DE10297293B4

DE10297293B4 - Pressvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Magneten sowie Motor mit einem nach dem Verfahren hergestellten Magneten

Info

Publication number: DE10297293B4
Application number: DE10297293.1T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Harada; Takashi Tajiri; Shuichi Okuyama
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: JP4134616B2; DE10297293T5; US20040244872A1; CN1471460A; WO2003031168A1; US7314530B2; CN1210141C; US20070264374A1; US7604468B2; JP2003181696A

Abstract

Pressvorrichtung (10), die umfasst: eine Pressform (12) mit einer durchgehenden Öffnung (12a), die einen Hohlraum begrenzt; eine erste Pressoberfläche (14a) und eine zweite Pressoberfläche (16a) zum Pressen eines in den Hohlraum eingefüllten magnetischen Pulvers (18); und eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung zum Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes an das magnetische Pulver (18) in dem Hohlraum, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Pressoberflächen (14a, 16a) eine erste Region aufweist, die aus einem ersten Material hergestellt ist, das eine Vickers-Härte von > 200, jedoch von ≤ 450 aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pulverpressvorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Magneten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Sintermagneten und auf eine Pulverpressvorrichtung zur Herstellung eines solchen Magneten.
Technischer Hintergrund
Seltenerdmetall-Sintermagnete, die derzeit für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden, umfassen Magnete auf Seltenerdmetall-Kobalt-Basis und Magnete auf Seltenerdmetall-Eisen-Bor-Basis. Unter anderem werden die Magnete auf Seltenerdmetall-Eisen-Bor-Basis (nachstehend als ”Magnete auf R-T-(M)-B-Basis”, worin R für eines der Elemente der Seltenen Erden einschließlich Y, T entweder für Fe allein oder für eine Mischung von Fe, Co und/oder Ni, M für ein Zusatzelement (z. B. mindestens eines aus der Gruppe Al, Ti, Cu, V, Cr, Ni, Ga, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Hf, Ta und W) und B entweder für Bor allein oder für eine Mischung von Bor und Kohlenstoff stehen) immer häufiger in verschiedenen elektronischen Geräten verwendet. Der Grund ist der, dass ein Magnet auf R-T-(M)-B-Basis ein höheres maximales Energieprodukt aufweist als irgendeiner der verschiedenen anderen Typen von Magneten und dennoch verhältnismäßig billig ist.
Da die Verwendung solcher Seltenerdmetall-Sintermagnete zunimmt, wird es in steigendem Umfang erforderlich, Magnete in verschiedenen Formen herzustellen. So ist beispielsweise zur Herstellung eines Hochleistungs-Motors eine Reihe von starken anisotropen Magneten mit einer gekrümmten Oberfläche erforderlich. Zur Herstellung eines solchen anisotropen Magneten muss ein Pulver-Pressling durch Pressen eines Magnetpulvers, das unter einem Magnetfeld ausgerichtet worden ist, zu der gewünschten Gestalt verdichtet bzw. gepresst werden. In einer rotierenden Hochleistungs-Vorrichtung, z. B. in einem Motor, wird eine Vielzahl von dünnen Plattenmagneten mit einem C-förmigen oder Bogen-förmigen Querschnitt verwendet. Die Leistung einer solchen rotierenden Vorrichtung kann durch bloße Erhöhung der magnetischen Kraft der Magnete nicht in ausreichendem Maße verbessert werden. Zusätzlich muss die resultierende Magnetgestalt und Magnetfeld-Verteilung in der Nähe der Magnet-Oberfläche entsprechend gestaltet werden.
Bei dem Stand der Technik weist ein Paar von Stempeln einer Pressvorrichtung gekrümmte Pressoberflächen auf, wodurch ein Pulverpressling mit den gewünschten gekrümmten Oberflächen erhalten wird. Die konventionellen Stempel können aus einem Sinterhartmetall (z. B. einer Legierung auf WC-Ni-Basis) hergestellt sein und ihre Pressoberflächen können hochglanzpoliert sein.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch gefunden und durch Versuche bestätigt, dass dann, wenn die Pressoberflächen hochglanzpolierte gekrümmte Oberflächen waren, während ein magnetisches Pulver uniaxial unter einem ausrichtenden Magnetfeld gepresst wurde, die Ausrichtung des magnetischen Pulvers gestört war und die resultierende magnetische Kraft nicht so gut war. Dieses Problem ist bemerkenswert insbesondere dann, wenn die Pressrichtung im Wesentlichen die gleiche ist wie die Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes.
Wenn Permanentmagnete aus einem solchen Pressling mit einer gestörten Orientierung (Ausrichtung) hergestellt und zur Herstellung eines Motors verwendet werden, dann entsteht im Drehmoment des Motors eine nicht vernachlässigbare Zahnbildung. Bei dieser ”Drehmoment-Zahnung” handelt es sich um eine Drehmoment-Schwankung, die resultiert aus einer Änderung (Schwankung) des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises eines Motors in Abhängigkeit von der Rotationsposition eines Rotors. Die Grölte dieser Drehmomentschwankung ist in der Regel gering. Wenn jedoch das Drehmomentzahnungs-Phänomen in einem Servo-gesteuerten Motor auftritt, dann kann diese Schwankung für einige Antriebs-Einrichtungen sehr empfindlich sein. Diese Drehmomentzahnung ist umso ausgeprägter, je stärker eine gestörte Orientierung (Ausrichtung) in dem konvexen Teil jedes Magneten (d. h. in einem Abschnitt des einer Spule gegenüberliegenden Motors) auftritt.
Das oben genannte Problem, dass ein magnetisches Pulver, das unter einem Magnetfeld ausgerichtet worden ist und dann uniaxial gepresst wird, eine gestörte Orientierung (Ausrichtung) aufweisen kann, tritt nicht nur dann auf, wenn die Pressoberflächen gekrümmt sind, sondern auch dann, wenn eine der beiden Pressoberflächen eine Region aufweist, die gegenüber der Pressrichtung schräg (geneigt) ist. Dieses Phänomen tritt während des Verfahrens zur Herstellung von Magneten in jeder der verschiedenen Formen auf.
Als Verfahren zum Füllen eines Form-Hohlraums mit einem magnetischen Pulver wird auch häufig eine Slicing-Methode angewendet. Beispielsweise wird, wie in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 2000-248 301 beschrieben, eine Beschickungsbox (oder ein Beschickungsbecher) über einen Pressform-Hohlraum geschoben, ein Pulver in der Beschickungsbox wird in den Hohlraum entleert unter Ausnutzung des Gewichtes des Pulvers selbst und der obere Teil des eingefüllten magnetischen Pulvers wird durch irgendeine Presseinrichtung, wie z. B. einen Rührer (auch als ”Rüttler” bezeichnet) innerhalb der Beschickungsbox 13 nach unten gepresst.
Die Oberfläche eines magnetischen Pulvers, das unter Anwendung einer solchen Slicing-Methode eingefüllt wird, ist jedoch nicht immer parallel zu der Oberfläche einer Form (d. h. zu dem Boden des Form-Hohlraums), sondern kann entweder geneigt (schräg) zu der Richtung, in welcher der Rührer (oder der Beschickungskasten) sich bewegt, oder sogar gewunden (windschief) sein. In diesem Fall kommt selbst dann, wenn das magnetische Pulver zwischen zwei zueinander parallelen Pressoberflächen gepresst wird, mindestens ein Teil der oberen Pressoberfläche (d. h. der Oberfläche des oberen Stempels) mit der Oberfläche des magnetischen Pulvers schräg (unter einer Neigung) in Kontakt. Wenn das magnetische Pulver, das unter dem Magnetfeld ausgerichtet worden ist, in einem solchen Zustand gepresst wird, dann weisen auch die magnetischen Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberfläche eine gestörte Orientierung (Ausrichtung) auf als Folge der Bewegung des gepressten magnetischen Pulvers, wie vorstehend beschrieben.
Zudem ist aus der DE 100 19 831 A1 ein Sinterstempel, eine Pulverpressvorrichtung und ein Pulverpressverfahren zur Herstellung eines Magneten aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver bekannt. Aus der JP 09306767 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines anisotropen Permanentmagnetes bekannt. Des Weiteren ist aus der JP 10270276 A eine Vorrichtung zur Herstellung eines Ferritmagneten aus einem Pulver bekannt.
Beschreibung der Erfindung
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu überwinden, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Pressvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der ein Magnetpulver wie gewünscht gepresst werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Magneten anzugeben, wobei die Störung in der Orientierung (Ausrichtung) des magnetischen Pulvers minimiert wird.
Eine erfindungsgemäße Pressvorrichtung umfasst eine Pressform mit einer durchgehenden Öffnung, die einen Hohlraum begrenzt; eine erste Pressoberfläche und eine zweite Pressoberfläche zum Pressen eines in den Hohlraum eingefüllten magnetischen Pulvers; und eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung zum Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes an das magnetische Pulver in dem Formhohlraum. Mindestens eine der ersten und zweiten Pressoberflächen weist eine erste Region auf, die aus einem ersten Material mit einer Vickers-Härte hergestellt ist, die > 200, jedoch ≤ 450 beträgt, wodurch das vorstehend beschriebene Ziel erreicht wird.
Die mindestens eine Pressoberfläche kann außerdem eine zweite Region auf weisen, die aus einem zweiten Material mit einer höheren Vickers-Härte als das erste Material hergestellt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Pressoberfläche eine Region auf, die gegenüber einer Pressrichtung schräg (geneigt) ist.
Die ersten und zweiten Materialien weisen vorzugsweise Permeabilitäten von 1,01 oder weniger, besonders bevorzugt von 1,001 oder weniger, auf.
Bei dem ersten Material handelt es sich vorzugsweise um eine Be Cu-Legierung. Die Be Cu-Legierung umfasst vorzugsweise 96,9 bis 98,2 Massenprozent Cu und 1,6 bis 2,0 Massenprozent Be.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Pressoberfläche gekrümmt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Magneten gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Stufen:
Herstellung eines magnetischen Pulvers;
Einfüllen des magnetischen Pulvers in einen Pressform-Hohlraum;
Ausrichten des magnetischen Pulvers durch Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes an das magnetische Pulver in dem Pressform-Hohlraum; und
uniaxiales Pressen des ausgerichteten magnetischen Pulvers zwischen zwei einander gegenüberliegenden Pressoberflächen zur Herstellung eines Presslings.
Mindestens eine der beiden Pressoberflächen weist eine Region auf, die in Bezug auf die Oberfläche des eingefüllten magnetischen Pulvers und/oder in Bezug auf eine Pressrichtung schräg (geneigt) ist und außerdem eine erste Region aufweist, die aus einem ersten Material mit einer Vickers-Härte hergestellt ist, die > 200, jedoch ≤ 450 beträgt, wodurch das vorstehend beschriebene Ziel erreicht wird.
Die mindestens eine Pressoberfläche kann außerdem eine zweite Region aufweisen, die aus einem zweiten Material mit einer höheren Vickers-Härte als das erste Material hergestellt ist.
Die ersten und zweiten Materialien weisen vorzugsweise Permeabilitäten von 1,01 oder weniger, insbesondere von 1,001 oder weniger, auf.
Bei dem ersten Material handelt es sich vorzugsweise um eine BeCu-Legierung. Die BeCu-Legierung umfasst vorzugsweise 96,9 bis 98,2 Massenprozent Cu und 1,6 bis 2,0 Massenprozent Be.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Pressoberfläche gekrümmt.
Die Stufe des uniaxialen Pressens kann die Stufe der Herstellung eines Presslings mit einem C- oder Bogen-förmigen Querschnitt sein.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das magnetische Pulver unter Anwendung einer Slicing-Methode in den Pressform-Hohlraum eingefüllt. Das magnetische Pulver hat vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße (d. h. eine FSS-Teilchengröße) von 2 bis 10 μm.
Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform verläuft das ausrichtende Magnetfeld parallel zu der Pressrichtung. Das ausrichtende Magnetfeld hat vorzugsweise eine Stärke von 0,5 bis 2,0 MA/m. Das ausrichtende Magnetfeld kann entweder ein statisches Magnetfeld oder ein Impuls-Magnetfeld (gepulstes Magnetfeld) sein.
Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das magnetische Pulver ein Seltenerdmetall-Legierungspulver.
Ein erfindungsgemäßer Motor umfasst einen Magneten, der nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) und 1(b) zeigen in Form einer schematischen Darstellung den Hauptabschnitt einer Pulverpressvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 stellt eine perspektivische Ansicht eines Seltenerdmetall-Bogen-Magneten dar, der nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden soll;
3(a) zeigt eine Querschnittsansicht, die in schematischer Form den Zustand eines Pulvers während einer frühen Stufe einer Pressverfahrensstufe zeigt, die unter Verwendung einer konventionellen Pressvorrichtung durchgeführt wird; und
3(b) stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form den Zustand des Pulvers während einer späten Stufe der Pressverfahrensstufe erläutert;
4(a) stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form den Zustand eines Pulvers während einer frühen Stufe einer Pressverfahrensstufe erläutert, die unter Verwendung einer Pressvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird, und
4(b) zeigt eine Querschnittsansicht, die in schematischer Form den Zustand des Pulvers während einer späten Stufe der Pressverfahrensstufe erläutert;
5 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die in schematischer Form erläutert, wie der untere Stempel 16 der Pressvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach der Pressverfahrensstufe aussieht;
6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) stellen perspektivische Ansichten dar, die in schematischer Form die unteren Stempel (16) erläutern, die bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können;
7(a) stellt ein Diagramm dar, welches das gezahnte Drehmoment eines Motors zeigt, der mit einem Magneten hergestellt wurde, der ein spezifisches Beispiel für die vorliegende Erfindung darstellt, und 7(b) stellt ein Diagramm dar, welches das gezahnte Drehmoment eines Motors zeigt, der mit einem Magneten hergestellt wurde, der ein Vergleichsbeispiel darstellt.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
In einer erfindungsgemäßen Pressvorrichtung weist mindestens eine der beiden Pressoberflächen zum Pressen von magnetischen Pulverteilchen, die in einem Pressform-Hohlraum unter einem magnetischen Feld ausgerichtet sind, eine Region (erste Region) auf, die aus einem Material (ersten Material) mit einer Vickers-Härte von > 200, jedoch ≤ 450, hergestellt ist. Da sie eine Härte innerhalb dieses Bereiches aufweist, wird die erste Region der Pressoberfläche unter dem Einfluss der Kraft beim Pressen der magnetischen Pulverteilchen plastisch verformt, wodurch in der ersten Region der Pressoberfläche feine Unebenheiten entstehen, die den Formen der magnetischen Pulverteilchen entsprechen. Die feinen Unebenheiten, die in der ersten Region der Pressoberfläche entstehen, funtionieren in der Weise, dass sie die magnetischen Pulverteilchen festhalten und verhindern, dass sie sich bewegen. Wenn ein Teil der Pressoberfläche, auf der die Orientierung (Ausrichtung) häufig gestört ist, die erste Region umfasst, kann daher die Störung der Orientierung (Ausrichtung) der magnetischen Pulverteilchen in der Nähe der ersten Region der Pressoberfläche minimiert werden und die Pulverteilchen in dem Pressling können parallel zu der Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes ausgerichtet werden. in diesem Fall kann mindestens eine der beiden Pressoberflächen die erste Region aufweisen. Eine von der ersten Region verschiedene Region (d. h. eine zweite Region) kann aus einem Material (d. h. einem zweiten Material) mit einer höheren Vickers-Härte als das erste Material hergestellt sein.
Die Störung der Orientierung (Ausrichtung) der magnetischen Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberfläche beeinflusst auch sogar die magnetischen Pulverteilchen im Innern eines Presslings als Folge von magnetischen Wechselwirkungen. Infolgedessen ist die Orientierungsrichtung der Pulverteilchen im Innern des Presslings nicht mehr parallel zur Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes und die magnetischen Eigenschaften des resultierenden Sintermagneten werden schlechter. Erfindungsgemäß kann jedoch eine solche Störung in Bezug auf die Orientierung (Ausrichtung) von magnetischen Pulverteilchen minimiert werden.
Insbesondere in einem so genannten ”parallelen Press-Verfahren”, bei dem die Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes die gleiche ist wie die Pressrichtung, bewegen sich die magnetischen Pulverteilchen leicht senkrecht zu der Pressrichtung als Folge der von den Pressoberflächen ausgeübten Kraft. Die daraus resultierende Störung der Orientierung (Ausrichtung) beeinflusst stark die magnetischen Eigenschaften des Sintermagneten. Die erfindungsgemäße Pressvorrichtung kann somit besonders wirksam in dieser Situation eingesetzt werden.
Die magnetischen Pulverteilchen, die in den Pressfrom-Hohlraum eingefüllt worden sind, sind unter dem Einfluss der Kraft, die von den Pressoberflächen ausgeübt wird, besonders leicht beweglich, wenn die Pressoberflächen eine Region aufweisen, die in Bezug auf die Pressrichtung schräg (geneigt) ist (z. B. dann, wenn die Pressoberflächen selbst in Bezug auf die Pressrichtung schräg (geneigt) sind) oder wenn die Pressoberflächen gekrümmt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass der Ausdruck ”die Pressoberflächen sind in Bezug auf die Pressrichtung schräg (geneigt)” bedeutet, dass die Pressoberflächen nicht senkrecht zu der Pressrichtung verlaufen.
Insbesondere dann, wenn ein Pressling mit einem C- oder Bogen-förmigen Querschnitt (beispielsweise ein Sintermagnet für einen Motor) hergestellt wird, sind die beiden Pressoberflächen beide gekrümmt und weisen untereinander verschiedene Formen (d. h. Querschnittsgestalten in der Pressrichtung) auf. Daher ist die Orientierung (Ausrichtung) häufig auf beiden Pressoberflächen gestört. In diesem Fall werden vorzugsweise beide Pressoberflächen aus einem Material mit einer Vickers-Härte hergestellt, die innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt.
Selbst wenn die beiden Pressoberflächen zueinander parallele ebene Flächen darstellen, kann es sein, dass die Oberfläche des magnetischen Pulvers, das in den Presshohlraum eingefüllt worden ist, nicht flach (eben) ist. In diesem Fall sind die Pressoberflächen, die mit den Oberflächen des magnetischen Pulvers in Kontakt stehen, ebenfalls schräg (geneigt). Aber selbst wenn das so ist, kann durch Verwendung von Pressoberflächen, die aus einem Material mit einer Vickers-Härte hergestellt sind, die innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, die Störung der Orientierung (Ausrichtung) der magnetischen Pulverteilchen ebenfalls minimiert werden. Daher werden die Effekte der vorliegenden Erfindung auch dann erzielt, wenn der Pressform-Hohlraum beispielsweise unter Anwendung eines Massen-Slicing-Verfahrens mit dem magnetischen Pulvermaterial gefüllt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn das Material der Pressoberflächen eine Vickers-Härte von über 450 hat, die Pressoberflächen möglicherweise nicht gut genug plastisch verformt werden, um die Effekte der Minimierung der Störung der Orientierung vollständig zu erzielen. Wenn jedoch die Vickers-Härte 200 oder weniger beträgt, dann kann die Form des resultierenden Presslings etwas verschieden sein von der vorgegebenen Form. Es kann daher etwas länger dauern, um die anschließende Verfahrensstufe der Umformung des Presslings durchzuführen, oder die Lebensdauer der Pressoberflächen kann kürzer sein als erwartet. Unter Berücksichtigung der Präzision der Form des Presslings und der Lebensdauer der Stempel (oder Pressoberflächen) wird ein Material mit einer Vickers-Härte von mindestens 250 besonders bevorzugt verwendet.
Wenn die Pressoberflächen aus einem Material mit einer Permeabilität von 1,01 oder weniger hergestellt sind, dann wird das ausreichende Magnetfeld durch dieses Material überhaupt nicht beeinflusst. Somit kann ein ausrichtendes Magnetfeld mit einer vorgegebenen Richtung an das Materialpulver innerhalb des Pressform-Hohlraums angelegt werden. Besonders bevorzugt weist das Material der Pressoberflächen eine Permeabilität von 1,001 oder weniger auf. Wenn dagegen die Pressoberflächen aus einem rostfreien Stahl auf Cr-Ni-Basis (einem SUS 304-Stahl nach den JIS Standards mit einer Permeabilität von etwa 1,02 bis etwa 1,06) hergestellt sind, dann ist die Flussdichte um das Zentrum des Pressform-Hohlraum herum verhältnismäßig hoch, das Magnetpulver wird in Richtung auf diese Region konzentriert und die Orientierung (Ausrichtung) wird leicht gestört. Vorzugsweise wird eine BeCu-Legierung (unter anderem eine BeCu-Legierung, die 96,9 bis 98,2 Massenprozent Cu und 1,6 bis 2,0 Massenprozent Be umfasst) verwendet.
Eine BeCu-Legierung ist auch weniger teuer als ein Sinterhartmetall. Da die Pressoberflächen als Folge des Pressverfahrens plastisch verformt werden, besteht keine Notwendigkeit, diese Oberflächen auf Hochglanz zu polieren. Daher kann ein Material, das gerade beispielsweise durch eine elektrische Entladung geformt worden ist, so wie es erhalten wird verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten auf vorteilhafte Weise weiter gesenkt werden. Auch ist eine BeCu-Legierung leicht maschinell bearbeitbar und kann wirksam als Material für die Stempel zur Herstellung von zahlreichen Arten von Magneten in geringen Mengen verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass selbst dann, wenn die BeCu-Legierung verwendet wird, das Pressverfahren wiederholt, beispielsweise für zu etwa 1000 Zyklen (Schüsse), durchgeführt werden kann.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bei den nachstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen wird angenommen, dass die beiden Pressoberflächen beide gekrümmt sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese spezifischen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.
Pressvorrichtung
Die 1(a) und 1(b) erläutern den Hauptabschnitt einer Pulverpressvorrichtung 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Pressvorrichtung 10, wie sie in 1 dargestellt ist, umfasst eine Pressform 12 mit einer durchgehenden Öffnungen (d. h. einer Formöffnung) 12a, die einen Hohlraum begrenzt, und einen oberen Stempel 14 und einen unteren Stempel 16 zum Pressen eines magnetischen Pulvers 18 innerhalb der durchgehenden Öffnung. Das Ende des oberen Stempels 14 einschließlich seiner Kompressionsachse weist eine konvexe Querschnittsform auf, während das Ende des unteren Stempels 16 eine konkave Querschnittsform hat. Ein Pressform-Aufbau, bestehend aus der Pressform 12, dem oberen Stempel 14 und dem unteren Stempel 16 steht mit einer Antriebs-Einrichtung (nicht dargestellt) in Verbindung, um so eine vertikale Bewegung, wie sie für ein Pressverfahren erforderlich ist, durchzuführen. Die Pressvorrichtung 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet im Prinzip auf die gleiche Weise wie jede bekannte Pressvorrichtung.
Die Form des Pressform-Aufbaus für die Verwendung bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist so gestaltet, dass ein bogenförmiger dünner Platten-Seltenerdmetallmagnet 20 hergestellt wird wie in 2 dargestellt. Dieser Seltenerdmetallmagnet 20 ist parallel zu dem Pfeil A, wie er in 2 angegeben ist (d. h. in der Pressrichtung), magnetisiert. Der Seltenerdmetallmagnet 20, wie er in 2 dargestellt ist, kann als Teil eines Motors oder irgendeiner anderen rotierenden Vorrichtung verwendet werden. Wenn der Magnet 20 für einen Motor verwendet wird, ist die Form des Magneten 20 vorzugsweise so gestaltet, dass eine schräge (schiefe Ebene) entsteht und dadurch ein gezahntes Drehmoment vermindert wird.
Wie in der 1(a) dargestellt, wird der Hohlraum über dem oberen Abschnitt des unteren Stempels 16, der teilweise in die durchgehende Öffnung 12a der Pressform 12 eingeführt worden ist, gebildet und mit dem magnetischen Pulver 18 gefüllt. Der Hohlraum ist ein Pressraum, der begrenzt wird durch die Pressoberfläche 16a des unteren Stempels 16 und die innere Oberfläche der durchgehenden Öffnung 12a.
Das Pulver wird in den Hohlraum eingefüllt durch Transportieren einer Beschickungsbox (nicht dargestellt), die mit dem magnetischen Pulver gefüllt ist, bis sie über dem Hohlraum angeordnet ist, und Einfüllen des Pulvers in den Hohlraum durch Öffnen des Bodens der Beschickungsbox. Der Hohlraum kann nicht mit dem Pulver gleichförmig gefüllt werden, indem man das Pulver einfach aufgrund seiner Schwerkraft hineinfallen lässt. Daher wird das magnetische Pulver 18 vorzugsweise in den Hohlraum hineingepresst durch Antreiben eines Rüttlers (nicht dargestellt), der im Innern der Beschickungsbox horizontal vorgesehen ist (vgl. die oben genannte offengelegte japanische Publikation Nr. 2000-248 301 ).
Während die Beschickungsbox aus der Position über dem Pressform-Hohlraum zurückgezogen wird, wird die Oberseite des magnetischen Pulvers 18 mit dem Bodenrand der Beschickungsbox abgestreift, wodurch eine vorgegebene genaue Menge an Pulver 18, das gepresst werden soll, in den Formhohlraum eingefüllt wird. Jedoch kann die Oberfläche des eingefüllten magnetischen Pulvers 18 in Bezug auf die Oberfläche der Pressform 12 teilweise schräg (geneigt) sein.
Diese Pressvorrichtung 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pressoberflächen 14a und 16a der oberen und unteren Stempel 14 und 16 aus einer BeCu-Legierung (beispielsweise aus BC-2, hergestellt von der Firma Sumitomo Special Metals Co., Ltd.) hergestellt sind. Die BeCu-Legierung ist ein nicht-magnetisches Material mit einer Vickers-Härte von > 200, jedoch ≤ 450 und einer Permeabilität von 1,001 oder weniger. Eine BeCu-Legierung, die 96,9 bis 98,2 Massenprozent Cu und 1,6 bis 2,0 Massenprozent Be enthält, ist ausreichend, um diese Vickers-Härte- und Permeabilitäts-Bereiche zu erzielen.
In der Pressvorrichtung 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Pressoberflächen 14a und 16a vollständig aus der BeCu-Legierung hergestellt. Daher kann die Störung der Orientierung des magnetischen Pulvers 18 wirksam minimiert werden, wie weiter unten beschrieben. in diesem Beispiel sind die Pressoberflächen 14a und 16a vollständig aus der BeCu-Legierung hergestellt. Die Effekte der Verminderung der Störung der Orientierung des magnetischen Pulvers 18 sind jedoch nur erzielbar, wenn mindestens eine der beiden Pressoberflächen 14a und 16a eine Region (d. h. eine erste Region) aufweist, die aus der BeCu-Legierung hergestellt ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass selbst dann, wenn die Pressoberflächen 14a und 16a vollständig aus der BeCu-Legierung hergestellt sind, nur die Pressoberflächen 14a und 16a, nicht jedoch die gesamten oberen und unteren Stempel 14 und 16 aus der BeCu-Legierung hergestellt sein müssen. Dennoch sind zur Erzielung eines ausreichenden Grades einer plastischen Verformung Abschnitte mit einer Dicke von etwa 2 mm oder mehr, welche die Pressoberflächen umfassen, vorzugsweise aus der BeCu-Legierung hergestellt. Normalerweise werden diese Bedingungen leicht erfüllt, wenn die Pressoberflächen, die vorgegebene Formen haben, aus einem BeCu-Legierungsblock hergestellt sind. Da die BeCu-Legierung eine gewisse Elastizität aufweist, ist zwischen den seitlichen Oberflächen des oberen Stempels 14 und dem durchgehenden Loch 12a und/oder zwischen den seitlichen Oberflächen des unteren Stempels 16 und durchgehenden Loch 12a vorzugsweise ein Spielraum von etwa 5 bis 60 μm vorgesehen.
Wenn der Pressform-Hohlraum mit dem magnetischen Pulver 18 gefüllt worden ist, beginnt sich der obere Stempel 14 abzusenken. Die Pressoberfläche 14a des oberen Stempels 14 presst die obere Oberfläche des darunterliegenden Pulvers 18, wie in der 1(b) dargestellt. Nachdem das magnetische Pulver 18 durch den oberen Stempel 14, den unteren Stempel 16 und die Pressform 12 eingeschlossen ist, wird mittels einer ein magnetisches Feld erzeugenden Spule (nicht dargestellt) ein ausrichtendes Magnetfeld an das Pulver 18 in dem Hohlraum angelegt. Der magnetische Fluss wird in die oberen und unteren Stempel 14 und 16 gelenkt, wodurch die Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes innerhalb des Hohlraums identisch gemacht wird (d. h. identisch mit der Richtung, in welcher der obere Stempel arbeitet). Unter diesem ausrichtenden Magnetfeld werden die gepressten Pulverteilchen auf die Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet. Das ausrichtende Magnetfeld hat vorzugsweise eine Stärke von 0,5 bis 2,0 MA/m. Das ausrichtende Magnetfeld kann entweder ein statisches Magnetfeld oder ein Impuls-Magnetfeld sein.
Nach dem Anlegen des ausrichtenden Magnetfeldes an das Pulver wird das magnetische Pulver innerhalb des Hohlraumes gepresst und verdichtet durch die oberen und unteren Stempel 14 und 16, wodurch ein Pulver-Pressling 24 hergestellt wird. Im Verlaufe dieses Pressverfahrens wirken auf das gepresste magnetische Pulver 18 verschiedene Kräfte (oder Drucke) ein, je nach ihrer Anordnung. Nachdem der Pressling 24 erhalten worden ist, wird der obere Stempel 14 angehoben und der untere Stempel 16 schiebt den Pressling 24 nach oben, wodurch der Pressling 24 aus der Pressform-Öffnung 12a herausgenommen wird.
Die 3(a) erläutert in schematischer Form, wie die magnetischen Pulverteilchen 18a in der Anfangsstufe eines Pressverfahrens, das unter Verwendung einer konventionellen Pressvorrichtung durchgeführt wird, orientiert (ausgerichtet) werden. Andererseits erläutert die 3(b) in schematischer Form, wie die magnetischen Pulverteilchen 18a in der späten Stufe des Pressverfahrens ausgerichtet (orientiert) werden.
Die jeweiligen magnetischen Pulverteilchen 18a werden unter dem ausrichtenden Magnetfeld nicht nur in Richtung auf die Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes orientiert, sondern sie werden auch mechanisch fest miteinander verbunden. Als Folge davon werden die Pulverteilchen 18a auf die Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes wie in der 3(a) dargestellt ausgerichtet. Wenn der Abstand zwischen den oberen und unteren Stempeln 14' und 16' unter dem angelegten ausrichtenden Magnetfeld abnimmt, wirken ungleichförmige Drucke (oder Kräfte) auf die jeweiligen Abschnitte des gepressten Pulvers ein, weil die Stempeloberflächen 14a und 16a' gekrümmt sind. Wenn jedoch die Pressoberflächen 14a' und 16a' aus einem viel härteren Sintercarbid-Metall mit hochglanzpolierten glatten Oberflächen hergestellt sind, dann gleiten die Pulverteilchen auf den glatten Pressoberflächen 14a' und 16a' in seitlicher Richtung (d. h. in Richtungen, die eine Komponente senkrecht zu der Pressrichtung aufweisen). Als Folge davon wird die Orientierung (Ausrichtung) gestört, wie in 3(b) darstellt.
Im Gegensatz dazu ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform dieses Gleiten der Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberflächen stark vermindert, wodurch die Störung der Orientierung minimiert wird, wie in den 4(a) und 4(b) dargestellt. Der Grund ist folgender: die Pressoberflächen 14a und 16a (hergestellt aus der BeCu-Legierung) der oberen und unteren Stempel 14 und 16 werde unter dem Einfluss der Kräfte, die auf die Pulverteilchen 18a einwirken, plastisch verformt. Als Folge davon entsteht auf der BeCu-Legierungs-Pressoberfläche 16a des unteren Stempels 16 eine feine Unebenheit, wie in 5 schematisch dargestellt. Diese Unebenheit äußert sich in einer Oberflächenrauheit Ra von 0,05 bis 12,5 μm. Die Pressoberfläche 16a ist in 5 erläutert. Es entsteht jedoch eine ähnliche Unebenheit auch auf der Pressoberfläche 14a. Diese feinen Unebenheiten, die auf den Pressoberflächen 14a und 16a entstehen, vermindern das Gleiten der Pulverteilchen 18a in signifikantem Umfang, wodurch die Störung der Orientierung (Ausrichtung) minimiert wird.
Wie vorstehend beschrieben, werden die magnetischen Pulverteilchen 18a unter dem Einfluss des Magnetfeldes magnetisch aneinander gekoppelt. Daher überwiegt die Bewegung der Pulverteilchen im Innern des Hohlraums gegenüber derjenigen der Pulverteilchen in der Nähe der Pressoberflächen 14a und 16a. Aus diesem Grund kann gerade durch die plastische Verformung der Pressoberflächen 14a und 16a entsprechend der Gestalt der Pulverteilchen 18a, die mit den Pressoberflächen 14a und 16a in Kontakt kommen, die Abnahme des Ausrichtungsgrades für alle Pulverteilchen 18a innerhalb des Hohlraums minimiert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Unebenheit der Pressoberflächen 14a und 16a auf die Oberfläche des resultierenden Presslings 24 übertragen wird. Durch anschließendes Polieren der Oberfläche des Magneten, je nach Bedarf, können jedoch diese übertragenen Muster leicht entfernt werden und die Magnet-Oberfläche kann geglättet werden.
Bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die Pressoberflächen 14a und 16a vollständig aus der BeCu-Legierung hergestellt. Alternativ kann (können), wie in den 6(a) bis 6(d) dargestellt, eine oder mehrere Regionen (d. h. eine oder mehrere erste Regionen) 16b der Pressoberfläche 16a aus der BeCu-Legierung hergestellt sein, während eine oder mehrere andere Regionen (d. h. zweite Regionen) 16c aus einem nicht-magnetischen Sintercarbid-Metall (beispielsweise WC-Ni mit einer Vickers-Härte von 1200 und einer Permeabilität von 1,0003) oder aus einem hochlegierten Manganstahl (mit einer Vickers-Härte von 460 und einer Permeabilität von 1,004) hergestellt sein können. Natürlichen kann die Pressoberfläche 14a ebenso wie die Pressoberfläche 16a auch die ersten und zweiten Regionen enthalten.
Die Vickers-Härte des Materials der zweiten Region 16c kann höher sein als diejenige des Materials der ersten Region, sie kann den Wert 450 übersteigen und beträgt vorzugsweise 700 oder mehr. Wenn ein Material mit einer Vickers-Härte von 700 oder mehr verwendet wird, dann verschleißt das Material kaum, selbst bei kontinuierlicher Verwendung, und es kann immer wieder verwendet werden, wobei nur die erste Region umgeformt wird. Wie vorstehend beschrieben, ist die Pressoberfläche 16a vorzugsweise aus einem Material mit einer Permeabilität von 1,01 oder weniger hergestellt. Daher ist auch die zweite Region 16c vorzugsweise aus einem Material mit einer Permeabilität von 1,01 oder weniger hergestellt. Die Permeabilität beträgt besonders bevorzugt 1,001 oder weniger.
Auf der Pressoberfläche 16a können die ersten und zweiten Regionen 16b und 16c in Form von verschiedenen Mustern, beispielsweise solchen, wie sie in den 6(a) bis 6(d) dargestellt sind, angeordnet sein. Insbesondere kann, wie in 6(a) dargestellt, eine Vielzahl von ersten Regionen 16b in Form von kleinen Inseln auf der Vorderseite der Pressoberfläche 16a gleichförmig angeordnet sein. Alternativ können, wie in den 6(b) bis 6(d) dargestellt, die einen oder mehreren ersten Regionen 16b entweder selektiv oder konzentriert dort angeordnet sein, wo die Orientierung (Ausrichtung) der magnetischen Teilchen leicht gestört wird. Wenn eine Vielzahl von ersten Regionen 16b vorgesehen ist, unterliegen die Größe und die Form jeder ersten Region 16b keiner speziellen Beschränkung, sie können jedoch in geeigneter Weise festgelegt werden in Abhängigkeit von dem Verfahren zur Herstellung der Pressoberfläche 16a.
Die Region, in der die Orientierung (Ausrichtung) der magnetischen Teilchen leicht gestört wird, verschiebt je nach der Gestalt der Pressoberfläche 16a (und/oder der Pressoberfläche 14a) die Beziehung zwischen der Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes und der Pressrichtung und der Richtung, in der sich der Rührer bewegt, wenn das Pulver unter Anwendung des Slicing-Verfahrens eingefüllt wird. Daher kann (können) die Anordnung(en) der ersten oder mehreren ersten Regionen 16b unter Berücksichtigung dieser Faktoren festgelegt werden. Bei dem erläuterten parallelen Pressverfahren wird die Orientierung (Ausrichtung) insbesondere in den peripheren Regionen der Pressoberfläche 16a bei großen Neigungswinkeln besonders leicht gestört. Daher sind bei den in den 6(b) bis 6(d) erläuterten Beispielen die ersten Regionen 16b in solchen Bereichen der Pressoberfläche 16a vorgesehen. In diesem Fall ist der Neigungswinkel der Pressoberfläche 16a definiert durch eine Ebene senkrecht zu der Pressrichtung (die normalerweise eine horizontale Ebene ist), die als Bezugsebene verwendet wird.
Die eine oder mehreren ersten Regionen (16b) können auf der Pressoberfläche 16a unter Anwendung beispielsweise des folgenden Verfahrens vorgesehen werden. insbesondere können die Körperabschnitte des unteren Stempels 16 aus dem Material der einen oder mehreren zweiten Regionen 16c (beispielsweise aus einem nicht-magnetischen Sintercarbidmetall) hergestellt werden. Dann können Löcher oder Rillen in den Regionen, bei denen es sich um die ersten Regionen 16b handeln soll, vorgesehen werden und dann kann die BeCu-Legierung in diese eingespritzt werden oder sie kann mit den Löchern oder Rillen verschweißt werden. Um die Störung bei der Orientierung (Ausrichtung) der Pulverteilchen zu minimieren, kann die BeCu-Legierung, welche die ersten Regionen 16b bildet, eine Dicke von mindestens mehreren um haben. Um einen ausreichenden Grad der plastischen Verformung zu erzielen, beträgt die Dicke der BeCu-Legierung vorzugsweise 2 mm oder mehr. Die Dicke der BeCu-Legierung kann in geeigneter Weise festgelegt werden, beispielsweise durch das spezifische Verfahren zur Herstellung der ersten Regionen 16b.
Bei der Herstellung eines C- oder Bogen-förmigen Presslings für die Verwendung in einem Motor wird mindestens ein Teil der Pressoberfläche 16a, der die konvexe Oberfläche des Presslings bildet, vorzugsweise aus der BeCu-Legierung hergestellt. Dann kann die Störung der Orientierung minimiert werden und das gezahnte Drehmoment kann wirksam vermindert werden.
Verfahren zur Herstellung eines Legierungspulvers
Die vorliegende Erfindung kann wirksam angewendet werden zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Sintermagneten und ist besonders wirksam bei der Herstellung eines Hochleistungs-Seltenerdmetall-Sintermagneten auf R-T-(M)-B-Basis.
Die Gußflocken einer Seltenerdmetall-Magnet-Legierung auf R-T-(M)-B-Basis werden nach einem bekannten Bandgieß-Verfahren hergestellt. Insbesondere wird eine Legierung mit einer Zusammensetzung, bestehend aus 30 Gew.-% Nd, 1,0 Gew.-% B, 1,2 Gew.-% Dy, 0,2 Gew.-% Al, 0,9 Gew.-% Co und Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest durch Anwendung eines Hochfrequenz-Schmelzverfahrens geschmolzen, wodurch man eine geschmolzene Legierung erhält. Die geschmolzene Legierung wird bei 1350°C gehalten und dann durch ein Einzelwalzen-Verfahren schnell abgekühlt, wobei man Legierungsgussflocken mit einer Dicke von 0,3 mm erhält. In diesem Fall umfassen die Bedingungen des schnellen Abkühlungsverfahrens eine Walzenumfangsgeschwindigkeit von etwa 1 m/s, eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 500°C/min und eine Super-Abkühlungsgeschwindigkeit von 180°C/min. Die schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit ist definiert als 10² bis 10⁴°C/s.
Die auf diese Weise erhaltene schnell erstarrte Legierung hat eine Dicke von 0,03 bis 10 mm. Die Legierung enthält R₂T₁₄B-Kristallkömer mit einer Größe der Nebenachse von 0,1 μm bis 100 μm und einer Größe der Hauptachse von 5 bis 500 μm und R-reiche Phasen, die an der Korngrenze der R₂T₁₄B-Kristallkörner dispergiert sind. Die Dicke der R-reichen Phasen beträgt 10 μm oder weniger. Ein Verfahren zur Herstellung eines Legierungsmaterials unter Anwendung des Bandgießverfahrens ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5 383 978 beschrieben. Das Seltenerdmetall-Magnetlegierungspulver auf R-T-(M)-B-Basis weist eine längliche Gestalt mit einem hohen Aspektverhältnis und ein schlechtes Fließvermögen (oder Pressbarkeit) in dem Pressverfahren auf.
Anschließend wird das grob pulverisierte Legierungsmaterial in Material-Packungen eingefüllt, die anschließend auf ein Regal gelegt werden. Danach wird das mit den Material-Packungen beladene Regal unter Verwendung eines Material-Transporters an die Vorderseite eines Wasserstoffofens transportiert und dann in den Wasserstoffofen eingeführt. Dann wird ein Wasserstoffpulverisierungsverfahren in dem Wasserstoffofen gestartet. Das heißt, das Legierungsmaterial wird erhitzt und im Innern des Wasserstoffofens einem Wasserstoffpulverisierungsverfahren unterworfen. Das Legierungsmaterial, das auf diese Weise grob pulverisiert wird, wird herausgenommen, nachdem die Temperaturdelegierung bis auf etwa Raumtemperatur gesunken ist. Wenn jedoch das Legierungsmaterial aus dem Ofen herausgenommen wird, während die Temperatur der Legierung noch hoch ist (beispielsweise in dem Bereich von 40 bis 80°C liegt), wird die Legierung nicht so stark oxidiert, wenn die Legierung nicht der Luft ausgesetzt wird. Als Ergebnis dieses Wasserstoffpulverisierungsverfahrens wird die Seltenerdmetall-Legierung bis zu einer Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 1,0 mm pulverisiert. Wie vorstehend beschrieben, ist das Legierungsmaterial, bevor es diesem Wasserstoffpulverisierungsverfahren unterworfen wird, zu Flocken mit einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 10 mm grob pulverisiert worden.
Nachdem das Legierungsmaterial unter Anwendung dieses Wasserstoffpulverisierungsverfahrens pulverisiert worden ist, wird die Legierung mit einer erhöhten Sprödigkeit vorzugsweise feiner pulverisiert und unter Verwendung einer Abkühlungsvorrichtung, wie z. B. eines Rotationskühlers, abgekühlt. Wenn das aus dem Ofen herausgenommene Material noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur hat, sollte das Material für eine ziemlich lange Zeitspanne unter Verwendung des Rotationskühlers abgekühlt werden.
Danach wird das Pulvermaterial, das auf eine Temperatur in der Nähe von Raumtemperatur unter Anwendung des Rotationskühlers abgekühlt worden ist, noch feiner pulverisiert unter Verwendung eines Pulverisators, wie z. B. einer Strahlmühle, um ein feines Pulvermaterial herzustellen. Im Hinblick auf die resultierenden magnetischen Eigenschaften hat das feine Pulver vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße (d. h. eine FSSS-Teilchengröße) von 2 bis 10 μm. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Pulvermaterial unter Verwendung einer Strahlmühle innerhalb einer Stickstoffgas-Atmosphäre fein pulverisiert, wobei man ein Legierungspulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 3,5 um erhält. Die Konzentration des Sauerstoffs in dieser Stickstoff gas-Atmosphäre beträgt vorzugsweise nur etwa 10000 ppm. Eine solche Strahlmühle ist beispielsweise in der japanischen Patent-Gazette für Einsprechende Nr. 6-6728 beschrieben. Insbesondere wird das Gewicht des in dem fein pulverisierten Legierungspulver eingeschlossenen Sauerstoffs vorzugsweise auf 6000 ppm oder weniger eingestellt durch Kontrollieren der Konzentration an oxidierendem Gas (d. h. von Sauerstoff oder Wasserdampf) in der Gasatmosphäre für die Verwendung in dem Feinpulverisierungsverfahren. Der Grund ist der, dass dann, wenn das Gewicht des in dem Seltenerdmetall-Legierungspulver eingeschlossen Sauerstoffs 6000 ppm übersteigt, der Gesamtprozentsatz an nicht-magnetischen Oxiden in dem resultierenden Sintermagneten dann zu hoch ist, um gute magnetische Eigenschaften zu ergeben.
Anschließend werden 0,3 Gew.-% Gleitmittel zugegeben und mit dem Legierungspulver in einem Rüttelmischer gemischt, wodurch die Oberfläche der Legierungspulver-Teilchen mit dem Gleitmittel beschichtet wird. Als Gleitmittel kann ein Fettsäureester, der mit einem Petroleum-Lösungsmittel verdünnt ist, verwendet werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird Methylcaproat als Fettsäureester verwendet und Isoparaffin wird als Petroleum-Lösungsmittel verwendet. Methylcaproat und Isoparaffin können beispielsweise in einem Gewichtsverhältnis von 1:9 miteinander gemischt werden. Ein solches Gleitmittel verhindert nicht nur die Oxidation der Pulverteilchen durch Beschichten ihrer Oberfläche, sondern verbessert auch den Grad der Ausrichtung des gepressten Pulvers und die Pulverpressbarkeit (d. h. wie leicht der resultierende Pressling entnommen werden kann).
Es sei darauf hingewiesen, dass das Gleitmittel nicht auf den beispielhaft angegebenen Typ beschränkt ist. So kann beispielsweise Methylcaproat als Fettsäureester ersetzt werden durch Methylcaprylat, Methyllaurylat oder Methyllaurat. Zu Beispielen bevorzugter Lösungsmittel gehören Petroleum-Lösungsmittel wie Isoparaffin und Naphthen-Lösungsmittel. Das Gleitmittel kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt zugegeben werden: vor, während oder nach dem Feinpulverisierungsverfahren. Ein festes (trockenes) Gleitmittel, wie z. B. Zinkstearat, kann ebenfalls anstelle von oder zusätzlich zu dem flüssigen Gleitmittel verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass das nach diesem Verfahren hergestellte Pulver eine enge Teilchengrößenverteilung aufweist und daher ein gutes Fließvermögen besitzt. Daher wird dann, wenn das Pulver in der gleichen Richtung wie seine Orientierungsrichtung gepresst wird, die Orientierung während des Pressvorganges nur leicht gestört. Durch Zugabe eines Gleitmittels, wie z. B. eines Fettsäureesters, können die jeweiligen Pulverteilchen leichter ausgerichtet werden, ihr Fließvermögen wird jedoch schlechter. Als Folge davon wird die Orientierung durch das Pressen leicht gestört. Wenn ein hohes ausrichtendes Magnetfeld von beispielsweise 0,8 bis 2,0 T angelegt wird, um hohe magnetische Eigenschaften zu erzielen, wird eine solche Orientierungsstörung noch signifikanter. In diesem Fall können signifikante Effekte nach dieser bevorzugten Ausführungsform erzielt werden durch Anwendung einer Pressvorrichtung mit Pressoberflächen, die aus der BeCu-Legierung hergestellt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten
Zuerst wird das magnetische Pulver, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, unter Verwendung der in 1 dargestellten Pressvorrichtung unter einem ausrichtenden Magnetfeld gepresst (verdichtet).
Nachdem das Pulver auf diese Weise gepresst und verdichtet worden ist, wird der resultierende Pulver-Pressling mit dem unteren Stempel 16 nach oben geschoben und aus der Pressvorrichtung entnommen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Muster, welche die feinen Unebenheiten der Pressoberflächen 14a und 16a wiedergeben, während des Pressvorganges auf die Oberflächen des Presslings (die mit den Pressoberflächen 14a und 16a in Kontakt gekommen sind) übertragen worden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann ein PulverPressling mit einer kaum gestörten Orientierung (Ausrichtung) erhalten werden, wie in 4(b) dargestellt.
Um den Pressling aus der Pressform leichter und glatter entfernen zu können, können die Pressoberflächen mit einem Trennmittel vollständig oder teilweise beschichtet werden, bevor das Pulver eingefüllt wird. Das Trennmittel wird vorzugsweise erhalten durch Verdünnen eines Fettsäureesters mit einem Lösungsmittel. Zu Beispielen für bevorzugte Fettsäureester gehören insbesondere Methylcaproat, Methylcaprylat, Methyllaurylat und Methyllaurat. Als Lösungsmittel kann ein Petrolum-Lösungsmittel wie Isoparaffin verwendet werden, Der Fettsäureester und das Lösungsmittel können in einem Gewichtsverhältnis von 1:20 bis 1:1 miteinander gemischt werden. Gegebenenfalls kann die Fettsäure 1,0 Gew.-% oder weniger Arachidinsäure enthalten.
Anschließend werden die Presslinge auf eine Sinterplatte (mit einer Dicke von 0,5 bis 3 mm) gelegt. Die Platte kann beispielsweise aus einem Molybdänmaterial bestehen. Die Presslinge 24 auf der Platte werden in ein Sintergehäuse eingeführt. Das Sintergehäuse, das mit den Presslingen 24 beladen ist, wird zu einem Sinterofen transportiert und darin einem bekannten Sinterverfahren unterworfen. Als Ergebnis dieses Sinterverfahrens erhält man aus den Presslingen Sinterkörper.
Danach wird die Oberfläche der Sinterkörper erforderlichenfalls poliert. Auf der Oberfläche der gesinterten Presslinge sind die Oberflächenmuster, die den feinen Unebenheiten der Pressoberflächen 14a und 16a entsprechen, noch vorhanden. Ein Teil oder alle diese Oberflächenmuster können durch Anwendung eines Polierverfahrens entfernt werden. Nach diesem Polierverfahren oder anstelle desselben kann auch ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche der Sinterkörper beispielsweise mit einem Harzfilm durchgeführt werden. Auf diese Weise werden die Endprodukte oder Seltenerdmetallmagnete erhalten.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend beschrieben worden unter Bezugnahme auf einen Seltenerdmetallmagneten mit einer Gestalt, wie er mit Erfolg verwendbar ist in einem Motor oder in einer anderen rotierenden Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese spezifischen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.
In dem in der 2 dargestellten Magneten sind dessen obere und untere Oberflächen beide gekrümmt. Die Effekte der vorliegenden Erfindung sind aber auch in vollem Umfang dann erzielbar, wenn nur eine der beiden Oberflächen gekrümmt ist. In diesem Fall kann die Pressoberfläche des Stempels zur Herstellung der nicht-gekrümmten ebenen Oberfläche aus dem gleichen Material wie dem konventionellen Material (beispielsweise einem Sintercarbidmetall) hergestellt sein.
Außerdem braucht, wie bereits unter Bezugnahme auf die 1(a) beschrieben, die Oberfläche des magnetischen Pulvers 18, das in den Hohlraum unter Anwendung des Slicing-Füllungsverfahrens eingefüllt worden ist, nicht parallel zur Oberfläche der Pressform 12 zu sein, sondern kann schräg (geneigt) zu einer bestimmten Richtung oder windschief (gewunden) sein. In diesem Fall sind selbst dann, wenn die beiden Pressoberflächen zueinander parallele ebene Oberflächen sind, diese Pressoberflächen, die mit den Oberflächen des magnetischen Pulvers in Kontakt kommen, schräg dazu (geneigt) angeordnet. Wenn die konventionellen Pressoberflächen, die durch Hochglanzpolieren beispielsweise eines Sintercarbidmetalls hergestellt worden sind, verwendet werden, treten daher Orientierungsstörungs-Probleme auf. Durch Verwendung einer Pressvorrichtung mit Pressoberflächen, die aus der BeCu-Legierung hergestellt sind, kann jedoch die Störung in der Orientierung (Ausrichtung) der magnetischen Pulverteilchen minimiert werden durch den gleichen Mechanismus, wie er vorstehend beschrieben wurde.
Beispiel und Vergleichsbeispiel
Ein Seltenerdmetall-Legierungspulver wurde mit der Pressvorrichtung 10 gepresst und verdichtet, die umfasste die Pressoberflächen 14a und 16a, hergestellt aus einem BeCu-Legierung (beispielsweise aus BC-2, hergestellt von der Firma Sumitomo Special Metals Co., Ltd.), wie in 1 dargestellt. In diesem Beispiel wurde ein Pressling so hergestellt, dass er eine Länge von 40 mm, gemessen in der durch Pfeil B in der 2 angegebenen Richtung, eine Dicke von 7 mm im Zentralabschnitt desselben, gemessen in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung, und eine Breite von 35 mm, gemessen in der Richtung senkrecht zu beiden Pfeilen A und B, hatte, um eine Pressdichte von 4,30 g/cm³ zu erzielen. Das ausrichtende Magnetfeld von etwa 1 MA/m wurde in der Pressrichtung (d. h. entlang des Pfeils A) angelegt. Danach wurde der Pressling 2 h lang in einer Argon-Atmosphäre bei 1050°C gesintert, wobei ein Magnet erhalten wurde. Dieser Magnet wurde magnetisiert und dann wurde eine Flussdichteverteilung in der Nähe der Oberfläche des Magneten erhalten.
Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnliches Pressverfahren durchgeführt mit einer Pressvorrichtung, die Pressoberflächen aus konventionellem Sintercarbidmetall aufwies, zur Herstellung eines Magneten als Vergleichsbeispiel.
Die für das erfindungsgemäße Beispiel erhaltene Flussdichteverteilung war besser als diejenige des Vergleichsbeispiels und sie zeigte keine abnorme Verteilung, die aus der Abnahme des Grades der Ausrichtung resultierte.
Die gezahnte Drehmomentkurve eines Motors, der unter Verwendung der Magnete dieses Beispiels hergestellt wurde, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der 7(a) dargestellt. Zu Vergleichszwecken wurde die gezahnte Drehmomentkurve eines Motors, der die Magnete des Vergleichsbeispiels enthielt, ebenfalls bestimmt. Die Ergebnisse sind in der 7(b) dargestellt.
Wie aus den in den 7(a) und 7(b) dargestellten Ergebnissen hervorgeht, war die Drehmomentzahnung des Motors bei dem erfindungsgemäßen Beispiel ausreichend kleiner als bei dem Motor des Vergleichsbeispiels. Der Grund dafür, warum die Drehmomentzahnung eines Motors erfindungsgemäß vermindert wird, ist der, dass die Orientierung (Ausrichtung) in dem Pressling bei Anwendung des Pressverfahrens kaum gestört wird.
Industrielle Anwendbarkeit
In der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung ist mindestens ein Teil der Pressoberfläche derselben aus einem Material mit einer geeigneten Vickers-Härte hergestellt. Daher ist es dann, wenn ein Pulver unter einem ausrichtenden Magnetfeld gepresst wird, möglich, zu verhindern, dass die Pulverteilchen auf der Pressoberfläche gleiten, wodurch eine Störung in der Orientierung (Ausrichtung) des Pulvers minimiert wird.
Ein Pulver-Pressling, der unter Verwendung einer solchen Pressvorrichtung hergestellt worden ist, weist eine gleichförmige Ausrichtung auf und ein Seltenerdmetallmagnet, der aus einem solchen Pressling hergestellt worden ist, weist ausgezeichnete magnetische Eigenschaften auf.
Wenn ein Motor unter Verwendung von Magneten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, hergestellt wird, kann die Zahnung der Drehmomentkurve vermindert werden.

Claims

Pressvorrichtung (10), die umfasst: eine Pressform (12) mit einer durchgehenden Öffnung (12a), die einen Hohlraum begrenzt; eine erste Pressoberfläche (14a) und eine zweite Pressoberfläche (16a) zum Pressen eines in den Hohlraum eingefüllten magnetischen Pulvers (18); und eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung zum Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes an das magnetische Pulver (18) in dem Hohlraum, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Pressoberflächen (14a, 16a) eine erste Region aufweist, die aus einem ersten Material hergestellt ist, das eine Vickers-Härte von > 200, jedoch von ≤ 450 aufweist.
Pressvorrichtung (10) nach Anspruch 1, in der die mindestens eine Pressoberfläche (14a, 16a) außerdem eine zweite Region aufweist, die aus einem zweiten Material hergestellt ist, das eine höhere Vickers-Härte als das erste Material aufweist.
Pressvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, in der mindestens eine Pressoberfläche (14a, 16a) eine Region aufweist, die in Bezug auf die Pressrichtung schräg (geneigt) ist.
Pressvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der das erste und das zweite Material Permeabilitäten von 1,01 oder weniger aufweisen.
Pressvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der das erste Material eine BeCu-Legierung ist.
Pressvorrichtung (10) nach Anspruch 5, in der die BeCu-Legierung 96,9 bis 98,2 Massenprozent Cu und 1,6 bis 2,0 Massenprozent Be umfasst.
Pressvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der die mindestens eine Pressoberfläche (14a, 16a) gekrümmt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Magneten, das die folgenden Stufen umfasst: Herstellung eines magnetischen Pulvers (18); Einfüllen des magnetischen Pulvers (18) in einen Pressform-Hohlraum; Ausrichten des magnetischen Pulvers (18) durch Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes an das magnetische Pulver (18) in dem Pressform-Hohlraum; und uniaxiales Pressen des ausrichtenden magnetischen Pulvers (18) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Pressoberflächen (14a, 16a) zur Herstellung eines Presslings, wobei mindestens eine der beiden Pressoberflächen (14a, 16a) eine Region aufweist, die in Bezug auf die Oberfläche des eingefüllten magnetischen Pulvers (18) und/oder in Bezug auf eine Pressrichtung schräg (geneigt) ist und auch eine erste Region aufweist, die aus einem ersten Material mit einer Vickers-Härte hergestellt ist, die > 200 und ≤ 450 beträgt.
Magnetherstellungsverfahren nach Anspruch 8, in dem mindestens eine Pressoberfläche (14a, 16a) außerdem eine zweite Region aufweist, die aus einem zweiten Material mit einer höheren Vickers-Härte als das erste Material hergestellt ist.
Magnetherstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, in dem das erste und das zweite Material Permeabilitäten von 1,01 oder weniger aufweisen.
Magnetherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem das erste Material eine BeCu-Legierung ist.
Magnetherstellungsverfahren nach Anspruch 11, bei dem die BeCu-Legierung 96,9 bis 98,2 Massenprozent Cu und 1,6 bis 2,0 Massenprozent Be umfasst.
Magnetherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die mindestens eine Pressoberfläche (14a, 16a) gekrümmt ist.
Magnetherstellungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem die Stufe des uniaxialen Pressens die Stufe der Herstellung eines Presslings mit einem C- oder Bogenförmigen Querschnitt ist.
Magnetherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem das magnetische Pulver (18) durch Anwendung eines Slicing-Verfahrens in den Pressform-Hohlraum eingefüllt wird.
Magnetherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem das ausrichtende Magnetfeld parallel zu der Pressrichtung verläuft.
Magnetherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, bei dem das magnetische Pulver (18) ein Seltenerdmetall-Legierungspulver umfasst.
Motor, der einen Magneten umfasst, der nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17 hergestellt worden ist.