專(zhuān)利名稱(chēng)：稀土合金粉末的壓型體制造方法、成形裝置及稀土磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土合金粉末的壓型體制造方法、稀土磁鐵以粉末成形裝置，尤其涉及具有對(duì)稀土合金粉末以多級(jí)填充及多級(jí)成形的方式的、用于稀土磁鐵的粉體壓制方法。
迄今，在將磁性粉末填充到粉體成形裝置(壓制裝置)的模腔內(nèi)并單純地將其壓縮時(shí)，粉末粒子的磁矩變成了朝向無(wú)序方位。對(duì)此，若在模腔內(nèi)形成磁場(chǎng)，并且在該磁場(chǎng)內(nèi)將磁性粉末進(jìn)行取向壓縮，則可制作使粉末粒子沿最佳方位取向的壓型體。如果能由磁性能優(yōu)良的稀土合金粉末制作這樣的壓型體，則可制造高性能的各向異性的磁鐵。
圖1示出了使磁性粉末沿徑向方向取向時(shí)所使用的有代表性的成形裝置。圖1的裝置包括具有貫穿孔道的沖模10；具有與沖模10的貫通孔道的內(nèi)壁面相對(duì)向的外周面的磁性體磁芯12；與沖模10的貫通孔道相對(duì)、由下方插入的圓筒形下沖頭14；與沖模10貫通孔道相對(duì)、由上方插入的圓筒形上沖頭16。磁性體磁芯12是由上磁芯12a及下磁芯12b組成，上磁芯12a及下磁芯12b分別插入上沖頭16及下沖頭14的磁芯孔中。上磁芯12a及下磁芯12b是由強(qiáng)磁性材料形成的，而上沖模16及下沖模14則由非磁性材料形成。
圖1所示的沖模10具有由強(qiáng)磁性材料所形成的上側(cè)部分(磁性體部分)10a與由非磁性材料所形成的下側(cè)部分(非磁性體部分)10b層壓的結(jié)構(gòu)。該圓筒形空間的上側(cè)由上沖頭16堵塞，下側(cè)由下沖頭14堵塞。這樣，通過(guò)磁芯12的外周面、沖模10的內(nèi)壁面以及下沖頭的上端面形成填充粉末的“模腔”。在模腔內(nèi)所填充的磁性粉末24由上沖頭16與下沖14挾著并壓縮成形。模腔由下沖頭14的上端面、磁芯12的外周面以及沖模10的磁性體部分10a的內(nèi)壁面所決定。但是，在沖模10的貫穿孔道的內(nèi)側(cè)面設(shè)置有由非磁性材料所形成的圓筒形套筒11，在使用中，在非磁性體部分與強(qiáng)磁性體部分之間產(chǎn)生斷層差，取出下型體時(shí)，就不會(huì)傷壓型體，在該種情況下，模腔由下沖頭14的上端面、磁芯12的外周面以及套筒11的內(nèi)壁面所決定。
為了在上述模腔內(nèi)形成徑向磁場(chǎng)，具有上線(xiàn)圈20與下線(xiàn)圈22。由上線(xiàn)圈20所形成的磁場(chǎng)與由下線(xiàn)圈22所形成的磁場(chǎng)在磁性體磁芯12的中央部分附近發(fā)生相斥，形成由磁芯12的中心部分向沖模10以放射形擴(kuò)展的徑向磁場(chǎng)。圖1中的箭頭模擬地示出磁性體內(nèi)的磁通。
為了提高制作的壓型體的取向度，需要在模腔內(nèi)形成強(qiáng)的徑向磁場(chǎng)。為了提高徑向磁場(chǎng)的強(qiáng)度，除增加向線(xiàn)圈20及22供給電力之外，最好是使磁芯12的尺寸和材料最佳化。然而，增加對(duì)線(xiàn)圈供電會(huì)使制造成本上升，還會(huì)引發(fā)發(fā)熱的問(wèn)題。此外，磁芯尺寸(磁芯的粗度)由應(yīng)該制作的壓型體內(nèi)徑所限定，而且磁芯材料的改進(jìn)也有界限。
為此，在制造沿軸向向長(zhǎng)拉伸的圓筒形磁鐵時(shí)，為了外加充分強(qiáng)度的取向磁場(chǎng)，實(shí)施了多次反復(fù)粉末填充工序與加壓工序的多級(jí)成形工序。若使用多級(jí)成形法，即使在制作長(zhǎng)圓筒形壓型體時(shí)，由于沿軸向分割，反復(fù)進(jìn)行粉末填充/取向壓縮循環(huán)，所以可縮短每1個(gè)周期的模腔的長(zhǎng)度，因此，可提高在模腔內(nèi)所形成的徑向磁場(chǎng)的強(qiáng)度。
以下參照?qǐng)D1、圖2A及圖2B，說(shuō)明多級(jí)填充法的已有例。
首先，如圖1所示，將模腔中所填充的磁性粉末24在取向磁場(chǎng)中加壓，制作第1級(jí)的壓型體26(第1級(jí)的取向壓縮工序)。此后，如圖2A所示，向第1級(jí)壓型體26的上方所形成的模腔內(nèi)填充第2次的磁性粉末24，并在取向磁場(chǎng)內(nèi)對(duì)磁性粉末24加壓(第2級(jí)的取向壓縮工序)。此外，在第2級(jí)的取向壓縮工序中，模腔由上一次形成的第1級(jí)的壓型體26的上面、磁芯12的外周面以及沖模10的磁性體部分10a的內(nèi)壁面規(guī)定。如圖2B所示，通過(guò)第2級(jí)的取向壓縮工序，在第1級(jí)壓型體26上形成第2級(jí)壓型體28，兩個(gè)壓型體整體化而形成了一個(gè)壓型體30。
這樣，若多次反復(fù)進(jìn)行粉末填充工序和取向壓縮工序，則沖模10的磁性體部分10a的軸向尺寸L(參照?qǐng)D1)不受限制，可制造出具有所希望的軸向長(zhǎng)度的各向異性的環(huán)形磁鐵。進(jìn)行這種多級(jí)填充和成形的各向異性環(huán)形磁鐵的制造方法，例如在特開(kāi)平9-233776號(hào)公報(bào)中已公開(kāi)。
然而，利用上述已有技術(shù)所制造的各向異性磁鐵，在其第1級(jí)壓型體26與第二級(jí)壓型體28的界面層部分發(fā)生取向無(wú)序，因此在界面層部分發(fā)生磁化程度不良的問(wèn)題。
圖3示出由已有多級(jí)成形方法所制造的環(huán)形磁鐵(圓筒形磁鐵)外周面一側(cè)的表面磁通密度(Bg)曲線(xiàn)圖。這里是制作了表面加工后的尺寸為外徑16.4mm、內(nèi)徑10.5mm，軸向長(zhǎng)度20mm的環(huán)形磁鐵并進(jìn)行了評(píng)價(jià)。圖中用實(shí)線(xiàn)表示外周側(cè)面的表面磁通密度(Bg)。用高斯計(jì)進(jìn)行了測(cè)定，用測(cè)定探測(cè)器掃描了磁鐵表面。在圖3的曲線(xiàn)圖中，區(qū)域B相當(dāng)于第2級(jí)壓型體28的測(cè)定值，區(qū)域C相當(dāng)于第1級(jí)壓型體26的測(cè)定值。
圖4是成為測(cè)定對(duì)象的圓筒形磁鐵32的透視圖。圖4上所示的磁鐵32(與壓型體30相對(duì)應(yīng))的圖中左側(cè)與成形裝置的上側(cè)(加壓方向上側(cè))相對(duì)應(yīng)。
由圖3的曲線(xiàn)可看出，在第1級(jí)壓型體26與第2級(jí)壓型體28的界面層部分觀(guān)察到表面磁通密度(Bg)大幅度下滑凹陷。在界面層部分的表面磁通密度(Bg)下降到其他部分的表面磁通密度(Bg)的最大值約60％。
本發(fā)明人認(rèn)為此種磁通密度(Bg)的局部下降是由于下列原因所產(chǎn)生的。即是說(shuō)，如圖2A及圖2B所示，在將第1級(jí)的壓型體26設(shè)置在下沖頭14的上面的狀態(tài)下進(jìn)行第2級(jí)取向壓縮工序時(shí)，作為磁性體的第1級(jí)壓型體26中磁通漏出，發(fā)生了徑向磁場(chǎng)的分布不均勻。這是因?yàn)橛上麓判?2b供給的磁通與第2次填充的稀土合金粉末24相比較，在比較容易磁通的第1級(jí)壓型體26的上端面附近集中所致。這樣，磁通與透磁率高的第1級(jí)壓型體26的上部接近，由磁芯12b向磁性體部分10a延伸，其結(jié)果，在第1級(jí)壓型體26與第2級(jí)壓型體28的表面層以及其附近部分，徑向磁場(chǎng)的分布發(fā)生顯著的不均勻。這意味著取向磁場(chǎng)的半徑方向成分少，軸向成分增加。若取向磁場(chǎng)的軸向成分增加，則磁性粉末24的取向無(wú)序，取向度下降。
即使在第1級(jí)取向壓縮工序中所形成的徑向磁場(chǎng)分布中無(wú)序少，若在第2級(jí)取向壓縮工序中的形成的徑向磁場(chǎng)分布發(fā)生無(wú)序，則不僅第2級(jí)壓型體28，就連第1級(jí)壓型體26也發(fā)生取向無(wú)序。這是因?yàn)?，即使磁性粉?4一旦處于取向被壓縮的狀態(tài)，例如在0.4MA/m以上的強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生粒子的再取向所致。若在磁性粉末24中添加潤(rùn)滑劑，則粉末粒子的轉(zhuǎn)動(dòng)變得更加容易，因此，第1級(jí)壓型體26中的取向無(wú)序變得更強(qiáng)。此外，在第2級(jí)的取向壓縮工序中，外加取向磁場(chǎng)愈是強(qiáng)力的，則第1級(jí)壓型體26的取向度愈變得不良。
此外，可以認(rèn)為與制造粘接磁鐵時(shí)相比較，制造燒結(jié)磁鐵時(shí)容易產(chǎn)生取向度下降。這是因?yàn)?，形成燒結(jié)用磁鐵粉末時(shí)，要使粉末的壓縮密度變得比較小，因此第1級(jí)成形體26很容易受到無(wú)序磁場(chǎng)的影響。
還有，在燒結(jié)由過(guò)去的多級(jí)成形法所制作的壓型體時(shí)，還存在著所得到的燒結(jié)體尺寸精度不良的問(wèn)題。其原因是，稀土燒結(jié)磁鐵合金粉末在未進(jìn)行造粒(粉末形狀的加工)時(shí)，流動(dòng)性極其缺乏，很難以均勻的密度將其填充到模腔之內(nèi)。還有，對(duì)于圓筒形模腔難于填充預(yù)計(jì)量的粉末。這是因?yàn)椋寡b有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)本來(lái)應(yīng)該填充量的粉末的供料箱向模腔移動(dòng)，粉末自由地落下之后，供料箱的底部邊緣使填充到模腔內(nèi)的粉末受損，在這種情況下，每次給料由于填充密度發(fā)生變更，而使粉末的填充量發(fā)生變化。
在已有的加壓動(dòng)作方面，沖模及沖頭的動(dòng)作控制，假定模腔中的粉末填充密度是均勻地進(jìn)行的，壓縮時(shí)的沖模及沖頭的位置每次都與預(yù)先設(shè)定的位置相符合。因此，在粉末填充密度發(fā)生偏差時(shí)，成形密度也發(fā)生偏差，其結(jié)果，燒結(jié)時(shí)的收縮率也發(fā)生差異，因此便產(chǎn)生了燒結(jié)體的尺寸在成形方向(高度方向)及厚度方向上發(fā)生偏差的問(wèn)題。
本發(fā)明是鑒于上述各種問(wèn)題而提出的，其主要目的在于，提供一種即使在進(jìn)行多級(jí)填充及成形時(shí)，也能夠制作出控制了取向度局部下降的高質(zhì)量成形體的稀土合金粉末的成形方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種使用由上述成形方法所制造的徑向取向壓型體的、磁特性?xún)?yōu)良的永久磁鐵。
本發(fā)明的稀土合金粉末的成形體制造方法，采用具有層壓非磁性體部分與磁性體部分并有貫穿孔道的沖模、和具有與所述沖模具貫穿孔道的內(nèi)壁面相對(duì)向的外周面的磁性體磁芯、和從下方向所述沖模貫穿孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的下沖頭、和從上方向所述沖模貫穿孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的上沖頭的成形裝置；多次反復(fù)地進(jìn)行將稀土合金粉末填充到通過(guò)將所述下沖頭插入所述沖模貫穿孔道所形成的模腔內(nèi)的粉末填充工序，以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述稀土合金粉末加壓的壓縮工序；在進(jìn)行第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序時(shí)，將第n級(jí)取向壓縮工序中所形成的壓型體的上端面設(shè)置在所述沖模磁性體部分下端面的上側(cè)。
本發(fā)明的稀土合金粉末的壓型體制造方法，多次反復(fù)地進(jìn)行將稀土合金粉末填充到第1磁性體部件與第2磁性體部件之間的取向空間所形成的模腔內(nèi)的粉末填充工序，以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述稀土合金粉末的取向壓縮工序；在進(jìn)行第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序時(shí)，將在第n級(jí)取向壓縮工序中所形成的壓型體至少一部分設(shè)置在所述第1磁性體部件與第2磁性體部件之間的取向空間內(nèi)。
將所述模腔內(nèi)的所述取向磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.4MA/m以上，是理想的。
也可以在所述稀土合金粉末中添加潤(rùn)滑劑。
第n級(jí)粉末填充工序中向所述模腔內(nèi)所填充的稀土合金粉末量多于第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))粉末填充工序中向所述模腔內(nèi)所填充的稀土合金粉末量，是理想的。
在所述第n+1級(jí)的取向壓縮工序中，所述第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體上端面與所述沖模磁性體部分的下端面之間的高度差定為3mm以上。
在第n+1級(jí)的取向壓縮工序中，將所述第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體在所述取向空間內(nèi)的部分的高度定為3mm以上，是理想的。
在理想的實(shí)施例中，所述稀土合金粉末是由R-T-(M)-B系合金形成的，式中的R是表示含有Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中至少一種元素的稀土元素，T是表示鐵或鐵與鈷的混合物，M是表示添加元素，B是表示硼。
在理想的實(shí)施例中，所述壓型體具有圓筒形狀，所述取向磁場(chǎng)是徑向磁場(chǎng)。
所述第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體的密度為3.5g/cm3以上，是理想的。
在理想的實(shí)施例中，邊外加所述取向磁場(chǎng)邊對(duì)稀土合金粉末加壓的取向壓縮工序包括對(duì)所述模腔內(nèi)填充的稀土合金粉末所加壓力進(jìn)行測(cè)定的工序。
在理想的實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)所述稀土合金粉末所加壓力的控制，來(lái)調(diào)節(jié)在所述取向壓縮工序中所形成的壓型體的密度。
本發(fā)明的稀土磁鐵的制造方法，將由上述任一所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法所制造的壓型體進(jìn)行燒結(jié)，通過(guò)該燒結(jié)得到永久磁鐵。
本發(fā)明的稀土磁鐵，是通過(guò)多次反復(fù)進(jìn)行將稀土合金粉末填充到模腔的粉末填充工序，以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述稀土合金粉末加壓的取向壓縮工序制造的；在由第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序所形成的上側(cè)壓型體與由第n級(jí)的取向壓縮工序所形成的下側(cè)壓型體的界面層部分的表面磁通密度，為另一部分表面磁通密度的最高值的65％以上。
本發(fā)明的粉末成形裝置，包括使非磁性體部分與磁性體部分層壓狀態(tài)存在并具有貫穿所述非磁體部分及磁性體部分的貫穿孔道的沖模；具有與所述沖模的貫通孔道內(nèi)壁面相對(duì)向的外周面的磁性體磁芯；從下方向所述沖模的貫通孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的下沖頭；從上方向所述沖模的貫通孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的上沖頭；將磁性粉末填充到通過(guò)將所述下沖頭插入所述沖模所形成的模腔的粉末供給裝置；對(duì)所述模腔內(nèi)所填充的磁性粉末外加取向磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器；控制所述沖模與所述下沖頭的相對(duì)位置的第1控制器；控制所述上沖頭與所述下沖頭的相對(duì)位置的第2控制器；并且是使向所述模腔內(nèi)填充磁性粉末的粉末填充工序以及邊外加所述取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述磁性粉末加壓的取向壓縮工序多次反復(fù)地工作的粉末成形裝置；所述第1控制器在進(jìn)行第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序時(shí)，控制所述沖模與所述下沖頭的相對(duì)位置，使第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體的上端面設(shè)置在所述沖模磁性體部分下端面的上側(cè)。
在理想的實(shí)施例中，還包括測(cè)定施加給所述磁性粉末壓力的壓力傳感器。
在理想的實(shí)施例中，所述壓力傳感器包括檢測(cè)所述上沖頭或所述下沖頭應(yīng)變的應(yīng)變片。
在理想的實(shí)施例中，所述第2控制器根據(jù)由所述壓力傳感器所測(cè)定的壓力來(lái)控制所述上沖頭與所述下沖頭的相對(duì)位置。
本發(fā)明的稀土合金粉末的壓型體制造方法，包括由沖模及下沖頭形成第1模腔的第1模腔形成工序；向所述第1模腔填充稀土合金粉末的第1粉末填充工序；在給所述第1模腔內(nèi)的粉末施加的壓力達(dá)到第1給定值時(shí)，對(duì)所述第1模腔內(nèi)所填充的粉末進(jìn)行壓縮的第1壓縮工序；在所述第1壓縮工序之后，使沖模及下沖頭相對(duì)移動(dòng)，在所述被壓縮的粉末上方，形成第2模腔的第2模腔形成工序；向所述第2模腔內(nèi)填充粉末的第2粉末填充工序；在給所述第2模腔內(nèi)填充的粉末施加的壓力達(dá)到第2給定值時(shí)，對(duì)所述第2模腔內(nèi)所填充的粉末進(jìn)行壓縮的第2壓縮工序。
在理想的實(shí)施例中，包括存儲(chǔ)由所述第1壓縮工序所形成的壓型體上端位置的存儲(chǔ)工序；根據(jù)所述上端位置，使沖模及下沖頭相對(duì)移動(dòng)并形成所述第2模腔的第2模腔形成工序。
在理想的實(shí)施例中，所述第1模腔及第2模腔均為圓筒形狀。
以下對(duì)附圖及其標(biāo)號(hào)作簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
圖1為表示使磁性粉末沿徑向方向取向時(shí)所使用的具有代表性的粉體成形(加壓)裝置的剖視圖。
圖2A為模擬地示出通過(guò)多級(jí)填充使磁性粉末沿徑向方向取向時(shí)第2級(jí)取向壓縮工序中取向磁場(chǎng)的樣子的剖視圖。
圖2B為模擬地示出通過(guò)多級(jí)填充使磁性粉末沿徑向方向取向時(shí)第2級(jí)取向壓縮工序中取向磁場(chǎng)樣子的剖視圖。
圖3為表示用已有的多級(jí)成形方法所制造的圓筒形磁鐵的外周表面磁通密度(Bg)曲線(xiàn)圖。
圖4為作為圖3曲線(xiàn)圖的測(cè)定對(duì)象的圓筒形磁鐵的透視圖。
圖5為示出本實(shí)施例的粉體成形裝置整體構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖6(a)至(f)為表示本實(shí)施例稀土合金粉末成形方法的剖視圖。
圖7為模擬表示圖6(e)所示工序中取向磁場(chǎng)樣子的剖視圖。
圖8為表示對(duì)壓型體所施加的壓力(壓型體壓力)p變化的曲線(xiàn)圖。
圖9為表示圖5所示出的粉體成形裝置上控制機(jī)構(gòu)的框圖。
圖10為利用圖9所示的控制機(jī)構(gòu)制作壓型體時(shí)的流程圖。
圖11為表示本發(fā)明實(shí)施例的磁鐵外周表面磁通密度(Bg)的曲線(xiàn)圖。
在上述附圖中，10-沖模、10a-沖模的磁性體分部、10b-沖模的非磁性體部分、12-磁性體磁芯、12a-上磁芯、12b-下磁芯、14-下沖頭、16-上沖頭、20-上線(xiàn)圈、22-下線(xiàn)圈、24-磁性粉末、26-第1級(jí)壓型體、28-第2級(jí)壓型體、30-壓型體、32-環(huán)形磁鐵。
實(shí)施例以下參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例首先參照附圖5說(shuō)明粉體成形裝置的整體構(gòu)成。粉體成形裝置5包括具有貫穿孔道的沖模10、與沖模10的貫穿孔道相對(duì)由下側(cè)插入的圓筒形下沖頭14、與沖模10的貫穿孔相對(duì)由上側(cè)插入的圓筒形上沖頭16。在各沖頭14及16上所設(shè)置的磁芯孔插入形成徑向磁場(chǎng)用的磁性體磁芯12a及12b。此外，沖模10還具有由強(qiáng)磁性材料形成的上側(cè)部分(磁性體部分)與由非磁性材料形成的下側(cè)部分(非磁性體部分)層壓的結(jié)構(gòu)。這里在本說(shuō)明書(shū)中所稱(chēng)的“非磁性體部分”系指飽和磁化0.6T以下的材料。上述形成壓力部的構(gòu)成是與圖1上所述的裝置構(gòu)成相同，故與圖1上相同的部件加同一參考標(biāo)號(hào)。
沖模10與成套沖模50相對(duì)而被固定，該成套沖模50通過(guò)貫穿底板52的導(dǎo)桿54下部板56連接。下部板56通過(guò)活塞桿58a與下部油壓缸58b連接。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，利用下部油壓缸58b可使沖模10沿上下方向移動(dòng)。沖模10的位置通過(guò)使用線(xiàn)性標(biāo)度等構(gòu)成的最佳位置傳感器59測(cè)定。若根據(jù)該測(cè)定值來(lái)控制下部油壓缸58b的動(dòng)作，則可將沖模10設(shè)置在所希望的任意的位置上。
下沖頭14在與沖模10的貫穿孔道相對(duì)由下側(cè)插入的位置，被固定在底板52上。在粉體成形裝置5中，如上所述，由于可使設(shè)有貫穿孔道的沖模10沿上下方移動(dòng)(浮動(dòng)壓模方式)，所以就不需要下沖頭14沿上下方向移動(dòng)。
上沖頭16的上端安裝在上部板60上。上部板60通過(guò)活塞桿62a與上部油壓缸62b連接。另外，在上部板60的兩端附近，在成套沖模50上所固定的導(dǎo)桿64貫通。上部板60及上沖模16由導(dǎo)桿64導(dǎo)向，通過(guò)上部油壓缸62b可沿上下方向移動(dòng)。上沖頭16的位置由使用線(xiàn)性標(biāo)度等構(gòu)成的最佳位置傳感器66測(cè)定。根據(jù)該測(cè)定值控制上部油壓缸62b動(dòng)作，則可將上沖頭16設(shè)定在所希望的任意位置上。
此外，為了對(duì)模腔內(nèi)填充的粉末外加取向磁場(chǎng)，在模腔的上側(cè)與下側(cè)分別設(shè)置線(xiàn)圈20及22。例如，上線(xiàn)圈20設(shè)置在上部板60的下面，而下線(xiàn)圈22設(shè)置在成套沖模50的下面。由于上線(xiàn)圈20及下線(xiàn)圈22所形成的相斥磁場(chǎng)的作用，對(duì)模腔內(nèi)的粉末可外加磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)是由磁芯12的中心部向沖模10以放射形擴(kuò)展而形成的徑向磁場(chǎng)。
本實(shí)施例中，在上部油壓缸62b上可安裝測(cè)定油壓力大小用的壓力傳感器A。使用該壓力傳感器A，可計(jì)測(cè)對(duì)模腔填充的磁粉末所施加的壓力。該法在例如特開(kāi)平10-152702號(hào)公報(bào)中已有報(bào)導(dǎo)。
與只使用計(jì)測(cè)上沖頭16上下方向位置的位置傳感器66時(shí)相比較，若使用上述壓力傳感器A，可使壓型體的成形密度更為恒定地進(jìn)行壓制工序。尤其，如本實(shí)施例所示，在制作環(huán)形磁鐵時(shí)，由于模腔具有難于使粉末均勻地填充其內(nèi)部的形狀，所以在每子填充工序向模腔內(nèi)供給的粉末量容易發(fā)生偏差。此外，在本實(shí)施例中最適于使用的R-T-B(R為表示含Y的稀土元素，T為Fe或Fe與Co的混合物，B為硼)合金粉末，有不少是菱角形的，很難均勻地填充。尤其，采用帶狀鑄造法(例如美國(guó)專(zhuān)利5,383,987號(hào)所述)等的急冷法(冷卻速度102-104℃/sec)所制作的合金粉末，由于粒度分布范圍窄，流動(dòng)性更低，所以難以均勻填充。
這樣，在膜腔內(nèi)所填充的粉末量發(fā)生偏差的情況下，粉末壓制時(shí)的上沖頭16的位置(與下沖頭14相對(duì)的位置)只能設(shè)定在給定位置，因而每個(gè)所制作的壓型體發(fā)生密度偏差。然而，如本實(shí)施例所示，在使用壓力傳感器A時(shí)，對(duì)膜腔內(nèi)的粉末(或壓型體)所施加壓力進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)該壓力，可變更與下沖頭相對(duì)的上沖頭的位置，因此，往往可對(duì)壓型體施加給定壓力，因而可大致恒定地控制壓型體的密度。
還有，如本實(shí)施例那樣，通過(guò)多級(jí)成形法制作壓型體時(shí)，通過(guò)使用壓力傳感器A，為了取得壓型體而多次進(jìn)行取向壓縮工序，可得到所希望的精度良好的壓型密度。
例如，在最初的取向壓縮工序中，是在密度較低的狀態(tài)下(柔軟)制作壓型體，而在最后的取向壓縮的工序中，若加入較高壓力并經(jīng)壓固，則可制作整體密度均勻的壓型體。這樣所制作的壓型體不會(huì)發(fā)生在燒結(jié)工序中因局部不同的收縮率而收縮。這樣，就可得到具有所希望的形狀及磁特性的燒結(jié)磁鐵。
還有，通過(guò)使用壓力傳感器A，在各取向壓縮工序中就可以控制壓力動(dòng)作，對(duì)模腔內(nèi)的粉末施加給定水平以上的充分壓力。這樣，在各取向壓縮工序中，可以制作具有給定水平以上密度的壓型體，通過(guò)下一級(jí)的取向壓縮工序時(shí)所形成的取向磁場(chǎng)的作用，可防止前一級(jí)所制作的壓型體再取向。
此外，如后所述，在上沖頭16上固定應(yīng)變片(未圖示)，利用該應(yīng)變片也可測(cè)定施加給模腔內(nèi)的磁性粉末(或壓型體)的壓力。與測(cè)定上部油壓缸62b的油壓大小的情況相比較，若使用應(yīng)變片，可更加準(zhǔn)確地測(cè)定對(duì)磁性粉末的外加壓力，因而能可靠地制作大致具有均勻密度的環(huán)形壓型體。
在成套壓模50上設(shè)置供料箱40。在該供料箱40內(nèi)裝有稀土合金粉末24。供料箱40通過(guò)活塞桿與油壓缸42連接，并且對(duì)于在沖模上所形成的貫穿孔道可進(jìn)可退。
此外，圓筒形的上沖頭16及下沖頭14，例如以硬度HRA(洛氏硬度)為70以上93以下，由組成Mo:1.6wt％、Ni:20wt％，其余為WC的WC-Ni系超硬合金等所形成。這里，在超硬合金中包括這樣一些合金，即利用Fe、Co、Ni、Mo、Sn等鐵系金屬或其合金將屬于周期表中第Ⅳa族、Ⅴa族或Ⅵa族的9種元素中至少含有一種元素的碳化物粉末進(jìn)行燒結(jié)和結(jié)合而形成的合金。作為超硬合金，也可以使用WC-TaC-Co系、WC-TiC-Co系或WC-TiC-TiC-Co系合金。
還有，上沖頭16或下沖頭14也可以由合金鋼形成。這里，合金鋼中包括以Fe-C為主體的高速鋼、高錳鋼和工具鋼等。作為上沖頭16及下沖頭14可使用具有給定硬度的合金鋼。
這樣，若由具有以HRA為70以上93以下的硬度的超硬度合金或合金鋼等形成上沖頭16或下沖頭14，則可給予上沖頭16及下沖頭14所希望的韌性及彈性。這樣，即使將上沖頭16及下沖頭14加工成銳利的形狀時(shí)，也可難于使其破損。
以下參照?qǐng)D6(a)至(f)，說(shuō)明本實(shí)施例的稀土合金粉末的成形方法(壓型體的制造方法)。本發(fā)明也可適用于進(jìn)行3級(jí)以上的粉末填充/取向壓縮循環(huán)的情況，但是在本實(shí)施例中，為方便起見(jiàn)，說(shuō)明進(jìn)行2級(jí)粉末填充/取向壓縮循環(huán)的情況。
首先，參照?qǐng)D6(a)。該圖示出將由前面的取向壓縮工序中所制作的壓型體從成形裝置取出后的狀態(tài)。這里，下沖頭14的上端面與沖模10的上端面直接成為一面狀態(tài)，使上磁芯12a及上沖頭16上升，由沖模10區(qū)分開(kāi)。
此后，如圖6(b)所示，通過(guò)使沖模10及下磁芯12b上升，與沖模10及下磁芯12b相對(duì)的下沖頭的相對(duì)位置下降，在沖模10的貫穿孔道內(nèi)形成圓筒形的空間(模腔)。該空間的下方由下沖頭14的上端面區(qū)分，但是，上方敞開(kāi)，形成應(yīng)該填充稀土合金磁性粉末的環(huán)形凹部。其次，使供給稀土合金粉末的供料箱(供給粉末的箱)40滑動(dòng)到模腔的位置，并向模腔填充供給箱40內(nèi)部所收入的粉末24(第1級(jí)粉末填充工序)。在第1級(jí)粉末填充工序中，模腔的下面裝置，即下沖頭14的上端面的位置與沖模10的磁性體部10a的下端面的位置相等，或者設(shè)定在稍高的位置上。為了便于說(shuō)明，在考慮3級(jí)以上的粉末填充時(shí)，有時(shí)有第n級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))粉末填充工序中，將填充的空間稱(chēng)為“第n級(jí)的模腔”。
其次，如圖6(c)所示，將供料箱40由模腔退出之后，使上磁芯12a及上沖頭16一起下降，使上磁芯12a的下端面與下磁芯12b的上端面相接觸。接著，將上沖頭16的下端部插入沖模10的貫穿孔道內(nèi)并使其更進(jìn)一步下降。此時(shí)，在上沖頭16的下端面封閉模腔的階段，在磁芯12內(nèi)形成相斥磁場(chǎng)，在模腔內(nèi)形成徑向磁場(chǎng)。在本實(shí)施例中，為了得到充分的磁特性，將模腔內(nèi)的取向磁場(chǎng)的強(qiáng)度定為0.4MA/m以上。模腔內(nèi)所填充的粉末處于沖頭16與下沖頭14之間并在徑向磁場(chǎng)之下進(jìn)行壓縮成形(第1級(jí)取向壓縮工序)。這樣就形成徑向取向的第1級(jí)的壓型體26。尤其，圖6(c)的工序中的磁場(chǎng)的樣子與圖1所示的磁場(chǎng)樣子相同。在第1級(jí)取向壓縮工序結(jié)束之后，用線(xiàn)圈20及線(xiàn)圈22，外加與其前所外加的取向磁場(chǎng)方向相反的逆向磁場(chǎng)，進(jìn)行第1級(jí)壓型體26的消磁。
此外，使第1級(jí)壓型體的密度設(shè)定為3.5g/cm3以上，是理想的，設(shè)定為3.9g/cm3-4.5g/cm3，更為理想。其理由是，由于壓縮強(qiáng)度不充分，若使壓型體密度低于上述水平，則恐怕會(huì)產(chǎn)生第1級(jí)壓型體的再取向。
在上述第1級(jí)取向工序中，檢測(cè)外加給填充粉末的壓力，在其壓力達(dá)到給定值之后，終止壓縮動(dòng)作，可采用向下一工序過(guò)渡的控制方法。這里壓力檢測(cè)可采用圖5所示的壓力傳感器A進(jìn)行。采用這樣的控制方法時(shí)，即使填充在模腔的粉末量有偏差，通常也可制作具有3.5g/cm3以上成形密度的壓型體。因此，可防止已經(jīng)成形的第1級(jí)壓型體由于第2級(jí)壓型體制作時(shí)向取磁場(chǎng)的作用而發(fā)生的再取向。
這種壓力檢測(cè)，也可以用設(shè)置在上沖頭上的應(yīng)變片(應(yīng)變檢測(cè)器)進(jìn)行。作為應(yīng)變片例如可使用東京測(cè)器研究所社制的應(yīng)變片(FCA-3-11-1L)。應(yīng)變片的數(shù)愈多，愈能有效地求出準(zhǔn)確的壓力。在本實(shí)施例中，采用4應(yīng)變片法，將4個(gè)應(yīng)變片粘貼在沖模的側(cè)面上。尤其，也可以將應(yīng)變片設(shè)置在上沖頭16和/或下沖頭14的側(cè)面上。
若使用這樣的應(yīng)變片，則可測(cè)定壓制時(shí)上沖頭前端的應(yīng)變程度。由于使用該應(yīng)變片，可實(shí)時(shí)而且高精度地檢測(cè)施加給壓型體上的壓力。
以下說(shuō)明利用這樣應(yīng)變片的壓型體制作方法的一具體例子。首先，在模腔內(nèi)填充粉末的狀態(tài)下，將上沖頭16相對(duì)于下沖頭14而下降，通過(guò)這樣，增加對(duì)粉末的外加壓力。此時(shí)，施加給粉末的壓力，通過(guò)被固定在上沖頭16的側(cè)面上的應(yīng)變片即可實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地觀(guān)察到。還有，在這種加壓過(guò)程中，也可以較緩慢的速度使沖模10同上沖頭16一起下降。通過(guò)這樣作，可起到與下列情況具有相同的效果，即對(duì)模腔內(nèi)的粉末來(lái)說(shuō)，使上沖頭16下降的同時(shí)，使下沖頭14上升，這對(duì)減少壓型體中的密度偏差是有效的。
其次，利用應(yīng)變片檢測(cè)對(duì)粉末(或壓型體)施加的壓力達(dá)到給定水平時(shí)，停止上沖頭16的下降而形成壓型體。這樣，若用應(yīng)變片測(cè)定壓力制作壓型體，則可將壓型體的成形密度設(shè)定在給定水平(例如3.5g/cm3)以上。
再次，參照?qǐng)D6(c)及(d)。從圖6(c)所示狀態(tài)來(lái)看，在給定壓力下直接由上沖頭16與下沖頭14擠壓壓型體的狀態(tài)下，使沖模10上升，進(jìn)而在下磁芯12b與上磁芯12a相接狀態(tài)下使這些磁芯12a及12b上升。若是這樣作，則可防止由于沖模10和磁芯12a及12b上升時(shí)所發(fā)生的摩擦而使壓型體破損。此后，通過(guò)使上沖頭16上升，就可以在壓型體上面的上方再次形成模腔(“第二模腔”)。第2模腔的下方，不是下沖頭14而是由第1級(jí)壓型體26的上端面區(qū)分。
在使用已有的多級(jí)成形方法時(shí)，第1級(jí)壓型體26的上端面與沖模10的磁性體部分10a的下端面以相同水平設(shè)置，但是，在本發(fā)明中，第1級(jí)壓型體26的上端面位于沖模10的磁性體部位10a的下端面的上側(cè)，這就是上沖頭14與沖模10的相對(duì)位置的控制關(guān)系。此后，使供料箱40向模腔上移動(dòng)，向第2模腔填充稀土合金粉末(第2級(jí)粉末填充工序)。
其次，如圖6(e)所述，使供料箱40從模腔退出后，使磁芯12a及上沖頭16下降，并使上磁芯12a的下端面與下磁芯12b的上端面相接觸。接著，將上沖頭16的下端面插入沖模10的貫穿通道，進(jìn)而使其下降。此時(shí)，在上沖頭16的下端面封閉模腔的階段，在磁芯12內(nèi)形成相斥磁場(chǎng)，在第2模腔內(nèi)形成徑向磁場(chǎng)。在第2模腔內(nèi)所填充的粉末在徑向磁場(chǎng)中壓縮(第2級(jí)取向壓縮工序)。這樣，在第1級(jí)壓型體26上形成第2級(jí)壓型體28，同時(shí)兩者成為整體而形成了一個(gè)壓型體30。在本實(shí)施例中，例如將第1級(jí)壓型體26的軸向長(zhǎng)度作成約13.5mm，而將第2級(jí)壓型體28的軸向長(zhǎng)度作成約10.5mm。
圖7為表示圖6(e)示出的工序中取向磁場(chǎng)的樣子的剖視圖。在第2級(jí)取向壓縮工序中形成填充粉末時(shí)，第2模腔的位置在沖模10貫穿通道內(nèi)要比沖模10的磁性體部分10a的下端面的位置高，換言之，與磁性體部分10相對(duì)的第1級(jí)壓型體26的相對(duì)位置，與已有例相比，向上方移動(dòng)。為此，下磁芯12b內(nèi)形成的磁通朝向沖模10的磁性體部分10a，在向半徑方向擴(kuò)展的區(qū)域，磁場(chǎng)(或磁通)的軸向成分減少并可形成接近于圖1所示徑向磁場(chǎng)狀態(tài)的磁場(chǎng)。
在本實(shí)施例中，第1級(jí)壓型體26的上端面與沖模10的磁性體部分10a的下端面相比，高3mm以上。該3mm的值對(duì)本實(shí)施例所使用的沖模10的磁性體部分10a的軸向長(zhǎng)度(L=約24mm)來(lái)說(shuō)，是超過(guò)10％的大小值。還有，如前所述，本實(shí)施例中所制成的第1級(jí)壓型體26的軸向長(zhǎng)度約為13.5mm，因此，所謂3mm的值為超過(guò)第1級(jí)壓型體26的軸向長(zhǎng)度20％的大小值。
在第2級(jí)取向壓縮工序結(jié)束之后，使用線(xiàn)圈20及22，外加與其以前外加磁場(chǎng)方向逆向的磁場(chǎng)，進(jìn)行壓型體30的消磁。此后，如圖6(f)所示，通過(guò)使上模腔16及上磁芯12a上升，同時(shí)沖模10的位置下降，取出壓型體30。
將這樣所制作壓型體30燒結(jié)之后，進(jìn)行表面處理并將其磁化，可制造徑向取向的各向異性的環(huán)形磁鐵。
此外，在取出壓型體30的工序中，根據(jù)使用上述應(yīng)變片所測(cè)定壓型體壓力，也可以控制上沖頭16及沖模10的動(dòng)作。以下，參照?qǐng)D8說(shuō)明取出壓型體工序的一例。
圖8為表示壓型體壓力P變化的曲線(xiàn)圖。如圖所示，在壓縮取向工序S1，以給定的壓型體壓力P1制作壓型體30之后，以緩慢的速度使上沖頭16上升(或使外加壓力下降)，這樣即可使壓型體壓力P緩緩下降。此外，所制作的壓型體通過(guò)所謂回彈現(xiàn)象，向與擠壓方向相反的方向延伸，因此，在上沖頭16與壓型體直接接觸的狀態(tài)下，壓型體壓力P緩緩下降。此時(shí)的壓型體壓力變化可通過(guò)應(yīng)變片檢測(cè)。
在這種情況中，壓型體壓力P降低到給定值P2時(shí)，沖模10開(kāi)始下降。通過(guò)這樣作，壓型體30開(kāi)始露出在模腔之外。上沖頭16依然以緩慢的速度上升，壓型體壓力進(jìn)一下降。
此后，沖模10下降，在壓型體從模腔完全取出之前的時(shí)刻，終止上沖頭上升，以保持壓力P3維持壓型體壓力。若使用應(yīng)變片，則可將該保持壓力P3設(shè)定為比較小的值。在施加有保持壓力P3的狀態(tài)下，可完全由模腔取出該壓型體。此后，在沖模10上使壓型體露出的狀態(tài)下，再次使上沖頭16上升，結(jié)束了壓型體的取出工序。
這樣，根據(jù)利用應(yīng)變片所測(cè)定的壓型體的壓力來(lái)控制上沖頭16及沖模10的動(dòng)作的理由，是由于為減少?gòu)哪Ｇ蝗〕龉ば蛑械膲盒腕w龜裂和壓壞所致。
在由模腔取出壓型體30時(shí)，由于沖模10與壓型體30之間的摩擦而對(duì)壓型體30施加應(yīng)力，因此恐怕會(huì)在壓型體30上產(chǎn)生龜裂。此時(shí)若通過(guò)上沖頭16對(duì)壓型體施加給定的壓型體壓力，則可防止龜裂的發(fā)生。為此，要在取出壓型體結(jié)束之前，對(duì)壓型體施加壓力。
但是，若對(duì)壓型體施加的力過(guò)大，則由模腔取出的壓型體就被壓壞了。尤其是，在壓型體30由模腔完全取出之前的狀態(tài)下，非常容易壓壞。為此，若將保持壓力P3設(shè)定為小值，以防止壓壞。
如上所述，若用應(yīng)變片可實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地檢測(cè)出壓型體壓力，因此控制上沖頭16及沖模10的動(dòng)作，以防止壓型體的龜裂及壓壞，可進(jìn)行適宜的取出工序。
還有，在使用上述應(yīng)變片的狀態(tài)下，也可進(jìn)行調(diào)節(jié)壓型體密度的同時(shí)，調(diào)節(jié)壓型體的尺寸。以下參照?qǐng)D5、圖9及圖10，說(shuō)明本實(shí)施例。
圖9為表示圖5上所示的粉末成形裝置有關(guān)的控制機(jī)構(gòu)框圖。為控制粉體成形裝置5的動(dòng)作所設(shè)置的中央控制電路90包括進(jìn)行運(yùn)算用的CPU；收集來(lái)自應(yīng)變片和位置傳感器等信息的RAM；收集控制程序的ROM。此外，與中央控制電路90連接有操作盤(pán)，操作人員可根據(jù)需要任意地輸入控制信息。
應(yīng)變式驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)添加在上沖頭等上面的應(yīng)變片外加給定電壓，根據(jù)來(lái)自此時(shí)的應(yīng)變片的輸出來(lái)檢測(cè)應(yīng)變的大小(即對(duì)施加給粉末的壓力大小)進(jìn)行檢測(cè)。應(yīng)變的大小用應(yīng)變片的電阻變化來(lái)表示。這樣，應(yīng)變片驅(qū)動(dòng)電路就可將施加在粉末上的壓力有關(guān)的信息用A/D轉(zhuǎn)換器(未圖示)變成數(shù)字信號(hào)，傳送給中央控制電路90。
油壓缸驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)來(lái)自中央控制電路90的指令來(lái)驅(qū)動(dòng)上部油壓缸62b以及下部油壓缸58b。利用油壓缸驅(qū)動(dòng)電路，可以使上沖頭16及沖模10移動(dòng)到給定位置。
在上沖頭16及沖模10上所設(shè)置的位置傳感器66、59檢測(cè)上沖頭16及沖模10的位置，并將其位置信息傳送到中央控制電路90。
供料箱驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)供料箱40向模腔移動(dòng)和退出進(jìn)行控制。此外，在供料箱40上設(shè)置搖動(dòng)裝置(或攪拌器)時(shí)，還對(duì)這些裝置的動(dòng)作進(jìn)行控制。還有，線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)為向模腔內(nèi)的粉末外加取向磁場(chǎng)用的和磁場(chǎng)發(fā)生用的線(xiàn)圈20、22。中央控制電路90控制這些驅(qū)動(dòng)電路。
以下參照附圖10，說(shuō)明使用上述控制機(jī)構(gòu)的壓型體的制作工序。
按下操作盤(pán)上的開(kāi)始按鈕時(shí)，中央控制電路90給各驅(qū)動(dòng)電路指示最初設(shè)定動(dòng)作，由全部驅(qū)動(dòng)電路返回READY的信號(hào)，則開(kāi)始?jí)褐苿?dòng)作(S1及S2)。首先，通過(guò)驅(qū)動(dòng)下部油壓缸，使沖模上升，形成第1模腔(S3)。中央控制電路90對(duì)供料箱驅(qū)動(dòng)電路給予指示，向第1模腔內(nèi)填充粉末(S4)。在通知供料箱驅(qū)動(dòng)電路已結(jié)束粉末填充時(shí)，中央控制電路90驅(qū)動(dòng)上部油壓缸使上沖頭下降(S5)。然后，由上沖頭蓋住模腔的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生用線(xiàn)圈，使模腔內(nèi)粉末取向(S6)。
在這種取向壓縮工序中，上沖頭從壓縮粉末開(kāi)始時(shí)刻監(jiān)視應(yīng)變片驅(qū)動(dòng)電路的輸出，計(jì)測(cè)對(duì)模腔內(nèi)的粉末施加的壓力。伴隨著上沖頭的下降對(duì)粉末施加的壓力增大，在此過(guò)程中檢測(cè)對(duì)粉末所施加的給定壓力(S7)時(shí)，停止上沖頭的下降，與此同時(shí)還停止外加取向磁場(chǎng)(S8)。
此時(shí)，壓縮狀態(tài)下的上沖頭的位置由位置傳感器檢測(cè)。來(lái)自位置檢測(cè)器的位置信息存儲(chǔ)(收入)在中央控制電路90內(nèi)的RAM(S9)。
如上所述，在根據(jù)對(duì)粉體所施加的壓力進(jìn)行壓縮工序時(shí)，若向模腔內(nèi)所填充的粉末量不同，則在壓縮時(shí)上沖頭的位置也不同，第1級(jí)取向壓縮工序中所制作的壓型體的尺寸(高度)發(fā)生偏差。然而，在本實(shí)施例中，根據(jù)上述上沖頭的位置，計(jì)算第二次取向壓縮工序中應(yīng)形成的模腔(第2模腔)的深度(S10)。具體地說(shuō)，以下一級(jí)(第2次)取向壓縮工序之后應(yīng)形成壓型體的整體高度，通過(guò)減法計(jì)算由上沖頭的位置所求出的第1次壓型體(第1級(jí)壓型體)的高度，決定在下一級(jí)形成的模腔的深度。若這樣做，即使粉末填充量有偏差，也可制作尺寸精度高的壓型體。還有，在第1級(jí)壓型體的高度或過(guò)高或過(guò)低并在給定范圍之外的情況下，在進(jìn)行第2次取向壓縮工序之前由模腔取出第1級(jí)壓型體，也可以制作新的第1級(jí)壓型體。
這樣，若決定下一級(jí)的模腔深度，則在由上沖頭與下沖頭挾住壓型體的狀態(tài)下根據(jù)上述計(jì)算出模腔深度，使沖模與磁芯上升到給定位置，然后通過(guò)使上沖頭上升，形成第2模腔(S11及S12)。
此后，與第1取向壓縮工序相同，進(jìn)行粉末填充工序(S13)、取向壓縮工序(S14-S16)，制成壓型體。即使在這種第二次壓制動(dòng)作時(shí)，也可以用應(yīng)變片對(duì)粉末施加給定的壓力。通過(guò)這種操作，可制作密度均勻而且尺寸精度高的壓型體。
這樣，使多級(jí)成形法制作的壓型體，例如通過(guò)用圖8說(shuō)明的方法，可防止其破損并從模腔中取出(S17)，這樣就結(jié)束了壓型體制作工序(S18)。
圖11為表示本實(shí)施例磁鐵表面磁通密度(Bg)的曲線(xiàn)，與圖3曲線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)圖。這里在燒結(jié)后對(duì)其表面加工而制作了外徑16.4mm、內(nèi)徑10.5mm、軸向長(zhǎng)度20mm的環(huán)形磁鐵，并進(jìn)行了評(píng)價(jià)。由于評(píng)價(jià)容易，所以采用與軸向相垂直的磁場(chǎng)進(jìn)行了磁化。
由圖11的曲線(xiàn)可看出，第1級(jí)壓型體26與第2級(jí)壓型體28的界面層部分的表面磁通密度(Bg)的落下凹陷(圖3)比已有例的落下凹陷顯著地低。在圖11的例中，界面層部分的表面磁通密度(Bg)為其他部分的表面磁通密度最大值的70％以上。根據(jù)本發(fā)明，即使在低的情況下，也可將其界面層部分的表面磁通密度(Bg)設(shè)定為其他部分的界面的磁通密度(Bg)的最大值的65％以上，還可將其設(shè)定為75％或80％以上。
這樣，將作為整體具有很高磁特性的磁鐵用于電動(dòng)機(jī)，則能提高能量效率。由本實(shí)施例所制作的磁鐵，特別適用于為實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化所用的機(jī)械人用電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本實(shí)施例，這樣可控制多級(jí)成形界面層部分的表面磁通密度(Bg)的下降。其理由是，在實(shí)施第2取向壓縮工序時(shí)，與已有例相比，使第1級(jí)壓型體26的相對(duì)位置上升，在取向空間內(nèi)至少設(shè)置第1級(jí)壓型體26的一部分，因此，起因于第1級(jí)壓型體26的存在的取向磁場(chǎng)的軸向成分減少，取向度大幅度改善所致。這樣，若將已被取向處理的壓型體的一部分處于取向空間內(nèi)，則在下一級(jí)應(yīng)形成的壓型體尺寸被縮短。因此，若根據(jù)以往的見(jiàn)解，例如，若將已取向處理的壓型體，即這里第1級(jí)壓型體26設(shè)置在沖模10的磁性體部10a與磁芯10之間的空間(取向空間)，是非常有效的。然而，在本發(fā)明中，敢于進(jìn)行這樣的工序，因此顯著地控制伴隨多級(jí)成形而發(fā)生的取向度降低，獲得成功。
作為磁性粉末，使用帶形鑄造法制造的粉末，是理想的。利用這種方法制造磁性粉末的順序如下。
首先，用高頻熔解法在氬氣氛中熔融美國(guó)專(zhuān)利第5,383,978號(hào)說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的31Nd-IB-68Fe％(質(zhì)量)所組成的合金，得到合金熔液。在上述合金中，也可以使用具有由Co取代一部Fe的組分的合金。此外，也可以使用美國(guó)專(zhuān)利第4,770,723號(hào)說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)組分的合金。
將合金熔液溫度保持在1350℃，同時(shí)使轉(zhuǎn)動(dòng)的單輥表面與合金熔液接觸，由此將合金熔液急冷，得到具有所希望組成的急冷凝固的合金。這時(shí)的冷卻條件定為例如輥的線(xiàn)速度約為1m/秒、冷卻速度500℃/秒、過(guò)冷度200℃，得到平均厚度0.3mm的合金板。
將這樣所得到的合金經(jīng)吸收氫脆化之后，利用費(fèi)瑟粉粹機(jī)粉粹至平均粒徑5μm。此后，將粗粉碎的合金用噴射磨進(jìn)行微粉碎，使其平均顆徑達(dá)到3.5μm。然后，將由石油系溶劑稀釋的脂肪酸酯作為潤(rùn)滑劑添加并混合。潤(rùn)滑劑的添加量對(duì)合金粉末來(lái)說(shuō)，例如可為0.3％(質(zhì)量)。此外，作為潤(rùn)滑劑也可以使用硬脂酸鋅等的固體潤(rùn)滑劑。
這樣，由帶狀鑄造法所制造的稀土合金粉末，與用其他法(錠法)所制造的粉末相比較，粒度分布尖銳。因此，用這種稀土合金制作壓型體并將其燒結(jié)時(shí)，可制作粒徑一致的燒結(jié)體并得到優(yōu)良的磁特性。另一方面，由于粒度分布尖銳，所以存在著粉末流動(dòng)性差，填充容易不均勻的問(wèn)題。對(duì)此，如上所述，利用壓力傳感器，控制對(duì)壓型體施加的壓力，則可使成形密度均勻，同時(shí)可制作具有給定水平以上的密度的高取向度的壓型體。
最適于本發(fā)明粉末成形法的稀土合金，一般為具有R-T-(M)-B系合金粉末所表示的合金，上述式中的R為包括Y的稀土元素，T為Fe與Co的混合物，M為添加元素，B為硼。作為稀土元素的R可適用包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中至少一種元素的原料。但是，為了得到充分的磁化，使用稀土元素R中的50at％以上為Pr或Nd的任一種或兩者所占有的材料，是理想的。
稀土元素R為10at％以下，由于析出α-Fe相，保磁力下降。此外，若稀土元素R超過(guò)20at％，則除成為目的的正方晶Nd2Fe14B型化合物之外，大量析出R含量多的第2相，降低了磁化。為此，全部稀土元素R為10-20at％，是理想的。
T為鐵族元素，含有Fe及Co。在T含不足67at％時(shí)，由于析出保磁力及磁化均低的第2相，所以磁特性不良。若T超過(guò)85at％，則由于析出α-Fe相而保磁力下降，減磁性曲線(xiàn)的矩形性也降低。為此，T的含量為67-85at％，是理想的。
此外，T也可以只由Fe構(gòu)成，但是，通過(guò)添加Co，居里溫度上升，提高了耐熱性。T的50at％以上由Fe占有，是理想的。若Fe的比例下降到50at％以下，則Nd2Fe14B型化合物的飽和磁化減少。
B是穩(wěn)定地析出正方晶體Nd2Fe14B型晶體結(jié)構(gòu)所必須元素。B的添加量在不足4at％時(shí)，由于析出R2T17相，保磁力下降，減磁曲線(xiàn)的矩形明顯受損。此外，若B的添加量超過(guò)10at％，則析出磁化小的第2相。因此，B的含量為4-10at％，是理想的。此外，B的一部分或其全部均可由C取代。
以改善粉末的磁性質(zhì)或耐腐蝕為目的，也可以加添加元素。作為添加元素M，最好使用從Al、Ti、Cu、V、Cr、Ni、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Hf、Ta、W所組成的一組中選擇至少一種元素。這種添加元素M，也可以完全不添加。但是，在添加時(shí)，將添加量定為10at％以下，是理想的。添加量若超過(guò)10at％則將析出不是強(qiáng)磁性的第2相，致使磁化降低。
此外，作為沖模的磁性體部分及磁芯材料，最好選用透磁率及飽和磁通密度高而且耐磨性?xún)?yōu)良的材料，作為這樣的材料，例如可舉出碳工具鋼(SK)、合金工具鋼(SKS、SKD)、高速工具鋼(SKH)和坡明杜爾鐵鈷系高導(dǎo)磁率合金(簡(jiǎn)稱(chēng)鈷鐵合金)。在重視耐磨耗性時(shí)，也可在具有高透磁率及高飽和磁通密度的基材，例如鈷鐵合金、強(qiáng)磁性鎳合金和鐵硅鋁磁性合金等上面設(shè)置超硬合金覆蓋層。
本發(fā)明的用途不只限于制造燒結(jié)磁鐵，也可以擴(kuò)大包括制造粘接磁鐵。在將本發(fā)明適用于制造粘接磁鐵時(shí)，要把加有粘合劑的磁性粉末填充到成形裝置的模腔內(nèi)。作為粘合劑，可使用環(huán)氧樹(shù)脂如酚醛樹(shù)脂等熱固性樹(shù)脂。此外，為了完成粘接磁鐵，要在成形后進(jìn)行120℃左右的固化處理。
還有，本發(fā)明也適用于制造圓筒形磁鐵以外的磁鐵。例如，也可適用于利用多級(jí)填充法制造特開(kāi)平4-352402號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的圓弧形磁鐵。
本發(fā)明中所使用的裝置也不只限于上述實(shí)施例所說(shuō)明的裝置，而上下沖頭的沖模的上升和下降動(dòng)作也只不過(guò)是相對(duì)的，可作各種變更，這是不言而喻的。
尤其，在由3級(jí)以上壓型體制造一個(gè)磁鐵時(shí)，在第2級(jí)以后的取向壓縮工序中，常常不需要將在前段配取壓縮工序中所制作的壓型體的上端面設(shè)置在沖模的磁性體部分的下端面的位置之上。在由多級(jí)制造長(zhǎng)的圓筒磁鐵時(shí)，根據(jù)用途也可以滿(mǎn)足只提高所需部分的取向度。在應(yīng)該提高取向度的部分包括有成形界面層部分時(shí)，也可適用本發(fā)明至少提高該界面部分的取向度。
此外，在上述實(shí)施例中，是舉以粉體狀態(tài)將稀土合金粉末進(jìn)行壓縮成形的干式成形法(干式壓制)為例進(jìn)行說(shuō)明的，但是，本發(fā)明也可以適用于通過(guò)將稀土合金粉末在礦物油等中混合而得到的漿料在模腔內(nèi)進(jìn)行壓縮的濕式成形法。
根據(jù)本發(fā)明，利用多級(jí)填充與多級(jí)成形實(shí)施徑向取向時(shí)，由于可實(shí)現(xiàn)高取向度，所以可提供高性能的徑向取向各向異性磁鐵。尤其是，在使用磁特性?xún)?yōu)良的稀土合金粉末時(shí)，由于往往低度地抑制成形密度并外加強(qiáng)取向磁場(chǎng)，所以具有取向度容易降低的傾向，但是，根據(jù)本發(fā)明，由于在此種情況下能夠控制伴隨多級(jí)填充的取向度的局部下降，所以能夠發(fā)揮顯著的效果。
權(quán)利要求
1．一種稀土合金粉末的壓型體制造方法，采用具有層壓非磁性體部分與磁性體部分并且有貫穿孔道的沖模、和具有與所述沖模具貫穿孔道的內(nèi)壁面相對(duì)向的外周面的磁性體磁芯、和從下方向所述沖模貫穿孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的下沖頭、和從上方向所述沖模貫穿孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的上沖頭的成形裝置，多次反復(fù)地進(jìn)行將稀土合金粉末填充到通過(guò)將所述下沖頭插入所述沖模貫穿孔道所形成的模腔內(nèi)的粉末填充工序，以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述稀土合金粉末加壓的壓縮工序，在進(jìn)行第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序時(shí)，將第n級(jí)取向壓縮工序中所形成的壓型體的上端面設(shè)置在所述沖模磁性體部分下端的上側(cè)。
2．一種稀土合金粉末的壓型體制造方法，多次反復(fù)地進(jìn)行將稀土合金粉末填充到第1磁性體部件與第2磁性體部件之間的取向空間所形成的模腔內(nèi)的粉末填充工序，以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述稀土合金粉末加壓的取向壓縮工序，在進(jìn)行第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序時(shí)，將在第n級(jí)取向壓縮工序中所形成的壓型體至少一部分設(shè)置在所述第1磁性體部件與第2磁性體部件之間的取向空間內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，將所述模腔內(nèi)的所述取向磁場(chǎng)強(qiáng)定度為0.4MA/m以上。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，在所述稀土合金粉末中添加潤(rùn)滑劑。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，第n級(jí)粉末填充工序中向所述模腔內(nèi)所填充的稀土合金粉末量多于第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))粉末填充工序中向所述模腔內(nèi)所填充的稀土合金粉末量。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，在所述第n+1級(jí)的取向壓縮工序中，所述第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體上端面與所述沖模磁性體部分的下端面之間的高度差定為3mm以上。
7．根據(jù)權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，在第n+1級(jí)的取向壓縮工序中，將所述第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體在所述取向空間內(nèi)的部分的高度定為3mm以上。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，所述稀土合金粉末是由R-T-(M)-B系合金形成的，式中的R是表示含有Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中至少一種元素的稀土元素，T是表示鐵或鐵與鈷的混合物，M是表示添加元素，B是表示硼。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，所述壓型體具有圓筒形狀，所述取向磁場(chǎng)是徑向磁場(chǎng)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，所述第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體的密度為3.5g/cm3以上。
11．根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，邊外加所述取向磁場(chǎng)邊對(duì)稀土合金粉末加壓的取向壓縮工序包括對(duì)所述模腔內(nèi)填充的稀土合金粉末所加壓力進(jìn)行測(cè)定的工序。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，通過(guò)對(duì)所述稀土合金粉末所加壓力的控制，來(lái)調(diào)節(jié)在所述取向壓縮工序中所形成的壓型體的密度。
13．一種稀土磁鐵的制造方法，將由權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法所制造的壓型體進(jìn)行燒結(jié)，通過(guò)該燒結(jié)得到永久磁鐵。
14．一種稀土磁鐵，是通過(guò)多次反復(fù)進(jìn)行將稀土合金粉末填充到模腔的粉末填充工序，以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述稀土合金粉末加壓的取向壓縮工序制造的，在由第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序所形成的上側(cè)壓型體與由第n級(jí)的取向壓縮工序所形成的下側(cè)壓型體的界面層部分的表面磁通密度，為另一部分表面磁通密度的最高值的65％以上。
15．一種粉體成形裝置，包括使非磁性體部分與磁性體部分層壓狀態(tài)存在并具有貫穿所述非磁體部分及磁性體部分的貫穿孔道的沖模；具有與所述沖模的貫通孔道內(nèi)壁面相對(duì)向的外周面的磁性體磁芯；從下方向所述沖模的貫通孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的下沖頭；從上方向所述沖模的貫通孔道的內(nèi)周面與所述磁性體磁芯的外周面之間所形成的空間插入的上沖頭；將磁性粉末填充到通過(guò)將所述下沖頭插入所述沖模的貫通孔道所形成的模腔內(nèi)的粉末供給裝置；對(duì)所述模腔內(nèi)所填充的磁性粉末外加取向磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器；控制所述沖模與所述下沖頭的相對(duì)位置的第1控制器；控制所述上沖頭與所述下沖頭的相對(duì)位置的第2控制器；使向所述模腔內(nèi)填充磁性粉末的粉末填充工序，以及邊外加所述取向磁場(chǎng)邊對(duì)所述磁性粉末加壓的取向壓縮工序多次反復(fù)地工作；所述第1控制器在進(jìn)行第n+1級(jí)(n是1以上的任一整數(shù))的取向壓縮工序時(shí)，控制所述沖模與所述下沖頭的相對(duì)位置，使第n級(jí)的取向壓縮工序中所形成的壓型體的上端面設(shè)置在所述沖模磁性體部分下端面的上側(cè)。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的粉體成形裝置，還包括測(cè)定施加給所述磁性粉末壓力的壓力傳感器。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的粉體成形裝置，所述壓力傳感器包括檢測(cè)所述上沖頭或所述下沖頭應(yīng)變的應(yīng)變片。
18．根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的粉體成形裝置，所述第2控制器根據(jù)由所述壓力傳感器所測(cè)定的壓力來(lái)控制所述上沖頭與所述下沖頭的相對(duì)位置。
19．一種稀土合金粉末的壓型體制造方法，包括由沖模及下沖頭形成第1模腔的第1模腔形成工序；向所述第1模腔填充稀土合金粉末的第1粉末填充工序；在給所述第1模腔內(nèi)的粉末施加的壓力達(dá)到第1給定值時(shí)，對(duì)所述第1模腔內(nèi)所填充的粉末進(jìn)行壓縮的第1壓縮工序；在所述第1壓縮工序之后，使沖模及下沖頭相對(duì)移動(dòng)，在所述被壓縮的粉末上方，形成第2模腔的第2模腔形成工序；向所述第2模腔內(nèi)填充粉末的第2粉末填充工序；在給所述第2模腔內(nèi)填充的粉末施加的壓力達(dá)到第2給定值時(shí)，對(duì)所述第2模腔內(nèi)所填充的粉末進(jìn)行壓縮的第2壓縮工序。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，包括存儲(chǔ)由所述第1壓縮工序所形成的壓型體上端位置的存儲(chǔ)工序；根據(jù)所述上端位置，使沖模及下沖頭相對(duì)移動(dòng)并形成所述第2模腔的第2模腔形成工序。
21．根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的稀土合金粉末的壓型體制造方法，所述第1模腔及第2模腔均為圓筒形狀。
全文摘要
一種稀土合金粉末的成形方法是多次反復(fù)地進(jìn)行將稀土合金粉末填充到通過(guò)將粉體成形裝置的下沖頭部分地插入沖模的貫穿孔道內(nèi)而形成的模腔內(nèi)的粉末填充工序,以及邊外加取向磁場(chǎng)邊對(duì)稀土合金粉末施加壓力的取向壓縮工序,其特征是在進(jìn)行第n級(jí)取向壓縮工序時(shí)所形成的壓型體的上端面設(shè)置在沖模磁性體部分下端面的上側(cè),因此可控制由于壓型體的存在而產(chǎn)生的徑向磁場(chǎng)的不均勻。使用多級(jí)填充制造磁鐵時(shí)達(dá)到高的取向度。
文檔編號(hào)H01F1/057GK1303110SQ0012988
公開(kāi)日2001年7月11日 申請(qǐng)日期2000年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月25日
發(fā)明者原田務(wù), 森本仁, 田中淳夫 申請(qǐng)人:住友特殊金屬株式會(huì)社