JP3972769B2 - Structure manufacturing method, magnetic body manufacturing method, and structure manufacturing apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断面積層立体製造法を用いて構造物を製造する方法、とくに磁石を製造する場合に好適な方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の一例として、従来の磁石（磁性体）の製造方法があり、磁性材料の粉体と、バインダーとしての樹脂とを混練したものを粒体化してなる複合粒体を、所定形状の金型内に入れ、前記磁性材料が磁気異方性を有する場合には複合粒体の磁性方向を揃えるために磁場をかけた後、加圧成型および焼成を行って前駆体を得、該前駆体を磁化して磁石を製造する方法がある。
または、磁性材料と、熱可塑性樹脂からなるバインダーとの混合物を射出成型することによって前記前駆体を形成する方法もある。
【０００３】
しかしながら、従来の方法では、金型を用いて成型するので、複雑な凹凸を有する形状の磁石は製造が難しいという問題、一般に磁性材料は硬脆性材料であるため、成型後に切削加工や研磨加工で凹凸を形成することも難しいという問題、および磁気異方性を有する磁性材料を用いる場合、成型前に磁場をかけても複合粒体レベルでの磁性方向が揃うに過ぎず、複合粒体を構成している磁性材料の粉体粒子のレベルで磁性方向を揃えることはできないので、十分な磁場指向性が得られないといった問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、金型を使用せずに、例えば磁性体等の複雑な形状の構造物を製造することができる構造物の製造方法および製造装置を提供することにある。
また、本発明の他の課題は、磁気異方性を有する磁性材料を用いて、磁場指向性に優れた磁性体を製造することができる磁性体の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁性体の製造方法は、磁気異方性を有する粉体状の磁性材料からなる粉体層を形成する粉体層形成工程と、粉体層に対して磁場をかける励磁工程と、粉体層に対してバインダーを含む液滴を吐出するバインダー吐出工程と、粉体層形成工程、励磁工程およびバインダー吐出工程を複数回繰り返すことにより、粉体層を順次積層して、磁性体の前駆体を形成する前駆体形成工程と、を備え、複数回行われる励磁工程の少なくとも１回において、他の励磁工程とは異なる向きの磁場をかけることを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、複数回行われる励磁工程の少なくとも１回において、他の励磁工程とは異なる向きの磁場をかけるので、積層された粉体層に応じて磁化容易軸方向が異なる立体的な磁性体を、金型を使用せずに製造することができる。
【０００７】
本発明の他の磁性体の製造方法は、磁気異方性を有する粉体状の磁性材料からなる粉体層を形成する粉体層形成工程と、粉体層に対して磁場をかける励磁工程と、粉体層に対してバインダーを含む液滴を吐出するバインダー吐出工程と、粉体層形成工程、励磁工程およびバインダー吐出工程を複数回繰り返すことにより、粉体層を順次積層して、磁性体の前駆体を形成する前駆体形成工程と、を備え、複数回行われる励磁工程の少なくとも１回において、１つの粉体層のバインダーを吐出する領域のうち、異なる部分にそれぞれ異なる向きの磁場をかけることを特徴とする。
【０００８】
この方法によれば、複数回行われる励磁工程の少なくとも１回において、１つの粉体層のバインダーを吐出する領域のうち、異なる部分にそれぞれ異なる向きの磁場をかける。したがって、磁化容易軸方向が異なる複数の領域を内部に有する立体的な磁性体を、金型を使用せずに製造することができる。
【０００９】
これらの発明の磁性体の製造方法では、複数回行われる粉体層形成工程の少なくとも１回において、他の粉体層形成工程とは異なる厚さとなるように粉体層を形成するとしてもよい。この方法によれば、磁性体の立体形状が複雑な部分では、粉体層の厚さを薄く、また、単純な部分では、前者に比べて厚くする、すなわち、積層される粉体層ごとの厚さを調整することにより、複雑な立体形状の磁性体を、金型を使用せずに製造することができる。なお、この場合、粉体層の厚さは、少なくとも磁性材料の粒径以上であり、且つバインダーと粉体との接触が不均一とならない範囲にあることが望ましい。
【００１０】
また、複数回行われる粉体層形成工程の少なくとも１回において、他の粉体層形成工程とは異なる磁性材料を用いて粉体層を形成するとしてもよい。この方法によれば、異なる磁性材料からなる立体的な磁性体を、金型を使用せずに製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、製造される所定形状の構造物の一例として、磁性体の一つである磁石の製造装置およびその方法について示す。
（製造装置）
図１は本発明に係る磁石の製造装置の一実施形態を示したものである。
図中符号１は、粉体を収容可能な凹部（層形成領域）１ａを備えた基台１である。基台１の表面１ｃは水平面となっており、この面に平行で互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向、基台１の厚さ方向、すなわち凹部１ａの深さ方向をＺ方向とする。凹部１ａの底面１ｂは水平な平面であり、該底面１ｂは垂直方向（Ｚ方向）に進退可能に構成されている。図中符号７は、凹部１ａの底面１ｂを進退させるための駆動手段であり、例えば ボールネジ、リニアモータ、エアシリンダなどで構成される。
基台１の上方には粉体を貯留する粉体貯留槽２が設けられており、この粉体貯留槽２から所定量の粉体が、基台１の凹部１ａ内に供給されるように構成されている。また、基台１の表面に接触しながらＸ方向およびＹ方向に移動可能なブレード３が設けられており、このブレード３を移動させることにより、凹部１ａ内に供給された粉体層の表面を基台１の表面と面一に均すことができるように構成されている。本実施形態において粉体層形成手段は、粉体貯留槽２とブレード３とからなる。
【００１４】
また、基台１の上方には、液滴を吐出する複数のノズルを備えたヘッド（吐出手段）４が、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に設けられている。ヘッド４のノズルは、ヘッド４の下面に設けられており、これらのノズルから、基台１の凹部１ａ内の粉体層に対して、バインダーを含む液滴が吐出されるように構成されている。ヘッド４の構成は、既知のインクジェット装置における液滴吐出ヘッドの構成を用いることができる。
図中符号８ａ、８ｂは、ヘッド４を移動させるための駆動手段であり、例えば
ボールネジ、リニアモータ、エアシリンダなどで構成される。
またヒータ５は、必要に応じて基台１の凹部１ａ内の粉体層を加熱することによって、該粉体層に付与された液滴に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行うことができるように構成されている。
【００１５】
基台１の外側には、基台１の凹部１ａを挟んで対向する一対の磁場発生装置（励磁手段）６，６が設けられている。磁場発生装置６，６は、その一方から他方に向かう方向の磁場を発生させることができるもので、例えば電磁コイル等が用いられる。
凹部１の底面１ｂの進退、粉体貯留槽２から基台１の凹部１ａ内への粉体の供給、ブレード３の移動、ヘッド４の移動と液滴の吐出、ヒータ５のオン／オフ、および磁場発生装置６，６のオン／オフは制御装置（図示せず）によって制御されるように構成されている。
【００１６】
（製造方法）
次に、本発明に係る磁石の製造方法について説明する。
本発明で用いられる磁性材料は、磁場をかけることにより磁化されて磁石となり得る材料であればよく、磁石の構成材料として周知の各種磁性材料を用いることができる。好ましくは、鉄属遷移金属と希土類金属の化合物が好ましく、具体的には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ホウ素）化合物、Ｓｍ−Ｃｏ（サマリウム−コバルト）化合物、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ（サマリウム−鉄−窒素）化合物等が好ましい。
磁性材料は粉体の形態で用いられる。磁性材料の粉体の粒径は特に限定されないが、後述する粉体層形成工程での取り扱い性や流動性が良好で、 かつ、薄い層状に敷き詰めた場合の粉体密度が高い方が好ましいので、平均粒径を数μｍ〜数十μｍ程度とするのが好ましい。
磁性材料は磁気異方性を有するものでもよく、磁気等方性を示すものでもよい。本明細書において磁気異方性を有する磁性材料とは、磁化容易軸の方向だけに磁化される性質を持ち、成形時に磁界によって方向を揃えること（配向）で、より強力な磁石を作ることが出来る磁性材料であり、例えばＳｍ−Ｃｏ（サマリウム−コバルト）化合物 等である。また磁気等方性を有する磁性材料とは、どの方向からも等しく磁化される性質を持っている磁性材料であり、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ホウ素）化合物等である。
【００１７】
本発明で用いられるバインダーは、粉体状の磁性材料と結合して、磁石としての使用に耐えうる程度の硬度を有する立体を形成できるもので、かつ磁石製造装置の吐出手段から、液滴として吐出できる液状に調製可能なものであればよく、特に限定されない。例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ナイロン樹脂等の熱可塑性樹脂、合成ゴム等のエラストマー、ポリイミド系樹脂等の耐熱性樹脂、紫外線硬化型樹脂等を用いることができる。
バインダーは、必要に応じて溶剤と混合して用いられる。溶剤は、特に限定されず、周知の溶剤の中から、使用するバインダーとの相溶性が良好なものを選択して用いることができる。溶剤の具体例としてはエタノール・ｎ−プロピルアルコール・ｉ−プロピルアルコール・ｎ−ブタノール・セルソルブ等のアルコール類、アセトン・メチルエチルケトン・シクロヘキサノン等のケトン類、シクロヘキサン・ヘキサン・ヘプタン・オクタン・ミンネラルスピリッツ・ベンゼン・トルエン・キシレン等の炭化水素化合物等が挙げられる。
【００１８】
次に、図１に示す構成の製造装置を用いて磁石を製造する方法の一実施形態について説明する。
図２は、粉体層形成工程および励磁工程を説明する図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面を模式的に示した図である。図中符号１１は粉体層、１１ａは磁性材料の粉体（以下、磁性粉末ということもある）を示す。本実施形態では、磁性材料として磁気異方性を有する材料を用いる場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
（粉体層形成工程）
予め、コンピュータにより、得ようとする磁石の立体形状を互いに平行な切断面で複数の層に分割したときに得られる各分割体の形状をデータ化しておく。本実施形態では、前記切断面をＸ−Ｙ平面に設定し、該切断面に対して垂直な方向をＺ方向と設定する。また各分割体のＺ方向の厚さ（切断面間の距離）をｄとする。分割体の厚さｄは、粉体層１１の一層分の厚さに相当するもので、分割体の厚さｄが小さいほど磁石のより複雑な形状に対応できるが、製造時間が増加する。分割体の厚さｄは、磁性粉末１１ａの粒径以上であればよいが、粉体層１１の厚さｄが大きすぎると粉体層１１に対してバインダーを吐出したときに、バインダーと粉体との接触が不均一になって粉体の結合が不十分になるおそれがあるので、このような不都合が生じない範囲で設定することが好ましい。
なお、１個の磁石を構成する複数の分割体は、その厚さｄが全部等しくなくてもよく、例えば、磁石の立体形状が単純な部分では、立体形状が複雑な部分よりも、分割体の厚さｄを大きく設定することができる。
【００２０】
まず、磁石を構成する複数の分割体のうち、Ｚ方向において一番下側となる分割体を形成するための粉体層１１を形成する。
すなわち、図２に示すように、粉体貯留槽２に貯留されている磁性粉末１１ａを基台１の凹部１ａ内に供給した後、ブレード３で磁性粉体１１ａの表面を基台１の表面１ｃと面一に均すことにより粉体層１１を形成する。このとき、凹部１ａの底面１ｂを、基台１の表面から底面１ｂまでの深さが前記分割体の厚さｄとなるように位置決めする。これにより、凹部１ａ内に、その深さに等しい厚さｄの粉体層１１が形成される。
【００２１】
（励磁工程）
次に、本実施形態では、磁性粉末１１ａが磁気異方性を有するので、粉体層１１に対して磁場をかけて磁性粉末１１ａの向きを揃える。
具体的には、基台１の凹部１ａの両側に設けられた一対の磁場発生装置６，６を作動させて、該磁場発生装置６，６の一方から他方に向かう方向の外部磁場を発生させる。これにより、粉体層１１を構成している個々の磁性粉末１１ａは、磁化容易軸方向が外部磁場の方向に平行となるように、その向きを変える。図中、矢印は外部磁場の向きおよび磁性粉末１１ａにおける磁化容易軸方向を示している。
この励磁工程で粉体層１１にかける外部磁場の強さは、弱すぎると粉体を指向させうるに十分なエネルギーを発生できず、強すぎると粉体そのものを磁場方向に飛散させてしまうので、磁性粉末の粒度や磁場発生装置の配置距離などに応じて適度に調節することが望ましい。
【００２２】
（バインダー吐出工程）
次に、図３に示すように、粉体層１１に対して、ヘッド４のノズルから、バインダーを含む液滴を吐出する。バインダーを含む液滴の吐出は周知のインクジェット方式の手法により行うことができる。
このとき、ヘッド４の移動と液滴の吐出の制御は、磁石の一番下側となる分割体２１の形状のデータに基づいて行い、粉体層１１のうち、磁石の一番下側となる分割体２１に対応する領域（図中斜線で示す）にバインダーを含む液滴を吐出する。
バインダーを含む液滴の粘度や表面張力等の物性は、粉体層１１に対して吐出された位置において、磁性粉末１１ａの表面を濡らすことができるとともに、吐出された粉体層１１よりも下層には流動し難いように調整することが好ましい。
さらに、必要であれば粉体層１１に対して液滴を吐出した後、ヒータ５により粉体層１１を加熱して、粉体層１１に吐出された液滴に含まれる溶剤を蒸発させたり、液滴を乾燥させてもよい。
これにより、粉体層１１のうち、バインダーを含む液滴が吐出された領域においては、磁性粉末１１ａとバインダーが結合、一体化され、磁石の一番下側の分割体２１が形成される。
【００２３】
（前駆体形成工程）
図４は、前駆体形成工程を説明する模式断面図である。この図は下から４層目までの分割体２１，２２，２３，２４を形成した状態を示している。
前述のようにして磁石の一番下側の分割体２１を形成した後、下から２層目の分割体２２を形成する。すなわち、前記一番下側の分割体２１を形成した後、基台１の凹部の底面１ｂをＺ方向下方に距離ｄだけ移動させて、基台１の表面１ｃから、一番下側の分割体２１を含む粉体層１１の表面までの深さをｄとする。 そして、前記粉体層形成工程と同様に、凹部１ａ内に磁性粉末１１ａを供給した後、ブレード３で表面を均して２層目の粉体層２２を形成し、この２層目の粉体層２２に対して、前記励磁工程と同様にして外部磁場をかけて磁性粉末の向きを揃える。この後、前記バインダー吐出工程と同様にして、下から２層目となる分割体２２の形状のデータに基づいて、２層目の粉体層２２の所定領域に対して液滴を吐出し、必要に応じて溶媒の除去、乾燥を行うことにより、一番下側の分割体２１の上に、下から２層目の分割体２２を形成する。
続いて、同様にして、基台１の凹部の底面１ｂの移動、３層目の粉体層１３の形成、該３層目の粉体層に対する励磁工程およびバインダー吐出工程を行って、下から２層目の分割体２２上に、下から３層目の分割体２３を形成する、という一連の工程を繰り返すことにより、分割体を下層から順に積層形成する。
そして、一番上層の分割体まで形成し終えたら、各分割体中のバインダーを硬化させて全部の分割体を一体化し、基台１の凹部１ａ内の磁性粉末１１ａの中から全層の分割体が一体化された立体、すなわち磁石の前駆体を取り出す。
【００２４】
（磁化工程）
さらに、得られた前駆体に磁場をかけて該前駆体を磁化することによって、磁石が得られる。
【００２５】
本実施形態によれば、金型を使用せずに、また成型後の切削加工や研磨加工を行わずに、凹凸を有する形状の磁石を容易に製造することができる。
また、従来法では、磁性材料の粉体とバインダーとを予め混練した複合粒子を粉体圧縮成型に用いたり、射出成型に用いたりしていたので、バインダーとしては前記複合粒子の状態で取り扱う工程では硬化せず、成型後に硬化できる熱硬化性樹脂などを用いる必要があったが、本実施形態では、予め磁性粉末とバインダーを混合しておく必要が無いので、バインダーは液滴として吐出可能なものであればよく、従来法に比べて、バインダーとして用いる材料の選択範囲が拡大される。
さらに、磁気異方性を有する磁性材料に対して、磁性粉末１１ａが流動可能な状態で外部磁場をかけた後にバインダーと接触させるので、個々の磁性粉末１１ａの磁化容易軸方向を揃えた状態で固定することができ、磁場指向性に優れた磁石を得ることができる。
【００２６】
なお、上記の実施形態では、磁石を構成する全層の分割体を積層形成し終えてから、バインダーを硬化させて前駆体を得たが、バインダーとして紫外線硬化型樹脂を用いる場合には、１層分の分割体を形成する毎に紫外線を照射してバインダーを硬化させる必要がある。
この場合には、１層毎に、磁性粉末の磁化容易軸方向が揃った状態で確実に固定されるので、磁石の磁場指向性を向上させるうえで特に有効である。
【００２７】
また、上記の実施形態では、磁気異方性を有する磁性材料を用いたが、磁気等方性を有する磁性材料を用いても同様にして磁石を形成することができる。ただし、磁性材料が磁気等方性を有する場合には、前記励磁工程は行う必要がなく、製造装置における磁場発生装置６，６は使用しなくてよい。
【００２８】
また、磁石を構成する個々の磁性粉末の磁化容易軸方向が、全部の磁性粉末について一様に揃っていなくてもよい。
例えば、複数回行われる励磁工程のうち、任意の回の励磁工程において粉体層にかける磁場の向きを、その前回の励磁工程とは異なる向きとすれば、磁石を構成する分割体の界面を境界として、該境界の上層と下層とで磁性粉末の磁化容易軸方向が異なる磁石を製造することができる。
または、例えば、複数回行われる励磁工程のうち、任意の回の励磁工程において、粉体層の一部にはＸ方向の磁場をかけ、その他の部分にはＺ方向の磁場をかけるなど、１層分の粉体層の中でも部分毎に磁場の向きを変えることによって、１つの分割体の中の異なる部分で、磁性粉末の磁化容易軸方向が異なっている分割体を含む磁石を製造することができる。
【００２９】
また、磁石を構成する複数の分割体が、全部同じ磁性粉末からなっていなくてもよい。
例えば、複数回行われる粉体層形成工程のうち、任意の回の粉体層形成工程において、その前回の粉体層形成工程とは異なる組成の磁性粉末を用いてもよく、これにより、磁石を構成する分割体の界面を境界として、該境界の上層と下層とで磁性粉末の組成が異なる磁石を製造することができる。
なお、本実施例では、粉体磁石を用いて磁石の製造をする例を示したが、本発明はこれに限定されず、励磁の必要がなければ、例えば金属粉体を用いて金属構造物を製造する工程や、あるいは、プラスチック樹脂による構造物を製造する場合にも適用が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、金型を使用せずに、複雑な形状の構造物を製造することができる。また、とくに磁石製造の場合においては、磁気異方性を有する磁性材料を用いて、磁場指向性に優れた磁石を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の磁石の製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の磁石の製造方法の一実施形態における粉体層形成工程および励磁工程を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う模式断面図である。
【図３】 本発明の磁石の製造方法の一実施形態におけるバインダー吐出工程を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う模式断面図である。
【図４】 本発明の磁石の製造方法の一実施形態における前駆体形成工程を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１ 基台
１ａ 凹部（層形成領域）
１ｂ 底面
４ ヘッド（吐出手段）
６ 磁場発生手段（励磁手段）
１１，１２，１３，１４ 粉体層
１１ａ 磁性粉末（粉体状の磁性材料）
２１，２２，２３，２４ 分割体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a structure using a cross-sectionally laminated three-dimensional manufacturing method, and particularly to a method and an apparatus suitable for manufacturing a magnet.
[0002]
[Prior art]
As an example of a structure, there is a conventional method for producing a magnet (magnetic material). A composite particle obtained by kneading a magnetic material powder and a resin as a binder is formed into a predetermined shape of gold. When the magnetic material has magnetic anisotropy in a mold, a magnetic field is applied in order to align the magnetic direction of the composite particles, and then a precursor is obtained by pressure molding and firing, and the precursor There is a method for producing a magnet by magnetizing the magnet.
Alternatively, there is a method of forming the precursor by injection molding a mixture of a magnetic material and a binder made of a thermoplastic resin.
[0003]
However, in the conventional method, since it is molded using a mold, it is difficult to manufacture magnets having complicated irregularities. Generally, magnetic materials are hard and brittle materials. The problem that it is difficult to form irregularities, and when using a magnetic material with magnetic anisotropy, even if a magnetic field is applied before molding, the magnetic direction at the composite particle level is only aligned and the composite particle is formed. There is a problem that sufficient magnetic field directivity cannot be obtained because the magnetic direction cannot be aligned at the powder particle level of the magnetic material.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The subject of this invention is providing the manufacturing method and manufacturing apparatus of a structure which can manufacture the structure of complicated shapes, such as a magnetic body, for example, without using a metal mold | die.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a magnetic material that can produce a magnetic material having excellent magnetic field directivity using a magnetic material having magnetic anisotropy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a magnetic body of the present invention includes a powder layer forming step of forming a powder layer made of a powdered magnetic material having magnetic anisotropy, an excitation step of applying a magnetic field to the powder layer, By repeating the binder discharge step for discharging droplets containing the binder to the powder layer, the powder layer forming step, the excitation step, and the binder discharge step a plurality of times, the powder layers are sequentially laminated, A precursor forming step for forming a precursor, and applying a magnetic field in a direction different from that of the other excitation steps in at least one of the excitation steps performed a plurality of times.
[0006]
According to this method, a magnetic field having a direction different from that of the other excitation processes is applied at least once in the excitation process performed a plurality of times, so that the three-dimensional magnetization axis direction differs depending on the laminated powder layers. The magnetic body can be manufactured without using a mold.
[0007]
Another method for producing a magnetic material of the present invention includes a powder layer forming step for forming a powder layer made of a powdered magnetic material having magnetic anisotropy, and an excitation step for applying a magnetic field to the powder layer. And by repeating the binder discharge process for discharging droplets containing a binder to the powder layer, the powder layer forming process, the excitation process, and the binder discharge process multiple times, the powder layers are sequentially laminated to form a magnetic layer. A precursor forming step for forming a precursor of the body, and at least one of the excitation steps performed a plurality of times, magnetic fields having different orientations in different portions of the region where the binder of one powder layer is discharged It is characterized by applying.
[0008]
According to this method, in at least one of the excitation steps performed a plurality of times, different directions of magnetic fields are applied to different portions of the region where the binder of one powder layer is discharged. Therefore, a three-dimensional magnetic body having a plurality of regions with different easy axis directions can be manufactured without using a mold.
[0009]
In the magnetic body manufacturing methods of these inventions, the powder layer may be formed so as to have a thickness different from that of the other powder layer forming steps in at least one of the powder layer forming steps performed a plurality of times. . According to this method, the thickness of the powder layer is thin in a portion where the three-dimensional shape of the magnetic material is complicated, and the thickness is thicker than that in the former in a simple portion, that is, for each powder layer to be laminated. By adjusting the thickness, a complicated three-dimensional magnetic body can be manufactured without using a mold. In this case, it is desirable that the thickness of the powder layer is at least equal to or larger than the particle size of the magnetic material and does not cause uneven contact between the binder and the powder.
[0010]
Further, in at least one of the powder layer forming steps performed a plurality of times, the powder layer may be formed using a magnetic material different from other powder layer forming steps. According to this method, a three-dimensional magnetic body made of different magnetic materials can be manufactured without using a mold.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, as an example of a structure having a predetermined shape to be manufactured, a manufacturing apparatus and a method for manufacturing a magnet that is one of magnetic bodies will be described.
(Manufacturing equipment)
FIG. 1 shows an embodiment of a magnet manufacturing apparatus according to the present invention.
Reference numeral 1 in the figure denotes a base 1 having a recess (layer formation region) 1a capable of accommodating powder. The surface 1c of the base 1 is a horizontal plane, and the directions parallel to and perpendicular to each other are defined as the X direction and the Y direction, and the thickness direction of the base 1, that is, the depth direction of the recess 1a is defined as the Z direction. The bottom surface 1b of the recess 1a is a horizontal plane, and the bottom surface 1b is configured to be able to advance and retract in the vertical direction (Z direction). Reference numeral 7 in the figure is drive means for advancing and retracting the bottom surface 1b of the recess 1a, and is composed of, for example, a ball screw, a linear motor, an air cylinder, or the like.
A powder storage tank 2 for storing powder is provided above the base 1 so that a predetermined amount of powder is supplied from the powder storage tank 2 into the recess 1 a of the base 1. It is configured. Further, a blade 3 is provided which can move in the X direction and the Y direction while being in contact with the surface of the base 1. By moving this blade 3, the surface of the powder layer supplied into the recess 1 a is changed. It is configured so that it can be leveled with the surface of the base 1. In this embodiment, the powder layer forming means includes a powder storage tank 2 and a blade 3.
[0014]
Further, a head (ejection means) 4 having a plurality of nozzles for ejecting droplets is provided above the base 1 so as to be movable in the X direction and the Y direction. The nozzles of the head 4 are provided on the lower surface of the head 4 and are configured such that droplets containing a binder are discharged from these nozzles to the powder layer in the recess 1 a of the base 1. Yes. As the configuration of the head 4, a configuration of a droplet discharge head in a known ink jet apparatus can be used.
Reference numerals 8a and 8b in the figure are drive means for moving the head 4, and are composed of, for example, a ball screw, a linear motor, an air cylinder or the like.
Further, the heater 5 can evaporate and dry the solvent contained in the droplets applied to the powder layer by heating the powder layer in the recess 1a of the base 1 as necessary. It is configured.
[0015]
A pair of magnetic field generators (exciting means) 6 and 6 are provided outside the base 1 so as to face each other with the recess 1a of the base 1 interposed therebetween. The magnetic field generators 6 and 6 can generate a magnetic field in the direction from one to the other, and for example, an electromagnetic coil or the like is used.
Advancement and retreat of the bottom surface 1b of the recess 1, supply of powder from the powder storage tank 2 into the recess 1a of the base 1, movement of the blade 3, movement of the head 4 and discharge of droplets, on / off of the heater 5, The magnetic field generators 6 and 6 are turned on / off by a control device (not shown).
[0016]
(Production method)
Next, a method for manufacturing a magnet according to the present invention will be described.
The magnetic material used in the present invention may be any material that can be magnetized by applying a magnetic field to form a magnet, and various known magnetic materials can be used as the constituent material of the magnet. Preferably, a compound of an iron group transition metal and a rare earth metal is preferable. Specifically, an Nd—Fe—B (neodymium-iron-boron) compound, an Sm—Co (samarium-cobalt) compound, an Sm—Fe—N ( Samarium-iron-nitrogen) compounds and the like are preferable.
The magnetic material is used in the form of powder. The particle size of the magnetic material powder is not particularly limited. However, it is preferable that the handling and fluidity in the powder layer forming process, which will be described later, are good, and that the powder density when it is spread in a thin layer is higher. The average particle size is preferably about several μm to several tens of μm.
The magnetic material may have magnetic anisotropy or may exhibit magnetic isotropy. In this specification, a magnetic material having magnetic anisotropy has the property of being magnetized only in the direction of the easy axis of magnetization, and can make a stronger magnet by aligning the direction (orientation) with a magnetic field during molding. Examples of magnetic materials that can be used include Sm-Co (samarium-cobalt) compounds. The magnetic material having magnetic isotropy is a magnetic material having the property of being magnetized equally from any direction, such as an Nd—Fe—B (neodymium-iron-boron) compound.
[0017]
The binder used in the present invention can be combined with a powdered magnetic material to form a solid having a hardness that can withstand use as a magnet, and as a droplet from a discharge means of a magnet manufacturing apparatus. There is no particular limitation as long as it can be prepared in a liquid form that can be discharged. For example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a thermoplastic resin such as a nylon resin, an elastomer such as a synthetic rubber, a heat resistant resin such as a polyimide resin, an ultraviolet curable resin, or the like can be used.
The binder is used by mixing with a solvent as necessary. The solvent is not particularly limited, and a solvent having good compatibility with the binder to be used can be selected from known solvents. Specific examples of the solvent include alcohols such as ethanol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, n-butanol, and cellosolve, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone, cyclohexane, hexane, heptane, octane, mineral spirits, Examples thereof include hydrocarbon compounds such as benzene, toluene, and xylene.
[0018]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a magnet using the manufacturing apparatus having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
2A and 2B are diagrams for explaining the powder layer forming step and the excitation step. FIG. 2A is a perspective view, and FIG. 2B is a diagram schematically showing a cross section taken along line BB in FIG. . In the figure, reference numeral 11 denotes a powder layer, and 11a denotes a magnetic material powder (hereinafter also referred to as magnetic powder). In the present embodiment, a case where a material having magnetic anisotropy is used as a magnetic material will be described as an example.
[0019]
(Powder layer forming process)
The shape of each divided body obtained when the three-dimensional shape of the magnet to be obtained is divided into a plurality of layers by cutting planes parallel to each other is previously converted into data by a computer. In the present embodiment, the cut surface is set as an XY plane, and a direction perpendicular to the cut surface is set as a Z direction. Moreover, the thickness (distance between cut surfaces) of each divided body in the Z direction is defined as d. The thickness d of the divided body corresponds to the thickness of one layer of the powder layer 11, and the smaller the thickness d of the divided body, the more complicated the shape of the magnet can be handled, but the manufacturing time increases. The thickness d of the divided body may be equal to or larger than the particle diameter of the magnetic powder 11a. However, if the thickness d of the powder layer 11 is too large, the binder and the powder are discharged when the binder is discharged to the powder layer 11. Since the contact with the body is non-uniform and there is a possibility that the bonding of the powder becomes insufficient, it is preferable to set in a range in which such inconvenience does not occur.
It should be noted that the thicknesses d of the plurality of divided bodies constituting one magnet may not be equal to each other. For example, in a portion where the three-dimensional shape of the magnet is simple, it is more divided than a portion where the three-dimensional shape is complicated. Can be set large.
[0020]
First, the powder layer 11 for forming the lowermost divided body in the Z direction among the plurality of divided bodies constituting the magnet is formed.
That is, as shown in FIG. 2, the magnetic powder 11 a stored in the powder storage tank 2 is supplied into the recess 1 a of the base 1, and then the surface of the magnetic powder 11 a is replaced with the surface of the base 1 by the blade 3. The powder layer 11 is formed by leveling with 1c. At this time, the bottom surface 1b of the recess 1a is positioned so that the depth from the surface of the base 1 to the bottom surface 1b is the thickness d of the divided body. As a result, a powder layer 11 having a thickness d equal to the depth is formed in the recess 1a.
[0021]
(Excitation process)
Next, in this embodiment, since the magnetic powder 11a has magnetic anisotropy, a magnetic field is applied to the powder layer 11 to align the direction of the magnetic powder 11a.
Specifically, a pair of magnetic field generators 6 and 6 provided on both sides of the recess 1a of the base 1 are operated to generate an external magnetic field in a direction from one of the magnetic field generators 6 and 6 to the other. . Thereby, the direction of the individual magnetic powders 11a constituting the powder layer 11 is changed so that the easy magnetization axis direction is parallel to the direction of the external magnetic field. In the figure, the arrows indicate the direction of the external magnetic field and the easy axis of magnetization in the magnetic powder 11a.
If the strength of the external magnetic field applied to the powder layer 11 in this excitation process is too weak, sufficient energy cannot be generated to direct the powder, and if it is too strong, the powder itself is scattered in the magnetic field direction. It is desirable to adjust appropriately according to the particle size of the magnetic powder and the arrangement distance of the magnetic field generator.
[0022]
(Binder discharge process)
Next, as shown in FIG. 3, droplets containing a binder are ejected from the nozzles of the head 4 to the powder layer 11. The discharge of the droplet containing the binder can be performed by a well-known inkjet method.
At this time, the movement of the head 4 and the discharge of the liquid droplets are controlled based on the shape data of the divided body 21 which is the lowermost side of the magnet. A droplet containing a binder is ejected onto a region corresponding to the divided body 21 (shown by hatching in the figure).
The physical properties such as the viscosity and surface tension of the droplets containing the binder can wet the surface of the magnetic powder 11a at the position where the droplet is discharged to the powder layer 11, and are lower than the discharged powder layer 11. It is preferable to adjust so that it does not flow easily.
Further, if necessary, after droplets are ejected onto the powder layer 11, the powder layer 11 is heated by the heater 5 to evaporate the solvent contained in the droplets ejected onto the powder layer 11. The droplets may be dried.
Thereby, in the area | region where the droplet containing the binder was discharged among the powder layers 11, the magnetic powder 11a and the binder are couple | bonded and integrated, and the division body 21 on the lowest side of a magnet is formed.
[0023]
(Precursor formation step)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the precursor forming step. This figure shows a state in which the divided bodies 21, 22, 23, 24 from the bottom to the fourth layer are formed.
After the lowermost divided body 21 of the magnet is formed as described above, the second-layer divided body 22 is formed from the bottom. That is, after the lowermost divided body 21 is formed, the bottom surface 1b of the concave portion of the base 1 is moved downward by a distance d in the Z direction, so that the lowermost division is made from the surface 1c of the base 1. The depth to the surface of the powder layer 11 including the body 21 is defined as d. Then, in the same manner as in the powder layer forming step, the magnetic powder 11a is supplied into the recess 1a, and then the surface is leveled by the blade 3 to form the second powder layer 22, and this second layer powder. An external magnetic field is applied to the body layer 22 in the same manner as the excitation step to align the direction of the magnetic powder. Thereafter, in the same manner as in the binder discharging step, droplets are discharged to a predetermined region of the second powder layer 22 based on the shape data of the second layer 22 from the bottom, By removing the solvent and drying as necessary, a second-layer divided body 22 is formed on the lowermost divided body 21 from the bottom.
Subsequently, similarly, the bottom surface 1b of the concave portion of the base 1 is moved, the third powder layer 13 is formed, the excitation process and the binder discharge process are performed on the third powder layer, By repeating a series of steps of forming a third-layer divided body 23 from the bottom on the second-layer divided body 22, the divided bodies are stacked and formed in order from the lower layer.
Then, after the formation up to the uppermost divided body is completed, the binder in each divided body is cured to integrate all the divided bodies, and the entire layer is divided from the magnetic powder 11 a in the recess 1 a of the base 1. The solid with which the body is integrated, that is, the precursor of the magnet is taken out.
[0024]
(Magnetization process)
Furthermore, a magnet is obtained by applying a magnetic field to the obtained precursor and magnetizing the precursor.
[0025]
According to the present embodiment, it is possible to easily manufacture a magnet having an uneven shape without using a mold and without performing cutting or polishing after molding.
In the conventional method, composite particles obtained by kneading a magnetic material powder and a binder in advance are used for powder compression molding or used for injection molding. Therefore, the binder is handled in the state of the composite particles. However, in this embodiment, it is not necessary to mix the magnetic powder and the binder in advance, so that the binder can be ejected as droplets. What is necessary is just to be a thing, and the selection range of the material used as a binder is expanded compared with the conventional method.
Furthermore, since an external magnetic field is applied to a magnetic material having magnetic anisotropy in a state where the magnetic powder 11a can flow, it is brought into contact with the binder, so that the easy magnetization axis directions of the individual magnetic powders 11a are aligned. A magnet that can be fixed and has excellent magnetic field directivity can be obtained.
[0026]
In the above-described embodiment, the precursor is obtained by curing the binder after completing the lamination of all the layers constituting the magnet, but when an ultraviolet curable resin is used as the binder, 1 is used. It is necessary to cure the binder by irradiating with ultraviolet rays every time a layered body is formed.
In this case, since each layer is securely fixed in a state where the magnetization easy axis directions of the magnetic powder are aligned, it is particularly effective in improving the magnetic field directivity of the magnet.
[0027]
In the above embodiment, a magnetic material having magnetic anisotropy is used. However, a magnet can be formed in the same manner using a magnetic material having magnetic isotropy. However, when the magnetic material has magnetic isotropy, the excitation step need not be performed, and the magnetic field generators 6 and 6 in the manufacturing apparatus may not be used.
[0028]
Further, the easy magnetization axis directions of the individual magnetic powders constituting the magnet may not be uniform for all the magnetic powders.
For example, if the direction of the magnetic field applied to the powder layer in an arbitrary excitation process among the excitation processes performed a plurality of times is different from the previous excitation process, the interface of the divided bodies constituting the magnet As a boundary, a magnet in which the magnetization easy axis direction of the magnetic powder is different between the upper layer and the lower layer of the boundary can be manufactured.
Or, for example, in an arbitrary excitation process among a plurality of excitation processes, a magnetic field in the X direction is applied to a part of the powder layer, and a magnetic field in the Z direction is applied to the other parts. By manufacturing the magnet including the divided body in which the magnetization easy axis direction of the magnetic powder is different in different parts in one divided body by changing the direction of the magnetic field for each part in the powder layer for each layer. Can do.
[0029]
Further, the plurality of divided bodies constituting the magnet may not be made of the same magnetic powder.
For example, magnetic powder having a composition different from that of the previous powder layer forming step may be used in the powder layer forming step of arbitrary times among the powder layer forming steps performed a plurality of times. A magnet having different magnetic powder compositions between the upper layer and the lower layer of the boundary can be manufactured with the interface of the divided bodies constituting the boundary.
In the present embodiment, an example is shown in which a magnet is manufactured using a powder magnet. However, the present invention is not limited to this, and if there is no need for excitation, for example, a metal structure using metal powder. The present invention can also be applied to a process of manufacturing a structure or a structure made of a plastic resin.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a complex-shaped structure can be manufactured without using a mold. Particularly in the case of magnet manufacture, a magnet having excellent magnetic field directivity can be manufactured using a magnetic material having magnetic anisotropy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a magnet manufacturing apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B show a powder layer forming step and an excitation step in an embodiment of the magnet manufacturing method of the present invention, wherein FIG. 2A is a perspective view, and FIG. 2B is a BB line in FIG. FIG.
FIGS. 3A and 3B show a binder discharge step in an embodiment of the magnet manufacturing method of the present invention, wherein FIG. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. is there.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a precursor forming step in an embodiment of the magnet manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Base 1a Concave portion (layer formation region)
1b Bottom 4 Head (Discharge means)
6 Magnetic field generation means (excitation means)
11, 12, 13, 14 Powder layer 11a Magnetic powder (powdered magnetic material)
21, 22, 23, 24

Claims (4)

磁気異方性を有する粉体状の磁性材料からなる粉体層を形成する粉体層形成工程と、
前記粉体層に対して磁場をかける励磁工程と、
前記粉体層に対してバインダーを含む液滴を吐出するバインダー吐出工程と、
前記粉体層形成工程、前記励磁工程および前記バインダー吐出工程を複数回繰り返すことにより、前記粉体層を順次積層して、磁性体の前駆体を形成する前駆体形成工程と、を備え、
複数回行われる前記励磁工程の少なくとも１回において、他の励磁工程とは異なる向きの磁場をかけることを特徴とする磁性体の製造方法。A powder layer forming step of forming a powder layer made of a powdered magnetic material having magnetic anisotropy;
An excitation step of applying a magnetic field to the powder layer;
A binder discharge step of discharging droplets containing a binder to the powder layer;
The powder layer forming step, the excitation step, and the binder discharging step are repeated a plurality of times to sequentially laminate the powder layer, and a precursor forming step of forming a magnetic precursor,
A method of manufacturing a magnetic material, wherein a magnetic field having a direction different from that of other excitation steps is applied at least once among the excitation steps performed a plurality of times. 磁気異方性を有する粉体状の磁性材料からなる粉体層を形成する粉体層形成工程と、
前記粉体層に対して磁場をかける励磁工程と、
前記粉体層に対してバインダーを含む液滴を吐出するバインダー吐出工程と、
前記粉体層形成工程、前記励磁工程および前記バインダー吐出工程を複数回繰り返すことにより、前記粉体層を順次積層して、磁性体の前駆体を形成する前駆体形成工程と、を備え、
複数回行われる前記励磁工程の少なくとも１回において、１つの前記粉体層の前記バインダーを吐出する領域のうち、異なる部分にそれぞれ異なる向きの磁場をかけることを特徴とする磁性体の製造方法。A powder layer forming step of forming a powder layer made of a powdered magnetic material having magnetic anisotropy;
An excitation step of applying a magnetic field to the powder layer;
A binder discharge step of discharging droplets containing a binder to the powder layer;
The powder layer forming step, the excitation step, and the binder discharging step are repeated a plurality of times to sequentially laminate the powder layer, and a precursor forming step of forming a magnetic precursor,
A method of manufacturing a magnetic material, wherein at least one of the excitation steps performed a plurality of times, different magnetic fields are applied to different portions of a region of the powder layer from which the binder is discharged. 複数回行われる前記粉体層形成工程の少なくとも１回において、他の粉体層形成工程とは異なる厚さとなるように前記粉体層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の磁性体の製造方法。  The powder layer is formed so as to have a thickness different from that of other powder layer forming steps in at least one of the powder layer forming steps performed a plurality of times. Of manufacturing a magnetic material. 複数回行われる前記粉体層形成工程の少なくとも１回において、他の粉体層形成工程とは異なる磁性材料を用いて前記粉体層を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁性体の製造方法。  4. The powder layer is formed using a magnetic material different from other powder layer forming steps in at least one of the powder layer forming steps performed a plurality of times. A method for producing a magnetic material according to claim 1.

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