(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料製のダイスと、該ダイスの孔中心に配置した磁性材料製のコアロッドと、ダイスとコアロッドとの間隙に挿入される非磁性材料製の上・下パンチとからなる成形型を備え、前記成形型内にコイルによりラジアル磁界を形成し、このラジアル磁界内で成形型のキャビテイ内に入れた磁性粉末をラジアル配向させて圧縮成形する円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置において、前記成形型のダイスは、本体部の外周に、その周方向に等配して４つ乃至６つの突出部を放射状に一体に設けてなり、前記各突出部に前記コイルを巻装して、ダイス中心に同磁極が指向するように該コイルに電流を供給することにより、磁束がダイス中心に向かいかつダイス中心で相互に反発してコアロッドに流れることを特徴とする円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置。
【請求項２】
前記ダイスおよび前記コアロッドは、高透磁率および高飽和磁束密度を有する材料を基材として、前記ダイスの孔内面と前記コアロッドの外周面に超硬合金からなる被覆層をそれぞれ設けていることを特徴とする請求項１に記載の円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置。
【請求項３】
前記被覆層がスリーブであって、該スリーブが前記ダイスの孔内面および前記コアロッドの外周面にそれぞれ嵌合されていることを特徴とする請求項２に記載の円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置。
【請求項４】
高透磁率および高飽和磁束密度を有する基材が、パーマロイ材またはセンダスト材であることを特徴とする請求項２または３に記載の円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置。
【請求項５】
前記突出部の軸方向長さを、前記成形型のキャビテイの軸方向長さの少なくとも９０％に設定したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性粉末を放射状に配向（ラジアル配向）させたラジアル異方性磁石を成形するための成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁性粉末を成形型のキャビテイ内に入れて単に圧縮成形した場合は、磁性粉末のもつ内部磁気モーメントの方向がランダムとなり、等方性の磁石となって、得られる磁気性能はそれほど高くならない。これに対して、成形型内に磁界を形成してこの磁界内に磁性粉末をおくと、磁性粉末が磁化方向に整列し、そのまま圧縮成形することで内部磁気モーメントの方向の整った、いわゆる異方性の磁石となり、磁気性能に優れたものとなる。ところで、ＨＤＤ、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ用等のモータには円筒状磁石が用いられており、これを異方性磁石として製造するには、磁性粉末をラジアル配向させる必要がある。
【０００３】
図７〜９は、このように磁性粉末をラジアル配向させるための従来の成形装置を示したもので、成形型１とこの成形型１内にラジアル磁界を形成するための下および上コイル２、３とを備えている。成形型１は、リング状ダイス４と、このダイス４の孔中心に配置された下コアロッド５と、この下コアロッド５の上方に昇降可能に配置された上コアロッド６と、ダイス４と下コアロッド５との間隙に挿入可能な下および上パンチ７，８とからなっており、上・下コイル３，２はダイス４の上下に対向して配置されるようなっている。なお、これらダイス４、上・下コアロッド６，５等は磁性材料から形成されている。
【０００４】
成形に際しては、予め位置固定のダイス４および下コアロッド５に対して、上コアロッド６、上パンチ８および上コイル３の上側機構部を上昇させると共に、ダイス４と下コアロッド５との間隙に下パンチ７をわずか挿入した状態とし、ダイス４と、下コアロッド５と下パンチ７とで囲まれた環状のキャビテイ９内に、適宜のフィーダ（図示略）を用いて磁性粉末（ボンド磁石とする場合は、バインダーと混合した磁性粉末）を充填する。その後、前記上側機構部を下降させて、上コアロッド６は下コアロッド５に当接させ、上パンチ８はキャビテイ９内にわずか挿入させ、上コイル３はダイス４上に載置する。次に、下および上コイル２，３に電流（通常、パルス電流）を供給し、コアロッド５，６に同磁極が対向するように磁界を印加する。すると、図９、１０および１１に示すように、ダイス４内の中央部を境として磁界が反発し、ダイス４内に放射方向のラジアル磁界が形成され、このラジアル磁界によりキャビテイ９内の磁性粉末がラジアル配向するようになる。したがって、その後、下パンチ７と上パンチ８とを相対的に接近させて圧縮成形を行えば、円筒状のラジアル異方性磁石（成形体）が得られるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の成形装置によれば、図１０および１１に示すように、上・下パンチ８，７により閉じられたキャビテイ９を通る磁束がキャビテイ９の上、下底付近で軸方向へ流れる、すなわち軸方向の磁界成分が増加する傾向にある。そして、この軸方向の磁界成分の増加傾向は、図１０および１１の比較からも分かるように、下コアロッド５の直径ｄ1 に対してキャビテイ９の軸方向長さｄ2 （図７）が大きくなるほど顕著となり、特に、キャビテイ長さｄ2 がコアロッド径ｄ1 の２倍以上となる場合は、得られる磁石の磁化強さに軸方向で大きな強弱が生じ、実質、その製品化は断念せざるを得ない状況にあった。
【０００６】
なお、キャビテイ９の上、下底と上・下コイル３，２との距離ｄ3 （図７）を大きく設定することにより、上記軸方向の磁界成分を少なくすることができるが、この場合は、ラジアル磁界の強度が低下して磁性粉末のラジアル配向は困難とり、根本的な解決にはならない。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、従来の上下反発方式に代えて横方向反発方式でラジアル磁界を形成することにより、キャビテイ内における軸方向の磁界成分を低減し、もって円筒長の長い高性能なラジアル異方性磁石を安定して得ることができるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、磁性材料製のダイスと、該ダイスの孔中心に配置した磁性材料製のコアロッドと、ダイスとコアロッドとの間隙に挿入される非磁性材料製の上・下パンチとからなる成形型を備え、前記成形型内にコイルによりラジアル磁界を形成し、このラジアル磁界内で成形型のキャビテイ内に入れた磁性粉末をラジアル配向させて圧縮成形する円筒状ラジアル異方性磁石の成形装置において、前記成形型のダイスは、本体部の外周に、その周方向に等配して４つ乃至６つの突出部を放射状に一体に設けてなり、前記各突出部に前記コイルを巻装して、ダイス中心に同磁極が指向するように該コイルに電流を供給することにより、磁束がダイス中心に向かいかつダイス中心で相互に反発してコアロッドに流れることを特徴とする。
【０００９】
このように構成した成形装置では、ダイスの外周に設けた突出部に巻装したコイルに通電すると、各突出部が磁化して、磁束が成形型のダイス中を半径方向へ流れてキャビテイを横断し、コアロッドを軸方向へ流れる。したがって、磁芯となる突出部を、キャビテイの軸方向長さに応じた適当な長さに設定することで、キャビテイ内にほゞ一様にラジアル磁界が形成される。
【００１０】
本発明は、上記したように磁芯となる突出部を少なくとも４つ設けたことを特徴とするが、これより少ない場合は、突出部の相互間に位置するキャビテイ領域で、磁束のラジアル方向の整列性が悪化し、磁性粉末のラジアル配向度が低下する。一方、この突出部の数を増すほど、ラジアル磁界の強度は増大してラジアル配向度を高める上で有利となるが、ダイスやコイルの大きさとの関係で一定の制約があり、この突出部の数は、通常、６つ程度が限度となる。このように突出部を４つ以上設けることで、各突出部に対するコイルの巻き数を減らしても、所定のラジアル磁界強度を得ることができる。このことは、コイル中を流れる電流による電力損失が少なくなることを意味し、これによってコイル発熱が抑制され、突出部の存在でダイスの放熱面積が大きくなっていることと相まって、成形型の温度上昇が抑えられる。因みに、前記した従来の成形装置（図７）では、所定のラジアル磁界強度を得ようとすると、用いるコイル２、３が大型となってその発熱による成形型の温度上昇が大きく、場合によっては空冷のみでは不十分で、水による冷却が必要になって、その構造は複雑となる。
【００１１】
本発明において、成形型内にラジアル磁界を形成するには、コイルにパルス電流または直流電流を流すが、従来の成形装置では、上記したようにコイル発熱が大きいため、直流電流の連続印加は実質断念せざるを得ない状況にあった。しかし、本発明の場合は、上記したようにコイル発熱が小さいので、直流電流の連続印加が可能になり、例えば、圧縮成形中も直流を流して磁性粉末のラジアル配向を保持することができ、異方性の高い磁石を得ることができる。
【００１２】
また本発明において、上記磁芯となる突出部の軸方向長さは、キャビテイの軸方向長さの少なくとも９０％に設定するのが望ましい。これより短いと、キャビテイの上または下底付近における軸方向の磁界成分が増大する。この突出部の軸方向長さの上限は、特に規定しないが、キャビテイの軸方向長さと同等かそれよりわずか長くすれば十分である。
【００１３】
また本発明において、上記ダイスおよびコアロッドの材料としては、透磁率および飽和磁束密度が高く、かつ耐摩耗性に優れた材料を選択するのが望ましい。このような材料としては、例えば炭素工具鋼(SK)、合金工具鋼(SKS,SKD) 、高速度工具鋼(SKH) 等の金型材料がある。また、耐摩耗性を重視する場合は、高透磁率および高飽和磁束密度を有する基材、例えばパーマロイ材、センダスト材等に超硬合金の被覆層を設ける構成とすることができる。この場合、被覆層は、スリーブとして別体に形成して、基材に接合一体化するようにしても良い。
【００１４】
本発明は、焼結磁石はもとよりボンド磁石の成形にも適用できるものである。ボンド磁石の成形に適用する場合は、バインダーを加えた磁性粉末を成形型のキャビテイ内に充填する。この場合のバインダーとしては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を選択することができる。なお、ボンド磁石を完成させるには、成形後に 120℃程度でキュア処理を行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１６】
図１〜３は、本発明の第１の実施の形態を示したものである。なお、第１の実施の形態としての成形装置の全体構成は、前出図７〜９に示したものと基本的に同じであるので、ここでは、同一部分には同一符号を付し、それらの説明を省略することとする。本第１の実施の形態において、成形型１を構成するダイス１０は、リング状の本体部１１と、この本体部１１の外周に、その周方向に等配して（９０度間隔で）設けられた４つの突出部１２とを備えている。ダイス１０の各突出部１２は、角柱状をなし、本体部１１と同じ軸方向長さ（高さ）を有している。また各突出部１２は、本体部１１に対してその半径外方向へ延びるように突設されており、したがって４つの突出部１２は、本体部１１の外側に放射状をなすように配置されている。なお、ダイス１０および上・下コアロッド６，５は、汎用の金型材料、例えば炭素工具鋼(SK)、合金工具鋼(SKS,SKD) 、高速度工具鋼(SKH) 等から形成され、上・下パンチ８，７は非磁性の材料から形成されている。
【００１７】
一方、各突出部１２には、成形型１内にラジアル磁界を形成するためのコイル１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ）が巻装されている。各コイル１３には、電源（図示略）から電流が供給されるようになっており、この電流供給によって各突出部１２は磁化し、その磁界がダイス１０の中を半径方向へ流れるようになる（図１）。しかして、各突出部１２のコイル１３には、同一磁極がダイス１０の中心に指向するように電流が供給されるようになっており、これにより、各突出部１２に発生した磁界は、図４および５に示すように、ダイス１０の中心で横方向で相互に反発してコアロッド５、６に沿って流れるようになる。
【００１８】
上記した成形装置による成形手順は、前記した従来の成形装置（図７、８）による手順と同じであり、予め上コアロッド６および上パンチ８を上昇させて、ダイス１０と、下コアロッド５と下パンチ７とで囲まれた環状のキャビテイ９内にフィーダを用いて磁性粉末（ボンド磁石とする場合は、バインダーと混合した磁性粉末）を充填する。その後、上コアロッド６および上パンチ８を下降させ、上コアロッド６は下コアロッド５に当接させる一方で、上パンチ８はキャビテイ９内にわずか挿入させてキャビテイ９を閉じる。
【００１９】
次に、各コイル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄに電流（パルス電流）を供給し、ダイス１０の各突出部１２を磁化する。この時、ダイス中心側がＮ極となるように各突出部１２を磁化すると、この磁化により発生した磁束は、図１に矢印にて示すように、ダイス１０の中を半径内方向へ流れ、キャビテイ９内を直角に横断してダイス中心に向かい、さらに図４および５に示すように、ダイス中心で相互に反発してコアロッド５、６を上下方向へ抜ける。これにより、キャビテイ９内の磁性粉末はラジアル配向し、その後、下パンチ７と上パンチ８とを相対的に接近させて圧縮成形を行えば、円筒状のラジアル異方性磁石（成形体）が得られるようになる。
【００２０】
ここで、本成形装置において成形型１内に発生する磁束は、図４および図５を用いて説明したようにダイス中心で反発してコアロッド５、６に流れるが、この状態を前出図１０、図１１に示した従来のものと比較すると、キャビテイ９の軸方向長さが短い場合（図４と図１０）は、本発明の成形装置と従来の成形装置とで軸方向の磁界成分にそれほどの差異は認められない。しかし、キャビテイ９の軸方向長さが長い場合（図５と図１１）は、本発明の成形装置の方が従来の成形装置よりも明らかに軸方向の磁界成分が少なくなっている。
【００２１】
図６は、本発明の第２の実施の形態を示したものである。本第２の実施の形態の特徴とするところは、ダイス１０の本体部１１の孔内面と、下コアロッド５の外周面とに超硬合金のスリーブ１５、１６をそれぞれ嵌合した点にある。この場合、ダイス１０および下コアロッド５の基材としては、高透磁率および高飽和磁束密度を有す材料、例えばパーマロイ材、センダスト材等を選択するものとする。また各スリーブ１５、１６の厚さは、あまり厚いと、成形型１内に形成されるラジアル磁界強度を低下させるので、１〜５mm範囲の適当な厚さとするのが望ましい。
【００２２】
このようにダイス１０の孔内面と下コアロッド５の外周面とに超硬合金のスリーブ１５、１６を配置することで、ダイス１０および下コアロット５の耐摩耗性が向上し、成形型１の寿命が著しく延長する。また、ダイス１０および下コアロット５の基材として高透磁率および高飽和磁束密度を有する材料を用いているので、成形型１内には、磁性粉末の配向に必要なラジアル磁界強度が確保され、所望の磁気特性を有する円筒状ラジアル異方性磁石を製造できる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
磁芯としての突出部１２を２、３、４、５、６個設け、かつ孔内面に超硬合金のスリーブ１５（図６）を配置したダイスモデルと、外周面に超硬合金のスリーブ１６（図６）を配置したコアロッドモデルとを作製し、ダイスモデルの各突出部１２には巻き数４０ターンのコイル１３を配置した。ここで、ダイスモデルおよびコアロッドモデルの作製に際しては、それぞれの基材としてパーマロイ材（ＴＭＢ）を用い、各基材に嵌合するスリーブ１５、１６の厚さは１mmとした。また、ダイスモデルの孔内径は22mm，その軸方向長さは40mm，コアロッドモデルの直径は19mmとし、これらダイスモデルとコアロッドモデルとの間隙（キャビテイ９）を1.5mm に設定した。
【００２４】
そして、各コイル１３に２５０ＡＴになる電流を流し、キャビテイ９の中央部における平均磁束密度を測定した。この結果、突出部１２の数が２、３、４、５、６個であるダイスモデルを用いた場合の平均磁束密度は、それぞれ0.45(T),0.50(T),0.60(T),0.67(T),0.68(T) となっており、突出部１２の数が４個以上で、十分大きなラジアル磁界強度が得られることが明らかとなった。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る成形装置によれば、ダイスの外周に設けた突出部を磁芯として用いることで、キャビテイ内における軸方向の磁界成分を可及的に低減することが可能になり、円筒長の長い高性能なラジアル異方性磁石を安定して得ることができる効果がある。また、この突出部を４つ乃至６つ設けて軸心を分散配置することで、コイル発熱を抑制して成形型の温度上昇を抑えることができ、成形型を水冷構造とする必要がなくなって構造簡単となるばかりか、直流の連続印加が可能になって磁性粉末のラジアル配向度の向上に大きく寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての成形装置の構造と成形型内に発生する磁界の磁路とを示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態としての成形装置の構造を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態としての成形装置を分解して示す分解斜視図である。
【図４】本成形型内における発生磁界の磁路を示す模式図である。
【図５】本成形型内における発生磁界の磁路を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態としての成形装置の構造を示す断面図である。
【図７】従来の成形装置の構造を示す断面図である。
【図８】従来の成形装置を分解して示す分解斜視図である。
【図９】従来の成形装置の構造と成形型内に発生する磁界の磁路とを示す平面図である。
【図１０】従来の成形型内における発生磁界の磁路を示す模式図である。
【図１１】従来の成形型内における発生磁界の磁路を示す模式図である。
【符号の説明】
１    成形型            ５，６  コアロッド
７，８  パンチ          ９    キャビテイ
１０  ダイス            １１  本体部
１２  突出部            １３  コイル
１５，１６  スリーブ
【図１】
0003774876.tif 000002
【図２】
0003774876.tif 000003
【図３】
0003774876.tif 000004
【図４】
0003774876.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003774876.tif 000007
【図７】
0003774876.tif 000008
【図８】
0003774876.tif 000009
【図９】
0003774876.tif 000010
【図１０】
0003774876.tif 000011
【図１１】
0003774876.tif 000012