DE10052682A1

DE10052682A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver und eines Seltenerdmetallmagneten

Info

Publication number: DE10052682A1
Application number: DE10052682A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Harada; Hitoshi Morimoto; Atsuo Tanaka
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2001-06-21
Also published as: CN1303110A; US6432158B1; US6756010B2; CN1171249C; US20020153061A1; US20040206423A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver umfasst eine Pulvereinfüllungsstufe, bei der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, der durch Einführen eines unteren Stempels in ein durchgehendes Loch einer Kokille einer Pulverpress-Vorrichtung gebildet wird; und eine Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver gepresst wird, während gleichzeitig ein Magnetfeld angelegt wird, wobei die Stufen mehrfach wiederholt werden. DOLLAR A Wenn die (n + 1)-te Pressstufe (n steht für eine ganze Zahl >= 1) durchgeführt werden soll, ist die obere Oberfläche eines Presslings, der in der n-ten Pressstufe hergestellt worden ist, in einer Position oberhalb der unteren Oberfläche eines magnetischen Abschnitts einer Kokille angeordnet.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Presslings (d. h. eines Grünlings) aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver, einen Seltenerdmetallmagneten und eine Pulverpress-Vorrichtung. Die vorlie gende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Pulverpressverfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallmagneten, der eine solche Form hat, die ein mehrstufiges Einfüllen und Pressen (Verdichten) des Seltenerdmetall-Legie rungspulvers erfordert.

Wenn ein magnetisches Pulver in einen Hohlraum einer Pulverpress- Vorrichtung (einer Presse) eingefüllt wird und einfach gepresst (verdichtet) wird, werden die magnetischen Momente der Pulverteilchen nur statistisch (regellos) orientiert. Wenn ein Magnetfeld in dem Hohlraum erzeugt wird und ein magnetisches Pulver, das in den Hohlraum eingefüllt worden ist, in dem Magnetfeld gepresst (verdichtet) wird, kann ein Pressling erhalten werden, in dem die Pulverteilchen in einer gewünschten Richtung ausgerichtet sind. Wenn der Pressling aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver mit ausge zeichneten magnetischen Eigenschaften hergestellt ist, kann aus dem Press ling ein anisotroper Hochleistungsmagnet hergestellt werden.

Die Fig. 1 erläutert eine typische Pressvorrichtung, wie sie zur Orientierung von Magnetpulverteilchen in radialer Richtung verwendet wird, die in Fig. 1 darstell te Vorrichtung umfasst eine Kokille 10 mit einem durchgehenden Loch, einen magnetischen Kern 12, der einen äußeren Umfang aufweist, der der Innen wand des durchgehenden Loches der Kokille 10 gegenüber liegt, einen unte ren zylindrischen Stempel 14, der von unten her in das durchgehende Loch der Kokille 10 eingeführt wird, und einen oberen zylindrischen Stempel 16, der von oben her in das durchgehende Loch der Kokille 10 eingeführt wird. Der ma gnetische Kern 12 besteht aus einem oberen Kern 12a und einem unteren Kern 12b, die jeweils in den Kernlöchern des oberen Stempels 16 und des unteren Stempels 14 angeordnet sind. Der obere Kern 12a und der untere Kern 12b bestehen aus einem ferromagnetischen Material, während der obere Stempel 16 und der untere Stempel 14 aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt sind (z. B. Kern 12). Die Kokille 10, die in Fig. 1 darstellt ist, weist eine Schichtenstruktur auf, bestehend aus einem oberen Abschnitt aus einem ferromagnetischen Material (magnetischer Abschnitt 10a) und einem unteren Abschnitt aus einem nicht-magnetischen Material (nicht-magnetischer Ab schnitt 10b). Zwischen dem äußeren Umfang des Kerns 12 und der Innenwand des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10 ist ein zylindrischer Raum an geordnet. Der zylindrische Raum kann mit dem oberen Stempel 16 und dem unteren Stempel 14 jeweils auf der Oberseite und auf der Unterseite desselben abgeschlossen werden. Der äußere Umfang des Kerns 12, die Innenwand der Kokille 10 und die obere Stirnfläche des unteren Stempels 14 bilden einen "Hohlraum", in den Pulver eingefüllt wird. Das magnetische Pulver 24, das in den Hohlraum eingefüllt wird, ist sandwichartig eingeschlossen durch den obe ren Stempel 16 und den unteren Stempel 14 und wird durch Kompression ge preßt. In diesem Fall ist der Hohlraum begrenzt durch die obere Stirnfläche des unteren Stempels 14, den äußeren Umfang des Kerns 12 und die Innenwand des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10. Eine zylindrische Muffe 11 aus einem nicht-magnetischen Material kann gegebenenfalls auf der Innen wand des durchgehenden Loches der Kokille 10 vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass keine Stufe zwischen dem ferromagnetischen Abschnitt und dem nicht-magnetischen Abschnitt entsteht und dass ein Pressling durch eine solche Stufe nicht beschädigt wird während der Herausnahme desselben aus der Kokille. In diesem Fall ist der Hohlraum begrenzt durch die obere Stirnflä che des unteren Stempels 14, den äußeren Umfang des Kerns 12 und die In nenwand der Muffe 11.

Zur Erzeugung eines radialen Magnetfeldes im Innern des Hohlraums sind ei ne obere Spule 20 und eine untere Spule 22 vorgesehen. Ein Magnetfeld, das durch die obere Spule 20 erzeugt wird, und ein Magnetfeld, das durch die un tere Spule 22 erzeugt wird, stoßen sich gegeneinander innerhalb und um den Zentralabschnitt des magnetischen Kerns 12 ab, wodurch ein radiales Magnet feld gebildet wird, das sich von dem zentralen Abschnitt des Kerns 12 radial in Richtung auf die Kokille 10 erstreckt. Die Pfeile in der Fig. 1 stellen die Ma gnetflüsse in den magnetischen Materialien dar.

Um den Grad der Ausrichtung des magnetischen Pulvers in einem Pressling, der hergestellt werden soll, zu verbessern, muss in dem Hohlraum ein starkes radiales Magnetfeld erzeugt werden. Um die Dichte des radialen Magnetfeldes zu erhöhen, ist es erwünscht, die den Spulen 20 und 22 zugeführte elektrische Energie zu erhöhen und außerdem die Größe und das Material des Kerns 12 zu optimieren. Durch die Erhöhung der den Spulen zugeführten elektrischen Energie werden jedoch die Produktionskosten erhöht und dadurch wird auch das Problem verursacht, dass Wärme entsteht. Die Optimierung der Größe und des Materials des Kerns ist schwierig, weil die Kerngröße durch den In nendurchmesser eines Magneten, der hergestellt werden soll, definiert ist und die Verbesserung des Kernmaterials beschränkt ist.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen wird dann, wenn ein in axialer Richtung sich erstreckender zylindrischer Magnet hergestellt werden soll, ein Mehrstufen-Pressverfahren angewendet, bei dem eine Pulver-Einfüllungsstufe und eine Pulver-Pressstufe mehrfach wiederholt werden, um zu gewährleisten, dass ein ausrichtendes Magnetfeld mit einer ausreichenden Stärke angelegt wird. In dem Mehrstufen-Pressverfahren wird dann, wenn ein langer zylindri scher Pressling hergestellt werden soll, ein Pulvereinfüllungs/Pulverpress- Cyclus in dem Magnetfeld wiederholt, um nacheinander axial unterteilte Ab schnitte des Presslings herzustellen. Die Hohlraumlänge pro Cyclus ist daher gering und die Stärke des in dem Hohlraum gebildeten radialen Magnetfelds kann somit erhöht werden.

Ein konventionelles Mehrstufen-Pressverfahren wird nachstehend unter Be zugnahme auf die Fig. 1, 2A und 2B beschrieben.

Zuerst wird, wie in Fig. 1 darstellt, das magnetische Pulver 24, das in den Hohl raum eingefüllt worden ist, in Gegenwart eines Magnetfeldes gepresst unter Bildung eines Erststufen-Presslings 26 (erste Pressstufe). Danach wird, wie in Fig. 2A darstellt, ein magnetisches Pulver 24 in einen auf der oberen Oberflä che des Erststufen-Presslings (mit der Ziffer 26 bezeichnet) gebildeten Hohl raum eingefüllt und in Gegenwart eines Magnetfeldes gepresst (zweite Press stufe). In der zweiten Pressstufe ist der Hohlraum begrenzt durch die obere Oberfläche des Erststufen-Presslings 26, den äußeren Umfang des Kerns 12 und die Innenwand des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10. Wie in Fig. 2B dargestellt, wird durch die zweite Pressstufe ein Zweitstufen-Pressling 28 auf dem Erststufen-Pressling 26 gebildet. Die beiden Presslinge werden zu einer Einheit integriert unter Bildung eines Presslings 30.

Durch mehrfache Wiederholung der Pulver-Einfüllungsstufe und der Pulver- Pressstufe auf die vorstehend beschriebene Weise kann ein anisotroper Ringmagnet mit der gewünschten axialen Länge jenseits der Beschränkung der axialen Länge L (vgl. Fig. 1) des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10 hergestellt werden. Dieses Verfahren zur Herstellung eines anisotropen Ringmagneten durch Mehrstufen-Pressen ist beispielsweise in der offengeleg ten japanischen Patentpublikation Nr. 9-233776 beschrieben.

Bei dem anisotropen Magneten, der nach dem vorstehend beschriebenen kon ventionellen Verfahren hergestellt worden ist, tritt das folgende Problem auf. Es tritt eine Störung der Ausrichtung im Grenzbereich des Erststufen- Presslings 26 und des Zweitstufen-Presslings 28 auf, was zu einer Abnahme der Magnetisierung im Grenzbereich führt.

Die Fig. 3 stellt ein Diagramm dar, das die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) am äußeren Umfang eines Ringmagneten (eines zylindrischen Magneten) zeigt, der nach dem konventionellen Mehrstufen-Pressverfahren hergestellt worden ist. Der hergestellte und bewertete Ringmagnet wies einen äußeren Durchmesser von 16,4 mm, einen inneren Durchmesser von 10,5 mm und eine axiale Länge von 20 mm auf, gemessen nach der Oberflächen- Schlussbehandlung (Oberflächen-Finish). In dem Diagramm ist die Oberflä chen-Magnetflussdichte (Bg) an dem äußeren Umfang des Magneten durch die durchgezogene Linie dargestellt. Die Messung wurde durchgeführt unter Verwendung eines Gaussmeters durch Abtasten der Oberfläche des Magneten mit einer Messsonde. In dem Diagramm in der Fig. 3 entsprechen die Werte in einem Bereich B den Werten, die an dem Zweitstufen-Pressling 28 gemessen wurden, während die Werte in einem Bereich C den Werten entsprechen, die an dem Erststufen-Pressling 26 gemessen wurden.

Die Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht des zylindrischen Magneten der Fig. 3 dar, der mit der Ziffer 32 bezeichnet ist. Die linke Seite des Magneten 32 (entsprechend dem Pressling 30) in der Fig. 4 entspricht dem oberen Abschnitt der Pressvorrichtung (stromaufwärts gelegener Abschnitt, bezogen auf die Pressrichtung).

Wie aus dem Diagramm in der Fig. 3 hervorgeht, ist ein starker Abfall der Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) im Grenzbereich des Erststufen-Press lings 26 und des Zweitstufen-Presslings 28 festzustellen. Tatsächlich beträgt die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) im Grenzbereich (an der Grenze) etwa 60% oder weniger des Maximalwertes der Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) in den übrigen Abschnitten.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung nehmen an, dass der oben genannte lokale Abfall der Magnetflussdichte (Bg) aus dem folgenden Grund auftrat. Wenn die zweite Pressstufe in dem Magnetfeld in dem Zustand durchgeführt werden soll, in dem der Erststufen-Pressling 26 auf der oberen Stirnfläche des unteren Stempels 14 ruht, wie in den Fig. 2A und 2B darstellt, treten Magnet flüsse aus in den Erststufen-Pressling 26, der magnetisch ist, was zur Entste hung einer Verzerrung in Bezug auf die Verteilung des radialen Magnetfeldes führt. Dies tritt auf, weil sich das aus dem unteren Kern 12b erzeugte Magnet feld auf und um die obere Oberfläche des Erststufen-Presslings 26 herum kon zentriert, da die Magnetflüsse den Erststufen-Pressling 26 leichter passieren als das magnetische Seltenerdmetall-Legierungspulver 24, das für die zweite Pressstufe eingefüllt worden ist. Auf diese Weise verkürzen sich die Magnet flüsse zu dem magnetischen Abschnitt 10a ab dem unteren Kern 12b, wobei sie den oberen Abschnitt des Erststufen-Presslings 26 aufgrund dessen hoher Permeabilität passieren, und als Folge davon tritt in signifikantem Umfang eine Verzerrung der Verteilung eines radialen Magnetfeldes auf an der Grenze und um die Grenze herum zwischen dem Erststufen-Pressling 26 und dem Zweitstufen-Pressling 28. Dies bedeutet, dass die radialen Komponenten des ausrichtenden Magnetfeldes abnehmen, während die axialen Komponenten desselben zunehmen. Wenn die Anzahl der axialen Komponenten des ausrich tenden Magnetfeldes abnimmt, wird die Ausrichtung des magnetischen Pulvers 24 gestört, was zu einer Abnahme des Grades der Ausrichtung führt.

Wenn die Verteilung des radialen Magnetfeldes, das in der zweiten Pressstufe erzeugt worden ist, gestört ist, ist die Orientierung des magnetischen Pulvers nicht nur in dem Zweitstufen-Pressling 28, sondern auch in dem Erststufen- Pressling 26 gestört, selbst wenn die Störung in Bezug auf die Verteilung des radialen Magnetfeldes, das in der ersten Pressstufe erzeugt worden ist, nur gering war. Dies ist deshalb so, weil die Teilchen in einem starken Magnetfeld, beispielsweise einem solchen von 0,4 MA/m oder mehr, umorientiert werden, selbst nachdem das magnetische Pulver 24 bereits einem Pressen unterwor fen worden ist. Wenn das magnetische Pulver 24 ein Schmiermittel enthält, können die Pulverteilchen leichter sich drehen. In diesem Fall wird deshalb die Orientierung oder Ausrichtung des Erststufen-Presslings 26 weiter gestört. Da das in der zweiten Pressstufe angelegte Magnetfeld größer ist, nimmt der Grad der Ausrichtung des Erststufen-Presslings 26 weiter ab.

Die Abnahme des Ausrichtungsgrades wird als wahrscheinlicher angesehen, wenn ein Sintermagnet hergestellt wird als wenn ein Verbundmagnet (gebundener Magnet) hergestellt wird. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn ein magnetisches Pulver zum Sintern gepresst (verdichtet) wird, die Pressdichte des Pulvers vergleichsweise niedrig gemacht wird. Der resultierende Erststu fen-Pressling 26 wird stärker beeinflusst durch ein gestörtes Magnetfeld wegen seiner verminderten Pressung.

Bei dem konventionellen Verfahren tritt noch das folgende weitere Problem auf. Wenn ein nach dem Mehrstufen-Pressverfahren hergestellter Pressling gesintert wird, weist der resultierende Sinterkörper eine geringe Dimensions genauigkeit auf. Der Grund ist der, dass das zur Herstellung eines Seltenerd metall-Sintermagneten verwendete Seltenerdmetall-Legierungspulver eine sehr schlechte Fließfähigkeit aufweist, wenn keine Granulation (Bearbeitung des Pulvers) durchgeführt wird. Es ist schwierig, ein solches Pulver in den Hohlraum mit einer gleichförmigen Dichte einzufüllen. Außerdem ist es schwierig, eine abgegebene Menge Pulver einem Hohlraum zuzuführen, wenn der Hohlraum eine zylindrische Gestalt hat. Deshalb wird eine Beschickungs box, die das Pulver in einer Menge enthält, welche die einzufüllende Menge bei weitem übersteigt, in eine Position oberhalb des Hohlraums bewegt, in den man das Pulver frei fallen läßt und das in den Hohlraum eingefüllte Pulver wird mit der Unterkante der Beschickungsbox abgewischt. Dies führt zu einer Ände rung der eingefüllten Menge an Pulver. Beim konventionellen Pressen wird der Betrieb der Kokille und der Stempel eingestellt (kontrolliert) auf der Basis der Annahme, dass die Füllungsdichte des Pulvers in dem Hohlraum ungleichför mig ist. Die Positionen der Kokille und der Stempel während des Pressens fol gen unweigerlich vorher festgelegten Positions-Einstellungen. Deshalb variiert die Dichte des resultierenden Presslings, wenn eine Variation in der Füllungs dichte des Pulvers vorliegt, und dadurch variiert auch die Schrumpfungsrate des Presslings während des Sinterns. Als Folge davon variiert die Größe des Sinterkörpers sowohl in der Pressrichtung (Richtung der Höhe) als auch in der Dickenrichtung.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver an zugeben, mit dessen Hilfe ein qualitativ hochwertiger Pressling hergestellt wor den kann, bei dem der lokale Abfall des Grades der Ausrichtung sogar in dem Mehrstufen-Füllungs- und Pressverfahren unterdrückt wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Permanent magneten zur Verfügung zu stellen, der verbesserte magnetische Eigenschaf ten aufweist, der aus einem radial ausgerichteten Pressling erhalten wird, der nach dem oben genannten Pressverfahren hergestellt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver, bei dem eine Pressvorrichtung verwendet wird, die umfasst eine Kokille, enthaltend einen nicht-magnetischen Abschnitt und einen magnetischen Abschnitt, der auf dem nicht-magnetischen Abschnitt angeordnet ist, wobei die Kokille ein durchgehendes Loch aufweist; einen Ma gnetkern mit einem äußeren Umfang, der einer Innenwand des durchgehen den Loches gegenüberliegt; einen unteren Stempel zum Einführen von unten in einen Zwischenraum, der zwischen der Innenwand des durchgehenden Lo ches und dem äußeren Umfang des Magnetkerns vorliegt; und einen oberen Stempel zum Einführen von oben in den Zwischenraum, der zwischen der Innenwand des durchgehenden Loches und dem äußeren Umfang des Magnet kerns vorliegt, umfasst eine Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungs pulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, der durch Einführen des unteren Stempels in das durchgehende Loch gebildet wird; und eine Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver gepresst wird, während ein Magnetfeld an das Seltenerdmetall-Legierungspulver angelegt wird, wobei die Pulvereinfül lungs- und Pulverpressstufen mehrfach wiederholt werden. Wenn eine (n + 1)- te-Pressstufe durchgeführt werden soll (wobei n eine ganze Zahl von ≧ 1 dar stellt), wird eine obere Oberfläche eines in einer n-ten-Pressstufe hergestellten Presslings in einer Position oberhalb der unteren Oberfläche des magneti schen Abschnitts der Kokille angeordnet.

Alternativ umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver eine Pulvereinfül lungsstufe, in dem ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, der in einem Zwischenraum zwischen einem ersten magneti schen Element und einem zweiten magnetischen Element gebildet worden ist; und eine Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver gepreßt wird, während ein Magnetfeld angelegt wird, wobei die Stufen mehrfach wie derholt werden. Wenn eine (n + 1)-te Pressstufe durchgeführt werden soll (n steht für eine ganze Zahl von ≧ 1), wird mindestens ein Teil eines Presslings, der in einer n-ten Pressstufe hergestellt worden ist, in dem Zwischenraum zwi schen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element angeordnet.

Die Stärke des Magnetfeldes in dem Hohlraum beträgt vorzugsweise 0,4 MA/m oder mehr.

Dem Seltenerdmetall-Legierungspulver kann ein Schmiermittel (Gleitmittel) zugesetzt werden.

Vorzugsweise ist die Menge des in den Hohlraum eingefüllten Seltenerdmetall- Legierungspulvers in einer n-ten Pulvereinfüllungsstufe größer als in einer (n + 1)-ten Pulvereinfüllungsstufe.

Vorzugsweise beträgt in der (n + 1)-ten Pressstufe die Höhendifferenz zwischen der oberen Oberfläche des in der n-ten Pressstufe hergestellten Presslings und der unteren Oberfläche des magnetischen Abschnitts der Kokille 3 mm oder mehr.

Vorzugsweise beträgt in der (n + 1)-ten Pressstufe die Höhe des Teils des Presslings, der in der n-ten Pressstufe hergestellt worden ist und der in den Hohlraum eingeführt worden ist, 3 mm oder mehr.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht des Seltenerdmetall- Legierungspulver aus einer R-T-(M)-B-Legierung (worin R für ein Seltenerdme tall-Element steht, das mindestens eine Art eines Elements enthält, das aus gewählt wird aus der Gruppe Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Lu; T steht für Fe oder ein Gemisch von Fe und Co; M steht für ein Zusat zelement und B steht für Bor).

Der Pressling hat vorzugsweise eine zylindrische Gestalt und das Magnetfeld ist vorzugsweise ein radiales Magnetfeld.

Die Dichte des in der n-ten Pressstufe hergestellten Presslings beträgt vor zugsweise 3,5 g/cm³ oder mehr.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stufe zum Pressen des Seltenerdmetall-Legierungspulvers unter Anlegen eines Magnetfeldes eine Stufe der Messung des Druckes, der an das in den Hohlraum eingefüllte Sel tenerdmetall-Legierungspulver angelegt wird.

Die Dichte des in der Pressstufe hergestellten Presslings wird vorzugsweise eingestellt durch Steuern (Kontrollieren) des Druckes, der an das Seltenerdme tall-Legierungspulver angelegt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetallma gneten umfasst das Sintern eines Presslings, der nach einem Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver, wie es vorstehend beschrieben wurde, hergestellt worden ist, zur Herstellung eines Permanentmagneten.

Der erfindungsgemäße Seltenerdmetallmagnet wird hergestellt durch mehrfa ches Wiederholen einer Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall- Legierungspulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, und einer Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver gepresst wird, während ein Magnet feld angelegt wird. Die Oberflächen-Magnetflussdichte im Grenzbereich (an der Grenze) eines oberen Presslings, der in einer (n + 1)-ten Pressstufe hergestellt worden ist (n steht für eine ganze Zahl von ≧ 1), und eines unteren Presslings, der in einer n-ten Pressstufe hergestellt worden ist, beträgt 65% oder mehr des Maximalwerts, der Oberflächen-Magnetflussdichte in den übrigen Ab schnitten.

Die erfindungsgemäße Pulverpress-Vorrichtung umfasst eine Kokille, die einen nicht-magnetischen Abschnitt und einen auf dem nicht-magnetischen Abschnitt angeordneten magnetischen Abschnitt umfasst, wobei die Kokille ein durchge hendes Loch aufweist, das sich durch den nicht-magnetischen Abschnitt und den magnetischen Abschnitt hindurch erstreckt; einen Magnetkern mit einem äußeren Umfang, der einer Innenwand des durchgehenden Loches der Kokille gegenüberliegt; einen unteren Stempel zur Einführung von unten in einen Zwi schenraum, der zwischen der Innenwand des durchgehenden Loches der Ko kille und dem äußeren Umfang des Magnetkerns vorliegt; einen oberen Stem pel zur Einführung von oben in den Zwischenraum, der zwischen der Innen wand des durchgehenden Loches der Kokille und dem äußeren Umfang des Magnetkerns vorliegt; eine Pulver-Zuführungseinrichtung zum Einfüllen des magnetischen Pulvers in einen Hohlraum, der gebildet wird durch Einführen eines unteren Stempels in das durchgehende Loch der Kokille; einen Magnet feld-Generator zum Anlegen eines Magnetfeldes an das in den Hohlraum ein gefüllte magnetische Pulver; eine erste Kontrolleinrichtung zur Kontrolle (Steuerung) der relativen Positionen der Kokille und des unteren Stempels; und eine zweite Kontrolleinrichtung zur Kontrolle (Steuerung) der relativen Positionen des oberen Stempels und des unteren Stempels. Die Pulverpress- Vorrichtung wird so betrieben, dass eine Pulvereinfüllungsstufe, die das Einfül len des magnetischen Pulvers in den Hohlraum umfasst, und eine Pulver pressstufe, die das Pressen des magnetischen Pulvers unter Anlegen eines Magnetfeldes an das magnetische Pulver umfasst, wiederholt werden. Die er ste Kontrolleinrichtung stellt die relativen Positionen der Kokille und des unte ren Stempels so ein, dass dann, wenn eine (n + 1)-te Pressstufe durchgeführt werden soll (worin n für eine ganze Zahl von ≧ 1 steht), die obere Oberfläche eines Presslings, der in einer n-ten Pressstufe hergestellt worden ist, in einer Position oberhalb der unteren Oberfläche des magnetischen Abschnitts der Kokille angeordnet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Pulverpress-Vorrichtung außerdem einen Druckfühler zur Messung des an das magnetische Pulver an gelegten Drucks.

Vorzugsweise umfasst der Druckfühler ein Belastungsmessgerät, das geeignet ist für die Bestimmung der Belastung des oberen Stempels oder des unteren Stempels.

Vorzugsweise stellt die zweite Kontrolleinrichtung die relativen Positionen des oberen Stempels und des unteren Stempels entsprechend dem von dem Druckfühler bestimmten Druck ein.

Alternativ umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver eine erste Hohlraum bildungsstufe, in der ein erster Hohlraum gebildet wird, der von der Kokille und einem unteren Stempel begrenzt wird; eine erste Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in den ersten Hohlraum eingefüllt wird; eine erste Pressstufe, in der das in den ersten Hohlraum eingefüllte Pulver ge presst wird, bis ein an das Pulver in dem ersten Hohlraum angelegter Druck einen vorgegebenen Wert erreicht; eine zweite Hohlraumbildungsstufe, in der ein zweiter Hohlraum auf dem gepressten Pulver durch relative Bewegung der Kokille und des unteren Stempels nach der ersten Pressstufe gebildet wird; eine zweite Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in den zweiten Hohlraum eingefüllt wird; und eine zweite Pressstufe, in der das in den zweiten Hohlraum eingefüllte Pulver gepresst wird, bis ein an das in den zweiten Hohlraum eingefüllte Pulver angelegter Druck einen vorgegebenen Wert erreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem eine Speicherstufe, in der die Position einer oberen Oberfläche des in der ersten Pressstufe hergestellten Presslings gespeichert wird, und eine zweite Hohl raumbildungsstufe, in der der zweite Hohlraum gebildet wird durch die relative Bewegung der Kokille und des unteren Stempels auf der Basis der Position der oberen Oberfläche des Presslings.

Vorzugsweise haben der erste Hohlraum und der zweite Hohlraum eine zylin drische Gestalt.

Kurze Beschreibung der verschiedenen Darstellungen der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer typischen Pulverpress-Vorrichtung (Presse), in der das magnetische Pulver radial orientiert ist;

Fig. 2A und 2B stellen Querschnittsansichten dar, die in schematischer Form ein Magnetfeld in der zweiten Pressstufe erläutern, das zu beobachten ist, wenn das magnetische Pulver durch Mehrstufenpressen radial orientiert wer den soll;

Fig. 3 stellt ein Diagramm dar, das die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) an dem äußeren Umfang eines zylindrischen Magneten angibt, der nach einem konventionellen Mehrstufenpress-Verfahren hergestellt worden ist;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des zylindrischen Magneten, der zur Erzielung des Diagramms in der Fig. 3 Messungen unterworfen wurde;

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus einer Pulverpress- Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6A bis 6F stellen Querschnittsansichten dar, welche die Stufen eines Ver fahrens zum Pressen eines Seltenerdmetall-Legierungspulvers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;

Fig. 7 stellt eine Querschnittsansicht dar, die in schematischer Form ein Ma gnetfeld erläutert, das in der in Fig. 6E gezeigten Stufe gebildet wird;

Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das eine Änderung des an einen Pressling angeleg ten Druckes P zeigt;

Fig. 9 stellt ein Blockdiagramm eines Kontrollmechanismus dar, der in Verbin dung steht mit der in Fig. 5 gezeigten Pulverpress-Vorrichtung;

Fig. 10 stellt ein Fließdiagramm dar, das ein Verfahren zur Herstellung eines Presslings unter Verwendung des in Fig. 9 gezeigten Kontrollmechanismus zeigt; und

Fig. 11 stellt ein Diagramm dar, das die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) an dem äußeren Umfang eines Magneten bei einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrie ben.

Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 der Gesamtaufbau einer erfin dungsgemäßen Pulverpress-Vorrichtung beschrieben. Eine Pulverpress- Vorrichtung umfasst eine Kokille 10 mit einem durchgehenden Loch, einen zy lindrischen unteren Stempel 14, der in das durchgehende Loch der Kokille 10 von unten eingeführt wird, und einen zylindrischen oberen Stempel 16, der in das durchgehende Loch der Kokille 10 von oben eingeführt wird. Magnetkerne 12a und 12b für die Bildung eines radialen Magnetfeldes sind in den Kernlö chern jeweils des oberen Stempels 16 und des unteren Stempels 14 angeord net. Die Kokille 10 weist eine Schichtstruktur auf, die besteht aus einem obe ren Abschnitt aus einem ferromagnetischen Material (magnetischer Abschnitt) und einem unteren Abschnitt aus einem nicht-magnetischen Material (nicht- magnetischer Abschnitt). Der hier verwendete Ausdruck "nicht-magnetisches Material" ist so definiert, dass er das Material mit einer Sättigungsmagnetisie rung von 0,6 T oder weniger umfasst. Der Aufbau des vorstehend beschriebe nen Pressabschnitts ist der gleiche wie derjenige der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Die gleichen Komponenten wie in der Fig. 1 werden mit den glei chen Bezugsziffern bezeichnet.

Die Kokille 10 ist an einem Kokillenset 50 befestigt. Der Kokillenset 50 ist über Führungsstäbe 54, die sich durch eine Basisplatte 52 hindurch erstrecken, mit einer unteren Platte 56 gekoppelt. Die untere Platte 56 ist über einen Zylinder stab 58a mit einem unteren hydraulischen Zylinder 58b gekoppelt. Bei diesem Aufbau kann die Kokille 10 mittels des unteren hydraulischen Zylinders 58b nach oben und unten bewegt werden. Die Position der Kokille 10 wird mit ei nem Positionsfühler 59 bestimmt, der in geeigneter Weise gebaut sein kann, beispielsweise unter Verwendung einer linearen Skala und dgl. Durch Kontrolle des Betriebs des unteren hydraulischen Zylinders 58b auf der Basis des ge messenen Wertes kann die Kokille 10 in die gewünschte Position gebracht werden.

Der untere Stempel 14 ist an der Basisplatte 52 befestigt in der Position der selben, in der sie in das durchgehende Loch der Kokille von unten eingeführt worden ist. Da die Pulverpress-Vorrichtung 5 es ermöglicht, dass die Kokille 10 mit dem durchgehenden Loch wie vorstehend beschrieben nach oben und unten bewegt wird (Kokille vom Flotations-Stil), ist es nicht erforderlich, dass der untere Stempel 14 nach oben und nach unten bewegt wird.

Das obere Ende des oberen Stempels 16 ist an einer oberen Platte 60 befe stigt. Die obere Platte 60 ist über einen Zylinderstab 62a an einen oberen hy draulischen Zylinder 62b gekoppelt. Führungsstäbe 64, die an dem Kokillenset 50 befestigt sind, erstrecken sich durch die obere Platte 60 hindurch an einan der gegenüberliegenden Positionen in der Nähe der Peripherie derselben. Die obere Platte 60 und der obere Stempel 16 sind unter der Führung der Füh rungsstäbe 64 mittels des oberen hydraulischen Zylinders 62b nach oben und unten bewegbar. Die Position des oberen Stempels 16 wird mit einem Positi onsfühler 66 bestimmt, der in geeigneter Weise aufgebaut sein kann unter Verwendung einer linearen Skala und dgl. Durch Kontrolle des Betriebs des oberen hydraulischen Zylinders 62b auf der Basis des gemessenen Wertes kann der obere Stempel 16 in die gewünschte Position gebracht werden.

Obere und untere Spulen 20 und 22 sind jeweils auf der Oberseite und der Unterseite des Hohlraums angeordnet zum Anlegen eines Magnetfeldes an das in den Hohlraum eingefüllte Pulver. Die obere Spule 20 ist beispielsweise auf der unteren Oberfläche der oberen Platte 60 angeordnet. Die untere Spule 22 ist beispielsweise auf der unteren Oberfläche des Kokillensets 50 angeord net. Durch Anlegen von abstoßenden Magnetfeldern, die durch die obere Spule 20 und die untere Spule 22 erzeugt worden sind, ist es möglich, an das Pulver in dem Hohlraum ein radiales Magnetfeld anzulegen, das sich vom Mit telabschnitt des Kerns 12 radial nach außen bis zu der Kokille 10 erstreckt.

Bei dieser Ausführungsform ist der obere hydraulische Zylinder 62b mit einem Druckfühler A zur Messung des hydraulischen Druckes ausgestattet. Durch Verwendung dieses Druckfühlers A ist es beispielsweise möglich, den an das in den Hohlraum eingefüllte magnetische Pulver angelegten Druck zu messen. Dieses Verfahren ist in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 10- 152702 beschrieben.

Durch Verwendung des Druckfühlers A wird die Pressdichte eines Presslings während des Pressens gleichförmiger gemacht, verglichen mit dem Fall der Verwendung nur des Positionsfühlers 66 zur Bestimmung der vertikalen Positi on des oberen Stempels 16. Insbesondere dann, wenn ein Ringmagnet wie bei dieser Ausführungsform hergestellt werden soll, hat der Hohlraum eine solche Gestalt, die das gleichförmige Einfüllen des Pulvers in diesem erschwert. Des halb variiert die Menge des in den Hohlraum eingeführten Pulvers in jeder Fül lungsstufe. Ein gleichförmiges Füllen ist auch schwierig für ein R-T-B-Pulver (worin R steht für Seltenerdmetall-Element, das Y umfasst, T steht für Fe oder ein Gemisch von Fe und Co, und B steht für Bor), das bei dieser Ausführungs form zweckmäßig verwendet wird, da dieses viele eckige (winklige) Teilchen umfasst. Insbesondere ein Legierungspulver, das unter Anwendung eines Ab schreckungs-Verfahrens (Abkühlungsgeschwindigkeit 10²-10⁴°C/s), bei spielsweise nach einem Bandgießverfahren hergestellt worden ist, wie es in dem US-Patent 5 383 978 beschrieben ist, weist einen engen Teilchengrößen verteilungs-Bereich auf und deshalb ist dessen Fließfähigkeit weiter vermin dert. Dadurch wird das Durchführen einer gleichförmigen Füllung erschwert.

Durch Änderung der in den Hohlraum eingefüllten Pulvermenge, wie vorste hend beschrieben, variiert die Pressdichte jedes Presslings, der gebildet wird, falls der obere Stempel 16 unveränderlich auf eine vorgegebene Position wäh rend des Pulverpressens (bezogen auf den unteren Stempel 14) eingestellt wird. Durch Verwendung des Druckfühlers A wie bei dieser Ausführungsform wird andererseits der an das Pulver (oder den Pressling) in dem Hohlraum an gelegte Druck gemessen und auf der Basis des gemessenen Druckes kann die Position des oberen Stempels relativ zu dem unteren Stempel verändert wer den. Dies erlaubt ein unveränderliches Anlegen eines vorgegebenen Druckes an den Pressling. Auf diese Weise ist es möglich, die Dichte des Presslings so zu kontrollieren (einzustellen), dass sie im wesentlichen konstant ist.

Die Verwendung des Druckfühlers A ist vorteilhaft bei der Herstellung eines Presslings nach dem Mehrstufen-Pressverfahren gemäß dieser Ausführungs form. Das heißt, eine genaue und erwünschte Pressdichte kann in jeder der Vielzahl der Pressstufe, die für die Herstellung eines Presslings wiederholt werden, erhalten werden.

In einer frühen Pressstufe kann beispielsweise ein Pressling mit einer verhält nismäßig geringen Dichte (weicher Pressling) hergestellt werden und in der End-Pressstufe kann ein höherer Druck angewendet werden, um den gesam ten Pressling dichter zu packen (zu verdichten). Auf diese Weise kann ein Pressling mit einer vollständig einheitlichen Dichte hergestellt werden. Es wird verhindert, dass der so hergestellte Pressling mit lokal unterschiedlichen Schrumpfungsraten während des Sinterns schrumpft. Als Ergebnis erhält man einen Sintermagneten mit der gewünschten Gestalt und den gewünschten ma gnetischen Eigenschaften.

Die Verwendung des Druckfühlers A ist auch vorteilhaft insofern, als das Pres sen so kontrolliert werden kann, dass ein ausreichender Druck, der einen vor gegebenen Wert übersteigt, an das Pulver in dem Hohlraum angelegt wird. Durch diese Kontrolle kann in jeder Pressstufe ein Pressling mit einer Dichte hergestellt werden, die einen vorgegebenen Wert übersteigt. Dies verhindert das Problem, dass der in der vorhergehenden Stufe hergestellte Pressling durch ein Magnetfeld, das beim Pressen in der aktuellen Stufe entsteht, umori entiert wird.

Der an das magnetische Pulver (oder den Pressling) in dem Hohlraum ange legte Druck kann im übrigen mit Belastungsmessgeräten (nicht dargestellt), die an dem oberen Stempel 16 befestigt sind, wie weiter unten beschrieben ge messen werden. Durch die Verwendung von Belastungsmessgeräten kann der auf das magnetische Pulver ausgeübte Druck genauer gemessen werden als im Falle der Messung des hydraulischen Druckes des oberen hydraulischen Zylinders 62b. In diesem Fall kann daher ein Ring-Pressling, der eine im we sentlichen einheitliche Dichte aufweist, zuverlässig hergestellt werden.

Eine Beschickungsbox 40, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver 24 gelagert wird, ist auf dem Kokillenset 50 angeordnet. Die Beschickungsbox 40 ist mit einem hydraulischen Zylinder 52 über einen Zylinderstab gekoppelt, so dass sie im Hinblick auf das Durchgangsloch der Kokille 10 vorwärts und rück wärts bewegt werden kann.

Die oberen und unteren Stempel 16 und 14 bestehen aus einem WC-Ni- Hartmetall, beispielsweise mit einer Rockwell-Härte H_RA in dem Bereich von 70 bis 93 und einer Zusammensetzung mit 1,6 Gew.-% Mo, 20 Gew.-% Ni und WC als Rest. Ein Hartmetall umfasst eine Legierung, die hergestellt worden ist durch Sintern/Kombinieren eines Pulvers aus einem Carbid, das mindestens eines der 9 Elemente enthält, die zu den Gruppen IVa, Va und VIa des Peri odischen Systems der Elemente gehören, mit einem Metall wie Fe, Co, Ni, Mo und Sn oder einer Legierung davon. Als Hartmetall kann auch eine WC-TaC- Co-, WC-TiC-Co- oder WC-TiC-TaC-Co-Legierung verwendet werden.

Die oberen und unteren Stempel 16 und 14 können ansonsten auch aus einem Legierungsstahl hergestellt sein. Zu Beispielen für den Legierungsstahl gehören ein Schnelldrehstahl, der hauptsächlich Fe-C enthält, ein Manganhartstahl und ein Matrizenstahl. Für die oberen und unteren Stempel 16 und 14 wird ein legierter Stahl mit einer vorgegebenen Härte verwendet.

Die oberen und unteren Stempel 16 und 14, die aus einem Hartmetall oder einem legierter Stahl mit einer H_RA in dem Bereich von 70 bis 93 hergestellt sind, weisen somit die gewünschte Zähigkeit und Elastizität auf. Mit diesen Ei genschaften sind die oberen und unteren Stempel 16 und 14 auch kann gegen Bruch beständig, wenn sie zu einer scharfkantigen Konfiguration verarbeitet werden.

Das Verfahren zum Pressen eines Seltenerdmetall-Legierungspulvers (oder ein Verfahren zur Herstellung eines Presslings) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6F beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird der Einfachheit halber der Fall der Durchführung von zwei Cyclen des Pulvereinfüllens/Pulverpres sens beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch auf die Fälle anwendbar ist, bei denen drei oder mehr Pulvereinfüll/Pul verpress-Cyclen durchgeführt werden:

Die Fig. 6A erläutert den Zustand, in dem ein Pressling, der in der vorherge henden Pressstufe hergestellt worden ist, gerade aus der Pressvorrichtung entnommen worden ist. Der obere Stempel 16 wird zusammen mit dem oberen Kern 12a aus der Kokille 10 nach oben entfernt, während die obere Stirnfläche des unteren Stempels 14 mit der oberen Oberfläche der Kokille 10 auf gleicher Höhe gehalten wird.

In der Fig. 6B werden die Kokille 10 und der untere Kern 12b angehoben. Da durch wird die relative Position des unteren Stempels 14 gegenüber der Kokille 10 und dem unteren Kern 12b abgesenkt und auf diese Weise entsteht ein zylindrischer Zwischenraum (Hohlraum) in dem Durchgangsloch der Kokille 10. Der Hohlraum ist nach oben offen, wobei er durch die obere Stirnfläche des unteren Stempels 14 unten begrenzt ist, wodurch ein ringförmiger konkaver Abschnitt entsteht, der mit dem magnetischen Seltenerdmetall-Legierungs pulver gefüllt werden soll. Danach wird die Beschickungsbox 40 zur Zuführung von Seltenerdmetall-Legierungspulver in die Position rechts oberhalb des Hohl raums verschoben. Das in der Beschickungsbox 40 gelagerte Pulver 24 wird in den Hohlraum eingeführt (erste Pulvereinfüllstufe). In der ersten Pulvereinfüll stufe wird die Position des Bodens des Hohlraums, d. h. die Position der obe ren Stirnfläche des unteren Stempels 14 so eingestellt, dass sie gleich oder höher ist als die Position der Bodenoberfläche des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10. Nachstehend wird unter Berücksichtigung des Falls der Durchführung von drei oder mehr Pulvereinfüllstufen der Zwischenraum (Hohlraum), der in der n-ten Stufe (n ist eine ganze Zahl von ≧ 1) mit dem Pul ver gefüllt werden soll, gelegentlich als "n-te Hohlraum-Pulverfüllungsstufe" bezeichnet.

In der Fig. 6C werden, nachdem die Beschickungsbox 40 aus der Position oberhalb des Hohlraums zurückgezogen worden ist, der obere Stempel 16 zu sammen mit dem oberen Kern 12a abgesenkt, sodass die untere Stirnfläche des oberen Kerns 12a an die obere Stirnfläche des unteren Kerns 12b anstößt. Der obere Stempel 16 wird dann in das durchgehende Loch der Kokille 10 ein gesetzt und weiter abgesenkt. Wenn sich die untere Stirnfläche des oberen Stempels 16 dem Hohlraum nähert, werden in dem Kern 12 Magnetfelder er zeugt, die einander abstoßen, wodurch ein radiales Magnetfeld in dem Hohl raum entsteht. Bei dieser Ausführungsform wird die Stärke des Magnetfeldes in dem Hohlraum auf 0,4 MA/m oder höher eingestellt, um ausreichende ma gnetische Eigenschaften zu gewährleisten. Das in den Hohlraum eingefüllte Pulver wird zwischen dem oberen Stempel 16 und dem unteren Stempel 14 in Gegenwart des radialen Magnetfeldes gepresst (Erststufen-Presssung). Auf diese Weise wird ein radial orientierter Erststufen-Pressling 26 gebildet. Das in der Stufe gemäß Fig. 6C gebildete Magnetfeld ist das gleiche wie dasjenige, das in Fig. 1 erläutert wurde. Nach Beendigung der Erststufen-Presssung wird ein Magnetfeld, das umgekehrt orientiert ist wie das vorher angelegte Ausrichtungs-Magnetfeld, angelegt, um den Erststufen-Pressling 26 unter Verwendung der Spulen 20 und 22 zu demagnetisieren.

Die Dichte des Erststufen-Presslings beträgt vorzugsweise 3,5 g/cm³ oder mehr. Besonders bevorzugt beträgt die Dichte des Erststufen-Presslings 3,9 bis 4,5 g/cm³. Wenn die Dichte des Presslings unterhalb dieses Wertes liegt als Folge eines unzureichenden Pressens, unterliegt der Erststufen-Pressling 26 einer leichteren Umorientierung.

Bei der Erststufen-Presssung kann das folgende Kontrollschema angewendet werden. Das heißt, der an das eingefüllte Pulver angelegte Druck wird be stimmt und wenn einmal der Druck einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird das Pressen gestoppt und das Verfahren schreitet zur nächsten Stufe fort. Für diese Druckbestimmung kann der Druckfühler A, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, verwendet werden. Durch Anwendung dieses Kontrollschemas ist es möglich, Presslinge mit einer Pressdichte von 3,5 g/cm³ oder höher zuverlässig auch dann herzustellen, wenn die Menge des in den Hohlraum eingefüllten Pulvers variiert. Dadurch wird verhindert, dass der bereits hergestellte Erststufen- Pressling durch Anlegen eines Magnetfeldes während der Herstellung des Zweitstufen-Presslings umorientiert wird.

Die obige Druckbestimmung kann ansonsten durchgeführt werden unter Ver wendung von Belastungsmess-Einrichtungen (Belastungsfühlern), die mit dem oberen Stempel assoziiert sind. Beispielsweise können die Belastungsmess- Einrichtungen FCA-3-11-1L, hergestellt von der Firma Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd., bei dieser Ausführungsform verwendet werden. Wenn die Anzahl der Belastungsmess-Einrichtungen steigt, wird ein genauerer Druckwert erhalten. Bei dieser Ausführungsform wird ein Vier-Messgerät-Verfahren angewendet und es werden vier Belastungsmessgeräte am Umfang (der Seite) des Stem pels befestigt. Die Belastungsmessgeräte können an der Außenfläche (Um fang) des oberen Stempels 16 und an der Außenfläche (Umfang) des unteren Stempels 14 befestigt werden.

Mit den oben genannten Belastungsmessgeräten kann die Größe der Bela stung am oberen Ende des oberen Stempels 16 während des Pressens ge messen werden. Daher kann der an den Pressling angelegte Druck in Realzeit mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.

Nachstehend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Press lings unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Belastungsmessgeräte näher beschrieben. In dem Zustand, in dem der Hohlraum mit Pulver gefüllt ist, wird der obere Stempel 16 gegenüber dem unteren Stempel 14 abgesenkt, wodurch der auf das Pulver einwirkende Druck allmählich ansteigt. Während dieses Pressens wird der an das Pulver angelegte Druck mittels der Bela stungsmessgeräte, die an der Außenfläche des oberen Stempels 16 befestigt sind, genau beobachtet. Während dieses Pressens kann auch die Kokille 10 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit abgesenkt werden zusammen mit der Absenkung des oberen Stempels 16. Dadurch wird im wesentlichen der glei che Druckeffekt für das Pulver in dem Hohlraum erzielt wie er erhalten wird, wenn der untere Stempel 14 angehoben wird, während der obere Stempel 16 abgesenkt wird. Dies ist wirksam in Bezug auf die Verringerung der Schwan kung der Dichte des Presslings.

Anschließend wird, wenn die Belastungsmessgeräte feststellen, dass der auf das Pulver (oder den Pressling) einwirkende Druck einen vorgegebenen Wert erreicht hat, die Absenkung des oberen Stempels 16 angehalten, sodass der Pressling fertig ist. Auf diese Weise kann durch Herstellung eines Presslings unter gleichzeitiger Messung des Druckes auf den Pressling mit den Bela stungsmessgeräten die Pressdichte des Presslings gleich einem oder oberhalb eines vorgegebenen Wertes (beispielsweise 3,5 g/cm³) gehalten werden.

In den Fig. 6C und 6D wird die Kokille 10 gegenüber dem in der Fig. 6C dar gestellten Zustand angehoben, während die oberen und unteren Stempel 16 und 14 den Pressling mit einem vorgegebenen Druck unter Druck halten, und außerdem werden die Kerne 12a und 12b angehoben, während der Ansto ßungszustand zwischen beiden aufrechterhalten wird. Durch diese Verfah rensweise wird verhindert, dass der Pressling als Folge der Reibung, die wäh rend des Anhebens der Kokille 10 und der Kerne 12a und 12b entsteht, bricht. Danach wird der obere Stempel 16 angehoben, wobei ein weiterer Hohlraum (zweiter Hohlraum) auf der oberen Oberfläche des Presslings gebildet wird. Der Boden des zweiten Hohlraums ist nun nicht mehr durch den unteren Stempel 14, sondern durch die oberen Oberfläche des Erststufen-Presslings 26 begrenzt.

Bei dem konventionellen Mehrstufen-Pressverfahren liegt die obere Oberfläche des Erststufen-Presslings 26 in einer Ebene mit der Bodenoberfläche des ma gnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10. Erfindungsgemäß wird die Positions- Beziehung zwischen dem unteren Stempel 14 und der Kokille 10 so eingestellt, dass die obere Oberfläche des Erststufen-Presslings 26 in einer Position ober halb der Bodenoberfläche des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10 angeordnet ist. Die Beschickungsbox 40 wird dann in die Position oberhalb des Hohlraums bewegt, sodass das Seltenerdmetall-Legierungspulver in den zweiten Hohlraum eingefüllt wird (Zweitstufen-Pulvereinfüllung).

In der Fig. 6E wird der obere Stempel 16 zusammen mit dem oberen Kern 12a abgesenket, sodass die untere Stirnfläche des oberen Kerns 12a an die obere Stirnfläche des unteren Kerns 12b anstößt, nachdem die Beschickungsbox 40 aus der Position oberhalb des Hohlraums zurückgezogen worden ist. Der obe re Stempel 16 wird dann in das durchgehende Loch der Kokille 10 eingeführt und weiter abgesenkt. Wenn einmal die untere Stirnfläche des oberen Stem pels 16 sich dem Hohlraum nähert, werden in dem Kern 12 abstoßende Ma gnetfelder erzeugt unter Ausbildung eines radialen Magnetfeldes in dem zwei ten Hohlraum. Das in den zweiten Hohlraum eingefüllte Pulver wird in Gegen wart des radialen Magnetfeldes gepresst (Zweitstufen-Pressung). Auf diese Weise wird ein Zweitstufen-Pressling 28 auf dem Erststufen-Pressling 26 ge bildet. Die beiden Presslinge werden integriert unter Bildung eines einzigen Presslings 30. Bei dieser Ausführungsform beträgt die axiale Länge des Erst stufen-Presslings 26 etwa 13,5 mm und die axiale Länge des Zweitstufen- Presslings 28 beträgt etwa 10,5 mm.

Die Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht, welche das in der in Fig. 6E darge stellten Stufe erzeugte Magnetfeld erläutert. Beim Pressen des in der Zweitstufen-Pressung eingefüllten Pulvers ist der zweite Hohlraum oberhalb der Position der unteren Oberfläche des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10 angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, die Position des Erststu fen-Presslings 26 relativ zu dem magnetischen Abschnitt 10a ist gegenüber der konventionellen Position nach oben verschoben. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Verminderung der axialen Komponenten des Magnetfeldes (oder der Magnetflüsse) in dem Bereich, in dem die Magnetflüsse, die in dem unteren Kern 12b erzeugt worden sind, sich radial in Richtung auf den magne tischen Abschnitt 10a der Kokille 10 erstrecken. Das resultierende Magnetfeld liegt in einem Zustand vor ähnlich dem radialen Magnetfeld, wie es in Fig. 1 darstellt ist.

Bei dieser Ausführungsform ist die obere Oberfläche des Erststufen-Presslings 26 in einer um 3 mm oder mehr höheren Position angeordnet als die untere Oberfläche des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10. Der Wert von 3 mm übersteigt 10% der axialen Länge (L = etwa 24 mm) des magnetischen Abschnitts 10a der Kokille 10, die bei dieser Ausführungsform verwendet wird. Außerdem übersteigt der Wert von 3 mm 20% der axialen Länge des Erststu fen-Presslings 26, der bei dieser Ausführungsform gebildet wird, die etwa 13,5 mm beträgt, wie vorstehend angegeben.

Nach Beendigung der Zweitstufen-Pressung wird ein Magnetfeld, das umge kehrt orientiert ist wie das vorher angelegte Ausrichtungs-Magnetfeld, angelegt, um den Pressling 30 zu demagnetisieren unter Verwendung der Spulen 20 und 22. Danach wird wie in Fig. 6F dargestellt der obere Stempel 16 zusammen mit dem oberen Kern 12a angehoben, während die Kokille 10 abgesenket wird, um den Pressling 30 zu entnehmen.

Der so hergestellte Pressling 30 wird gesintert, oberflächenbehandelt und ma gnetisiert, wobei man einen radial orientierten aniosotropen Ringmagneten er hält.

Während der Entnahme des Presslings 30 können die Operationen des obe ren Stempels 16 und der Kokille 10 kontrolliert (gesteuert) werden auf der Ba sis des Druckes auf den Pressling (den Pressdruck), der mit den vorstehend beschriebenen Belastungsmessgeräten gemessen wird. Ein Beispiel für die Entnahme des Presslings 30 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 näher be schrieben.

Die Fig. 8 stellt ein Diagramm dar, das die Änderung des Pressdruckes P zeigt. In dem Diagramm wird, nachdem der Pressling 30 unter einem vorgegebenen Pressdruck P₁ in einer Pressstufe S1 hergestellt worden ist, der obere Stempel 16 mit einer geringen Geschwindigkeit angehoben (oder der angelegte Druck wird verringert), um dadurch den Pressdruck P allmählich zu reduzieren. Der gebildete Pressling hat die Neigung, sich in eine Richtung entgegengesetzt zu der Pressrichtung auszudehnen als Folge des so genannten "Rückfederungs- Phänomens". Der Pressdruck P nimmt allmählich ab, während der obere Stempel 16 und der Pressling miteinander in Kontakt gehalten werden. Diese Änderung des Pressdruckes P wird mit den Belastungsmessgeräten nachge wiesen.

Wenn einmal der abnehmende Pressdruck P einen vorgegebenen Wert P₂ erreicht hat, wird die Absenkung der Kokille 10 gestartet und zusammen mit dieser Absenkung wird begonnen, den Pressling 30 aus dem Hohlraum her auszunehmen. Da der obere Stempel 16 weiterhin langsam angehoben wird, nimmt der Pressdruck P weiter ab.

Wenn das Absenken der Kokille 10 fortschreitet, wird ein größerer Teil des Presslings allmählich freigelegt. Das Anheben des oberen Stempels 16 wird beendet, bevor der Pressling vollständig aus dem Hohlraum herausgenommen worden ist, sodass der Pressdruck bei einem Rückhaltedruck P₃ gehalten wird. Der Rückhaltedruck P₃ kann durch Verwendung der Belastungsmessgeräte auf einen vergleichsweise kleinen Wert eingestellt werden. Dann befindet sich der Pressling vollständig ausserhalb des Hohlraums während der Rückhaltedruck P₃ aufrechterhalten wird. Danach wird der obere Stempel 16 wieder angeho ben, während der Pressling 30 auf der Kokille 10 freiliegt. Auf diese Weise ist die Entnahme des Presslings beendet.

Durch die oben genannte Kontrolle (Steuerung) des oberen Stempels 16 und der Kokille 10 auf der Basis des Pressdruckes, der mit den Belastungsmessge räten gemessen wird, ist es möglich, ein Reissen und Kollabieren des Press lings während der Entnahme des Presslings aus dem Hohlraum zu vermin dern.

Während der Entnahme des Presslings 30 aus dem Hohlraum kann eine Spannung auf den Pressling 30 einwirken als Folge der Reibung zwischen der Kokille 10 und dem Pressling 30 und als Folge davon kann ein Riss in dem Pressling 30 entstehen. Wenn ein vorgegebener Druck auf dem Pressling 30 durch den oberen Stempel 16 aufrechterhalten wird, wird die Entstehung eines Risses verhindert. Aus diesem Grund wird ein Druck auf den Pressling auf rechterhalten, bis die Entnahme des Presslings erfolgt ist.

Wenn der auf den Pressling ausgeübte Druck zu groß ist, kann der aus dem Hohlraum entnommene Pressling 30 kollabieren. Insbesondere ist der Press ling 30 sehr empfindlich gegenüber einem Kollabieren im Zustand unmittelbar vor der vollständigen Entnahme aus dem Hohlraum. Aus diesem Grund wird der Rückhaltedruck P₃ auf einen Wert eingestellt, der klein genug ist, um ein Kollabieren zu vermeiden.

Durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Belastungsmessgeräte kann der Pressdruck in Realzeit genau bestimmt werden. Es ist dadurch mög lich, die Arbeitsgänge des oberen Stempels 16 und der Kokille so zu steuern (zu regeln), dass eine Rissbildung und ein Kollabieren des Presslings vermie den werden, um eine geeignete Entnahme des Presslings zu gewährleisten.

Durch Verwendung von Belastungsmessgeräten, wie sie vorstehend beschrie ben sind, ist es auch möglich, die Größe des Presslings sowie die Dichte des Presslings einzustellen. Diese Einstellung wird nachstehend unter Bezugnah me auf die Fig. 5, 9 und 10 beschrieben.

Die Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm eines Kontrollmechanismus, der mit der in Fig. 5 dargestellten Pulverpressvorrichtung verbunden ist. Ein zentrales Kon trollelement 90 zur Kontrolle des Betriebs der Pulverpressvorrichtung 5 um fasst: ein CPU zur Durchführung der Operationen; ein RAM zur Speicherung der Informationen aus den Belastungsmessgeräten, Positionsfühlern und dgl.; und ein ROM, das die Steuerprogramme speichert. Ein Bedienungspult (OP- Pult) ist mit dem zentralen Kontrollelement 90 verbunden, sodass ein Operator Kontroll- bzw. Steuerinformationen in dem erforderlichen Umfang frei eingeben kann.

Mit einem Belastungsmessgerät-Antriebselement wird eine vorgegebene Spannung an ein Messgerät angelegt, das an dem oberen Stempel oder dgl. befestigt ist, und es wird die Größe der Belastung (d. h. die Größe des an das eingefüllte Pulver angelegten Druckes) bestimmt auf der Basis des Output aus dem Belastungsmessgerät. Die Größe der Belastung wird ausgedrückt als Än derung des elektrischen Widerstandes des Belastungsmessgeräts. Die Infor mation bezüglich des an das Pulver angelegten Druckes wird nach der Um wandlung der Information in ein digitales System unter Verwendung eines A/D- Konverters (nicht dargestellt) von dem Belastungsmessgerät-Antriebselement an das zentrale Kontrollelement 90 übermittelt.

Ein hydraulisches Zylinder-Antriebselement treibt den oberen hydraulischen Zylinder 62b und den unteren hydraulischen Zylinder 58b an auf der Basis der Instruktionen aus dem zentralen Kontrollelement 90. Durch die Operation des hydraulischen Zylinder-Antriebselements können der obere Stempel 16 und die Kokille 10 in die jeweiligen vorgegebenen Positionen bewegt werden.

Die Positionsfühler 66 und 59, die in Assoziation mit dem oberen Stempel 16 bzw. der Kokille 10 angeordnet sind, bestimmen die Positionen des oberen Stempels und der Kokille 10 und übertragen die Positions-Information an das zentrale Kontrollelement 90.

Ein Beschickungsbox-Antriebselement steuert die Bewegung der Beschic kungsbox 40 hin zu und weg von der Position oberhalb des Hohlraums. Wenn die Beschickungsbox 40 mit einer Pulver-Einfüllungs-Hilfseinrichtung, bei spielsweise einem Rüttler (oder Rührer) ausgestattet ist, steuert das Beschic kungsbox-Antriebselement auch den Betrieb einer solchen Hilfseinrichtung. Ein Spulen-Antriebselement treibt die Spulen 20 und 22 an zur Erzeugung von Magnetfeldern für die Bildung eines Magnetfeldes, das an das Pulver in dem Hohlraum angelegt wird. Das zentrale Steuerelement 90 steuert diese Antrieb selemente.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 ein Verfahren zur Herstel lung eines Presslings unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Kon troll- bzw. Steuermechanismus beschrieben.

Wenn ein Startknopf an dem Bedienungspult gedrückt wird, instruiert das zen trale Steuerelement 90 die Antriebselemente, die jeweiligen Anfangs- Operationen zu starten. Nach Empfang der "Fertig-Signale" von allen Antrieb selementen startet das zentrale Steuerelement 90 den Pressvorgang (Stufen S1 und S2). Zuerst wird die Kokille angehoben durch Antreiben des unteren hydraulischen Zylinders unter Bildung des ersten Hohlraum (Stufe S3). Das zentrale Steuer-Element 90 instruiert das Beschickungsbox-Antriebselement, den ersten Hohlraum mit Pulver zu füllen (Stufe S4). Nach Empfang der Mittei lung von dem Beschickungsbox-Antriebselement, dass das Pulvereinfüllen be endet ist, instruiert das zentrale Steuerelement 90 das hydraulische Zylinder- Antriebselement dahingehend, den oberen hydraulischen Zylinder anzutreiben, sodass der obere Stempel gesenkt wird (Stufe S5). Wenn einmal der Hohl raum mit dem oberen Stempel blockiert ist, werden die Spulen zur Erzeugung eines Magnetfeldes so angetrieben, dass das Pulver in dem Hohlraum ausge richtet wird (Stufe S6).

In der obigen Pressstufe wird mit der Überwachung des Output des Bela stungsmessgerät-Antriebselements zu dem Zeitpunkt begonnen, wenn der obere Stempel beginnt, das Pulver zu pressen, sodass der an das Pulver in dem Hohlraum angelegte Druck gemessen wird. Die Größe des an das Pulver angelegten Druckes steigt, wenn der obere Stempel gesenkt wird. Wenn fest gestellt wird, dass der an der Pulver angelegte Druck einen vorgegebenen Wert erreicht hat (Stufe S7), wird das Absenken des oberen Stempels ange halten und gleichzeitig wird das Anlegen eines Magnetfeldes angehalten (Stufe S8).

Die Position des oberen Stempels in dem oben genannten Presszustand wird mit dem Positionsfühler bestimmt. Die Positions-Information aus dem Positi onsfühler wird in dem RAM des zentralen Steuerelements 90 gespeichert (Stufe S9).

Wenn das Pressen durchgeführt wird auf der Basis des an das Pulver angeleg ten Druckes, wie vorstehend beschrieben, ist dann, wenn die Menge des in den Hohlraum eingefüllten Pulvers unterschiedlich ist, die Position des oberen Stempels in dem Presszustand unterschiedlich. Dies kann zu einer Variation der Größe (Höhe) des Presslings führen, der beim Erststufen-Pressen gebildet wird. Um dieses Problem zu beseitigen, wird bei dieser Ausführungsform die Tiefe eines Hohlraums (zweiter Hohlraum), der beim Zweitstufen-Pressen ge bildet werden soll, berechnet auf der Basis der Position des oberen Stempels.

Insbesondere wird die Tiefe eines Hohlraums, der in der nächsten Stufe gebil det werden soll, bestimmt durch Subtrahieren der Höhe des Erststufen- Presslings, die durch die Position des oberen Stempels vorgegeben ist, von der Gesamthöhe eines Presslings, der in der nächsten Pressstufe (beim Zweitstufen-Pressen) gebildet werden soll. Durch diese Arbeitsweise kann ein Pressling mit einer hohen Größengenauigkeit auch dann hergestellt werden, wenn die eingefüllte Pulvermenge variiert. Wenn die Länge des Erststufen- Presslings außerhalb des gewünschten Bereiches liegt, kann der Erststufen- Pressling aus dem Hohlraum entnommen werden und ein neuer Erststufen- Pressling kann hergestellt werden, bevor das Pressen in der zweiten Stufe durchgeführt wird.

Wenn einmal die Tiefe des Hohlraums in der nächsten Stufe festgelegt ist, werden die Kokille und der Kern auf eine vorgegebene Position angehoben auf der Basis der berechneten Hohlraumtiefe, während der Pressling sandwichar tig zwischen dem oberen und unteren Stempel festgehalten wird. Der obere Stempel wird dann angehoben, wodurch der zweite Hohlraum gebildet wird (Stufen S11 und S12).

Danach werden wie beim Erststufen-Pressen das Pulvereinfüllen (Stufe S13) und das Pulverpressen (Stufen S14 bis S16) durchgeführt zur Herstellung des Presslings. Während des zweiten Pressvorganges wird ebenfalls ein vorgege bener Druck an das Pulver angelegt mit Hilfe des Belastungsmessgerätes. Auf diese Weise kann ein Pressling mit einer einheitlichen Dichte und einer hohen Größengenauigkeit hergestellt werden.

Der nach dem vorstehend beschriebenen Mehrstufen-Pressverfahren herge stellte Pressling wird beispielsweise auf die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 beschriebene Weise aus dem Hohlraum entnommen, wodurch ver hindert werden kann, dass der Pressling bricht (Stufe S17). Das Verfahren zur Herstellung des Presslings ist somit beendet (Stufe S18).

Die Fig. 11 stellt ein Diagramm dar, das die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) eines Magneten bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, der so aufgebaut ist, dass er dem in Fig. 3 gezeigten Diagramm ent spricht. Zur Bewertung wurde der Pressling gesintert und oberflächenbehan delt zur Herstellung eines Ringmagneten mit einem Außendurchmesser von 16,4 mm, einen Innendurchmesser von 10,5 mm und einer axialen Länge von 20 mm. Um die Beurteilung zu erleichtern, wurde die Magnetisierung unter Verwendung eines Magnetfeldes vertikal zur axialen Richtung des Magneten durchgeführt.

Wie aus dem Diagramm in der Fig. 11 ersichtlich, ist der Abfall der Oberflä chen-Magnetflussdichte (Bg), der im Grenzbereich der Erststufen- und Zweitstufen-Presslinge 26 und 28 festgestellt wurde, bemerkenswert gering, verglichen mit demjenigen im konventionellen Falle, wie er in Fig. 3 darstellt ist. Tatsächlich beträgt im Falle der Fig. 11 die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) im Grenzbereich (an der Grenze) etwa 70% oder mehr des Maximalwer tes der Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) in dem übrigen Abschnitt. Erfin dungsgemäß kann die Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) an der Grenze (im Grenzbereich) mindestens etwa 65% des Maximalwertes der Oberflächen- Magnetflussdichte (Bg) in dem übrigen Bereich betragen. Sie kann etwa 75% oder mehr oder sogar etwa 80% oder mehr betragen.

Wenn ein Magnet mit hohen magnetischen Eigenschaften als Ganzes für ei nen Motor verwendet wird, wird die Energieausbeute des Motors verbessert. Daher ist der nach dieser Ausführungsform hergestellte Magnet besonders geeignet für einen Motor für einen Roboter, mit dem eine Fabrik-Automati sierung (FA) durchgeführt wird.

Der Grund dafür, warum die Abnahme der Oberflächen-Magnetflussdichte (Bg) im Grenzbereich (an der Grenze) eines Mehrstufen-Presslings bei dieser Aus führungsform der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden kann, ist folgen der. Die relative Position des Erststufen-Presslings 26 ist hoch, verglichen mit dem konventionellen Fall, und somit liegt mindestens ein Teil des Erststufen- Presslings 26 im Innern des Orientierungsraums. Deshalb nehmen dann, wenn das Pressen in der zweiten Stufe durchgeführt wird, die axialen Komponenten des Ausrichtungs-Magnetfeldes, das als Folge der Anwesenheit des Erststu fen-Presslings 26 erzeugt wird, ab, wodurch der Grad der Ausrichtung stark verbessert wird. Da ein Teil des bereits ausgerichteten Presslings im Innern des Orientierungsraumes angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben, wird die Größe eines Presslings, der in der nächsten Stufe hergestellt werden soll, her abgesetzt. Im Zusammenhang mit dem konventionellen Verfahren ist es eine unwirksame Praxis, den Erststufen-Pressling 26 im Innern des Raumes zwi schen dem magnetischen Abschnitt 10a der Kokille 10 und dem Kern 12, d. h. des Orientierungsraumes, anzuordnen. Erfindungsgemäß wird diese unwirk same Praxis absichtlich angewendet und dadurch wird eine bemerkenswerte Unterdrückung der Abnahme des Ausrichtungsgrades beim Mehrstufen- Pressen erzielt.

Als magnetisches Pulver wird vorzugsweise ein Pulver verwendet, das nach einem Bandgießverfahren hergestellt worden ist. Ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Pulvers nach dem Bandgießverfahren ist beispielsweise das folgende.

Zuerst wird eine Legierung aus 31Nd-1B-68Fe (Massenprozent), wie in dem US-Patent 5 383 978 beschrieben, unter Anwendung eines Hochfrequenz- Schmelzverfahrens in einer Argongas-Atmosphäre geschmolzen zur Herstel lung einer geschmolzenen Legierungsmasse. Es kann auch eine Legierung verwendet werden, in der ein Teil des Fe durch Co ersetzt ist. Alternativ kann eine Legierung mit einer Zusammensetzung verwendet werden, wie sie in dem US-Patent 4 770 723 beschrieben ist.

Die geschmolzene Legierungsmasse, deren Temperatur bei 1350°C gehalten wird, wird mit der Oberfläche einer rotierenden Einzelwalze in Kontakt ge bracht, um dadurch die geschmolzene Masse abzuschrecken. Auf diese Weise wird eine abgeschreckte und erstarrte Legierung mit der gewünschten Zu sammensetzung erhalten. Wenn die Abkühlungs-Bedingungen so sind, dass die Walzenumfangs-Geschwindigkeit etwa 1 m/s beträgt, beträgt die Abküh lungs-Geschwindigkeit 500° C/s und der Unterkühlungsgrad beträgt 200°C, wo bei eine flockige Legierung mit einer mittleren Dicke von 0,3 mm erhalten wird.

Die so erhaltene Legierung wird durch Wasserstoffabsorption versprödet und mit einer Federmühle grob gemahlen bis auf eine Größe von etwa 5 mm. Die grob gemahlene Legierung wird dann zu Pulvern mit einer mittleren Korngröße von 3,5 µm fein pulverisiert. Danach wird ein Fettsäureester, verdünnt mit ei nem Lösungsmittel auf Erdölbasis, als Schmiermittel zugegeben und mit den Pulvern vermischt. Die zugegebene Schmiermittelmenge kann beispielsweise 0,3 Massenprozent betragen, bezogen auf das Legierungspulver. Als Schmiermittel kann auch ein festes Schmiermittel wie Zinkstearat verwendet werden.

Das Seltenerdmetall-Legierungspulver, das nach dem Bandgießverfahren her gestellt und nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren pulverisiert wor den ist, weist eine enge Kornvariation (Teilchengrößenverteilung) auf, vergli chen mit einem Pulver, das nach einem anderen Verfahren (Barrenverfahren) hergestellt worden ist. Daher wird, wenn aus einem solchen Seltenerdmetall- Pulver ein Pressling hergestellt und gesintert wird, ein Sinterkörper mit einer einheitlichen Korngröße erhalten. Ein solcher Sinterkörper ergibt ausgezeich nete magnetische Eigenschaften. Bei dem nach dem Bandgießverfahren her gestellten Pulver tritt jedoch das folgende Problem auf. Wegen der engen Korngrößenvariation (engen Korngrößenverteilung) ist die Fließfähigkeit des Pulvers schlecht und das Pulver kann somit nicht gleichförmig eingefüllt wer den. Dieses Problem kann gelöst werden durch Steuerung des an den Press ling angelegten Druckes mit Hilfe des Druckfühlers, wie vorstehend beschrie ben. Durch diese Steuerung kann die Pressdichte einheitlich gemacht werden und der resultierende Pressling weist eine Dichte auf, die einen vorgegebenen Wert übersteigt und einen hohen Grad der Ausrichtung aufweist.

Die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Pressen eines Pulvers geeignete Seltenerdmetall-Legierung wird allgemein dargestellt als R-T-(M)-B-Legierungspulver (worin R für ein Seltenerdmetall-Element steht, das Y umfasst, T für Fe oder ein Gemisch von Fe und Co steht, M für ein zu sätzliches Element und B für Bor stehen). Als Seltenerdmetall-Element R kann ein Material verwendet werden, das mindestens ein Element enthält, ausge wählt aus der Gruppe Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Lu. Um eine ausreichende Magnetisierung zu erzielen, sollten Pr und/oder Nd vor zugsweise 50 Atom-% oder mehr des Seltenerdmetall-Elements R ausmachen.

Wenn der Gehalt an dem Seltenerdmetall-Element R 10 Atom-% oder weniger beträgt, nimmt die Koerzitivkraft ab als Folge einer Ausscheidung einer α-Fe- Phase. Wenn der Gehalt an Seltenerdmetall-Element R 20 Atom-% übersteigt, wird eine an R reiche zweite Phase in übermäßger Menge ausgeschieden zu sätzlich zu einer tetragonalen Ziel-Verbindung vom Nd₂Fe₁₄B-Typ, was zu ei ner Herabsetzung der Magnetisierung führt. Aus diesen Gründen liegt der Ge halt an dem Seltenerdmetall-Element R vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 20 Atom-%.

Wenn der Gehalt an T, das Fe, Co und dgl. repräsentiert, weniger als 67 Atom- % beträgt, wird eine zweite Phase ausgeschieden, die sowohl eine niedrige Koerzitivkraft als auch eine niedrige Magnetisierung aufweist, was zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften führt. Wenn der Gehalt an T 85 Atom-% übersteigt, nimmt die Koerzitivkraft ab als Folge einer Ausschei dung einer α-Fe-Phase. Außerdem wird die Angulärität (Eckigkeit) der Dema gnetisierungskurve schlechter. Aus diesen Gründen liegt der Gehalt an T vor zugsweise in dem Bereich von 67 bis 85 Atom-%.

Obgleich T nur aus Fe bestehen kann, wird durch Zugabe von Co die Curie- Temperatur erhöht und dadurch wird die Wärmebeständigkeit verbessert. Vor zugsweise macht Fe 50 Atom-% oder mehr von T aus. Wenn Fe weniger als 50 Atom-% ausmacht, nimmt die Sättigungs-Magnetisierung einer Verbindung vom Nd₂Fe₁₄B-Typ ab.

Bor (B) ist für eine stabile Ausscheidung einer tetragonalen Kristallstruktur vom Nd₂Fe₁₄B-Typ unerläßlich. Wenn der Gehalt an B weniger als 4 Atom-% be trägt, nimmt die Koerzitivkraft ab, da eine R₂T₁₇-Phase ausgeschieden wird, was zu einer signifikanten Verschlechterung der Angularität (Eckigkeit) der Demagnetisierungskurve führt. Wenn der Gehalt an B 10 Atom-% übersteigt, wird eine zweite Phase ausgeschieden, die eine geringe Magnetisierung auf weist. Aus diesen Gründen liegt der B-Gehalt vorzugsweise in dem Bereich von 4 bis 10 Atom-%. Alternativ kann B teilweise oder vollständig durch C er setzt sein.

Das Zugabe-Element M kann vorgesehen sein zur Verbesserung der magneti schen Natur und der Korrosionsbeständigkeit des Pulvers. Als Zusatz-Element wird zweckmäßig verwendet mindestens eines der Elemente, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Al, Ti, Cu, V, Cr, Ni, Ga, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Hf, Ta und W. Ein solches Zugabe-Element M braucht aber überhaupt nicht vorhan den zu sein. Wenn es vorhanden ist, beträgt die Zugabemenge vorzugsweise 10 Atom-% oder weniger. Wenn die Zugabemenge 10 Atom-% übersteigt, wird eine nicht-ferromagnetische zweite Phase ausgeschieden, wodurch die Ma gnetisierung abnimmt.

Als Material für den magnetischen Abschnitt der Kokille und für den Kern wird vorzugsweise ein Material ausgewählt, das eine hohe magnetischen Permea bilität und eine hohe Sättigungsflussdichte sowie eine ausgezeichnete Ab riebsbeständigkeit aufweist. Zu Beispielen für ein solches Material gehören unlegierter Werkzeugstahl (SK), legierter Werkzeugstahl (SKS, SKD), Schnelldreh-Werkzeugstahl (SKH) und Permendur. Wenn auf die Abriebsbe ständigkeit besonderer Wert gelegt gelegt wird, kann ein Substrat mit einer hohen magnetischen Permeabilität und einer hohen Sättigungsflussdichte, beispielsweise aus Permendur, Permalloy und Sendust, mit einer Überzugs schicht aus einem Hartmetall beschichtet werden.

Die vorliegende Erfindung ist allgemein anwendbar auf die Herstellung von Verbundmagneten (verbundenen Magneten), nicht nur auf die Herstellung von Sintermagneten. Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Herstel lung von Verbundmagneten (verbundenen Magneten) wird ein magnetisches Pulver, das mit einem Bindemittel beschichtet ist, in den Hohlraum der Press vorrichtung eingefüllt. Als Bindemittel kann ein wärmehärtbares Harz, bei spielsweise ein Epoxyharz und ein Phenolharz, verwendet werden. Nach dem Pressen ist ein Aushärten (Vernetzen) bei etwa 120°C erforderlich, um den Verbundmagneten (verbundenen Magneten) zu vervollständigen.

Die vorliegende Erfindung ist außerdem anwendbar auf die Herstellung von nicht-zylindrischen Magneten. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auf die Herstellung eines bogenförmigen Magneten angewendet werden, wie er in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 4-352402 beschrie ben ist, durch Anwendung des Mehrstufen-Füllungsverfahrens.

Die erfindungsgemäß verwendete Pulverpress-Vorrichtung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es sei darauf hinge wiesen, dass die Anhebungs/Absenkungs-Arbeitsgänge der oberen und unte ren Stempel und der Kokille, wie sie vorstehend beschrieben wurden, lediglich relative Bewegungen zueinander repräsentieren und auf verschiedene Weise modifiziert werden können.

Im Falle der Herstellung eines Magneten aus drei oder mehr Presslingen durch Mehrstufen-Pressen, ist es nicht erforderlich, die obere Oberfläche eines in der unmittelbar vorhergehenden Pressstufe hergestellten Presslings so anzuord nen, dass sie oberhalb der Position der unteren Oberfläche des magnetischen Abschnitts der Kokille in allen nachfolgenden zweiten und weiteren Pressstufen angeordnet ist. Bei der Herstellung eines langen zylindrischen Magneten durch Mehrstufen-Pressen kann ein hoher Grad der Ausrichtung nur für einen Ab schnitt des Magneten erforderlich sein, der tatsächlich einen hohen Grad der Ausrichtung erfordert, was in einigen Fällen von der Anwendung abhängt. Wenn der Abschnitt, der einen hohen Grad der Ausrichtung erfordert, eine kompakte Grenze umfasst, kann die vorliegende Erfindung so angewendet werden, dass der Grad der Ausrichtung mindestens in dem Grenzabschnitt verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird ein hoher Grad der radialen Ausrichtung selbst bei dem Mehrstufen-Einfüllungs- und -Pressverfahren erzielt. Dadurch ist es möglich, einen radial orientierten anisotropen Magneten mit einem hohen Leistungs vermögen zu erzielen. Im Falle der Verwendung eines Seltenerdmetall- Legierungspulvers mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften besteht die Neigung, dass der Grad der Ausrichtung abnimmt, da häufig ein starkes Magnetfeld angelegt wird, während die Pressdichte niedrig gehalten wird. Er findungsgemäß kann jedoch diese Abnahme des Grades der Ausrichtung un terdrückt werden.

Obgleich in der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das trockene Pressverfahren angewendet wird, kann die vorliegende Erfindung auch auf das nasse Pressverfahren angewendet werden, bei dem eine Aufschlämmung, die ein Pulver und Öl umfasst, in dem Hohlraum ge presst wird.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungs form beschrieben, es ist jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass die Erfindung auf zahlreiche Weise modifiziert werden kann und auch viele andere Ausführungsformen als die vorstehend angegebenen und vorste hend beschriebenen umfassen kann. Die nachfolgenden Patentansprüche umfassen daher alle Modifikationen der Erfindung, die innerhalb des Rahmens und Bereiches der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall- Legierungspulver unter Verwendung einer Pressvorrichtung, die umfasst eine Kokille mit einem nicht-magnetischen Abschnitt und einem magnetischen Ab schnitt, der auf dem nicht-magnetischen Abschnitt angeordnet ist, und die ein durchgehendes Loch aufweist; einen magnetischen Kern mit einem äußeren Umfang, der einer Innenwand des durchgehenden Loches gegenüberliegt; ei nen unteren Stempel der von unten in einen Hohlraum zwischen der Innen wand des durchgehenden Loches und dem äußeren Umfang des magneti schen Kerns eingeführt wird; und einen oberen Stempel, der von oben in den Hohlraum zwischen der Innenwand des durchgehenden Loches und dem äu ßeren Umfang des magnetischen Kerns eingeführt wird; wobei das Verfahren umfasst:
eine Pulvereinfüllstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, der durch Einführen des unteren Stempels in das durchgehende Loch gebildet wird; und
eine Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver gepresst wird, während ein Magnetfeld an das Seltenerdmetall-Legierungspulver angelegt wird,
wobei die Einfüll- und Pressstufen mehrfach wiederholt werden, wobei dann, wenn eine (n + 1)-te Pressstufe durchgeführt werden soll, worin n eine ganze Zahl von ≧ 1 darstellt, eine obere Oberfläche eines in einer n-ten Pressstufe hergestellten Presslings in eine Position oberhalb der unteren Oberfläche des magnetischen Abschnitts der Kokille angeordnet wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall- Legierungspulver, das umfasst
eine Pulvereinfüllstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, der zwischen einem ersten magnetischen Element und einem zweiten magnetischen Element gebildet wird; und
eine Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver gepresst wird, während ein Magnetfeld an das Seltenerdmetall-Legierungspulver angelegt wird,
wobei die genannten Stufen mehrfach wiederholt werden und wobei dann, wenn eine (n + 1)-te Pressstufe durchgeführt werden soll, worin n für eine ganze Zahl von ≧ 1 steht, mindestens ein Teil eines in einer n-ten Pressstufe herge stellten Presslings in dem Hohlraum zwischen dem ersten magnetischen Ele ment und dem zweiten magnetischen Element angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Stärke des Magnetfeldes in dem Hohlraum 0,4 MA/m oder mehr beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Schmiermittel dem Sel tenerdmetall-Legierungspulver zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Menge des in den Hohl raum eingefüllten Seltenerdmetall-Legierungspulvers in einer n-ten Pulverein füllungsstufe größer ist als in einer (n + 1)-ten Pulvereinfüllungsstufe.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin in der (n + 1)-ten Pressstufe die Hö hen-Differenz zwischen der oberen Oberfläche des in der n-ten Pressstufe gebildeten Presslings und der unteren Oberfläche des magnetischen Ab schnitts der Kokille 3 mm oder mehr beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, worin in der (n + 1)-ten Pressstufe die Höhe des Teils des in der n-ten Pressstufe gebildeten Presslings, der in dem Hohl raum angeordnet ist, 3 mm oder mehr beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Seltenerdmetall- Legierungspulver aus einer R-T-(M)-B-Legierung besteht, worin R für ein Sel tenerdmetall-Element steht, das mindestens ein Element aus der Gruppe Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Lu umfasst; T für Fe oder ein Gemisch von Fe und Co steht; M für ein zusätzliches Element steht; und B für Bor steht.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Pressung in einer zylindri schen Form geformt wird und das Magnetfeld ein radiales Magnetfeld ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Dichte des in der n-ten Pressstufe gebildeten Presslings 3,5 g/cm³ oder mehr beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Pressstufe, die das Pres sen des Seltenerdmetall-Legierungspulvers bei gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfeldes umfasst, die Messung des Druckes umfasst, der an das in den Hohlraum eingefüllte Seltenerdmetall-Legierungspulver angelegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die Dichte des in der Pressstufe gebildeten Presslings durch Steuerung (Kontrolle) des an das Seltenerdmetall- Legierungspulver angelegten Druckes eingestellt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten, das umfasst das Sintern eines Presslings, der nach dem Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt worden ist, unter Bildung eines Permanentmagneten.

14. Seltenerdmetall-Magnet, der hergestellt worden ist durch mehrfaches Wiederholen einer Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall- Legierungspulver in einen Hohlraum eingefüllt wird, und einer Pressstufe, in der das Seltenerdmetall-Legierungspulver bei gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfeldes gepresst wird, wobei die Oberflächen-Magnetflussdichte an der Grenze (im Grenzbereich) zwischen einem oberen Pressling, der in einer (n + 1)-ten Pressstufe hergestellt worden ist, wobei n für eine ganze Zahl von ≧ 1 steht, und einem unteren Pressling, der in einer n-ten Pressstufe hergestellt worden ist, 65% oder mehr des Maximalwertes der Oberflächen-Magnetflussdichte in den übrigen Ab schnitten des Presslings beträgt.

15. Pulverpress-Vorrichtung, die umfasst
eine Kokille mit einem nicht-magnetischen Abschnitt und einem magnetischen Abschnitt, der auf dem nicht-magnetischen Abschnitt angeordnet ist, die ein durchgehendes Loch aufweist, das sich durch den nicht-magnetischen Ab schnitt und den magnetischen Abschnitt hindurch erstreckt;
einen Magnetkern mit einem äußeren Umfang, der einer Innenwand des durchgehenden Loches der Kokille gegenüberliegt;
einen unteren Stempel, der von unten in einen Hohlraum eingeführt wird, der zwischen der Innenwand des durchgehenden Loches der Kokille und dem äu ßeren Umfang des Magnetkerns gebildet wird;
einen oberen Stempel, der von oben eingeführt wird in den Hohlraum, der zwi schen der Innenwand des durchgehenden Lochs der Kokille und dem äußeren Umfang des Magnetkerns gebildet wird;
eine Pulverbeschickungs-Einrichtung zum Einfüllen eines magnetischen Pul vers in einen Hohlraum, der durch Einführen des unteren Stempels in das durchgehende Loch der Kokille gebildet wird;
einen Magnetfeldgenerator zum Anlegen eines Magnetfeldes an das in den Hohlraum eingefüllte magnetische Pulver;
eine erste Kontrolleinrichtung zur Kontrolle (Steuerung) der relativen Positio nen der Kokille und des unteren Stempels zueinander; und
eine zweite Kontrolleinrichtung zur Kontrolle (Steuerung) der relativen Positio nen des oberen Stempels und des unteren Stempels zueinander,
wobei die Pulverpress-Vorrichtung so betrieben wird, dass sie wiederholt durchführt eine Pulvereinfüllungsstufe, in der ein magnetisches Pulver in den Hohlraum eingefüllt wird, und eine Pulverpressstufe, in der das magnetische Pulver gepresst wird, während gleichzeitig ein Magnetfeld an das magnetische Pulver angelegt wird,
wobei die erste Kontrolleinrichtung die relativen Positionen der Kokille und des unteren Stempels so einstellt (kontrolliert), dass dann, wenn eine (n + 1)-te Pressstufe durchgeführt werden soll, worin n für eine ganze Zahl von ≧ 1 steht, die obere Oberfläche eines in einer n-ten Pressstufe gebildeten Presslings in einer Position oberhalb der unteren Oberfläche des magnetischen Abschnitts der Kokille angeordnet ist.

16. Pulverpress-Vorrichtung nach Anspruch 15, die außerdem einen Druckfühler zur Messung des an das magnetische Pulver angelegten Druckes umfasst.

17. Pulverpress-Vorrichtung nach Anspruch 16, worin der Druckfühler ein Belastungsmessgerät umfasst, das geeignet ist zur Bestimmung der Belastung auf dem oberen Stempel oder dem unteren Stempel.

18. Pulverpress-Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die zweite Kontrol leinrichtung die relativen Positionen des oberen Stempels und des unteren Stempels in Abhängigkeit von dem durch den Druckfühler gemessenen Druck steuert (kontrolliert).

19. Verfahren zur Herstellung eines Presslings aus einem Seltenerdmetall- Legierungspulver, das umfasst eine erste Hohlraumbildungsstufe, in der ein erster Hohlraum gebildet wird, der durch eine Kokille und einen unteren Stem pel begrenzt ist;
eine erste Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in den ersten Hohlraum eingefüllt wird;
eine erste Pressstufe, in der das in den ersten Hohlraum eingefüllte Pulver ge presst wird, bis ein an das Pulver in dem ersten Hohlraum angelegter Druck einen ersten vorgegebenen Wert erreicht;
eine zweite Hohlraumbildungsstufe, in der ein zweiter Hohlraum auf dem ge pressten Pulver durch relative Bewegung der Kokille und des unteren Stem pels nach der ersten Pressstufe gebildet wird;
eine zweite Pulvereinfüllungsstufe, in der ein Seltenerdmetall-Legierungspulver in den zweiten Hohlraum eingefüllt wird; und
eine zweite Pressstufe, in der das in den zweiten Hohlraum eingefüllte Pulver gepresst wird, bis ein an das Pulver in dem zweiten Hohlraum angelegter Druck einen zweiten vorgegebenen Wert erreicht.

20. Verfahren nach Anspruch 19, das außerdem umfasst eine Speicherstu fe, in der die Position einer oberen Oberfläche des in der ersten Pressstufe gebildeten Presslings gespeichert wird, wobei die zweite Hohlraumbildungsstu fe umfasst die Bildung des zweiten Hohlraums durch die relative Bewegung der Kokille und des unteren Stempels auf der Basis der Position der oberen Oberfläche des Presslings.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, worin der ersten Hohlraum und der zweite Hohlraum eine zylindrische Gestalt haben.