WO2003031168A1

WO2003031168A1 - Presse et procede de fabrication d'un aimant

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Publication number: WO2003031168A1
Application number: PCT/JP2002/010236
Authority: WO
Inventors: Tsutomu Harada; Takashi Tajiri; Shuichi Okuyama
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2004-04-02
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Description

明細書プレス装置および磁石の製造方法技術分野

本発明は、粉末プレス装置および磁石の製造方法に関し、特に、希土類焼結磁石の製造方法およびそれに用いられる粉末プレス装置に関する。背景技術

現在、希土類焼結磁石として、希土類 · コバルト系磁石と希土類 ·鉄 · ボロン系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。なかでも希土類 ·鉄 · ボロン系磁石（以下、「R— T— （M) — B系磁石」と称する。 Rは Yを含む希土類元素、 Tは F eまたは F eと C 0および/または N i との混合物、 Mは添加元素 (例えば、 A 1

T i、 C u、 V、 C r、 N i 、 G a、 Z r、 Nb、 Mo、 I n、 S n、 H f 、 T a、 Wの少なくとも 1種）、 Bはボロンまたはボロンと炭素との混合物である。）は、種々の磁石の中で最も高い最大磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用されている。

希土類焼結磁石の用途が広がるにつれ、多種多様な形状を持つ磁石を製造することが求められる。例えば高性能モータを製造するには、湾曲した面を持つ強力な異方性磁石が複数個必要である。このような異方性磁石を製造するには、磁界中で配向させた磁性粉末をプレスして、所望形状を持つ粉末成形体を作製する必要がある。モ一夕等の高性能の回転機には、断面が C字形または弓形の形状を持つ薄板磁石が複数個使用されている。回転機の性能を向上させるためには、磁石の磁力を強くするだけでは不充分であり、磁石の形状および磁石表面近傍における磁界の分布を設計通りのものとする必要がある。

従来、プレス装置における一対のパンチの加圧面（プレス面）の形状を湾曲させて、それによつて粉末成形体の所望の湾曲面を付与してきた。従来のパンチは例えば超硬合金（例えば W C— N i 系）を用いて形成され、加圧面は鏡面加工されている。

しかしながら、本発明者の実験によると、配向磁界中で磁性粉末を一軸プレスする際に、加圧面に鏡面加工された曲面が存在すると- 磁性粉末の配向に乱れが生じ、その結果、充分な磁石特性が発揮されないことがわかった。この問題は、特に、プレス方向と配向磁界の向きが略同一方向である場合に顕著である。

配向乱れが生じた成形体から永久磁石を作製し、その永久磁石によってモ一夕を製造すると、モ一夕のトルクに無視できないレベルのコギング（c o gg i n g) が発生してしまう。コギングトルクは、モ一夕の磁気回路中の磁気抵抗がロータの回転位置に応じて変化することが原因で生じるトルク変動である。このトルク変動の大きさは通常小さいが、パワーステアリングなどのモ一夕にトルクコギングが現れると、操作者によっては敏感に感知されるという問題がある, このコギングトルクは、磁石の凸側（モ一夕のコイル対向面側）において配向乱れが発生している場合により顕著となる。磁界によって配向させられた磁石粉末を一軸プレスする際に、磁性粉末の配向に乱れが生じるという上述の問題は、加圧面が湾曲している場合に限られず、一対の加圧面のうちのいずれか一方が、プレス方向に対して傾斜した領域を含む場合に発生し、種々の形状の磁石の製造において発生する。

また、磁性粉末をキヤビティに充填する方法として、摺り切り法が広く用いられている。例えば特開 2 0 0 0— 2 4 8 3 0 1号公報に記載されているように、フィーダボックス（またはフィーダカツプ）をキヤビティ上にスライドさせ、フィーダボックス内の粉末の自重を利用してキヤビティ内に充填し、フィーダボックス 1 3内に設けたアジテータ（または「シェーカー」とも呼ばれる）などの加圧手段で充填され磁性粉末の上部を下方に加圧していた（例えば、特開 2 0 0 0— 2 4 8 3 0 1'号公報参照）。

この摺り切り法を用いて充填された磁性粉末の表面は、ダイの表面（すなわちキヤビティの底面）と平行にならず、アジテ一夕の移動方向（またはフィーダボックスの移動方向）に沿って傾斜したり . うねりが形成されることがある。このような場合には、互いに平行な加圧面で磁性粉末をプレスする場合においても、上側加圧面（上パンチの表面）の少なくとも一部の領域は、磁性粉末の表面に対して傾斜した状態で接することになる。このような状態で、磁界配向させられた磁性粉末をプレスすると、上述したのと同様に、磁性粉末の圧縮に伴う移動によつて加圧面の近傍の磁性粉末粒子の配向が乱れるという問題が発生する。 P 漏 2/10236

発明の開示

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁性粉末の配向の乱れが抑制された磁性粉末成形体の作製に適したプレス装置を提供すること、および、磁性粉末の配向の乱れが抑制された磁石の製造方法を提供することにある。

本発明によるプレス装置は、キヤビティを形成する貫通孔を有するダイと、前記キヤビティ内に充填された磁性粉末をプレスするための第 1加圧面および第 2加圧面と、前記キヤビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加する磁界発生手段とを備えたプレス装置であって、前記第 1および第 2加圧面の少なくとも一方の加圧面は、ビッカース硬度が 2 0 0超 4 5 0以下の第 1の材料で形成された第 1領域を有することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。

前記少なくとも一方の加圧面は、前記第 1の材料よりもピツカ一ス硬度が高い第 2の材料で形成された第 2領域をさらに有してもよい。

ある実施形態において、前記少なくとも一方の加圧面は、プレス方向に対して傾斜した領域を含む。

前記第 1および第 2の材料の透磁率は、 1 . 0 1以下であることが好ましく、 1 . 0 0 1以下であることが更に好ましい。

前記第 1の材料は、 B e C u合金であることが好ましい。

前記 B e C u合金は、 9 6 . 9質量％以上 9 8 . 2質量％以下の C uと、 1 . 6質量％以上 2 . 0質量％以下の B eを含むことが好ましい。 TJP02/10236

ある実施形態において、前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である。

本発明による磁石の製造方法は、磁性粉末を用意する工程と、前記磁性粉末をキヤビティ内に充填する工程と、前記キヤビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加することによって、前記磁性粉末を配向させる工程と、前記配向させられた磁性粉末を互いに対向する一対の加圧面の間で一軸プレスすることによって成形体を形成する工程であって、前記一対の加圧面の少なくとも一方は. 前記充填された磁性粉末の表面および/またはプレス方向に対して傾斜した領域を含み、前記少なくとも一方の加圧面は、ピツカ —ス硬度が 2 0 0超 4 5 0以下の第 1の材料で形成された第 1領域を有する、一軸プレス工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。

前記少なくとも一方の加圧面は、前記第 1 の材料よりもピツカ —ス硬度が高い第 2の材料で形成された第 2領域をさらに有してもよい。

前記第 1および第 2の材料の透磁率は、 1. 0 1以下であることが好ましく、 1. 0 0 1以下であることが更に好ましい。

前記第 1の材料は、 B e C u合金であることが好ましい。

前記 B e C u合金は、 9 6. 9質量％以上 9 8. 2質量％以下の

C uと、 1. 6質量％以上 2. 0質量％以下の B eを含むことが好ましい。

ある実施例において、前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である。前記一軸プレス工程は、断面が C字形または弓形の成形体を形成する工程であってもよい。

好ましい実施形態において、前記磁性粉末は'、摺り切り法によつて前記キヤビティに充填される。前記磁性粉末の平均粒径（F S S S粒径) は 2 m以上 1 0 m以下であることが好ましい。

ある実施形態において、前記配向磁界の方向は、前記プレス方向に平行である。前記配向磁界の強度は、 0. 5 MAZm以上 2. 0 MA/m以下であることが好ましい。前記配向磁界は、静磁界であつても良いし、パルス磁界であってもよい。

ある好ましい実施形態において、前記磁性粉末は、希土類合金粉末を含む。

本発明によるモー夕は、上記のいずれかの製造方法によつて製造された磁石を備える。図面の簡単な説明

図 1 (a) および図 1 (b) は、実施形態の粉体プレス装置 1 0 の主要部を示す模式図である。

図 2は、本発明の実施形態で製造する弓形形状希土類磁石の斜視図である。

図 3 (a) は、従来のプレス装置によるプレス工程の初期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図であり、図 3 (b) は、そのプレス工程の後期段階における粉末の状態を模式的に示す断.面図である。 02 10236

図 4 ( a ) は、実施形態のプレス装置によるプレス工程の初期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図であり、図 4 ( b ) は. そのプレス工程の後期段階における粉末の状態を模式的に示す断面図である。

図 5は、実施形態のプレス装置のプレス工程後の下パンチ 1 6を模式的に示す斜視図である。

図 6 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) および（d ) は、本発明の実施形態で用いられる下パンチ 1 6を模式的に示す斜視図である。

図 7 ( a ) は、実施例の磁石を用いて作製したモ一夕についてのコギングトルクを示すグラフであり、図 7 ( b ) は、比較例の磁石から構成したモー夕についてのコギングトルクを示すグラフである < 発明を実施するための最良の形態

本発明によるプレス装置は、キヤビティ内で磁界配向させられた磁性粉末粒子を加圧する一対の加圧面の内の少なくとも一方の加圧面がビッカース硬度が 2 0 0超 4 5 0以下の材料（第 1の材料）で形成された領域（第 1領域）を有している。加圧面の第 1領域は上記の範囲の硬度を有するので、磁性粉末粒子を加圧する際の力によつて塑性変形し、加圧面の第 1領域に磁性粉末粒子の形状に対応した微小な凹凸が形成される。加圧面の第 1領域に形成された微小な凹凸は、磁性粉末粒子を捕らえて、その移動を妨げるように作用する。従って、配向乱れが生じやすい領域の加圧面を第 1領域とすれば、加圧面の第 1領域の近傍の磁性粉末粒子の配向乱れが抑制され. 成形体内の粉末粒子を配向磁界の方向に平行に揃えることができる, PC謂 2/薦 6

少なくとも一方の加圧面が第 1領域を有していればよく、第 1領域以外の領域（第 2領域）は第 1の材料よりもピッカース硬度が高い材料（第 2の材料）で形成してもよい。

加圧面の近傍の磁性粉末粒子の配向乱れは、磁気的相互作用によつて成形体内部の磁性粉末粒子にまで影響し、成形体内部の粉末粒子の配向方向が配向磁界の向きとは平行でなくなり、最終的な焼結磁石の磁気特性の低下を招くが、本発明によると、磁性粉末粒子の配向乱れを防止することができる。

特に、配向磁界の方向とプレス方向とがー致する、いわゆる平行プレスにおいては、加圧面からの力によって、磁性粉末粒子は、プレス方向と直交する方向に移動させられやすく、その結果生じる配向乱れが焼結磁石の磁気特性に与える影響も大きいので、本発明のプレス装置を用いる効果が大きい。

キヤビティ内に充填された磁性粉末粒子が加圧面から受ける力によって移動しやすいのは、加圧面がプレス方向に対して傾斜した領域を有する場合、例えば、加圧面がプレス方向に対して傾斜した面である場合や、湾曲した面である場合である。なお、「加圧面がプレス方向に対して傾斜している」とは加圧面がプレス方向に直交していないことを意味する。

特に、モータ用焼結磁石など、断面が C字形や弓形の形状を有する成形体を製造する場合、一対の加圧面の両方が湾曲面であり、且つ、加圧面の形状（プレス方向における断面形状）は互いに異なるので、両方の加圧面において配向乱れが発生しやすい。このような 6

場合には、両方の加圧面を上記範囲のビッカース硬度を有する材料で形成することが好ましい。

一対の加圧面が互いに平行な平坦な面であっても、キヤビティ内に充填された磁性粉末の表面が平坦でない場合には、加圧面が磁性粉末の表面に対して傾斜した状態で接することになるが、上記の範囲のビッカース硬度を有する材料で形成された加圧面を用いることによって、磁性粉末粒子の配向乱れを抑制することができる。従つて、量産性に優れた摺り切り法を用いて磁性粉末材料をキヤビティに充填した場合などに本発明の効果が得られる。

なお、加圧面を形成している材料のピツカ一ス硬度が 4 5 0を超えると、十分に塑性変形することができず、配向乱れを抑制する効果が十分に得られなくなるおそれがある。また、ビッカース硬度が 2 0 0以下であると成形体の外形が所定の形状からずれるので、成形体の外形を整えるための後加工に要する時間が増えたり、あるいは、加圧面の寿命が短くなるなどの問題が発生するおそれがある。成形体の形状精度、パンチ（加圧面）の寿命などを考慮すると、ビッカ一ス硬度が 2 5 0以上の材料を用いることがさらに好ましい。加圧面を透磁率が 1 . 0 1以下の材料を用いて形成すると、この材料によって配向磁界が影響されないので、所定の方向の配向磁界をキヤビティ内の磁石粉末に印加することができる。加圧面を形成する材料の透磁率は、 1 . 0 0 1以下であることが更に好ましい。これに対し、例えば、 C r 一 N i系ステンレス鋼（ J I S規格： S U S 3 0 4、透磁率 1 . 0 2〜： L . 0 6程度）を用いると、磁束密度がキヤビティの中央部で高くなり、この部分に磁石粉末が集まり . 配向乱れが発生しやすくなる。 B e C u合金、特に、 9 6. 9質量％以上 9 8. 2質量％以下の C uと、 1. 6質量％以上 2. 0質量％以下の B eを含む B e C u合金を好適に用いることができる。

B e C u合金は、超硬合金に比べ安いという利点もある。また、加圧面はプレス過程で塑性変形するので、その面を鏡面加工する必要が無く、放電加工等による形状加工肌の材料をそのまま用いることができるので、さらにコストを低減することができる。また B e C u合金は機械加工性に優れるので、少量多品種の磁石を製造するためのパンチの材料に適している。なお、 B e C u合金を用いても 1 0 0 0ショット程度のプレス成形を繰り返し実行することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、一対の加圧面の両方が湾曲面である場合を例示するが、本発明はこの例に限られない。

[プレス装置〕

図 1 ( a) および（b) は、本実施形態の粉体プレス装置 1 0の主要部を示している。図示されているプレス装置 1 0は、キヤビティを形成するための貫通孔（ダイホール） 1 2 aを有するダイ 1 2 と、貫通孔内において磁性粉末 1 8を圧縮するための上パンチ 1 4 および下パンチ 1 6とを備えている。上パンチ 1 4の先端部め圧縮軸を含む断面形状は凸形状であり、下パンチ 1 6の先端部の断面形状は凹形状である。ダイ 1 2、上パンチ 1 4、および下パンチ 1 6 から構成される金型セットは、不図示の駆動装置に接続され、プレス工程に必要な上下運動を行う。本実施形態におけるプレス装置 1 PC蒙漏 36

0の基本的な動作は、公知のプレス装置の動作と同様にして実行される。

本実施形態で使用する金型セットの形状は、図 2に示すように弓形形状を持つ薄板希土類磁石 2 0を製造するように設計されている, この希土類磁石 2 0は、図 2の矢印 Aで示される方向（プレス方向）に平行に着磁される。図 2に示される希土類磁石 2 0は、例えば、モータやその他の回転機の部品として使用され得る。モータに用いられる場合、磁石 2 0の形状は、コギングトルク低減のため、スキューが発生するように設計されることが好ましい。

再び図 1 ( a ) を参照する。

キヤビティは、下パンチ 1 6の上部がダイ 1 2の貫通孔 1 2 aに部分的に挿入された状態で下パンチ 1 6の上部に形成され、このキャビティ内に磁性粉末 1 8が充填される。キヤビティは、下パンチ 1 6の加圧面 1 6 aと貫通孔 1 2 aの内面とによって規定される成形空間である。 ·

キヤビティ内への粉末充填は、内部に磁性粉末が充填されたフィーダボックス（不図示）をキヤビティ上に移動させ、フィーダポックスの底（開口部）からキヤビティ内に粉末を落下させることによつて行う。重力落下だけでは粉末を均一に充填できないために、フィーダボックス内に設けたシェーカー（不図示）を水平方向に駆動して磁性粉末 1 8をキヤビティ内に押しこむことが好ましい（上記特開 2 0 0 0— 2 4 8 3 0 1号公報参照）。

フィーダボックスがキヤビティ上から退去する際、フィ一ダボックスの底部エツジによって磁性粉末 1 8の上部をすり切り、それによって、成形すべき所定量の粉末 1 8をキヤビティ内へ精度良く充填することができる。このときに、充填された磁性粉末 1 8の表面がダイ 1 2の表面に対して部分的に傾斜することがある。

プレス装置 1 0に特徵的な点は、上パンチ 1 4の加圧面 1 4 aと下パンチ 1 6の加圧面 1 6 aは、 B e C u合金（例えば、住友特殊金属製の B C— 2 ) で形成されている。 B e C u合金は 2 0 0超 4 5 0以下のピツカ一ス硬度を有し、その透磁率は 1. 0 0 1以下の非磁性材料である。 9 6. 9質量％以上 9 8. 2質量％以下の C u と 1. 6質量％以上 2. 0質量％以下の B eを含む B e C u合金は. 上記のビッカース硬度および透磁率の範囲を満足する。

本実施形態のプレス装置 1 0は、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aの全領域が B e C u合金で形成されているので、後に詳述するように、磁性粉末 1 8の配向乱れを効果的に抑制することができる。ここでは、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aの全領域が B e C u合金で形成されている例を示すが、加圧面 1 4 aまたは 1 6 aの少なくとも一方の加圧面が B e C u合金で形成された領域（第 1領域）を有せば、磁性粉末 1 8の配向乱れを抑制する効果が得られる。

なお、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aの全領域が B e C u合金で形成する場合であつても、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aが B e C u合金で形成されていればよく、上パンチ 1 4および下パンチ 1 6の全体を B e C u合金で形成する必要は無い。但し、十分な塑性変形量を得るためには、加圧面を含む厚さが 2 mm程度以上の部分を B e C u 合金で形成することが好ましい。通常、所定の形状の加圧面を B e C u合金プロックから形成すれば、上記条件は容易に満足される。 B e C u合金は弾性を有しているので、上パンチ 1 4および/または下パンチ 1 6の側面と貫通孔 1 2 aの側面との間に 5 a mから 6 0 x m程度のクリアランスを設けることが好ましい。

キヤビティ内に磁性粉末 1 8が充填された後、上パンチ 1 4が降下し始める。上パンチ 1 4の加圧面 1 4 aは、図 1 ( b ) に示されるように、下方の粉末 1 8の上面を押圧する。磁性粉末 1 8が上パンチ 1 4、下パンチ 1 6、およびダイ 1 2によって完全に密閉された状態になった後、キヤビティ内の粉末 1 8に対して、不図示の磁界発生用コイルが配向磁界を印加する。磁束は上パンチ 1 4および下パンチ 1 6の内部に導かれ、キヤビティ内部における配向磁界の向きは、プレス方向（上パンチの動作方向）に平行となる。この配向磁界によって、加圧されつつある粉末の粒子は磁界の向きに配向する。配向磁界の強度は、 0 . 5 M A Z m以上 2 . O M A Z m以下であることが好ましい。配向磁界は、静磁界であっても良いし、パルス磁界であってもよい。

粉末に対して配向磁界が印加された状態で、上パンチ 1 4および下パンチ 1 6によってキヤビティ内の磁性粉末が圧縮成形され、それによって粉末成形体 2 4が形成される。プレス工程の過程では、加圧されている磁性粉末 1 8の粒子は、その位置に応じて異なる応力（圧力）を受けることになる。成形体 2 4が形成された後、上パンチ 1 4が上昇し、下パンチ 1 6が成形体 2 4を押し上げることによって、成形体 2 4がダイホール 1 2 aから抜き出される。

図 3 ( a ) は、従来のプレス装置によるプレス工程の初期段階における磁性粉末の粒子 1 8 aの配向状態を模式的に示している。図 P T/JP02/10236

3 ( b ) は、そのプレス工程の後期段階における粉末粒子 1 8 aの配向状態を模式的に示している。

配向磁界中に置かれた磁性粉末の個々の粒子 1 8 aは、配向磁界の向きに配向するとともに、他の粉末粒子 1 8 aと磁気的に強く結合している。その結果、図 3 ( a) に^されるように、複数の粉末粒子 1 8 aが配向磁界の向きに沿って一列に配向する。配向磁界を印加しながら、上パンチ 1 4 ' と下パンチ 1 6 ' との距離を減少させると、パンチ面 1 4 a ' および 1 6 a ' が曲面を有しているため. 加圧されつつある粉末の各部に不均一な圧力（応力）が加わる。加圧面 1 4 a ' および 1 6 a ' が、はるかに硬い超硬合金で形成され. 鏡面加工された平滑面であると、図 3 (b) に示されるように、平滑な加圧面 1 4 a ' および 1 6 a ' 上を粉末粒子が横方向（プレス方向に直角な成分を含む方向）に滑り、その結果、配向の向きがずれてしまうことになる。

これに対し、本実施形態では、図 4 ( a) および（b) に示されるように、加圧面近傍での粉末粒子の滑りを抑制し、それによつて配向の乱れを防止することができる。これは、上下パンチ 1 4および 1 6の B e C u合金で形成された加圧面 1 4 aおよび 1 6 aが、粉末粒子 1 8 aから受ける力によって塑性変形する。その結果、図 5に模式的に示すように、 B e C u合金で作製されている下パンチ 1 6の加圧面 1 6 aには、微小な凹凸が形成される。この凹凸を表面粗度 R aで表すと、 0. 0 5 m〜 1 2. 5 imの範囲内にある, 図 5には加圧面 1 6 aを示しているが、加圧面 1 4 aにも同様の凹凸が形成される。加圧面 1 4 aおよび 1 6 aに形成された微小な凹凸が粉末粒子 1 8 aの滑りを抑制することで、配向の乱れを防止することができる。

前述したように、磁界中の磁性粉末粒子 1 8 aは相互に磁気結合しているため、キヤビティ内部における粉末粒子の運動も、加圧面 1 4 aおよび 1 6 a近傍における粉末粒子の運動に強く影響される, このため、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aがそれに接触する粉末粒子 1 8 aの形状に応じて塑性変形するだけで、キヤビティ内の粉末粒子 1 8 aの全てについて、その配向度の低下を抑制することができる, なお、得られた成形体 2 4の表面には、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aの凹凸が転写されることになるが、必要に応じて、その後に磁石表面を研磨することによって、転写構造を容易に除去し平滑化することができる。

上記の実施形態では、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aの全領域を B e C u合金で形成したが、図 6 ( a ) から（d ) に示すように、加圧面 1 6 aの一部の領域（第 1領域） 1 6 bを B e C u合金で形成し- 他の領域（第 2領域） 1 6 cを非磁性超硬合金（例えば W C— N i ピツカ一ス硬度： 1 2 0 0、透磁率： 1. . 0 0 0 3 ) または高マンガン鋼（ビッカース硬度： 4 6 0、透磁率： 1 . 0 0 4 ) で形成しても良い。もちろん、加圧面 1 4 aについても加圧面 1 6 a同様に第 1領域と第 2領域とを設けても良い。

第 2の領域 1 6 cを形成する材料のピツカ一ス硬度は第 1領域を形成する材料よりも高く、 4 5 0超であってもよく、好ましくは、 7 0 0以上である。ピツカ一ス硬度が 7 0 0以上の材料を用いると，連続使用による磨耗などが少ないので、第 1領域だけを形成し直すことによって、。繰り返し利用することができる。なお、上述したように、加圧面 1 6 aは透磁率が 1. 0 1以下の材料で形成されていることが好ましいので、第 2領域 1 6 cも透磁率が 1. 0 1以下の材料を用いることが好ましい。もちろん、透磁率は 1. 0 0 1以下であることが更に好ましい。

加圧面 1 6 aにおける第 1領域 1 6 bおよび第 2領域 1 6 cの配置は、種々のパターンであってよく、例えば、図 6 ( a) 〜（d) に示すパターンを例示することができる。図 6 ( a) に示したように、複数の小さな島状の第 1領域 1 6 bを加圧面 1 6 aの前面に均一に配置してもよいし、図 6 ( b ) 〜（d) に示すように、磁性粒子の配向乱れが生じやすい領域に、選択的に、あるいは、集中的に. 第 1領域 1 6 bを配置しても良い。複数の第 1領域 1 6 bを設ける場合は、個々の第 1領域 1 6 bの大きさや形状には特に制限は無く . 加圧面 1 6 aの形成方法に応じて適宜設定すればよい。

磁性粒子の配向乱れの発生しやすい領域は、加圧面 1 6 a (および Zまたは加圧面 1 4 a) の形状、配向磁界の方向とプレス方向との関係、さらには摺り切り法を用いて充填する際のアジテ一夕の移動方向などによって異なるので、これらに応じて、第 1領域 1 6 b を設ける領域を設定すればよい。なお、例示した平行プレスにおいては、加圧面 1 6 aのうち傾斜角が大きい周辺領域において配向乱れが生じやすいので、図 6 ( b ) から（ d ) では、加圧面 1 6 aのそのような領域に第 1領域 1 6 bを設けている。ここで、加圧面 1 6 aの傾斜角は、プレス方向に直交する面（一般的には水平面）を基準面として求められる。加圧面 1 6 aに第 1領域 1 6 bを形成する方法は、例えば、第 2 領域 1 6 cを形成する材料（例えば非磁性超硬合金）で下パンチ 1 6の本体部分を形成した後で、第 1領域 1 6 bとなる部分に穴または溝を形成し、その穴または溝に B e C u合金を圧入あるいは溶接する方法を用いることが出来る。なお、粉末粒子の配向乱れを抑制するためには、第 1領域 1 6 を形成する B e C u合金の厚さは、数 m程度以上あればよく、十分な塑性変形量を得るためには 2 mm以上あることが好ましい。第 1領域 1 6 bを形成する方法などに応じて、適宜設定すればよい。

なお、モータに用いられる C字形や弓形の成形体を作製する場合には、上述したように、成形体の凸面側を形成する加圧面 1 6 aの少なくとも一部を B e C u合金で形成すれば、配向乱れを抑制することによるコギングトルクの低減効果を得ることができる。

[合金粉末の製造方法]

本発明は、希土類焼結磁石の製造に好適に用いられ、特に、 R 一 T - （M) — B系の高性能希土類焼結磁石の製造において効果的である。

公知のストリップキャスト法を用いて R— T— （M) — B系希土類磁石合金の錡片を作製する。具体的には、まず、 N d ： 3 0 w t %、 B ： 1. 0 w t % , D y ： 1. 2 w t %、 A 1 ： 0. 2 w t %、 C o ： 0. 9 w t %、残部 F eおよび不可避不純物からなる組成の合金を高周波溶解によって溶融し、合金溶湯を形成する。この合金溶湯を 1 3 5 0 °Cに保持した後、単ロール法によって、合金溶湯を急冷し、厚さ 0. 3 mmのフレーク状合金铸塊を得ることができる。このときの急冷条件は、例えば、ロール周速度約 l mZ秒- 冷却速度 5 0 0 °CZ秒、過冷度 1 8 0 °Cとする。急冷速度は、 1 0 ² °C /秒〜 1 0⁴ °C /秒に設定される。

このようにして形成された急冷合金の厚さは 0. 0 3 mm以上 1 Omm以下の範囲にある。この合金は、短軸方向サイズが 0. 1 m以上 1 0 0 /xm以下で長軸方向サイズが 5 xm以上 5 0 0 m以下の R ₂T ₄ B結晶粒と、 R ₂T i ₄ B結晶粒の粒界に分散して存在する; リツチ相とを含有し、 Rリツチ相の厚さは 1 0 以下である。ストリップキャスト法による原料合金の製造方法は、例えば、米国特許第 5， 3 8 3 , 9 7 8に開示されている。 R— T _ (M) 一 B系希土類磁石用合金粉末は、細長い (ァスぺク卜比が大きい) 形状を有しているので、圧縮時における流動性（成形性）が悪い。次に、粗粉碎された原料合金を複数の原料パックに充填し、ラックに搭載する。この後、前述の原料搬送装置を用いて、原料パックが搭載されたラックを水素炉の前まで搬送し、水素炉の内部へ挿入する。そして、水素炉内で水素粉碎処理を開始する。原料合金は水素炉内で加熱され、水素粉砕処理を受ける。粉碎後、原料合金の温度が常温程度に低下してから原料の取り出しを行うことが好ましい, しかし、高温状態（例えば 4 0〜 8 0 °C) のまま原料を取り出しても、原料が大気と接触しないようにすれば、特に深刻な酸化は生じない。水素粉砕によって、希土類合金は 0. 1〜 1. 0mm程度の大きさに粉砕される。なお、合金は、水素粉砕処理の前において、平均粒径 1〜 1 0 mmのフレーク状に粗粉碎されていることが好ましい。

8 水素粉碎後、ロータリク一ラ等の冷却装置によって、脆化した原料合金をより細かく粉枠するとともに冷却することが好ましい。比較的高い温度状態のまま原料を取り出す場合は、ロータリクーラ等による冷却処理の時間を相対的に長くすれば良い。

ロータリクーラ等によって室温程度にまで冷却された原料粉末に対して、ジエツトミルなどの粉碎装置を用いて更なる粉枠処理を行い、原料の微粉末を製造する。磁気特性等の観点から、微粉末の平均粒径（F S S S粒径）は 2 m以上 1 0 以下であることが好ましい。本実施形態では、ジェットミルを用いて窒素ガス雰囲気中で微粉砕し、平均粒径が約 3 . 5 / mの合金粉末を得る。この窒素ガス雰囲気中の酸素量は 1 0 0 0 O p p m程度に低く抑えることが好ましい。このようなジエツトミルは、特公平 6— 6 7 2 8号公報に記載されている。微粉碎時における雰囲気ガス中に含まれる酸化性ガス（酸素や水蒸気）の濃度を制御し、それによつて、微粉碎後における合金粉末の酸素含有量（重量）を 6 0 0 0 p p m以下に調整することが好ましい。希土類合金粉末中の酸素量が 6 0 0 0 p p mを超えて多くなりすぎると、磁石中に非磁性酸化物の占める割合が増加し、最終的な焼結磁石の磁気特性が劣化してしまうからである。

次に、この合金粉末に対し、ロッキングミキサー内で潤滑剤を例えば 0 . 3 w t %添加 · 混合し、潤滑剤で合金粉末粒子の表面を被覆する。潤滑剤としては、脂肪酸エステルを石油系溶剤で希釈したものを用いることができる。本実施形態では、脂肪酸エステルとしてカブロン酸メチルを用い、石油系溶剤としてはイソパラフィンを用いる。カブロン酸メチルとイソパラフィンの重量比は、例えば

1 ： 9とする。このような液体潤滑剤は、粉末粒子の表面を被覆し. 粒子の酸化防止効果を発揮するとともに、プレス時の配向性および粉末成形性（成形体の抜き出し易さ）を向上させる機能を発揮する ₍ なお、潤滑剤の種類は上記のものに限定されるわけではない。脂肪酸エステルとしては、カブロン酸メチル以外に、例えば、カプリル酸メチル、ラウリル酸メチル、ラウリン酸メチルなどを用いても良い。溶剤としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤ゃナフテン系溶剤等を用いることができる。潤滑剤添加のタイミングは任意であり、微粉碎前、微粉碎中、微粉砕後の何れであっても良い, 液体潤滑剤に代えて、あるいは液体潤滑剤とともに、ステアリン酸亜鉛などの固体（乾式）潤滑剤を用いても良い。

なお、本方法で製造した粉末は粒度分布がシャープであるため流動性が悪く、配向方向と同方向に圧縮すると、一般に、プレス時に配向が乱れやすい傾向にある。また、脂肪酸エステルなどの潤滑剤の添加によって各粒子の配向が容易に達成されやすくなるが、粉末流動性が悪くなるため、プレスに伴って配向の乱れが生じやすくなる。さらに、高い磁気特性を得るために、例えば 0 . 8 T〜 2 . 0 Τの高い配向磁界を印加すると、その配向乱れが顕著となる。従つて、本実施形態の場合、 B e C u合金で形成された加圧面を有するプレス装置を用いる効果が顕著に発揮される。

[希土類磁石の製造方法]

まず、図 1に示すプレス装置を用い、上述の方法で作製した磁性粉末を配向磁界中で成形する。このプレス成形が終了した後、形成された粉末成形体は下パンチ 1 6によって押し上げられ、プレス装置の外部へ取り出される。この時点における成形体の表面（加圧面 1 4 aおよび 1 6 aに接触していた面）には、プレス工程において加圧面 1 4 aおよび加圧面 1 6 aに形成された微小な凹凸を反映したパターンが転写されている。本実施形態によれば、図 4 ( b ) に示されるように、配向に乱れの少ない粉末成形体が得られる。

なお、成形体をダイから取り出すときの離型性を高めるために、粉末充填の前に、加圧面に対して離型剤を塗布 · 散布しておいてもよい。離型剤としては、脂肪酸エステルを溶剤で希釈したものが好適に用いられる。脂肪酸エステルとしては、具体的には、カブロン酸メチル、カプリル酸メチル、ラウリル酸メチル、ラウリン酸メチルなどが挙げられる。溶剤としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤などを用いることができ、脂肪酸エステル：溶剤を 1 ： 2 0〜 1 ： 1の重量比で混合したものが用いられる。脂肪酸としてァラキジン酸が 1 . 0 w t %以下で含まれていてもよい。

次に、成形体は、焼結用台板（厚さ： 0 . 5〜 3 m m ) に載せられる。台板は、例えばモリブデン材料から形成されている。成形体 2 4は、台板とともに焼結ケースへ搭載される。成形体 2 4を搭載した焼結ケースは焼結炉内に移送され、その炉内で公知の焼結処理を受ける。成形体は焼結プロセスを経て、焼結体に変化する。

次に、必要に応じて焼結体の表面に対する研磨加工を行う。焼結直後における焼結体の表面には、加圧面 1 4 aおよび 1 6 aの微小な凹凸に対応した表面パ夕ーンが残存している。この表面パターンの一部または全部が研磨工程によって除去してもよい。研磨加工の

2 P 漏 2/10236

後、または研磨加工に代えて、焼結体表面を樹脂膜等によって覆う工程を実行しても良い。このようにして、最終的な製品、すなわち希土類磁石が製造される。

以上、モータ等の回転機に好適に用いられ得る形状の希土類磁石について、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではない。

図 2に示される磁石は、上面および下面がともに湾曲しているが. 何れか一方の面だけが湾曲している場合でも、本発明の効果が充分に得られる。その場合、湾曲していない平坦面を形成する側のパンチ加圧面は、従来と同じ材料（例えば超硬合金）を用いて構成されていても良い。

また、図 1 ( a ) を参照しながら説明したように、摺り切り充填法によってキヤビティに充填された磁性粉末 1 8の表面は、ダイ 1 2の表面に対して平坦にならず、ある方向に偏ったり、うねりを生じたりする。このような場合には、一対の加圧面が互いに平行な平坦な面であっても、加圧面が磁性粉末の表面に対して傾斜した状態で接することになるので、従来の超硬合金等を鏡面加工された加圧面を用いると配向乱れの問題が発生する。しかしながら、 B e C u 合金を用いて形成された加圧面を有するプレス装置を用いると、上述したのと同様のメカニズムで、磁性粉末粒子の配向乱れを抑制することができる。

(実施例および比較例）

図 1に示したように、 B e C u合金（例えば、住友特殊金属製の B C - 2 ) で形成された加圧面 1 4 aおよび 1 6 aを有するパンチ P 漏 2/10236

を備えたプレス装置 1 0を用いて希土類合金粉末に対するプレス成形を行った。本実施例では、図 2の矢印 B方向に沿って測定した長さが 4 Omm、矢印 A方向に沿って計測した厚さが中央部で 7 mm. 端部で 4mm、矢印 Aおよび Bの両方に垂直な方向に沿って測定した幅が 3 5 mmのサイズを持つ成形体を作製した。成形体密度は 4. 3 0 g/ c m³とし、配向磁界（約 I MAZm) はプレス方向（矢印 A) に対して平行に印加した。その後、成形体に対して、ァルゴン雰囲気のもと、 1 0 5 0 °Cで 2時間の焼結処理を実行し、磁石を作製した。この磁石に対して着磁処理を行った後、磁石表面近傍における磁束密度分布を測定した。

比較のため、従来の超硬合金を用いて形成された加圧面を有するパンチを備えたプレス装置によっても、同様のプレス工程を行い、比較例の磁石を作製した。

本実施例について測定された磁束密度分布は、比較例の磁束密度分布に比べて優れたものであり、配向度の低下に起因する分布の異常は観察されなかった。

次に、本実施例の磁石を用いて作製したモータについて、コギングトルクを測定した。測定結果を図 7 ( a) に示す。比較のため、比較例の磁石から構成したモータについてもコギングトルクを測定した。測定結果を図 7 (b) に示す。

図 7 ( a) および図 7 ( b ) から明らかなように、本実施例のモ一夕のコギングトルクは、比較例のモー夕のコギングトルクよりも充分に小さい。本発明によってモー夕のコギングトルクが低減する理由は、プレス工程中に成形体中に配向乱れが生じにくくなつたことにある。産業上の利用可能性

本発明のプレス装置によれば、加圧面の少なくとも一部が適度なビッカース硬度を有する材料から形成されているので、配向磁界中で粉末プレスを実行する際、粉末粒子が加圧面上を滑ることが抑制され、それによつて粉末配向の乱れを防止することができる。

このようなプレス装置を用いて形成された粉末成形体では、均一な配向が達成され、この成形体を用いて作製した希土類磁石は優れた磁気特性を有する。

本明の方法によって製造した磁石を用いてモー夕を組み立てると、コギングトルクを低減することができる。

Claims

請求の範囲

1 . キヤビティを形成する貫通孔を有するダイと、

前記キヤビティ内に充填された磁性粉末をプレスするための第 1 加圧面および第 2加圧面と、

前記キヤビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加する磁界発生手段と、

備えたプレス装置であって、

前記第 1および第 2加圧面の少なくとも一方の加圧面は、ピツカース硬度が 2 0 0超 4 5 0以下の第 1の材料で形成された第 1領域を有する、プレス装置。

2 . 前記少なくとも一方の加圧面は、前記第 1の材料よりもビッカース硬度が高い第 2の材料で形成された第 2領域をさらに有する、請求項 1に記載のプレス装置。

3 . 前記少なくとも一方の加圧面は、プレス方向に対して傾斜した領域を含む、請求項 1または 2に記載のプレス装置。

4 . 前記第 1および第 2の材料の透磁率は、 1 . 0 1以下である、請求項 1から 3のいずれかに記載のプレス装置。

5 . 前記第 1の材料は、 B e C u合金である、請求項 1から 4 のいずれかに記載のプレス装置。

6. 前記 B e C u合金は、 9 6. 9質量％以上 9 8. 2質％以下の C uと、 1. 6質量％以上 2. 0質量％以下の B eを含む、請求項 5に記載のプレス装置。

7. 前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である、請求項 1から 6のいずれかに記載のプレス装置。

8. 磁性粉末を用意する工程と、

前記磁性粉末をキヤビティ内に充填する工程と、

前記キヤビティ内の前記磁性粉末に配向磁界を印加することによって、前記磁性粉末を配向させる工程と、

前記配向させられた磁性粉末を互いに対向する一対の加圧面の間で一軸プレスすることによつて成形体を形成する工程であって. 前記一対の加圧面の少なくとも一方は、前記充填された磁性粉末の表面および Zまたはプレス方向に対して傾斜した領域を含み、前記少なくとも一方の加圧面は、ビッカース硬度が 2 0 0超 4 5 0以下の第 1の材料で形成された第 1領域を有する、一軸プレス工程と、

を包含する、磁石の製造方法。

9. 前記少なくとも一方の加圧面は、前記第 1の材料よりもビッカース硬度が高い第 2の材料で形成された第 2領域をさらに有する、請求項 8に記載の磁石の製造方法。

1 0. 前記第 1および第 2の材料の透磁率は、 1. 0 1以下である、請求項 8または 9に記載の磁石の製造方法。

1 1. 前記第 1の材料は、 B e C u合金である、請求項 8から 1 0のいずれかに記載の磁石の製造方法。

1 2. 前記 B e C u合金は、 9 6. 9質量％以上 9 8. 2質量％以下の C uと、 1. 6質量％以上 2. 0質量％以下の B eを含む、請求項 1 1に記載の磁石の製造方法。

1 3. 前記少なくとも一方の加圧面は、湾曲した面である、請求項 8から 1 2のいずれかに記載の磁石の製造方法。

1 4. 前記一軸プレス工程は、断面が C字形または弓形の成形体を形成する工程である、請求項 1 3に記載の磁石の製造方法。

1 5. 前記磁性粉末は、摺り切り法によって前記キヤビティに充填される、請求項 8から 1 4のいずれかに記載の磁石の製造方法

1 6. 前記配向磁界の方向は、前記プレス方向に平行である、請求項 8から 1 5のいずれかに記載の磁石の製造方法。

1 7. 前記磁性粉末は、希土類合金粉末を含む、請求項 8から 1 6のいずれかに記載の磁石の製造方法。

1 8 . 請求項 8から 1 7のいずれかに記載の製造方法によって製造された磁石を備えるモー夕。