダ６６のシリンダシャフト６８が連結材６２に固定される。したがって、エアシリンダ６６の両端にエア供給管７０から供給されるエアによってシリンダシャフト６８が往復運動することによって、シェーカー４８が往復運動する。そのため、粉末は攪拌されて、粉末中に存在するかたまりがつぶされながら下方に移動される。往復回数は粉末の充填量に応じて変更される。
【００２５】
また、給粉箱３２の側壁５６中央部の上方には、給粉箱３２内に窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給パイプ７２が設けられ、給粉箱３２内を不活性ガス雰囲気に保つように大気圧より高い圧力で窒素ガスなどの不活性ガスが給粉箱３２内に供給される。したがって、給粉箱３２に収容された粉末が大気によって酸化されることを防止できる。また、シェーカー４８が往復運動するときに給粉箱３２と粉末との間で摩擦が発生しても発火することはない。給粉箱３２の底面とベースプレート３０との間でも粉末が挟まったまま給粉箱３２が移動することになるが摩擦によって発火することもない。さらに、給粉箱３２の移動にともなって給粉箱３２内の粉末同士に摩擦が発生するが、粉末が発火することはない。
【００２６】
さらに、給粉箱３２の粉末収容部７４を気密に覆うように蓋７６が設けられる。粉末ｍの補給時には粉末収容部７４の上面を開口するために、蓋７６をシリンダ６６方向（図４でいえば右方向）に移動させなければならない。そのため、蓋７６を開蓋駆動するためのエアシリンダ７８が側壁８０に設けられる。蓋７６とエアシリンダ７８とは金具８２で連結され、ねじ留めされている。蓋７６は、給粉箱３２内を通常不活性ガス雰囲気に保つために通常は給粉箱３２の粉末収容部７４上に配置され、粉末補給時のみシリンダ６６方向に移動される。なお、給粉箱３２の側壁８０と対向する側壁８４には、エアシリンダ７８によって蓋７６が開閉されるときに円滑に移動できるようにガイド手段（図示せず）が設けられる。したがって、エアシリンダ７８の両端にエア供給管８６から供給されるエアによってシリンダシャフト（図示せず）が駆動され、蓋７６が開閉駆動される。
【００２７】
また、給粉箱３２の底面には、たとえばフッ素樹脂製の厚み５ｍｍの板材８８がねじ留め固定され、給粉箱３２を板材８８を介してベースプレート３０上を摺動させるようにして、給粉箱３２とベースプレート３０との間において粉末ｍの噛み込みが起きないようにする。
【００２８】
そして、図５に示すように給粉箱３２の開口９０には複数の線状部材９２が、給粉箱３２の進行方向に対して平行に張設される。開口９０はキャビティ２８の上面開口より大きく形成される。線状部材９２には直径０．１５ｍｍ程度の非磁性金属材が用いられ、線状部材９２は２ｍｍ以上４ｍｍ以下の間隔で設けられる。また、棒状部材５０と線状部材９２との距離が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定される。換言すれば、棒状部材５０の下面と線状部材９２の上面との距離が０．５ｍｍ〜１０ｍｍに設定される。ここで、線状部材９２の径および棒状部材５０と線状部材９２との間隔はキャビティ２８の大きさに応じて調整される。
【００２９】
図１に戻って、さらに、配向手段として、ダイセット１６を挟んで一対の磁場発生コイル９４が設けられ、磁場発生コイル９４の中心にパーメンジュール等のコア９５が設けられる。磁場発生コイル９４に通電することによって、キャビティ２８内の粉末ｍに矢印Ｂ方向のたとえば１．２Ｔの配向磁場が印加され、粉末ｍが配向される。
【００３０】
このようなプレス成形装置１０の動作について説明する。
給粉箱３２の粉末収容部７４にはガス供給パイプ７２から窒素ガスなどの不活性ガスが導入されている。この状態で、給粉箱３２の蓋７６が開蓋して、ロボット４６によってフィーダカップ４２内の所定量の粉末ｍを粉末収容部７４に供給する。粉末ｍの供給後、蓋７６を閉じて粉末収容部７４の内部を不活性ガス雰囲気に保つ。なお、粉末収容部７４への不活性ガスの導入は、給粉箱３２がキャビティ２８上を移動するときだけでなく常時行うこととして、粉末の発火を防止する。また、不活性ガスとしてはＡｒやＨｅも使用できる。
【００３１】
この状態で、エアシリンダ３４を作動させて、給粉箱３２をダイ２０のキャビティ２８上に移動させ、その後、給粉箱３２内の棒状部材５０をたとえば５〜１５往復、水平方向に往復動させながら、給粉箱３２内の粉末を線状部材９２を通過させてキャビティ２８内に不活性ガス雰囲気中で充填する。このため、発火の恐れなどなく、極めて均一な充填密度でキャビティ２８内に粉末を供給できる。このとき、給粉箱３２内の粉末は給粉箱３２がキャビティ２８上に位置したときに自然落下することなく、シェーカー４８の押し込み動作によってはじめて線状部材９２を通過し、キャビティ２８に配向に適した密度で充填されていく。
【００３２】
粉末ｍをキャビティ２８内に充填供給した後、給粉箱３２を後退させ、その後、上パンチ２４を降下させた状態で磁場発生コイル９４によって配向磁場を発生させつつ、キャビティ２８内の粉末ｍをプレス成形する。この間に退去した給粉箱３２に対して粉末ｍが補給される。上述の操作を繰り返して粉末ｍのプレス作業が連続して行われる。
【００３３】
このようなプレス成形装置１０によれば、図６（ａ）に示すようにキャビティ２８方向へ給粉箱３２を移動させ、図６（ｂ）に示すようにキャビティ２８上への給粉箱３２の移動が完了しても、給粉箱３２の開口９０に設けられた線状部材９２によって粉末ｍはブリッジングを起こしているので、粉末ｍはキャビティ２８内に落下しない。その後、図６（ｃ）および（ｄ）に示すように、給粉箱３２内のシェーカー４８の往復動作によってキャビティ２８内に毎回一定量の粉末ｍが略均一に充填されていく。すなわち、図７に示すようにキャビティ２８内に粉末ｍが充填されていき、キャビティ２８内に粉末ｍを低い充填密度（たとえば１．７ｇ／ｃｍ3〜２．１ｇ／ｃｍ3）でむらなく充填することができる。このように、粉末ｍは高密度で充填されていないので個々の粒子が動きやすい状態にあるため、比較的低い配向磁場であっても所望の配向を施すことができ、生産コストを抑えることができる。また、略均一に充填できるので、キャビティ２８内の粉末ｍを配向することによって磁気特性の高い製品が得られる。
【００３４】
なお、少なくとも１つの棒状部材５０がキャビティ２８上の一方端から他方端まで移動できるように、シェーカー４８の往復動作を設定することが望ましい。これによって、キャビティ２８内に粉末ｍをより均一に充填できる。
【００３５】
棒状部材５０と線状部材９２との間隔を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることによって、線状部材９２周辺の粉末ｍの流動が促されキャビティ２８へ粉末ｍを配向に適したかさ密度で円滑に充填できる。なお、棒状部材５０と線状部材９２との間隔が０．５ｍｍ未満では、粉末が線状部材９２と棒状部材５０との間で線状部材９２や棒状部材５０に激しく摩擦し、細い線状部材９２が摩擦によって切れてしまう恐れがある。一方、両者の間隔が１０ｍｍを超えると、粉末を棒状部材５０の押し込み動作によって線状部材９２を通過させることができないので、配向に適した充填ができない。
【００３６】
また、プレス成形装置１０によれば、粉末ｍは、重力による落下をせず、給粉箱３２内の棒状部材５０を動作させ配向しやすい低い充填密度で充填されることによって、磁場配向時の粉末ｍの流動性を向上できるので、粉末ｍが急冷法で製造される場合であってもキャビティ２８内での粉末ｍが個々に動きやすい状態にあり、粉末ｍを磁場方向へ容易に配向させることができ、たとえば磁気異方性の高い磁石を成形できる。また、線状部材９２同士の間隔は、２ｍｍ〜１２ｍｍにするのが好ましい。２ｍｍ未満では棒状部材５０の動作では粉末ｍを押し込めず、１２ｍｍを超えるとキャビティ２８上でのブリッジング力が弱いため充填密度が自然充填密度より高くなるからである。
【００３７】
上述のようにしてキャビティ２８内に均一に充填された粉末ｍを、プレスすることによって密度の均一性が高い成形体を得ることができ、密度の不均一から生じるひびや割れさらに変形の発生を防止できる。
【００３８】
その成形体が焼結炉に搬送され、Ａｒ雰囲気の下で１０５０°Ｃにて２時間焼結され、さらに６００°Ｃ、Ａｒ雰囲気中で１時間時効処理され、焼結磁石が得られる。このような焼結磁石もひびや割れによる不良発生が少なくなり、かつ焼結後の変形も少なくなる。したがって、寸法補正のための加工代を減らして製造工程での歩留まりを向上でき、焼結磁石の生産性を向上できるとともに、磁気特性のよい焼結磁石を製造することができる。
さらに、飽和磁化が０．０５Ｔ以上１．２Ｔ以下であるダイ２０を用いてプレスすることによって、キャビティ２８内の磁場強度分布が均一になり変形のない焼結磁石を製造できる。
【００３９】
ついで、実験例について説明する。ここでは、プレス成形装置１０を用いた場合と特開２０００−２４８３０１号のプレス成形装置（従来装置）を用いた場合のそれぞれの実験結果を比較した。
実験条件は表１の通りである。
【００４０】
【表１】
【００４１】
ここでは、図８（ａ）に示すようなたとえばボイスコイルモータ用の成形体が製造され、その寸法は８０ｍｍ（長さ）×５２．２ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（高さ）、１回のプレスによって成形される個数は１個である。プレス方式はプレス方向に対して垂直な方向（図８（ａ）に矢印Ｓで示す）に磁場を印加しつつプレスする方式、給粉箱は一個取り用給粉箱であり、シェーカーを水平方向に１０往復動作させた。粉末は希土類合金粉末（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末）であり、ストリップキャスト法によって平均粒径２μｍ以上５μｍ以下の合金粉末を製造し、合金粉末に潤滑剤（カプロン酸メチル）を添加した。図８（ａ）に示す成形体をさらに焼結・時効処理し、その後切断加工して得られた焼結磁石のうち中央の焼結磁石（図８（ａ）における斜線部分Ｐに相当）についてのみ磁気特性を測定した。測定部位は焼結磁石の主面とした。
【００４２】
キャビティへの充填密度は従来装置では２．３ｇ／ｃｍ3程度に対して、本発明のプレス成形装置１０では１．８ｇ／ｃｍ3程度となり所望の充填密度で充填できる。したがって、図８（ｂ）からわかるように、製造される成形体から得られる焼結磁石について、プレス成形装置１０を用いた場合は従来装置を用いた場合に比べて残留磁束密度Ｂｒおよび最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが向上する。
【００４３】
なお、プレス成形装置１０において、図９に示すように複数のキャビティ２８ａが形成されるダイ２０ａが用いられてもよい。
この場合、図９に示すように、各キャビティ２８ａに１つの棒状部材５０ａを対応させて粉末ｍを充填してもよい。このとき、隣接する棒状部材５０ａ同士の間隔は、隣接するキャビティ２８ａ同士の中心間距離と略等しくすることが好ましい。このように構成すれば、各棒状部材５０ａが対応するキャビティ２８ａ上を一端側から他端側まで移動するためには、各棒状部材５０ａのストロークＬ１はキャビティ略１つ分で足りる。また、棒状部材５０ａの移動時に棒状部材５０ａが他のキャビティ２８ａ上で止まることなく不均一な充填を防止できる。さらに、各棒状部材５０ａとダイ２０ａとの距離を均一にすると単重バラツキが少なく充填することができる。
【００４４】
また、図１０に示すように、各キャビティ２８ａに１つ以上（ここでは３つ）の棒状部材５０ｂの全てで粉末ｍを充填してもよい。このとき、各棒状部材５０ｂがすべてのキャビティ２８ａ上を一端側から他端側まで移動できるように、各棒状部材５０ｂのストロークＬ２が設定される。この場合も、各棒状部材５０ｂとダイ２０ａとの距離を均一にすると単重バラツキが少なく充填することができる。
【００４５】
ついで、他の実験例について説明する。
ここでは、ダイにおいて２個のキャビティを給粉箱の進行方向に並置するように形成し、プレス成形時に粉末を成形する方向と粉末に磁場配向をする方向とが直交するプレス装置を用いて、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）用磁石ブロックを２個取りする実験において、図１に示す粉末充填配向装置１４を用いた場合と特開２０００−２４８３０１号に記載の従来の粉末充填配向装置を用いた場合のそれぞれの単重分布を比較した。実験条件としては、製造すべき焼結体の寸法を５８．６ｍｍ（長さ）×３６．９ｍｍ（幅）×１８．１ｍｍ（高さ）、単重を２１７．７ｇとし、使用する線状部材として線径０．６ｍｍの線状部材を目開きが６メッシュになるように組み合わせた金網を用い、連続１５０ストロークで成形体（焼結体）を３００ブロック製造した。
【００４６】
この実験例によって、図１１（ａ）および（ｂ）に示すような結果が得られた。単重バラツキは従来の９．２２ｇから６．０４ｇに３０％程度低減され、給粉精度が向上した。このように、キャビティが複数個形成されるプレス成形装置にシェーカ４８および線状部材９２を用いると、キャビティへの単重バラツキも従来装置に比べ低減する。
【００４７】
なお、ダイ２０としては、特開平２０００−２４８３０１号に開示される微磁性の金型、または非磁性体のダイのうち磁場印加方向に垂直なダイホール側面に強磁性体のヨークを配置した金型を用いることが好ましい。このような金型を用いることによって、キャビティ２８内の磁場強度を均一にすることができるので、得られた成形体を焼結した際変形が起こらない。
線状部材９２は、給粉箱３２の開口９０において、給粉箱３２の進行方向に対して垂直に設けられてもよく、また網目状に形成されてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によれば、粉末はキャビティに高密度で充填されないので個々の粉末が動きやすく比較的低い配向磁場であっても所望の配向を施すことができ、生産コストを抑えることができる。また、充填密度の分布を均一にできるので、キャビティ内の粉末を配向することによって磁気特性の高い製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態のプレス成形装置の要部を示す斜視図である。
【図２】図１の実施形態の要部を示す側面断面図である。
【図３】図１の実施形態の要部を示すＡ−Ａ端面図である。
【図４】図１の実施形態で用いられる粉末充填配向装置の要部を示す側面図である。
【図５】シェーカーおよび線状部材が設けられた給粉箱を示す斜視図である。
【図６】図１に示す実施形態による給粉動作を示す図解図である。
【図７】図１に示す実施形態による給粉状態を示す図解図である。
【図８】（ａ）は一実験例において製造される成形体を示す図解図であり、（ｂ）はその実験例の結果を示すテーブルである。
【図９】この発明の他の実施形態を示す図解図である。
【図１０】この発明のその他の実施形態を示す図解図である。
【図１１】他の実験例の結果を示すグラフである。
【図１２】従来装置による給粉動作を示す図解図である。
【図１３】従来装置による給粉状態を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ プレス成形装置
１２ プレス部
１４ 粉末充填配向装置
１８ 金型
２０ ダイ
２２ 下パンチ
２４ 上パンチ
２８ キャビティ
３２ 給粉箱
４８ シェーカー
５０ 棒状部材
９０ 給粉箱の開口
９２ 線状部材
９４ 磁場発生コイル
９５ コア
ｍ 粉末
【発明の属する技術分野】
この発明は粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法に関し、より特定的にはダイに形成されたキャビティに粉末を充填するための、粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャビティ内に粉末を充填するための技術が、特開平１１−４９１０１号や特開２０００−２４８３０１号において提案されている。
特開平１１−４９１０１号の技術は、空気タッピングにより供給ホッパを介して容器に被充填物を充填する充填方法であって、空気タッピング後に供給ホッパと容器との両方に被充填物が存在するようにし、その後、供給ホッパと容器との両方に存在する被充填物のうち、容器に形成された密度が均一な部分を、供給ホッパに残存する被充填物から分離するようにしたものである。
【０００３】
特開２０００−２４８３０１号の技術は、金型に形成されるキャビティ上に、底部に開口を有する給粉箱を移動させてその開口からキャビティ内に希土類合金粉末を供給するようにした供給装置であって、給粉箱内の底部を水平方向に平行移動する棒状部材を備える。そして、この棒状部材を往復運動させながら給粉箱内の希土類合金粉末をキャビティ内に供給するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−４９１０１号の技術では、空気タッピングにより容器内に被充填物を充填するため、容器内の被充填物の充填密度が自然落下による充填時の充填密度より高くなってしまう。たとえば、希土類合金粉末の自然落下による充填密度は１．８ｇ／ｃｍ3前後であるのに対して、空気タッピングによる充填密度は３．４ｇ／ｃｍ3前後となる。このように高密度充填された被充填物は個々の粉末が動きづらい状態になるので、配向のためにはより強い磁場が必要となってしまい、生産コストが高くなる。
【０００５】
一方、特開２０００−２４８３０１号の技術では、図１２（ａ）に示すようにキャビティ１方向に給粉箱２を移動させ、図１２（ｂ）に示すようにキャビティ１上に給粉箱２が位置したとき粉末３の自重によってキャビティ１内に粉末３が供給されてしまう。このとき充填が偏り粉末３は均一に充填されない。その後、図１２（ｃ）および（ｄ）に示すようにシェーカー４の動作によってキャビティ１内に粉末３が充填されるが、シェーカー４によって粉末３を押し込むことによって、充填密度を２．３ｇ／ｃｍ3前後にまで上げ、その結果、充填密度を均一にする。したがって、所望の配向度を得るためには、より強い磁場が必要となる。なお、図１３にこの従来装置による給粉状態を示す。
【０００６】
さらに、パンチの圧縮方向にキャビティが薄い場合には、キャビティ内における充填密度むらを圧縮によって修正しにくくなり、成形体に割れが発生することがある。時には給粉箱内の粉末のかたまりがキャビティにそのまま充填されて充填密度むらを発生させる。
【０００７】
それゆえにこの発明の主たる目的は、低コストで所望の配向が可能になり高い磁気特性が得られ、かつ単重バラツキの少ない粉末充填配向装置およびそれを用いたプレス成形装置、ならびに粉末充填配向方法およびそれを用いた焼結磁石製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の粉末充填配向装置は、ダイに形成されたキャビティ内に粉末を充填するための粉末充填配向装置であって、キャビティ上に移動自在で底部に開口を有しかつ粉末が収容される給粉箱、給粉箱内において往復運動可能に設けられかつ下方に向かって粉末を押込む複数の棒状部材、給粉箱の開口において複数の棒状部材の往復運動の方向に対して平行に設けられる複数の線状部材、および給粉箱からキャビティ内に充填された粉末を配向するための配向手段を備え、複数の棒状部材と複数の線状部材とは、平面視において直交し、複数の棒状部材は、第１棒状部材、往復運動の方向において第１棒状部材よりも一方側に設けられる第２棒状部材、および往復運動の方向において第１棒状部材よりも他方側に設けられる第３棒状部材を含み、第１棒状部材は、第２および第３棒状部材よりも下方に設けられ、第１、第２および第３棒状部材と複数の線状部材との間には棒状部材が設けられていないことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の粉末充填配向装置は、請求項１に記載の粉末充填配向装置において、棒状部材と線状部材との間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項３に記載のプレス成形装置は、請求項１に記載の粉末充填配向装置、および粉末充填配向装置によってキャビティ内に充填された粉末をプレス成形するためのプレス手段を備える。
【００１０】
請求項４に記載の粉末充填配向方法は、ダイに形成されたキャビティ内に粉末を充填するための粉末充填配向方法であって、粉末を収容した給粉箱をダイのキャビティ上へ移動するステップ、給粉箱がキャビティ上に位置したとき給粉箱内で複数の棒状部材を往復運動させることによって粉末を攪拌しつつ下方に移動させ複数の線状部材を通過させながら粉末をキャビティに充填するステップ、およびキャビティ内の粉末に配向磁場を印加して粉末を配向するステップを備え、複数の線状部材は、給粉箱の開口において複数の棒状部材の往復運動の方向に対して平行に設けられ、複数の棒状部材と複数の線状部材とは、平面視において直交し、複数の棒状部材は、第１棒状部材、往復運動の方向において第１棒状部材よりも一方側に設けられる第２棒状部材、および往復運動の方向において第１棒状部材よりも他方側に設けられる第３棒状部材を含み、第１棒状部材は、第２および第３棒状部材よりも下方に設けられ、第１、第２および第３棒状部材と複数の線状部材との間には棒状部材が設けられていないことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の粉末充填配向方法は、請求項４に記載の粉末充填配向方法において、粉末は急冷法によって製造されたものであることを特徴とする。
請求項６に記載の粉末充填配向方法は、請求項４に記載の粉末充填配向方法において、線状部材の間隔が２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項７に記載の焼結磁石製造方法は、請求項４または５に記載の粉末充填配向方法によってキャビティに充填された粉末を、プレス成形して成形体を得るステップ、および成形体を焼結して焼結磁石を製造するステップを備える。
【００１２】
請求項１に記載の粉末充填配向装置では、給粉箱の開口に線状部材を設けることによって、キャビティ上への給粉箱の移動が完了してもキャビティ内に粉末は重力のみによっては落下せず、その後給粉箱内の棒状部材を動作させることによってキャビティ内に粉末を充填できる。このとき、キャビティ内に粉末を配向しやすい低い充填密度（たとえば１．７ｇ／ｃｍ3〜２．１ｇ／ｃｍ3）でむらなく充填することができる。このように、粉末は高密度で充填されていないので個々の粉末が動きやすく比較的低い配向磁場であっても所望の配向を施すことができ、生産コストを抑えることができる。また、充填密度の分布を均一にできるので、キャビティ内の粉末を配向することによって磁気特性の高い製品が得られる。さらに、充填密度ばらつきによる成形体の割れも少なくなる。請求項４に記載の粉末充填配向方法についても同様である。なお、給粉・充填される粉末の平均粒径（ＦＳＳＳ粒径）は２．０μｍ〜６．０μｍである。
【００１３】
請求項２に記載の粉末充填配向装置では、線状部材周辺の粉末の流動が促され、キャビティへ粉末を配向に適したかさ密度で円滑に充填できる。
請求項３に記載のプレス成形装置では、上述の粉末充填配向装置によってキャビティ内に充填された粉末を、プレスすることによって密度の均一性が高い成形体を得ることができ、密度の不均一から生じるひびや割れの発生を防止できる。
【００１４】
粉末を急冷法によって製造し、粉末の粒度分布を狭くてシャープにすると、流動性が極めて悪くなる。しかし、請求項５に記載の粉末充填配向方法では、自然落下による充填によって粉末の流動性を向上できるので、粉末が急冷法で製造され粒度分布がシャープな場合であってもキャビティ内での粉末の密度の均一性を向上できる。また、個々の粉末を容易に運動させることができ、たとえば磁気異方性の高い磁石を作製できる。
請求項６に記載するように、線状部材の間隔は２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
請求項７に記載の焼結磁石製造方法では、上述の粉末充填配向方法によってキャビティ内に充填された粉末を、プレスすることによって密度の均一性が高い成形体を得ることができ、成形体のひびや割れの発生を低減できる。その結果、その成形体を焼結して得られる焼結磁石もひびや割れによる不良発生が少なくなり、変形も低減できるので、製造工程での歩留まりを向上でき、焼結磁石の生産性を向上できるとともに、磁気特性のよい焼結磁石を製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
図１ないし図５を参照して、この発明の一実施形態のプレス成形装置１０について説明する。
【００１７】
プレス成形装置１０は、プレス成形部１２および粉末充填配向装置１４を含む。
プレス成形部１２はダイセット１６と金型１８とを含む。金型１８は、ダイ２０、下パンチ２２および上パンチ２４を含む。ダイ２０の飽和磁化はたとえば０．０５Ｔ以上１．２Ｔ以下に設定される。ダイ２０はダイセット１６に嵌め込まれ、下パンチ２２はダイ２０を上下方向に貫通するダイホール２６に下方から嵌入自在に配置される。下パンチ２２の上端面とダイホール２６の内周面とによって任意の容積のキャビティ２８が形成される。そして、上パンチ２４をキャビティ２８内に没入することによって、キャビティ２８内に充填された粉末ｍが圧縮され、成形体が得られる。
【００１８】
粉末充填配向装置１４は、ダイセット１６に隣接配置されるベースプレート３０を含む。ベースプレート３０上には給粉箱３２が設けられ、給粉箱３２はたとえば油圧シリンダやエアーシリンダ等のシリンダ（または電動サーボモータ）３４のシリンダロッド３６によってダイ２０上と待機位置とを往復移動する。給粉箱３２の待機位置近傍には、給粉箱３２に粉末ｍを補給するための補給装置３８が設けられる。
【００１９】
補給装置３８では、秤４０上にフィーダカップ４２が配置され、振動トラフ４４によって少しずつフィーダカップ４２内に粉末ｍが落下される。この計量動作は給粉箱３２がダイ２０上に移動している間に行われる。フィーダカップ４２内の粉末ｍの重量が一定レベルに達した時点でロボット４６がフィーダカップ４２を把持し、給粉箱３２が待機位置に戻ったときにロボット４６によってフィーダカップ４２内の粉末ｍが給粉箱３２に補給される。フィーダカップ４２内の粉末ｍの量は、１回のプレス動作に伴う給粉箱３２内の粉末減少分に相当するように設定され、給粉箱３２内の粉末ｍの量が常に一定量にされる。このように、給粉箱３２内の粉末ｍの量が一定となる結果、粉末ｍがキャビティ２８に重力落下するときの圧力が一定となり、キャビティ２８に充填される粉末ｍの量が一定となる。粉末ｍにはたとえば希土類合金粉末が用いられる。
【００２０】
希土類磁石合金粉末は、たとえばつぎのようにして作製される。まず、急冷法（冷却速度１０2°Ｃ／ｓｅｃ以上１０4°Ｃ／ｓｅｃ以下）による合金の作製法としてストリップキャスト法を用いて、鋳片を作製する。ストリップキャスト法は、たとえば米国特許第５，３８３，９７８号に開示されている。具体的には、Ｎｄ：２６ｗｔ％、Ｄｙ：５．０ｗｔ％、Ｂ：１．０ｗｔ％、Ａｌ：０．２ｗｔ％、Ｃｏ：０．９ｗｔ％、Ｃｕ：０．２ｗｔ％、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のフレーク状合金を得る。このときの急冷条件は、たとえば、ロール周速度約１ｍ／秒、冷却速度５００℃／秒、過冷度２００℃である。
【００２１】
このフレーク状合金を水素吸蔵法によって粗粉砕した後、ジェットミルを用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕すれば、平均粒径が約３．５μｍの合金粉末を得ることができる。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。
【００２２】
こうして得た希土類合金粉末に対して、ロッキングミキサー内で潤滑剤をたとえば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好ましい。この実施形態では、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好適に用いることができる。カプロン酸メチルとイソパラフィンの重量比は、たとえば１：９とすればよい。
【００２３】
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、たとえば、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。上記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。
【００２４】
図２および図３に示すように、給粉箱３２内にはシェーカー（アジテータともいう）４８が設けられる。シェーカー４８は、ダイ２０上面やベースプレート３０上面と平行に配置される複数の棒状部材５０、および略コ字状の複数の支持部材５２を含む。棒状部材５０は、たとえば直径３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円形断面を有する丸棒材であり、また角材であってもよい。棒状部材５０および支持部材５２は、それぞれたとえばステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる。この実施の形態では棒状部材５０および支持部材５２がそれぞれ３つずつ用いられ、棒状部材５０の両端部近傍に支持部材５２が連結されて略四角形の３つの枠体形状に形成される。そして、給粉箱３２の移動方向に対面する側壁５４および５６を貫通して平行に延びる２本の支持棒５８に、各支持部材５２の上部が接続され、支持部材５２および棒状部材５０が固定される。２本の支持棒５８の両端はそれぞれたとえば短冊状の連結材６０および６２にねじ等で固定される。側壁５６の外面に取り付けられた固定金具６４にエアシリンダ６６が固定され、エアシリンダ６６のシリンダシャフト６８が連結材６２に固定される。したがって、エアシリンダ６６の両端にエア供給管７０から供給されるエアによってシリンダシャフト６８が往復運動することによって、シェーカー４８が往復運動する。そのため、粉末は攪拌されて、粉末中に存在するかたまりがつぶされながら下方に移動される。往復回数は粉末の充填量に応じて変更される。
【００２５】
また、給粉箱３２の側壁５６中央部の上方には、給粉箱３２内に窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給パイプ７２が設けられ、給粉箱３２内を不活性ガス雰囲気に保つように大気圧より高い圧力で窒素ガスなどの不活性ガスが給粉箱３２内に供給される。したがって、給粉箱３２に収容された粉末が大気によって酸化されることを防止できる。また、シェーカー４８が往復運動するときに給粉箱３２と粉末との間で摩擦が発生しても発火することはない。給粉箱３２の底面とベースプレート３０との間でも粉末が挟まったまま給粉箱３２が移動することになるが摩擦によって発火することもない。さらに、給粉箱３２の移動にともなって給粉箱３２内の粉末同士に摩擦が発生するが、粉末が発火することはない。
【００２６】
さらに、給粉箱３２の粉末収容部７４を気密に覆うように蓋７６が設けられる。粉末ｍの補給時には粉末収容部７４の上面を開口するために、蓋７６をシリンダ６６方向（図４でいえば右方向）に移動させなければならない。そのため、蓋７６を開蓋駆動するためのエアシリンダ７８が側壁８０に設けられる。蓋７６とエアシリンダ７８とは金具８２で連結され、ねじ留めされている。蓋７６は、給粉箱３２内を通常不活性ガス雰囲気に保つために通常は給粉箱３２の粉末収容部７４上に配置され、粉末補給時のみシリンダ６６方向に移動される。なお、給粉箱３２の側壁８０と対向する側壁８４には、エアシリンダ７８によって蓋７６が開閉されるときに円滑に移動できるようにガイド手段（図示せず）が設けられる。したがって、エアシリンダ７８の両端にエア供給管８６から供給されるエアによってシリンダシャフト（図示せず）が駆動され、蓋７６が開閉駆動される。
【００２７】
また、給粉箱３２の底面には、たとえばフッ素樹脂製の厚み５ｍｍの板材８８がねじ留め固定され、給粉箱３２を板材８８を介してベースプレート３０上を摺動させるようにして、給粉箱３２とベースプレート３０との間において粉末ｍの噛み込みが起きないようにする。
【００２８】
そして、図５に示すように給粉箱３２の開口９０には複数の線状部材９２が、給粉箱３２の進行方向に対して平行に張設される。開口９０はキャビティ２８の上面開口より大きく形成される。線状部材９２には直径０．１５ｍｍ程度の非磁性金属材が用いられ、線状部材９２は２ｍｍ以上４ｍｍ以下の間隔で設けられる。また、棒状部材５０と線状部材９２との距離が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定される。換言すれば、棒状部材５０の下面と線状部材９２の上面との距離が０．５ｍｍ〜１０ｍｍに設定される。ここで、線状部材９２の径および棒状部材５０と線状部材９２との間隔はキャビティ２８の大きさに応じて調整される。
【００２９】
図１に戻って、さらに、配向手段として、ダイセット１６を挟んで一対の磁場発生コイル９４が設けられ、磁場発生コイル９４の中心にパーメンジュール等のコア９５が設けられる。磁場発生コイル９４に通電することによって、キャビティ２８内の粉末ｍに矢印Ｂ方向のたとえば１．２Ｔの配向磁場が印加され、粉末ｍが配向される。
【００３０】
このようなプレス成形装置１０の動作について説明する。
給粉箱３２の粉末収容部７４にはガス供給パイプ７２から窒素ガスなどの不活性ガスが導入されている。この状態で、給粉箱３２の蓋７６が開蓋して、ロボット４６によってフィーダカップ４２内の所定量の粉末ｍを粉末収容部７４に供給する。粉末ｍの供給後、蓋７６を閉じて粉末収容部７４の内部を不活性ガス雰囲気に保つ。なお、粉末収容部７４への不活性ガスの導入は、給粉箱３２がキャビティ２８上を移動するときだけでなく常時行うこととして、粉末の発火を防止する。また、不活性ガスとしてはＡｒやＨｅも使用できる。
【００３１】
この状態で、エアシリンダ３４を作動させて、給粉箱３２をダイ２０のキャビティ２８上に移動させ、その後、給粉箱３２内の棒状部材５０をたとえば５〜１５往復、水平方向に往復動させながら、給粉箱３２内の粉末を線状部材９２を通過させてキャビティ２８内に不活性ガス雰囲気中で充填する。このため、発火の恐れなどなく、極めて均一な充填密度でキャビティ２８内に粉末を供給できる。このとき、給粉箱３２内の粉末は給粉箱３２がキャビティ２８上に位置したときに自然落下することなく、シェーカー４８の押し込み動作によってはじめて線状部材９２を通過し、キャビティ２８に配向に適した密度で充填されていく。
【００３２】
粉末ｍをキャビティ２８内に充填供給した後、給粉箱３２を後退させ、その後、上パンチ２４を降下させた状態で磁場発生コイル９４によって配向磁場を発生させつつ、キャビティ２８内の粉末ｍをプレス成形する。この間に退去した給粉箱３２に対して粉末ｍが補給される。上述の操作を繰り返して粉末ｍのプレス作業が連続して行われる。
【００３３】
このようなプレス成形装置１０によれば、図６（ａ）に示すようにキャビティ２８方向へ給粉箱３２を移動させ、図６（ｂ）に示すようにキャビティ２８上への給粉箱３２の移動が完了しても、給粉箱３２の開口９０に設けられた線状部材９２によって粉末ｍはブリッジングを起こしているので、粉末ｍはキャビティ２８内に落下しない。その後、図６（ｃ）および（ｄ）に示すように、給粉箱３２内のシェーカー４８の往復動作によってキャビティ２８内に毎回一定量の粉末ｍが略均一に充填されていく。すなわち、図７に示すようにキャビティ２８内に粉末ｍが充填されていき、キャビティ２８内に粉末ｍを低い充填密度（たとえば１．７ｇ／ｃｍ3〜２．１ｇ／ｃｍ3）でむらなく充填することができる。このように、粉末ｍは高密度で充填されていないので個々の粒子が動きやすい状態にあるため、比較的低い配向磁場であっても所望の配向を施すことができ、生産コストを抑えることができる。また、略均一に充填できるので、キャビティ２８内の粉末ｍを配向することによって磁気特性の高い製品が得られる。
【００３４】
なお、少なくとも１つの棒状部材５０がキャビティ２８上の一方端から他方端まで移動できるように、シェーカー４８の往復動作を設定することが望ましい。これによって、キャビティ２８内に粉末ｍをより均一に充填できる。
【００３５】
棒状部材５０と線状部材９２との間隔を０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることによって、線状部材９２周辺の粉末ｍの流動が促されキャビティ２８へ粉末ｍを配向に適したかさ密度で円滑に充填できる。なお、棒状部材５０と線状部材９２との間隔が０．５ｍｍ未満では、粉末が線状部材９２と棒状部材５０との間で線状部材９２や棒状部材５０に激しく摩擦し、細い線状部材９２が摩擦によって切れてしまう恐れがある。一方、両者の間隔が１０ｍｍを超えると、粉末を棒状部材５０の押し込み動作によって線状部材９２を通過させることができないので、配向に適した充填ができない。
【００３６】
また、プレス成形装置１０によれば、粉末ｍは、重力による落下をせず、給粉箱３２内の棒状部材５０を動作させ配向しやすい低い充填密度で充填されることによって、磁場配向時の粉末ｍの流動性を向上できるので、粉末ｍが急冷法で製造される場合であってもキャビティ２８内での粉末ｍが個々に動きやすい状態にあり、粉末ｍを磁場方向へ容易に配向させることができ、たとえば磁気異方性の高い磁石を成形できる。また、線状部材９２同士の間隔は、２ｍｍ〜１２ｍｍにするのが好ましい。２ｍｍ未満では棒状部材５０の動作では粉末ｍを押し込めず、１２ｍｍを超えるとキャビティ２８上でのブリッジング力が弱いため充填密度が自然充填密度より高くなるからである。
【００３７】
上述のようにしてキャビティ２８内に均一に充填された粉末ｍを、プレスすることによって密度の均一性が高い成形体を得ることができ、密度の不均一から生じるひびや割れさらに変形の発生を防止できる。
【００３８】
その成形体が焼結炉に搬送され、Ａｒ雰囲気の下で１０５０°Ｃにて２時間焼結され、さらに６００°Ｃ、Ａｒ雰囲気中で１時間時効処理され、焼結磁石が得られる。このような焼結磁石もひびや割れによる不良発生が少なくなり、かつ焼結後の変形も少なくなる。したがって、寸法補正のための加工代を減らして製造工程での歩留まりを向上でき、焼結磁石の生産性を向上できるとともに、磁気特性のよい焼結磁石を製造することができる。
さらに、飽和磁化が０．０５Ｔ以上１．２Ｔ以下であるダイ２０を用いてプレスすることによって、キャビティ２８内の磁場強度分布が均一になり変形のない焼結磁石を製造できる。
【００３９】
ついで、実験例について説明する。ここでは、プレス成形装置１０を用いた場合と特開２０００−２４８３０１号のプレス成形装置（従来装置）を用いた場合のそれぞれの実験結果を比較した。
実験条件は表１の通りである。
【００４０】
【表１】
ここでは、図８（ａ）に示すようなたとえばボイスコイルモータ用の成形体が製造され、その寸法は８０ｍｍ（長さ）×５２．２ｍｍ（幅）×２０ｍｍ（高さ）、１回のプレスによって成形される個数は１個である。プレス方式はプレス方向に対して垂直な方向（図８（ａ）に矢印Ｓで示す）に磁場を印加しつつプレスする方式、給粉箱は一個取り用給粉箱であり、シェーカーを水平方向に１０往復動作させた。粉末は希土類合金粉末（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末）であり、ストリップキャスト法によって平均粒径２μｍ以上５μｍ以下の合金粉末を製造し、合金粉末に潤滑剤（カプロン酸メチル）を添加した。図８（ａ）に示す成形体をさらに焼結・時効処理し、その後切断加工して得られた焼結磁石のうち中央の焼結磁石（図８（ａ）における斜線部分Ｐに相当）についてのみ磁気特性を測定した。測定部位は焼結磁石の主面とした。
【００４２】
キャビティへの充填密度は従来装置では２．３ｇ／ｃｍ3程度に対して、本発明のプレス成形装置１０では１．８ｇ／ｃｍ3程度となり所望の充填密度で充填できる。したがって、図８（ｂ）からわかるように、製造される成形体から得られる焼結磁石について、プレス成形装置１０を用いた場合は従来装置を用いた場合に比べて残留磁束密度Ｂｒおよび最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが向上する。
【００４３】
なお、プレス成形装置１０において、図９に示すように複数のキャビティ２８ａが形成されるダイ２０ａが用いられてもよい。
この場合、図９に示すように、各キャビティ２８ａに１つの棒状部材５０ａを対応させて粉末ｍを充填してもよい。このとき、隣接する棒状部材５０ａ同士の間隔は、隣接するキャビティ２８ａ同士の中心間距離と略等しくすることが好ましい。このように構成すれば、各棒状部材５０ａが対応するキャビティ２８ａ上を一端側から他端側まで移動するためには、各棒状部材５０ａのストロークＬ１はキャビティ略１つ分で足りる。また、棒状部材５０ａの移動時に棒状部材５０ａが他のキャビティ２８ａ上で止まることなく不均一な充填を防止できる。さらに、各棒状部材５０ａとダイ２０ａとの距離を均一にすると単重バラツキが少なく充填することができる。
【００４４】
また、図１０に示すように、各キャビティ２８ａに１つ以上（ここでは３つ）の棒状部材５０ｂの全てで粉末ｍを充填してもよい。このとき、各棒状部材５０ｂがすべてのキャビティ２８ａ上を一端側から他端側まで移動できるように、各棒状部材５０ｂのストロークＬ２が設定される。この場合も、各棒状部材５０ｂとダイ２０ａとの距離を均一にすると単重バラツキが少なく充填することができる。
【００４５】
ついで、他の実験例について説明する。
ここでは、ダイにおいて２個のキャビティを給粉箱の進行方向に並置するように形成し、プレス成形時に粉末を成形する方向と粉末に磁場配向をする方向とが直交するプレス装置を用いて、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）用磁石ブロックを２個取りする実験において、図１に示す粉末充填配向装置１４を用いた場合と特開２０００−２４８３０１号に記載の従来の粉末充填配向装置を用いた場合のそれぞれの単重分布を比較した。実験条件としては、製造すべき焼結体の寸法を５８．６ｍｍ（長さ）×３６．９ｍｍ（幅）×１８．１ｍｍ（高さ）、単重を２１７．７ｇとし、使用する線状部材として線径０．６ｍｍの線状部材を目開きが６メッシュになるように組み合わせた金網を用い、連続１５０ストロークで成形体（焼結体）を３００ブロック製造した。
【００４６】
この実験例によって、図１１（ａ）および（ｂ）に示すような結果が得られた。単重バラツキは従来の９．２２ｇから６．０４ｇに３０％程度低減され、給粉精度が向上した。このように、キャビティが複数個形成されるプレス成形装置にシェーカ４８および線状部材９２を用いると、キャビティへの単重バラツキも従来装置に比べ低減する。
【００４７】
なお、ダイ２０としては、特開平２０００−２４８３０１号に開示される微磁性の金型、または非磁性体のダイのうち磁場印加方向に垂直なダイホール側面に強磁性体のヨークを配置した金型を用いることが好ましい。このような金型を用いることによって、キャビティ２８内の磁場強度を均一にすることができるので、得られた成形体を焼結した際変形が起こらない。
線状部材９２は、給粉箱３２の開口９０において、給粉箱３２の進行方向に対して垂直に設けられてもよく、また網目状に形成されてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によれば、粉末はキャビティに高密度で充填されないので個々の粉末が動きやすく比較的低い配向磁場であっても所望の配向を施すことができ、生産コストを抑えることができる。また、充填密度の分布を均一にできるので、キャビティ内の粉末を配向することによって磁気特性の高い製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態のプレス成形装置の要部を示す斜視図である。
【図２】図１の実施形態の要部を示す側面断面図である。
【図３】図１の実施形態の要部を示すＡ−Ａ端面図である。
【図４】図１の実施形態で用いられる粉末充填配向装置の要部を示す側面図である。
【図５】シェーカーおよび線状部材が設けられた給粉箱を示す斜視図である。
【図６】図１に示す実施形態による給粉動作を示す図解図である。
【図７】図１に示す実施形態による給粉状態を示す図解図である。
【図８】（ａ）は一実験例において製造される成形体を示す図解図であり、（ｂ）はその実験例の結果を示すテーブルである。
【図９】この発明の他の実施形態を示す図解図である。
【図１０】この発明のその他の実施形態を示す図解図である。
【図１１】他の実験例の結果を示すグラフである。
【図１２】従来装置による給粉動作を示す図解図である。
【図１３】従来装置による給粉状態を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ プレス成形装置
１２ プレス部
１４ 粉末充填配向装置
１８ 金型
２０ ダイ
２２ 下パンチ
２４ 上パンチ
２８ キャビティ
３２ 給粉箱
４８ シェーカー
５０ 棒状部材
９０ 給粉箱の開口
９２ 線状部材
９４ 磁場発生コイル
９５ コア
ｍ 粉末
Claims (7)
- ダイに形成されたキャビティ内に粉末を充填するための粉末充填配向装置であって、
前記キャビティ上に移動自在で底部に開口を有しかつ前記粉末が収容される給粉箱、
前記給粉箱内において往復運動可能に設けられかつ下方に向かって前記粉末を押込む複数の棒状部材、
前記給粉箱の前記開口において前記複数の棒状部材の前記往復運動の方向に対して平行に設けられる複数の線状部材、および
前記給粉箱から前記キャビティ内に充填された前記粉末を配向するための配向手段を備え、
前記複数の棒状部材と前記複数の線状部材とは、平面視において直交し、
前記複数の棒状部材は、第１棒状部材、前記往復運動の方向において前記第１棒状部材よりも一方側に設けられる第２棒状部材、および前記往復運動の方向において前記第１棒状部材よりも他方側に設けられる第３棒状部材を含み、前記第１棒状部材は、前記第２および第３棒状部材よりも下方に設けられ、前記第１、第２および第３棒状部材と前記複数の線状部材との間には棒状部材が設けられていない、粉末充填配向装置。 - 前記棒状部材と前記線状部材との間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項１に記載の粉末充填配向装置。
- 請求項１に記載の粉末充填配向装置、および
前記粉末充填配向装置によって前記キャビティ内に充填された前記粉末をプレス成形するためのプレス手段を備える、プレス成形装置。 - ダイに形成されたキャビティ内に粉末を充填するための粉末充填配向方法であって、
前記粉末を収容した前記給粉箱を前記ダイの前記キャビティ上へ移動するステップ、
前記給粉箱が前記キャビティ上に位置したとき前記給粉箱内で複数の棒状部材を往復運動させることによって前記粉末を攪拌しつつ下方に移動させ複数の線状部材を通過させながら前記粉末を前記キャビティに充填するステップ、および
前記キャビティ内の前記粉末に配向磁場を印加して前記粉末を配向するステップを備え、
前記複数の線状部材は、前記給粉箱の開口において前記複数の棒状部材の往復運動の方向に対して平行に設けられ、
前記複数の棒状部材と前記複数の線状部材とは、平面視において直交し、
前記複数の棒状部材は、第１棒状部材、前記往復運動の方向において前記第１棒状部材よりも一方側に設けられる第２棒状部材、および前記往復運動の方向において前記第１棒状部材よりも他方側に設けられる第３棒状部材を含み、前記第１棒状部材は、前記第２および第３棒状部材よりも下方に設けられ、前記第１、第２および第３棒状部材と前記複数の線状部材との間には棒状部材が設けられていない、粉末充填配向方法。 - 前記粉末は急冷法によって製造されたものである、請求項４に記載の粉末充填配向方法。
- 前記線状部材の間隔が２ｍｍ以上１２ｍｍ以下である、請求項４に記載の粉末充填配向方法。
- 請求項４または５に記載の粉末充填配向方法によって前記キャビティに充填された前記粉末を、プレス成形して成形体を得るステップ、および
前記成形体を焼結して焼結磁石を製造するステップを備える、焼結磁石製造方法。
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