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発明の名称 研削装置、研削方法及び希土類焼結磁石の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−196307(P2007−196307A)
公開日 平成19年8月9日(2007.8.9)
出願番号 特願2006−15447(P2006−15447)
出願日 平成18年1月24日(2006.1.24)
代理人 【識別番号】100100077
【弁理士】
【氏名又は名称】大場 充
発明者 國吉 陽一 / 斉藤 靖彦
要約 課題
成形体の加工容易性を利用して高い研削効率を実現し、かつ2つの面を同時に研削することができる研削装置を提供する。

解決手段
同軸上に配設され、被削材を挟持する棒状の固定クランパ3及び可動クランパ4と、固定クランパ3及び可動クランパ4に挟持された被削材を研削する砥石6と、被削材を挟持する固定クランパ3及び可動クランパ4を、砥石6に対して相対的にかつ前記同軸上の所定範囲を往復動させるテーブル2と、を備える研削装置10。砥石6の押圧による変位を規制する変位規制部材を備えることが好ましい。
特許請求の範囲
【請求項1】
同軸上に配設され、被削材を挟持する棒状の第1クランパ及び第2クランパと、
前記第1クランパ及び前記第2クランパに挟持された前記被削材の第1被削面を研削する第1回転砥石と、
前記被削材を挟持する前記第1クランパ及び前記第2クランパを、前記第1回転砥石に対して相対的にかつ前記同軸上の所定範囲を往復動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする研削装置。
【請求項2】
前記第1クランパ及び/又は前記第2クランパの、前記第1回転砥石の押圧による変位を規制する変位規制部材を備えることを特徴とする請求項1に記載の研削装置。
【請求項3】
前記被削材を境界に前記第1回転砥石が配設された側と逆の側に、前記第1クランパ及び前記第2クランパに挟持された前記被削材の第2被削面を研削する第2回転砥石を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の研削装置。
【請求項4】
前記第1クランパ及び前記第2クランパは、前記第1回転砥石及び前記第2回転砥石と衝突しない領域を往復動することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の研削装置。
【請求項5】
対向する一対のクランプ面を有する被削材を、一対の棒状クランパによって前記一対のクランプ面をクランプし、
前記クランプの加圧方向に前記被削材を移動させながら前記被削材の被削面を回転砥石で研削することを特徴とする研削方法。
【請求項6】
前記被削材が粉末を加圧成形して得られた成形体であることを特徴とする請求項5に記載の研削方法。
【請求項7】
研削時に、一対の前記クランパに発生するモーメントに抗するように、一対の前記クランパの一方又は双方の変位を規制することを特徴とする請求項5又は6に記載の研削方法。
【請求項8】
前記成形体を中心にして互いに逆側に配置される一対の前記回転砥石により前記被削面を研削することを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の研削方法。
【請求項9】
前記回転砥石の切り込み量が0.1〜10mmであることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の研削方法。
【請求項10】
原料合金粉末に磁場を印加しつつ、加圧成形して成形体を得る磁場中成形工程と、
前記成形体を研削加工する成形体加工工程と、
前記研削加工された前記成形体を焼結する焼結工程と、を備え、
前記成形体加工工程は、
同軸上に配設され、前記成形体を挟持する棒状の第1クランパ及び第2クランパと、
前記第1クランパ及び前記第2クランパに挟持された前記成形体の被削面を研削する回転砥石と、
前記成形体を挟持する前記第1クランパ及び前記第2クランパを、前記回転砥石に対して相対的に前記同軸上の所定範囲を往復動させる移動手段と、を備える研削装置を用いて行われることを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、研削装置に関し、特に粉末を加圧成形した成形体を研削するのに適した研削装置、研削方法に関する。
【背景技術】
【0002】
Nd−Fe−B系焼結磁石に代表される希土類焼結磁石は、所謂粉末冶金法により製造される。この粉末冶金方法は、基本的には、先ず、原料合金を粗粉砕及び微粉砕し、粒径が数μm程度の原料合金粉を得る。このようにして得られた原料合金粉を磁場中で配向させ、その状態で加圧成形を行う。磁場中成形後、成形体を真空中、又は非酸化性ガス雰囲気中で焼結を行う。
【0003】
前述の粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造においては、得られる希土類焼結磁石を所定の寸法、形状とするための研削加工が必要である。研削加工は、焼結後に行われるのが一般的であった。
しかしながら、希土類焼結磁石の焼結体は、極めて硬く加工負荷が大きいため研削に長時間を要するという問題があった。
【0004】
そこで、焼結体の製造プロセスにおいて、成形体の段階で研削加工を行うことが検討されている。
例えば特許文献1には、焼成前の弓形フェライト磁石用成形体の段階で、弓形フェライト磁石用成形体の外周又は内周の端縁に回転砥石又は回転ブラシにより面取り部を形成する技術が開示されている。
特許文献2には、グリーン加工時における成形体の酸化を防止するために、希土類焼結磁石用微粉を成形してなる成形体を鉱物油、合成油、又は植物油中に浸漬し、その状態の成形体を回転する加工刃で切断加工する技術が開示されている。
さらに、特許文献3では、希土類元素を含む原料を成形してなる成形体を焼結し、希土類焼結磁石を得る希土類焼結磁石の製造方法であって、焼結前に成形体を非酸化性雰囲気で研削加工するとともに、研削加工により生ずる切粉を回収し、再利用することを特徴とする。
【0005】
しかるに、特許文献1〜3は、いずれも成形体を所定のベースに固定して研削を行っている。このベースへの固定は、被削材である成形体の強度が弱くかつ空孔が存在するため、その方法が限定されてしまう。すなわち、焼結体を固定する場合には接着、電磁石あるいは真空吸引といった固定方法を適用することができるが、成形体の場合にはこれらの固定方法を適用することが困難である。何故ならワレやカケが発生しやすくなるためである。ベース上に載置した成形体を機械的にチャックすることによってベースに固定することはできるが、ベースが障害となって成形体の2つの面を同時に研削することができない。
【0006】
【特許文献1】特開平8−64451号公報
【特許文献2】特開平8−181028号公報
【特許文献3】特開2005−286022号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、成形体の加工容易性を利用して高い研削効率を実現し、さらに2つの面を同時に研削することができる研削装置及び研削方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、研削寸法の精度向上を実現することのできる研削装置及び研削方法を提供することを目的とする。また、本発明はそのような研削装置又は研削方法を適用した希土類焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
かかる目的のもと、本発明の研削装置は、同軸上に配設され、被削材を挟持する棒状の第1クランパ及び第2クランパと、第1クランパ及び第2クランパに挟持された被削材の第1被削面を研削する第1回転砥石と、被削材を挟持する第1クランパ及び第2クランパを、第1回転砥石に対して相対的にかつ前記同軸上の所定範囲を往復動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の研削装置において、第1クランパ及び/又は第2クランパの、第1回転砥石の押圧による変位を規制する変位規制部材を備えることが、研削加工精度を向上するうえで好ましい。
また本発明の研削装置において、被削材を境界に第1回転砥石が配設された側と逆の側に、第1クランパ及び第2クランパに挟持された被削材の第2被削面を研削する第2回転砥石を備えることができる。被削材の対向する2面を同時に研削することが可能となる。
本発明の研削装置において、第1クランパ及び第2クランパを棒状の部材とすることにより、第1クランパ及び第2クランパを、第1回転砥石及び第2回転砥石と衝突しない領域で往復動させることができる。そうすることにより、被削材の対向する表裏両面を同時に研削することが可能となる。
【0009】
また、本発明は、対向する一対のクランプ面を有する被削材を、一対の棒状クランパによって一対のクランプ面をクランプし、クランプの加圧方向に被削材を移動させながら被削材の被削面を回転砥石で研削することを特徴とする研削方法を提供する。
本発明の研削方法において、研削時に、一対のクランパに発生するモーメントに抗するように、一対のクランパの一方又は双方の変位を規制することが、研削加工精度向上のために好ましい。
また本発明の研削方法において、成形体を中心にして互いに逆側に配置される一対の回転砥石により被削面の2つの面を研削することもできる。これは、一対の棒状クランパを用いていることによって実現することができる。
本発明の研削方法によれば、回転砥石の切り込み量を0.1〜10mmとすることができ、高い研削効率を実現することができる。
【0010】
本発明を希土類焼結磁石の製造方法に適用することができる。この製造方法は、原料合金粉末に磁場を印加しつつ、加圧成形して成形体を得る磁場中成形工程と、成形体を研削加工する成形体加工工程と、研削加工された成形体を焼結する焼結工程と、を備え、成形体加工工程は、同軸上に配設され、成形体を挟持する棒状の第1クランパ及び第2クランパと、第1クランパ及び第2クランパに挟持された成形体の被削面を研削する回転砥石と、成形体を挟持する第1クランパ及び第2クランパを、回転砥石に対して相対的に同軸上の所定範囲を往復動させる移動手段と、を備える研削装置を用いて行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明の研削装置は、棒状の第1クランパ及び第2クランパにより被削材を挟持する。被削材を回転砥石で研削する際に生ずる衝撃を、棒状の第1クランパ及び第2クランパが有する弾性により吸収することができる。したがって、被削材が成形体のように脆性な材料であっても、被削材の破損の可能性を低減することができる。また、変位規制部材を設けることにより研削時の被削材の逃げによる寸法ばらつきを押さえ込むことができ、寸法精度を向上することができる。
また、本発明の研削装置は、棒状の第1クランパ及び第2クランパにより被削材を挟持することにより、被削材を境界にして一対の回転砥石を対向して設けたとしても、第1クランパ及び第2クランパと回転砥石が衝突しないようにすることができる。その結果、被削材の対向する表裏両面を同時に研削することが可能となる。
また、本発明の研削方法は、成形体を被削材とすることから、焼結体を研削する場合に比べて、高い研削効率を得ることができる。本発明によれば、切り込み量を10mmとしても成形体に破損が生ずることがなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、添付図面に基づき本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明を適用した研削装置10の概略構成を示す平面図、図2はその側面図である。
研削装置10は、水平方向に直線往復運動するテーブル2を備えた装置本体1を備えている。
テーブル2上には、被削材(GB)をクランプするための手段を備えている。この手段は、テーブル2に対して固定されているL字状の固定クランパ3を備えている。テーブル2には、この固定クランパ3と協働して被削材(GB)をクランプする棒状の可動クランパ4を備えている。固定クランパ3及び可動クランパ4は、同軸上に配設されている。可動クランパ4は、テーブル2に設置されたエアシリンダ5によって、固定クランパ3に対して、接近、離間が可能である。エアシリンダ5を駆動させることにより、可動クランパ4を固定クランパ3に対して接近させて、被削材(GB)をクランプする。なお、図1及び図2は、可動クランパ4を固定クランパ3から離間した状態を示している。
【0013】
研削装置10は、被削材(GB)を研削するための、砥石6を備えている。この砥石6は、モータ7によって回転される。モータ7は、装置本体1内部に設置され、スピンドル8を介して砥石6と連結している。モータ7は、テーブル2の往復運動方向と直交する方向に移動可能とされる。したがって、砥石6は、固定クランプ3及び可動クランプ4に対して、接近、離間することができ、切り込み量を制御することができる。
【0014】
図3は、固定クランパ3及び可動クランパ4により被削材GBをクランプした状態で、被削材GBを研削している様子を示している。図3(a)、(b)に示すように、テーブル2を往復動させることにより、被削材GBの被削面を研削することができる。
砥石6は、この研削の過程で、テーブル2の往復運動に対して相対的に固定している。また、固定クランパ3及び可動クランパ4は、その往復動の過程で砥石6に対して衝突することがない。被削材GBの対向する一対のクランプ面の投影面内に、固定クランパ3及び可動クランパ4の断面が収まっているからである。したがって、砥石6は、被削材GBの長手方向の全領域を研削することができる。
固定クランパ3及び可動クランパ4による被削材GBのクランプ力は、被削材GBの強度によっても左右されるが、0.01〜5MPaとすることが好ましい。0.01MPa未満ではクランプ力が不足して、研削に耐えうるだけのクランプ状態を得ることができない。一方、5MPaを超えるとクランプ力によって被削材GBを破損させる恐れがあるからである。被削材GBが成形体の場合、より好ましいクランプ力は0.05〜0.5MPaである。
【0015】
研削装置10の固定クランパ3及び可動クランパ4は、図示するように、相当の長さを有している。したがって、被削材GBをクランプした状態で、固定クランパ3及び可動クランパ4が弾性を備える。そのために、砥石6が被削材GBを研削している際に、砥石6からの衝撃力を固定クランパ3及び可動クランパ4の弾性変形で吸収し、被削材GBの破損を防止することができる。
固定クランパ3及び可動クランパ4の長さは、被削材GBの大きさによっても左右されるが、50〜500mmの範囲で適宜選択される。50mm未満では、砥石6からの衝撃力を吸収するだけの弾性を確保することが容易でなくなる場合がある。また、500mmを超えると、研削装置10を不必要に大型化してしまう。好ましい固定クランパ3及び可動クランパ4の長さは、100〜300mmである。
【0016】
固定クランパ3及び可動クランパ4に必要な弾性を付与するためには、その断面積も関係する。この断面積は、被削材GBの断面積以下であることを前提とすべきである。被削材GBよりも断面積が大きいと、被削材GBのクランプ面から固定クランパ3及び可動クランパ4がはみ出して、被削材GBの端部の研削の支障となるからである。被削材GBの断面積以下という前提の下で、固定クランパ3及び可動クランパ4の長さが50〜500mmとすると、断面積が200〜1500mmの範囲にあれば、砥石6からの衝撃力を固定クランパ3及び可動クランパ4で十分に吸収することができる。
【0017】
以上の研削装置10を用いて被削材GBを研削するときの条件として、砥石6の周速が遅すぎると、加工性のよい被削材GBであっても破損することなく研削加工することが困難となる恐れがある。また、砥石6の周速が速すぎると、希土類焼結磁石の研削回収粉を再利用する場合、磁気特性、特に保磁力が低下してしまう恐れがある。そこで本発明の研削装置10としては、成形体、特に希土類焼結磁石の成形体を研削する場合、砥石6の周速は200〜1000m/minであることが好ましく、より好ましい砥石6の周速は400〜800m/minである。
また、被削材GBの送り速度は、遅すぎると加工時間が不必要にかかってしまう。逆に、被削材GBの送り速度が速すぎると、被削材GBが破損する恐れがある。そこで、本発明では、成形体、特に希土類焼結磁石の成形体を研削する場合、被削材GBの送り速度は、5〜40mm/secとすることが好ましい。より好ましい成形体の送り速度の範囲は、10〜20mm/secである。
【0018】
砥石6の材質としては、ダイヤモンドの電着砥石が最も好ましいが、ダイヤモンドの電着砥石に代えてボラゾンの電着砥石、ダイヤモンド又はボラゾンのレジンボンドあるいはメタルボンドの砥石、又はアルミナ砥石、炭化珪素砥石などを用いることができる。
被削材GBが成形体、特に希土類焼結磁石の成形体である場合には、研削中の砥石6の研削抵抗は、10N以下とするのが好ましい。10Nを超えた抵抗で研削を行うと、被削材GBが破損する恐れがあるためである。より好ましい研削抵抗は、6N以下である。
本発明の研削装置10によれば、砥石6の1パス当たりの切り込み量を10mm程度とすることが可能である。この切り込み量は、焼結体を研削する際の数μmという値に比べて極めて大きい。したがって、本発明の研削装置10による成形体の研削効率は格段によい。もっとも、本発明においても切り込み量を10μm程度と小さくすることもできることはいうまでもないが、成形体、特に希土類焼結磁石の成形体を研削する場合は研削効率を勘案して0.1mm以上とすることが好ましい。
【0019】
図1〜図3に示した研削装置10は、砥石6からの衝撃力を固定クランパ3及び可動クランパ4の弾性で吸収することにより、被削材GBの破損を防いでいる。このとき、固定クランパ3及び可動クランパ4は弾性変形するが、その変位量が多すぎると、高い加工精度を得ることができない。したがって、図4に示すように、砥石6からの負荷により固定クランパ3及び可動クランパ4に生じたモーメントに抗するように、被削材GBを境に砥石6とは反対側に変位規制部材9を設置する。変位規制部材9は、円柱状の形状をなしており、テーブル2に設置している。変位規制部材9は、無負荷状態で可動クランパ4に接触していてもよいし、所定の間隔を隔てて設置していてもよい。可動クランパ4に接触している場合には、ベアリングを用いることが好ましい。可動クランパ4が駆動する際の抵抗を低減するためである。
【0020】
変位規制部材9を設けることにより、後述する実施例に示すように、被削材GBの加工精度を向上することができる。なお、変位規制部材9は、可動クランパ4に付設しているが、固定クランパ3に付設することができるし、固定クランパ3及び可動クランパ4の両者に付設することもできる。ただし、固定クランパ3及び可動クランパ4の両者に付設すると、固定クランパ3及び可動クランパ4の弾性が低くなるので、その点を考慮する必要がある。
【0021】
次に、図1〜図3に示した研削装置10は、砥石6を1つだけ設け、被削材GBの1つの被削面を研削することにしているが、図5に示す研削装置20のようには、一対の砥石6、16を設けることもできる。一対の砥石6、16を、被削材GBを中心にして互いに逆側に設けることにより、被削材GBの対向する2つの被削面を同時に研削することができる。このとき、被削材GBのクランプ状態を変える必要がないため、クランプ状態を変えることによる加工精度劣化を招くことがない。
特許文献4には、脆性材料をその両端部でクランプして、研削加工する方法が開示されている。しかるに、この研削加工方法では、1つの被削面を研削した後に、被削材のクランプを一度解除して被削材の向きを替え、再度クランプしなければ、他の被削面を研削することができない。
【0022】
【特許文献4】特開2004−98209号公報
【0023】
一対の砥石6、16は、その回転中心を偏心させて配設してもよい。この偏心とは、固定クランパ3及び可動クランパ4の往復動方向に直交する方向における回転中心のずれをいう。図6は、砥石6、16の部分縦断面を、その相対位置を変えずに併記した図である。対向配置された一対の砥石6、16により、円弧状断面の被削材GBを研削するのが困難な場合がある。つまり、研削を確実にするために砥石6、16の幅を被削材GBの幅より大きくとる必要がある。そうすると、図6から明らかなように、一対の砥石6、16を偏心させることなく配置すると、砥石6、16の周縁部E同士が干渉してしまうからである。そこで、一対の砥石6、16を、図6に示すようにその回転中心を偏心させて配置することにより、被削材GBの2つの面を一度の研削工程で同時に研削することが可能となる。
【0024】
図5に示す研削装置20は、固定クランパ3及び可動クランパ4が鉛直方向に配設されている。図1〜図3に示す研削装置10を横型と称するならば、図5に示す研削装置20は縦型と称することができる。縦型の研削装置20は、横型の研削装置10に対して以下の利点がある。
第1に、横型の研削装置10は固定クランパ3及び可動クランパ4が重力によって撓む恐れがあるのに対して、縦型の研削装置20は、固定クランパ3及び可動クランパ4が鉛直方向に配設されているため、重力によって撓む恐れはない。したがって、縦型の研削装置20は加工精度の点で横型の研削装置10よりも優れているといえる。
第2に、縦型の研削装置20は横型の研削装置10よりも、切粉の散乱領域が狭い。横型の研削装置10は、テーブル2が水平方向に往復動するため、その分だけ切粉の散乱領域が広くなる。したがって、切粉の回収容易性の点で、縦型の研削装置20は横型の研削装置10よりも優れているといえる。
第3に、装置全体の横幅を狭くすることができるので、占有面積を小さくすることができ、省スペースを実現できる。
一方、横型の研削装置10は、装置の全高が低くなるため、装置のメンテナンス等の作業性が優れるという利点がある。
【0025】
Nd−Fe−B系の希土類焼結磁石の成形体に本発明を用いることは特に有効である。何故なら希土類焼結磁石は資源的に高価な希土類金属を原料とし、加えて希土類金属は極めて酸化しやすい性質をもっているためである。酸化すると磁気特性の低下を引き起こす。そのため、焼結後に研削して得られた回収粉では、再利用に有効に活用することが困難である。また、希土類焼結磁石成形体は、例えばアルミナ等の酸化物系材料と比較して成形体強度が小さいため複雑な形状に成形することが難しい。そのため若干大きな、近似した形状に成形した後、成形体を研削加工することにより歩留まり良く、効率的に原料を使用することができ、かつ短時間で研削することができる。
【0026】
以上説明した研削装置10(20)を適用した希土類焼結磁石の製造方法について以下説明する。
図7は、この製造方法の手順を示すフローチャートである。図7に示すように、この製造方法は少なくとも2つの態様を包含している。図7(a)に示すように、第1の態様は、原料合金調整、粉砕、磁場中成形、成形体研削加工、焼結、時効処理、スライス加工、保護膜形成という一連の工程を順次行う。第2の態様は、スライス加工の順序が第1の態様と相違する。つまり、第1の態様は焼結後にスライス加工を行うのに対して、第2の態様は焼結前にスライス加工を行う。
以下、各工程の内容を説明する。なお、以下では希土類焼結磁石としてネオジム系焼結磁石を例にして説明するが、本発明はこれ以外の希土類焼結磁石に適用できることは言うまでもない。
【0027】
<原料合金調整>
原料合金は、真空又は不活性ガス、望ましくはAr雰囲気中でストリップキャスト法、その他公知の溶解法により作製することができる。ストリップキャスト法は、原料金属をArガス雰囲気などの非酸化性雰囲気中で溶解して得た溶湯を回転するロールの表面に噴出させる。ロールで急冷された溶湯は、薄板又は薄片(鱗片)状に急冷凝固される。この急冷凝固された合金は、結晶粒径が1〜50μmの均質な組織を有している。原料合金は、ストリップキャスト法に限らず、高周波誘導溶解等の溶解法によって得ることができる。なお、溶解後の偏析を防止するため、例えば水冷銅板に傾注して凝固させることができる。また、還元拡散法によって得られた合金を原料合金として用いることもできる。
【0028】
<粉砕>
原料合金は粉砕工程に供される。粉砕工程には、粗粉砕工程と微粉砕工程とがある。まず、原料合金を、粒径数百μm程度になるまで粗粉砕する。粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等を用い、不活性ガス雰囲気中にて行なうことが望ましい。粗粉砕に先立って、原料合金に水素を吸蔵させた後に放出させることにより粉砕を行なうことが効果的である。水素放出処理は、希土類焼結磁石として不純物となる水素を減少させることを目的として行われる。水素放出のための加熱保持の温度は、200℃以上、望ましくは350℃以上とする。保持時間は、保持温度との関係、原料合金の厚さ等によって変わるが、少なくとも30分以上、望ましくは1時間以上とする。水素放出処理は、真空中又はArガスフローにて行う。なお、水素吸蔵処理、水素放出処理は必須の処理ではない。この水素粉砕を粗粉砕と位置付けて、機械的な粗粉砕を省略することもできる。
【0029】
粗粉砕工程後、微粉砕工程に移る。微粉砕には主にジェットミルが用いられ、粒径数百μm程度の粗粉砕粉末を、平均粒径2.5〜6μm、望ましくは3〜5μmとする。ジェットミルは、高圧の不活性ガスを狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粗粉砕粉末を加速し、粗粉砕粉末同士の衝突やターゲットあるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。微粉砕前の粗紛末に潤滑剤を添加混合しても良く、微粉砕後あるいはその両方で潤滑剤を添加混合しても良い。
【0030】
<磁場中成形>
以上のようにして得られた微粉砕粉を磁場中成形する。
磁場中成形における成形圧力は30〜300MPa(0.3〜3ton/cm)の範囲とすればよい。成形圧力が低いほど配向性は良好となるが、成形圧力が低すぎると成形体の強度が不足して成形体の研削加工時に問題が生じるので、この点を考慮して上記範囲から成形圧力を選択する。磁場中成形で得られる成形体の最終的な密度は、通常、3.8〜4.8g/cmであり、好ましくは4.1〜4.6g/cmが良い。成形体の密度が低いと、研削加工時に成形体に破損が生じる恐れがある。
本発明において印加する磁場は、800〜1600kA/m(10〜20kOe)程度とすればよい。印加する磁場は静磁場に限定されず、パルス状の磁場とすることもできる。また、静磁場とパルス状磁場を併用することもできる。パルス状の磁場を用いる場合は、4000kA/m(50kOe)程度の高い磁場を使用することが可能である。
【0031】
<成形体研削加工>
磁場中成形により得られた成形体は、研削装置10(20)を用いて研削される。研削装置10(20)については、先に説明した通りである。
研削としては、平面を研削する場合の他、曲面を研削する場合もある。曲面を研削する場合には、その曲面形状に合致した研削面を有する総型砥石を用いることができる。総型砥石とは、砥石の研削面が被研削物の仕上がり形状に形成された砥石である。この仕上がり形状に形成された研削面を成形体に押し当てて研削することによって研削加工を容易に行うことができる。
【0032】
成形体が活性度の高い希土類元素を含んでいることから、成形体研削加工は非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。例えば、酸素濃度が3000ppm以下の窒素ガス雰囲気とすることが好ましい。酸素濃度が3000ppmを超えると、加工による成形体の発熱により成形体の酸化が多くなり、焼結後に高い磁気特性を得るのに不利である。研削加工時の望ましい酸素濃度は2000ppm以下、さらに望ましい酸素濃度は1500ppm以下である。酸素濃度は、磁気特性にとって低いほど望ましいが、極端に酸素濃度、例えば50ppm以下の酸素濃度とすることは、そうするために長時間を要し、あるいは酸素濃度を維持するために特別な設備を必要とすることになる。
【0033】
なお、研削加工で発生する切粉は、焼結後の焼結体を研削加工したときに生じる切粉と異なり、未焼結であるため、特別な処理を必要とすることなく希土類焼結磁石の原料として容易に再利用できる。このため、焼結体を加工する際に問題となる材料歩留まりの低下を抑制することができる。特に、低酸素雰囲気での研削で発生する切粉は、その酸素量が低いため、再利用にとって好ましい。
【0034】
<焼結、時効処理>
研削加工された成形体を真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、1000〜1200℃で1〜10時間程度焼結すればよい。
焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことができる。この工程は、保磁力を制御する重要な工程である。時効処理は600〜800℃近傍の温度にて、1段若しくは2段にて行うと良い。
【0035】
<スライス加工>
時効処理後、焼結体をスライス加工する。このスライス加工は、焼結体を所望厚さの磁石部材とするためである。スライス加工の具体的な方法は限定されず、ブレードソー、バンドソー、ワイヤソー等の周知の加工方法を適用することができる。
なお、前述したように、このスライス加工は、焼結前であって研削加工の後に行うこともできる。特に、焼結後にスライス加工を行うよりも、成形体の段階でスライス加工を行う方が、加工負荷が少なくて工数低減に有効である。成形体におけるスライス加工は、例えば特許文献1にしたがって行うことができる。
【0036】
<保護膜形成>
以上の希土類焼結磁石、特にNd−Fe−B系焼結磁石は、その表面に電解めっきによる保護膜を形成することができる。保護膜の材質としては、Ni、Ni−P、Cu、Zn、Cr、Sn、Alのいずれかを用いることができるし、他の材質を用いることもできる。また、これらの材質を複層として被覆することもできる。
電解めっきによる保護膜は本発明の典型的な形態であるが、他の手法による保護膜を設けることもできる。他の手法による保護膜としては、無電解めっき、クロメート処理をはじめとする化成処理及び樹脂塗装膜のいずれか又は組み合せが実用的である。特に清浄性の要求から、表面硬度の高いNiめっきが好んで用いられる。
保護膜の厚さは、磁石素体のサイズ、要求される耐蝕性のレベル等によって変動させる必要があるが、1〜100μmの範囲で適宜設定すればよい。望ましい保護膜の厚さは1〜50μmである。
【実施例1】
【0037】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
32wt%Nd−0.5wt%Co−1wt%B−残部Feの組成の合金をストリップキャスト法で作製し、水素吸排出により粗粉化させた後、ジェットミルで窒素ガスを用いて粉砕して平均粒径4μmの原料合金粉を得た。
この原料合金粉を、1.5Tの磁場中で100MPaの圧力で成形して成形体を得た。成形体の寸法は、45×20×50mmである。また、固定クランパ3及び可動クランパ4の長さは各150mm、断面は45×10mmである。
【0038】
得られた被削材GBを、図1〜図3に示す研削装置10にて研削を行ない、45×15×50mmの板状形状に研削した。研削は1パスとし、切り込み量は5mmとした。なお、砥石6としてダイヤモンド(60メッシュ)砥粒電着砥石を用い、表1に示す条件で研削加工を行った。なお、研削加工は、1000ppmの酸素濃度の窒素ガス中にて行った。研削加工について、以下2つの項目の評価を行った。その結果を表1に示す。
加工精度:研削後の成形体の断面中心部を研削方向に沿って両端部と中心部の計3点をマイクロメータにて厚さ寸法を測定し、それを基に測定値の最大値と最小値の差を求めた。100個の成形体の最大値と最小値の差の平均値を算出し、加工精度とした。
破損有無:100個の研削後の成形体を目視にて外観検査した。ワレ、カケ、クラックを認められた成形体の個数を破損個数とした。
【0039】
【表1】


【0040】
表1に示すように、破損個数は0個と研削によるワレ等の破壊が起こらないことを確認できた。
【実施例2】
【0041】
図4に示す研削装置10を用いた以外は実施例1と同様にして表1に示す条件で成形体の研削加工を行い、研削条件が成形体研削に及ぼす影響を検討した。研削は実施例1と同様に1パスした。得られた成形体について、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表1に示す。
【0042】
表1に示すように、砥石周速度600m/min、成形体送り速度15mm/sec、切り込み量5mmの条件にて研削した場合、変位規制部材9を配置すると加工精度を0.05mmとすることができ、実施例1の変位規制部材9を配置しない場合の0.25mmと比較して、寸法精度が著しく向上していることが判明した。また切り込み量を大きくすると加工精度が劣化する傾向が認められたが、切り込み量10mm以下では殆ど差異が無く、良好な値を示していた。いずれの条件でも破損は認められなかった。
砥石周速度を大きくすると、加工精度、破損個数ともに向上することが判明した。また、成形体送り速度を小さくすると加工精度、破損個数ともに向上する傾向が認められた。30mm/secでは破損個数が15個と若干多かったが、加工精度は0.08mmと許容できるレベルに加工できていることが判明した。
【実施例3】
【0043】
図5に示す研削装置20を用いた以外は実施例1と同様にして表1に示す条件で成形体の研削加工を行った。砥石6、16は、図6に示すような位置関係に偏心して配置されており、45×20×50mmの直方体状成形体を45×19×50mmの断面円弧状成形体に研削加工するものである。得られた成形体について、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表1に示す。なお、切り込み量は砥石1つ当たりの量を示している。
【0044】
その結果、加工精度は0.05mm、破損個数は0個と良好な結果を得ることができ、断面円弧状のような非平面形状の研削であっても、問題なく研削できるばかりでなく、両面を1回の研削工程(1パス)にて研削できることが判明した。
【0045】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。断面円形状、台形状、多角形状あるいは非平面と平面の組み合わせ形状にも適用できる。また実施例では研削回数を1回としたが、1回に限るものではない。砥石あるいはテーブルの切り込み方向への移動機構をもたせることにより、研削回数を複数回とすることもできる。また被削材は成形体に限るものではない。例えば焼結体、溶融凝固物にも適用可能であり、また酸化物等の無機物、金属、有機物及びこれらの混合物にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本実施の形態における研削装置の概略構成を示す正面図である。
【図2】本実施の形態における研削装置の概略構成を示す側面図である。
【図3】本実施の形態における研削装置により成形体を研削している様子を示す図である。
【図4】本実施の形態における研削装置の他の概略構成を示す正面図である。
【図5】本実施の形態における研削装置のその他の概略構成を示す正面図である。
【図6】一対の砥石を偏心させた状態を説明する図である。
【図7】本発明による研削装置を適用した希土類焼結磁石の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【0047】
1…装置本体、2…テーブル、3…固定クランパ、4…可動クランパ、5…エアシリンダ、6,16…砥石、7…モータ、8…スピンドル、9…変位規制部材、10,20…研削装置、GB…被削材




 

 


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