JP3182979B2

JP3182979B2 - 異方性磁石、その製造方法および製造装置

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Publication number: JP3182979B2
Application number: JP12170993A
Authority: JP
Inventors: 利之石橋; 宏治秋岡; 達也下田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH06333729A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異方性磁石の製造のう
ち特に成形方法および成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、異方性磁石の成形方法および装置
に関しては、主に銅からなる線材を数百ターン巻いた磁
場コイルと透磁率・飽和磁化の高い磁性体で構成された
電磁石を用いており、その磁気回路の磁極間に発生した
磁界を配向および脱磁に利用していた。

【０００３】異方性磁石の配向磁場に空芯コイルを用い
る例としてパルス磁場を利用することが知られていた
（特開昭６１−２４１９０５および特開昭６１−２４３
１０２など）。

【０００４】各工程を並行に行なう装置としては、例え
ばロータリープレスなどが知られていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術における異方性磁石の製造方法および製造装置にお
いては、以下の問題点を有する。

【０００６】（１）従来の成形装置には磁場コイルは一
個しか用意されておらず、この一個の磁場コイルで磁性
粉末の配向および成形体の脱磁を行なっていた。したが
って、給材，配向，成形，脱磁，取り出しの各工程を順
番に行なう必要があり、一回の成形に短くても３０秒以
上の時間を要していた。

【０００７】（２）生産性を向上させるために、一つの
磁場コイルで複数個の磁石を一回で成形することが行な
われているが、成形圧や配向磁場の不足により得られる
異方性磁石の磁気特性も低いものでしかなかった。

【０００８】（３）従来の磁気回路はほとんどの場合磁
場コイルと鉄などの磁性体とで構成されており、配向磁
場は磁性体の飽和磁化に制限されることから、純鉄を用
いた場合２１.５ｋＧ、鉄とコバルトの合金の場合でも
２４ｋＧであり、磁場強度はこれに制限されることに加
え、磁場コイルと磁極＝配向部の距離が離れている場合
など磁気回路によっては配向磁場はさらに低下してい
た。

【０００９】（４）従来の磁場コイルと磁性体を組み合
せた磁気回路を用いた場合、脱磁工程も磁場強度を減衰
させながら反転させることにより実現していたが、磁場
の反転に時間を要するため時間がかかっていた。

【００１０】（５）パルス磁場を配向磁場に用いる場
合、磁場と加圧を同期させる必要があり、装置が複雑に
なるだけでなく工程にも時間がかかってしまう。

【００１１】（６）ロータリープレスの場合も磁場コイ
ルは磁性体と組み合せた磁気回路となっており、配向お
よび脱磁工程に時間を要することや磁場強度が磁性体の
飽和磁化に制限されるといった問題を抱えていることに
変わりはない。

【００１２】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、一回の成形に要
する時間を短縮できることから生産性を向上させ、得ら
れる磁気特性の向上も実現する異方性磁石の製造方法お
よび製造装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の異方性磁石は、
異方性の度合が、

【００１４】

【化２】

【００１５】で示される範囲であることを特徴とする。
また、形状が、円柱状、円筒状またはリング状であり、
異方性がその軸方向についていることを特徴とする。

【００１６】本発明の異方性磁石の製造方法は、異方性
磁石を成形する際、先ず磁性粉末を空芯コイルの中で配
向させその場で加圧成形し、必要に応じて再度加圧成形
し、その後先の磁場配向用の空芯コイルとは別の磁場コ
イルで成形体を脱磁することを特徴とする。空芯コイル
が連続的に磁場を発生していることを特徴とする。空芯
コイルが超伝導磁石であることを特徴とする。磁性粉末
を上記空芯コイルの中で配向させる前に、あらかじめ上
記磁性粉末を磁化させておくことを特徴とする。空芯コ
イル中の配向および成形を、５０℃以上の温度で行なう
ことを特徴とする。

【００１７】本発明の異方性磁石の製造装置は磁性粉末
を配向させる空芯コイルとその中で磁性粉末を加圧する
装置、必要に応じて別の加圧装置、そして配向用空芯コ
イルとは別の成形体脱磁用磁場コイルからなることを特
徴とする。磁場配向用空芯コイルの発生する磁場中に超
伝導材料を配置させたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の上記の構成によれば、以下の効果を有
する。

【００１９】（１）磁性粉末の配向用磁場コイルと成形
体の脱磁用磁場コイルを別にすることにより、例えば複
数個の成形型を用意し、上記成形の各工程を並行に進め
ることができ、成形に要する実質的な時間を短縮するこ
とができ、成形機一台・単位時間当りの成形数を大幅に
増やすことができる。

【００２０】（２）磁場コイルとして空芯コイルを用い
ること、すなわち磁性体とともに磁気回路を形成しない
ことから、発生する磁場強度は磁性体の飽和磁化に制限
されず、特に超伝導コイルを用いた場合には、さらに強
い磁場を利用することができ、磁性粉末の配向の程度を
向上させることができ、得られる磁石の高性能化を実現
できる。

【００２１】（３）さらに、磁場コイルを常時磁場を発
生させておくことにより、磁場の反転に要する時間を大
幅に短縮させることができるだけでなく、制御に関して
も単純にできる。ここで、配向の磁場反転による磁性粉
末の配向促進の効果は若干損なわれるが、磁性粉末をあ
らかじめ磁化させた後空芯コイルに入れることにより補
うことができる（特開昭５８−１５７１１８などと同じ
効果）。また、脱磁においても磁場をパルス状にするこ
とができることから、ここでも時間を大幅に短縮するこ
とができる。

【００２２】（４）空芯コイルのみで磁場を発生させる
場合、磁性体や非磁性体と組み合わせていわゆる磁気回
路を形成し、磁場の方法を制御することができない。し
かし、空芯コイルの発生する磁場中に超伝導体を適当に
配置することにより、超伝導体のマイスナー効果により
磁場の流れを曲げることができ、径方向に配向させたラ
ジアル異方性磁石などの成形も可能となる。

【００２３】ここで、請求項１に記した異方性の度合に
関しては、三方向が全く同じである等方性の場合は約５
８％であり、完全に異方性かできた場合は１００％であ
るが、従来特に縦磁場成形品の場合良くて８０％程度で
あったことから、これとの相違を明らかにするために８
５％以上とした。

【００２４】磁石形状が円柱状、円筒状、リング状など
で、異方性が軸方向についている異方性磁石は、成形後
の二次加工なしには縦磁場成形でしか得ることができ
ず、配向不足により異方性の度合が低く磁気特性も低い
ものでしかなかったが、本発明により縦磁場成形品でも
異方性の度合が高い磁石を作ることができる。

【００２５】また、請求項７に記した成形温度に関して
は、本発明が室温だけでなくそれ以上の温度でも可能で
あることを示したのであり、実施例でも述べているよう
に、ポリアミドに代表される熱可塑性樹脂を用いた場合
には２００〜３５０℃であり、低融点合金をバインダー
として用いた場合には各合金の融点以上の温度というこ
とであり、ここでは５０℃以上とした。

【００２６】

【実施例】以下、本発明について、実施例に基づいて詳
細に説明する。

【００２７】（実施例１）Ｓｍ（Ｃｏ_0.584Ｆｅ_0.32Ｃ
ｕ_0.08Ｚｒ_0.016）_8.35の組成となるように、高周波溶
解炉で合金を溶解・鋳造し、１１５０℃で２４時間の溶
体化処理、８００℃で８時間の時効処理を施し、８００
℃から４００℃まで０.５℃／分の冷却速度で冷却し
た。熱処理したインゴットは２０μｍ前後のある程度幅
広い粒度分布を有する大きさの粉末に粉砕した。得られ
た粉末にエポキシ樹脂を約２重量％を添加し、混合・混
練しコンパウンドとした。

【００２８】得られたコンパウンドを成形型中に入れ、
７０ｋＯｅの磁場を発生している超伝導の空芯コイル中
に入れ、４０ｋｇｆ／ｍｍ²の圧力で加圧した。成形型
を超伝導コイルから取り出し、パルス磁場で脱磁し、成
形体を成形型から取り出し、１５０℃の恒温槽中で１時
間のキュアを施し、ボンド磁石とした。これを本発明１
とする。

【００２９】比較例として、巻線磁場コイルと純鉄のヨ
ークとで磁気回路を形成し、そのヨークで成形型を挟み
１５ｋＯｅの磁場を成形型中に発生させ、加圧成形し、
先と同様にボンド磁石とした。これを比較例１とした。

【００３０】本発明１および比較例１の磁気測定の結果
を記すと、磁気特性のうちＢｒ，ｉＨｃ，（ＢＨ）ｍａ
ｘは、比較例１が、９.１ｋＧ，１２.２ｋＯｅ，１８.４ＭＧＯｅであるのに対し、本発明１は、９.５ｋＧ，１２.７ｋＯｅ，２０.３ＭＧＯｅと高い磁気特性を示した。異方性の度合は、本発明１が
９６.２％、比較例１が８４.４％であった。

【００３１】このことは、縦磁場成形品（本発明１）が
横磁場成形品（比較例１）よりも高性能化できたことを
意味しており、その意義は大きい。

【００３２】（実施例２）Ｓｍ＝２５.１重量％，Ｆｅ
が残となるように、溶解・鋳造し、１２８０℃で３時間
均質化処理し、２００μｍ以下に粉砕し、５５０℃で４
時間窒素雰囲気で窒素を侵入させ、Ｆ.Ｓ.Ｓ.Ｓ.で２.
１μｍの微粉末とした。これを実施例１と同様にコンパ
ウンドとした。

【００３３】このコンパウンドを４０ｋＯｅのパルス磁
場で粉末着磁し、４５ｋＯｅの超伝導空芯コイル中で１
０ｋｇｆ／ｍｍ²で加圧し、空芯コイルから取り出した
後５０ｋｇｆ／ｍｍ²で再度加圧した後脱磁して、成形
体を取り出し、キュアしてボンド磁石とした。これを本
発明２とした。

【００３４】比較例として、実施例１の比較例１と同様
の方法で配向磁場を６回反転励磁した後成形し、後は同
様の方法でボンド磁石としたものを比較例２とした。

【００３５】本発明２と比較例２のいずれも横磁場成形
であるが、比較例２が、８.５ｋＧ，１４.８ｋＯｅ，１３.２ＭＧＯｅであるのに対し、本発明２は、９.８ｋＧ，１６.３ｋＯｅ，２０.１ＭＧＯｅとポテンシャルを活かした高い磁気特性を示した。ま
た、その異方性の度合は、本発明２が９４.２％に対
し、比較例２は７８.８％であった。

【００３６】特にＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末はその粉末
粒径が細かくなければ磁気特性を発揮しないことから、
異方性磁石を作成する際配向のためのトルクが不足し、
異方性の度合が少なく磁気特性も低くなる傾向にあった
ことから、本発明の効果は大きい。

【００３７】（実施例３）Ｎｄ₁₃Ｄｙ₂Ｆｅ₇₀Ｃｏ₈Ｂ₇
の組成となるように、溶解・鋳造し、得られたインゴッ
トを２〜３μｍまで粉砕し、磁性粉末を得た。

【００３８】この磁性粉末を図１に示すような構造の磁
場中成形装置で成形、ラジアル異方性磁石を得た。具体
的には、空芯コイル１中で、コア４、ダイ５、パンチ６
からなる成形型中に磁性粉末３を入れ、加圧成形するわ
けだが、コア４の内部に超伝導体２を入れておくことに
より、そのマイスナー効果のゆえ、磁束が曲げられ（磁
束の流れ７）、結果的にラジアル異方性磁石が得られ
た。このときの配向磁場は常伝導コイルを用い約２７ｋ
Ｏｅであった。これを本発明３とする。

【００３９】比較例として、反発磁場を利用したラジア
ル磁場成形装置を用い配向磁場約１３ｋＯｅで成形し
た。これを比較例３とする。

【００４０】本発明３および比較例３の成形体を、１１
００℃で３時間焼結し、６００℃で１時間熱処理し、外
径８ｍｍ，内径６ｍｍ，高さ４ｍｍのリング状のラジア
ル異方性焼結磁石を得た。密度はいずれも７.４ｇ／ｃ
ｍ³であった。このリング状磁石を２個純鉄製のロータ
に取り付け、１０極の着磁を施しロータ磁石とした。

【００４１】各ロータ磁石の表面磁束密度を測定した結
果、比較例３が１.７〜１.９ｋＧであるのに対し、本発
明３は２.２〜２.４ｋＧであった。

【００４２】これらのロータ磁石を外径２０ｍｍのステ
ッピングモータに組み込み、パルスレートトルク特性を
測定した。比較例３を用いたステッピングモータのディ
テントトルクが１７ｇ・ｃｍ、ホールディングトルクが
９５ｇ・ｃｍであったのに対し、本発明３のそれは２２
ｇ・ｃｍおよび１１５ｇ・ｃｍであった。

【００４３】以上のことから、ラジアル異方性はその配
向方法のゆえ、小径のリング磁石では配向磁場が不足す
ることから、異方性の度合が十分でないことが多かった
が、本発明により解決できたといえる。また、本発明は
ボンド磁石だけでなく焼結磁石でも有効であり、それを
搭載したモータも高性能化しており、応用にも効果を有
する。

【００４４】（実施例４）いずれも重量百分率で、Ｎｄ
１２.４％，Ｃｏ１５.９％，Ｂ５.８％および残部Ｆｅ
の組成となるように、高周波溶解炉を用いアルゴンガス
雰囲気下で溶解・鋳造し、得られたインゴットを急冷薄
帯製造装置を用い、アルゴンガス雰囲気中、直径２０ｍ
ｍ銅製ロール、石英管オリフィス径０.６ｍｍ、アルゴ
ン噴射圧４ｋｇｆ／ｃｍ²などの条件で急冷薄帯を作成
した。この急冷薄帯に粉砕し、室温で圧縮成形後、アル
ゴン雰囲気中、７５０℃で２０ｋｇｆ／ｍｍ²の圧力で
高温圧縮成形した。この圧密体を最初の圧縮方向と垂直
な方向に７５０℃で１０ｋｇｆ／ｍｍ²のダイアップセ
ット処理を施した。得られた圧密体を粉砕し、磁石粉末
とした。得られた磁石粉末にポリアミド１２を３５体積
％を混合し、コンパウンドとした。

【００４５】このコンパウンドを型に入れ、内部を２７
０℃に加熱した７０ｋＯｅの超伝導コイル中に挿入し、
５ｋｇｆ／ｍｍ²の圧力で加圧し、そのままコイルから
取り出し冷却後、脱磁し、成形体を取り出した。これを
本発明４とする。

【００４６】同じコンパウンドをいわゆる磁場射出成形
機（発生磁場１１ｋＯｅ）を用い、射出成形磁石とし
た。これを比較例４とする。

【００４７】比較例４は、６.６ｋＧ，１４.９ｋＯｅ，９.３ＭＧＯｅであるのに対し、縦磁場成形の本発明４は、７.４ｋＧ，１４.３ｋＯｅ，１２.３ＭＧＯｅと高い磁気特性を示した。異方性の度合は、本発明４が
９２.８％、比較例４が８２.７％だった。

【００４８】本発明は熱可塑性樹脂を用いたボンド磁石
を温間で成形する際にも有効であることが分かる。

【００４９】以上述べてきたように、本発明は磁石材料
や製法に依存することなく有効であり、応用にも多大の
効果を有していることは明らかである。また、異方性磁
石としては他にも、ＳｍＣｏ₅やＳｍ₂Ｃｏ₁₇系焼結磁
石、さらにはフェライト磁石などがあるが、本発明の製
造方法や製造方法はこれらの磁石でもそしてそれ以外の
磁性材料にも有効であり、本発明の範囲を限定するのは
特許請求の範囲のみである。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、異方
性の度合が、

【００５１】

【化３】

【００５２】で示される範囲であることを特徴とするこ
と、異方性磁石を成形する際、先ず磁性粉末を空芯コイ
ルの中で配向させその場で加圧成形し、必要に応じて再
度加圧成形し、その後先の磁場配向用の空芯コイルとは
別の磁場コイルで成形体を脱磁することを特徴とするこ
と、および、磁性粉末を配向させる空芯コイルとその中
で加圧する装置、必要に応じて別の加圧装置、そして配
向用空芯コイルとは別の成形体の脱磁用磁場コイルから
構成されることを特徴とすることにより、異方性磁石の
成形時間を大幅に短縮できコストダウンにつながるだけ
でなく、配向磁場の強度の制限から解放されるために得
られる異方性磁石の高性能化も期待でき、それを用いた
モータなどデバイスや製品の高性能化も実現できるな
ど、応用面にも多大の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁場成形装置の構造を示す
断面図。

【符号の説明】

１…空芯コイル２…超伝導体３…サンプル（磁性粉末）４…コア５…ダイ６…パンチ７…磁束の流れ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 7/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】異方性の度合が、【化１】で示される範囲であることを特徴とする異方性磁石。こ
こでＢｒ_xは異方性をつけた方向に測定したときの残留
磁束密度（Ｂｒ）の値、Ｂｒ_yおよびＢｒ_zは異方性の方
向に垂直なふたつの方向に測定したときのＢｒの値であ
る。
【請求項２】上記異方性磁石の形状が、円柱状、円筒
状またはリング状であり、異方性がその軸方向について
いることを特徴とする請求項１記載の異方性磁石。
【請求項３】異方性磁石を成形する際、先ず磁性粉末
もしくは磁性粉末とバインダーとからなるコンパウンド
（以下磁性粉末と記した場合、コンパウンド中の磁性粉
末も含む）を空芯コイルの中で配向させその場で加圧成
形し、必要に応じて再度加圧成形し、その後先の磁場配
向用の空芯コイルとは別の磁場コイルで成形体を脱磁す
ることを特徴とする異方性磁石の製造方法。
【請求項４】上記空芯コイルが連続的に磁場を発生し
ていることを特徴とする請求項３記載の異方性磁石の製
造方法。
【請求項５】上記空芯コイルが超伝導磁石であること
を特徴とする請求項３記載の異方性磁石の製造方法。
【請求項６】上記磁性粉末を上記空芯コイルの中で配
向させる前に、あらかじめ上記磁性粉末を磁化させてお
くことを特徴とする請求項３記載の異方性磁石の製造方
法。
【請求項７】上記空芯コイル中の配向および成形を、
５０℃以上の温度で行なうことを特徴とする請求項３記
載の異方性磁石の製造方法。
【請求項８】磁性粉末を配向させるための空芯コイル
とその中で磁性粉末を加圧する装置、必要に応じて別の
加圧装置、そして配向用空芯コイルとは別の成形体脱磁
用磁場コイルから構成されることを特徴とする異方性磁
石の製造装置。
【請求項９】上記磁場配向用空芯コイルの発生する磁
場中に超伝導材料を配置させたことを特徴とする請求項
８記載の異方性磁石の製造装置。