JP6138836B2 - 焼結磁石製造装置及び焼結磁石製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、希土類元素Rを含有するRFeB系（R2Fe14B）やRCo系（RCo5, R2Co17）等の焼結磁石の製造装置及び方法に関する。
焼結磁石を製造する際には、従来より、出発合金の微粉末（以下、「合金粉末」とする）を容器のキャビティに充填し（充填工程）、キャビティ内の合金粉末に磁界を印加することにより該合金粉末の粒子を配向させ（配向工程）、続いて合金粉末に圧力を印加することで圧縮成形体を作製し（圧縮成形工程）、その圧縮成形体を加熱して焼結させる（焼結工程）、という方法が取られている。あるいは、合金粉末をキャビティに充填した後に、合金粉末にプレス機で圧力を加えつつ磁界を印加することにより、上記配向工程及び圧縮成形工程を同時に行う方法も取られている。いずれにせよ、プレス機を用いて圧縮成形を行うことから、本願ではこれらの方法を「プレス法」と呼ぶ。
それに対して、最近、キャビティに充填した合金粉末をそのまま磁界中で配向させた後に焼結工程を行うことにより、圧縮成形工程を行わなくとも、キャビティに対応した形状を有する焼結磁石が得られることが見出された（特許文献１）。本願では、このように圧縮成形工程を行うことなく焼結磁石を製造する方法を「プレスレス法」と呼ぶ。
プレス法では、配向工程の後に圧縮成形工程を行うと、配向工程で整えられた合金粉末の粒子の向きが圧縮成形の際に乱れてしまうため、配向工程の際にも機械的圧力を印加しておかなければならない。このため、配向のために強い磁界が必要となるとともに、プレス機をも含めた全体を磁界内に入れることは難しくなる。それに対してプレスレス法は、そのような圧力の印加を行わないため、高価な磁場プレス機を使用する必要がなく、合金粉末を充填したキャビティの周りに導線を巻回し、そうして形成した空芯コイルの中で磁界印加を行うことができるという特長を有する。
プレス法にせよプレスレス法にせよ、粉末を焼結した後は焼結前のもの（圧縮成形体又はキャビティ内粉末集合体）よりも多少寸法が小さくなる。従って、プレス型或いはキャビティ形状は所期の焼結体形状よりもやや大きくしておく。
しかし本願発明者は、プレスレス法では、空芯コイル内の位置により縮小や変形の度合いが異なり、焼結磁石の所期形状（キャビティに対応した形状）とはならないこと（以下、これを「歪み」と呼ぶ。）があることを発見した。
しかし本願発明者は、プレスレス法では、空芯コイル内の位置により縮小や変形の度合いが異なり、焼結磁石の所期形状（キャビティに対応した形状）とはならないこと（以下、これを「歪み」と呼ぶ。）があることを発見した。
本発明が解決しようとする課題は、焼結磁石の歪みを抑えることができる、プレスレス法を用いた焼結磁石製造装置及び方法を提供することである。
本願発明者が、焼結磁石の歪みが生じた場合について、製造時の条件を調べたところ、合金粉末を磁気配向させる際に、空芯コイルの両開口端付近に配置されたキャビティから得られた焼結磁石の歪みが大きいことがわかった。例えば長方形の板状の焼結磁石に対応した形状を有するキャビティを、空芯コイルの軸（コイル軸）が板面に垂直になるように空芯コイル内に配置した場合において、得られた焼結磁石の板面は長方形とはならず、該板面と該コイル軸との交点に最も近い辺が内側に反った扇形に歪む。また、コイル軸の方向の中央付近に配置されたキャビティから得られた焼結磁石でも、両開口端付近の場合ほどは顕著ではないが、同様の歪みが見られた。
これらの事実から、本願発明者は、歪みが生じる理由を次のように推測した。空芯コイル内の磁力線は、空芯コイルの中心から両開口端側に向かうにつれてコイル軸上から径方向に拡がるという、「ラッパ状」の形状を呈する。配向工程において、このような磁力線を有する磁界中に、合金粉末が充填されたキャビティを配置すると、キャビティ内の位置（コイル軸との位置関係）によって磁力線の方向、すなわち磁界の方向が相違することとなる。それにより合金粉末粒子の磁気配向方向が、キャビティ内の位置により相違することとなる。一般的に、磁気配向の方向に収縮率が大きいため、この状態で合金粉末を加熱して焼結させると、得られる焼結磁石の各部における収縮率が異なることとなる。このようなキャビティ内の位置による磁界の方向の相違、並びにその相違により生じる磁気配向の方向及び収縮率の相違は、空芯コイルの中心部では顕著ではなく、両開口端側に配置されたキャビティにおいて顕著になる。
そこで、本願発明者は、空芯コイル内における磁力線をコイル軸に平行な方向に近づけるための構成を検討した結果、本発明を成すに至った。
すなわち、上記課題を解決するために成された本発明に係る焼結磁石製造装置は、
焼結磁石の原料の合金粉末を容器のキャビティに充填する充填手段と、該キャビティに充填された該合金粉末に機械的圧力を印加することなく磁界を印加することにより該合金粉末を配向させる配向手段と、該配向手段により配向させた該合金粉末に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を有する装置であって、
前記配向手段が、
a) 空芯コイルと、
b) 前記容器を収容する空間を挟んで前記空芯コイルの両開口端側に配置された、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層した板状の強磁性体又は粉状の強磁性体から成る強磁性材と
を備えることを特徴とする。
焼結磁石の原料の合金粉末を容器のキャビティに充填する充填手段と、該キャビティに充填された該合金粉末に機械的圧力を印加することなく磁界を印加することにより該合金粉末を配向させる配向手段と、該配向手段により配向させた該合金粉末に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を有する装置であって、
前記配向手段が、
a) 空芯コイルと、
b) 前記容器を収容する空間を挟んで前記空芯コイルの両開口端側に配置された、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層した板状の強磁性体又は粉状の強磁性体から成る強磁性材と
を備えることを特徴とする。
本発明に係る焼結磁石製造装置では、充填手段により合金粉末を充填した容器を空芯コイル内に配置した状態で、空芯コイルの両開口端側に強磁性材を配置する。これにより、強磁性材内に、空芯コイルのコイル軸に平行な磁化が形成される。そして、この磁化によって、磁力線の方向がコイル軸の方向に平行に近くなるように補正され、よりコイル軸に平行に近い磁界が形成される。そのため、キャビティ内では、位置による粒子の配向方向の相違が小さくなる。その結果、焼結工程を経て得られる焼結磁石の各部における収縮率の相違が小さくなり、歪みが抑えられる。
強磁性材には、強磁性体から成る板状部材を、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層したものを用いることが望ましい。板面は、該面に直交交差するのが典型的であるが、傾斜交差していてもよい。板状部材には、例えば電磁鋼板を用いることができる。
板状部材の板面がコイル軸に垂直な面と交差することが望ましい理由を説明する。空芯コイルが生成する磁界の強度が変動するとき、特に磁界の立ち上げ時や、パルス磁界を用いる場合には、強磁性材内においてコイル軸に垂直な渦電流が発生するおそれがある。このような渦電流が生成されると、強磁性材内の磁界が弱められ、それにより、磁力線をコイル軸の方向に平行に近づけようとする作用も弱められてしまう。そこで、上記のように、強磁性体から成る板状部材を、板面がコイル軸に垂直な面と交差するように複数枚積層することにより、板状部材同士の境界が電流を断ち切り、渦電流の発生を防止することができるため、よりコイル軸に平行に近い磁界を形成することができる。
本発明に係る焼結磁石製造方法は、
焼結磁石の原料の合金粉末を容器に充填する充填工程と、該容器に充填された該合金粉末に機械的圧力を印加することなく磁界を印加することにより該合金粉末を配向させる配向工程と、該配向工程により配向させた該合金粉末に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工程を有する方法であって、
前記配向工程において、
前記容器を空芯コイル内に配置すると共に、該容器を挟んで該空芯コイルの両開口端側に、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層した板状の強磁性体又は粉状の強磁性体から成る強磁性材を配置した状態で、該コイル内に磁界を生成することにより、前記容器内の前記合金粉末を配向させる
ことを特徴とする。
焼結磁石の原料の合金粉末を容器に充填する充填工程と、該容器に充填された該合金粉末に機械的圧力を印加することなく磁界を印加することにより該合金粉末を配向させる配向工程と、該配向工程により配向させた該合金粉末に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工程を有する方法であって、
前記配向工程において、
前記容器を空芯コイル内に配置すると共に、該容器を挟んで該空芯コイルの両開口端側に、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層した板状の強磁性体又は粉状の強磁性体から成る強磁性材を配置した状態で、該コイル内に磁界を生成することにより、前記容器内の前記合金粉末を配向させる
ことを特徴とする。
本発明により、コイル内における磁力線の方向を、コイル軸に平行な方向に近づけることができ、それにより、プレスレス法を用いて作製される焼結磁石の歪みを抑えることができる。
図１〜図６を用いて、本発明に係る焼結磁石製造装置及び方法の実施例を説明する。なお、以下ではNdFeB系の焼結磁石を製造する場合を例として説明するが、SmCo系など、NeFeB系以外の焼結磁石を製造する場合でも同様である。
(1) 本実施例の焼結磁石製造装置１０の構成
以下では、本実施例の焼結磁石製造装置１０の全体構成を概略的に説明した後、配向部（配向手段）１３の構成を詳細に説明し、最後に、配向部１３の操作を補助する役割を有する積層体形成部１２、昇降装置１３９及び強磁性材除却部１４の構成を説明する。
以下では、本実施例の焼結磁石製造装置１０の全体構成を概略的に説明した後、配向部（配向手段）１３の構成を詳細に説明し、最後に、配向部１３の操作を補助する役割を有する積層体形成部１２、昇降装置１３９及び強磁性材除却部１４の構成を説明する。
(1-1) 全体構成
本実施例の焼結磁石製造装置１０は、図１に示すように、充填部１１と、積層体形成部１２と、配向部１３と、強磁性材除却部１４及び焼結部１５を有すると共に、これら各部の間で上記の順に容器２１を略水平方向に搬送する搬送装置（ベルトコンベア）１６を有する。焼結磁石製造装置１０には、プレス機は設けられていない。
本実施例の焼結磁石製造装置１０は、図１に示すように、充填部１１と、積層体形成部１２と、配向部１３と、強磁性材除却部１４及び焼結部１５を有すると共に、これら各部の間で上記の順に容器２１を略水平方向に搬送する搬送装置（ベルトコンベア）１６を有する。焼結磁石製造装置１０には、プレス機は設けられていない。
また、焼結磁石製造装置１０には、焼結部１５を除く各部を収容する密閉室１７が設けられている。この密閉室１７内には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ようになっている。焼結部１５は密閉室１７の外に配置されているが、後述のように、密閉室１７とは独立に内部を不活性ガスで満たすことができる。これら密閉室１７及び焼結部１５内で用いられる不活性ガスは、NdFeB系焼結磁石の材料である合金粉末の酸化を防止する役割を有する。
充填部１１は容器２１のキャビティ２１１内に合金粉末を充填する装置であり、合金粉末を貯留するホッパ１１１と、ホッパ１１１の下端の開口部に設けられたグリッド部材１１２と、ホッパ１１１内に圧縮気体（不活性ガス）をパルス状に繰り返し供給する気体供給部１１３を有する。このようなパルス状に繰り返し供給される圧縮気体を用いて粉末を容器に充填する装置は「エアタッピング装置」と呼ばれ、例えば特許文献２に記載の装置を用いることができる。
積層体形成部１２、配向部１３、及び強磁性材除却部１４の構成については、本発明における配向手段に関する説明と共に後述する。
焼結部１５は、容器２１を多数収容し、搬入口及び搬出口を有する焼結室１５１と、該搬入口に設けられた断熱性を有する扉１５２と、焼結室１５１内を加熱する加熱部（図示せず）を有する。密閉室１７と焼結室１５１は搬入口で連通しているが、断熱性を有する扉１５２を閉鎖することによって熱的に分離される。なお、焼結室１５１の内部は（密閉室１７とは独立に）不活性ガスで満たされる。
本実施例では、容器２１には、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２１１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る。容器２１全体の寸法は、長辺126mm、短辺76mm、厚み10mmである。
(1-2) 配向部（配向手段）１３の構成
次に、焼結磁石製造装置１０における配向部（配向手段）１３の構成を説明する。配向部１３は、図３に示すように、空芯コイル１３１及び強磁性材１３２により構成される。空芯コイル１３１は、軸を略鉛直方向に向けて配置されている。空芯コイル１３１の寸法は、内径が150mm、両開口端間の距離（コイル長）が200mmである。また空芯コイル１３１は、搬送装置（ベルトコンベア）１６よりも上方に設けられており、後述の昇降装置１３９により、下側の開口から空芯コイル１３１内に配向対象物が搬入され、空芯コイル１３１外に配向対象物が搬出される。
次に、焼結磁石製造装置１０における配向部（配向手段）１３の構成を説明する。配向部１３は、図３に示すように、空芯コイル１３１及び強磁性材１３２により構成される。空芯コイル１３１は、軸を略鉛直方向に向けて配置されている。空芯コイル１３１の寸法は、内径が150mm、両開口端間の距離（コイル長）が200mmである。また空芯コイル１３１は、搬送装置（ベルトコンベア）１６よりも上方に設けられており、後述の昇降装置１３９により、下側の開口から空芯コイル１３１内に配向対象物が搬入され、空芯コイル１３１外に配向対象物が搬出される。
強磁性材１３２には、電磁鋼の板材（電磁鋼板）の磁化容易軸を、コイル軸の方向に揃える（板面をコイル軸に垂直な面と交差する）ようにして、該板材を200枚ほど並べたものを用いた。本実施例では無方向性電磁鋼板を用いたが、方向性電磁鋼板を用いてもよい。１枚の電磁鋼板の厚みは0.35mmである。強磁性材１３２は、非磁性体から成る直方体状の収容ケース１３３内に収容した。また、強磁性材１３２の他の例として、収容ケース１３３内に鉄製の磁粉を充填したものも用意した。
配向部１３では、容器２１がその厚み方向にｎ個（ｎは複数）積層された状態で空芯コイル１３１内に配置され、その上下、すなわち容器２１よりも空芯コイル１３１の両開口端側にそれぞれ１組ずつ、収容ケース１３３内に収容された強磁性材１３２が配置される。すなわち、下から強磁性材１３２が１組、容器２１がｎ個、強磁性材１３２が１組の順でこれらが積層されたもの（以下、「積層体２２」と呼ぶ）が、空芯コイル１３１内に搬入される。
(1-3) 積層体形成部１２、昇降装置１３９及び強磁性材除却部１４の構成
積層体形成部１２は積層体２２を形成するための装置であり、第１昇降台１２１及び第１トップリフト１２２を有する。第１昇降台１２１は、搬送装置１６による略水平方向の搬送ラインと同じ高さから、少なくとも積層体２２のうち１個の収容ケース１３３と（ｎ−１）個の容器２１の厚みの和の分だけ下側までの範囲内で昇降させることができる。
積層体形成部１２は積層体２２を形成するための装置であり、第１昇降台１２１及び第１トップリフト１２２を有する。第１昇降台１２１は、搬送装置１６による略水平方向の搬送ラインと同じ高さから、少なくとも積層体２２のうち１個の収容ケース１３３と（ｎ−１）個の容器２１の厚みの和の分だけ下側までの範囲内で昇降させることができる。
昇降装置１３９は空芯コイル１３１の下方に設けられており、積層体形成部１２から搬送装置１６により搬送された積層体２２を裁置して空芯コイル１３１内まで上昇させると共に、配向処理の終了後、積層体２２を搬送装置１６の搬送ラインの高さまで降下させる装置である。
強磁性材除却部１４は、配向部１３で配向処理がなされた後の積層体２２から強磁性材１３２を取り除くための装置であり、第２昇降台１４１及び第２トップリフト１４２を有する。第２昇降台１４１は、搬送装置１６の搬送ラインの高さから、それよりも１個の収容ケース１３３の厚みの分だけ下側までの範囲内で昇降させることができる。
(2) 本実施例の焼結磁石製造装置１０の動作
(2-1) 充填工程
まず、容器２１が搬送装置１６により充填部１１のホッパ１１１の下まで搬送され、ホッパ１１１が容器２１の上に装着される。次に、気体供給部１１３からホッパ１１１内に圧縮気体がパルス状に繰り返し供給されることにより、ホッパ１１１内の合金粉末がグリッド部材１１２を通過して容器２１のキャビティ２１１内に充填される。その後、容器２１上からホッパ１１１が取り外され、容器２１が搬送装置１６により積層体形成部１２に搬送される。以上の操作が１個の容器２１毎に、ｎ個まで繰り返し行われる。
(2-1) 充填工程
まず、容器２１が搬送装置１６により充填部１１のホッパ１１１の下まで搬送され、ホッパ１１１が容器２１の上に装着される。次に、気体供給部１１３からホッパ１１１内に圧縮気体がパルス状に繰り返し供給されることにより、ホッパ１１１内の合金粉末がグリッド部材１１２を通過して容器２１のキャビティ２１１内に充填される。その後、容器２１上からホッパ１１１が取り外され、容器２１が搬送装置１６により積層体形成部１２に搬送される。以上の操作が１個の容器２１毎に、ｎ個まで繰り返し行われる。
(2-2) 積層体形成部１２における操作
積層体形成部１２ではまず、第１トップリフト１２２により、１組の強磁性材１３２が第１昇降台１２１上に裁置される。次いで、強磁性材１３２の収容ケース１３３の上面を搬送装置１６の搬送ラインの高さに合わせるように第１昇降台１２１を降下させる。そして、搬送装置１６により充填部１１から搬送された容器２１を１個、収容ケース１３３の上面に裁置する。続いて、その容器２１の上面を搬送装置１６の搬送ラインの高さに合わせるように第１昇降台１２１を降下させる。以後、上述のように容器２１が積層体形成部１２に搬送される毎に、ｎ個までこの操作を繰り返す。その後、第１トップリフト１２２により、一番上の容器２１の上面に、２組目の強磁性材１３２が裁置される。これにより、積層体２２が形成される。その後、積層体２２の最下部（下側の収容ケース１３３の下面）を搬送装置１６の搬送ラインの高さに合わせるように第１昇降台１２１を上昇させ、搬送装置１６により積層体２２を昇降装置１３９に搬送する。
積層体形成部１２ではまず、第１トップリフト１２２により、１組の強磁性材１３２が第１昇降台１２１上に裁置される。次いで、強磁性材１３２の収容ケース１３３の上面を搬送装置１６の搬送ラインの高さに合わせるように第１昇降台１２１を降下させる。そして、搬送装置１６により充填部１１から搬送された容器２１を１個、収容ケース１３３の上面に裁置する。続いて、その容器２１の上面を搬送装置１６の搬送ラインの高さに合わせるように第１昇降台１２１を降下させる。以後、上述のように容器２１が積層体形成部１２に搬送される毎に、ｎ個までこの操作を繰り返す。その後、第１トップリフト１２２により、一番上の容器２１の上面に、２組目の強磁性材１３２が裁置される。これにより、積層体２２が形成される。その後、積層体２２の最下部（下側の収容ケース１３３の下面）を搬送装置１６の搬送ラインの高さに合わせるように第１昇降台１２１を上昇させ、搬送装置１６により積層体２２を昇降装置１３９に搬送する。
(2-3) 配向工程
昇降装置１３９に搬送された積層体２２は、昇降装置１３９で上昇させることにより配向部１３の空芯コイル１３１内に搬入される。そして、空芯コイル１３１内に磁界を生成することにより、積層体２２の容器２１内の合金粉末を、空芯コイル１３１の軸の方向に沿って配向させる。この操作における配向部１３、特に強磁性材１３２の作用は後述する。ここで磁界は、最終的には4T（テスラ）の直流パルス磁界を印加するが、その前に交流のパルス磁界を印加した方が、直流パルス磁界による磁気配向がより生じやすくなる。磁界印加の終了後、積層体２２は、昇降装置１３９で降下させることにより、空芯コイル１３１外に搬出される。そして、積層体２２は、搬送装置１６により強磁性材除却部１４に搬送される。
昇降装置１３９に搬送された積層体２２は、昇降装置１３９で上昇させることにより配向部１３の空芯コイル１３１内に搬入される。そして、空芯コイル１３１内に磁界を生成することにより、積層体２２の容器２１内の合金粉末を、空芯コイル１３１の軸の方向に沿って配向させる。この操作における配向部１３、特に強磁性材１３２の作用は後述する。ここで磁界は、最終的には4T（テスラ）の直流パルス磁界を印加するが、その前に交流のパルス磁界を印加した方が、直流パルス磁界による磁気配向がより生じやすくなる。磁界印加の終了後、積層体２２は、昇降装置１３９で降下させることにより、空芯コイル１３１外に搬出される。そして、積層体２２は、搬送装置１６により強磁性材除却部１４に搬送される。
(2-4) 強磁性材除却部１４における操作
強磁性材除却部１４では、積層体２２が第２昇降台１４１に裁置され、第２トップリフト１４２によって上側の強磁性材１３２が積層体２２から取り外される。また、ｎ個の容器２１のうち一番下側の容器２１の下面が搬送装置１６の搬送ラインの高さに合致するように、第２昇降台１４１が収容ケース１３３の厚みの分だけ降下する。そして、下側の強磁性材１３２を残して、ｎ個の容器２１のみが積層されたままの状態で、搬送装置１６により焼結部１５に搬送される。残された上下の強磁性材１３２は、搬送装置１６により、積層体形成部１２に返送される。
強磁性材除却部１４では、積層体２２が第２昇降台１４１に裁置され、第２トップリフト１４２によって上側の強磁性材１３２が積層体２２から取り外される。また、ｎ個の容器２１のうち一番下側の容器２１の下面が搬送装置１６の搬送ラインの高さに合致するように、第２昇降台１４１が収容ケース１３３の厚みの分だけ降下する。そして、下側の強磁性材１３２を残して、ｎ個の容器２１のみが積層されたままの状態で、搬送装置１６により焼結部１５に搬送される。残された上下の強磁性材１３２は、搬送装置１６により、積層体形成部１２に返送される。
(2-5) 焼結工程
焼結部１５では、搬入口の扉１５２が開放され、ｎ個積層された容器２１が所定数だけ焼結室１５１内に搬入される。その後、扉１５２が閉鎖され、加熱部により焼結室１５１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２１１内の合金粉末が焼結し、焼結磁石が得られる。
焼結部１５では、搬入口の扉１５２が開放され、ｎ個積層された容器２１が所定数だけ焼結室１５１内に搬入される。その後、扉１５２が閉鎖され、加熱部により焼結室１５１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２１１内の合金粉末が焼結し、焼結磁石が得られる。
以上の各工程はいずれも、密閉室１７及び焼結室１５１内に形成された不活性ガス雰囲気中で行われる。また、以上の各工程においては、合金粉末をプレス成形することはない。
(3) 配向部１３の作用、及び焼結磁石の歪みが抑えられる理由
図４を用いて、本実施例の焼結磁石製造装置１０における配向部１３の作用、及び焼結磁石の歪みが抑えられる理由を説明する。図４の(a-1)〜(a-3)は、強磁性材１３２を用いない従来の焼結磁石製造装置における空芯コイル１３１内の磁界Hの方向を示す図である。このうち(a-1)は縦断面（空芯コイル１３１の軸を含む断面）を、(a-2)は空芯コイル１３１の両開口端に最も近い容器２１を通る横断面（空芯コイル１３１の軸に垂直な断面）を、(a-3)は(a-2)の部分拡大図を、それぞれ示す。(b-1)及び(b-2)はそれぞれ、本実施例の焼結磁石製造装置１０の上記縦断面及び横断面における磁界Hの方向を示す図である。(a-2)及び(a-3)では、直方体のキャビティ２１１における上面の長方形の長辺の方向をx軸、短辺の方向をy軸、コイル軸を原点Ｏとする座標を取り、磁界Hの横断面（xy面）への射影H⊥の方向及び大きさ、並びにx成分Hxの大きさを矢印で示す。
図４を用いて、本実施例の焼結磁石製造装置１０における配向部１３の作用、及び焼結磁石の歪みが抑えられる理由を説明する。図４の(a-1)〜(a-3)は、強磁性材１３２を用いない従来の焼結磁石製造装置における空芯コイル１３１内の磁界Hの方向を示す図である。このうち(a-1)は縦断面（空芯コイル１３１の軸を含む断面）を、(a-2)は空芯コイル１３１の両開口端に最も近い容器２１を通る横断面（空芯コイル１３１の軸に垂直な断面）を、(a-3)は(a-2)の部分拡大図を、それぞれ示す。(b-1)及び(b-2)はそれぞれ、本実施例の焼結磁石製造装置１０の上記縦断面及び横断面における磁界Hの方向を示す図である。(a-2)及び(a-3)では、直方体のキャビティ２１１における上面の長方形の長辺の方向をx軸、短辺の方向をy軸、コイル軸を原点Ｏとする座標を取り、磁界Hの横断面（xy面）への射影H⊥の方向及び大きさ、並びにx成分Hxの大きさを矢印で示す。
まず、比較例である、強磁性材１３２を用いない焼結磁石製造装置では、空芯コイル１３１内には、コイル軸方向の中心から両開口端側に向かうにつれて、径方向に拡がった磁界が形成される(a-1)。そのため、容器２１のキャビティ２１１内では、位置により方向が異なる磁界が形成される(a-3)。そのため、キャビティ２１１内の合金粉末は、位置により異なる方向に磁気配向し、得られる焼結磁石は位置により異なる方向に収縮する。具体的には(a-3)に示すように、x座標が等しい（x 0 ）任意の点Ａと点Ｂを比較すると、y座標が0に近い点Ａの方が、H ⊥ が大きくなるうえにその方向がx方向に近くなるため、Hxは点Ｂよりも点Ａの方が大きくなる。そのため、全てのx座標において、y座標が0に近い、すなわちコイル軸に近い方が、強いHxによって焼結時にx方向に収縮し易くなる結果、焼結磁石は前記横断面（xy面）において、コイル軸から見て外に凸になるように歪む（図５参照）。
それに対して本実施例の焼結磁石製造装置１０では、空芯コイル１３１内に磁界が形成されると、強磁性材１３２内に形成される磁化によって磁界の方向が矯正される。その結果、磁界の方向は空芯コイル１３１のコイル軸方向に近くなり(b-1)、容器２１のキャビティ２１１内における磁界の方向及び強度の相違が小さくなる(b-2)。
また、本実施例のように、強磁性材１３２に、板面がコイル軸に垂直な面から傾斜するように積層した強磁性の板状部材（電磁鋼板）を用いた場合には、空芯コイル１３１により直流パルス磁界を生成した際に、該磁界を打ち消す渦電流が生成されることを防ぐことができる。そのため、磁界の方向を矯正するという上述の作用が弱められることがない。
(4) 実験結果
本実施例の焼結磁石製造装置１０による作用・効果を確認するために、以下の実験を行った。ここでは、強磁性材１３２として、上述の無方向性電磁鋼板によるものと、磁粉によるものを用いた。また、比較例として、図４(a-1)に示したように強磁性材１３２を用いない場合についても同様の実験を行った。空芯コイル１３１内に配置する容器２１の個数は、本実験では４個とした。以下では、これら４個の容器２１に、下から順にNo. 1〜No. 4との番号を付して説明する。図５に示すように、本実施例及び比較例で作製された焼結磁石Ｓは、その長辺が弓状に歪んだ。その歪みの量を、焼結磁石Ｓの板面全体を包含する長方形Ｒ（図５参照）の短辺の幅wmaxから、焼結磁石Ｓの短辺方向の幅の平均値wavgを差し引いた(wmax-wavg)で定義する。歪み量は、No. 1〜No. 4の容器毎に、作製された焼結磁石Ｓについて測定を行った。
本実施例の焼結磁石製造装置１０による作用・効果を確認するために、以下の実験を行った。ここでは、強磁性材１３２として、上述の無方向性電磁鋼板によるものと、磁粉によるものを用いた。また、比較例として、図４(a-1)に示したように強磁性材１３２を用いない場合についても同様の実験を行った。空芯コイル１３１内に配置する容器２１の個数は、本実験では４個とした。以下では、これら４個の容器２１に、下から順にNo. 1〜No. 4との番号を付して説明する。図５に示すように、本実施例及び比較例で作製された焼結磁石Ｓは、その長辺が弓状に歪んだ。その歪みの量を、焼結磁石Ｓの板面全体を包含する長方形Ｒ（図５参照）の短辺の幅wmaxから、焼結磁石Ｓの短辺方向の幅の平均値wavgを差し引いた(wmax-wavg)で定義する。歪み量は、No. 1〜No. 4の容器毎に、作製された焼結磁石Ｓについて測定を行った。
実験の結果、No. 1〜4のいずれの容器２１においても、歪み量は比較例が最も大きく、次いで磁粉の強磁性材１３２を用いた場合となり、そして無方向性電磁鋼板の強磁性材１３２を用いた場合が最も小さくなった。このことから、本実施例の焼結磁石製造装置１０により、比較例の場合よりも歪み量を小さくできることが確認された。
また、容器２１毎、すなわち空芯コイル１３１内での位置による歪み量の違いを見ると、比較例では空芯コイル１３１の中央付近に配置されたNo. 2及び3の容器２１で作製された焼結磁石Ｓよりも、空芯コイル１３１の開口端に近い位置に配置されたNo. 1及び4の容器２１で作製された焼結磁石Ｓの方が、歪み量が大きくなった。これは、比較例では空芯コイル１３１の開口端付近において、より大きく磁界が曲げられていることによると考えられる。それに対して、磁粉の強磁性材１３２を用いた場合には、容器の位置による違いという点については比較例との顕著な違いが見られなかったが、無方向性電磁鋼板の強磁性材１３２を用いた場合には、容器の位置による歪み量の相違がほとんど見られなかった。これは、無方向性電磁鋼板の磁化容易軸がコイル軸の方向に揃っていることにより、磁界の歪みを矯正する効果がより高まり、開口端付近においても十分に磁界を空芯コイル１３１の軸方向に揃えることができることによると考えられる。
１１…充填部
１１１…ホッパ
１１２…グリッド部材
１１３…気体供給部
１２…積層体形成部
１２１…第１昇降台
１２２…第１トップリフト
１３…配向部
１３１…空芯コイル
１３２…強磁性材
１３３…収容ケース
１３９…昇降装置
１４…強磁性材除却部
１４１…第２昇降台
１４２…第２トップリフト
１５…焼結部
１５１…焼結室
１５２…搬入口の扉
１６…搬送装置
１７…密閉室
２１…容器
２１１…キャビティ
２２…積層体
１１１…ホッパ
１１２…グリッド部材
１１３…気体供給部
１２…積層体形成部
１２１…第１昇降台
１２２…第１トップリフト
１３…配向部
１３１…空芯コイル
１３２…強磁性材
１３３…収容ケース
１３９…昇降装置
１４…強磁性材除却部
１４１…第２昇降台
１４２…第２トップリフト
１５…焼結部
１５１…焼結室
１５２…搬入口の扉
１６…搬送装置
１７…密閉室
２１…容器
２１１…キャビティ
２２…積層体
Claims (8)
- 焼結磁石の原料の合金粉末を容器のキャビティに充填する充填手段と、該キャビティに充填された該合金粉末に機械的圧力を印加することなく磁界を印加することにより該合金粉末を配向させる配向手段と、該配向手段により配向させた該合金粉末に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を有する装置であって、
前記配向手段が、
a) 空芯コイルと、
b) 前記容器を収容する空間を挟んで前記空芯コイルの両開口端側に配置された、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層した板状の強磁性体又は粉状の強磁性体から成る強磁性材と
を備えることを特徴とする焼結磁石製造装置。 - 前記強磁性材が、非磁性体から成る収容ケースに収容されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石製造装置。
- 前記強磁性材が前記板状の強磁性体であって、該板状の強磁性体が電磁鋼板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結磁石製造装置。
- 前記容器を収容する空間が、該容器を前記空芯コイルの軸方向に複数個重ねて収容可能な空間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
- 焼結磁石の原料の合金粉末を容器に充填する充填工程と、該容器に充填された該合金粉末に機械的圧力を印加することなく磁界を印加することにより該合金粉末を配向させる配向工程と、該配向工程により配向させた該合金粉末に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工程を有する方法であって、
前記配向工程において、
前記容器を空芯コイル内に配置すると共に、該容器を挟んで該空芯コイルの両開口端側に、板面が前記空芯コイルの軸に垂直な面と交差するように複数枚積層した板状の強磁性体又は粉状の強磁性体から成る強磁性材を配置した状態で、該コイル内に磁界を生成することにより、前記容器内の前記合金粉末を配向させる
ことを特徴とする焼結磁石製造方法。 - 前記強磁性材が、非磁性体から成る収容ケースに収容されていることを特徴とする請求項５に記載の焼結磁石製造方法。
- 前記強磁性材が前記板状の強磁性体であって、該板状の強磁性体が電磁鋼板であることを特徴とする請求項５又は６に記載の焼結磁石製造方法。
- 前記容器を前記空芯コイルの軸方向に複数個重ねて配置することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の焼結磁石製造方法。
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