JP2005237097A - リング型焼結磁石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータの磁気特性低下を防止し、内径の機械加工が容易になるリング型焼結磁石及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明のリング型焼結磁石は、円筒状のラジアル配向された磁性粉末からなるリング状予備成形体１ａが軸方向に複数段積み重ねられ、焼結によって各段同士が結合され、複数段の中の両端のリング状予備成形体１ａの段の内径が、他の段の内径より小さくなっており、両端の段の内径が仕上げ加工されており、他の段の内径は仕上げ加工されていない構成とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータの回転子等に用いられるリング型焼結磁石及びその製造方法に関するものである。

従来、ラジアル異方性リング磁石を使用した永久磁石モータのロータは、強磁性体のロータシャフトにリング磁石を挿入し、リング磁石をロータシャフトに接着する方式で製作されている。この方式の場合、リング磁石の内径を精度よく仕上げ加工しなければならず、コストアップの大きな要因となっている。

特に、ネオジ焼結磁石の場合、被削性が悪く、研削による加工が必要であり、内径の加工に多大な加工工数（時間）を必要としていた。

さらに、接着剤を用いた組立は生産性が悪く、コストアップの要因となっている。また、接着層の厚みが厚い場合には、ロータシャフトとリング磁石との同軸度が狂いやすく、さらに、ロータシャフトとリング磁石との間に磁気的なギャップが生じるためロータの磁力が低下し、ロータの周方向の磁気特性にばらつきが生じ、このリング磁石を用いたモータのコギングトルクが大きくなるといった問題がある。

そこで、強磁性体粉末を混合した樹脂を、内径が無加工のリング磁石と強磁性体のロータシャフトとの隙間に射出成形法によって充填し、リング磁石をロータシャフトに固定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この射出成形の方法によれば、樹脂部の透磁率を向上し、ロータの磁力低下を防止して、リング磁石の内径を加工せずにロータを製造できる。

特開２００１−３７１２４号公報（第４−５頁、図１）

しかしながら、上記特許文献１の射出成形による方法では、
（１）射出成形時の成形圧力でリング磁石が破損する
（２）射出成形材である樹脂部の透磁率は向上されているものの、それほど大きくはなく、また、射出成形を行うためにリング磁石の内径とロータシャフトの外径との間のギャップを大きくしなければならないので樹脂部の厚さは厚くなり、ロータの磁気特性の改善の程度は低い
といった問題がある。

この発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、ロータの磁気特性低下を防止するとともに、内径の機械加工が容易になるリング型焼結磁石及びその製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係るリング型焼結磁石は、円筒状のラジアル配向された磁性粉末からなる成形体が軸方向に複数段積み重ねられ、焼結によって各段同士が結合され、上記複数段の中の少なくとも１段の内径が、他の段の内径より小さく、上記内径が小さくなっている段の内径が機械加工されており、上記他の段の内径は機械加工されていないものである。

また、円筒状のラジアル配向された磁性粉末からなる成形体が軸方向に複数段と、非磁性金属粉末からなる成形体の少なくとも１段とが軸方向に積み重ねられ、焼結によって各段同士が結合され、上記非磁性金属粉末からなる成形体の段の内径が、他の段の内径より小さく、上記非磁性金属粉末からなる成形体の段の内径が機械加工されており、上記他の段の内径は機械加工されていないものである。

この発明に係るリング型焼結磁石の製造方法は、リング状予備成形体を成形し、上記リング状予備成形体を軸方向に積み重ねて焼結する工程を備えたリング型焼結磁石の製造方法において、
上記リング状予備成形体を粉末成形するためのキャビティーを有する金型を搬送可能な搬送金型とし、上記キャビティーの内径が異なる２種類の上記搬送金型を準備し、
上記キャビティーの内径が異なる上記搬送金型を、順次、
上記キャビティ内に磁性粉末または非磁性金属粉末を供給・充填する給粉・充填ユニット、
上記キャビティーの中心軸と直交する方向に配向磁場をかけながら上記磁性粉末または上記非磁性金属粉末を加圧し、リング状予備成形体を成型する磁場成形ユニット、
上記リング状予備成形体を上記搬送金型から抜き出す脱型ユニット、
上記搬送金型から抜き出されたリング状予備成形体をその軸方向に複数段に積み重ねる段積みユニット、
へ搬送し、上記各ユニットにおける工程を実施できるようにしたものである。

上記この発明に係るリング型焼結磁石によれば、内径が小さくなっている段の内径を機械加工し、他の段の内径は未加工としているので、加工が容易になるとともに、機械加工していない他の段の内径とロータシャフトとの接着を行い、接着層の厚さは射出成形の方法による場合よりも小さくできるので、ロータの磁気特性低下を抑制できる。

上記この発明に係るリング型焼結磁石の製造方法によれば、タクトタイムが短くなり、リング型焼結磁石が生産性よく製造される。

以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明のリング型焼結磁石における実施の形態１を示す斜視図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）であり、図２は、図１のリング型焼結磁石の未加工状態を示す断面図、図３は、図１のリング型焼結磁石をロータシャフトに接着して得られた永久磁石ロータを示す断面図である。

図１に示したように、リング型焼結磁石１は、リング状予備成形体１ａを中心軸方向に積層し（段積みという）、焼結・時効処理、加工表面処理して得られるものであり、４段のリング状予備成形体１ａのうち両端の段のリング状予備成形体１ａの内径が他の段のリング状予備成形体１ａの内径より小さくなっており、図２に示した未加工のリング型焼結磁石１の外径、両端面及び両端の段のリング状予備成形体１ａの内径を仕上げ加工したものである。

仕上げ加工後の両端の段のリング状予備成形体１ａの内径は、ロータシャフト１１（図３参照）の外径よりも数μｍ〜数十μｍ大きく、その他の段は未加工であり、内径がロータシャフト１１の外径よりも１００〜４００μｍ大きくなっている。このように、射出成形により接着層を形成する場合に比べて、１００〜４００μｍと小さな隙間とすることができる。

各段のリング状予備成形体１ａは同軸にあり、図３に示したように、ロータシャフト１１の外径にリング型焼結磁石１の加工した両端の段の内径が嵌め合わされて、ロータシャフト１１の中心軸とリング型焼結磁石１の中心軸が同軸となるように位置決めされている。

図４は、ロータシャフト１１に接着固定されたリング型焼結磁石１を着磁した後、軸方向の磁束密度分布を測定した結果を示すものであり、軸方向において磁束密度が低下する磁気的な境界部があり、この磁気的な境界部を境にして４段に構成されているが、ラジアル配向が均一にできる短軸のリング状予備成形体１ａを段積みして焼結しているので、リング状予備成形体１ａ間の境界部における磁束密度の低下は少なくできる。

上記のように、未加工の段の内径とロータシャフト１１の外径との間には１００〜４００μｍの寸法差があるので、ロータシャフト１１の外径との間には１００〜４００μｍの隙間がある。その隙間に接着剤が充填されており、ロータシャフト１１に対するリング型焼結磁石１の接着固定に必要な接着層の厚みが精度よく確保されており（厚みが５０〜２００μｍとなる）、確実にリング型焼結磁石１をロータシャフト１１に接着することができる。接着層の厚みが５０μｍ以下では、リング型焼結磁石１の線膨張係数とロータシャフト１１の線膨張係数との差のために起こる温度変化時の寸法変化の差を吸収できず、リング型焼結磁石１が割れてしまう。また、接着層の厚みが２００μｍ以上では、十分な接着強度が得られない。

この実施の形態１によれば、リング型焼結磁石１の両端の段の内径を仕上げ加工し、他の段の内径は未加工とし、リング型焼結磁石１の内径寸法とロータシャフト１１の外形寸法との関係を上記のように構成することによって、リング型焼結磁石１とロータシャフト１１とを同軸に位置合わせすることができ、ステータ内径との中心位置合わせも正確にすることできる。この結果、ステータとロータとの間のエアギャップが均一になり、コギングトルクが小さくなる等、モータ特性の優れたものが得られる。

また、接着層の厚みが精度よく均一に確保されるので、リング型焼結磁石１をロータシャフト１１へ確実に接着することができる。

また、リング型焼結磁石１の内径加工を施す箇所が両端の段だけであるので、加工の取り代が少なく、加工コストを削減することができる。

また、リング型焼結磁石１の内径加工を施す箇所が両端の段だけであるので、短い軸長の工具で加工することができ、加工が容易になり、加工コストを削減することができる。

図５は、この発明の実施の形態１におけるリング型焼結磁石の製造装置の構成を示す平面図である。図６は、図５における搬送金型の構成を示す平面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。

この実施の形態１におけるリング型焼結磁石の製造装置は、図５に示したように、搬送金型１０を搬送するベルトコンベア２と、搬送金型１０の円筒状キャビティ内に、磁性粉末を計量して供給し充填する給粉・充填ユニット３と、磁性粉末が充填された搬送金型１０におけるキャビティ内の磁性粉末を加圧するための上パンチを加圧成形できる状態にセットするパンチセットユニット４と、上パンチがセットされ、加圧成形できる状態になった搬送金型１０の磁性粉末を磁場加圧成形を行う磁場成形ユニット５と、磁場加圧成形されたリング状予備成形体を搬送金型１０から抜き出すための脱型ユニット６と、抜き出されたリング状予備成形体に付着する余分な磁性粉末を取り除くための成形体脱粉ユニット７と、磁場加圧成形されたリング状予備成形体を積み重ねるための段積みユニット８と、搬送金型１０に付着した磁性粉末を除去し、搬送金型１０を搬送状態にセットする金型脱粉／金型セットユニット９とを備えている。

図６に示したように、搬送金型１０は、ベルトコンベア２上を移動するパレット１０ａと、下金型部分を保持する第１のホルダー１０ｂと、柱状のコア１０ｄと、下パンチ１０ｅと、中心にコア１０ｄを配し、下パンチ１０ｅとコア１０ｄとで磁性粉末が供給されるキャビティ１０ｈを形成するダイ１０ｆと、第２のホルダー１０ｊに保持された上パンチ１０ｇとを備えている。

図１に示したリング型焼結磁石１を製造する場合には、搬送金型１０は、キャビティー１０ｈの内径が小さいものと大きいものを準備し、まず、キャビティー１０ｈの内径が小さいものをベルトコンベア２で一つ搬送し、次に、キャビティー１０ｈの内径が大きいものをベルトコンベア２で二つ搬送し、最後に、キャビティー１０ｈの内径が小さいものをベルトコンベア２で一つ搬送する。

パレット１０ａと第１及び第２のホルダー１０ｂ，１０ｊ、第１のホルダー１０ｂと下パンチ１０ｅ、及び下パンチ１０ｅとダイ１０ｆは、それぞれ位置決めピンによる位置決め機構で位置及び方向を規制している。

このように位置決め機構を設けることによって、パレット上での金型部品のセット（上パンチのコア、ダイへの挿入等）、搬送金型１０を磁場成形ユニット５へ移送する際の位置決めが容易に行われる。

図７は、給粉・充填ユニット及びその動作を説明する断面図である。図７（ａ）は磁性粉末の計量工程、図７（ｂ）、（ｃ）は搬送金型１０への給粉工程である。

給粉・充填ユニット３は、図５に示したように、磁性粉末を計量する計量機構３ｄと、計量され容器３ｃに採取された磁性粉末１１を搬送金型１０の位置まで搬送する搬送機構３ｅとを備えている。また、図７に示したように、給粉・充填ユニットは、容器３ｃを回転させて傾ける回転機構３ｆと、容器３ｃ内の磁性粉末１１をキャビティ１０ｈ内に導くための給粉治具３ａと、給粉治具３ａを振動させる振動子等からなる振動機構３ｂと、キャビティー１０ｈ内を攪拌する羽根状部材（図示せず）とを備えている。

搬送金型１０が給粉・充填ユニットに搬送されると、図７（ａ）の磁性粉末の計量工程では、振動フィーダと重量計を用いて一定重量の磁性粉末１１を計量しながら、容器３ｃに収納する。

図７（ｂ）、（ｃ）の給粉工程では、給粉治具３ａを搬送治具１０のダイ１０ｆ上にセットし、リング状治具３ｇでキャビティー１０ｈ内に、磁性粉末１１を収納した容器３ｃをロート状の給粉治具３ａの位置まで移動し、容器３ｃを回転させて傾け、容器３ｃ内の磁性粉末１１をキャビティー１０ｈへ移す。さらに、容器３ｃにノッカーで衝撃を加え、容器３ｃ内の磁性粉末１１を残りなくキャビティー１０ｈへ移す。さらに、ロート状の給粉治具３ａに振動機構３ｂで振動を加えて給粉治具３ａ上の全ての磁性粉末１１をキャビティー１０ｈ内に移し、上記羽根状部材を回転させてキャビティー１０ｈ内の磁性粉末１１をかき混ぜながら羽根を上昇させて、キャビティー１０ｈ内に磁性粉末１１を充填する。

上記羽根状部材を回転させてキャビティ内の磁性粉末１１をかき混ぜながら羽根を上昇させてキャビティー１０ｈ内に磁性粉末１１を充填することによって、キャビティー１０ｈ内の磁性粉末１１中にある空洞あるいは粉末のブリッジが壊されて、キャビティー１０ｈ中に磁性粉末１１が均一に充填される。

磁性粉末１１には、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｆｅ、Ｂを含むネオジ磁石合金の微粉末（平均粒径が約５μｍ）等を用いる。

図８は、パンチセットユニットの構成及び動作を説明する断面図である。同図に示したように、パンチセットユニットは、上パンチ１０ｇをキャッチングするハンド４ａと、ハンド４ａを昇降させ、キャッチングした上パンチ１０ｇを移動させる移動機構を備えている。

パンチセットユニットによって、上パンチ１０ｇでキャビティー内の磁性粉末を加圧できる状態に搬送金型をセットすることができる。

キャビティーに磁性粉末が充填されると、図８（ａ）のように、パレット１０ａがパンチセットユニット４のステージに搬送され、規定位置で位置決めされ、図８（ｂ）のように、ハンド４ａが下降し、上パンチ１０ｇをキャッチングし、図８（ｃ）のように、ハンド４ａは上パンチ１０ｇを持ち上げて、図８（ｄ）のように、下型の方へ移動し、下降して上パンチ１０ｇをコア１０ｄに挿入し、上パンチ１０ｇを放し、上パンチ１０ｇはキャビティに嵌り合う。コア１０ｄの上端部の直径は、キャビティ内における直径より０．２ｍｍ小さく、３゜のテーパが付与されているので、パンチ挿入時にパレットとハンド４ａの位置に、０．１ｍｍ未満のずれがあっても、コア１０ｄにパンチ１０ｇが挿入できないといった不良は発生しない。次に、ハンド４ａは上パンチ１０ｇを放した後、上昇し元の位置に移動する。

図９は、磁場成形ユニットの構成及び動作を説明する断面図、図１０は、加圧子の構造を示す断面図、図１１は、バックヨークの構成を示す平面図（ａ），（ｃ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ断面図（ｄ）である。

図５に示したように、磁石成形装置は、上パンチ１０ｇがセットされた搬送金型１０をベルトコンベア２上のパレット１０から磁場成形ユニット５に移載し、磁場成形後にベルトコンベア２上のパレット１０ａに戻す移載機構５ｈを有する。図９に示したように、磁場成形ユニット５は、磁性粉末を配向させるための配向磁場を発生する電磁コイル５ａ（フレームに固定されている）と、上側電磁コイル５ａと上パンチ１０ｇを加圧する加圧子５ｃとを昇降させる圧縮成形機構５ｂと、上側電磁コイル５ａ及び圧縮成形機構５ｂを含む上側フレームを昇降させる上下駆動機構と、リング状弾性部材５ｊと、図示していないエアシリンダによって駆動されてダイ１０ｆと接触するバックヨーク５ｄを備えている。

図１０に示したように、加圧子５ｃは、上パンチを加圧するパンチ加圧部５ｅと、パンチ加圧部５ｅ内部へくぼむように可動する可動ロッド５ｆと、可動ロッド５ｆの背面とパンチ加圧部５ｅ内面との間にあり、可動ロッド５ｆをコア１０ｄに押し付けるバネ５ｇを備えている。

また、図１１に示したように、バックヨーク５ｄはダイ１０ｆの外径に嵌り合う半円状の凹部を有する一つの強磁性体である。バックヨーク５ｄは、その厚みの中心がダイ１０ｆの厚みの中心位置と一致するように設置され、ダイ１０ｆの方向に移動して当接する。

搬送金型１０がパンチセットユニット４からベルトコンベア２で磁場成形ユニット５へ搬送されると、図９（ａ）に示したように、金型部が、ホルダー１０ｂとともに移載機構５ｈ（図５参照）でパレット１０ａから磁場成形ユニット５の成形部に移載される。

次に、図９（ｂ）に示したように、上下駆動機構が作動し、電磁コイル５ａ及び加圧子が下降し、上側及び下側フレーム同士がチャッキング機能によって固定されると共に、ダイ１０ｆの両側からバックヨーク５ｄが移動し、ダイ１０ｆの外周に密着する。また、加圧子５ｃがさらに下降し、上パンチ１０ｇが加圧され、電磁コイル５ａに電流が流されて配向磁場が発生し、図９（ｃ）に示したように、配向磁場が掛けられた状態で上パンチ１０ｇがキャビティ内の磁性粉末を圧縮成型するとともに、圧縮成型された成形体がラジアル配向される。圧縮成型圧力は１０〜１００ＭＰａ、好ましくは３０〜４０ＭＰａとし、配向磁界は１Ｔ以上にする。

図１２は、ラジアル配向における磁束の状態を示す断面図である。上側のコイル５ａで発生した磁界は、磁束となって強磁性体である加圧子５ｃを通って、同じく強磁性体である可動ロッド５ｆに入り、下側のコイル５ａで発生した磁界は、強磁性体であるホルダー１０ｂを通ってコア１０ｄに入る（図９参照）。下パンチ１０ｅ及び上パンチ１０ｇは非磁性体である。

図１２に示したように、破線矢印で示す磁束は、強磁性体である可動ロッド５ｆ及びコア１０ｄを通って、強磁性体であるダイ１０ｆのキャビティ１０ｈを直径方向に通り、キャビティ１０ｈ内にラジアル配向磁場が形成される。

ラジアル配向されたリング状予備成形体は金型部及びホルダーとともにパレット１０ａ上に移載機構５ｈによって戻される。

図１３は、脱型ユニットの構成を示す断面図（ｂ）及びＡ−Ａの矢印方向から見た平面図（ａ）である。同図に示したように、脱型ユニットは、リング状予備成形体１３を加圧するエアシリンダ６ａ及び上パンチ突き当て部６ｄで構成される成形体加圧機構と、ダイ１０ｆを上方に押し上げるテーブル６ｃ及びエアシリンダ６ｂ等からなるダイ押し上げ機構とを備えている。

図１４は、脱型ユニットにおける動作を説明するための断面図である。図１４（ａ）に示したように、ラジアル配向されたリング状予備成形体を含む搬送金型をのせたパレット１０ａは、ベルトコンベア２によって脱型ユニット６に搬送され規定の位置で停止する。エアシリンダ６ａがパレット１０ａを持ち上げ、上パンチ１０ｇが上パンチ突き当て部６ｄに当たり、リング状予備成形体１３が加圧される。加圧力は０．１〜１ＭＰａとする。

次に、図１４（ｂ）に示したように、エアシリンダ６ｂが作動し、テーブル６ｃがダイ１０ｆを持ち上げ、リング状予備成形体１３がダイ１０ｆから抜き出される。
次に、図１４（ｃ）に示したように、エアシリンダ６ａが下降し、パレット１０ａがベルトコンベア２上に乗る。ベルトコンベア２によって、パレット１０ａは、テーブル６ｃに支持されたダイ１０ｆが下降したときにパレット１０ａ上に置かれた第２のホルダー１０ｊに載置される位置まで移動し、図１４（ｄ）に示したように、テーブル加圧シリンダ６ｂが作動し、テーブル６ｃが下降して第２のホルダー１０ｊ上にダイ１０ｆが載置される。

リング状予備成形体１３を搬送金型１０から抜き出す過程において、搬送金型１０から抜き出されたリング状予備成形体１３の上部と搬送金型１０内にあるリング状予備成形体１３の下部との間の内部応力差があるため、リング状予備成形体１３の抜き出された上部と搬送金型１０内にある下部との境界にクラックが生じやすいが、この脱型ユニットにおいては、リング状予備成形体１３が加圧された状態でダイ１０ｆから成形体１３を抜き出すので、リング状予備成形体１３の上面と下面との間の内部応力差が小さくなり、クラックの発生が防止される。

図１５及び図１６は、成形体脱粉ユニットの構成及び動作を説明する断面図である。同図に示したように、成形体脱粉ユニットは、テーブル７ａ及びテーブル７ａを昇降させるエアシリンダ７ｂからなる昇降機構と、窒素ガスを噴射するノズル７ｃと、磁性粉を吸入し集塵機に回収するための吸塵ダクト７ｄとを備えている。

成形体脱粉ユニットで、リング状予備成形体１３の余分な磁性粉末を除去することによって、次工程の段積みにおいて、リング状予備成形体１３間にギャップが生じてリング状予備成形体１３が傾いたり、加圧によって破損したりするのを防止することができる。

図１５（ａ）に示したように、ダイが抜き取られたリング状予備成形体１３は、ベルトコンベア２で成形体脱粉ユニットに移送され規定の位置で停止し、エアシリンダ７ｂが作動しテーブル７ａが上昇し、図１５（ｂ）に示したように、下コア１０ｅはテーブル７ａに支持されて上昇し、リング状予備成形体１３はコア１０ｄから抜き出される。なお、この時上パンチ１０ｇも同時に抜き出され、第２のホルダー１０ｊ（図６参照）に載置される。

図１６（ａ）に示したように、コア１０ｄからリング状予備成形体１３を抜き出す過程において、コア１０ｄに付着した磁性粉末がリング状予備成形体１３の上面で掻き取られ、内径部に付着する。リング状予備成形体１３の上面が若干コア１０ｄから突出した時に、ノズル７ｃから窒素ガスを噴出してリング状予備成形体１３表面に付着する磁性粉末を吹き飛ばし、吸引ダクト７ｄで吸引する。その後、図１６（ｂ）に示したようにコア１０ｄからリング状予備成形体１３を抜き出す。

図１７、図１８及び図１９は、段積みユニットの構成及び動作を説明するための断面図である。同図に示したように、段積みユニットは、リング状予備成形体１３をチャッキングする機構としてのハンド８ａと、リング状予備成形体１３を積層するテーブル８ｂと、図示していないが、ハンド８ａを位置決めし、昇降させ、移動させる機構と、テーブル８ｂを回転させるモータ等の回転機構とを備えている。

図１７（ａ）に示したように、ハンド８ａをコア１０ｄから抜き出されたリング状予備成形体１３の直上に移動させ、図１７（ｂ）に示したように、ハンド８ａを下降させてリング状予備成形体１３をハンド８ａでチャッキングする。チャッキング力は０．１〜４Ｎとする。

次に、ハンド８ａを上昇させ、図１８（ａ）に示したように、ハンド８ａをその中心がテーブル８ｂの回転中心の直上となるように移動させ、図１８（ｂ）に示したように、ハンド８ａを下降させてリング状予備形体１３をテーブル８ｂに載置する。この時、リング状予備成形体１３の中心はテーブル８ｂの回転中心と一致する。この時、テーブル８ａ上に置かれたリング状予備形体１３は、キャビティー１０ｈの内径が小さい方の搬送金型から抜き出されたものである。

さらに、同様にして、図１９（ａ）及び（ｂ）に示したように、１段目のリング状予備成形体１３の上に、キャビティー１０ｈの内径が大きい方の搬送金型から抜き出されたリング状予備形体１３を２段目及び３段目として積層し、最後に、キャビティー１０ｈの内径が小さい方の搬送金型から抜き出されたリング状予備形体１３を積層することによって、図１に示したリング型焼結磁石を得るための成形体が得られる。

ベルトコンベア２上を搬送する搬送金型１０の個数、キャビティー１０ｈの内径が大きい方のものと小さい方のものの順序を変えることにより、所望の段数及び内径が小さなリング状予備形体１３が所望の段に配置された成形体が得られる。

リング状予備成形体１３の高さにばらつきが生じ、高さが高くなると段積みの際に不要な圧力がリング状予備形体１３に加わり、リング状予備成形体１３が押しつぶされ、高さが低くなるとハンド８ａが空中でリング状予備成形体１３を放し、落下の衝撃で破壊するといったことが生じるが、この実施の形態では１回に成形されるリング状予備成形体１３の重量は、図５に示した給粉・充填ユニット３の磁性粉末の計量工程で一定量に計量されているので、リング状予備成形体１３の高さは一定になり、段積みの際にリング状予備成形体１３に不要な力が加わったり、衝撃力が加わったりすることはない。

段積み工程が終了すると、搬送金型１０ｂ，１０ｄ，１０ｅは移載機構１２によってパレット上に戻され、次の工程を行う金型脱粉／金型セットユニットに搬送される。

金型脱粉／金型セットユニットは、搬送金型１０に付着した磁性粉末を除去する除粉機構と、給粉・充填ユニットにおいて磁性粉末を供給でき、初期の状態に搬送金型の各部をセットするセット機構とを備えている。

除粉機構は、窒素ガスを搬送金型の各部に噴射することができるノズル（各部に移動させる機構を有する）と、窒素ガスによって吹き飛ばされた磁性粉末を吸引し、集塵するための吸引機構とを有する。

除粉機構及びセット機構によって、次サイクルの成型及び段積みまでの工程を円滑に行うことができる。

セット機構は、積層工程終了後には、図６に示した第２のホルダー１０ｊ上に載置されているダイ１０ｆを、持ち上げて第１のホルダー１０ｂに載置されている下パンチ１０ｅ上に移動させる機構である。

リング状予備成形体１３が段積みされた成形体は、焼結・熱処理炉へ移され、所定の温度で焼結・熱処理をした後、必要に応じて仕上げ加工を施し、図１に示したリング型磁石１を得る。

以上に述べたように、この実施の形態１におけるリング型磁石の製造方法によれば、複数個の搬送金型１０をベルトコンベア２を用いて、同時にベルトコンベア２の各所に設けられた各ユニットで短いリング状予備成形体を製作するプロセスを処理し、必要な個数のリング状予備成形体を段積みするので、タクトタイムが短くなり、リング型焼結磁石が生産性よく製造される。

実施の形態２．
図２０は、この発明のリング型焼結磁石における実施の形態２を示す断面図であり、図２１は、図２０のリング型焼結磁石の未加工状態を示す断面図、図２２は、図２０のリング型焼結磁石をロータシャフトに接着して得られた永久磁石ロータを示す断面図であり、上記実施の形態１と同一符号は同一部分または相当部分を示している。

上記実施の形態１では、両端の段のリング状予備成形体１ａの内径を他の段のリング状予備成形体１ａの内径よりも小さくし、両端のリング状予備成形体１ａのみの内径を仕上げ加工するようにしたが、この実施の形態２におけるリング型焼結磁石は、図２０に示したように、４段のリング状予備成形体１ａのうち一端の段のリング状予備成形体１ａの内径が他の段のリング状予備成形体１ａの内径より小さくなっており、図２１に示した未加工のリング型焼結磁石１の外径、両端面及び一端のリング状予備成形体１ａの内径を仕上げ加工したものである。

仕上げ加工後の一端の段のリング状予備成形体１ａの内径は、ロータシャフト１１（図２２参照）の外径よりも数μｍ〜数十μｍ大きく、その他の段は未加工であり、内径がロータシャフト１１の外径よりも１００〜４００μｍ大きくなっている。

各段のリング状予備成形体１ａは同軸にあり、図２２に示したように、ロータシャフト１１の外径にリング型焼結磁石１の一端の段の加工した内径が嵌め合わされて、ロータシャフト１１の中心軸とリング型焼結磁石１の中心軸が同軸となるように位置決めされている。

上記のように、未加工の段の内径とロータシャフト１１の外径との間には１００〜４００μｍの寸法差があるので、ロータシャフト１１の外径との間には１００〜４００μｍの隙間がある。その隙間に接着剤が充填されており、ロータシャフト１１に対するリング型焼結磁石１の接着固定に必要な接着層の厚みが精度よく確保されており（厚みが５０〜２００μｍとなる）、確実にリング型焼結磁石１をロータシャフト１１に接着することができる。接着層の厚みが５０μｍ以下では、リング型焼結磁石１の線膨張係数とロータシャフト１１の線膨張係数との差のために起こる温度変化時の寸法変化の差を吸収できず、リング型焼結磁石１が割れてしまう。また、接着層の厚みが２００μｍ以上では、十分な接着強度が得られない。

この実施の形態２によれば、リング型焼結磁石１の一端の段の内径を仕上げ加工し、他の段の内径は未加工とし、リング型焼結磁石１の内径寸法とロータシャフト１１の外形寸法との関係を上記のように構成することによって、リング型焼結磁石１とロータシャフト１１とを同軸に位置合わせすることができ、ステータ内径との中心位置合わせも正確に合わせることができる。この結果、ステータとロータとの間のエアギャップが均一になり、コギングトルクが小さくなる等、モータ特性の優れたものが得られる。

また、接着層の厚みが精度よく均一に確保されるので、リング型焼結磁石１をロータシャフト１１へ確実に接着することができる。

また、リング型焼結磁石１の内径加工を施す箇所が一端の段だけであるので、加工の取り代が少なく、加工コストを削減することができる。

また、リング型焼結磁石１の内径加工を施す箇所が一端の段だけであるので、短い軸長の工具で加工することができ、加工が容易になり、加工コストを削減することができる。

この実施の形態２におけるリング型焼結磁石の製造方法について説明する。
搬送金型１０として、キャビティー１０ｈの内径が小さいもの一つと大きいもの三つを準備し、キャビティー１０ｈの内径が小さい方のもの、キャビティー１０ｈの内径が大きい方のものの順にベルトコンベア上を搬送する。

上記実施の形態１と同様に各ユニットの工程を経て、内径が小さなリング状予備成形体１３、内径が大きなリング状予備成形体１３が順次成形され、順次、成形されたリング状予備成形体１３は、上記実施の形態１に示した段積みユニットのテーブル（図５、図１７、図１８及び図１９参照）に置かれ、段積みされる。

次いで、段積みしたリング状予備成形体を焼結・熱処理炉へ移し、所定の温度で焼結・熱処理をした後、必要に応じて仕上げ加工を施し、図２０に示したリング型焼結磁石を得る。

この実施の形態２におけるリング型磁石の製造方法によれば、複数個の搬送金型１０をベルトコンベア２を用いて、同時にベルトコンベア２の各所に設けられた各ユニットで短いリング状予備成形体を製作するプロセスを処理し、必要な個数のリング状予備成形体を段積み（積層）するので、タクトタイムが短くなり、リング型焼結磁石が生産性よく製造される。

なお、上記実施の形態１及び２では、両端の段または一端の段の内径を他の段の内径より小さくしたが、いずれかの段の内径を他の段の内径より小さくすればよい。

実施の形態３．
図２３は、この発明のリング型焼結磁石における実施の形態２を示す断面図であり、図２４は、図２３のリング型焼結磁石の未加工状態を示す断面図、図２５は、図２３のリング型焼結磁石をロータシャフトに接着して得られた永久磁石ロータを示す断面図であり、上記実施の形態１と同一符号は同一部分または相当部分を示している。

上記実施の形態１では、内径を小さくした両端のリング状予備成形体１ａがリング型焼結磁石１の一部であったが、この実施の形態３におけるリング型焼結磁石は、図２３に示したように、４段のリング状予備成形体１ａの両端に、例えば、ステンレス鋼の粉末を成形し焼結した非磁性の焼結金属１ｂが焼結によって結合されており、焼結金属１ｂの内径がリング状予備成形体１ａの内径より小さくなっており、図２４に示した未加工のリング型焼結磁石１の外径、両端面及び両端端の焼結金属１ｂの内径を仕上げ加工したものである。

仕上げ加工後の両端の焼結金属１ｂの内径は、ロータシャフト１１（図２２参照）の外径よりも数μｍ〜数十μｍ大きく、４段のリング状予備成形体１ａの内径は未加工であり、内径がロータシャフト１１の外径よりも１００〜４００μｍ大きくなっている。

図２５に示したように、ロータシャフト１１の外径に焼結金属１ｂの加工した内径が嵌め合わされて、ロータシャフト１１の中心軸とリング型焼結磁石１の中心軸が同軸となるように位置決めされている。

上記のように、未加工の段の内径とロータシャフト１１の外径との間には１００〜４００μｍの寸法差があるので、ロータシャフト１１の外径との間には１００〜４００μｍの隙間がある。その隙間に接着剤が充填されており、ロータシャフト１１に対するリング型焼結磁石１の接着固定に必要な接着層の厚みが精度よく確保されており（厚みが５０〜２００μｍとなる）、確実にリング型焼結磁石１をロータシャフト１１に接着することができる。接着層の厚みが５０μｍ以下では、リング型焼結磁石１の線膨張係数とロータシャフト１１の線膨張係数との差のために起こる温度変化時の寸法変化の差を吸収できず、リング型焼結磁石１が割れてしまう。また、接着層の厚みが２００μｍ以上では、十分な接着強度が得られない。

この実施の形態３によれば、リング型焼結磁石１の両端の焼結金属１ｂの内径を仕上げ加工し、他の段の内径は未加工とし、リング型焼結磁石１の内径寸法とロータシャフト１１の外形寸法との関係を上記のように構成することによって、リング型焼結磁石１とロータシャフト１とを同軸に位置合わせすることができ、ステータ内径との中心位置合わせも正確に合わせることができる。この結果、ステータとロータとの間のエアギャップが均一になり、コギングトルクが小さくなる等、モータ特性の優れたものが得られる。

また、接着層の厚みが精度よく均一に確保されるので、リング型焼結磁石１をロータシャフト１１へ確実に接着することができる。

また、リング型焼結磁石１の内径加工を施す箇所が一端の段だけであるので、加工の取り代が少なく、加工コストを削減することができる。

また、リング型焼結磁石１の内径加工を施す箇所が一端の段だけであるので、短い軸長の工具で加工することができ、加工が容易になり、加工コストを削減することができる。

また、加工する部分が燒結金属であるので切削等を利用することができ、仕上げ加工が容易になる。

この実施の形態３におけるリング型焼結磁石の製造においては、両端の焼結金属１ｂ部分の成形体を成形する際に、平均粒径が１０μｍ以下のステンレス鋼の粉末を用いる。

上記実施の形態１と同様に各ユニットの工程を経て、内径が小さなステンレス鋼の粉末からなる燒結金属１ｂ、磁性粉末からなる内径が大きなリング状予備成形体１３が順次成型され、順次、成型されたステンレス鋼の粉末からなる燒結金属１ｂ、磁性粉末からなるリング状予備成形体１３は、上記実施の形態１に示した段積みユニットのテーブル（図５、図１７、図１８及び図１９参照）に置かれ、段積みされる。

次いで、段積みした成形体を焼結・熱処理炉へ移し、所定の温度で焼結・熱処理をした後、必要に応じて仕上げ加工を施し、図２０に示したリング型焼結磁石を得る。

この実施の形態３におけるリング型磁石の製造方法によれば、複数個の搬送金型１０をベルトコンベア２を用いて、同時にベルトコンベア２の各所に設けられた各ユニットで短いリング状予備成形体１ｂ及び燒結金属用の成形体を製作するプロセスを処理し、必要な個数だけ段積みするので、タクトタイムが短くなり、リング型焼結磁石が生産性よく製造される。

なお、この実施の形態３において、図２６の断面図に示したように、焼結金属１ｂ部分を一端の段のみに設けるようにしても、両端の段に設けた場合と同様の効果が得られる。

また、焼結金属１ｂ部分は、端部の段以外の段に設けてもよい。

この発明のリング型焼結磁石及びその製造方法は、モータ等の回転電機のロータに有効に利用することができる。

この発明のリング型焼結磁石における実施の形態１を示す斜視図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 図１のリング型焼結磁石の未加工状態を示す断面図である。 図１のリング型焼結磁石をロータシャフトに接着して得られた永久磁石ロータを示す断面図である。 ロータシャフトに接着固定されたリング型焼結磁石を着磁した後、軸方向の磁束密度分布を測定した結果を示すものである。 この発明の実施の形態１におけるリング型焼結磁石の製造装置の構成を示す平面図である。 図５における搬送金型の構成を示すは平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 給粉・充填ユニット及びその動作を説明する断面図である。 パンチセットユニットの構成及び動作を説明する断面図である。 磁場成形ユニットの構成及び動作を説明する断面図である。 加圧子の構造を示す断面図である。 バックヨークの構成を示す平面図（ａ），（ｃ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ断面図（ｄ）である。 ラジアル配向における磁束の状態を示す断面図である。 脱型ユニットの構成を示す断面図（ｂ）及びＡ−Ａの矢印方向から見た平面図（ａ）である。 脱型ユニットにおける動作を説明するための断面図である。 成形体脱粉ユニットの構成及び動作を説明する断面図である。 脱型ユニットにおける動作を説明するための断面図である。 段積みユニットの構成及び動作を説明するための断面図である。 段積みユニットの構成及び動作を説明するための断面図である。 段積みユニットの構成及び動作を説明するための断面図である。 この発明のリング型焼結磁石における、実施の形態２を示す断面図である。 図２０のリング型焼結磁石の未加工状態を示す断面図である。 図２０のリング型焼結磁石をロータシャフトに接着して得られた永久磁石ロータを示す断面図である。 この発明のリング型焼結磁石における、実施の形態３を示す断面図である。 図３のリング型焼結磁石の未加工状態を示す断面図である。 図３のリング型焼結磁石をロータシャフトに接着して得られた永久磁石ロータを示す断面図である。 この発明のリング型焼結磁石における、実施の形態３の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ リング状予備成形体、１ａ 永久磁石部、１ｂ 焼結金属、２ ベルトコンベア、
３ 給粉・充填ユニット、３ａ 給粉治具、３ｂ 振動機構、３ｃ 容器、
３ｄ 計量機構、３ｅ 搬送機構、４ パンチセットユニット、４ａ，８ａ ハンド、
５ 磁場成形ユニット、５ｅ パンチ加圧部、５ｆ 可動ロッド、５ｇ バネ、
５ｊ リング状弾性部材、６ 脱型ユニット、６ａ，６ｂ，７ｂ エアシリンダ、
６ｃ，７ａ テーブル、７ 成形体脱粉ユニット、７ｃ ノズル、７ｄ 吸塵ダクト、
８ 段積みユニット、８ｂ テーブル、９ 金型脱粉／金型セットユニット、
１０ 搬送金型、１０ａ パレット、１０ｂ 第１のホルダー、１０ｄ コア、
１０ｅ 下パンチ、１０ｆ ダイ、１０ｇ 上パンチ、１０ｈ キャビティー、
１０ｊ 第２のホルダー、１１ 磁性粉末、１３ リング状予備成形体。

Claims (6)

1. 円筒状のラジアル配向された磁性粉末からなる成形体が軸方向に複数段積み重ねられ、焼結によって各段同士が結合され、上記複数段の中の少なくとも１段の内径が、他の段の内径より小さく、上記内径が小さくなっている段の内径が機械加工されており、上記他の段の内径は機械加工されていないことを特徴とするリング型焼結磁石。
2. 円筒状のラジアル配向された磁性粉末からなる成形体が軸方向に複数段と、非磁性金属粉末からなる成形体の少なくとも１段とが軸方向に積み重ねられ、焼結によって各段同士が結合され、上記非磁性金属粉末からなる成形体の段の内径が、他の段の内径より小さく、上記非磁性金属粉末からなる成形体の段の内径が機械加工されており、上記他の段の内径は機械加工されていないことを特徴とするリング型焼結磁石。
3. 上記内径が小さくなっている段が、積み重ね方向の両端にあることを特徴とする請求項１または２記載のリング型焼結磁石。
4. 上記内径が小さくなっている段が、積み重ね方向の一端にあることを特徴とする請求項１または２記載のリング型焼結磁石。
5. 上記段と段の間の境を、磁気特性が低下している薄い境界部としていることを特徴とする請求項１または２記載のリング型焼結磁石。
6. リング状予備成形体を成形し、上記リング状予備成形体を軸方向に積み重ねて焼結する工程を備えたリング型焼結磁石の製造方法において、
   上記リング状予備成形体を粉末成形するためのキャビティーを有する金型を搬送可能な搬送金型とし、上記キャビティーの内径が異なる２種類の上記搬送金型を準備し、
   上記キャビティーの内径が異なる上記搬送金型を、順次、
   上記キャビティ内に磁性粉末または非磁性金属粉末を供給・充填する給粉・充填ユニット、
   上記キャビティーの中心軸と直交する方向に配向磁場をかけながら上記磁性粉末または上記非磁性金属粉末を加圧し、リング状予備成形体を成形する磁場成形ユニット、
   上記リング状予備成形体を上記搬送金型から抜き出す脱型ユニット、
   上記搬送金型から抜き出されたリング状予備成形体をその軸方向に複数段に積み重ねる段積みユニット、
   へ搬送し、上記各ユニットにおける工程を実施できるようにしたことを特徴とするリング型焼結磁石の製造方法。

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