JP2005268385A - 磁場成形装置、リング型磁石成形装置、磁場成形方法、リング型磁石の製造方法、及びリング型焼結磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】 リング型磁石の成形において、成形体内の密度差が小さく、軸方向の磁気特性のバラツキが小さく、また軸長の長い成形体を成形することを目的とする。
【解決手段】 弾性を有するダイス、好ましくは強磁性体を有するゴム製のダイス１０ｆと、ダイス１０ｆ内部に配置されてダイス１０ｆとの間でリング状の空間を形成するコア１０ｄと、リング状の空間を閉塞して磁性粉末１１が供給・充填されるキャビティー１０ｈを形成する下パンチ１０ｅと、キャビティー１０ｈ内に供給・充填される磁性粉末１１並びにダイス１０ｆを下パンチ１０ｅと反対側から加圧する加圧子５０を備え、キャビティー１０ｈ内で加圧される磁性粉末１１に対して、加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、小型モータ等に用いられているラジアル配向のリング型焼結磁石、およびその製造方法に関するものである。

永久磁石を用いたモータとしてラジアル異方性リング型磁石が適用されている。小型で高い出力を得、また慣性の小さいモータを得るために、軸方向に長いリング型磁石が使用される。

一般に、軸方向に長いリング状の磁石を磁場成形する場合、配向磁場強度が十分に得られず、磁性粉末の配向率が低下し、高い磁気特性が得られないという問題がある。

そこで、従来は磁場成形が十分可能な範囲の軸長の短い磁石を製作し、それを接着剤などで接合し、必要な軸長の磁石を製造していた。

例えば、金型内で加圧成形されたリング磁石成形体をダイスの非磁性部に移動し、その後にできたキャビティーに磁性粉末を充填し成形するといったプロセスを繰り返すことで軸長の長いリング磁石成形体を構成する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平２−２８１７２１号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法は、電磁コイルを内蔵した粉末成形プレス内に所要の金型をセットし、給粉・充填（金型に磁性材料を供給）、磁場成形（磁場中で圧縮成形、脱磁）、脱型（金型から成形体を取り出す）、取り出し（成形体を磁場成形機から取り出し容器に収納する）といった工程を繰り返すことで成形品を製造するので、各動作が順次行われ、生産性が悪くなる。さらに磁場成形機内ですべての処理を行うため、各動作には制限が多くなる。特に、キャビティー内に均一に磁性粉末を供給し充填することは困難である。そのために、リング状成形体内には密度分布が生じてしまう。さらに、下層ほど加圧される回数が多くなり、成形体内の上下方向に密度差が生じる。また、各層の境界部は、下層の成形体の影響により磁気特性が低下するという問題がある。

また、上記特許文献１のようにキャビティー内の磁性粉末を軸方向からのみ加圧する場合、成形体内に密度差が生じやすく、それが原因で焼結時に変形や割れが起こるといった問題点がある。

この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、リング型磁石の成形において、成形体内の密度差が小さく、軸方向の磁気特性のバラツキが小さく、また軸長の長い成形体を成形することを目的とする。

この発明の磁場成形装置は、弾性を有するダイス、好ましくは強磁性体を有するゴム製のダイスと、ダイス内部に配置されてダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部（下パンチ）と、キャビティー内に供給・充填される磁性粉末及びダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、キャビティー内で加圧される磁性粉末に加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部（電磁コイル）とを備えたものである。

また、この発明のリング型磁石成形装置は、弾性を有するダイス、好ましくは強磁性体を含有するゴム製のダイスと、ダイス内部に配置されてダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部（下パンチ）を具備した搬送可能な搬送金型と、
キャビティー内に上記磁性粉末を供給・充填する給粉・充填ユニットと、
キャビティー内に供給・充填される磁性粉末及びダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、キャビティー内で加圧される上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部を具備し、ラジアル配向されたリング状予備成形体を成形する磁場成形ユニットと、
リング状予備成形体を搬送金型から抜き出し、リング状予備成形体に付着した磁性粉末を除去する脱型・脱粉ユニットと、
搬送金型から抜き出したリング状予備成形体を軸方向に複数段に積層する段積みユニットを備え、
搬送金型を順次、供給・充填ユニット、磁場成形ユニット、脱型・脱粉ユニット、段積みユニットへ搬送することを特徴とする。

この発明の磁場成形装置において、加圧子によりキャビティー内の磁性粉末と弾性を有するダイスを加圧することにより磁性粉末を圧縮成形する。ダイスは下面を剛性の高い部材で規制されているので、加圧子により加圧されると変形して、内径側へ膨れてキャビティー容積を小さくするように変形する。このように加圧子による直接加圧とダイスの変形による加圧を受けたキャビティー内の磁性粉末はラジアル配向磁場中で圧縮成形される。すなわち、キャビティー内の磁性粉末は、軸方向からだけの加圧ストロークで圧縮成形される場合と比べると、外径側からも加圧圧縮されるため、軸方向の圧縮量（ストローク）が小さくなると共に、成形体の密度差も小さくなる。その結果、軸長が長く、軸方向の磁気特性のバラツキが小さいラジアル配向リング型磁石が成形できる。

また、この発明のリング型磁石成形装置によれば、弾性を有するダイスでの加圧により、軸方向からだけの加圧の場合よりも成形体内の密度差が小さくなるので、焼結体の焼結変形が小さくなる。また、軸方向の磁気特性のバラツキが小さく、軸長の長い成形体が成形できる。更に、連続成形ができるので、生産性が高くなる効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるリング型焼結磁石成形用の搬送金型と加圧子の構造と、磁場成形プロセス（ａ）〜（ｄ）を示す断面図である。

図１において、搬送金型１０は、弾性部材からなるダイス１０ｆと、ダイス１０ｆの外径部に嵌め込まれるリング状部材１０ｋと、下金型部となる下パンチ１０ｅと、柱状のコア１０ｄで構成され、第１のホルダー１０ｂ上にセットされている。そして、ダイス１０ｆと、コア１０ｄと、下パンチ１０ｅで囲まれるキャビティー１０ｈ内に磁性粉末１１が供給される。

加圧子５０は、上部のロッド状部材設置部５０ｂと下部の加圧部５０ａから構成され、下部の加圧部５０ａによりキャビティー１０ｈ内の磁性粉末１１並びにダイス１０ｆを加圧する構造となっている。ロッド状部材設置部５０ｂには、上記コア１０ｄと接触して磁気回路を構成する上下に移動可能なロッド状部材５０ｃが配置され、ロッド状部材５０ｃの背面（上部）にはバネ５０ｄが設置されている。ロッド状部材５０ｃがコア１０ｄに接触した後は加圧子５０の下降ストロークに合わせて、ロッド状部材５０ｃが後退する（加圧子５０に対して相対的に上部へ移動する）構造になっている。ダイス１０ｆは鉄粉を４０〜７０体積％含有するシリコンゴム（ゲル）で形成されている。鉄粉はダイス１０ｆ内部に均一に分散している。コア１０ｄと、加圧子５０の中心部にあるロッド状部材５０ｃと、加圧子５０の上部のロッド状部材設置部５０ｂと、ダイス１０ｆの外径部に嵌め込まれているリング状部材１０ｋは強磁性体であり、キャビティー１０ｈの磁性粉末１１にラジアル配向磁場を形成するための磁気回路を構成する。なお、その他の部材は非磁性材料である。

次に、図１の搬送金型及び加圧子を用いた磁場成形プロセスについて説明する。まず、図１（ａ）に示すように、ダイス１０ｆとコア１０ｄおよび下パンチ１０ｅで構成されるリング状のキャビティー１０ｈに磁性粉末１１が供給され、均一に充填される。この充填プロセスについては、後述の製造方法において詳細に説明する。次に、図１（ｂ）に示すように、加圧子５０の加圧部５０ａがダイス１０ｆの上面と接触するまで下降する。このとき、コア１０ｄの上端面と加圧子のロッド状部材５０ｃの下端面が接触し、磁気回路が形成される。この状態で、ラジアル配向磁場が加えられ磁性粉末１１が配向される。さらに、ラジアル配向磁場が加えられた状態で、加圧子５０がさらに下降してキャビティー１０ｈの磁性粉末１１を軸方向から加圧すると共に、弾性を有するダイス１０ｆを軸方向から加圧する。弾性を有するダイス１０ｆは、外径部をリング状部材１０ｋ、下部を下パンチ１０ｅで規制されているので、加圧子５０により軸方向の上部から加圧されると内径側に膨れて変形する。これによりキャビティー１０ｈの磁性粉末１１は外径側からも加圧され、図１（ｃ）に示す加圧完了状態となる。次に、図１（ｄ）に示すように、加圧子５０が上昇すると、変形していたダイス１０ｆが元の状態に戻り、リング状予備成形体１０２がダイス１０ｆから脱径する。

図２は、当社が考案している他の搬送金型及び加圧子を用いた磁場成形プロセスを示す断面図である。図２（ａ）において、ダイス１１０ｆ、コア１１０ｄ、下パンチ１１０ｅで形成されたキャビティー１１０ｈに磁性粉末１１を充填する。次に、図２（ｂ）において、磁性粉末１１に対してラジアル配向磁場を掛けながら、上パンチ１１０ｇにより軸方向から加圧する。その結果、図２（ｃ）に示されるリング状の予備成形体１０２０が得られる。すなわち、図２の成形プロセスでは、磁性粉末１１は軸方向からのみの加圧により圧縮成形される。なお、１１０ｂは当該搬送金型のホルダーである。

本実施の形態（図１）の磁場成形プロセスにより成形されたリング状予備成形体１０２を軸方向に３段積み重ねたリング状成形体１２０を図３に示す。図２の磁場成形プロセスにより成形されたリング状予備成形体１０２０を軸方向に４段積み重ねたリング成形体１２００を図４に示す。磁性粉末材料を圧縮成形する場合、加圧のためにストロークする部分（図２の成形方法の場合は上パンチ１１０ｇに近い部分）は十分に加圧力が磁性粉末１１に加わるため、成形体密度は高くなる。しかし、ストロークする部分と反対側（図２の成形方法の場合は下パンチ１１０ｅ側）は加圧力が十分に磁性粉末１１に伝達されないため、ストローク部分近傍よりも成形体密度が小さくなり、結果として成形体内には密度分布ができてしまう。そして、成形体を焼結すると焼結体内の密度が均一になるように焼結収縮する。すなわち、成形体密度の小さい部分は収縮が大きく、密度の大きい部分は収縮が小さくなる。そのため、図２の成形方法で作成された成形体の焼結後のリング型焼結磁石は上部の寸法が大きく、下部が小さくなるような変形が起こってしまい、寸法精度が悪い。

本実施の形態の場合にも、密度分布は発生するが、磁性粉末１１の外径側からもダイス１０ｆにより加圧されているために、成形体内の密度分布は図２の成形方法と比べると１／２以下になり、焼結後の変形も小さく、寸法精度の優れた焼結体が得られる。さらに、焼結変形による配向の乱れも少なく、磁気特性の優れたリング型焼結磁石が得られる。

また、本実施の形態で作成されたリング型焼結磁石は、図２の成形方法と同じ軸長のキャビティーで成形した場合、外径側からも加圧されるため、図２の成形方法よりも軸長の長いリング状予備成形体１０２が得られる。軸長の長いラジアル配向リング磁石を製造する場合、１回の磁場成形で成形されたリング状予備成形体を軸方向に複数積み重ねて軸長の長いリング成形体を形成するが、本実施の形態の場合には成形できる軸長が図２の方法よりも長くなる。例えば、図３及び図４に示すように、図２の成形方法ではリング状予備成形体１０２０を４段分必要としていたのに対して、本実施の形態では３段のリング状予備成形体１０２で同じ軸長のリング状成形体１２０を形成することができる。したがって、図２の成形方法よりも少ない回数の成形でリング状成形体１２０を成形でき、生産性が高い。

軸方向に積み重ねたリング状予備成形体同士の境界部は、磁性粉末の配向が若干乱れており、磁気特性が低下している境界になる。本実施の形態のリング型焼結磁石はこの境界の数が少ないことで、図２の方法と比べると磁気特性が高い。

また、本実施の形態の場合、キャビティー１０ｈ内の磁性粉末１１を外径側からも弾性を有するダイス１０ｆで加圧するために、図２の場合よりもキャビティー１０ｈの外径を大きくしておく必要がある（内径は同じである）。キャビティー１０ｈの外径が大きいと、磁性粉末１１をキャビティー１０ｈに供給・充填する際の開口部の幅（面積）が大きくなるので、磁性粉末１１の供給がスムーズになり、キャビティー１０ｈ内に磁性粉末１１が均一に充填される。その結果、リング状予備成形体内の密度をより均一化できるので、形状精度の優れたリング型焼結磁石を製造することができる。

本実施の形態の磁場成形時のラジアル配向磁場は図１５（ａ）に示すようになる。図１５（ａ）では、上下一対の電磁コイル５ａにより発生した磁場がコア１０ｄを通ってキャビティー１０ｈ内の磁性粉末１１に導かれ、ダイス１０ｆ、バックヨーク（図示しない）を通る経路で電磁コイル部５ａへ戻るような磁気回路が形成されている。すなわち、図１５（ａ）において、配向磁場は強磁性体のコア１０ｄと強磁性体粉末を含有するダイス１０ｆに挟まれたキャビティー１０ｈの磁性粉末１１に集中している。キャビティー１０ｈの上下端の内径部近傍には、極わずかに軸方向に向く磁力線があるが、ほぼ均一なラジアル配向磁場が形成される。

ゴム製のダイス１０ｆの内部に強磁性体粉末を含有しない場合は、図１５（ｂ）に示すように、コア１０ｄとバックヨーク（図示なし）の間に強磁性体が存在しなくなるため、磁力線が上下の電磁コイル５ａ間で分散される。したがって、キャビティー１０ｈの配向磁場の強さが低下する。それに加えて、配向方向も軸方向に向く成分が多く、均一な（正確な）ラジアル配向磁場が形成されていない。このように配向磁場の軸方向の成分が大きいと、磁場成形されたリング型磁石も同じように軸方向の成分が大きいラジアル配向リング型磁石となる。このような配向のリング型磁石はラジアル方向には小さな磁力しか発揮できない。また、リング型磁石に軸方向の磁力分布が発生してしまう。すなわち、リング型磁石の軸方向の中心部はラジアル成分が大きく、端部ほどラジアル成分が小さくなる。

本実施の形態で説明した磁場成形装置及び強磁性体粉末を含有したダイスを備えた搬送金型を使用した磁場成形ではこのような問題はなく、均一にラジアル配向されたリング型磁石が得られる。

強磁性粉末を含有するゴム製のダイス１０ｆを製作する際に、形状異方性のある鉄粉（柱状形状）を用いて、硬化前のゴムと鉄粉を混合した後に、ラジアル配向を掛け、鉄粉をラジアル方向に配向させながら（柱状形状の長軸の方向がラジアル方向に向く）硬化させると、ラジアル方向に磁束が通りやすいゴム製のダイスができる。このダイスを使用すれば、本実施の形態において、さらに強く均一なリング型磁石配向用のラジアル磁場が形成できる。

次に、本実施の形態のリング型焼結磁石の具体的な製造工程について説明する。永久磁石材料はＮｄ、Ｄｙ、Ｆｅ、Ｂを含むネオジ磁石合金を用いる。ネオジ磁石合金に水素吸蔵処理、ジェットミルを用いた微粉砕処理を施し、平均粒径が約５μmの微粉末を得る。これを原料にして１段分のリング状予備成形体を成形する。

図５はリング状予備成形体を成形するための製造装置の構成を示す。この製造装置は、搬送金型１０を搬送するベルトコンベア２と、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、磁場加圧成形を行う磁場成形ユニット５と、ダイスを移載するダイス移載ユニット６と、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を備えている。

搬送金型１０は、図６に示すように、ベルトコンベア２上を移動するパレット１０ａと、パレット１０ａ上に配置された第１のホルダー１０ｂ及び第２のホルダー１０ｊを備えている。第１のホルダー１０ｂ上には、弾性部材からなるダイス１０ｆと、ダイス１０ｆの外径部に嵌め込まれるリング状部材１０ｋと、下金型部となる下パンチ１０ｅと、柱状のコア１０ｄが配設される。ダイス１０ｆと、コア１０ｄと、下パンチ１０ｅで囲まれるキャビティー１０ｈに磁性粉末１１が供給される。第２のホルダーには、ダイス移載ユニット６においてダイス１０ｆが移載される。

搬送金型１０は最初に給粉・充填ユニット３に送られる。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り、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ネオジ磁石合金等の磁性粉末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、磁性粉末１１を搬送金型１０のキャビティー１０ｈに導くロート状の給粉冶具３ａとキャビティー１０ｈに供給した磁性粉末１１を撹拌する羽根状冶具（図示せず）とを搬送金型上にセットする。その後、容器３ｃを給粉冶具３ａの位置まで移動して、回転させて傾け、容器３ｃ内の磁性粉末１１を給粉冶具３ａに供給する。次に、給粉冶具３ａに振動機構３ｂで振動を与えて給粉冶具３ａ上の全ての磁性粉末１１をキャビティー１０ｈ内に移す。そして、上記羽根状冶具の羽根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内の磁性粉末を充填する。上記羽根を回転させて磁性粉末１１を充填することにより、キャビティー内の磁性粉末中にある空洞あるいは磁性粉末１１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。

次に、搬送金型は磁場成形ステージに送られる。図８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９はバックヨークの構成を示す図である。

図５に示したように、磁場成形ステージは、搬送金型１０をベルトコンベア２上のパレット１０ａ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。磁場成形ユニット５は、図８に示すように、磁性粉末を配向させるための配向磁場を発生する上側及び下側電磁コイル５ａ（フレームに固定されている）、加圧子５０を昇降させる圧縮成形機構５ｂ、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（図示せず）、図示しないエアシリンダによって駆動されてダイス１０ｆの外周部のリング状部材１０ｋと接触するバックヨーク５ｄを備えている。

また、図９に示すように、バックヨーク５ｄは、ダイス１０ｆ外周部のリング状部材１０ｋの外径に嵌り合う半円状の凹部を有する一対の強磁性体である。バックヨーク５ｄは、その厚みの中心がダイス１０ｆの厚みの中心と一致するように設置され、ダイス１０ｆの方向に移動して当接する。

搬送金型１０がベルトコンベア２で磁場成形ユニット５へ搬送されると、図８（ａ）に示すように、金型部が、ホルダ１０ｂとともに移載機構５ｈ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８（ｂ）に示すように、上下駆動機構が作動し、上側電磁コイル５ａ及び加圧子５０を配設した上側フレームが下降する。そして、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、加圧子５０の加圧部５０ａがダイス１０ｆの上面に接触する。その後、ダイス１０ｆの両側からバックヨーク５ｄが接近し、ダイス１０ｆの外周部のリング状部材部材１０ｋの外周に密着する。次に、電磁コイル５ａに電流が流されてラジアル配向磁場が発生すると共に、図８（ｃ）に示すように加圧子５０が下降する。そして、加圧子５０の下降と弾性を有するダイス１０ｆの変形によりキャビティー内の磁性粉末１１を圧縮成形し、ラジアル配向されたリング状予備成形体１０２が得られる。圧縮成形圧力は１０〜１００ＭＰａ、好ましくは４０ＭＰａとし、配向磁場は１Ｔ以上にする。

ラジアル配向されたリング状予備成形体１０２は搬送金型とともにパレット１０ａ上に移載機構５ｈによって戻される。

次に、搬送金型１０はダイス移載ユニット６に送られる。図示はしないが、ダイス移載ユニット６では、搬送金型１０の第１のホルダー１０ｂ上からダイス１０ｆ及びリング状部材１０ｋを抜き取り、パレット１０ａ上の第２のホルダー１０ｊ上に移載する。加圧子５０による加圧力が除去されると、図１（ｄ）のようにダイス１０ｆ内面とリング状予備成形体１０２外周には隙間ができるため、搬送金型１０の第１ホルダー１０ｂからダイス１０ｆを抵抗無く抜き取ることができる。

次に、搬送金型１０は成形体脱粉ユニット７に送られる。図１０及び図１１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。成形体脱粉ユニット７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、磁性粉末および鉄粉を吸入し集塵機に回収するための吸引ダクト７ｄを備えている。成形体脱粉ユニット７で、リング状予備成形体１０２に付着した余分な磁性粉末を除去することによって、次工程の段積みプロセスにおいてリング状予備成形体１０２が傾いたり、ずれたりするのを防止することができる。

磁場成形後にダイス１０ｆ及びリング状部材１０ｋが取り除かれた搬送金型１０は、図１０（ａ）に示すように、ベルトコンベア２で成形体脱粉ユニット７に移送され、規定の位置で停止し、エアシリンダ７ｂが作動してテーブル７ａが上昇する。そして、図１０（ｂ）に示すように、下パンチ１０ｅがテーブル７ａに支持されて上昇し、リング状予備成形体１０２はコア１０ｄから抜き出される。この時、コア１０ｄ外周に付着していた磁性粉末が掻き取られながらリング状予備成形体１０２が抜き出されるので、リング状予備成形体１０２の内周端面部に磁性粉末が付着する。

次に、図１１（ａ）に示すように、コア１０ｄからリング状予備成形体１０２を抜き出す過程において、リング状予備成形体１０２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１０２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１１（ｂ）に示すように、リング状予備成形体１０２をさらに上方まで抜き出す。ただし、必ずしも完全にコア１０ｄから抜き出す必要はない。

図１２、図１３、及び図１４は段積みユニット８の構成及び動作を説明するための図である。段積みユニット８は、リング状予備成形体１０２をチャッキングするハンド８ａを有するチャッキング機構と、リング状予備成形体１０２を段積みするテーブル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を回転させる回転機構を備えている。なお、チャッキング機構として電磁チャックを用いてもよい。

まず、図１２（ａ）に示すように、チャッキング機構のハンド８ａをコア１０ｄから抜き出されたリング状予備成形体１０２の直上に移動させる。そして、図１２（ｂ）に示すように、ハンド８ａを下降させてリング状予備成形体１０２をチャッキングする。チャッキング力は０．１〜４Ｎとする。次に、図１３（ａ）に示すように、ハンド８ａを上昇させ、ハンド８ａの中心がテーブル８ｂの直上となるように移動し、図１３（ｂ）に示すように、ハンド８ａを下降させてリング状予備成形体１０２をテーブル８ｂに載置する。

さらに、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、１段目のリング状予備成形体１０２の上に２段目、３段目のリング状予備成形体１０２を段積みする。このように、段積み工程を繰り返して必要な段数だけリング状予備成形体１０２を積み重ねる。

リング状予備成形体１０２の高さにばらつきが生じると、段積みの際に不要な力がリング状予備成形体１０２に加わり（高さが高い場合）、リング状予備成形体１０２が押しつぶされる。あるいは、ハンド８ａが空中でリング状予備成形体１０２を放し、落下の衝撃で破壊するといったことが生じる。しかしながら、本実施の形態では１回に成形されるリング状予備成形体１０２の重量は、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１０２の高さは一定になり、段積みの際にリング状予備成形体１０２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。

リング状予備成形体１０２の段積みが完了した後は、図５に示した金型脱粉・金型セットユニット９に送られる。金型脱粉・金型セットユニット９では、搬送金型１０に付着した磁性粉末が除去され、給粉・充填ユニットへ送られる初期状態に搬送金型がセットされる。

リング状予備成形体１０２を段積みして得られたリング状成形体は、焼結・熱処理炉へ移され、所定の温度で焼結・熱処理をして、リング状磁石焼結体を得る。そして、必要に応じてリング状磁石焼結体に、仕上げ加工と腐食防止用の表面処理を施すことでリング型焼結磁石が得られる。

実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２により製造されるリング型焼結磁石を示す斜視図、図１７は図１６のリング型焼結磁石を成形するためのダイスの斜視図である。図１７に示すように、本実施の形態のダイス１１１０ｆは、弾性部材から構成され、好ましくは強磁性体粉末を含有しているゴム製のダイスである。実施の形態１で示したダイス１０ｆの内径部は円形断面の円筒状であるが、本実施の形態のダイス１１１０ｆの内径部には、軸方向に延在する凸形状１１１１が円周方向に周期的に形成されている。また、この凸形状１１１１はダイス内周面の軸方向に螺旋状に形成されている。このダイス１１１０ｆを用いて図１６のリング型焼結磁石２００を形成するリング状予備成形体が磁場成形される。

磁性粉末の給粉・充填工程及び磁場成形工程は、実施の形態１と同じ製造装置をもちいて同様に処理される。そして、本実施の形態のダイス１１１０ｆを用いて、キャビティー内の磁性粉末を軸方向（上方）からと外径方向から加圧した後、加圧子が上昇し、加圧状態が解除される（脱圧）と、内径側に膨らんでいた弾性を有するダイス１１１０ｆが元に戻り、リング状予備成形体とダイス１１１０ｆの内面との間に隙間ができる。

図１８は、ダイス１１１０ｆの弾性変形が大きい場合における、無加圧状態の搬送金型の平面図（ａ）と、リング状予備成形体２０２の成形完了後（脱圧）の平面図を示す。無加圧状態のダイス１１１０ｆ内面の凸形状１１１１の内接円直径よりもリング状予備成形体２０２の外径寸法が小さい場合は、成形完了後にリング状予備成形体２０２の外径部（リング形状部）とダイスの凸形状部の間に隙間ができるので、ダイス１１１０ｆを真上へ持ち上げれば、リング状予備成形体をゴム製ダイスから抜き出すことができる。

図１９は、ダイス１１１０ｆの弾性変形が小さい場合における、無加圧状態の搬送金型の平面図（ａ）と、リング状予備成形体２０２の成形完了後（脱圧）の平面図を示す。無加圧状態のダイス１１１０ｆ内面の凸形状１１１１の内接円直径よりもリング状予備成形体２０２の外径寸法が大きい場合、成形完了時にダイス１１１０ｆを真上へ持ち上げることはできないが、ダイス１１１０ｆの内周面の凸形状１１１１の螺旋形状に合わせて、ダイス１１０ｆを回転させながら持ち上げると、リング状予備成形体２０２をダイス１１１０ｆから抜き出すことができる。

図２に示す方法のように、金型（金属または超硬合金等で形成されたダイス１１０ｆ、パンチ１１０ｇ）を用いる成形の場合には、軸方向の断面形状が同一でないと加圧できないので、実施の形態２のように外径部に螺旋状の凹凸形状が形成されたリング状予備成形体を成形することはできない。また、金属製のダイスで形成されるキャビティー内に充填された磁性粉末を静水圧などの方法で、軸方向から加圧成形できたとしても、外径部に螺旋状の凹凸形状が形成されているので、リング状予備成形体をダイスから取り出すことは困難である。なお、リング状予備成形体を回転させながらダイスから抜き出すことは原理上可能であるが、ダイス内面に側圧が掛かった状態で、リング状予備成形体を回転させながら破損させずにダイスから抜き出すのは、実際は不可能である。

ダイス１１１０ｆから抜き出されたリング状予備成形体２０２は、実施の形態１と同様、脱粉工程でコア１０ｄから抜き出され、表面に付着した磁性粉末が除去される。

本実施の形態の段積み工程において、図１２〜図１４に示す段積みテーブル８ｂには回転位置決め機構が備えられており、１段目のリング状予備成形体２０２をハンド８ａでチャッキングして、リング状予備成形体２０２の中心と段積みテーブル８ｂの回転中心の位置を合わせて、リング状予備成形体２０２をテーブル上に載置する。１段目のリング状予備成形体２０２が載置された後、段積みテーブル８ｂはリング状予備成形体２０２の凹形状溝のねじれ角度分（螺旋形状のねじれ角度）だけ回転する。その上に２段目のリング状予備成形体２０２が載置されるが、段積みテーブル８ｂが回転しているので、１段目の上面の断面形状と２段目の下面の断面形状が一致するように２段目のリング状予備成形体２０２は載置される。以降、同様のプロセスを繰り返すことで、所要の段数のリング状成形体が得られる。

このようにして得られたリング状成形体を焼結・熱処理することで、図１６に示す一体化されたリング型焼結磁石２００が得られる。このリング型焼結磁石２００の内径部、外径部、端面部に仕上げ加工を施し、耐食用の表面処理を施す。この際、リング型焼結磁石外周の凹形状溝部２２０には加工を施さなくてもよい。そして、表面処理後のリング型焼結磁石２００をロータシャフトに接着し、外周の凹形状溝部２２０の中心（凹形状幅方向の中心）が極と極の中間になるようスキュー着磁することで、永久磁石ロータが得られる。このようにラジアル配向されたリング型焼結磁石の外周の極間にあたる部分に切り欠き形状（凹形状）が存在し、その切り欠き形状において着磁波形の高調波成分を低減することができるので、コギングトルクの小さな永久磁石モータを得ることができる。

上記実施の形態では、リング状予備成形体を複数個段積みしてリング状成形体を形成し、このリング状成形体を焼結一体化してリング状焼結磁石を得るような例を示したが、上記製造方法で作成された１個のリング状予備成形体を焼結一体化してリング型焼結磁石を得るようにしても良い。図２０は実施の形態２のダイス１１１０ｆを使用して成形されたリング型焼結磁石２０００を示す斜視図であり、１個のリング状予備成形体を焼結一体化したものである。このリング型焼結磁石２０００は、その外周面に軸方向に螺旋状に延在する凹形状溝部２２２０が円周方向に周期的（図２０の場合、円周方向に６個）に形成されている。

上記実施の形態において、ダイス内面に凸形状、リング型焼結磁石外面に凹形状を形成したものを示したが、ダイス内面に凹形状、リング型焼結磁石外面に凸形状を形成しても良いし、それぞれに凹凸形状を形成しても良い。さらに、上記凹凸形状を連続的（波形）に形成しても良い。

この発明の実施の形態１によるリング型焼結磁石成形用の搬送金型と加圧子の構造、並びに磁場成形プロセスを示す断面図である。 この発明とは異なる他の搬送金型及び加圧子を用いた磁場成形プロセスを示す断面図である。 図１の磁場成形プロセスにより成形されたリング状予備成形体を積み重ねたリング状成形体を示す断面図である。 図２の磁場成形プロセスにより成形されたリング状予備成形体を積み重ねたリング状成形体を示す断面図である。 この発明の実施の形態１によ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平面図及び断面図である。 給粉・充填ユニットの構成及びその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その動作を説明する断面図である。 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。 成形体脱粉ユニットの構成及びその動作を説明する断面図である。 成形体脱粉ユニットにおける動作を説明する断面図である。 段積みユニットの構成及びその動作を説明する断面図である。 段積みユニットの構成及びその動作を説明する断面図である。 段積みユニットの構成及びその動作を説明する断面図である。 この発明の実施の形態１によるラジアル配向磁場説明するための図である。 この発明の実施の形態２により製造されるリング型焼結磁石を示す斜視図である。 図１６のリング型焼結磁石を成形するためのダイスの斜視図である。 実施の形態２のダイスの弾性変形が大きい場合における、無加圧状態の搬送金型の平面図と、成形完了後（脱圧）の平面図である。 実施の形態２のダイスの弾性変形が小さい場合における、無加圧状態の搬送金型の平面図と、成形完了後（脱圧）の平面図である。 実施の形態２のダイスを使用して成形された他のリング型焼結磁石を示す斜視図である。

符号の説明

２ ベルトコンベア、３ 給粉・充填ユニット、５ 磁場成形ユニット、
６ ダイス移載ユニット、７ 成形体脱粉ユニット、８ 段積みユニット、
９ 金型脱粉／金型セットユニット、１０ 搬送金型、１０ｄ コア、
１０ｅ 下パンチ、１０ｆ，１１１０ｆ ダイス、１０ｋ リング状部材、
１１ 磁性粉末、５０ 加圧子、１０２ リング状予備成形体、
１２０ リング状成形体、２００，２０００ リング型焼結磁石、
２２０，２２２０ 凹形状溝部 １１１１ 凸形状。

Claims (13)

1. 弾性を有するダイスと、上記ダイス内部に配置されて当該ダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、上記リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部と、上記キャビティ内に供給・充填される磁性粉末及び上記ダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、上記キャビティー内で加圧される上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部とを備えた磁場成形装置。
2. 弾性を有するダイスと、上記ダイス内部に配置されて当該ダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、上記リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部を具備した搬送可能な搬送金型と、
   上記キャビティー内に上記磁性粉末を供給・充填する給粉・充填ユニットと、
   上記キャビティ内に供給・充填される磁性粉末及び上記ダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、上記キャビティー内で加圧される上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部を具備し、ラジアル配向されたリング状成形体を成形する磁場成形ユニットと、
   上記リング状成形体を上記搬送金型から抜き出し、上記リング状成形体に付着した磁性粉末を除去する脱型・脱粉ユニットとを備え、
   上記搬送金型を順次、上記供給・充填ユニット、上記磁場成形ユニット、上記脱型・脱粉ユニットへ搬送することを特徴とするリング型磁石成形装置。
3. 弾性を有するダイスと、上記ダイス内部に配置されて当該ダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、上記リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部を具備した搬送可能な搬送金型と、
   上記キャビティー内に上記磁性粉末を供給・充填する給粉・充填ユニットと、
   上記キャビティ内に供給・充填される磁性粉末及び上記ダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、上記キャビティー内で加圧される上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部を具備し、ラジアル配向されたリング状予備成形体を成形する磁場成形ユニットと、
   上記リング状予備成形体を上記搬送金型から抜き出し、上記リング状予備成形体に付着した磁性粉末を除去する脱型・脱粉ユニットと、
   上記搬送金型から抜き出した上記リング状予備成形体を軸方向に複数段に積層する段積みユニットを備え、
   上記搬送金型を順次、上記供給・充填ユニット、上記磁場成形ユニット、上記脱型・脱粉ユニット、上記段積みユニットへ搬送することを特徴とするリング型磁石成形装置。
4. 上記ダイスはゴム製であって、内部に強磁性体粉末を含有していることを特徴とする請求項１に記載の磁場成形装置、または請求項２又は請求項３に記載のリング型磁石成形装置。
5. 上記ダイスの外周に、強磁性体のリング状部材が配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁場成形装置またはリング型磁石成形装置。
6. 上記ダイスの内径部の断面は、軸方向で同一でないことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場成形装置またはリング型磁石成形装置。
7. 上記ダイスの内径部に、軸方向に延在する凸形状又は凹形状が円周方向に周期的に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場成形装置またはリング型磁石成形装置。
8. 上記ダイスの内径部に軸方向に延在する凸形状又は凹形状が、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の磁場成形装置またはリング型磁石成形装置。
9. 弾性を有するダイス、コア、及び下金型部で形成されるキャビティ内に磁性粉末を供給・充填する工程と、上記キャビティ内に供給・充填される磁性粉末及び上記ダイスを下金型部と反対側から加圧すると共に、上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する工程を備えたリング状成形体の磁場成形方法。
10. ラジアル配向が施されたリング状成形体を焼結して得られるリング型磁石の製造方法において
    リング状成形体を成形する工程が
    弾性を有するダイスと、上記ダイス内部に配置されて当該ダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、上記リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部を具備した搬送可能な搬送金型を、順次、
    上記キャビティー内に上記磁性粉末を供給・充填する工程、
    上記キャビティ内に供給・充填される磁性粉末及び上記ダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、上記キャビティー内で加圧される上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部を具備し、ラジアル配向されたリング状成形体を成形する工程、
    上記リング状成形体を上記搬送金型から抜き出し、上記リング状成形体に付着した磁性粉末を除去する工程に搬送し、上記各工程を実施するようにしたリング型磁石の製造方法。
11. ラジアル配向が施された複数のリング状予備成形体を軸方向に積み重ねてリング状成形体とし、上記リング状成形体を焼結して得られるリング型磁石の製造方法において
    リング状予備成形体を成形する工程が
    弾性を有するダイスと、上記ダイス内部に配置されて当該ダイスとの間でリング状の空間を形成するコアと、上記リング状の空間を閉塞して磁性粉末が供給・充填されるキャビティーを形成する下金型部を具備した搬送可能な搬送金型を、順次、
    上記キャビティー内に上記磁性粉末を供給・充填する工程、
    上記キャビティ内に供給・充填される磁性粉末及び上記ダイスを下金型部と反対側から加圧する加圧子と、上記キャビティー内で加圧される上記磁性粉末に上記加圧方向と直交するラジアル方向の磁場を印加する磁場形成部を具備し、ラジアル配向されたリング状予備成形体を成形する工程、
    上記リング状予備成形体を上記搬送金型から抜き出し、上記リング状予備成形体に付着した磁性粉末を除去する工程、
    上記搬送金型から抜き出した上記リング状予備成形体を軸方向に複数段に積層する工程にに搬送し、上記各工程を実施するようにしたリング型磁石の製造方法。
12. ラジアル異方性配向されたリング状予備成形体が軸方向に積み重ねられ、焼結により一体化されたリング型焼結磁石であって、その外周面に軸方向に延在する凹形状または凸形状が、円周方向に周期的に、かつ螺旋状に設けられていることを特徴とするリング型焼結磁石。
13. ラジアル異方性配向されたリング状成形体を焼結したリング型焼結磁石であって、その外周面に軸方向に延在する凹形状または凸形状が、円周方向に周期的に、かつ螺旋状に設けられていることを特徴とするリング型焼結磁石。

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