JP2013157505A - ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高着磁特性で着磁特性の調整幅が広い、簡便でコストを低減したボンド磁石の製造方法を提供する。
【解決手段】ボンド磁石の近傍に着磁用磁界印加手段を配置し、ボンド磁石を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱工程と、キュリー点以上の温度に達したボンド磁石を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁用磁界印加手段によりボンド磁石に着磁磁界を印加し続ける着磁工程とを含むボンド磁石の製造方法であり、２種類以上の希土類元素として希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系ボンド磁石を用いることで、精錬コストを低減でき、簡便でコストを低減したボンド磁石の製造方法を提供できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、多極着磁されたボンド磁石の製造方法に関する。

近年の電子機器の著しい小型化に対応して、それに使用するステッピングモータなども小型化、小径化が進んでいる。それに伴い、ローターとして用いるリング状永久磁石も小径化が進むため、着磁ピッチ（着磁極間距離）が狭くなり、多極着磁は困難になる。

多極磁極の着磁方法として、パルス着磁が知られている。パルス着磁では、リング状永久磁石を着磁する際、マグネットワイヤーに大きなパルス電流を流すが、リング状永久磁石の小径化に伴い着磁ピッチが狭くなると、現状の着磁治具ではマグネットワイヤーの径が細くなり、磁石を十分に着磁可能なパルス電流が流せない問題が生じてきた。それを改善する技術として、被着磁物を被着磁物のキュリー点未満の高温にして飽和着磁磁場を減少させて着磁する方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
また、永久磁石に着磁を施す方法に関し、被着磁物を、そのキュリー点以上の温度からキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁磁界を印加し続ける永久磁石の着磁方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特許２９４００４８号公報 特開平６−１４０２４８号公報 特開２００６−２０３１７３号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２の着磁方法では、十分な着磁特性が得られない。また、着磁コイルのマグネットワイヤーへの通電は行うため、絶縁破壊の可能性は避けられない。さらに、高温にさらされることで着磁治具の構成部品，特にモールド樹脂が劣化し、着磁治具の寿命が縮まる。
特許文献３の着磁方法では、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石において高着磁特性が得られるが、着磁特性の調整幅は磁粉の物性に依存するため一般的に狭くなってしまい、所望の着磁特性が得られにくい。また、希土類価格高騰を受け、より安価に高特性を示す希土類系ボンド磁石の要望も強まっている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高着磁特性でありながら着磁特性の調整幅が広い、簡便でコストを低減したボンド磁石の製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るボンド磁石の製造方法は、ボンド磁石の近傍に着磁用磁界印加手段を配置し、前記ボンド磁石を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱工程と、キュリー点以上の温度に達した前記ボンド磁石を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用磁界印加手段により前記ボンド磁石に着磁磁界を印加し続ける着磁工程とを含むボンド磁石の製造方法であって、前記ボンド磁石に含まれる磁石粉体に２種以上の希土類元素を含む希土類鉄系ボンド磁石を用いることを特徴とするボンド磁石の製造方法。

２種以上の希土類元素を含むことで、精錬コストが低減し、簡便でコストを低減したボンド磁石の製造方法が得られる。

また、本発明に係るボンド磁石の製造方法は、前記希土類元素の総量が１２ａｔ％以上であることを特徴とする。
希土類元素の総量を１２ａｔ％以上とすることで、静磁気特性，特に角型性と保磁力に優れ、高着磁特性のボンド磁石の製造方法が得られる。

また、本発明に係るボンド磁石の製造方法は、前記磁石粉体の固有保磁力が７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）以上であることを特徴とする。
固有保磁力が７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）以上の磁石粉体を用いることで、熱減磁特性が優れ、且つ初期減磁のごく小さい高着磁特性のボンド磁石の製造方法が得られる。

また、本発明に係るボンド磁石の製造方法は、前記希土類元素として、ＮｄとＰｒが含まれることを特徴とする。
希土類元素として、ＮｄとＰｒが含まれることで、最終精錬を極力省くことができコストが低減され、且つ高い静磁気特性を有すことができる。したがって、コストを低減した高着磁特性のボンド磁石の製造方法が得られる。また、若干熱減磁特性が低下する物性を利用して着磁特性の調整幅を広くすることができる。したがって、高着磁特性でありながら特性調整幅がより広い、簡便でコストの低減した工業的に広く利用可能なボンド磁石の製造方法が得られる。

また、本発明に係るボンド磁石の製造方法は、ＮｄとＰｒの配合比率が、Ｎｄ量に対するＰｒ置換量にて、５ａｔ％〜５０ａｔ％であることを特徴とする。
ＮｄとＰｒは磁気的に似通った物性を有すため、静磁気特性の低下は最小限に抑えられる。ＮｄとＰｒの配合比率が、Ｎｄ量に対するＰｒの置換量として５ａｔ％〜５０ａｔ％であれば、自然界で産出される比率に近く精錬の負担が軽減するため、コストの低減が図れる。５ａｔ％以上とするのは効果発現のための下限値であり、５０ａｔ％を上限とするのは磁気特性の著しい低下を抑制するためである。
また、Ｐｒの混入により熱安定性が若干低下するが、特性調整手段として逆に利用できる。
さらに、キュリー点が低下するので 着磁装置の設定温度を下げることができ、装置にかかる負担が少なくなり熱容量の大きな被着磁物の着磁にも対応することができる。よって、製造工程全体としてコストの低減効果があるうえに比較的大きな磁石の着磁も可能となる。
したがって、より高着磁特性が得られ且つ特性調整幅が広い、簡便でコストを低減したボンド磁石の製造方法が得られる。

また、本発明に係るボンド磁石の製造方法は、前記希土類鉄系磁石は、Ｃｏを含まないことを特徴とする。
Ｃｏを含まないことで、磁石材料価格を低減できるとともにキュリー点を下げることができ熱減磁特性も低下させられるため、コストを低減した高着磁特性のボンド磁石を得ることができ、着磁条件が比較的低い加熱温度になることで装置負担が少なくなり特性調整もしやすくなる。さらに、熱容量の大きな磁石に対しての着磁を比較的容易に行うこともできる。したがって、より高着磁特性が得られ且つ特性調整幅が広い、簡便でコストを低減したボンド磁石の製造方法が得られる。

本発明により、キュリー温度の低下や熱減磁特性の低下などを利用し、工業的に有用なボンド磁石（高磁力特性，比較的大きな着磁特性調整幅，低コスト）の製造方法を得ることができる。

（ａ）は、実施形態における着磁治具およびボンド磁石の平面図、（ｂ）は縦断面図。 ボンド磁石に施されている多極着磁の状況を示す平面図。 １０極着磁の表面磁束密度の測定結果の一例を示す図。 実施例１、実施例２および比較例１の着磁特性を示した図。 実施例１、実施例２および比較例３の着磁特性を示した図。 実施例１、実施例２、比較例３および比較例４の着磁特性を示した図。 温調温度５０℃での着磁特性を基準として、より高温での着磁特性減少率を示した図。 実施例１、実施例２、比較例３および比較例４の着磁特性を示した図。 実施例１、比較例５および比較例６の着磁特性を示した図。

以下、本発明のボンド磁石の製造方法について、実施形態を例に挙げて詳しく述べる。
図１に、実施形態のボンド磁石の製造方法に用いる着磁治具１０および被着磁物としてのボンド磁石１４を示した。（ａ）は平面図を表し、（ｂ）は縦断面図を表している。実施形態では、リング状のボンド磁石１４を１０極着磁し、多極着磁されたボンド磁石１４０を得る。

着磁治具１０は、非磁性ブロック（例えば、ステンレス鋼製ブロック）１２に、ボンド磁石１４を挿入、抜出可能な円形の被着磁物収容穴１６が設けられると共に、被着磁物収容穴１６の外側面から放射状に延びる１０本の断面矩形の溝１８が等角度の間隔で設けられている。溝１８には、ボンド磁石１４よりもキュリー点が高い断面四角形の棒状の着磁用磁界印加手段としての着磁用永久磁石２０がそれぞれ埋設されている。
例えば、着磁用永久磁石２０として、キュリー点が約８５０℃のＳｍＣｏ系焼結磁石を用いることができる。

以下に、ボンド磁石１４から多極着磁されたボンド磁石１４０を製造する方法について説明する。
ボンド磁石１４０の製造方法は、ボンド磁石１４の近傍に着磁用永久磁石２０を配置し、ボンド磁石１４を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱工程と、キュリー点以上の温度に達したボンド磁石１４を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁用永久磁石２０によりボンド磁石１４に着磁磁界を印加し続ける着磁工程とを含む。

ボンド磁石１４として、２種以上の希土類元素を含む希土類鉄系ボンド磁石を用いる。２種以上の希土類元素を含むことで、精錬コストを低減でき、安価な希土類鉄系ボンド磁石を提供できる。
表１に、希土類鉄硼素系磁石（Ｒ_２Ｆｅ_１４Ｂ）の磁気特性を示す。例えば、飽和磁化の最も高いＮｄの一部を、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒなどＮｄに近い磁気特性を示す元素によって、磁気特性上の影響が小さい範囲で一部置換された希土類鉄系ボンド磁石を用いる。
ここで、できるだけ産出される形態に近い組み合わせがコスト上好ましく、且つ磁気特性の高い元素同士が組み合わされることが好ましい。
特に、ＮｄとＰｒは磁気的に似通った物性を有すため、静磁気特性の低下は最小限に抑えられる。ＮｄとＰｒの配合比率が、Ｎｄ量に対するＰｒの置換量として、５ａｔ％〜５０ａｔ％が好ましく、１０ａｔ％〜３５ａｔ％であるのがより好ましく、自然界で産出される比率に近くコストが低減できる。

加熱工程では、ボンド磁石１４を、そのキュリー点以上に加熱した状態で、被着磁物収容穴１６に挿入する。
着磁工程では、着磁用永久磁石２０により着磁磁界を印加する。そして、ボンド磁石１４を着磁治具１０内に設置したままボンド磁石１４のキュリー点未満の温度まで冷却し、その後、着磁治具１０から取り出す。例えば、ボンド磁石１４のキュリー点をＴｃとしたとき、（Ｔｃ＋３０℃）以上の温度まで加熱した後、着磁磁界中で（Ｔｃ−５０℃）以下の温度まで冷却するのが特に好ましい。
なお、加熱には、例えば、抵抗加熱、高周波加熱、レーザ加熱、高温ガスフロー加熱、高温液中加熱など任意の手段を用いてよいが、特に、短時間で加熱可能な高周波加熱法などが好ましい。冷却は、自然放冷の他、水冷、空冷、ガス吹き付けなどの強制放冷、加熱温度調整など任意の方法で行ってよい。不活性雰囲気中での作業が必要な場合には、不活性ガスフローを行う。ボンド磁石１４および多極着磁されたボンド磁石１４０は、移動機構（図示せず）によって、着磁治具１０の被着磁物収容穴１６に容易に且つ迅速に挿入でき、且つ被着磁物収容穴１６から容易に且つ迅速に取り出せるようにするのがよい。

以上述べた工程によって、ボンド磁石１４であるリング状の永久磁石の外周面には、着磁磁極に対応した磁極が現れ、多極着磁されたボンド磁石１４０が得られる。図２は、多極着磁されたボンド磁石１４０であるリング状の永久磁石に施されている多極着磁の状況を示す平面図である。符号２２は、着磁磁界の向きを表している。

着磁特性の評価は、テスラメータにより表面磁束密度を測定することにより、定量的に行うことができる。
図３は、多極着磁したボンド磁石１４０の外周面を、任意の点を基準として中心角［度］に対する表面磁束密度（オープン）Ｂｏ［ｍＴ］を測定した図である。
測定は、図３に示すように、多極着磁したボンド磁石１４０の外周面を、任意の点を基準として中心角［度］に対する表面磁束密度（オープン）Ｂｏ［ｍＴ］の変化を連続的に求めることで行う。以降の実施例は、全極のＢoピーク値（絶対値）の平均値を着磁特性として示した。

以下に、実施例および比較例を挙げてより詳しく説明する。
以下に示す実施例および比較例に用いたボンド磁石１４は、外径φ２．６ｍｍ、内径φ１．０ｍｍ，厚さ３ｍｍの圧縮成形ボンド磁石とし、寸法、重量を統一（即ち密度は同等）とした。そして、外周からの１０極着磁（極ピッチ０．８ｍｍ）を行い、着磁特性を示している。磁石粉体は急冷薄帯を粉砕し、バインダ樹脂としてエポキシ樹脂を磁石粉体に対して２．５ｗｔ％混合して成形した。
着磁は、着磁治具１０を用いて、加熱温度を３８０℃で３ｓｅｃとし、温調温度まで冷却して６ｓｅｃ後に取り出して多極着磁されたボンド磁石１４０を得た。

以下に示す実施例１、実施例２および比較例１は、温調温度を５０℃とした。
（実施例１）
希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、希土類元素の総量を１２ａｔ％とした。
（実施例２）
希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、希土類元素の総量を１２．５ａｔ％とした。
（比較例１）
希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、希土類元素の総量１０．０ａｔ％とした。

図４は、実施例１、実施例２および比較例１の着磁特性を示した図である。
図４において、希土類元素の総量を１２ａｔ％以上とすることで 初期減磁が抑制される作用が発現し、高着磁特性を有すボンド磁石１４０が得られることがわかった。

以下に示す実施例１、実施例２および比較例１は、温調温度を変化させている。
（実施例１）
希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、固有保磁力が７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）の磁石粉体を用いた。
（実施例２）
希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、固有保磁力が７９６ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）の磁石粉体を用いた。
（比較例１）
希土類元素をＮｄ−Ｐｒとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、固有保磁力が５５７ｋＡ／ｍ（７ｋＯｅ）の磁石粉体を用いた。

図５は、実施例１、実施例２および比較例１の着磁特性を示した図である。横軸は温調温度（℃）、縦軸は着磁特性（ｍＴ）を示している。
図５において、固有保磁力が７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）以上の磁石粉体を用いることで、熱減磁特性が良好で、且つ初期減磁のごく小さい高着磁特性のボンド磁石１４０が得られる。

（比較例３）
希土類元素をＮｄとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、固有保磁力が７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）の磁石粉体を用いた。
（比較例４）
希土類元素をＮｄとした希土類鉄硼素系のボンド磁石１４を用い、固有保磁力が７９６ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）の磁石粉体を用いた。

図６は、温調温度を５０℃としたときの実施例１、実施例２、比較例３および比較例４の着磁特性を示した図である。また、図７は、冷却時の取り出し温度である温調温度５０℃での着磁特性を基準として、より高温の温調温度での着磁特性減少率を示した図である。
図６において、希土類元素としてＮｄとＰｒが含まれることで、高磁力特性のボンド磁石１４０が得られることがわかった。
図７において、若干熱減磁特性が低下する現象を利用することで、着磁特性の調整幅を広げられる、具体的には、高温側の温調温度での着磁特性減少率が大きくなることがわかった。

図８は、実施例１、実施例２、比較例３および比較例４の着磁特性を示した図である。横軸は加熱温度（℃）、縦軸は着磁特性（％）を示している。着磁特性（％）は各材料の最大値に対する比率を表している。また、温調温度は、５０℃とした。
図８において、キュリー点の低下に伴い加熱温度を下げても着磁特性の低下が抑えられていることがわかる。キュリー点が低下することによって、着磁装置の設定温度を下げることができ、装置にかかる負担が少なくなり製造上有効である。さらに、加熱条件を低めの温度に設定できるため、熱容量の大きな磁石に対しての着磁も比較的容易に行うことができる。

（比較例５）
実施例１のボンド磁石１４にＣｏを２ａｔ％加えて比較例５とした。
（比較例６）
実施例１のボンド磁石１４にＣｏを５ａｔ％加えて比較例６とした。
ここで、比較例５および比較例６ともに、固有保磁力は７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）であった。

図９は、実施例１、比較例５および比較例６の着磁特性を示した図である。横軸は加熱温度（℃）、縦軸は着磁特性（％）を示している。着磁特性（％）は各材料の最大値に対する比率を表している。また、温調温度は、５０℃とした。
図９において、Ｃｏ含有量が少なくなるほど低い加熱温度で着磁特性が飽和していることがわかる。
Ｃｏの添加は、希土類鉄系磁石ではキュリー点を上げ、熱的に安定させるために必須であるが、Ｃｏを含まないことで、磁石材料価格を低減できるとともにキュリー点を下げることができ熱減磁特性も低下させられるため、高着磁特性の希土類鉄系ボンド磁石を安価に得ることができ、着磁条件が比較的低い加熱温度になることで装置負担が少なくなり特性調整もしやすくなる。さらに、熱容量の大きな磁石に対しての着磁を比較的容易に行うこともできる。
また、Ｃｏは、ＣｕまたはＮｉ生産の副産物として生産されるため、ＣｕまたはＮｉの価格状況により生産量が左右されることもあり、必ずしも安定した供給体制にあるとは言えない。したがって、できればＣｏ未使用で所望の特性、高磁力特性を達成できることが望ましい。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

また、上記の説明は被着磁物であるリング状永久磁石を外側から着磁する例であるが、本発明は、外側からの着磁と同様に、内側から、あるいは内外両側からの着磁にも適用できる。これらの着磁方法によって、被着磁物であるリング状の永久磁石の内周面あるいは内外周両面には、着磁磁極に対応した磁極が現れる。
また、本発明では、着磁用磁界印加手段を軸方向で１段のみ設置する構成の他、上下２段に配設する構成も可能である。
また、スキュー着磁に関しては、例えば着磁用の永久磁石を傾けて配列することによって実現可能である。

さらに、例として挙げたボンド磁石の形状、大きさ、磁石粉体の種類、ボンド磁石のキュリー点、着磁用永久磁石のキュリー点等は、実施形態以外の選択も可能である。
また、その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

１０：着磁治具、１２：非磁性ブロック、１４：ボンド磁石、１６：被着磁物収容穴、１８：溝、２０：着磁用永久磁石、２２：着磁磁界の向き、１４０：多極着磁されたボンド磁石。

Claims (6)

1. ボンド磁石の近傍に着磁用磁界印加手段を配置し、
   前記ボンド磁石を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱工程と、
   キュリー点以上の温度に達した前記ボンド磁石を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用磁界印加手段により前記ボンド磁石に着磁磁界を印加し続ける着磁工程とを含むボンド磁石の製造方法であって、
   前記ボンド磁石に含まれる磁石粉体に２種以上の希土類元素を含む希土類鉄系ボンド磁石を用いる
   ことを特徴とするボンド磁石の製造方法。
2. 前記希土類元素の総量が１２ａｔ％以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載のボンド磁石の製造方法。
3. 前記磁石粉体の固有保磁力が７１６ｋＡ／ｍ（９ｋＯｅ）以上である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボンド磁石の製造方法。
4. 前記希土類元素として、ＮｄとＰｒが含まれる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造方法。
5. ＮｄとＰｒの配合比率（ａｔ％）が、Ｎｄ量に対するＰｒ置換量にて、５〜５０である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造方法。
6. 前記希土類鉄系磁石は、Ｃｏを含まない
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造方法。

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