环形磁铁及其制造方法

专利名称：环形磁铁及其制造方法
技术领域：
本发明是关于用于发动机的转子等的环形磁铁，特别是关于为了得到在轴方向的 长磁铁的结构以及其制造方法。
背景技术：
过去，作为环状永久磁铁制造方法，就是在模具的模腔中填充磁铁材料成型用粉 末，边通过在模具的周围设置的一对线圈向该磁铁材料成型用粉末施加磁场进行定向，边 进行冲压加工。模具，在由模芯、下冲模、插入了模芯以及下冲模的模而构成的下型上形成 模腔，与模以及下冲模相对配置的上冲模对模腔内的磁性粉末进行加压。该成型方法中，在磁场成型多用于小型发动机中的径向环形磁铁之际，在成型轴 方向为长的圆筒状的磁铁的情况下，存在不能得到足够的定向磁场强度，磁性粉末的定向 率低下，无法得到高磁性的问题。在径向定向环形磁铁时，通常，由于通过把磁性粉末成型为环状的模具的模芯的 磁通与通过模的内径的磁通相等，设环形磁铁的内径(模具的模芯径)为Di，环形磁铁的 外径(模具的模内径)为Do，环形磁铁的高(模的高)为H，通过模具的模芯的磁通密度为 Be，通过模内径的磁通为Bd，则下式(1)的关系成立。2X π /4XDi2XBc = π XDoXHXBd. . . (1)模具的模芯使用了 S45C等钢材时，由于该钢材的饱和磁通密度为1. 5Τ左右，所以 设上式(1)中Bc = 1. 5、磁场定向所必要的磁场大于等于1. 0Τ，则Bd = 1. 0Τ，能够磁场定 向成型的环形磁铁的高度H为下式(2)。H = 3Di2/4Do... (2)在磁场成型环形磁铁时，环形磁铁的轴长超过上式(2)的H的值的话，就产生定向 性低下的问题。因此，过去都是制造上式(2)的H值以下的短轴长的环形磁铁，再将其用粘 合剂等粘接，来制造需要的轴长的环形磁铁。另外，例如，如特开平9-233776号公报所公开的，提议了一种在模具内层叠能够 磁场成型范围的短磁铁成型体来制造需要的轴长的磁铁的方法。此外，例如，如特开平10-55914号公报所示的，公开了一种通过磁场成型形成预 备成型体，将多个预备成型体以比预备成型时的加压更大的压力进行加压而实现一体化的方法。过去的径向各向异性环形磁铁，如上所述加工在径向方向定向的轴长较短的磁 铁，用粘合剂等进行粘接层叠来制造需要的轴长的环形磁铁，但用这种方法，存在生产性 差，并且由于堆积的各磁铁的中心轴等发生偏移而导致外径精度变差，引起与定子组合时 的空气隙不均勻等由组装导致的形状精度的恶化，磁性劣化的问题。
另外，在模具内重叠短轴长的磁铁成型体、形成需要的轴长的磁铁成型体的方法 中，由于在已成型的磁铁成型体上填充新磁粉进行磁场定向以及成型，所以存在与已成型 的磁铁成型体的层叠界面附近的定向易发生混乱、而磁性低下的问题。另外，向模具下部移动已成型的磁铁成型体之际，存在与模具相擦接的侧面附近 的定向易发生混乱、而磁性低下的问题。另外，由于最早成型的磁铁成型体反复受到加压，最早成型的磁铁成型体与最后 成型的磁铁成型体之间加压的次数不同，所以存在产生密度差、烧结时产生变形的问题。另外，在形成预备成型体、将多个预备成型体以比预备成型时的加压更大的加压 进行加压而实现一体化的方法中，由于进行再加压，存在需要更大的成型设备、同时在再加 压时预备成型体容易破损的问题。

发明内容
本发明是为了解决上述的问题而进行的，其目的在于提供能够实现由层叠的环状 预备成型体的层叠界面附近等的定向混乱而导致的磁性低下减少、生产性良好、形状精度 优良的环形磁铁以及其制造方法。关于本发明的第1环形磁铁，是把进行了径向定向的多个环状预备成型体在轴方 向上层叠形成圆筒状成型体，并将上述圆筒状成型体烧结而成的。由此，能够以良好的生产性制造出环状预备成型体之间的边界部的磁性劣化小的 环形磁铁。关于本发明的第2环形磁铁，上述环状预备成型体的上述轴方向两端面的一个端 面上形成凹部，在另一个端面上形成凸部，上述圆筒状成型体是由上述轴方向上相邻的环 状预备成型体的上述凹部和上述凸部相嵌合而成的。由此，能够容易地对齐各环状预备成型体的中心轴，获得较好的形状精度，同时能 够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第3环形磁铁，上述凹部以及凸部，是通过将上述端面形成为剖面 圆弧状而形成的。由此，通过嵌合形成圆弧状的凹部和凸部，能够容易地对齐各环状预备成型体的 中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第4环形磁铁，上述凹部以及凸部，是通过将上述端面形成为剖面V 字形而形成的。由此，通过嵌合形成V字形的凹部和凸部，能够容易地对齐各环状预备成型体的 中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第5环形磁铁，上述凹部以及凸部，是通过在上述端面的内周和外 周之间设置台阶差而形成的。由此，通过嵌合端面的内周和外周之间的台阶差，能够容易地对齐各环状预备成 型体的中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。另 夕卜，如果在台阶差部设置锥形，则能够在层叠预备成型体之际，不损害预备成型体，进行精 度良好的重叠。关于本发明的第6环形磁铁，上述凹部以及凸部，是通过在上述端面的内周和外周之间设置倾斜而形成的。由此，通过嵌合端面的内周和外周之间的倾斜，能够容易地对齐各环状预备成型 体的中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第7环形磁铁，上述凹部以及凸部是在圆周方向上以规定的间隔形 成的多个球面状物。
由此，通过嵌合凸的球面状物和凹的球面状物，能够容易地对齐各环状预备成型 体的中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。根据本发明的第8环形磁铁，上述凹部以及凸部的剖面是圆弧状、V字形、“ 二 ”字 形或者梯形。由此，通过嵌合凸的圆弧状、V字形、“ 二 ”字形或者梯形、和凹的圆弧状、V字形、 “ 二 ”字形或者梯形，能够容易地对齐各环状预备成型体的中心轴，获得较好的形状精度，同 时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第9环形磁铁，上述凹部以及凸部沿着上述端面形成为环状。由此，通过嵌合凸的环状形成部和凹的环状形成部，能够容易地对齐各环状预备 成型体的中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第10环形磁铁，上述凹部以及凸部在上述环状预备成型体的径向 方向上形成多个。由此，通过嵌合径向方向上多个形成的凸部和凹部，能够容易地对齐各环状预备 成型体的中心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第11环形磁铁，在形成有上述凹部的上述一个端面上，进一步形成 凸部，在形成有上述凸部的上述另一个端面上，进一步形成凹部。由此，通过嵌合上述形成的凸部和凹部，能够容易地对齐各环状预备成型体的中 心轴，获得较好的形状精度，同时能够防止输送各环状预备成型体时的错位。关于本发明的第12环形磁铁，上述环形预备成型体的最上层的上端面以及最下 层的下端面是没有形成上述凹部以及凸部的平坦的面。由此，能够确保载置、输送时环状成型体的稳定状态，同时能够缩短轴长。关于本发明的第1环形磁铁的制造方法，具备形成进行了径向定向的多个环状 预备成型体的工序，把上述环状预备成型体在轴方向上层叠、形成圆筒状成型体的工序，以 及将上述圆筒状成型体进行烧结的工序。由此，能够以良好的生产性制造出边界部的磁性劣化小的环形磁铁。关于本发明的第2环形磁铁的制造方法，对上述环状预备成型体在层叠方向上以 小于等于50Mpa的压力进行加压。如此，能够切实地实现环状预备成型体之间的紧密接合。关于本发明的第3环形磁铁的制造方法，环状预备成型体的工序和形成环状成型体的工序，被设定为将可以输送的多个输 送模具依次输送到以下各工序，并能够实施该各工序，所述输送模具具备模，插入上述模内部的、在与上述模之间形成环状空间的模 芯，闭塞上述空间的下部而形成供给填充磁性粉末的模腔的下冲模，以及用于对向上述模 腔内供给的磁性粉末进行加压的上冲模；
所述各工序包括向上述模腔内供给、填充上述磁性粉末的工序；边向上述模腔内施加径向定向磁场，边在轴方向上对上述磁性粉末进行加压，形 成环状预备成型体的工序；将上述环状预备成型体从上述输送模具拔出的工序；将从上述输送模具拔出的环状预备成型体，在其轴方向上进行多层层叠的工序。由此，生产节拍时间变短，能够以良好的生产性制造出环状预备成型体之间的边 界部的磁性劣化小的环形磁铁。关于本发明的第4环形磁铁的制造方法，具有定量计量向上述模腔供给的磁性粉 末的工序。由此，环状预备成型体的高度变为一定，能够防止在层叠时向环状预备成型体施 加了不必要的力、或者冲击力。关于本发明的第5环形磁铁的制造方法，具有将上述上冲模移动到上述模腔上并 插入的工序。由此，在向模腔供给填充磁性粉末后，能够在可以用上冲模对模腔内的磁性粉末 加压的状态下设定模具。另外，由于能够在上冲模插入模腔的状态下进行加压成型，所以不需要在加压成 型时对输送模具的各部分进行高精度定位的动作机构。关于本发明的第6环形磁铁的制造方法，在从上述输送模具拔出上述环状预备成 型体的工序中，边在轴方向上对上述环状预备成型体进行加压，边从上述模拔出。由此，由于在输送模具拔出环状预备成型体的过程中，从输送模具中拔出的环状 预备成型体的上部和位于输送模具内的环状预备成型体的下部之间的内部应力差变小，能 防止发生断裂。关于本发明的第7环形磁铁的制造方法，在从上述输送模具拔出上述环状预备成 型体的工序的中途，去除附着在上述环状预备成型体的上述磁性粉末。由此，能够防止在环状预备成型体之间产生缝隙而导致环状预备成型体倾斜、或 者由于加压而破损等。关于本发明的第8环形磁铁的制造方法，在将从上述输送模具拔出的环状预备成 型体在其轴方向上进行多层层叠的工序中，将上述环状预备成型体以其中心轴为中心旋转 进行层叠。由此，能够得到使具有凹凸形状的环状预备成型体的凸部在各层旋转歪扭角度的 环状磁铁。另外，当环状预备成型体在圆周方向上产生了磁性偏差时，能够消除其磁性偏差。关于本发明的第9环形磁铁的制造方法，在将从上述输送模具拔出的环状预备成型体在其轴方向上进行多层层叠的工序中，对于一部分的层，使其成型时的轴方向端面反 转，来层叠上述环状预备成型体。由此，能够防止环状预备成型体的磁性在上冲模侧和下冲模侧产生梯度时，在各 层的接合部分就产生急剧的磁性变化。


图1是表示用本发明的永久磁铁成型装置进行成型、烧结而得到的环形磁铁的例 子的立体图。图2是表示本发明的实施方式1中的永久磁铁成型装置的结构的平面图。图3表示图2中的输送模具的结构，(a)为平面图、(b)为A-A剖面图。图4是说明供粉 、填充单元及其动作的剖面图。图5是说明冲模设定单元的结构及其动作的剖面图。图6是说明磁场成型单元的结构及其动作的剖面图。图7是表示加压子的结构的剖面图。图8是表示后模芯的结构的平面图(a)、(c)，以及A-A剖面图(b)、B_B剖面图(d)。图9是表示径向定向中的磁通的状态的剖面图。图10是表示脱模单元的结构的平面图(a)以及A-A剖面图(b)。图11是用于说明脱模单元中的动作的剖面图。图12是说明成型体脱粉单元的结构及其动作的剖面图。图13是说明成型体脱粉单元的结构及其动作的剖面图。图14是说明层叠单元的结构及其动作的剖面图。图15是说明层叠单元的结构及其动作的剖面图。图16是说明层叠单元的结构及其动作的剖面图。图17是表示在旋转了任意的角度的状态下层叠各层成型体13的工序的图。图18是表示使环状预备成型体的轴方向端面上下颠倒而层叠的状态的断面图。图19是表示本发明的第2实施方式中的环状成型体的立体图(a)以及剖面图 (b)。图20是表示图19中的环状预备成型体的平面图(a)以及A-A剖面图(b)。图21是用于说明环状预备成型体的磁场成型方法的剖面图。图22是表示本发明的实施方式2中的其他形状的环状成型体的平面图(a)、A-A 剖面图(b)以及表示环状预备成型体的断面图(c)、(d)、(e)。图23是表示本发明的实施方式3中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)。图24是表示本发明的实施方式3中的其他形状的环状成型体的剖面图。图25是表示本发明的实施方式4中的环状预备成型体的平面图(a)以及A-A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)。图26是表示本发明的实施方式4中的其他形状的环状成型体的剖面图。图27是表示本发明的实施方式5中的环状预备成型体的平面图(a)以及A-A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)。图28是表示本发明的实施方式5中的其他形状的环状成型体的剖面图。图29是表示本发明的实施方式6中的环状预备成型体的平面图(a)以及A-A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)。图30是表示本发明的实施方式6中的其他形状的环状成型体的剖面图。图31是表示本发明的实施方式7中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)。图32是表示本发明的实施方式7中的其他形状的环状成型体的剖面图。图33是表示本发明的实施方式8中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)。图34是表示本发明的实施方式8中的其他形状的环状成型体的侧面图。图35是表示本发明的实施方式9中的环状预备成型体的平面图(a)以及侧面图 (b)，以及表示环状成型体的侧面图(C)。图36是表示本发明的实施方式9中的其他形状的环状成型体的侧面图。
图37是表示本发明的实施方式10中的环状预备成型体的平面图(a)以及侧面图 (b)、(c)，以及表示环状成型体的侧面图(d)。图38是表示本发明的实施方式10中的其他形状的环状成型体的侧面图。图39是表示本发明的实施方式11中的环状预备成型体的平面图(a)以及侧面图 (b)、(c)，以及表示环状成型体的侧面图(c)。图40是表示本发明的实施方式11中的其他形状的环状成型体的侧面图。
具体实施例方式下面，根据附图对本发明的各实施方式进行说明。实施方式1图1是表示用本发明的永久磁铁成型装置进行成型、烧结而得到的环形磁铁的例 子的立体图。图2是表示本发明的实施方式1中的环形磁铁的制造方法所使用的磁铁成型 装置的结构的平面图。图3表示图2中的输送模具的结构，(a)为平面图、(b)为A-A剖面 图。如图1所示，用本发明的磁铁成型装置所成型、制造的环形磁铁，是层叠如图1(a) 所示的成型成圆筒状的环形预备成型体Ia并烧结而得到，或者是层叠如图1(b)的成型成 周面具有凹凸(图中是外周面具有凹凸，也包括内周面具有凹凸的情况)的环形预备成型 体Ia并烧结而成的。如此，层叠短轴的环状预备成型体la、烧结成的环状磁铁1，由于环状预备成型体 Ia间的交界部的磁性的劣化较小，所以能够成为总磁通量大的环状磁铁。本实施方式中的磁铁成型装置，如图2所示，具有输送输送模具10的传送带2， 向输送模具10的环状模腔内计量并供给、填充磁性粉末的供粉、填充单元3，用于将对填充 了磁性粉末的输送模具10的模腔内的磁性粉末进行加压的上冲模设定成能够进行加压成 型的状态的冲模设定单元4，对设定了上冲模、处于能够进行加压成型状态的输送模具10 的磁性粉末进行磁场加压成型的磁场成型单元5，用于把经过磁场加压成型的环状预备成 型体从输送模具10中取出的脱模单元6，用于把取出的环状预备成型体上附着的多余的磁 性粉末去除的成型体脱粉单元7，用于层叠磁场加压成型的环状预备成型体的层叠单元8， 以及，除去输送模具10上附着的磁性粉末、将输送模具设定成输送状态的模具脱粉/模具 设定单元9。如图3所示，输送模具10具有在传送带2上移动的托盘10a，保持下模具部的保 持座(第1保持座)10b、10c，由柱状的模芯10d、下冲模10e、以及中心配有模芯10d、用下冲模IOe和模芯IOd形成用于填充磁性粉末的模腔IOh的模IOf而构成的下模具部，以及， 由其他的保持座(第2保持座)IOj所保持的上冲模IOg(上模具部)。并且，保持座IOb为 强磁性体部件，保持座IOc为非磁性体部件。托盘IOa和保持座10b、IOj、保持座IOb和下冲模IOe、以及下冲模IOe和模IOf，
分别由定位销等定位机构规定位置和方向。以下，参照图2说明各单元的结构及其动作。首先，利用传送带2将输送模具10输送到供粉、填充单元3。图4是说明供粉、填充单元及其动作的剖面图。图4(a)是磁性粉末的计量工序， 图4(b)、(c)是向输送模具10的供粉工序。供粉、填充单元3如图2所示，具有计量磁性粉末的计量机构3d、把计量过的、取入 容器3c的磁性粉末11输送到输送模具10的位置的输送机构3e。而且，如图4所示，供粉、 填充单元还具有转动、倾斜容器3c的旋转机构3f、用来把容器3c内的磁性粉末11导入模 腔IOh内的供粉工具3a、以及使供粉工具3a振动的振子等构成的振动机构3b。输送模具10被输送到供粉、填充单元后，在图4(a)的磁性粉末的计量工序中，利 用振动输送器和重量计来计量一定重量的磁性粉末11，并收纳入容器3c中。如此，通过计量收纳在容器3c中的磁性粉末，如后所述，能够使成型的环状成型 体的高度一定，能够防止层叠工序中的破损。图4(b)、(c)的供粉工序中，把将磁性粉末11导向输送模具10的模腔IOh的漏斗 状的供粉工具3a和搅拌向模腔IOh供给的磁性粉末的翅状工具(未图示)安放到输送模 具10的模IOf上后，把收纳磁性粉末的容器3c移动到漏斗状的供粉工具3a的位置，使容 器3c旋转并倾斜，把容器3c内的磁性粉末11转移到漏斗状的供粉工具3a。进一步，用抖 动器冲击容器3c，把容器3c内的磁性粉末没有残留地转移到漏斗状的供粉工具3a。进一 步，用振动器振动供粉工具3a，把供粉工具3a上的全部磁性粉末转移到模腔IOh内，边转动 上述翅状工具的叶片来混合模腔IOh内的磁性粉末11，边使叶片上升，向模腔内均勻地填 充磁性粉末11。通过边转动上述翅状工具的叶片来混合模腔IOh内的磁性粉末11，边使叶片上 升，向模腔内填充磁性粉末11，破坏了模腔内的磁性粉末中存在的空洞或者磁性粉末的桥 接，模腔内均勻地填充磁性粉末。填充了磁性粉末的输送模具，被传送带2输送到冲模设定单元4，被定位在规定位置上。图5是说明冲模设定单元的结构以及动作的剖面图。如该图所示，冲模设定单元 具有夹住上冲模IOg的夹爪4a、以及升降夹爪4a并使夹住的上冲模IOg移动的移动机构。利用冲模设定单元，能够将输送模具设定成可以以上冲模IOg对模腔内的磁性粉 末进行加压的状态。而且，把上冲模IOg插入模腔中，将输送模具设定成对磁性粉末能够加压的状态， 所以在下面的工序的加压磁场成型中，就不需要对输送模具10的各部进行高精度定位的 机构。如图5(a)所示，托盘IOa被输送到冲模设定单元4的平台，在规定位置被定位，如 图5 (b)所示，夹爪4a下降，夹住上冲模10g，如图5 (c)所示，夹爪4a夹起上冲模10g，如图5(d)所示，向下型移动，下降并将上冲模10g插入模芯10d，放开上冲模10g，上冲模10g与 模腔嵌合。模芯10d的上端部的直径比模腔内的直径小0. 2mm，被付与了 3°的斜度，所以 冲模插入时托盘与夹爪4a的位置，即便有不足0. 1mm的偏差，也不会发生冲模10g无法插 入模芯10d的不良问题。接着，夹爪4a放开上冲模10g后，上升移动到原始的位置。设定了上冲模10g的输送模具10，被传送带2输送到磁场成型单元5的规定位置。图6是说明磁场成型单元的结构及动作的剖面图，图7是表示加压子的结构的剖 面图，图8是表示后模芯的结构的平面图(a)、(c)，以及A-A剖面图(b)、B-B剖面图(d)。 如图2所示，磁场成型单元5具有移载机构5h，该移载机构把设定了上冲模10g的输送模具 10的模具部从传送带2上的托盘10a转移到磁场成型单元5，在磁场成型后再转移回传送 带2上的托盘10a。如图6所示，磁场成型单元5具有产生用于使磁性粉末定向的定向磁 场的电磁线圈5a(固定于框架上)，升降对上侧电磁线圈5a以及上冲模10g进行加压的加 压子5c的压缩成型机构5b，环状的弹性部件5j，以及，被未图示的气缸所驱动、接触模10f 的后轭5d。如图7所示，加压子5c具有对上冲模进行加压的冲模加压部5e、向冲模加压部5e 内部凹陷地可以移动的可动棒5f、以及位于可动棒5f的背面和冲模加压部5e内面之间的、 把可动棒5f压付到模芯10d上的弹簧5g。另外，如图8所示，后轭5d是具有嵌合模10f的外径的半圆状的凹部的一个强磁 性体。后轭5d，被配置成其厚度中心与模10f的厚度中心位置一致，向模10f的方向移动并 与其接触。利用传送带2将输送模具10从冲模设定单元4输送到磁场成型单元5后，如图 6(a)所示，利用移载机构5h(参照图2)将模具部和保持座10b —起从托盘10a转移到磁场 成型单元5的成型部。然后，如图6(b)所示，压缩成型机构5b启动，电磁线圈5a以及加压子下降，上侧 以及下侧框架通过夹紧功能而固定，同时利用安装于上侧框架下部的环状弹性部件5j，固 定模10f。其后，从模10f 的两侧后轭5d开始移动，并与模10f 的外周紧密接合。接着，使 电磁线圈5a中流动电流，产生径向定向磁场，同时加压子5c下降，上冲模10g被加压，如图 6 (c)所示，通过上冲模10g把模腔内的磁性粉末压缩成形，而获得被径向定向的成型体。压 缩成形压力为10 lOOMpa，优选为40Mpa，定向磁场为大于等于1T。图9是表示径向定向中的磁通的状态的剖面图。在上侧线圈5a产生的磁场，以磁 通形式通过强磁性体加压子5c，进入同是强磁性体的可动棒5f ；在下侧线圈5a产生的磁 场，通过强磁性体的保持座10b，进入模芯10d(参照图6)。下冲模10e以及上冲模10g是 非磁性体。如图9所示，以虚线表示的磁通，通过强磁性体的可动棒5f以及模芯10d，在直径 方向上通过强磁性体的模10f的模腔10h，在模腔10h内形成径向定向磁场。径向定向了的环状预备成型体，与模具部以及保持座10b—起，通过移载机构5h 返回托盘10a上。含有环状预备成型体的输送模具，被传送带2输送到脱模单元6的规定位置上。图10是表示脱模单元的结构的平面图(a)以及A-A剖面图(b)。如图所示，脱模 单元具有成型体加压机构，其由对环状预备成型体13进行加压的气缸6a以及上冲模对接
10部6d构成；以及，模上推机构，其由把模10f向上方推抬的平台6c以及气缸6b等构成。图11是用于说明脱模单元中的动作的剖面图。如图11(a)所示，气缸6a托起托 盘10a，上冲模10g与上冲模对接部6d相碰，环状预备成型体13被加压。加压力为0. 1 lMpa。接着，如图11 (b)所示，气缸6b启动，平台6c抬起模10f，环状预备成型体13被从 模iof 中拔出。接着，如图11 (c)所示，气缸6a下降，托盘10a放到传送带2上。利用传送带2，托 盘10a移动到一个位置，在该位置上当平台6c所支持的模10f下降时、被载置到托盘10a 上放置的其他的保持座10j上；如图11(d)所示，平台加压气缸6b动作，平台6c下降，把模 10f载置到保持座10j上。在把环状预备成型体13从输送模具10中拔出的过程中，如果从输送模具10拔出 的环状预备成型体13的上部和在输送模具10内的环状预备成型体13的下部之间存在内 部应力差的话，容易产生断裂，但在本脱模单元中，由于在环状预备成型体13被加压的状 态下，从模10f中拔出成型体13，所以环状预备成型体13的上面和下面之间的内部应力差 变小，能防止发生断裂。在模10f拔去后，输送模具10利用传送带2被输送到成型体脱粉单元7的规定位置上。图12以及图13是说明成型体脱粉单元的结构及其动作的剖面图。如图所示，成 型体脱粉单元具有升降机构，其由平台7a和使平台7a升降的气缸7b构成；喷射氮气的喷 嘴7c;以及，吸尘管道7d，用于吸入磁粉并将其回收到集尘机中。如图12(a)所示，托盘10a停止在规定位置上，气7b启动、平台7a上升，如图12(b) 所示，下冲模10e被平台7a所支持而上升，环状预备成型体13从模芯10d中拔出。另外， 此时上冲模10g也同时被拔出，载置到别的保持座10 j (参照图3)上。如图13(a)所示，在从模芯10d拔出环状预备成型体13的过程中，环状预备成型 体13的上面稍微从芯型10d突出时，从喷嘴7c喷出氮气，吹散附着在环状预备成型体13 表面的磁粉，并吸入吸尘管道7d。其后，如图13(b)所示，从模芯10d拔出环状预备成型体 13。在成型体脱粉单元7，通过除去环状预备成型体13的多余磁粉，能够防止在下面 工序的层叠中，环状预备成型体13之间产生缝隙而导致环状预备成型体13倾斜、或者由于 加压而破损等。在脱粉工序后，环状预备成型体13，利用移载机构12，和保持座10b、模芯10d以及 下冲模10e —起被转移到层叠单元8上。图14、图15以及图16是说明层叠单元的结构及其动作的剖面图。如图所示，层叠 单元具有作为把持环状预备成型体13的机构的夹爪8a，层叠环状预备成型体13的平台 8b，图中未示的、对夹爪8a进行定位、升降、移动的机构，以及使平台8b旋转的发动机等旋 转机构。如图14(a)所示，使夹爪8a移动到从模芯10d拔出的环状预备成型体13的正上 方，如图14(b)所示，使夹爪8a下降，以夹爪8a把持环状预备成型体13。把持力是0. 1 4N。
接着，使夹爪8a上升，如图15(a)所示，使夹爪8a移动到其中心位于平台8b的旋 转中心的正上方，如图15 (b)所示，使夹爪8a下降，把环状预备成型体13放置到平台8b上。 此时，环状预备成型体13的中心与平台8b的旋转中心一致。进一步，同样地，如图16(a)以及(b)所示，在第1层的环状预备成型体13上层叠 第2层和第3层的环状预备成型体13，重复该层叠工序来层叠需要层数的环状预备成型体 13。如果环状预备成型体13的高度参差不齐，其高度变高则在层叠时不必要的压力 施加到环状预备成型体13上，会将环状预备成型体13压碎；而高度变低时夹爪8a在空中 放开环状预备成型体13，会由于落下时的冲击而破坏环状预备成型体13 ；但是，在本实施 方式中，由于1次成型的环状预备成型体13的重量，是利用图2所示的供粉、填充单元3的 磁粉计量工序进行了定量的计量的，所以环状预备成型体13的高度一定，在层叠时不会出 现对环状预备成型体13施加了不必要的力、或者施加冲击力的情况。图17是表示在旋转了任意的角度的状态下层叠各层成型体13的工序的图，例如， 将第1层的环状预备成型体13放在平台8b上，使其A的位置处于图17(a)所示的位置，然 后将平台8b旋转180°，使第1层的环状预备成型体13的A的位置处于图17(b)的位置， 之后进行第2层的环状预备成型体13的层叠。进一步，如图17 (c)所示，使平台8b旋转 90°，进行第3层环状预备成型体13的层叠，如图17(d)所示，进一步使平台8b旋转180°， 进行第4层环状预备成型体13的层叠。如此，通过在任意角度地旋转状态下层叠各层的环状预备成型体13，能够得到例 如，如图1(b)所示的、使具有凹凸形状的环状预备成型体13在各层旋转歪扭角度的环状磁 铁。另外，当环状预备成型体13在圆周方向上产生了磁性偏差时，能够消除其磁性偏差。图18是表示在每1层层叠，使环状预备成型体成型时的轴方向端面上下颠倒而层 叠的状态的断面图。环状预备成型体13的磁性，有时例如会在上冲模侧和下冲模侧产生梯 度，在各层的接合部分就可能产生急剧的磁性变化，而如图18所示，在第1层将环状预备成 型体13反转，以下面作为上冲模侧，在第2层不反转、仍以下面作为下冲模侧，如此通过依 次重复反转层叠和不反转层叠，能够防止在各层的接合部分的磁性急剧变化。图18的情况，表示的是在每1层层叠，使环状预备成型体成型时的轴方向端面上 下颠倒而层叠的情况；但只有上层发生磁性梯度的情况，或者只在下层发生磁性梯度的情 况等时，通过仅把该层成型时的轴方向断面进行反转来层叠，能够获得同样的效果。如此，为了反转层叠环状预备成型体13，在图14 图16所示的夹爪8a的夹紧部 分设置了旋转驱动器。层叠工序结束后，模具部10d、10e以及保持座10b通过移载机构12返回到托盘 10a上，被输送到进行下一工序的模具脱粉/模具设定单元9。模具脱粉/模具设定单元9，具有去除输送模具10上附着的磁粉的脱粉机构，和 将输送模具10的各部分设定成在供粉、填充单元3能够供给磁粉的、初始状态的设定机构。脱粉机构，具有能够向输送模具10的各部分喷射氮气的喷嘴(具有向输送模具 10的各部分移动的机构)，和用于吸引、收集由于氮气被吹散的磁粉的吸引机构。
利用脱粉机构以及设定机构，能够顺畅地进行下一轮的成型以及层叠为止的工序。设定机构，在层叠工序完成后，抬起载置于图3所示的保持座10 j上的模10f，使其 移动到保持座10b上载置的下冲模10e上。环状预备成型体13层叠而成的筒状成型体，转移入烧结热处理炉，以规定的温度 进行烧结、热处理后，根据需要进行收尾加工，获得如图1所示的环形磁铁1。根据本实施方式的环形磁铁的制造装置，由于采用传送带2传输多个输送模具 10，同时在设在传送带2各处的各单元处理制作短轴的环状预备成型体的程序，层叠需要 的个数的环状预备成型体，所以生产节拍时间变短，能够以良好的生产性制造出环状预备 成型体之间的边界部分的磁性劣化小的环形磁铁。实施方式2图19是表示本发明的第2实施方式中的环状成型体的立体图(a)以及断面图 (b)；图20是表示图19中的环状预备成型体的平面图(a)以及A-A剖面图(b)。如图19(a)以及(b)所示，环状成型体lb，是通过多层层叠在径向方向上定向的环 状预备成型体la，并进行一体化而形成的。另外，各环状预备成型体la，如图20所示，沿一个端面的全周，形成有凹部lc，沿 另一个端面的全周形成凸部le，如图19(b)所示，由于向利用凹部lc嵌合凸部le的嵌合部 Id来连接各环状预备成型体la而一体化，所以能够容易地对齐各环状预备成型体la的中 心轴。图21是用于说明环状预备成型体的磁场成型方法的剖面图。如图所示，模具 具有由钢或者超硬材料等构成的环状的强磁性体而形成模10f，由钢等构成的上下模芯 10d,由非磁性的不锈钢或者超硬材料构成的上下冲模10g、10e ；上下冲模10g、10e的一个 前端是圆弧状的凸形，另一个前端是具有与凸形的圆弧半径相同的圆弧半径的凹形。而且，构成为环状的强磁性体的模10f的内周面、上下模芯10d的外周面、插入二 者之间的上下冲模10g、10e的前端面之间，形成有模腔10h。上下在模芯10d的周围，设有环状的电磁线圈5a，向电磁线圈5a通电时，产生虚线 箭头所示的通过上下模芯10d以及模10f的定向磁场。向模腔10h供给磁粉，在设有定向磁场的状态下，通过利用上下冲模10g、10e加压 压缩磁粉，获得环状的、一个端面为凹形而另一个端面为凸形的径向定向了的环状预备成 型体la。将得到的多个环状预备成型体la，如图19所示，使凹部lc和凸部le相嵌合，层叠 而得到环状成型体lb。使凹部lc和凸部le相嵌合后，通过在轴方向上施加不会使环状成 型体lb破损的压力，即50Mpa以下的压力，能够使其切实地固定、一体化。以规定的温度、气氛下将获得的环状成型体lb烧结后，通过时效处理等热处理， 能够制造出轴长较长的环形磁铁。根据本实施方式，环状成型体lb，由于在别的工序对磁场成型了的环状预备成型 体la进行重叠，所以就不会发生过去在模具内边形成磁场边层叠而产生的层叠边界处的 径向定向的紊乱，能够得到磁性较好的环形磁铁。另外，由于在环状预备成型体la的一个端面上形成凹部lc，在另一个端面形成凸部le，把形成了凹部lc和凸部le的多个环状预备成型体la利用凹部lc和凸部le 而嵌合、 一体化，所以各环状预备成型体la的中心轴能够容易地对齐，能够获得形状精度较好的磁 铁，而且能够防止搬运时的错位。在图19中，在层叠最上层以及最下层的环状预备成型体la的两端面上设置了凹 部lc和凸部le，但也可以通过令最上层以及最下层的上端面以及下端面成为平面，使环状 成型体1的全长变短。图22是表示最上层以及最下层的环状预备成型体la的上端面以及下端面为平 面的环状成型体lb的平面图(a)、A-A剖面图(b)以及表示环状预备成型体的断面图(c)、 (d)、(e)。如图所示，最上层的环状预备成型体la(c)的上端面为平面，中间部分的环状预 备成型体la(d)的上下端面上形成凹部lc以及凸部le，最下层的环状预备成型体la(e)的 下端面为平面。如此，通过令环状成型体lb的上下面成为平面，能够缩短轴长，而且能够使设置、 运送时的状态稳定。实施方式3图23是表示本发明的实施方式3中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图24是表示本发明的实施方式3中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。在上述实施方式2中，凹部以及凸部为剖面圆弧状，但本实施方式中，如图23(a) 以及(b)所示，环状预备成型体la的凹部lc以及凸部le都是相同形状的剖面V字形，如 图23 (c)所示，在嵌合部Id多个环状预备成型体la的凹部lc和凸部le相嵌合，制作成环 状成型体lb。另外，如图24所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。实施方式4图25是表示本发明的实施方式4中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图26是表示本发明的实施方式4中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图25(a)以及(b)所示，环状预备成型体la，通过一个端面向内 周侧凹陷而成为斜面来形成凹部lc，而通过令另一端面向外周面凹陷与凹部lc的倾斜角 度相同的倾斜面来形成凸部le，如图25(c)所示，在嵌合部Id多个环状预备成型体la的凹 部lc和凸部le相嵌合，制作成环状成型体lb。另外，如图26所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。实施方式5图27是表示本发明的实施方式5中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图28是表示本发明的实施方式5中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。
本实施方式中，如图27(a)以及(b)所示，环状预备成型体la通过在一个端面上 形成沿圆周为环状、剖面为圆弧状的槽，来形成凹部lc，而通过在另一端面上形成与凹部 lc的圆弧形状相同的圆弧状的凸起，来形成凸部le，如图27(c)所示，在嵌合部Id多个环 状预备成型体la的凹部lc和凸部le相嵌合，制作成环状成型体lb。另外，如图28所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。另外，凹部lc以及凸部le，其剖面不限于为圆弧状，也可以是V字形、梯形或者 “二”字形。实施方式6图29是表示本发明的实施方式6中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图30是表示本发明的实施方式6中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图29(a)以及(b)所示，环状预备成型体la的两端面上在内周 侧和外周侧之间设有台阶差，在一个端面的内周侧形成凹部lc，而在另一端面的内周侧形 成凸部le，如图29 (c)所示，在嵌合部Id多个环状预备成型体la的凹部lc和凸部le相嵌 合，制作成环状成型体lb。另外，虽无图示，通过在台阶差部分设置锥形，可以容易地进行预备成型体的凹部 和凸部的嵌合。 另外，如图30所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。另外，在上述实施方式2 6中，展示的是沿着环状预备成型体la的圆周、环状地 形成凹部lc以及凸部le的情形，也可以断续地形成凹部lc以及凸部le。实施方式7图31是表示本发明的实施方式7中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图32是表示本发明的实施方式7中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图31(a)以及(b)所示，在环状预备成型体la的一个端面上形 成4个大致为半球面状的凹部lc，而在另一端面上通过形成与凹部lc的形状相同的4个大 致为半球面状的突起来形成凸部le，如图31(c)所示，在嵌合部Id多个环状预备成型体la 的凹部lc和凸部le相嵌合，制作成环状成型体lb。在图31的例子中，表示的是设置4个凹部lc以及凸部le的情形，但其个数并不 限于此，设置2个以上即可。另外，如图32所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。实施方式8图33是表示本发明的实施方式8中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图34是表示本发明的实施方式8中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图33(a)以及(b)所示，在环状预备成型体la的一个端面上以 90°间隔形成4个在径向方向上延伸的剖面大致为半圆状的凹部lc，而在另一端面上形成 4个相同形状的在径向方向上延伸的剖面大致为圆状的凸部le，如图33(c)所示，在嵌合部 Id多个环状预备成型体la的凹部lc和凸部le相嵌合，制作成环状成型体lb。在图33的例子中，表示的是设置4个凹部lc以及凸部le的情形，但其个数并不 限于此，设置2个以上即可。另外，如图34所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。实施方式9图35是表示本发明的实施方式9中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图36是表示本发明的实施方式9中的其他形 状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图35(a)以及(b)所示，上述实施方式8中的凹部lc和凸部le 成为在径向方向上延伸的剖面梯形。在图35的例子中，表示的是间隔90°设置4个凹部lc以及凸部le的情形，但其 个数并不限于此，设为2个以上即可。另外，如图36所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。实施方式10图37是表示本发明的实施方式10中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖 面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(c)；图38是表示本发明的实施方式10中的其他 形状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图37(a)、(b)以及(c)所示，在环状预备成型体la的一个端面 上以90°间隔交替形成4个在径向方向上延伸的剖面大致为半圆状的凸部le和凹部lc， 而在另一端面上以90°间隔交替形成4个相同形状的剖面大致为半圆状的凹部lc和凸部 le，如图37(d)所示，在嵌合部Id多个环状预备成型体la的凹部lc和凸部le相嵌合，制 作成环状成型体lb。在图37的例子中，表示的是分别设置2个凹部lc以及凸部le的情形，但其个数 并不限于此，设置1个以上即可。另外，如图38所示，通过令最上层的环状预备成型体la的上端面以及最下层的环 状预备成型体la的下端面成为平面，能够使环状成型体lb的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。根据本实施方式，用于形成环状预备成型体la的成型模具较容易制作。实施方式11图39是表示本发明的实施方式11中的环状预备成型体的平面图(a)以及A_A剖面图(b)，以及表示环状成型体的剖面图(C)；图40是表示本发明的实施方式11中的其他 形状的环状成型体的剖面图，与图19相同的符号表示相同部分或者相当部分。本实施方式中，如图35(a)、(b)以及(c)所示，上述实施方式10中的凹部Ic和凸 部Ie的形状成为在径向方向上延伸的梯形；凹部Ic和凸部Ie是以90°间隔交替形成的。在图39的例子中，表示的是分别设置2个凹部Ic以及凸部Ie的情形，但其个数 并不限于此，设置1个以上即可。
另外，如图40所示，通过令最上层的环状预备成型体Ia的上端面以及最下层的环 状预备成型体Ia的下端面成为平面，能够使环状成型体Ib的全长变短，而且能够使设置、 运送状态稳定化。另外，上述实施方式8 11中凹部Ic以及凸部Ie的剖面大致为半圆状或者梯形， 但并不限于此，也可以是V字形或者“ 二”字形。根据上述实施方式3 11，与上述实施方式2相同，可以不产生径向定向的紊乱， 形状精度较好地形成磁性优良的环形磁铁；而且，能够防止运输环状预备成型体时的错位。另外，在上述实施方式2 11中，对设在环状预备成型体Ia的一个端面的凹部Ic 和设在另一个端面的凸部Ie的形状，展示了其种种形态，但本发明并不限于这些形状，在 本发明中，只要是在环状预备成型体Ia的一个端面上设置凹部lc、在另一个端面上设置与 凹部Ic相嵌合形状的凹部le，嵌合多个预备成型体Ia的凹部Ic和凸部le，使得层叠的环 状预备成型体Ia之间在径向上的运动相对地被局限的结构即可。另外，本发明的环形磁铁，也能够适用边在模具内磁场成型环状预备成型体边层 叠的方法。另外，作为圆筒成型体Ib的原料，除了 Nd2Fel4B等磁性体粉末外，还可以是向磁 性粉末中混合了树脂的粘合磁铁材料。产业上的可利用性本发明用于例如发动机等旋转电动机中使用的永久磁铁的制造。
权利要求
一种环型磁铁的制造方法，其特征在于，具备向模具的环状模腔内供给和充填磁性粉末的工序；边向上述模腔内施加径向定向磁场，边在轴方向上对上述磁性粉末进行加压，形成环状预备成型体的工序；将上述环状预备成型体从上述模具拨出的工序；将从上述模具拨出的上述环状预备成型体在其轴方向上层叠多层，形成圆筒状成型体的工序；以及将上述圆筒状成型体烧结，以将上述各环状预备成型体接合的工序，其中，在形成上述环状预备成型体的工序中，在上述环状预备成型体的上述轴方向的一个端面上形成凹形状，在另一个端面上形成凸形状，在形成上述圆筒状成型体的工序中，使在上述轴方向上相邻的上述环状预备成型体的上述凹形状和上述凸形状相嵌合来进行层叠。
2.根据权利要求1所述的环形磁铁的制造方法，其特征在于，在形成上述圆筒状成型体的工序中，对上述环状预备成型体在层叠方向上以小于等于 50Mpa的压力进行加压。
3.根据权利要求1所述的环形磁铁的制造方法，其特征在于，在形成上述环状预备成型体的工序中，在上述环状预备成型体的上述轴方向的一个端 面上形成多个凹形状，在另一个端面上形成多个凸形状，在形成上述圆筒状成型体的工序中，使在上述轴方向上相邻的上述环状预备成型体的 上述多个凹形状和上述多个凸形状相嵌合来进行层叠。
4.根据权利要求1所述的环形磁铁的制造方法，其特征在于，在形成上述环状预备成型体的工序中，在上述环状预备成型体的上述轴方向的一个端 面上形成沿着全周的凹形状，在另一个端面上形成沿着全周的凸形状，在形成上述圆筒状成型体的工序中，使在上述轴方向上相邻的上述环状预备成型体的 上述沿着全周的凹形状和上述沿着全周的凸形状相嵌合来进行层叠。
全文摘要
本发明提供一种环形磁铁及其制造方法，通过在轴方向层叠进行了径向定向的多个环状预备成型体(1a)，形成将环状预备成型体(1a)的端面间进行固定的环状成型体，再将该环形成型体进行烧结、热处理而形成环形磁铁(1)，从而得到一种由层叠界面附近等的定向混乱而导致的磁性低下减少、形状精度良好的环形磁铁以及其制造方法。
文档编号B22F3/16GK101819847SQ20101016192
公开日2010年9月1日 申请日期2003年10月29日 优先权日2003年2月27日
发明者中原裕治, 古川仁一, 石见泰造, 高滨修一, 鹈饲义一 申请人:三菱电机株式会社