焼結磁石製造装置
【課題】配向工程で漏洩する磁界の影響を防ぐことができる焼結磁石製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る焼結磁石製造装置は、合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段１１と、合金粉末を焼結させる焼結手段１３と、充填後且つ焼結前に充填焼成容器内の合金粉末を配向させるための磁界を生成する空芯コイルを有し、その空芯コイルの軸が充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線からずれた位置に配置された配向手段１２と、を備える。配向手段１２から漏洩する磁界は空芯コイルの軸の延長線上が最も強く、それに垂直な方向には比較的弱いため、空芯コイルの軸を上記直線からずらすことにより、配向手段１２から漏洩する磁界の強度を充填手段１１及び焼結手段１３の位置において抑え、高特性磁石を得ることができる。
【解決手段】本発明に係る焼結磁石製造装置は、合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段１１と、合金粉末を焼結させる焼結手段１３と、充填後且つ焼結前に充填焼成容器内の合金粉末を配向させるための磁界を生成する空芯コイルを有し、その空芯コイルの軸が充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線からずれた位置に配置された配向手段１２と、を備える。配向手段１２から漏洩する磁界は空芯コイルの軸の延長線上が最も強く、それに垂直な方向には比較的弱いため、空芯コイルの軸を上記直線からずらすことにより、配向手段１２から漏洩する磁界の強度を充填手段１１及び焼結手段１３の位置において抑え、高特性磁石を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類・鉄・ホウ素系磁石（RFeB磁石）や希土類・コバルト系磁石（RCo磁石）等の焼結体から成る焼結磁石を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
RFeB磁石は、1982年に佐川（本願発明者）らによって見出され、それまでの永久磁石をはるかに凌駕する特性を有し、ネオジム（希土類の一種）、鉄及び硼素という比較的豊富で廉価な原料から製造することができるという特長を有する。そのため、RFeB磁石はハードディスク等のボイスコイルモータ、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータ、電動補助型自転車用モータ、産業用モータ、高級スピーカー、ヘッドホン、永久磁石式磁気共鳴診断装置等、様々な製品に使用されている。
【０００３】
RFeB磁石は、正方晶の結晶構造を持ち磁気異方性を有するR2Fe14B金属間化合物を主相とする（特許文献１）。RFeB磁石の磁気特性を高めるためにはこの磁気異方性を活かすことが必要であり、そのため緻密で均質な微細組織を得ることができる焼結法により製造されている。
【０００４】
焼結法では一般的に、まずRFeB磁石の合金粉末を金型に充填した後、合金粉末にプレス機で圧力を印加しつつ磁界を印加して成形と配向処理を同時に行い、成形体を金型から取り出した後に加熱して焼結させている。それに対して特許文献２には、RFeB磁石の合金粉末を充填焼成容器に充填し（充填工程）、プレス成形を行うことなく磁界中で合金粉末を配向した（配向工程）後、そのまま加熱する（焼結工程）ことよりRFeB焼結磁石を製造することが記載されている。この方法によれば、プレス成形により合金粉末の配向が乱れることがないため、より高い磁気特性を持つRFeB磁石を得ることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、内部を無酸素又は不活性ガス雰囲気に保持する密閉容器内に、充填手段、配向手段、焼結手段を設け、更に充填手段から配向手段、配向手段から焼結手段に充填焼成容器を搬送する搬送手段を設けた焼結磁石の製造装置が記載されている。この装置によれば、合金粉末を全工程に亘って一貫して無酸素又は不活性ガス雰囲気中で取り扱うことができるため、その酸化と磁気特性の低下を防ぐことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭59-046008号公報
【特許文献２】特開2006-019521号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
焼結磁石の製造は流れ作業で行われる。すなわち、充填、配向及び焼結の各操作は同時並行して行われる。特に配向手段では磁束密度が数テスラという強い磁界を合金粉末に印加する必要があるため、配向手段の外部に磁界が漏洩することを防ぐことは困難である。そのため、漏洩した磁界により合金粉末に力が作用し、それにより、焼結手段において合金粉末の配向が乱れたり、充填手段において合金粉末の充填に支障が生じたりする。
【０００８】
これら漏洩磁界の影響を排除するために、配向手段と焼結手段、及び配向手段と充填手段の距離を長く取ることが考えられるが、その場合には製造装置の大型化が避けられない。このように装置全体が大型化すると、装置を設置するために必要なスペースが増加するうえ、密閉容器も大型化する必要が生じることから無酸素又は不活性ガス雰囲気を維持するためのコストが増大する、という問題が生じる。
【０００９】
ここまでは酸化の影響を特に受けやすいRFeB磁石を例に説明したが、酸化による影響を比較的受け難く密閉容器を使用する必要がない磁石を製造する場合においても、広いスペースを占拠するという問題は同様に生じる。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、配向工程で漏洩する磁界の影響を防ぐことができる焼結磁石製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明に係る焼結磁石製造装置は、
a) 合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段と、
b) 前記充填焼成容器内の合金粉末を磁界で配向させる空心コイルを有する配向手段と、
c) 合金粉末を焼結する焼結手段と、
d) 前記充填手段、前記配向手段、前記焼結手段の順に前記充填焼成容器を搬送する搬送手段と、
を備え、
e) 前記空心コイルの軸が、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ直線からずれるように前記配向手段が配置されている、
ことを特徴とする。
【００１２】
空芯コイルから漏洩する磁界の強度は、空芯コイルの軸の延長線上が最も強く、軸の周りでは比較的弱い。そのため、充填手段、配向手段及び焼結手段を直線状に配置すると、充填手段及び焼結手段は漏洩磁界の影響を強く受ける。それに対して本発明では、充填手段と焼結手段を結ぶ直線から空芯コイルの軸をずらして配置することにより、充填手段及び焼結手段の位置における漏洩磁界の強度を、上記直線状配置の場合よりも弱くすることができる。
【００１３】
配向手段は、前記空心コイルの軸が前記直線とは異なる方向を向くように配置することができる。特に、空心コイルの軸を前記直線に対し直交させることが好ましい。一方、空心コイルの軸を前記直線から平行にずらしたように配置することもできる。
【００１４】
前記搬送手段には、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ主搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送させる主搬送手段と、前記主搬送ライン上の所定位置と前記配向手段を結ぶ副搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送させる副搬送手段と、を備えるものを用いることができる。
【００１５】
前記充填手段及び前記配向手段は一の密閉容器に収容され、該密閉容器と前記焼結手段は連通していることが好ましい。
前記配向手段は前記密閉容器の外壁の一部にコイルを巻き付けたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、充填手段及び焼結手段の位置において、配向手段から漏出する磁界の強度を抑えることができる。そのため、焼結手段において合金粉末の配向が乱れたり、充填手段において合金粉末の充填に支障が生じたりすることを防ぐことができる。
【００１７】
また、充填手段及び焼結手段の位置が、漏洩磁界の強度が最も強い空芯コイルの軸の延長線上からずれるため、この延長線上に充填手段及び焼結手段がある場合よりもそれらの手段を配向手段に近づけることができる。これにより、装置を小型化することができる。それに伴い、密閉容器を使用する場合には、その容積を小さくでき、不活性ガスの使用量を減らし、ランニングコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る焼結磁石製造装置の実施例を図１〜図４を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明に係る焼結磁石製造装置の第１実施例１０を図１に示す。この焼結磁石製造装置１０は、合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段１１と、充填焼成容器に充填された合金粉末を配向させる配向手段１２と、配向させた合金粉末を焼結させる焼結手段１３を有する。配向手段１２は、充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線からずれた位置に配置されている。また、焼結磁石製造装置１０は充填焼成容器を搬送する搬送手段１４を有する。更に、焼結磁石製造装置１０は、充填手段１１、配向手段１２、焼結手段１３及び搬送手段１４を無酸素又は不活性ガス雰囲気中に保持する密閉容器１５を有する。以下、上記各手段について詳しく説明する。
【００２０】
充填手段１１は、充填焼成容器に合金粉末を給粉する給粉手段１１１、充填焼成容器に給粉された合金粉末の山を平らにするならし手段１１２、充填焼成容器に蓋を取り付けたうえでエアバイブレータにより合金粉末に振動を与える振動手段１１３、充填焼成容器を台に叩きつけることにより合金粉末に衝撃を与えるタッピング手段１１４と、を備える。振動手段１１３及びタッピング手段１１４により、合金粉末をプレスすることなく高密度に充填することができる。例えば、平均粒径が3μm程度のNdFeB磁石の微粉末であれば、3.5〜4.0g/cm3の密度で充填することが可能である。
【００２１】
配向手段１２は、充填手段１１と焼結手段１３とほぼ同一平面上ではあるがその両者を結ぶ直線からずれた位置、具体的には充填手段１１と焼結手段１３の間の中間点１４３から前記直線に垂直且つ横方向に進んだ位置に配置されている。それに伴い、密閉容器１５は配向手段１２の部分が突出した突出部１５１を有している。配向手段１２は、磁界を発生する空芯コイル１２１を備え、空芯コイル１２１の軸は充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線に対して直交する方向（図中の一点鎖線で示した方向）に配置されている。また、空芯コイル１２１は突出部１５１の外壁１５２に巻き付けられており、外壁１５２がコイルボビンの役割を兼ねている。このように外壁１５２がコイルボビンを兼ねることで、外壁１５２の外側に別途コイルボビンを設けた場合よりも空芯コイルの内径を小さくし、発生磁界強度を高めることができる。
【００２２】
焼結手段１３は、配向手段１２から搬送された充填焼成容器をそのまま加熱する加熱炉から成る。加熱炉の内部は密閉容器１５と連通しており、加熱炉内と密閉容器１５内の双方を無酸素又は不活性ガス雰囲気に維持することができる。加熱炉と密閉容器１５の間には断熱性の扉（図示せず）があり、加熱中はこの扉を閉じることにより密閉容器１５内の昇温を抑えると共に、加熱炉単独で無酸素又は不活性ガス雰囲気を保持することができる。
【００２３】
搬送手段１４は、充填手段１１から中間点１４３を経て焼結手段１３に充填焼成容器を搬送する主搬送ライン１４１と、中間点１４３と配向手段１２の間で主搬送ライン１４１に垂直な方向に充填焼成容器を搬送する副搬送ライン１４２と、を有する。搬送手段１４には、配向させた合金粉末への影響を避けるため非磁性樹脂等製のベルトコンベアを用いる。
【００２４】
本実施例の焼結磁石製造装置１０の動作を、NdFeB焼結磁石を製造する場合を例に説明する。
まず、充填手段１１内で充填焼成容器を給粉手段１１１の位置に配置する。給粉手段１１１は秤量器を有し、所定量のNdFeB合金粉末をホッパから充填焼成容器に投入する。次に、充填焼成容器内の合金粉末の山をならし手段１１２により平らに整える。そして充填焼成容器に蓋をしたうえで振動手段１１３により合金粉末を振動させ、更にタッピング手段１１４により衝撃を与える。これら振動手段１１３及びタッピング手段１１４の動作により、充填焼成容器内の合金粉末の密度が3.5〜4.0g/cm3程度にまで高められる。
【００２５】
次に、搬送手段１４は充填手段１１から中間点１４３を経由して配向手段１２まで充填焼成容器を搬送する。配向手段１２は、充填焼成容器を空芯コイル１２１の空芯内に配置した状態で、合金粉末に対して3〜8Tのパルス磁界を印加する。すると、合金粉末の微粒子は磁界から力を受けて回動し、磁化容易軸が整列するように配向する。
なお、この配向処理は、多くの焼結磁石で焼結処理後に焼結体に磁界を印加することにより行われている着磁処理とは本質的に異なるものである。配向処理は上述のように微粒子を磁界から受ける力で動かすのに対して、着磁処理は微粒子を動かすことなく電子スピンの方向を揃えるものである。そのため、着時処理は焼結処理後に行われるのに対して、配向処理は微粒子を動かすことができるように焼結処理の前に行われる。
【００２６】
配向処理の後、搬送手段１４は配向手段１２から中間点１４３を経由して焼結手段１３まで充填焼成容器を搬送する。焼結手段１３は、充填焼成容器内の合金粉末を配向させた状態のままで（圧力等の負荷をかけることなく）950〜1050℃に加熱することにより、合金粉末を焼結させる。これにより、NdFeB焼結磁石が得られる。
【００２７】
この装置では流れ作業により多数の磁石が順次製造される。そのため、配向手段１２である充填焼成容器内の合金粉末に対して配向処理が行われている時に、充填手段１１において他の充填焼成容器に合金粉末を充填する工程や、焼結手段１３において他の充填焼成容器内の合金粉末を焼結する工程が並行して行われる。
【００２８】
次に、図２を用いて、本実施例の焼結磁石製造装置１０と比較例について空芯コイルから漏洩する磁界の影響を説明する。空芯コイルから漏洩する磁界は、空芯コイルの軸の延長線上で最も強くなり、軸の周囲ではでは比較的弱い。そのため、充填焼成容器内の合金粉末に影響を与えるほどの強い漏洩磁界が存在する範囲（以後、「磁界漏洩範囲５１」とする）は、図２に示すように、空芯コイルの軸方向に長軸を持つ楕円形に近い形状になる。そのため、充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ線上に空芯コイルの軸が向くように配向手段１２を配置する（比較例１：図２(a)）と、充填手段１１や焼結手段１３が磁界漏洩範囲５１内に含まれてしまい、それら充填手段１１や焼結手段１３で並行して作業が行われている他の充填焼成容器が磁化したり、その容器内の合金粉末の配向が乱れるといった悪影響が生じる。一方、そのような悪影響を防ぐために充填手段１１及び焼結手段１３と配向手段１２の距離を長くする（比較例２：図２(b)）と、装置が大型化して設置スペースの確保や無酸素・不活性ガス雰囲気を生成するためのコストが増大するという問題が生じる。
【００２９】
それに対して本実施例の焼結磁石製造装置１０では、空芯コイル１２１の軸は充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線と直交しており、この軸の延長上には充填手段１１も焼結手段１３も存在しない（図２(c)）。その結果、充填手段１１及び焼結手段１３は磁界漏洩範囲５１から外れるため合金粉末の配向への影響が生じず、また、装置を大型化する必要も生じない。
【実施例２】
【００３０】
本発明に係る焼結磁石製造装置の第２実施例２０を図３に示す。焼結磁石製造装置２０は充填手段２１、外容器収容手段２６、配向手段２２、焼結手段２３及び搬送手段２４を有する。これら各手段は密閉容器２５に収容されている。充填手段２１、焼結手段２３及び密閉容器２５は第１実施例のものと同様である。以下、外容器収容手段２６、搬送手段２４及び配向手段２２について説明する。
【００３１】
外容器収容手段２６は充填焼成容器５２を外容器５３に収容する操作を行うものであり、充填焼成容器昇降機２６１と、ガイド２６２と、外容器ホルダ２６３とを有する。ここで外容器５３は、充填焼成容器５２を複数個積み重ねて収容する容器である。充填焼成容器昇降機２６１は、充填手段２１から充填済みの充填焼成容器５２が１個搬送される毎に、充填焼成容器５２を容器１個分だけ降下させて充填焼成容器５２を順次受けいれ、積み重ねる。その際、積み重ねられた充填焼成容器５２の側方をガイド２６２が保持する。そして、充填焼成容器５２が所定の個数だけ積み重ねられた後、充填焼成容器昇降機２６１は積み重ねられた充填焼成容器５２を上昇させる。それと共に、外容器５３の下方に設けられた開口部が充填焼成容器５２の直上に来るように外容器ホルダ２６３が外容器５３を横方向に移動させた後、外容器５３を降下させる。これら充填焼成容器昇降機２６１及び外容器ホルダ２６３の動作により、積み重ねられた充填焼成容器５２は外容器５３に収容される。
【００３２】
搬送手段２４は、充填焼成容器５２及び外容器５３を充填手段２１から外容器収容手段２６を経て焼結手段２３まで横方向に搬送する主搬送手段２４１を有する。それと共に、外容器収容手段２６と焼結手段２３の間に設けられ、充填焼成容器５２が収容された外容器５３を主搬送手段２４１と配向手段２２の間で上下方向に搬送する副搬送手段２４２と、を有する。主搬送手段２４１には実施例１と同様に非金属の部品から成るベルトコンベアを用いることができる。副搬送手段２４２には充填焼成容器昇降機２６１と同様の昇降機を用いることができる。
【００３３】
配向手段２２は副搬送手段２４２の直上に設けられ、上下方向を軸（図中の一点鎖線）とする空芯コイル２２１を有する。空芯コイル２２１の空芯内には前述のように副搬送手段２４２により外容器５３が搬入／搬出される。なお、図３には密閉容器２５の内部にコイルを配置する例を示したが、実施例１と同様に密閉容器の該当部分にコイルを巻くこともできる。
【００３４】
本実施例の焼結磁石製造装置２０の動作を説明する。充填手段２１は第１実施例と同様に、給粉手段により合金粉末を秤量のうえ充填焼成容器５２に給粉し、ならし手段、振動手段及びタッピング手段により合金粉末を3.5〜4.0g/cm3の高密度に充填する。搬送手段２４は、こうして合金粉末が高密度充填された充填焼成容器５２を順次、外容器収容手段２６に搬送し、外容器収容手段２６は上述のように充填焼成容器５２を外容器５３に収容する。次に、搬送手段２４は主搬送手段２４１及び副搬送手段２４２により外容器５３を配向手段２２の空芯コイル内に搬送する。そして、配向手段２２は、充填焼成容器５２内の合金粉末に3〜8Tのパルス磁界を上下方向に印加することにより、合金粉末を配向させる。その後、搬送手段２４は外容器５３を焼結手段２３に搬送し、焼結手段２３は合金粉末を配向させた状態のままで950〜1050℃に加熱することにより、合金粉末を焼結させる。これにより、NdFeB焼結磁石が得られる。
【００３５】
本実施例の焼結磁石製造装置２０では、配向手段２２が搬送手段２４の上方に設けられているため、設置面積を更に削減することができる。また、この装置は複数個の充填焼成容器５２に対して同時に配向処理を行うため、配向手段２２以外の領域に磁界の影響を与えることを一層抑制することができる。
【００３６】
なお、ここでは複数個の充填焼成容器５２を同時に配向処理するために外容器収容手段２６を用いる例を示したが、充填焼成容器５２に対して１個ずつ配向処理を行う場合にも、設置面積を更に削減するという上記効果を得るために、本実施例の上下方向に移動する副搬送手段２４２を好適に用いることができる。
【実施例３】
【００３７】
本発明の焼結磁石製造装置の第３実施例３０を図４に示す。本実施例の焼結磁石製造装置３０は、第１実施例と同様の充填手段３１、焼結手段３３及び雰囲気保持容器３５を有する。配向手段３２は第２実施例と同様の構成を有する。但し、配向手段３２は、コイルの軸（図中の一点鎖線）が充填手段３１と焼結手段３３を結ぶ直線と平行な方向を向き且つその直線からずれるように配置されている。このように配向手段３２を配置することにより、充填手段３１及び焼結手段３３の位置は配向手段３２の磁界漏洩範囲５１から外れる。搬送手段３４は充填焼成容器を充填手段３１から配向手段３２を経て焼結手段３３まで、配向手段３２の位置に合わせて非直線状に搬送する。本実施例の焼結磁石製造装置３０の動作は、搬送手段３４の上記動作を除いて、第１実施例の焼結磁石製造装置１０の動作と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る焼結磁石製造装置の第１実施例の概略構成を示す上面図。
【図２】(a)比較例１、(b)比較例２及び(c)第１実施例の焼結磁石製造装置における配向手段１２からの磁界の漏洩範囲を示す概略図。
【図３】本発明に係る焼結磁石製造装置の第２実施例の概略構成を示す側面図。
【図４】本発明に係る焼結磁石製造装置の第３実施例の概略構成を示す上面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０、２０、３０…焼結磁石製造装置
１１、２１、３１…充填手段
１１１…給粉手段
１１２…ならし手段
１１３…振動手段
１１４…タッピング手段
１２、２２、３２…配向手段
１２１、２２１…空芯コイル
１３、２３、３３…焼結手段
１４、２４、３４…搬送手段
１４１…主搬送ライン
１４２…副搬送ライン
１４３…中間点
１５、２５、３５…雰囲気保持容器
１５１…突出部
１５２…外壁
２４１…主搬送手段
２４２…副搬送手段
２６…外容器収容手段
２６１…充填焼成容器昇降機
２６２…ガイド
２６３…外容器ホルダ
５１…磁界漏洩範囲
５２…充填焼成容器
５３…外容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類・鉄・ホウ素系磁石（RFeB磁石）や希土類・コバルト系磁石（RCo磁石）等の焼結体から成る焼結磁石を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
RFeB磁石は、1982年に佐川（本願発明者）らによって見出され、それまでの永久磁石をはるかに凌駕する特性を有し、ネオジム（希土類の一種）、鉄及び硼素という比較的豊富で廉価な原料から製造することができるという特長を有する。そのため、RFeB磁石はハードディスク等のボイスコイルモータ、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータ、電動補助型自転車用モータ、産業用モータ、高級スピーカー、ヘッドホン、永久磁石式磁気共鳴診断装置等、様々な製品に使用されている。
【０００３】
RFeB磁石は、正方晶の結晶構造を持ち磁気異方性を有するR2Fe14B金属間化合物を主相とする（特許文献１）。RFeB磁石の磁気特性を高めるためにはこの磁気異方性を活かすことが必要であり、そのため緻密で均質な微細組織を得ることができる焼結法により製造されている。
【０００４】
焼結法では一般的に、まずRFeB磁石の合金粉末を金型に充填した後、合金粉末にプレス機で圧力を印加しつつ磁界を印加して成形と配向処理を同時に行い、成形体を金型から取り出した後に加熱して焼結させている。それに対して特許文献２には、RFeB磁石の合金粉末を充填焼成容器に充填し（充填工程）、プレス成形を行うことなく磁界中で合金粉末を配向した（配向工程）後、そのまま加熱する（焼結工程）ことよりRFeB焼結磁石を製造することが記載されている。この方法によれば、プレス成形により合金粉末の配向が乱れることがないため、より高い磁気特性を持つRFeB磁石を得ることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、内部を無酸素又は不活性ガス雰囲気に保持する密閉容器内に、充填手段、配向手段、焼結手段を設け、更に充填手段から配向手段、配向手段から焼結手段に充填焼成容器を搬送する搬送手段を設けた焼結磁石の製造装置が記載されている。この装置によれば、合金粉末を全工程に亘って一貫して無酸素又は不活性ガス雰囲気中で取り扱うことができるため、その酸化と磁気特性の低下を防ぐことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭59-046008号公報
【特許文献２】特開2006-019521号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
焼結磁石の製造は流れ作業で行われる。すなわち、充填、配向及び焼結の各操作は同時並行して行われる。特に配向手段では磁束密度が数テスラという強い磁界を合金粉末に印加する必要があるため、配向手段の外部に磁界が漏洩することを防ぐことは困難である。そのため、漏洩した磁界により合金粉末に力が作用し、それにより、焼結手段において合金粉末の配向が乱れたり、充填手段において合金粉末の充填に支障が生じたりする。
【０００８】
これら漏洩磁界の影響を排除するために、配向手段と焼結手段、及び配向手段と充填手段の距離を長く取ることが考えられるが、その場合には製造装置の大型化が避けられない。このように装置全体が大型化すると、装置を設置するために必要なスペースが増加するうえ、密閉容器も大型化する必要が生じることから無酸素又は不活性ガス雰囲気を維持するためのコストが増大する、という問題が生じる。
【０００９】
ここまでは酸化の影響を特に受けやすいRFeB磁石を例に説明したが、酸化による影響を比較的受け難く密閉容器を使用する必要がない磁石を製造する場合においても、広いスペースを占拠するという問題は同様に生じる。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、配向工程で漏洩する磁界の影響を防ぐことができる焼結磁石製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明に係る焼結磁石製造装置は、
a) 合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段と、
b) 前記充填焼成容器内の合金粉末を磁界で配向させる空心コイルを有する配向手段と、
c) 合金粉末を焼結する焼結手段と、
d) 前記充填手段、前記配向手段、前記焼結手段の順に前記充填焼成容器を搬送する搬送手段と、
を備え、
e) 前記空心コイルの軸が、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ直線からずれるように前記配向手段が配置されている、
ことを特徴とする。
【００１２】
空芯コイルから漏洩する磁界の強度は、空芯コイルの軸の延長線上が最も強く、軸の周りでは比較的弱い。そのため、充填手段、配向手段及び焼結手段を直線状に配置すると、充填手段及び焼結手段は漏洩磁界の影響を強く受ける。それに対して本発明では、充填手段と焼結手段を結ぶ直線から空芯コイルの軸をずらして配置することにより、充填手段及び焼結手段の位置における漏洩磁界の強度を、上記直線状配置の場合よりも弱くすることができる。
【００１３】
配向手段は、前記空心コイルの軸が前記直線とは異なる方向を向くように配置することができる。特に、空心コイルの軸を前記直線に対し直交させることが好ましい。一方、空心コイルの軸を前記直線から平行にずらしたように配置することもできる。
【００１４】
前記搬送手段には、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ主搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送させる主搬送手段と、前記主搬送ライン上の所定位置と前記配向手段を結ぶ副搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送させる副搬送手段と、を備えるものを用いることができる。
【００１５】
前記充填手段及び前記配向手段は一の密閉容器に収容され、該密閉容器と前記焼結手段は連通していることが好ましい。
前記配向手段は前記密閉容器の外壁の一部にコイルを巻き付けたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、充填手段及び焼結手段の位置において、配向手段から漏出する磁界の強度を抑えることができる。そのため、焼結手段において合金粉末の配向が乱れたり、充填手段において合金粉末の充填に支障が生じたりすることを防ぐことができる。
【００１７】
また、充填手段及び焼結手段の位置が、漏洩磁界の強度が最も強い空芯コイルの軸の延長線上からずれるため、この延長線上に充填手段及び焼結手段がある場合よりもそれらの手段を配向手段に近づけることができる。これにより、装置を小型化することができる。それに伴い、密閉容器を使用する場合には、その容積を小さくでき、不活性ガスの使用量を減らし、ランニングコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る焼結磁石製造装置の実施例を図１〜図４を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明に係る焼結磁石製造装置の第１実施例１０を図１に示す。この焼結磁石製造装置１０は、合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段１１と、充填焼成容器に充填された合金粉末を配向させる配向手段１２と、配向させた合金粉末を焼結させる焼結手段１３を有する。配向手段１２は、充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線からずれた位置に配置されている。また、焼結磁石製造装置１０は充填焼成容器を搬送する搬送手段１４を有する。更に、焼結磁石製造装置１０は、充填手段１１、配向手段１２、焼結手段１３及び搬送手段１４を無酸素又は不活性ガス雰囲気中に保持する密閉容器１５を有する。以下、上記各手段について詳しく説明する。
【００２０】
充填手段１１は、充填焼成容器に合金粉末を給粉する給粉手段１１１、充填焼成容器に給粉された合金粉末の山を平らにするならし手段１１２、充填焼成容器に蓋を取り付けたうえでエアバイブレータにより合金粉末に振動を与える振動手段１１３、充填焼成容器を台に叩きつけることにより合金粉末に衝撃を与えるタッピング手段１１４と、を備える。振動手段１１３及びタッピング手段１１４により、合金粉末をプレスすることなく高密度に充填することができる。例えば、平均粒径が3μm程度のNdFeB磁石の微粉末であれば、3.5〜4.0g/cm3の密度で充填することが可能である。
【００２１】
配向手段１２は、充填手段１１と焼結手段１３とほぼ同一平面上ではあるがその両者を結ぶ直線からずれた位置、具体的には充填手段１１と焼結手段１３の間の中間点１４３から前記直線に垂直且つ横方向に進んだ位置に配置されている。それに伴い、密閉容器１５は配向手段１２の部分が突出した突出部１５１を有している。配向手段１２は、磁界を発生する空芯コイル１２１を備え、空芯コイル１２１の軸は充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線に対して直交する方向（図中の一点鎖線で示した方向）に配置されている。また、空芯コイル１２１は突出部１５１の外壁１５２に巻き付けられており、外壁１５２がコイルボビンの役割を兼ねている。このように外壁１５２がコイルボビンを兼ねることで、外壁１５２の外側に別途コイルボビンを設けた場合よりも空芯コイルの内径を小さくし、発生磁界強度を高めることができる。
【００２２】
焼結手段１３は、配向手段１２から搬送された充填焼成容器をそのまま加熱する加熱炉から成る。加熱炉の内部は密閉容器１５と連通しており、加熱炉内と密閉容器１５内の双方を無酸素又は不活性ガス雰囲気に維持することができる。加熱炉と密閉容器１５の間には断熱性の扉（図示せず）があり、加熱中はこの扉を閉じることにより密閉容器１５内の昇温を抑えると共に、加熱炉単独で無酸素又は不活性ガス雰囲気を保持することができる。
【００２３】
搬送手段１４は、充填手段１１から中間点１４３を経て焼結手段１３に充填焼成容器を搬送する主搬送ライン１４１と、中間点１４３と配向手段１２の間で主搬送ライン１４１に垂直な方向に充填焼成容器を搬送する副搬送ライン１４２と、を有する。搬送手段１４には、配向させた合金粉末への影響を避けるため非磁性樹脂等製のベルトコンベアを用いる。
【００２４】
本実施例の焼結磁石製造装置１０の動作を、NdFeB焼結磁石を製造する場合を例に説明する。
まず、充填手段１１内で充填焼成容器を給粉手段１１１の位置に配置する。給粉手段１１１は秤量器を有し、所定量のNdFeB合金粉末をホッパから充填焼成容器に投入する。次に、充填焼成容器内の合金粉末の山をならし手段１１２により平らに整える。そして充填焼成容器に蓋をしたうえで振動手段１１３により合金粉末を振動させ、更にタッピング手段１１４により衝撃を与える。これら振動手段１１３及びタッピング手段１１４の動作により、充填焼成容器内の合金粉末の密度が3.5〜4.0g/cm3程度にまで高められる。
【００２５】
次に、搬送手段１４は充填手段１１から中間点１４３を経由して配向手段１２まで充填焼成容器を搬送する。配向手段１２は、充填焼成容器を空芯コイル１２１の空芯内に配置した状態で、合金粉末に対して3〜8Tのパルス磁界を印加する。すると、合金粉末の微粒子は磁界から力を受けて回動し、磁化容易軸が整列するように配向する。
なお、この配向処理は、多くの焼結磁石で焼結処理後に焼結体に磁界を印加することにより行われている着磁処理とは本質的に異なるものである。配向処理は上述のように微粒子を磁界から受ける力で動かすのに対して、着磁処理は微粒子を動かすことなく電子スピンの方向を揃えるものである。そのため、着時処理は焼結処理後に行われるのに対して、配向処理は微粒子を動かすことができるように焼結処理の前に行われる。
【００２６】
配向処理の後、搬送手段１４は配向手段１２から中間点１４３を経由して焼結手段１３まで充填焼成容器を搬送する。焼結手段１３は、充填焼成容器内の合金粉末を配向させた状態のままで（圧力等の負荷をかけることなく）950〜1050℃に加熱することにより、合金粉末を焼結させる。これにより、NdFeB焼結磁石が得られる。
【００２７】
この装置では流れ作業により多数の磁石が順次製造される。そのため、配向手段１２である充填焼成容器内の合金粉末に対して配向処理が行われている時に、充填手段１１において他の充填焼成容器に合金粉末を充填する工程や、焼結手段１３において他の充填焼成容器内の合金粉末を焼結する工程が並行して行われる。
【００２８】
次に、図２を用いて、本実施例の焼結磁石製造装置１０と比較例について空芯コイルから漏洩する磁界の影響を説明する。空芯コイルから漏洩する磁界は、空芯コイルの軸の延長線上で最も強くなり、軸の周囲ではでは比較的弱い。そのため、充填焼成容器内の合金粉末に影響を与えるほどの強い漏洩磁界が存在する範囲（以後、「磁界漏洩範囲５１」とする）は、図２に示すように、空芯コイルの軸方向に長軸を持つ楕円形に近い形状になる。そのため、充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ線上に空芯コイルの軸が向くように配向手段１２を配置する（比較例１：図２(a)）と、充填手段１１や焼結手段１３が磁界漏洩範囲５１内に含まれてしまい、それら充填手段１１や焼結手段１３で並行して作業が行われている他の充填焼成容器が磁化したり、その容器内の合金粉末の配向が乱れるといった悪影響が生じる。一方、そのような悪影響を防ぐために充填手段１１及び焼結手段１３と配向手段１２の距離を長くする（比較例２：図２(b)）と、装置が大型化して設置スペースの確保や無酸素・不活性ガス雰囲気を生成するためのコストが増大するという問題が生じる。
【００２９】
それに対して本実施例の焼結磁石製造装置１０では、空芯コイル１２１の軸は充填手段１１と焼結手段１３を結ぶ直線と直交しており、この軸の延長上には充填手段１１も焼結手段１３も存在しない（図２(c)）。その結果、充填手段１１及び焼結手段１３は磁界漏洩範囲５１から外れるため合金粉末の配向への影響が生じず、また、装置を大型化する必要も生じない。
【実施例２】
【００３０】
本発明に係る焼結磁石製造装置の第２実施例２０を図３に示す。焼結磁石製造装置２０は充填手段２１、外容器収容手段２６、配向手段２２、焼結手段２３及び搬送手段２４を有する。これら各手段は密閉容器２５に収容されている。充填手段２１、焼結手段２３及び密閉容器２５は第１実施例のものと同様である。以下、外容器収容手段２６、搬送手段２４及び配向手段２２について説明する。
【００３１】
外容器収容手段２６は充填焼成容器５２を外容器５３に収容する操作を行うものであり、充填焼成容器昇降機２６１と、ガイド２６２と、外容器ホルダ２６３とを有する。ここで外容器５３は、充填焼成容器５２を複数個積み重ねて収容する容器である。充填焼成容器昇降機２６１は、充填手段２１から充填済みの充填焼成容器５２が１個搬送される毎に、充填焼成容器５２を容器１個分だけ降下させて充填焼成容器５２を順次受けいれ、積み重ねる。その際、積み重ねられた充填焼成容器５２の側方をガイド２６２が保持する。そして、充填焼成容器５２が所定の個数だけ積み重ねられた後、充填焼成容器昇降機２６１は積み重ねられた充填焼成容器５２を上昇させる。それと共に、外容器５３の下方に設けられた開口部が充填焼成容器５２の直上に来るように外容器ホルダ２６３が外容器５３を横方向に移動させた後、外容器５３を降下させる。これら充填焼成容器昇降機２６１及び外容器ホルダ２６３の動作により、積み重ねられた充填焼成容器５２は外容器５３に収容される。
【００３２】
搬送手段２４は、充填焼成容器５２及び外容器５３を充填手段２１から外容器収容手段２６を経て焼結手段２３まで横方向に搬送する主搬送手段２４１を有する。それと共に、外容器収容手段２６と焼結手段２３の間に設けられ、充填焼成容器５２が収容された外容器５３を主搬送手段２４１と配向手段２２の間で上下方向に搬送する副搬送手段２４２と、を有する。主搬送手段２４１には実施例１と同様に非金属の部品から成るベルトコンベアを用いることができる。副搬送手段２４２には充填焼成容器昇降機２６１と同様の昇降機を用いることができる。
【００３３】
配向手段２２は副搬送手段２４２の直上に設けられ、上下方向を軸（図中の一点鎖線）とする空芯コイル２２１を有する。空芯コイル２２１の空芯内には前述のように副搬送手段２４２により外容器５３が搬入／搬出される。なお、図３には密閉容器２５の内部にコイルを配置する例を示したが、実施例１と同様に密閉容器の該当部分にコイルを巻くこともできる。
【００３４】
本実施例の焼結磁石製造装置２０の動作を説明する。充填手段２１は第１実施例と同様に、給粉手段により合金粉末を秤量のうえ充填焼成容器５２に給粉し、ならし手段、振動手段及びタッピング手段により合金粉末を3.5〜4.0g/cm3の高密度に充填する。搬送手段２４は、こうして合金粉末が高密度充填された充填焼成容器５２を順次、外容器収容手段２６に搬送し、外容器収容手段２６は上述のように充填焼成容器５２を外容器５３に収容する。次に、搬送手段２４は主搬送手段２４１及び副搬送手段２４２により外容器５３を配向手段２２の空芯コイル内に搬送する。そして、配向手段２２は、充填焼成容器５２内の合金粉末に3〜8Tのパルス磁界を上下方向に印加することにより、合金粉末を配向させる。その後、搬送手段２４は外容器５３を焼結手段２３に搬送し、焼結手段２３は合金粉末を配向させた状態のままで950〜1050℃に加熱することにより、合金粉末を焼結させる。これにより、NdFeB焼結磁石が得られる。
【００３５】
本実施例の焼結磁石製造装置２０では、配向手段２２が搬送手段２４の上方に設けられているため、設置面積を更に削減することができる。また、この装置は複数個の充填焼成容器５２に対して同時に配向処理を行うため、配向手段２２以外の領域に磁界の影響を与えることを一層抑制することができる。
【００３６】
なお、ここでは複数個の充填焼成容器５２を同時に配向処理するために外容器収容手段２６を用いる例を示したが、充填焼成容器５２に対して１個ずつ配向処理を行う場合にも、設置面積を更に削減するという上記効果を得るために、本実施例の上下方向に移動する副搬送手段２４２を好適に用いることができる。
【実施例３】
【００３７】
本発明の焼結磁石製造装置の第３実施例３０を図４に示す。本実施例の焼結磁石製造装置３０は、第１実施例と同様の充填手段３１、焼結手段３３及び雰囲気保持容器３５を有する。配向手段３２は第２実施例と同様の構成を有する。但し、配向手段３２は、コイルの軸（図中の一点鎖線）が充填手段３１と焼結手段３３を結ぶ直線と平行な方向を向き且つその直線からずれるように配置されている。このように配向手段３２を配置することにより、充填手段３１及び焼結手段３３の位置は配向手段３２の磁界漏洩範囲５１から外れる。搬送手段３４は充填焼成容器を充填手段３１から配向手段３２を経て焼結手段３３まで、配向手段３２の位置に合わせて非直線状に搬送する。本実施例の焼結磁石製造装置３０の動作は、搬送手段３４の上記動作を除いて、第１実施例の焼結磁石製造装置１０の動作と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る焼結磁石製造装置の第１実施例の概略構成を示す上面図。
【図２】(a)比較例１、(b)比較例２及び(c)第１実施例の焼結磁石製造装置における配向手段１２からの磁界の漏洩範囲を示す概略図。
【図３】本発明に係る焼結磁石製造装置の第２実施例の概略構成を示す側面図。
【図４】本発明に係る焼結磁石製造装置の第３実施例の概略構成を示す上面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０、２０、３０…焼結磁石製造装置
１１、２１、３１…充填手段
１１１…給粉手段
１１２…ならし手段
１１３…振動手段
１１４…タッピング手段
１２、２２、３２…配向手段
１２１、２２１…空芯コイル
１３、２３、３３…焼結手段
１４、２４、３４…搬送手段
１４１…主搬送ライン
１４２…副搬送ライン
１４３…中間点
１５、２５、３５…雰囲気保持容器
１５１…突出部
１５２…外壁
２４１…主搬送手段
２４２…副搬送手段
２６…外容器収容手段
２６１…充填焼成容器昇降機
２６２…ガイド
２６３…外容器ホルダ
５１…磁界漏洩範囲
５２…充填焼成容器
５３…外容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段と、
b) 前記充填焼成容器内の合金粉末を磁界で配向させる空心コイルを有する配向手段と、
c) 合金粉末を焼結する焼結手段と、
d) 前記充填手段、前記配向手段、前記焼結手段の順に前記充填焼成容器を搬送する搬送手段と、
を備え、
e) 前記空心コイルの軸が、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ直線からずれるように前記配向手段が配置されている、
ことを特徴とする焼結磁石製造装置。
【請求項２】
前記空心コイルの軸が前記直線とは異なる方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項３】
前記空心コイルの軸が前記直線と直交していることを特徴とする請求項２に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項４】
前記空心コイルの軸が前記直線と平行であることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項５】
前記搬送手段が、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ主搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送する主搬送手段と、前記主搬送ライン上の所定位置と前記配向手段を結ぶ副搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送する副搬送手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
【請求項６】
前記副搬送ラインが、前記充填焼成容器を上下方向に移動するものであることを特徴とする請求項５に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項７】
前記充填手段及び前記配向手段が一の密閉容器に収容され、該密閉容器と前記焼結手段が連通していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
【請求項８】
前記配向手段が前記密閉容器の外壁の一部にコイルを巻いたものであることを特徴とする請求項７に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項９】
前記配向手段が前記充填手段から充填焼成容器を複数個搬送された後、該複数個の充填焼成容器に対して同時に配向処理をすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
【請求項１０】
前記充填手段と前記配向手段の間に、複数個の充填焼成容器を外容器に収容する外容器収容手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項１】
a) 合金粉末を充填焼成容器に充填する充填手段と、
b) 前記充填焼成容器内の合金粉末を磁界で配向させる空心コイルを有する配向手段と、
c) 合金粉末を焼結する焼結手段と、
d) 前記充填手段、前記配向手段、前記焼結手段の順に前記充填焼成容器を搬送する搬送手段と、
を備え、
e) 前記空心コイルの軸が、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ直線からずれるように前記配向手段が配置されている、
ことを特徴とする焼結磁石製造装置。
【請求項２】
前記空心コイルの軸が前記直線とは異なる方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項３】
前記空心コイルの軸が前記直線と直交していることを特徴とする請求項２に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項４】
前記空心コイルの軸が前記直線と平行であることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項５】
前記搬送手段が、前記充填手段と前記焼結手段を結ぶ主搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送する主搬送手段と、前記主搬送ライン上の所定位置と前記配向手段を結ぶ副搬送ライン上で前記充填焼成容器を搬送する副搬送手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
【請求項６】
前記副搬送ラインが、前記充填焼成容器を上下方向に移動するものであることを特徴とする請求項５に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項７】
前記充填手段及び前記配向手段が一の密閉容器に収容され、該密閉容器と前記焼結手段が連通していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
【請求項８】
前記配向手段が前記密閉容器の外壁の一部にコイルを巻いたものであることを特徴とする請求項７に記載の焼結磁石製造装置。
【請求項９】
前記配向手段が前記充填手段から充填焼成容器を複数個搬送された後、該複数個の充填焼成容器に対して同時に配向処理をすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の焼結磁石製造装置。
【請求項１０】
前記充填手段と前記配向手段の間に、複数個の充填焼成容器を外容器に収容する外容器収容手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の焼結磁石製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１６４１７７（Ｐ２００９−１６４１７７Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３９３５９（Ｐ２００７−３３９３５９）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（５９１０４４５４４）インターメタリックス株式会社 (23)
【出願人】（０００００５９７９）三菱商事株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（５９１０４４５４４）インターメタリックス株式会社 (23)
【出願人】（０００００５９７９）三菱商事株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
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