JP5968735B2 - フェライト磁石の磁場中成形に用いるロアーパンチ、及び当該ロアーパンチの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フェライト磁石の磁場中成形に用いるロアーパンチの構成に関する。

従来から、フェライト磁石の成形方法として、特許文献１及び２に記載されているような磁場中成形法が知られている。これは、磁性粉末を金型のキャビティ内に射出し、当該金型に磁場を印加しつつ加圧成形するもので、これによって得られる成形体を焼結することにより異方性フェライト磁石を得ることができる。

この種の金型は、挿通孔が形成されたダイス（特許文献１で言うところの型枠）と、前記挿通孔内を摺動可能なロアーパンチ（特許文献１で言うところの第２パンチ）と、ロアーパンチに対向して配置されるアッパーパンチ（特許文献１で言うところの第１パンチ）と、を有する構成が一般的である。そして、ダイスに形成された挿通孔の内壁面と、ロアーパンチ及びアッパーパンチと、によって囲まれた空間がキャビティとなる。キャビティ内に磁性粉末を射出し、当該キャビティ内にロアーパンチを進出させて前記磁性粉末を加圧しつつ、キャビティ内に所望の磁場を発生させて成形を行う。

キャビティ内に発生する磁場の形状（磁力線の向き）は、当該磁場が通過する磁性体の影響を受ける。従来の磁場中成形の金型においては、ロアーパンチ及びアッパーパンチを磁性体素材で構成し、当該ロアーパンチ及びアッパーパンチの形状を工夫することにより、キャビティ内に所望の磁場を形成している。しかし、ロアーパンチ及びアッパーパンチは磁性粉末を成形するため金型であるところ、成形に適した形状とする必要がある。このため、ロアーパンチ及びアッパーパンチの形状の自由度は低く、磁場を形成するために形状を工夫する余地が少ない。

そこで、ロアーパンチ（及びアッパーパンチ）を、磁性体と非磁性体の２種類の素材を組み合わせたものとする構成が提案されている。このような構成は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のロアーパンチ（第２パンチ）は、強磁性体と非磁性体から構成されている。特許文献１において、非磁性体には、磁性粉末を成形するための成形面が形成されている。また、前記強磁性体は、前記成形面の反対側において、前記非磁性体に接合している。また、特許文献１において、強磁性体は、非磁性体に向けて突出する凸部を有している。ロアーパンチをこのように構成すれば、強磁性体の凸部の形状を比較的自由に設定できるので、キャビティ内に理想的な磁場を発生させることが可能になる。

特許文献１のように構成されたロアーパンチにおいては、非磁性体の部分がキャビティ内部に露出しており、当該非磁性体の表面（成形面）が磁性粉末と接触して加圧成形を行う。このため、当該非磁性体の部分には耐摩耗性が要求される。そこで、このロアーパンチの非磁性体の部分には、例えばステライト（登録商標）のように硬くて耐摩耗性に優れる非磁性素材を採用することが好適である。

特開２０１２−８００９７号公報 特開２００７−２０３５７７号公報

特許文献１に記載のロアーパンチは、磁性体と非磁性体の２種類の素材を接合した構成であるから、磁性体と非磁性体の接合部分（境界部分）の密着性が問題となる。特に、非磁性体の部分をステライトのような硬い素材とした場合は、磁性体の部分も同じように硬い素材としてしまうと、両者の接合部分にヒビ割れなどが発生し得る。このため、非磁性体の部分をステライトのように硬い素材とした場合には、磁性体の部分は比較的軟らかい素材とする必要がある。

ところで、この種のロアーパンチは、磁性粉末を成形する際にダイスの挿通孔内を摺動するので、当該ロアーパンチの外周面と、挿通孔の内壁面と、の間で摩擦が発生する。ところが前述のように、ロアーパンチの磁性体の部分は比較的軟らかい素材とする必要がある。このため、ロアーパンチの磁性体の部分（軟らかい素材の部分）が、挿通孔の内壁面との摩擦によって摩耗してしまうという問題があった。

この点、特許文献２には、ロアーパンチの上面にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成した構成が記載されている。特許文献２は、これにより、磁性粉末に対する耐摩耗性が向上するとともに、離型剤の使用量を減らすことができたとしている。そこで、ロアーパンチの外周面に特許文献２のような被膜を設けることにより、当該ロアーパンチの耐摩耗性を向上させることも考えられる。

しかし、特許文献２のような被膜をロアーパンチに設けたとしても、ダイスの内壁面との摩擦による摩耗を防止する効果は期待できない。即ち、このような被膜は、極めて薄く脆いため、ロアーパンチの外周面が挿通孔の内壁面と摺れた際に、ロアーパンチの外周面から容易に剥がれてしまう。このため、上記のような被膜をロアーパンチの外周面に設けたとしても、当該ロアーパンチの耐久性を向上させるという点では十分な効果が得られない。

また、上記とは別に以下のような課題がある。

即ち、ロアーパンチの外周面に摩耗が生じるのと同様に、ダイスの挿通孔の内壁面も摩擦によって摩耗する。従来、挿通孔の内壁面が摩耗した場合は、当該内壁面を加工してダイスを再利用していた。

このように挿通孔の内壁面を加工すると、当該挿通孔の幅が広がるので、それまで利用していたロアーパンチの幅では、加工後の挿通孔に対して細過ぎることになる。そこで、このような場合、従来は、それまで利用していたロアーパンチを破棄して、加工後の挿通孔の幅に合わせたロアーパンチを新規作成していた。このため、ロアーパンチを新規作成するコストがかかっていた。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、フェライト磁石の磁場中成形に用いられるロアーパンチの耐久性を向上させることにある。また、本発明の別の目的は、ロアーパンチを再利用することができる方法を提供することにある。

本発明の観点によれば、フェライト磁石の磁場中成形に用いられ、ダイスと、前記ダイスに形成された挿通孔内を所定の摺動方向に摺動するロアーパンチと、前記ロアーパンチに対向して配置されるアッパーパンチと、からなる金型のうちの前記ロアーパンチについて、以下の構成が提供される。即ち、このロアーパンチは、基材部と、非磁性体部と、摺動接触層と、を備える。前記基材部は、磁性体からなる。前記非磁性体部は、当該ロアーパンチの摺動方向において、前記基材部の前記アッパーパンチに対面する側の端部に配置され、非磁性体からなる。前記摺動接触層は、前記基材部の外周面の少なくとも一部に設けられ、前記挿通孔の内壁面に接触する。そして、前記摺動接触層は、前記基材部よりも硬い磁性体からなる。前記摺動接触層は、前記非磁性体部の外周面には設けられていない。前記基材部と前記非磁性体部との接合部において、前記基材部の外周面が前記非磁性体部の外周面よりも低くなるように段差が形成される。前記摺動接触層は、前記段差によって低くなっている部分に形成される。そして、前記摺動接触層の外周面と、前記非磁性体部の外周面と、が面一である。

このように、基材部の外周面に摺動接触層を設けたことにより、ロアーパンチの耐摩耗性を向上させることができる。また、摺動接触層を磁性体としたので、当該摺動接触層と基材部を合わせて１つの磁性体とみなすことができ、良好な磁場を形成できる。また、本発明では摺動接触層を磁性体としているので、仮に、非磁性体部の外周に摺動接触層を設けた場合、非磁性体部の部分の磁場が摺動接触層の影響を受けてしまう。そこで上記のように、非磁性体部の外周には摺動接触層（磁性体）を設けない構成とすることで、非磁性体部の部分の磁場に対して摺動接触層が悪影響を及ぼすことを回避できる。また、基材部を非磁性体部よりも一段低く形成しておき、この部分に摺動接触層を設けることで、摺動接触層と非磁性体部とを面一に仕上げることができる。非磁性体部と摺動接触層の境界部分において、両者を面一に仕上げることにより、ロアーパンチの外周に引っ掛かりがなくなり、摺動接触層が基材部から剥がれにくくなるので、ロアーパンチの耐久性を更に向上させることができる。

上記のロアーパンチにおいて、前記摺動接触層の厚みを０．１ｍｍ以上とすれば好適である。

このように、摺動接触層の厚みを例えば０．１ｍｍ以上とすることにより、当該摺動接触層の耐久性を十分に確保することができる。

上記のロアーパンチにおいて、前記摺動接触層が、硬さがＨＲＣで４０以上６０以下のステンレス鋼であれば好適である。

これにより、耐摩耗性に優れ、かつ磁性体からなる摺動接触層を得ることができる。また、摺動接触層の素材をステンレス鋼とすることにより、肉盛溶接によって容易に補修を行うことができる。また、水などの腐食性がある分散媒を用いた湿式の磁場中成形を行う場合は、耐食性を有するステンレス鋼を利用すれば特に好適である。

本発明の別の観点によれば、上記のロアーパンチを製造するためのロアーパンチ製造方法が提供される。即ち、このロアーパンチ製造方法では、前記基材部の外周面に対して、使用時の硬さが前記基材部よりも硬い素材を肉盛溶接することにより、前記摺動接触層を形成する。

このように、溶接によって摺動接触層を形成することで、基材部との密着性が良好な摺動接触層を得ることができる。これにより、摺動接触層が基材部から剥がれることが無いので、ロアーパンチの耐久性を向上させることができる。また、肉盛溶接であれば、厚みのある摺動接触層を形成することが容易であるため、十分な強度の摺動接触層を容易に形成できる。

本発明の更に別の観点によれば、以下のロアーパンチ製造方法が提供される。即ち、このロアーパンチ製造方法は、摺動接触層溶接工程と、非磁性体部溶接工程と、加工工程と、を含む。前記摺動接触層溶接工程では、上記のロアーパンチの前記摺動接触層の外周面に、前記基材部よりも硬い磁性体を肉盛溶接する。前記非磁性体部溶接工程では、当該ロアーパンチの前記非磁性体部の外周面に、非磁性体を肉盛溶接する。前記加工工程では、前記摺動接触層の外周面、及び前記非磁性体部の外周面が面一となるように加工する。

ロアーパンチの外周が摩耗した場合などであっても、摺動接触層と非磁性体部の外周面にそれぞれ肉盛溶接を行い、その後に研磨等の加工を行うことにより、摩耗した部分を再生させることができる。これにより、摩耗したロアーパンチを破棄して別のロアーパンチを新規作成する場合に比べて、コストを大幅に削減することができる。また、ロアーパンチの外周面に肉盛溶接を行うので、元のロアーパンチよりも幅が太いロアーパンチを製造することも可能である。これによれば、ダイスが摩耗して挿通孔の幅が大きくなったとしても、それまで利用していたロアーパンチの幅を増大させることによって対応できる。従って、ダイスが摩耗するたびにロアーパンチを新規作成していた従来の方法に比べて、コストを大幅に削減することができる。

本発明の一実施形態に係る金型の断面図。 ロアーパンチを挿通孔に挿入した様子を示す断面図。 本実施形態の金型によって成形されるフェライト磁石の斜視図。 本実施形態のロアーパンチの製造方法を示す断面図。 ロアーパンチの補修方法を示す断面図。 既存のロアーパンチを元に、それよりも先端部の幅が太いロアーパンチを製造する方法を示す断面図。

続いて、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る金型１は、アッパーパンチ２と、ロアーパンチ３と、ダイス４と、を備えている。この金型１は、フェライト磁石の磁場中成形に用いられるものである。フェライト磁石の磁場中成形、及びその金型の一般的な構成については、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されているように公知であるが、以下に簡単に説明する。

ロアーパンチ３は、細長い四角柱状の部材として構成されており、その長手方向で、先端部５と、保持部６と、が並んで設けられている。なお、ロアーパンチ３の金型としての機能は先端部５が有しており、保持部６はもっぱら先端部５を保持するために設けられている。また、ロアーパンチ３は、その長手方向に沿って移動可能に構成されている。ロアーパンチ３が移動する方向を、図１に太線の矢印で示す。

ダイス４は、ロアーパンチ３の移動方向と平行な方向に形成された挿通孔７を有している。この挿通孔７の内壁面８は、ロアーパンチ３の先端部５の外周形状と同じ、又はこれよりも若干大きい程度に形成されている。これにより、ロアーパンチ３の先端部５を、挿通孔７に挿入できるようになっている（図２参照）。先端部５を挿通孔７に挿入した状態で、ロアーパンチ３を長手方向に移動させることで、先端部５が挿通孔７の内部を摺動する。なお、本明細書では、ロアーパンチ３が挿通孔７の内部を摺動する方向（ロアーパンチ３の長手方向）のことを、単に「摺動方向」と言うことがある。

アッパーパンチ２は、ダイス４に対して固定的に設けられている。アッパーパンチ２は、ダイス４に形成された挿通孔７を、ロアーパンチ３が挿入される側とは反対側から塞ぐように配置されている。図２に示すように、ロアーパンチ３の先端部５を挿通孔７に挿入した状態では、当該先端部５の端面が、アッパーパンチ２と対面する。図１に示すように、ロアーパンチ３の先端部５には、アッパーパンチ２に向けて凸となる凸状曲面９が形成されている。一方、アッパーパンチ２には、前記凸状曲面９に対面するように、凹状曲面１０が形成されている。

以上の構成で、ダイス４の挿通孔７にロアーパンチ３の先端部５を挿入することにより、ダイス４の挿通孔７の内壁面８、ロアーパンチ３の凸状曲面９、及びアッパーパンチ２の凹状曲面１０によって囲まれたキャビティ１１が形成される（図２参照）。この金型１で成形を行う際には、フェライト磁石１２の原料となる磁性粉末（又は当該磁性粉末を分散媒に分散させたスラリー）を、キャビティ１１内に射出する。そして、ロアーパンチ３を所定位置まで進出させてキャビティ１１内の磁性粉末を加圧しつつ、図略の磁場印加装置によってキャビティ１１内を通過する磁場を印加する。

本実施形態のような磁場中成形用の金型においては、一般的に、ロアーパンチ３及びアッパーパンチ２の大部分が強磁性体から構成されている。このため、前記磁場印加装置によって印加された磁場の磁力線は、ロアーパンチ３及びアッパーパンチ２によって曲げられる。これにより、キャビティ１１の内部（凸状曲面９と凹状曲面１０の間）に、所定形状の磁場が形成される。キャビティ１１内に形成される磁場の磁力線を、図２に二点鎖線の矢印で例示している。なお、当該磁場の形成に影響を及ぼさないようにするため、ダイス４は非磁性体で構成されている。

キャビティ１１内の磁性粉末は、上記磁場に応じて流動する。これにより、所定の磁場配向性を有する成形体が得られる。その後、成形体をキャビティ１１から取り出して焼結し、必要に応じて適宜加工を施すことにより、図３に示すようなフェライト磁石１２を得ることができる。

本実施形態の金型１は、図３に示すようになアークセグメント型（弓型）のフェライト磁石１２を成形することを想定している。従って、内壁面８、凸状曲面９、及び凹状曲面１０で囲まれたキャビティ１１の形状はアークセグメント型となっている。なお、図３のようなアークセグメント型のフェライト磁石１２は、電動モータのステータやロータ等に用いられる他、スピーカ、マグネトロン管などに利用されている。

続いて、本実施形態のロアーパンチ３について、より詳しく説明する。

ロアーパンチ３は、非磁性体から成る非磁性体部２０と、強磁性体から成る基材部２１と、同じく強磁性体からなる摺動接触層２３と、から構成されている。

図１に示すように、基材部２１は、ロアーパンチ３の先端部５と保持部６にまたがって配置されている。図１に示すように、基材部２１は、ロアーパンチ３の保持部６の全体を占めている。一方、先端部５において、基材部２１の表面は非磁性体部２０及び摺動接触層２３によって覆われている。従って、ロアーパンチ３の先端部５においては、基材部２１が露出しないようになっている。

非磁性体部２０は、先端部５において、基材部２１の先端面（アッパーパンチ２に対面する部分）の全体を覆うように配置されている。従って、ロアーパンチ３の先端部５を挿通孔７内に挿入したときには、非磁性体部２０がアッパーパンチ２の凹状曲面１０に対面することになる（図２参照）。非磁性体部２０には、前述の凸状曲面９が形成されている。また、図１に示すように、非磁性体部２０と基材部２１との接合面（境界面）は、アッパーパンチ２の凹状曲面１０に向けて凸となる第２凸状曲面２２となっている。言い換えると、本実施形態の基材部２１は、アッパーパンチ２の凹状曲面１０に向けて凸となる第２凸状曲面２２を有している。

ここで、非磁性体（非磁性体部２０）と磁性体（基材部２１）の２種類の素材でロアーパンチ３を構成した効果について簡単に説明する。

非磁性体部２０は磁場の形成には影響を及ぼさないので、凸状曲面９がどのような形状であっても、キャビティ１１内の磁場の形成には影響が無い。キャビティ１１内に形成される磁場の形状（磁力線の向き）を決めるのは、磁性体である基材部２１の形状（より具体的には、第２凸状曲面２２の形状）である。本実施形態のように構成されたロアーパンチ３であれば、凸状曲面９の形状と第２凸状曲面２２の形状を、互いに異ならせることができるので、それぞれを所望の形状とすれば良い。そこで、本実施形態のロアーパンチ３では、凸状曲面９は、セグメントアーク状のキャビティ１１を成形できる形状とし、第２凸状曲面２２は、キャビティ１１内に理想的な磁場を形成できる形状としている。

このように、ロアーパンチ３を、磁性体（基材部２１）と非磁性体（非磁性体部２０）の２種類の素材によって構成したことにより、所望形状のキャビティ１１を形成しつつ、当該キャビティ１１内に所望形状の磁場を形成できる。これにより、所望形状で、かつ所望の磁場配向性を有するフェライト磁石１２を得ることができる。

非磁性体部２０は、キャビティ１１内に露出しており、当該キャビティ１１内に射出された磁性粉末に接触するので、耐摩耗性が要求される。本実施形態の金型１においては、非磁性体部２０の素材として、耐摩耗性に優れた非磁性体素材であるステライト（登録商標）を採用している。なお、ステライトのＨＲＣ（ロックウェル硬さ）は４５程度である。

また、既に従来技術として説明したように、非磁性体部２０と基材部２１の両方を同じように硬い素材で構成した場合は、両者の接合部分でヒビ割れなどが発生し得る。このため、基材部２１に用いる磁性体の素材は、非磁性体部２０に比べて軟らかいことが好ましい。本実施形態では、基材部２１の素材としてＳ４５Ｃなどの炭素鋼を採用している。なお、Ｓ４５ＣのＨＲＣは２５程度である。

続いて、本実施形態のロアーパンチ３の特徴的な構成について説明する。

本実施形態の金型１で磁性粉末を成形する際、ダイス４に形成された挿通孔７内をロアーパンチ３の先端部５が摺動するため、当該先端部５の外周面と、挿通孔７の内壁面８と、の間に摩擦が発生する。このため、先端部５の外周面には耐摩耗性が要求される。ところが前述のように、ロアーパンチ３の基材部２１は、非磁性体部２０に比較して軟らかい素材とせざるを得ないため、耐摩耗性の点で十分ではない。このため、仮に、基材部２１が内壁面８に直接接触していると、当該基材部２１の外周面が速やかに摩耗してしまう。

そこで、本実施形態のロアーパンチ３は、基材部２１の外周面に、当該基材部２１よりも硬い磁性体からなる摺動接触層２３を設けたものである。摺動接触層２３は、ロアーパンチ３の先端部５において、基材部２１の外周面を全て覆うように配置されている。従って、本実施形態の金型１で磁性粉末を成形する際には、基材部２１の外周に配置された摺動接触層２３が、挿通孔７の内壁面８に接触して摺動することになる。なお、本明細書において、「外周面」とは、ロアーパンチ３の長手方向に平行な面のことを言うものとする。従って、ロアーパンチ３の先端部５について「外周面」と言った場合には、挿通孔７の内壁面８に対面する面のことを指す。

以上のように、ロアーパンチ３の先端部５において、基材部２１の外周面を覆うように摺動接触層２３を設けたことにより、基材部２１が、挿通孔７の内壁面８に接触しないようになっている。これにより、基材部２１の摩耗を防ぐことができる。

摺動接触層２３は、基材部２１よりも硬い素材から構成されているので、基材部２１に比べて耐摩耗性に優れている。従って、摺動接触層２３を基材部２１の外周に設けることにより、ロアーパンチ３の摩耗を低減し、当該ロアーパンチ３の寿命を延ばすことができる。

図１の断面図に示すように、非磁性体部２０と基材部２１の接合部分（境界部分）において、基材部２１の外周面が非磁性体部２０の外周面よりも一段低くなるように（即ち、基材部２１がロアーパンチ３の内側に向けて凹むように）、段差２４が形成されている。この段差２４を埋めるようにして、摺動接触層２３が設けられている。そして、非磁性体部２０の外周面と、摺動接触層２３の外周面とは接続しており、両者は面一となっている。

このように、本実施形態のロアーパンチ３では、非磁性体部２０の外周面と摺動接触層２３の外周面が段差無く接続されているので、先端部５が挿通孔７内を摺動する際に引っ掛かりが発生しない。これにより、ロアーパンチ３がスムーズに摺動できるとともに、摺動接触層２３が基材部２１から剥がれてしまうことを防止できる。

また、ロアーパンチ３の長手方向と平行な平面による断面（図１等に示す断面）において、非磁性体部２０と摺動接触層２３との間の部分には、基材部２１がクサビ状に入り込んだクサビ部２５が設けられている。即ち、非磁性体部２０と摺動接触層２３は共に硬い素材であるから、仮に両者が直接的に接合していると、その接合部分でヒビ割れなどが発生し得る。そこで、非磁性体部２０と摺動接触層２３の間に、基材部２１をクサビ状に入り込ませる構成としたものである。基材部２１は比較的軟らかい素材であるから、非磁性体部２０と摺動接触層２３の間のクサビ部２５が緩衝部としての役割を果たし、ヒビ割れを防止できる。

なお、図１に示すように、クサビ部２５は、外周面に近づくにつれて細くなるように形成されており、外周面に至る直前に消滅するように構成されている。つまり、基材部２１のクサビ部２５は、外周面に露出しないようになっている。このようなクサビ部２５を設けることで、非磁性体部２０の外周面と摺動接触層２３の外周面を接続させつつ、両者の間のヒビ割れを防止できる。

摺動接触層２３は、基材部２１よりも硬い素材であれば、ロアーパンチ３の耐摩耗性を向上させる効果を得ることができる。本実施形態の場合、基材部２１の硬さはＨＲＣ＝２５程度であるから、これよりも硬い磁性体の素材であれば、摺動接触層２３の素材としては特に限定されない。しかし、十分な耐摩耗性を確保するという観点からは、摺動接触層２３の素材としてはＨＲＣが４０以上であることが好ましい。一方で、本実施形態の摺動接触層２３の外周面は研磨等の機械加工によって仕上げるため（詳しくは後述）、加工を容易にする観点から、摺動接触層２３の硬さはＨＲＣ６０以下であることが好ましい。

また、後述するように、本実施形態の摺動接触層２３は、肉盛り溶接によって形成される。従って、摺動接触層２３の素材としては、溶接可能な金属素材であることが好ましい。更に、金型１のキャビティ１１内には、水などを分散媒としたスラリーを射出する場合があるので、摺動接触層２３の素材としては耐食性を有する素材を採用することが好ましい。以上の点を勘案すれば、摺動接触層２３の素材としてはスレンテス鋼を採用することが好適である。本実施形態では、摺動接触層２３の素材としてＳＵＳ４２０Ｆなどのステンレス鋼を採用している。なお、ＳＵＳ４２０ＦのＨＲＣは５０程度である。

摺動接触層２３は、基材部２１の外周面にのみ設けられており、非磁性体部２０の外周面には設けられていない。本実施形態の非磁性体部２０は、耐摩耗性に優れたステライトから構成されているので、摺動接触層２３によって保護する必要性に乏しいためである。従って、本実施形態の金型１で磁性粉末を成形する際、非磁性体部２０の外周面は、挿通孔７の内壁面８に直接接触して摺動する。

また、摺動接触層２３は磁性体であるから、仮にこの摺動接触層２３を非磁性体部２０の外周面に設けた場合、非磁性体部２０を通過する磁力線に影響を及ぼしてしまう。そこで上記のように、非磁性体部２０の外周面には磁性体（摺動接触層２３）を設けない構成として、当該非磁性体部２０を通過する磁力線に影響が及ぶことを回避しているのである。

また、挿通孔７に挿入されるのはロアーパンチ３の先端部５のみであり、ロアーパンチ３の保持部６は挿通孔７に挿入されない。従って、ロアーパンチ３の保持部６の外周面が摩耗する心配はないので、当該保持部６の外周面には摺動接触層２３を設けていない。

以上のように、本実施形態の摺動接触層２３は、ロアーパンチ３の先端部５において、基材部２１の外周面にのみ設けられている。このように、ロアーパンチ３の外周面のごく一部にのみ摺動接触層２３を形成すれば良いので、当該摺動接触層２３を肉盛溶接によって形成する作業（後述）の負担を低減できる。

続いて、本実施形態のロアーパンチ３の製造方法について、図４を参照して説明する。

まず、非磁性体部２０と基材部２１を接合した状態のものを作成する（図４（ａ））。後の加工工程での研磨代（けんまシロ）を確保する観点から、非磁性体部２０は、規定の寸法よりも幅方向（ロアーパンチ３の長手方向に直交する方向）に若干大きくなるように形成しておけば好適である。図４には、先端部５の幅方向での規定の寸法をＬ１、非磁性体部２０の研磨代をＬ２で示している。

続いて、先端部５の基材部２１の外周面を、機械加工などの適宜の方法によって削り、当該基材部２１の幅を規定の寸法Ｌ１よりも縮小させる（図４（ｂ））。このように削った部分が、前述の段差２４となる。図４には、段差２４の深さ（規定の寸法Ｌ１よりも内側に削った寸法）を、Ｌ３で示している。本実施形態では、段差２４の深さをＬ３＝０．２ｍｍとしている。なお、基材部２１の外周面を削る際には、当該基材部２１と非磁性体部２０との境界部分にＲ部を残しておく（図４（ｂ）の状態）。このＲ部が、前述のクサビ部２５となる。

次に、基材部２１に形成された段差２４の外周面に、摺動接触層２３の素材（本実施形態ではＳＵＳ４２０Ｆ）を肉盛溶接して溶接部２６を形成する（図４（ｃ））。このとき、溶接部２６の高さ（幅方向の寸法）が、段差２４の深さＬ３よりも高くなるように（つまり、溶接部２６が段差２４から幅方向にハミ出るように）肉盛溶接する。これは、溶接部２６の研磨代を確保するためである。

最後に、ロアーパンチ３の先端部５の幅が規定の寸法Ｌ１となるように、非磁性体部２０と溶接部２６の外周面を機械加工（研磨又は切削等）する（図４（ｄ））。これにより、溶接部２６の外周面が平滑に仕上げられて、摺動接触層２３が形成される。また、非磁性体部２０の外周面と溶接部２６の外周面を同時に研磨（又は切削）することで、非磁性体部２０の外周面と摺動接触層２３の外周面を面一に仕上げることができる。

以上のように、本実施形態の製造方法では、基材部２１の外周面に対して溶接で摺動接触層２３を形成するので、基材部２１に対する密着性が良好な摺動接触層２３を形成できる。これにより、摺動接触層２３が基材部２１から剥がれてしまうことを防止できる。

また、肉盛溶接によって摺動接触層２３を形成するので、厚みがある摺動接触層２３を形成することが容易である。摺動接触層２３の強度を十分に確保するという点では、当該摺動接触層２３の厚みを例えば０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。肉盛溶接であれば、このように厚みのある摺動接触層２３を形成できる。なお本実施形態では、段差２４の深さＬ３を０．２ｍｍとしているので、この段差２４を埋めるようにして形成される摺動接触層２３の厚みは０．２ｍｍとなっている。

この点、例えばコーティングによって摺動接触層２３を形成することも考えられるが、コーティングによって０．２ｍｍもの厚みがある摺動接触層２３を形成することは技術的に困難、又はコストの面から現実的ではない。このため、コーティングによって十分な強度の摺動接触層２３を形成することは困難である。また、コーティングによって摺動接触層２３を形成した場合、当該摺動接触層２３と基材部２１との密着性を確保することが困難であるため、摺動接触層２３が基材部２１から容易に剥がれてしまう。

本実施形態では、摺動接触層２３を肉盛り溶接で形成する構成としたことにより、基材部２１との密着性に優れ、かつ厚みがある摺動接触層２３を、安価かつ簡単に形成できる。これにより、ロアーパンチ３の耐久性を、安価かつ簡単に向上させることができる。

また、仮にコーティングによって摺動接触層２３を形成した場合、当該摺動接触層２３は極めて薄くなることから、当該摺動接触層２３の研磨代がほとんど無いことになる。従って、仮にコーティングによって摺動接触層２３を形成した場合、当該摺動接触層２３の外周面と、非磁性体部２０の外周面と、を面一に仕上げることが難しくなる。本実施形態では肉盛溶接によって摺動接触層２３を形成しているので、当該摺動接触層２３の研磨代を確保することが容易である。これにより、摺動接触層２３の外周面と非磁性体部２０の外周面が面一となるように研磨（又は切削など）によって仕上げることが可能となっているのである。

続いて、摺動接触層２３を磁性体としたことの効果について説明する。

上記のように、本実施形態のロアーパンチ３は、厚みがある摺動接触層２３を設けるために、基材部２１の先端部５に段差２４を形成している。このため、先端部５の基材部２１の幅が、規定の寸法Ｌ１よりも細くなっている。このように、摺動接触層２３を設けるためには、基材部２１の幅を規定の寸法Ｌ１よりも細くせざるを得ない。

さて、基材部２１の耐摩耗性を向上させることのみを考えるのであれば、摺動接触層２３は非磁性体でも良い。しかし、仮に摺動接触層２３を非磁性体とした場合、当該摺動接触層２３の部分は磁場の形成に影響を与えないことになる。このため、摺動接触層２３を厚くすればするほど、ロアーパンチ３の磁性体の部分（基材部２１）の幅が狭くなって、キャビティ１１内に理想的な磁場を形成することが難しくなる。

この点、本実施形態のロアーパンチ３は、摺動接触層２３を磁性体としているので、当該摺動接触層２３が磁場の形成に影響を及ぼす。従って、磁場の形成という観点では、摺動接触層２３と、基材部２１と、を合わせて１つの「磁性体」と考えることができる。この場合、摺動接触層２３を厚くすることで基材部２１の幅が細くなったとしても、両者を合わせた「磁性体」の幅は規定の寸法Ｌ１である。このように、摺動接触層２３を磁性体としたことにより、当該摺動接触層２３の厚みにかかわらず、ロアーパンチ３の「磁性体」の部分の幅を確保できる。従って、本実施形態の構成によれば、摺動接触層２３の厚みを十分に確保しつつ、キャビティ１１内に理想的な磁場を形成することができる。

続いて、本実施形態のロアーパンチ３の補修方法について説明する。

本実施形態のロアーパンチ３は、摺動接触層２３を設けたことにより耐摩耗性を向上させているものの、長期にわたって使用を続ければ、先端部５の外周面が徐々に摩耗することもあり得る。

先端部５の外周面が摩耗したロアーパンチ３を使い続けていると、当該先端部５の外周面と、挿通孔７の内壁面８と、の間に隙間ができて、成形時にキャビティ１１内の磁性粉末が外部に漏れ出るおそれがある。このため、従来は、先端部５の外周面が摩耗したロアーパンチ３は破棄していた。

そこで、本願発明は、摩耗したロアーパンチ３の補修方法を提案するものである。この補修方法は、以下のようにして行う。

まず、図５（ａ）に示すように、先端部５の外周面が摩耗したロアーパンチ３を用意する。続いて、摺動接触層２３の摩耗した外周面に、基材部２１よりも硬い磁性体の素材を肉盛溶接して摺動接触層溶接部２７を形成する（摺動接触層溶接工程）。このとき肉盛溶接する素材は、摺動接触層２３と同じ素材（本実施形態の場合はＳＵＳ４２０Ｆ）であれば好ましい。

同様に、非磁性体部２０の摩耗した外周面に、耐摩耗性を有する非磁性体の素材を肉盛溶接して非磁性体溶接部２８を形成する（非磁性体部溶接工程）。このとき肉盛溶接する素材は、非磁性体部２０と同じ素材（本実施形態の場合はステライト）であれば好ましい。なお、摺動接触層溶接工程と非磁性体部溶接工程の順番は前後しても良い。摺動接触層溶接部２７及び非磁性体溶接部２８を形成した様子を、図５（ｂ）に示す。

そして、上記のように肉盛溶接された先端部５の幅が規定の寸法Ｌ１となるように、摺動接触層溶接部２７及び非磁性体溶接部２８の外周面を機械加工（研磨又は切削等）する（加工工程）。これにより、摺動接触層溶接部２７及び非磁性体溶接部２８の外周面が平滑に仕上げられる。上記の機械加工によって、非磁性体部２０及び摺動接触層２３の摩耗した外周面を、元の平滑な状態に修復できる（図５（ｃ））。

上記のように、非磁性体部２０の摩耗した外周面に非磁性体を、摺動接触層２３の摩耗した外周面に磁性体を、それぞれ肉盛溶接し、その後に外周面を研磨（又は切削等）することで、摩耗した外周面を補修できる。肉盛溶接で追加した部分は、補修前の部分に対して一体化するので、溶接で追加した部分が剥がれる心配はない。以上の補修方法により、摩耗したロアーパンチ３を修復できるので、当該ロアーパンチ３を再利用することが可能となる。

なお、上記の補修方法は、摩耗したロアーパンチ３を元にして、補修されたロアーパンチ３を製造する製造方法であると考えることもできる。このように考えると、本願発明の製造方法は、単に摩耗したロアーパンチ３を補修するという目的に限らず、元のロアーパンチ３とは異なるロアーパンチを製造する方法として捉え直すことができる。

そこで次に、既存のロアーパンチ３に基づいて、これよりも先端部５の幅が太いロアーパンチ３’を製造する方法について説明する。

まず、ロアーパンチ３の先端部５の幅を太くする必要性について簡単に説明する。即ち、金型１を長期にわたって使用していると、ダイス４の挿通孔７の内壁面８に摩耗が生じ得る。そこで、摩耗した内壁面８を機械加工（研磨又は切削等）することにより、当該内壁面８を平滑な状態にしてダイス４を再利用するということが従来から行われている。

このような加工を行った場合、挿通孔７の幅が若干拡がることになる。従って、拡がった挿通孔７に対応して、それまでよりも先端部５の幅が太いロアーパンチ３が必要となる。従来は、ロアーパンチ３を太くすることはできないと考えていたので、それまで使っていたロアーパンチ３は破棄していた。

そこで本願発明は、既存のロアーパンチ３を元にして、これよりも先端部５の幅が太いロアーパンチ３’を製造する方法を提案するものである。以下、この製造方法について、図６を参照して説明する。

まず、元となるロアーパンチ３を用意する（図６（ａ））。このロアーパンチ３の先端部５の規定の幅を、Ｌ１で示す。なお、図６（ａ）では、先端部５の外周面が摩耗していない状態を描いているが、これに限らず、図５（ａ）のように先端部５の外周面が摩耗したロアーパンチ３を用いることもできる。

続いて、用意したロアーパンチ３の摺動接触層２３の外周面に、基材部２１よりも硬い磁性体の素材を肉盛溶接して摺動接触層溶接部２７を形成する（摺動接触層溶接工程）。このとき肉盛溶接する素材は、摺動接触層２３と同じ素材（本実施形態の場合はＳＵＳ４２０Ｆ）であれば好ましい。

同様に、用意したロアーパンチ３の非磁性体部２０の外周面に、耐摩耗性を有する非磁性体の素材を肉盛溶接して非磁性体溶接部２８を形成する（非磁性体部溶接工程）。このとき肉盛溶接する素材は、非磁性体部２０と同じ素材（本実施形態の場合はステライト）であれば好ましい。なお、摺動接触層溶接工程と非磁性体部溶接工程の順番は前後しても良い。摺動接触層溶接部２７及び非磁性体溶接部２８を形成した様子を、図６（ｂ）に示す。

そして最後に、先端部５の幅が所望の寸法Ｌ４となるように、摺動接触層溶接部２７及び非磁性体溶接部２８の外周面を機械加工（研磨又は切削等）する（加工工程）。加工後の先端部５の幅Ｌ４は、元の先端部５の幅Ｌ１よりも任意に大きな寸法とすることができる。従って、元のロアーパンチ３よりも先端部５の幅を拡大したロアーパンチ３’を、安価かつ簡単に製造できる。

このように、本実施形態の製造方法によれば、元のロアーパンチ３の先端部５の幅を拡大することができる。従って、例えばダイス４の挿通孔７の幅が機械加工によって拡がった場合であっても、それまで利用していたロアーパンチ３の先端部５の幅を太くすることで対応できる。このように、それまで利用していたロアーパンチ３を再利用できるので、先端部５の幅を太くしたロアーパンチを製造するコストを大幅に削減できる。

以上で説明したように、本実施形態のロアーパンチ３は、基材部２１と、非磁性体部２０と、摺動接触層２３と、を備えている。基材部２１は、磁性体からなる。非磁性体部２０は、当該ロアーパンチ３の摺動方向において、基材部２１のアッパーパンチ２に対面する側の端部に配置され、非磁性体からなる。摺動接触層２３は、基材部２１の外周面に設けられ、挿通孔７の内壁面８に接触する。そして、摺動接触層２３は、基材部２１よりも硬い磁性体からなっている。

このように、基材部２１の外周面に摺動接触層２３を設けたことにより、ロアーパンチ３の耐摩耗性を向上させることができる。また、摺動接触層２３を磁性体としたので、当該摺動接触層２３と基材部２１を合わせて１つの磁性体とみなすことができ、良好な磁場を形成できる。更に、摺動接触層２３が摩耗した場合であっても、摺動接触層２３と同じ素材を肉盛溶接することにより、簡単に補修できる。このように、本実施形態の構成によれば、耐久性を向上させるとともに、容易に補修・再生が可能なロアーパンチ３を提供できる。

また、本実施形態のロアーパンチ３において、摺動接触層２３は、非磁性体部２０の外周面には設けられていない。

即ち、本発明では摺動接触層２３を磁性体としているので、仮に、非磁性体部２０の外周に摺動接触層２３を設けた場合、非磁性体部２０の部分の磁場が摺動接触層２３の影響を受けてしまう。そこで上記のように、非磁性体部２０の外周には摺動接触層２３（磁性体）を設けない構成とすることで、非磁性体部２０の部分の磁場に対して摺動接触層２３が悪影響を及ぼすことを回避できる。

また、本実施形態のロアーパンチ３では、基材部２１と非磁性体部２０との接合部において、基材部２１の外周面が非磁性体部２０の外周面よりも低くなるように段差２４が形成されている。摺動接触層２３は、段差２４によって低くなっている部分に形成されている。そして、摺動接触層２３の外周面と、非磁性体部２０の外周面と、が面一である。

このように、基材部２１を非磁性体部２０よりも一段低く形成しておき、この部分に摺動接触層２３を設けることで、摺動接触層２３と非磁性体部２０とを面一に仕上げることができる。非磁性体部２０と摺動接触層２３の境界部分において、両者を面一に仕上げることにより、ロアーパンチ３の外周に引っ掛かりがなくなり、摺動接触層２３が基材部２１から剥がれにくくなるので、ロアーパンチ３の耐久性を更に向上させることができる。

また、本実施形態のロアーパンチ３は、摺動接触層２３の厚みを０．２ｍｍとしているので、当該摺動接触層２３の耐久性を十分に確保することができる。

また、本実施形態のロアーパンチ３は、摺動接触層２３を、硬さがＨＲＣで５０のステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｆ）としている。これにより、耐摩耗性に優れ、かつ磁性体からなる摺動接触層２３を得ることができる。また、摺動接触層２３の素材をステンレス鋼とすることにより、肉盛溶接によって容易に補修を行うことができる。また、水などの腐食性がある分散媒を用いた湿式の磁場中成形を行う場合は、耐食性を有するステンレス鋼を利用すれば特に好適である。

また、本実施形態のロアーパンチ製造方法では、基材部２１の外周面に対して、使用時の硬さが基材部２１よりも硬い素材を肉盛溶接することにより、摺動接触層２３を形成している。

このように、溶接によって摺動接触層２３を形成することで、基材部２１との密着性が良好な摺動接触層２３を得ることができる。これにより、摺動接触層２３が基材部２１から剥がれることが無いので、ロアーパンチ３の耐久性を向上させることができる。また、肉盛溶接であれば、厚みのある摺動接触層２３を形成することが容易であるため、十分な強度の摺動接触層２３を容易に形成できる。

また、本実施形態のロアーパンチ製造方法は、摺動接触層溶接工程と、非磁性体部溶接工程と、加工工程と、を含んでいる。摺動接触層溶接工程では、ロアーパンチ３の摺動接触層２３の外周面に、基材部２１よりも硬い磁性体を肉盛溶接する。非磁性体部溶接工程では、ロアーパンチ３の非磁性体部２０の外周面に、非磁性体を肉盛溶接する。加工工程では、摺動接触層２３の外周面、及び非磁性体部２０の外周面が面一となるように加工する。

ロアーパンチ３の外周が摩耗した場合などであっても、摺動接触層２３と非磁性体部２０の外周面にそれぞれ肉盛溶接を行い、その後に研磨等の加工を行うことにより、摩耗した部分を再生させることができる。これにより、摩耗したロアーパンチ３を破棄して別のロアーパンチを新規作成する場合に比べて、コストを大幅に削減することができる。また、ロアーパンチ３の外周面に肉盛溶接を行うので、元のロアーパンチ３よりも幅が太いロアーパンチ３を製造することも可能である。これによれば、ダイス４が摩耗して挿通孔７の幅が大きくなったとしても、それまで利用していたロアーパンチ３の幅を増大させることによって対応できる。従って、ダイス４が摩耗するたびにロアーパンチ３を新規作成していた従来の方法に比べて、コストを大幅に削減することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、基材部２１の先端部５の外周を全て覆うように摺動接触層２３を設けている。しかしこれに限らず、先端部５において基材部２１の一部のみを覆うように摺動接触層２３を設けても良い（つまり、先端部５において、基材部２１の一部が露出していても良い）。この場合であっても、摺動接触層２３を全く設けない場合に比べてロアーパンチの耐磨耗性を向上させるという効果を得ることができる。

本発明に係る金型１によって形成されるフェライト磁石の形状はアークセグメント型に限定されない。従って、キャビティ１１の形状は、図２に示したものに限定されず、目的のフェライト磁石の形状に合わせた適宜の形状とすることができる。

上記実施形態のロアーパンチ３の製造方法の説明では、非磁性体部２０と基材部２１を接合した後に、基材部２１を削って段差２４を形成するとしたが、これに限らず、基材部２１に予め段差２４を形成しておき、その後に、非磁性体部２０と基材部２１を接合しても良い。

１ 金型
２ アッパーパンチ
３ ロアーパンチ
４ ダイス
７ 挿通孔
２０ 非磁性体部
２１ 基材部
２３ 摺動接触層

Claims (5)

1. フェライト磁石の磁場中成形に用いられ、ダイスと、前記ダイスに形成された挿通孔内を所定の摺動方向に摺動するロアーパンチと、前記ロアーパンチに対向して配置されるアッパーパンチと、からなる金型のうちの前記ロアーパンチであって、
   磁性体からなる基材部と、
   当該ロアーパンチの摺動方向において、前記基材部の前記アッパーパンチに対面する側の端部に配置され、非磁性体からなる非磁性体部と、
   前記基材部の外周面の少なくとも一部に設けられ、前記挿通孔の内壁面に接触する摺動接触層と、
   を備え、
   前記摺動接触層は、前記基材部よりも硬い磁性体からなり、
   前記摺動接触層は、前記非磁性体部の外周面には設けられておらず、
   前記基材部と前記非磁性体部との接合部において、前記基材部の外周面が前記非磁性体部の外周面よりも低くなるように段差が形成され、
   前記摺動接触層は、前記段差によって低くなっている部分に形成され、
   前記摺動接触層の外周面と、前記非磁性体部の外周面と、が面一であることを特徴とするロアーパンチ。
2. 請求項１に記載のロアーパンチであって、
   前記摺動接触層の厚みは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とするロアーパンチ。
3. 請求項１又は２に記載のロアーパンチであって、
   前記摺動接触層は、硬さがＨＲＣで４０以上６０以下のステンレス鋼であることを特徴とするロアーパンチ。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載のロアーパンチを製造するためのロアーパンチ製造方法であって、
   前記基材部の外周面に対して、使用時の硬さが前記基材部よりも硬い素材を肉盛溶接することにより、前記摺動接触層を形成することを特徴とする、ロアーパンチ製造方法。
5. 請求項１から３までの何れか一項に記載のロアーパンチの前記摺動接触層の外周面に、前記基材部よりも硬い磁性体を肉盛溶接する摺動接触層溶接工程と、
   当該ロアーパンチの前記非磁性体部の外周面に、非磁性体を肉盛溶接する非磁性体部溶接工程と、
   前記摺動接触層の外周面、及び前記非磁性体部の外周面が面一となるように加工する加工工程と、
   を含むことを特徴とする、ロアーパンチ製造方法。

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