JPWO2013115325A1 - 焼結磁石の製造方法および製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】焼結磁石加工時の機械加工代を低減させ、材料歩留まりを向上させた焼結磁石の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、R−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を成形する工程と、所定の焼結温度に圧粉体を加熱して焼結させることによって焼結磁石を成形する焼結工程と、焼結温度を超えない温度に焼結磁石を加熱すると共に焼結磁石を加圧成形することによって焼結磁石の寸法を矯正する寸法矯正工程と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、高性能モーター等に使用される焼結磁石の製造方法および製造装置に関する。
ハイブリッド自動車のモーター等に使用される永久磁石にはNd−Fe−B系の焼結磁石が多く用いられ、優れた磁気特性を有することから今後も需要が増大すると考えられている。
従来のNd−Fe−B系焼結磁石の製造方法は、Nd,Fe、B等の原料を真空中もしくはアルゴンガス雰囲気中で溶解し、ジョークラッシャー及びジェットミル等を用いて溶解した原料を粗粉砕、微粉砕する。そして粉砕した原料を磁界中で所定の形状に成形して焼結及び熱処理し、スライサーや研削盤を用いて切断加工や研削加工を行い、表面処理、検査を行った後に着磁させている。
ネオマグ株式会社、"ネオジム磁石の製造方法シリーズ(6)"[online]、2009年11月、インターネット<URL:http://www.neomag.jp/mailmagazines/200911/letter200911.php>
焼結磁石は脆くて塑性変形させることが困難であるため、製品を所望の形状にするためには焼結後に研削・切削加工等の機械加工を行うのが一般的であり、焼結磁石には研削等のために多くの機械加工代を設ける必要があるのが現状である。しかし、Nd−Fe−B系焼結磁石にはNd以外にもDyやTb等の希土類金属が使用されており、DyやTb等の希土類金属の価格は昨今高騰している。そのため、DyやTb等の希土類金属を使用する焼結磁石の材料歩留まりを向上させることは重要な課題となっている。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、焼結磁石の材料歩留まりを向上させた焼結磁石の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係る焼結磁石の製造方法は、まずR−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を成形する。次に、所定の焼結温度に圧粉体を加熱して焼結させることによって焼結磁石を成形し、焼結温度を超えない温度で焼結磁石を加熱するとともに焼結磁石を加圧成形することによって焼結磁石の寸法を矯正することを特徴とする。
また、上記目的を達成する本発明に係る焼結磁石の製造装置は、R−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を所定の焼結温度に加熱することで形成された焼結磁石の寸法を矯正する寸法矯正部を備えている。本発明において、寸法矯正部は、相対的に接近離間して焼結磁石にプレス成形を行う第1の型及び第2の型と、焼結磁石を加熱する加熱部と、を有し、加熱部によって焼結磁石を焼結温度を超えない温度に加熱するとともに第1の型及び第2の型によって焼結磁石を加圧成形することによって焼結磁石の寸法矯正を行うことを特徴とする。
本発明に係る焼結磁石の製造方法及び製造装置によれば、加熱部によって焼結温度を超えない温度に焼結磁石を加熱するとともに第1の型及び第2の型によって焼結磁石を加圧成形して焼結磁石の寸法矯正を行っている。そのため、切断加工や研削加工を廃止又は削減することによってこれらの加工に必要な機械加工代を廃止又は削減でき、焼結磁石の材料歩留まりを向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法の説明に供する概念図である。 本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法の説明に供する概念図である。 本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法に使用する寸法矯正装置を示す断面図である。 同寸法矯正装置を示す側面図である。 同寸法矯正装置の格納容器の内部を示す平面図である。 本発明の第2実施形態に係る焼結磁石の製造方法に使用する寸法矯正装置を示す側面図である。 同寸法矯正装置の格納容器の内部を示す平面図である。 同寸法矯正装置において焼結磁石の投入及び取り出しを行うテーブルに設けられた位置決め固定治具について示す平面図である。 同位置決め固定治具に挟持された焼結磁石を金型上に載置する様子を示す説明図である。 本発明の実験例1に係る焼結磁石試験片の加熱による温度変化に伴う降伏応力と変形率の実験結果を示すグラフである。 本発明の実験例2に係る寸法矯正前後での焼結磁石試験片の一端部からの水平方向の変位に伴う反り量の実験結果を示すグラフである。 図12のヒストグラムである。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態においてR−Fe−B系の焼結磁石は、原料となる合金の作製(ステップS1)、粗粉砕(ステップS2)、微粉砕(ステップS3)、磁場中成形(ステップS4)、焼結(ステップS5)、寸法矯正(ステップS6)、時効熱処理(ステップS7)、表面処理(ステップS8)、検査(ステップS9)、及び着磁(ステップS10)の工程を経ることによって製造される。
原料合金の作製は、真空又は不活性ガス雰囲気中においてストリップキャスティング法又はその他の溶解法によって行われる(ステップS1)。本実施形態に係る焼結磁石はNd2Fe14Bを主相とし、この中のNdに対して粒界拡散処理等を用いてDyやTb、Pr等を添加している。Ndに上記希土類金属を添加することによって焼結磁石の保磁力を向上させることができる。
作製された原料合金はジョークラッシャー又はブラウンミル等を用いて粒径数百μm程度になるまで粗粉砕される(ステップS2)。粗粉砕された合金はジェットミル等によって粒径3〜5μm程度にまで微粉砕される(ステップS3)。微粉砕工程においては、特に粒径を3〜4μmにすると保磁力を高くすることができるため好ましい。
次に微粉砕された磁性材料を磁場中で成形し、圧粉体を得る(ステップS4)。圧粉体は平行磁界成形法や直交磁界成形法などの種々の方法を用いて行なうことができる。なお、本実施形態において原料合金の作製から磁場中成形までの工程を包括して圧粉体成形と称する。
磁場中で成形された圧粉体は真空又はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で焼結され、R−Fe−B系焼結磁石が得られる(ステップS5)。焼結は、圧粉体の材料組成や粉砕方法、粒径によって前後するが、圧粉体を1000〜1100℃に加熱しつつ炉内に例えば8〜12時間程度載置して行われる。
図2及び図3は本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法の説明に供する概念図である。寸法矯正工程では概して図2、図3に示すようにプレス装置を用いて金型である上金型13(第1の型に相当)と下金型14(第2の型に相当)によってワークWにプレス成形を行い、焼結工程で変形した焼結磁石の寸法矯正を例えば、620℃〜1000℃に加熱しつつ例えば30秒〜10分程度プレスを維持することによって行う(ステップS6)。詳細は以下に行う。
寸法矯正後には真空又は不活性ガス雰囲気中で時効熱処理を行って焼結磁石の保磁力を調整する(ステップS7)。時効熱処理は一般的に、焼結磁石を900℃程度に加熱しつつ炉内に載置し、その後500℃程度に加熱するという2段階の熱処理を例えば5〜10時間程度行う。このように焼結磁石の寸法矯正は時効熱処理よりも高い温度にて実施される場合がある。そのため、時効熱処理の前に、焼結磁石の寸法矯正を実施するのが好ましい。熱処理を行う温度は磁石の組織を変えるおそれがあり、磁石特性に影響を与える可能性があるためである。
時効熱処理後には焼結磁石の錆びや腐食を防止するためにNiめっきなどによって表面処理を行う(ステップS8)。表面処理が終わったら、磁気特性や外観、及び寸法などの検査を行い(ステップS9)、最後にパルス磁界や静的磁界を印加して着磁することによって焼結磁石が製造される(ステップS10)。
次に本実施形態に係る焼結磁石の製造方法における寸法矯正工程を具現化した寸法矯正装置について詳述する。図4は第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法に係る寸法矯正工程にて使用する寸法矯正装置を示す断面図、図5は同寸法矯正装置を示す側面図、図6は同寸法矯正装置中の格納容器の内部を示す平面図である。本実施形態に係る焼結磁石の製造装置は、図4に示す焼結磁石の寸法矯正装置を含むものである。
焼結磁石の寸法矯正装置は、相対的に近接離間可能な上スライド201およびボルスタ202を備えるプレス装置本体200と、プレス装置本体200に取り付け及び取り外しが可能なダイセット100とを有する。ダイセット100は、上ダイ11と、上ダイ11に対向して配置される下ダイ12と、上ダイ11と下ダイ12の位置合わせを行なう調節機構40と、ワークW(寸法矯正加工の対象となる焼結磁石)の寸法を矯正する矯正金型が設けられ下ダイ11に載置される格納容器20と、を有する。
格納容器20は、焼結磁石を加熱する加熱装置21(加熱部に相当)と、焼結磁石の移動作業の際に用いるグローブ22と、格納容器20の室内を真空等にするための配管ダクト23と、寸法矯正後の焼結磁石を冷却する冷却プレート24と、冷却プレート24に冷却水などを循環させる冷却パイプ25と、を有する。
プレス装置本体200は、図4における上下方向に相対的に近接離間可能な上スライド201とボルスタ202とを有する。図示例では、上スライド201が油圧によってボルスタ202に対して近接離間移動する。上スライド201は、ダイセット100の上ダイ11を着脱自在に固定するクランクピン17を有し、ボルスタ202は、ダイセット100の下ダイ12を着脱自在に固定するクランクピン17を有する。ボルスタ202には、寸法を矯正した後の焼結磁石を矯正金型から取り出すノックアウトバー203が昇降自在に設けられている。
矯正金型は上金型13、下金型14、外周金型15から構成される。ノックアウトバー203及び下金型14によってワークWを取り出すノックアウト機構が構成される。図中符合204は、ノックアウトバー203を昇降駆動する油圧シリンダを示している。
ダイセット100は、上ダイ11をクランクピン17によって上スライド201に固定し、下ダイ12をクランクピン17によってボルスタ202に固定することによって、プレス装置本体200に固定される。上ダイ11は、プレス装置本体200の上スライド201の動作に連動する。
調節機構40は、下ダイ12に設けられたガイドロッド41と、上ダイ12に設けられたガイドロッド41をスライド移動自在に保持するガイドシリンダ42と、を有する。ガイドロッド41がガイドシリンダ内を摺動することによって、上ダイ11と下ダイ12との位置合わせが行なわれる。本実施形態において、上ダイ11が下ダイ12から最も離間した場合でもガイドロッド41はガイドシリンダ42から外れることはなく、これによって位置精度が確保される。
また、上ダイ11及び下ダイ12はクランクピン17によってプレス装置本体200に固定される。そのため、クランクピン17の取り外しのみによって図5の破線に示すようにダイセット100のプレス装置本体200への取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。
格納容器20は加工対象となる焼結磁石を真空又は低酸素雰囲気において加工するために下ダイ12に載置されている。配管ダクト23は室内を真空又は低酸素雰囲気に形成するために真空ポンプ(不図示)に接続されている。配管経路の途中にはバルブ(不図示)が設けられ、格納容器内を真空にした後にバルブによって経路を切り替えることによって窒素ガス等の不活性ガスを格納容器内に充填することができる。室内の酸素濃度はNd−Fe−Bの焼結磁石において10ppm以下、NdにDyやTb、Pr等の金属を添加した場合は1ppm以下とすることが望ましい。Ndに比べてDyやTb、Prの方が酸化されやすいためである。
格納容器内部には真空状態を保持した状態で上ダイ11及び下ダイ12に取り付けられた矯正金型が図4における上下方向から格納容器内部に挿通している。下ダイ12からは下金型14が固定治具16によって固定されて設置され、上ダイ11には上金型13が下金型14と同様に固定治具16によって固定されて設置されている。また、図4において下金型14の上には加工対象となる焼結磁石を包囲する外周金型15が下金型14先端の鍔形状と係合することによって下金型14に取り付けられる。
また、格納容器20には外部から投入された焼結磁石を下金型上に載置し、寸法矯正後に次のワークWとの取替えを行う磁石投入取り外し機構が設けられている。
本実施形態において磁石投入取り外し機構は図5における格納容器側面から内部空間に手の形に成形されたグローブ22が設けられることによって構成される。グローブ22は例えば天然ゴム等の材料から構成されており、伸縮性に優れ、焼結磁石の速やかな投入及び取り外しを可能にする。グローブ22による作業は作業者が怪我をしないように予めプレス装置本体200を停止させてから行う。
また、格納容器20には図5に示すように、格納容器20の側壁の一つの上部が傾斜面に形成されることによって作業者が内部の様子を容易に視認できるように構成されている。
加熱装置21はヒーター等から構成され、上金型13、下金型14、及び外周金型15の付近に設けられ、上金型13が上下にスライド移動できるように中空状に形成されている。加熱装置21の構成は特に限定されることはないが、電熱ヒーターや遠赤外線ヒーター等を挙げることができる。
また、冷却プレート24は格納容器内部に配置される。冷却プレート24の内部にはウォータージャケットが形成され、冷却パイプ25から導かれた水が冷却プレート24を冷却することによって、冷却プレート24に載置されたワークWを強制冷却する。従来は加熱後のワークを自然に冷却させていたが、冷却プレート24を使用することによって冷却時間を短縮し、加工時間の低減に寄与できる。
次に本実施形態に係る焼結磁石の製造方法の寸法矯正工程について説明する。まずワークWを格納容器内の金型14へ載置すると同時に金型14に載置したワークW以外にも磁石を格納容器内に収容しておく。外周金型15は焼結磁石の変形を考慮して焼結磁石を加圧していないが、側面の寸法矯正を行う場合には加圧するように構成してもよい。
次に格納容器20を密閉し、格納容器20に対して真空引き、又は不活性ガスの充填を行い、加熱装置21を用いて金型13、14、15及びワークWを約620℃〜1000℃に加熱する。ワークWの温度が設定温度に達したら、温度を保持した状態で上スライド201を下降させるとそれに伴って上金型13が下降し、矯正金型内の空間においてワークWが加圧成形される。設定温度の保持は格納容器内に不活性ガスを充填した場合には格納容器内のガスを循環させることによって行ってもよい。プレス加工にて付加する圧力は焼結磁石の加熱によって磁石の降伏応力が低下することを考慮しつつ、降伏応力に達しない圧力で加圧する。
また、加熱温度は例えば620℃以上であり、焼結磁石中の組織が変化する焼結温度である1000℃以下において行う。なお、620℃〜1000℃の範囲の中であっても、焼結磁石自身の熱変形や酸化の促進を防止することを考慮して800℃以下で実施することがより好ましい。
プレス加工が終了したらノックアウト機構によってワークWを取り出し、プレス装置200を停止させてから備え付けのグローブ22に手を挿入する。その状態でグローブ22を使用して加工後のワークWを冷却プレート24上に載置して冷却し、金型14に未加工のワークWを新たに載置する。グローブ22によるワークWの移動が完了したら手をグローブ22から抜いてプレス装置本体200を再び起動させる。
以降は上記金型13、14、15及びワークWの加熱、プレス加工、加工後のワークWの取り出し、未加工ワークWの取り付け及び冷却を繰り返し、全てのワークWの加工が終了したら格納容器20を開放し、加工済みワークWを取り出す。
寸法矯正装置に投入された焼結磁石は本工程の前工程である焼結工程において数百度又は千度程度に加熱されて熱変形した状態となっている。このように熱変形により焼結磁石に生じた歪を平面度等の所定の寸法精度を満たすようにするために、従来は焼結磁石に多くの機械加工代を設けることによって対応している。しかし、これでは焼結磁石に含まれるDyやTb等のいわゆる希土類金属を多く研削してしまうこととなり、材料歩留まりが悪い。
これに対して本実施形態においては、加熱装置21を用いて格納容器内を加熱し、焼結磁石の組織が変化しないように焼結温度を超えない温度にまで加熱した状態で焼結磁石に加圧成形を行なっている。焼結磁石は室温等の温度状態においては脆く、プレス加工に耐えることは困難であるが、本実施形態においては焼結磁石が変性しない程度にまで加熱した状態で加圧成形を行なっている。そのため、焼結磁石を破壊させることなく加圧成形することによって焼結磁石の寸法を矯正することができる。
このように焼結磁石を温間で加圧成形して寸法を矯正することによって、焼結磁石の機械加工代を削減でき、材料歩留まりを向上させることができる。
また、格納容器内は真空ポンプによって真空又は不活性ガスが充填された状態となっているため、焼結磁石の磁石特性が低下することを防止できる。なお、粒界拡散処理によるDyやPr等の添加は寸法矯正の実施後に行ってもよい。また、図1における時効熱処理の後には成形する磁石の形状に応じて従来の研削加工、又は機械加工を行ってもよい。その場合であっても本実施形態に係る寸法矯正を実施することによって材料歩留まりを向上させることができる。
また、従来のホットプレスのような温間でプレス加工を行う装置は、上スライドとボルスタとの位置合わせ調節機構が設けられていない。そのため、寸法矯正の際には外周金型に上下の金型を嵌合させた状態で成形を行う必要があり、金型設置のためのいわゆる段取り作業が必要となる。
これに対して本実施形態に係る焼結磁石の寸法矯正装置は、ガイドロッド41とガイドシリンダ42を有する調節機構40によって上ダイ11と下ダイ12とのスライド精度を向上させることができる。そのため、従来のホットプレス装置のように金型を設置する段取り作業を行う必要がなく、ワークの交換のみで連続プレス加工ができ、加工時間を短縮し、作業性を向上させることができる。
また、ダイセット100は、クランクピン17の取り外しによって図5の破線に示すようにプレス装置本体200から容易に取り外すことができる。そのため、ダイセット100の内部に位置する格納容器20のメンテナンスがプレス装置本体200の外で行うことができ、プレス装置本体200は別の用途に使用することもできる。
また、下金型14を可動させてワークWを抜き出すように構成することによって、格納容器20から金型ごと抜き出すことなくワークWを取り出すことができる。また、上金型13と下金型14で挟み込みながら抜き出すことで、ワーク角部に欠け破損が生じることを防止できる。
また、格納容器20にはグローブ22を設け、グローブ22を介してワークWの投入、取り出しができるよう構成したため、格納容器20を開放せずに金型13、14、15にワークWの投入及び取り出しを行うことができる。
また、格納容器20には冷却プレート24を配置してプレス加工された焼結磁石を強制的に冷却するように構成したため、自然冷却に比べてワークWを格納容器20からより早く取り出すことができる。また、ワークWのみ冷却し、金型13、14、15は冷却されないため、金型13、14、15をプレス加工に必要な温度に昇温させる時間を短縮でき、より短時間で次のワークWを加工できる。
以上説明したように第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法及び製造装置によれば、磁石材料を圧粉体を加熱して焼結させることによって焼結磁石を成形し、加熱装置21によって焼結温度を超えない温度にて焼結磁石を加熱するとともに上金型13及び下金型14によって焼結磁石に加圧成形を行っている。そのため、圧粉体の脆性を改善して焼結磁石を破壊せずに加工を行うことができ、機械加工代を削減して材料歩留まりを向上させることができる。
また、寸法矯正の際には焼結磁石を800℃以下に加熱して加圧成形を行うようにしたため、材料歩留まりを向上させるだけでなく焼結磁石自身の熱変形や酸化の促進を防止することもできる。
また、焼結磁石は低酸素雰囲気中において加圧成形されるよう構成したため、焼結磁石の酸化を抑制し、磁石特性の低下を防止することができる。
また、焼結磁石は降伏応力に満たない圧力にて加圧成形されるよう構成したため、加熱による降伏応力の変化を考慮しつつ、焼結磁石が破断しないように寸法矯正を行うことができる。
(第2実施形態)
図7は第2実施形態に係る寸法矯正装置を示す側面図、図8は同寸法矯正装置中の格納容器の内部を示す平面図、図9はワークである焼結磁石を金型上に載置する位置決め固定治具について示す平面図、図10は焼結磁石を下金型に位置決めする様子の説明に供する説明図である。なお、符号は第1実施形態と共通する構成は同一符号とし、第2実施形態に係る寸法矯正装置は、基本的に第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
第1実施形態では格納容器20の側壁の1つにグローブ22の形状が設けられ、金型13、14、15へ手動でワークWの取り付け及び取り外しを行う実施形態について説明したが、これに限定されない。焼結磁石の金型13、14、15への設置は図8に示すようなロータリーテーブル26を使用することによって自動で行ってもよい。
本実施形態においてロータリーテーブル26にはワークWを挟持して下金型14の設置位置に位置決めして載置する位置決め固定治具26A〜26Gが7箇所設けられている。位置決め固定治具26A〜26Gは、ワークWを保持した状態から下金型14にワークWを載置するためにワークWの保持及び解除を行う押さえピン28と押さえピン28の移動空間を構成する駆動シリンダ29が設けられている。
第2実施形態に係る焼結磁石の寸法矯正は以下のように行う。まず、ワークWを格納容器内の金型14に載置すると同時にロータリーテーブル26の位置決め固定治具26B〜26Gに所定数、例えば6個ワークWをセットする。次に格納容器20を密閉し、真空引き又は不活性ガスの充填を行い、押さえピン28によるワークWの保持を解除して金型14にワークWを載置する。
その後、第1実施形態と同様に金型13、14、15及びワークWを加熱して所定の温度まで昇温させ、温度が保持された状態においてプレス加工を行う。加工後、ワークWはノックアウトバー203及び金型14によって取り出される。そして、ロータリーテーブル26の位置決め固定治具26A〜26Gの押さえピン28によって再び固定され、ロータリーテーブル26が回転して次のワークWが金型14にセットされる。
加工されたワークWはロータリーテーブル26の冷却ノズル27がセットされた位置決め固定治具26Gにて冷却ガスが噴射されることによって冷却される。以降は、上記ワークWの加熱、プレス加工、取り外し、次のワークWのセット及び冷却を繰り返し、全てのワークWの加工が終了したら格納容器20を開放し、加工されたワークWを取り出す。
以上、説明したように第2実施形態に係る焼結磁石の製造方法によれば、ロータリーテーブル26を使用して自動でワークWを金型内に投入及び取り外しができるように構成している。そのため、第1実施形態と同様に格納容器20を開放せずに金型13、14、15にワークWの投入及び取り外しを行うことができ、作業性を向上させることができる。このように構成することによって作業者を必要とせずに自動的に投入された焼結磁石の取り外し及び交換作業を格納容器内で行うことができる。
なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。第1実施形態では加熱装置21が格納容器20の内部に配置されて、金型13と金型14による加圧成形の際に焼結磁石の周囲を焼結磁石の焼結温度を越えない所定の温度に加熱する実施形態について説明したが、これに限定されない。焼結磁石は、金型13及び/または金型14にヒーター等の構成を内蔵させて金型13及び/または金型14自身を加熱することによって金型13及び/または金型14を焼結温度を超えない温度に加熱し、焼結磁石を加熱してもよい。
(実験例1)
次に本実施形態に係る焼結磁石の製造方法において。寸法矯正工程時に行うプレス加工の成形温度に関する実験を行ったので説明する。
本実験では焼結磁石の試験片(厚さ3.8mm、断面の長さが6mm×6mm)に図4と同様に上スライド、ボルスタ、及び外周金型を用いて磁石試験片を固定し、加圧しながら温度を室温から上昇させ、試験片の変形量を測定した。本実験例1に係る焼結磁石の金属はFe70%、Nd22%、B0.4%、Dy2.5%、Pr2.5%から構成される。表1は本実験例1に係る焼結磁石試験片を加温、加圧させていった場合の成形温度と変形率(%)の表、図11は表1をグラフ化したものである。なお、成形温度については、加圧時の磁石試験片側面に熱電対を接触させることで測定した。
表1及び図11より、本実験例1に係るR−Fe−B系焼結磁石は620度より塑性変形が起こることがわかった。以上より、620℃以上であればプレス加工で焼結磁石の寸法矯正が行えることになるが、上記R−Fe−B系焼結磁石の焼結温度は1000℃となっている。620℃以上であっても成形温度が焼結温度を超えると焼結磁石の組織や磁気特性が変化してしまうため、上記実施形態に係る寸法矯正工程は620℃から焼結温度を超えない1000℃の範囲において行うことが好ましいことがわかった。また、この場合に磁石にプレス加工を行って、磁石が塑性変形する降伏応力は表1より36MPa〜262MPaになることがわかった。
(実験例2)
次に上記焼結磁石の製造方法によって製造した焼結磁石の寸法精度に関して、焼結磁石の反り量を確認したので説明する。
本実験では実際の製品とほぼ同等の焼結磁石の試験片(厚さ4mm、断面の長さが8mm×28mm)を720℃に加熱して温間プレス成形を実施し、上記実施形態に係る方法を実施する前後でのNd焼結磁石試験片の反り量を確認した。試験片の温度は直接測定することができないため、型表面の温度から換算して結果を算出した。図12は試験片の一端部から水平方向に離間した際の焼結磁石の反り量の実験結果を示すものであり、図13は上記実施形態に係る方法の実施前後での焼結磁石の反り量をヒストグラムで示したものである。
図12からもわかるように、上記実施形態に係る方法の実施前後では焼結磁石試験片の反り量の幅を0.093mmから0.027mmと実施前の30%程度にまで抑制できたことがわかった。また、図13からわかるように、上記実施形態に係る方法実施後の試験片の反り量はいずれも上限規格を下回っているため、別途研削等を行う必要がないことがわかった。
このように上記実施形態に係る焼結磁石の製造方法を実施することによって焼結磁石に必要な機械加工代を削減し、DyやTb等の希土類金属の材料歩留まりを向上できることが確認できた。
本出願は、2012年2月3日に出願された日本特許出願番号2012−022471号に基づいており、その開示内容は参照され、全体として組み入れられている。
11 上ダイ、
12 下ダイ、
13 上金型(第1の型)、
14 下金型(第2の型)、
15 外周金型、
16 固定治具、
17 クランクピン、
100 ダイセット、
20 格納容器、
200 プレス装置本体、
201 上スライド、
202 ボルスタ、
203 ノックアウトバー、
204 油圧シリンダ、
21 加熱装置(加熱部)、
22 グローブ、
23 配管ダクト
24 冷却プレート、
25 冷却パイプ、
26 ロータリーテーブル、
26A〜26G 位置決め固定治具、
27 冷却ノズル、
28 押さえピン、
29 駆動シリンダ、
40 調節機構、
41 ガイドロッド、
42 ガイドシリンダ、
W ワーク。
【0002】
Tb等の希土類金属が使用されており、DyやTb等の希土類金属の価格は昨今高騰している。そのため、DyやTb等の希土類金属を使用する焼結磁石の材料歩留まりを向上させることは重要な課題となっている。
[0006]
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、焼結磁石の材料歩留まりを向上させた焼結磁石の製造方法及び製造装置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
[0007]
上記目的を達成する本発明に係る焼結磁石の製造方法は、まずR−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を成形する。次に、所定の焼結温度に圧粉体を加熱して焼結させることによって焼結磁石を成形し、焼結温度を超えない温度である620℃以上800℃以下に焼結磁石を加熱するとともに焼結磁石を加圧する上型、下型、及び上型と下型とが加圧する加圧方向と交差する方向に加圧する外周型により焼結磁石を加圧成形することによって焼結磁石の寸法を矯正することを特徴とする。
[0008]
また、上記目的を達成する本発明に係る焼結磁石の製造装置は、R−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を所定の焼結温度に加熱することで形成された焼結磁石の寸法を矯正する寸法矯正部を備えている。本発明において、寸法矯正部は、相対的に接近離間して焼結磁石にプレス成形を行う上型及び下型と、上型と下型とが加圧する加圧方向と交差する方向に焼結磁石を加圧する外周型と、焼結磁石を加熱する加熱部と、を有し、加熱部によって焼結磁石を焼結温度を超えない温度である620℃以上800℃以下に加熱するとともに上型、下型及び外周型によって焼結磁石を加圧成形することによって焼結磁石の寸法矯正を行うことを特徴とする。
発明の効果
[0009]
本発明に係る焼結磁石の製造方法及び製造装置によれば、加熱部によって焼結温度を超えない温度である620℃以上800℃以下に焼結磁石を加熱するとともに上型、下型及び外周型によって焼結磁石を加圧成形して焼結磁石の寸法矯正を行っている。そのため、切断加工や研削加工を廃止又は削減することによってこれらの加工に必要な機械加工代を廃止又は削減でき、焼結磁石の材料歩留まりを向上させることができる。また、寸法矯正の際に焼結磁石を620℃以上に加熱することによって焼結磁石に塑性変形を生じさせ、800℃以下に加熱することによって酸化の促進を防止することができる。
図面の簡単な説明
[0010]
[図1]本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法を示すフローチャートである。
[図2]本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法の説明に供する概念図である。
【0003】
[図3]本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法の説明に供する概念図である。
[図4]本発明の第1実施形態に係る焼結磁石の製造方法に使用する寸法矯正装置を示す断面図である。
[図5]同寸法矯正装置を示す側面図である。
[図6]同寸法矯正装置の格納容器の内部を示す平面図である。
[図7]本発明の第2実施形態に係る焼結磁石の製造方法に使用する寸法矯正装置を示す側面図である。
[図8]同寸法矯正装置の格納容器の内部を示す平面図である。
[図9]同寸法矯正装置において焼結磁石の投入及び取り出しを行うテーブルに設けられた位置決め固定治具について示す平面図である。
[図10]同位置決め固定治具に挟持された焼結磁石を金型上に載置する様子を示す説明図である。
[図11]本発明の実験例1に係る焼結磁石試験片の加熱による温度変化に伴う降伏応力と変形率の実験結果を示すグラフである。
[図12]本発明の実験例2に係る寸法矯正前後での焼結磁石試験片の一端部からの水平方向の変位に伴う反り量の実験結果を示すグラフである。
[図13]図12のヒストグラムである。
発明を実施するための形態
[0011]
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限

Claims (6)

  1. R−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって前記磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を成形する工程と、
    所定の焼結温度に前記圧粉体を加熱して焼結させることによって焼結磁石を成形する焼結工程と、
    前記焼結温度を超えない温度に前記焼結磁石を加熱するとともに前記焼結磁石を加圧成形することによって前記焼結磁石の寸法を矯正する寸法矯正工程と、を有する焼結磁石の製造方法。
  2. 前記寸法矯正工程において、前記焼結磁石の温度を620℃以上に加熱することを特徴とする請求項1に記載の焼結磁石の製造方法。
  3. 前記寸法矯正工程において、前記焼結磁石の温度を800℃以下に加熱することを特徴とする請求項1または2に記載の焼結磁石の製造方法。
  4. 前記寸法矯正工程は、前記焼結磁石を配置した空間を大気よりも低酸素雰囲気とすることによって行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の焼結磁石の製造方法。
  5. 前記寸法矯正工程は、前記焼結磁石が塑性変形する降伏応力以上の圧力において加圧成形が行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の焼結磁石の製造方法。
  6. R−Fe−B系焼結磁石(RはNdを主成分とする希土類元素)を構成する磁石粉末をプレス成形することによって前記磁石粉末が圧縮して形成された圧粉体を所定の焼結温度に加熱することで形成された焼結磁石の寸法を矯正する寸法矯正部を備えた焼結磁石の製造装置であって、
    前記寸法矯正部は、相対的に接近離間して前記焼結磁石にプレス成形を行う第1の型及び第2の型と、前記焼結磁石を加熱する加熱部と、を有し、
    前記加熱部によって前記焼結磁石を前記焼結温度を超えない温度に加熱するとともに前記第1の型及び前記第2の型によって前記焼結磁石を加圧成形することによって前記焼結磁石の寸法矯正を行うことを特徴とする焼結磁石の製造装置。
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