JPH07283057A - 永久磁石合金粉末の圧縮成形方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平行磁界成形によるよりも特性の優れた永久
磁石を簡易にかつ安価に得る。 【構成】 成形金型３により形成されるキャビティ７中
の永久磁石合金粉末８にパルスコイル２によってパルス
磁界を印加した後に静磁界コイル１によって静磁界を印
加しながら上パンチ５及び下パンチ６によってキャビテ
ィ７中の永久磁石合金粉末８が圧縮成形される。その様
に平行磁界成形において静磁界を印加する前にパルス磁
界を印加することで、潤滑剤を用いずに初期配向を向上
させることができ、この状態から静磁界を印加しつつ圧
縮成形することで、静磁界のみを用いた場合よりも高い
配向を持つ成形体を得ることができる。なお、パルスコ
イル２によるパルス磁界の印加とともに静磁界コイル１
には高い誘導電圧が発生するが、静磁界電源のサイリス
タの耐圧を上げることで対応することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石合金粉末の圧
縮成形方法に関するものであり、特に永久磁石合金粉末
の成形過程でパルス磁界を用いて高い配向を与える永久
磁石合金粉末の圧縮成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石の製造における磁界中成形方法
は、平行磁界成形と垂直磁界成形に大別される。垂直磁
界成形法では高い配向を持つ成形体が得られるが、複雑
な形状を持つ成形体を得ることは困難である。一方、平
行磁界成形法では配向の点で垂直磁界成形法に劣るもの
の、複雑形状の成形体が容易に得られる。特に、厚み方
向に磁化を持つ小型薄肉の磁石はほとんどの場合平行磁
界成形で製造されている。近年、かかる平行磁界成形で
製造される小型薄肉の磁石の需要は増加する一方にあ
り、その特性改善が強く望まれ、平行磁界成形で高い配
向を持つ成形体を得る為の方法が種々検討されているて
いる。

【０００３】磁界中成形法における成形体の配向を改善
する方法としては、潤滑剤添加法が広く用いられてい
る。永久磁石の製造にあたって磁界中成形される磁粉の
場合、粉同士が磁気凝集し配向しにくくなっているが、
かかる潤滑剤添加法によれば、成形される磁粉同士の摩
擦が減少し、配向しやすくなるという利点がある。しか
しかかる潤滑剤添加法の適用にあたっては潤滑剤の量が
多すぎると成形体の強度が低下するという問題があり、
強度上ハンドリングに支障の生じない範囲で潤滑剤を添
加する必要があり、その点で潤滑剤添加法には限界があ
る。

【０００４】そこで、成形体の配向を改善する他の方法
としてパルス磁界を利用する方法が提案されている。こ
のパルス磁界を利用する方法は粉同士の摩擦よりも大き
な力を被成形磁粉に加えて配向させようとするものであ
る。このようにパルス磁界を利用する場合、パルス磁界
印加中に成形が完了しないと、磁粉が再度凝集したり、
パンチの運動で配向が乱れるという問題がある。かかる
問題に鑑みパルス磁界を利用して成形体の配向を改善す
る方法を実用化する提案として特公平１−２８０８２号
公報には、パルス圧縮を用いた成形方法が開示されてい
る。また、特開平５−２３４７８９号には成形過程の途
中において磁石粉末の密度が所定の範囲内にあるとき複
数回のパルス磁界を印加し配向を改善する方法が開示さ
れている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】しかし以上の従来の永久磁石合金粉末の圧
縮成形方法すなわちパルス磁界を利用して成形体の配向
を改善して被成形体を磁場中圧縮成形する方法には次の
ような問題があった。まず特公平１−２８０８２号に示
されるパルス圧縮により成形を完了する方法では、次の
ような問題があった。この特公平１−２８０８２号に示
される方法で成形を完了するためには１０〜２０ｋｇｆ
・ｍ程度の大きな成形エネルギーを０．１〜数ｍｓｅｃ
の時間内に成形体に与える必要があり、そのためには空
気銃により上パンチを数１０ｍ／ｓｅｃの高速で運動さ
せる成形装置が必要となる。したがって特公平１−２８
０８２号に示されるように高速成形により成形を完了す
る方法では、従来の油圧プレス機を全く利用できないと
いう問題が生じ、新規に上述の性能を満足する成形装置
を設備する必要がありその点でコスト上の問題が生じ
る。

【０００６】また、特開平５−２３４７８９号に示す成
形過程の途中においてパルス磁界を複数回印加する方法
においては次のような問題があった。通常パルス磁界を
印加するためにはパルスコイルに大電流を流さなければ
ならない。このパルスコイルに流される大電流はコンデ
ンサーバンクにより供給される。しかしその大電流用コ
ンデンサーバンクの充電には１ｓｅｃ程度の時間がかか
り、成形過程の途中においてパルス磁界を複数回印加す
るためにはコンデンサーバンクに複数回充電する必要が
あるためその結果１回の成形時間として数ｓｅｃ必要と
なる。この様に１回の成形時間に数ｓｅｃ必要となるの
では通常の磁場中成形では１回の成形時間が１秒程度で
あるからそれに比較してこの特開平５−２３４７８９号
に示されるパルス磁界を複数回印加する方法では、生産
性が大幅に落ちてしまうこととなる。そこでこれを避け
るためにはコンデンサーバンクをパルス磁界印加回数に
相当する台数だけ増設する必要があるという問題が生じ
る。また、その他にもこのパルス磁界を複数回印加する
方法ではコイルの発熱が大きくなり長時間の運転すなわ
ち長時間連続した磁場中圧縮成形ができないという問題
がある。

【０００７】本発明は、以上の従来技術における問題に
鑑みてなされたものであって、通常の平行磁界成形によ
るよりも特性の優れた永久磁石を簡易にかつ安価に得る
ことができる永久磁石合金粉末の圧縮成形方法を提供す
ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【０００８】本発明者らは、上記課題を念頭に、従来の
平行磁界成形機にパルスコイルをどのように組み込むか
という点と、パルス磁界と静磁界の印加パターンとを種
々検討し、その結果本発明を創出するに至った。すなわ
ち本発明の永久磁石合金粉末の圧縮成形方法は、永久磁
石合金粉末を磁界中で配向させ圧縮成形を行なう永久磁
石合金粉末の圧縮成形方法において、成形金型により形
成されるキャビティ中の永久磁石合金粉末にパルス磁界
を印加した後に静磁界を印加することを特徴とする。パ
ルス磁界の強度は５０ｋＯｅ以下とするのが良く、好ま
しくは１０〜５０ｋＯｅ、最も好ましくは１５〜５０ｋ
Ｏｅとするのがよい。パルス磁界の強度を５０ｋＯｅ以
下とするのはそれを越えてパルス磁界を加えても得られ
る永久磁石の特性の向上がないからである。また前記パ
ルス磁界と静磁界の印加時間間隔はより短いほうが好ま
しく、パルス磁界を印加後０〜０．５ｓｅｃ後に静磁界
を印加するのが良い。パルス磁界と静磁界の印加時間間
隔を短くすることによって配向された磁粉の再磁気凝集
を防ぐことができパルス磁界を印加後０．５ｓｅｃを経
過した後に静磁界を印加しても磁粉の再磁気凝集によっ
てパルス磁界印加の効果が損なわれる。

【０００９】また本発明の永久磁石合金粉末の圧縮成形
装置は、磁界発生手段の内側に成形金型を配設し、磁界
発生手段により配向させられた永久磁石合金粉末を成形
金型により形成されるキャビティ中で圧縮成形する上パ
ンチ及び下パンチを有する永久磁石の成形装置におい
て、前記磁界発生手段が静磁界コイルと、その静磁界コ
イルの内側に配設されるパルスコイルとよりなることを
特徴とする。

【００１０】前記金型の材質として絶縁体を用いるのが
好ましい。それによりパルス磁界の印加により成形金型
内に渦電流が誘導されることが防止され、渦電流に起因
する成形磁場に対する逆磁界の発生が防止されるからで
ある。かかる絶縁体としては種々のセラミックがある。
前記成形金型の材質としては導電性サイアロンを用いる
のが好ましい。導電性サイアロンは電気抵抗が大きいこ
とからパルス磁界の印加により成形金型内に誘導される
渦電流を小さく抑えて渦電流に起因する逆磁界を小さく
抑えることができると共に、加工が容易であって金型と
して加工するのが簡易であるからである。また前記成形
金型の材質として非磁性超硬合金を用いるのが好まし
い。非磁性超硬合金は非磁性であることからパルス磁界
の印加により成形金型内に誘導される渦電流に起因する
逆磁界を小さく抑えることができると共に機械的強度が
極めて高いという利点を備えるからである。ここにいう
非磁性超硬合金としてはＷＣがある。

【００１１】また成形金型の材質として非磁性超硬合金
を用いる場合、非磁性超硬合金よりなる成形金型の磁界
方向に対する垂直方向の厚みは薄いほうが好ましく、具
体的には磁界方向に対する垂直方向の厚みを１５mm以下
とするのがよい。それによりパルス磁界の印加により成
形金型内に誘導される渦電流に起因する逆磁界がより小
さく抑えられ、磁界方向に対する垂直方向の厚みが１５
mmを越える場合にはパルス磁界の印加により成形金型内
に誘導される渦電流に起因する逆磁界の悪影響が生じる
からである。具体的にはパルス磁界強度が渦電流による
逆磁界で１０％以上低下してしまう。

【００１２】さらに成形金型の材質として非磁性超硬合
金を用いる場合、非磁性超硬合金よりなる成形金型の断
面積（Ａ）のキャビティの断面積（Ｂ）に対する比率
（Ａ／Ｂ）を１０以下とするのが好ましい。それにより
パルス磁界の印加により成形金型内に誘導される渦電流
に起因する逆磁界がより小さく抑えられ、成形金型の断
面積（Ａ）のキャビティの断面積（Ｂ）に対する比率
（Ａ／Ｂ）が１０を越える場合にはパルス磁界の印加に
より成形金型内に誘導される渦電流に起因する逆磁界の
悪影響が生じるからである。具体的にはパルス磁界強度
が渦電流による逆磁界で１０％以上低下してしまう。

【００１３】

【作用】従って以上の本発明の永久磁石合金粉末の圧縮
成形方法によれば平行磁界成形において静磁界を印加す
る前にパルス磁界を印加することで、潤滑剤を用いずに
初期配向を向上させることができる。この状態から静磁
界を印加しつつ圧縮成形することで、静磁界のみを用い
た場合よりも高い配向を持つ成形体を得ることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の一実施例の永久磁石合金粉末
の圧縮成形装置の一実施例について図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例の永久磁石合金粉末の圧
縮成形装置を示す。図に示されるように本実施例の永久
磁石合金粉末の圧縮成形装置では上下に磁界発生手段と
しての静磁界コイル１が配置され、そのうち下方の静磁
界コイル１の内側にこれも磁界発生手段としてのパルス
コイル２が設置され、このパルスコイル２の内側にＷＣ
を材質とした成形金型３が配置される。なお、本実施例
の永久磁石合金粉末の圧縮成形装置でパルスコイル２を
配置した空間には従来の永久磁石合金粉末の圧縮成形装
置では成形金型３を補強、保持するための金型が置かれ
ていた。しかしながら、本発明者らの検討により平行磁
界成形における成形体は厚さが高々数mmであり、成形圧
力も１ｔｏｎ程度であるからこの補強金型は不要である
ことが明らかとなった。従ってかかる従来の補強金型設
置位置に本実施例の永久磁石合金粉末の圧縮成形装置で
はパルスコイル２が設置される。また本実施例では非磁
性超硬合金であるＷＣを材料とした成形金型３を適用し
たが、成形金型３の材料としては導電性サイアロンを適
用しても良い。

【００１５】図示されるように上下に配置された静磁界
コイル１の内側にはそれぞれに鉄芯４が上下動可能に配
置されて、かかる上下の鉄芯４はそれぞれ図示しない駆
動源に駆動連結される。また上下の鉄芯４にはそれぞれ
一体に上パンチ５、下パンチ６が取り付けられ、その上
パンチ５と下パンチ６の取り付け位置は成形金型３によ
って形成されるキャビティ７中に上パンチ５と下パンチ
６が進退動できる位置とされる。前記成形金型３の静磁
界コイル１及びパルスコイル２によって印加される磁界
方向Ｃに対する垂直方向Ｄの厚みＥは１５mm以下に設定
されており、かつ図２に示されるように成形金型３の断
面積（Ａ）のキャビティ７の断面積（Ｂ）に対する比率
（Ａ／Ｂ）は１０以下に設定されている。それによりパ
ルス磁界の印加により成形金型３内に誘導される渦電流
に起因する逆磁界がより小さく抑えられる。具体的には
パルス磁界強度の渦電流による逆磁界による低下が１０
％以内に抑えられた。従って以上の実施例の永久磁石合
金粉末の圧縮成形装置によれば本発明の永久磁石合金粉
末の圧縮成形方法を適用して成形金型３により形成され
るキャビティ７中の永久磁石合金粉末８にパルスコイル
２によってパルス磁界を印加した後に静磁界コイル１に
よって静磁界を印加しながら上パンチ５及び下パンチ６
によってキャビティ７中の永久磁石合金粉末８が圧縮成
形される。その際パルスコイル２によるパルス磁界の印
加とともに静磁界コイル１には高い誘導電圧が発生する
が、静磁界電源のサイリスタの耐圧を上げることで対応
することができる。

【００１６】次に以上の本発明の永久磁石合金粉末の圧
縮成形装置を用いて本発明の永久磁石合金粉末の圧縮成
形方法を実施して永久磁石を製造した実施例について説
明する。被成形体原料として用いた合金粉末の組成は、
Ｎｄ：２９．８、Ｂ：０．９１、Ｄｙ：１．１、Ｎｂ：
０．３５、Ｇａ：０．０７５、Ｐｒ：０．４５、（ｗｔ
％）、Ｆｅ：ｂａｌ．であり、成形圧力は０．８ｔｏｎ
／ｃｍ²とした。この成形体を真空中で１，１００℃×
２時間の焼結の後、１段目の熱処理をＡｒ雰囲気中で９
００℃×２時間行い、室温まで急冷後２段目の熱処理を
Ａｒ雰囲気中で６２０℃×１時間行った。

【００１７】図３に本実施例において用いた磁場中成形
におけるパルス磁界と静磁界の印加パターンを示す。パ
ルス磁界は半値幅が５ｍｓｅｃ、強度は３０ｋＯｅであ
る。また、静磁界の立ち上がり時間は０．５ｓｅｃ、強
度は１７ｋＯｅであり、パルス磁界印加とともに静磁界
を印加した。本実施例においては同時に印加を開始し
た。図４には、パルス磁界を印加した後、停止時間を種
々設定して上パンチを一時停止させて保持した後、上パ
ンチの停止を解除して成形し、得られた永久磁石につい
て磁気特性（最大エネルキ゛ー積ＢＨmax(MGOe)）を評価した
結果を示す。図に示されるように上パンチの保持時間が
長くなるほど磁気特性が低下する。これは上パンチの保
持過程において磁粉が再凝集して配向が乱れるからであ
る。この結果からパルス磁界と、静磁界の印加時間の間
隔はより短い方が好ましいことが判る。

【００１８】図５に他は本実施例と同様にしてパルス磁
界を印加せずに静磁界のみを印加し磁場中成形して得ら
れた比較例の永久磁石と本実施例の永久磁石の磁気特性
（最大エネルキ゛ー積ＢＨmax(MGOe)）を調査した結果を対比
して示す。図に示されるように被成形磁粉の印加時密度
がどの程度であっても、本実施例によって得られた永久
磁石の磁気特性が良好であり、特に印加時密度２．４ｇ
／ｃｃ以上では本実施例の永久磁石の磁気特性が格段に
良好である。図６にはパルス磁界を種々設定して圧縮成
形を行ったときの得られる永久磁石の磁気特性（最大エネ
ルキ゛ー積ＢＨmax(MGOe)）の変化を示す図であり、図に示
されるようにパルス磁界が多きいほど得られる永久磁石
の磁気特性は良好になるがパルス磁界が５０ｋＯｅを越
えても特に磁気特性の改善は認められないことから、パ
ルス磁界は５０ｋＯｅ以下とするのが適当であることが
判る。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば磁界発生手
段が静磁界コイルと、その静磁界コイルの内側に配設さ
れるパルスコイルとよりなる永久磁石合金粉末の圧縮成
形装置を用いて成形金型により形成されるキャビティ中
の永久磁石合金粉末にパルス磁界を印加した後に静磁界
を印加して圧縮成形を行なう様にしたので平行磁場成形
においても配向性の高い成形体を得ることができ、簡易
かつ安価に特性の良好な永久磁石を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の永久磁石合金粉末の圧縮
成形装置を示す断面図である。

【図２】 図１に示す永久磁石合金粉末の圧縮成形装置
の部分斜視図である。

【図３】 本発明の永久磁石合金粉末の圧縮成形方法の
一実施例において用いた磁場中成形におけるパルス磁界
と静磁界の印加パターンを示す図である。

【図４】 パルス磁界を印加した後、上パンチ一時停止
時間を種々設定して圧縮成形し、得られた永久磁石につ
いて磁気特性（最大エネルキ゛ー積ＢＨmax(MGOe)）を評価し
た結果を示す図。

【図５】 比較例の永久磁石と本実施例の永久磁石の磁
気特性（最大エネルキ゛ー積ＢＨmax(MGOe)）を調査した結果
を対比して示す図。

【図６】 パルス磁界を種々設定して圧縮成形を行った
ときの得られる永久磁石の磁気特性（最大エネルキ゛ー積ＢＨ
max(MGOe)）の変化を示す図である。

【符号の説明】

１・・・静磁界コイル、２・・・パルスコイル、３・・
・成形金型、５・・・上パンチ、６・・・下パンチ、７
・・・キャビティ、８・・・永久磁石合金粉末。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石合金粉末を磁界中で配向させ圧
   縮成形を行なう永久磁石合金粉末の圧縮成形方法におい
   て、成形金型により形成されるキャビティ中の永久磁石
   合金粉末にパルス磁界を印加した後に静磁界を印加する
   ことを特徴とする永久磁石合金粉末の圧縮成形方法。
2. 【請求項２】 パルス磁界の強度を５０ｋＯｅ以下とす
   る請求項１記載の永久磁石合金粉末の圧縮成形方法。
3. 【請求項３】 パルス磁界を印加後０〜０．５ｓｅｃ後
   に静磁界を印加する請求項１記載の永久磁石合金粉末の
   圧縮成形方法。
4. 【請求項４】 前記金型の材質として絶縁体を用いる請
   求項１〜請求項３の何れか一に記載の永久磁石合金粉末
   の圧縮成形方法。
5. 【請求項５】 前記金型の材質として導電性サイアロン
   を用いる請求項１〜請求項３の何れか一に記載の永久磁
   石合金粉末の圧縮成形方法。
6. 【請求項６】 前記金型の材質として非磁性超硬合金を
   用い、用いられる非磁性超硬合金の厚みを磁界方向に対
   する垂直方向において１５ｍｍ以下とする請求項１〜請
   求項３の何れか一に記載の永久磁石合金粉末の圧縮成形
   方法。
7. 【請求項７】 前記金型の材質として非磁性超硬合金を
   用い、非磁性超硬合金よりなる成形金型の断面積（Ａ）
   のキャビティの断面積（Ｂ）に対する比率（Ａ／Ｂ）を
   １０以下とする請求項１〜請求項３の何れか一に記載の
   永久磁石合金粉末の圧縮成形方法。
8. 【請求項８】 磁界発生手段の内側に成形金型を配設
   し、磁界発生手段により配向させられた永久磁石合金粉
   末を成形金型により形成されるキャビティ中で圧縮成形
   する上パンチ及び下パンチを有する永久磁石の成形装置
   において、前記磁界発生手段が静磁界コイルと、その静
   磁界コイルの内側に配設されるパルスコイルとよりなる
   永久磁石合金粉末の圧縮成形装置。
9. 【請求項９】 前記金型の材質として絶縁体を用いてな
   る請求項８に記載の永久磁石合金粉末の圧縮成形装置。
10. 【請求項１０】 前記成形金型の材質として導電性サイ
    アロンを用いてなる請求項８記載の永久磁石合金粉末の
    圧縮成形装置。
11. 【請求項１１】 前記成形金型の材質として非磁性超硬
    合金を用いてなる請求項８記載の永久磁石合金粉末の圧
    縮成形装置。
12. 【請求項１２】 非磁性超硬合金よりなる成形金型の磁
    界方向に対する垂直方向の厚みを１５mm以下とした請求
    項１１記載の永久磁石合金粉末の圧縮成形装置。
13. 【請求項１３】 非磁性超硬合金よりなる成形金型の断
    面積（Ａ）のキャビティの断面積（Ｂ）に対する比率
    （Ａ／Ｂ）を１０以下とする請求項１１記載の永久磁石
    合金粉末の圧縮成形装置。