KR20060093939A - 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제조된 희토류계 자석의 양측에 형성되는 N,S극의 경계부가 수직으로 균일하게 형성되게 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법 및 그 자장 프레스 장치에 관한 것으로, 희토류계 합금을 용해한 후 고형화 시킨 다음 파우다로 분쇄하는 단계와, 상기 파우다에 자장을 가하면서 일정 압력으로 가압하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 단계, 및 자석 성형체를 소결하는 단계로 구성된 희토류계 자석을 제조하는 방법에 있어서; 상기 자장 프레스 단계는, 상,하가 개방되어 상기 파우다가 충진되는 내부 충진공간을 포함하고 외부에는 자장 발생부가 구비된 금형틀 및 이 금형틀의 내부에 충진되는 파우다를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형을 준비하는 과정과, 상기 상,하 금형의 사이에 파우다를 충진한 후 상기 자장 발생부에서 파우다로 자장을 가하면서 상,하 금형을 통해 파우다를 가압하여 자석 성형체를 성형하는 과정으로 구성된 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법을 특징으로 하는 것이다.

또한, 자석의 원료가 되는 희토류계 합금 파우다를 일정 압력으로 가압하면서 자장을 가하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 장치를 포함하는 희토류계 자석 제조장치에 있어서, 상기 자장 프레스 장치는, 상,하가 개방되어 상기 파우다가 충진되는 내부 충진공간을 포함하고 외측에는 N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성되게 하는 자장 발생부가 구비된 금형틀과, 상기 금형틀의 내부 충진공간에 충진되는 파우다에 자장을 가하면서 파우다를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형으로 구성된 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치를 특징으로 하는 것이다.

Description

희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법 및 그 자장 프레스 장치{A magnetic field press method and press apparatus}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자장 프레스 장치를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 자장 프레스 장치를 통한 자석 제조방법을 나타낸 공정도.

도 3은 본 발명에 따른 장치와 공정을 통해 완성된 자석을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자장 프레스장치를 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자장 프레스장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 6은 종래의 자석 제조공정 중 프레스 공정에 사용되는 일 실시예의 자장 프레스 장치를 나타낸 단면도.

도 7은 종래의 자장 프레스 장치를 통해 제조된 자석을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 금형틀

11 : 충진공간

2 : 자장 발생부

21 : N극 전자석

22 : S극 전자석

3 : 상 금형

4 : 하 금형

5 : 파우다

본 발명은 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법 및 그 자장 프레스 장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 제조된 희토류계 자석의 양측에 형성되는 N,S극의 경계부가 수직으로 균일하게 형성되게 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법 및 그 자장 프레스 장치에 관한 것이다.

일반적으로 희토류(Nd-Fe-B)계 자석이라 함은 철계의 고성능 영구자석으로서, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 이방성 소결 자석이며 정방정구조를 가지는 금속간화합물을 주성분으로 하고 있는 것이다. 그리고 이러한 희토류계 자석은 보통의 자석보다 10배의 보자력(保磁力)을 가지는 것으로 계산기나 통신 장치 등에 널리 사용되고 있는 것이다.

이에, 통상적으로 알려진 희토류계 자석의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 희토류(Nd-Fe-B)계 합금을 용해로를 통해 용해한 다음 고형화시켜 괴(ingot)로 성형한다.

다음 상기와 같이 성형된 괴를 분쇄장치를 통해 파우다(3??m)로 분쇄한다.

다음 상기와 같이 분쇄된 파우다를 자장 프레스를 구성하는 금형틀에 투입한 다음 외부에서 자장을 가하여 자기적 정렬을 유지하면서 일정 압력으로 파우다를 가압하여 자석 성형체를 성형한다.

그리고 최종적으로 자석 성형체에 열을 가해 소결하는 과정을 통해 희토류계 자석을 제조하는 것이다.

이하, 상기와 같은 자석의 제조 공정중 자성 프레스 공정을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 6은 종래의 자석 제조공정 중 프레스 공정에 사용되는 일 실시예의 자장 프레스 장치를 나타낸 것이다.

이에 종래 일 실시예의 자장 프레스 장치는, 파우다가 내부에 충진될 수 있도록 상,하가 개방된 충진공간(101)이 포함된 금형틀(100)과, 상기 충진공간(101)의 상,하부에 삽입되어 하강 및 상승을 통해 그 사이에 충진되어 있은 파우다(200)를 압축하는 상,하 금형(300,400) 및 상기 금형틀(100)의 외측에 구비되어 파우다에 자장을 가하는 자장 발생부(500)로 구성된다.

그리고 상기 자장 발생부(500)는, N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성될 수 있도록 양측에 구비되는 N,S극 전자석(501.502)으로 구성되는 것이다.

따라서, 상기 자장 발생부(500)를 구성하는 N,S극 전자석(501,502)에 전류를 흘려주게 되면 그 사이 공간에서 압축되는 파우다는 자장의 영향으로 자화된다. 그러므로 상기 N극 전자석(501)과 가까운 측부는 S극으로 자화되고 그 반대편인 S극 전자석(502)과 가까운 측부는 N극으로 자화되는 것이다.

그런데, 상기와 같이 프레스 공정을 진행함에 있어서, 상기 금형틀(100)의 충진공간(101)에 충진된 파우다를 압축하는 상,하 금형(300,400)은 통상적으로 자성을 띠는 철재로 구성된다.

그러므로 N,S극 전자석(501,502)에 전류를 흘려 압축되는 파우다(200)에 자장을 가하는 순간에는 자장이 자성체인 상,하 금형(300,400)까지 미치게 됨으로서 완성된 자석의 N,S극의 경계부가 불규칙하게 된다. 즉 가압 되는 파우다(200)에서 형성되는 자장(300,400)이 상기 자성체인 상,하 금형(300,400)의 영향으로 인하여 중간부가 확장됨으로서 완성된 자석의 N,S극 경계부가 불규칙한 형상으로 형성되는 것이다.

따라서, 도 7은 종래의 자장 프레스 장치를 통해 제조된 자석을 나타낸 것으로서, 양측으로 N,S극을 가지게 제조된 자석의 중간부가 불규칙(은선으로 표시)하게 됨에 따라서 양측 N,S극의 자력이 다르게 되는 불량품이 생산되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 양측이 N,S극을 가지게 제조된 자석에 있어서 그 중간을 수직으로 절단하여 N극 만 또는 S극 만을 지닌 자석을 제조할 경우에는 중간의 경계부가 불규칙함으로서 불량품이 제조되는 문제점을 가지고 있었다. 다시말해 양측이 N,S극을 가지게 제조된 자석의 중간부가 불규칙(은선으로 표시)함으로서 이러한 자석의 중간을 수직(실선으로 표시)으로 절단하게 되면, N극 만을 가지는 자석의 절단부에는 일부의 S극이 잔류되고, 반대로 S극 만을 가지는 자석의 절단부에는 일부의 N극이 잔류된다. 그러므로 N극 만 또는 S극 만을 지닌 희토류계 자석의 제조시 많은 불량품이 발생되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로서, 자장 프레스 공정을 포함하는 제조공정을 통해 제조된 N,S 자석의 중간 경계부가 수직으로 형성되게 함으로서, 양측 N,S극의 자력이 동일한 자석을 제조할 수 있도록 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법 및 그 자장 프레스 장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한 자장 프레스 공정을 포함하는 제조공정을 통해 제조된 N,S 자석의 중간의 경계부가 수직으로 형성되게 함으로서, 상기 N,S 자석의 중간을 수직으로 절단하여 N극 만 또는 S극 만을 지닌 자석을 제조할 경우에 N극 자석 또는 S극 자석의 절단부에 타 극성이 잔류되는 불량을 예방할 수 있도록 하는 목적도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 희토류계 합금을 용해한 후 고형화 시킨 다음 파우다로 분쇄하는 단계와, 상기 파우다에 자장을 가하면서 일정 압력으로 가압하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 단계, 및 자석 성형체를 소결하는 단계로 구성된 희토류계 자석을 제조하는 방법에 있어서; 상기 자장 프레스 단계는, 상,하가 개방되어 상기 파우다가 충진되는 내부 충진공간을 포함하고 외부에는 자장 발생부가 구비된 금형틀 및 이 금형틀의 내부에 충진되는 파우다를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형을 준비하는 과정과, 상기 상,하 금형의 사이에 파우다를 충진한 후 상기 자장 발생부에서 파우다로 자장을 가하면서 상,하 금형을 통해 파우다를 가압하여 자석 성형체를 성형하는 과정으로 구성된 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법을 특징으로 하는 것이다.

또한, 자석의 원료가 되는 희토류계 합금 파우다를 일정 압력으로 가압하면서 자장을 가하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 장치를 포함하는 희토류계 자석 제조장치에 있어서, 상기 자장 프레스 장치는, 상,하가 개방되어 상기 파우다가 충진되는 내부 충진공간을 포함하고 외측에는 N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성되게 하는 자장 발생부가 구비된 금형틀과, 상기 금형틀의 내부 충진공간에 충진되는 파우다에 자장을 가하면서 파우다를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형으로 구성된 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치를 특징으로 하는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자장 프레스 장치를 나타낸 단면도이다.

이에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자장 프레스 장치는, 자석의 원료가 되는 희토류계 합금 파우다(5)에 자장을 가하면서 일정 압력으로 가압하여 자석 성형체를 제조하는 것이다.

즉 본 발명에 따른 제1 실시예의 자장 프레스장치는, 상,하가 개방되어 상기 파우다(5)가 충진되는 내부 충진공간(11)을 포함하고 외측에는 N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성되게 하는 자장 발생부(2)가 구비된 금형틀(1)과, 상기 금형틀(1) 의 내부 충진공간(11)에 충진되는 파우다에 자장을 가하면서 파우다(5)를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형(3,4)으로 구성되는 것이다.

그리고 상기 상,하 금형(3,4)은 상기 충진공간(11)의 상,하부에 삽입 구비된 상태에서 하강과 상승을 통해 파우다를 가압하게 구비되는 것으로서, 상기 상,하 금형(3,4)은 스테인레스스틸(SUS)나 고강도 합성수지 등의 비자성체로 구성되는 것이다.

또한 상기 자장 발생부(2)는 N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성될 수 있도록 양측에 구비되는 N,S극 전자석(21.22)으로 구성되는 것이다. 즉 상기 자장 발생부(2)를 구성하는 N,S극 전자석(21,22)에 전류를 흘려주게 되면 그 사이 공간에서 압축되는 파우다는 자장의 영향으로 자화된다. 그러므로 상기 N극 전자석(21)과 가까운 측부는 S극으로 그 반대편인 S극 전자석(22)과 가까운 측부는 N극으로 자화되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 제1 실시예의 자장 프레스장치를 통한 자석 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 자장 프레스 장치를 통한 자석 제조방법을 나타낸 공정도 이다.

이에 본 발명에 따른 자석 제조방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 희토류계 합금을 용해한후 고형화 시킨 다음 파우다(5)로 분쇄하는 단계(10)와, 상기 파우다(5)에 자장을 가하면서 일정 압력으로 가압하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 단계(20) 및 자석 성형체를 소결하는 단계(30)를 통해 희토류 계 자석을 제조하는 방법에 있어서;

상기 자장 프레스 단계(20)는, 상,하가 개방되어 상기 파우다(5)가 충진 되는 내부 충진공간(11)을 포함하고 외부에는 자장 발생부(2)가 구비된 금형틀(1) 및 이 금형틀(1)의 내부에 충진되는 파우다(5)를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형(3,4)을 준비하는 금형 프레스 준비과정(20a)과, 상기 상,하 금형의 사이에 파우다(5)를 충진한 후 상기 자장 발생부(2)에서 파우다(5)로 자장을 가하면서 상,하 금형(3,4)을 통해 파우다(5)를 가압하여 자석 성형체를 성형하는 과정(20b)으로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

특히 상기 파우다(5)의 가압은, 상기 상,하 금형(3,4)이 상기 충진공간(11)의 상,하부에 삽입 구비된 상태에서 하강과 상승을 통해 가압 하는 것이다.

그리고 상기 상,하 금형(3,4)은 비 자성체로 구성된 것으로서, 상기 N극에서 S극으로 형성되는 자장이 비 자성체인 상,하 금형(3,4)에 전혀 영향을 받지 않게 된다. 즉 파우다(5)에 자장을 가하는 과정에서 상기 상,하 금형(3,4)은 자장에 전혀 영향을 주지 않음으로서, 파우다(5)에 가해지는 자장이 확장되거나 불규칙하게 되는 현상을 방지하는 것이다.

그러므로, 상기와 같은 공정을 통해 완성된 자석은 도 3에 도시된 바와 같이, 중간의 N,S극 경계부(은선으로 표시)가 수직으로 형성되는 것이다.

따라서 상기와 같이 제조된 N,S 자석의 중간 경계부가 수직으로 균일하게 형성됨으로서, 양측 N,S극의 자력이 동일한 자석을 제조할 수 있음은 물론, 상기 N,S 자석의 중간을 수직으로 절단하여 N극 만 또는 S극 만을 지닌 자석을 제조할 경우 에 N극 자석 또는 S극 자석의 절단부에 타 극성이 잔류되는 불량을 예방할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자장 프레스장치를 나타낸 단면도이다.

이에, 본 발명에 따른 제2 실시예의 자장 프레스장치는, 상,하가 개방되어 상기 파우다(5)가 충진되는 내부 충진공간(11)을 포함하고 외측에는 N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성되게 하는 자장 발생부(2)가 구비된 금형틀(1)과, 상기 금형틀(1)의 내부 충진공간(11)에 충진되는 파우다(5)에 자장을 가하면서 파우다(5)를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형(3,4)으로 구성되는 것으로, 상기 상 금형(3)은 상기 충진 공간에 파우다(5)가 충진된 상태에서 상 금형이 충진공간의 상부를 막게 구비되어 있고; 상기 하 금형(4)은 상기 상 금형(3)이 충진공간(11)의 상부를 막은 상태에서 충진공간(11)의 하부에서 상부로 상승되어 파우다(5)를 가압하게 구비됨을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 제2 실시예의 자장 프레스 장치를 통해 파우다(5)에 자장을 가하여 가압할 경우에는, 상기 금형틀(1)을 구성하는 충진공간(11)에 파우다(5)를 충진 시킨 후 상 금형(3)을 하강시켜 충진공간(11)의 상부를 막는다. 다음 상 금형(3)이 충진공간(11)의 상부를 막은 상태에서 하 금형(4)을 충진공간(11)의 하부에서 상부로 상승시켜 파우다(5)를 가압하는 것이다. 따라서 상기 상,하 금형(3,4)의 가압 과정을 통해 자석 성형체를 제조할 수 있는 것이다.

그리고 상기 상,하 금형(3,4)은 비 자성체로 구성된 것으로서, 상기 N극에서 S극으로 형성되는 자장이 비 자성체인 상,하 금형(3,4)에 전혀 영향을 받지 않게 된다. 즉 파우다(5)에 자장을 가하는 과정에서 상기 상,하 금형(3,4)은 자장에 전혀 영향을 주지 않음으로서, 파우다(5)에 가해지는 자장이 확장되거나 불규칙하게 되는 현상을 방지하는 것이다.

그러므로 상기와 같은 공정을 통해 완성된 자석은, 양측에 N,S극이 구비된 자석에 있어서 중간의 경계부(은선으로 표시)가 수직으로 균일하게 형성되는 것이다.

따라서 상기와 같이 제조된 N,S 자석의 중간 경계부가 수직으로 균일하게 형성됨으로서 양측 N,S극의 자력이 동일한 자석을 제조할 수 있음은 물론, 상기 N,S 자석의 중간을 수직으로 절단하여 N극 만 또는 S극 만을 지닌 자석을 제조할 경우에 N극 자석 또는 S극 자석의 절단부에 타 극성이 잔류되는 불량을 예방할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자장 프레스장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도로서, 상기 제2 실시예의 자장 프레스 장치에 있어서, 상기 상 금형(4)의 내부에는 상부가 개방된 공간부(31)가 형성되어 있고, 상기 공간부(31)에는 상 금형(3)의 전체적인 강도를 높일 수 있도록 철재(32)가 삽입 구비됨을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 상 금형(3)의 내부는 강도가 뛰어난 철재로 구비함으로서 상 금형(3)의 강도를 충분히 높임으로서 프레스 과정에서 금형이 쉽게 손상되는 것을 예방할 수도 있는 것이다.

그리고 상기 철재(32)의 주위는 비 자성체로 구비됨에 따라서 파우다(5)에 가해지는 자장은 상기 비 자성체의 두께로 인하여 철재(32)에 전혀 영향을 받지 않게 된다. 그러므로 상기 자장 프레스 장치를 통해 성형되어 소결을 통해 완성된 자석은, 양측 N,S극의 경계부(은선으로 표시)가 수직으로 균일하게 형성되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 자장 프레스 공정을 포함하는 제조공정을 통해 제조된 N,S극 자석의 중간 경계부를 수직으로 형성되게 함으로서, 양측 N,S극의 자력이 균일한 자석을 불량 없이 반복적으로 제조할 수 있는 효과를 가지는 것이다.

또한 제조된 N,S극 자석의 중간 경계부를 수직으로 형성되게 함으로서, 상기 N,S 자석의 중간을 수직으로 절단하여 N극 만 또는 S극 만을 지닌 자석을 제조할 경우에 불량의 발생을 예방하는 효과도 가지는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (5)

1. 희토류계 합금을 용해한 후 고형화 시킨 다음 파우다로 분쇄하는 단계(10)와, 상기 파우다에 자장을 가하면서 일정 압력으로 가압하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 단계(20), 및 자석 성형체를 소결하는 단계(30)로 구성된 희토류계 자석을 제조하는 방법에 있어서;

   상기 자장 프레스 단계(20)는,

   상,하가 개방되어 상기 파우다가 충진되는 내부 충진공간을 포함하고 외부에는 자장 발생부가 구비된 금형틀 및 상기 충진공간에 충진되는 파우다를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형을 준비하는 과정(20a)과,

   상기 상,하 금형의 사이에 파우다를 충진한 후 상기 자장 발생부에서 파우다로 자장을 가하면서 상,하 금형을 통해 파우다를 가압하여 자석 성형체를 성형하는 과정(20b)으로 구성됨을 특징으로 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 방법.
2. 자석의 원료가 되는 희토류계 합금 파우다(5)에 자장을 가하면서 일정 압력으로 가압하여 자석 성형체를 제조하는 자장 프레스 장치를 포함하는 희토류계 자석 제조장치에 있어서;

   상기 자장 프레스 장치는,

   상,하가 개방되어 상기 파우다(5)가 충진되는 내부 충진공간(11)을 포함하고 외측에는 N극에서 S극의 방향으로 자장이 형성되게 하는 자장 발생부(2)가 구비된 금형틀(1)과,

   상기 금형틀(1)의 내부 충진공간(11)에 충진되는 파우다(5)에 자장을 가하면서 파우다(5)를 압축하는 비 자성체의 상,하 금형(3,4)으로 구성됨을 특징으로 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 상,하 금형(3,4)은,

   상기 충진 공간의 상,하부에 삽입 구비된 상태에서 하강과 상승을 통해 파우다(5)를 가압하게 구비됨을 특징으로 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 상 금형(3)은 상기 충진 공간에 파우다(5)가 충진된 상태에서 충진공간의 상부를 막게 구비되어 있고,

   상기 하 금형(4)은, 상기 상 금형(3)이 충진 공간의 상부를 막은 상태에서 충진공간(11)의 하부에서 상부로 상승되어 파우다(5)를 가압하게 구비됨을 특징으로 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상 금형(3)의 내부에는 상부가 개방된 공간부(31)가 형성되어 있고,

   상기 공간부(31)에는 상 금형(3)의 전체적인 강도를 높일 수 있로록 철재(32)가 내부게 구비됨을 특징으로 하는 희토류계 자석 제조용 자장 프레스 장치.

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