JP7125222B2 - リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体分野に属し、特にリング状のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を製造するための装置、及びその製造方法に関する。

Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結永久磁性体は高磁気エネルギー製品として、風力発電、コンプレッサー、音響機器、電気部品、新エネルギー自動車などの幅広い分野において世界中で広く利用されている。

Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結永久磁性体は、様々な製品・使用条件に応じて、角形、瓦形、円柱形、円筒形、リング形、その他特殊な形状などに成形される。Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体が幅広い分野で使用されるほど、その製品形状は複雑化し、加工コスト、製造コストが増大する問題がある。

例えば、リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を例にとると、従来の製造プロセスでは、垂直又は水平磁場条件下で角形等の一次素地を成形し、次いで焼結及び時効処理を行って半製品を得た後、その後の機械加工処理工程において、半製品の外周を切断して円形外径品を形成し、次に中心を切削、研削、又はくり抜き（穴あけ）してリング状製品に加工している。

完成品を加工する過程で、外径と内径を加工するため工程の煩雑さだけでなく、大量の廃棄物をもたらし、最終製品における材料利用率は６０％程度と低く、加工技術を向上させたとしても材料利用率を根本的に高めることは難しかった。

例えば、中国特許ＣＮ１０１７２８０４１Ｂ公報に開示されているリング磁性体の製造方法では、改良された加工手順を用いて焼結素地からリング状に加工し、加工処理は省略化できるものの材料損失は避けられない。

比較的実装が容易な改善された製造方法として、素地の製造段階において、半円弧形状の上下プレスヘッドを用いて円筒状素地を直接製造し、等方圧プレスされた素地の焼結前にコアを取り外し、その後の焼結及び時効工程を経て円筒状素地の半完成品を得る方法もある。その後の機械加工工程では、外周をカットする必要がなく、若干の研磨加工のみで円筒状製品の外径を得る。その後、上記と類似する加工法を実施し、円筒状素地の内径を得る。この製造工程は、外周輪郭部における廃棄材料が減少し、材料利用率が顕著に向上することから、製品サイズが同一の場合、材料利用率を６０～７０％にまで上げることができるが、内円弧部の材料損失により、利用率は依然として低い。

改良された製造方法としては、中国実用新案ＣＮ２０３１２４７３３Ｕ公報に開示されている技術や、中国特許公開ＣＮ１０２５２８０２９Ａ公報に開示されているリング状磁性体の製造方法が挙げられる。これらは素地の製造段階において、リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体を直接製造可能な金型である半円弧形状の上下プレスヘッドと円柱状モールドコアを配置して成型した後、円筒状素地を形成する。焼結後の磁性体素地は、大量の内孔切削加工が不要となり、製造効率及び材料利用率を高めることができる。しかしながら、当該技術は、金型からの脱芯・離脱が難しく、円筒状素地の内円弧面の一様性に問題が生じ、工数の浪費等の問題がある。また、素地内孔が熱を受け易いことから、焼結の際に収縮不良が生じ、磁性体に亀裂が生じるという課題がある。

更に改良された製造方法としては、中国実用新案ＣＮ２０４５８４２６８Ｕ公報に開示されているリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性体の等方圧プレス方法が挙げられる。ゴム、ナイロン、プラスチック又は金属をモールドコアとし、且つ、モールドコアと素地内孔との間に膜を追加する構造であり、等方圧プレス後の素地の脱芯工程がより容易になり、素地内孔の表面に亀裂が生じることもない。しかしながら、上記と同様に、当該技術を用いると、焼結前にコアを取り外す必要があることから、同様に工数の浪費が生じ、また、素地内孔が熱を受け易く、焼結の際に収縮不良が生じ、磁性体に亀裂が生じるという問題があった。

更に改良された製造方法としては、中国実用新案ＣＮ２０４６８６０１３Ｕ公報に開示されている改良型リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ焼結磁性体用焼結雌型が挙げられる。焼結雌型の内部には石英砂又はコランダム材料が存在し、焼結雌型本体及び中央の円柱状コアの一体構造であり、且つコアの直径は焼結後の磁性体の内径よりも小さい。当該技術は、焼結の際のリング状磁性体が受ける熱を改良すると同時に、焼結による素地収縮で生じる磁性体の亀裂の発生比率を下げるものであるが、素地を当該焼結雌型に投入する前に、予め円筒状生地のコアの取外しが不可避であることから、同様に工数の浪費や素地が壊れるといった問題があった。

中国特許ＣＮ１０１７２８０４１Ｂ公報 中国実新ＣＮ２０３１２４７３３Ｕ公報 中国特許ＣＮ１０２５２８０２９Ａ公報 中国実新ＣＮ２０４５８４２６８Ｕ公報 中国実新ＣＮ２０４６８６０１３Ｕ公報

リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体は幅広い製品市場で利用されており、その磁気特性及びサイズは一様ではないが、この種の製品には、素地から最終製品までの製造工程において、いずれも内孔を個別に機械加工する工程が不可避という共通の課題が存在する。切削された内孔材は、加工後に廃材として回収するしかなく、リング状製品の材料利用率が低下し、更に、内孔のリング状半径が大きくなるほど、材料の浪費は深刻になる。

従来技術には、円筒状素地を直接製造することで、材料利用率を高める技術が存在するが、円筒状素地は製造難易度が極めて高く、素地が焼結割れし易すい。その原因は、焼結の際の外部の加熱が早く、内部の加熱が遅いことによる素地内外での焼結による収縮率の差が生じるからである。

本発明は、材料利用率及び歩留まりが高く、製造工程を簡素化できるリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本願発明は上記した目的を達成するものであり、第一の発明は、リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置であって、
上部プレスヘッド、下部プレスヘッド、対向する２枚の非磁性サイドプレートと、対向する２枚の磁性サイドプレートを含み、
２枚の前記非磁性サイドプレートと２枚の前記磁性サイドプレートの間に形成された空間において、前記下部プレスヘッドは前記空間の底部に位置し、前記上部プレスヘッドは前記空間の上部に位置し、
前記上部プレスヘッドと前記下部プレスヘッドの対向する面の軸線方向と直交する断面は、いずれも同一半径Ｒの凹状半円弧面であり、
前記上部プレスヘッドと前記下部プレスヘッドが合わさって形成される半径Ｒの円柱状空間の中心に配置される半径ｒのフレキシブル円柱コアを更に有し、
前記フレキシブル円柱コアは、アルミナ、ジルコニアの１つ又は２つの混合粉末と、ポリエチレングリコールとの混合物であり、前記フレキシブル円柱コアの前記半径ｒは、２つの前記非磁性サイドプレートの内壁間の距離の１／２未満であり、２ｍｍ＜ｒ＜５ｍｍである、ことを特徴とする。

また、前記フレキシブル円柱コアの長さＷは、対向する２つの前記磁性サイドプレートの内壁間の距離と同じであり、その軸方向は、２つの前記磁性サイドプレート間の磁場方向と同じ方向に配置される、ことを特徴とする。

また、前記下部プレスヘッドは、２つの前記非磁性サイドプレート及び２つの前記非磁性サイドプレートの間に形成された前記空間の底部に固定或いは移動可能に配置され、前記上部プレスヘッドは前記空間の上部に移動可能に配置されている、ことを特徴とする。

また、前記フレキシブル円柱コアのアルミナ又はジルコニアの重量比は５０％～９０％である、ことを特徴とする。

さらに本願の第二の発明は、上記した成形装置を用いたリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法であって、
（ステップａ）前記リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の原材料となる合金粉末を準備し、
（ステップｂ）前記合金粉末を前記成形装置に緩く詰めるよう投入し、投入した前記合金粉末の全高をＬとした場合、Ｌ／２の高さに前記フレキシブル円柱コアをその軸方向が前記成形装置の磁場方向と平行となるよう前記合金粉末の中に置き、
（ステップｃ）前記フレキシブル円柱コアが挿入された前記合金粉末に対し、前記上部プレスヘッド及び前記下部プレスヘッドによって圧力を加え、前記フレキシブル円柱コアが埋め込まれた状態の円筒状素地を得、
（ステップｄ）前記円筒状素地を離型し、液体等方圧プレスして一次成形体を得、
（ステップｅ）前記フレキシブル円柱コアが埋め込まれた状態の前記一次成形体を真空焼結炉に入れて焼結し、時効処理を施して円筒状の二次成形体を得、
（ステップｆ）前記二次成形体の内外側の円弧面及び端面を研磨し、適宜厚さにスライスし、スライス後の成形体に表面処理を施し、着磁処理して、最終製品となる前記リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を得る、
ことを特徴とする。

また、前記フレキシブル円柱コアは、
（ステップ１）ポリエチレングリコール粉末と精製水を混合し、これを沸騰させてポリエチレングリコール接着剤を作成し、
（ステップ２）前記ポリエチレングリコール接着剤と、アルミナ及び／又はジルコニア粉末を混合して半固体混合物を作成し、
（ステップ３）前記半固体混合物を円筒型に入れ、真空密封した後に液体等方圧プレスし、プレス後の成形体を８０～１５０°Ｃで２～１０時間乾燥させて硬化させたものである、ことを特徴とする。

また、前記（ステップ１）における前記ポリエチレングリコール粉末の重量比は７０～９０％、前記（ステップ２）における前記フレキシブル円柱コアのアルミナ及び／又はジルコニア粉末の重量比は５０％～９０％である、ことを特徴とする。

フレキシブル円柱コアの半径ｒは、２ｍｍから５ｍｍの間に設定される。ｒが小さすぎる場合、例えばｒが２ｍｍ未満である場合には、コアの製造難易度が高まり、亀裂が生じ易くなる。逆にｒが大きすぎる場合、例えばｒが５ｍｍより大きい場合には、成形の際に、コアを加圧するとコア自身による過度の収縮によって、素地の変形が深刻になり、歩留まりが下がる。

上記した本発明によれば、製造工程で用いる成形装置に設けられたフレキシブル円柱コアは、リング状磁性体の内円部分の型枠となり、材料を節約できるだけでなく、続く加工の際に、ドリルによる穿孔又はくり抜き作業を省略することができる。

フレキシブル円柱コアの強度は成形後のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体素地の強度と比べてはるかに低く、柔らかく、密度も小さい。フレキシブル円柱コアは、磁性体内円弧面における亀裂の発生率を抑制する効果を奏する。焼結中、熱はこのコアを介してＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体素地の内部に伝達されるため、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体素地の内円弧面も同時に昇温し、内円弧面と外円弧面の温度差が縮まる。収縮率の差が縮まることによって、磁性体の亀裂発生を抑制することができる。

同時に、フレキシブル円柱コアは粘着混合構造であり、且つその強度が焼結素地よりも低いことから、自身の加熱及びその外面に覆われた素地の収縮の二重作用の下で、ポリエチレングリコールが高温で分解を開始する。素地内部の潤滑剤等の有機物が脱気・排出されると同時にフレキシブル円柱コアが軟化・収縮を開始し、フレキシブル円柱コアを取り出す人為的作業を必要としない。本発明のフレキシブル円柱コアによって製造されたリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁性体は、焼結製品の歩留まり、磁性体原材料の利用率が高く、更には作業効率を大きく改善することができる。

本発明に係る成形装置の正面から見た断面構造図。 本発明に係る成形装置の側面から見た断面構造図。

以下、本願発明を実施形態と組み合わせて詳細に説明する。下記実施例は、本発明の解釈のみに用いるものであり、本願発明に係る構成を限定するものではない。

本願発明に係る下記実施例１、２、比較例１～５で使用する成形装置は、図１の正面から見た断面構造図、図２の側面から見た断面構造図に示すとおり、上部プレスヘッド１、下部プレスヘッド５、対向する２枚の非磁性サイドプレート２、対向する２枚の磁性サイドプレート６を含み、２枚の非磁性サイドプレートと２枚の磁性サイドプレートの間に形成される空間において、下部プレスヘッド５は空間の底部に位置し、上部プレスヘッド１は当該空間の上部に位置している。空間の底部に固定された下部プレスヘッドに対し、上部プレスヘッドが上下動することにより、合金粉末を円柱状にプレスするものであるが、下部プレスヘッドも上下移動可能としても良い。

上部プレスヘッド１と下部プレスヘッド５の対向する面の軸線方向と直交する断面は、いずれも同一半径Ｒの凹状半円弧面であり、リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の外周面を形成する半円弧形状である。また、上部プレスヘッド１と下部プレスヘッド５が合わさって形成される半径Ｒの円柱状空間の中心に配置されるフレキシブル円柱コア（比較例ではその他材質の円柱コア）を用い、このフレキシブル円柱コアによって、リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の中心円（穴）を形成する。フレキシブル円柱コアは、その軸方向を２つの磁性サイドプレート間の磁場方向と同じ方向に配置する。

リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法及び磁性体の製造工程は、ストリップキャスト法によるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系合金薄片の製造工程と、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ合金薄片を水素処理及びジェットミルによって粉砕し、合金粉末を得る工程、とを含む。合金粉末は、加圧及び平行磁場の条件下で第１次成形され、液体等方圧プレスによって第２次成形し、これを真空焼結炉内で真空焼結して緻密化し、時効熱処理炉内で熱処理し、円筒状のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を製造する。

前述製造工程におけるストリップキャスト法、水素処理及びジェットミルによる粉砕は、いずれも公知の技術である。合金粉末の成分は、市販の汎用Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体製造用の粉末を用いる。例えば、その基本組成は、Ｒｅ_ａＴ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｂ_ｂＭ_ｃである。ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ質量百分率による各元素の配合比を示す。Ｒｅは希土類元素であり、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｇｄの少なくとも一つである。ＴはＦｅ又はＣｏの少なくとも一つであり、ＢはＢ元素である。ＭはＡｌ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＭＯ、Ｖの少なくとも一つである。これらの具体的な含有量は、２７％≦ａ≦３３％、０．８５％≦ｂ≦１．３％、ｃ≦５％である。

本発明に係るリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法は、円筒状のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を製造した後、これを切断加工する。使用される加工装置は、従来の一般的なフラットグラインダ、アウターセンターレスグラインダ、インナーグラインダ、インターナルスライサ等を含む。切断加工工程では、ａ）磁性体端面のフラット研磨、ｂ）センターレスグラインダによる外円弧の加工、ｃ）インナーグラインダによる内円弧の加工、ｄ）スライサによる内円のスライスを含む。その後、表面処理、着磁処理して最終製品となるリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を得る。

本発明に係るリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置で用いるフレキシブル円柱コアを成形するための原材料は、市販のアルミナ粉末又はジルコニア粉末を用いる。粒子サイズは、好ましくは０．５～２ｍｍであり、接着剤は、ＰＥＧ－６００等の市販のポリエチレングリコール粉末を用いる。

ポリエチレングリコールをフレキシブル円柱コアの製造に用いる理由は、ポリエチレングリコールが、高い粘性と水に溶けやすい有機物であり、その粘性を利用して、高粘度の接着剤を調製できるからである。アルミナ又はジルコニア粉末と混合して半固体混合物にすると、強固な結合、低含水率、乾燥中の変形が僅かであるといった利点を有する。

フレキシブル円柱コアの製造において、アルミナ又はジルコニアの重量比は５０％～９０％であり、アルミナ又はジルコニアが５０％未満の場合、混合物の流動性が高すぎるため、成形が難しくなる。アルミナ又はジルコニアの重量比が９０％を超えると、結合が弱くなり、崩れ易くなる。

成形時には、フレキシブル円柱コアを合金粉末内の磁場方向に配置し、投入する位置は成形するリング状磁性体の中心位置である。キャビティの成形磁場は水平方向であるため、フレキシブル円柱コアが成形プレス機の圧力によって合金粉末内部に埋め込まれる。合金粉末が焼結によって収縮すると、その径方向は等比で収縮するため円形形状は基本的に変化しない。

フレキシブル円柱コアを、成形するリング状磁性体の中心に位置させる方法としては、例えば、合金粉末の供給工程を重量比で等分割して２回行い、最初の１／２量が供給された段階で円柱コアを合金粉末上に置き、その後、残りの１／２量の合金粉末を供給する。これ以外の方法としては、補助的な位置決め板を用い、フレキシブル円柱コアと位置決め板を金型キャビティ内に入れ、次に全ての合金粉末を金型キャビティに投入し、合金粉末が緩く充填された後に、位置決めプレートを金型キャビティから引き抜く方法などがあるが、いずれにしても、フレキシブル円柱コアは成形するリング状磁性体の中心に位置させるものである。

フレキシブル円柱コアは、リング状磁性体の亀裂の発生率を減少させる効果を奏する。焼結の際、フレキシブル円柱コアは合金粉末の内部中心にあり、一体化された状態で焼結炉に投入される。真空で昇温・焼結する場合の低温段階（例えば４００°Ｃ以下）において、熱はフレキシブル円柱コアを介して磁性体の内部に伝達されるため、磁性体の内円弧面も同時に昇温し、内円弧面と外円弧面の温度差が縮まる。更には収縮率の差が縮まることから、亀裂の発生を抑制することができる。同時に、フレキシブル円柱コアは粘着結合構造であり、且つ、その強度が磁性体よりも低いことから、自身の加熱及びその外面に覆われた磁性体の収縮の二重作用の下で、ポリエチレングリコールが高温で分解を開始する。磁性体内部の潤滑剤等の有機物が脱気・排出されると同時にフレキシブル円柱コアも軟化・収縮を開始する。

低温段階における磁性体は、主に液相焼結であり、且つ、気孔率が極めて大きく収縮率が大きいが、フレキシブル円柱コアの軟化・収縮工程が液相焼結段階と重なることにより、一定レベルで内輪の収縮に合致する。継続的に熱を伝達し、磁性体の内外を均一に加熱するで、焼結による亀裂の発生率を押さえることができる。

温度が上昇し続けると（たとえば、４００°Ｃから８００°Ｃの間）、フレキシブル円柱コアのポリエチレングリコールは徐々に分解され、完全に揮発し、フレキシブル円柱コアは磁性体の支持機能（型枠機能）を完全に失い、原粉末へと崩壊する。ただし磁性体の収縮工程はほとんど完了しているため、液相焼結の第２段階では、収縮率と密度増加率が低下し、焼結割れが発生しない。

本発明のリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置と組み合わせる装置としてはプレス装置があり、これには公知の油圧プレス機を採用する。プレス方向は上下プレスである。磁場電源には直流磁場を採用し、磁場の強さは、１．５～２．０テスラから選択する。金型の材料には硬質合金を選択することができる。磁場方向は水平方向に設定する。

以下の実施例及び比較例において、磁性体製品の歩留まりを確認するために、焼結後の亀裂のない円筒状磁性体の数と炉に投入した数の比によって、歩留まり率を計算した。また、材料利用率の改善を確認するために、インナーグラインダで加工した製品の重量と成形前の供給粉末の重量の比によって、材料利用率を計算した。

実施例１
ａ）２０ｇのアルミナ粉末と４０ｇのポリエチレングリコールコロイド溶液を均一に撹拌した。これを円筒形ゴム型に入れ、２００Ｍｐａで等方圧プレスし成型し、１２０°Ｃで２時間乾燥し、半径ｒ＝４ｍｍ、長さＷ＝５０ｍｍのフレキシブル円柱コアを製造した。
ｂ）緩い充填状態で、成形装置に８６ｇの合金粉末を投入し、緩い状態での粉末の高さＬ１を３０ｍｍとした。
ｃ）フレキシブル円柱コアを合金粉末内に水平に埋め込み、投入した合金粉末の全高をＬとした場合、Ｌ／２の高さに位置させた（リング状磁性体の中心となる位置。以下の実施例、比較例も同じ）。
ｄ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、合金粉末とフレキシブル円柱コアとを一体成形し、離型後、円筒状素地を得た。
ｅ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高めた。
ｆ）焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結して緻密化し、一次成形体を得た。
ｇ）時効炉で一次成形体を時効処理し、二次成形体を得た。
ｈ）二次成形体をフラットグラインダに置き、０．５ｍｍの研磨量で端面を研磨した。
ｉ）端面を研磨した二次成形体をアウターセンターレスグラインダに置き、外円弧面を０．５ｍｍの研磨量で研磨した。
ｊ）外円弧面を研磨した二次成形体をインナーグラインダに置き、内円弧面を０．５ｍｍの研磨量で研磨した。
ｋ）内円弧面を研磨した二次成形体をインターナルスライサに置き、軸方向に沿ってスライスし、表面処理、着磁処理してリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を得た。

実施例２
ａ）３６ｇのアルミナ粉末と４０ｇのポリエチレングリコールコロイド溶液を均一に撹拌した。これを円筒形ゴム型に入れ、２００Ｍｐａで等方圧プレスし成型し、１２°Ｃで２時間乾燥し、半径ｒ＝５ｍｍ、長さＷ＝５０ｍｍのフレキシブル円柱コアを製造した。
ｂ）緩い充填状態で、成形装置に８６ｇの合金粉末を投入し、緩い状態での合金粉末の高さＬ１を３１ｍｍとした。
ｃ）フレキシブル円柱コアが水平になるように合金粉末内に埋め込み、投入した合金粉末の全高をＬとした場合、Ｌ／２の高さに位置させた。
ｄ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、粉末とコアとを一体成形し、離型後、円筒状素地を得た。
ｅ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高めた。
ｆ）焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結して緻密化し、一次成形体を得た。
ｇ）時効炉で一次成形体を時効処理し、二次成形体を得た。
ｈ）二次成形体をフラットグラインダに置き、０．５ｍｍの研磨量で端面を研磨した。
これ以降の機械加工工程については、実施例１と同じであるため、その説明は省略する。

比較例１
ａ）円柱コアを半径ｒ＝５ｍｍ、長さＷ＝５０ｍｍのステンレス製円柱コアとした。
ｂ）緩い充填状態で、成形装置に８６ｇの合金粉末を投入し、緩い状態での合金粉末の高さＬ１を３１ｍｍとした。
ｃ）ステンレス製円柱コアを合金粉末内に水平に埋め込み、投入した合金粉末の全高をＬとした場合、Ｌ／２の高さに位置させた。
ｄ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、合金粉末とステンレス製円柱コアとを一体成形し、離型後、円筒状素地を得た。
ｅ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高め、その後ステンレス製円柱コアを取り外した。
ｆ）焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結して緻密化し、一次成形体を得た。
これ以降の機械加工工程については、実施例１と同じであるため、その説明は省略する。

上記比較例１では、リング状焼結素地の連続製造中のステップｅ）において、ステンレス製円筒鋼コアを引き抜く（取り外す）際に、焼結後のリング状焼結素地の内側の大部分で、欠損現象が発生した。

比較例２
ａ）４５ｇのアルミナ粉末と６０ｇのポリエチレングリコールコロイド溶液を均一に撹拌した。これを円筒形ゴム型において、２００Ｍｐａで等方圧プレスし成型し、１２°Ｃで２時間乾燥し、半径ｒ＝６ｍｍ、長さＷ＝５０ｍｍのフレキシブル円柱コアを製造した。
ｂ）緩い充填状態で、成形装置に８６ｇの合金粉末を投入し、緩い状態での合金粉末の高さＬ１を３５ｍｍとした。
ｃ）フレキシブル円柱コアを合金粉末に水平に埋め込み、投入した合金粉末の全高をＬとした場合、Ｌ／２の高さに位置させた。
ｄ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、合金粉末とコアとを一体成形し、離型後、円筒状素地を得た。
ｅ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高めた。
ｆ）焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結して緻密化し、一次成形体を得た。
これ以降の機械加工工程については、実施例１と同じであるため、その説明は省略する。

比較例３
ａ）緩い充填状態で、成形装置に１１８ｇの合金粉末を投入した。
ｂ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、合金粉末を成形し、離型後、円筒状素地を得た。
ｃ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高めた。
ｄ）焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結して緻密化し、一次成形体を得た。
ｅ）一次成形体をフラットグラインダに置き、０．５ｍｍの研磨量で端面を研磨した。
ｆ）端面を研磨した一次成形体をアウターセンターレスグラインダに置き、外円弧面を０．５ｍｍの研磨量で研磨した。
ｇ）外円弧面を研磨した一次成形体に、ドリルで中心円孔を穿った。
これ以降の機械加工工程については、実施例１と同じであるため、その説明は省略する。

上記比較例３は、成形時の金型内部に如何なる円柱コアも用いていないため、製造工程では、工程ｇ）が存在し、穿孔に多くの時間を要すると同時に、材料の浪費が極めて大きくなった。

比較例４
ａ）緩い充填状態で、成形装置に８６ｇの合金粉末を投入し、緩い状態での合金粉末の高さＬ１を３５ｍｍとした。
ｂ）半径ｒ＝５ｍｍのアルミニウム製円柱コアを合金粉末に水平に埋め込み、投入した合金粉末の全高をＬとした場合、アルミニウム製円柱コアをＬ／２の高さに位置させた。
ｃ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、合金粉末を成形し、離型後、円筒状素地を得た。この円筒状素地内にはアルミニウム製円柱コアが埋め込まれたままである。
ｄ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高めた。
ｅ）内部にアルミニウム製円柱コアが存在する円筒状素地を焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結し、一次成形体を得た。

本比較例４では、工程ｅ）の焼結工程においてアルミニウムが溶融し、一次成形体の内円弧面と融着し、磁性体の外観および構造の損壊が激しく、後続の工程に進めず、歩留まり、材料使用率の測定ができなかった。

比較例５
ａ）緩い充填状態で、成形装置に８６ｇの合金粉末を投入し、緩い状態での合金粉末の高さＬ１を３５ｍｍとした。
ｂ）半径ｒ＝５ｍｍのセラミック製円柱コアを合金粉末内に水平に埋め込み、投入した合金粉末の全高をＬとした場合、セラミック製円柱コアをＬ／２の高さに位置させた。
ｃ）上部及び下部プレスヘッドを閉じ、１．５テスラの磁場で、合金粉末を成形し、離型後、円筒状素地を得た。この円筒状素地内にはセラミック製円柱コアが埋め込まれたままである。
ｄ）円筒状素地を密封した後に２００Ｍｐａで液体等方圧プレスし、密度を高めた。
ｅ）内部にセラミック製円柱コアが埋め込まれたままの円筒状素地を焼結温度１０３０°Ｃ、焼結時間１０時間、真空炉内で焼結し、一次成形体を得た。

上記工程ｅ）の終了後、一次成形体の外観を観察したところ、磁性体に亀裂が生じ、後続の工程に進めず、歩留まり、材料使用率の測定ができなかった。

表１に、各実施例及び比較例の素地歩留まり率および材料利用率を示す。
＜表１＞歩留まり率及び材料利用率

実施例１、２と比較例１～５を対比する。
比較例１はステンレス製円柱コア、比較例２はフレキシブル円柱コア、比較例４はアルミニウム製円柱コア、比較例５はセラミック製円柱コア、をそれぞれ使用したが、加工後の測定及び判定の結果、本発明の装置を用いて得られた製品は、いずれも材料利用率及び歩留まり率が高いことが分かる。比較例２は、フレキシブル円柱コアを用いているため材料利用率は高いが、フレキシブル円柱コアのサイズが本発明の範囲外と大きくしたことで、歩留まりが悪かった。比較例３は如何なる材質のコアも使用していないため、歩留まりは優れているものの、合金粉末供給量が多く、材料利用率が極めて低い。

以上のとおり、本発明の装置及び方法を用いて製造されたリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体は、材料利用率及び製品歩留まりを大幅に改善するとともに、その製造工程を簡素化・簡略化することができる。

上記の実施例は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものとして理解されるものではない。当業者は、本発明の技術思想から逸脱しない範囲で改良を行うことができるが、これらはすべて本発明の保護範囲に含まれる。

１ 上部プレスヘッド
２ 非磁性サイドプレート
３ 金型キャビティ及びその内部に投入された合金粉末
４ フレキシブル円柱コア
５ 下部プレスヘッド
６ 磁性サイドプレート
Ｌ 合金粉末の投入時高さ
Ｒ 上部及び下部プレスヘッドの半径
ｒ フレキシブル円柱コアの半径
Ｗ フレキシブル円柱コアの長さ
Ｈ 水平磁場方向

Claims (7)

1. リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置であって、
   上部プレスヘッド、下部プレスヘッド、対向する２枚の非磁性サイドプレートと、対向する２枚の磁性サイドプレートを含み、
   ２枚の前記非磁性サイドプレートと２枚の前記磁性サイドプレートの間に形成された空間において、前記下部プレスヘッドは前記空間の底部に位置し、前記上部プレスヘッドは前記空間の上部に位置し、
   前記上部プレスヘッドと前記下部プレスヘッドが対向する面の軸線方向と直交する断面は、いずれも同一半径Ｒの凹状半円弧面であり、
   前記上部プレスヘッドと前記下部プレスヘッドが合わさって形成される半径Ｒの円柱状空間の中心に配置される半径ｒのフレキシブル円柱コアを更に有し、
   前記フレキシブル円柱コアは、アルミナ、ジルコニアの１つ又は２つの混合粉末と、ポリエチレングリコールとの混合物であり、
   前記フレキシブル円柱コアの前記半径ｒは、２つの前記非磁性サイドプレートの内壁間の距離の１／２未満であり、かつ２ｍｍ＜ｒ＜５ｍｍである、
   ことを特徴とするリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置。
2. 前記フレキシブル円柱コアの長さＷは、対向する２つの前記磁性サイドプレートの内壁間の距離と同じであり、その軸方向が２つの前記磁性サイドプレート間の磁場方向と同じ方向に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置。
3. 前記下部プレスヘッドは、２つの前記非磁性サイドプレート及び２つの前記非磁性サイドプレートの間に形成された前記空間の底部に固定或いは移動可能に配置され、前記上部プレスヘッドは前記空間の上部に移動可能に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置。
4. 前記フレキシブル円柱コアのアルミナ及び／又はジルコニア粉末の重量比は５０％～９０％である、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の成形装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の成形装置を用いたリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法であって、
   （ステップａ）前記リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の原材料となる合金粉末を準備し、
   （ステップｂ）前記合金粉末を前記成形装置に緩く詰めるよう投入し、投入した前記合金粉末の全高をＬとした場合、Ｌ／２の高さに前記フレキシブル円柱コアをその軸方向が前記成形装置の磁場方向と平行となるよう前記合金粉末の中に置き、
   （ステップｃ）前記フレキシブル円柱コアが挿入された前記合金粉末に対し、前記上部プレスヘッド及び前記下部プレスヘッドによって圧力を加え、前記フレキシブル円柱コアが埋め込まれた状態の円筒状素地を得、
   （ステップｄ）前記円筒状素地を離型し、液体等方圧プレスして一次成形体を得、
   （ステップｅ）前記フレキシブル円柱コアが埋め込まれた状態の前記一次成形体を真空焼結炉に入れて焼結し、時効処理を施して円筒状の二次成形体を得、
   （ステップｆ）前記二次成形体の内外側の円弧面及び端面を研磨し、適宜厚さにスライスし、スライス後の成形体に表面処理を施し、着磁処理して、最終製品となる前記リング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体を得る、
   ことを特徴とするリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法。
6. 前記フレキシブル円柱コアは、
   （ステップ１）ポリエチレングリコール粉末と精製水を混合し、これを沸騰させてポリエチレングリコール接着剤を作成し、
   （ステップ２）前記ポリエチレングリコール接着剤と、アルミナ及び／又はジルコニア粉末を混合して半固体混合物を作成し、
   （ステップ３）前記半固体混合物を円筒型に入れ、真空密封した後に液体等方圧プレスし、プレス後の成形体を８０～１５０°Ｃで２～１０時間乾燥させて硬化させたものである、
   ことを特徴とする請求項５に記載のリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法。
7. 前記（ステップ１）における前記ポリエチレングリコール粉末の重量比は７０～９０％、前記（ステップ２）における前記フレキシブル円柱コアのアルミナ及び／又はジルコニア粉末の重量比は５０％～９０％である、
   ことを特徴とする請求項６に記載のリング状Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁性体の製造方法。
   
   
   
   

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