JPWO2008084611A1 - 成形装置 - Google Patents
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Abstract
磁界中でより等しい結晶方位関係を有する合金原料粉末の結晶破面が組み合わさるようにして、極めて高い配向性を有する成形体を成形できる成形装置を提供することにある。本発明の成形装置１は、磁界または電界中で分極する粉末が充填されるキャビティ２２と、このキャビティ内に充填された粉末に対し磁場または電場の印加を可能とする磁場または電場発生手段４と、磁界または電界発生手段によって磁場または電場を印加した状態で粉末を攪拌して配向させる攪拌手段５４と、攪拌して配向したものに対し、磁界または電界中で圧縮力を加えて成形する加圧手段３１、３２とを備える。
Description
本発明は、粉末を圧縮成形して成形体を製作するための成形装置に関し、より詳しくは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石等の希土類永久磁石を製造する場合に用いられる成形装置に関する。
希土類永久磁石、特に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（所謂、ネオジム磁石）は、鉄と、安価であって資源的に豊富で安定供給が可能なＮｄ、Ｂの元素の組み合わせからなることで安価に製造できると共に、高磁気特性（最大エネルギー積はフェライト系磁石の１０倍程度）を有することから、電子機器など種々の製品に利用され、近年では、ハイブリッドカー用のモーターや発電機への採用も進んでいる。
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の製造方法の一例として粉末冶金法が知られており、この方法では、先ず、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを所定の組成比で配合し、溶解、鋳造して合金原料を作製し、例えば水素粉砕工程により一旦粗粉砕し、引き続き、例えばジェットミル微粉砕工程により微粉砕して、合金原料粉末を得る。次いで、得られた合金原料粉末を磁界中で配向（磁場配向）させ、磁場を印加した状態で圧縮成形して成形体を得る。そして、この成形体を所定の条件下で焼結させて焼結磁石が作製される。
磁界中の圧縮成形法として、一般に一軸加圧式の圧縮成形機が用いられ、この圧縮成形機は、ダイの貫通孔に形成したキャビティに合金原料粉末を充填し、上下一対のパンチによって上下方向から加圧（プレス）して合金原料粉末を圧縮成形するものであるが、一対のパンチによる圧縮成形の際、キャビティに充填された合金原料粉末における粒子間の摩擦や合金原料粉末とパンチにセットした金型の壁面との摩擦によって高い配向性が得られず、磁気特性の向上が図れない。このことから、キャビティに合金原料粉末を充填した後、磁場配向の際に上パンチ及び下パンチの少なくとも一方を加圧方向（プレス方向）に振動させる機構を有する圧縮成形装置が知られている。（例えば、特許文献１）。
国際公開２００２／６０６７７号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）
この圧縮成形装置では、磁場配向時に上パンチ及び下パンチのいずれか一方で振動させているだけであるため、キャビティ内での合金原料粉末の粒子同士の位置関係は、キャビティ内に充填した状態から殆ど変化しない。従って、磁場配向方向で隣り合う合金原料粉末の粒子同士の結晶破面（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の合金原料粉末は、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを配合し、溶解、合金化した後に粉砕して作製されているため、この合金原料粉末の表面には、結晶破面が形成されている）が合わない場合には、結局、合金原料粉末の粒子間に間隙が残って、磁場配向方向に合金原料粉末の磁化容易軸が揃わず、この状態で圧縮成形すると配向が乱れ、高い配向性の成形体が得られないという問題がある。
そこで、上記点に鑑み、本発明の目的は、磁界または電界中でより等しい結晶方位関係を有する粉末の結晶破面が組み合わさるようにして、極めて高い配向性の成形体が得られるように構成した成形装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１記載の成形装置は、磁界または電界中で分極する粉末が充填される充填室と、この充填室内に充填された粉末に対し磁場または電場の印加を可能とする磁場または電場発生手段と、磁界または電界発生手段によって磁場または電場を印加した状態で粉末を攪拌して配向させる攪拌手段と、攪拌して配向したものに対し、磁界または電界中で圧縮力を加えて成形する加圧手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、充填室に充填した粉末を、磁界中または電界中で攪拌手段によって粉末を攪拌して配向させることができるため、充填室における粉末の粒子同士の位置関係が、充填室内に充填した状態から変化して、磁場または電場配向方向における結晶破面の組み合わせの中から、より等しい結晶方位関係を有する結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃い、高い配向性を有する配向体が得られる。そして、加圧手段によって、等しい結晶方位関係を有する結晶破面同士が結合した状態で粉末を圧縮成形できるため、高い配向性を有する成形体が得られると共に、等しい結晶方位関係を有する結晶破面同士が強固に結合していることで、低い成形圧力で高密度の成形体が得られる。その結果、成形体の強度が強くなって不良の発生率を低下できる。
前記攪拌手段を、充填室内に対して進退自在に設けておけば、粉末を圧縮成形して成形体を得るための作業性を向上できてよい。
前記充填室は、この充填室内への前記粉末の充填が行われる開口を有し、前記攪拌手段を充填室内に移動させたとき、この開口を塞ぐ蓋体を前記攪拌手段に一体に設けておけば、攪拌中に粉末が充填室外側に飛び出すことが防止できる。
前記攪拌手段を非磁性材料から構成しておけば、例えば、磁界中で永久磁石用の合金原料粉末を攪拌する際に、攪拌手段に合金原料粉末が付着して、合金原料粉末の攪拌が不十分になり、磁界が乱れることが防止できる。
前記磁界発生手段は、磁界の強さが５〜３０ｋ０ｅの範囲の静磁界を発生できるものであることが好ましい。希土類永久磁石を作製する場合に、磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、３０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎ、また、装置の耐久性が低くなり、現実的ではない。
他方で、前記磁界発生手段は、磁界の強さが５〜５０ｋ０ｅの範囲の脈動パルス磁界を発生できるものであってもよい。これにより、充填室に充填した粉末自体に対し振動を加えることができて、より一層配向性を向上できる。但し、磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、５０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎ、また、装置の耐久性が低くなり、現実的ではない。
尚、前記粉末は、例えば、急冷法により作製した希土類磁石用の合金原料粉末である。これにより、合金原料粉末が角張った粒形状となって、一つの結晶破面の面積を大きくでき、合金原料粉末の粒子間の隙間を小さくでき、合金原料粉末の流動性を向上させてより等しい結晶方位関係を有する合金原料粉末の結晶破面が組み合わされる機会が多くなることと相俟って配向性をより一層高くできる。その結果、本発明の成形装置を用いると、配向の乱れがなくて高密度であり、高磁気特性の永久磁石が得られる。
以上説明したように、本発明の成形装置では、磁界または電界中でより等しい結晶方位関係を有する粉末の結晶破面が組み合わさるようにして、極めて高い配向性の成形体が製作できるという効果を奏する。
図１乃至図５を参照して説明すれば、１は、本発明の成形装置であり、成形装置１は、希土類永久磁石、特に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（配向体、成形体を含む）を製作することに適している。成型装置１は、加圧方向（プレス方向）が磁場配向方向に垂直である一軸加圧式の圧縮成形機であり、脚片１１で支持されたベースプレート１２を有する。ベースプレート１２の上方にはダイ２が配置され、ダイ２は、ベースプレート１２を貫通孔する複数本の支柱１３で支持され、各支柱１３の他端がベースプレート１２の下方に設けた連結板１４に連結されている。連結板１４は、駆動手段、例えば公知の構造の油圧シリンダのシリンダロッド１５に接続され、これにより、下部油圧シリンダを作動させて連結板１４を昇降させると、ダイ２が上下方向（加圧方向Ｙ）に移動自在になる。
ダイ２の略中央部には上下方向の貫通孔２１が形成され、貫通孔２１には、その下側から、ベースプレート１２の上面略中央部に上方に向かって立設した下パンチ３１が挿入でき、下部油圧シリンダを作動させてダイ２を下降すると、貫通孔２１内に下パンチ３１が挿入されて貫通孔２１内にキャビティ（充填室）２２が画成される。キャビティ２２に対しては、公知の構造の給粉装置（図示せず）が進退自在であり、この給粉装置によってキャビティ２２内に、予め秤量された後述の合金粉末材料が充填される。
ダイ２の上方には、ベースプレート１２に対向させてダイベース１６が配置される。ダイベース１６の下面には、キャビティ２２に挿入可能な位置に上パンチ３２が設けられ、上下一対の上パンチ３２及び下パンチ３１が加圧手段を構成する。また、ダイベース１６の隅部には、上下方向の貫通孔が形成され、各貫通孔には、一端がダイ２の上面に固定されたガイドロッド１７が挿通している。また、ダイベース１６の上面には駆動手段、例えば公知の構造の油圧シリンダ（図示せず）のシリンダロッド１８が接続され、この油圧シリンダを作動させると、ガイドロッド１７に案内されてダイベース１６が昇降自在、ひいては上パンチ３２が上下方向（加圧方向）に移動自在になり、上下方向に移動自在なダイ２の貫通孔２１内に挿入できる。これにより、圧縮成形時には、キャビティ２２内で、上下一対のパンチ３１、３２とによって、合金原料粉末Ｐに圧縮力が加えられて成形され、所定形状の成形体が得られる（成形工程）。
また、ダイ２の外周には、キャビティ２２内の合金原料粉末Ｐを磁場配向させるために、磁界発生装置４が設けられている。磁界発生装置４は、ダイ２を両側から挟むように対称に配置され、軟鋼、純鉄やパーメンジュールなどの透磁率の高い材料製の一対のヨーク４１ａ、４１ｂを有する。両ヨーク４１ａ、４１ｂにはコイル４２ａ、４２ｂが巻回され、各コイル４２ａ、４２ｂに通電することで、加圧方向（上下方向Ｙ）と直交する方向Ｘに静磁界が発生し、これにより、キャビティ２２内に充填した合金原料粉末Ｐを配向できる。
磁界中で分極する粉末である合金原料粉末Ｐは次のように作製される。即ち、Ｆｅ、Ｂ、Ｎｄを所定の組成比で配合し、急冷法、例えばストリップキャスト法により０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの合金を先ず作製する。他方で、遠心鋳造法で５ｍｍ程度の厚さの合金を作製してもよく、配合の際にＣｕ、Ｚｒ、Ｄｙ、ＡｌやＧａを少量添加してもよい。次いで、作製した合金を、公知の水素粉砕工程により粗粉砕し、引き続き、ジェットミル微粉砕工程により窒素ガス雰囲気中で微粉砕し、平均粒径２〜１０μｍの合金原料粉末を得る。この場合、急冷法を用いると、合金原料粉末Ｐが角張った粒形状となって、一つの結晶破面の面積が大きくでき、合金原料粉末Ｐ相互間の隙間を小さくできる。
上記のように作製した合金原料粉末Ｐには、流動性を向上させるために、好ましくは所定の混合割合で潤滑剤が添加され、この潤滑剤によって合金原料粉末Ｐの表面が被覆される。潤滑剤としては、金型に傷をつけたりすることがないように粘性が低い固体潤滑剤や液体潤滑剤が用いられる。固体潤滑剤として、層状化合物（ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＭｏＳｅ、黒鉛、ＢＮ、ＣＦｘ等）、軟質金属（Ｚｎ、Ｐｂ等）、 硬質物質（ダイア粉末、ＴｉＮ粉末等）、有機高分子（ＰＴＥＥ系、ナイロン系脂肪族系、高級脂肪族系、脂肪酸アマイド系、脂肪酸エステル系、金属石鹸系等）が挙げられ、特に、ステアリン酸亜鉛、エチレンアマイド、フルオロエーテル系グリースを用いることが好ましい。
他方で、液体潤滑剤としては、天然油脂材料（ヒマシ油、椰子油、パーム油等の植物油、鉱物油、石油系油脂等）、有機低分子材料（低級脂肪族系、低級脂肪酸アマイド系、低級脂肪酸エステル系）が挙げられ、特に、液状脂肪酸、液状脂肪酸エステル、液状フッ素系潤滑剤を用いることが好ましい。液体潤滑剤は、界面活性剤と共に使用したり、溶媒で薄めて用いられ、焼結後に残る潤滑剤の残留炭素成分が磁石の保磁力の低下させることから、焼結工程で取り除きやすいように低分子量の物が望ましい。
合金原料粉末Ｐに固体潤滑剤を添加する場合、０．０２ｗｔ％〜０．１ｗｔ％混合割合で添加すればよい。０．０２ｗｔ％より小さいと、合金原料粉末Ｐの流動性が向上せず、結局、配向性を向上しない。他方で、０．１ｗｔ％を超えると、焼結磁石を得たとき、この焼結磁石中に残留する炭素の影響を受けて保磁力が低下する。また、合金原料粉末Ｐに液体潤滑剤を添加する場合、０．０５ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲の割合で添加すればよい。０．０５ｗｔ％より小さいと、合金原料粉末の流動性が向上せず、結局、配向性を向上できない虞があり、他方で、５ｗｔ％を超えると、焼結磁石を得たとき、この焼結磁石中に残留する炭素の影響を受けて保磁力が低下する。尚、潤滑剤は、固体潤滑剤と液体潤滑剤との両方を添加すれば、合金原料粉末Ｐの隅々まで潤滑剤が行き渡り、より高い潤滑効果によって、より高い配向性が得られる。
上記のように作製した合金原料粉末Ｐをダイ２の貫通孔２１に形成したキャビティ２２に充填した後、上下一対のパンチ３１、３２によって上下方向から加圧して合金原料粉末Ｐが圧縮成形されるが、その際、高い配向性が得られようにして、磁気特性の向上が図れるようにする必要がある。そこで、本実施の形態では、攪拌装置５をキャビティ２２に対して進退自在に設けることとした。そして、合金原料粉末Ｐを充填室であるキャビティ２２に充填した後、上下一対のパンチ３１、３２による圧縮成形（成形工程）に先だって、磁界発生装置４の各コイル４２ａ、４２ｂに通電して静磁界を発生させた状態（磁界中）で、キャビティ２２内の合金原料粉末Ｐを攪拌させながら磁場配向できるように（配向工程）、成形装置１を構成した。
攪拌装置５は、ダイ２の上面に平行に設けた支持板５１を有し、支持板５１の上面には、公知の構造を有する液圧シリンダ５２が設けられている。支持板５１の下側に突出した液圧シリンダ５２のシリンダロッド５２ａには公知の構造のエアー駆動型のモータ５３が取付けられ、シリンダロッド５２ａの長手方向軸線上に位置させて配置したモータ５３の回転軸５３aには、回転羽根５４が取付けられ（回転攪拌）、回転軸５３ａ及び回転羽根５４が攪拌手段を構成する。回転羽根５４は、スクリュー翼（プロペラ翼）式のものであり、回転軸５３ａ及び回転羽根５４は非磁性材料、例えば、１８−８ステンレス製である。回転軸５３ａ及び回転羽根５４を非磁性材料製とすることで、磁界中で合金原料粉末を攪拌する際に、攪拌手段に合金原料粉末Ｐが付着して、合金原料粉末Ｐの攪拌が不十分になり、磁界が乱れることが防止できる。
支持板５１は、上下方向Ｘと直角な方向に延びる２本の案内レール５５に取付けられ、案内レース５５に沿って支持板５１をスライドさせることで、攪拌装置５がキャビティ２２に対し進退自在となる。この場合、給付装置も、同じ案内レール５５に取付けてキャビティ２２に対し進退自在となるようにしてもよい。そして、案内レール５５に設けたストッパ（図示せず）で停止すると、上下一対のパンチ３１、３２の長手方向軸線上に、回転軸５３ａが位置するように位置決めされる。また、モータ５３の回転軸５３ａには、非磁性材料製の蓋板５６が取付けられ、この蓋体５６は、シリンダ５２を作動させて回転羽根５４をキャビティ２２内の所定位置まで下降させたとき、ダイ２の上面に当接して貫通孔２１の上方を塞ぎ、攪拌中に合金粉末材料Ｐがキャビティ２２の外側に飛び出すことを防止する役割を果たす。
これにより、合金原料粉末Ｐを磁場配向する際に、合金原料粉末Ｐに潤滑剤を添加することで合金原料粉末の流動性が向上することと、磁場を印加しながらキャビティ２２内に充填した流動性の高い合金原料粉末Ｐを攪拌することで、キャビティ２２内での合金原料粉末Ｐの粒子同士の位置関係が、キャビティ２２内に充填した状態から変化することとが相俟って、より等しい結晶方位関係を有する合金原料粉末Ｐの結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面同士が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて揃う。この状態で圧縮成形することで、配向の乱れのない高密度の成形体Ｍとなり（図５参照）、成形体の強度が強くなって不良の発生率を低下できると共に、高磁気特性の成形体Ｍ（永久磁石）が得られる。この場合、キャビティ２２内に充填される合金原料粉末Ｐに樹脂バインダーを混合しておけば、高磁気特性の希土類ボンド磁石（成形体）が得られる。
次に、図１乃至図５を参照して、本発明の成形装置１を用いたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の製造について説明する。先ず、ダイ２及び下パンチ３１の各上面が面一であり、上パンチ３２が上端に位置する待機位置から（図１参照）、液圧シリンダを作動させてダイ２を所定位置まで上昇させ、貫通孔２１内にキャビティ２２を画成する。次いで、図示しない給粉装置によって、予め秤量し、潤滑剤を所定の混合割合で添加した合金原料粉末Ｐをキャビティ２２内に充填し、給粉装置を退去させる。この場合、キャビティ２２内の合金原料粉末Ｐの充填密度は、合金原料粉末Ｐの片寄り防止や攪拌時に動ける自由度を残すのため、２．２〜３．９ｇ／ｃｃに設定される（図２参照）。
次いで、攪拌装置５を、上下一対のパンチ３１、３２の長手方向軸線上にモータ５３の回転軸５３ａが位置するように移動させる（図２参照）。そして、液圧シリンダ５２を介してモータ５３及び蓋板５６を下降させ、蓋体５６がダイ２の上面に面接触して貫通孔２１の上面を塞ぐと共に、回転羽根５４がキャビティ２２内に充填された合金原料粉末Ｐ内に埋設される（図３参照）。この状態で、磁界発生装置４のコイル４２ａ、４２ｂに通電し、磁界中でモータ５３を作動させて回転羽根５４をキャビティ２２内で回転させる（配向工程）。この場合、高い配向性を得るために、５ｋＯｅ〜３０ｋＯｅ、好ましくは、１０ｋＯｅ〜２６ｋＯｅの範囲の静磁界中で攪拌装置５による攪拌を行うことが好ましい。磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いか、または３０ｋ０ｅより強いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。また、キャビティ２２内に充填した合金原料粉末Ｐが全体として混ぜ合わさるように、回転羽根５４の回転数は、１００〜５００００ｒｐｍ、好ましくは４０００ｒｐｍに設定され、所定時間（１〜５秒間）だけ作動させる。
これにより、従来方法のように、たとえ上パンチまたは下パンチにより振動を加えたとしても、図４（ａ）に示すように磁場配向方向で隣り合う合金原料粉末Ｐ１相互の結晶破面が合わない場合には、合金原料粉末Ｐ１相互の間に間隙が残って、磁場配向方向に合金原料粉末Ｐ１が揃わず、この状態で圧縮成形すると配向が乱れる。それに対し、本実施の形態のように、磁場を印加した状態で合金原料粉末Ｐを攪拌して配向すれば、キャビティ２２内での合金原料粉末Ｐの粒子同士の位置関係が、キャビティ２２内に充填した状態から変化して、より等しい結晶方位関係を有する合金原料粉末Ｐの結晶破面が組み合わされる機会が多くなり、等しい結晶方位関係を有する結晶破面同士が一旦結合すると、強固な結合チェーンを形成することで、図４（ｂ）に示すように、丁度棒状をなすよう磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて磁場配向方向に揃う。
次いで、磁界中での合金原料粉末Ｐの攪拌が終了すると、回転羽根５４がダイ２の上方に離間する位置までシリンダロッド５２ａを上昇させた後、案内レール５５に沿って攪拌装置５をスライドさせて退去させる。この場合、コイル４２ａ、４２ｂへの通電は停止しない。そして、ダイベース１６を下降させて、貫通孔２２の上側から上パンチ３２を貫通孔２１に挿入し、磁場を印加した状態で上下一対のパンチ３１、３２によってキャビティ２２内で合金原料粉末Ｐの圧縮成形を開始する。
所定時間経過後にコイル４２ａ、４２ｂへの通電を停止し、この状態で最大圧力での圧縮成形を行う。最後に、上パンチ３２を徐々に上昇させて徐々に減圧して圧縮成形が終了されて成形体Ｍが形成される（成形工程）。これにより、合金原料粉末が、丁度棒状をなすよう磁場配向方向で結晶破面が隙間なく接合されて磁場配向方向に揃った状態で圧縮成形を行うため、配向の乱れのない高密度の成形体Ｍ（永久磁石）が得られ、磁気特性も向上する。
成形工程における成形圧力は、０．１〜１ｔ／ｃｍ２、より好ましくは０．２〜０．７ｔ／ｃｍ２の範囲に設定される。０．１ｔ／ｃｍ２より低い成形圧力では 成形体が十分な強度を有さず、例えば、圧縮成形機のキャビティ２２から抜き出す際に割れてしまう。他方で、１ｔ／ｃｍ２を超えた成形圧力では、高い成形圧力がキャビティ２２内の合金原料粉末Ｐに過剰に加わってしまい、配向を崩しながら成形してしまうと共に、成形体にひびや割れが発生する虞がある。また、成形工程における磁界の強さは、５ｋＯｅ〜３０ｋＯｅの範囲に設定される。磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、５０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎて現実的ではない。
次いで、例えば３ｋ０ｅの逆磁場を印加して脱磁を行った後に、ダイ２を下降端まで下降させると、キャビティ２２内の成形体Ｍがダイ１６上面に抜き出され、ダイベース１６を上昇させて上パンチ３２を上昇端まで移動させた後に成形体を取り出す。最後に、得られた成形体を、図示しない焼結炉内に収納し、例えばＡｒ雰囲気下で所定温度（１０００℃）で所定時間焼結（焼結工程）し、さらに所定温度（５００℃）、Ａｒ雰囲気中で所定時間時効処理して、焼結磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石）が得られる。
本実施の形態では、成形方向が磁界の方向に垂直である一軸加圧式のものについて説明したが、これに限定されるものではなく、成形方向と磁界の方向とが平行となるものであってもよい。また、本実施の形態では、攪拌及び成形時の配向磁場として、単位時間当たりの磁界の強さが変化しない静磁界を用いることとしたが、これに限定されるものでなく、図６に示すように、単位時間当たりの磁界の強さが、一定の周期で変化する脈動パルス磁界を用いてもよい。この場合、図７に示すように、逆磁場が印加されるようにしてもよい。
これにより、合金磁性粉末Ｐの攪拌及び成形の際に合金原料粉末Ｐに対し振動を加えることができるため、より一層配向性を向上できる。この場合、パルスの周期は、１ｍｓ〜２ｓが好ましく、また、非出力時間は５００ｍｓ以下に設定することが好ましい。この範囲を超えると、強固な結合チェーンが切れてしまい、高い配向性が得られない。また、脈動パルス磁場を印加する場合、そのピーク値を、５〜５０ｋ０ｅの範囲に設定することが好ましい。磁界の強さが５ｋ０ｅより弱いと、高配向性かつ高磁気特性のものが得られない。他方で、５０ｋ０ｅより強いと、磁界発生装置が大きくなりすぎて現実的ではない。
また、本実施の形態では、攪拌手段としてスクリュー翼式の回転羽根５４を用いるものについて説明したが（回転攪拌）、これに限定されるものではなく、油圧シリンダ５２のシリンダロッド５２ａの先端に、エアーシリンダ等の駆動手段を設けた矩形のへら（図示せず）を取付け、このへらを合金原料粉末Ｐに埋設した状態で、キャビティ２２の半径方向全長に亘って水平に所定の周期で往復動させるようにしてもよい（水平攪拌）。回転攪拌または水平攪拌する際に、シリンダロッド５２ａを上下動させて、キャビティ２２内の合金原料粉末Ｐが全体として混ぜ合わされるようにしてもよい。
また、回転攪拌する場合の回転羽根５４については、攪拌中に、キャビティ２２内の合金原料粉末Ｐが全体として混ぜ合わされるように攪拌できるものであれば、特に限定されず、気流を生じるものであってもよいが、攪拌中に合金原料粉末を粉砕し難い形状であることが好ましい。図７に示すように、回転羽根として、例えば、回転軸に９０度ずつ角度をずらして略Ｌ字の板片５４ａを設けたパドル翼式のもの（図７（ａ）参照）、螺旋状に羽根５４ｂを設けたリボン翼式のもの（図７（ｂ）参照）や回転軸に平行に延びる板片５４ｃを有するアンカー翼式のもの（図７（ｃ）参照）を用いてもよく、選択した回転羽根の種類に応じて回転数及び攪拌時間が適宜設定される。他方で、攪拌手段として、回転攪拌や水平攪拌するものだけではなく、シリンダロッド５２ａの先端にガスノズルを取付けて非磁性材料からなる攪拌手段を構成し、高圧ガスを間欠的にまたは連続して噴きつけてキャビティ２２内の合金原料粉末Ｐを攪拌するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、一軸加圧式の成形装置１を用いて粉末を成形するものについて説明したが、これに限定されるものではなく、ゴムモールドを用いた静水圧型として成形装置（図示せず）を構成してもよい。この場合、充填室を構成するゴムモールドに合金原料粉末Ｐを充填した後、攪拌装置５によって磁界中で攪拌する配向工程が実施される。他方で、一軸加圧式の成形装置１による成形工程で得られた成形体Ｍを、静水圧成形装置を用いてさらに成形する第二成形工程を実施してもよい。これにより、成形体のひびや割れの発生を低減できる。
また、本実施の形態では、成形装置１を用いて合金原料粉末Ｐを磁界中で攪拌しながら磁場配向させて配向体を作製し、引き続き、磁場を印加した状態で圧縮成形を行って成形体を作製したが、例えば、上記のようにして得た合金原料粉末を、上面が開口したＭｏ製の箱体に充填し、上記攪拌装置５によって静磁界中で所定時間攪拌し、攪拌装置５を退去させた後に、脱磁はせずに、蓋体の上面開口にＭｏ製の蓋を装着した後、磁界を減衰し、次いで、蓋を装着した箱体をそのまま焼結炉に入れ、焼結を行って永久磁石（焼結体）を作製してもよい。この場合、磁界の強さを１２ｋ０ｅに設定し、箱体を７ｃｍの立方体に形成し、攪拌装置５の回転数を４００００ｒｐｍ、攪拌時間を２秒に設定して焼結体を得たところ、Ｂｒ=１５．０１ｋＧ、（ＢＨ）ｍａｘ＝５５．１ＭＧ０ｅで、配向度９９％の平均磁石特性が得られた。
さらに、本実施の形態では、焼結磁石の製造を例として説明したが、磁界または電界中で分極する粉末を配向させて配向体を作製し、この配向体を圧縮成形するものであれば、本発明の成形装置１を用いることができる。例えば、所定の粉末を磁界中で成形した後、焼結してなる窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）焼結体の製造が挙げられる。
１ 圧縮成形機
２ ダイ
２１ 貫通孔
２２ キャビティ
３１、３２ パンチ
４ 磁界発生装置
５ 攪拌装置
５４ 回転羽根
５６ 蓋体
Ｐ 合金原料粉末
２ ダイ
２１ 貫通孔
２２ キャビティ
３１、３２ パンチ
４ 磁界発生装置
５ 攪拌装置
５４ 回転羽根
５６ 蓋体
Ｐ 合金原料粉末
Claims (7)
- 磁界または電界中で分極する粉末が充填される充填室と、この充填室内に充填された粉末に対し磁場または電場の印加を可能とする磁場または電場発生手段と、磁界または電界発生手段によって磁場または電場を印加した状態で粉末を攪拌して配向させる攪拌手段と、攪拌して配向したものに対し、磁界または電界中で圧縮力を加えて成形する加圧手段とを備えたことを特徴とする成形装置。
- 前記攪拌手段を、充填室内に対して進退自在に設けたことを特徴とする請求項１記載の成形装置。
- 前記充填室は、この充填室内への前記粉末の充填が行われる開口を有し、前記攪拌手段を充填室内に移動させたとき、この開口を塞ぐ蓋体を前記攪拌手段に一体に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の成形装置。
- 前記攪拌手段を非磁性材料から構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の成形装置。
- 前記磁界発生手段は、磁界の強さが５〜３０ｋ０ｅの範囲の静磁界を発生できるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の成形装置。
- 前記磁界発生手段は、磁界の強さが５〜５０ｋ０ｅの範囲の脈動パルス磁界を発生できるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の成形装置。
- 前記粉末は、急冷法により作製した希土類磁石用の合金原料粉末であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の成形装置。
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