JP4166169B2

JP4166169B2 - リング型焼結磁石及びその製造方法

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Publication number: JP4166169B2
Application number: JP2004042203A
Authority: JP
Inventors: 義一鵜飼; 泰造石見; 裕治中原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP2005237096A

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では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が低い
（３）射出成形材を充填するためにロータシャフトとリング磁石との間に大きなギャップを設けることが必要なため、ロータの磁気特性が低下する
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、ロータの磁力低下を防止し、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。

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永久磁石からなる外周部と、上記外周部の内周側に配置された円筒状で、上記永久磁石の透磁率より透磁率が高い材料からなる内周部とからなる二重円筒構造体であって、上記外周部が上記内周部の一つに対して中心軸方向に複数段積み重ねられ、焼結により結合されていることを特徴とするリング型焼結磁石である。

また、ラジアル配向された永久磁石用の磁性粉末の円筒状成形体からなる外周部と、上記外周部の内周側に配置された円筒状で、上記永久磁石用の磁性粉末の透磁率より透磁率が高い材料の粉末の成形体からなる内周部とが焼結により結合されてなる二重円筒構造体であって、上記外周部が上記内周部の一つに対して中心軸方向に複数段積み重ねられ、焼結により結合されていることを特徴とするリング型焼結磁石である。

また、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焼結する工程を備えたリング型焼結磁石の製造装置において、
円筒状の空洞を有するダイの上記空洞の中心軸方向下方に円筒状の下パンチを嵌合し、さらに上記下パンチの内径にコアを嵌合してキャビティーを形成し、上記キャビティーに永久磁石用の磁性粉末を供給し、上記キャビティーの中心軸方向上方に上パンチを嵌合し、上記キャビティーの中心軸を中心としたラジアル方向に配向磁場を印加しながら、上記上パンチを上記キャビティーの中心軸方向下方に駆動して上記永久磁石用の磁性粉末に圧力を加えることにより上記永久磁石用の磁性粉末からなる第１成形体を成形し、別途、上記永久磁石用の磁性粉末の透磁率より透磁率が高い粉末からなる第２成形体を粉末成形プレスにより成形し、上記第１成形体を１つの上記第２成形体の外周に中心軸方向に複数段積み重ねるように挿入することにより、上記リング状予備成形体を成形するものである。

上記この発明に係るリング型焼結磁石及びその製造方法によれば、内周部は外周部の透磁率よりも高い透磁率を有するので、バックヨークがなくても高い磁気特性を発揮するリング型焼結磁石が得られ、また、外周部と内周部との間にギャップがないようにできるので磁力の低下が生じない。

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）である。図２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３は、図２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。

図１に示したリング型焼結磁石は、図１のように内周部と外周部の二重の円筒構造に一体に成形したリング状予備成形体１を中心軸方向に積層し、焼結・時効処理、加工表面処理して得られるものである。二重円筒構造の外周部はラジアル配向された永久磁石部１ａであり、内周部は鉄などの外周部の透磁率よりも高い透磁率を有する燒結金属１ｂで構成され、外周部と内周部及び中心軸方向の積層界面は焼結により結合されている。

このように、内周部は外周部透磁率よりも高い透磁率を有するので、バックヨークがなくても高い磁気特性を発揮するリング型焼結磁石が得られる。

また、外周部の永久磁石部１ａと内周部の燒結金属１ｂとの間にギャップがないように焼結により結合しているので磁力の低下が生じない。

また、内周部を鉄等の燒結金属１ｂで構成することにより、内径の加工が容易になり、加工精度を向上することもできる。

また、内周部が延性を有する純鉄の焼結金属とすることにより、ロータシャフトに対して圧入や溶接による固定を行っても、割れやクラックが発生しないようにできる。

また、短軸のリング状予備成形体１を積層し、焼結することにより、リング型焼結磁石は、リング状予備成形体１間の境界部における磁気特性の劣化が小さくなるため、総磁束量が大きなものとすることができる。

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２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、永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用粉末を計量して供給し充填する給粉・充填ユニット３と、永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用粉末が充填された搬送金型１０におけるキャビティ内の永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用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の永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用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永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用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に付着した永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用粉末を除去し、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３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とで永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用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。

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４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４（ａ）は永久磁石用の磁性粉末及び鉄粉などの燒結金属用粉末の計量工程、図４（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２に示したように、永久磁石用の磁性粉末及び燒結金属用粉末を計量する計量機構３ｄと、計量され容器３ｃに採取された永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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４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内の永久磁石用の磁性粉末１１ａ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、上部がロート状で内外周部に羽根状部材（図示せず）が付いたキャビティー１０ｈ内を外周部と内周部に仕切るリング状治具３ｇ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４（ａ）の永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂを計量しながら、それぞれ容器３ｃに収納する。

図４（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内を外周部と内周部に仕切った後、永久磁石用の磁性粉末１１ａを収納した容器３ｃ及び燒結金属用粉末１１ｂ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内の永久磁石用の磁性粉末１１ａをキャビティー１０ｈの外周部へ、燒結金属用粉末１１ｂをキャビティー１０ｈの内周部へ移す。さらに、容器３ｃにノッカーで衝撃を加え、容器３ｃ内の永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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上の全ての永久磁石用の磁性粉末１１ａ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内の永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂをかき混ぜながら羽根及びリング状治具３ｇを上昇させて、キャビティー１０ｈの外周側に永久磁石用の磁性粉末１１ａを、内周側に燒結金属用粉末１１ｂ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永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂをかき混ぜながら羽根を上昇させてキャビティー１０ｈ内に永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂを充填することによって、キャビティー１０ｈ内の永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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中に永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂが均一に充填される。

永久磁石用の磁性粉末１１ａには、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｆｅ、Ｂを含むネオジ磁石合金の微粉末等を用い、燒結金属用粉末１１ｂには純鉄の微粉末（微粉末の粒径は１０μｍ以下）等を用いる。

図５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永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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。

キャビティーに永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂが充填されると、図５（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５（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５（ｃ）のように、ハンド４ａは上パンチ１０ｇを持ち上げて、図５（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６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７は、加圧子の構造を示す断面図、図８は、バックコア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２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６に示したように、磁場成形ユニット５は、永久磁石用の磁性粉末１１ａ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７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８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６（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２参照）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６（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６（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がキャビティ内の永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂを圧縮成形するとともに、圧縮成形された成形体の外周部がラジアル配向される。圧縮成形圧力は１０〜１００ＭＰａ、好ましくは３０〜４０ＭＰａとし、配向磁界は１Ｔ以上にする。

図９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５参照）。下パンチ１０ｅ及び上パンチ１０ｇは非磁性体である。

図９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１０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１１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１１（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１１（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１１（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１１（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の搬送金型１０から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、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１２及び図１３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、永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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の余分な永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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１２（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１２（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３参照）に載置される。

図１３（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に付着した燒結金属用粉末がリング状予備成形体１３の上面で掻き取られ、リング状予備成形体１３の内径部に付着する。リング状予備成形体１３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表面に付着する燒結金属用粉末を吹き飛ばし、吸引ダクト７ｄで吸引する。その際、リング状予備成形体１３の外周部等に付着している永久磁石用の磁性粉末も吹き飛ばされて、吸引される。その後、図１３（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１４、図１５及び図１６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１４（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１４（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１５（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１５（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。

さらに、同様にして、図１６（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２段目及び３段目のリング状予備成形体１３を積層し、この積層工程を繰り返して必要な段数だけリング状予備成形体１３を積層する。

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２に示した給粉・充填ユニット３の永久磁石用の磁性粉末１１ａ及び燒結金属用粉末１１ｂ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に付着した永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用粉末を除去する除粉機構と、給粉・充填ユニットにおいて永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用粉末を供給でき、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永久磁石用の磁性粉末及び焼結金属用粉末を吸引し、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、次サイクルの成形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３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、第１図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（積層）するので、タクトタイムが短くなり、外周部に永久磁石用の磁性粉末１１ａを用い、内周部に燒結金属用粉末１１ｂを用いた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１７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、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。

図１７に示したように、この実施の形態２におけるリング型焼結磁石は、二重円筒の構造となっている。二重円筒の外周部は、段積み型のラジアル配向された永久磁石部１ａである。内周部は鉄などの外周部の透磁率よりも高い透磁率を有する燒結金属１ｂで、軸方向に一体の構造である。

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。
まず、内周部を形成する純鉄の粉末（粒径が１０μ以下）を原料にして、粉末成形用プレスで必要な軸長の第２の成形体を圧縮成形する。この場合、成形時に配向磁場を発生させる必要がないので、一般の粉末成形プレスを用いることができ、また、上記実施の形態１に示した磁場成形ユニットの成形プレスを用いてもよい。この成形時における成形圧力は、５０〜１００ＭＰａの範囲とするのが望ましい。

成形されたリング状予備成形体は、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２、図１４、図１５及び図１６参照）の中心に置かれる。

次いで、上記実施の形態１と同様に、外周部を形成する永久磁石用の磁性粉末には、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｆｅ、Ｂを含むネオジ磁石合金の微粉末を用い、各ユニットの工程を経て、外周部のラジアル配向された永久磁石部（第１の成形体）１ａを成形し、段積みユニットのテーブルに置かれた内周部の焼結金属（第２の成形体）１ｂの外周に必要段数だけ挿入し、段積みする。磁場成形時における成形圧力は、５０〜１００ＭＰａの範囲とするのが望ましい。また、内周部の第２の成形体１ｂは、外周部の第１の成形体１ａを必要段数成形している時間に１個成形すればよいので、一般の粉末成形プレスを用いて時間をかけて成形してもよい。

次いで、第２の成形体１ｂの外周に第１の成形体１ａを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。

焼結時には、リング状予備成形体が収縮するが、内周部の第２の成形体１ｂの成形圧力を外周部の第１の成形体１ａの成形圧力より大きくして内周部の粉末の充填密度を上げることによって、焼結時の寸法収縮は、内周部が外周部よりも小さくなり、内周部と外周部との間に若干の隙間があっても、焼結時の収縮によって両者が密着し、一体化される。

なお、リング型焼結磁石の軸長が短く、例えば、図１に示した一段程度の軸長の場合には、上記実施の形態１及び２のいずれの方法でもリング型焼結磁石を製造することができる。

また、上記実施の形態２の方法で一段分のリング状予備成形体を作製し、そのリング状予備成形体を段積みして焼結・熱処理することによって軸長の長いリング型焼結磁石を得ることもできる。

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。

この発明の実施の形態１におけるリング型磁石の円筒状成形体を示す斜視図である。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２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。

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、３ｆ回転機構、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、
１１ａ永久磁石用の磁性粉末、１１ｂ燒結金属用粉末、１３リング状予備成形体。

Claims

円筒状のラジアル配向された永久磁石からなる外周部と、上記外周部の内周側に配置された円筒状で、上記永久磁石の透磁率より透磁率が高い材料からなる内周部とからなる二重円筒構造体であって、上記外周部が上記内周部の一つに対して中心軸方向に複数段積み重ねられ、焼結により結合されていることを特徴とするリング型焼結磁石。
ラジアル配向された永久磁石用の磁性粉末の円筒状成形体からなる外周部と、上記外周部の内周側に配置された円筒状で、上記永久磁石用の磁性粉末の透磁率より透磁率が高い材料の粉末の成形体からなる内周部とが焼結により結合されてなる二重円筒構造体であって、上記外周部が上記内周部の一つに対して中心軸方向に複数段積み重ねられ、焼結により結合されていることを特徴とするリング型焼結磁石。
上記透磁率が高い材料の粉末が、金属からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリング型焼結磁石。
上記金属が、純鉄であることを特徴とする請求項３に記載のリング型焼結磁石。
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焼結する工程を備えたリング型焼結磁石の製造装置において、
円筒状の空洞を有するダイの上記空洞の中心軸方向下方に円筒状の下パンチを嵌合し、さらに上記下パンチの内径にコアを嵌合してキャビティーを形成し、上記キャビティーに永久磁石用の磁性粉末を供給し、上記キャビティーの中心軸方向上方に上パンチを嵌合し、上記キャビティーの中心軸を中心としたラジアル方向に配向磁場を印加しながら、上記上パンチを上記キャビティーの中心軸方向下方に駆動して上記永久磁石用の磁性粉末に圧力を加えることにより上記永久磁石用の磁性粉末からなる第１成形体を成形し、別途、上記永久磁石用の磁性粉末の透磁率より透磁率が高い粉末からなる第２成形体を粉末成形プレスにより成形し、上記第１成形体を１つの上記第２成形体の外周に中心軸方向に複数段積み重ねるように挿入することにより上記リング状予備成形体を成形することを特徴とするリング型焼結磁石の製造方法。
上記ダイ、下パンチ及び上パンチを備えた金型を搬送可能な搬送金型とし、
上記搬送金型を複数個、順次、
上記キャビティ内に上記永久磁石用の磁性粉末を供給・充填する給粉・充填ユニット、
上記キャビティーの中心軸を中心としたラジアル方向に磁場をかけながら上記永久磁石用の磁性粉末を加圧し、ラジアル配向された第１成形体を成型する磁場成形ユニット、
上記第１成形体を上記搬送金型から抜き出す脱型ユニット、
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請求項５に記載のリング型焼結磁石の製造方法。