JP2010136516A

JP2010136516A - 磁界発生装置

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Publication number: JP2010136516A
Application number: JP2008309447A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Ohashi; 弘光大橋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: JP5370912B2

Abstract

【課題】外部磁界からの減磁界と熱減磁による不可逆減磁を抑えつつ、高強度の磁界を発生させる磁界発生装置を提供する。
【解決手段】所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、前記空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石と、前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石とを前記各主面が同一平面となるように交互に配置した磁気回路構成部を有する磁界発生装置において、少なくとも前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の主面近傍の主相外殻部には、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する磁界発生装置を作製する。
【選択図】図１

Description

この発明は、リニアモータに用いられる磁界発生装置に関する。

一般に、Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素、Ｆｅは鉄、Ｂはホウ素を指す。）を組み合わせたリニアモータ用磁気回路の磁界発生装置として、図３に示す磁界発生装置１２が知られている。磁界発生装置１２は、空隙を介して対向配置される一対の磁気回路構成部２Ｂを含む。いわゆるハルバッハ型の磁石配列を有する磁気回路構成部２Ｂは、所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、空隙側の面（主面）に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａ、主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂとを各主面が同一平面となるように交互に配置してなる。図中矢印は各焼結磁石の磁化方向を示しており、図示の如く各磁気回路構成部２Ｂにおいて、第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａ及び第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂはそれぞれ磁化の向きが交互に異なるように配置されている。なお、一対の磁気回路構成部２Ｂの対向部に形成される空隙内にコイルが配置され（図示せず）、当該空隙内に形成される磁界（図中白抜き大矢印G）とコイルに通電することによって発生する磁界との相互作用により磁気回路とコイルとが相対的に直線的に移動することになる。

このような磁気回路構成部２Ｂでは、第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａおよび第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂとを磁化方向が異なるように配置したことによって、隣り合う磁石からの外部減磁界が発生し、少なくとも破線Ｆで囲む部分が前記減磁界により動作点が下がったことに加え、コイルの発熱や使用環境の悪化等を要因とする雰囲気温度の上昇による磁石の保磁力低下による熱減磁により不可逆減磁を発生することが懸念される。すなわち、第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂを挟んで隣り合う２つの第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａ間において、第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂに対して白抜き小矢印にて示す外部減磁界が発生する。外部減磁界の向きと第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂの磁化の向きとは相反する向きとなり、外部減磁界によって少なくとも第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂの破線Ｆで囲む部分で動作点が下がる。さらに破線Ｆで囲む部分が加熱されると、外部減磁界によって動作点が下がった上に熱減磁が加わり、減磁量が一層大きくなる。

以上のように、前記磁気回路構成部２Ｂを用いた磁界発生装置１２では、永久磁石内で外部減磁界が発生した部位が、雰囲気温度の上昇に伴って不可逆減磁を発生し、空隙内の磁界強度が大幅に小さくなってしまうことがあった。その結果、リニアモータの可動子（例えば、前記コイル）の推力が小さくなってしまうことがあった。

リニアモータに用いる磁界発生装置として、他に図４に示す磁界発生装置１３が知られている。磁界発生装置１３は、空隙を介して対向配置される一対の磁気回路構成部２０Ｂを含む。この磁気回路構成部２０Ｂもいわゆるハルバッハ型の磁石配列を有する。具体的には、空隙側の面（主面）に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａと、主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂとを、前記空隙に対向する主面に対して直交方向からさらに所定角度傾く方向に磁化方向を有する第３Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｃを介して前記各主面が同一平面となるように交互に配置してなる。

図中矢印は各焼結磁石の磁化方向を示しており、図示の如く各磁気回路構成部２０Ｂにおいて、第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａ及び第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂはそれぞれ磁化の向きが交互に異なるように配置されている。

なお、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの磁化方向は、接する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａの主面の磁極がＳ極である場合（図４上側ヨーク中央部に配置される第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃと第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａとの関係の場合、又は下側ヨーク両端部に配置される第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃと第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａとの関係の場合）、第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａの主面と接する面の角部からヨークと接する面で第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａと接触しない側の角部に向けて延びる。

また、接する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａの主面の磁極がＮ極である場合（図４上側ヨーク両端部に配置される第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃと第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａとの関係の場合、又は下側ヨーク中央部に配置される第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃと第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａとの関係の場合）、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの磁化方向は、上記接する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａの主面の磁極がＳ極である場合と逆の角部に向けて延びることとなる。

このような磁化方向の異なる焼結磁石を組み合わせることによって、対向した磁気回路構成部２０Ｂ間に発生する磁界は実質的に第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａと第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂおよび第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃにより形成される磁界を合成したものになる。

なお、一対の磁気回路構成部２０Ｂの対向部に形成される空隙内にコイルが配置され（図示せず）、当該空隙内に形成される磁界（図中白抜き大矢印Ｇ）とコイルに通電することによって発生する磁界との相互作用により磁気回路とコイルとが相対的に直線的に移動することになる。

また、図４の磁気回路においても、図３の磁気回路と同様に、このような磁気回路構成部２０Ｂでは、第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａと第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂおよび第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃとを磁化方向が異なるように配置したことによって、隣り合う磁石からの外部減磁界が発生し、少なくとも破線Ｆで囲む部分が前記減磁界により動作点が下がったことに加え、雰囲気温度の上昇による熱減磁により不可逆減磁を発生する。すなわち、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃによって発生する磁界が図中白抜き小矢印で示すように第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａのヨーク対向面近傍または第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂの主面近傍において第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａ及び第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂによる磁界の発生を抑制する方向に作用することによって、少なくとも破線Ｆで囲む部分の動作点が下がる。さらに破線Ｆで囲む部分が加熱されると、外部減磁界によって動作点が下がった上に熱減磁が加わり、減磁量が一層大きくなる。

従来技術として、特許文献１には、先に説明した図３と同様な構造からなるハルバッハ型の磁気回路において、隣り合う２つの主磁極永久磁石の間に配置される副磁極永久磁石のみに主磁極永久磁石よりも保磁力が大きな永久磁石を使用する技術が開示されている。このような磁石配置とすることにより、主磁極永久磁石に保磁力が低く残留磁束密度の高い永久磁石を使用することが可能となり、全磁石を保磁力が高く残留磁束密度が低い磁石を使用する磁気回路に比べ、永久磁石の不可逆減磁を抑制するとともに、所定空隙内に発生する磁界を高め、軽量化を可能とすることが開示されている。

特開２００７−１９１２７号公報

しかし、特許文献１の技術では、全磁石を保磁力が高く残留磁束密度が低い磁石を使用する磁気回路に比べ、永久磁石の不可逆減磁を抑制するとともに、発生する磁界を高めることはできても、不可逆減磁を抑制するために副磁極永久磁石として残留磁束密度が小さな永久磁石を使用せざるをえなくなり、要望される磁界強度の向上が達成できていないのが現状である。

それゆえに、この発明の主たる目的は、少なくとも隣り合う磁石からの外部減磁界が作用する部分に残留磁束密度の低下を招かず保磁力向上を可能とする磁石組織を有する残留磁束密度の高い永久磁石を効果的に使用することにより、不可逆減磁を抑制し、高い磁界の発生を可能とするとともに、高温下でも高強度の磁界を安定して発生させることができる磁気回路構成部を有する磁界発生装置を提供することである。

前述の目的を達成するために、請求項１に記載の磁界発生装置は、
所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、前記空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石と、
前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石とを前記各主面が同一平面となるように交互に配置した磁気回路構成部を有する磁界発生装置において、
少なくとも前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の主面近傍の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する。

請求項２に記載の磁界発生装置は、所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、前記空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石と、前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石とを、前記空隙に対向する主面に対して直交方向からさらに所定角度傾く方向に磁化方向を有する第３Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石を介して前記各主面が同一平面となるように交互に配置した磁気回路構成部を有する磁界発生装置において、少なくとも前記第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石のヨーク対向面近傍の主相外殻部、前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の主面近傍の主相外殻部及び前記第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石接触面近傍の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する。

本願請求項１乃至２に記載の磁界発生装置で、磁気回路構成部を構成する一対のヨークの対向面に配置される各Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石において、主相の大部分がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、（Ｎｄ、Ｐｒ）_２Ｆｅ_１４Ｂ相である比較的保磁力が低く残留磁束密度が高い特性を有する磁石を使用しても、不可逆減磁を起こしやすい部分近傍に位置する主相外殻部にＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を設けることによって、その部分のみ高保磁力の特性を有することとなり、隣り合う磁石からの外部磁界からの減磁界によって当該部分の動作点が下がるが、クニック点をこえないので、ハルバッハ磁気回路で起こる減磁界と熱減磁による不可逆減磁を抑えることができる。また、外部減磁界と熱による減磁が原因である高温下での不可逆減磁の影響を受けない部分については主相外殻部に希土類元素濃縮層を設ける必要はなく、Ｄｙ、Ｔｂをあまり含まないＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ相からなる高残留磁束密度の磁石組織とすることができるので、磁界発生装置全体として効率的に磁界強度を大きくできる。

[Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石]
本発明の磁界発生装置に用いるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石は、外部減磁界の発生する部分の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する。

ここで、希土類元素濃縮層はＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、Ｔｂ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、（Ｄｙ、Ｔｂ）_２Ｆｅ_１４Ｂ相の少なくともいずれかからなる。また、以下に記載する高保磁力部は、Ｄｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、Ｔｂ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、（Ｄｙ、Ｔｂ）_２Ｆｅ_１４Ｂ相の少なくともいずれかからなる希土類元素濃縮層を外殻部に有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の主相が多く分布している部位をいう。

本発明では、磁気回路構成部を組んだときに発生する隣り合う磁石からの外部減磁界が発生する焼結磁石表面近傍の主相外殻部に少なくともＤｙ、Ｔｂのいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有することで、焼結前に重希土類元素（ＲＨ）が含まれていないＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石であっても、減磁界の影響を受ける部位の保磁力が高まり、減磁界によって動作点は下がるがクニック点をこえず、高温に加熱されたときに減磁界と熱減磁によって起こる不可逆減磁の発生がない。ここで、近傍とは焼結磁石表面だけでなく表面から若干磁石内部に至る範囲までをいい、例えば少なくとも１ｍｍから２ｍｍ程度内部まで希土類元素濃縮層を有する主相が分布していることをいう。

次に本発明の磁界発生装置に用いるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の製造方法を説明する。

本発明でのＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石体は、希土類元素（Ｒ）、ボロン（Ｂ）および残部Ｆｅを含む組成からなる。希土類元素（Ｒ）にはＮｄ、Ｐｒの軽希土類元素ＲＬだけでなく、少量のＤｙ、Ｔｂなどの重希土類元素ＲＨを含んでもいてもよい。また、その他の組成として、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｎｂ等が含まれていてもよい。

前記組成になるように調整秤量した後、インゴット法、ストリップキャスティング法等公知の方法により、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金を作製する。

その後、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金を粗粉砕、微粉砕の工程を経て粉末にし、プレス装置のパンチ、ダイスにて形成されたキャビティ内に投入され、磁場中でＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金粉末からなる成形体を作製する。

前記成形体は、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）などの雰囲気中、あるいは真空中で所定の密度になるように焼結され、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石となる。

次に、前述の方法により作製されたＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の所定表面近傍の主相外殻部に少なくともＤｙ、Ｔｂのいずれかを含有する希土類元素濃縮層を生成する。

前記希土類元素濃縮層を主相外殻部に生成する方法は、スパッタ法、蒸着法、蒸着拡散法等を用いるのがよい。前記方法では、磁気回路構成部を作製したとき、外部減磁界の影響で動作点が下がり、減磁界と熱による減磁にて不可逆減磁が発生する部位のみに所定の希土類元素濃縮層を任意に形成することができる。

また、ブロック形状のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いた磁界発生装置の場合、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石角部では外部減磁界による影響が特に大きく、動作点が大きく下がる。この場合、ブロック形状のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を所定間隔開けてから前記スパッタ法、蒸着法、蒸着拡散法を施せば、ブロックの角部に高保磁力部が比較的厚く形成されるので、効果的に減磁界が抑えられる。

本発明の磁界発生装置に用いるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を作製する最適な方法としては、蒸着拡散法がある。蒸着拡散法は、焼結磁石表面にＤｙ、Ｔｂを供給するのと同時に、Ｄｙ、Ｔｂを焼結磁石内部に拡散させる。

蒸着拡散法では、例えば、ＷＯ２００７／１０２３９１に記載のようにＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の表面にＤｙおよび／またはＴｂを供給するのと同時に、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石内部に拡散させて、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の主相のＲと置換し、主相外殻部にＤｙ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、Ｔｂ_２Ｆｅ_１４Ｂ相、（Ｄｙ、Ｔｂ）_２Ｆｅ_１４Ｂ相の少なくともいずれかからなる希土類元素濃縮層を生成する。

本発明では、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石にて磁気回路構成部を作製したとき、主相外殻部にＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する磁石組織からなる部位は、外部減磁界にて動作点が下がる部位にのみあればいい。従って、Ｄｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層の生成では、これら希土類元素の効率的活用の観点から、磁気回路構成部を作製したとき、外部減磁界の影響で動作点が下がる部位を除いてマスクをしてからＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを供給することが好ましい。

マスクをする部位は、本発明の磁界発生装置を設計し、磁場解析をした結果にて決められる。

[磁界発生装置]
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。

この発明の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の磁界発生装置１０の一例である。図１に示すように磁気回路構成部２Ａは、空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有している第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａと、前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂとを各主面が同一平面となるように交互に配置し、各主面の反対面をヨーク３と接続している。

図１のように前記磁気回路構成部２Ａを形成することで、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂの磁束は、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａから発生する磁束とともに第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａの主面に集中する。

図１の磁界発生装置では、少なくとも前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂの主面近傍の主相外殻部にのみ重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮を有している高保磁力部５がある。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の配置により磁気回路構成部を作製した際、外部磁界からの減磁界により動作点が低下するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の部位の主相外殻部のみにＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかからなる希土類元素濃縮層を設けることができるので、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂとして、重希土類元素Ｄｙ、Ｔｂを含まない高い残留磁束密度を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を使用しても、不可逆減磁の抑制を可能とする。

図５では、主面近傍の主相外殻部に希土類元素濃縮層を有している高保磁力部５は、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂの主面だけでなく、前記主面に接する複数の側面にも回りこむように生成している。そうすることで、ブロック形状の第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂの角部を覆うように高保磁力部が分布するので、図１の磁界発生装置の第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂと比べて、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂの角部の不可逆減磁を抑えることができる。

本発明の他の実施形態について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の磁界発生装置１１の一例である。図２に示す磁気回路構成部２０Ａは、空隙を挟んで対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有している第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａと、前記空隙を挟んで対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂとを、前記空隙に対向する主面に対して直交方向からさらに所定角度傾く方向に磁化方向を有する第３Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｃを介して各主面が同一平面となるように交互に配置し、各主面の反対面をヨーク３と接続している。

図２の磁気回路構成部２０Ａでは、少なくとも前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂの主面近傍の主相外殻部、前記第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａのヨーク対向面近傍の主相外殻部及び第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの前記第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ接触面近傍の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有している高保磁力部５がある。

図２のように前記磁気回路構成部２０Ａを形成することで、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂおよび第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの磁束は、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａから発生する磁束とともに第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａの主面に集中する。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の配置により磁気回路構成部を作製した際、外部減磁界で動作点が下がる部位（第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａのヨーク対向面近傍、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａと第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結磁石１Ｃとが接する面近傍、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂの主面近傍）の主相外殻部のみにＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかからなる希土類元素濃縮層を有する高保磁力部５を設けることができるので、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂおよび第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃとして、重希土類元素Ｄｙ、Ｔｂを含まない高い残留磁束密度を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を使用しても、不可逆減磁の抑制を可能とする。

また、図６に示すように希土類元素濃縮層を有している高保磁力部５は、第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ｂの主面近傍の主相外殻部、前記第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石１Ａのヨーク対向面近傍の主相外殻部及び第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの前記第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ接触面近傍の主相外殻部だけでなく、前記面に接する複数の側面に回りこむように生成している。そうすることで、ブロック形状の第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂ、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの角部を覆うように高保磁力部が分布するので、図２の磁界発生装置と比べて、各焼結磁石１Ａ、１Ｂ、１Ｃの各角部の動作点が下がるのを抑えることができる。

ここで、前記第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの磁化方向は、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ主面の磁化方向に対して傾斜角度θを２０°〜７０°とするのが好ましい。図２に示す磁界発生装置１２では、前記第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの傾きは４５°にしている。７０°を越えると、磁化方向を傾斜することによって得られる本来の効果、すなわち磁気回路中の磁束の流れをスムーズとし、隣接する磁石間での漏れ磁束を低減し、磁束を磁界発生空間に集中する効果が得にくくなる。なお、各焼結磁石の磁化方向と磁石が有する配向方向とが一致する場合に、磁石が有する本来の磁気特性を最も有効に発現することができる。従って、各焼結磁石は最終的な磁化方向を考慮して磁場中成形時にその配向方向を選定することが望ましい。なお、後述する着磁前に第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａと第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃを固着一体化してからこれらを同一方向に着磁する場合、例えば、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａの配向方向に着磁することから、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃの配向方向と着磁方向（磁化方向）が一致しない。従って上記傾斜角度が２０°未満となると、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃが有する本来の磁気特性を有効に発現することが困難となり、不完全な着磁となり、ハルバッハ磁気回路として得られる磁界強度が低くなる。

なお、通常、第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ、第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂ、第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｃは、耐食性を高めるため、欠け防止のため面取り加工をした焼結磁石全面にエポキシ樹脂、シリコン樹脂、Ａｌ、Ｎｉのいずれかからなる被膜を形成したのち、図１、図２、図５、図６の磁気回路構成部に組み立てるが、好ましくは、接着剤等で前記第1から3の焼結磁石を固着一体化した後、前記固着一体化した焼結磁石集合体の外表面角部を面取りし、それからエポキシ樹脂、シリコン樹脂、Ａｌ、Ｎｉのいずれかからなる被膜を形成するのがよい。

このようにすることで、磁界発生装置１０、１１、１５、１６の磁気回路２Ａ、２０Ａ、２Ｃ、２０Ｃを構成するＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ａ、１Ｂ、１Ｃ個々の面取り工程が省略され、面取り量の削減ができるので、焼結磁石体積が減ったことによる磁気回路の磁界強度低下がなくなる。

また、図５、図６のように希土類元素濃縮層を有する高保磁力部５をＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の角部にまわりこむようにした磁界発生装置では、角部に多く分布するようにした希土類元素濃縮層が面取りにて削り取られる量が少なくてすむので、動作点が大きく下がる角部における高温下での不可逆減磁の抑制効果が低下しない。

その後、磁界発生空間を形成する空隙を介して磁気回路構成部を対向するように一対のヨーク２の対向面に配置する。

（実施例１）
この発明の磁界発生装置１０、１４と従来技術の磁界発生装置１２とを用いた実験例について説明する。ここでは、磁界発生装置１０、１２、１４の温度を２０℃から１００℃に上昇させつつ磁気回路構成部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが対向してできた空隙の磁束密度（磁界強度）を測定した。

磁界発生装置１０、１４については、磁気回路構成部に使われる第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂ主面近傍の主相外殻部にＤｙを含む希土類元素濃縮層を有する高保磁力部を持つＮＭＸ−Ｓ５４を用いた場合の磁界強度を測定した。ここで、高保磁力部５の希土類元素濃縮層は、Ｄｙ１．０質量％をＷＯ２００７／１０２３９１に記載の蒸着拡散法にて生成した。

また、従来技術の磁界発生装置１２については、磁気回路構成部２Ｂに使われるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石としてＮＭＸ−Ｓ５４を用いた場合の磁界強度、および磁気回路構成部２Ｂに使われるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石としてＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨを用いた場合の磁界強度を測定した。つまり、従来技術の磁界発生装置１２については、高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度、および高保磁力のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度を測定した。

ここで、ＮＭＸ−Ｓ５４、ＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨは日立金属株式会社製のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の品番を意味する。ＮＭＸ−Ｓ５４、ＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨの残留磁束密度Ｂｒと保磁力ＨｃＪは表１の通りである。

磁界発生装置１０、１２、１４を加熱することによって、図７に示すように空隙の磁界強度が変化した。図７において、Ｃ１は磁界発生装置１０における磁界強度の変化態様であり、Ｃ２は磁界発生装置１４における磁界強度の変化態様であり、Ｃ３は磁界発生装置１２における高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度の変化態様であり、Ｃ４は磁界発生装置１２における高保磁力のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度の変化態様である。

図７より磁界発生装置１０の磁界強度の変化態様Ｃ１および磁界発生装置１４の磁界強度の変化態様Ｃ２は、同じ高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のみを用いた磁界発生装置１２の変化態様Ｃ３と比べて、４０℃以上の高温でも不可逆減磁の発生がない。さらに、磁界発生装置１４を用いたＣ２は、高保磁力のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いた磁界発生装置１２の変化態様Ｃ４と比べると、Ｃ４と同じように８０℃になるまで不可逆減磁を起こしていず、かつ磁束密度はＣ４より０．０４Ｔ高い。

（実施例２）
この発明の磁界発生装置１１、１５と従来技術の磁界発生装置１３とを用いた実験例について説明する。ここでは、磁界発生装置１１、１３、１５の温度を２０℃から１００℃に上昇させつつ磁気回路構成部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが対向してできた空隙の磁束密度（磁界強度）を測定した。

磁界発生装置１１、１５については、磁気回路構成部に使われる第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石１Ｂ主面近傍の主相外郭部にＤｙを含む希土類元素濃縮層を有する高保磁力部をもつＮＭＸ−Ｓ５４を用いた場合の磁界強度を測定した。ここで、Ｄｙを含む希土類元素濃縮層を有する高保磁力部５は、実施例１の磁界発生装置１０、１４と同様の方法にて生成した。

また、従来技術の磁界発生装置１３については、磁気回路構成部に使われるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石としてＮＭＸ−Ｓ５４を用いた場合の磁界強度、および磁気回路構成部に使われるＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石としてＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨを用いた場合の磁界強度を測定した。つまり、従来技術の磁界発生装置１３については、高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度、および高保磁力のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度を測定した。

磁界発生装置１１、１３、１５を加熱することによって、図８に示すように空隙の磁界強度が変化した。図８において、Ｃ５は磁界発生装置１１における磁界強度の変化態様であり、Ｃ６は磁界発生装置１５における磁界強度の変化態様であり、Ｃ７は磁界発生装置１３における高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度の変化態様であり、Ｃ８は磁界発生装置１３における高保磁力のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石のみを用いた場合の磁界強度の変化態様である。

図８より磁界発生装置１１の磁界強度の変化態様Ｃ５および磁界発生装置１５の磁界強度の変化態様Ｃ６は、同じ高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のみを用いた磁界発生装置１３の変化態様Ｃ７と比べて、４０℃以上の高温でも不可逆減磁の発生がない。さらに、磁界発生装置１５を用いたＣ６は、高保磁力のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いた磁界発生装置１３の変化態様Ｃ８と比べると、Ｃ８と同じように８０℃になるまで不可逆減磁を起こしていず、かつ磁束密度はＣ４より０．０５Ｔ高い。

このように、本発明では、所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、前記空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石と、前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石とを前記各主面が同一平面となるように交互に配置した磁気回路構成部を有する磁界発生装置において、少なくとも前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の主面近傍の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する磁界発生装置を作製することにより、磁気回路構成部で発生する外部磁界からの減磁界による第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の不可逆減磁の発生を抑えることができる。特に、主相外殻部に希土類元素濃縮層を有する高保磁力部はＲ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の所定表面近傍に任意に形成できるので、Ｄｙ、Ｔｂを含まない高残留磁束密度のＲ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石を用いて、不可逆減磁を抑制しつつ強い磁界を発生する磁界発生装置を提供するに好適である。

本発明の磁界発生装置を示す断面図である。本発明の磁界発生装置を示す断面図である。従来のハルバッハ型の磁界発生装置を示す断面図である。従来のハルバッハ型の磁界発生装置を示す断面図である。本発明の磁界発生装置を示す断面図である。本発明の磁界発生装置を示す断面図である。この発明の磁界発生装置と従来技術の磁界発生装置とにおける温度変化に対する磁界強度の変化を示すグラフである。この発明の磁界発生装置と従来技術の磁界発生装置とにおける温度変化に対する磁界強度の変化を示すグラフである。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１ＣＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ磁気回路構成部
３ヨーク
５高保磁力部
１０、１１、１２、１３、１４、１５磁界発生装置

Claims

所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、前記空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石と、
前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石とを前記各主面が同一平面となるように交互に配置した磁気回路構成部を有する磁界発生装置において、
少なくとも前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の主面近傍の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する磁界発生装置。
所定の空隙を介して対向して配置した一対のヨークの対向面に、前記空隙に対向する主面に対して直交方向に磁化方向を有する第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石と、
前記空隙に対向する主面に対して平行方向に磁化方向を有する第２Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石とを、
前記空隙に対向する主面に対して直交方向からさらに所定角度傾く方向に磁化方向を有する第３Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石を介して前記各主面が同一平面となるように交互に配置した磁気回路構成部を有する磁界発生装置において、
少なくとも前記第１Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石のヨーク対向面近傍の主相外殻部、前記第２Ｒ−Ｆｅ―Ｂ系焼結磁石の主面近傍の主相外殻部及び前記第３Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の前記第１Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石接触面近傍の主相外殻部に、重希土類元素であるＤｙ、Ｔｂの少なくともいずれかを含有する希土類元素濃縮層を有する磁界発生装置。