(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される一対のパンチと、
一対の前記パンチとともに被成形粉末を収容するキャビティを形成しかつ前記被成形粉末を加圧成形するダイと、
前記ダイを挟んで対向配置される一対のポールピース及び一対の前記ポールピースの各々に付設された励磁コイルを有し、前記加圧成形の方向と直交する方向の磁場を前記キャビティに収容された前記被成形粉末に印加する配向磁場発生部と、を備え、
前記ポールピースは、その断面積が前記磁場の向きで等しい等断面積部と、前記等断面積部に連なりその断面積が前記等断面積部よりも小さくかつ前記ダイに臨んで配置される断面積減少部とを備え、
前記励磁コイルは、前記等断面積部及び前記断面積減少部に亘って付設されていることを特徴とする磁場配向成形装置。
【請求項２】
前記励磁コイルは、前記等断面積部における磁場の向きに沿った全域に配設されるとともに、前記断面積減少部における磁場の向きに沿った全域又は一部に配設されることを特徴とする請求項１に記載の磁場配向成形装置。
【請求項３】
前記励磁コイルは前記断面積減少部との間に磁気的なギャップを形成し又は形成せずに配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場配向成形装置。
【請求項４】
前記ポールピースは、前記等断面積部と前記断面積減少部の接続部は同一の断面積を有し、前記断面積減少部は連続的に断面積が減少することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁場配向成形装置。
【請求項５】
前記ポールピースは、前記等断面積部は円柱状部材からなり、前記断面積減少部は円錐台状部材からなることを特徴とする請求項４に記載の磁場配向成形装置。
【請求項６】
対向して配置される一対のパンチと、
一対の前記パンチとともに被成形粉末を収容するキャビティを形成しかつ前記被成形粉末を加圧成形するダイと、
前記ダイを挟んで対向配置される一対のポールピース及び一対の前記ポールピースの各々に付設された励磁コイルを有し、前記加圧成形の方向と直交する方向の磁場を前記キャビティに収容された前記被成形粉末に印加する配向磁場発生部と、を備え、
前記ポールピースは、円柱状の基部と、前記基部に連なりその断面積が前記ダイに向かって減少しその先端面が前記ダイに臨む円錐台部とを備え、
前記励磁コイルは、前記基部及び前記円錐台部に亘って付設され、
前記基部の直径をｄ、
前記円錐台部の先端面の直径をｃとすると、
ｃ／ｄが０．２〜０．８の範囲に設定する特徴とする磁場配向成形装置。
【請求項７】
ｃ／ｄが０．３〜０．６であることを特徴とする請求項６に記載の磁場配向成形装置。
【請求項８】
加圧成形されている磁性粉末に対して、この加圧方向と直行する方向に磁場を印加する配向磁場発生装置であって、
前記配向磁場発生装置は、
通電されることにより磁束を発生させる励磁コイルと、
前記励磁コイルにより発生された磁束を前記磁性粉末に向けて供給するポールピースとを備え、
前記ポールピースは、前記磁束が略平行に通過する基部と、前記基部を通過した前記磁束を前記磁性粉末に向けて収束させかつその先端面から出射する収束部とを備え、
前記収束部の先端面から前記基部までの前記磁束の通過方向の距離をａ、
前記収束部の先端面から前記励磁コイルまでの前記磁束の通過方向の距離をｂとすると、
ａ−ｂ＞０としたことを特徴とする配向磁場発生装置。
【請求項９】
前記基部は円柱状部材、前記収束部は円錐台状部材からなり、前記基部の直径をｄ、前記収束部の先端面の直径をｃとすると、ｃ／ｄが０．２〜０．６であることを特徴とする請求項８に記載の配向磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石粉末に磁場を印加して配向しつつ加圧成形する磁場配向成形装置に関し、特に加圧方向に対して垂直方向に磁場を印加する磁場配向成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
希土類焼結磁石は、原料合金を所定の粒度まで粉砕し、粉砕された微粉末に磁場を印加して配向しつつ加圧成形（以下、磁場中成形という）して成形体を作製し、この成形体を焼結するという基本工程を経て製造される。
磁場中成形を行う方法としては、加圧方向と磁場の印加方向との関係で２つに区分される。その一つは加圧方向に平行方向の磁場を印加する縦磁場成形（例えば、特許文献１）であり、他の一つは図７に示すように加圧方向に対して垂直方向の磁場を印加する横磁場成形（例えば、特許文献２）である。横磁場成形における磁場配向成形装置３１は、図７に示すように、対向して配置される一対の上パンチ３２及び下パンチ３３を有している。上パンチ３２及び下パンチ３３は、図示しない油圧装置により上下方向に進退可能に配設されている。上パンチ３２及び下パンチ３３とともに希土類−鉄合金粉末を収容するキャビティ３９を形成しかつ前記希土類−鉄合金粉末を加圧成形するためのダイ３４を磁場配向成形装置３１は備えている。
ダイ３４を挟んで一対のポールピース３５、３６が対向配置され、ポールピース３５、３６の各々には励磁コイル３７、３８が配設されている。ポールピース３５は円柱部３５ａとそれに連なる円錐台部３５ｂとから構成される。同様にポールピース３６は円柱部３６ａとそれに連なる円錐台部３６ｂとから構成される。
【０００３】
縦磁場成形は主に扁平状の磁石の製造に適用され、横磁場成形は主にブロック状の磁石の製造に適用される。縦磁場成形に比べて横磁場成形は高い配向度を得ることができる。そして、成形時に高い配向度を得ることにより焼結後の永久磁石の磁気特性を向上することができる。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−７９１３４号公報
【特許文献２】特開平６−１１６６０３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８３１４号公報
【０００５】
横磁場成形においても、より高い配向度を得ることにより高い磁気特性の磁石を得ることができることは言うまでもない。高い配向度を得るためには高い配向磁場を実現すればよい。そのためには磁場配向成形装置の電源を高出力にすればよいが、装置構成の変更が大掛かりになる。
他の方法としては、磁場発生用の励磁コイルを配設したポールピース間の間隔を狭めることで高い配向磁場を得ることが可能である。ポールピースの間隔を狭めるということは、磁石粉末を充填するキャビティの容積に制限を与えることとなり、制限されたサイズの成形体しか得られない、あるいは制限された個数の成形体しか一度の成形で得ることができない、という問題が生じる。
また、特許文献３は、磁場配向成形装置を構成するダイ近傍に補正ポールピースを配設して、ダイ内のキャビティに均一な配向磁場を得ることを提案している。しかし、補正ポールピースの設置は配向磁場成形装置の構成部品の増加につながり望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、ポールピース間の間隔を変更することなく、また、配向磁場成形装置の構成を大幅に変更することなく高い配向磁場を均一に発生させることのできる配向磁場成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の配向磁場成形装置は、対向して配置される一対のパンチと、一対のパンチとともに被成形粉末を収容するキャビティを形成しかつ被成形粉末を加圧成形するダイと、ダイを挟んで対向配置される一対のポールピース及び一対の前記ポールピースの各々に配設された励磁コイルを有し、加圧成形の方向と直交する方向の磁場をキャビティに収容された被成形粉末に印加する配向磁場磁場発生部と、を備えている。そして、ポールピースは、その断面積が磁場の向きで等しい等断面積部と、等断面積部に連なりその断面積が等断面積部よりも小さくかつダイに臨んで配置される断面積減少部とを備え、励磁コイルは、等断面積部及び断面積減少部に亘って付設されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の配向磁場成形装置において、励磁コイルは、等断面積部における磁場の向きに沿った全域に配設されるとともに、断面積減少部における磁場の向きに沿った全域又は一部に配設させることができる。また、励磁コイルは、断面積減少部との間に磁気的なギャップを形成して配設してもよいし、ギャップを形成せずに配設してもよい。
本発明の配向磁場成形装置において、ポールピースは、等断面積部と断面積減少部の接続部は同一の断面積を有し、断面積減少部は連続的に断面積が減少する形態とすることができる。特に、等断面積部は円柱状部材から構成し、断面積減少部は円錐台形状部材から構成することが高い配向磁場を得るために望ましい。
【０００９】
本発明者等は、円柱状の基部と、基部に連なりその断面積が磁場ダイに向かって減少しその先端面がキャビティダイに臨む円錐台部とを備えたポールピースにおいて、基部の直径をｄ、円錐台部の先端面の直径をｃとすると、ｃ／ｄの値によって発生する磁場強度に差異があることを見出した。したがって本発明は、対向して配置される一対のパンチと、一対のパンチとともに被成形粉末を収容するキャビティを形成しかつ一対のパンチとともに被成形粉末を加圧成形するダイと、ダイを挟んで対向配置される一対のポールピース及び一対のポールピースの各々に配設された励磁コイルを有し、加圧成形の方向と直交する方向の磁場をキャビティに収容された被成形粉末に印加する配向磁場発生部と、を備えた磁場配向成形装置において、励磁コイルを基部及び円錐台部に亘って付設し、ｃ／ｄを０．２〜０．８、望ましくは０．３〜０．６の範囲に設定することを提案するものである。
【００１０】
本発明は、また、磁場配向成形装置を構成する配向磁場発生装置として捉えることができる。この配向磁場発生装置は、加圧成形されている磁性粉末に対して、この加圧方向と直行する方向に磁場を印加するものであり、通電されることにより磁束を発生させる励磁コイルと、励磁コイルにより発生された磁束を磁性粉末に向けて供給するポールピースとを備え、ポールピースは、磁束が略平行に通過する基部と、基部を通過した磁束を磁性粉末に向けて収束させかつその先端面から出射する収束部とを備えている。そして、収束部の先端面から基部までの磁束の通過方向の距離をａ、収束部の先端面から励磁コイルまでの磁束の通過方向の距離をｂとすると、ａ−ｂ＞０としたことを特徴としている。
この配向磁場発生装置において、基部は円柱状部材、収束部は円錐台状部材から構成する場合、基部の直径をｄ、収束部の先端面の直径をｃとすると、ｃ／ｄを０．２〜０．６とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の配向磁場成形装置は励磁コイルを等断面積部にのみ配設させていたのに対して、本発明は等断面積部及び断面積減少部に亘って配設することにより、キャビティに印加する磁場の強度を向上でき、しかも均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における磁場配向成形装置１の概略構成を示す正面断面図である。
磁場配向成形装置１は、対向して配置される一対の上パンチ２及び下パンチ３を有している。上パンチ２及び下パンチ３は、図示しない油圧装置により上下方向に進退可能に配設されている。上パンチ２及び下パンチ３とともに被成形粉末である希土類−鉄合金粉末を収容するキャビティ９を形成しかつ希土類−鉄合金粉末を加圧成形するためのダイ４を磁場配向成形装置１は備えている。
ダイ４を挟んで一対のポールピース５、６が対向配置され、ポールピース５、６の各々には励磁コイル７、８が配設されている。ポールピース５は円柱部５ａとそれに連なる円錐台部５ｂとから構成される。同様にポールピース６は円柱部６ａとそれに連なる円錐台部６ｂとから構成される。円柱部５ａ、６ａはその断面積が磁場の方向で等しい。円錐台部５ｂ、６ｂは接続部分を除いてその断面積が円柱部５ａ、６ａよりも小さくかつダイ４に臨んで配設されている。円柱部５ａ、６ａと円錐台部５ｂ、６ｂは各々その接続部分では同一の断面積を有しているが、円錐台部５ｂ、６ｂは連続的に断面積が減少している。
【００１３】
励磁コイル７に通電することにより発生した磁場（磁束）は、ポールピース５（又は６）ダイ４、キャビティ９、ダイ４及びポールピース６（又は５）という経路を通る。この経路、つまり磁場の向きＨは、図１に示すように加圧成形方向Ｐと直交する。ポールピース５（又は６）において、磁束は断面積が一定の円柱部５ａ（６ａ）においては略平行に通過するが、ダイ４に向かって断面積が減少する円錐台部５ｂ（６ｂ）においてはキャビティ９内に収容される希土類−鉄合金粉末に向けて収束される。
以上の各構成要素は、磁性体から構成される筐体１０内に配設されている。
【００１４】
本発明による磁場配向成形装置１は、ポールピース５、６と励磁コイル７、８の位置関係に特徴を有している。図７に示すように、従来の磁場配向成形装置３１は、ポールピース３５、３６の円柱部３５ａ、３６ａの周囲にのみ配設されていた。
ところが、本発明による磁場配向成形装置１は、図１に示すように、励磁コイル７をポールピース５の円柱部５ａから円錐台部５ｂに向けて延設し、又励磁コイル８をポールピース６の円柱部６ａから円錐台部６ｂに向けて延設してある。このように励磁コイル７、８を延設し、円柱部５ａ及び円錐台部５ｂ、円柱部６ａ及び円錐台部６ｂに亘って配設することにより、ポールピース５、６の間隔を狭めることなくキャビティ９内における配向磁場を向上させるかつ均一にすることができる。
【００１５】
ここで、図３に示すように、ポールピース５（６）の円錐台部５ｂ（６ｂ）の距離（磁束の通過方向）長さをａ、ポールピース５（６）の円錐台部５ｂ（６ｂ）側の端面である磁極面５ｃ（６ｃ）から励磁コイル７（８）までの距離（磁束の通過方向）をｂとすると、本発明による磁場配向成形装置１は、ａ−ｂ＞０となるように励磁コイル７（８）を配設するのである。後述する実施例に示すように、ａ−ｂの値によってキャビティ９内における磁束密度が変動するので、高い配向磁場を発生させるためにａ−ｂの値を適切に設定することが望まれる。
また、図３に示すように磁極面５ｃ（６ｃ）の直径をｃ、円柱部５ａ（６ａ）の直径をｄとすると、後述する実施例に示すようにｃ／ｄの値によってキャビティ９内における配向磁場の強度が相違する。具体的には、ｃ／ｄが２０〜６０％の範囲にある場合に高い配向磁場を得ることができるので、ポールピース５、６は、これに従って作製することが望ましい。
【００１６】
本発明者等は、当初、図１に示すように励磁コイル７（８）を延設したとしても、励磁コイル７（８）と円錐台部５ｂ（６ｂ）との間に磁気的なギャップがあるために、配向磁場の強度向上には有効でないものと推測していた。ところが、現実には、本発明を適用することにより配向磁場を２０％程度向上することが可能となった。これは、当業者の予測を超えた顕著な効果と言える。
【００１７】
本発明による磁場配向成形装置１は、図１に示す形態に限らない。例えば、図２（図１と同一部分には同一の符号を付している）に示す磁場配向成形装置２１のように、励磁コイル１７、１８のうちで、円錐台部５ｂ、６ｂ方向に延設した部分を円錐台部５ｂ、６ｂに沿って配設して磁気的なギャップを設けない形態とすることによっても、本発明の所定の効果を得ることができる。
また、ポールピース５（６）も図１に示す形態に限らない。磁束が略平行に通過する部分及びキャビティ９内に収容される希土類−鉄合金粉末に向けて磁束を収束させる部分を備えていれば如何なる形態を有していてもよい。例えば、円錐台部５ｂに相当する部分を円柱部５ａよりも小径の円柱により構成することもできるし、円柱以外の断面を有する形状のポールピースとすることもできる。
【実施例１】
【００１８】
以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
図１に示す本発明による磁場配向成形装置１と図７に示す従来の磁場配向成形装置３１を用いてキャビティ９、３９に発生した磁場を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１の有効磁場領域率とは、磁極面（５ｃ、６ｃ）面積に対して１１１４ｋＡ／ｍ以上の磁場が発生している面積の比率をいう。発生磁場強度が高くてもそれが部分的なものであれば永久磁石の配向度を向上するには不十分であり、発生磁場強度が高くかつ均一磁場領域率が大きいことが永久磁石の配向度向上のために要求される。また、測定の条件は下記の通りであり、ａ〜ｄは図３のａ〜ｄに対応している。
【００１９】
＜測定条件  本発明、従来共通＞
ポールピース間距離＝１５０ｍｍ、コイル面間隔＝２４０ｍｍ、通電電流値＝１０００Ａ
＊励磁コイル仕様：１２ｍｍ×７．５ｍｍの角パイプ銅線を用い、２６ターンのダブルパンケーキ巻きを７ブロックとし（合計１８２ターン）、これを図１の励磁コイル７、８の各々に配設
励磁コイル内径＝φ３５０ｍｍ、励磁コイル外径＝φ７２８ｍｍ、励磁コイル長さ＝１８９ｍｍ
＜測定条件  本発明＞
ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝４５ｍｍ、ｃ＝φ１４０ｍｍ、ｄ＝φ３５０ｍｍ
ａ−ｂ＝３５ｍｍ、ｃ／ｄ＝０．４０
＜測定条件  従来＞
ａ＝４７．５ｍｍ、ｂ＝４７．５ｍｍ、ｃ＝φ２８０ｍｍ、ｄ＝φ３５０ｍｍ
ａ−ｂ＝０ｍｍ、ｃ／ｄ＝０．８０
【００２０】
表１に示すように、本発明（ａ−ｂ＝３５ｍｍ）によれば、従来（ａ−ｂ＝０ｍｍ）に比べて発生磁場強度が１８％程度向上し、しかも、磁場強度が均一な領域の比率も向上していることがわかる。
本発明の磁場配向成形装置１及び従来の磁場配向成形装置３１で得られた成形体を焼結した希土類磁石（組成：３１．５ｗｔ％Ｎｄ−０．５ｗｔ％Ｃｏ−０．２ｗｔ％Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｂ−ｂａｌ．Ｆｅ）の磁気特性を測定した。その結果を表２に示すが、本発明の磁場配向成形装置１で得られた希土類磁石は、配向度の向上にともない磁気特性が向上していることがわかる。
【００２１】
【表１】
0003639584.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003639584.tif 000003
【００２３】
上記の条件で、励磁コイルに通電する電流値を変えたときの磁場強度を測定した。その結果を図４に示す。本発明で１０００Ａの電流値で得られる磁場強度を従来の磁場配向成形装置３１で得るためには、約１３００Ａに及ぶ大電流を流す必要がある。しかし、現在普及している磁場配向成形装置でこれほどの大電流を流すことのできるものはまれであり、かつ励磁コイルの発熱が激しいため、実現は困難と判断される。
【実施例２】
【００２４】
本発明の磁場配向成形装置１を用い、ａ（図３参照）を固定する一方ｂ（図３参照）の値を種々に変えて発生する磁場を測定した。測定条件は以下の通りである。測定された発生磁場をａ−ｂの値を横軸として示したのが図５のグラフである。図５に示すように、発生磁場の強度はａ−ｂの値に依存性があることがわかる。実施例２の条件下では、ａ−ｂは５〜６５ｍｍ、望ましくは２０〜６５ｍｍ、さらに望ましくは２５〜５５ｍｍとすべきであることがわかる。
【００２５】
＜測定条件＞
＊ポールピース間距離＝１５０ｍｍ、コイル面間隔＝２４０ｍｍ、通電電流値＝１０００Ａ
＊励磁コイル仕様：１２ｍｍ×７．５ｍｍの角パイプ銅線を用い、２６ターンのダブルパンケーキ巻きを７ブロックとし（合計１８２ターン）、これを図１の励磁コイル７、８の各々に配設
励磁コイル内径＝φ３５０ｍｍ、励磁コイル外径＝φ７２８ｍｍ、励磁コイル長さ＝１８９ｍｍ
＊電流値＝１０００Ａ
＊ａ−ｂ＝５〜６５ｍｍ、ｃ＝φ２１２ｍｍ、ｄ＝φ３５０ｍｍ、ｃ／ｄ＝０．３０                                                                               
【実施例３】
【００２６】
本発明の磁場配向成形装置１を用い、ａ及びｂを固定する一方ｃ／ｄの値を種々に変えて発生する磁束密度を測定した。測定条件は以下の通りである。測定された磁束密度をｃ／ｄの値を横軸として示したのが図６のグラフである。図６に示すように、磁束密度はｃ／ｄ値に依存性があり、ｃ／ｄは０．２０〜０．６０、望ましくは０．３０〜０．５０とすべきであることがわかる。
【００２７】
＜測定条件＞
＊ポールピース間距離＝１５０ｍｍ、コイル面間隔＝２４０ｍｍ、通電電流値＝１０００Ａ
＊励磁コイル仕様：１２ｍｍ×７．５ｍｍの角パイプ銅線を用い、２６ターンのダブルパンケーキ巻きを７ブロックとし（合計１８２ターン）、これを図１の励磁コイル７、８の各々に配設
励磁コイル内径＝φ３５０ｍｍ、励磁コイル外径＝φ７２８ｍｍ、励磁コイル長さ＝１８９ｍｍ
＊電流値＝１０００Ａ
＊ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３５ｍｍ、ａ−ｂ＝４５ｍｍ、ｃ＝φ７０〜２８０ｍｍ、ｄ＝φ３５０ｍｍ、ｃ／ｄ＝０．２０〜０．８０
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態における磁場配向成形装置の構成概略を示す正面部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における磁場配向成形装置の変形例の構成概略を示す正面部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるは配向磁場発生部を示す図である。
【図４】本発明による磁場配向成形装置及び従来の磁場配向成形装置に供給した電流値と発生した磁場の関係を示すグラフである。
【図５】本発明による磁場配向成形装置のａ−ｂの値と発生した磁場の関係を示すグラフである。
【図６】本発明による磁場配向成形装置のｃ／ｄの値と発生した磁束密度の関係を示すグラフである。
【図７】従来の磁場配向成形装置の構成概略を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…磁場配向成形装置、２…上パンチ、３…下パンチ、４…ダイ、５…ポールピース、６…ポールピース、５ａ…円柱部、５ｂ…円錐台部、６ａ…円柱部、６ｂ…円錐台部、７…励磁コイル、８…励磁コイル、９…キャビティ、１０…筐体
【要約】
【課題】  ポールピース間の間隔を変更することなく、また、配向磁場成形装置の構成を大幅に変更することなく高い配向磁場を均一に発生させることのできる配向磁場成形装置を提供する。
【解決手段】  対向して配置される上下パンチ２、３と、上下パンチ２、３とともに被成形粉末を収容するキャビティ９を形成しかつ被成形粉末を加圧成形するダイ４と、ダイ４を挟んで対向配置されるポールピース５、６及びポールピース５、６の各々に配設された励磁コイル７、８を有し、加圧成形の方向と直交する方向の磁場をキャビティ９に収容された被成形粉末に印加する配向磁場発生部とを備えている。ポールピース５、６は、その断面積が磁場の向きで等しい円柱部５ａ、６ａと、円柱部５ａ、６ａに連なりその断面積が円柱部５ａ、６ａより小さくかつダイ４に臨んで配置される円錐台部５ｂ、６ｂとを備え、励磁コイル７、８は、円柱部５ａ、６ａ及び円錐台部５ｂ、６ｂに亘って配設されている。
【選択図】図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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