JP2003257762A - リング磁石とその製造法及び回転子と回転機並びにその磁界発生装置及びリング磁石製造装置 - Google Patents
リング磁石とその製造法及び回転子と回転機並びにその磁界発生装置及びリング磁石製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、リング磁石を構成する磁粉の
配向をより適正に調整することにより、低コギングトル
クで、高効率及び高トルクを有するリング磁石とその製
造法及び回転子と回転機並びにその磁界発生装置及びリ
ング磁石製造装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、硬質磁性材がリング状に形成さ
れたリング磁石において、極中心位置で径方向に形成さ
れている容易磁化方向の配向率が50体積％以上であるこ
とを特徴とし、それを用いた回転子と回転機、更にその
製造において特定の磁界発生手段によるその製造法、そ
の磁界発生装置及びリング磁石製造装置にある。
配向をより適正に調整することにより、低コギングトル
クで、高効率及び高トルクを有するリング磁石とその製
造法及び回転子と回転機並びにその磁界発生装置及びリ
ング磁石製造装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、硬質磁性材がリング状に形成さ
れたリング磁石において、極中心位置で径方向に形成さ
れている容易磁化方向の配向率が50体積％以上であるこ
とを特徴とし、それを用いた回転子と回転機、更にその
製造において特定の磁界発生手段によるその製造法、そ
の磁界発生装置及びリング磁石製造装置にある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転子の外周側に
磁石が配置された表面磁石モータの回転子に用いる新規な
リング磁石とその製造法及び回転子と回転機並びにその
磁界発生装置及びリング磁石製造装置に関する。
磁石が配置された表面磁石モータの回転子に用いる新規な
リング磁石とその製造法及び回転子と回転機並びにその
磁界発生装置及びリング磁石製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、リング磁石において、磁石の磁化
方向が周方向で連続的に変化した異方性磁石として特開
2000-269062号公報及び特開2000-195714号公報に記載さ
れている。これらの公知例では、磁粉を配向させ、高い
磁気特性をもった極異方性磁石を製造することが記載さ
れている。しかし、磁粉の配向については、示されてい
ない。単に磁粉配向が正弦波というだけでは、コギング
トルクを低くすることはできない。
方向が周方向で連続的に変化した異方性磁石として特開
2000-269062号公報及び特開2000-195714号公報に記載さ
れている。これらの公知例では、磁粉を配向させ、高い
磁気特性をもった極異方性磁石を製造することが記載さ
れている。しかし、磁粉の配向については、示されてい
ない。単に磁粉配向が正弦波というだけでは、コギング
トルクを低くすることはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のリング磁石で
は、コギングトルクを低減し、かつ量産化させることは
困難である。特にモータトルクに対するコギングトルク
の比率が1％以下にするためには、単に正弦波状の配向
というだけでは困難である。即ち、従来、磁粉の段階で
配向を定量的にどのようにするか、全く示されていな
い。完全に配向方向を正弦波にすることは量産を考える
と困難である。粉の配向が100％同一方向で角度分散も
無くそろえることは不可能に近い。これは磁性粉の形状
や粒径が異なること、配向磁界も完全に正弦波にするこ
との困難さ、プレス時の粉の移動、焼結時の収縮、着磁
磁界の質などの多くの因子によって完全に分散無く100
％正弦波に配向された磁石を作成するのは困難というこ
とである。
は、コギングトルクを低減し、かつ量産化させることは
困難である。特にモータトルクに対するコギングトルク
の比率が1％以下にするためには、単に正弦波状の配向
というだけでは困難である。即ち、従来、磁粉の段階で
配向を定量的にどのようにするか、全く示されていな
い。完全に配向方向を正弦波にすることは量産を考える
と困難である。粉の配向が100％同一方向で角度分散も
無くそろえることは不可能に近い。これは磁性粉の形状
や粒径が異なること、配向磁界も完全に正弦波にするこ
との困難さ、プレス時の粉の移動、焼結時の収縮、着磁
磁界の質などの多くの因子によって完全に分散無く100
％正弦波に配向された磁石を作成するのは困難というこ
とである。
【０００４】これに対し、求められる磁石特性は正弦波
度が100％でなくても十分実用的に低コギングトルク、
高校率化をねらえる。実用上重要な低コギング、高校率
などの特性を達成するため、リング磁石の磁粉配向を規
定することが課題である。
度が100％でなくても十分実用的に低コギングトルク、
高校率化をねらえる。実用上重要な低コギング、高校率
などの特性を達成するため、リング磁石の磁粉配向を規
定することが課題である。
【０００５】本発明の目的は、リング磁石を構成する磁
粉の配向をより適正に調整することにより、低コギング
トルクで、高効率及び高トルクを有するリング磁石とそ
の製造法及び回転子と回転機並びにその磁界発生装置及
びリング磁石製造装置を提供することにある。
粉の配向をより適正に調整することにより、低コギング
トルクで、高効率及び高トルクを有するリング磁石とそ
の製造法及び回転子と回転機並びにその磁界発生装置及
びリング磁石製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、硬質磁性材が
リング状に形成されたリング磁石において、極中心位置
で径方向に形成されている容易磁化方向の配向率が50体
積％以上、好ましくは60体積％以上、より好ましくは80
体積％以上であることを特徴とする。
リング状に形成されたリング磁石において、極中心位置
で径方向に形成されている容易磁化方向の配向率が50体
積％以上、好ましくは60体積％以上、より好ましくは80
体積％以上であることを特徴とする。
【０００７】又、本発明は、硬質磁性材がリング状に形
成されたリング磁石において、極中心位置で径方向に形
成されている容易磁化方向の配向率が50体積％以上、好
ましくは60体積％以上、より好ましくは80体積％以上、
前記磁極中心間の位置で周方向に形成されている容易磁
化方向の配向率が80体積％以上、好ましくは90体積％以
上であることを特徴とする。
成されたリング磁石において、極中心位置で径方向に形
成されている容易磁化方向の配向率が50体積％以上、好
ましくは60体積％以上、より好ましくは80体積％以上、
前記磁極中心間の位置で周方向に形成されている容易磁
化方向の配向率が80体積％以上、好ましくは90体積％以
上であることを特徴とする。
【０００８】又、本発明は、硬質磁性材がリング状に形
成されたリング磁石において、極中心位置で径方向に対
して垂直方向に形成されている容易磁化方向の配向率が
20体積％以下，好ましくは10体積％以下、より好ましく
は5体積％以下であることを特徴とする。
成されたリング磁石において、極中心位置で径方向に対
して垂直方向に形成されている容易磁化方向の配向率が
20体積％以下，好ましくは10体積％以下、より好ましく
は5体積％以下であることを特徴とする。
【０００９】又、本発明は、硬質磁性材がリング状に形
成されたリング磁石において、極中心位置で径方向に形
成されている容易磁化方向の配向率が50体積％以上、好
ましくは60体積％以上、より好ましくは80体積％以上及
び外周側表面磁束密度の正弦波波形の波形歪みが10％以
下、好ましくは5％以下であることを特徴とする。
成されたリング磁石において、極中心位置で径方向に形
成されている容易磁化方向の配向率が50体積％以上、好
ましくは60体積％以上、より好ましくは80体積％以上及
び外周側表面磁束密度の正弦波波形の波形歪みが10％以
下、好ましくは5％以下であることを特徴とする。
【００１０】本発明に係るリング磁石は、磁極が４極以
上であること、極中心の容易磁化方向の配向率が50体積
％以上、より70体積％以上になる範囲が5度以下、より1
〜4度であることが好ましい。
上であること、極中心の容易磁化方向の配向率が50体積
％以上、より70体積％以上になる範囲が5度以下、より1
〜4度であることが好ましい。
【００１１】本発明は、シャフトの胴部外周に前述に記
載のリング磁石が形成されている回転子にあり、又、胴
部外周にリング磁石が樹脂接着剤又は金属的結合によっ
て一体に形成されていること、コギングトルクが5％以
下、好ましくは2％以下、より好ましくは1％以下である
ことが好ましい。
載のリング磁石が形成されている回転子にあり、又、胴
部外周にリング磁石が樹脂接着剤又は金属的結合によっ
て一体に形成されていること、コギングトルクが5％以
下、好ましくは2％以下、より好ましくは1％以下である
ことが好ましい。
【００１２】又、本発明は、固定子と、該固定子内を回
転する前述に記載の回転子とを有する回転機にあり、そ
の回転機を位置決め用モータに用いることが好ましい。
転する前述に記載の回転子とを有する回転機にあり、そ
の回転機を位置決め用モータに用いることが好ましい。
【００１３】本発明は、硬質磁性材の粉末をリング状に
配置し磁界によって配向させる工程を有するリング磁石
の製造法において、リング状の型に装填した前記粉末に
対して前記リングの軸方向に加圧成形する工程と、前記
リング状の金型の外周部に配置した磁界発生手段によっ
て磁界を加える工程とを有し、極中心位置の容易磁化方
向の配向率が50体積％以上になるように前記磁界発生手
段の配置を調整することを特徴とする。
配置し磁界によって配向させる工程を有するリング磁石
の製造法において、リング状の型に装填した前記粉末に
対して前記リングの軸方向に加圧成形する工程と、前記
リング状の金型の外周部に配置した磁界発生手段によっ
て磁界を加える工程とを有し、極中心位置の容易磁化方
向の配向率が50体積％以上になるように前記磁界発生手
段の配置を調整することを特徴とする。
【００１４】又、本発明は、硬質磁性材の粉末をリング
状に配置し磁界によって配向させる工程を有するリング
磁石の製造法において、リング状の型に装填した前記粉
末に対して前記リングの軸方向に加圧成形する工程と、
前記リング状の金型の外周部に配置した磁界発生手段に
よって磁界を加える工程とを有し、前記磁界発生手段を
磁極の数に対応させて等間隔に配置すると共に、前記磁
極中心間の位置に前記リングの径方向の位置と該径方向
の位置の両側とに対して前記磁界発生手段を配置するこ
とを特徴とする。
状に配置し磁界によって配向させる工程を有するリング
磁石の製造法において、リング状の型に装填した前記粉
末に対して前記リングの軸方向に加圧成形する工程と、
前記リング状の金型の外周部に配置した磁界発生手段に
よって磁界を加える工程とを有し、前記磁界発生手段を
磁極の数に対応させて等間隔に配置すると共に、前記磁
極中心間の位置に前記リングの径方向の位置と該径方向
の位置の両側とに対して前記磁界発生手段を配置するこ
とを特徴とする。
【００１５】又、本発明は、硬質磁性材の粉末をリング
状に配置し磁界によって配向させる工程を有するリング
磁石の製造法において、リング状の金型に装填した前記
粉末に対して前記リングの軸方向に加圧成形する工程
と、前記リング状の型の外周部に配置した磁界発生手段
によって磁界を加える工程とを有し、前記磁界発生手段
を磁極の数に対応させて等間隔に配置すると共に、前記
磁極中心間の位置に前記リングの径方向の位置と該径方
向の位置の両側とに対して前記磁界発生手段を配置し、
前記径方向の位置の磁界強度が前記両側の位置の磁界強
度より大きいことを特徴とする。
状に配置し磁界によって配向させる工程を有するリング
磁石の製造法において、リング状の金型に装填した前記
粉末に対して前記リングの軸方向に加圧成形する工程
と、前記リング状の型の外周部に配置した磁界発生手段
によって磁界を加える工程とを有し、前記磁界発生手段
を磁極の数に対応させて等間隔に配置すると共に、前記
磁極中心間の位置に前記リングの径方向の位置と該径方
向の位置の両側とに対して前記磁界発生手段を配置し、
前記径方向の位置の磁界強度が前記両側の位置の磁界強
度より大きいことを特徴とする。
【００１６】本発明の製造法においては、磁界発生手段
は隣り合う位置で互いに反対方向の磁界を形成するこ
と、前記磁極は４極以上であり、前記磁界発生手段は互
いに対向する位置で同方向の磁界を形成すること、前記
リング状の軸方向に加圧成形すると同時に、前記磁界発
生手段によって磁界を加えること、前記極中心の前記容
易磁化方向の配向率が50体積％以上になる範囲が5度以
下になるように前記磁界発生手段の配置を調整すること
が好ましい。
は隣り合う位置で互いに反対方向の磁界を形成するこ
と、前記磁極は４極以上であり、前記磁界発生手段は互
いに対向する位置で同方向の磁界を形成すること、前記
リング状の軸方向に加圧成形すると同時に、前記磁界発
生手段によって磁界を加えること、前記極中心の前記容
易磁化方向の配向率が50体積％以上になる範囲が5度以
下になるように前記磁界発生手段の配置を調整すること
が好ましい。
【００１７】本発明は、シャフトの胴部外周にリング磁
石を形成する回転子の製造法において、前記リング磁石
を前述に記載の製造法によって製造すること、胴部外周
にリング磁石を樹脂接着剤又は金属的結合によって一体
に形成することが好ましい。
石を形成する回転子の製造法において、前記リング磁石
を前述に記載の製造法によって製造すること、胴部外周
にリング磁石を樹脂接着剤又は金属的結合によって一体
に形成することが好ましい。
【００１８】本発明は、リング状の金型の外周部に配置
した磁界発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装
置において、前記磁界発生手段を磁極の数に対応させて
前記金型の外周に等間隔に配置すると共に、前記磁極中
心間の位置に前記リングの径方向の位置と該径方向の位
置の両側とに対して前記磁界発生手段を配置することを
特徴とする。
した磁界発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装
置において、前記磁界発生手段を磁極の数に対応させて
前記金型の外周に等間隔に配置すると共に、前記磁極中
心間の位置に前記リングの径方向の位置と該径方向の位
置の両側とに対して前記磁界発生手段を配置することを
特徴とする。
【００１９】又、本発明は、リング状の金型の外周部に
配置した磁界発生手段によって磁界を発生させる磁界発
生装置において、前記磁界発生手段を磁極の数に対応さ
せて等間隔に配置すると共に、前記磁極中心間の位置に
前記リングの径方向の位置と該径方向の位置の両側とに
対して配置し、前記径方向の位置の磁界強度が前記両側
の位置の磁界強度より大きくなるように調整されている
ことを特徴とする。
配置した磁界発生手段によって磁界を発生させる磁界発
生装置において、前記磁界発生手段を磁極の数に対応さ
せて等間隔に配置すると共に、前記磁極中心間の位置に
前記リングの径方向の位置と該径方向の位置の両側とに
対して配置し、前記径方向の位置の磁界強度が前記両側
の位置の磁界強度より大きくなるように調整されている
ことを特徴とする。
【００２０】本発明においては、磁界発生手段はリング
磁石の軸方向に平行にその全体に亙って配置するもの
で、隣り合う位置で互いに反対方向の磁界を形成するよ
うに配置されていること、前記磁極は４極以上であり、
前記磁界発生手段は互いに対向する位置で同方向の磁界
を形成するように配置されていることが好ましい。
磁石の軸方向に平行にその全体に亙って配置するもの
で、隣り合う位置で互いに反対方向の磁界を形成するよ
うに配置されていること、前記磁極は４極以上であり、
前記磁界発生手段は互いに対向する位置で同方向の磁界
を形成するように配置されていることが好ましい。
【００２１】本発明は、リング状の金型の外周部に配置
した磁界発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装
置及び前記金型の軸方向に加圧成形する加圧手段を有す
るリング磁石製造装置において、磁界発生装置が前述に
記載の磁界発生装置からなることを特徴とする。
した磁界発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装
置及び前記金型の軸方向に加圧成形する加圧手段を有す
るリング磁石製造装置において、磁界発生装置が前述に
記載の磁界発生装置からなることを特徴とする。
【００２２】本発明は、NdFeB系の希土類元素（NdにDy
など他の希土類元素を添加する場合もある）、FeはCo、
及びB又はNを主に有する硬質磁性材の粉末を組成調整、
粒度分布調整後、その粉末を磁界によって配向させ、次
いで加圧成形した成形体を高い温度で焼結させる工程を
経て、形状がリング状又はアーク型の形状の磁石を作製
するものである。このような形状の磁石において、磁粉
のある特定の方向が周方向に沿って正弦波状に変化する
磁石がある。このような磁石では、磁石表面の磁束密度
が高く、かつ極数により外側又は内側の漏れ磁界を小さ
くすることが可能である。焼結磁石の作成工程では、磁
粉原料粉の粒度分布を整えた後に磁界配向という配向成
形が粉の向きを揃える工程を有する。このとき、配向磁
界の方向や磁界強度が不十分になっていると、磁粉の向
きも十分に揃えることができない。
など他の希土類元素を添加する場合もある）、FeはCo、
及びB又はNを主に有する硬質磁性材の粉末を組成調整、
粒度分布調整後、その粉末を磁界によって配向させ、次
いで加圧成形した成形体を高い温度で焼結させる工程を
経て、形状がリング状又はアーク型の形状の磁石を作製
するものである。このような形状の磁石において、磁粉
のある特定の方向が周方向に沿って正弦波状に変化する
磁石がある。このような磁石では、磁石表面の磁束密度
が高く、かつ極数により外側又は内側の漏れ磁界を小さ
くすることが可能である。焼結磁石の作成工程では、磁
粉原料粉の粒度分布を整えた後に磁界配向という配向成
形が粉の向きを揃える工程を有する。このとき、配向磁
界の方向や磁界強度が不十分になっていると、磁粉の向
きも十分に揃えることができない。
【００２３】又、表面磁束密度の波形が正弦波になり、
固定子とこの磁石を用いた場合のコギングトルクが小さ
く誘起電圧が高くなることが知られている。表面磁石回
転子を用いた回転機の高効率化をねらう一つの手法が、
磁石の着磁方向を正弦波にすることである。正弦波にす
ることにより、高調波成分が少なく、鉄損などの損失を
抑えることが可能である。
固定子とこの磁石を用いた場合のコギングトルクが小さ
く誘起電圧が高くなることが知られている。表面磁石回
転子を用いた回転機の高効率化をねらう一つの手法が、
磁石の着磁方向を正弦波にすることである。正弦波にす
ることにより、高調波成分が少なく、鉄損などの損失を
抑えることが可能である。
【００２４】着磁方向を正弦波状にするためには、磁粉
が特定方向に配向した異方性磁石を用い、異方性磁石の
磁粉配向を正弦波状にすることが重要である。リング状
の磁石において、周方向に磁石を回転させた場合の磁粉
のある特定方向が正弦波状にする必要がある。正弦波状
に配向させるために配向ヨークの設計を行い、磁界強度
及び磁界の方向を最適化する。設計により、最適化され
た配向ヨークを用いて作製したリング磁石は、以下のよ
うな特徴を有している。
が特定方向に配向した異方性磁石を用い、異方性磁石の
磁粉配向を正弦波状にすることが重要である。リング状
の磁石において、周方向に磁石を回転させた場合の磁粉
のある特定方向が正弦波状にする必要がある。正弦波状
に配向させるために配向ヨークの設計を行い、磁界強度
及び磁界の方向を最適化する。設計により、最適化され
た配向ヨークを用いて作製したリング磁石は、以下のよ
うな特徴を有している。
【００２５】即ち、本発明は、硬質磁性材の粉末を使用
し、前記粉末を磁界によって配向させる工程と、配向さ
せた粉末を焼結させる工程を経て作製されるリング磁石
において、粉のある特定の結晶方位が径方向に向いた部
分と、前記結晶方位と垂直方向の結晶方位が径方向に向
いている部分とが交互に配置して２極以上を有し、径方
向を向いて容易磁化方向と一致した結晶方位をもった粉
の配向性が、周方向を向いて容易磁化方向と一致した結
晶方位をもった粉の配向性に対して若干低いか又は同等
であること、又、容易磁化方向と一致した結晶方位をも
った粉の体積が最大となる角度（極中心）において容易
磁化方向と垂直方向の結晶方位をもつ粉の体積が容易磁
化方向と一致した結晶方位をもった粉の体積を100とし
たときに1/20以下であること、又、容易磁化方向と一致
した結晶方位をもった粉の体積が最大となる角度におい
て容易磁化方向と垂直方向の結晶方位をもつ粉の体積が
容易磁化方向と一致した結晶方位をもった粉の体積を10
0としたときに1/20以下であり、前期リング磁石を用い
た回転子のコギングトルクが1％以下であること、又、
径方向を向いてかつ容易磁化方向と一致した結晶方位の
Ｘ線回折強度が周方向を向いて容易磁化方向と一致した
結晶方位をもったＸ線回折強度に対して若干低いか又は
同等であること、又、外周側のリング表面に沿って測定
した表面磁束密度の波形の基本波以外の波形成分が10％
以下であることのいずれかからなることが好ましい。
し、前記粉末を磁界によって配向させる工程と、配向さ
せた粉末を焼結させる工程を経て作製されるリング磁石
において、粉のある特定の結晶方位が径方向に向いた部
分と、前記結晶方位と垂直方向の結晶方位が径方向に向
いている部分とが交互に配置して２極以上を有し、径方
向を向いて容易磁化方向と一致した結晶方位をもった粉
の配向性が、周方向を向いて容易磁化方向と一致した結
晶方位をもった粉の配向性に対して若干低いか又は同等
であること、又、容易磁化方向と一致した結晶方位をも
った粉の体積が最大となる角度（極中心）において容易
磁化方向と垂直方向の結晶方位をもつ粉の体積が容易磁
化方向と一致した結晶方位をもった粉の体積を100とし
たときに1/20以下であること、又、容易磁化方向と一致
した結晶方位をもった粉の体積が最大となる角度におい
て容易磁化方向と垂直方向の結晶方位をもつ粉の体積が
容易磁化方向と一致した結晶方位をもった粉の体積を10
0としたときに1/20以下であり、前期リング磁石を用い
た回転子のコギングトルクが1％以下であること、又、
径方向を向いてかつ容易磁化方向と一致した結晶方位の
Ｘ線回折強度が周方向を向いて容易磁化方向と一致した
結晶方位をもったＸ線回折強度に対して若干低いか又は
同等であること、又、外周側のリング表面に沿って測定
した表面磁束密度の波形の基本波以外の波形成分が10％
以下であることのいずれかからなることが好ましい。
【００２６】表面磁石回転子において、回転子を構成し
ている磁石には一般にアーク形状又はリング磁石が用い
られる。この磁石には焼結磁石及びボンド磁石がある
が、焼結磁石の方がボンド磁石に比べ高Br（残留磁束密
度）、高いHc（保磁力）をもっているので、高誘起電圧
が必要場合又は100℃以上の高温で使用されるモータの
場合には焼結磁石を用いる。
ている磁石には一般にアーク形状又はリング磁石が用い
られる。この磁石には焼結磁石及びボンド磁石がある
が、焼結磁石の方がボンド磁石に比べ高Br（残留磁束密
度）、高いHc（保磁力）をもっているので、高誘起電圧
が必要場合又は100℃以上の高温で使用されるモータの
場合には焼結磁石を用いる。
【００２７】表面磁石モータに使用される表面磁石回転
子において、回転子を構成している磁石には一般にアー
ク形状又はリング磁石が用いられる。この磁石には焼結
磁石及びボンド磁石があるが、焼結磁石の方がボンド磁
石に比べ高Br（残留磁束密度）、高いHc（保磁力）をも
っており、高誘起電圧が必要場合又は100℃以上の高温
で使用されるモータの場合には焼結磁石を用いるのが好
ましい。
子において、回転子を構成している磁石には一般にアー
ク形状又はリング磁石が用いられる。この磁石には焼結
磁石及びボンド磁石があるが、焼結磁石の方がボンド磁
石に比べ高Br（残留磁束密度）、高いHc（保磁力）をも
っており、高誘起電圧が必要場合又は100℃以上の高温
で使用されるモータの場合には焼結磁石を用いるのが好
ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】本実施例で用いた焼結磁石材料
は、NdFeB系の希土類元素（NdにDyなど他の希土類元素
を添加する場合もある）、Fe（Coを添加する場合もあ
る）及びB（B以外の半金属元素を添加する場合もある）
を有するものである。焼結磁石に用いる磁粉原料粉はそ
の粒度分布を3〜10μｍ程度に整えた後に、磁界配向と
いう配向成形が粉の向きを揃える工程を実施した。本磁
石は、正方晶で、ｃ軸が容易磁化方向である。
は、NdFeB系の希土類元素（NdにDyなど他の希土類元素
を添加する場合もある）、Fe（Coを添加する場合もあ
る）及びB（B以外の半金属元素を添加する場合もある）
を有するものである。焼結磁石に用いる磁粉原料粉はそ
の粒度分布を3〜10μｍ程度に整えた後に、磁界配向と
いう配向成形が粉の向きを揃える工程を実施した。本磁
石は、正方晶で、ｃ軸が容易磁化方向である。
【００２９】図１は、本発明の配向工程で使用した配向
金型と磁界発生のコイルの配置を示す断面図である。磁
石粉を挿入する磁石粉挿入位置４に極中心での磁界５及
び極中心以外の磁界６のように磁界を印加させるために
コイル７を配置してある。磁石粉挿入位置４の外周側に
非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼製である耐熱合
金を用いたスリーブ５を用いている。また、中心位置９
には強磁性又は非磁性のどちらでも良く、本実施例では
同様に非磁性の耐熱合金を使用している。図中、点線は
いずれも容易磁化方向であるｃ軸を示したものであり、
極中心においては径方向に示した線が容易磁化方向であ
るｃ軸であり、極中心間においては円弧で示した線がｃ
軸を示すものである。従って、コイル７を配置した直下
が周方向にｃ軸が配向し、コイル７と次のコイル７との
間の中心位置に極中心が形成され径方向にｃ軸が所定の
率で配向するものであり、コイル７の配置を特定の配置
に調整することにより極中心での径方向に対するｃ軸の
配向率を顕著に高めることができる。
金型と磁界発生のコイルの配置を示す断面図である。磁
石粉を挿入する磁石粉挿入位置４に極中心での磁界５及
び極中心以外の磁界６のように磁界を印加させるために
コイル７を配置してある。磁石粉挿入位置４の外周側に
非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼製である耐熱合
金を用いたスリーブ５を用いている。また、中心位置９
には強磁性又は非磁性のどちらでも良く、本実施例では
同様に非磁性の耐熱合金を使用している。図中、点線は
いずれも容易磁化方向であるｃ軸を示したものであり、
極中心においては径方向に示した線が容易磁化方向であ
るｃ軸であり、極中心間においては円弧で示した線がｃ
軸を示すものである。従って、コイル７を配置した直下
が周方向にｃ軸が配向し、コイル７と次のコイル７との
間の中心位置に極中心が形成され径方向にｃ軸が所定の
率で配向するものであり、コイル７の配置を特定の配置
に調整することにより極中心での径方向に対するｃ軸の
配向率を顕著に高めることができる。
【００３０】図１は４極の場合であるが、３極以上のリ
ング磁石ではこのような構造の配向ヨークを使用するこ
とが可能である。図１で、コイルが１極につき４本用い
ているが、この本数は磁粉の配向磁界の値によって異な
る。この場合磁粉位置で最低8000Ｏｅを確保している。
さらに高い磁界が必要な場合には、コイル７に流す電流
を増やすために、固有の径を大きくする必要がある。
ング磁石ではこのような構造の配向ヨークを使用するこ
とが可能である。図１で、コイルが１極につき４本用い
ているが、この本数は磁粉の配向磁界の値によって異な
る。この場合磁粉位置で最低8000Ｏｅを確保している。
さらに高い磁界が必要な場合には、コイル７に流す電流
を増やすために、固有の径を大きくする必要がある。
【００３１】図１の磁粉挿入位置４は内径20mm、外径40
mm、コイル７の１本の径は2.0mm、スリーブ５の厚さは
0.5mmである。コイル配置は１極に対して４本のコイル
を用い、２本を極中心間となる位置の外周側に径方向に
当たる縦に配置し、他２本を縦の配置のコイルのスリー
ブ５側に対してその両脇に各１本配置したものである。
その両脇への配置は２本又は３本でも良い。
mm、コイル７の１本の径は2.0mm、スリーブ５の厚さは
0.5mmである。コイル配置は１極に対して４本のコイル
を用い、２本を極中心間となる位置の外周側に径方向に
当たる縦に配置し、他２本を縦の配置のコイルのスリー
ブ５側に対してその両脇に各１本配置したものである。
その両脇への配置は２本又は３本でも良い。
【００３２】更に、本実施例では、スリーブ８内に磁粉
を挿入した後、振動させてより充填させて、その軸方向
にプレス機によってプレス加圧しながら同時にコイル７
に電流を流し、70％の密度に約1ｔ/cm2で加圧成形させ
た。次いで、金型のスリーブ８から成形体を取り出し、
1100℃で焼結を行い、90％の密度にし、更に所定の形状
のリングに切削加工を行なった。本実施例では、焼結後
においても元の磁粉粒子の形状が残っているものであ
る。
を挿入した後、振動させてより充填させて、その軸方向
にプレス機によってプレス加圧しながら同時にコイル７
に電流を流し、70％の密度に約1ｔ/cm2で加圧成形させ
た。次いで、金型のスリーブ８から成形体を取り出し、
1100℃で焼結を行い、90％の密度にし、更に所定の形状
のリングに切削加工を行なった。本実施例では、焼結後
においても元の磁粉粒子の形状が残っているものであ
る。
【００３３】この配置の仕方により、極中心での径方向
へのｃ軸の磁粉配向を50体積％以上、好ましくは80体積
％以上に高められるものである。又、極中心間外周側の
径方向に配置したコイルのみでは、極中心と極中心の間
の中心位置、即ちコイル７の中心位置である極中心間の
周方向の容易磁化方向の配向率が80体積％以上である十
分な磁界を有するが、極中心での磁界は小さくなり、磁
界強度の周方向の分布が悪くなる。これに対して本実施
例のような図１に示すその径方向の両側へのコイルの配
置の場合には、極中心での磁界を高くすることができ
る。このようなコイルの配置は図１のような4極リング
磁石の場合だけでなく、後述する図２（ｂ）のような8
極リング磁石又は10極リング磁石などの極数が多いリン
グ磁石に関しても同様の配置によって適用される。
へのｃ軸の磁粉配向を50体積％以上、好ましくは80体積
％以上に高められるものである。又、極中心間外周側の
径方向に配置したコイルのみでは、極中心と極中心の間
の中心位置、即ちコイル７の中心位置である極中心間の
周方向の容易磁化方向の配向率が80体積％以上である十
分な磁界を有するが、極中心での磁界は小さくなり、磁
界強度の周方向の分布が悪くなる。これに対して本実施
例のような図１に示すその径方向の両側へのコイルの配
置の場合には、極中心での磁界を高くすることができ
る。このようなコイルの配置は図１のような4極リング
磁石の場合だけでなく、後述する図２（ｂ）のような8
極リング磁石又は10極リング磁石などの極数が多いリン
グ磁石に関しても同様の配置によって適用される。
【００３４】本実施例においては、ｃ軸の容易磁化方向
の配向率が、極中心において径方向で80体積％以上、そ
の径方向に対して垂直方向では20体積％以下、極中心間
での周方向で90体積％以上であった。又、極中心におい
て径方向で80体積％以上を有する範囲は5度以下で形成
されている。
の配向率が、極中心において径方向で80体積％以上、そ
の径方向に対して垂直方向では20体積％以下、極中心間
での周方向で90体積％以上であった。又、極中心におい
て径方向で80体積％以上を有する範囲は5度以下で形成
されている。
【００３５】焼結までの工程は、ボンド磁石の製造工程
に同様に実施できる。ボンド磁石は、予め形成された磁
粉と樹脂との混合粉末を、前述と同様に加圧成形する時
に、樹脂が流動性を有する温度に加熱しながら前述の磁
界を掛けることにより一体のものに成形されるものであ
る。
に同様に実施できる。ボンド磁石は、予め形成された磁
粉と樹脂との混合粉末を、前述と同様に加圧成形する時
に、樹脂が流動性を有する温度に加熱しながら前述の磁
界を掛けることにより一体のものに成形されるものであ
る。
【００３６】磁粉の配向については、配向金型で成形後
の配向及び焼結後の配向の双方とも調べることが可能で
ある。配向を調べるために使用している手法はＸ線回折
法である。この手法は一般に使用されているが、本発明
で形成したリング磁石の評価のためには、一般のＸ線回
折装置の試料台（ゴニオメータ）を新たに設計した。即
ち、円筒試料の評価を可能にするために、Ｘ，Ｙ軸の送
り機構と回転機構を具備したゴニオメータを作製した。
また、回転角度の精度を0.1度以下にするように回転系
のステップを調整するとともに、Ｘ線の発生源の幅も約
1度にすることにより、円筒試料の曲面にＸ線を照射し
て配向の評価を可能にした。このような円筒試料用Ｘ線
回折装置を用い、リング磁石の配向を評価した。この評
価により、リング磁石を構成している磁粉の配向につい
て調べることができ、極数により極の中央又は極の端部
の配向が異なれば、回折強度の角度依存性として結果が
得られるようになった。
の配向及び焼結後の配向の双方とも調べることが可能で
ある。配向を調べるために使用している手法はＸ線回折
法である。この手法は一般に使用されているが、本発明
で形成したリング磁石の評価のためには、一般のＸ線回
折装置の試料台（ゴニオメータ）を新たに設計した。即
ち、円筒試料の評価を可能にするために、Ｘ，Ｙ軸の送
り機構と回転機構を具備したゴニオメータを作製した。
また、回転角度の精度を0.1度以下にするように回転系
のステップを調整するとともに、Ｘ線の発生源の幅も約
1度にすることにより、円筒試料の曲面にＸ線を照射し
て配向の評価を可能にした。このような円筒試料用Ｘ線
回折装置を用い、リング磁石の配向を評価した。この評
価により、リング磁石を構成している磁粉の配向につい
て調べることができ、極数により極の中央又は極の端部
の配向が異なれば、回折強度の角度依存性として結果が
得られるようになった。
【００３７】図１に示す配向ヨークの磁粉挿入位置４の
内外径は、配向、焼結工程後、かなり変形するので切削
加工工程での加工代及び焼結時の収縮を考慮して設計さ
れるので、最終形状よりも磁粉挿入位置４は大きくな
る。図１の配向ヨークでは磁界を印加するために流す電
流の位置が重要であり、コイル４の位置及び電流値が磁
界強度分布と方向を決めている。リングの内径、外径及
び磁粉を配向させるのに必要な磁界によって、コイル４
の位置は変える必要がある。図１のようなコイル４の位
置を採用することにより、極中心でも高い配向が実現で
き、磁石性能を高めて、かつ表面磁束密度波形の波形歪
を提言することが可能である。図１では、極中心間の角
度位置にコイル４があり、極中心間の角度（回転方向の
角度）で極中心側の両側にもコイルを配置している。こ
のようなコイル配置にすることにより、極中心の磁界強
度と磁界分布を最適化することができる。磁石位置から
のコイル４の距離や、コイル４の太さ、コイル４間の距
離により、磁石位置での磁界ベクトルが変わるので電磁
界解析シミュレーションなどにより最適設計をする必要
がある。
内外径は、配向、焼結工程後、かなり変形するので切削
加工工程での加工代及び焼結時の収縮を考慮して設計さ
れるので、最終形状よりも磁粉挿入位置４は大きくな
る。図１の配向ヨークでは磁界を印加するために流す電
流の位置が重要であり、コイル４の位置及び電流値が磁
界強度分布と方向を決めている。リングの内径、外径及
び磁粉を配向させるのに必要な磁界によって、コイル４
の位置は変える必要がある。図１のようなコイル４の位
置を採用することにより、極中心でも高い配向が実現で
き、磁石性能を高めて、かつ表面磁束密度波形の波形歪
を提言することが可能である。図１では、極中心間の角
度位置にコイル４があり、極中心間の角度（回転方向の
角度）で極中心側の両側にもコイルを配置している。こ
のようなコイル配置にすることにより、極中心の磁界強
度と磁界分布を最適化することができる。磁石位置から
のコイル４の距離や、コイル４の太さ、コイル４間の距
離により、磁石位置での磁界ベクトルが変わるので電磁
界解析シミュレーションなどにより最適設計をする必要
がある。
【００３８】図１に示すような構造の配向ヨーク（金
型）を用いてコイル４に電流を流して磁粉を磁界方向に
揃えるが、この配向ヨークの構造が不十分の場合には、
焼結した磁石の配向がＸ線で評価すると大きく異なる。
最適化設計されたコイル位置で配向ヨークを設計後、配
向ヨーク（金型）を作成して試作した結果、口述する図
４に示すようなＸ線回折強度分布をもった磁石が得られ
るものである。
型）を用いてコイル４に電流を流して磁粉を磁界方向に
揃えるが、この配向ヨークの構造が不十分の場合には、
焼結した磁石の配向がＸ線で評価すると大きく異なる。
最適化設計されたコイル位置で配向ヨークを設計後、配
向ヨーク（金型）を作成して試作した結果、口述する図
４に示すようなＸ線回折強度分布をもった磁石が得られ
るものである。
【００３９】図２は、本発明のリング磁石のｃ軸である
容易磁化方向を示す断面図である。極中心２では、配向
方向（容易磁化方向と一致する方向）が図２のように周
方向で変化し、極中心と次の極中心との中心位置を極中
心間と定義している。極中心間の位置はこの点線が周方
向と同じ方向（径方向と垂直方向）になっている位置で
ある。即ち極中心間と極中心位置での配向方向は径方向
又は周方向に対して互いに直角である。図２の点線は概
略で示しているが、実際の磁石を構成する磁粉の方向は
100％の磁粉がこのような点線を向かせることは困難で
ある。磁粉の大きさは数μｍであり、その粒径が分布し
ており、形状も完全に同一でないため、及び配向磁界を
印加しながらプレスすることもあり、磁粉同士が接触し
た状態で磁界方向に完全に方位を揃えることは困難にな
るのである。
容易磁化方向を示す断面図である。極中心２では、配向
方向（容易磁化方向と一致する方向）が図２のように周
方向で変化し、極中心と次の極中心との中心位置を極中
心間と定義している。極中心間の位置はこの点線が周方
向と同じ方向（径方向と垂直方向）になっている位置で
ある。即ち極中心間と極中心位置での配向方向は径方向
又は周方向に対して互いに直角である。図２の点線は概
略で示しているが、実際の磁石を構成する磁粉の方向は
100％の磁粉がこのような点線を向かせることは困難で
ある。磁粉の大きさは数μｍであり、その粒径が分布し
ており、形状も完全に同一でないため、及び配向磁界を
印加しながらプレスすることもあり、磁粉同士が接触し
た状態で磁界方向に完全に方位を揃えることは困難にな
るのである。
【００４０】しかし、以上のような金型と磁界発生装置
を使用して作成されるリング磁石の容易磁化方向の配向
は図２に示す構造を有する。図２のリング磁石１は極中
心２と極中心以外３の配向方向をもっている。この点線
は配向方向の模式図であり、通常はこの方向に着磁され
る。（ａ）の４極、（ｂ）の８極の場合も同じ配向方向
をもっている。
を使用して作成されるリング磁石の容易磁化方向の配向
は図２に示す構造を有する。図２のリング磁石１は極中
心２と極中心以外３の配向方向をもっている。この点線
は配向方向の模式図であり、通常はこの方向に着磁され
る。（ａ）の４極、（ｂ）の８極の場合も同じ配向方向
をもっている。
【００４１】図３は、図１の配向ヨーク構造を10極リン
グ磁石に適用し、焼結、加工後の配向について示す線図
である。図３の実線はｃ軸に垂直な面のＸ線回折強度
（相対値）、点線はｃ軸に平行な面のＸ線回折強度（相
対値）である。磁粉の配向については、配向金台型で成
形後の配向及び焼結後の配向の双方とも調べることが可
能である。配向を調べるために使用している手法はＸ線
回折法である。この手法は一般に使用されているが、形
成したリング磁石の評価のためには、一般のＸ線回折装
置の試料台（ゴニオメータ）を新たに設計した。即ち、
円筒試料の評価を可能にするために、Ｘ，Ｙ軸の送り機
構と回転機構を具備したゴニオメータを作製した。ま
た、回転角度の精度を0.1度以下にするように回転系の
ステップを調整するとともに、Ｘ線の発生源の幅も約1
度にすることにより、円筒試料の曲面にＸ線を照射して
配向の評価を可能にした。このような円筒試料用Ｘ線回
折装置を用い、リング磁石の配向を評価した。この評価
により、リング磁石を構成している磁粉の配向について
調べることができ、極数により極の中央又は極の端部の
配向が異なれば、回折強度の角度依存性として結果が得
られるようになった。
グ磁石に適用し、焼結、加工後の配向について示す線図
である。図３の実線はｃ軸に垂直な面のＸ線回折強度
（相対値）、点線はｃ軸に平行な面のＸ線回折強度（相
対値）である。磁粉の配向については、配向金台型で成
形後の配向及び焼結後の配向の双方とも調べることが可
能である。配向を調べるために使用している手法はＸ線
回折法である。この手法は一般に使用されているが、形
成したリング磁石の評価のためには、一般のＸ線回折装
置の試料台（ゴニオメータ）を新たに設計した。即ち、
円筒試料の評価を可能にするために、Ｘ，Ｙ軸の送り機
構と回転機構を具備したゴニオメータを作製した。ま
た、回転角度の精度を0.1度以下にするように回転系の
ステップを調整するとともに、Ｘ線の発生源の幅も約1
度にすることにより、円筒試料の曲面にＸ線を照射して
配向の評価を可能にした。このような円筒試料用Ｘ線回
折装置を用い、リング磁石の配向を評価した。この評価
により、リング磁石を構成している磁粉の配向について
調べることができ、極数により極の中央又は極の端部の
配向が異なれば、回折強度の角度依存性として結果が得
られるようになった。
【００４２】ここで、極中心２は、４極リング磁石では
図２の位置であり、図３の極中心と次の極中心の角度の
中央の角度の位置を極中心間と定義している。図３では
１０極リング磁石のため、36度の周期で配向が変化して
いる。実線の強度が高いのはｃ軸がリング磁石の径方向
に向いている磁粉が多いことに対応する。また点線の強
度が高いのは、ｃ軸がリング磁石の周方向に向いている
磁粉が多いことに対応する。図２の点線は概略で示して
いるが、実際の磁石を構成する磁粉の方向は100％の磁
粉がこのような点線を向かせることは困難である。磁粉
の大きさは数μｍであり、その粒径が分布しており、形
状も完全に同一でないため、及び配向磁界を印加しなが
らプレスすることもあり、磁粉同士が接触した状態で磁
界方向に完全に方位を揃えることは困難になるのであ
る。
図２の位置であり、図３の極中心と次の極中心の角度の
中央の角度の位置を極中心間と定義している。図３では
１０極リング磁石のため、36度の周期で配向が変化して
いる。実線の強度が高いのはｃ軸がリング磁石の径方向
に向いている磁粉が多いことに対応する。また点線の強
度が高いのは、ｃ軸がリング磁石の周方向に向いている
磁粉が多いことに対応する。図２の点線は概略で示して
いるが、実際の磁石を構成する磁粉の方向は100％の磁
粉がこのような点線を向かせることは困難である。磁粉
の大きさは数μｍであり、その粒径が分布しており、形
状も完全に同一でないため、及び配向磁界を印加しなが
らプレスすることもあり、磁粉同士が接触した状態で磁
界方向に完全に方位を揃えることは困難になるのであ
る。
【００４３】図３において、0度、36度、72度（極中心
の角度）で実線の強度が高くなり、その中央で低くなっ
ている。このような極中心の角度では、点線の値が0に
なっていることがわかる。このことは、極中心におい
て、ｃ軸が周方向を向いている磁粉がないことを意味し
ている。また、極中心間においても、ｃ軸が径方向を向
いている磁粉がないことがわかる。さらに極中心間の強
度よりも極中心の強度の方が強いことがわかる。これ
は、極中心位置での配向磁界が十分であることを示して
いる。図３の縦軸の強度（相対値）は、磁粉の体積に相
当している。したがって、極中心のｃ軸が径方向を向い
ている磁粉体積は、極中心間でｃ軸が周方向を向いてい
る磁粉の体積よりも多いということが言える。
の角度）で実線の強度が高くなり、その中央で低くなっ
ている。このような極中心の角度では、点線の値が0に
なっていることがわかる。このことは、極中心におい
て、ｃ軸が周方向を向いている磁粉がないことを意味し
ている。また、極中心間においても、ｃ軸が径方向を向
いている磁粉がないことがわかる。さらに極中心間の強
度よりも極中心の強度の方が強いことがわかる。これ
は、極中心位置での配向磁界が十分であることを示して
いる。図３の縦軸の強度（相対値）は、磁粉の体積に相
当している。したがって、極中心のｃ軸が径方向を向い
ている磁粉体積は、極中心間でｃ軸が周方向を向いてい
る磁粉の体積よりも多いということが言える。
【００４４】図３で評価したリング磁石について、外周
側から内周側のリングの肉厚方向の配向について調べた
結果を図４に示す。極中心（図３の0度の位置）の配向
は、横軸の値が0のときは、最外周に対応しており、図
３の値である。深さ方向について、これらの２つの強度
はほぼ一定である。したがって、内周側の配向も外周側
の配向も変わらないことがわかる。図１のような配向ヨ
ークの場合、内周側の磁界が小さくなるが、配向磁界と
磁界方向は内周側でも満足している（最低磁界8000Ｏ
ｅ）ため、図４のように、深さ方向でも（径方向）配向
はほとんど変化しない。
側から内周側のリングの肉厚方向の配向について調べた
結果を図４に示す。極中心（図３の0度の位置）の配向
は、横軸の値が0のときは、最外周に対応しており、図
３の値である。深さ方向について、これらの２つの強度
はほぼ一定である。したがって、内周側の配向も外周側
の配向も変わらないことがわかる。図１のような配向ヨ
ークの場合、内周側の磁界が小さくなるが、配向磁界と
磁界方向は内周側でも満足している（最低磁界8000Ｏ
ｅ）ため、図４のように、深さ方向でも（径方向）配向
はほとんど変化しない。
【００４５】図４は１０極のリング磁石を測定した結果
であり、角度が0度の位置が極中心に対応し、１０極な
ので36度の周期で変化する。容易磁化方向であるｃ軸の
方向が実線で、ｃ軸と垂直方向が点線で示されている。
図４において、0度、36度、72度（極中心の角度）で実
線の強度が高くなり、その中央で低くなっている。この
ような極中心の角度では、点線の値が０になっているこ
とがわかる。このことは、極中心において、ｃ軸が周方
向を向いている磁粉がないことを意味している。さらに
極中心間の強度よりも極中心の強度の方が強いことがわ
かる。このような配向強度分布のリング磁石は、コギン
グトルクが小さくかつ誘起電圧が高いモータ用回転子に
適している。
であり、角度が0度の位置が極中心に対応し、１０極な
ので36度の周期で変化する。容易磁化方向であるｃ軸の
方向が実線で、ｃ軸と垂直方向が点線で示されている。
図４において、0度、36度、72度（極中心の角度）で実
線の強度が高くなり、その中央で低くなっている。この
ような極中心の角度では、点線の値が０になっているこ
とがわかる。このことは、極中心において、ｃ軸が周方
向を向いている磁粉がないことを意味している。さらに
極中心間の強度よりも極中心の強度の方が強いことがわ
かる。このような配向強度分布のリング磁石は、コギン
グトルクが小さくかつ誘起電圧が高いモータ用回転子に
適している。
【００４６】本発明では配向方向をＸ線回折強度の測定
で決定しているが、Ｘ線回折以外にも、電子顕微鏡など
の構造解析で配向方向が規定することも可能である。ま
た、カー効果を利用したヒステリシス曲線の測定やVSM
（振動試料磁力計）、カー効果などによる磁区構造観
察、反射電子線回折、ラザフォードバックスキャッタリ
ングなどの手法によっても、配向の程度を知ることが可
能である。
で決定しているが、Ｘ線回折以外にも、電子顕微鏡など
の構造解析で配向方向が規定することも可能である。ま
た、カー効果を利用したヒステリシス曲線の測定やVSM
（振動試料磁力計）、カー効果などによる磁区構造観
察、反射電子線回折、ラザフォードバックスキャッタリ
ングなどの手法によっても、配向の程度を知ることが可
能である。
【００４７】図５は、極中心部の磁界強度を最小で1000
0Ｏｅに高くした場合である。この場合には、図１のコ
イル４に流す電流を極中心側のコイル（４本のうちの２
本）のみ高くしてある。このような条件で１０極リング
磁石を作成すると、その配向は図５のようになる。図３
と比較すればわかるように、極中心部での強度が図５の
方が高い。また、実線、点線ともに０となっている角度
の幅が大きくなっている。極中心部付近でｃ軸が周方向
を向いている磁粉が少なくなっていることがわかる。図
５のように、極中心の配向が極中心間の配向と比較して
同等以上になると、コギングトルクは小さく、表面磁束
密度の最大値も高くすることが可能である。このような
コイル配置の効果は、焼結磁石の配向工程だけでなく、
ボンド磁石を成形するときの配向ヨークでも同様の効果
がある。即ち、NdFeB系コンパウンド又はSmFeN系、SmCo
系コンパウンドを射出成形又は圧縮成形するときにこの
ようなコイル配置にして、極中心の配向を高めること
で、低コギングトルクを達成できる。また上記効果は１
０極だけでなく、３極以上のリング磁石で確認してあ
る。
0Ｏｅに高くした場合である。この場合には、図１のコ
イル４に流す電流を極中心側のコイル（４本のうちの２
本）のみ高くしてある。このような条件で１０極リング
磁石を作成すると、その配向は図５のようになる。図３
と比較すればわかるように、極中心部での強度が図５の
方が高い。また、実線、点線ともに０となっている角度
の幅が大きくなっている。極中心部付近でｃ軸が周方向
を向いている磁粉が少なくなっていることがわかる。図
５のように、極中心の配向が極中心間の配向と比較して
同等以上になると、コギングトルクは小さく、表面磁束
密度の最大値も高くすることが可能である。このような
コイル配置の効果は、焼結磁石の配向工程だけでなく、
ボンド磁石を成形するときの配向ヨークでも同様の効果
がある。即ち、NdFeB系コンパウンド又はSmFeN系、SmCo
系コンパウンドを射出成形又は圧縮成形するときにこの
ようなコイル配置にして、極中心の配向を高めること
で、低コギングトルクを達成できる。また上記効果は１
０極だけでなく、３極以上のリング磁石で確認してあ
る。
【００４８】図６は図１のコイル４の４本のコイルの中
で極中心側の２本のコイルに流す電流値を小さくした場
合である。これは４本のうちの２本のコイルがない場合
（極中心側にずらしていない場合と同様）に近い磁界分
布となる。この場合には図５に示すように、実線よりも
点線の強度が高くなる。また、極中心の点線の強度が０
とならない。これは極中心部の磁界強度が小さいことが
原因している。
で極中心側の２本のコイルに流す電流値を小さくした場
合である。これは４本のうちの２本のコイルがない場合
（極中心側にずらしていない場合と同様）に近い磁界分
布となる。この場合には図５に示すように、実線よりも
点線の強度が高くなる。また、極中心の点線の強度が０
とならない。これは極中心部の磁界強度が小さいことが
原因している。
【００４９】図７は、１０極を有するリング磁石につい
てコギングトルクと極中心でｃ軸が周方向を向いている
磁粉の量に相当するＸ線回折強度との関係を示す線図で
ある。前述の図３，図５及び図６に示したように、極中
心付近の点線の値は図１のコイルに流れる電流によって
変化する。極中心においてｃ軸が周方向を向いている磁
粉の体積を少なくするのが良く、極中心におけるｃ軸が
周方向を向いている磁粉が多くなるほど、コギングトル
クは増加する。コギングトルクを5％以下に抑えるに
は、極中心においてｃ軸が周方向を向いている強度を10
以下にすること、コギングトルクを1％以下に抑えるに
は、極中心においてｃ軸が周方向を向いている強度を5
以下にすることが好ましい。極中心においてｃ軸が周方
向に向いている磁粉の体積が、径方向に向いている磁粉
の体積を100としたときに5以下ということである。これ
は、極中心においてｃ軸が周方向を向いた磁粉の体積を
約5以下（径方向の1/20以下）にすれば、コギングトル
クを5％以下にすることが可能なことを示している。
てコギングトルクと極中心でｃ軸が周方向を向いている
磁粉の量に相当するＸ線回折強度との関係を示す線図で
ある。前述の図３，図５及び図６に示したように、極中
心付近の点線の値は図１のコイルに流れる電流によって
変化する。極中心においてｃ軸が周方向を向いている磁
粉の体積を少なくするのが良く、極中心におけるｃ軸が
周方向を向いている磁粉が多くなるほど、コギングトル
クは増加する。コギングトルクを5％以下に抑えるに
は、極中心においてｃ軸が周方向を向いている強度を10
以下にすること、コギングトルクを1％以下に抑えるに
は、極中心においてｃ軸が周方向を向いている強度を5
以下にすることが好ましい。極中心においてｃ軸が周方
向に向いている磁粉の体積が、径方向に向いている磁粉
の体積を100としたときに5以下ということである。これ
は、極中心においてｃ軸が周方向を向いた磁粉の体積を
約5以下（径方向の1/20以下）にすれば、コギングトル
クを5％以下にすることが可能なことを示している。
【００５０】図８は、リング磁石の表面磁束密度波形歪
と極中心においてｃ軸が周方向を向いている磁粉のＸ線
回折強度との関係である。表面磁束密度はリング磁石の
外周側表面をホール素子を用いてリング磁石を回転させ
ながら磁束密度を測定したものである。このとき使用し
た回転子は図９に示すような構造である。リング磁石
（この場合は１０極）１１をシャフト１２に固定して、
シャフトを他のモータで回転させて表面磁束密度を測定
した。ホール素子の磁石表面からの距離は0.1〜0.2μｍ
である。波形歪は表面磁束密度波形の基本波を除いた成
分を示しており、波形歪が全体の波形に占める割合を縦
軸に示した。波形歪は、極中心のｃ軸が周方向を向いた
磁粉が増加するほど大きくなる。コギングトルク5％以
下では波形歪は10％以下にすることが好ましい。
と極中心においてｃ軸が周方向を向いている磁粉のＸ線
回折強度との関係である。表面磁束密度はリング磁石の
外周側表面をホール素子を用いてリング磁石を回転させ
ながら磁束密度を測定したものである。このとき使用し
た回転子は図９に示すような構造である。リング磁石
（この場合は１０極）１１をシャフト１２に固定して、
シャフトを他のモータで回転させて表面磁束密度を測定
した。ホール素子の磁石表面からの距離は0.1〜0.2μｍ
である。波形歪は表面磁束密度波形の基本波を除いた成
分を示しており、波形歪が全体の波形に占める割合を縦
軸に示した。波形歪は、極中心のｃ軸が周方向を向いた
磁粉が増加するほど大きくなる。コギングトルク5％以
下では波形歪は10％以下にすることが好ましい。
【００５１】図１０は、上述の回転子を用いた回転機の
断面図である。シャフト１２には図９の軸部に対して胴
部をそれより太径とした強磁性材又は非磁性材の炭素鋼
又は前述したステンレス鋼が用いられ、リング磁石１を
シャフト１２に樹脂接着剤によって固定した。固定子１
３には図１０に示す構造の珪素鋼板が用いられ、図視を
省略しているがコイルが巻回されており、図１０に示す
ように回転子が挿入され、回転機が得られる。本実施例
の回転機は回転子の直径が50〜100mm程度の位置決め用
モータに好適であり、特に半導体装置の製造装置におけ
るウエハの搬送、位置決め等、デスク装置のヘッド駆動
装置等のＡＣサーボモータに好適であった。本発明によ
って、コギングトルクを小さくでき、高効率、高トルク
が得られる。
断面図である。シャフト１２には図９の軸部に対して胴
部をそれより太径とした強磁性材又は非磁性材の炭素鋼
又は前述したステンレス鋼が用いられ、リング磁石１を
シャフト１２に樹脂接着剤によって固定した。固定子１
３には図１０に示す構造の珪素鋼板が用いられ、図視を
省略しているがコイルが巻回されており、図１０に示す
ように回転子が挿入され、回転機が得られる。本実施例
の回転機は回転子の直径が50〜100mm程度の位置決め用
モータに好適であり、特に半導体装置の製造装置におけ
るウエハの搬送、位置決め等、デスク装置のヘッド駆動
装置等のＡＣサーボモータに好適であった。本発明によ
って、コギングトルクを小さくでき、高効率、高トルク
が得られる。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、コギン
グトルクの小さい、高効率のモータを提供でき、産業
用、自動車用、半導体装置などの搬送、位置決め用モー
タとして高効率、高トルクが得られる。
グトルクの小さい、高効率のモータを提供でき、産業
用、自動車用、半導体装置などの搬送、位置決め用モー
タとして高効率、高トルクが得られる。
【図１】 本発明の磁界発生装置の断面図である。
【図２】 本発明のリング磁石の磁粉配向の状況を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】 リング磁石の配向の角度依存性を示す線図で
ある。
ある。
【図４】 配向強度のリング厚肉（深さ）方向依存性を
示す線図である。
示す線図である。
【図５】 リング磁石の配向の角度依存性を示す線図で
ある。
ある。
【図６】 リング磁石の配向の角度依存性を示す線図で
ある。
ある。
【図７】 コギングトルクと配向の関係を示す線図であ
る。
る。
【図８】 表面磁束密度波形歪と配向の関係を示す線図
である。
である。
【図９】 本発明の回転子の斜視図である。
【図１０】 本発明の回転機の断面図である。
１…リング磁石、２…極中心、３…極中心以外、４…磁
粉挿入位置、５…極中心の配向、６…極中心以外の配
向、７…コイル、８…スリーブ、９…中心軸、１１…リ
ング磁石、１２…シャフト、１３…固定子。
粉挿入位置、５…極中心の配向、６…極中心以外の配
向、７…コイル、８…スリーブ、９…中心軸、１１…リ
ング磁石、１２…シャフト、１３…固定子。
フロントページの続き
(72)発明者 北村 正司
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 伊藤 元哉
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 栗山 義彦
埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地 日立金属株
式会社先端エレクトロニクス研究所内
Ｆターム(参考） 5E040 AA04 AA19 BD01 CA01
5E062 CC02 CD04 CE04 CF02
5H622 AA03 CA01 CA05 CA13 DD01
DD02 PP01 PP19 QA02 QB04
QB10
Claims (25)
- 【請求項１】硬質磁性材がリング状に形成されたリング
磁石において、極中心位置で径方向に形成されている容
易磁化方向の配向率が50体積％以上であることを特徴と
するリング磁石。 - 【請求項２】硬質磁性材がリング状に形成されたリング
磁石において、極中心位置で径方向に形成されている容
易磁化方向の配向率が50体積％以上、前記磁極中心間の
位置で周方向に形成されている容易磁化方向の配向率が
80体積％以上であることを特徴とするリング磁石。 - 【請求項３】硬質磁性材がリング状に形成されたリング
磁石において、極中心位置で径方向に対して垂直方向に
形成されている容易磁化方向の配向率が20体積％以下で
あることを特徴とするリング磁石。 - 【請求項４】硬質磁性材がリング状に形成されたリング
磁石において、極中心位置で径方向に形成されている容
易磁化方向の配向率が50体積％以上及び外周側表面磁束
密度の正弦波波形の波形歪みが10％以下であることを特
徴とするリング磁石。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記磁
極は４極以上であることを特徴とするリング磁石。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記極
中心の前記容易磁化方向の配向率が50体積％以上になる
範囲が5度以下であることを特徴とするリング磁石。 - 【請求項７】シャフトの胴部外周にリング磁石が形成さ
れている回転子において、前記リング磁石が請求項１〜
６のいずれかに記載のリング磁石よりなることを特徴と
する回転子。 - 【請求項８】請求項７において、前記胴部外周にリング
磁石が樹脂接着剤又は金属的結合によって一体に形成さ
れていることを特徴とする回転子。 - 【請求項９】請求項７又は８において、コギングトルク
が5％以下であることを特徴とする回転子。 - 【請求項１０】固定子と、該固定子内を回転する回転子
とを有する回転機において、前記回転子が請求項７〜９
のいずれかに記載の回転子からなることを特徴とする回
転機。 - 【請求項１１】請求項１０に記載の回転機からなること
を特徴とする位置決め用モータ。 - 【請求項１２】硬質磁性材の粉末をリング状に配置し磁
界によって配向させる工程を有するリング磁石の製造法
において、リング状の型に装填した前記粉末に対して前
記リングの軸方向に加圧成形する工程と、前記リング状
の金型の外周部に配置した磁界発生手段によって磁界を
加える工程とを有し、極中心位置の容易磁化方向の配向
率が50体積％以上になるように前記磁界発生手段の配置
を調整することを特徴とするリング磁石の製造法。 - 【請求項１３】硬質磁性材の粉末をリング状に配置し磁
界によって配向させる工程を有するリング磁石の製造法
において、リング状の型に装填した前記粉末に対して前
記リングの軸方向に加圧成形する工程と、前記リング状
の金型の外周部に配置した磁界発生手段によって磁界を
加える工程とを有し、前記磁界発生手段を磁極の数に対
応させて等間隔に配置すると共に、前記磁極中心間の位
置に前記リングの径方向の位置と該径方向の位置の両側
とに対して前記磁界発生手段を配置することを特徴とす
るリング磁石の製造法。 - 【請求項１４】硬質磁性材の粉末をリング状に配置し磁
界によって配向させる工程を有するリング磁石の製造法
において、リング状の金型に装填した前記粉末に対して
前記リングの軸方向に加圧成形する工程と、前記リング
状の型の外周部に配置した磁界発生手段によって磁界を
加える工程とを有し、前記磁界発生手段を磁極の数に対
応させて等間隔に配置すると共に、前記磁極中心間の位
置に前記リングの径方向の位置と該径方向の位置の両側
とに対して前記磁界発生手段を配置し、前記径方向の位
置の磁界強度が前記両側の位置の磁界強度より大きいこ
とを特徴とするリング磁石の製造法。 - 【請求項１５】請求項１２〜１４のいずれかにおいて、
前記磁界発生手段は隣り合う位置で互いに反対方向の磁
界を形成することを特徴とするリング磁石の製造法。 - 【請求項１６】請求項１２〜１５のいずれかにおいて、
前記磁極は４極以上であり、前記磁界発生手段は互いに
対向する位置で同方向の磁界を形成することを特徴とす
るリング磁石の製造法。 - 【請求項１７】請求項１２〜１６のいずれかにおいて、
前記リング状の軸方向に加圧成形すると同時に、前記磁
界発生手段によって磁界を加えることを特徴とするリン
グ磁石の製造法。 - 【請求項１８】請求項１２〜１７のいずれかにおいて、
前記極中心の前記容易磁化方向の配向率が50体積％以上
になる範囲が5度以下になるように前記磁界発生手段の
配置を調整することを特徴とするリング磁石の製造法。 - 【請求項１９】シャフトの胴部外周にリング磁石を形成
する回転子の製造法において、前記リング磁石を請求項
１２〜１８のいずれかに記載の製造法によって製造する
ことを特徴とする回転子の製造法。 - 【請求項２０】請求項１９において、前記胴部外周にリ
ング磁石を樹脂接着剤又は金属的結合によって一体に形
成することを特徴とする回転子の製造法。 - 【請求項２１】リング状の金型の外周部に配置した磁界
発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装置におい
て、前記磁界発生手段を磁極の数に対応させて前記金型
の外周に等間隔に配置すると共に、前記磁極中心間の位
置に前記リングの径方向の位置と該径方向の位置の両側
とに対して前記磁界発生手段を配置することを特徴とす
る磁界発生装置。 - 【請求項２２】リング状の金型の外周部に配置した磁界
発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装置におい
て、前記磁界発生手段を磁極の数に対応させて等間隔に
配置すると共に、前記磁極中心間の位置に前記リングの
径方向の位置と該径方向の位置の両側とに対して配置
し、前記径方向の位置の磁界強度が前記両側の位置の磁
界強度より大きくなるように調整されていることを特徴
とする磁界発生装置。 - 【請求項２３】請求項２１又は２２において、前記磁界
発生手段は隣り合う位置で互いに反対方向の磁界を形成
するように配置されていることを特徴とする磁界発生装
置。 - 【請求項２４】請求項２１〜２３のいずれかにおいて、
前記磁極は４極以上であり、前記磁界発生手段は互いに
対向する位置で同方向の磁界を形成するように配置され
ていることを特徴とする磁界発生装置。 - 【請求項２５】リング状の金型の外周部に配置した磁界
発生手段によって磁界を発生させる磁界発生装置及び前
記金型の軸方向に加圧成形する加圧手段を有するリング
磁石製造装置において、前記磁界発生装置が請求項２１
〜２４のいずれかに記載の磁界発生装置からなることを
特徴とするリング磁石製造装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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