JP5000882B2 - 磁場中成形方法、磁場中成形装置及び焼結体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、従来の磁場中成形機に新たな機構を設けることなく、成形体の上部及び下部の配向のばらつきを低減することを目的とする。
また本発明は、磁性粉末が顆粒状の形態をなしている場合に、配向のばらつき低減効果が大きい。
図1は、本実施の形態における磁場中成形装置20の構成を示す断面図である。
磁場中成形装置20は、円柱状の成形体を形成するためのもので、金型によって形成されるキャビティ100内に磁性粉末を供給し、磁場を印加しつつキャビティ100内の磁性粉末を加圧することで磁場中成形を行い、成形体を形成するものである。
支持プレート21は、磁場中成形装置20のベース(図示無し)に対し油圧シリンダやボールねじ、カム等の駆動機構によって昇降駆動可能とされた下ラム24に支持され、これによって昇降可能となっている。
下パンチベース22は、磁場中成形装置20のベース(図示無し)に、支柱26を介して固定支持されている。
上パンチベース23は、下パンチベース22の上方に対向するよう設けられ、磁場中成形装置20のベース(図示無し)に、油圧シリンダやボールねじ、カム等の駆動機構により昇降駆動可能とされた上ラム27によって昇降可能とされている。
非磁性体で構成されるダイ40には、成形すべき成形体の形状に対応した形状の貫通孔であるダイホール41が形成されている。本実施の形態は円柱状の成形体を作製するため、ダイホール41は開口形が真円状をなしている。また、このダイホール41の中心は、ダイ40の中心と一致する。
ダイ40の下面は、下パンチベース22を貫通する一対の下ガイドポスト25を介して支持プレート21に接続されている。支持プレート21は、下ラム24を介して図示しない油圧シリンダに接続される。従って、ダイ40はこの油圧シリンダによって上下方向に移動可能とされている。
なお、磁性粉末Pと上パンチ60との間の間隙が維持されるようにダイ40を上昇させることが好ましい。磁性粉末P上端部の配向のし易さを確保するためである。
所定時間の脱磁を行った後に、磁場印加を停止する(図3(h)、図4 S115)。
磁場印加停止後、ダイ40を降下させ、さらに上パンチ60を上昇させることにより、成形体Cをキャビティから排出する(図3(i)、図4 S117)。
このR−Fe−B系焼結磁石は、Coを2.0wt%以下(0を含まず)、望ましくは0.1〜1.0wt%、さらに望ましくは、0.3〜0.7wt%含有することができる。CoはFeと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上に効果がある。
R−Co系焼結磁石は、Rと、Fe、Ni、Mn及びCrから選ばれる1種以上の元素と、Coとを含有する。この場合、望ましくはさらにCu又は、Nb、Zr、Ta、Hf、Ti及びVから選ばれる1種以上の元素を含有し、特に望ましくはCuと、Nb、Zr、Ta、Hf、Ti及びVから選ばれる1種以上の元素とを含有する。これらのうち特に、SmとCoとの金属間化合物、望ましくはSm2Co17金属間化合物を主相とし、粒界にはSmCo5系を主体とする副相が存在する。具体的組成は、製造方法や要求される磁気特性等に応じて適宜選択すればよいが、例えば、R:20〜30wt%、特に22〜28wt%程度、Fe、Ni、Mn及びCrの1種以上:1〜35wt%程度、Nb、Zr、Ta、Hf、Ti及びVの1種以上:0〜6wt%、特に0.5〜4wt%程度、Cu:0〜10wt%、特に1〜10wt%程度、Co:残部の組成が好ましい。
以上、R−Fe−B系焼結磁石、R−Co系焼結磁石について言及したが、本発明は他の希土類焼結磁石への適用を妨げるものではない。
原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはアルゴン雰囲気中でストリップキャスト法、その他公知の溶解法により作製することができる。
R−Fe−B系焼結磁石を得る場合、R2Fe14B結晶粒を主体とする合金(低R合金)と、低R合金よりRを多く含む合金(高R合金)とを用いる所謂混合法を適用することもできる。
粗粉砕工程では、原料合金を、粒径数百μm程度になるまで粗粉砕し、粗粉砕粉末を得る。この粗粉砕粉末が本発明における原料合金粉に該当する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行うことが好ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行うことが効果的である。なお、水素吸蔵処理、水素放出処理は必須の処理ではない。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。
ここで、Rは、Yを含むランタノイド系列、アクチノイド系列の希土類金属から選択される1種以上を表している。これらの中で、Rとしては、特に、Nd、Pr、Sm、Tb、Dy、Hoの希土類金属が望ましく、Tb、Dyがより一層望ましく、これらを複合して用いることができる。Tは、1種以上の遷移金属を表している。これらの中で、Tとしては、特に、Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mo等の遷移金属が望ましく、Fe、Co、Niが一層望ましく、これらを複合して用いることができる。
原料Bとして、式(2):DytT1−t(Dyは、TbとHoの双方又はいずれか一方を含むことがあり、tは0.37≦t≦1.0の範囲)で表される組成を有するものを用いる。
さらに、Tを含む原料Cを用いる。Tは、上述したように、Fe、Co、Niの群から選択させる少なくとも1種類の金属であり、この中ではFeが最も好ましい。
磁場中成形で得られた成形体は焼結される。焼結条件は、1100℃以上で、好ましくは1150〜1250℃で、1〜10時間行うことがよい。焼結の雰囲気は、非酸化性雰囲気が良く、Arガス等の不活性ガス又は真空中がよい。
ストリップキャスト法により、26.5wt%Nd−5.9wt%Dy−0.25wt%Al−0.5wt%Co−0.07wt%Cu−1wt%B−Feの組成を有する原料合金を作製した。
次いで、室温にて原料合金に水素を吸蔵させた後、Ar雰囲気中で600℃×1時間の脱水素を行なう水素粉砕処理を行なった。
水素粉砕処理が施された合金に、粉砕性の向上並びに成形時の配向性の向上に寄与する潤滑剤を0.05〜0.1%混合した。潤滑剤の混合は、例えばナウターミキサー等により5〜30分間ほど行なう程度でよい。その後、ジェットミルを用いて平均粒径が5.0μmの微粉砕粉末を得た。
また、比較例の場合には磁場中成形時に下側に位置した焼結磁石の残留磁束密度(Br)が上側に位置した焼結磁石よりも低いのに対して、実施例の場合には磁場中成形時に下側に位置した焼結磁石の残留磁束密度(Br)が上側に位置した焼結磁石よりも高くなっていることが注目される。
さらに、顆粒の実施例における残留磁束密度(Br)の上側と下側の差が比較例のそれに比べて著しく小さくなっている。微粉砕粉末に比べて嵩密度の大きい顆粒は、粒子同士の接触点が多いために、磁場配向時に粉が回転しづらくなる。したがって、顆粒の比較例における残留磁束密度(Br)の上側と下側の差が大きくなるが、本発明によれば、このように嵩密度の大きな顆粒における配向向上の度合いが大きいという効果を有している。
Claims (6)
- 上パンチ、下パンチ及びダイにより、磁場が印加された磁性粉末を加圧成形する磁場中成形方法において、
前記下パンチ及び前記ダイにより形成されるキャビティに前記磁性粉末を供給する工程(a)と、
前記磁性粉末を含む前記キャビティの全域に磁場を印加しつつ、前記ダイを上昇させることにより前記下パンチを相対的に降下して前記磁性粉末への下方からの機械的な支持を解除する工程(b)と、
前記下パンチに対して前記上パンチを降下させることにより前記磁性粉末を加圧する工程(c)と、
を備え、
前記磁場は、前記磁性粉末の加圧方向と略直交する方向に印加することを特徴とする磁場中成形方法。 - 成形体の外形形状に応じた貫通孔を有するダイと、
前記ダイに対し前記貫通孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、
前記ダイの前記貫通孔に上側から挿入可能とされ、前記貫通孔内で前記下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチと、
前記ダイの外周部に設けられ、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチに囲まれたキャビティに磁場を印加するコイルと、
前記ダイ、前記下パンチ、前記上パンチ及び前記コイルの動作を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記ダイ及び前記下パンチで形成されるキャビティに成形対象の磁性粉末が供給された後に、前記上パンチを前記キャビティ内の所定位置まで降下させ、
次いで、前記コイルから前記磁性粉末を含む前記キャビティ内の全域に前記磁場を印加させ、
前記磁場を印加したままで前記ダイを上昇させることにより前記下パンチを相対的に降下させて前記磁性粉末への下方からの機械的な支持を解除し、
しかる後に、前記磁場を印加したままで前記下パンチ及び前記上パンチの間隔を狭くすることにより前記磁性粉末を加圧成形するよう制御し、
前記磁場は、前記磁性粉末の加圧方向と略直交する方向に印加することを特徴とする磁場中成形装置。 - 前記コントローラは、前記成形対象の磁性粉末が供給された後に、前記上パンチを前記磁性粉末との間に間隙を形成するように前記キャビティ内の所定位置まで降下させることを特徴とする請求項2に記載の磁場中成形装置。
- 成形体の外形形状に応じた貫通孔を有するダイと、前記ダイに対し前記貫通孔の中心軸方向に沿って相対移動可能とされた下パンチと、前記ダイの前記貫通孔に上側から挿入可能とされ、前記貫通孔内で前記下パンチと対向するよう昇降可能に設けられた上パンチとで形成される金型キャビティ内において、
磁性粉末を含む前記金型キャビティの全域に磁場を印加した状態で磁性粉末を下方からの機械的な支持を解除した後に、前記磁場を印加したままで前記磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体を焼結する工程と、
を備え、
前記金型キャビティ内に前記磁性粉末を供給する段階では、前記磁性粉末は下パンチによる下方からの支持を受けており、前記磁性粉末の供給終了後に、前記磁場を印加し、次いで前記ダイを上昇させることにより前記下パンチを相対的に降下させて、下方からの機械的な支持を解除し、
前記磁場は、前記磁性粉末の加圧方向と略直交する方向に印加することを特徴とする焼結体の製造方法。 - 前記磁性粉末は、R2Fe14B1化合物(R:希土類金属元素の1種または2種以上)を主成分とすることを特徴とする請求項4に記載の焼結体の製造方法。
- 前記磁性粉末は、顆粒状の形態をなしていることを特徴とする請求項4又は5に記載の焼結体の製造方法。
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