JPH0794356A

JPH0794356A - 磁場中射出圧縮成形方法とその成形機

Info

Publication number: JPH0794356A
Application number: JP26169893A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamashita; 治山下; Tsunekazu Saigo; 恒和西郷
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系のような希土
類元素を含む磁性粉末材料を所定温度でゾル・ゲル変態
を起こすバインダーと水との混練物にした後、磁場中で
容易に、しかも連続的に射出成形できる低粘度用成形材
料に最適の磁場中射出圧縮成形方法とその成形機を提
供。【構成】成形材料をプランジャー１１によって一定の
圧力のかかった供給シリンダー１０に投入し、上プラン
ジャー３がノズル１３より上に位置しているとき、プラ
ンジャー１１の圧縮圧力により、成形材料がノズル１３
を通って上下プランジャー３，５に挟まれた成形空間２
内に射出供給し、上下プランジャー３，５の間隔を一定
に保ったまま上部シリンダー１からバインダーのゲル化
温度に保持された下部シリンダー４に移動させると、ま
ず上プランジャー３の先端部がノズル１３より下になり
ノズル１３は自動的に閉じられ、上下プランジャー３，
５で圧縮圧力をかけて、ゲル硬化した成形体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓ
ｍ−Ｃｏ系のような希土類元素を含む磁性粉末材料に所
定温度でゾル・ゲル変態を起こすバインダーと水を加え
て混練した成形材料を磁場中で射出成形した後、脱バイ
ンダー、焼結して焼結異方性磁石を得る製造方法におけ
る金属射出成形法の改良に係り、２分割型シリンダー内
に嵌入した一対の対向するプランジャー間に所定の成形
空間を形成した成形機の上プランジャーを弁のように機
能させて成形材料を常時圧送可能とし、成形空間に充填
した成形材料に磁場中で圧縮応力を加えて成形し、下プ
ランジャー側から冷却して硬化させ、成形体を取り出し
た後に上プランジャーを上昇させて直ちに次の材料を導
入可能にし、成形体強度を向上させて量産性にすぐれた
磁場中射出圧縮成形方法とその成形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状の高性能永久磁石を得る方法
として、Ｓｍ−Ｃｏ系磁性材またはＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁性
材を用いて樹脂バインダー等を混練して機械的に成形す
る希土類系ボンド磁石の製造方法、あるいはＲ−Ｆｅ−
Ｂ系合金鋳塊を粉砕して得られた合金粉末と樹脂バイン
ダーを混練して射出成形し、脱バインダー後に焼結する
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結永久磁石の製造方法（特開昭６１−
２２０３１５号公報、特開昭６４−２８３０２号公報、
特開昭６４−２８３０３号公報）が提案されている。し
かし、上記のボンド磁石は、所望の形状性がえられるも
のの焼結異方性永久磁石に比べて磁石特性が劣る問題が
ある。

【０００３】一方、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系等の
粉末磁性材料を焼結して焼結異方性永久磁石を作製する
ためには、粉末材料をプレス成形によって製品の形状に
まず磁場中あるいは磁場をかけずに圧粉成形し、この圧
粉成形品を所定の温度で焼結して永久磁石を得ていた。
この場合、成形がプレスによって行なわれるので、成形
できる製品の形状が制約され、極めて単純な製品しか作
製できなかった。

【０００４】そこで、発明者らは、希土類元素を含む磁
性粉末材料を基にして焼結によって製品を得るための成
形技術として、プレス成形に代わって、複雑な形状の製
品を精度良く容易に成形できる金属射出成形（以下ＭＩ
Ｍという）技術を利用し、従来のパラフィン系ワックス
や熱可塑性樹脂からなるバインダーに代えて、メチルセ
ルロース及び／又は寒天と水を主成分とするバインダー
を用い、該バインダーのゾル・ゲル反応を利用して射出
成形することにより、バインダーとＲ成分との反応を抑
制し、残留酸素、炭素量を低減したＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結
磁石の製造方法を提案した。（特願平４−１９９２１３
号、特願平５−１８０６４４号、特願平５−１８０６４
５号）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、希土類元素
を含む磁性粉末のＭＩＭにおいては、遷移金属やセラミ
ックスなどの粉末材料とは異なり、従来の射出成形で一
般的に使用されている熱可塑性のバインダーを使用する
と、比較的高い温度（１００〜２５０℃）での混練、脱
バインダーとなるために、磁性粉末中の希土類元素
（Ｒ）がバインダー中の酸素、炭素と反応し、射出成
形、脱バインダー、焼結した後かなりの酸素、炭素が残
留し、特に永久磁石の場合磁器特性の劣化を招く問題が
あった。このＲ成分とバインダーとの反応を極力抑える
ためには、低温（＜１００℃）で混練、射出成形、脱脂
（脱水）できるバインダーが必要であり、溶媒として水
を利用したゾル・ゲル変態を起こすバインダーが最適で
ある。

【０００６】しかし、ゾル・ゲル変態用バインダーを用
いた場合の短所として、水を多く含む（１０数％）ため
に、急激な応力によりバインダーと粉末粒子が分離し、
成形材料の粘性が急激に高くなる、いわゆるダイラタン
シィの現象を示し、スクリュータイプの射出成形機で
は、このダイラタンシィによりスクリューの摩擦が大き
くなったり、摩耗したり、破壊される現象をおこす。ま
た、プランジャータイプでもプランジャーからの圧力が
ダイラタンシィのために伝播しにくく、成形後金型内シ
ョートショットを起こしたり、成形体の強度が不十分に
なりやすく、特に成形品の取りだし時にスプール、ラン
ナーが金型内に残ったりして連続射出成形が難しいとい
う短所がある。さらに、ゾル・ゲル変態用バインダーを
用いた混練物の多くは、室温で湿潤しているために、ペ
レットになりにくく、ホッパーに投入してもブリッジを
組んだり、またバインダーによっては粘土状であるため
に、乾燥しやすく、ホッパーに投入してもプランジャー
部あるいはスクリュー部への安定連続供給が難しいとい
う問題がある。

【０００７】この発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ
系のような希土類元素を含む磁性粉末材料を所定温度で
ゾル・ゲル変態を起こすバインダーと水との混練物にし
た後、磁場中で容易に、しかも連続的に射出成形できる
低粘度用成形材料に最適の磁場中射出圧縮成形方法とそ
の成形機を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、少なくとも
２分割型となしたシリンダー内に嵌入した一対の対向す
るプランジャー間に所定の成形空間を形成し、該空間に
成形材料を圧送する経路をプランジャーの行程で当該圧
送を遮断可能に一方のシリンダーに配設し、ゾル・ゲル
変態を起こすバインダーを用いた永久磁石用原料粉末か
らなる成形材料を該成形空間へ射出供給し、材料の充填
を完了した後、プランジャーの行程で射出供給を遮断
し、少なくとも該圧送経路を設けないシリンダーをバイ
ンダーのゲル状態を起こす温度に設定し、成形材料に磁
場中で圧縮応力を加えて、成形空間内で成形、硬化させ
ることを特徴とする磁場中射出圧縮成形方法である。

【０００９】また、この発明は、２分割型となした上下
シリンダー内に嵌入した一対の対向するプランジャー間
に所定の成形空間を有し、シリンダー内の成形材料をプ
ランジャーで圧送する成形材料供給器の配管が該成形空
間に望ませてプランジャーの行程で当該射出供給を遮断
可能に上部シリンダーに配設され、上下シリンダーの外
周に設置した磁場発生用のコイルと、上下シリンダーを
異なる温度に設定する手段を有し、成形材料に磁場中で
圧縮応力を加えて、成形空間内で成形、硬化可能となし
たことを特徴とする磁場中射出圧縮成形機である。ま
た、この発明は、上記の構成において、成形空間の全部
あるいは所要部がプランジャーを嵌入したシリンダーと
は別個のシリンダーで構成された多数分割型シリンダー
を有する磁場中射出圧縮成形機を併せて提案する。

【００１０】

【作用】この発明による磁場中射出圧縮成形方法を図面
に基づいて詳述する。図１、図２はこの発明による磁場
中射出圧縮成形機の一実施例の構成を示す縦断説明図で
あり、図１は平行磁界、図２は直角磁界を形成する例を
示す。上下２分割型シリンダーは、上プランジャー３が
嵌入されて製品外形形状寸法に合わせた成形空間２をシ
リンダー内下部に有する上部シリンダー１と内に下プラ
ンジャー５が嵌入された下部シリンダー４とからなり、
上下のシリンダー１，５の外周にはコイル６，７が配設
され、さらに、上部シリンダー１には成形材料の供給系
が配設されるが、供給シリンダー１０内に収納された成
形材料をプランジャー１１で所要圧力を掛けて配管１２
を介して上部シリンダー１内の成形空間２に圧送する構
成であり、上部シリンダー１の外周部に貫通配置される
配管１２の出口、すなわち射出用ノズル１３は、上プラ
ンジャー３が上昇している際は解放され、圧縮成形のた
め下降した際には閉塞されて圧送が中断される構成から
なる。

【００１１】以上の構成からなる磁場中射出圧縮成形機
においては、成形材料の射出供給と圧縮成形を行なう機
能が３つのプランジャーに分かれていて、成形材料の射
出供給は圧縮用の上プランジャー３のストロークによっ
て行なわれる。すなわち、圧縮用の上プランジャー３の
先端部が射出用ノズル１３より上に位置した場合に射出
用ノズル１３は開の状態になり、上部シリンダー１の成
形空間２中に成形材料が射出供給される。この際、上部
シリンダー１は使用したバインダーのゾル状態を保持す
る温度に、また下部シリンダー４はそのゲル状態の温度
に設定しておき、上下のプランジャー３，５の間隔を一
定に保ったまま、上プランジャー３の先端部が射出用ノ
ズル１３より下に位置した場合にはノズルの先端は塞が
れて閉じた状態になる。この状態で上プランジャー３の
先端部が下部シリンダー４側に移動すると同時に、下プ
ランジャー５を上に押し上げると、コイル６，７に通電
して所定の磁場を発生させ、磁場中で成形材料は、先の
射出圧力に加えて圧縮応力が加わった状態で成形されて
ゲル化するために、成形体の生強度は著しく向上する。

【００１２】成形材料供給時に、成形材料がノズルを通
って逆流しないように射出供給用のプランジャー１１の
圧縮力を、圧縮用プランジャーの圧力より高く設定して
おく必要がある。射出量は、２つの圧縮用のプランジャ
ー３，５間の空隙の体積で決まるので、焼結後の寸法精
度を良くするためには、プランジャー３，５間の間隔を
精度良く設定しておく必要がある。さらに、この発明で
は圧縮用のプランジャーの圧力と当該プランジャー間隔
を変えることにより、射出量と圧力を調整できるために
非常に調整が容易である利点がある。また、複雑形状品
を作製するには、圧縮用の上部シリンダー１の外周から
種々の形状、寸法のピンを上プランジャー３の動きに合
わせて突出する機構を設けたり、シリンダーの形状及び
上下プランジャーの先端部の面に凹凸を付けることによ
り、ほぼ通常のＭＩＭ成形品と同程度の複雑形状品の成
形が可能である。さらには、成形空間の全部あるいは所
要部がプランジャーを嵌入したシリンダーとは別個のシ
リンダーで構成された多数分割型シリンダーを採用する
こともできる。成形材料にかける磁場方向は、図１に示
すごとくコイル６，７にてプランジャー３，５に対して
平行でも、図２に示すようにコイル８，９にてプランジ
ャー３，５に対して垂直でも可能であり、コイルの向き
を製品の形状、寸法に合わせて任意に選択できる。

【００１３】一般にダイラタンシィの大きな成形材料
は、従来の射出成形機では射出圧力が金型内まで伝播し
ないために、金型内で流動性が低下しショートショット
を起こしたり、成形圧力の低下により、特にバインダー
の結合力の弱い成形体では生強度が低下するという問題
があるが、この発明では所定の圧力で射出後、さらに圧
縮用のプランジャーで圧力を加えるために上記の問題は
解消される。換言すれば、この圧縮応力を併用した２段
階圧縮のために、成形材料の流動性、バインダーの結合
力を犠牲にして、水を含めたバインダーを減らすことが
可能であると同時に、成形後の脱水、脱脂時間を大幅に
短縮できる利点がある。

【００１４】成形後の成形体の取り出しは、シリンダー
の分割形式などにより種々異なるが、例えば図示の構成
では、まず下部シリンダー４を下プランジャー５の先端
部より下に下げ、次に上プランジャー３を上げることに
より下プランジャー５の上に載った成形体を取り出すこ
とができ、量産性に優れている。

【００１５】この発明において、ゾル・ゲル変態用のバ
インダーとしては、特に限定しないが、バインダーと希
土類成分との反応を抑制し、残留酸素、炭素量を低減で
きるメチルセルロース及び又は寒天と水を主成分とする
バインダーが好ましい。また一般にゾル・ゲル変態用の
バインダーを用いた場合、圧縮成形圧力は１００ｋｇ／
ｃｍ²以下の圧力で充分であり、通常のプレス成形の数
分の１から数十分の１の圧力で成形できるのでプランジ
ャーとシリンダーとの嵌合に際しての寸法精度も多少緩
やかにでき、またこの嵌合の精度を高くすれば、成形材
料がプランジャーとシリンダーとの隙間に入りにくくな
り、仮に入っても所謂かじりを起こすことがない。

【００１６】

【実施例】実施例１使用するゾル・ゲル変態用のバインダーとしてメチルセ
ルロースを用いた実施例について説明する。メチルセル
ロースは、水に溶解した後、約６０℃前後に加熱すると
溶解して弾性のあるゲル状物質となって固化し、約３５
℃以下に冷却すると粘性のあるゾル状物質となる。この
バインダーをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性材料に添加した成
形実験に基づいて説明する。平均粒径３．２μｍのＮｄ
１６．５ａｔ％−Ｂ５．７ａｔ％−Ｆｅ残部からなるＮ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性材料を用い、原料粉末１００に対
してバインダーとしてメチルセルロースを０．３０ｗｔ
％、滑剤としてマクセロンを０．１０ｗｔ％、水を１
５．０ｗｔ％添加して混練した成形材料を図１、図２に
示すごとく、プランジャー１１によって一定の圧力のか
かった供給シリンダー１０に投入し、上プランジャー３
をノズル１３より上に位置させて、プランジャー１１の
圧縮圧力により、成形材料がノズル１３を通って上下プ
ランジャー３，５に挟まれた成形空間２内に射出供給し
た。上下プランジャー３，５の間隔を一定に保ったまま
上部シリンダー１から６０℃に保温された下部シリンダ
ー４に移動させると、まず上プランジャー３の先端部が
ノズル１３より下になるために、ノズル１３は自動的に
閉じられ、その後、上下プランジャー３，５で圧縮圧力
をかけて、ゲル硬化した成形体を得た。次いで、下部シ
リンダー４を下プランジャー５の先端部より下に下げ、
次に上プランジャー３を上げることにより、下プランジ
ャー５の上に載った成形体を取り出すことができた。

【００１７】上記の成形材料を上記方法で直角磁界と平
行磁界の両方法で金型を変えて成形した。成形体の大き
さは１５×１５×５ｍｍで、磁場は１５ｋＯｅで、磁場
方向は５ｍｍの厚み方向である。キャビティ内の圧縮圧
力は２０ｋｇ／ｃｍ²で行なった。また成形材料供給用
の圧縮圧力は３０ｋｇ／ｃｍ²である。この成形体を、
真空中で室温から１００℃まで昇温速度１００℃／Ｈで
昇温し、脱バインダーを行なった。さらに加熱して１１
００℃で１時間保持して焼結した。焼結完了後にＡｒガ
スを導入して７℃／分の速度で８００℃まで冷却し、そ
の後１００℃／時間で冷却して５５０℃、２時間保持す
る時効処理を施した。このような条件下で成形したＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ焼結合金に、ボイド、巣といった製品欠陥は
全く認められず良好な状態であった。また金型からの離
型性も良好で、プランジャー３，５とシリンダー１，４
の隙間に成形材料が入り込むようなこともなかった。

【００１８】また、比較のために、上記原料粉末を磁場
中（１１ｋＯｅ）でプレス圧力（２Ｔｏｎ／ｃｍ²）で
プレス成形し、実施例と同一条件で焼結した試料の磁気
特性の測定結果を表１に実施例の測定結果とともに示
す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１の測定結果から明らかなように、本発
明装置による成形体の試料の磁気特性は、通常のプレス
成形による試料のそれより僅かに低いものの、ほぼ同程
度の磁気特性のものが得られることが分かる。また、こ
の装置では磁場方向と圧縮方向でほとんど有意差が認め
られない。これは圧力がほぼ等方的にかかっていること
を表している。特に、従来より圧粉プレス成形ではＲ−
Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系永久磁石の薄板、薄肉リング
の作製が困難であったが、この発明による装置を用いる
と、このような厚み３ｍｍ以下の薄物の成形には非常に
適していることがわかる。

【００２１】

【発明の効果】この発明による磁場中射出圧縮成形方法
並びに成形機は、従来の射出成形機では、シリンダーと
金型が離れているために、どうしてもスプール、ランナ
ーが発生するが、この装置ではかかる余剰部が発生しな
いために、リサイクルの難しい磁性材料のような材料に
は最も適した方法であり、また大量生産用の装置として
も適した成形機である。以上のように、この発明はダイ
ラタンシィの大きな可塑性をもつ混練物の射出成形に最
適であり、また装置が比較的安価に作製できるために、
比較的形状の単純な磁性材料の磁場中射出成形に適した
成形方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による磁場中射出圧縮成形機の一実施
例の構成を示す縦断説明図であり、平行磁界を形成する
例を示す。

【図２】この発明による磁場中射出圧縮成形機の一実施
例の構成を示す縦断説明図であり、直角磁界を形成する
例を示す。

【符号の説明】

１上部シリンダー２成形空間３上プランジャー４下部シリンダー５下プランジャー６，７，８，９コイル１０供給シリンダー１１プランジャー１２配管１３射出用ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２分割型となしたシリンダー
内に嵌入した一対の対向するプランジャー間に所定の成
形空間を形成し、該空間に成形材料を圧送する経路をプ
ランジャーの行程で当該圧送を遮断可能に一方のシリン
ダーに配設し、ゾル・ゲル変態を起こすバインダーを用
いた永久磁石用原料粉末からなる成形材料を該成形空間
へ射出供給し、材料の充填を完了した後、プランジャー
の行程で射出供給を遮断し、少なくとも該圧送経路を設
けないシリンダーをバインダーのゲル状態を起こす温度
に設定し、成形材料に磁場中で圧縮応力を加えて、成形
空間内で成形、硬化させることを特徴とする磁場中射出
圧縮成形方法。
【請求項２】２分割型となした上下シリンダー内に嵌
入した一対の対向するプランジャー間に所定の成形空間
を有し、シリンダー内の成形材料をプランジャーで圧送
する成形材料供給器の配管が該成形空間に望ませてプラ
ンジャーの行程で当該射出供給を遮断可能に上部シリン
ダーに配設され、上下シリンダーの外周に設置した磁場
発生用のコイルと、上下シリンダーを異なる温度に設定
する手段を有し、成形材料に磁場中で圧縮応力を加え
て、成形空間内で成形、硬化可能となしたことを特徴と
する磁場中射出圧縮成形機。
【請求項３】成形空間の全部あるいは所要部がプラン
ジャーを嵌入したシリンダーとは別個のシリンダーで構
成された多数分割型シリンダーを有する請求項２に記載
の磁場中射出圧縮成形機。