磁場中成形装置、金型、磁場中成形方法
【課題】フェライト磁石を形成するための成形体を得るに際し、離型剤の使用量を抑え、生産コストの低減、生産効率の向上を図ることのできる耐久性に優れた磁場中成形装置、金型、磁場中成形方法を提供することを目的とする。
【解決手段】金型１２の下型１２Ｂに、キャビティ１１を形成する表面に高硬度かつ低摩擦係数を有する被膜３０を形成することで、スラリーに含まれる固形成分（微粉砕粉末）による下型１２Ｂの表面に対する耐摩耗性を高め、被膜３０の耐久性を大幅に向上させるとともに、潤滑剤の使用量を削減するようにした。
【解決手段】金型１２の下型１２Ｂに、キャビティ１１を形成する表面に高硬度かつ低摩擦係数を有する被膜３０を形成することで、スラリーに含まれる固形成分（微粉砕粉末）による下型１２Ｂの表面に対する耐摩耗性を高め、被膜３０の耐久性を大幅に向上させるとともに、潤滑剤の使用量を削減するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿式成形に用いるのに適した磁場中成形装置、金型、磁場中成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石として主流となっているフェライト（焼結）磁石を製造するには、原料を所定の配合比で混合したものを仮焼してフェライト化させ、得られた仮焼体をサブミクロンサイズまで粉砕し、フェライト粒子からなる材料粉末を得る。次いで、材料粉末を磁場中で金型によって圧縮成形（以下、これを磁場中成形と称する）して成形体を得た後、この成形体を焼結することで、フェライト磁石を得る（例えば、特許文献１参照。）。
磁場中成形の工程には、大きく分けて、材料粉末を乾燥させた後に成形を行う乾式と、材料粉末をスラリー状として成形を行う湿式とがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１７９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁場中成形の工程では、乾式の場合には材料粉末、湿式の場合にはスラリーを金型のキャビティに投入し、これを圧縮成形して成形体を得るわけであるが、このとき、金型のキャビティ表面への成形体の付着を防止するため、離型剤をキャビティ表面に塗布することが一般的に行われている。
しかしながら、離型剤が適量でないことで欠けやクラックが発生し、不良率が高まるという問題がある。
【０００５】
また、離型剤を用いる場合、毎ショットごと等、定期的に離型剤を塗布する必要がある。そのため、離型剤の使用量も多く、これが生産コスト上昇に影響する。加えて、離型剤を塗布するための手間がかかり、これによって生産効率の低下を招くという問題もある。
【０００６】
また、一般的な金型成形において、成形体のキャビティ表面への付着を防止するために、キャビティ表面にメッキ等の表面処理を施し、被膜を形成することも行われているが、フェライト磁石の材料粉末は硬度が高く、特に湿式の場合には、この、硬度の高い材料粉末がスラリー中の分散剤によって乾式の場合よりも動きやすいために、被膜の摩耗が激しく、金型の耐久性が著しく低くなるという問題がある。フェライト磁石用の金型の場合、臼型は超硬材で形成され、上パンチステンレス鋼、下パンチがステライト（登録商標）鋼で形成されることがある。このような場合において上記のような被膜を用いるとすれば、超硬材よりも硬度の低いダイス鋼で形成された下パンチの表面に被膜を形成することになるが、上記のような理由によって被膜が摩耗すると、被膜の施されていない臼型よりも下パンチの方が型寿命が短くなり、不経済である。したがって、磁場中成形を湿式で行う場合には、従来手法の被膜では、実用に耐えないと言わざるを得ない。
このため、被膜を形成するにしても、離型剤と併用せざるを得ず、上記問題の解決には繋がらない。
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、フェライト磁石を形成するための成形体を得るに際し、離型剤の使用量を抑え、生産コストの低減、生産効率の向上を図ることのできる耐久性に優れた磁場中成形装置、金型、磁場中成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明の磁場中成形装置は、フェライト磁石を製造するときに用いる磁場中成形装置であり、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型と、金型中のスラリーに所定方向の磁場を印加する磁場発生源と、を備え、金型のキャビティ面の少なくとも一部に、粉末よりも硬度が高く、かつ金型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする。
フェライト磁石を、スラリーを用いて湿式成形する場合、型や被膜の寿命に関し、乾式よりも条件が厳しい。このような湿式成形用の磁場中成形装置において、金型のキャビティ面の少なくとも一部に、粉末よりも硬度が高く、かつ金型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜を形成することで、粉末に対する被膜の耐摩耗性が高まる。また、被膜表面の摩擦係数が低いので、離型剤等の塗布量を低減することもできる。
このような被膜は、粉末の硬度の２倍以上の硬度を有するものとするのが、確実な効果を得るには好ましい。例えば、被膜を、ビッカース硬度Ｈｖ＝３０００以上、摩擦係数μ＝０．２以下とする。このような被膜には、ダイヤモンド状炭素被膜を用いるのが好ましい。
【０００９】
本発明の金型は、フェライト磁石を製造するときに用いられ、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型であって、所定の断面形状を有した孔が形成された臼型と、臼型の孔に下方から挿入された下型と、臼型に対向するよう設けられた上型と、を備え、下型の上面に、粉末に対し硬度が２倍以上で、かつ下型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の磁場中成形方法は、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させることで得たスラリーを、粉末よりも硬度が高くかつ母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が表面の少なくとも一部に形成された金型に注入する工程と、所定方向の磁場を印加しつつ金型でスラリーを加圧する工程と、金型を開き、スラリーを加圧成形することで得られる成形体を金型から取り出す工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金型の少なくとも一部に高硬度かつ低摩擦係数を有する被膜を形成することで、スラリーに含まれるフェライト材料（粉末）に対する被膜の耐摩耗性を高めることが可能となる。その結果、金型の耐久性を高めることができ、また、摩擦係数の低い被膜により、潤滑剤の使用量を削減することができる。これにより、潤滑剤の使用量削減、潤滑剤塗布の手間の軽減することができ、生産効率の向上、生産コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるフェライト磁石の製造工程の流れの一例を示す図である。なお、本実施の形態で示すフェライト磁石の製造工程はあくまでも一例に過ぎず、適宜変更を加えることが可能なのは言うまでもない。
この図１に示すように、フェライト磁石を製造するには、まず原料を所定の配合比で混合したものを仮焼してフェライト化させる（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。原料としては、酸化物粉末、または焼成により酸化物となる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等の粉末を用いる。仮焼は、通常、空気中等の酸化性雰囲気中で行えば良い。
【００１３】
次いで、得られた仮焼体を粗粉砕工程を経ることで粉砕し（ステップＳ１０３）、フェライト粒子からなる仮焼粉末を得る。次いでこの仮焼粉末に適宜添加物を添加し、微粉砕工程を経てサブミクロンサイズまで粉砕し（ステップＳ１０４）、主としてマグネトプランバイト型フェライトからなる微粉砕粉末を得る。粗粉砕工程、微粉砕工程は、湿式で行っても乾式で行ってもよい。ただし、仮焼体は一般に顆粒から構成されるので、粗粉砕工程を乾式で行い、次いで微粉砕工程を湿式で行うのが好ましい。その場合、粗粉砕工程で仮焼体を所定以下の粒径となるまで粗粉砕した後、微粉砕工程で粗粉砕粉と水とを含む粉砕用スラリーを調製し、これを用いて所定以下の粒径となるまでの微粉砕を行う。
【００１４】
この後、微粉砕粉末を分散媒に分散させることで所定濃度のスラリー（スラリー）を調製し、これを磁場中成形する。微粉砕工程で湿式粉砕を行った場合、脱水工程（ステップＳ１０５）にてスラリーを濃縮することで、所定濃度のスラリーを調製するようにしても良い。
ここで、分散媒としては、水、あるいはヘキサン、トルエン、p-キシレン、メタノール等を用いることができる。
【００１５】
そして、このスラリーを混練した後（ステップＳ１０６）、スラリーを型に注入し、所定方向の磁場をかけながら圧縮成形することで磁場中成形を行う（ステップＳ１０７）。
この後、得られた成形体を焼成して焼結させることで、フェライト磁石を得る（ステップＳ１０８）。この後、所定形状への加工を経て、製品としてのフェライト磁石が完成する（ステップＳ１０９〜Ｓ１１０）。
【００１６】
図２、図３は、上記したようなステップＳ１０７の磁場中成形を行う工程で用いる磁場中成形装置１０の概略構成を示す図である。
磁場中成形装置１０は、所定濃度に調製されたスラリーに対し、磁場中で圧縮成形を施すことで、フェライト粒子を配向させ、所定形状のフェライト磁石を形成するものである。図２に示すように、この磁場中成形装置１０は、複数のフェライト磁石を多数個取りで形成するため、複数のキャビティ１１を有している。
【００１７】
図３は、この磁場中成形装置１０の一つのキャビティ１１を対象とした断面図である。この図３に示すように、磁場中成形装置１０には、金型１２として上型１２Ａ、下型１２Ｂ、臼型１２Ｓが備えられている。上型１２Ａは、臼型１２Ｓと対向するように設けられ、下型１２Ｂは、臼型１２Ｓに形成された孔に下方から挿入されて設けられている。上型１２Ａ、下型１２Ｂの少なくとも一方は、図示しない駆動シリンダ等を駆動源として、上型１２Ａ、下型１２Ｂを互いに接近・離間させる方向に動作可能となっている。本実施の形態においては、下型１２Ｂが、上型１２Ａに対し所定のストロークで上下動するようになっている。
また、臼型１２Ｓは、固定されていてもよいし、上下動可能でも良い。
【００１８】
図２に示したように、臼型１２Ｓには、個々のキャビティ１１にスラリーを注入するための注入パス１３が形成されている。この注入パス１３は、外部に設けられた材料容器１４から、材料供給管１５を介し、ポンプ１６によって送り込まれるスラリーを、個々のキャビティ１１に分配・注入するようになっている。
【００１９】
図３に示したように、個々の下型１２Ｂは、そのストローク終端位置において、キャビティ１１にて、スラリーを所定の形状に圧縮成形するようになっている。ここで、臼型１２Ｓには、下型１２Ｂとの隙間をシールするシール部材１７が設けられている。
上型１２Ａと臼型１２Ｓの合わせ面には、キャビティ１１からスラリーに含まれる水分を排出するための濾布１８が挟み込まれている。スラリーに含まれる水分は、濾布１８を伝い、上型１２Ａと臼型１２Ｓの合わせ面から上型１２Ａおよび臼型１２Ｓの外部に導き出され、これによって脱水がなされるようになっている。
そして、上型１２Ａの近傍には、図示しない磁界発生コイル等の磁場発生源が設けられており、所定の方向の磁場を加えることができるようになっている。
【００２０】
さて、このような金型１２においては、上型１２Ａはステンレス鋼、下型１２Ｂをステライト鋼で形成し、臼型１２Ｓを超硬材で形成した。
そして、下型１２Ｂにおいて、キャビティ１１の内周面を形成する部分には、被膜３０を形成した。この被膜３０は、その硬度は、微粉砕粉末の硬度よりも高く、微粉砕粉末の硬度の２倍以上の硬度とするのが特に好ましい。本実施の形態において、微粉砕粉末のビッカース硬度はＨｖ＝８００程度であるため、被膜３０は、ビッカース硬度がＨｖ＝１６００以上とするのが好ましく、Ｈｖ＝２０００以上とするのがより好ましく、特に好ましいのはＨｖ＝３０００以上である。また、被膜３０の摩擦係数は、なるべく小さくするのが好ましく、具体的には摩擦係数μ＝０．２以下とするのが好ましい。このような条件を満足する被膜３０の材料としては、硬質炭素系材料があり、リン、珪素、タングステン、クロム等の添加元素が配合されたものであっても良い。被膜３０を形成する硬質炭素系材料として特に好ましいのは、Ｈｖ＝３０００以上、摩擦係数μ＝０．２以下とすることのできるダイヤモンド状炭素被膜（ダイヤモンドライクカーボン）である。ダイヤモンド状炭素被膜は、炭化水素ガスを高真空中のアーク放電プラズマで分解し、プラズマ中のイオン等を被膜形成対象物（本実施の形態の場合は下型１２Ｂ）に衝突させることによって形成されるもので、緻密なアモルファス構造をなして、結晶粒界のない非常に平滑度の高い表面を形成し、同様に高硬度でかつ低摩擦係数を有するＣｒＮ被膜、ＴｉＮ被膜、ＴｉＣＮ被膜、ＴｉＣｒＮ被膜等と比較しても、際立つ高硬度、低摩擦係数となっている。
【００２１】
上記したような構成の磁場中成形装置１０では、前記のステップＳ１０６で混練されたスラリーが、ポンプ１６によって、材料容器１４から材料供給管１５、注入パス１３を通り、上型１２Ａ、下型１２Ｂ間の各キャビティ１１に分配・供給される。
スラリーの注入時には、図示しない磁界発生コイル等によって発生させた磁界を印加する。そして、所定量のスラリーがキャビティ１１に充填された時点で、遮断弁１９を閉じる。これにより、遮断弁１９よりも金型１２側、つまり、キャビティ１１、注入パス１３、および材料供給管１５の遮断弁１９よりも下流側からなる系Ｐが閉鎖される。この状態で下型１２Ｂを作動させ、上型１２Ａ、下型１２Ｂにより所定の圧力を加え、加圧を開始する。すると、スラリーに含まれる水分は濾布１８を伝って外部に導き出されていく。キャビティ１１内を加圧することで、注入パス１３および材料供給管１５内のスラリーにも、その圧力は伝搬する。
【００２２】
加圧開始後、上型１２Ａ、下型１２Ｂによる加圧力が最高圧力に達した後、所定の圧力状態を所定時間維持する。この間に、キャビティ１１内のスラリーに含まれる固形成分が、磁界を印加された状態で所定形状に成形されることになる。
この後、上型１２Ａ、下型１２Ｂを開き、脱型し、所定形状に成形された成形体を得る。
【００２３】
このとき、下型１２Ｂは、キャビティ１１を形成する表面に高硬度かつ低摩擦係数を有する被膜３０が形成されているので、スラリーに含まれる固形成分（微粉砕粉末）に対する下型１２Ｂの表面の耐摩耗性が向上する。特に、加圧開始前と加圧後で、上型１２Ａと下型１２Ｂの間隔比が大きく変動する部分、すなわち充填比（＝充填前のキャビティ深さ／圧縮後（成形後）の厚さ）の大きい部分においては、スラリーに含まれる固形部分の挙動が大きくなるため、下型１２Ｂの表面の耐摩耗性向上効果は大きい。
このようにして、被膜３０により下型１２Ｂの表面の耐摩耗性を向上できることにより、被膜３０の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。その結果、下型１２Ｂの耐久性を高めることができ、被膜３０を有さない超硬材製の臼型１２Ｓと同等の耐久性を確保することも可能となる。また、摩擦係数の低い被膜３０により、潤滑剤の使用量を削減することができる（潤滑剤の使用量をゼロにすることも可能である）。これにより、潤滑剤の使用量削減、潤滑剤塗布の手間の軽減することができ、生産効率の向上、生産コストの低減を図ることができる。
このようにして、被膜３０を形成することで、経済性を大幅に向上させることが可能となるのである。
【実施例】
【００２４】
ここで、被膜３０による効果を確認したのでその結果を以下に示す。
（実施例）
図１に示したような工程で、スラリーを調製した。スラリー中に含まれるフェライト材料（微粉砕粉末）としては、ストロンチウムフェライト（ビッカース硬度Ｈｖ＝８００）を用い、スラリーの分散媒には水を使用した。そして、φ３０ｍｍの円盤状のキャビティ１１に、スラリーを、一定の圧力で作動させたポンプ１６で注入した。
そして、スラリーを所定量注入した後、遮断弁１９を閉じ、系Ｐ内を閉鎖した。そして、上型１２Ａ、下型１２Ｂを閉じた状態で加圧を行った。
この後、上型１２Ａ、下型１２Ｂを開き、得られた成形品を取り出した。
【００２５】
このとき、下型１２Ｂの上面には、被膜３０として、ダイヤモンド状炭素被膜（ダイヤモンドライクカーボン）を、ビッカース硬度Ｈｖ＝８００、８５０、１６００、３２００の４通りで形成した（比較例２、実施例１〜３）。被膜３０の厚さは、いずれも１μｍである。また、被膜３０の摩擦係数μは、いずれも０．１である。そして、比較のため、被膜３０を形成しない下型１２Ｂを用意した（比較例１）。
【００２６】
このような実施例１〜３、比較例１、２の下型１２Ｂのそれぞれにおいて、上記のような磁場中成形を繰り返した。このとき、比較例１においては、毎ショットごとに下型１２Ｂの表面に離型剤を塗布した。実施例１〜３、比較例２においては、離型剤が下型１２Ｂの表面からなくなるごとに、適宜下型１２Ｂの表面に離型剤を塗布した。
【００２７】
そしてまず、実施例１〜３、比較例２においては、被膜３０の耐久性を評価した。被膜３０の摩耗により下型１２Ｂの母材が露出した時点でのショット数Ｓ１を、超硬材からなる臼型１２Ｓの使用限界ショット数Ｓ２（臼型１２Ｓの内部寸法等により規定される）を基準としたときの比Ｓ１／Ｓ２で表し、これを被膜寿命とした。
その結果、表１に示すように、スラリーに含まれるフェライト材料のビッカース硬度（Ｈｖ＝８００）と同じ硬度の被膜３０を用いた比較例２では、被膜寿命は０．０１であったのに対し、ビッカース硬度Ｈｖ＝８５０の実施例１では０．１と略十倍に延び、さらに、Ｈｖ＝１６００の実施例２では五十倍、Ｈｖ＝３２００の実施例３に至っては臼型１２Ｓと同等以上となっている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
このように、被膜３０の寿命、すなわち摩耗防止という観点からして、被膜３０の硬度は、スラリーに含まれるフェライト材料の硬度を上回るようにするのが好ましく、少なくともフェライト材料の硬度の２倍以上とするのが好ましく、特に好ましいのは、スラリーに含まれるフェライト材料の硬度の４倍以上、Ｈｖ＝３０００以上である。
【００３０】
離型剤の使用量の評価は、１０００ショットの磁場中成形を繰り返す間に塗布した離型剤の量を、比較例１における使用量を１としたときの比で示すことで行った。
その結果、表１に示すように、離型剤の使用量は、被膜３０の硬度が高いほど少なく、特にＨｖ＝１６００の実施例２ではほぼ３割減、Ｈｖ＝３２００の実施例３に至っては半減以下となっている。
【００３１】
離型剤の使用量が少なければ、成形体にクラック等が発生する可能性も低くなるはずである。そこで、前記の成形体を焼成し、焼結後のクラックや欠けの不良発生率を調べた。
その結果、離型剤の使用量と不良発生率は同様の傾向を示し、不良発生率は、被膜３０の硬度が高いほど低く、特にＨｖ＝１６００の実施例２ではほぼ半減、Ｈｖ＝３２００の実施例３に至ってはほとんどゼロに近くなっている。
【００３２】
このようにして、下型１２Ｂに施す被膜３０の硬度が高いほど、離型剤の使用量も少なく、不良発生率も低くなり、被膜３０により、生産コストの低減、生産効率等の向上を図ることができることが確認された。
【００３３】
さらに、被膜３０がある実施例３と、被膜３０のない比較例１とで、１ショットあたりの離型剤の使用量、金型１２を洗浄するのに必要な洗浄時間、洗浄剤の使用量を比較した。
その結果、表１に示すように、被膜３０がある実施例３においては、被膜３０のない比較例１に対し、離型剤の使用量、洗浄時間、洗浄剤の使用量のいずれも半分以下となっていることが確認された。これは、被膜３０による下型１２Ｂの表面の硬度の向上、摩擦係数の低減により、スラリー中のフェライト材料の下型１２Ｂへの付着が少なくなっているためだと言える。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態におけるフェライト磁石の製造工程を示す図である。
【図２】複数のキャビティを有した磁場中成形装置の金型の構成を示す図である。
【図３】磁場中成形装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…磁場中成形装置、１１…キャビティ、１２…金型、１２Ａ…上型、１２Ｂ…下型、１２Ｓ…臼型、３０…被膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿式成形に用いるのに適した磁場中成形装置、金型、磁場中成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石として主流となっているフェライト（焼結）磁石を製造するには、原料を所定の配合比で混合したものを仮焼してフェライト化させ、得られた仮焼体をサブミクロンサイズまで粉砕し、フェライト粒子からなる材料粉末を得る。次いで、材料粉末を磁場中で金型によって圧縮成形（以下、これを磁場中成形と称する）して成形体を得た後、この成形体を焼結することで、フェライト磁石を得る（例えば、特許文献１参照。）。
磁場中成形の工程には、大きく分けて、材料粉末を乾燥させた後に成形を行う乾式と、材料粉末をスラリー状として成形を行う湿式とがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１７９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁場中成形の工程では、乾式の場合には材料粉末、湿式の場合にはスラリーを金型のキャビティに投入し、これを圧縮成形して成形体を得るわけであるが、このとき、金型のキャビティ表面への成形体の付着を防止するため、離型剤をキャビティ表面に塗布することが一般的に行われている。
しかしながら、離型剤が適量でないことで欠けやクラックが発生し、不良率が高まるという問題がある。
【０００５】
また、離型剤を用いる場合、毎ショットごと等、定期的に離型剤を塗布する必要がある。そのため、離型剤の使用量も多く、これが生産コスト上昇に影響する。加えて、離型剤を塗布するための手間がかかり、これによって生産効率の低下を招くという問題もある。
【０００６】
また、一般的な金型成形において、成形体のキャビティ表面への付着を防止するために、キャビティ表面にメッキ等の表面処理を施し、被膜を形成することも行われているが、フェライト磁石の材料粉末は硬度が高く、特に湿式の場合には、この、硬度の高い材料粉末がスラリー中の分散剤によって乾式の場合よりも動きやすいために、被膜の摩耗が激しく、金型の耐久性が著しく低くなるという問題がある。フェライト磁石用の金型の場合、臼型は超硬材で形成され、上パンチステンレス鋼、下パンチがステライト（登録商標）鋼で形成されることがある。このような場合において上記のような被膜を用いるとすれば、超硬材よりも硬度の低いダイス鋼で形成された下パンチの表面に被膜を形成することになるが、上記のような理由によって被膜が摩耗すると、被膜の施されていない臼型よりも下パンチの方が型寿命が短くなり、不経済である。したがって、磁場中成形を湿式で行う場合には、従来手法の被膜では、実用に耐えないと言わざるを得ない。
このため、被膜を形成するにしても、離型剤と併用せざるを得ず、上記問題の解決には繋がらない。
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、フェライト磁石を形成するための成形体を得るに際し、離型剤の使用量を抑え、生産コストの低減、生産効率の向上を図ることのできる耐久性に優れた磁場中成形装置、金型、磁場中成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明の磁場中成形装置は、フェライト磁石を製造するときに用いる磁場中成形装置であり、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型と、金型中のスラリーに所定方向の磁場を印加する磁場発生源と、を備え、金型のキャビティ面の少なくとも一部に、粉末よりも硬度が高く、かつ金型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする。
フェライト磁石を、スラリーを用いて湿式成形する場合、型や被膜の寿命に関し、乾式よりも条件が厳しい。このような湿式成形用の磁場中成形装置において、金型のキャビティ面の少なくとも一部に、粉末よりも硬度が高く、かつ金型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜を形成することで、粉末に対する被膜の耐摩耗性が高まる。また、被膜表面の摩擦係数が低いので、離型剤等の塗布量を低減することもできる。
このような被膜は、粉末の硬度の２倍以上の硬度を有するものとするのが、確実な効果を得るには好ましい。例えば、被膜を、ビッカース硬度Ｈｖ＝３０００以上、摩擦係数μ＝０．２以下とする。このような被膜には、ダイヤモンド状炭素被膜を用いるのが好ましい。
【０００９】
本発明の金型は、フェライト磁石を製造するときに用いられ、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型であって、所定の断面形状を有した孔が形成された臼型と、臼型の孔に下方から挿入された下型と、臼型に対向するよう設けられた上型と、を備え、下型の上面に、粉末に対し硬度が２倍以上で、かつ下型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の磁場中成形方法は、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させることで得たスラリーを、粉末よりも硬度が高くかつ母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が表面の少なくとも一部に形成された金型に注入する工程と、所定方向の磁場を印加しつつ金型でスラリーを加圧する工程と、金型を開き、スラリーを加圧成形することで得られる成形体を金型から取り出す工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金型の少なくとも一部に高硬度かつ低摩擦係数を有する被膜を形成することで、スラリーに含まれるフェライト材料（粉末）に対する被膜の耐摩耗性を高めることが可能となる。その結果、金型の耐久性を高めることができ、また、摩擦係数の低い被膜により、潤滑剤の使用量を削減することができる。これにより、潤滑剤の使用量削減、潤滑剤塗布の手間の軽減することができ、生産効率の向上、生産コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるフェライト磁石の製造工程の流れの一例を示す図である。なお、本実施の形態で示すフェライト磁石の製造工程はあくまでも一例に過ぎず、適宜変更を加えることが可能なのは言うまでもない。
この図１に示すように、フェライト磁石を製造するには、まず原料を所定の配合比で混合したものを仮焼してフェライト化させる（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。原料としては、酸化物粉末、または焼成により酸化物となる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等の粉末を用いる。仮焼は、通常、空気中等の酸化性雰囲気中で行えば良い。
【００１３】
次いで、得られた仮焼体を粗粉砕工程を経ることで粉砕し（ステップＳ１０３）、フェライト粒子からなる仮焼粉末を得る。次いでこの仮焼粉末に適宜添加物を添加し、微粉砕工程を経てサブミクロンサイズまで粉砕し（ステップＳ１０４）、主としてマグネトプランバイト型フェライトからなる微粉砕粉末を得る。粗粉砕工程、微粉砕工程は、湿式で行っても乾式で行ってもよい。ただし、仮焼体は一般に顆粒から構成されるので、粗粉砕工程を乾式で行い、次いで微粉砕工程を湿式で行うのが好ましい。その場合、粗粉砕工程で仮焼体を所定以下の粒径となるまで粗粉砕した後、微粉砕工程で粗粉砕粉と水とを含む粉砕用スラリーを調製し、これを用いて所定以下の粒径となるまでの微粉砕を行う。
【００１４】
この後、微粉砕粉末を分散媒に分散させることで所定濃度のスラリー（スラリー）を調製し、これを磁場中成形する。微粉砕工程で湿式粉砕を行った場合、脱水工程（ステップＳ１０５）にてスラリーを濃縮することで、所定濃度のスラリーを調製するようにしても良い。
ここで、分散媒としては、水、あるいはヘキサン、トルエン、p-キシレン、メタノール等を用いることができる。
【００１５】
そして、このスラリーを混練した後（ステップＳ１０６）、スラリーを型に注入し、所定方向の磁場をかけながら圧縮成形することで磁場中成形を行う（ステップＳ１０７）。
この後、得られた成形体を焼成して焼結させることで、フェライト磁石を得る（ステップＳ１０８）。この後、所定形状への加工を経て、製品としてのフェライト磁石が完成する（ステップＳ１０９〜Ｓ１１０）。
【００１６】
図２、図３は、上記したようなステップＳ１０７の磁場中成形を行う工程で用いる磁場中成形装置１０の概略構成を示す図である。
磁場中成形装置１０は、所定濃度に調製されたスラリーに対し、磁場中で圧縮成形を施すことで、フェライト粒子を配向させ、所定形状のフェライト磁石を形成するものである。図２に示すように、この磁場中成形装置１０は、複数のフェライト磁石を多数個取りで形成するため、複数のキャビティ１１を有している。
【００１７】
図３は、この磁場中成形装置１０の一つのキャビティ１１を対象とした断面図である。この図３に示すように、磁場中成形装置１０には、金型１２として上型１２Ａ、下型１２Ｂ、臼型１２Ｓが備えられている。上型１２Ａは、臼型１２Ｓと対向するように設けられ、下型１２Ｂは、臼型１２Ｓに形成された孔に下方から挿入されて設けられている。上型１２Ａ、下型１２Ｂの少なくとも一方は、図示しない駆動シリンダ等を駆動源として、上型１２Ａ、下型１２Ｂを互いに接近・離間させる方向に動作可能となっている。本実施の形態においては、下型１２Ｂが、上型１２Ａに対し所定のストロークで上下動するようになっている。
また、臼型１２Ｓは、固定されていてもよいし、上下動可能でも良い。
【００１８】
図２に示したように、臼型１２Ｓには、個々のキャビティ１１にスラリーを注入するための注入パス１３が形成されている。この注入パス１３は、外部に設けられた材料容器１４から、材料供給管１５を介し、ポンプ１６によって送り込まれるスラリーを、個々のキャビティ１１に分配・注入するようになっている。
【００１９】
図３に示したように、個々の下型１２Ｂは、そのストローク終端位置において、キャビティ１１にて、スラリーを所定の形状に圧縮成形するようになっている。ここで、臼型１２Ｓには、下型１２Ｂとの隙間をシールするシール部材１７が設けられている。
上型１２Ａと臼型１２Ｓの合わせ面には、キャビティ１１からスラリーに含まれる水分を排出するための濾布１８が挟み込まれている。スラリーに含まれる水分は、濾布１８を伝い、上型１２Ａと臼型１２Ｓの合わせ面から上型１２Ａおよび臼型１２Ｓの外部に導き出され、これによって脱水がなされるようになっている。
そして、上型１２Ａの近傍には、図示しない磁界発生コイル等の磁場発生源が設けられており、所定の方向の磁場を加えることができるようになっている。
【００２０】
さて、このような金型１２においては、上型１２Ａはステンレス鋼、下型１２Ｂをステライト鋼で形成し、臼型１２Ｓを超硬材で形成した。
そして、下型１２Ｂにおいて、キャビティ１１の内周面を形成する部分には、被膜３０を形成した。この被膜３０は、その硬度は、微粉砕粉末の硬度よりも高く、微粉砕粉末の硬度の２倍以上の硬度とするのが特に好ましい。本実施の形態において、微粉砕粉末のビッカース硬度はＨｖ＝８００程度であるため、被膜３０は、ビッカース硬度がＨｖ＝１６００以上とするのが好ましく、Ｈｖ＝２０００以上とするのがより好ましく、特に好ましいのはＨｖ＝３０００以上である。また、被膜３０の摩擦係数は、なるべく小さくするのが好ましく、具体的には摩擦係数μ＝０．２以下とするのが好ましい。このような条件を満足する被膜３０の材料としては、硬質炭素系材料があり、リン、珪素、タングステン、クロム等の添加元素が配合されたものであっても良い。被膜３０を形成する硬質炭素系材料として特に好ましいのは、Ｈｖ＝３０００以上、摩擦係数μ＝０．２以下とすることのできるダイヤモンド状炭素被膜（ダイヤモンドライクカーボン）である。ダイヤモンド状炭素被膜は、炭化水素ガスを高真空中のアーク放電プラズマで分解し、プラズマ中のイオン等を被膜形成対象物（本実施の形態の場合は下型１２Ｂ）に衝突させることによって形成されるもので、緻密なアモルファス構造をなして、結晶粒界のない非常に平滑度の高い表面を形成し、同様に高硬度でかつ低摩擦係数を有するＣｒＮ被膜、ＴｉＮ被膜、ＴｉＣＮ被膜、ＴｉＣｒＮ被膜等と比較しても、際立つ高硬度、低摩擦係数となっている。
【００２１】
上記したような構成の磁場中成形装置１０では、前記のステップＳ１０６で混練されたスラリーが、ポンプ１６によって、材料容器１４から材料供給管１５、注入パス１３を通り、上型１２Ａ、下型１２Ｂ間の各キャビティ１１に分配・供給される。
スラリーの注入時には、図示しない磁界発生コイル等によって発生させた磁界を印加する。そして、所定量のスラリーがキャビティ１１に充填された時点で、遮断弁１９を閉じる。これにより、遮断弁１９よりも金型１２側、つまり、キャビティ１１、注入パス１３、および材料供給管１５の遮断弁１９よりも下流側からなる系Ｐが閉鎖される。この状態で下型１２Ｂを作動させ、上型１２Ａ、下型１２Ｂにより所定の圧力を加え、加圧を開始する。すると、スラリーに含まれる水分は濾布１８を伝って外部に導き出されていく。キャビティ１１内を加圧することで、注入パス１３および材料供給管１５内のスラリーにも、その圧力は伝搬する。
【００２２】
加圧開始後、上型１２Ａ、下型１２Ｂによる加圧力が最高圧力に達した後、所定の圧力状態を所定時間維持する。この間に、キャビティ１１内のスラリーに含まれる固形成分が、磁界を印加された状態で所定形状に成形されることになる。
この後、上型１２Ａ、下型１２Ｂを開き、脱型し、所定形状に成形された成形体を得る。
【００２３】
このとき、下型１２Ｂは、キャビティ１１を形成する表面に高硬度かつ低摩擦係数を有する被膜３０が形成されているので、スラリーに含まれる固形成分（微粉砕粉末）に対する下型１２Ｂの表面の耐摩耗性が向上する。特に、加圧開始前と加圧後で、上型１２Ａと下型１２Ｂの間隔比が大きく変動する部分、すなわち充填比（＝充填前のキャビティ深さ／圧縮後（成形後）の厚さ）の大きい部分においては、スラリーに含まれる固形部分の挙動が大きくなるため、下型１２Ｂの表面の耐摩耗性向上効果は大きい。
このようにして、被膜３０により下型１２Ｂの表面の耐摩耗性を向上できることにより、被膜３０の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。その結果、下型１２Ｂの耐久性を高めることができ、被膜３０を有さない超硬材製の臼型１２Ｓと同等の耐久性を確保することも可能となる。また、摩擦係数の低い被膜３０により、潤滑剤の使用量を削減することができる（潤滑剤の使用量をゼロにすることも可能である）。これにより、潤滑剤の使用量削減、潤滑剤塗布の手間の軽減することができ、生産効率の向上、生産コストの低減を図ることができる。
このようにして、被膜３０を形成することで、経済性を大幅に向上させることが可能となるのである。
【実施例】
【００２４】
ここで、被膜３０による効果を確認したのでその結果を以下に示す。
（実施例）
図１に示したような工程で、スラリーを調製した。スラリー中に含まれるフェライト材料（微粉砕粉末）としては、ストロンチウムフェライト（ビッカース硬度Ｈｖ＝８００）を用い、スラリーの分散媒には水を使用した。そして、φ３０ｍｍの円盤状のキャビティ１１に、スラリーを、一定の圧力で作動させたポンプ１６で注入した。
そして、スラリーを所定量注入した後、遮断弁１９を閉じ、系Ｐ内を閉鎖した。そして、上型１２Ａ、下型１２Ｂを閉じた状態で加圧を行った。
この後、上型１２Ａ、下型１２Ｂを開き、得られた成形品を取り出した。
【００２５】
このとき、下型１２Ｂの上面には、被膜３０として、ダイヤモンド状炭素被膜（ダイヤモンドライクカーボン）を、ビッカース硬度Ｈｖ＝８００、８５０、１６００、３２００の４通りで形成した（比較例２、実施例１〜３）。被膜３０の厚さは、いずれも１μｍである。また、被膜３０の摩擦係数μは、いずれも０．１である。そして、比較のため、被膜３０を形成しない下型１２Ｂを用意した（比較例１）。
【００２６】
このような実施例１〜３、比較例１、２の下型１２Ｂのそれぞれにおいて、上記のような磁場中成形を繰り返した。このとき、比較例１においては、毎ショットごとに下型１２Ｂの表面に離型剤を塗布した。実施例１〜３、比較例２においては、離型剤が下型１２Ｂの表面からなくなるごとに、適宜下型１２Ｂの表面に離型剤を塗布した。
【００２７】
そしてまず、実施例１〜３、比較例２においては、被膜３０の耐久性を評価した。被膜３０の摩耗により下型１２Ｂの母材が露出した時点でのショット数Ｓ１を、超硬材からなる臼型１２Ｓの使用限界ショット数Ｓ２（臼型１２Ｓの内部寸法等により規定される）を基準としたときの比Ｓ１／Ｓ２で表し、これを被膜寿命とした。
その結果、表１に示すように、スラリーに含まれるフェライト材料のビッカース硬度（Ｈｖ＝８００）と同じ硬度の被膜３０を用いた比較例２では、被膜寿命は０．０１であったのに対し、ビッカース硬度Ｈｖ＝８５０の実施例１では０．１と略十倍に延び、さらに、Ｈｖ＝１６００の実施例２では五十倍、Ｈｖ＝３２００の実施例３に至っては臼型１２Ｓと同等以上となっている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
このように、被膜３０の寿命、すなわち摩耗防止という観点からして、被膜３０の硬度は、スラリーに含まれるフェライト材料の硬度を上回るようにするのが好ましく、少なくともフェライト材料の硬度の２倍以上とするのが好ましく、特に好ましいのは、スラリーに含まれるフェライト材料の硬度の４倍以上、Ｈｖ＝３０００以上である。
【００３０】
離型剤の使用量の評価は、１０００ショットの磁場中成形を繰り返す間に塗布した離型剤の量を、比較例１における使用量を１としたときの比で示すことで行った。
その結果、表１に示すように、離型剤の使用量は、被膜３０の硬度が高いほど少なく、特にＨｖ＝１６００の実施例２ではほぼ３割減、Ｈｖ＝３２００の実施例３に至っては半減以下となっている。
【００３１】
離型剤の使用量が少なければ、成形体にクラック等が発生する可能性も低くなるはずである。そこで、前記の成形体を焼成し、焼結後のクラックや欠けの不良発生率を調べた。
その結果、離型剤の使用量と不良発生率は同様の傾向を示し、不良発生率は、被膜３０の硬度が高いほど低く、特にＨｖ＝１６００の実施例２ではほぼ半減、Ｈｖ＝３２００の実施例３に至ってはほとんどゼロに近くなっている。
【００３２】
このようにして、下型１２Ｂに施す被膜３０の硬度が高いほど、離型剤の使用量も少なく、不良発生率も低くなり、被膜３０により、生産コストの低減、生産効率等の向上を図ることができることが確認された。
【００３３】
さらに、被膜３０がある実施例３と、被膜３０のない比較例１とで、１ショットあたりの離型剤の使用量、金型１２を洗浄するのに必要な洗浄時間、洗浄剤の使用量を比較した。
その結果、表１に示すように、被膜３０がある実施例３においては、被膜３０のない比較例１に対し、離型剤の使用量、洗浄時間、洗浄剤の使用量のいずれも半分以下となっていることが確認された。これは、被膜３０による下型１２Ｂの表面の硬度の向上、摩擦係数の低減により、スラリー中のフェライト材料の下型１２Ｂへの付着が少なくなっているためだと言える。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態におけるフェライト磁石の製造工程を示す図である。
【図２】複数のキャビティを有した磁場中成形装置の金型の構成を示す図である。
【図３】磁場中成形装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…磁場中成形装置、１１…キャビティ、１２…金型、１２Ａ…上型、１２Ｂ…下型、１２Ｓ…臼型、３０…被膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト磁石を製造するときに用いる磁場中成形装置であって、
主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型と、
前記金型中の前記スラリーに所定方向の磁場を印加する磁場発生源と、を備え、
前記金型のキャビティ面の少なくとも一部に、前記粉末よりも硬度が高く、かつ前記金型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする磁場中成形装置。
【請求項２】
前記被膜は、前記粉末の２倍以上の硬度を有することを特徴とする請求項１に記載の磁場中成形装置。
【請求項３】
前記被膜は、ビッカース硬度Ｈｖ＝３０００以上、摩擦係数μ＝０．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁場中成形装置。
【請求項４】
前記被膜は、ダイヤモンド状炭素被膜であることを特徴とする請求項３に記載の磁場中成形装置。
【請求項５】
フェライト磁石を製造するときに用いられ、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型であって、
所定の断面形状を有した孔が形成された臼型と、
前記臼型の前記孔に下方から挿入された下型と、
前記臼型に対向するよう設けられた上型と、を備え、
前記下型の上面に、前記粉末に対し硬度が２倍以上で、かつ前記下型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする金型。
【請求項６】
主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させることで得たスラリーを、少なくとも表面の一部に、前記粉末よりも硬度が高く、かつ母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成された金型に注入する工程と、
所定方向の磁場を印加しつつ前記金型で前記スラリーを加圧する工程と、
前記金型を開き、前記スラリーを加圧成形することで得られる成形体を前記金型から取り出す工程と、
を有することを特徴とする磁場中成形方法。
【請求項１】
フェライト磁石を製造するときに用いる磁場中成形装置であって、
主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型と、
前記金型中の前記スラリーに所定方向の磁場を印加する磁場発生源と、を備え、
前記金型のキャビティ面の少なくとも一部に、前記粉末よりも硬度が高く、かつ前記金型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする磁場中成形装置。
【請求項２】
前記被膜は、前記粉末の２倍以上の硬度を有することを特徴とする請求項１に記載の磁場中成形装置。
【請求項３】
前記被膜は、ビッカース硬度Ｈｖ＝３０００以上、摩擦係数μ＝０．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁場中成形装置。
【請求項４】
前記被膜は、ダイヤモンド状炭素被膜であることを特徴とする請求項３に記載の磁場中成形装置。
【請求項５】
フェライト磁石を製造するときに用いられ、主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧縮成形し、所定形状の成形体を形成する金型であって、
所定の断面形状を有した孔が形成された臼型と、
前記臼型の前記孔に下方から挿入された下型と、
前記臼型に対向するよう設けられた上型と、を備え、
前記下型の上面に、前記粉末に対し硬度が２倍以上で、かつ前記下型の母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成されていることを特徴とする金型。
【請求項６】
主としてフェライトからなる粉末を分散媒に分散させることで得たスラリーを、少なくとも表面の一部に、前記粉末よりも硬度が高く、かつ母材よりも摩擦係数の低い材料からなる被膜が形成された金型に注入する工程と、
所定方向の磁場を印加しつつ前記金型で前記スラリーを加圧する工程と、
前記金型を開き、前記スラリーを加圧成形することで得られる成形体を前記金型から取り出す工程と、
を有することを特徴とする磁場中成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２０３５７７（Ｐ２００７−２０３５７７Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４４７３（Ｐ２００６−２４４７３）
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]