KR20160108180A

KR20160108180A - 분말 성형 장치 및 해당 성형 장치를 사용한 희토류 소결 자석의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160108180A
Application number: KR1020160024979A
Authority: KR
Inventors: 오사무 고노; 마사히로 우메바야시; 류지 나카무라; 다카히로 하시모토
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-09-19
Also published as: US20160260542A1; TW201706053A; TWI671145B; JP6689571B2; RU2016107712A; JP2016159351A; CN105935766B; EP3067191B1; EP3067191A1; RU2016107712A3; CN105935766A; US10607773B2; RU2710812C2; US20200066440A1

Abstract

본 발명은, 하부 펀치(2)와 다이스(1)로 형성되는 공간(11)에 재료 분말(5)을 투입하고, 상부 펀치(3)와 하부 펀치(2) 사이에서 해당 분말(5)을 가압 압축하여 원하는 형상으로 성형하고, 상부 펀치(3)를 상방 이동시켜 다이스(1) 상단면을 개방하고, 하부 펀치(2)를 상방 이동시켜 성형체(51)를 밀어올려 다이스(1)로부터 취출하여 분말(5)을 가압 압축 성형하는 경우에, 상기 하부 펀치(2)의 외주면에 도포재(24)를 설치하고, 이 도포재(24)에 윤활제를 함침시켜 성형 동작과 함께 윤활제를 다이스(1)의 내주면에 도포한다. 본 발명은, 성형 작업을 중단할 필요없이 성형 동작과 동시에 윤활제를 양호하게 도포하면서 재료 분말의 성형을 연속하여 행할 수 있어, 매우 효율적으로 희토류 합금의 성형체 등을 가압 압축 성형할 수 있다.

Description

분말 성형 장치 및 해당 성형 장치를 사용한 희토류 소결 자석의 제조 방법{POWDER MOLDING DEVICE AND METHOD FOR MAKING RARE EARTH SINTERED MAGNET USING SAID MOLDING DEVICE}

본 발명은 희토류 소결 자석 등을 제조할 때에 적절하게 사용되는 분말 성형 장치 및 희토류 소결 자석의 제조 방법에 관한 것이다.

Nd 자석을 대표로 하는 희토류 소결 자석은, 높은 자기 특성을 갖고 있다는 점에서, 최근들어 하드 디스크, 에어컨, 하이브리드 카 등에 사용되는 각종 모터, 센서 등에 널리 사용되게 되었다.

희토류 소결 자석은, 통상 분말 야금법에 의해 다음과 같은 공정을 거쳐 제조된다. 먼저, 소정의 조성이 되도록 원료를 배합하고, 고주파 용해로 등을 사용하여 용해, 주조함으로써 합금을 제작하고, 이 합금을 조 크러셔(jaw crusher), 브라운 밀, 핀 밀 등의 분쇄기, 수소 분쇄법(수소 취화 처리) 등으로 조분쇄하고, 또한, 제트 밀 등에 의해 미분쇄하여, 평균 입경 1 내지 10㎛의 미분말을 얻는다. 계속해서, 자기 이방성을 부여하기 위하여, 미분말을 자장 중에서 원하는 형상으로 성형하여 성형체를 제작하고, 소결 및 열처리를 실시함으로써 소결 자석을 얻는다.

일반적인 분말 야금법에 의한 희토류 소결 자석의 제조에 있어서의 자장 중 성형법으로서는 다이스, 상부 펀치 및 하부 펀치를 포함하는 금형의 다이스 및 하부 펀치로 형성한 캐비티에 미분말을 충전하고, 상부 펀치와 하부 펀치 사이에서 1축 가압하는 금형 성형이 행해지고 있으며, 그 때 상기 다이스의 성형면에 윤활제를 도포하여 상하부 펀치와 다이스 내면의 마찰을 저감시킴과 함께 성형물의 이형성을 향상시키는 것이 행해지고 있다.

이 윤활제의 도포는, 다이스의 내면에 윤활제를 스프레이하는 등의 방법이 일반적으로 채용되고 있지만, 이 방법에서는 소정 횟수 성형을 행할 때마다 또는 성형을 행할 때마다, 성형 동작을 일단 정지하고 윤활제의 도포 작업을 행하게 되어, 이 윤활제의 도포 작업이 생산성을 저하시키게 된다. 이로 인해, 보다 효율적으로 윤활제의 도포를 행할 수 있어, 희토류 소결 자석의 생산성을 향상시킬 수 있는 방책의 개발이 요망된다. 또한, 본 발명에 관련된 종래 기술로서는, 하기 특허문헌 1 내지 5를 예시할 수 있다.

일본 특허 공개(평) 4-214803호 공보 일본 특허 공개(평) 9-104902호 공보 일본 특허 공개 제2000-197997호 공보 일본 특허 공개 제2003-25099호 공보 일본 특허 공개 제2006-187775호 공보

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상대적으로 상하 이동하는 다이스, 하부 펀치 및 상부 펀치를 구비한 분말 성형기에 의해 재료 분말을 가압 압축 성형할 때에 생산성을 저하시키지 않고 효율적으로 윤활제를 도포하여 성형을 행할 수 있고, 희토류 소결 자석을 제조할 때의 성형 공정에 적절하게 채용할 수 있는 분말 성형 장치 및 상기 성형 장치를 사용한 희토류 소결 자석의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 하기 청구항 1 내지 7의 분말 성형 장치 및 하기 청구항 8의 희토류 소결 자석의 제조 방법을 제공한다.

청구항 1:

상대적으로 상하 이동하는 다이스, 상부 펀치 및 하부 펀치를 구비하고, 상기 다이스에 하측으로부터 진입한 하부 펀치 상면과 상기 다이스 내주면으로 형성되는 공간에 재료 분말을 투입하고, 상기 상부 펀치를 해당 다이스에 상측으로부터 진입시켜 해당 상부 펀치와 상기 하부 펀치 사이에서 상기 성형용 분말을 가압 압축하여, 상기 재료 분말을 원하는 형상으로 성형하고, 상기 상부 펀치를 상대적으로 상방 이동시켜 상기 다이스의 상단면을 개방함과 함께, 상기 하부 펀치를 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 밀어올려, 해당 성형체를 개방한 상기 다이스의 상단면으로부터 취출하도록 구성된 분말 성형 장치에 있어서,

상기 하부 펀치의 외주면에 전체 둘레에 걸친 링 형상의 홈을 형성함과 함께 이 홈에 윤활제를 함침 가능한 탄성 재료를 포함하는 도포재를 설치하고, 또한 이 도포재에 윤활제를 공급하는 윤활제 공급로를 해당 하부 펀치에 설치하여 이루어지고,

상기 윤활제 공급로를 통하여 상기 도포재에 윤활제를 공급하고, 상기 성형 동작 시에 상기 하부 펀치가 상기 다이스 내에서 상대적으로 상하 이동함으로써, 상기 도포재에 함침된 상기 윤활제가 상기 다이스 내면에 도포되고, 상기 성형 동작을 반복함으로써, 그 때마다 이 윤활제 도포 동작이 반복되도록 구성한 것을 특징으로 하는 분말 성형 장치.

청구항 2:

상기 도포재가 윤활제를 0.01g/㎠ 이상 함침 가능한 펠트재, 부직포 또는 스펀지재인 청구항 1에 기재된 분말 성형 장치.

청구항 3:

상기 하부 펀치 상면과 상기 다이스 내주면으로 형성되는 공간에 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 구비하여 이루어지고, 상기 재료 분말에 자장을 인가하도록 구성한 청구항 1 또는 2에 기재된 분말 성형 장치.

청구항 4:

상기 재료 분말이 희토류 합금 분말이고, 이 희토류 합금 분말에 자장을 인가하여 해당 희토류 합금 분말을 착자(magnetization)하고, 분산, 배향시켜, 이 상태에서 가압 압축 성형을 행해 희토류 합금의 성형체를 얻는 청구항 3에 기재된 분말 성형 장치.

청구항 5:

상기 상부 펀치, 하부 펀치 또는 그 양쪽으로 성형체를 가압하면서 상하부 양쪽 펀치 사이에 성형체를 소정 압력으로 끼운 채, 해당 상하부 양쪽 펀치를 다이스와 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 다이스로부터 취출하도록 구성한 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 분말 성형 장치.

청구항 6:

상하부 양쪽 펀치 사이에 성형체를 끼운 상태에서 해당 상하부 양쪽 펀치를 다이스와 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 다이스로부터 취출할 때, 상하부 양쪽 펀치의 이동 중에 상기 가압의 압력을 증가 또는 감소시키도록 구성한 청구항 5에 기재된 분말 성형 장치.

청구항 7:

상기 윤활제가 스테아르산, 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 올레산메틸, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세린산으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 휘발성 용매에 용해한 것인 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 분말 성형 장치.

청구항 8:

희토류 합금 분말을 가압 압축 성형하여 성형체를 얻고, 이 성형체를 가열 처리하여 소결시키는 희토류 소결 자석의 제조 방법에 있어서, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 분말 성형 장치를 사용하여, 상기 희토류 합금 분말의 가압 압축 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 희토류 소결 자석의 제조 방법.

즉, 본 발명의 분말 성형 장치는, 하부 펀치의 외주면에 전체 둘레에 걸쳐 링 형상으로 설치된 도포재에 윤활제가 함침된 상태에서 성형이 행해져, 성형 시에 하부 펀치가 다이스 내에서 상하 이동함으로써, 성형을 행할 때마다 도포재에 함침된 윤활제가 다이스의 내주면에 도포되도록 되어 있다. 이 경우, 이 하부 펀치는, 재료 분말이 충전되는 공간을 다이스 내에 형성할 때의 동작 및 성형체를 취출할 때의 동작에 의해, 다이스 내주면의 성형에 제공되는 부분과 상하부 양쪽 펀치가 접동하는 부분의 전체에 걸쳐 이동하므로, 다이스 내주면의 필요 부분 전체면에 윤활제를 도포할 수 있다. 게다가, 이 하부 펀치의 외주면에 설치된 탄성 재료를 포함하는 도포재는, 그 탄성에 의해 확실하면서 또한 양호하게 다이스 내주면에 접촉한 상태에서 접동하여, 이 도포재에 함침된 윤활제가 얼룩없이 양호하게 다이스 내주면에 도포되는 것이다. 이에 의해, 상하부 펀치와 다이스 내면의 마찰을 저감시킴과 함께 성형물의 이형성을 향상시켜, 양호하게 분말의 성형을 행할 수 있다.

따라서, 이 분말 성형 장치에 의하면, 성형 작업을 중단할 필요없이 성형 동작과 동시에 윤활제를 양호하게 도포하면서 재료 분말의 성형을 연속하여 행할 수 있어, 매우 효율적으로 희토류 합금의 성형체 등을 가압 압축 성형할 수 있다. 따라서, 이 분말 성형 장치를 사용함으로써, 효율적으로 희토류 소결 자석을 제조할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 분말 성형 장치를 구성하는 다이스, 상부 펀치 및 하부 펀치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 동일 분말 성형 장치의 하부 펀치 상면과 다이스 내주면으로 형성된 공간에 재료 분말을 충전한 상태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 동일 분말 성형 장치의 하부 펀치를 상대적으로 하방 이동시켜, 재료 분말의 상측에 상부 펀치를 다이스에 삽입하기 위한 예비 공간을 형성한 상태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 4는 동일 분말 성형 장치의 상부 펀치를 상측으로부터 다이스에 진입시켜 재료 분말에 접촉시킨 상태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 동일 분말 성형 장치의 상부 펀치와 하부 펀치 사이에서 다이스 내의 재료 분말을 가압 압축하여 원하는 형상으로 성형한 상태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 동일 분말 성형 장치의 상부 펀치를 상대적으로 상방 이동시켜 다이스의 상단면을 개방한 상태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 동일 분말 성형 장치의 하부 펀치를 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 밀어올려, 개방된 다이스의 상단면으로부터 성형체를 취출할 때의 상태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 동일 분말 성형 장치를 구성하는 하부 펀치를 도시하는 개략 사시도이다.

이하, 본 발명에 대하여 구체예를 나타내어 상세하게 설명한다.

본 발명의 분말 성형 장치는, 상대적으로 상하 이동하는 다이스, 상부 펀치 및 하부 펀치를 구비하고, 해당 다이스 내에서 상하부 양쪽 펀치 사이에서 분말을 가압 압축하여 원하는 형상으로 성형하는 것이며, 또한 본 발명의 희토류 소결 자석의 제조 방법은, 이 성형 장치를 사용하여 희토류 합금 분말을 원하는 형상으로 성형하고, 그 성형체를 가열 처리하여 소결시키는 것이다. 이 본 발명의 분말 성형 장치로서는, 예를 들어 도 1 내지 도 7에 도시한 성형 장치를 예시할 수 있다.

즉, 도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 분말 성형 장치를 사용하여 희토류 합금 분말 등의 재료 분말을 가압 압축 성형하고, 얻어진 성형체를 취출할 때까지의 공정을 나타내는 것이며, 이 분말 성형 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사각통형의 다이스(1)와, 이 다이스(1)에 아래로부터 진입하는 사각 블록 형상의 하부 펀치(2)와, 해당 다이스(1)에 위로부터 진입하는 상부 펀치(3)를 구비하고 있다.

이들 다이스(1), 하부 펀치(2) 및 상부 펀치(3)는, 모두 동일한 축(운동축)(4)을 따라 상대적으로 상하 이동하도록 되어 있다. 예를 들어, 하부 펀치(2)가 상방 이동하거나, 또는 다이스(1)가 하방 이동하거나, 혹은 그 양쪽 운동에 의해, 하부 펀치(2)가 다이스(1)에 하측으로부터 진입하여, 다이스(1)의 상단면으로까지 이동할 수 있고, 또한 다이스(1)와의 상대적 동작에 의해 다이스(1) 내에서 상하 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상부 펀치(3)도 마찬가지로, 해당 상부 펀치(3)가 하방 이동하거나, 또는 다이스(1)가 상방 이동하거나, 혹은 그 양쪽 운동에 의해 다이스(1)에 상측으로부터 진입하여 또한 다이스(1)와의 상대적 동작에 의해 다이스(1) 내에서 상하 이동할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 하부 펀치(2)의 외주면의 상부에는 전체 둘레에 걸쳐 사각 링 형상의 홈(21)이 형성되어 있다. 이 홈(21)에는, 소정 개수(본 예에서는, 1면 3개×4면으로 합계 12개)의 윤활제 토출 구멍(22)이 등간격으로 형성되어 있고, 각 윤활제 토출 구멍(22)은 하부 펀치(2) 내에 설치된 윤활제 공급로(23)(도 1 내지 도 7 참조)와 연통되어 있다. 그리고, 도시하지 않은 윤활제 공급 수단에 의해 해당 윤활제 공급로(23)를 통하여 상기 각 윤활제 토출 구멍(22)으로부터 윤활제가 수시로 토출하도록 되어 있다.

상기 홈(21)에는, 윤활제를 함침 가능한 탄성 재료를 포함하는 도포재(24)가 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있고, 상기 각 윤활제 토출 구멍(22)으로부터 토출되는 윤활제가 이 도포재(24)에 함침되도록 되어 있다. 이 도포재(24)는, 하부 펀치(2)의 외주면으로부터 10 내지 1000㎛ 정도 돌출되어, 상기 다이스(1)에 진입했을 때에 다이스(1)의 내주면에 적당한 압력으로 확실하게 접촉하도록 되어 있고, 하부 펀치(2)가 다이스(1) 내에서 상대적으로 상하 이동함으로써, 이 도포재(24)에 함침된 윤활제가 다이스(1)의 내주면에 자동적으로 도포되도록 되어 있다.

여기서, 상기 도포재(24)를 구성하는 탄성 재료는, 윤활제를 함침 가능한 탄성 재료이면 되는데, 공지의 재료로부터 적절히 선택하여 사용하면 된다. 예를 들어, 공지의 펠트재, 부직포, 스펀지재 등을 사용할 수 있다. 여기서, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 이 탄성 재료는 윤활제를 0.01g/㎠ 이상, 특히 0.04g/㎠ 이상, 나아가 0.1g/㎠ 이상 함침 가능한 것임이 바람직하고, 두께 등을 조절하여 이러한 함침량을 달성시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 윤활제의 함침량이 0.01g/㎠를 하회하면, 윤활제의 종류에 따라서는 양호한 윤활 효과를 얻기에 충분한 도포량을 얻지 못하게 되는 경우가 있다.

또한, 상기 윤활제에도 특별히 제한은 없고, 분말의 가압 압축 성형을 행할 때에 사용되는 윤활제로서 공지의 것을 사용할 수 있는데, 예를 들어 스테아르산, 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 올레산메틸, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산 등을 예시할 수 있다. 이 경우, 윤활제를 얇고 균일하게 도포하기 위하여, 이들 윤활제의 1종 또는 2종 이상을 휘발성 용매에 용해시켜 사용하는 것이 바람직하고, 휘발성 용매로서는, 윤활제의 종류 등에 따라 적절히 선정하면 되지만, 특히 성형체를 소결할 때에 희토류 성분과 반응하기 어려운 온도인 150℃ 이하에서 증발하는 것이 바람직하게 사용되는데, 예를 들어 비점이 50 내지 150℃인 프레온류나 알코올류 등으로부터 적절히 선택하여 사용하면 된다.

이 분말 성형 장치를 사용하여, 희토류 합금 분말 등의 재료 분말을 가압 압축 성형하는 경우에는, 먼저 도 1의 상태로부터 하부 펀치(2)를 상대적으로 상방 이동시켜 하측으로부터 다이스(1) 내에 진입시켜, 도 2에 도시된 바와 같이, 해당 하부 펀치(2)의 상면과 다이스(1)의 내주면으로 소정 용량의 공간(11)을 형성하고, 이 공간(11)에 재료 분말(5)을 투입하여 충전한다. 이때, 하부 펀치(2)의 위치를 적절히 설정하여 상기 공간(11)의 용량을 조절하여, 재료 분말(5)을 다이스(1)의 상단면 끝까지 충전함으로써, 칭량 공정을 필요로 하지 않고 재료 분말(5)의 충전량이 항상 소정의 일정량이 되도록 설정할 수 있다.

이 상태로부터 도 3, 도 4에 순차적으로 도시되어 있는 바와 같이, 하부 펀치(2)를 상대적으로 하방 이동시켜 재료 분말(5)의 상측에 상부 펀치(3)를 다이스(1)에 삽입하기 위한 예비 공간(12)을 형성하고(도 3의 상태), 이 상태에서 상부 펀치(3)를 상대적으로 하방 이동시켜 해당 예비 공간(12)에 삽입하여, 상부 펀치(3)를 재료 분말(5)의 상면에 접촉시킨 상태로 세팅한다(도 4의 상태). 이와 같이, 일단 예비 공간(12)을 설치하고 나서 상부 펀치(3)를 다이스(1)에 진입시키도록 함으로써, 상부 펀치(3)의 진입 시에 발생하는 풍압 등에 의해 재료 분말(5)의 일부가 다이스(1) 상단면으로부터 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 특별히 도시하지 않았으나, 다이스(1)의 주위벽 내 또는 다이스(1)의 주위에 자장 발생 수단을 설치하고 다이스(1) 내에 충전된 재료 분말(5)에 자장을 인가하도록 할 수 있다. 이에 의해, 재료 분말(5)로서 희토류 합금 분말을 사용하여 희토류 소결 자석을 제조하는 경우에, 상기 공간(11) 내에 충전된 희토류 합금 분말(5)에 자장을 인가하여, 해당 희토류 합금 분말(5)을 착자하고, 분산, 배향시킬 수 있고, 이렇게 자장을 인가하여 희토류 합금 분말(5)이 착자되고, 분산, 배향된 상태에서 다음 공정의 가압 압축에 의한 성형이 행해짐으로써, 얻어지는 희토류 소결 자석의 자기 특성을 향상시킬 수 있다.

계속해서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 펀치(3)를 하방 이동시켜 소정의 압력으로 재료 분말(5)을 가압 압축하여, 다이스(1) 내에서 상하부 양쪽 펀치(3, 2) 사이에 소정 형상(사각 블록 형상)의 성형체(51)를 성형한다. 이때, 도 5에서는, 하부 펀치(2)를 고정하고 상부 펀치(3)로 재료 분말(5)을 가압 압축한 경우를 나타냈지만, 하부 펀치(2)도 상방으로 압력을 가하여 상하부 양쪽 펀치(2, 3)의 압력으로 재료 분말(5)을 가압 압축하도록 할 수도 있다.

이와 같이, 성형체(51)를 성형한 후, 도 6, 도 7에 순차 도시되어 있는 바와 같이, 상부 펀치(3)를 상대적으로 상방 이동시켜 다이스(1)로부터 퇴출시켜, 다이스(1)의 상단면을 개방하고(도 6), 하부 펀치(2)를 상대적으로 상방 이동시켜 성형체(51)를 밀어올려, 다이스(1)의 개방된 상단면으로부터 성형체(51)를 취출한다. 이때, 도 6, 도 7에서는 상부 펀치(3)를 상방 이동시켜 다이스(1)의 상단면을 개방한 후, 하부 펀치(2)를 상방 이동시켜, 성형체(51)를 다이스(1)의 상단면으로부터 취출하도록 한 예를 나타냈지만, 이 취출 시, 상부 펀치(3), 또는 하부 펀치(2), 혹은 상하부 양쪽 펀치(3, 2)로 성형체(51)를 가압하면서, 즉 상하부 양쪽 펀치(3, 2)로 성형체(51)를 소정 압력으로 끼운 채, 상하부 양쪽 펀치(3, 2)를 다이스(1)에 대하여 상대적으로 상방 이동시켜 성형체(51)를 취출하도록 할 수도 있다. 이와 같이, 성형체(51)를 가압하면서 다이스(1)로부터 빼내도록 함으로써, 취출 시에 성형체에 크랙이나 균열이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상하부 양쪽 펀치(3, 2) 사이에 성형체(51)를 끼워 다이스(1)로부터 취출할 때의 압력은, 성형 시의 압력보다도 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 성형 시의 압력을 일단 해방하고 나서 다시 가압하여 소정의 압력을 설정할 수도 있고, 또한 성형 시의 압력을 저하시키는 도중에 소정의 압력으로 유지하고, 그 유지한 채 상기한 취출 조작을 행하도록 할 수도 있다. 또한 취출 시의 상하부 펀치(3, 2)의 이동 중의 가압 압력은 일정할 수도 있지만, 상하부 펀치(3, 2)의 이동 중에 가압의 압력을 서서히 증가 또는 감소시킬 수도 있다. 이와 같이, 취출 시의 가압 압력을 서서히 감소시킴으로써, 성형체로의 급격한 압력 변화에 의한 크랙이나 균열의 발생을 더 효과적으로 방지할 수 있다.

이와 같이 하여 성형체(51)를 다이스(1)의 상단면으로부터 취출하고(도 7), 적당한 수단에 의해 하부 펀치(2) 위로부터 얻어진 성형체(51)를 회수한다. 그리고, 하부 펀치(2)를 상대적으로 하방 이동시켜 다시 도 1의 상태로 하고, 필요에 따라 수시로 다이스(1) 및 상하부 양쪽 펀치(3, 2)의 클리닝을 행한 후, 상술한 동작을 반복함으로써, 연속적으로 재료 분말(5)의 성형을 행하는 것이다.

이 경우, 본 발명의 분체 성형 장치에 있어서는, 도시하지 않은 윤활제 공급 수단에 의해 상기 윤활제 공급로(23)를 통하여 하부 펀치(2)의 상기 윤활제 토출 구멍(22)으로부터 소정량의 윤활제가 수시로 토출되어, 항상 상기 도포재(24)에 적당량의 윤활제가 함침된 상태에서, 상기 성형 동작이 반복된다. 그리고, 성형 동작 시의 하부 펀치(2)의 상대적 상하 이동에 의해, 이 도포재(24)에 함침된 상기 윤활제가 다이스(1)의 내주면 전체면에 도포되어, 항상 다이스 내면에 윤활제의 피막이 양호하게 형성된 상태에서 상기 성형 동작이 반복되는 것이다. 이에 의해, 상하부 펀치(3, 2)와 다이스(1) 내면의 마찰을 저감시킴과 함께 성형물의 이형성을 향상시켜, 양호하게 분말의 성형을 행할 수 있다.

또한, 상기 재료 분말(5)로서 희토류 합금 분말을 사용하여 희토류 소결 자석을 제조하는 경우에는, 상술한 바와 같이 성형한 희토류 합금 분말을 포함하는 성형체(51)를, 공지의 방법에 따라 가열 처리하여 소결시켜, 필요에 따라 공지의 후처리를 실시하여 희토류 소결 자석으로 하면 된다.

이와 같이, 본 발명의 분말 성형 장치는, 하부 펀치(2)의 외주면에 설치된 링 형상의 도포재(24)에 윤활제가 항상 함침된 상태에서 성형이 행해져, 성형 시에 이 하부 펀치(2)가 다이스 내에서 상하 이동함으로써, 성형을 행할 때마다 도포재(24)에 함침된 윤활제가 다이스(1)의 내주면에 도포되도록 되어 있다. 이 경우, 이 하부 펀치(2)는, 재료 분말(5)이 충전되는 공간(11)을 다이스(1) 내에 형성할 때의 동작(도 1 내지 도 3의 동작) 및 성형체(51)를 취출할 때의 동작(도 6, 도 7의 동작)에 의해, 다이스(1) 내주면의 성형에 제공되는 부분과 상부 펀치(3)가 접동하는 부분의 전체에 걸쳐 이동하므로, 다이스(1) 내주면의 필요 부분 전체면에 윤활제를 확실하게 도포할 수 있다. 게다가, 상기 도포재(24)는, 그 탄성에 의해 확실하면서 또한 양호하게 다이스(1) 내주면에 접촉한 상태에서 접동하여, 이 도포재(24)에 함침된 윤활제가 얼룩 없이 양호하게 다이스(1) 내주면에 도포되는 것이다.

다음에 실험예를 나타내어, 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 나타낸다.

[실험예 1]

Nd: 25.0질량％, Pr: 7.0질량％ Co: 1.0질량％, B: 1.0질량％, Al: 0.2질량％, Zr: 0.1질량％, Cu: 0.2질량％, Fe: 잔량부인 Nd계 자석 합금에 대하여 수소화에 의한 조분쇄, 제트 밀에 의한 미분쇄를 행해, 평균 입경 3.2㎛의 미분말(희토류 소결 자석 합금 분말)을 제작했다. 이 미분말을 사용하여, 도 1 내지 도 8에 도시한 금형을 구비한 성형 장치로 성형하고, 소결하여, 희토류 소결 자석을 제조했다. 그 때, 아사히 글라스사제의 히드로플루오로에테르계의 용제 「AE3000」을 용매로 하여 스테아르산을 0.03％의 비율로 녹인 것을 윤활제로 하고, 또한 도포재(24)로서는, 1.2㎜ 두께의 도레이(주)제의 삼차원 부직포재 「엑센느」(윤활제의 최대 함침량: 약 0.11g/㎠)를 사용하여, 하기의 수순에 의해 성형을 행했다.

도 1의 상태로부터 하부 펀치(2)를 상대적으로 상방 이동시켜 하측으로부터 다이스(1) 내에 진입시켜, 도 2에 도시된 바와 같이, 해당 하부 펀치(2)의 상면과 다이스(1)의 내주면으로 공간(11)을 형성하고, 이 공간(11)에 재료 분말(5)을 충전했다. 그 때, 재료 분말(5)의 충전량은 공간(11) 내의 분말의 밀도가 1.9g/㎤가 되도록 조절했다.

이 상태로부터, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 펀치(2)를 상대적으로 하방 이동시켜 재료 분말(5)의 상측에 상부 펀치(3)를 다이스(1)에 삽입하기 위한 예비 공간(12)을 형성한 후, 상부 펀치(3)를 상대적으로 하방 이동시켜 해당 예비 공간(12)에 삽입하여, 상부 펀치(3)를 재료 분말(5)의 상면에 접촉시킨 상태로 세팅한다(도 4의 상태). 여기에서, 다이스(1)의 주위에 설치한 자장 발생 수단(도시하지 않음)에 의해 0.1T의 자장을 인가하여, 착자하고 재료 분말을 배향시켰다. 그 후, 배향이 흐트러지지 않도록 자장의 인가를 계속하면서, 상부 펀치(3)를 하방 이동시켜 소정의 압력으로 재료 분말(5)을 밀도 3.8g/㎤가 될 때까지 가압 압축하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 성형체(51)를 성형했다. 이 상태에서는 성형체는 착자 상태이며, 그 후의 취급 시에 흡인력이 작용하여 균열되기 쉬운 상태가 되므로, 역방향의 약자장을 인가하여 탈수 처리를 했다. 그 후, 도 6, 도 7에 순차 도시되어 있는 바와 같이, 상부 펀치(3)를 상대적으로 상방 이동시켜 다이스(1)로부터 퇴출시켜 다이스(1)의 상단면을 개방하고(도 6), 하부 펀치(2)를 상대적으로 상방 이동시켜 성형체(51)를 밀어올려, 다이스(1)의 개방된 상단면으로부터 성형체(51)를 취출하였다. 얻어진 성형체(51)는, 통상법에 따라 1050℃에서 소결하고 500℃에서 열처리를 행해, 희토류 소결 자석으로 했다.

상기 일련의 성형 동작 시, 도시하지 않은 윤활제 공급 수단에 의해 상기 윤활제 공급로(23)를 통하여 하부 펀치(2)의 상기 윤활제 토출 구멍(22)으로부터 소정량의 윤활제를 수시로 토출시켜, 항상 상기 도포재(24)에 적당량의 윤활제가 함침된 상태가 되도록 하였다. 그리고, 상기 하부 펀치가 상하 이동할 때에 이 도포재(24)로부터 다이스(1)의 내면에 상기 윤활제가 도포되고, 특히 상기 도 6과 도 7 사이의 하부 펀치를 상방 이동시켰을 때에 다이스(1) 내주면의 성형에 제공되는 부분 전체면에 윤활제가 확실하게 도포되므로, 특별히 윤활제의 도포만을 위한 공정을 마련하지 않고, 성형 조작을 반복했다. 안전상으로 필요한 확인 작업이나 설비의 조정 작업을 행한 시간을 제외하고 하루종일, 성형 장치를 가동시켜 상기 성형 작업을 행해, 30일간에 있어서의 택트 타임, 양품 생산량, 불량품 수, 금형 조정 횟수를 조사했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 성형체(51)는, 통상법에 따라 1050℃에서 소결하고 500℃에서 열처리를 행해, 희토류 소결 자석으로 하였다.

[실험예 2]

도포재(24)로서, 두께가 0.49㎜이고 윤활제의 최대 함침량이 약 0.04g/㎠인 펠트재를 사용한 것 이외는 실험예 1과 동일 조건에서 자석체를 성형하고, 소결, 열처리를 행해, 희토류 소결 자석을 제조했다. 실험예 1과 마찬가지로, 성형 공정의 30일간에 있어서의 택트 타임, 양품 생산량, 불량품 수, 금형 조정 횟수를 조사했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[실험예 3]

도포재(24)를 설치하지 않고, 하부 펀치로부터의 윤활재의 공급을 행하지 않는 대신에, 도 1의 상태에서 스프레이 노즐을 통하여 윤활제를 다이스(1)의 내면에 분사하는 공정을 추가했다. 또한 스프레이 노즐은 로봇에 설치하고 분사 위치의 조정을 행하였다. 또한 이 방법에서의 윤활제의 분사 작업에는 15초를 필요로 했다. 그 밖의 공정은 실시예 1과 동일 조건에서 자석체를 성형하고, 소결, 열처리를 행해, 희토류 소결 자석을 제조했다. 실험예 1과 마찬가지로, 성형 공정의 30일간에 있어서의 택트 타임, 양품 생산량, 불량품 수, 금형 조정 횟수를 기록했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명의 성형 장치를 사용하여 본 발명 방법에 따라 성형을 행한 상기 실험예 1 및 실험예 2에서는, 택트 타임이 짧고 생산성이 높을 뿐만 아니라, 성형품의 문제(크랙, 균열 등의 발생)가 감소하는 효과도 확인되었다. 또한, 도포재(24)에 의해 균일하게 윤활제가 도포되므로, 금형에 흠집이 생기기 어려워, 금형 연마 작업에 의한 가동률의 저하도 억제되는 것도 알 수 있다. 또한, 실험예 2에서는 두께가 얇은 펠트재를 사용했기 때문에 한번만 펠트재가 파손되었지만, 교환 후에는 문제 없이 성형을 계속할 수 있었다.

1 다이스
11 공간
2 하부 펀치
21 홈
22 윤활제 토출 구멍
23 윤활제 공급로
24 도포재
3 상부 펀치
4 축(운동축)
5 재료 분말(희토류 합금 분말)
51 성형체

Claims

상대적으로 상하 이동하는 다이스, 상부 펀치 및 하부 펀치를 구비하고, 상기 다이스에 하측으로부터 진입한 하부 펀치 상면과 해당 다이스 내주면으로 형성되는 공간에 재료 분말을 투입하고, 상기 상부 펀치를 해당 다이스에 상측으로부터 진입시켜 해당 상부 펀치와 상기 하부 펀치 사이에서 상기 성형용 분말을 가압 압축하여, 상기 재료 분말을 원하는 형상으로 성형하고, 상기 상부 펀치를 상대적으로 상방 이동시켜 상기 다이스의 상단면을 개방함과 함께, 상기 하부 펀치를 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 밀어올려, 해당 성형체를 개방한 상기 다이스의 상단면으로부터 취출하도록 구성된 분말 성형 장치에 있어서,
상기 하부 펀치의 외주면에 전체 둘레에 걸친 링 형상의 홈을 형성함과 함께, 이 홈에 윤활제를 함침 가능한 탄성 재료를 포함하는 도포재를 설치하고, 또한 이 도포재에 윤활제를 공급하는 윤활제 공급로를 해당 하부 펀치에 설치하여 이루어지고,
상기 윤활제 공급로를 통하여 상기 도포재에 윤활제를 공급하고, 상기 성형 동작 시에 상기 하부 펀치가 상기 다이스 내에서 상대적으로 상하 이동함으로써, 상기 도포재에 함침된 상기 윤활제가 상기 다이스 내면에 도포되고, 상기 성형 동작을 반복함으로써, 그 때마다 이 윤활제 도포 동작이 반복되도록 구성한 것을 특징으로 하는, 분말 성형 장치.
제1항에 있어서, 상기 도포재가 윤활제를 0.01g/㎠ 이상 함침 가능한 펠트재, 부직포 또는 스펀지재인, 분말 성형 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하부 펀치 상면과 상기 다이스 내주면으로 형성되는 공간에 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 구비하여 이루어지고, 상기 재료 분말에 자장을 인가하도록 구성한, 분말 성형 장치.
제3항에 있어서, 상기 재료 분말이 희토류 합금 분말이고, 이 희토류 합금 분말에 자장을 인가하여 상기 희토류 합금 분말을 착자(magnetization)하고, 분산, 배향시켜, 이 상태에서 가압 압축 성형을 행해 희토류 합금의 성형체를 얻는, 분말 성형 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 펀치, 하부 펀치 또는 그 양쪽으로 성형체를 가압하면서 상하부 양쪽 펀치 사이에 성형체를 소정 압력으로 끼운 채, 해당 상하부 양쪽 펀치를 다이스와 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 다이스로부터 취출하도록 구성한, 분말 성형 장치.
제5항에 있어서, 상하부 양쪽 펀치 사이에 성형체를 끼운 상태에서 해당 상하부 양쪽 펀치를 다이스와 상대적으로 상방 이동시켜 성형체를 다이스로부터 취출할 때, 상하부 양쪽 펀치의 이동 중에 상기 가압의 압력을 증가 또는 감소시키도록 구성한, 분말 성형 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 윤활제가 스테아르산, 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 올레산메틸, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 아라키드산, 베헨산, 리그노세르산으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 휘발성 용매에 용해한 것인, 분말 성형 장치.
희토류 합금 분말을 가압 압축 성형하여 성형체를 얻고, 이 성형체를 가열 처리하여 소결시키는 희토류 소결 자석의 제조 방법에 있어서, 제1항 또는 제2항에 기재된 분말 성형 장치를 사용하여, 상기 희토류 합금 분말의 가압 압축 성형을 행하는 것을 특징으로 하는, 희토류 소결 자석의 제조 방법.