JP5852752B2 - 粉末充填装置 - Google Patents

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Description

本発明は、粉末を容器に充填するための粉末充填装置に関する。
粉末状の材料から圧縮や焼結等により成形体を得る際、粉末を成形（賦形）するための容器（賦形容器）に粉末を充填する粉末充填装置が用いられている。このような粉末充填装置では、所定の密度で均一に粉末を容器に充填することが求められる。そして、多くの場合、粉末の充填密度は、単に粉末を容器に投入しただけの場合（これを「自然充填」と呼ぶ。）よりも高くすることが求められる。以下、自然充填の充填密度よりも高い密度に充填することを「高密度充填」と呼ぶ。
そのような高密度充填を行う装置の一例として、特許文献１には、エアタッピング法を用いて容器に粉末を充填する装置が開示されている。この装置では、下部に開口が設けられたホッパが、その開口において粉末充填容器と連通するように、該容器に着脱可能且つ密閉可能に装着される。また、この装置は、ホッパ内に粉末を供給する粉末供給部と、ホッパ内に圧縮気体を導入する気体供給部を有している。圧縮気体には、酸化しにくい粉末を充填する場合には空気を用いてもよいが、酸化しやすい粉末を充填する場合には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを用いる。
ホッパの下部の開口には、所定の大きさの目のグリッドが形成された、平面状のグリッド部材が設けられている。グリッドは、メッシュ、針金を一定間隔で平行に並べたもの、薄板に孔を多数パンチングしたもの等により構成される。グリッドの目の大きさは、容器に供給する粉末が自然には落下せず、且つ、後述のように圧縮気体により圧力を印加した際には落下するように調整する。ここで、グリッドの目の大きさは粉末を構成する個々の粒子（以下、粉末粒子）の大きさよりも大きくすることはもちろんであるが、粉末粒子の凝集性が高い場合は、個々の粉末粒子の通過ではなく、粉末粒子の集団としての粉末の通過の問題となるため、グリッドの目は粉末粒子の大きさよりも遙かに大きくする必要がある。粉末粒子の凝集性は、粉末粒子の表面に付着する水分や粉末粒子が有する電荷（静電気）、磁気、それに、粉末粒子の形状等に依存するが、一般的には、粉末粒子が細かくなるほど、強い凝集性を持つようになる。
特許文献１の粉末充填装置は以下のように使用される。まず、粉末供給部からホッパ内に粉末を供給する。この時、グリッドの目の大きさは前述のように設定されているため、粉末はホッパから落下しない。次に、ホッパを容器に装着して密閉する。そして、気体導入口からホッパ内の粉末の上部の空間に圧縮気体を急速に導入し、短時間の後にホッパ内から圧縮気体を排出する。このような圧縮気体の導入及び排出を、1秒あたり数十回（数十Hz）の頻度で交互に繰り返し、ホッパ内の粉末の上面に圧縮気体による圧力をパルス状に繰り返し付与する。これにより、粉末がグリッド部材を通過して容器内に落下してゆく。そして、容器内に粉末が十分に供給された後、粉末の上面がグリッド部材よりも上にある状態で、ホッパを容器から取り外す。これにより、グリッド部材を境として、容器内に充填された粉末と、ホッパ内に残った粉末が分離される。
特開平11-049101号公報
しかし、このようなエアタッピング法を用いて容器に粉末を充填すると、充填密度が容器内の位置によって異なる、すなわち充填密度が不均一になる、という問題が生じる。このような密度分布の不均一性は、当然、その充填物（賦形体）製品の様々な特性に影響を及ぼす。
本発明が解決しようとする課題は、均一に近い充填密度で粉末を容器に充填することができる粉末充填装置を提供することである。
本願発明者は、上記の充填密度の分布が生じる理由を検討した結果、粉末粒子の凝集力が不均一性に関与しているとの結論に至った。すなわち、凝集力は、粉末粒子間に働くものであるから、ホッパの中心側よりもホッパの側壁側の方が低くなる。そして、凝集力が強ければ流動性は低くなるため、粉末の流動性はホッパの中心側よりもホッパの側壁側の方が高くなる。このような流動性を有するホッパ内の粉末に、エアタッピングにより下方への圧力を与えると、ホッパの中心側よりも側壁側の方が、粉末はグリッド部材を通過して容器内に落下しやすくなる。その結果、容器内において、ホッパの開口の側壁に近い位置の方が、該側壁から離れた中心に近い位置よりも充填密度が高い密度分布が生じると考えられる。
そこで、本願発明者はさらに、このような充填密度の分布が生じることを防ぐように、エアタッピング法を用いた粉末充填装置の構成を検討し、本発明に至った。
上記課題を解決するために成された本発明に係る粉末充填装置は、容器に粉末を充填する装置であって、
a) 前記粉末を収容するホッパであって、該粉末を前記容器に供給する開口を有し、該開口において該容器と連通するように、該容器に密閉且つ着脱自在に装着されるホッパと、
b) 前記ホッパに前記粉末を供給する粉末供給手段と、
c) 前記ホッパと前記容器を連通させて密閉した状態で、前記ホッパ内に圧縮気体をパルス状に繰り返し供給する気体供給手段と、
d) 前記開口に設けられた、前記ホッパの中心側よりも側壁側の方が細かいグリッドが形成されたグリッド部材と、
を備えることを特徴とする。
本願では、「グリッド」は、多数の目、あるいは孔が設けられた部材をいう。グリッドは、典型的には、針金等の線状の部材を平行に多数並べたものを交差させることにより正方形や長方形の目を形成したものが挙げられるが、それには限られない。例えば、線状部材を平行に多数並べただけ（交差させない）ものや、板状の部材に孔を多数設けたもの等も、本願ではグリッドに含まれる。
「ホッパ内に圧縮気体をパルス状に供給する」とは、ホッパ内への圧縮気体の圧入と、ホッパ内からの圧縮気体の排出を繰り返し行うことをいう。圧縮気体の排出は、気体を吸引する手段を用いて強制的に行ってもよいし、自然に排出させるようにしてもよい。
本発明に係る粉末充填装置では、粉末供給手段によってホッパに粉末を供給した後、ホッパを容器に装着することにより、容器及びホッパを密閉する。そして、気体供給手段によってホッパ内に圧縮気体をパルス状に繰り返し供給することにより、ホッパ内の粉末を、グリッド部材を通して容器に充填する。ここで、ホッパの中心側よりも側壁側に相対する位置の方がグリッド部材に細かい目が形成されているため、従来のエアタッピングでは充填密度が高くなる原因となっていた、ホッパの開口の側壁付近の粉末粒子が、容器に落下し難くなる。これにより、当該側壁付近における充填密度の上昇を抑えることができ、容器内全体の粉末の充填密度を均一に近づけることができる。
粉末を充填する容器においては、１つの容器内に、粉末を充填する空間（キャビティ）を１個のみ設けてもよいし、キャビティを複数個設けてもよい。
１つの容器内にキャビティを複数個設ける場合には、それら複数のキャビティを共通（１個）のホッパと連通させた状態で密閉すればよい。この状態でホッパ内に圧縮気体を繰り返し圧入及び排出することにより、各キャビティに粉末が充填される。その際、上記と同様の理由により、従来のエアタッピングではホッパの開口の側壁に近いキャビティの方が、中心に近いキャビティよりも充填密度が高くなっていた。そこで、ホッパの中心側よりも側壁側の方が細かいグリッドが形成されたグリッド部材を用いることにより、ホッパの開口の側壁に近いキャビティにおいて、ホッパからキャビティに粉末が落下し難くなるため、開口の側壁付近に配置されたキャビティの充填密度の上昇を抑えることができる。そのため、各キャビティの充填密度を均一に近づけることができる。
本発明に係る粉末充填装置は、例えば焼結磁石を製造するため、特にプレスレス法により焼結磁石を製造するために、好適に用いることができる。プレスレス法とは、焼結磁石の原料となる合金を粉砕することにより得られた合金粉末を容器に充填し（充填工程）、該合金粉末を容器に収容したまま圧力を印加することなく、磁界中で配向する（配向工程）及び焼結のための加熱を行う（焼結工程）ことにより、焼結磁石を得る方法である。このプレスレス法によれば、充填工程後に粉末を圧縮成形するプレス法よりも、(i)合金粉末を磁界中で配向させる際に合金粉末の粒子が磁界の方向に沿って回動しやすくなるため配向度が向上すると共に、(ii)大型のプレス機を用いる必要がないことから充填から焼結までを密閉容器内で行うことができ、酸化を防止することができる、という２点により、最終的に得られる焼結磁石の磁気特性を向上させることができる。
このようなプレスレス法で焼結磁石を製造する際に、キャビティに合金粉末を充填する装置として、本発明に係る粉末充填装置を用いることができる。ここで、合金粉末の酸化を防ぐために、気体供給手段からホッパに供給される気体には不活性ガスを用いる。
すなわち、本発明に係る焼結磁石製造装置は、
1) 焼結磁石の原料となる合金粉末を容器に充填する手段であって、
a) 前記合金粉末を収容するホッパであって、該合金粉末を前記容器に供給する開口を有し、該開口において該容器と連通するように、該容器に密閉且つ着脱自在に装着されるホッパと、
b) 前記ホッパに前記合金粉末を供給する粉末供給手段と、
c) 前記ホッパと前記容器を連通させて密閉した状態で、前記ホッパ内に圧縮不活性ガスをパルス状に繰り返し供給する気体供給手段と、
d) 前記開口に設けられた、前記ホッパの中心側よりも側壁側の方が細かいグリッドが形成されたグリッド部材と、
を有する粉末充填手段と、
2) 前記合金粉末が前記容器に充填されたままの状態で機械的圧力を印加することなく、該合金粉末に磁界を印加させることにより、該合金粉末を配向させる配向手段と、
3) 前記合金粉末が前記容器に充填されたままの状態で機械的圧力を印加することなく、該合金粉末を加熱することにより焼結させる焼結手段と、
4) 前記粉末充填手段、前記配向手段及び前記焼結手段を無酸素雰囲気中に収容する収容手段と、
を備えることを特徴とする。
このように本発明に係る粉末充填装置をプレスレス法での焼結磁石の製造に用いることにより、容器への合金粉末の充填密度を均一に近づけることができ、それによって焼結磁石の特性も、焼結磁石中の位置に依らずに、均一に近づけることができる。
本発明に係る焼結磁石製造装置においても、１つの容器内に、合金粉末を充填する空間（キャビティ）を１個のみ設けてもよいし、キャビティを複数個設けてもよい。１つの容器内にキャビティを複数個設ける場合には、キャビティ毎の合金粉末の充填密度を均一に近づけることができ、それにより得られる複数個の焼結磁石の磁気特性も均一に近づけることができる。
本発明に係る粉末充填装置により、均一に近い充填密度で粉末を容器に充填することができる。
また、本発明に係る粉末充填装置を用いた、本発明に係る焼結磁石製造装置により、均一に近い磁気特性を有する焼結磁石が得られる。
本発明に係る粉末充填装置の一実施例を示す概略構成図。 本実施例の粉末充填装置により粉末が充填される容器の一例を示す縦断面図(a)及び上面図(b)。 本実施例の粉末充填装置に設けられたグリッド部材を示す上面図(a)、及びグリッドを仮想的に分割した領域Ａ〜Ｄを示す上面図(b)。 本実施例の粉末充填装置の動作を示す概略図。 容器の変形例を示す縦断面図(a)及び上面図(b)、並びに該容器に粉末を充填するために用いられるグリッド部材の例を示す上面図(c)。 本発明に係る焼結磁石製造装置の一実施例を示す概略構成図。 焼結磁石製造装置における配向部の変形例。 図３に示したグリッド部材を有する本実施例、及び比較例の焼結磁石製造装置を用いて作製した焼結磁石から焼結磁石片を得ることを説明するための斜視図(a)、並びに、本実施例及び比較例の焼結磁石製造装置を用いて作製した焼結磁石の残留磁束密度Brの測定結果を示すグラフ(b)。 図５(c)に示したグリッド部材を有する本実施例の焼結磁石製造装置、及び比較例の焼結磁石製造装置を用いて作製した焼結磁石の残留磁束密度Brの測定結果を示すグラフ。
本発明に係る粉末充填装置の実施例、及びその粉末充填装置を用いた焼結磁石製造装置の実施例を、図１〜図９を用いて説明する。
(1) 粉末充填装置の実施例
まず、本実施例の粉末充填装置１０について説明する。図１に示す粉末充填装置１０は、後述する本実施例の焼結磁石製造装置２０において、焼結磁石の原料となる合金粉末を容器３０に充填するために用いられるものであるが、それ以外の粉末を容器に充填する用途にもそのまま用いることができる。容器３０は、本実施例では、図２に示すように、長辺95.2mm、短辺17.9mm、深さ7.7mmの略直方体状のキャビティ３０１が２個、キャビティの短辺の方向に並ぶように設けられたものを用いた。
(1-1) 粉末充填装置１０の構成
粉末充填装置１０は、ホッパ１１と、ホッパ１１に合金粉末を供給する粉末供給部１２と、ホッパ１１に圧縮気体を供給する気体供給部１３と、ホッパ１１を容器３０と連通／切り離しするためにホッパ１１を移動させる移動手段（図示せず）を有する。なお、容器３０は、後述の焼結磁石製造装置２０が有する容器搬送装置２４（図１、図６参照）によりホッパ１１の直下に搬入され、該ホッパ１１直下から搬出される。
ホッパ１１は漏斗に類似した、上部開口１１１から下部開口１１２に向かって横断面積が小さくなる形状を有する。ホッパ１１の下部開口１１２側は、容器３０の上部を密閉するように、容器３０に着脱自在に装着される。下部開口１１２は、容器３０の上面の形状に対応して長方形を呈しており、垂直に延びる側壁で四方を囲まれている。下部開口１１２には、図３(a)に示した板状のグリッド部材１１３が設けられている。グリッド部材１１３は、容器３０の２個のキャビティ３０１に対応するように、グリッド１１４が板材中の２つの略長方形の領域（グリッド形成領域）に設けられたものである。前記板材はSUS304製であり、グリッド１１４は該板材に略長方形の孔（目）を多数、グリッド形成領域の長辺方向及び短辺方向に並ぶように穿孔することにより形成されている。
グリッド１１４の目の大きさは、グリッド形成領域の長辺の端部側（ホッパ１１の下部開口１１２の側壁側）の方が中心側よりも細かくなるように設定されている。具体的には、グリッド１１４を長辺方向に７つの仮想領域に分割して、長辺方向の中心の仮想領域を「領域Ａ」、領域Ａの両隣の仮想領域を「領域Ｂ」、その両隣を「領域Ｃ」、長辺方向の両端の仮想領域を「領域Ｄ」とし（図３(b)）、グリッド１１４の目の大きさは、領域Ａでは8.6×2.5mm、領域Ｂでは8.6×2.2mm、領域Ｃでは8.6×2.0mm、領域Ｄでは8.6×1.8mmである。なお、焼結磁石の原料である合金粉末の平均粒径は通常数μm〜10μm程度であり、それよりもグリッド１１４の目は3桁大きいが、合金粉末の粒子が磁気を帯びていることで凝集するため、ホッパ１１内の合金粉末は容易にはグリッド１１４の目を通過しない。
粉末供給部１２は、合金粉末を貯留する貯留部１２１と、粉末を貯留部１２１の下部から合金を排出する粉末排出口１２２を有する。また、粉末供給部１２には、ホッパ１１の上部開口１１１の上に粉末排出口１２２を移動させる移動手段（図示せず）が設けられている。
気体供給部１３は、圧縮気体を生成する圧縮気体源１３１と、ホッパ１１の上部開口１１１を密閉する蓋部材１３２と、後述の気体供給管１３３を有する。また、気体供給部１３には、蓋部材１３２をホッパ１１の上面に装着し、あるいは該上面から離脱させるように蓋部材１３２を移動させる移動手段（図示せず）が設けられている。本実施例では、合金粉末の酸化を防ぐために、圧縮気体には、不活性ガスである窒素ガスを用いる。なお、アルゴンガス等、窒素ガス以外の不活性ガスや、複数種の不活性ガスを混合したものを用いてもよい。また、（焼結磁石の製造の際には用いないが）酸化し難い粉末を容器に充填する場合には、空気を用いてもよい。
気体供給管１３３は、一端は圧縮気体源１３１に接続され、他端（蓋側の端部）は蓋部材１３２を貫通する孔に接続される。また、気体供給管１３３の途中の第１分岐部１３６から、分岐管１３４が分岐しており、その分岐管１３４にはアスピレータ（エゼクタ）１３５が接続されている。アスピレータ１３５は、通過管１３５Ａの途中に狭窄部が設けられると共に、その狭窄部から分岐する吸引管１３５Ｂが設けられたものであり、通過管１３５Ａに圧縮気体を通過させることにより吸引管１３５Ｂ内を減圧することができる。吸引管１３５Ｂは、第１分岐部１３６よりも蓋部材１３２側に設けられた第２分岐部１３７において、気体供給管１３３に接続される。第１分岐部１３６と第２分岐部１３７の間の気体供給管１３３には第１弁１３８が設けられ、分岐管１３４には第２弁１３９が設けられている。
圧縮気体源１３１から気体供給管１３３に圧縮気体を供給した状態で、第１弁１３８を「開」、第２弁１３９を「閉」とすると、気体供給管１３３の蓋側の端部から圧縮気体が供給される。一方、第１弁１３８を「閉」、第２弁を１３９「開」とすると、分岐管１３４を介してアスピレータ１３５の通過管１３５Ａに圧縮気体が供給され、それにより吸引管１３５Ｂ内が減圧され、吸引管１３５Ｂと連通する気体供給管１３３の蓋側の端部から気体が吸引される。従って、第１弁１３８と第２弁１３９を交互に繰り返し開閉すれば、気体供給管１３３の蓋側の端部から圧縮気体の放出と吸引（蓋が取り付けられる）をパルス状に繰り返し行うことができる。
(1-2) 粉末充填装置１０の動作
本実施例の粉末充填装置１０の動作を、図４を用いて説明する。まず、粉末供給部１２をホッパ１１の上部開口１１１の上方に移動させ、合金粉末を粉末排出口１２２からホッパ１１に供給する(a)。この時には、合金粉末の粒子が磁性を帯びていることで凝集するため、ホッパ１１内の合金粉末はグリッド部材１１３の下にはほとんど落下しない。なお、１個の容器３０におけるキャビティ３０１の容量よりも十分多い（例えば数十倍〜数百倍の）合金粉末をホッパ１１に供給しておけば、２個目以降の容器３０に合金粉末を充填する際には、この操作を省略することができる。
次に、搬送手段により、ホッパ１１の直下に容器３０を搬送する。そして、ホッパ１１を降下させてその下面を容器３０に接触させ、下部開口１１２を密閉する。それと共に、ホッパ１１の上面に気体供給部１３の蓋部材１３２を取り付け、上部開口１１１を密閉する。これにより、ホッパ１１内及び容器３０のキャビティ３０１は、両者を連通させた状態で密閉される(b)。
続いて、上述のように、圧縮気体源１３１から気体供給管１３３に圧縮気体を供給した状態で、第１弁１３８と第２弁１３９を交互に繰り返し開閉することにより、気体供給管１３３の蓋側の端部から圧縮気体の放出と吸引を繰り返し行う。これにより、圧縮気体がパルス状に繰り返し供給され、ホッパ１１内の合金粉末がグリッド部材１１３の方向に押され、グリッド１１４の目を通過して容器３０のキャビティ３０１に落下してゆく(c)。その際、グリッド１１４に、その長辺方向の中心付近（領域Ａ）から両端（領域Ｄ）に向かって小さくなる目が形成されていることにより、従来のエアタッピングでは合金粉末が落下し易かった両端付近、すなわち上部開口１１１の側壁に近い位置において、目の細かいグリッド１１４により合金粉末がホッパ１１から容器３０に落下することが抑えられる。その結果、キャビティ３０１全体の充填密度を均一に近づけることができる。
圧縮気体の圧入と排出の繰り返しを所定時間行うことにより、所定量の合金粉末が容器３０内に充填された後、容器３０をホッパ１１から取り外す(d)。これにより、容器３０内に充填された粉末が、グリッド部材１１３を境界として、ホッパ１１内に残った粉末と分離され、１個の容器３０に対する合金粉末の充填が完了する。
(1-3) グリッドの変形例
図５を用いて、変形例のグリッド部材１１３１について説明する。グリッド部材１１３１は、図５(a)及び(b)に示す容器３０Ａに合金粉末を充填するために用いられる。容器３０Ａには、長辺23.8mm、短辺17.0mm、深さ4.6mmの略直方体状のキャビティ３０１１が、長辺方向に４列ずつ、短辺方向に３列ずつ等間隔に並ぶように、合計１２個設けられている（図５(b)）。これらキャビティ３０１１に対応して、グリッド部材１１３１には、グリッド１１４１が長辺方向に４列ずつ、短辺方向に３列ずつ、キャビティ３０１１に対応して合計１２個設けられている（図５(c)）。
これら１２個のグリッド１１４１の目の大きさは、個々のグリッド１１４１内では一様であるが、グリッド部材１１３１の長辺及び短辺からの距離によって、言い換えればそれら長辺及び短辺の上側に取り付けられるホッパ１１の下部開口１１２の側壁からの距離によって、グリッド１１４１毎に異なるように設定されている。具体的には、グリッド１１４１の目の大きさは、長辺及び短辺のいずれにも隣接せず下部開口１１２の側壁から離れたグリッド１１４１（図５(c)中に符号Ａを付した２個のグリッド。以下「グリッドＡ」とする。）ものでは8.0×2.0mm、長辺（側壁の１面）に隣接するもの（グリッドＢ。４個。）では8.0×1.8mm、短辺（他の側壁の１面）に隣接するもの（グリッドＣ。２個。）では8.0×1.6mm、長辺及び短辺の双方（側壁の２面）に隣接するもの（グリッドＤ。４個。）では8.0×1.4mmである。各グリッド１１４１の位置を、長辺方向の一方の端の列からX番目（X=1〜4）、短辺方向の一方の端の列からY番目（Y=1〜3）として定義すると、各グリッド１１４１の位置は以下のように表される。
・グリッドＡ：(X,Y)=(2,2)及び(3,2)
・グリッドＢ：(X,Y)=(2,1)、(2,3)、(3,1)及び(3,3)
・グリッドＣ：(X,Y)=(1,2)、(4,2)
・グリッドＤ：(X,Y)=(1,1)、(1,3)、(4,1)及び(4,3)
なお、上記の説明では、グリッド１１４１に対して符号Ａ〜Ｄを付したが、以下の説明では、各グリッドに対応するキャビティ３０１１にも「キャビティＡ」〜「キャビティＤ」との符号を付す。
変形例のグリッド部材１１３１の作用を説明する前に、比較のために、全てのキャビティ３０１１に対して目の大きさが等しい従来のグリッド部材を用いる場合について説明する。このグリッド部材を用いてエアタッピングを行うと、下部開口１１２の側壁の２面に隣接するキャビティＤにおいて最も充填密度が高くなり、以下、短辺側の側壁の１面に隣接するキャビティＣ、長辺側の側壁の１面に隣接するキャビティＢ、側壁から離れたキャビティＡの順に充填密度が低くなる。これは、１個のキャビティにおいてホッパの開口の中心よりも側壁側の方が充填密度が高くなるのと同じ理由により、ホッパの開口の側壁に近いほど、ホッパ１１内の粉末がキャビティ３０１１内に落下しやすくなるためである、と考えられる。なお、キャビティＢとキャビティＣとの間では、最隣接の下部開口１１２の側壁（キャビティＢでは長辺側、キャビティＣでは短辺側）との距離は等しいが、次隣接の側壁（キャビティＢでは短辺側、キャビティＣでは長辺側）との距離がキャビティＢよりもキャビティＣの方が近い。そのため、キャビティＢよりもキャビティＣの方が、側壁の影響を受けやすく、充填密度が高くなると考えられる。
それに対して本変形例のグリッド部材１１３１を用いることにより、合金粉末がホッパ１１内から落下し易いキャビティほど、それに接するグリッドの目が細かいため、合金粉末がホッパ１１内に移動することが抑えられる。これにより、キャビティ３０１１毎の充填密度を均一にすることができる。
(2) 焼結磁石製造装置の実施例
図６を用いて、本発明に係る焼結磁石製造装置の一実施例を説明する。本実施例の焼結磁石製造装置２０は、焼結磁石の原料となる合金粉末を圧縮成形することなく焼結するプレスレス法により焼結磁石を製造するための装置である。
(2-1) 焼結磁石製造装置２０の構成
焼結磁石製造装置２０は、粉末充填装置１０と、蓋取付部２１と、配向部２２と、焼結部２３を有する。また、焼結磁石製造装置２０には、容器３０を粉末充填装置１０、蓋取付部２１、配向部２２、焼結部２３の順に搬送する容器搬送装置（ベルトコンベア）２４が設けられている。
粉末充填装置１０、蓋取付部２１及び配向部２２は、室内をアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスで満たすことができる密閉室２５内に収容されている。但し、粉末充填装置１０の一部は、後述のように密閉室２５の外に配置されている。焼結部２３は、密閉室２５の外に配置されているが、後述のように、密閉室２５とは独立に内部を不活性ガスで満たすことができる。
粉末充填装置１０の構成は上記の通りである。なお、気体供給部１３において、蓋部材１３２の全部と気体供給管１３３の一部以外の構成要素は、合金粉末の酸化に直接的に影響を及ぼすことがないため、密閉室２５の外に配置されている。
蓋取付部２１は、粉末充填装置１０により合金粉末が充填された容器３０に蓋３０２（粉末充填装置１０の蓋部材１３２とは異なる）を取り付ける装置である。蓋３０２は、配向部２２における磁界や焼結部２３におけるガスの対流等によって合金粉末が容器３０から飛散することを防止するために用いられる。
配向部２２は、コイル２２１と容器昇降装置２２２を有する。コイル２２１は略鉛直方向（上下方向）の軸を有しており、容器昇降装置２２２の上方に配置されている。容器昇降装置２２２は、容器搬送装置２４で搬送されてきた容器３０を台２２２１に載置した状態で、コイル２２１内との間で昇降させる装置である。なお、キャビティ内の合金粉末を配向する際には、キャビティの形状や、製造しようとする磁石の用途に応じて、磁界の印加方向、すなわちコイルの軸の方向を設定する。本実施例では、容器３０に対して略鉛直方向に磁界を印加するために上記の構成を取ったが、例えば略水平方向に磁界を印加する場合には、図７に示すように、コイル２２１Ａの軸を略水平方向とし、容器搬送装置２４により容器３０が直接コイル２２１Ａ内に搬送されるようにしてもよい。
焼結部２３は、容器３０を多数収容する焼結室２３１と、断熱性を有する扉を有し、密閉室２５から容器３０を焼結室２３１に搬入する搬入口２３２と、容器３０を焼結室２３１から搬出する搬出口（図示せず）と、焼結室２３１内を加熱する加熱部（図示せず）を有する。密閉室２５と焼結室２３１は、搬入口２３２で連通しているが、断熱性を有する扉を閉鎖することによって熱的に分離される。なお、焼結室２３１の内部は（密閉室２５とは独立に）不活性ガスで満たされる。焼結室２３１においても、内部を不活性ガスで満たす代わりに、真空にしてもよい。
(2-2) 焼結磁石製造装置２０の動作
焼結磁石製造装置２０の動作を説明する。まず、容器搬送装置２４により、容器３０が粉末充填装置１０に搬送され、上述のように、容器３０のキャビティ３０１内に合金粉末が充填される。次に、容器３０は、容器搬送装置２４によって蓋取付部２１に搬送され、蓋取付部２１において蓋３０２が取り付けられる。
次に、蓋３０２が取り付けられた容器３０は、容器搬送装置２４によって配向部２２の台２２２１上に搬送される。続いて、台２２２１上に載置された容器３０は、容器昇降装置２２２により上昇し、コイル２２１内に配置される。そして、コイル２２１により、上下方向の磁界が印加され、それによりキャビティ３０１内の合金粉末の粒子が１方向に配向する。本実施例で用いる容器３０は、板状の焼結磁石を製造するために、その板の厚みに相当する方向が上下方向であるキャビティ３０１が形成されているため、その板に対して略垂直方向に磁界が印加される。この磁界の印加の際に、キャビティ３０１内の合金粉末には、機械的な圧力が印加されることはない。
磁界の印加の終了後、容器３０は容器昇降装置２２２によりコイル２２１内から容器搬送装置２４の高さまで降下し、容器搬送装置２４により焼結室２３１内に搬入される。そして、焼結室２３１内に所定数の容器３０が搬入された後、搬入口２３２の扉が閉鎖され、加熱部により焼結室２３１内が所定の焼結温度（通常、900〜1100℃）に加熱される。これにより、キャビティ３０１内の合金粉末が焼結し、焼結磁石が得られる。なお、焼結部２３においても、キャビティ３０１内の合金粉末には、機械的な圧力が印加されることはない。
ここまでの説明では容器３０を使用する例を説明したが、上述の容器３０Ａを使用する場合においても、焼結磁石製造装置２０の動作は同じである。
本実施例の焼結磁石製造装置２０によれば、粉末充填装置１０を用いることにより、キャビティ３０１内への合金粉末の充填密度を均一に近づけることができるため、最終的に得られる焼結磁石の特性も、焼結磁石中の位置に依らずに均一に近づけることができる。
(3) 実験結果
次に、本実施例の焼結磁石製造装置２０を用いてRFeB（R2FeB14、Rは希土類）系焼結磁石を作製し、その残留磁束密度Brを測定した実験結果を、比較例と併せて示す。ここで、作製時の合金粉末の充填密度と残留磁束密度Brは、充填密度が高いほど合金粉末の粒子が配向し難いため残留磁束密度Brが低くなる、という関係を有する。なお、以下の実験ではR=NdであるNdFeB系焼結磁石を作製したが、それ以外のRFeB系焼結磁石を作製しても同様である。
(3-1) 実験１
実験１では、グリッド部材１１３と容器３０を用いて焼結磁石を作製した（本実施例１）。併せて、グリッド部材１１３の代わりに、グリッドが全て同じ大きさの目（8.6×2.2mm）を有するグリッド部材と容器３０を用いて焼結磁石を作製した（比較例１）。本実施例１、比較例１のいずれにおいても、得られた焼結磁石の大きさは、焼結時に収縮が生じるため、キャビティ３０１の大きさよりもやや小さい約80mm×約15mm×約5mmであった。得られた本実施例１及び比較例１の焼結磁石を長手方向に６等分に切断することにより、それぞれ６個ずつの焼結磁石片を得た（図８(a)）。これらの焼結磁石片につき、それぞれ残留磁束密度Brを測定した。その結果を図８(b)に示す。
比較例１では、切断前に長手方向の中心付近にあった焼結磁石片（図８(a)中に符号３、４を付したもの）が最も残留磁束密度Brが高く、長手方向の両端にあった焼結磁石片（符号１、６）が最も残留磁束密度Brが低くなった。上記のように充填密度が高いほど残留磁束密度Brが低くなるため、比較例１では、長手方向の中心付近よりも両端の方が充填密度が高くなる密度分布が形成されていたことになる。
それに対して本実施例１では、切断前に長手方向の中心付近にあった焼結磁石片（符号３、４）の残留磁束密度Brが比較例１のものとほぼ等しいのに対して、長手方向の両端にあった焼結磁石片（符号１、６）の残留磁束密度Brは比較例１のものよりも高く、符号３、４の焼結磁石片のものに近い値が得られた。また、符号２、５を付した焼結磁石片の残留磁束密度Brも、比較例の符号２、５の焼結磁石片におけるものよりも高い。そして、焼結磁石片毎の残留磁束密度Brのばらつきは、比較例よりも小さくなった。
これら本実施例１の実験結果は、作製時のキャビティ３０１への合金粉末の充填密度が比較例よりも均一に近いことを意味する。この結果は、上述のホッパの側壁の影響を根拠とする説明と一致している。
(3-2) 実験２
実験２では、グリッド部材１１３１と容器３０Ａを用いて焼結磁石を作製した（本実施例２）。併せて、グリッド部材１１３１の代わりに、グリッドが全て同じ大きさの目（8.0×2.0mm）を有するグリッド部材と容器３０Ａを用いて焼結磁石を作製した（比較例２）。本実施例２及び比較例２のいずれも、容器３０Ａが有する１２個のキャビティに充填された合金粉末から、１２個の焼結磁石が得られた。これら焼結磁石につき、残留磁束密度Brを測定した結果を図９に示す。
比較例２では、残留磁束密度Brは、Ａのグリッド（図５(c)）に対応するキャビティに充填された合金粉末から作製された焼結磁石が最も高く、次いでＢ及びＣ（本実験の精度では、ＢとＣの差を見いだすことはできなかった）、Ｄの順という、残留磁束密度Brの分布が見られた。従って、作製時のキャビティへの充填密度は、キャビティＤが最も高く、次いでキャビティＢ及びＣ、そしてキャビティＡが最も低い。
それに対して本実施例２では、残留磁束密度Brは、キャビティＡでは比較例２とほぼ同じであり、キャビティＢ〜Ｄでは比較例よりも高くなった。そして、比較例２よりも残留磁束密度Brの分布の分散が小さくなった。従って、比較例２よりも本実施例２の方が、キャビティ毎の充填密度のばらつきが小さいといえる。この結果は、上述のホッパの側壁の影響を根拠とする説明と一致している。
１０…粉末充填装置
１１…ホッパ
１１１…上部開口
１１２…下部開口
１１３、１１３１…グリッド部材
１１４、１１４１…グリッド
１２…粉末供給部
１２１…貯留部
１２２…粉末排出口
１３…気体供給部
１３１…圧縮気体源
１３２…蓋部材
１３３…気体供給管
１３４…分岐管
１３５…アスピレータ
１３５Ａ…通過管
１３５Ｂ…吸引管
１３６…第１分岐部
１３７…第２分岐部
１３８…第１弁
１３９…第２弁
２０…焼結磁石製造装置
２１…蓋取付部
２２…配向部
２２１、２２１Ａ…コイル
２２２…容器昇降装置
２２２１…容器昇降装置の台
２３…焼結部
２３１…焼結室
２３２…搬入口
２４…容器搬送装置
２５…密閉室
３０、３０Ａ…容器
３０１、３０１１…キャビティ
３０２…容器の蓋

Claims (4)

  1. 容器に粉末を充填する装置であって、
    a) 前記粉末を収容するホッパであって、該粉末を前記容器に供給する開口を有し、該開口において該容器と連通するように、該容器に密閉且つ着脱自在に装着されるホッパと、
    b) 前記ホッパに前記粉末を供給する粉末供給手段と、
    c) 前記ホッパと前記容器を連通させて密閉した状態で、前記ホッパ内に圧縮気体をパルス状に繰り返し供給する気体供給手段と、
    d) 前記開口に設けられた、前記ホッパの中心側よりも側壁側の方が細かいグリッドが形成されたグリッド部材と、
    を備えることを特徴とする粉末充填装置。
  2. 前記容器が、前記粉末が充填されるキャビティを複数個有し、
    前記ホッパが前記複数個のキャビティと連通して密閉されるように前記容器に装着される
    ことを特徴とする請求項１に記載の粉末充填装置。
  3. 1) 焼結磁石の原料となる合金粉末を容器に充填する手段であって、
    a) 前記合金粉末を収容するホッパであって、該合金粉末を前記容器に供給する開口を有し、該開口において該容器と連通するように、該容器に密閉且つ着脱自在に装着されるホッパと、
    b) 前記ホッパに前記合金粉末を供給する粉末供給手段と、
    c) 前記ホッパと前記容器を連通させて密閉した状態で、前記ホッパ内に圧縮不活性ガスをパルス状に繰り返し供給する気体供給手段と、
    d) 前記開口に設けられた、前記ホッパの中心側よりも側壁側の方が細かいグリッドが形成されたグリッド部材と、
    を有する粉末充填手段と、
    2) 前記合金粉末が前記容器に充填されたままの状態で機械的圧力を印加することなく、該合金粉末に磁界を印加させることにより、該合金粉末を配向させる配向手段と、
    3) 前記合金粉末が前記容器に充填されたままの状態で機械的圧力を印加することなく、該合金粉末を加熱することにより焼結させる焼結手段と、
    4) 前記粉末充填手段、前記配向手段及び前記焼結手段を無酸素雰囲気中に収容する収容手段と、
    を備えることを特徴とする焼結磁石製造装置。
  4. 前記容器が、前記合金粉末が充填されるキャビティを複数個有し、
    前記ホッパが前記複数個のキャビティと連通して密閉されるように前記容器に装着される
    ことを特徴とする請求項３に記載の焼結磁石製造装置。
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