CN110622262B - 稀土类烧结磁体及其制造方法、以及线性马达 - Google Patents

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Abstract

一种由多个磁体材料粒子烧结而成的稀土类烧结磁体，其中，表面磁通密度的最大值在350mT～600mT的范围内，厚度在1.5mm～6mm的范围内，与所述厚度方向平行的剖面为非圆形，所述剖面中具有所述磁体材料粒子的易磁化轴进行了极性各向异性取向的区域。

Description

稀土类烧结磁体及其制造方法、以及线性马达
技术领域
本发明涉及稀土类烧结磁体、稀土类烧结体的制造方法、稀土类烧结磁体的制造方法及使用了稀土类烧结磁体的线性马达(linear motor)。
背景技术
近年来，工作机械、车辆、飞机、风力动力机等中，一般使用将从引擎等传递来的机械运动能转换为电能的发电机或者相反地将电能转换为机械运动能的马达(电动机)等。此外，还希望能进一步提高上述发电机或者马达的发电量和/或扭矩(torque)并可实现小型化和轻量化。
这里，在上述马达等所使用的永磁体中，为了提高磁特性，进行了通过从外部施加磁场以使永磁体所含的磁体材料粒子的易磁化轴一致的磁场取向 (配向)(magneticfield orientation)。这里，作为磁场取向中使磁体材料粒子的易磁化轴一致的方法，例如存在沿平行方向使易磁化轴一致的平行取向 (parallel orientation)方法。然而，就进行了平行取向的永磁体而言，磁场相对于磁体在两个侧面上扩展，故存在表面磁通密度较低(300mT左右)的问题。
因此，作为提高表面磁通密度的方法，先前熟知通过海尔贝克阵列 (Halbacharray)对进行了平行取向的永磁体进行排列的方法(例如，(日本)特开2010-166703号公报)。如果通过海尔贝克阵列对永磁体进行排列，可使进行了排列的永磁体沿所要求的方向生成更多的磁通量，由此可增加发电机或者马达的发电量和/或扭矩。然而，为了通过海尔贝克阵列对永磁体进行排列，需要对多个(plural)永磁体在相互排斥的状态下进行接合，所以存在生产性较低、成本较高的问题。另一方面，(日本)特开2004-297843号公报中还公开了一种通过配设多个不是进行了平行取向而是进行了极性各向异性取向(polaranisotropic orientation)的永磁体，从而获得与使用上述海尔贝克阵列时相同的效果的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2010-166703号公报(第5页，图2)
专利文献2：(日本)特开2004-297843号公报(第4-5页，图1)
发明内容
发明所要解决的问题
上述专利文献2中，通过对永磁体进行极性各向异性取向，就上述专利文献1中公开的有关海尔贝克阵列的接合的问题而言，可在一定程度上对其进行消除。但是，上述专利文献2中公开的永磁体为了达到所要求的表面磁通密度(例如，350mT～600mT)需要具有较大的厚度。例如，厚度为10mm 时，表面磁通密度的最大值可为540mT。因此，从发电机或者马达的发电量和/或扭矩的增加、小型化、轻量化的角度来说，仍存在不足之处。
本发明是为了解决现有技术中的上述问题而提出的，其目的在于，提供不仅可实现表面磁通密度的提高和厚度的减小，而且还可增加发电机或者马达的发电量和/或扭矩并可达成小型化和轻量化的目标的稀土类烧结磁体、稀土类烧结体的制造方法、稀土类烧结磁体的制造方法及使用了稀土类烧结磁体的线性马达。
解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明的稀土类烧结磁体是一种对多个磁体材料粒子进行烧结而成的稀土类烧结磁体，其特征在于，表面磁通密度的最大值在 350mT～600mT的范围内，厚度在1.5mm～6mm的范围内，与所述厚度方向平行的剖面为非圆形，所述剖面中具有对所述磁体材料粒子的易磁化轴进行了极性各向异性取向的区域。需要说明的是，表面磁通密度的最大值是指，所获得的表面磁通密度分布中的峰值的最大值(即，磁通量密度的绝对值中的最大值)。
此外，本发明的稀土类烧结体的制造方法是一种与厚度方向平行的剖面为非圆形且具有进行了极性各向异性取向的区域的稀土类烧结体的制造方法，其特征在于，具有：向对包含磁体粉末和高分子树脂的混合物进行成形而获得的成形体施加脉冲磁场，从而对成形体中的至少部分区域进行极性各向异性取向的步骤；及对进行了极性各向异性取向的所述成形体进行烧结的烧结步骤。
此外，本发明的稀土类烧结体的制造方法的特征在于，具有：向对包含磁体粉末和高分子树脂的混合物进行成形而获得的成形体施加脉冲磁场，从而对成形体中的至少部分区域进行取向的步骤；及对进行了取向的所述成形体进行烧结的烧结步骤，其中，所述混合物在室温下的肖氏A硬度(Shore A hardness)为A30以上，并且在所述混合物的熔融粘度(melt viscosity)为900Pa ·s以下的温度下实施所述进行取向的步骤。
另外，本发明的稀土类烧结磁体的制造方法的特征在于，在上述稀土类烧结体的制造方法的基础上还包括对稀土类烧结体进行磁化的磁化步骤。
此外，本发明的线性马达的特征在于，具备：沿直线方向排列的一个或多个上述稀土类烧结磁体；及与所述稀土类烧结磁体介由(隔着)空气间隙 (air gap)对置的电枢(armature)，其中，所述稀土类烧结磁体和所述电枢中的一个为定子(stator)，另一个为动子(mover)，所述定子和所述动子可进行相对移动。
发明的效果
根据具有上述构成的稀土类烧结磁体，可同时实现表面磁通密度的提高和厚度的减小。其结果为，就使用了该稀土类永磁体的发电机或者马达而言，不仅可增加发电量和/或扭矩，还可达成小型化和轻量化的目标。
根据具有上述构成的稀土类烧结体的制造方法，能够制造可同时实现表面磁通密度的提高和厚度的减小的稀土类烧结磁体的前驱体。其结果为，就使用了所制造的稀土类烧结体的发电机或者马达而言，不仅可增加发电量和/ 或扭矩，还可达成小型化和轻量化的目标。
此外，根据具有上述构成的稀土类烧结磁体的制造方法，能够制造可同时实现表面磁通密度的提高和厚度的减小的稀土类永磁体。其结果为，就使用了所制造的稀土类烧结磁体的发电机或者马达而言，不仅可增加发电量和/ 或扭矩，还可达成小型化和轻量化的目标。
另外，根据具有上述构成的线性马达，与先前的对被实施了平行取向的永磁体进行排列的情况相比，可提高扭矩。此外，还可在能维持所要求的扭矩的状态下实现线性马达的小型化和轻量化。另外，通过减小所要求的磁体的体积，也可消减制造成本。
附图说明
图1是本发明的稀土类烧结磁体的第1例的整体示意图。
图2是本发明的稀土类烧结磁体的第2例的整体示意图。
图3是第1例的稀土类烧结磁体中尤其是端部附近的易磁化轴的取向方向的示意图。
图4是第1例的稀土类烧结磁体中尤其是中央附近的易磁化轴的取向方向的示意图。
图5是第1例的稀土类烧结磁体中尤其是端部和中央之间的易磁化轴的取向方向的示意图。
图6是第1例的稀土类烧结磁体中第一表面上的表面磁通密度分布例的示意图。
图7是第2例的稀土类烧结磁体中尤其是端部附近的易磁化轴的取向方向的示意图。
图8是第2例的稀土类烧结磁体中尤其是中央附近的易磁化轴的取向方向的示意图。
图9是第2例的稀土类烧结磁体中尤其是端部和中央之间的易磁化轴的取向方向的示意图。
图10是第2例的稀土类烧结磁体中第一表面上的表面磁通密度分布例的示意图。
图11是本发明的线性马达的整体示意图。
图12是对表面磁通密度进行测量的测量线的示意图。
图13是实施例的表面磁通密度分布的示意图。
图14是对表面磁通密度进行测量的多个测量线的示意图。
图15是取向温度下的组合物(compound)熔融粘度和取向度之间的关系示意图。
符号说明
1 稀土类烧结磁体
2 第一表面
3 第二表面
10～12 测量线
15 线性马达
16 定子
17 动子
18 动子芯
19 绕线
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的稀土类烧结磁体、稀土类烧结体的制造方法、稀土类烧结磁体的制造方法及使用了稀土类烧结磁体的线性马达的具体实施方式进行详细说明。
[稀土类烧结磁体的构成]
首先，对本发明的稀土类烧结磁体1的构成的一例进行说明。图1是稀土类烧结磁体1的第1例的整体示意图。此外，图2是稀土类烧结磁体1的第2例的整体示意图。如图1和图2所示，本发明的稀土类烧结磁体1具有由长度方向的长度尺寸(B边)和与该长度方向正交的宽度方向(A边)构成的第一表面2。另外，在位于与该第一表面2相对的位置处(里侧)的第二表面3和第一表面2之间，还具有厚度方向的厚度尺寸(C边)。
稀土类烧结磁体1为对多个包含稀土类元素(除了锕(Actinium)的第3 族元素和镧系元素(Lanthanoid))的磁体材料粒子进行烧结而成的烧结磁体，优选为Nd-Fe-B系磁体等的稀土类各向异性磁体。
需要说明的是，就各成分的含量而言，例如，以重量百分比计，R(R为包括Y的稀土类元素中的1种或2种以上)为27.0～40.0wt％(优选为 28.0～35.0wt％，较佳为28.0～33.0wt％)，B为0.6～2wt％(优选为0.6～1.2wt％，较佳为0.6～1.1wt％)，Fe(优选为电解铁)为余量(至少65wt％以上)。此外，为了提高磁特性，还可少量地包含Co、Cu、Al、Si、Ga、Nb、V、Pr、 Mo、Zr、Ta、Ti、W、Ag、Bi、Zn、Mg等的其他元素或不可避杂质。接下来，如后所述，针对通过压粉成形而得的磁体粉末的成形体、或者、通过对由磁体粉末和高分子树脂混合而成的混合物(浆体(slurry)或组合物 (compound))进行成形而得的成形体进行磁场取向后，再进行烧结和磁化，即可制作稀土类烧结磁体1。
这里，稀土类烧结磁体1例如是具有长方体形状等的各种形状的永磁体。需要说明的是，尽管图1和图2所示的稀土类烧结磁体1具有长方体形状，但也可根据用途任意改变稀土类烧结磁体1的形状。例如可使其为长方体形状、梯形形状、半圆柱形状、扇形形状等。
但是，沿与包含厚度方向和宽度方向的面平行的方向进行切断时的剖面的形状为至少具有非圆形的形状。需要说明的是，本说明书中的“非圆形”是指，剖面的外周为圆以外的形状，例如，所谓的环(ring)形并不包含于“非圆形”。“非圆形”是指，例如矩形(可为正方形或长方形)、梯形、半圆形、扇形等。图1和图2所示的稀土类烧结磁体1为矩形。
此外，构成图1和图2所示的稀土类烧结磁体1的各个面内，特别地，将包含表面磁通密度最高的区域的面作为第一表面2。图1所示的例子中，位于由A边和B边所包围的上方的面为第一表面2。换言之，将包含相对的面的组合中的最大磁通量密度之差为最大的组中的表面磁通密度最高的区域的面作为第一表面2。同样，图2所示的例子中，位于由A边和B边所包围的上方的面也为第一表面2。需要说明的是，第一表面2磁化后具有磁极。另一方面，将位于与第一表面2相对的位置处(里侧)的、包含磁通量密度比第一表面2还低的区域的面作为第二表面3。另外，第一表面2(表面)的最大磁通量密度的绝对值除以第二表面3(里面)的最大磁通量密度的绝对值的值(商)(即，表面的最大磁通量密度的绝对值/里面的最大磁通量密度的绝对值)优选为4倍以上，较佳为5倍以上。通过在第一表面2上选择性地生成磁通量，可成为上述范围的稀土类烧结磁体1，就使用了所制造的稀土类烧结磁体的发电机或者马达而言，不仅可增加发电量和/或扭矩，还可达成小型化和轻量化的目标。
另外，本实施方式的稀土类烧结磁体1中，与第一表面2交叉的方向的厚度(即，C边的长度)为1.5mm～6mm，较佳为1.5mm～5mm。本实施方式中，通过具有极性各向异性取向，即使在使厚度范围为上述范围的情况下，尤其在第一表面2上也可获得特别大的表面磁通密度的最大值。
此外，作为一例，稀土类烧结磁体1的A边的长度优选为5mm～40mm，较佳为10mm～30mm。B边的长度优选为5mm～100mm，较佳为5mm～50mm。尤其是，C边的长度(厚度)相对于A边的长度(相当于与非圆形的剖面的厚度方向交叉的方向的长度)之比(比率)优选位于0.1～0.3的范围内，较佳位于0.1～0.25的范围内。通过位于该范围，不仅可增大最大磁通量密度的增加率，而且还可增大最大磁通量密度的最大值。
此外，稀土类烧结磁体1所含的磁体材料粒子的易磁化轴的取向方向进行了极性各向异性取向。具体而言，是指易磁化轴的取向方向例如像图1和图2所示的那样沿特定的一个方向(例如，图1和图2中的左右方向)连续变化的取向。上述极性各向异性取向可存在于稀土类烧结磁体1的整体，也可仅存在于其一部分。此外，还可对易磁化轴的变化起始点的角度和/或磁极的数量进行适当的变更。
以下，基于图1和图2对稀土类烧结磁体1的极性各向异性取向进行详细说明。以下的说明中，将由位于图1和图2的左侧的B边和C边构成的面作为左端部，并将由位于右侧的B边和C边构成的面作为右端部而进行说明。
就图1所示的稀土类烧结磁体1的极性各向异性取向而言，优选为，在将左端部至右端部设为100％的情况下的10％以下的尺寸区域内，如图3所示，包含易磁化轴的取向方向θ为0°±20°的区域。需要说明的是，将A边的左端部朝向右端部的方向作为基准角度(0度)。同样，就将右端部至左端部设为100％的情况下的10％以下的尺寸区域而言，如图3所示，也包含易磁化轴的取向方向为0°±20°的区域。
此外，如图4所示，在将右(左)端部至左(右)端部设为100％的情况下的40～60％的尺寸区域(中央区域)内，还包含易磁化轴的取向方向θ为90°±20°的区域。
另外，较佳为，如图5所示，在将左端部至右端部设为100％的情况下的20～30％的尺寸区域内，包含易磁化轴的取向方向为45°±20°的区域。此外，在将右端部至左端部设为100％的情况下的20～30％的尺寸区域内，还包含易磁化轴的取向方向为135°±20°的区域。
具有如上所述的取向的图1所示的稀土类烧结磁体1磁化后可在第一表面2的中央附近形成N极或S极。例如，图6所示的例子中形成了N极。另外，在沿着沿A边所设定的测量线10对第一表面2的法线方向的表面磁通密度进行测量的情况下，还示出了如图6所示的山形的表面磁通密度分布。尤其是，当测量线10位于自磁体表面开始的1mm的距离处时，表面磁通密度的最大值在350mT～600mT的范围内，优选为400～600mT，较佳为450～600mT。图1所示的稀土类烧结磁体1中，中央附近处示出了表面磁通密度的最大值。需要说明的是，就表面磁通密度分布而言，即使沿B边方向使测量线10进行了移动，也具有较高的一致性。即，即使将测量线10设定于A边附近，也可获得与测量线10被设定于远离A边的中央附近处时基本相同的形状的表面磁通密度分布。此外，表面磁通密度分布还具有较高的以穿过测量线10的中心的轴(穿过表面磁通密度的最大值的轴)为中心的对称性(线对称)。
另一方面，就图2所示的稀土类烧结磁体1的极性各向异性取向而言，优选为，在将左端部至右端部设为100％的情况下的10％以下的尺寸区域内，如图7所示，包含易磁化轴的取向方向θ为90°±20°的区域。同样，就将右端部至左端部设为100％的情况下的10％以下的尺寸区域而言，如图7所示，也具有易磁化轴的取向方向为90°±20°的区域。
此外，如图8所示，在将右(左)端部至左(右)端部设为100％的情况下的40～60％的尺寸区域(中央区域)内，还包含易磁化轴的取向方向θ为0°±20°的区域。
另外，较佳为，如图9所示，在将左端部至右端部设为100％的情况下的20～30％的尺寸区域内，包含易磁化轴的取向方向为135°±20°的区域。此外，在将右端部至左端部设为100％的情况下的20～30％的尺寸区域内，还包含易磁化轴的取向方向为45°±20°的区域。
具有如上所述的取向的图2所示的稀土类烧结磁体1磁化后可在第一表面2的左右端部形成N极和S极。例如，图10所示的例子中，左端部形成了S极，右端部形成了N极。此外，在沿着沿A边所设定的测量线10对第一表面2的法线方向的表面磁通密度进行测量的情况下，还示出了如图10 所示的类似正弦波的表面磁通密度分布。尤其是，当测量线10位于自磁体表面开始的1mm的距离处时，表面磁通密度的最大值在350mT～600mT的范围内，优选为400～600mT，较佳为450～600mT。图2所示的稀土类烧结磁体1 中，左端部附近和右端部附近处示出了表面磁通密度的最大值。需要说明的是，就表面磁通密度分布而言，即使沿B边方向使测量线10进行了移动，也具有较高的一致性。即，即使将测量线10设定于A边附近，也可获得与测量线10被设定在远离A边的中央附近处时大致相同的形状的表面磁通密度分布。此外，表面磁通密度分布还具有较高的以测量线10的中心点(表面磁通密度为0的点)为中心的对称性(点对称)。
[线性马达的构成]
接下来，对使用了上述稀土类烧结磁体1的线性马达15进行说明。线性马达15如图11所示基本上由定子16和与定子16的上表面侧相对配置且在定子16之上沿磁极的排列方向(图11的左右方向)可进行相对移动的动子 17构成。图11中特别地示出了使用了图2所示的稀土类烧结磁体1的例子。需要说明的是，图11中，作为线性马达，尽管以电枢可动式线性直流马达为例进行了说明，但本发明也可应用于其他线性马达(例如，线性感应马达、线性同步马达、线圈可动式线性直流马达、及磁体可动式线性直流马达)。
此外，就动子17而言，在隔着空气间隙与稀土类烧结磁体1相对的表面上还配置有电枢。电枢基本上由动子芯18和卷装在动子芯18上的多个绕线 19构成，这里动子芯18由电磁钢板等的磁性材料构成。另外，动子芯18由轭(yoke)和自轭沿一个方向突出的多个齿(teeth)构成，绕线19卷附在齿上。
另一方面，就定子16而言，如前所述在与动子17相对的表面上配置有多个稀土类烧结磁体1。尤其是第一表面2，其与动子17相对配置。需要说明的是，所配置的多个稀土类烧结磁体1之间可设置间隙，也可不没有间隙。另外，在不设置间隙的情况下，多个稀土类烧结磁体1相互之间也可通过粘接剂等进行粘接。
此外，稀土类烧结磁体1的背面还配置有用于构成磁路的背轭(back yoke)。另外，多个稀土类烧结磁体1以S极和N极沿动子17的移动方向交互配置的方式进行了磁化。
再有，在这样的构成中，向动子17的绕线19施加电流后，定子16和动子17之间会产生基于磁气(magnetism)的吸引力和排斥力，由此动子17可在定子16之上进行移动。尤其是在本发明中，定子16的稀土类烧结磁体1 具有极性各向异性取向，导致表面磁通密度的最大值相对于厚度的比率变大，所以，即使稀土类烧结磁体1的厚度较薄(例如，1.5mm～6mm)，也可获得较高的扭矩。
[稀土类烧结体及稀土类烧结磁体的制造方法]
接下来，对本发明的稀土类烧结磁体1及其前驱体即稀土类烧结体的制造方法的一实施方式进行说明。
稀土类烧结磁体1例如可通过包含下述步骤(1)～(6)的方法制造。即：(1)对稀土类磁体用原料合金(以下称磁体合金)进行微粉碎的步骤， (2)向进行了微粉碎的磁体粉末混合高分子树脂，以成形为长方体形状的步骤，(3)向成形体施加环形磁场的一部分(施加时间为10毫秒以下)，由此使磁体材料粒子的易磁化轴进行极性各向异性取向的步骤，(4)对进行了极性各向异性取向的成形体进行预烧的步骤，(5)一边沿与B边平行的方向(即，与易磁化轴的取向方向交叉的方向)向预烧体进行加压一边进行烧结，以获得稀土类烧结体的步骤，(6)向稀土类烧结体施加环形磁场以使其磁化的步骤。
步骤(1)的粉碎步骤例如可通过喷射式粉碎装置进行。粉碎后的磁体粉末的中心粒径优选为1μm～5μm。磁体合金优选为可获得高磁特性的稀土类 -铁-硼系烧结磁体。
步骤(2)的混合步骤可通过混炼装置进行。另一方面，成形步骤中可使用模具，该模具具有考虑到烧结时的磁体的体积减少而设计的长方体形状。另一方面，与磁体粉末混合的高分子树脂为不会使磁体合金氧化的材料，可使用与磁体粉末混合时会向其赋予适当的粘度的材料。由成形步骤所成形的成形体的厚度为1.5mm～6mm，较佳为1.5mm～5mm。通过位于这样的厚度范围，当进行环形磁场的施加时，磁体材料粒子的易磁化轴的取向性会变得非常良好。
作为所述高分子树脂，例如可列举出具有解聚性的聚合物。作为这样的聚合物，例如可列举出：异丁烯(Isobutylene)的聚合物即聚异丁烯(PIB)、异戊二烯(Isoprene)的聚合物即聚异戊二烯(异戊二烯橡胶，IR)、聚丙烯 (polypropylene)、使α-甲基苯乙烯(Methylstyrene)进行了聚合的聚合(α- 甲基苯乙烯)、聚乙烯(polyethylene)、1,3-丁二烯(butadiene)的聚合物即聚丁二烯(丁二烯橡胶，BR)、苯乙烯(styrene)的聚合物即聚苯乙烯、苯乙烯和异戊二烯的共聚物即苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)、异丁烯和异戊二烯的共聚物即丁基橡胶(IIR)、苯乙烯和丁二烯的共聚物即苯乙烯- 丁二烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯、乙烯及丁二烯的共聚物即苯乙烯-乙烯 -丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯、乙烯及丙烯的共聚物即苯乙烯- 乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS)、乙烯和丙烯的共聚物即乙烯-丙烯共聚物 (EPM)、使乙烯、丙烯及二烯单体进行了聚合的EPDM、2-甲基-1-戊烯的聚合物即2-甲基-1-戊烯聚合树脂、2-甲基-1-丁烯的聚合物即2-甲基-1-丁烯聚合树脂等。此外，就作为高分子树脂而使用的聚合物而言，其可为包含少量含有氧原子和氮原子的单体的聚合物或共聚物(例如，聚甲基丙烯酸丁酯 (polybutylmethacrylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)等) 的构成，但优选为不含氧原子和氮原子的聚合物。通过使用不含氧原子和氮原子的树脂，可对磁体材料粒子的污染进行抑制，并可防止残留磁通量密度、矫顽力等的磁特性的下降。
就高分子树脂而言，可采用如下方式进行添加，即：高分子树脂相对于磁体材料粒子和高分子树脂的合计量之比为1wt％～40wt％，优选为 3wt％～30wt％，较佳为3wt％～15wt％。通过位于这样的范围，可使磁体材料粒子均匀地分散在组合物中，并可消除磁体材料粒子的疏密(即，不均匀性)。此外，磁体材料粒子相对于磁体材料粒子和含有高分子成分和油成分的有机材料成分的合计量之体积分率(volume fraction)优选为50～60％。通过位于这样的范围，可使磁体材料粒子均匀地分散在组合物中，并可消除磁体材料粒子的疏密(即，不均匀性)。
步骤(3)的环形磁场施加步骤可使用具备多层线圈和大容量电容器的脉冲磁场发生装置。极性各向异性取向可通过使大容量电容器中蓄积的电流瞬间流入多层线圈，并沿与由A边和C边构成的面平行的方向施加磁场而实现。此时的最大电流例如为8kA～16kA，脉冲宽度例如为0.3毫秒～10毫秒。也可实施多次环形脉冲磁场的施加。通过采用这样的方法，即使成形体的厚度在上述范围，也可获得很大的表面磁通密度的最大值(例，350mT以上)。此外，就所述极性各向异性取向步骤而言，可在由磁体材料粒子和高分子树脂混合而成的混合物的脉冲磁场的施加的温度下的熔融粘度变为900Pa·s 以下的温度下进行实施，优选为700Pa·s以下，较佳为300Pa·s。如果为 300Pa·s以下，则即使磁场施加次数为1次，也可使取向度为93％以上。所施加的脉冲磁场强度优选为2T以上，较佳为3T以上。通过通过所述磁场强度进行取向，即使是混合物也可提高其取向度。
步骤(4)的预烧步骤用于在进行正式烧结之前使成形体所含的有机成分(高分子树脂)脱离(去除)。预烧条件例如为与大气压相比还进行了加压的氢气气氛下的400℃～600℃。
步骤(5)的烧结步骤中，采用将预烧后的成形体放入石墨模具内，以使其沿与B边平行的方向(即，与易磁化轴的取向方向交叉的方向)产生烧结收缩的方式，一边将成形体升温至烧成温度(例如，700～1000℃)，一边沿与B边平行的方向(即，与易磁化轴的取向方向交叉的方向)进行加压，并同时进行加热。需要说明的是，作为烧结方法例如可使用热压烧结、SPS 烧结等。通过这样的方法，烧结后也可较好地对通过施加环形磁场而获得的极性各向异性取向进行维持。加压值优选为3MPa～20MPa。需要说明的是，通过实施至上述步骤(5)为止的步骤即可制造作为稀土类烧结磁体1的前驱体的稀土类烧结体。
步骤(6)的磁化步骤中，作为磁化器，可使用与步骤(3)中使用的装置同样的装置。磁化是指，向步骤(5)中进行了烧结的稀土类烧结体施加外部磁场以使其磁化的步骤。就脉冲宽度而言，为了防止磁化不足，优选为大至数毫秒的宽度。
实施例
以下，通过与比较例进行比较来对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
通过喷射式粉碎装置对钕·铁·硼系合金进行粉碎，以使其中心粒径变为3μm，接着向粉碎后的磁体粉末中混合苯乙烯·异戊二烯嵌段共聚物(SIS 树脂：日本Zeon株式会社制Q3390)，并将其填充至A边×B边×C边＝ 19mm×14mm×4mm的模具，由此进行了成形。具体而言，针对100重量份的磁体粉末，混合4重量份的SBS树脂、1.5份的1-十八炔(octadecyne)、及 4.5份的1-十八烯(octadecene)，由此调制了由磁粉和粘合剂(binder)成分组成的组合物。使用具备多层线圈和大容量电容器的脉冲磁场发生装置，沿与由A边和C边构成的面平行的方向，向该成形体施加环形磁场的一部分 (施加时间为0.7毫秒以下)，并重复了3次，藉此使磁体材料粒子的易磁化轴像图2所示的那样进行了极性各向异性取向。需要说明的是，施加环形磁场时的组合物的温度为120℃。接着对进行了极性各向异性取向的成形体在0.8MPa的加压氢气气氛中并在500℃下进行了预烧。然后将该预烧体放入石墨模具内，一边沿与B边平行的方向进行加压，一边在1000℃下进行烧结，由此获得了A边为19mm、B边为6.8mm、且C边(厚度)为4mm的稀土类烧结体(磁体前驱体)。之后，将脉冲磁场发生装置作为磁化器来使用，并将该稀土类烧结体磁化至最大磁通量密度基本上饱和为止，由此获得了稀土类烧结磁体。
(比较例1)
从NeoMag株式会社购入了A边为20mm、B边为20mm、C边(厚度) 为4mm、且易磁化轴的取向方向与C边平行的烧结钕磁体(材质N40)。
(比较例2)
从NeoMag株式会社购入了C边为10mm的与比较例1同样的烧结钕磁体。
(实施例2、3)
除了对组合物的成形尺寸进行了改变之外，与实施例1同样地进行了实验。需要说明的是，实施例2中使用了19mm×14mm×2mm的模具进行了成形，实施例3中使用了19mm×14mm×6mm的模具进行了成形。同时，稀土类烧结体的C边(厚度)分别为2mm和6mm。
(实施例4)
与实施例1的不同点在于，作为粘合剂成分使用了苯乙烯·丁二烯弹性体(SBS树脂JSR株式会社制TR2250)。具体而言，相对于100重量份的磁体粉末，混合了5重量份的SBS树脂、1.2份的1-十八炔、及3.6份的1- 十八烯，由此调制了由磁粉和粘合剂成分组成的组合物。
此外，与实施例1的不同点还在于，施加磁场的取向温度为150℃，磁场施加次数为5次。其他条件与实施例1相同，由此进行了实验。
(实施例5)
与实施例1的不同点在于，作为粘合剂成分使用了苯乙烯·丁二烯弹性体(SBS树脂JSR株式会社制TR2003)。具体而言，相对于100重量份的磁体粉末，混合了4.9重量份的SBS树脂、1.2份的1-十八炔、及3.6份的 1-十八烯，由此调制了由磁粉和粘合剂成分组成的组合物。
此外，与实施例1的不同点还在于，施加磁场的取向温度为150℃，磁场施加次数为5次。其他条件与实施例1相同，由此进行了实验。
(实施例6)
与实施例1不同之处在于，作为粘合剂成分使用了苯乙烯·丁二烯弹性体(SBS树脂JSR株式会社制TR2003)。具体而言，相对于100重量份的磁体粉末，混合了4重量份的SBS树脂、1.5份的1-十八炔、及4.5份的1- 十八烯，由此调制了由磁粉和粘合剂组成的组合物。
此外，与实施例1的不同点还在于，施加磁场的取向温度为150℃，磁场施加次数为5次。其他条件与实施例1相同，由此进行了实验。
(参考例)
除了对组合物的成形尺寸进行了改变之外，与实施例1同样地进行了实验。需要说明的是，参考例中使用19mm×14mm×10mm的模具进行了成形。同时，稀土类烧结体的C边(厚度)为10mm。
＜评价＞
[表面磁通量波高值]
针对上述实施例和比较例1、2的稀土类烧结磁体，使用(株式会社)IMS 制的三维磁场矢量分布测量装置(MTX-5R)对其表面磁通密度进行了测量。测量时，使用非磁性体的固定夹具对磁体单体的表面磁通密度进行了测量。此外，如图12所示，针对自第一表面2开始的1mm的距离处的表面磁通密度，沿着穿过B边中心且与A边平行而设定的测量线10进行了测量。需要说明的是，测量时，除了磁通量密度较高的第一表面2之外，还对其相反侧的磁通量密度较低的第二表面3也进行了测量。
另外，按照每0.004mm进行一次采样(sampling)的方式，对从磁体表面相对于法线方向的磁通量密度进行了测量。其结果如下。此外，尤其还在图13中对实施例的表面磁通密度分布进行了表示。
Figure BDA0002213234010000151
就实施例1的表面磁通密度的最大值(绝对值)而言，第一表面2上为 473mT，另一方面，第二表面3上为95mT。第一表面2上的表面磁通密度的最大值(绝对值)和磁通量稀疏面上的表面磁通密度的最大值(绝对值)之比约为5.0倍。由此可知，本实施例的稀土类烧结磁体1中，第一表面2的磁通量密度与第二表面3相比非常高。由此可确认到，磁通量被高效地集中在了一个面上。
此外，就实施例1～6的稀土类烧结磁体1而言，尤其是与第一表面2交叉的方向的厚度在1.5mm～6mm的范围内，并且第一表面2的表面磁通密度的最大值在350mT～600mT的范围内。另外，第一表面2上的表面磁通密度的最大值除以磁体厚度的值(商)为90mT/mm以上，由此可知，所得到的是一种单位厚度的表面磁通密度较高的磁体。第一表面2上的表面磁通密度的最大值除以磁体厚度的值(商)较佳为100mT/mm以上，更佳为110mT/mm 以上。
此外，就各实施例的最大磁通量密度相对于进行了与相同尺寸的厚度方向平行的平行取向的稀土类烧结磁体的最大磁通量密度的增加率而言，各实施例中示出了至少1.8倍以上的增加率，由此可知，与平行取向相比，大幅度地提高了最大磁通量密度。
另一方面，比较例1～2中，在与第一表面2交叉的方向上的厚度在 1.5mm～6mm的范围内的情况下，第一表面2的表面磁通密度的最大值小于 350mT。另一个面，在第一表面2的表面磁通密度的最大值在350mT～600mT 的范围内的情况下，与第一表面2交叉的方向上的厚度大于6mm。即，由此可知，所得到的是一种单位厚度的表面磁通密度较低的磁体，为了实现所要求的表面磁通密度(350mT～600mT)，需要较大的厚度。此外，就参考例而言，所得到的尽管是一种具有与实施例同样的极性各向异性取向的稀土类烧结磁体，但即便是与第一表面2交叉的方向上的厚度为10mm，最大磁通量密度也仅为591mT。也就是说，第一表面2上的表面磁通密度的最大值除以磁体厚度的值(商)为59mT/mm，由此可知，所得到的是一种单位厚度的表面磁通密度较低的磁体。
[B边方向的一致性]
另外，还对第一表面2的沿着测量线的磁通量密度分布的、在使测量线沿B边方向移动的情况下的一致性进行了评价。首先，如图14所示，对B 边进行4等分，接着，除了中央处的第1测量线10之外，针对前侧的第2 测量线11和里侧的第3测量线12，与第1测量线10同样地，分别将其设定在与A边平行且自磁体表面向上离开了1mm的位置处。然后，进行针对从第2测量线11和第3测量线12的各端部开始至另一个端部为止的范围的按照每0.004mm进行一次采样的设定，由此对从磁体表面相对于法线方向的磁通量密度进行了测量。接下来，使用基于第2测量线11而得到的表面磁通密度a和基于第3测量线12而得到的表面磁通密度b，计算出了磁通量密度分布的一致性。
具体而言，在将沿着测量线的从一个磁体端部开始的距离设为x、将从一个磁体端部开始移动了距离x的测量点处的表面磁通密度a表示为Fa(x)、并将表面磁通密度b表示为Fb(x)的情况下，表面磁通量的一致性P可由下式(1)表示。需要说明的是，式中的N为测量点的个数(19mm/0.004mm)。
[式1]
Figure BDA0002213234010000171
其结果为，如上述表1所示，就沿着B边方向的表面磁通密度分布的一致性而言，实施例1中为0.11，由此可知其一致性非常高。其原因可被认为是，通过对组合物材料进行脉冲磁场取向，取向的精度提高了，同时还消除了磁体材料粒子的疏密(不均匀性)，此外，由于可一边通过加压烧结对其进行保持一边进行烧结，故表面磁通密度的一致性也提高了。表面磁通密度分布的一致性优选为0.5以下，较佳为0.3以下。
[沿测量线的对称性]
此外，还对第一表面2的沿着测量线的磁通量密度分布的、沿测量线的对称性进行了评价。首先，针对从图12所示的测量线10的端部开始至另一个端部为止的范围，进行每0.004mm实施一次采样的设定，由此对自磁体表面离开了1mm的位置处的表面磁通量进行了测量。然后，针对所获得的表面磁通密度的绝对值，计算出了表面磁通密度的对称性。
具体而言，在将沿测量线自中央处(即，表面磁通密度为0的位置)开始的距离设为x的情况下，如果将沿宽度方向自中央处向一个磁体端部移动了距离x的测量点处的表面磁通密度表示为Fc(x)，并将沿宽度方向自中央处向另一个磁体端部移动了距离x的测量点处的表面磁通密度表示为Fd (x)，则表面磁通密度分布的对称性Q可由下式(2)表示。需要说明的是，式中的N为各方向上的测量点的个数(9.5mm/0.004mm)。
[式2]
Figure BDA0002213234010000172
其结果为，如上述表1所示，就沿着测量线的表面磁通密度分布的对称性而言，实施例1中为0.27，由此可知，对称性非常高。其原因可被认为是，通过对组合物材料进行脉冲磁场取向，取向的精度提高了，同时还消除了磁体材料粒子的疏密(不均匀性)，此外，由于可一边通过加压烧结对其进行保持一边进行烧结，故表面磁通密度的对称性也提高了。表面磁通密度分布的对称性优选为1.5以下，较佳为1.0以下，更佳为0.5以下。
[组合物熔融粘度]
使用东洋精机制作所制的毛细管流变仪(capilograph)1DPMD―C，对熔融粘度进行了测量。使加热后的汽缸(cylinder)中的熔融了的树脂按照一定速度进行挤出，并通过压力传感器(load cell)对其负荷进行了检测。之后，根据下面的式(3)～式(6)计算出了熔融粘度η(Pa·s)。
[式3]
Q＝A×v····(3)
[式4]
Figure BDA0002213234010000181
[式5]
Figure BDA0002213234010000182
[式6]
Figure BDA0002213234010000183
这里，Q为体积流量(mm3/s)，A为活塞(piston)的剖面积(mm2)， v为活塞的速度(mm/s)，γ为表观剪切速率(apparent shear rate)(s-1)， D为毛细管(capillary)内径(mm)，τ为表观剪切应力(Pa)，p为检测负荷(Pa)，L为毛细管长度(mm)。在剪切速率γ为243s-1且L/D为1/10 的条件下进行了测量。
实施例1～6中，施加磁场时的温度即取向温度下的组合物的熔融粘度为 900Pa·s以下。取向时的组合物的熔融粘度较低，故磁粉相对于所施加的磁场容易进行转动，由此可对组合物所含的各磁粉的取向的参差不齐进行抑制。其结果为，可提高所获得的稀土类磁体烧结体的最大磁通量密度，并可制作与第一表面2交叉的方向上的厚度在1.5mm～6mm的范围内、且第一表面2 的表面磁通密度的最大值在350mT～600mT的范围内的稀土类磁体烧结体。此外，通过为组合物，还可使磁体材料粒子均匀分散，并可抑制磁体材料粒子的疏密(不均匀性)。其结果为，表面磁通密度分布的基于部位的参差不齐较小，由此可提高表面磁通密度分布的对称性和一致性。
[组合物肖氏A硬度]
使用上岛制作所制的肖氏A硬度计(HD―1100)对肖氏A硬度进行了测量。在对2个通过使用了模具的压缩成形而制作的厚度为4mm左右的组合物进行了重叠的试料的表面内，将硬度计按压在相互之间离开了6mm以上的位置的5个点处，并在自按压时起的15秒钟后读取了刻度上的指示值。之后，将所测量的5个点的中央值作为了组合物的肖氏A硬度。
实施例1～6中，可知室温下的肖氏A硬度为A30以上。通过为该硬度以上，可提高室温下的自模具脱模时的脱模性，由此可提高生产性。
Figure BDA0002213234010000201
通过使取向时的温度下的组合物熔融粘度为900Pa·s以下，并使室温下的肖氏A硬度为A30以上，不仅可提高最大磁通量密度还可提高自模具脱模时的脱模性。就具有这样的物性的组合物而言，例如，可通过使用树脂中所含的热塑性部位的含有率为40％以上的树脂来实现。这里热塑性部位例如是指苯乙烯、丙烯、乙烯。实施例1～6中，通过使用树脂中的热塑性部位即苯乙烯的含有比例为40％以上的树脂，可获得所述组合物的物性。通过包含40％以上的苯乙烯这样的室温下较硬、高温下进行熔融的部位，可同时提高最大磁通量密度和自模具脱模时的脱模性。在热塑性部位过多的情况下，组合物会变得非常脆，难以进行保形，所以树脂中的热塑性部位的含有率优选为80％以下，较佳为60％以下。此外，由于还需要使磁粉均匀分散在组合物中，所以最好添加末端具有三键(triple bond)的烃系材料。
(参考例：平行取向磁体的取向度)
除了将向组合物施加的脉冲磁场改变为与C边(厚度)方向平行的平行磁场，并将组合物成分和取向条件变更为如表3所示之外，与实施例1同样地进行了实验。需要说明的是，就烧结而言，并不进行加压，而是在减压气氛中并在1000℃下进行了烧结。取向度则示出了Br相对于向稀土类烧结磁体施加了80kOe的磁场时的Js的比例(Br/Js×100[％])。
由此可知，在施加脉冲状磁场时的组合物温度即取向温度下的组合物的熔融粘度为900Pa·s以下的情况下，稀土类烧结磁体的取向度为93％以上。其原因可被认为是，由于组合物熔融粘度较低，所以磁粉容易进行转动，磁粉沿脉冲状磁场的方向容易进行取向。此外，还存在脉冲状磁场的施加次数越多，越容易提高取向度的趋势，但从生产性的角度来说，优选为磁场施加次数较少。通过使组合物熔融粘度更低，脉冲状磁场的施加次数至少可容易地提高取向度。因此，取向时的温度下的组合物熔融粘度优选为900Pa·s 以下，较佳为700Pa·s以下，更佳为300Pa·s以下。通过为300Pa·s以下，磁场施加次数即便是1次也可使取向度达到93％以上(图15)。
Figure BDA0002213234010000221
(参考例：室温下的组合物的肖氏A硬度和脱模性的关系)
取向时的温度下的组合物熔融粘度越低，取向度越高，但同时也存在自模具脱模时的组合物的脱模性变差的倾向。也就是说，就进行了低粘度化的组合物而言，与模具表面之间的润湿性(wettability)提高了的同时，还具有粘着性(tackiness)，所以难以从模具中取出取向后的组合物，会导致生产性大幅降低。
由(表4)可知，为了提高脱模性，增大室温下的肖氏A硬度(即，使其变硬)较为有效。室温(23℃)下，肖氏A硬度为A30时，可使附着至模具的组合物的附着重量的比例为1％以下，为A40以上时，可使其0.3％以下，而为A50以上时，则不会产生附着。
Figure BDA0002213234010000231
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内，还可进行各种各样的改良和变形。
例如，就磁体粉末的粉碎条件、混炼条件、磁场取向步骤、预烧步骤、烧结步骤等而言，并不限定于上述实施例中记载的条件。例如，上述实施例中，尽管采用了基于喷射机的干式粉碎法进行了粉碎，但也可采用使用了珠磨机的湿式粉碎法对磁体原料进行粉碎。此外，就实施预烧步骤时的气氛而言，只要是非氧化性气氛，也可在氢气气氛以外的其他气氛(例如，氮气气氛、He气氛等、Ar气氛等)中进行。另外，还可在大气压或比大气压还低的压力下实施预烧步骤。此外，也可省略预烧步骤。此情况下，有机成分(高分子树脂)可在烧结步骤的过程中被去除。
另外，本实施方式中，尽管以Nd-Fe-B系磁体为例进行了说明，但也可使用其他磁体(例如，钴磁体(cobalt magnet)、铝镍钴磁体(alnico magnet)、铁氧体磁体(ferritemagnet)等)。
本发明并不限定于上述各实施方式，在权利要求书所示的范围内还可进行各种各样的变更，此外，通过对不同实施方式中分别公开的技术手段进行适当组合而获得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
本申请主张基于2017年4月7日申请的日本专利申请第2017-076612号的优先权，并以引用的方式将该日本申请的内容全部援引于本申请。

Claims (10)

1.一种稀土类烧结磁体，其由多个磁体材料粒子烧结而成，表面磁通密度的最大值在350mT～600mT的范围内，厚度在1.5mm～6mm的范围内，
与所述厚度方向平行的剖面为非圆形，
所述剖面中具有所述磁体材料粒子的易磁化轴进行了极性各向异性取向的区域，
所述稀土类烧结磁体的长度方向的表面磁通密度的分布一致，由下述式(2)表示的宽度方向的对称性Q值为0.5以下，
Figure FDA0003769495350000011
式中，x是沿测量线自中央处、即表面磁通密度为0的位置开始的距离，Fc(x)是沿宽度方向自中央处向一个磁体端部移动了距离x的测量点处的表面磁通密度，Fd(x)是沿宽度方向自中央处向另一个磁体端部移动了距离x的测量点处的表面磁通密度，N为各方向上的测量点的个数。
2.如权利要求1所述的稀土类烧结磁体，其中，
所述厚度相对于与所述非圆形的剖面在所述厚度方向交叉的方向上的长度的比率在0.1～0.3的范围内。
3.一种稀土类烧结磁体的制造方法，其是制造权利要求1或2所述的稀土类烧结磁体的方法，该方法具有：
向对包含磁体粉末和高分子树脂的混合物进行成形而获得的成形体施加脉冲磁场，从而对成形体中的至少部分区域进行极性各向异性取向的步骤；和
对进行了极性各向异性取向的所述成形体进行烧结的步骤，
所述混合物在室温下的肖氏A硬度为A30以上，
所述进行极性各向异性取向的步骤在所述混合物的熔融粘度成为900Pa·s以下的温度下实施。
4.如权利要求3所述的稀土类烧结磁体的制造方法，其中，
被施加脉冲磁场的成形体的厚度在1.5mm～6mm的范围内。
5.如权利要求3所述的稀土类烧结磁体的制造方法，其中，
所述进行极性各向异性取向的步骤在所述混合物的熔融粘度为300Pa·s以下的温度下实施。
6.如权利要求3所述的稀土类烧结磁体的制造方法，其中，
进行烧结的步骤在加压下对所述成形体进行烧结。
7.如权利要求3所述的稀土类烧结磁体的制造方法，其中，
所述高分子树脂为不含杂原子的烃系树脂。
8.如权利要求3所述的稀土类烧结磁体的制造方法，其中，
所述混合物中的磁体粉末的含量为50～60体积％。
9.如权利要求3所述的稀土类烧结磁体的制造方法，其中，
在对所述成形体进行烧结的步骤之后，还具有：
对烧结体进行磁化的步骤。
10.一种线性马达，其具备：
沿直线方向排列的一个或多个权利要求1或2所述的稀土类烧结磁体；和
隔着空气间隙与所述稀土类烧结磁体对置的电枢，
所述稀土类烧结磁体和所述电枢中的一个为定子，另一个为动子，所述定子和所述动子可进行相对移动。
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