JP4783459B2 - Ring type magnet manufacturing method, magnetic field forming apparatus, and ring type magnet manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、ラジアル配向されたリング型磁石を製造するためのリング型磁石の製造方法、磁場成形装置、及びリング型磁石の製造装置に関する。 The present invention relates to a ring magnet manufacturing method, a magnetic field forming apparatus, and a ring magnet manufacturing apparatus for manufacturing a radially oriented ring magnet.
小型回転機に適用されるリング型磁石では、小型化、高出力化、高効率化のため、ネオジム系焼結磁石など希土類焼結磁石が使用される。また、高出力を得るため、より磁石の磁気特性を高めた高残留磁束密度のリング型磁石や、軸長の長いリング型磁石が使われている。 In a ring-type magnet applied to a small rotating machine, rare earth sintered magnets such as neodymium sintered magnets are used for miniaturization, high output and high efficiency. In order to obtain a high output, a ring-type magnet having a high residual magnetic flux density and a long axial length, in which the magnetic characteristics of the magnet are further improved, are used.
残留磁束密度の高いリング型磁石の製造方法としては、特開平6−267774号公報に示される方法があった。ここでは、磁性粉末を充填した金型の上下に配置したコイルにパルス状の大電流を流すことで対向磁界を発生させ、金型内の磁性粉末を配向させるパルス配向が使われている。直流磁場に比べ大きな磁場を得るので配向率を向上させることができ、残留磁束密度の高い磁石を製造することができる。 As a method for manufacturing a ring-type magnet having a high residual magnetic flux density, there is a method disclosed in JP-A-6-267774. Here, a pulse alignment is used in which a counter magnetic field is generated by flowing a pulsed large current through coils disposed above and below a mold filled with magnetic powder to align the magnetic powder in the mold. Since a magnetic field larger than that of a direct current magnetic field is obtained, the orientation ratio can be improved, and a magnet having a high residual magnetic flux density can be manufactured.
軸長の長いリング型磁石の製造方法としては、特開平2−281721号公報や特開平10−55929号公報に示されている方法があった。この方法は、原料の磁性粉末をキャビティに充填して加圧成形し、得られたリング成形体をダイスの非磁性部に移動する。次に、移動後にできたダイスの磁性部のキャビティに再び磁性粉末を充填し、加圧成形し、次いで得られたリング成形体を非磁性部に移すという工程を任意の回数繰返す。このようにして軸長の長い成形体を得る多段成形法が用いられていた。 As a method for manufacturing a ring-type magnet having a long axial length, there are methods disclosed in JP-A-2-281721 and JP-A-10-55929. In this method, a magnetic powder as a raw material is filled in a cavity and subjected to pressure molding, and the obtained ring molded body is moved to a nonmagnetic portion of a die. Next, the process of filling the cavity of the magnetic part of the die after the transfer again with magnetic powder, press-molding, and then transferring the obtained ring molded body to the non-magnetic part is repeated any number of times. In this way, a multistage molding method for obtaining a molded article having a long axial length has been used.
上記多段成形法は、複雑な製造方法であり生産性が悪い。そこで、特開WO04−77647号公報に示される、軸長の短いリング成形体を1個毎に配向圧縮して製作した後で複数の成形体を積層し焼結で一体化する方法があった。 The multistage molding method is a complicated manufacturing method and has poor productivity. Therefore, there has been a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. WO04-77647, in which a ring molded body having a short axial length is produced by orientation compression for each piece, and then a plurality of molded bodies are laminated and integrated by sintering. .
特開平6−267774号公報のパルス配向では、当該公報で示されているように、リング成形体の内径15.4mmに対して、軸方向長さは2.0mmと非常に小さい。軸方向長さを長くすると配向磁場の強さが低下してしまい、高い配向率が得られない。このことは、特開平2−281721号公報、特開平10−55929号公報の直流配向の場合と同様の課題である。さらに、パルス配向の場合は直流磁場のようにダイスやコア等の金型の磁性部により磁場の流れを制御して磁束密度を均一化するといったことができない。そのため、コイルに近い部分のみで磁場が強く、コイルとコイルの中間部では磁場が低下してしまうため、配向率にばらつきが大きくなり、磁気特性がばらついてしまう。 In the pulse orientation disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-267774, the axial length is as very small as 2.0 mm with respect to the inner diameter of 15.4 mm of the ring molded body, as shown in the publication. When the length in the axial direction is increased, the strength of the orientation magnetic field is reduced, and a high orientation rate cannot be obtained. This is the same problem as in the case of direct current orientation in JP-A-2-281721 and JP-A-10-55929. Furthermore, in the case of pulse orientation, it is impossible to make the magnetic flux density uniform by controlling the flow of the magnetic field by a magnetic part of a die such as a die or a core like a DC magnetic field. For this reason, the magnetic field is strong only in the portion close to the coil, and the magnetic field is lowered in the middle portion between the coil and the coil, so that the variation in the orientation ratio becomes large and the magnetic characteristics vary.
一方、多段成形法では、金型に磁性部と非磁性部を設け、磁束を磁性部に配置した磁性粉末に誘導し、非磁性部に配置した成形体には流れ込まないようにコントロールしている。そのため、金型部の構造が複雑となっている。この方法にパルス配向を適用しようとした場合、磁性粉末に近接させる必要があるパルス用コイルを配置することできない。また、磁性体の金型(ダイスやコア)に渦電流が流れやすく、磁束の流れがコントロールできない。そのため、多段成形法ではパルス配向により、高い残留磁束密度を有するリング型磁石を製造することができなかった。 On the other hand, in the multistage molding method, a magnetic part and a non-magnetic part are provided in the mold, and the magnetic flux is guided to the magnetic powder arranged in the magnetic part, and is controlled so as not to flow into the molded body arranged in the non-magnetic part. . Therefore, the structure of the mold part is complicated. When applying pulse orientation to this method, it is not possible to arrange a pulse coil that needs to be close to the magnetic powder. In addition, eddy currents easily flow through magnetic molds (dies and cores), and the flow of magnetic flux cannot be controlled. Therefore, a ring magnet having a high residual magnetic flux density could not be manufactured by the multi-stage forming method due to pulse orientation.
特開WO04−77647号公報に示されている複数の軸長の短いリング成形体を焼結で一体化する方法も直流配向であるため、高残留磁束密度の磁石を製造することはできなかった。 The method of integrating a plurality of short ring-shaped ring molded bodies disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. WO 04-77647 by sintering is also DC-oriented, so that a magnet with high residual magnetic flux density could not be manufactured. .
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ラジアル配向の磁石を複数個、生産性よく製造すると共に、軸長の長いリング型焼結磁石を生産性よく製造することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A plurality of radially oriented magnets are manufactured with high productivity, and a ring-type sintered magnet with a long shaft length is manufactured with high productivity. For the purpose.
この発明に係るリング型磁石の製造方法は、リング状のキャビティを有する型のキャビティに磁性粉末を給紛する給紛工程と、N段(Nは3以上の整数)に並んだ各コイル部間に型を少なくとも2個以上配置し、隣り合うコイル部から発生する対向磁場により、型内の磁性粉末をラジアル配向する配向工程と、型内の磁性粉末を加圧する加圧工程と、型から配向・加圧されたリング成形体を脱型して、複数個のリング成形体を積層する脱型・積層工程と、積層されたリング成形体を焼結し一体化する焼結工程とを備えたものである。 The method for manufacturing a ring-type magnet according to the present invention includes a feeding process for feeding magnetic powder into a cavity of a mold having a ring-shaped cavity, and between each coil portion arranged in N stages (N is an integer of 3 or more). At least two or more molds are arranged in a magnetic field, an orientation process for radial orientation of magnetic powder in the mold by a counter magnetic field generated from adjacent coil portions, a pressurization process for pressurizing the magnetic powder in the mold, and orientation from the mold. Demolding and laminating process of demolding the pressed ring molded body and stacking a plurality of ring molded bodies, and a sintering process of sintering and integrating the stacked ring molded bodies Is.
この発明に係る磁場成形装置は、N段(Nは3以上の整数)に配置されると共に、隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部と、N段のコイル部間に配置されると共に、コイル部の発生する磁場によりラジアル配向される磁性粉末を収納するキャビティを有する型を備えたものである。 The magnetic field shaping apparatus according to the present invention is arranged in N stages (N is an integer of 3 or more), and is arranged between a coil section that generates a magnetic field facing each other from adjacent stages and an N stage coil section. And a mold having a cavity for storing magnetic powder that is radially oriented by the magnetic field generated by the coil portion.
この発明に係るリング型磁石の製造装置は、キャビティを有する搬送型と、キャビティに磁性粉末を給粉する給粉ユニットと、キャビティに給紛された磁性粉末をラジアル配向する磁場を印加する配向ユニットと、配向された磁性粉末を加圧する加圧ユニットと、加圧された磁性粉末を再配向するための磁場及び脱磁するための磁場を印加する再配向・脱磁ユニットと、搬送型から成形体を脱型する脱型ユニットと、脱型された成形体を積層する積層ユニットと、配向ユニット及び再配向・脱磁ユニットに電流を供給する磁場電源とを備え、配向ユニット及び再配向・脱磁ユニットは、N段(Nは3以上の整数)に配置されると共に隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部を有し、搬送型が上記N段のコイル部間に配置される磁場成形装置を備えている。 A ring-type magnet manufacturing apparatus according to the present invention includes a conveying mold having a cavity, a powder feeding unit for feeding magnetic powder to the cavity, and an orientation unit for applying a magnetic field for radial orientation of the magnetic powder fed to the cavity. A pressure unit that pressurizes the oriented magnetic powder, a reorientation / demagnetization unit that applies a magnetic field for reorienting the depressurized magnetic powder and a magnetic field for demagnetization, and molding from a conveyance mold A demolding unit for demolding the body, a laminating unit for laminating the demolded compact, and a magnetic field power source for supplying current to the orientation unit and the reorientation / demagnetization unit. The magnetic unit is arranged in N stages (N is an integer of 3 or more) and has a coil unit that generates a magnetic field facing each other from adjacent stages, and a transfer type is arranged between the N stage coil parts. Ru It has a field molding apparatus.
この発明のリング型磁石の製造方法によれば、ラジアル配向の磁石を複数個、生産性よく製造することができる。 According to the method for manufacturing a ring magnet of the present invention, a plurality of radially oriented magnets can be manufactured with high productivity.
この発明の磁場成形装置によれば、ラジアル配向の磁石を複数個、生産性よく製造することができる。 According to the magnetic field forming apparatus of the present invention, a plurality of radially oriented magnets can be manufactured with high productivity.
この発明のリング型磁石の製造装置によれば、軸長の長いリング型焼結磁石を生産性よく製造することができる。 According to the ring-type magnet manufacturing apparatus of the present invention, a ring-type sintered magnet having a long axial length can be manufactured with high productivity.
以下、この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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1はこの発明のリング型磁石の製造方法により成形し、焼結して得られるリング型磁石の例を示す斜視図である。この発明の製造方法により得られるリング型磁石として、図1(a)に示すように、円筒状に成形したリング成形体1aを積層して焼結して一体化したものがある。また、図1(b)に示すように、外周面又は内周面に周期的な凹凸を有するリング成形体1bをその凹凸が所定角度スキューするように積み重ねて、焼結して一体化したものがある。なお、図1(b)では外周面に周期的な凹凸1cを有するが、内周面に凹凸を有するリング型磁石も製造することができる。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a ring magnet obtained by molding and sintering by the method for manufacturing a ring magnet of the present invention. As a ring-type magnet obtained by the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 1 (a), there is one in which a ring molded body 1a formed into a cylindrical shape is laminated and sintered to be integrated. Also, as shown in FIG. 1B, ring molded bodies 1b having periodic irregularities on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface are stacked so that the irregularities are skewed by a predetermined angle, and are sintered and integrated. There is. In addition, in FIG.1 (b), although the outer peripheral surface has the periodic unevenness |
図2は本実施の形態によるリング型磁石の製造装置の基本構成を示す図である。本実施の形態の製造装置は、搬送型10、搬送型10のキャビティに磁性粉末を給粉する給粉ユニット100、磁性粉末が給粉された搬送型10に磁場を印加する配向ユニット110、配向された磁性粉末を加圧する加圧ユニット120、加圧された磁性粉末を再配向するための磁場及び脱磁するための磁場を印加する再配向・脱磁ユニット130、搬送型10からリング成形体を脱型する脱型ユニット140、脱型されたリング成形体を積層する積層ユニット150、並びに配向ユニット110及び再配向・脱磁ユニット130のコイルに電流を供給する磁場電源200から構成される。なお、各ユニット間において搬送型10を移動させるために、ベルトコンベヤ等を設けてもよい(図では省略)。さらにユニット全体を空気と遮断し窒素等の不活性ガスでパージできる構成としてもよい。
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of a ring-type magnet manufacturing apparatus according to the present embodiment. The manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a
図3は本実施の形態に使用される搬送型10を示す断面図である。搬送型10は、コア11と、コア11の周囲に配置されるダイス12と、コア11及びダイス12の間に配置される下パンチ15及び上パンチ16を備え、コア11、ダイス12、下パンチ15及び上パンチ16により囲まれ、磁性粉末が充填されるリング状の空間であるキャビティ17を有している。ダイス12の下部にはOリング押え台(押え台)18が配置され、Oリング(摩擦体)19がダイス12とOリング押え18により固定されている。また、下パンチ15はOリング押え18に固定されたOリング19との摩擦で保持されている。さらに、下パンチ15とコア11の間に配置されたOリング19の摩擦でコア11を保持している。また、キャビティ17に磁性粉末が充填された状態で上パンチ16がセットされる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the
搬送型10の材質に関して、ダイス12、下パンチ15及び上パンチ16はステンレス等の非磁性材で、硬度の必要な部分には非磁性超鋼を用いる。コア11は鉄等の磁性材と硬度の必要な部分に超鋼を組み合わせて用いる。コア11の磁性材としてはパーメンジュール等の飽和磁束密度の大きな材料を使ってもよい。また、リング成形体が小さい場合(軸長10mm以下の場合)は、強く均一な配向磁場が容易に得られるため、コア11も含めすべての部材を非磁性材で構成してもよい。また、搬送型10の各部材の材質として、セラミック等の絶縁材料や高電気抵抗材を用いることにより、渦電流を低減することでき、磁場分布を安定化させる効果が得られる。
Regarding the material of the
次に、給粉ユニット100について説明する。給粉ユニット100では、搬送型10のキャビティ17に磁性粉末20を計量して供給し、上パンチ16をセットする作業が行われる。図4は給粉ユニット100における磁性粉末20の給粉の様子を示す図である。計量器(図示せず)で所定の重量に計量された磁性粉末20は、搬送型10のキャビティ17上にセットされた給粉口101及びロート102を介してキャビティ17に供給される。給粉口101及びロート102は磁性粉末の供給時に微小振動しており、キャビティ17内に磁性粉末20を均一に充填することができる。キャビティ17内に可動の羽根(図示せず)を設けて、磁性粉末の供給時に回転、振動させることでより均一な給粉が可能になる。磁性粉末20の充填密度は2〜3g/cm3が望ましい。充填密度が低すぎると、配向磁場を加えたときに磁性粉末20はキャビティ17内での配向磁場の強い領域に偏り、圧縮した時に配向がばらついてしまって磁気特性が低下する。充填密度が高すぎると磁性粉末同士の摩擦力が大きくなり、配向磁場を印加しても配向しにくくなるため磁気特性が低下する。磁性粉末20を充填した後は、図5に示すように、ハンド103により上パンチ16をキャビティ17上にセットする。Next, the
次に、配向ユニット110について説明する。配向ユニット110では、磁性粉末20が給粉され上パンチ16がセットされた搬送型10に磁場を印加する作業が行われる。本例では、搬送型10のキャビティ17に充填された磁性粉末に交流磁場が印加される。まず、直流磁場の印加と交流磁場の印加の違いを説明する。直流磁場の場合、磁性粉末を加圧している期間中は常に磁場を印加しておく。そのため、10〜30秒程度の期間の中、数百Aオーダの大電流が直流磁場用のコイルに通電される。直流磁場用のコイルでは、コイルターン数が数百T巻線されており、その電気抵抗による発熱を抑制するため、断面積の大きなコイルが使われる。また、コイル冷却機構が付随している場合が多い。つまり、直流磁場用のコイルは、そのコイル寸法が内径200mm、外径600mm、軸長200mmといったように大きなものが使用される。そのため、小型サイズの搬送型10のキャビティ17に磁場を集中することができなく、配向磁束密度を高めることができない。また、搬送型10のセットや取り外し、給粉、脱型等の作業を困難にしている。
Next, the
これに対して、交流磁場の場合は、後に詳述するような磁場電源構成となり、電流の流れる期間は数msであるため、ピーク値10kAの電流が流れても、直流磁場に比べると発熱量は1/100程度である。そのため、交流磁場用のコイルは、リング成形体の外径が50mm程度までの場合、コイル寸法が外径50mm、軸方向の長さ20mm程度の大きさでよい。このように、交流磁場用のコイルは小さくできるため、次に示すような配向ユニットの構成が可能となる。 On the other hand, in the case of an alternating magnetic field, the magnetic field power supply configuration will be described in detail later, and the current flow period is a few ms. Therefore, even if a current with a peak value of 10 kA flows, the amount of heat generated is larger than that of the direct current magnetic field. Is about 1/100. Therefore, when the outer diameter of the ring molded body is up to about 50 mm, the AC magnetic field coil may have a coil size of an outer diameter of 50 mm and an axial length of about 20 mm. Thus, since the coil for alternating current magnetic fields can be made small, the structure of the orientation unit as shown below becomes possible.
図6及び図7は本実施の形態の配向ユニット110の構成及び動作を説明する図である。本実施の形態の配向ユニット110は、複数段(N段、Nは3以上の整数)に配置されたコイル部111と、それぞれのコイル部111を相対的に接近又は離間するコイル駆動部115からなる。コイル部111は、磁場を発生するコイル112と、そのコイル112を保持するコイル保持部113からなる。複数段に配置されるコイル112はそれぞれコイル中心が略同軸に配置され、隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている。図の例では、コイル部111は4段で構成した場合を示している。コイル駆動部115は、リニアガイド、ボールネジ、サーボモータ等を組み合わせることにより各コイル部111を相対移動可能に構成されている。
6 and 7 are diagrams illustrating the configuration and operation of the
図6及び図7により本実施の形態の配向ユニット110の動作を説明する。まず、図6に示すように、コイル駆動部115により各コイル部111の間隔を広げ、各コイル部111の間に搬送型10をハンド118によりセットする。図7(a)は各コイル部111間に搬送型10をセットした状態を示したもので、本例の場合は3個の搬送型10がセットできる。そして、図7(b)に示すように、コイル駆動部115により各コイル部111の間隔を狭め、コイル部111を固定する。
The operation of the
各コイル部111のコイル112は、磁場電源200から電流が供給されて配向磁場を発生する。図8は、磁場電源200と各コイル112(112a、112b、112c、112d)を示す回路図である。図8に示す磁場電源200は、コンデンサ充電のための電源201と、昇圧回路202と、大容量のコンデンサ203と、サイリスタ(SCR)等のスイッチ204と、スイッチ204の逆並列ダイオード205と、スイッチ204を制御する制御回路206を備える。磁場電源200には負荷として各コイル112が直列にかつ相隣り合うコイルの巻線方向が反対になるように接続されている。図9の例では、4個のコイル112a、112b、112c、112dが直列に接続され、コイル112aと112b、コイル112bと112c、コイル112cと112dの巻線方向が反対になるように接続されている。コンデンサ203が充電された状態でスイッチ204がONするとコンデンサ203からコイル112に電流が流れ込む。コンデンサ203の容量とコイル112のインダクタンスに共振が生じ、図9に示すような、徐々に減衰する交流電流を発生し、配向磁場も交流電流に応じて減衰する。印加する交流磁場は2〜3周期でよい。1周期での振幅の減衰率は90〜50%でよい。所定の交流磁場の回数後に、強制的に電流を停止させてもよい。
The
図10は本実施の形態の配向ユニット110に発生する磁束の流れを示す図である。各コイル112は隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている。そのため、各コイル112から軸方向に向う磁束は、隣り合うコイル同士間で互いに相対向する方向に流れる。そして、相対向する磁束は、各コイル112の中間付近においてラジアル方向に磁束の向きを変える。そのため、各コイル112の間に配置された搬送型10のキャビティ17にはラジアル方向の配向磁場が印加されることになる。また、図10の矢印に示すこれらの磁束は、前述した減衰する交流電流に対応して徐々に減衰する。
FIG. 10 is a diagram showing the flow of magnetic flux generated in the
従来方式のパルス磁場の場合、高保磁力磁石用(固有保磁力1200kA/m(15kOe)以上)の磁性粉末は配向しにくいという現象が生じるが、本実施の形態のように減衰する交流磁場を印加することにより高保磁力磁石用の磁性粉末も十分に配向させることができる。高保磁力磁石用の磁性粉末は保磁力が高く、粉末の状態で着磁されてしまい、キャビティ内で凝集してしまう。交流磁場を印加することで、上記の凝集を防止することができ、そのため配向がよくなる。 In the case of a conventional pulse magnetic field, a phenomenon occurs in which magnetic powder for a high coercive force magnet (inherent coercive force of 1200 kA / m (15 kOe) or more) is not easily oriented, but an alternating magnetic field that attenuates is applied as in this embodiment. By doing so, the magnetic powder for the high coercive force magnet can also be sufficiently oriented. Magnetic powder for a high coercive force magnet has a high coercive force, and is magnetized in a powder state, and aggregates in the cavity. By applying an alternating magnetic field, the above-mentioned aggregation can be prevented, and therefore the orientation is improved.
また、本実施の形態の場合、磁性粉末に印加する磁場は減衰する交流磁場であるので、脱磁も同時に行うことができる。従来の直流磁場やパルス磁場の場合には、当該直流磁場やパルス磁場と逆向きの磁場を印加することで脱磁を行っており、本実施の形態の場合、そのような脱磁を行わなくてもよく、配向後の取り扱いが容易になる。なお、従来の直流磁場での脱磁には、電流の立ち上げ及び立ち下げ時間を含め10秒以上の時間が必要であった。 In the case of the present embodiment, the magnetic field applied to the magnetic powder is an alternating magnetic field that attenuates, so that demagnetization can be performed simultaneously. In the case of a conventional DC magnetic field or pulsed magnetic field, demagnetization is performed by applying a magnetic field opposite to the direct current magnetic field or pulsed magnetic field. In this embodiment, such demagnetization is not performed. It may be easy to handle after orientation. It should be noted that the conventional demagnetization with a DC magnetic field requires a time of 10 seconds or more including the current rise and fall times.
次に、各コイル112同士の接続について述べる。各コイル112を並列接続した場合は、それぞれのコイル形状の差、配置の差に基づくインダクタンスの差により、流れる電流に差が生じる場合があるため、直列接続したほうがよい。また、次の効果もある。コンデンサの容量CとコイルのインダクタンスLの共振周波数fは下記の式(1)となる。
Next, the connection between the
f=1/2π(C・L)1/2 ・・・(1)f = 1 / 2π (C · L) 1/2 (1)
ここで、直列接続と並列接続を比較した場合、直列接続の場合の方がインダクタンスは大きくなるため、共振周波数が低くなる。搬送型10やコイル駆動部115等の機械強度の必要な部材には金属等の導電性の材料で構成することがあるが、導電性材料はその内部に振動磁場による渦電流が発生しやすい。しかし、コイルを直列接続した場合、共振周波数が低下することとなり、導電性材料であっても渦電流の発生を抑制することができる。
Here, when the series connection and the parallel connection are compared, the inductance becomes larger in the case of the series connection, so that the resonance frequency becomes lower. The members requiring mechanical strength such as the
搬送型10のキャビティ17に充填された磁性粉末20は、コイル112が発生する磁場によりラジアル方向に配向される。本実施の形態では、コイル112を4個を直列接続しており、1台の磁場電源200で駆動される。外径40mm、内径35mm、軸長20mmのリング成形体を成形することができる3個の搬送型10に対して、コンデンサ容量2000μF、充電電圧3700Vの磁場電源を用いて電流を流すことで、各搬送型10のキャビティ17では磁束密度5Tの磁束を発生させることができる。コイル112は外径50mm、内径20mm、軸方向長さ15mm、ターン数30Tである。
The
磁場電源200としては、一般的な着磁電源を使用できる。2000μFのコンデンサを3700Vに充電した場合、コンデンサには約8[C]の電荷が貯まる。コンデンサ充電部の充電能力が4000V、0.53Aであればコンデンサは15秒で充電できる。コンデンサ充電部を簡単な昇圧トランス(200V:4000V)で構成した場合、一次側(低圧側)への供給電力は200V、10.6Aとなり、比較的小さな供給電力でよいことがわかる。磁場電源200の電力供給設備においても過大な設備が不要になる。なお、コンデンサ充電部を増強することで、より時間短縮は可能である。また、上記では、コイル部111は4個の例を示したが、4個に限るものではない。
As the magnetic
次に、加圧ユニット120について説明する。加圧ユニット120は、配向ユニット110で配向された搬送型10の磁性粉末を上パンチ16及び下パンチ15で加圧する。すなわち、配向ユニット110で配向された磁性粉末が充填された搬送型10は加圧ユニット120にセットされる。図11は本実施の形態の加圧ユニット120の構成を示す図である。図において、上パンチ16及び下パンチ15は加圧子121により加圧され、加圧子121は加圧駆動部122により矢印方向に駆動される。上パンチ16と下パンチ15はダイス12に対し上下方向から相対的に接近してキャビティ17の磁性粉末を加圧する。この時、コア11はダイス12に対して移動しないようにコア支持部123で支持されている。下パンチ15はOリング19の摩擦で固定されているが、それ以上の力が加圧子122より下パンチ15に印加されるため、磁性粉末の加圧は問題なく行われる。
Next, the
次に、再配向・脱磁ユニット130について説明する。再配向・脱磁ユニット130は、加圧ユニット120で加圧された磁性粉末に対して再配向するための磁場又は脱磁するための磁場を印加する。図12は本実施の形態の再配向・脱磁ユニット130の構成及び動作を説明する図である。再配向・脱磁ユニット130の構成及び動作は、上述した配向ユニット110の場合とほぼ同じである。再配向には、配向と同じ強さの交流減衰磁場を印加する。加圧ユニット120の加圧により磁性粉末の配向が乱れた場合や、配向ユニット110で脱磁が十分でなかった場合には、本ユニット130で再配向や脱磁を行う。再配向や脱磁を行う必要のない場合は、本ユニット130を省略することも可能である。
Next, the reorientation /
本実施の形態では、再配向・脱磁ユニット130のコイルの磁場電源と配向ユニット110のコイルの磁場電源200を共有することができる。その場合、配向ユニット110のコイルと再配向・脱磁ユニット130のコイルを交互に通電する。例えばコイルの充電時間が15秒の設備では両方のユニットのコイルをそれぞれ交互に30秒間隔で15秒通電する。つまり、配向ユニット110のコイルに15秒間通電し、その後の15秒間で、配向ユニット15から搬送型10を取り出し新しい搬送型10を装着し、それと同時に再配向・脱磁ユニット130のコイルを通電する。
In the present embodiment, the magnetic field power source of the coil of the reorientation /
次に、脱型ユニット140及び積層ユニット150について説明する。脱型ユニット140は搬送型10から配向・加圧されたリング成形体30を脱型するものであり、積層ユニット150は脱型されたリング成形体30を積層するものである。図13及び図14は脱型ユニット140及び積層ユニット150の構成及び動作を示す図である。まず、搬送型10を脱型ユニット140にセットする。そして、図13(a)に示すように、コア11及び下パンチ15をコア支持部141及びパンチ支持部142で保持した状態で、ダイ押え143によりダイス12を下方向に移動させる。続いて、図13(b)に示すように、下パンチ15をパンチ支持部142で保持した状態で、コア押え145によりコア11を下方向に移動させる。その後、図14に示すように、コア押え145を上昇させると、リング成形体30を電磁チャック151で取り出すことができる。積層ユニット150では、脱型ユニット140から取り出したリング成形体30を所定の個数積層する。そして、積層されたリング成形体30を、図15に示す真空中あるいは不活性ガス中でヒータ161により焼結することで、各リング成形体30の層間が接合され一体化された長軸のリング型磁石になる。
Next, the
次に、図2に示した各ユニットの処理能力について説明する。まず、配向ユニット110の処理時間について説明する。磁場電源200の充電時間と、搬送型10の配向ユニット110への装着及び取り外し時間とを比較して長い方の時間(通電時間は数msで無視できる)が配向に必要な時間である。本例の場合、磁場電源200の充電時間が15秒、搬送型10の装着及び取り外し時間が20秒であり、長い方の20秒で3個の搬送型10の磁性粉末の配向が可能になる(タクト時間:6.6秒/1個)。
Next, the processing capability of each unit shown in FIG. 2 will be described. First, the processing time of the
給粉ユニット100、加圧ユニット120、脱型ユニット130、積層ユニット140では、配向ユニット110(再配向・脱磁ユニット130)の処理時間に合わせて、各タクト時間が合うように各ユニットの必要台数を定める。本例の場合、給粉ユニット100では1台当たり計量15秒、充填15秒の30秒が必要であるため、5台の給粉ユニットで構成する(タクト時間:6秒/1個)。加圧ユニット120は、搬送型10の装着、加圧、取り出し時間に1個あたり20秒必要であり、3台のユニットで構成している(タクト時間:6.6秒/1個)。脱型ユニット130も、搬送型10の装着、脱型、取り出し時間に1個あたり20秒必要であり、3台のユニットで構成している(タクト時間:6.6秒/1個)。そして、3個のリング成形体30を積層して1個のリング型磁石を作る場合、リング型磁石1個につき本例の磁場成形工程では20秒が必要である。
In the
一方、従来行われている多段成形の場合、通電時間には、電流の立ち上がり立下り時間が必要で、1層(本発明の1個に相当)あたり30秒を要する。さらに磁場を加えた状態で加圧、給粉と積層の時間が連続的に必要となるため、1層当たり60秒が配向と圧縮に必要になる。3層を重ねて積層するためには3倍の時間が必要になっている。そのためリング型磁石1個につき180秒を要することになる。 On the other hand, in the case of conventional multi-stage molding, the energization time requires a rise and fall time of current, and 30 seconds per layer (corresponding to one of the present invention). Furthermore, since pressure, powder supply and lamination time are continuously required in a state where a magnetic field is applied, 60 seconds per layer are required for orientation and compression. Three times longer time is required to stack three layers. Therefore, it takes 180 seconds for each ring magnet.
このように、本実施の形態によれば、残留磁束密度が高く長軸のリング型磁石を生産性よく製造できる。また、減衰する交流磁場を用いたため、高保磁力材の磁性粉末の配向率を向上でき、配向と脱磁を一度に実施できる。その結果、配向に要する時間を短縮でき、生産性を向上できる。 Thus, according to the present embodiment, a long-axis ring magnet having a high residual magnetic flux density can be manufactured with high productivity. In addition, since the decaying AC magnetic field is used, the orientation ratio of the magnetic powder of the high coercive force material can be improved, and orientation and demagnetization can be performed at a time. As a result, the time required for orientation can be shortened and productivity can be improved.
上記では、配向ユニット110及び再配向・脱磁ユニット130において、磁性粉末に交流磁場を印加した場合を説明したが、磁性粉末の種類によっては、例えば保磁力が低い磁性粉末の場合は、パルス磁場を加えてもよい。この場合、パルス磁場は2〜3回繰り返して印加してもよい。
The case where an alternating magnetic field is applied to the magnetic powder in the
また、パルス磁場を発生させるパルス電源の+極、−極とコイル112の両端の接続をつなぎかえてコイル112の通電方向を反転できるスイッチ手段を設けることにより、その極性が交互に反転するパルス磁場を印加するようにしても良い。その極性が交互に反転するパルス磁場を印加することにより、交流磁場を印加するのと同様に、保磁力の高い磁性粉末の凝集を防止することができ、その結果、配向がよくなる。
In addition, by providing a switching means that can reverse the energization direction of the
磁性粉末にパルス磁場を印加した場合、脱磁は減衰する交流磁場でも良い。また、上述の極性を交互に反転するパルス磁場を印加する時に、パルス電源とコイル112の接続をつなぎかえ、第1回目より少ない電流を通電する方法などにより、配向の逆極性で1/5〜1/20程度の磁場強度のパルス磁場を印加してもよい。交流磁場に比べパルス磁場にすることで、電源の構成が簡単になる。
When a pulse magnetic field is applied to the magnetic powder, the demagnetization may be an alternating magnetic field that attenuates. In addition, when applying a pulse magnetic field that reverses the above polarity alternately, the connection between the pulse power source and the
図16は本実施の形態によるリング型磁石の製造装置の他の基本構成を示す図である。図16に示すように、図2の配向ユニット110と再配向・脱磁ユニット130をまとめて配向・脱磁ユニット160にしてもよい。この場合、搬送型10の磁性粉末は配向・脱磁ユニット160で配向された後、加圧ユニット120で加圧され、その後、配向・脱磁ユニット160に戻って再配向または脱磁が行われる。その後、脱型ユニット140、積層ユニット150で、リング成形体の脱型と積層が行われる。このように構成することで、ユニット数を少なくすることができる。また、磁場電源200は、配向・脱磁ユニット160のコイルのみに電流を供給すればよいため、製造装置全体が簡単な構成となり、設備コストの抑制が図れる。
FIG. 16 is a diagram showing another basic configuration of the ring-type magnet manufacturing apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 16, the
続いて、本実施の形態のリング型磁石の製造工程について詳細に説明する。リング型磁石の製造工程は、原料合金鋳造工程、粉砕工程、磁場中成形工程、焼結・熱処理工程からなる。具体的に説明すると、磁石の組成はNd:30wt%、B:1wt%、Dy:3wt%、Fe:残りのwt%である。原料合金鋳造工程において、上記組成の磁石原料を高周波溶解で混合することにより原料合金を生成する。そして、粉砕工程において、上記原料合金を水素脆性化処理、ジェットミルにより粉砕して、平均粒径4μmの磁性粉末を得る。次に、磁場中成形工程において、上記磁性粉末に本実施の形態の磁場成形工程による磁場を加え磁性結晶の方向を揃える配向、加圧を行い、リング成形体30を製作する。そして、上記リング成形体を真空中で1080℃、900℃、600℃の焼結・熱処理工程を経て、リング焼結体を得る。
Next, the manufacturing process of the ring magnet according to the present embodiment will be described in detail. The manufacturing process of the ring magnet includes a raw material alloy casting process, a pulverization process, a forming process in a magnetic field, and a sintering / heat treatment process. More specifically, the composition of the magnet is Nd: 30 wt%, B: 1 wt%, Dy: 3 wt%, Fe: remaining wt%. In the raw material alloy casting step, the raw material alloy is produced by mixing the magnet raw materials having the above composition by high frequency melting. In the pulverization step, the raw material alloy is pulverized by a hydrogen embrittlement treatment and a jet mill to obtain a magnetic powder having an average particle size of 4 μm. Next, in the magnetic field forming step, the magnetic powder is subjected to orientation and pressurization to align the direction of the magnetic crystal by applying the magnetic field in the magnetic field forming step of the present embodiment to the ring-shaped
搬送型10は本実施の形態の場合、高さ15mmのリング成形体30を成形できるように搬送型10のキャビティ高さを30mm、ダイ高さを40mmとした。この搬送型10を用いてリング外周が円形でリング内周に凹凸部を有する高さ15mmのリング成形体を3個作る。そして、3個のリング成形体30を高さ方向に積み重ね、焼結することで、焼結後の高さ35mmでリング外周が円形、リング内周に凹凸部を有する本実施の形態のリング型焼結磁石を製造できる。なお、磁石高さが低い場合などは、1個のリング成形体30を焼結することでリング型焼結磁石を製造しても良い。
In the case of the present embodiment, the
本実施の形態(減衰する交流磁場)で製作したリング型磁石からワイヤーカットで削りだした試験片について、磁気特性を測定した結果、残留磁束密度1.3T(13.0kG)固有保磁力1560kA/m(19.5kOe)、配向率94.5%を得ることができた。通常の直流配向方式では、残留磁束密度1.25T(12.5.kG)、固有保磁力1520kA/m(19.0kOe)、配向率91.4%であるので、本実施の形態の磁気特性が向上している。 As a result of measuring the magnetic characteristics of the test piece cut by wire cutting from the ring magnet manufactured in the present embodiment (attenuating AC magnetic field), the residual magnetic flux density 1.3T (13.0 kG) intrinsic coercive force 1560 kA / m (19.5 kOe) and an orientation ratio of 94.5% were obtained. In the normal DC orientation method, the residual magnetic flux density is 1.25T (12.5.kG), the intrinsic coercive force is 1520 kA / m (19.0 kOe), and the orientation ratio is 91.4%. Has improved.
なお、上記ではリング型磁石の製造を例に挙げて説明したが、配向ユニット110及び再配向・脱磁ユニット130は、磁石の形状に関わらず、ラジアル配向の磁石を製造する場合全般に適用することができる。このことは、下記の実施の形態でも同様である。
In the above description, the production of the ring-type magnet has been described as an example. However, the
実施の形態2.
図17はこの発明の実施の形態2によるリング型磁石の製造装置の基本構成を示す図である。本実施の形態では、実施の形態1の配向ユニット110、加圧ユニット120、再配向・脱磁ユニット130の機能をまとめた配向・加圧ユニット170を設置した。
FIG. 17 is a diagram showing a basic configuration of a ring magnet manufacturing apparatus according to
図18は本実施の形態の配向・加圧ユニット170の構成及び動作を説明するための図である。本実施の形態の配向・加圧ユニット170は、複数段に配置されたコイル部111と、各コイル部111を相対的に接近又は離間するコイル駆動部115からなる。コイル部111は、磁場を発生するコイル112と、そのコイル112を保持するコイル保持部113からなる。各コイル112は略同軸に配置され隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている。さらに、コイル部111には、各コイル部111間に設置される搬送型10の上パンチ16又は下パンチ15を加圧する加圧機構として加圧子171が設置されている。
FIG. 18 is a diagram for explaining the configuration and operation of the orientation /
次に、本実施の形態の動作について説明する。搬送型10は実施の形態1と同様に各コイル部111の間に装着した後、コイル駆動部115により各コイル部111の間隔が狭められ、搬送型10が各コイル部111に挟まれた状態になる。次に、実施の形態1で説明したように、磁場電源200から各コイル112に交流電流を印加して、搬送型10に対して交流配向磁場を加える。印加する交流磁場は2〜3周期でよい。さらに、振幅の減衰率が90〜50%の交流磁場を印加してもよい。所定の交流磁場の回数後に、強制的に電流を停止してもよい。
Next, the operation of the present embodiment will be described. The transfer die 10 is mounted between the
次に、コイル移動部115がさらにコイル部111同士の間隔を狭める。これにより、コイル部111に設けられた加圧子171が搬送型10の上パンチ16と下パンチ15に圧力を加え、搬送型10のキャビティ17に充填された磁性粉末は圧縮される。そして、磁性粉末の加圧が完了すると、コイル駆動部115によりコイル部111の間隔が広げられ、搬送型10を取り出すことができる。
Next, the
配向のための磁場は、次のようなタイミングで印加してもよい。搬送型10が各コイル部111間に挟まれた状態で、各コイル112に交流電流が磁場電源から供給される。続いて、コイル駆動部115が各コイル部111間隔を狭めるように動作し、加圧子171と上下パンチ16,15を介して磁性粉末を加圧する。続いて、各コイル112に交流電流を供給し、続いて上記加圧を繰り返す。このような手順で磁場印加と加圧を2〜5回繰り返すようにしても良い。
The magnetic field for orientation may be applied at the following timing. An alternating current is supplied from the magnetic field power source to each
上記説明では、磁性粉末に交流磁場を印加した場合を説明したが、印加する磁場はパルス磁場でもよい。また、複数回のパルス磁場を連続して与えてもよい。また、パルス磁場の場合や脱磁が不十分の場合は、最後に脱磁のために減衰する交流磁場を印加してもよい。また、脱磁は、配向の場合のパルス磁場と極性が反対で1/3〜1/20の振幅のパルス磁場を与えても良い。 In the above description, the case where an AC magnetic field is applied to the magnetic powder has been described, but the magnetic field to be applied may be a pulsed magnetic field. Further, a plurality of pulse magnetic fields may be continuously applied. In the case of a pulsed magnetic field or when demagnetization is insufficient, an alternating magnetic field that attenuates for demagnetization may be applied last. Further, the demagnetization may be performed by applying a pulse magnetic field having a polarity opposite to that of the pulse magnetic field in the case of orientation and having an amplitude of 1/3 to 1/20.
また、上記ではコイル駆動部115の駆動により加圧子171を介して磁性粉末を加圧する例を示したが、図19に示すように、配向・加圧ユニット170に加圧機構としての加圧部172を設けて加圧子171を駆動させ、コイル駆動部115は補助的に位置の調整を行う構成にしてもよい。加圧の動力はサーボモータが制御性が良く適しているが、油圧でも同等の効果は得られる。また、コイル駆動部115が搬送型10を保持し、ダイス12に対して相対的に上パンチ16が下方に下パンチ15が上方に動くように構成してもよい。
In the above description, an example in which the magnetic powder is pressurized through the
実施の形態3.
図20はこの発明の実施の形態3による搬送型の構造を示したものである。ベース40の上にダイス12、下パンチ15、コア11が搭載されている。ベース40には下パンチ15を搭載した下部に複数の貫通穴41が設けられると共に、コア11を搭載した下部に貫通穴42が設けられている。加圧の時には下パンチ15は貫通穴41を介して加圧子等で押される。脱型の時には、下パンチ15とコア11を保持した状態でダイス12を上方から押す必要がある。下パンチ15は貫通穴41を介して保持具(図示せず)で保持される。コア11も貫通穴42を介して保持具(図示せず)で保持される。磁性粉末が圧縮された後に下パンチ15が落下しないように、下パンチ15の側面とベース40の間にゴム材等の弾性部材を挿入して、その摩擦力で落下を防止してもよい。また、ベース40と下パンチ15の間にばねを挿入しても同様の効果を得ることができる。上パンチ16はキャビティ17に磁性粉末が充填された後にその上にセットされる。
FIG. 20 shows a conveyance type structure according to
実施の形態4.
図21はこの発明の実施の形態4による配向ユニットの構造を示す図である。本実施の形態では、搬送型10のコア11を、磁性体11a及び非磁性体11bで構成した。すなわち、コア11において、キャビティ17の軸方向中央付近に対応する箇所に磁性体11aを配設し、キャビティ17の軸方向両端付近に対応する箇所に非磁性体11bを配設した。コア11全体を磁性体で構成した場合、磁束の流れは図21の点線の矢印のようになり、磁束密度はキャビティの軸方向両端部では強く、キャビティの軸方向中央付近では弱くなる。これに対して、本実施の形態のコア11では、磁束は磁路抵抗の少ない磁性体11aを通るため、図21の実線の矢印のような流れになる。そのため、キャビティ17の軸方向中央付近で低かった磁束密度が上昇し、キャビティ17内で軸方向に均一な磁束密度分布が得られる。その結果、キャビティ17に充填される磁性粉末の配向率のばらつきが低くなり、リング型磁石の磁気特性が安定する。また、コア11全体を磁性体で構成した場合、配向時に磁性粉末が磁束密度の強い軸方向両端に集中することにより成形体の密度に差が発生し、焼結後に焼結歪が発生していた。本実施の形態の場合、キャビティ17の軸方向中央付近で低かった磁束密度が上昇し、キャビティ17内で軸方向に均一な磁束密度分布が得られるので、成形体の密度に差が発生しなく、焼結歪が低減でき、焼結体の形状精度を向上できる。Embodiment 4 FIG.
FIG. 21 is a diagram showing the structure of an alignment unit according to Embodiment 4 of the present invention. In the present embodiment, the
実施の形態5.
実施の形態1で説明した配向ユニット110又は再配向・脱磁ユニット130、あるいは実施の形態2で説明した配向・加圧ユニット170において、中間に位置するコイル部111の発生磁束は、その上下に位置する2個の搬送型10を通過する。しかし、上下両端に位置するコイル部111の発生磁束は、その下部又は上部に位置する1個の搬送型10のみを通過する。2個の搬送型10を通過する場合は、コア11の磁性部が2箇所となり磁路抵抗が低下して磁束密度が高くなる。しかし、1個の搬送型10を通過する場合は、コア11の磁性部が1箇所となり、2個の磁性部を通過する場合より磁路抵抗が大きくなり、その分磁束密度が低くなる。そこで、本実施の形態では、両端(上端又は下端)に位置するコイル部111のコイル112のターン数を、中間に位置するコイル部111のコイル112のターン数より多くすることにより、各コイル部111の磁束密度を揃えることができる。例えば、中間位置のコイル112のターン数に対して、両端位置のコイル112のターン数を5〜20%増加させることにより、各搬送型10を通過する磁束密度を揃えることができる。
In the
この発明は、ラジアル配向の磁石の製造に広く適用することが可能であり、例えばモータの回転子に用いられる磁石を製造する場合に適用されるものである。 The present invention can be widely applied to the production of a radially oriented magnet. For example, the present invention is applied to the production of a magnet used for a rotor of a motor.
Claims (20)
N段(Nは3以上の整数)に並んだ各コイル部間に上記型を少なくとも2個以上配置し、隣り合う上記コイル部から発生する対向磁場により、上記型内の磁性粉末をラジアル配向する配向工程と、
上記型内の磁性粉末を加圧する加圧工程と、
上記型から配向・加圧されたリング成形体を脱型して、複数個の上記リング成形体を積層する脱型・積層工程と、
上記積層されたリング成形体を焼結し一体化する焼結工程と、を備えたリング型磁石の製造方法。A powdering step of feeding magnetic powder into the cavity of the mold having a ring-shaped cavity;
At least two or more of the molds are arranged between the coil parts arranged in N stages (N is an integer of 3 or more), and the magnetic powder in the mold is radially oriented by the opposing magnetic field generated from the adjacent coil parts. An alignment process;
A pressurizing step of pressurizing the magnetic powder in the mold;
Demolding / lamination step of demolding the ring molded body oriented / pressed from the mold and laminating a plurality of the ring molded bodies,
A sintering step of sintering and integrating the laminated ring molded body.
上記N段のコイル部間にそれぞれ1個ずつ配置されると共に、上記磁場によりラジアル配向される磁性粉末を収納するキャビティを有する型とを備えた磁場成形装置。Coil portions that are arranged in N stages (N is an integer of 3 or more) and generate magnetic fields that face each other from adjacent stages;
A magnetic field forming apparatus including a mold having a cavity for storing magnetic powder that is arranged one by one between the N-stage coil portions and is radially oriented by the magnetic field.
上記配向ユニット及び上記再配向・脱磁ユニットは、N段(Nは3以上の整数)に配置されると共に隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部を有し、上記搬送型が、上記N段のコイル部間にそれぞれ1個ずつ配置される磁場成形装置を備えているリング型磁石の製造装置。A conveying mold having a cavity, a powder feeding unit for feeding magnetic powder to the cavity, an orientation unit for applying a magnetic field for radial orientation of the magnetic powder fed to the cavity, and the oriented magnetic powder are added. A pressing unit for pressing, a reorientation / demagnetizing unit for applying a magnetic field for reorienting the depressurized magnetic powder and a magnetic field for demagnetizing, and a demolding unit for demolding the molded body from the conveying mold And a magnetic field power source for supplying a current to the orientation unit and the reorientation / demagnetization unit.
The orientation unit and the reorientation / demagnetization unit have coil portions that are arranged in N stages (N is an integer of 3 or more) and generate magnetic fields facing each other from adjacent stages. An apparatus for manufacturing a ring magnet comprising a magnetic field forming device arranged one by one between the N-stage coil portions.
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