CN1211810C - 烧结环形磁铁 - Google Patents
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Abstract
一种沿轴向将数个环形磁铁部分烧结形成一个整体的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，使用具有模具、在模具的模穴内可升降的上冲头和下冲头、和设在模具内的定向用线圈的成形金属模具，通过向定向用线圈通电，产生极各向异性的定向磁场，同时压缩模穴内烧结环形磁铁用细粉，形成沿极各向异性方向进行定向，轴向长度Lo和外径Do满足0.5＜Lo/Do≤2关系的预制品，通过将该成形工序重复数次，形成轴向长度L和外径Do满足0.5＜Lo/Do≤10关系的极各向异性环状制品，将本制品进行烧结、然后进行热处理。
Description
技术领域
本发明是关于具有极各向异性的一个整体的，而且是长尺寸的高磁力烧结环形磁铁。
技术背景
在步进电动机等旋转机中多数使用极各向异性圆筒状永久磁铁。在特公平8-28293号的实施例4中记载了一种烧结环形磁铁(外直径23.90mm、轴向长度10.35mm)，是将由Nd0.90Dy0.10(Febal.B0.08Nb0.15)5.4形成组成的合金粉末，在12极的极各向异性磁场中进行压力成形，在所得制品中的内侧插入直径为17.72～20.60mm，轴线方向长度为20mm SUS 304制的芯(为防止烧结，表面实施氧化处理)，通过烧结得到内直径圆度为0.03～0.12mm的烧结环形磁铁。利用特公平8-28293号记载的方法，可获得不产生龟裂、良好的内直径圆度和具有很高磁力的各向异性环形磁铁，并能制造出高性能的电动机。
然而，人们已知，为了用所获得的轴向长度在20mm以上的长尺寸各向异性烧结环形磁铁成形长尺寸的环状制品，即使单纯加长成形用金属模具的模穴深度(用于加工成环状制品的轴向上的冲程)，也会导致磁场强度显著降低。其结果是，所得长尺寸极各向异性烧结环形磁铁的定向度降低，得不到具有高磁特性的极各向异性烧结环形磁铁。
为了满足长尺寸化和高磁特性的要求，在日本特许第3083510号中提出一种结构，如图12所示，即，作为无刷电动机用的转子结构，是将数个烧结极各向异性磁铁，使表示磁极的标记沿轴向叠置构成。在图12中，烧结极各向异性磁铁205以8极定向，同时，以180°间隔设置2个凹状的磁极表示标记206。各磁铁的轴向长度在23mm以下，把磁铁的外面和轴向端面进行研磨。决定磁位置用的凹部213设在轴向端面上。转子210，是将磁极表示标记206对接，在轴向上将2段烧结极各向异性磁铁205叠置，与轴211用树脂212构成一个整体而形成的。转子210的磁铁部分轴向总长度在38mm以上，2个烧结极各向异性磁铁205的轴向长度大致相同。树脂212在轴向上具有凸部215。将磁铁表示标记206设在外直径侧轴向的磁极端部，这样可抑制磁铁烧成时产生裂痕，磁铁的质量可稳定在高水平，并能廉价提供低振动、高输出、高效率的无刷电动机。
然而，在日本特许第3083510号提出的方案中，需要在轴向上叠置、粘合数个各向异性的环形磁铁，所以，存在粘合作业繁杂和粘合作业需要很多工时的问题。
人们还知道，即使是利用老方法可成形的形状，也还存在烧结极各向异性环形磁铁所固有的问题，如伴随着长尺寸化，轴向上形成的磁铁倒塌现象变得显著，每个磁极部分的磁性标准离差也变得很大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种磁性标准离差小，具有高磁力的整体长尺寸烧结极各向异性环形磁铁。
本发明的具有极各向异性烧结环形磁铁，其特征是具有在轴向上由数个环形磁铁部分接合成一个整体的构造，相邻的环形磁铁部分的接合部，在径向上延伸到上述烧结环形磁铁的内外周面之间，并进行烧结，上述烧结环形磁铁的轴向长度L和外直径Do满足如下关系，即，0.5＜L/Do≤10。
所谓各环形磁铁部分的轴向长度Lo和外直径Do最好满足0.5＜Lo/Do≤2的关系。
烧结环形磁铁在由以R2T14B金属间化合物(R是包括Y在内的稀土元素中的至少1种，T为Fe或Fe和Co)为主相的烧结磁铁形成时，可达到高的旋转机特性，实用性高。烧结环形磁铁由铁氧体磁铁形成时，可构成价格性能比良好的旋转机。烧结环形磁铁可利用铁氧体磁铁形成。
在轴向上使数个环形磁铁部分烧结形成一个整体的本发明烧结环形磁铁的制造方法，其特征是使用一种成形用金属模具，其具有铸模、在该铸模的模穴内可升降的上冲头和下冲头，以及设在该铸模内的定向用线圈，通过向上述定向用线圈通电产生极各向异性定向磁场，同时在上述模穴内压缩烧结环形磁铁用细粉，形成在极各向异性方向上定向的预制品，其轴线方向长度Lo和外直径Do满足0.5＜Lo/Do≤2的关系，将该成形工序重复数次，形成轴向长度L和外直径Do满足0.5＜L/Do≤10关系的极各向异性环状本制品，将该本制品进行烧结，接着进行热处理。
在每次预成形中，使预制品在模穴内移动，这时，使上冲头和下冲头中的至少一个原样地与上述预制品接触，并使上述预制品在模穴内移动是优选的。
最好将上述模穴的轴向断面形状形成正多边形。
为了得到具有倾斜定向磁极的烧结环形磁铁，沿着上述成形用金属模具的轴向，设置数个与各环形磁铁部分对应的数个定向用线圈所构成的定向用线圈群，最好使上述定向用线圈的位置，在圆周方向上依次与每个定向用线圈群错开一些。
附图说明
图1是表示本发明的烧结环形磁铁的侧视图。
图2是表示组装了本发明烧结环形磁铁之一例的转子侧视图。
图3是用于本发明的烧结环形磁铁成形用的金属模具之一例的断面图。
图4是表示本发明的烧结环形磁铁用制品形状的简要断面图。
图5是表示本发明的烧结环形磁铁形状的简要断面图。
图6是表示用于本发明的烧结环形磁铁成形的金属模具另一例的断面图。
图7是表示本发明的烧结环形磁铁形状另一例的断面图。
图8是表示组装了本发明烧结环形磁铁的转子另一例侧视图。
图9是表示制造斜定向的烧结环形磁铁用制品的工序实例断面图。
图10是表示组装了本发明的烧结环形磁铁的转子另一例的侧视图。
图11是表示使用极各向异性烧结环形磁铁时相邻磁极间角度的偏差，以及，装入该磁铁的旋转机捻缝扭矩(コギングトルク)和标准离差的关系曲线图。
图12是表示组装了日本特许第3083510号公开的烧结环形磁铁的转子侧视图。
实施本发明的最佳方案
[1]烧结环形磁铁的形状
如图1所示，本发明的烧结环形磁铁1具有：(a)轴向长度L和外直径Do满足0.5＜L/Do≤10的关系；(b)使数个环形磁铁部分1a、1b、1c在轴向上接合成一个整体的构造，相邻的环形磁铁部分的接合部2a、2b，在径向上在上述烧结环形磁铁1的内外周面之间延伸，同时进行烧结。
当L/Do小于0.5时，与以前的1段制品比较，相邻磁极间角度θ的标准离差显著小。当L/Do在0.8以上，特别是1.0以上时，与一段制品的差异变得很显著。然而，当L/Do大于10时，即使进行预成形，但最终制品的密度仍然过低。
对于长度L和外直径尺寸Do，L＝20～100mm，优选的是L＝25～50mm；Do＝5～10mm，优选的是Do＝8～30mm。Do＜5mm时，实际上难以赋与极各向异性，而Do＞100mm的烧结环形磁铁，不适宜小型化的要求。L＜20mm时，与以前的1段制品没有实质性差异，L＞100mm时，不适宜小型化的要求。
各环形磁铁部分1a、1b、1c的长度Lo和外直径Do，满足0.1≤Lo/Do≤2的关系是优选的。满足0.15≤Lo/Do＜1是更优选的，而0.2≤Lo/Do＜0.8是特别优选的。Lo/Do小于0.1时，在后述的制造方法中，第一预制品会对其后的预制品的定向产生影响，在相邻环形磁铁的接合部产生表面磁通量密度降低。在由数个环形磁铁部分烧结形成一个整体的烧结环形磁铁中，发现沿轴向磁化部分的表面磁通量密度，在接合部位降低1～20％，而且，这种降低沿周向是连续的。因此，Lo/Do小于0.1是不理想的。当Lo/Do小于0.1时，存在的问题是要获得所要求的总长度L，预成形次数会变得过多。
反之，当Lo/Do超过2时，成形金属模具的模穴深度变得过深，磁铁细粉的填充密度很容易产生偏差，所得制品的密度产生局部偏差，收缩率发生变化。结果是各磁极的磁性产生偏差，在应用于旋转机时，担心产生捻缝扭矩。
烧结环形磁铁1的内直径Di和外直径Do，满足0.5≤Di/Do≤0.97的关系是优选的。若Di/Do比在此范围内，可得到充分薄的烧结环形磁铁，同时，也能顺利地将磁粉供入模穴内。更优选的范围是0.6＜Di/Do≤0.95，特别优选的范围是0.75≤Di/Do≤0.93。
[2]烧结环形磁铁的制造方法
与在磁化阶段决定磁极的位置和数量的径向环形磁铁不同，极各向异性环形磁铁是在定向阶段决定磁极的位置和数量。为此，在多段成形中，通过数次预成形作业，使各磁极常常形成相同的位置，所以必须严格管理磁极位置的确定。例如，如果使用定向磁场用线圈的轴向长度比L长的成形金属模具，在进行第一次预成形后，供给原样磁粉进行第二次预成形，这样可以得到磁极位置不发生偏移，长度L的长尺寸环形磁铁。
然而，使用具有长定向磁场用线圈的成形金属模具进行多段成形时，即使提高制品的密度，由于导致磁场强度的显著降低，从而定向度降低。为此，需要在线圈的轴向长度短的成形金属模具内进行多段成形。这时，必须使预制品不能相对于模穴产生转动。
若预制品发生转动，当然各段中预制品的磁极位置要发生偏移。其结果是，在各预制品中，磁极的相邻磁极间角度θ(参照图4)产生偏差，不能形成良好的转子用的环形磁铁。一边使与上下冲头接触，一边使预制品向模穴内移动，通过使模穴断面形成圆形状以外的形状，可防止预制品的磁极位置发生偏移。在下冲头和/或上冲头的预制品面上设置一些凹凸，也可防止预制品转动，反之使其旋转也能控制磁极偏移。
为获得本发明烧结环形磁铁的磁粉成形，例如可使用具有图3成形金属模具50(对称8极的极各向异性定向用)的压力机进行。在成形金属模具50中，在由强磁性体形成的模具46空间的中心，配置由非磁性体形成的正八边形状的芯48。在模具46的正八边形状内面的各边上，形成一个沟槽58，在各个沟槽58中埋设用于产生磁场的线圈56，在模具46的内周面上，设置正八边形状的非磁性隔板57，使覆盖住沟槽58。隔板57和芯48之间的环状空间是模穴47。当向各线圈56通电时，在模穴47内产生箭头所示的磁通，在隔板57的角落部分形成相互交错的极性磁极N、S、N、S……。
通过图3的成形金属模具50，对本发明的烧结环形磁铁用制品成形方法之一例加以说明。首先，使上冲头(未图示)处于提升状态下，利用振动供料器等供料装置，向模穴47内填充规定量的烧结磁铁用细粉末或浆液。接着向线圈56通以脉冲电流，使烧结磁铁用细粉末或浆液形成定向状态，降下上冲头(未图示)，进行第1次预压缩成形，形成第一预制品。这时施加的极各向异性定向磁场强度极高，是优选的，然而，通常为0.4～2.0MA/m(5～25kOe)。定向磁场强度低于0.4MA/m，定向不充分，超过2.0MA/m的高定向磁场强度，在工业上难以确保。为了抑制龟裂，获得规定的定向度，预压缩成形的压力，对于R-T-B系烧结磁铁用制品，为4.9～49MPa(50～500kg/cm2)，对于铁氧体磁铁用成形体，29～39MPa(300～400kg/cm2)是优选的。
切断施加的磁场，使上冲头和下冲头降低规定量，使第1预制品移动到模穴47的下方。接着，提升上冲头，向模穴47中的第1预制品上再次填充规定量的烧结磁铁用细粉末或浆液，以后和第1次预压缩成形一样，进行第2次预压缩成形，第2预制品在第1预制品上以贴紧的状态加以层叠。
切断施加的磁场，再一次将上冲头和下冲头降低规定量，使层叠的第1和第2预制品移动到模穴47的下方。接着，在模穴47中的第2预制品上再次填充规定量的烧结磁铁用细粉末或浆液。接着，向线圈56通以脉冲电流，使填充的烧结磁铁用细粉末或浆液在极各向异性磁场方向上形成定向状态，降下上冲头，进行本压缩成形。假设最后供给的磁粉制品也叫作预制品时，则得到的本压缩制品具有各预制品整体化的形状。本压缩成形时施加的磁场强度与预压缩成形相同。不言而喻，最后供给的磁粉进行预成形后，也可进行本压缩成形。
为了抑制成形体发生龟裂，获得规定的定向度，最好使本压缩成形压力高于预压缩成形压力。本压缩成形压力，对于R-T-B系烧结磁铁用制品来说，为49～392MPa(500～4000kg/cm2)，对于铁氧体磁铁用制品来说，最好为34～44MPa(350～450kg/cm2)。
对R-T-B系烧结磁铁用制品来说，预制品的密度为3.1～4.2g/cm3左右，本制品的密度最好调整为3.7～4.7g/cm3左右。铁氧体磁铁用制品，预制品的密度为2.2～3.0g/cm3左右，本制品的密度最好调整为2.6～3.2g/cm3。
往对所得到的本压缩制品的加压状态下原有线圈56通以与上述相反方向的脉冲电流，进行脱磁。在R-T-B系烧结磁铁的场合，通常，对制品进行烧结、热处理、加工和表面处理。在铁氧体磁铁的场合，通常，实施烧成和加工。
如此制成的烧结环形磁铁，具有径向延伸至内外周面间的2个接合部2a、2b。如图1所示，这些接合部相当于第1和第2预制品1a、1b彼此间的接缝2a，和相当于第2预制品1b和进行第3次追加填充，与本压缩成形部分1c的接缝2b。任何接合部都具有烧结组织，与接合部之外的健全烧结体部分形成一个整体。
在本发明的烧结环形磁铁中，径向延伸至内外周面间的接合部数(多段成形数-1)，虽没有特殊限定，但实用的接合部数最好为2～5。通常，接合部在加工前用肉眼可以识别，但在加工后，用肉眼是几乎不能识别的。横向切割接合部，观察切断的磁铁组织，但在进行充分的扩散时，非常难以辨别。如上所述，通过在轴向上测定表面磁通量密度，可确认接合部位。
在成形金属模具50中，由于隔板57和芯48是正多边形状的相似形，所以能提高烧结体的直线性，同时，能将伴随着长尺寸化的轴向磁极弯曲抑制到非常小的程度，得到轴向稳定，具有高磁力的烧结环形磁铁。
图4示出了利用成形金属模具50，在规定的极各向异性磁场中进行本压缩成形所形成的制品10的横断面。由图4可知，外周面和内周面都为正八边形状。图5示出了从制品10得到的烧结体13的横断面。当烧结制品10时，由于具有磁极的角隅稍稍凹进，所以烧结体的外形接近于圆柱状。为此，表面只需稍加工，就能形成具有良好圆度的烧结体13。
本发明的烧结环形磁铁，当使用成形金属模具50时，尽管是轴向长度为20mm以上的长尺寸制品，但烧结完的内直径直线性(按JIS B 0021测定)仍达到0.15mm以下，富有实用性。成形金属模具50的极各向异性磁极数为8极时，根据极数，可以将成形金属模具的隔板和芯的形状制成与要求的烧结环形磁铁的磁极数一致的正多边形状，可得到以任意的磁极数，具有良好的直线性，轴向磁极弯曲非常小的烧结环形磁铁。由于内直径以外的多边形状模穴，所以，即使进行多段成形，也不会引起制品在周向旋转。因此，制品的磁极方向可以严格一致。
对本发明烧结环形磁铁的磁极数未作特殊限定，然而，在外周面或内周面的周向上，以等间距或不等间距形成4～100极，优选的是4～24极，实用性高。
对具有极各向异性的Nd-Fe-B系烧结环形磁铁的相邻磁极间角度θ的标准离差，与将其组装在旋转机内时从旋转机(n＝50)任意抽取规定数的捻缝扭矩(％)的标准离差之间的关系进行了研究。结果示于图11。捻缝扭矩的标准离差，在通常的旋转机要求的5％以内，而对于高性能的电动机则要求在4％以内，在3％以内是更优选的。为了将捻缝扭矩的标准离差控制在5％以内，从图11可知，最好将相邻磁极间角度θ的标准离差控制在8°以内。为了将捻缝扭矩的标准离差控制在4％以内，需要将相邻磁极间角度θ的标准离差取为7°以内，为控制在3％以内，则必须取为5°以内。通过使用本发明的制造方法，可将旋转机(n＝50)的捻缝扭矩标准离差控制在5％以内。
[3]烧结环形磁铁的组成
本发明的烧结环形磁铁可以是R-T-B系烧结磁铁或铁氧体磁铁中的任何一种。以下对各磁铁的组成进行说明，简单的记作“％”时，则意指“质量％”。
(A)R-T-B系烧结环形磁铁
本发明的烧结环形磁铁，是将R2T14B金属间化合物(R是包括Y在内的稀土元素中的至少1种，T是Fe或Fe和Co)为主相的R-T--B烧结磁铁时，将主成分的R、T和B总计取为100％，则R：27～34％、B：0.5～2％、其余部分为T。将R-T-B系烧结环形磁铁的总重量取为100％，作为不可避免的杂质氧也可含有0.6％以下，最好在0.3％以下，更好的在0.2％以下；碳0.3％以下，最好0.1％以下；氮0.08％以下；氢0.02％以下；Ca 0.2％以下，最好0.05％以下，更好0.02％以下。
从实用性方面考虑，R最好是(Nd，Dy)、(Pr，Dy)或(Nd，Pr，Dy)的组合。R的含量最好为27～34％。R的含量低于27％时，固有保磁力iHc显著降低，而超过34％时，残留磁通量密度Br和最大能量积(BH)max显著降低。
B的含量最好为0.5～2％，更好为0.8～1.2％，B的含量低于0.5％时，得不到耐用的iHC，超过2％时，Br和(BH)max显著降低。
为了提高磁性和耐腐蚀性，最好含有适量的选自Nb、Al、Co、Ga和Cu中的至少1种元素。
Nb的含量最好为0.1～2％。利用所含的Nb，在烧结过程中生成Nb的硼化物，可抑制结晶粒的异常粒子成长。Nb含量低于0.1时，起不到添加效果，超过2％时，Nb的硼化物生成量过多，Br显著降低。
Al的含量最好为0.02～2％。Al含量低于0.02％时，得不到提高iHc和耐腐蚀性的效果，超过2％时，Br、(BH)max显著降低。
Co的含量最好为0.3～5％。Co含量低于0.3％时，得不到提高居里点和耐腐蚀性的效果，超过5％时，Br和iHc都极大降低。
Ga的含量最好为0.01～0.5％，Ga含量低于0.01时，得不到提高iHc的效果，超过0.5％时，Br、(BH)max都显著降低。
Cu的含量最好为0.01～1％，Cu含量低于0.01时，得不到提高耐腐蚀性和iHc的效果，超过1％时，Br显著降低。
Cu和Co都以上述特定范围含有时，可获得更宽的二次热处理允许温度的效果。
(B)铁氧体磁铁
用铁氧体磁铁制作本发明的烧结环形磁铁时，价格性能比好。特别是烧结环形磁铁具有以下式表示的主要成分组成，
(A1-xR′x)O·n[(Fe1-yMy)2O3](原子比率)
(其中A是Sr及/或Ba，R′是包括Y在内的稀土元素中的至少1种，必须含有La，M是Co或Co和Zn、x、y和n分别为满足5.0≤n≤6.4、0.10≤x≤0.4和0.005≤y≤0.04的数)，由具有磁铁铅矿型结晶构造的铁氧体磁铁形成时，由于提高了旋转机的性能，最为理想。
为了提高饱和磁化，La在R′中的比率在50原子％以上是优选的，在70原子％以上是更优选的，在99原子％以上是特别优选的。为了理想的去除不可避免的R′成分，R′只由La构成是优选的。因此，作为R′元素的供给原料，从实用上讲，可使用含50原子％以上La，其余部分为Pr、Nd和Ce中的至少1种及不可避免的R′成分构成的廉价铈镧合金的氧化物。此时的R′是La和Nd、Pr及Ce中至少1种和不可避免的R′成分所构成。
摩尔比n，5.0～6.4是优选的，5.5～6.3是更优选的，5.7～6.2是特别优选的。n超过6.4时，由于存在磁铁铅矿相以外的杂相(α-Fe2O3等)，iHc大大降低，n低于5.0时，Br大大降低。
x为0.01～0.4是优选的，0.1～0.3是更优选的，0.15～0.25是特别优选的。x低于0.01时，起不到添加效果，超过0.4时，磁特性大大降低。
在y和x之间，为了补偿电荷，理想的是y＝x/(2.0n)的关系必须成立。如y为x/(2.6n)～x/(1.6n)，可得到具有高Br和高方形比(减磁曲线的方形)的铁氧体磁铁。在y偏离了x/(2.0n)时，有可能含有Fe2+，但无妨。在典型的实例中，y优选的范围在0.04以下，特别优选的是0.005～0.03。
选择所谓5.7≤n≤6.2，0.2≤x≤0.3和1.0＜x/2ny≤1.3的R′过剩的主要成分组成，而且，CaO含量为0.5～1.5％及SiO2含量为0.25～0.55％时，与以前相比，可显著提高减磁曲线的方形。
为了得到致密的铁氧体烧结磁铁，在实用上最为重要的，是作为控制烧结性的添加物，可含规定量的SiO2和CaO(CaCO3)。
SiO2是烧结时抑制结晶粒成长的添加物，将铁氧体磁铁的总重量取为100％，SiO2的含量达到0.05～0.55％是优选的，0.25～0.55％是更优选的。SiO2的含量低于0.05％时，烧结时结晶粒过度成长，保磁力大大降低。SiO2含量超过0.55％时，结晶粒成长被过度抑制，结晶粒成长对定向度的改善不充分，Br大大降低。
CaO是促进结晶粒成长的添加物。将铁氧体磁铁的总重量取为100质量％时，CaO的含量为0.35～1.5％是优选的，0.4～1.5是更优选的，0.5～1.5是特别优选的。当CaO含量超过1.5％时，烧结时结晶成长过度，保磁力大大降低。CaO含量低于0.35％时，结晶粒成长被过度抑制，结晶粒成长对定向的改善不充分，Br大大降低。
以下利用实施例详细说明本发明，但本发明并不受这些实施例所限定。
实施例1
将由Nd：30.5质量％、Dy：1.5质量％、Co：2.0质量％、Ga：0.1质量％、Cu：0.1质量％、B：1.0质量％、Fe：64.8质量％的主要成分组成的合金粗粉，在惰性气氛中用喷射式磨机磨成细粉，得到平均粒径为4.3μm(F.S.S.S)的烧结磁铁用细粉。接着，利用装入图3成形金属模具50的压缩成形机，首先使上冲头(未图示)处于提升状态，向模穴47内填充规定量的上述细粉末。接着，使模穴47处于施加0.8MA/m(10kOe)极各向异性磁场的状态，使上冲头(未图示)下降，以9.8MPa(100kg/cm2)的压力压缩成形为预制品。预制品的密度为3.5g/cm3。
切断施加的磁场，提升上冲头(未图示)，接着，使下冲头下降规定量，使预制品向模穴47的下方移动后，再次向模穴47(预制品上)内填充规定量的上述烧结磁铁用细粉。接着，使模穴47处于施加0.8MA/m(10kOe)的极各向异性磁场的状态，使上冲头(未图示)下降，以98MPa(1000kg/cm2)的压力进行本压缩成形。脱磁后，得到的本制品密度为4.0g/cm3。磁极位于本制品的各个角隅。
将本制品在约0.07Pa(5×10-4乇)的真空中，1100℃下烧结2小时，冷却到室温。由于烧结，具有磁极的角隅稍稍凹进，所以，烧结体的外形带有球状。在Ar气氛中进行900℃×2小时的一次热处理，冷却到600℃后，进行600℃×2小时的二次热处理，冷却到室温。对端面和外周面进行加工(内周面不加工)，利用电解淀积法涂敷热固性树脂(环氧树脂)。这样得到具有一个径向延伸至内外周面间的接合部，外直径30mm、内直径24mm、轴向长度30mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。
在沿着赋与极各向异性方向形成饱和总磁通量的条件下，使极各向异性环形磁铁磁化，测定总磁通量和1个磁极的轴向表面磁通量密度(Bo)的标准离差(dBo)：
dBo＝Bo(最大值)-Bo(最小值)。在测定dBo时，(a)为了排除轴向两端部的影响，离轴向两端5mm的范围，由测定中排除，同时，(b)在接合部，由于Bo不连续，所以排除由接合部引起Bo的变动。
根据JIS B 0021测定烧结状态原样的极各向异性环形磁铁内直径的直线性。测定结果示于表1。总磁通量以相对值示出。测定周边方向上表面磁通量密度，从各峰间隔测定磁极彼此间的角度，从(360/磁极数)°的差平均值(相邻磁极间角度标准离差)进行测定。测定样品数(n)为50个。结果一并示于表1。
如图2所示，将得到的对称8极的极各向异性环形磁铁固定在轴4上，构成转子5。将得到的转子5组装在规定的旋转机中，得到有用的旋转机性能。
实施例2
除了进行2次预压缩成形外，其他和实施例1一样，制作本压缩制品。以后和实施例1一样进行烧结、热处理、加工和表面处理，得到外直径30mm、内直径24mm和轴向长度30mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。测定极各向异性环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表1。
比较例1
除了将模穴填充深度规定为实施例1预压缩成形的约7倍，同时不进行预压缩成形，只进行本压缩成形外，其他和实施例1一样，制作外直径30mm、内直径24mm和轴向长度100mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。测定该环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表1。由表1可知，总磁通量降低，反映出极各向异性的定向磁场强度显著降低。与实施例1和2比较，dBo加大，由此断定这是因为定向不充分所致。进而可知，相邻磁极间角度的标准离差非常大，超过了8°。
比较例2
除了将模穴填充深度规定为实施例1预压缩成形的约2倍，不进行预压缩成形，只进行本压缩成形外，其他和实施例1一样，制作外直径30mm、内直径24mm和轴向长度30mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。测定该环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表1。由表1可知，总磁通量与实施例1比较，稍有降低，相邻磁极间角度的标准离差非常大，超过了8°。
参考例1
在装有图3所示成形金属模具50的压缩成形机内，使上冲头(未图示)处于提升状态下，向模穴47内填充实施例1中制作的规定量烧结磁铁用细粉。接着，在模穴47施加0.8MA/m(10kOe)的极各向异性磁场的状态下，降下上冲头(未图示)，进行压缩成形。
将得到的制品在约0.07Pa(5×10-4乇)的真空中，1100℃下烧结2小时，冷却到室温。接着，在Ar气氛中进行900℃×2小时的一次热处理，冷却到600℃，继续进行600℃×2小时的二次热处理，冷却到室温。对内周面不进行加工，只对端面和外周面进行加工，利用电解淀积法涂敷热固性树脂(环氧树脂)，制作2个外直径30mm、内直径24mm和轴向长度15mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。
与赋与极各向异性的方向一致，将2个极各向异性环形磁铁在轴向上加以层叠并粘合，制成外直径30mm、内直径24mm和轴向长度30mm的对称8极的极各向异性环形磁铁(粘合品)。测定这种环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表1，用此方法，用于装入转子的工时大大增加，是不理想的。
实施例3
使用在图6所示的模具86的内面上安装圆形隔板87、在圆形隔板87内的圆形空间中心配置圆形芯88的成形金属模具80，代替实施例1中使用的成形金属模具50。在由圆形隔板87和圆形芯88围绕形成的环状模穴98内，填充和实施例1相同的Nd-Fe-B系磁粉，和实施例1一样制作本压缩制品，接着，进行烧结和热处理，得到具有径向延伸至内外周面间1个接合部的对称8极的极各向异性环形烧结体。如图7所示，这种烧结体的外周面和内周面都呈现近似八边形状，圆度变差。对这种材料的端面和外周面进行加工，利用电解淀积法涂敷环氧树脂。
测定所得外直径30mm、内直径约24mm和轴向长度30mm的对称8极的极各向异性环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表1。总磁通量、dBo和直线性都比实施例1和2的极各向异性环形磁铁差，属于良好。
如图8所示，将得到的对称8极的极各向异性环形磁铁固定在轴101上，构成转子100。与实施例1和2的极各向异性环形磁铁相比，沿轴向磁极倒塌现象显著，与组装实施例1极各向异性环形磁铁的情况相比，旋转机的性能仅降低2％，属于良好。
实施例4
除了重复5次进行预压缩成形外，其他和实施例3一样，制作本压缩制品。以后和实施例1一样进行烧结、热处理、加工和表面处理。测定得到的外直径30mm、内直径24mm和轴向长度150mm的对称8极的极各向异性环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表1。即使形成的尺寸比实施例2长，但总磁通量、dBo、直线性几乎无变化，得到性能很高的极各向异性环形磁铁。
实施例5
制造尺寸与实施例1不同的烧结环形磁铁。接着在装有与图6所示同型，但尺寸不同的成形金属模具80的压缩成形机内，使上冲头(未图示)处于提升状态，向模穴98内填充与实施例1相同的烧结磁铁用细粉。接着使模穴98形成施加0.8MA/m(10kOe)的极各向异性磁场的状态，使上冲头(未图示)下降，压缩成形为预制品(L＝18mm)。预制品的密度为3.5g/cm3。
切断施加的磁场，用上冲头和下冲头对预制品施加压力，使上冲头原样降下规定量，使预制品向模穴98的下方移动后，再次向模穴98(预制品上)中填充规定量的上述烧结磁铁用细粉末。在模穴98处于施加0.8MA/m(10kOe)的极各向异性磁场的状态下，使上冲头(未图示)下降，进行本压缩成形，接着进行脱磁。所得本制品的密度为4.0g/cm3。
以后和实施例1一样，制造外直径20mm、内直径14mm和轴向长度32mm的对称8极的极各向异性环形磁铁，测定磁化的上述极各向异性环形磁铁的总磁通量、dBo、直线性、相邻磁极间角度标准离差，结果示于表1。
表1
| 例No. | 成形段数 | 接合部数 | 总磁通量(％) | dBo(G) | 直线性(mm) | 备考 | 相邻磁极间角度θ的标准离差(°) |
| 实施例1 | 2 | 1 | 100 | 20 | 0.10 | 使用正八边形的隔板和芯 | 2.2 |
| 实施例2 | 3 | 2 | 99 | 20 | 0.11 | 使用正八边形的隔板和芯 | 2.3 |
| 实施例3 | 2 | 1 | 95 | 60 | 0.18 | 使用圆形隔板和芯 | 2.6 |
| 实施例4 | 5 | 4 | 94 | 60 | 0.19 | 使用圆形隔板和芯 | 2.7 |
| 实施例5 | 2 | 1 | 95 | 60 | 0.15 | 使用圆形隔板和芯 | 2.7 |
| 比较例1 | 1 | 0 | 80 | 90 | 0.19 | 1段制品(L＝150) | 8.9 |
| 比较例2 | 1 | 0 | 96 | 90 | 0.17 | 1段制品(L＝20) | 8.2 |
| 参考例1 | 1 | 0 | 99 | 20 | 0.11 | 沿轴向层叠，接合2个环形磁铁 | 2.2 |
实施例6
将SrCO3粉末(作为杂质含有Ba和Ca)、α-Fe2O3粉末、La2O3粉末和Co3O4粉末进行湿式混合，假烧后形成(Sr0.80La0.20)O·5.95[(Fe0.983Co0.017)2O3]的主要成分组成。将得到的混合粉末在大气中、1250下煅烧2小时。将煅烧物用辊式研磨机进行干式粗粉碎，得到粗粉。利用研磨机(ァトラィタ-)将粗粉进行湿式细粉碎，得到含有平均粒径0.8μm(F.S.S.S.)细粉的浆液。在细粉碎初期，以相对于粗粉的质量比，分别添加0.1质量％、1.0质量％和0.3质量％的SrCO3粉末、CaCO3粉末和SiO2粉末，作为烧结助剂。
利用装有与图3成形金属模具50相同的构造，但模穴尺寸改变的成形金属模具的压缩成形机，首先使上冲头处于提升状态，向模穴内填充规定量的上述浆液。接着使模穴处于施加0.4MA/m(5kOe)异向极性磁场的状态下，就这样降下上冲头，以34MPa(350kg/cm2)的成形压力进行压缩成形，得到预制品，该预制品的密度为2.6g/cm3。
切断施加的磁场，将上冲头和下冲头下降规定量，使预制品移动到模穴下方后，提升上冲头，再次向模穴(预制品上)填充规定量的上述浆液。使模穴处于施加0.4MA/m(5kOe)极各向异性磁场的状态下，降下上冲头(未图示)，以44MPa(450kg/cm2)的成形压力进行本压缩成形，接着进行脱磁，所得本制品的密度为3.2g/cm3。将本制品在1200℃下烧结2小时，得到具有(Sr0.76La0.24)O·5.72[(Fe0.983Co0.017)2O3](La过剩组成：La/Co＝1.2)的主要成分组成的烧结体。
对烧结体的端面和外周面进行加工(内周面不加工)，得到具有径向延伸至内外周面间的1个接合部，外直径20mm、内直径14mm和轴向长度28mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。沿着赋与极各向异性的方向，在总磁通量形成饱和的条件下进行磁化，以后与实施例1一样测定总磁通量和dBo。按照JIS B 0021标准，测定内直径(烧结状态下)的直线性。这些测定结果示于表2。总磁通量以相对值表示。
参考例2
使用和实施例6相同的成形金属模具，首先，使上冲头处于提升状态，向模穴内填充实施例6的浆液。使模穴处于施加0.4MA/m(5kOe)极各向异性磁场的状态下，降下上冲头(未图示)，用44MPa(450kg/cm2)的成形压力进行压缩成形。
将得到的制品在1200℃下烧结2小时，接着对端面和外周面进行加工(内周面不加工)，制作2个外直径20mm、内直径14mm和轴向长度14mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。将上述2个环形磁铁与赋与极各向异性方向一致，沿轴向进行层叠粘合，制作外直径20mm、内直径14mm和轴线方向长度28mm的对称8极的极各向异性环形磁铁(粘合品)。测定该环形磁铁的总磁通量、dBo和直线性。结果示于表2。
表2
| 例No. | 成形段数 | 接合部数 | 总磁通量(％) | dBo(G) | 直线性(mm) | 备考 |
| 实施例6 | 2 | 1 | 100 | 25 | 0.09 | 使用正八边形的隔板和芯 |
| 参考例2 | 1 | 0 | 99 | 25 | 0.10 | 沿轴向层叠接合2个环形磁铁 |
实施例7
制作和实施例1相同的烧结磁铁用细粉末30。利用图9所示的压缩成形机，使上冲头处于提升状态，向模穴内填充规定量的上述细粉末30。该压缩成形机，在A-A断面部分与图6所示的成形金属模具相同。在B-B断面部分也与图6所示成形金属模具大致相同，但线圈96b的位置，相对于线圈96a仅旋转了规定的角度。
首先，将下冲头84移动到A-A断面部分的成形金属模具下端部，向模穴98中填充细粉末30(工序(a))。接着，使模穴处于施加0.8MA/m(10kOe)极各向异性磁场的状态下，降下上冲头83，以9.8MPa(100kg/cm2)的成形压力，将细粉进行压缩成形，得到预制品(工序(b))。预制品31的密度为3.5g/cm3。
切断施加的磁场，降下上冲头83和下冲头84，使预制品31的上端部向模穴98的下方移动，使位于具有线圈96b的成形金属模具的下方部位(工序(c))。接着提升上冲头83，向预制品31上的模穴98内，再次填充规定量的上述烧结磁铁用细粉末30(工序(d))。使模穴98处于施加0.8MA/m(10kOe)的极各向异性磁场的状态下，降下上冲头83，以98MPa(1000kg/cm2)的成形压力进行压缩成形，接着进行脱磁(工序(e))。得到的本制品密度为4.0g/cm3。如工序(e)所示，本制品的环形磁铁部分31和32形成一个整体。
将制品在约0.07Pa(5×10-4乇)的真空中，1100℃下烧结2小时，冷却到室温。接着，在Ar气氛中进行900℃×2小时的一次热处理，冷却到600℃，继续进行600℃×2小时的二次热处理，冷却到室温，得到烧结体。如图7所示，该烧结体大致具有八边形状的外周面，而且，环形磁铁部分31和环形磁铁部分32形成仅旋转规定角度的形状。
将烧结体的轴向端面和外周面加工形成圆筒状，利用电解淀积法涂敷热固性树脂(环氧树脂)。这样得到具有径向延伸至内外周面间的1个接合部，外直径30mm、内直径24mm、轴向长度30mm的对称8极的极各向异性环形磁铁。测定dBo和直线性，结果得到和实施例3大致同等的值。
如图10所示，将得到的对称8极的极各向异性环形磁铁固定在轴201上，构成转子200，装入规定的旋转机内。该极各向异性环形磁铁是可以降低捻缝扭矩的扭斜结构。使用同样结构的实施例1～3的转子与定子(未图示)组合拼装，比较捻缝扭矩的状态。结果是，扭斜的实施例6转子，捻缝扭矩最低，获得有用的旋转机性能。
如上所述，本发明的烧结环形磁铁，由于利用多段预成形，所以具有数个环形磁铁部分烧结成一个整体的结构。由此，即使是具有极各向异性的长尺寸的整体制品，其优点是沿轴向的表面磁通量密度仍几乎没有标准离差。
Claims (10)
1.一种烧结环形磁铁，其特征是，该磁铁是轴向长度L和外直径Do满足0.5＜L/Do≤10关系的极各向异性的整体的烧结环形磁铁，其具有由数个环形磁铁部分沿轴向接合形成一个整体的结构，相邻的环形磁铁的接合部在径向延伸至上述烧结环形磁铁的内外周面间进行烧结，各环形磁铁部分的长度Lo和外直径Do满足0.1＜Lo/Do≤2的关系，并由R2T14B金属间化合物为主相的烧结磁铁构成，R是包括Y在内的稀土元素的至少1种，T是Fe或Fe和Co。
2.一种烧结环形磁铁，其特征是，该磁铁是轴向长度L和外直径Do满足0.5＜L/Do≤10关系的极各向异性的整体的烧结环形磁铁，其具有由数个环形磁铁部分沿轴向接合形成一个整体的结构，相邻的环形磁铁的接合部在径向延伸至上述烧结环形磁铁的内外周面间进行烧结，并由各环形磁铁部分的长度Lo和外直径Do满足0.1＜Lo/Do≤2关系的铁氧体形成。
3.一种烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，该方法是沿轴向将数个环形磁铁部分烧结形成一个整体、由R2T14B金属间化合物为主相的烧结磁铁构成，R是包括Y在内的稀土元素的至少1种，T是Fe或Fe和Co的烧结环形磁铁的制造方法，使用的成形金属模具具有模具、在上述模具的模穴内可升降的上冲头和下冲头、和设在上述模具内的定向用线圈，通过向上述定向用线圈通电，产生0.4～2.0MA/m极各向异性的定向磁场，同时用压力4.9～49MPa压缩成形上述模穴内的烧结环形磁铁用细粉，形成沿极各向异性方向进行定向的预制品，而且其轴向长度Lo和外直径Do满足0.1＜Lo/Do≤2的关系，通过将该成形工序重复数次，所得到的预制品用压力49～392MPa压缩成形，并形成极各向异性环形本制品，并且，其轴向长度L和外直径Do满足0.5＜L/Do≤10的关系，将上述本制品进行烧结，接着进行热处理。
4.根据权利要求3记载的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，将每次预成形中的预制品移动到模穴内，在其移动时使上冲头和下冲头中的至少一方与上述预制品接触。
5.根据权利要求3或4记载的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，使上述模穴的轴向断面形状成为正多边形。
6.根据权利要求3或4记载的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，沿上述成形金属模具的轴向设置数个定向用线圈群，其由对应于各环形磁铁部分的数个定向用线圈形成的，上述定向用线圈的位置依次在周向偏离每个上述定向用线圈群。
7.一种烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，该方法是沿轴向将数个环形磁铁部分烧结形成一个整体、由R2T14B金属间化合物为主相的烧结磁铁构成，R是包括Y在内的稀土元素的至少1种，T是Fe或Fe和Co的烧结环形磁铁的制造方法，使用的成形金属模具具有模具、在上述模具的模穴内可升降的上冲头和下冲头、和设在上述模具内的定向用线圈，通过向上述定向用线圈通电，产生0.4～2.0MA/m极各向异性的定向磁场，同时用压力29～39MPa压缩成形上述模穴内的烧结环形磁铁用细粉，形成沿极各向异性方向进行定向的预制品，而且其轴向长度Lo和外直径Do满足0.1＜Lo/Do≤2的关系，通过将该成形工序重复数次，所得到的预制品用压力34～44MPa压缩成形，并形成极各向异性环形本制品，并且，其轴向长度L和外直径Do满足0.5＜L/Do≤10的关系，将上述本制品进行烧结。
8.根据权利要求7记载的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，将每次预成形中的预制品移动到模穴内，在其移动时使上冲头和下冲头中的至少一方与上述预制品接触。
9.根据权利要求7或8记载的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，使上述模穴的轴向断面形状成为正多边形。
10.根据权利要求7或8记载的烧结环形磁铁的制造方法，其特征是，沿上述成形金属模具的轴向设置数个定向用线圈群，其由对应于各环形磁铁部分的数个定向用线圈形成的，上述定向用线圈的位置依次在周向偏离每个上述定向用线圈群。
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