JP4797283B2 - 粉末プレス装置および粉末プレス方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は粉末プレス装置および粉末プレス方法に関し、より特定的には、プレス方向に対して平行に配向磁場を印加して粉末をプレスする粉末プレス装置および粉末プレス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、図６および図７に示すような粉末プレス装置１が提案されている。
粉末プレス装置１は、プレス方向に対して平行に配向磁場が印加されかつ１回のプレスサイクルで複数個の成形体が得られるように構成される。
粉末プレス装置１はダイ２を含み、ダイ２には複数（ここでは４×２＝８個）の貫通孔２ａが形成される。貫通孔２ａにはコア３が挿入され、さらに貫通孔２ａには下側から下パンチ４が挿入され、貫通孔２ａ内に中空円筒状のキャビティ５が形成される。下パンチ４はキャビティ５側の非磁性部材４ａとそれに連なる磁性部材４ｂとを含み、下パンチ４は押え金６ａと座金６ｂとによって固定される。また、ダイ２の上方には貫通孔２ａに挿入可能な上パンチ７が設けられ、上パンチ７はキャビティ５側の非磁性部分７ａとそれに連なる磁性部分７ｂとを含み、上パンチ７は押え金８ａと座金８ｂとによって固定される。さらに、粉末プレス装置１は、図６に示すように、プレス方向に対して平行に配向磁場を印加できるように磁場印加手段９を含む。磁場印加手段９は、一対のポールピース９ａ，９ｂと一対のコイル９ｃ，９ｄとを含む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、粉末プレス装置１のように、１回のプレスサイクルによって得られる成形体の数が多くなると、図８に示すように磁場印加時に各キャビティ５を通過する磁束が均一にならずキャビティ５内で磁場強度のばらつきが大きくなる。特に、端部に位置するキャビティ５（図８では左側）内の磁場強度のばらつきが大きくなる。このような状況下で磁場プレスを行うと磁場強度のばらつきに起因してキャビティ５内で粉末が移動し粉末密度が不均一になり易くなる。したがって、プレス成形後の成形体に割れが生じ易くなり歩留まりが悪化するという問題点があった。
特に、磁気特性の高い磁石を製造する場合には、プレス時に磁場が印加されたキャビティの磁束密度が１．２Ｔ以上となりキャビティ５内の磁場強度のばらつきが大きくなるので、プレス成形後の成形体の割れが発生しやすくなる。
それゆえに、この発明の主たる目的は、キャビティ内の磁場の均一性を高めて成形体の歩留まりを向上できる、粉末プレス装置および粉末プレス方法を提供することである。
【０００４】
【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に記載の粉末プレス装置は、ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス装置であって、キャビティ側の第１非磁性部分と第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための上パンチ、キャビティ側の第２非磁性部分と第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための下パンチ、第１磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように設けられる第１磁性体、第２磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように設けられる第２磁性体、およびキャビティに充填された粉末に上パンチおよび下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加するための磁場印加手段を備える。
請求項２に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、第１磁性部分の第１非磁性部分側端部と第１磁性体の主面との段差、および第２磁性部分の第２非磁性部分側端部と第２磁性体の主面との段差が５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００５】
請求項３に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、磁場印加手段によって磁場が印加されたキャビティの磁束密度が１．２Ｔ以上であることを特徴とする。
請求項４に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、キャビティ内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
請求項５に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、粉末が急冷法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末であることを特徴とする。
【０００６】
請求項６に記載の粉末プレス装置は、ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス装置であって、キャビティ側の第１非磁性部分と第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための上パンチ、キャビティ側の第２非磁性部分と第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための下パンチ、キャビティに充填された粉末に上パンチおよび下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加するための磁場印加手段、磁場印加手段によって発生される磁場を調整するために第１磁性部分の外側に設けられかつ磁性体からなる第１補助ヨーク、および磁場印加手段によって発生される磁場を調整するために第２磁性部分の外側に設けられかつ磁性体からなる第２補助ヨークを備える。
請求項７に記載の粉末プレス方法は、ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス方法であって、キャビティ側の第１非磁性部分と第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含む上パンチおよびキャビティ側の第２非磁性部分と第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含む下パンチを用い、第１磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように第１磁性体を設けかつ第２磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように第２磁性体を設けた状態で、上パンチおよび下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加し、キャビティに充填された粉末を上パンチおよび下パンチによってプレスする。
【０００７】
請求項１に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の外側に磁性体を設けることによって、磁場印加時のキャビティ内の磁場の均一性を向上でき、キャビティ内での粉末の移動が少なくなる。したがって、磁場プレスによるキャビティ内の粉末密度のばらつきを抑制でき、得られる成形体の割れを防止でき、歩留まりを向上できる。特に、複数のキャビティのうち端部に位置するキャビティにおいて磁場の均一性を向上でき、得られる成形体の割れを効果的に防止できる。
請求項７に記載の粉末プレス方法についても同様である。
請求項２に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の非磁性部分側端部と磁性体の主面との段差が小さいので、各キャビティに均一性の高い磁場を印加でき、良質の成形体が得られる。
【０００８】
磁束密度が１．２Ｔ以上の磁場でキャビティ内の粉末をプレスした場合、キャビティ内の磁場強度のばらつきが大きくなり粉末密度が不均一になるので、プレス成形後の成形体の割れを引き起こしやすくなる。しかし、請求項３に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の外周に磁性体を設けることによって、各キャビティ内の磁場の均一性を向上でき成形体の割れを防止できる。
また、キャビティ内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下と小さければ、キャビティ内で粉末が移動し易いので、磁場強度のわずかなばらつきによって粉末密度が不均一になってしまう。しかし、請求項４に記載の粉末プレス装置では、粉末密度が小さい場合でも各キャビティ内の磁場の均一性を向上でき、成形体の割れを防止できる。
【０００９】
粉末としてＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を用いて磁気特性の高い磁石を製造する場合には、成形時に高い磁場を印加する必要がある。この場合、特に、端部に位置するキャビティ内において、磁場強度のばらつきが大きくなり粉末密度が不均一になるので、得られた成形体に割れが発生し易い。しかし、請求項５に記載の粉末プレス装置では、キャビティ内の磁場の均一性を向上できるので、端部に位置するキャビティでプレスされた成形体であっても割れを防ぐことができる。
請求項６に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の外側に補助ヨークを設けることによって請求項１と同様に、各キャビティ内、特に端部に位置するキャビティにおける磁場の均一性を向上できる。したがって、磁場プレスによるキャビティ内の粉末密度のばらつきを抑制でき、良質の成形体が得られ、歩留まりを向上できる。
【００１０】
【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および図２を参照して、この発明の一実施形態の粉末プレス装置１０は１回のプレスサイクルで複数個の成形体が得られるように構成される。
粉末プレス装置１０は、上面開口かつ筐体状のフレーム１２を含み、フレーム１２の開口部にはプレート１４が配置される。
フレーム１２内にはダイ１６が配置され、図３に示すようにダイ１６には複数（この実施形態では４×２＝８個）の貫通孔１８が形成される。各貫通孔１８には非磁性（たとえば超硬）からなるコア２０が挿入され、さらに各貫通孔１８には下側から下パンチ２２が挿入される。ダイ１６とコア２０と下パンチ２２とによって各貫通孔１８内に中空円筒状のキャビティ２４が形成される。
【００１１】
下パンチ２２はキャビティ２４側の略中空円筒状の非磁性部分２６と非磁性部分２６に連なる略中空円筒状の磁性部分２８とを含み、磁性部分２８が座金３０と押え金３２とによって固定され、これによって下パンチ２２が固定される。座金３０および押え金３２はそれぞれ磁性体からなる。コア２０は座金３０に挿通されてシリンダ３４に接続され、シリンダ３４によって上下方向に移動可能となる。ダイ１６は図示しない別のシリンダによって上下方向に移動可能となる。
ここで注目すべきは、押え金３２の上面に磁性体からなり磁場を調整するための補助ヨーク３６が設けられることである。補助ヨーク３６は少なくとも、端部に位置する下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分寄り外周２８ｂにおいてキャビティ２４の側面２４ａより外方（水平方向）へ延びるように設けられる。キャビティ２４の側面２４ａからの補助ヨーク３６の寸法Ｌ１はたとえば４０ｍｍ以上に設定される。また、補助ヨーク３６の上面３６ａと下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分側端部２８ａとが面一に形成され、上面３６ａおよび非磁性部分側端部２８ａはダイ１６の上面１６ａに平行である。なお、補正ヨーク３６の上面３６ａと磁性部分２８の非磁性部分側端部２８ａとの段差は５ｍｍ以下であればよい。
【００１２】
キャビティ２４内には図示しないフィーダーボックスから粉末３８が充填される。粉末３８としてはたとえば急冷法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末などの希土類合金粉末が用いられる。
粉末３８はたとえばつぎのようにして作製される。まず、急冷法による合金の作製法として米国特許第５，３８３，９７８号に示されるようなストリップキャスト法を用いて、鋳片が作製される。
【００１３】
具体的には、公知の方法によって製造された、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が高周波溶解により溶湯とされる。この溶湯が１，３５０゜Ｃに保持された後、ロール周速度を約１ｍ／秒、冷却速度１０2゜Ｃ／ｓｅｃ〜１０4゜Ｃ／ｓｅｃ、過冷度２００゜Ｃの条件で、単ロール上で急冷され、厚さ０．３ｍｍのフレーク状合金鋳塊が得られる。合金としては、上記組成のほか、米国特許第４，７７０，７２３号、第４，７９２，３６８号に示すものを使用できる。
【００１４】
つぎに、合金インゴットが、水素吸蔵法によって粗粉砕された後、ジェットミルを用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕され、平均粒径３．５μｍの合金粉末が得られる。
このような粉末３８には配向性を向上させるとともに圧縮性を改善するため潤滑剤が添加される。この場合、たとえば、潤滑剤として脂肪酸エステル、溶剤として石油系溶剤が用いられる。そして、粉末３８に対して、脂肪酸エステルを石油系溶剤で希釈したものが０．３ｗｔ％（潤滑剤ベース）添加混合され、潤滑剤が粉末３８の表面に被覆される。
【００１５】
また、プレス処理時におけるダイ１６の貫通孔１８と粉末３８との摩擦を低減するために、貫通孔１８の内面に金型潤滑剤が供給されてもよい。
ダイ１６の上方にはダイ１６の貫通孔１８に挿入可能な上パンチ４０が設けられる。上パンチ４０は、キャビティ２４側の略中空円筒状の非磁性部分４２、非磁性部分４２に連なる略中空円筒状の磁性部分４４、および非磁性部分４２と磁性部分４４とに挿入されるコア４６を含む。上パンチ４０は座金４８および押え金５０によって固定され、座金４８がポールピース５８ｂ（後述）に接続され、ポールピース５８ｂがプレート１４の下面に設けられる。座金４８および押え金５０はそれぞれ磁性体からなる。さらに、プレート１４の上面にシリンダ５２が接続される。したがって、シリンダ５２の動作によって、プレート１４に設けられた部材とともに上パンチ４０が上下方向に移動可能となる。
【００１６】
ここで注目すべきは、押え金５０の下面に磁性体からなり磁場を調整するための補助ヨーク５４が設けられることである。補助ヨーク５４は少なくとも、端部に位置する上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分寄り外周４４ｂにおいてキャビティ２４の側面２４ａより外方（水平方向）へ延びるように設けられる。キャビティ２４の側面２４ａからの補助ヨーク５４の寸法Ｌ２はたとえば４０ｍｍ以上に設定される。また、補助ヨーク５４の下面５４ａと上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分側端部４４ａとが面一に形成され、下面５４ａおよび非磁性部分側端部４４ａはダイ１６の上面１６ａに平行である。補助ヨーク５４の下面５４ａと磁性部材４４の非磁性部分側端部４４ａとの段差もまた５ｍｍ以下であればよい。
【００１７】
また、図１に示すように、コイル５６ａが巻回された中空円筒状のポールピース５８ａが座金３０の周囲に設けられ、コイル５６ｂが巻回された略円柱状のポールピース５８ｂがプレート１４の下面に設けられ、これによって磁場印加手段６０が構成され、各キャビティ２４に充填された粉末３８にプレス方向に対して平行に磁場が印加される。この磁場は、各キャビティ２４の磁束密度がたとえば１．２Ｔ以上となるように印加される。なお、各キャビティ２４内の磁場印加時の粉末密度はたとえば２．３ｇ／ｃｍ3以下とされる。
【００１８】
このような粉末プレス装置１０の動作を簡単に説明する。
最初は、ダイ１６およびコア２０は下降端に位置するとともに、上パンチ４０は上昇端に位置しており、ダイ１６、コア２０および下パンチ２２の上面はそれぞれ面一とされる。その状態で、図示しないフィーダーボックスが、図１および図２でいえば紙面の奥から手前側にダイ１６に向かってスライドし 、フィーダーボックスは貫通孔１８上に位置したときに停止する。その後、ダイ１６およびコア２０が上昇し始め、貫通孔１８上部にキャビティ２４が形成され、フィーダーボックス内の粉末３８がキャビティ２４内に充填される。
【００１９】
ついで、ダイ１６およびコア２０が上昇端に達すると、フィーダーボックスがキャビティ２４上から退去する。このとき、フィーダーボックスの下端でキャビティ２４上の粉末３８が摺り切られる。
そして、上パンチ４０が下降して貫通孔１８（キャビティ２４）に挿入され、キャビティ２４内の粉末３８に磁場印加手段６０によって配向磁場が印加されかつ粉末３８が上パンチ４０と下パンチ２２とによってプレスされることで、成形体が形成される。
プレスが終了すると、上パンチ４０が上昇するとともにダイ１６およびコア２０が下降して下パンチ２２上の成形体が抜き出されダイ１６上から取り除かれる。その後は、上述した動作が繰り返される。
【００２０】
粉末プレス装置１０によれば、下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分寄り外周２８ｂに磁性体である補助ヨーク３６を、上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分寄り外周４４ｂに磁性体である補助ヨーク５４を、それぞれ設ける。
これによって、たとえ磁場が印加されたキャビティ２４の磁束密度が１．２Ｔ以上であり、キャビティ２４内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下と小さい場合であっても、図４に示すように、各キャビティ２４を通過する磁束を略均一にでき、各キャビティ２４内、特に、端部に位置するキャビティ２４（図４では左側）における磁場の均一性を向上でき、磁場プレスによるキャビティ２４内の粉末密度のばらつきを抑制できる。
【００２１】
この実施形態のように、中空円板状の成形体を得る場合には内径と外径との差が大きくなれば中空円板状のキャビティ２４内の内径側と外径側との粉末密度差が大きくなりやすいが、粉末プレス装置１０によれば、このようなキャビティ２４であっても粉末密度のばらつきを抑制できる。
その結果、良質の成形体が得られ成形体の割れを抑制でき、歩留まりを向上できる。特に、不良品が発生しやすい端部に位置するキャビティ２４内でプレスされた成形体について効果が顕著となる。
【００２２】
ついで、この発明の一実験例について説明する。
ここでは、補助ヨーク３６および５４のない図６に示す従来の粉末プレス装置１と、補助ヨーク３６および５４のある図１に示す本発明の粉末プレス装置１０とを用いた。そして、図３において矢印Ａで示すキャビティおよび矢印Ｂで示すキャビティで成形された成形体について、図５に示す４点（４本の矢印の先端位置）で磁場強度（磁束密度）を測定した。上下のパンチ間距離（再接近距離）は４．５ｍｍとした。なお、図３において、紙面上側が給粉のためにフィーダボックス側、紙面下側が成形体を取り出すための取り出し側である。
【００２３】
矢印Ａに示すキャビティで得られた成形体について、図５に示す４点の磁場強度の最大値と最小値との差は、従来の粉末プレス装置１では０．０１７Ｔであったのに対して、本発明の粉末プレス装置１０では０．０１１Ｔとなり、磁場強度のばらつきが小さくなった。
また、矢印Ｂに示すキャビティで得られた成形体について、図５に示す４点の磁場強度の最大値と最小値との差は、従来の粉末プレス装置１では０．０８８Ｔであったのに対して、本発明の粉末プレス装置１０では０．０４１Ｔとなり、この場合も磁場強度のばらつきが小さくなった。
したがって、補助ヨーク３６および５４を用いることによって磁場の均一性が向上することがわかる。
【００２４】
また、補助ヨーク３６および５４を用いないプレス装置にて作製した成形体を焼結した場合、その焼結体のサンプル２００個中、目視できるひびのある不良品が７個発生し不良率は３．５％であったが、補助ヨーク３６および５４を用いたプレス装置にて作製した成形体を焼結した場合、その焼結体のサンプル２００個中不良品は１個だけであり不良率を０．５％に抑えることができた。
【００２５】
なお、下パンチ２２の磁性部分２８と補助ヨーク３６、上パンチ４０の磁性部分４４と補助ヨーク５４は、それぞれ一体的に形成されてもよい。
また、補助ヨーク３６，５４は、磁場配向時にのみそれぞれ下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分寄り外周２８ｂ，上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分寄り外周４４ｂに設けられてもよい。
さらに、上述の実施形態において、磁性体や磁性部分にはたとえば炭素鋼が用いられる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、磁場プレスによるキャビティ内の粉末密度のばらつきを抑制でき、得られる成形体の割れを防止でき、歩留まりを向上できる。特に、複数のキャビティのうち端部に位置するキャビティにおいて磁場の均一性を向上でき、得られる成形体の割れを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図解図である。
【図２】図１の実施形態の要部を示す図解図である。
【図３】図１の実施形態で用いられるダイ、コアおよび下パンチを示す平面図解図である。
【図４】図１の実施形態における磁束線図である。
【図５】成形体の磁場強度の測定点を示す図解図である。
【図６】従来技術の一例を示す図解図である。
【図７】図６に示す従来技術の要部を示す図解図である。
【図８】図６に示す従来技術における磁束線図である。
【符号の説明】
１０ 粉末プレス装置
１６ ダイ
１８ 貫通孔
２０，４６ コア
２２ 下パンチ
２４ キャビティ
２４ａ キャビティの側面
２６，４２ 非磁性部分
２８，４４ 磁性部分
２８ａ，４４ａ 磁性部分の非磁性部分側端部
２８ｂ，４４ｂ 磁性部分の非磁性部分寄り外周
３６，５４ 補助ヨーク
３６ａ，５４ａ 補助ヨークの主面
３８ 粉末
４０ 上パンチ
５６ａ，５６ｂ コイル
５８ａ，５８ｂ ポールピース
６０ 磁場印加手段
【発明の属する技術分野】
この発明は粉末プレス装置および粉末プレス方法に関し、より特定的には、プレス方向に対して平行に配向磁場を印加して粉末をプレスする粉末プレス装置および粉末プレス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、図６および図７に示すような粉末プレス装置１が提案されている。
粉末プレス装置１は、プレス方向に対して平行に配向磁場が印加されかつ１回のプレスサイクルで複数個の成形体が得られるように構成される。
粉末プレス装置１はダイ２を含み、ダイ２には複数（ここでは４×２＝８個）の貫通孔２ａが形成される。貫通孔２ａにはコア３が挿入され、さらに貫通孔２ａには下側から下パンチ４が挿入され、貫通孔２ａ内に中空円筒状のキャビティ５が形成される。下パンチ４はキャビティ５側の非磁性部材４ａとそれに連なる磁性部材４ｂとを含み、下パンチ４は押え金６ａと座金６ｂとによって固定される。また、ダイ２の上方には貫通孔２ａに挿入可能な上パンチ７が設けられ、上パンチ７はキャビティ５側の非磁性部分７ａとそれに連なる磁性部分７ｂとを含み、上パンチ７は押え金８ａと座金８ｂとによって固定される。さらに、粉末プレス装置１は、図６に示すように、プレス方向に対して平行に配向磁場を印加できるように磁場印加手段９を含む。磁場印加手段９は、一対のポールピース９ａ，９ｂと一対のコイル９ｃ，９ｄとを含む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、粉末プレス装置１のように、１回のプレスサイクルによって得られる成形体の数が多くなると、図８に示すように磁場印加時に各キャビティ５を通過する磁束が均一にならずキャビティ５内で磁場強度のばらつきが大きくなる。特に、端部に位置するキャビティ５（図８では左側）内の磁場強度のばらつきが大きくなる。このような状況下で磁場プレスを行うと磁場強度のばらつきに起因してキャビティ５内で粉末が移動し粉末密度が不均一になり易くなる。したがって、プレス成形後の成形体に割れが生じ易くなり歩留まりが悪化するという問題点があった。
特に、磁気特性の高い磁石を製造する場合には、プレス時に磁場が印加されたキャビティの磁束密度が１．２Ｔ以上となりキャビティ５内の磁場強度のばらつきが大きくなるので、プレス成形後の成形体の割れが発生しやすくなる。
それゆえに、この発明の主たる目的は、キャビティ内の磁場の均一性を高めて成形体の歩留まりを向上できる、粉末プレス装置および粉末プレス方法を提供することである。
【０００４】
【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に記載の粉末プレス装置は、ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス装置であって、キャビティ側の第１非磁性部分と第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための上パンチ、キャビティ側の第２非磁性部分と第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための下パンチ、第１磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように設けられる第１磁性体、第２磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように設けられる第２磁性体、およびキャビティに充填された粉末に上パンチおよび下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加するための磁場印加手段を備える。
請求項２に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、第１磁性部分の第１非磁性部分側端部と第１磁性体の主面との段差、および第２磁性部分の第２非磁性部分側端部と第２磁性体の主面との段差が５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００５】
請求項３に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、磁場印加手段によって磁場が印加されたキャビティの磁束密度が１．２Ｔ以上であることを特徴とする。
請求項４に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、キャビティ内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
請求項５に記載の粉末プレス装置は、請求項１に記載の粉末プレス装置において、粉末が急冷法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末であることを特徴とする。
【０００６】
請求項６に記載の粉末プレス装置は、ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス装置であって、キャビティ側の第１非磁性部分と第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための上パンチ、キャビティ側の第２非磁性部分と第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含みキャビティに充填された粉末をプレスするための下パンチ、キャビティに充填された粉末に上パンチおよび下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加するための磁場印加手段、磁場印加手段によって発生される磁場を調整するために第１磁性部分の外側に設けられかつ磁性体からなる第１補助ヨーク、および磁場印加手段によって発生される磁場を調整するために第２磁性部分の外側に設けられかつ磁性体からなる第２補助ヨークを備える。
請求項７に記載の粉末プレス方法は、ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス方法であって、キャビティ側の第１非磁性部分と第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含む上パンチおよびキャビティ側の第２非磁性部分と第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含む下パンチを用い、第１磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように第１磁性体を設けかつ第２磁性部分の外側にキャビティの側面よりも外方へ延びるように第２磁性体を設けた状態で、上パンチおよび下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加し、キャビティに充填された粉末を上パンチおよび下パンチによってプレスする。
【０００７】
請求項１に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の外側に磁性体を設けることによって、磁場印加時のキャビティ内の磁場の均一性を向上でき、キャビティ内での粉末の移動が少なくなる。したがって、磁場プレスによるキャビティ内の粉末密度のばらつきを抑制でき、得られる成形体の割れを防止でき、歩留まりを向上できる。特に、複数のキャビティのうち端部に位置するキャビティにおいて磁場の均一性を向上でき、得られる成形体の割れを効果的に防止できる。
請求項７に記載の粉末プレス方法についても同様である。
請求項２に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の非磁性部分側端部と磁性体の主面との段差が小さいので、各キャビティに均一性の高い磁場を印加でき、良質の成形体が得られる。
【０００８】
磁束密度が１．２Ｔ以上の磁場でキャビティ内の粉末をプレスした場合、キャビティ内の磁場強度のばらつきが大きくなり粉末密度が不均一になるので、プレス成形後の成形体の割れを引き起こしやすくなる。しかし、請求項３に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の外周に磁性体を設けることによって、各キャビティ内の磁場の均一性を向上でき成形体の割れを防止できる。
また、キャビティ内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下と小さければ、キャビティ内で粉末が移動し易いので、磁場強度のわずかなばらつきによって粉末密度が不均一になってしまう。しかし、請求項４に記載の粉末プレス装置では、粉末密度が小さい場合でも各キャビティ内の磁場の均一性を向上でき、成形体の割れを防止できる。
【０００９】
粉末としてＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末を用いて磁気特性の高い磁石を製造する場合には、成形時に高い磁場を印加する必要がある。この場合、特に、端部に位置するキャビティ内において、磁場強度のばらつきが大きくなり粉末密度が不均一になるので、得られた成形体に割れが発生し易い。しかし、請求項５に記載の粉末プレス装置では、キャビティ内の磁場の均一性を向上できるので、端部に位置するキャビティでプレスされた成形体であっても割れを防ぐことができる。
請求項６に記載の粉末プレス装置では、パンチの磁性部分の外側に補助ヨークを設けることによって請求項１と同様に、各キャビティ内、特に端部に位置するキャビティにおける磁場の均一性を向上できる。したがって、磁場プレスによるキャビティ内の粉末密度のばらつきを抑制でき、良質の成形体が得られ、歩留まりを向上できる。
【００１０】
【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および図２を参照して、この発明の一実施形態の粉末プレス装置１０は１回のプレスサイクルで複数個の成形体が得られるように構成される。
粉末プレス装置１０は、上面開口かつ筐体状のフレーム１２を含み、フレーム１２の開口部にはプレート１４が配置される。
フレーム１２内にはダイ１６が配置され、図３に示すようにダイ１６には複数（この実施形態では４×２＝８個）の貫通孔１８が形成される。各貫通孔１８には非磁性（たとえば超硬）からなるコア２０が挿入され、さらに各貫通孔１８には下側から下パンチ２２が挿入される。ダイ１６とコア２０と下パンチ２２とによって各貫通孔１８内に中空円筒状のキャビティ２４が形成される。
【００１１】
下パンチ２２はキャビティ２４側の略中空円筒状の非磁性部分２６と非磁性部分２６に連なる略中空円筒状の磁性部分２８とを含み、磁性部分２８が座金３０と押え金３２とによって固定され、これによって下パンチ２２が固定される。座金３０および押え金３２はそれぞれ磁性体からなる。コア２０は座金３０に挿通されてシリンダ３４に接続され、シリンダ３４によって上下方向に移動可能となる。ダイ１６は図示しない別のシリンダによって上下方向に移動可能となる。
ここで注目すべきは、押え金３２の上面に磁性体からなり磁場を調整するための補助ヨーク３６が設けられることである。補助ヨーク３６は少なくとも、端部に位置する下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分寄り外周２８ｂにおいてキャビティ２４の側面２４ａより外方（水平方向）へ延びるように設けられる。キャビティ２４の側面２４ａからの補助ヨーク３６の寸法Ｌ１はたとえば４０ｍｍ以上に設定される。また、補助ヨーク３６の上面３６ａと下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分側端部２８ａとが面一に形成され、上面３６ａおよび非磁性部分側端部２８ａはダイ１６の上面１６ａに平行である。なお、補正ヨーク３６の上面３６ａと磁性部分２８の非磁性部分側端部２８ａとの段差は５ｍｍ以下であればよい。
【００１２】
キャビティ２４内には図示しないフィーダーボックスから粉末３８が充填される。粉末３８としてはたとえば急冷法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末などの希土類合金粉末が用いられる。
粉末３８はたとえばつぎのようにして作製される。まず、急冷法による合金の作製法として米国特許第５，３８３，９７８号に示されるようなストリップキャスト法を用いて、鋳片が作製される。
【００１３】
具体的には、公知の方法によって製造された、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が高周波溶解により溶湯とされる。この溶湯が１，３５０゜Ｃに保持された後、ロール周速度を約１ｍ／秒、冷却速度１０2゜Ｃ／ｓｅｃ〜１０4゜Ｃ／ｓｅｃ、過冷度２００゜Ｃの条件で、単ロール上で急冷され、厚さ０．３ｍｍのフレーク状合金鋳塊が得られる。合金としては、上記組成のほか、米国特許第４，７７０，７２３号、第４，７９２，３６８号に示すものを使用できる。
【００１４】
つぎに、合金インゴットが、水素吸蔵法によって粗粉砕された後、ジェットミルを用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕され、平均粒径３．５μｍの合金粉末が得られる。
このような粉末３８には配向性を向上させるとともに圧縮性を改善するため潤滑剤が添加される。この場合、たとえば、潤滑剤として脂肪酸エステル、溶剤として石油系溶剤が用いられる。そして、粉末３８に対して、脂肪酸エステルを石油系溶剤で希釈したものが０．３ｗｔ％（潤滑剤ベース）添加混合され、潤滑剤が粉末３８の表面に被覆される。
【００１５】
また、プレス処理時におけるダイ１６の貫通孔１８と粉末３８との摩擦を低減するために、貫通孔１８の内面に金型潤滑剤が供給されてもよい。
ダイ１６の上方にはダイ１６の貫通孔１８に挿入可能な上パンチ４０が設けられる。上パンチ４０は、キャビティ２４側の略中空円筒状の非磁性部分４２、非磁性部分４２に連なる略中空円筒状の磁性部分４４、および非磁性部分４２と磁性部分４４とに挿入されるコア４６を含む。上パンチ４０は座金４８および押え金５０によって固定され、座金４８がポールピース５８ｂ（後述）に接続され、ポールピース５８ｂがプレート１４の下面に設けられる。座金４８および押え金５０はそれぞれ磁性体からなる。さらに、プレート１４の上面にシリンダ５２が接続される。したがって、シリンダ５２の動作によって、プレート１４に設けられた部材とともに上パンチ４０が上下方向に移動可能となる。
【００１６】
ここで注目すべきは、押え金５０の下面に磁性体からなり磁場を調整するための補助ヨーク５４が設けられることである。補助ヨーク５４は少なくとも、端部に位置する上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分寄り外周４４ｂにおいてキャビティ２４の側面２４ａより外方（水平方向）へ延びるように設けられる。キャビティ２４の側面２４ａからの補助ヨーク５４の寸法Ｌ２はたとえば４０ｍｍ以上に設定される。また、補助ヨーク５４の下面５４ａと上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分側端部４４ａとが面一に形成され、下面５４ａおよび非磁性部分側端部４４ａはダイ１６の上面１６ａに平行である。補助ヨーク５４の下面５４ａと磁性部材４４の非磁性部分側端部４４ａとの段差もまた５ｍｍ以下であればよい。
【００１７】
また、図１に示すように、コイル５６ａが巻回された中空円筒状のポールピース５８ａが座金３０の周囲に設けられ、コイル５６ｂが巻回された略円柱状のポールピース５８ｂがプレート１４の下面に設けられ、これによって磁場印加手段６０が構成され、各キャビティ２４に充填された粉末３８にプレス方向に対して平行に磁場が印加される。この磁場は、各キャビティ２４の磁束密度がたとえば１．２Ｔ以上となるように印加される。なお、各キャビティ２４内の磁場印加時の粉末密度はたとえば２．３ｇ／ｃｍ3以下とされる。
【００１８】
このような粉末プレス装置１０の動作を簡単に説明する。
最初は、ダイ１６およびコア２０は下降端に位置するとともに、上パンチ４０は上昇端に位置しており、ダイ１６、コア２０および下パンチ２２の上面はそれぞれ面一とされる。その状態で、図示しないフィーダーボックスが、図１および図２でいえば紙面の奥から手前側にダイ１６に向かってスライドし 、フィーダーボックスは貫通孔１８上に位置したときに停止する。その後、ダイ１６およびコア２０が上昇し始め、貫通孔１８上部にキャビティ２４が形成され、フィーダーボックス内の粉末３８がキャビティ２４内に充填される。
【００１９】
ついで、ダイ１６およびコア２０が上昇端に達すると、フィーダーボックスがキャビティ２４上から退去する。このとき、フィーダーボックスの下端でキャビティ２４上の粉末３８が摺り切られる。
そして、上パンチ４０が下降して貫通孔１８（キャビティ２４）に挿入され、キャビティ２４内の粉末３８に磁場印加手段６０によって配向磁場が印加されかつ粉末３８が上パンチ４０と下パンチ２２とによってプレスされることで、成形体が形成される。
プレスが終了すると、上パンチ４０が上昇するとともにダイ１６およびコア２０が下降して下パンチ２２上の成形体が抜き出されダイ１６上から取り除かれる。その後は、上述した動作が繰り返される。
【００２０】
粉末プレス装置１０によれば、下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分寄り外周２８ｂに磁性体である補助ヨーク３６を、上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分寄り外周４４ｂに磁性体である補助ヨーク５４を、それぞれ設ける。
これによって、たとえ磁場が印加されたキャビティ２４の磁束密度が１．２Ｔ以上であり、キャビティ２４内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下と小さい場合であっても、図４に示すように、各キャビティ２４を通過する磁束を略均一にでき、各キャビティ２４内、特に、端部に位置するキャビティ２４（図４では左側）における磁場の均一性を向上でき、磁場プレスによるキャビティ２４内の粉末密度のばらつきを抑制できる。
【００２１】
この実施形態のように、中空円板状の成形体を得る場合には内径と外径との差が大きくなれば中空円板状のキャビティ２４内の内径側と外径側との粉末密度差が大きくなりやすいが、粉末プレス装置１０によれば、このようなキャビティ２４であっても粉末密度のばらつきを抑制できる。
その結果、良質の成形体が得られ成形体の割れを抑制でき、歩留まりを向上できる。特に、不良品が発生しやすい端部に位置するキャビティ２４内でプレスされた成形体について効果が顕著となる。
【００２２】
ついで、この発明の一実験例について説明する。
ここでは、補助ヨーク３６および５４のない図６に示す従来の粉末プレス装置１と、補助ヨーク３６および５４のある図１に示す本発明の粉末プレス装置１０とを用いた。そして、図３において矢印Ａで示すキャビティおよび矢印Ｂで示すキャビティで成形された成形体について、図５に示す４点（４本の矢印の先端位置）で磁場強度（磁束密度）を測定した。上下のパンチ間距離（再接近距離）は４．５ｍｍとした。なお、図３において、紙面上側が給粉のためにフィーダボックス側、紙面下側が成形体を取り出すための取り出し側である。
【００２３】
矢印Ａに示すキャビティで得られた成形体について、図５に示す４点の磁場強度の最大値と最小値との差は、従来の粉末プレス装置１では０．０１７Ｔであったのに対して、本発明の粉末プレス装置１０では０．０１１Ｔとなり、磁場強度のばらつきが小さくなった。
また、矢印Ｂに示すキャビティで得られた成形体について、図５に示す４点の磁場強度の最大値と最小値との差は、従来の粉末プレス装置１では０．０８８Ｔであったのに対して、本発明の粉末プレス装置１０では０．０４１Ｔとなり、この場合も磁場強度のばらつきが小さくなった。
したがって、補助ヨーク３６および５４を用いることによって磁場の均一性が向上することがわかる。
【００２４】
また、補助ヨーク３６および５４を用いないプレス装置にて作製した成形体を焼結した場合、その焼結体のサンプル２００個中、目視できるひびのある不良品が７個発生し不良率は３．５％であったが、補助ヨーク３６および５４を用いたプレス装置にて作製した成形体を焼結した場合、その焼結体のサンプル２００個中不良品は１個だけであり不良率を０．５％に抑えることができた。
【００２５】
なお、下パンチ２２の磁性部分２８と補助ヨーク３６、上パンチ４０の磁性部分４４と補助ヨーク５４は、それぞれ一体的に形成されてもよい。
また、補助ヨーク３６，５４は、磁場配向時にのみそれぞれ下パンチ２２の磁性部分２８の非磁性部分寄り外周２８ｂ，上パンチ４０の磁性部分４４の非磁性部分寄り外周４４ｂに設けられてもよい。
さらに、上述の実施形態において、磁性体や磁性部分にはたとえば炭素鋼が用いられる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、磁場プレスによるキャビティ内の粉末密度のばらつきを抑制でき、得られる成形体の割れを防止でき、歩留まりを向上できる。特に、複数のキャビティのうち端部に位置するキャビティにおいて磁場の均一性を向上でき、得られる成形体の割れを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図解図である。
【図２】図１の実施形態の要部を示す図解図である。
【図３】図１の実施形態で用いられるダイ、コアおよび下パンチを示す平面図解図である。
【図４】図１の実施形態における磁束線図である。
【図５】成形体の磁場強度の測定点を示す図解図である。
【図６】従来技術の一例を示す図解図である。
【図７】図６に示す従来技術の要部を示す図解図である。
【図８】図６に示す従来技術における磁束線図である。
【符号の説明】
１０ 粉末プレス装置
１６ ダイ
１８ 貫通孔
２０，４６ コア
２２ 下パンチ
２４ キャビティ
２４ａ キャビティの側面
２６，４２ 非磁性部分
２８，４４ 磁性部分
２８ａ，４４ａ 磁性部分の非磁性部分側端部
２８ｂ，４４ｂ 磁性部分の非磁性部分寄り外周
３６，５４ 補助ヨーク
３６ａ，５４ａ 補助ヨークの主面
３８ 粉末
４０ 上パンチ
５６ａ，５６ｂ コイル
５８ａ，５８ｂ ポールピース
６０ 磁場印加手段
Claims (7)
- ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス装置であって、
前記キャビティ側の第１非磁性部分と前記第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含み前記キャビティに充填された前記粉末をプレスするための上パンチ、
前記キャビティ側の第２非磁性部分と前記第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含み前記キャビティに充填された前記粉末をプレスするための下パンチ、
前記第１磁性部分の外側に前記キャビティの側面よりも外方へ延びるように設けられる第１磁性体、
前記第２磁性部分の外側に前記キャビティの側面よりも外方へ延びるように設けられる第２磁性体、および
前記キャビティに充填された前記粉末に前記上パンチおよび前記下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加するための磁場印加手段を備える、粉末プレス装置。 - 前記第１磁性部分の前記第１非磁性部分側端部と前記第１磁性体の主面との段差、および前記第２磁性部分の前記第２非磁性部分側端部と前記第２磁性体の主面との段差が５ｍｍ以下である、請求項１に記載の粉末プレス装置。
- 前記磁場印加手段によって磁場が印加された前記キャビティの磁束密度が１．２Ｔ以上である、請求項１に記載の粉末プレス装置。
- 前記キャビティ内の磁場印加時の粉末密度が２．３ｇ／ｃｍ3以下である、請求項１に記載の粉末プレス装置。
- 前記粉末が急冷法によって製造されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末である、請求項１に記載の粉末プレス装置。
- ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス装置であって、
前記キャビティ側の第１非磁性部分と前記第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含み前記キャビティに充填された前記粉末をプレスするための上パンチ、
前記キャビティ側の第２非磁性部分と前記第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含み前記キャビティに充填された前記粉末をプレスするための下パンチ、
前記キャビティに充填された前記粉末に前記上パンチおよび前記下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加するための磁場印加手段、
前記磁場印加手段によって発生される磁場を調整するために前記第１磁性部分の外側に設けられかつ磁性体からなる第１補助ヨーク、および
前記磁場印加手段によって発生される磁場を調整するために前記第２磁性部分の外側に設けられかつ磁性体からなる第２補助ヨークを備える、粉末プレス装置。 - ダイの複数の貫通孔にそれぞれ設けられるキャビティに充填された粉末をプレスする粉末プレス方法であって、
前記キャビティ側の第１非磁性部分と前記第１非磁性部分に連なる第１磁性部分とを含む上パンチおよび前記キャビティ側の第２非磁性部分と前記第２非磁性部分に連なる第２磁性部分とを含む下パンチを用い、
前記第１磁性部分の外側に前記キャビティの側面よりも外方へ延びるように第１磁性体を設けかつ前記第２磁性部分の外側に前記キャビティの側面よりも外方へ延びるように第２磁性体を設けた状態で、前記上パンチおよび前記下パンチによるプレス方向に対して平行に磁場を印加し、前記キャビティに充填された前記粉末を前記上パンチおよび前記下パンチによってプレスする、粉末プレス方法。
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