JP4858708B2 - 粉末成形装置、成形金型及び永久磁石 - Google Patents

Description

本発明は、原料粉末を加圧成形してＣ型の成形体を作製する装置に関し、特に成形体の端縁部に面取りを施すことのできる粉末成形装置に関するものである。

フェライト(焼結)磁石は、比較的安価であり、かつ高い磁気特性が得られることから、自動車、家電製品、産業機械等、広い分野で多量に使用されている。
フェライト磁石を製造するには、原料を所定の配合比で混合したものを仮焼してフェライト化させ、得られた仮焼体をサブミクロンサイズまで粉砕し、フェライト粒子からなる微粉砕粉末を得る。次いで、微粉砕粉末を磁場中で金型によって圧縮成形(以下、これを磁場成形と称する)して成形体を得た後、この成形体を焼結することで、フェライト磁石を得る。
磁場成形の工程には、大きく分けて、材料を乾燥させた後に成形を行う乾式と、材料をスラリー状として成形を行う湿式とがある。湿式成形の方が印加した磁場による配向が容易であるため、高い磁気特性を得ることができる。湿式成形は、スラリーを金型のキャビティ内に圧送充填し、磁場中で加圧することでキャビティ内から液体を排除しながら成形する。通常、金型を構成する上パンチ側に濾過体を配設し、この濾過体を介して液体の排除がなされる。

湿式成形により得られる成形体（磁石）であって、濾過体側の縁端部に面取りを行う手法が特許文献１に開示されている。縁端部がシャープな場合、モータ、その他の製品にフェライト磁石を組み付ける際に欠けが発生しやすく、また、組み付けの際に組み付けられる部材に引っかかって、組み付けに支障を来たす。そこで、特許文献１は、濾過体側の縁端部に面取りを行うことを提案している。以下、特許文献１に開示された湿式成形装置、この湿式成形装置を用いて得られた成形体（永久磁石）について、図６、図７を参照して説明する。

図６は湿式成形装置の概略構成を示す断面図である。
図６において、湿式成形装置は、支柱１２によって床上に支持されたダイス１１１と、ダイス１１１に対して昇降可能に配設された上パンチ１１３と、ダイス１１１の貫通孔内に昇降可能にかつ上パンチ１１３と対向して配置される下パンチ１４とを備えている。ダイス１１１、上パンチ１１３及び下パンチ１４により、金型が構成される。上パンチ１１３及び下パンチ１４は、各々シリンダ１６，１７によって昇降可能とされている。
ダイス１１１の外周部には磁場コイル１５が配設されている。この磁場コイル１５を用いて、金型内に充填された微粉砕粉末に配向磁場を印加する。

湿式成形装置は、上パンチ１１３が下降してダイス１１１の上面に当接し、又、下パンチ１４はダイス１１１に設けられた貫通孔内を上昇して加圧成形を行うようになっている。微粉砕粉末を含むスラリーは上パンチ１１３、下パンチ１４及びダイス１１１によって形成されたキャビティ内に充填されて成形される。ダイス１１１にはキャビティに連通する供給路２２が形成され、スラリーは、この供給路２２を通じてキャビティに供給される。

上パンチ１１３の成形面は図７に示す永久磁石（成形体）１０１の上面部１０２を形成し、また、下パンチ１４の成形面は下面部１０３を形成するものである。上パンチ１１３，下パンチ１４には成形される永久磁石（成形体）１０１の形状に合わせた円弧状凹部及び円弧状凸部が、各々形成されている。また、上パンチ１１３には加圧によってスラリーから押し出される液体を外部に配設するための排液孔１８，１８…が複数穿設されており、この排液孔１８，１８…が排液路１９に連通している。さらに、上パンチ１１３側には、例えば濾布からなる濾過体２０が取り付けられており、加圧時に液体のみを排液孔１８内に押し出し、微粉砕粉末をキャビティ内に溜める作用をなしている。この濾過体２０はロール２１，２１に巻回されており、ロール２１，２１の回転で適宜、巻き取りされるようになっており、濾過体２０の交換を要することなく連続成形が可能となっている。

図７は、永久磁石１０１の斜視図である。この永久磁石１０１は、Ｃ型磁石あるいはセグメント磁石と称される永久磁石であり、主にモータに磁力発生源として組み付けられる。永久磁石１０１は、弓形に湾曲され、上面部１０２が弱磁性面、下面部１０３が強磁性面を構成する。Ｍは磁化容易軸方向である。永久磁石１０１は、図６に示した湿式成形装置により成形され、弱磁性面である上面部１０２の前後の縁端部に所定角度の面取り１０４を形成している。上面部１０２と面取り１０４とのなす角度を面取角度とする。特許文献１では、この面取角度を１０〜４５度とすることを提案している。なお、本願においては、永久磁石１０１のａを長さ、ｂを幅と定義し、ダイス１１１、上パンチ１１３及び下パンチ１４において、永久磁石１０１の長さ（ａ）に対応する方向を長さ方向、幅（ｂ）に対応する方向を幅方向と称することにする。

永久磁石１０１に面取り１０４を形成するためのダイス１１１を図８に、また上パンチ１１３を図９及び図１０に示す。図８において、（ａ）はダイス１１１の平面図（成形面側から視た図）、（ｂ）はダイス１１１の正面図、（ｃ）はダイス１１１の側面図である。図９において、（ａ）は上パンチ１１３の平面図（成形面側から視た図）、（ｂ）は上パンチ１１３の正面図、（ｃ）は上パンチ１１３の側面図である。図１０は、上パンチ１１３を成形面側から視た斜視図である。
図８に示すように、ダイス１１１は、直方体状の基部１１１ａを備え、その中央部にキャビティを構成する直方体状の貫通孔１１１ｂが形成されている。基部１１１ａには、貫通孔１１１ｂの長さ方向の両側に円弧状の円弧状凸部１１１ｃが形成されている。この円弧状凸部１１１ｃが形成されている側を上にして、湿式成形装置にダイス１１１が組み込まれる。円弧状凸部１１１ｃの幅方向の両端は、傾斜面１１１ｄを介して基部１１１ａの上面と連なっている。

次に、図９及び図１０に示すように、上パンチ１１３は、直方体状の基部１１３ａを備えている。基部１１３ａの一方の面側に、円弧状凹部１１３ｂ及び２つの円弧状凹部１１３ｃが形成されている。円弧状凹部１１３ｂは、上パンチ１１３の長さ方向の中央部に形成されている。円弧状凹部１１３ｃは、円弧状凹部１１３ｂの長さ方向の両側に各々配置されている。円弧状凹部１１３ｂ及び円弧状凹部１１３ｃともに、基部１１３ａの幅方向に円弧状に窪んでいる。円弧状凹部１１３ｂは成形に直接関与する部分である。また、円弧状凹部１１３ｃは、実際の成形の際にダイス１１１の円弧状凸部１１１ｃと接触する。
円弧状凹部１１３ｂは、幅方向の両端において、その円弧面が基部１１３ａの表面と連なっている。また、円弧状凹部１１３ｃは、幅方向の両端において、傾斜面１１３ｄを介して基部１１３ａの表面と連なっている。また、円弧状凹部１１３ｂの長さ方向の両端は円弧状凹部１１３ｃと傾斜面１１３ｅを介して連なっている。
永久磁石１０１の面取り１０４は、成形時に上パンチ１１３の傾斜面１１３ｄ，１１３ｅに沿って形成される。

特公平６−１２７２７号公報

特許文献１の提案によれば、Ｃ型の永久磁石１０１の両縁端部に面取り１０４を形成できるので、モータへの組み込み時の割れ、欠の防止に有効である。ところが、特許文献１の提案による永久磁石１０１においても、その両縁端部にシャープなエッジが発生してしまう。図７のＳＥで示す部分である。このシャープエッジＳＥは、上パンチ１１３の傾斜面１１３ｅが幅方向の両端まで所定の幅を有していないことによる。つまり、上パンチ１１３の傾斜面１１３ｄに対応する部分については、上パンチ１１３の構造上、面取り１０４を形成することができない。
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、Ｃ型の永久磁石の縁端部の全周にわたって所定の幅を有する面取りを形成することのできる、粉末成形装置を提供することを目的とする。

図９及び図１０に示した上パンチ１１３において、傾斜面１１３ｄをなくしてしまうと、傾斜面１１３ｅもそれに伴ってなくなってしまう。本発明者等は、傾斜面１１３ｄをなくしても、傾斜面１１３ｅを残すことのできる上パンチの構造について検討した。
図９及び図１０に示した上パンチ１１３は、円弧状凹部１１３ｂ及び円弧状凹部１１３ｃがともに、同一の平面を基準として窪む形態となっている。したがって、傾斜面１１３ｅを形成するために、傾斜面１１３ｄの存在が不可欠となり、Ｃ型の永久磁石１０１の縁端部の全周にわたって、所定幅の面取り１０４を形成することができない。

そこで本発明では、上パンチにおいて、成形に供される円弧状凹部が窪む基準となる面（Ｓ１）と、その両側に配置される円弧状凹部が窪む基準となる面（Ｓ２）とを同一平面とするのでなく、面（Ｓ１）と面（Ｓ２）とは平行であるが、面（Ｓ１）を面（Ｓ２）よりも後退させ、傾斜面１１３ｄに対応する段差を設ける。そうすることにより、Ｃ型の永久磁石の縁端部の全周にわたって、面取りを形成することを可能とした。すなわち本発明は、幅方向及び長さ方向を有し、幅方向に沿って円弧状とされ、凸面と、凸面と対向する凹面を備えたＣ型の成形体を、原料粉末を加圧成形して作製する粉末成形装置であって、成形体の外形形状に応じた貫通孔と、貫通孔の周囲を取囲むダイス非成形部とを備えたダイスと、ダイスの貫通孔の中心軸方向に沿って昇降可能とされた下パンチと、下パンチと対向して配置された上パンチとを備える。そしてこの上パンチは、成形体の凸面を形成する、成形体の幅方向に沿って円弧状とされる成形面と、成形面を取囲み、成形時にダイス非成形部と接触する上パンチ非成形部と、を備え、さらにこの上パンチの成形面は、成形体の長さ方向の両端部に、下パンチの方向に向けて垂下する傾斜面を有し、上パンチ非成形部は、傾斜面の幅方向の端部と連なる部分に、傾斜面に対応する段差が形成されているとともに、ダイス非成形部は台形状の突出部を有し、当該突出部が成形時に上パンチ非成形部の段差に接触することを特徴とする。

本発明の粉末成形装置において、上パンチ非成形部が、傾斜面の幅方向の端部と連なる部分に、傾斜面に対応する段差を形成することにより、傾斜面の幅方向の端部を、前記長さ方向に沿った直線上に揃って配置させることができる。

本発明は、幅方向及び長さ方向を有し、幅方向に沿って円弧状とされ、凸面と、凸面と対向する凹面を備えたＣ型の成形体を、原料粉末を加圧成形して作製する粉末成形装置に用いられる成形金型として捉えることができ、この成形金型は、成形体の外形形状に応じた貫通孔と、貫通孔の周囲を取囲むダイス非成形部とを備えたダイスと、ダイスの貫通孔の中心軸方向に沿って昇降可能とされた下パンチと、下パンチと対向して配置された上パンチと、を備え、上パンチは、成形体の凸面を形成する、成形体の幅方向に沿って円弧状とされる成形面と、成形面を取囲み、成形時にダイス非成形部と接触する上パンチ非成形部と、を備え、成形面は、成形体の長さ方向の両端部に、下パンチの方向に向けて垂下する傾斜面を有し、上パンチ非成形部は、傾斜面の幅方向の端部と連なる部分に、傾斜面に対応する段差が形成されているとともに、ダイス非成形部は台形状の突出部を有し、当該突出部が成形時に上パンチ非成形部の段差に接触することを特徴とする。
この金型においても、上パンチ非成形部が、傾斜面の幅方向の端部と連なる部分に、傾斜面に対応する段差を形成することにより、傾斜面の幅方向の端部を、前記長さ方向に沿った直線上に揃って配置させることができる。

本発明によれば、Ｃ型成形体（永久磁石）の縁端部の全周にわたって、所定幅の面取りを形成することができる。

以下、本実施の形態による湿式成形装置について、図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態による湿式成形装置は、その基本的な構成は図６に示す通りである。したがって、基本的な構成についてここではあらためて説明することを省略し、本実施の形態の特徴であるダイス、上パンチの構成を中心に説明する。

本実施の形態によるダイス１１を図１に、また上パンチ１３を図２及び図３に示す。図１において、（ａ）はダイス１１の平面図、（ｂ）はダイス１１の正面図（成形面側から視た図）、（ｃ）はダイス１１の側面図である。また、図２において、（ａ）は上パンチ１３の平面図（成形面側から視た図）、（ｂ）は上パンチ１３の正面図、（ｃ）は上パンチ１３の側面図である。図３は、上パンチ１３を成形面側から視た斜視図である。ダイス１１は図６に示す湿式成形装置のダイス１１１と代替され、上パンチ１３は図６に示す湿式成形装置の上パンチ１１３と代替されて、湿式成形装置を構成する。なお、図１〜図３は、ダイス１１、上パンチ１３の要部のみを示している。

図１に示すように、ダイス１１は、直方体状の基部１１ａを備え、その中央部にキャビティを構成する直方体状の貫通孔１１ｂが形成されている。
基部１１ａには、貫通孔１１ｂの長さ方向の両側に円弧状凸部１１ｃが形成されている。円弧状凸部１１ｃは、基部１１ａの上面の基準面１１Ｓ（ダイス非成形部）から隆起し、幅方向の中心において高さが最大となる円弧状面を備えている。この円弧状面が、成形面を構成する。
また、基部１１ａには、貫通孔１１ｂの幅方向の両側に台形状の突出部１１ｄが形成されている。突出部１１ｄの上面は、基準面１１Ｓより所定の高さだけ突出している。
ダイス１１は、円弧状凸部１１ｃが形成されている側を上にして、湿式成形装置にダイス１１が組み込まれる。

次に、上パンチ１３について、図２及び図３を参照して説明する。
図２及び図３に示すように、上パンチ１３は、直方体状の基部１３ａを備えている。
基部１３ａの一方の面（成形面）側に、円弧状凹部１３ｂ及び２つの円弧状凹部１３ｃが形成されている。円弧状凹部１３ｂは、上パンチ１３の長さ方向の中央部に形成されている。円弧状凹部１３ｃは、円弧状凹部１３ｂの長さ方向の両側に各々配置されている。円弧状凹部１３ｂ及び円弧状凹部１３ｃともに、基部１３ａの幅方向に円弧状に窪んでいる。円弧状凹部１３ｂは成形に直接関与する成形面を形成する。また、円弧状凹部１３ｃは、ダイス１１の円弧状凸部１１ｃと対応し、実際の成形の際には円弧状凹部１３ｃはダイス１１の円弧状凸部１１ｃと接触する。

円弧状凹部１３ｂは、幅方向の両端において、その円弧面が基部１３ａの基準面１３Ｓ１（上パンチ非成形部）と連なっている。また、円弧状凹部１３ｃは、幅方向の両端において、基部１３ａの基準面１３Ｓ２（上パンチ非成形部）と連なっている。基準面１３Ｓ１は基準面１３Ｓ２よりも後退して形成されており、基準面１３Ｓ１と基準面１３Ｓ２との間には段差がある。

円弧状凹部１３ｂと円弧状凹部１３ｃとは、傾斜面１３ｅを介して連なっている。いま、図３に示すように、傾斜面１３ｅを区画する２つの円弧を１３ｅ１、１３ｅ２とする。円弧１３ｅ１が円弧状凹部１３ｂと傾斜面１３ｅの境界に位置する。また、円弧１３ｅ２が円弧状凹部１３ｃと傾斜面１３ｅの境界に位置する。円弧１３ｅ１と円弧１３ｅ２との間隔を傾斜面１３ｅの幅とすると、この傾斜面１３ｅその一端から他端にかけて所定（本例の場合、一定）の幅を有することができる。傾斜面１３ｅは、上パンチ１３を湿式成形装置に組込んだ状態で、円弧状凹部１３ｂから下パンチ１４（又は円弧状凹部１３ｃ）に向けて垂下する傾斜面となる。
また、基準面１３Ｓ１と基準面１３Ｓ２とは、傾斜面１３ｄを介して連なっている。傾斜面１３ｄもまた、上パンチ１３を湿式成形装置に組込んだ状態で、基準面１３Ｓ１から基準面１３Ｓ２に向けて垂下する傾斜面となる。

傾斜面１３ｅは、その両端において傾斜面１３ｄと連なっている。前述のように、基準面１３Ｓ１と基準面１３Ｓ２との間には段差が形成されており、この段差を傾斜面１３ｅ、特にその幅に対応させることにより、傾斜面１３ｅはその一端から他端にかけて所定の幅を有することができる。なお、この段差は、傾斜面１３ｅと傾斜面１３ｄとが連なっている部分に少なくとも形成されていればよい。
本実施の形態の場合、円弧１３ｅ１の一端と円弧１３ｅ２の一端は、長さ方向に沿った直線上に配置される。この直線は、円弧状凹部１３ｂと基準面１３Ｓ１との境界、円弧状凹部１３ｃと基準面１３Ｓ２との境界を示すものである。

図４に、ダイス１１、上パンチ１３及び下パンチ１４を用いて加圧成形している状態の断面図を示している。図４（ａ）は長さ方向の中央部における正面断面図、（ｂ）は幅方向の中央部における側面断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイス１１の貫通孔１１ｂ内の所定位置に下パンチ１４が配置される。上パンチ１３は、所定の間隔を隔てて下パンチ１４と対向し、その基準面１３Ｓ１又は１３Ｓ２とダイス１１の基準面１１Ｓとが接触する。このようにダイス１１、上パンチ１３及び下パンチ１４を配置することにより形成されたキャビティに微粉砕粉末を含むスラリーが充填される。

本実施の形態による金型を用いて得られるＣ型の永久磁石１を図５に示す。この永久磁石１は、図７に示した永久磁石１０１と基本的な構成は一致している。両者の相違点は、面取り４と面取り１０４にある。つまり、永久磁石１は上面部２の幅方向の全域にわたって一定幅の面取り４が形成されているのに対して、永久磁石１０１は上面部１０２の幅方向の両端近傍で面取り１０４の幅が小さくなり、両端には傾斜面が形成されていない。したがって、従来の永久磁石１０１は、シャープエッジＳＥが形成されてしまうのに対して、本実施の形態による永久磁石１にはシャープエッジが形成されない。シャープエッジＳＥが存在すると、モータの筐体にＣ型永久磁石を組み込む際に、このシャープエッジＳＥが筐体内部に引っかかり、欠け、割れが発生するおそれがある。これを防止するためには、シャープエッジＳＥを研磨すればよいが、研磨を行うことにより、製造コストが上昇させてしまう。本実施の形態による永久磁石１は、シャープエッジＳＥが存在しないため、このような研磨を施す必要がない。

図１１には、上パンチ１３の変形例を示す。図１１に示すように、この変形例による上パンチ１３’の基本的な構成は図２及び図３に示した上パンチ１３と同様であるが、傾斜面１３ｄ’の形態が、傾斜面１３ｄと相違する。しかし、傾斜面１３ｅ’に対応する段差が、上パンチ１３’の非成形部に形成されている点で、上パンチ１３と一致している。本発明は、図１１に示す構造の上パンチ１３’を包含することは言うまでもない。

本実施の形態のダイスを示す三面図であり、（ａ）はダイスの平面図、（ｂ）はダイスの正面図、（ｃ）はダイスの側面図である。 本実施の形態の上パンチを示す三面図であり、（ａ）は上パンチの平面図、（ｂ）は上パンチの正面図、（ｃ）は上パンチの側面図である。 本実施の形態の上パンチを成形面側から視た斜視図である。 本実施の形態のダイス、上パンチ及び下パンチを用いて加圧成形している状態を示す断面図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。 本実施の形態により得られるＣ型の永久磁石（成形体）を示す斜視図である。 湿式成形装置の構成を示す断面図である。 従来のＣ型永久磁石（成形体）を示す斜視図である。 従来のダイスを示す三面図であり、（ａ）はダイスの平面図、（ｂ）はダイスの正面図、（ｃ）はダイスの側面図である。 従来の上パンチを示す三面図であり、（ａ）は上パンチの平面図、（ｂ）は上パンチの正面図、（ｃ）は上パンチの側面図である。 従来の上パンチを成形面側から視た斜視図である。 本実施の形態の上パンチの変形例を成形面側から視た斜視図である。

符号の説明

１１…ダイス、１１ａ…基部、１１ｂ…貫通孔、１１ｃ…円弧状凸部、１１ｄ…突出部、１１Ｓ…基準面、１３…上パンチ、１３ａ…基部、１３ｂ，１３ｃ…円弧状凹部、１３ｄ，１３ｅ…傾斜面、１３ｅ１，１３ｅ２…円弧、１３Ｓ１，１３Ｓ２…基準面、１４…下パンチ

Claims (5)

1. 幅方向及び長さ方向を有し、前記幅方向に沿って円弧状とされ、凸面と、前記凸面と対向する凹面を備えたＣ型の成形体を、原料粉末を加圧成形して作製する粉末成形装置であって、
   前記成形体の外形形状に応じた貫通孔と、前記貫通孔の周囲を取囲むダイス非成形部とを備えたダイスと、
   前記ダイスの前記貫通孔の中心軸方向に沿って昇降可能とされた下パンチと、
   前記下パンチと対向して配置された上パンチと、を備え、
   前記上パンチは、
   前記成形体の前記凸面を形成する、前記成形体の前記幅方向に沿って円弧状とされる成形面と、
   前記成形面を取囲み、成形時に前記ダイス非成形部と接触する上パンチ非成形部と、を備え、
   前記成形面は、前記成形体の長さ方向の両端部に、前記下パンチの方向に向けて垂下する傾斜面を有し、
   前記上パンチ非成形部は、前記傾斜面の前記幅方向の端部と連なる部分に、前記傾斜面に対応する段差が形成されているとともに、
   前記ダイス非成形部は台形状の突出部を有し、当該突出部が成形時に前記上パンチ非成形部の前記段差に接触することを特徴とする粉末成形装置。
2. 前記傾斜面の前記幅方向の端部が、前記長さ方向に沿った直線上に揃って配置されることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形装置。
3. 幅方向及び長さ方向を有し、前記幅方向に沿って円弧状とされ、凸面と、前記凸面と対向する凹面を備えたＣ型の成形体を、原料粉末を加圧成形して作製する粉末成形装置に用いられる成形金型であって、
   前記成形金型は、
   前記成形体の外形形状に応じた貫通孔と、前記貫通孔の周囲を取囲むダイス非成形部とを備えたダイスと、
   前記ダイスの前記貫通孔の中心軸方向に沿って昇降可能とされた下パンチと、
   前記下パンチと対向して配置された上パンチと、を備え、
   前記上パンチは、
   前記成形体の前記凸面を形成する、前記成形体の前記幅方向に沿って円弧状とされる成形面と、
   前記成形面を取囲み、成形時に前記ダイス非成形部と接触する上パンチ非成形部と、を備え、
   前記成形面は、前記成形体の長さ方向の両端部に、前記下パンチの方向に向けて垂下する傾斜面を有し、
   前記上パンチ非成形部は、前記傾斜面の前記幅方向の端部と連なる部分に、前記傾斜面に対応する段差が形成されているとともに、
   前記ダイス非成形部は台形状の突出部を有し、当該突出部が成形時に前記上パンチ非成形部の前記段差に接触することを特徴とする成形金型。
4. 前記傾斜面の前記幅方向の端部が、前記長さ方向に沿った直線上に揃って配置されることを特徴とする請求項３に記載の成形金型。
5. 幅方向及び長さ方向を有し、前記幅方向に沿って円弧状とされ、凸面と、前記凸面と対向する凹面を備え、請求項１又は２に記載の粉末成形装置で成形された成形体を焼結して得られることを特徴とする永久磁石。

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