KR20060050946A - 링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것에 사용하는 제조장치 - Google Patents

Abstract

다이에 형성된 관통 구멍 중에 직경(d₁)의 원주 선단부, 직경(d₂)(단, d₁ < d₂)의 원주 기초 단부, 및 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부 사이에 위치하는 테이퍼 각(θ₂)의 테이퍼부를 갖는 맨드릴(mandrel)을 배치하고, 상기 원주 선단부에 원주(d₁)의 원 고리 기둥 형상체인 링 형상 자석 소재의 예비 성형체를 충전하고 상기 예비 성형체를 내경이 d₁이고 외경이 상기 관통 구멍과 동일한 직경의 가압 펀치로 가압함으로써 상기 예비 성형체를 상기 관통 구멍과 상기 맨드릴이 형성하는 간극내에서 소성 가공하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법이며, 이 제조 방법에 의하면 높은 수율로 자기 특성에 관한 설계 자유도가 크고, 높은 치수 정밀도를 갖는 뛰어난 자기 특성의 링 형상 자석 소재를 연속적으로 제조할 수 있다.

링 형상 자석 소재의 제조 방법

Description

링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것에 사용하는 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING RING-SHAPED MAGNETIC MATERIALS AND MANUFACTURING DEVICE USED FOR IT}

도 1은 종래의 연속 성형법을 설명하기 위한 개략도;

도 2는 본 발명의 제조 장치의 1예 A의 요부를 도시하는 개략 모식도;

도 3은 본 발명의 제조 장치의 1예 B의 요부를 도시하는 개략 모식도:

도 4는 장치A에 예비 성형체를 장전한 상태를 도시하는 개략도;

도 5는 예비 성형체를 가압 펀치로 가압한 상태를 도시하는 개략도;

도 6은 새로운 예비 성형체를 장치A에 장전한 상태를 도시하는 개략도;

도 7은 새로운 예비 성형체를 가압 펀치로 가압한 상태를 도시하는 개략도;

도 8은 이미 소성 가공한 성형체와 다음 예비 성형체의 사이에 압력 수용 더미를 개재한 상태를 도시하는 개략도;

도 9는 외주의 모서리부를 모따기 한 새로운 예비 성형체를 장치A에 장전한 상태를 도시하는 개략도;

도 10은 이미 소성 가공한 성형체와 외주 모서리부를 모따기 한 새로운 예비 성형체 사이에 외주 모서리부를 모따기 한 압력 수용 더미를 개재한 상태를 도시하는 개략도;

도 11은 장치B에 예비 성형체를 장전한 상태를 도시하는 개략도;

도 12는 가압 펀치로 예비 성형체를 가압한 상태를 도시하는 개략도;

도 13은 장치B에 새로운 예비 성형체를 장전한 상태를 도시하는 개략도;

도 14는 새로운 예비 성형체를 가압한 상태를 도시하는 개략도;

도 15는 장치A로 제조한 자석 소재의 선단부로부터의 거리와 그 개소에 있어서의 (BH)max의 관계를 도시하는 그래프;

도 16은 맨드릴의 원주 선단부의 직경을 변화시킨 장치A로 제조한 자석 소재의 선단부로부터의 거리와 그 개소에 있어서의 (BH)max의 관계를 도시하는 그래프; 이다.

본 발명은 링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것에 사용하는 제조 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자기 특성이 뛰어난 링 형상 자석의 소재를 높은 수율로 연속적으로 또는 단일 캐비티(single-cavity)로 제조할 수 있고, 또한 요구 특성에 대하여 큰 설계 자유도로 제조할 수 있는 링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것에 사용하는 제조 장치에 관한 것이다.

Nd-Fe-B 계 자석에 있어서, 특히 압출 성형에 의해 자기적인 래디얼 이방성을 가지게 한 것은 링 형상 자석의 소재로서 유용하다.

이러한 링 형상 자석의 소재는 종래부터 다음과 같이 해서 제조되고 있다. 우선, 예를 들면 희토류 자석 합금의 초 급랭 리본을 분쇄해서 분말로 하여 이 분말에 냉간 프레싱을 행해서 압분체로 한다. 이어서, 이 압분체를 온간 프레싱 또는 열간 프레싱 해서 고밀도화하여, 예를 들면 원하는 치수의 원주체로 한다.

그리고, 이 원주체에 예를 들면 온간에서 후방 압출 성형을 함으로써 결정 축을 배향 배열시켜서 자기 이방성을 발현시킴과 아울러, 일단, 원하는 치수 형상을 갖는 컵 형체를 성형하고, 그 컵의 저부에 해당하는 부분에 구멍 뚫는 펀치에 의한 타발 가공을 해서 목적으로 한 링 형상 자석 소재로 된다.

또한, 이 링 형상 자석 소재는 후 공정에서 착자(着磁)됨으로써, 래디얼 이방성을 갖는 자석으로서 실용으로 제공된다.

그러나, 상기한 제조 방법은 뱃치(batch) 방식이기 때문에 원래 그 생산성은 낮다. 또한 후방 압출 성형이 적용되어 있으므로 성형의 초기 단계에서는 원주체에 충분한 가공 변형이 가해지지 않고, 초기 단계에서 성형된 선단부는 다른 부위에 비해서 자기 특성이 열화된다. 그 때문에 제품화를 위해서는 해당 부위를 절제하는 것이 필요하게 된다.

즉, 저부의 타발 가공에 의한 손실도 더해져 상기한 제조 방법으로는 제품의 수율이 대단히 낮아진다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본 특허 공개 평 9-129463호 공보에서는 다음과 같은 자석 소재의 제조 방법이 제안되어 있다.

이 방법에서는, 다음과 같이 해서 링 형상 자석 소재가 제조된다. 도 1에 도시된 바와 같이 구멍 직경이 일정한 관통 구멍(11A)이 형성되어 있는 다이(11)의 상기 관통 구멍(11A) 안에 선단이 평탄면(12a)으로 되어 있고 상기 관통 구멍(11A)보다 작은 직경의 원주 형상의 맨드릴(12)을 배치한다. 이 맨드릴 상에 자성 분말의 예비 성형체를 장전하고, 그 예비 성형체를 가압 펀치(l3)로 가압한다. 예비 성형체는 맨드릴(12)과 다이(11)의 사이에 형성되어 있는 간극에 압입되어 소성 가공된다. 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 예비 성형체가 컵 형체(14')로 성형된 시점에서 가압 펀치(13)를 끌어 올리고, 그 컵 형체 상에 새로운 자성 분말의 예비 성형체를 장전하고, 다시 가압 펀치(13)로 가압한다. 새롭게 장전한 예비 성형체가 소성 가공 되어서 새로운 컵 형체(14')로 성형되는 과정에서 전 단계의 컵 형체는 그 상단부가 새롭게 성형된 컵 형체(14')의 하단부와 밀착하고, 또한 새로운 컵 형체(14')와 연결한 상태에서 링 형상화 되면서 관통 구멍(11A)의 하방으로 압출되어 간다.

따라서, 이 제조 방법의 경우, 상기한 조작을 순차적으로 반복함으로써 링 형상 자석 소재(14)가 연속적으로 성형되어 그 생산성이 높다. 그리고, 뱃치 방식의 경우와 같이 개개의 자석 소재에 관해서 행하여진 저부의 타발 가공이나 선단부의 절제 등은 불필요하게 되고, 그 만큼 수율이 높아지게 된다.

그러나, 상기한 종래 기술의 연속 성형법에는 다음과 같은 문제가 있다.

제 1 문제는 하방에 위치하는 링 형상 성형체(14)와 상방에 위치하는 새로운 컵 형상체(14')의 연결부가 도 1에 도시된 바와 같이 형성된다는 것이다.

즉, 연결부에서는 링 형상 성형체(14)의 재료가 맨드릴(12)를 따라 내측에서 외측으로 랩핑(wrapping)되고, 또한 새로운 컵 형체(14')의 재료는 다이(11)를 따 라 외측에서 내측으로 랩핑되어, 링 형상 성형체(14)의 상단면과 컵 형체(14')의 하단면이 길이 방향과 직교하는 평탄한 단면으로 되지 않는 것이다.

그 때문에, 얻어진 연속 성형체로부터 이 연결부의 개소를 절제하는 것이 필요하게 되고, 결국은 뱃치 방식에 있어서의 저부의 절제가 필요하지 않게 되어 제품의 수율이 향상된다는 효과를 상실해버린다.

제 2 문제는 요구되는 자기 특성에 대한 설계 자유도가 극도로 좁다는 것이다.

일반적으로, 원 소재인 자석 분말의 예비 성형체를 큰 감면율(減面率)(가공량)로 가공하면 얻어진 링 형상 자석 소재의 자기 특성도 향상된다.

그러나, 이 장치를 사용했을 경우 목표 제품의 사양(외경과 내경)이 결정되면 다이의 관통 구멍의 직경, 맨드릴의 직경이 일의적으로 결정된다. 따라서 감면율도 일의적으로 결정된다. 그 때문에 목표로 하는 치수 형상이 결정된 경우, 원 소재에 대한 감면율을 올려서 자기 특성의 향상을 설계하는 것은 애당초 할 수 없게 된다.

제 3 문제는 제조된 링 형상 자석 소재가 코어 어긋남을 일으키기 쉽다는 것이다.

이것은 다이의 관통 구멍내에 배치되는 맨드릴은 비교적 길고, 게다가, 그 기초 단부가 도시되지 않은 맨드릴 백업 수단으로 1점 지지된 상태로만 사용되고 있기 때문이다. 즉, 맨드릴은 1점 지지 상태이기 때문에 맨드릴 선단부로의 예비 성형체의 장전이나 그것에 이어지는 가압 펀치(13)에 의한 가압 등의 과정에서 맨 드릴(12)의 선단부가 미묘하게 요동하는 것이다. 그 결과, 코어 어긋남을 일으켜서 제품의 치수 정밀도를 낮추게 되는 것을 고려하게 된다.

제 4 문제는 제조된 링 형상 자석의 자기 특성이 반드시 높지 않다는 문제가 있다. 최근 전기·전자 기기에 있어서의 소형화·고기능화의 요구는 대단히 높아지고 있지만, 그것에 따라 그것들 기기에 조립되는 링 형상 자석에 대해서는, 예를 들면 (BH) max에서 400kJ/m³, Br에서 1.45T, iHc에서 1220kA/m 정도의 자기 특성이 요구되고 있다.

그러나, 상기한 선행 기술의 방법에서는 그러한 높은 자기 특성을 갖는 링 형상 자석의 제조가 곤란하다. 그 때문에, 보다 한 층 자기 특성을 높이는 새로운 링 형상 자석의 제조 방법이 요청되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 제 1 내지 제 3 문제를 모두 해결할 수 있는 링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것에 사용하는 제조 장치를 제공하는 것이다.

동시에 본 발명의 목적은 다이와 맨드릴 사이의 치수 형상의 관계를 적정화 함으로써 예비 성형체에 효과적인 소성 가공을 행함으로써 상기한 제 4 문제도 해결할 수 있는 링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것을 위한 제조 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 있어서는,

다이에 형성된 관통 구멍 안에 직경(d₁)의 원주 선단부, 직경(d₂)(단,d₁ < d₂ )의 원주 기초 단부, 및 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부의 사이에 위치하는 테이퍼 각(θ₂)의 테이퍼부를 갖는 맨드릴을 배치하는 공정;

상기 원주 선단부에 내경(d₁)의 원 고리 기둥 형상체인 링 형상 자석 소재의 예비 성형체를 장전하는 공정; 및

상기 예비 성형체를 내경이 (d₁)이고 외경이 상기 관통 구멍과 동일한 직경의 가압 펀치로 가압함으로써 상기 예비 성형체를 상기 관통 구멍과 상기 맨드릴이 형성하는 간극내에서 소성 가공하는 공정을 구비하고 있는 링 형상 자석 소재의 제조 방법이 제공된다.

그리고, 본 발명의 링 형상 자석 소재의 제조 방법에서는 사용하는 다이의 관통 구멍의 형태에 따라 크게는 2개의 제조 방법이 제공된다.

제 1 제조 방법은 관통 구멍의 직경이 일정 값(D, 단 d₂ < D)의 다이를 사용하는 제조 방법이다.

제 2 제조 방법은,

관통 구멍은 직경(D₁)의 제 1 관통 구멍, 직경(D₂)(단, D₁ < D₂)의 제 2 관통 구멍, 및 상기 제 1 관통 구멍과 상기 제 2 관통 구멍 사이에 위치하는 테이퍼 각(θ₁)의 테이퍼 구멍으로 이루어지는 다이를 사용하는 제조 방법이다.

제 1 제조 방법에서는 맨드릴의 상기 테이퍼부의 테이퍼 각(θ)을 20°∼80 °의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 제 2 제조 방법에서는,

D_{1 ,} D_{2 ,} d_{1 ,} d₂의 값은 다음식:

d₁ < d₂ < D₂,

0 < (1 - D₁/D₂) x 100 ≤ 70), 및

30 ≤ {1 - (D₂ ² - d₂ ² )/(D₁ ² - d₁ ² ) x 100 ≤ 94

의 관계를 만족시키도록 설정되고, 또한

상기 테이퍼 구멍의 테이퍼 각(θ₁)과 상기 테이퍼부의 테이퍼 각θ₂는 θ₁ < θ₂, 20°≤ θ₂ ≤ 80°의 관계를 만족시키고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기한 제 1 제조 방법을 실시하기 위해서

일정 직경(D)의 관통 구멍을 갖는 다이;

상기 다이의 일방의 개구부로부터 출입 가능하고 상기 관통 구멍 안에 배치되며 직경(d₁)의 원주 선단부와 직경(d₂)(단, d₁ < d₂ < D)의 원주 기초 단부, 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부의 사이에 위치하는 테이퍼부를 갖는 맨드릴; 및

상기 다이의 타방의 개구부로부터 출입 가능하고, 또한 내경이 d₁, 외경이 D인 가압 펀치를 구비하고 있는 링 형상 자석 소재의 제조 장치가 제공된다.

또한, 상기한 제 2 제조 방법을 실시하기 위해서

직경(D₁)의 제 1 관통 구멍, 직경(D₂)(단, D₁ < D₂)의 제 2 관통 구멍, 및 상기 제 1 관통 구멍과 상기 제 2 관통 구멍 사이에 위치하는 테이퍼 구멍으로 이루어지는 관통 구멍을 갖는 다이;

상기 다이의 제 2 관통 구멍으로부터 출입 가능하고 상기 관통 구멍 안에 배치되어 직경(d₁)의 원주 선단부, 직경(d₂)(단, d₁ < d₂ < D₂ )의 원주 기초 단부, 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부의 사이에 위치하는 테이퍼부를 갖는 맨드릴; 및

상기 제 1 관통 구멍으로부터 출입가능하고, 또한 내경이 d₁, 외경이 D₁인 가압 펀치를 구비하고 있는 링 형상 자석 소재의 제조 장치가 제공된다.

먼저 제 1 제조 방법에서 사용하는 제조 장치에 관하여 설명한다.

도 2는 제 1 제조 방법에서 사용하는 제조 장치의 1예 A를 도시하는 개념적 모식도이다.

이 장치A는 상하 방향으로 일정 구멍 직경(D)의 관통 구멍(1)이 형성되어 있는 다이(2)와, 관통 구멍(1)의 일방(도에서는 하방)의 개구부(1a)로부터 상기 관통 구멍에 동축으로 삽입되고 거기에 배치되어 있는 맨드릴(3)과, 관통 구멍(1)의 타방(도에서는 상방)의 개구부(1b)로부터 상기 관통 구멍에 삽입되며 후술하는 예비 성형체를 가압하는 가압 펀치(4)를 가지고서 기본 구성으로 하고 있다.

맨드릴(3)은 직경(d₁)의 원주 선단부(3A), 직경(d₂)(단, d₁ < d₂ < D)의 원주 기초 단부(3B), 및 양자 사이에 위치하는 테이퍼부(3C)로 구성되어 있다. 이 테이퍼부(3C)는 맨드릴의 원주 기초 단부(3B)의 상단에 연이어 설치해서 테이퍼 각(θ₂)의 경사를 이루어서 형성되어 있고, 원주 선단부(3A)의 하단으로 갈수록 작은 직경으로 되어 있다. 따라서, 테이퍼부(3C)에 있어서의 상단의 직경은 d_{1 ,} 하단의 직경은 d₂로 되어 있다.

또한, 상기한 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)은 후술하는 예비 성형체의 면내 중심부에 형성되는 관통 구멍의 직경과 같거나 그것보다도 약간 작게 되어 있어, 이 예비 성형체의 관통 구멍에 원주 선단부(3A)가 삽입되도록 되어 있다.

이 맨드릴(3)은 그 원주 기초 단부(3B)가 도시하지 않은 맨드릴 구동 기구와 연결되어 있어서 관통 구멍(1) 안에 출입 가능하게 되어 있다.

또한, 가압 펀치(4)는 외형이 관통 구멍(1)의 직경(D)과 거의 동일한 직경이고 내경이 맨드릴의 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)과 거의 동일한 직경의 원 고리 기둥 형상체이며, 그 기초 단부는 도시되지 않은 가압 장치와 연결되어 있어 다이의 관통 구멍(1) 안에 출입 가능하게 되어 있다.

다음으로, 제 2의 제조 방법에서 사용하는 제조 장치에 관하여 설명한다.

도 3은 그 제조 장치의 1예 B를 도시하는 개념적 모식도이다.

도 3의 장치B는 관통 구멍(1)이 후술하는 형상인 것을 제외하면, 다이(2)와, 관통 구멍(1)에 삽입되어서 거기에 배치되는 맨드릴(3)과, 예비 성형체를 가압 프 레싱하기 위한 가압 펀치(4)를 가지고서 기본 구성으로 하는 것은 도 2에 도시된 장치(A)의 경우와 마찬가지이다.

도 3에 있어서 다이(2)에는 상하 방향에 관통 구멍(1)이 형성되어 있지만, 이 관통 구멍(1)은 직경(D₁)의 제 1 관통 구멍(1A), 직경(D₂)(단, D₁ < D₂)의 제 2 관통 구멍(1B), 및 이 양 관통 구멍의 사이에 위치하는 테이퍼 구멍(1C)으로 구성되어 있다. 따라서, 테이퍼 구멍(1C)에 있어서의 상단의 구멍 직경은 D₁이며 하단의 구멍 직경은 D₂로 되어 있다.

또한, 이 다이(2)는 제 1 관통 구멍(1A)이 형성되어 있는 다이 부분(2A), 제 2 관통 구멍(1B)이 형성되어 있는 별도의 다이 부분(2B), 및 양쪽 다이 부분 사이에 테이퍼 구멍(1C)이 형성되어 있는 다이 부분(2C)을 개재한 상태로 조합시켜 구성되어 있는 것이 바람직하다. 그 경우, 다이부(2C)의 두께 치수는 상기한 맨드릴의 테이퍼부(1C)의 높이 치수와 같게 설정된다.

여기에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 테이퍼 구멍(1C)의 테이퍼 각을 θ₁(°), 맨드릴의 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각을 θ₂(°)라고 했을 때, θ₁ 과 θ₂의 값은 θ₁ < θ₂의 관계를 만족시키도록 설계되어 있다.

본 발명 방법에서는 이들의 장치A, 장치B를 이용하여 링 형상 자석 소재가 제조되는 것이지만, 제 1 제조 방법, 제 2 제조 방법 중 어느 것을 실시하는 경우라도, 우선 최초에 다음과 같은 예비 성형체가 제조된다.

예를 들면, 통상 방법에 의해 Nd-Fe-B계의 자석 분말을 압분체로 하고, 또한 온간 프레싱해서 고밀도화 한 원통 형상의 예비 성형체를 제조한다.

제 1 제조 방법을 실시할 경우에는, 예비 성형체의 외경은 장치(A)에 있어서의 다이(2)의 관통 구멍(1)의 직경(D)과 거의 동일하거나 약간 작고, 또한 내경은 맨드릴(3)의 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)과 거의 동일하거나 약간 크게 되도록 성형된다.

또한, 제 2 제조 방법을 실시할 경우에는, 예비 성형체의 외경은 장치(B)에 있어서의 제 1 관통 구멍(1A)의 직경(D₁)과 거의 동일하거나 약간 작고, 또한 내경은 맨드릴의 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)과 거의 동일하거나 약간 큰 원통체로서 성형된다.

사용하는 자성분말로서는 각별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 Nd : 20∼40질량, Fe : 40∼70질량%, Co : 30질량%이하, B : 0.3∼3.0질량%의 조성을 갖는 Nb-Fe-B계의 것이 적합하다.

이상의 준비를 한 뒤, 다음과 같이 해서 링 형상 자석 소재가 제조된다.

그것을 최초에 제 1 제조 방법의 경우에서 설명한다.

우선, 도 2에서 도시된 장치(A)에 있어서 도시 되지 않은 맨드릴 구동 기구를 구동해서 맨드릴(3)을 다이(2)의 관통 구멍(1) 안에 삽입하고 거기에 배치한다.

그리고, 관통 구멍(1)의 상부 개구부(1b)로부터 원통 형상의 예비 성형체(5)를 삽입해서 맨드릴(3)의 원주 선단부(3A)에 장전한다.

이 때, 예비 성형체(5)는 도 4의 가상선으로 도시된 바와 같이 그 관통 구멍(5A)에 원주 선단부(3A)만이 삽입되지만 테이퍼부(3C)에는 삽입되지 않은 상태로 맨드릴에 장전된다.

이어서, 도시되지 않은 가압 기구를 작동하여 가압 펀치(4)로 화살표로 도시한 바와 같이 상기한 예비 성형체(5)를 가압해서 소성 가공한다.

가압 펀치(4)의 관통 구멍(4a)에 맨드릴의 원주 선단부(3A)가 삽입된 상태에서 상기 가압 펀치(4)로 예비 성형체(5)의 소성 변형이 진행된다.

가압 펀치(4)는 도 5에 도시된 바와 같이 테이퍼부(3C)의 상단까지 하강해서 정지하지만, 그 시점 까지의 사이에 예비 성형체(5)는 다이(2)와 맨드릴(3)이 형성하고 있는 원 고리 형상의 간극내를 하방을 향해서 압출됨으로써 도 5에 도시된 바와 같은 단면 형상의 성형체(5₁)로 변형 된다. 또한, 이 과정에서 맨드릴은 도시되지 않은 맨드릴 구동 기구와 가압 펀치(4)에서 2 점 지지된 상태가 되므로 맨드릴의 코어 흔들림이 일어나지 않는다.

이어서, 가압 펀치(4)를 후퇴시켜 도 6의 가상선에 도시된 바와 같이 다이(2)의 관통 구멍(1) 안에 새로운 예비 성형체(5)를 장전한다. 그리고, 다시 가압 펀치(4)를 작동해서 예비 성형체(5)을 가압한다.

그 결과, 가압 펀치(4)가 맨드릴에 있어서의 테이퍼부(3C)의 상단까지 하강한 시점에서는 도 7에 도시된 바와 같이 이전의 성형체(5₁)는 더욱 관통 구멍(1)의 하방으로 압출되어서 다이(2)와 맨드릴의 원주 기초 단부(3B)가 형성하는 원 고리 형상의 간극에서 외경이 D, 내경이 d₂의 링 형상으로 형성되어 그 위에 새로운 성형체(5₂)가 성형된다.

이와 같이, 가압 펀치의 후퇴 - 새로운 예비 성형체의 장전 - 가압 펀치에 의한 가압 조작을 반복함으로써 링 형상의 자석 소재가 연속적으로 성형된다.

이 일련의 조작에 있어서, 맨드릴의 원주 선단부(3A)에 장전된 예비 성형체(5)는 가압 펀치로 가압되었을 때에 다이(2)와 테이퍼부(3C)가 형성하는 간극에서 조여진 상태로 소성 가공되게 된다. 즉, 관통 구멍(1)의 하방으로 압출되어 가는 과정에서 테이퍼부(3C)의 개소에서는 순차적으로 큰 소성 변형을 받고, 그리고 테이퍼부(3C)를 통과하고 나서는 항상 그 소성 변형을 받은 상태가 유지되게 된다.

그 때문에 성형된 링 형상 자석 소재(5₁)에 있어서는, 그 선단부가 충분한 소성 가공을 받고 있고, 그 결과, 자기 특성의 저하도 억제되어 있어서 종래와 같이 선단부를 절제하는 것이 필요치 않게 된다.

또한, 장전된 예비 성형체(5)는 맨드릴의 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)과 거의 동일한 직경의 관통 구멍(5A)를 갖는 원통 형상으로 되어 있으므로 가압 펀치(4)에 의한 가압 프레싱의 과정에서 재료가 거의 곧바로 하방으로 압출되어 간다.

그 결과, 성형체(5₁)와 다음 성형체(5₂)의 연결부에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같은 재료 상호의 랩핑 현상은 억제되어 서로의 단면은 길이 방향과 직교하는 상태로 연결하게 된다.

이러한 효과는 맨드릴의 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)을 작게 하면 현저하게 발현된다. 예를 들면 테이퍼 각(θ₂)을 1°정도로 하면 연결부는 각 성형체의 단면이 서로 거의 완전하게 평탄한 상태(서로 직교하는 상태)로 연결한다. 그러나, 테이퍼 각(θ₂)을 작게 하는 것은 맨드릴(3)이 매우 길어지게 되므로 본 발명에 있어서는 이 테이퍼 각(θ₂)을 2O∼8O°의 범위내로 설정한다. 테이퍼 각(θ₂)을 80°보다 크게 하면 제품 선단 부분의 (BH) max의 저하가 커지게 됨과 아울러 도 1에 도시된 바와 같은 랩핑 현상을 무시할 수 없게 된다. 그 결과 절제하는 부분이 커지게 되고, 수율 저하를 초래하므로 바람직하지 못하다.

또한, 이 제 1 제조 방법에서는 테이퍼부(3C)를 설치함과 동시에 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)을 변화시킴으로써 외경과 내경이 같더라도 자기 특성을 높인 링 형상 자석 소재를 제조할 수 있다.

예를 들면, 제조 목적의 링 형상 자석 소재의 외경은 D, 내경은 d₂로 일정하게 했다고 하면 소성 가공에 사용하는 예비 성형체(5)의 외경은 D가 아니면 안된다. 그러나, 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)에 해당하는 예비 성형체(5)의 관통 구멍(5A)의 직경은 d₂로 한정될 필요는 없다. 즉, 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)을 목표 제품의 내경(d₂)에 합치시킬 필요는 없다. 최종적으로 얻어진 성형체의 내경이 d₂로 되어 있으면 좋기 때문이다.

그리고, 변형 가공량(감면율)은 100 × {1 - ((D² - d₂ ²)/(D² - d₁ ²)}(%)가 되지만, 예를 들면 (d₁)을 크게 하면 상기 감면율은 커지게 된다. 그리고, 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)을 상기한 범위내로 설정함으로써 예비 성형체(5)는 큰 소성 변형을 받게 되어 그 자기 특성이 향상되고, 동시에 양호한 연결부로 되어 있는 링 형상 자석 소재를 연속해서 성형할 수 있다.

또한, 이 제 1 제조 방법에 있어서 맨드릴(3)은 그 원주 기초 단부(3B)가 맨드릴 구동 기구로 지지되고, 또한 예비 성형체(5)의 소성 가공시에는 원주 선단부(3A)가 가압 펀치(4)의 관통 구멍(4a) 안에 구속되어 있다. 즉, 맨드릴은 2점 지지된 상태로 되어 있으므로 코어 흔들림을 일으킬 일은 없다. 따라서, 치수 정밀도가 높은 링 형상 자석 소재의 제조가 가능하다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 이미 가압 펀치(4)로 소성 가공을 행한 성형체(5₁)에 다음 예비 성형체(5)를 장전할 때에는 성형체(5₁)와 예비 성형체(5) 사이에, 예를 들면 철로 만든 원 고리판(6)을 개재하는 것이 바람직하다.

이 원 고리판(6)은 압력 수용 더미로서 기능을 하고, 성형체(5₁), 예비 성형체(5)에 배압을 부가해서 미소 크랙(crack)의 발생을 방지함과 아울러 성형체(5₁)와 예비 성형체(5)의 분리성을 높인다.

특히, 단일 캐비티를 목적으로 해서 링 형상 자석 소재를 제조할 경우에는 이 압력 수용 더미의 개재가 적합하다. 또한, 연속적으로 제조할 경우 3개째 이후 의 제조시에는 이 압력 수용 더미는 개재해도 개재하지 않아도 좋다.

또한, 도 9에서 도시된 바와 같이, 이미 가압 펀치에 의한 소성 가공이 종료한 성형체(5₁) 상에 다음 예비 성형체(5)를 장전할 경우, 그 예비 성형체(5) 하부의 외주 모서리부를 모따기 해 두는 것이 바람직하다. 가압 펀치로 소성 가공했을 때에, 성형체(5₁)와 예비 성형체(5)의 연결부에 있어서의 상호의 랩핑 현상을 확실하게 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이 도 9에 도시된 예비 성형체(5)와 성형체(5₁)의 사이에 마찬가지로 외주의 모서리부가 모따기 되어 있는 상기한 압력 수용 더미(6)를 개재하면, 연결부에 있어서의 상호 랩핑 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상호의 분리 작업이 매우 행하기 쉬워져서 바람직하다.

다음으로, 제 2의 제조 방법의 경우를 설명한다.

도 11에서 도시된 바와 같이 다이(2)의 제 2 관통 구멍(1B) 안에 맨드릴(3)을 동축으로 삽입하고, 테이퍼부(3C)의 상단과 하단이 테이퍼 구멍(1C)의 상단과 하단에 각각 합치한 위치에서 맨드릴(3)의 삽입을 정지하여 그 위치에서 맨드릴(3)을 배치·고정한다.

그 결과, 제 1 관통 구멍(1A) 안에는 원주 선단부(3A)와 제 1 관통 구멍(1A)의 벽면 사이에서 폭이 (D ₁- d₁)/2이고, 단면적이 (D₁ ² - d₁ ²)π/4인 원 고리 형상의 간극이 형성된다. 또한, 제 2 관통 구멍(1B)의 안에는 원주 기초 단부(3B)와 제 2 관통구멍(1B)의 벽면 사이에서 폭이 (D₂ - d₂)/2 이고, 단면적이 (D₂ ² - d₂ ²)π/4인 원 고리 형상의 간극이 형성된다.

그리고, 테이퍼부(3C)와 테이퍼 구멍(1C) 사이에는 테이퍼부(3C)의 상단에서는 폭이 (D₁ - d₁)/2 이고 단면적이 (D₁ ² - d₁ ²)π/4이며, 테이퍼부(3C)의 하단에서는 폭이 (D₂ - d₂)/2이고 단면적이 (D₂ ² - d₂ ²)π/4인 나팔 형상의 간극이 형성된다.

또한, D_{1 ,} d_{1 ,} D_{2 ,} d₂의 사이에서는, 상기한 D₁ < D₂、 d₁ < d₂ < D₂의 관계가 성립하는 것과 함께, θ₁ < θ₂ 로 함으로써 (D₂ - d₂) < (D₁ - d₁)의 관계도 성립하도록 D_{1 ,} d_{1 ,} D_{2 ,} d₂의 값이 설계되어 있다.

따라서, 상기한 테이퍼부(3C)와 테이퍼 구멍(1C) 사이에 형성된 나팔 형상의 간극에 있어서는 테이퍼부(3C) 상단의 단면적이 하단의 단면적 보다도 크게 되어 있다.

이 (D₂ - d₂) < (D₁ - d₁)의 관계를 성립시킴으로써 예비 성형체의 소성 가공 시에 변형을 부여할 수 있다.

이어서, 제 1 관통 구멍(1A)에 예비 성형체(5)를 삽입해서 맨드릴(3)의 원주선단부(3A)에 장전한다. 이 때, 예비 성형체(5)의 내경과 외경은 각각 원주 선단부(3A)의 직경과 제 1 관통 구멍(1A)의 직경과 거의 동일하므로, 예비 성형체(5)는 도 11의 가상선으로 도시된 바와 같이 맨드릴의 테이퍼부(3C) 상단에서 유지된 상 태에서 제 1 관통 구멍(1A) 안에 배치된다.

이어서, 도시 되지 않은 가압 장치를 구동하여 가압 펀치(4)로 화살표에 도시된 바와 같이 예비 성형체(5)를 가압해서 소성 가공을 행한다.

그 때, 가압 펀치(4)의 관통 구멍(4a)에는 맨드릴의 원주 선단부(3A)가 삽입된 상태에서 상기 가압 펀치에 의한 예비 성형체(5)의 소성 가공이 진행된다.

가압 펀치(4)는 제 1 관통 구멍(1A) 안을 맨드릴의 원주 선단부(3A)를 가이드로해서 하강해 가고, 최종적으로는 테이퍼부(3C)의 상단에서 정지한다.

그리고, 그 과정에서 예비 성형체(5)는 다이(2)의 테이퍼 구멍(1C)과 맨드릴의 테이퍼부(3C)가 형성하는 나팔 형상의 간극내를 경유해서 다이의 제 2 관통 구멍(1B)과 맨드릴의 원주 기초 단부(3B)가 형성하는 원 고리 형상의 간극을 향해서 압출되어 가고, 도 12에 도시된 바와 같은 성형체(5₁)로 소성 변형된다.

이 때, 상기한 나팔 형상의 간극은 상단의 단면적이 최대이며 하단의 단면적이 최소로 되어 있으므로 예비 성형체(5)는 면이 감소하는 원 고리 형상으로 조여진다. 즉, 확실하게 소성 가공이 실현된다.

또한, 이 과정에서 맨드릴(3)은 원주 기초 단부(3B)측의 맨드릴 구동 장치(도시되지 않음)와 가압 펀치(4)로 2점 지지된 상태에 있으므로 코어 흔들림이 일어나지 않는다.

이어서, 가압 펀치(4)를 후퇴시켜 도 13의 가상선으로 도시된 바와 같이 다이의 제 1 관통 구멍(1A) 안에 새로운 예비 성형체(5)를 장전한다. 그리고, 다시 가압 펀치(4)를 작동해서 예비 성형체(5)를 가압한다.

그 결과, 가압 펀치(4)가 테이퍼부(3C)의 상단까지 하강한 시점에서 도 14에 도시된 바와 같이 이전의 성형체(5₁)는 더욱 하방으로 압출되어 외경이 D₂, 내경이 d₂인 완전한 원통 형상으로 되며, 예비 성형체(5)는 도 14에 도시된 형상의 성형체(5₂)로 소성 가공된다.

이렇게, 가압 펀치의 후퇴 - 새로운 예비 성형체의 장전 - 가압 펀치에 의한 가압 프레싱의 조작을 반복함으로써 링 형상의 자석 소재가 연속적으로 제조된다.

이 제 2 제조 방법의 경우 D₁ < D_{2 ,} d₁ < d₂, 그리고 (D₂ - d₂) < (D₁ - d₁)의 관계가 성립하고 있으므로 장전된 예비 성형체(5)는 테이퍼부(3C)와 테이퍼 구멍(1C)이 형성하는 간극을 압출되어 가는 과정에서 확실하게 조여져 변형이 축적되어, 상기 예비 성형체의 외경과 내경의 어느쪽이든 직경이 확대되는 소성 변형을 받는다. 그리고, 그 간극을 통과해서 원주 기초 단부(3B)와 제 2 관통 구멍(1B)이 형성하는 간극을 통과하는 과정에는 항상 그 소성 변형을 받은 상태가 유지되게 된다.

그 때문에 성형된 성형체(링 형상 자석 소재)(5₁)의 자기 특성은 향상된다. 또한, 그 선단부도 충분한 소성 변형을 받고 있으므로 자기 특성의 저하도 억제되어 있어서 종래와 같이 선단부를 절제하는 것이 필요하지 않게 된다.

또한, 장전된 예비 성형체는 맨드릴의 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)과 거의 동일한 직경의 관통 구멍을 갖는 원통 형상으로 되어 있으므로 가압 펀치(4)에 의 한 가압 프레싱의 과정에서 재료가 거의 곧바로 하방으로 압출되어 간다.

그 결과, 성형체(5₁)와 다음 성형체(5)의 연결부에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같은 재료 상호의 회전 유입 현상은 일어나지 않게 되고, 서로의 단면은 길이 방향과 직교하는 상태로 연결되도록 된다.

이러한 자성 특성의 향상 효과나 연결부에 있어서의 랩핑 현상의 억제 효과는 도 3에 도시된 바와 같이 맨드릴의 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)과 다이의 테이퍼 구멍(1C)의 테이퍼 각(θ₁)의 대소에 의해 영향을 받는다. 이 θ_1, θ₂ 는 자기특성과의 관계에서는 D_{1 ,} D_{2 ,} d_{1 ,} d₂의 관계로 설계되지만 연결부의 랩핑 현상과의 관계에서는 일반적으로 테이퍼 각θ_1, θ₂ 을 작게 하면 현저하게 그 효과가 발현된다. 예를 들면 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)를 1°정도로 하면 각 성형체의 연결부의 단면이 서로 거의 완전하게 평탄한 상태(서로 직교하는 상태)로 연결된다.

그러나, 테이퍼 각(θ₂)을 작게 하는 것은 맨드릴(3)이 매우 길어지고, 그것에 대응해서 다이(2)도 매우 두꺼워지게 되므로, 본 발명에 있어서는 자기 특성의 향상 효과와의 관계를 포함시키면 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)을 20∼80°의 범위내에 설정하는 것이 바람직하다. 이 테이퍼 각(θ₂)이 80°보다 커지면 제품의 첨단 부분의 (BH)max의 저하가 커지게 됨과 아울러, 도 1에 도시된 바와 같은 랩핑 현상이 무시할 수 없게 되고, 그 때문에 연결부의 절제 부분이 길어져서 수율의 저 하가 커지기 때문이다.

이 제 2 제조 방법의 경우에는 예비 성형체(5)의 외경(D₁)과 내경(d₁)의 어느 쪽이든 직경이 확대 되어서, 외경(D₂)과 내경(d₂)의 성형체[5₁(5₂)]가 얻어진다. 그러나, 두께는 (D₁ - d₁)/2에서 (D₂ - d₂)/2로 얇아지게 된다.

또한, 단면적은 예비 성형체(5)의 (D₁ ² - d₁ ²)π/4에서 성형체(5₁)의 (D₂ ² - d₂ ²)π/4로 감소하고 있다.

이 때, 본 발명에서는 (1 - D₁ / D₂)×100으로 표현된 예비 성형체의 외경을 기준으로 했을 때의 성형체의 외경 확대율(%)이 0∼70% (0%는 제외)의 범위내의 값이 되도록 또한, {1 - ((D₂ ² - d₂ ²)/(D₁ ² - d₁ ²}×100으로 표현된 감면율(%)이 30∼94%의 범위내의 값이 되도록 D_{1 ,} d_{1 ,} D_{2 ,} d₂ 로 함으로써 θ_1, θ₂의 값이 설계된다.

외경 확대율과 감면율의 어느 하나라도 상기한 값을 만족하지 않을 경우에는 얻어진 링 형상 자석 소재의 자기 특성을 향상시키는 것이 곤란해지기 때문이다.

특히, 외경 확대율이 70%보다 커지거나 감면율이 90%보다 커지도록 다이(2)와 맨드릴(3)의 치수를 설계하면 자기 특성의 문제 뿐만아니라 예비 성형체(5)의 가압시에, 예를 들면 가압 펀치의 파손이나 맨드릴의 눌어붙음 등이 발생해서 문제가 있다.

또한, 이 제 2 제조 방법에 있어서도 도 8, 도 9, 도 10에 도시된 바와 같은 제 1 제조 방법의 경우와 같은 수단을 강구하는 것이 바람직하다. 제 1 제조 방법에서 설명과 동일한 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

[실시예1∼4, 비교예1]

제 1의 제조 방법에서 다음과 같이 해서 링 형상 자석 소재를 제조했다.

Nd : 30.5질량%, Co : 6.0질량%, B : 0.9질량%, Ga : 0.6질량%, 잔부(殘部)가 실질적으로 Fe로 이루어지는 자성 합금을 용제(溶製)하고, 단롤법으로 초급랭해서 얇은 띠로 한 뒤 분쇄하여 입경300μm이하의 자성 분말을 얻었다.

이 분말을 냉간에서 압분 성형하고, 또한 Ar 분위기 하에서 온도 800℃, 압력196MPa의 핫 프레스(hot press)를 행하여 외경 23.6mm, 내경 13mm, 길이 16.3mm의 예비 성형체로 했다.

한편, 도 2에 도시된 구조 장치를 조립했다.

이 장치에 있어서 다이(2)의 관통 구멍(1)의 구멍 직경(D)은 23.6mm이다. 또한, 맨드릴(3)에 있어서 원주 기초 단부(3B)의 직경(d₂)은 18.6mm, 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)은 13mm, 높이는 4.6mm이며, 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)은 약 30°로 되어 있다.

이 장치에 상기한 예비 성형체를 장전하고 온도 800℃에서 가압 펀치(4)를 작동해서 연속적으로 외경 23.6mm, 내경 18.6mm, 길이 30mm의 링 형상 자석 소재를 성형했다.

비교를 위해, 일본 특허 공개 평 9-129463호 공보에 기재된 형태로 마찬가지의 자석 소재를 연속적으로 성형했다.

따라서, 실시예1의 경우에는 감면율 45.6%(=({1 - (23.6² - 18.6²)/(23.6² - 13²)}×100)의 소성 가공이 행하지고, 비교예1의 경우에는 56.3%(=({1 - (24² - 8²)/24²}×100)의 소성 가공이 행하여져 있다.

얻어진 연속 성형체에 대해서 각각의 성형체의 연결부의 상태를 눈으로 관찰했다. 실시예1의 경우에는 각 성형체의 연결 단면은 서로 거의 면 접속하여 두고, 상호 분리도 용이했다.

이에 반해, 비교예1의 경우에는 각 성형체의 연결부에서 재료의 랩핑 현상이 인지 되어, 상호 분리가 곤란했다.

이어서, 얻어진 각 자석 소재에 대해서 그 선단부로부터 격리된 개소의 (BH)max를 측정했다.

그리고, 그 결과를 비교예1의 자석 소재에 있어서의 선단부로부터의 거리가 20mm인 개소의 (BH)max 값으로 규격화하고, 그것을 선단부로부터의 거리 x(mm)와의 관계로서 도 15에 도시했다.

도 15에서 명백한 바와 같이, 비교예1의 경우에는 선단부로부터 20mm의 개소에 (BH)max (상대치)가 1로 되어 있지만, 실시예1의 경우에는 (BH)max가 1이 되는 것은 선단부로부터 6∼7mm정도의 개소이다. 즉, 실시예1의 경우에는 선단부에 있어서의 자기 특성의 열화가 작고, 따라서 절제 부분의 길이도 짧게 되어 있어서 제품 으로서의 수율이 높게 되어 있다.

한편, 최종적으로 얻어진 자석 소재에 있어서의 감면율이 45.6%, 48.9%, 및 51.6%가 되도록 원주 선단부(3A)의 직경(d₁)을 설정한 3종류의 맨드릴을 이용하여 같은 형상의 자석 소재를 실시예2, 3, 4로서 제조했다.

비교를 위해, 일본 특허 공개 평 9-129463호 공보에 기재된 형태로 상기 실시 예와 같은 형상의 자석 소재를 비교예1로서 제조했다. 그 경우의 감면율은 56.3%이다.

얻어진 각 자석 소재에 대해서, 선단부로부터의 거리 x(mm)와 그 개소에 있어서의 (BH)max의 관계를 조사했다. 그 결과를 도 16에 도시한다.

도 16에서 명백한 바와 같이, 비교예1의 경우에는 어떤 형상의 자석 소재에 대해서 그 감면율이 고정되므로 특정 자기 특성을 갖는 자석 소재밖에 제조할 수 없다.

이에 반해, 실시예 2, 3, 4의 경우에는 맨드릴의 원주 선단부에 있어서의 직경(d₁)을 변화시킴으로써 전체 형상은 같아도 자기 특성이 다른 자석 소재를 제조할 수 있다. 특히, 원주 선단부(d₁)의 직경을 작게 해서 감면율을 높임으로써 선단부의 절제 부분의 길이가 짧은 상태로(높은 수율로), (BH)max에서 40% 정도 높은 자기 특성의 자석 소재를 얻을 수 있다.

[실시예5∼9, 비교예2∼7]

제 2 제조 방법으로 다음과 같이 해서 링 형상 자석 소재를 제조했다.

D_{1 ,} d_{1 ,} D_{2 ,} d₂ 를 표 1에 도시한 바와 같이 변화시켜서 도 3에 도시한 구조의 장치를 복수 조립했다. 또한, 이것들의 장치에 있어서의 테이퍼부(3C)의 테이퍼 각(θ₂)과 테이퍼 구멍(1C)의 테이퍼 각(θ₁)도 표 1에 도시했다.

한편, Nd : 29.5질량, Co : 5.0질량%, B : 0.9질량%, Ga : 0.6질량%, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 자성 합금을 용제하고, 단롤법으로 급랭해서 플레이크(flake)화한 뒤 분쇄하여 입경 300μm이하의 자성 분말을 얻었다. 이것을 자성 분말(A)로 한다.

또한 Nd : 30.6질량%, Co : 6.0질량%, B : 0.89질량%, Ga : 0.57질량%, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 자성 합금을 용제하고, 자성 분말(A)의 경우와 같은 방법으로 입경 300μm이하의 자성 분말을 얻었다. 이것을 자성 분말(B)로 한다.

또한, 자성 분말(A)는 잔류 자화(Br)가 높은 자석의 원료 분말이며, 자성 분말(B)는 보자력(iHc)이 높은 자석의 원료 분말이다.

우선, 표 1에 도시된 치수 사양을 갖는 도 3에 도시된 구조의 제조 장치를 조립했다.

한편, 상기한 자성 분말을 각각 냉간에서 압분 성형하고, 또한 Ar 분위기하에서 온도 800℃, 압력 196MPa로 열압 프레싱을 행하여 표 1에서 도시한 치수 형상을 갖고, 각각의 제조 장치로 사용하는 예비 성형체를 제조했다.

[표1]

이어서, 각 예비 성형체를 각각의 제조 장치에 장전하고 온도 800℃에서 가압 펀치를 작동해서 연속적으로 표 2에서 도시한 치수 형상의 링 형상 자석 소재를 성형했다. 얻어진 각 링 형상 자석 소재에 대해, 최대 에너지 적(積)[(BH)max : kJ/m³], 잔류 자화(Br : T), IH곡선의 유지력(iHc : kA/m)을 측정했다.

그 결과를, 성형시에 있어서의 외경 확대율(%), 감면율(%)과 함께 표 2에 도시했다.

[표2]

표 1과 표 2로부터 다음의 것이 명확하다.

같은 자성 분말(A)를 사용한 실시예5와 비교예2를 대비하면 실시예5는 예비 성형체의 외경을 확대하고, 비교예2는 직경을 확대하지 않고 서로 동일 치수 형상의 링 형상 자석 소재를 성형하고 있지만, 실시예5의 감면율은 비교예2의 감면율 보다도 작은데도 불구하고 얻어진 링 형상 자석 소재의 (BH)max는 대폭 향상하고, 또한 Br도 높은 값으로 되어 있다. 자성 분말(B)를 사용한 실시예6과 비교예3의 경우도 마찬가지로, 실시예6은 비교예3과 대비해서 iHc와 Br의 어느 쪽이든 높은 값으로 양립하고 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 높은 (BH)max로 부터 높은 iHc의 영역까지 넓은 범위에서 뛰어난 자기 특성을 갖는 자석의 제조가 가능해진다.

또한, 실시예5, 비교예2 및 비교예4를 대비해서 명백한 바와 같이, 성형한 링 형상 자석 소재의 치수 형상이 같아도 예비 성형체의 외경을 축소시켜 제조한 비교예4는 큰 감면율로 제조되어 있음에도 불구하고, 그 자기 특성, 특히 (BH)max는 비교예2에 비해서 뒤떨어져 있다.

또한 비교예5는 작은 감면율로 소성 가공한 사례이지만, 이 경우에 iHc는 가공 전의 예비 성형체의 보자력에 가까운 값을 유지하고 있지만, Br과 (BH)max는 낮고, 제품에 요구되는 값에까지 도달하고 있지 않다.

실시예7은 대형품, 실시예8은 소형품에 본 발명을 적용한 사례이지만, 어느 경우에 있어서도 뛰어난 자기 특성이 얻어지고 있다. 이것으로부터, 본 발명은 치수적으로도 넓은 범위에서 뛰어난 자기 특성의 자석 소재를 제조하는 방법으로서 유용한 것으로 판명된다.

실시예9, 비교예6, 및 비교예7은 모두 압출이 곤란한 박육품을 제조하는 사례이다.

비교예6의 경우에는 감면율 10%, 외경 확대율 73%로 압출을 행한 사례이지만, 압출 하중에 가압 펀치가 견디지 못하고 파손되어서 압출이 불가능했다.

또한, 비교예7의 경우에는 감면율 95%, 외경 확대율 0%로 압출을 행한 사례이지만, 내경측의 직경 확대가 지나치게 커서 맨드릴에 도포되어 있는 윤활 피막이 상기 직경 확대를 따를 수 없고 맨드릴의 눌어 붙음이 발생하여, 역시 압출이 불가능했다.

이에 대하여, 실시예9의 경우에는, 감면율 90%, 외경 확대율 23%로 압출하고 있음에도 불구하고 내경과 외경의 가공도가 분산되기 때문에 가압 펀치의 파손도 맨드릴의 눌어 붙음도 발생하지 않고 압출이 가능하고, 게다가 뛰어난 자기 특성의 자석 소재를 제조할 수 있다.

이러한 것으로부터 링 형상 자석 소재의 자기 특성, 특히 (BH)max를 높이기 위해서는 사용하는 예비 성형체의 내경과 외경을 확대하는 바와 같은 성형을 행하는 것이 유효하다는 것이 판명된다.

또한, 얻어진 연속 성형체에 대해서 각각의 성형체의 연결부의 상태를 눈으로 관찰했다. 실시예, 비교예의 어느 경우도 각 성형체의 연결 단면은 서로 거의 면 접속하여 연속하고 있고, 상호의 분리도 용이했다. 또한, 압출 선단부의 (BH)max의 저하도 작고 실용상 문제가 없는 범위내였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 상기한 제 1 내지 제 3 문제를 모두 해결할 수 있으며, 다이와 맨드릴 사이의 치수 형상의 관계를 적정화 함으로써 예비 성형체에 효과적인 소성 가공을 행함으로써 상기한 제 4 문제도 해결할 수 있는 링 형상 자석 소재의 제조 방법과 그것에 사용하는 제조 장치를 제공할 수 있다.

Claims (17)

1. 다이에 형성된 관통 구멍 안에 직경(d₁)의 원주 선단부, 직경(d₂)(단, d₁ < d₂ )의 원주 기초 단부, 및 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부의 사이에 위치하는 테이퍼 각(θ₂)의 테이퍼부를 갖는 맨드릴을 배치하는 공정;

   상기 원주 선단부에 내경(d₁)의 원 고리 기둥 형상체인 링 형상 자석 소재의 예비 성형체를 장전하는 공정; 및

   상기 예비 성형체를 내경이 d₁이고 외경이 상기 관통 구멍과 동일한 직경의 가압 펀치로 가압함으로써 상기 예비 성형체를 상기 관통 구멍과 상기 맨드릴이 형성하는 간극내에서 소성 가공하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이의 관통 구멍의 직경이 일정 값(D, 단 d₂ < D)인 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 테이퍼부의 테이퍼 각(θ₂)이 20°∼ 80°의 범위내에 있는 것을 특징 으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이의 관통 구멍은 직경(D₁)의 제 1 관통 구멍, 직경(D₂) (단, D₁ < D₂)의 제 2 관통 구멍, 및 상기 제 1 관통 구멍과 상기 제 2 관통 구멍 사이에 위치하는 테이퍼 각(θ₁)의 테이퍼 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   D₁, D₂, d₁, d₂의 값은 다음식:

   d₁ < d ₂< D₂,

   0 < (1 - D₁ / D₂)×100 ≤ 70 ,및

   30 ≤ {1 - (D₂ ² - d₂ ²)/(D₁ ² - d₁ ²)}×100 ≤ 94

   의 관계를 만족하고 있는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 테이퍼 구멍의 테이퍼 각(θ₁)과 상기 테이퍼부의 테이퍼 각(θ₂)은 θ₁ < θ₂, 2O°≤ θ₂ ≤ 8O°의 관계를 만족하고 있는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 다이의 관통 구멍과 상기 맨드릴이 형성하는 간극에서 링 형상 자석 소재가 연속적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 다이의 관통 구멍과 상기 맨드릴이 형성하는 간극에서 링 형상 자석 소재가 연속적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가압 펀치와 상기 예비 성형체 사이에 원 고리 형상의 압력 수용 더미를 장입(裝入)하여 배압을 가하면서 상기 예비 성형체에 소성 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 가압 펀치와 상기 예비 성형체 사이에 원 고리 형상의 압력 수용 더미 를 장입하여 배압을 가하면서 상기 예비 성형체에 소성 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 가압 펀치와 상기 예비 성형체 사이에 원 고리 형상의 압력 수용 더미를 장입하여 배압을 가하면서 상기 예비 성형체에 소성 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 예비 성형체의 외주 모서리부가 모따기 되어있는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
13. 제 6 항에 있어서,

    상기 예비 성형체의 외주 모서리부가 모따기 되어있는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
14. 제 7 항에 있어서,

    상기 예비 성형체의 외주 모서리부가 모따기 되어있는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
15. 제 8 항에 있어서,

    상기 예비 성형체의 외주 모서리부가 모따기 되어있는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 방법.
16. 일정 직경(D)의 관통 구멍을 갖는 다이;

    상기 다이의 일방의 개구부로부터 출입 가능하고 상기 관통 구멍 안에 배치되며, 직경(d₁)의 원주 선단부, 직경(d₂)(단, d₁ < d₂ < D)의 원주 기초 단부, 및 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부 사이에 위치하는 테이퍼부를 구비하는 맨드릴; 및

    상기 다이의 타방의 개구부로부터 출입 가능하고, 또한 내경이 d₁, 외경이 D인 가압 펀치를 구비하는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 장치.
17. 직경(D₁)의 제 1 관통 구멍, 직경(D₂)(단, D₁ < D₂)의 제 2 관통 구멍, 및 상기 제 1 관통 구멍과 제 2 관통 구멍 사이에 위치하는 테이퍼 구멍으로 이루어진 관통 구멍을 구비하는 다이;

    상기 다이의 제 2 관통 구멍으로부터 출입 가능하고 상기 관통 구멍 안에 배치되며, 직경(d₁)의 원주 선단부, 직경(d₂)(단, d₁ < d₂ < D)의 원주 기초 단부, 및 상기 원주 선단부와 상기 원주 기초 단부 사이에 위치하는 테이퍼부를 구비하는 맨드릴; 및

    상기 제 1 관통 구멍으로부터 출입 가능하고, 또한 내경이 d₁, 외경이 D₁인 가압 펀치를 구비하는 것을 특징으로 하는 링 형상 자석 소재의 제조 장치.

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