JPS61247009A - 永久磁石材の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、磁性化合物粉末（以下、単に「磁粉」と記
す）を圧縮方向に平行な磁場中で圧粉成形するようにし
た永久磁石材の製法に関する。

〔背景技術〕

一般の永久磁石の中で、フェライトやアルニコにつぐも
のとして、希土類元素と遷移金属との比が１＝５、ある
いは２：１７の永久磁石が現れた。このものは、その特
徴として２０〜３０ＭＧ・Ｏｅにも及ぶ高いエネルギー
積と大きな保持力を有することから、磁石の薄型化を可
能とさせる。

一般的な薄板状永久磁石の製法では、磁粉を磁場中成形
して焼結したのち所望の熱処理を施し、磁気的に硬化さ
せたブロックを所望の厚さにスライスするようになって
いる。しかし、前述のスライス時の材料ロスの占める割
合が薄板になればなるほど多くなり、これが特に希土類
磁石のように高価な希土類元素を用いるものにおいては
コスト高の一要因となっていた。そこで、磁場中成形時
に、最終製品に近い厚みのものを成形し、焼結・熱処理
後のスライス工程を省く製法が試みられた。

しかし、圧粉成形体の厚みが薄くなればなるほど、圧粉
成形するときに、金型内に充填された磁粉が、均一に分
散された状態で、圧粉成形される必要がある。というの
は、均一に分散充填されていない状態で圧粉成形すると
、クラックの入った圧粉成形体ができたり、成形時にク
ラックが入らなくとも割れやすい成形体となったりする
ためである。この分散の不均一が不良品頻発の原因のひ
とつとなっている。このような磁粉の充填の際に、不均
一分散が生じる原因を、圧縮方向に平行な磁場をかける
磁場中成形装置の一例を示した第４図を参照しながら説
明する。

この装置は、空心コイルｌを有するとともに、その内側
において、基台〔一般にＳＫ材（工具鋼）などが用いら
れる〕　２と、その上にある成形用金型３を有している
。成形用金型３とは、外型（一般に非磁性超硬合金など
が用いられる）４．磁粉を圧縮する上パンチ型（一般に
ＳＫ材などが用いられる）６．および基台２のすぐ上に
配される下パンチ型（一般にＳＫ材などが用いられる）
７からなっており、圧縮方向が空心コイル１のつくる磁
場の方向に平行になるように配置されている。上パンチ
型６にはシリンダロンド（一般にＳＫ材などが用いられ
る）８から、空心コイル１のつくる磁場に平行な方向に
圧力が加えられるようになっている。そして、空心コイ
ル１の外側には、磁路となるヨーク（一般に電磁軟鉄ま
たは低炭素鋼などが用いられる）９が設けられている。

この装置の成形用金型３の型穴に磁粉を充填し、空心コ
イル１に直流電流を通じて加圧方向に平行な磁場を発生
させ所望の圧力まで加圧して圧粉成形体５を成形する。

磁粉が、例えば、希土類磁性化合物粉末（以下、単に「
希土類磁粉」と記す）である場合には、通常、１０ＫＯ
ｅから２０ＫＯｅ程度の強さの磁場が、空心コイル１に
よって、磁場中成形時に印加される。この磁場の働きで
、上パンチ型６と下パンチ７の間に充填された磁粉同士
が、その磁化容易軸が揃うように粒子配向されながら、
圧粉成形される。しかし、配向させるための磁場が、前
記の程度の強さとなると、少なからず、強度分布の不均
一性が目立ってくる。というのは、上下パンチ型６，７
や周知の支柱等（図示されていない）によっても磁路が
形成されており、磁場強度分布は、これら磁場を形成す
る他部材の形状により大きく影響されるからである。特
に重要となる上下パンチ型６．７の中心付近の磁場強度
と、その外周付近の磁場強度とは同一の磁場強度でなく
、パンチ型の中心付近との間で、どうしても数百０ｅ程
度の磁場勾配が生ずる。

希土類磁粉として、通常、４〜５μｍ程度の粒径の微粉
末が使われるけれども、この微粉末をパンチ型間に均一
に分散するように充填しても、前記の数百０ｅ程度の磁
場勾配によって、微粉末が磁場の強い方に引き寄せられ
てしまうため、充填後に粗密が生じてしまう。したがっ
て、前述のように成形体にクラックが発生するという問
題が生じるのである。

〔発明の目的〕

この発明は、印加磁場分布の不均一に伴う成形時の充填
磁粉の分散の粗密を阻止し、成形体にクランクが発生し
ないと同時に、良好な配向度が維持できる永久磁石材の
製法を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、鋭意探究の結果、発明者らは
、つぎのようなことを見い出した。すなわち、金型内に
磁粉を充填したのち、この磁粉に対し、磁場を印加しな
い状態で一定の押し込みをして密度を高めたのち、磁場
印加をするようにすれば、前述した数百０ｅ程度の磁場
勾配であっても、磁粉が拘束されているため、磁場の強
いところに引かれていって不均一に分散すると言うよう
なことがなく、しかも、粒子の配向度も確保できるとい
うことを見い出したのである。この知見によって完成さ
れたこの発明は、磁性化合物粉末を圧縮方向と平行な磁
場中で圧粉成形する工程を含む永久磁石材の製法におい
て、前記圧粉成形動作による前記磁性化合物粉末の押し
込みがある程度なされたのちに、前記磁場の印加が開始
されるようにしたことを特徴とする永久磁石材の製法を
要旨とする。以下、この発明を、その実施例に基づいて
詳述する。

第１図は、この発明の実施に使用する圧粉成形体の作成
装置をあられしたものである。この作成装置における圧
粉成形のための金型は、つぎのような構成となっている
。下パンチ型１１と上パンチ型・１２とが上下に対向し
て配置されていて、上パンチ型１２は上ラム１６によっ
て上下動される。通常、この下パンチ型１１と上パンチ
型１２とは磁性鋼材で形成されている。下パンチ型１１
には、その軸方向に貫通孔が形成され、この貫通孔にコ
アロッド１４が摺動可能に挿入されているとともに、こ
の下パンチ型１１の外周面には、摺動可能に包囲する外
型１３が嵌められている。通常、このコアロッド１４と
外型１３とは非磁性鋼材で形成されている。そして、第
１図にみるように、外型１３およびコアロッド１４が、
下パンチ型１１の上面から上に突出するように位置する
ことによって、リング状の磁粉充填空間１７が形成され
るようになっている。

このようにして構成されている金型による圧粉成形動作
は、つぎのようにしてなされる。磁粉が、第１図にみる
ように、充填空間１７に充填される。そのあと、上ラム
１６の下への移動に伴って、上パンチ型１２がこの充填
空間１７内に侵入して磁粉を圧縮していく。一方、空心
コイル１８による磁場も、適当なタイミングで印加され
ている。このようにして、磁粉の、磁場中における圧粉
成形がなされる。

なお、下パンチ型１１が位置固定されたままで、下ラム
１５の上下動に伴って、コアロッド１４と外型１３とは
一体的に上下動するように構成されている。そのため、
下ラム１５の上下動に伴い、充填空間１７の深さが変わ
ることとなるので、磁粉の充填厚みを自由に変えること
ができる。次に、この装置を用いて、磁粉の圧粉成形を
おこない、さらに、焼結・熱処理をおこなった実施例に
ついて述べる。

（実施例１） 以下の実施例に使われる磁粉はつぎのようにして製造さ
れたものである。希土類元素Ｓｍ（サマリウム）と遷移
金属Ｃｏ　（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｚ
ｒ（ジルコニウム）の総和が、原子比で１ニア、５の組
成となっている希土類磁性化合物インゴットを、まず、
粗粉砕する。そのあと、ジェットミルを使って、Ｎ、（
チッソガス）気流中で、この粗分砕片を平均粒径４μｍ
の磁粉末に粉砕する。この希土類磁粉をつぎに示す条件
で、圧粉成形および焼結・熱処理をおこなった〈圧粉成
形条件〉 成形圧カー　１．２　ｔｏｎ／ｃｎ＋”上パンチ型の下
降速度・・・０．２３ｍｍ／秒加圧方向に平行な磁場（
配向磁場）・・・２０ＫＯｅ充填空間１７への充填厚み
・・・４．４　ｇｍおよび７．０ｆｉ 圧粉成形後の外径・・・４５日 圧粉成形後の内径・・・２６ｍｍ 圧粉成形後の厚み・・・１．１ｍｍ（充填厚み４．４ｆ
ｌの場合） ・・弓、８ｗ（充填厚み７．０額の 場合） 〈焼結・熱処理条件〉 焼結温度・・・１２００℃ 焼結時間・・・１時間 雰囲気・・・減圧後アルゴンガス導入 熱処理・・・１１５０℃にて１時間溶体化処理後急冷 なお、熱処理後の外径は３６龍であり、内径は２１ｆｉ
であった。

以上の条件において、磁場を印加するタイミングをいろ
いろかえてリング状の圧粉成形体を作成して、クランク
の発生状況を観察し、さらには、焼結成形体を作成して
その配向度を測定した。成形前の厚みから、成形後の厚
みを差し引いた全押し込み量と時々刻々の押し込み量と
の比の百分率（以下、「押し込み割合」と記す）と、ク
ランクの有無、変色の有無、および、配向度の関係を第
１表に示した。さらに、この押し込み割合と配向度の関
係をグラフにして第２図および第３図に示した。なお上
パンチ型１２の送り速度が定速のため、押し込み割合と
圧粉成形動作開始から磁場印加開始までの経過時間とは
、１対ｌに対応している。また、圧粉成形体の変色は、
希土類磁粉の偏在によって、リング状の成形体上に一定
幅の同心円状の模様となってあられれる。この変色が生
じた圧粉成形体のリング内外縁は、希土類磁粉の密度が
低くて、非常にくずれやすくなっている。そして、この
磁粉密度の低い部分にクランクが多数発生した。このと
き、上下パンチ型１１．１２間のリング面における磁場
勾配は、中央域が最も高くなっており、内外周縁域は低
くなっている。絶対値としては５０００ｅ程度であった
。

配向度は、Ｘ線回折法によって、配向方向（リング面方
向）からＸ線を走査させて、０面からの回折ビークΣ（
ｏｏｊりとその他の回折ピークΣ（ｈｋｉりの強度比を
測定し、この測定結果から求めた。

第１表にみるように、圧粉成形動作開始から磁場の印加
タイミングを順次おくらせると、磁場勾配による希土類
磁粉のかたよりが阻止され、それに伴う成形体のクラン
クの発生が阻止できる。

配向度も、第２図および第３図にみるように、磁場の印
加タイミングと密接な関係がある。パンチ型に磁場勾配
があって、圧粉成形体における希土類磁粉の密度が成形
体リングの中央が高くて、その周縁部が低いような不均
一状態では、高い配向度は得られない。希土類磁粉のか
たよりに伴う変色が認められなくなった付近（押し込み
割合でいえば３５％付近）で配向度がもっともよくなっ
ている。

結局、磁場の印加が、第１表にみるように、クランク発
生阻止および配向度の観点から、押し込み割合が３０％
から５０％の間になされるのがもっとも効果的である。

押し込み割合が７０％を越えると配向度が実用にならな
い程に低下してしまうので、押し込み割合が７０％を越
えない範囲で磁場印加を開始することが望ましい。圧粉
成形体が薄いとクラックが発生しやすいので、圧粉成形
体が薄くなるほど、この発明は有用である。

（実施例２） 充填空間１７への希土類磁粉の充填厚みを４．４籠とし
、押し込み割合が約３５％（経過時間では５秒に相当す
る）となったときに、磁場印加を開始するとともに、上
パンチ型の下降を止めて、圧粉成形動作をいったん停止
し、１０秒後に、再び圧粉成形動作を開始させるように
して、圧粉成形体を作成した。・ただし、これ以外の条
件は実施例１と同じである。

焼結成形体を１０個作成し、配向度を測定した。比較の
ため、圧粉成形動作の１０秒間のいったん停止動作を全
くせず、連続的に圧粉成形動作とする以外は、実施例２
と全く同じ条件で、焼結成形体を１０個作成し、配向度
を測定した。両者の測定結果を、第２表に示した。第２
表にみるように、実施例２の方が配向度自体よくなると
ともに、その変動の幅も少なくなっている。つまり、磁
場印加直後は、いったん、一定期間圧粉成形動作を停止
するようにすると配向度が向上するのである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明は、圧粉成形動作による
磁粉の押し込みがある程度なされたのちに、磁場の印加
が開始されるようにして圧粉成形するようにしているた
め、印加磁場分布の不均一に伴う圧粉成形時の磁粉の分
散の粗密を阻止し、クラックのない圧粉成形体を得るこ
とができるとともに、その配向度も十分に維持確保でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法の実施に使用する圧粉成形体
の作成装置の概略断面図、第２図および第３図は、磁場
印加の開始時の押し込み割合と配向度の関係を示したグ
ラフ、第４図は、他の、圧粉成形体の作成装置の概略断
面図である。 １１・・・下バンチ型　１２・・・上パンチ型　１３・
・・外型　１４・・・コアロッド　１７・・・充填空間
　１８・・・空心コイル 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第１図 第２図 成」ｉロ加ダイＳンク゛ 押し込み割合 第３図 ｍ嘱ｒｐ加ダ４ミング 押し込み割合 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性化合物粉末を圧縮方向と平行な磁場中で圧粉
   成形する工程を含む永久磁石材の製法において、前記圧
   粉成形動作による前記磁性化合物粉末の押し込みがある
   程度なされたのちに、前記磁場の印加が開始されるよう
   にしたことを特徴とする永久磁石材の製法。
2. （２）磁性化合物粉末の押し込みの厚みが、成形前の厚
   みから成形後の厚みを差引いた全押し込み厚みの７０％
   以下である間に、磁場の印加が開始されるようにした特
   許請求の範囲第１項記載の永久磁石材の製法。
3. （３）磁性化合物粉末の押し込みの厚みが、成形前の厚
   みから成形後の厚みを差引いた全押し込み厚みの３０％
   以上で、かつ、５０％以下である間に、磁場の印加が開
   始されるようにした特許請求の範囲第２項記載の永久磁
   石材の製法。
4. （４）磁場印加の開始と同時に、圧粉成形動作が、いっ
   たん所定期間停止されたあと、前記圧粉成形動作が再開
   継続されるようにした特許請求の範囲第１項から第３項
   までのいずれかに記載の永久磁石材の製法。