JP4527436B2

JP4527436B2 - リング型焼結磁石およびその製造方法

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Inventors: 泰造石見; 義一鵜飼; 裕治中原
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Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2010-08-18
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Description

この発明は、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使用されている。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、軸長の長いリング型磁石が使用される。

一般的に、リング型磁石をラジアル配向する場合、金型のコアを通過する磁束とダイスの内径を通過する磁束が等しくなるので、リング型磁石内径（成形金型のコア内径）をＤｉ、外径（ダイス内径）をＤｄ、高さ（ダイス高さ）をＨ、成形金型のコアを通過する磁束密度をＢｃ、ダイス内径部を通過する磁束密度をＢｄとすると、
２×π／４×Ｄｉ^２×Ｂｃ＝π×Ｄｄ×Ｈ×Ｂｄ
の関係が成り立つ。ここで、コアにＳ４５Ｃ等の鋼材を用いた場合、飽和磁束密度１．５Ｔ程度なのでＢｃ＝１．５とし、磁場配向に必要な磁場を１．０Ｔ程度とするとＢｄ＝１．０となり、上記の式から磁場配向成形できるリング型磁石の高さは、
Ｈ＝３Ｄｉ^２／４Ｄｄ
となり、一般的にはこの高さ以上の軸長のリング型磁石を磁場成形する場合、配向性の低下が問題となる。

そのため、従来より、軸方向に短い成型体を積重ねて軸長の長いリング型磁石が作られている。例えば、希土類系磁石合金よりなるラジアル異方性リング磁石の製造において、磁石合金の粉末を磁場中成形する際、軸方向に分割して順次積層して成形することによって一体化し、長尺のリング磁石成形体を形成するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

また、配向磁界を印加しながら希土類合金粉末を加圧する配向圧縮工程を複数回繰り返す希土類合金粉末の成形体製造方法において、高い配向度を実現するために、第ｎ＋１段目（ｎは１以上の整数）の配向圧縮工程を行うとき、第ｎ段目の配向圧縮工程で形成された成形体の上端面をダイの磁性体部分の下端面より上側に配置するものがあった（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−２３３７７６号公報（請求項１等）特開２００１−１９２７０５号公報（請求項１等）

従来の製造方法により軸方向に成型体を積重ねて成形したリング型磁石の磁気特性は、軸方向に重ねられた境界層で大きく劣化している。この劣化は着磁後の磁石の表面磁束密度を測定することで容易に発見することができる。また、境界層で区切られた一度に圧縮される成形体に相当する部分（以下、段と呼ぶ）における磁気特性において、各段毎の磁気特性に差が生じている。一つの段の中においても、磁気特性の差が生じている。

モータのコギングトルクやトルクリップルなどトルクムラを低減するため、リング型磁石は、磁極を軸方向に斜めに形成するスキュー着磁が行われる。しかしながら、上述したように、磁気特性が軸方向に均一でないために、スキュー着磁の効果が十分に現れず、トルクムラを低減できないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、磁場成形において隣の段の成形体の磁場成形時の影響を受けないリング型磁石を得ることを目的とする。また、配向磁場の制御により、軸方向の残留磁束密度の分布や、表面の磁束密度分布を制御可能なリング型焼結磁石を提供することを目的とする。

また、この発明では、コギングトルクと磁気特性の分布の関係を磁気特性との相関関係で算出し、コギングトルクを低減するために必要なリング型焼結磁石の軸方向分布を見い出した。

さらに、リング磁石の軸方向分布を制御するためには、軸長の短い成形体を、バラツキのない配向条件で成形し、成形後に成型体を段積みし、焼結して一体化したリング型磁石を作る製造方法が有効であることを見い出した。

この発明に係るリング型焼結磁石は、ラジアル配向された磁性粉末からなるリング状予備成形体を軸方向に複数段積み重ね、焼結によって各リング状予備成形体同士を結合したものであって、当該磁石の回転方向にＮ極とＳ極を交互に、かつ各極が軸方向の位置に従って連続的に軸方向に対して斜めにスキューし各段間の各極の境界が一致するように形成した際に、磁極の回転方向の中心位置での、各々のリング状予備成形体段部の軸方向の、磁石表面の磁束密度の平均値の差が、１０％以内に設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、リング型焼結磁石の表面の磁束密度の平均値の差が１０％以内に設定されているので、均一な磁束を発生することができ、当該磁石をモータに用いた場合、スキュー着磁が有効に機能し、コギングトルクやトルクリップルを低減できる。

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．
（１）実施の形態１のリング型焼結磁石の構成及び効果
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を示す斜視図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるリング型焼結磁石の表面磁束密度分布を示したものである。図に示すように、本実施の形態のリング型焼結磁石１００は、ラジアル配向された磁性粉末からなるリング状予備成形体１０２を軸方向に複数段積層（図の場合は４段構成）し、焼結によって各リング状予備成形体１０２同士を結合したものである。ここで、リング状予備成形体１０２（以下、段部と呼ぶ）同士は境界層１０１を介して焼結一体化されており、軸方向に磁気特性が低下している境界部１０１が存在する。そして、本実施の形態のリング型焼結磁石においては、当該磁石の回転方向にＮ極とＳ極を交互に形成した時に、磁極の回転方向の中心位置での、各々の段部１０２の軸方向の、磁石表面の磁束密度の平均値の差が１０％以内になるように設定する。

本実施の形態によれば、リング型焼結磁石の表面の磁束密度の平均値の差が１０％以内になるように設定したので、均一な磁束を発生することができ、当該磁石をモータに用いた場合、スキュー着磁が有効に機能し、コギングトルクやトルクリップルを低減できる。

（２）本実施の形態によるリング型焼結磁石を識別するための測定方法
リング型焼結磁石の軸方向の磁束密度分布の測定方法として、図３のように、例えばガウスメータのプローブ１２３を磁極の回転方向の中心軸に沿って、軸方向に移動させながら磁束密度を測定する方法がある。また、リング型焼結磁石を回転させつつ、外周に固定したガウスメータのプローブ１２３で回転方向の磁束密度を測定し、軸方向に位置を変えて、その測定を繰り返すことにより、全ての外周の磁束密度を測定する。それぞれの軸方向回転方向分布のデータから、磁極中央部の磁束密度を読み取り、軸方向の分布を求める方法がある。この磁石の評価方法としては、空気中に磁石を配置しての測定が容易であり、適用されているが、モータに組み込まれた周りを透磁率の高い鉄で囲まれた状態とは異なる。

（３）本実施の形態のためのリング磁石の表面磁束密度の制御方法
段部１０２は、磁場成形の時に、１回の圧縮成形で成形される単位である。境界層１０１は各段部の境界である。本実施の形態の磁場成形では、段部１０２毎に成形されるため、成形条件を制御することによって、段部１０２の平均的な磁束密度を制御することができる。実施の形態４で詳細に説明するが、磁束密度を制御する方法としては、各段部１０２の磁性粉末の組成比を調整することで、磁石の残留磁束密度を制御する方法や配向磁場の強度を調整することで、配向率を制御する方法がある。

配向磁場の強度で調整する方法に関して、実験的に、配向磁場（磁束密度で表す）を０．５Ｔ、１Ｔ、１．５Ｔと増加することで、成形後、焼結・熱処理工程を経て作られたネオジ焼結磁石の残留磁束密度は１２．１ｋＧ、１２．５ｋＧ、１２．８ｋＧと増加することがわかっている。この実験に用いたネオジ焼結磁石は、Ｎｄ３０．１ｗｔ％、Ｄｙ２．４ｗｔ％，Ｂ１ｗｔ％、残りＦｅの組成合金を、ジェットミルにより平均粒径４μｍに粉砕した原料粉末を使用、上記条件で磁場成形後、１，０８０℃で焼結９００℃、６００℃での熱処理工程を経て試作したものである。同様の傾向は、他の組成、製造条件でも得られることは容易に予想される。

また、従来例で示した磁場成形の多段成形方式では、隣接する段部への配向磁場の影響によっても変化するため、高精度の制御には履歴を考慮した制御が必要になる場合もある。本発明で適用する連続成形方式（実施の形態４参照）では、隣接する段部の影響は受けないため、比較的、段部の制御は容易で、原料合金を共通にできることから、各段部の配向磁場強度の制御により、各段部の平均磁束密度を制御する方法がよい。

この方法によると、例えば、磁石の軸方向端部での磁束密度を中央部より小さく制御することができる。リング型磁石では、軸方向端部でパーミアンスが大きいため、このように残留磁束密度を制御することで、磁束密度の軸方向分布を均一にすることができる。

（４）磁束密度の違いがモータ特性に与える影響
図４はリング型焼結磁石１００をモータに組み込んだ状態の模式図である。モータに組み込んだ状態においては、ステータ１３１がリング型焼結磁石１００を取り囲むため、当該磁石１００のパーミアンスは空中に置いた場合より一様になる。
モータに使われるリング磁石２１は、図５に示すように、モータのコギングトルクやトルクリップルなどトルクムラの抑制のために、スキュー着磁される。
図６は、境界層１０１を挟んで段部Ａ、段部Ｂで構成されるリング型焼結磁石をシャフト１２０に固定した状態を示す。段部Ａと段部Ｂの残留磁束密度に差がある場合、ほぼ当該差に比例した磁束密度の差が表面に生じる。

（５）コギングトルクへの影響の定量的な表現
ロータとステータの磁気吸引力は、エアギャップ内の磁束密度で決まる。エアギャップの軸方向の磁束密度分布が一様でないと、コギングトルクを低減するようにスキュー着磁の効果が十分得られない。
この磁束密度の軸方向分布のコギングトルクへの影響ついて以下に示す。
スキュー着磁した軸長ｈのリング磁石において、軸方向の位置ｚにおける、コギングトルクは、次式（１）で表される。
Ｔ（ｚ）＝Ｔｎ・ｃｏｓ｛ｎ（φ＋α・ｚ／ｈ）｝・・・（１）
αはスキュー角を表す。ｎは極数とスロット数の最小公倍数などで表されるモータ１回転あたりのコギングトルクの数である。Ｔｎはその時のコギングトルクの振幅である。このＴｎは磁束密度の２乗に比例する。
ｚを０からｈまで積分した量が全コギングトルクＴｃに相当する。
Ｔｃ＝∫Ｔ（ｚ）ｄｚ・・・（２）
αを２π／ｎに選ぶと、Ｔｃは０となる。スキュー着磁によりコギングトルクが打ち消される。
スキュー着磁せずに磁極を軸方向に真っ直ぐ形成した場合（αを０とする）の、全コギングトルクをＴｃｓとすると
Ｔｃｓ＝Ｔｎ／ｈ・・・（３）
となる。この値を基準にコギングトルクの発生率ｒｃ＝Ｔｃ／Ｔｃｓを評価する。
ひとつの段部（段部の軸方向長さをｄとする）での磁気特性に差があることにより、Ｔ（ｚ）の式における、コギングトルクの振幅がＴｎからＴｏと変化した場合のコギングトルクは次式（４）で表される。
Ｔｃ＝（Ｔｎ−Ｔｏ）・ｈ・ｓｉｎ（π・ｄ／ｈ）／π・・・（４）
この式（４）は、上述の式（２）においてｚの範囲、ａからａ＋ｄの間で、ＴｎがＴｏと変化させて、計算することで導出できる。
Ｔｎ、Ｔｏはそれぞれ、その段部の磁石とステータ間のエアギャップにおける磁束密度の２乗に比例することから、１つの段部の平均磁束密度がｋ倍であった場合、コギングトルクはスキュー着磁なしの場合に比べ、次式（５）で表される発生率になる。
ｒｃ＝（（１−ｋ^２）／π）・ｓｉｎ（ｄ・π／ｈ）・・・（５）
この式（５）で、ｋは、ある段部での磁束密度が他の段部よりｋ倍（ｋは１より小さい）に低下していることを想定している。
式（５）は境界層での磁束密度低下の場合にも適用できる。

（６）実施の形態１の数値の説明
コギングトルクは、発生要因によりいろいろな次数（１回転あたりに発生する回数）が発生する。外径３０ｍｍのリング型焼結磁石を使用するモータではスキューして磁極を形成しないと、定格トルクのコギングトルクが１０％程度発生する。一般に、コギングトルク中、磁極数とステータ数の最小公倍数の次数が大きな割合を占めている。その大きな次数を抑制するようにスキュー角度を選ぶことになる。磁石に特性バラツキがなく、スキュー効果が理想的に表れると、抑制対象のコギングトルクは発生しないが、上述したように磁気特性を完全に均一にすることはできないため、コギングトルクは残ってしまう。その発生率をｒｃとする。抑制対象の次数のコギングトルクが１０％発生しているとし、スキュー無しに対するコギングトルクの発生率ｒｃを５％に抑えたとすると、定格トルクに対する１０％発生するコギングトルクがその５％になるため、定格トルクに対しては０．５％になる。

図９は、平均磁束密度の低下の比率ｋとコギングトルクの発生率ｒｃの関係を示す。残留磁束密度の変化した領域の軸方向の長さに依存してコギングトルクの発生率が変動する。従って、段数に応じてｄが変わるため、図９では段数に応じたコギングトルクの変動を示している。本実施の形態は、軸方向に長い磁石で有効であり、２段以上の例を示している。

コギングトルクをスキュー着磁無しの場合の５％以下に抑える場合は、４段から構成されるリング型焼結磁石の１つの段部の残留磁束密度の変動を１０％以下に抑制する。空間にリング型焼結磁石を置いた状態での、表面磁束密度平均磁束密度の段部毎の差は１０％以下に制御することが必要である。

図７に示す本実施の形態のリング型焼結磁石では、段部毎の平均磁束密度の差７１は、３％以下に抑制されている。一方、図８に示す従来のリング型磁石では、段部毎の平均磁束密度の差７１は、１２％程度の差が生じている。図８のリング型磁石は、従来例で挙げた特開平９−２３３７７６号公報、特開２００１−１９２７０５号公報等で示されている方法で製作した磁石の測定結果を示している。

外径２３ｍｍ、軸長１５ｍｍ、極数６、スキュー角度１５°のリング型磁石を用いたコギングトルクの測定の結果、本実施の形態の場合、０．５％以下となり、図８の従来のもので、１．５％となった。なお、上記では、コギングトルクへの残留磁束密度の軸方向分布の影響を示したが、スキュー着磁で低減できるトルクリップルに関しても、本実施の形態のリング磁石が同様の効果があることはいうまでもない。このような変動は外径が３０ｍｍ以下のリング磁石でより発生しやすくなり、より高精度の制御が必要になる。

実施の形態２．
リング型磁石の磁束密度分布の軸方向分布が不均一でない場合、上述したようにコギングトルクが大きくなる。実施の形態１では、段部毎の差について述べたが、よりコギングトルクを低減するためには、１つ段部内での軸方向分布を制御することが有効となる。

本実施の形態では、リング型焼結磁石の任意の１つの段部内において、磁石表面の磁束密度の軸方向での最大と最小の差を平均値の１０％以内に設定する。

図１０は本実施の形態のリング型焼結磁石の磁束密度分布を示す図であり、段部内での磁束密度の差が４％以下の変動になっている。図８の従来法によるリング型磁石の場合、１８％程度の差が生じている。

従来例の特開２００１−１９２７０５号公報においても、段部の中で大きく磁束密度が変動（２０％以上の変動）している（特開２００１−１９２７０５号公報の図１１参照）。これは、すでに磁場成形された成形体が、もう一度、配向磁場の影響を受けることによっている。上記引用例の場合は、隣接する段の磁場成形時の配向磁場の影響を受ける。すでに磁場成形された成形体に加えられる磁場は、０．４ＭＡ／ｍ以下（比透磁率が１で磁束密度で０．５Ｔ以下）にする必要がある。本実施の形態では、実施の形態４で説明する方法により、磁場成形されたリング状予備成形体には、磁場が加わらないないため、上記範囲内に抑制することはきわめて容易である。なお、積極的に磁場成形後の成形体に任意の強さの磁場を加えることも可能である。

図１１に、上述したｒｃ（コギングトルクの発生率）の磁束密度変動の関係式をもとに算出した、段部の中での磁束密度の変動の割合とコギングトルクの発生率の関係を示す。図１１は、段部内での磁束密度の変動が、各段部で同じように生じていると仮定して算出した結果を示している。従って、１つの段部内の変動によるコギングトルクが段数倍になっている。そのため、段数に大きく依存せず、変動の割合ｋのみに依存しているグラフになっている。一段のみで変動している場合は、図１１よりコギングトルクの発生は小さくなる。

実施の形態１と同様に、コギングトルクをスキュー着磁なしの場合の５％以下に抑える場合は、１つの段部内でのエアギャップ部での磁束密度の変動を１から０．９５の間（１００％〜９５％）に抑える、つまり、変動の幅として５％以下に抑えることが必要になる。

エアギャップ部での磁束密度の変動を５％以下に抑えるということは、残留磁束密度の変動も５％以下に抑えていることに相当する。一方、空間にリング型磁石を置いた状態での、磁石表面の磁束密度の変動は１０％に制御することに相当する。

図１０の右側に示す段部では、段部内の磁束密度に１％程度の変動が発生している。磁場成形時の配向のバラツキなどによるものである（実施の形態２の下限）。

ここで、図１０においても、実施の形態１で注目した左右の段部の軸方向の平均値の差は、１％が発生しており、段部毎の差として、成形体の密度バラツキや配向バラツキによる磁気特性のバラツキなどによりこの程度の差が発生している（実施の形態１の下限）。

以上のように、本実施の形態によれば、リング型焼結磁石の任意の１つの段部（リング状予備成形体）内において、磁石表面の磁束密度の軸方向での最大と最小の差が平均値の１０％以内になるように設定したので、当該磁石をモータに用いた場合、スキュー着磁が有効に機能し、コギングトルクやトルクリップルをさらに低減できる。例えば、モータ１回転あたり、スロット数と極数の最小公倍数の発生するコギングトルクを０．５％以下に抑制できる。

実施の形態３．
図２に示したように、段部１０２の間の境界層１０１では、表面磁束密度が低下する。

図１５は本実施の形態によるリング型焼結磁石の表面磁束密度の軸方向分布の一例である。軸方向の表面磁束密度の平均値Ｂａｖ、境界層の表面磁束密度の最小値Ｂｍｉｎより、境界層において幅１．５ｍｍで１７％の表面磁束密度の低下が見られる。一方、従来のリング型磁石では図８のように、幅が２ｍｍで２８％の低下が見られる。

境界層の磁束密度の低下の程度は、磁場成形の条件で変わる。特に、磁場成形の多段成形方式では、隣接する段の配向時の配向磁場によって変化する。従来例の特開２００１−１９２７０５号公報においてもその説明が示されている。実施の形態２における説明と同様に、段部内と同様に境界層においても、隣接する段部の配向磁場の影響で磁気特性の低下が生じる。磁気特性低下の抑制には、すでに磁場成形された成形体に新たに加えられる磁場がないようにする。また、加えられることがあってもその磁場を小さくし、０．４ＭＡ／ｍ以下（比透磁率が１で磁束密度で０．５Ｔ以下）にする必要がある。

本実施の形態では、実施の形態４で説明する製造方法により、磁場成形された成形体には磁場は加わらないため、上記範囲内に抑制することはきわめて容易である。なお、積極的に磁場成形後の成形体に任意の強さの磁場を加えることも可能である。

境界層近傍を、空間に磁石を置いた場合（オープン状態）と、図４で示したようにロータに磁石が固定されてモータに組み込まれ、周りを透磁率の大きなステータの中に組み込まれた場合（ステータ組込み状態）とにおいて、磁石表面での磁束密度分布の比較する。ステータに組み込まれた場合の磁石とステータの間隔であるギャップは、０．６ｍｍとする。オープン状態は磁石単体の表面磁束密度分布を測定している状態に相当する。

磁石表面の磁束密度と内部の状態の関係は磁界計算により求めた。境界層の残留磁束密度を他の領域に比べ５０％低下させた計算結果は、測定結果と近い結果となるため、以下の検討はその条件の計算をもとに行った。

まず、図１２は、オープン状態における境界層の磁束密度の低下結果を表す図である。境界層の残留磁束密度が、他の領域に比べ５０％低く、その軸方向の幅が０．２５ｍｍ（図１２（ａ））と１．７５ｍｍ（図１２（ｂ））の場合について、それぞれ、磁石表面から０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ離れた位置での磁束密度分布を示している。

次に、図１３及び図１４は、ステータ組込み状態における境界層の磁束密度の低下結果を表す図である。図１２と同様に、境界層の残留磁束密度が５０％低く、その幅が、０．２５ｍｍ（図１３（ａ））、０．５ｍｍ（図１３（ｂ））、０．７５ｍｍ（図１４（ａ））、及び１．７５ｍｍ（図１４（ｂ））について、磁石表面から０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの位置とステータの内部で磁束密度分布を示している。

ステータ組込み状態では磁束密度の低下の比率が小さくなるが、軸方向の幅の変化は少ないことがわかる。低下率を比較すると、オープン状態から、ステータ組込み状態にすることにより、磁石から０．１ｍｍの位置で比較すると、磁束密度の低下率は５５％（図１２（ａ））が２３％（図１３（ａ））、６４％（図１２（ｂ））が３７％（図１４（ｂ））とほぼ半減することがわかる。

図１３及び図１４に示すように、ステータ組込み状態では、それぞれ、磁石表面（０．１ｍｍの位置）で低下のピークは、残留磁束密度が５０％低下した領域の幅０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．７５ｍｍに対して、２３％、２７％、３０％、３７％程度であるが、ステータ側の表面（０．５ｍｍの位置）では、それぞれ７％、１３％、２０％、３２％となる。残留磁束密度低下の幅の増加に従って、低下の影響が磁石から離れた領域へ影響するようになる。以下に検討を行う低下の幅０．７５ｍｍ以上では磁石からの距離０．５ｍｍでも磁束密度が大きく低下していることがわかる。

そこで、図１５で示すように、境界層での表面磁束密度の低下している幅を次のように規定した上で、これらのエアギャップにおける磁束密度の変化のコギングトルクへの影響を以下に評価する。

段部の表面磁束密度の軸方向平均値Ｂａｖと、境界部の最小の表面磁束密度Ｂｍｉｎにより、磁束密度低下率の半値Ｂｗを決める。
Ｂｗ＝（Ｂａｖ＋Ｂｍｉｎ）／２・・・（６）
この値Ｂｗ以下に磁束密度が低下する軸方向の幅をｗとする。
これらＢｗとｗにより、磁束密度の低下の程度は（Ｂａｖ―Ｂｗ）とｗであらわすことができる。

上記の式（５）における、段部の軸方向の長さｄを上述の境界部での磁束密度の幅ｗに置き換えることで、境界部の磁束密度の低下によるスキュー無しに対するコギングトルクの発生率ｒｃが、
ｒｃ＝（（１−ｋ^２）／π）・ｓｉｎ（ｗ・π／ｈ）・・・（５ａ）
と表される。
ここで、ｋは、ｂ＝（Ｂａｖ−Ｂｍｉｎ）／Ｂａｖに相当する。
（Ｂａｖ―Ｂｗ）とｗと発生するコギングトルクの関係を図１６に示す。本発明は、軸長が長く、複数の段を積み重ねた磁石が対象である。図１６は、段部と段部の境界層が１箇所の場合のコギングトルクを示している。境界層が複数ある場合、それぞれの境界層が原因となるコギングトルクが加算される。全体のコギングトルクを規定値以下に抑制するためには、各境界層のコギングトルクは規定値を境界層の数で割った値より小さくする必要がある。例えば、３個の段部が重ねられ、境界層が２箇所ある磁石を用いたモータにおいて、スキューで抑制しようとしている次数のコギングトルクを０．５％以下にするためには、前述したように、スキュー無しの場合に対するコギングトルクの発生率ｒｃは、全体として目標とする５％を、境界層の数である２で割った２．５％以下にする必要がある。

ｗ＝１．５ｍｍの場合において、モータに組み込んだ状態で、境界層に相当するギャップの磁束密度の低下は２０％以下にする。オープン状態での、境界層での表面磁束密度の低下は４０％に相当している。つまり、リング磁石単体での測定の場合は、境界層での表面磁束密度の低下を４０％に制御することが有効である。

従来例の図８の場合、ｗ＝２ｍｍ、境界層での表面磁束密度が２８％の低下で、１つの境界層あたりスキュー着磁無しの場合に対して２％のコギングトルクが発生する。リング磁石が４段構成の場合、コギングトルクの発生率は５％を超えてしまい、低コギングトルクが必要なモータには適用できない。

本実施の形態（図１５）の場合、ｗ＝１．５ｍｍ、境界層での表面磁束密度が１７％の低下になる。同様に、１つの境界層あたりのコギングトルクは、スキュー無しの場合の１％、４段構成のリング磁石においても５％を下回ることができる。定格トルクに対しては０．５％以下となり、コギングトルクは無視できる。

図１９は本実施の形態の他のリング磁石（磁石外径３５ｍｍ、厚さ２．７５ｍｍ）の軸方向の磁石表面の磁束密度を示したものである。境界層の低下は１％に抑制されている（実施の形態３の下限）。この場合、スキュー着磁で抑制を狙った次数のコギングトルクの発生率ｒｃは０．１％以下となり、定格トルクに対しても０．０１％以下となるため、他の要因のコギングトルクに対して無視できる大きさとなる。

以上より、磁石表面の磁束密度の軸方向の分布において、成形体段部の磁石表面の磁束密度の軸方向平均値をＢａｖとし、段部と段部の間の境界層の最小の表面磁束密度をＢｍｉｎとした場合、Ｂｗ＝（Ｂａｖ＋Ｂｍｉｎ）／２で決まるＢｗより、磁石表面の磁束密度がＢｗより低くなる軸方向の幅ｗ（ｍｍ）が１．５ｍｍ以下であること、及び０．０１＜（Ｂａｖ−Ｂｍｉｎ）／Ｂａｖ＜０．２８とすることによって、当該磁石の発生する有効な磁束量が多く得られる。また、均一な磁束を発生することができることから、当該磁石を適用したモータにおいて、高いトルクを得られる。更に、駆動電流を小さくできる。あるいは、より小型のモータが実現できる。また、スキュー着磁が有効に機能し、コギングトルクやトルクリップルを低減できる効果がある。なお、上式右辺の０．２８は、図１６において、段数が３で境界層が２箇所、ｗ＝１．５ｍｍの場合、ｒｃを２．５％以下にする必要があることから導かれる。

また、上述の式（５ａ）より、
ｒｃ＝（（１−ｋ^２）／π）・ｓｉｎ（ｗ・π／ｈ）
≒（（１−ｋ^２）／π）・ｗ・π／ｈ
＝（１−ｋ^２）・ｗ／ｈ・・・（５ｂ）
従って、成形体段部表面の磁束密度の軸方向平均値をＢａｖとし、成形体段部間の境界層の最小の表面磁束密度をＢｍｉｎとした場合、Ｂｗ＝（Ｂａｖ＋Ｂｍｉｎ）／２の関係を有するＢｗと、磁石表面の磁束密度がＢｗより低くなる軸方向の幅ｗ（ｍｍ）と、減衰率ｂを
ｂ＝（Ｂａｖ―Ｂｗ）／Ｂａｖ・・・（７）
とし、さらに、リング磁石の軸方向の長さをｈ、成形体の段数をｎとした時、コギングトルクの発生率ｒｃとの関係は、
ｒｃ／（ｎ−１）＝（１−ｂ^２）・ｗ／ｈ・・・（８）
となる。
コギングトルクを定格トルクに対して０．５％以下にするため、上述したように、抑制しようとしているコギングトルクのスキュー無しに対する発生率ｒｃを５％以下にするためには、
（１−ｂ^２）・ｗ／ｈ＜０．０５／（ｎ−１）・・・（９）
の条件を満たせばよい。
図１７は、ｈ＝３０ｍｍで段数が２（境界層が１箇所）の場合のコギングトルク発生率ｒｃと（１−ｂ^２）・ｗの関係を示したものである。コギングトルクの発生率を５％以下にするためには、（１−ｂ^２）・ｗを１．５以下にすればよい。

なお、ガウスメータのプローブにはホール素子が使われており、その大きさにより測定の分解能が異なっている。つまり、ホール素子の磁束を検出する面積内の総磁束から磁束密度を測定するため、面積が小さくないと小さな変化は読み取れなくなる。精確に境界層を測定するためにはホール素子の面積が小さい必要がある。本測定は０．２ｍｍ×０．２ｍｍのプローブで行った。

図１８は、本実施の形態の他の例の磁石表面の磁束密度の測定結果である。ｗ＝１ｍｍ、境界層での表面磁束密度が１３％の低下となり、さらにコギングトルクを低減できる。スキュー着磁無しに対してコギングトルクは０．７％に抑制できる。４段構成のリング磁石においても２％程度となる。

実施の形態４．
次に、上記実施の形態で説明したリング型焼結磁石の有効な製造方法について説明する。

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。

リング状予備成形体を成形するための製造装置は図２０に示す構成である。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、搬送金型１０の円筒状キャビティ内に、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、搬送金型１０のキャビティ内の磁性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で磁性粉末の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２１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、下金型部分を保持する第１のホルダー１０ｂと、柱上のコア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と共に磁性粉末が供給されるキャビティ１０ｈを形成するダイ１０ｆと、上パンチ１０ｇと、上パンチ１０ｇを保持する第２のホルダー１０ｊを備えている。

搬送金型１０は最初に給粉・充填ステージに送られる。図２２は給粉・充填ユニット３の構成及びその動作を説明する断面図であり、図２２（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。給粉工程では、まず、図２２（ｂ）において、磁性粉末１１を搬送金型１０のキャビティ１０ｈに導くロート状の給粉冶具３ａとキャビティに供給した磁性粉末１１を撹拌する羽根状冶具（図示せず）を搬送金型１０のダイ１０ｆにセットする。その後、図２２（ｃ）に示すように、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１０ｈ内に移し、上記羽根状冶具の羽根を回転させてキャビティ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１０ｈ中に磁性粉末１１が均一に充填される。

上記給粉・充填ステージにおいて、充填する磁性粉末の組成比を成形するリング状予備成形体（段部）毎に調整することにより、各々のリング状予備成形体（段部）の特性（磁束密度）を制御することができる。これにより、実施の形態１〜３で説明した所定の磁束密度を有するリング状予備成形体（段部）を成形することができる。

キャビティ１０ｈ内に磁性粉末１１が充填された搬送金型１０はパンチセットユニット４に送られる。パンチセットユニット４は、図２３に示すように、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（図示せず）を備えている。このパンチセットユニット４により、上パンチ１０ｇでキャビティー内の磁性粉末を加圧できる状態に搬送金型１０をセットすることができる。

まず、図２３（ａ）に示すように、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る。そして、図２３（ｂ）に示すように、ハンド４ａが下降し、上パンチ１０ｇをキャッチングする。次に、図２３（ｃ）に示すように、ハンド４ａは上パンチ１０ｇを持ち上げて、下型の方へ移動し、図２３（ｄ）に示すように、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はキャビティーに嵌り合う。コア１０ｄの上端部の直径は、キャビティー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、上パンチ挿入時にパレット１０ａとハンド４ａの位置に０．１ｍｍ未満のずれがあっても、コア１０ｄに上パンチ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。

次に、搬送金型は磁場成形ステージに送られる。図２４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２５は加圧子の構造を示す断面図、図２６はバックコアの構成を示す図である。

図２０に示したように、磁場成形ステージは、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。図２４に示すように、磁場成形ユニット５は、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）と、上側電磁コイル５ａ及び上パンチ１０ｇを加圧する加圧子５ｃ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５ｂを含む上側フレームを昇降させる上下駆動機構と、リング型弾性部材５ｊと、図示し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２５に示すように、加圧子５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内部へ窪む様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２６に示すように、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１０ｆの厚みの中心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２４（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２４（ｂ）に示すように、上下駆動機構が作動し、電磁コイル５ａ及び加圧子５ｃ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、上部フレームの下部に取り付けられたリング型弾性部材５ｊによりダイ１０ｆが固定される。その後、ダイ１０ｆの両側からバックヨーク５ｄが接近し、ダイ１０ｆの外周部に密着する。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２４（ｃ）に示すように加圧子５ｃが下降し、上パンチ１０ｇが加圧され、キャビティ内の磁性粉末を圧縮成形することにより、ラジアル配向されたリング状予備成形体が得られる。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。

図２７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１０ｄを通ってコア１０ｄに入る（図２４参照）。下パンチ１０ｅ及び上パンチ１０ｇは非磁性体である。

図２７に示すように、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。

上記磁場成形ステージで、磁場成形時の配向磁場の強度は、電磁コイル５ａに流す電流の大きさで制御できる。各リング状予備成形体（段部）の成形毎に電磁コイル５ａの電流を調整することにより、各々のリング状予備成形体（段部）の配向率を制御することができる。これにより、実施の形態１〜３で説明した所定の磁気特性を有するリング状予備成形体（段部）を成形することができる。

次に、搬送金型は脱型ステージに送られる。図２８は、脱型ユニットの構成を示す断面図（ｂ）及びＡ−Ａの方向から見た平面図（ａ）である。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２９は脱型プロセスを説明するための断面図である。図２９（ａ）に示すように、リング状予備成形体１３を含む搬送金型を載せたパレット１０ａは、ベルトコンベア２により脱型ユニット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２９（ｂ）に示すように、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２９（ｃ）に示すように、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、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の下部との間に内部応力差があると、リング状予備成形体１３の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やすいが、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から抜き出されるので、リング状予備成形体１３の上部と下部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。

次に、搬送金型１０は成形体脱粉ユニット７に送られる。図３０及び図３１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塵ダクト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１３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１３が傾いたり、ずれたりするのを防止することができる。

図３０（ａ）に示すように、脱型後の搬送金型１０は、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が作動しテーブル７ａが上昇する。そして、図３０（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１３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１３が抜き出されるので、リング状予備成形体１３の内周端面部に磁性粉末が付着する。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に載置される。

図３１（ａ）に示すように、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、リング状予備成形体１３の上面が若干コア１０ｄから突出した時に、上パンチ１０ｇが取り外され、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３１（ｂ）に示すように、リング状予備成形体１３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３２、図３３、及び図３４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１３をチャッキングするハンド８ａを湯有するチャッキング機構と、リング状予備成形体１３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３２（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１３の直上に移動させる。そして、図３２（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、図３３（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３３（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１３をテーブル８ｂに載置する。さらに、同様にして、図３４（ａ）及び（ｂ）に示すように、１段目のリング状予備成形体１３の上に２段目、３段目及び４段目のリング状予備成形体１３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１３を段積みする。

リング状予備成形体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１３に加わり（高さが高い場合）、リング状予備成形体１３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、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の重量１３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、次に工程を行う金型脱粉／金型セットユニット９に搬送される。金型脱粉／金型セットユニット９は、搬送金型１０に付着した磁性粉末を除去する除粉機構と、給粉・充填ユニット３において磁性粉末を供給できる初期状態に搬送金型１０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と、窒素ガスによって吹き飛ばされた磁性粉末を吸引し集塵するための吸引機構を有する。セット機構は、積層工程終了後に、第２ホルダー１０ｊ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。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。

リング状予備成形体１３が段積みして得られたリング型成形体は、焼結・熱処理炉へ移され、所定の温度で焼結・熱処理をして、図１に示すリング型焼結磁石１００を得ることができる。

以上のように、磁場成形ステージにおいてそれぞれ配向率を変えたリング状予備成形体（段部）を積み重ねることにより、所定の残留磁束密度を有するリング状予備成形体（段部）を積み重ねることができ、実施の形態１から３で説明した軸方向の磁石表面の磁束密度を制御することが可能となる。

また、リング状予備成形体（段部）毎に成形され、各々隣接したリング状予備成形体（段部）の磁場成形時の配向磁場の影響を受けないため、リング状予備成形体（段部）内の軸方向の磁束密度分布をほぼ均一に制御できる。更に、境界層の磁束密度の低下も抑制することができる。実施の形態２及び３で説明した磁場成形時の磁場強度０．４ＭＡ／ｍの条件より十分小さな０．００８ＭＡ／ｍ（比透磁率が１、磁束密度が０．０１Ｔ以下）が容易に実現できる。

実施の形態５．
従来よく用いられていた多段成形法によると、金型内で圧縮成形済みの成形体が次の段の新たの成形の配向磁場の影響を受けて、配向が乱れ、磁束密度が制御しにくくなることがある。本実施の形態では、図３５に示すように、キャビティ内に配設された磁性粉末１６０にラジアル方向に直線的に配向磁場が形成されるように、コア１６１の外周部に非磁性部分１６１ａ（成形しようとする磁性粉末部分は除く）を配設する。それによると、圧縮済みの成形体への次の成形体の配向磁場にさらされることを低減できるため、各段での配向磁場強度のコントロールで段部毎の磁束密度の制御が比較的容易に可能になる。

この発明の実施の形態１によるリング型焼結磁石を示す斜視図である。実施の形態１のリング型焼結磁石の表面磁束密度分布を示した図である。実施の形態１のリング型焼結磁石の軸方向の磁束密度分布の測定方法を示す図である。実施の形態１のリング型焼結磁石をモータに組み込んだ状態の模式図である。リング型焼結磁石にスキュー着磁を施した状態を示す図である。段部Ａ及び段部Ｂで構成されるリング型焼結磁石をシャフトに固定した状態を示す図である。実施の形態１のリング型焼結磁石における段部毎の平均磁束密度の差を表す図である。従来のリング型磁石における段部毎の平均磁束密度の差を表す図である。平均磁束密度の低下の比率ｋとコギングトルクの発生率ｒｃの関係を示す図である。この発明の実施の形態２によるリング型焼結磁石の磁束密度分布を示す図である。リング型焼結磁石の段部内での磁束密度の変動の割合とコギングトルクの発生率の関係を示す図である。オープン状態における境界層の磁束密度の低下結果を表す図である。ステータ組込み状態における境界層の磁束密度の低下結果を表す図である。ステータ組込み状態における境界層の磁束密度の低下結果を表す図である。この発明の実施の形態３におけるリング型焼結磁石の磁気特性を説明するための図である。実施の形態３においてＢａｖ―Ｂｗ及びｗとコギングトルクの発生率の関係を示す図である。実施の形態３においてコギングトルクの発生率（％）と（１−ｂ^２）・ｗの関係を示す図である。実施の形態３の他の例による磁石表面の磁束密度の測定結果を示す図である。実施の形態３による他のリング磁石の軸方向の磁石表面の磁束密度を示す図である。この発明の実施の形態４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２０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。パンチセット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。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５によるリング型焼結磁石の製造装置の磁束の状態を示す断面図である。

符号の説明

１００リング型焼結磁石、１０１境界層、１０２リング状予備成形体（段部）、７１段部平均磁束密度の差、７２段部内での磁束密度の差、
７３境界層での磁束密度の低下、９１表面磁束密度の低下、
９２表面磁束密度の平均値Ｂａｖ、９３表面磁束密度の境界層最小値、
９４Ｂｗ、９５境界層の幅ｗ、２ベルトコンベア、３給粉・充填ユニット、
４パンチセットユニット、５磁場成形ユニット、６脱型ユニット、
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。

Claims

ラジアル配向された磁性粉末からなる成形体を軸方向に複数段積み重ね、焼結によって各成形体同士を結合したリング型焼結磁石であって、
当該磁石の回転方向にＮ極とＳ極を交互に、かつ各極が軸方向の位置に従って連続的に軸方向に対して斜めにスキューし各段間の各極の境界が一致するように形成した際に、当該磁極の回転方向の中心位置での、各々の成形体段部の軸方向の、磁石表面の磁束密度の平均値の差が１０％以内に設定されていることを特徴とするリング型焼結磁石。
上記リング型焼結磁石の任意の成形体段部内において、磁石表面の磁束密度の軸方向での最大と最小の差が平均値の１０％以内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のリング型焼結磁石。
ラジアル配向された磁性粉末からなる成形体を軸方向に複数段積み重ね、焼結によって各成形体同士を結合したリング型焼結磁石であって、
当該磁石の回転方向にＮ極とＳ極を交互に、かつ各極がスキューするように形成した際に、当該磁極の回転方向の中心位置での磁石表面の磁束密度の軸方向の分布において、成形体段部の磁石表面の磁束密度の軸方向平均値をＢａｖとし、成形体段部間の境界層の最小の表面磁束密度をＢｍｉｎとした場合、
Ｂｗ＝（Ｂａｖ＋Ｂｍｉｎ）／２
で決まるＢｗより、
磁石表面の磁束密度がＢｗより低くなる軸方向の幅ｗ（ｍｍ）が１．５ｍｍ以下であること、及び
０．０１＜（Ｂａｖ−Ｂｍｉｎ）／Ｂａｖ＜０．２８
であ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磁性粉末からなる成形体を軸方向に複数段積み重ね、焼結によって各成形体同士を境界層を介して結合したリング型焼結磁石であって、
当該磁石の回転方向にＮ極とＳ極を交互に、かつ各極がスキューするように形成した際に、当該磁極の回転方向の中心位置での磁石表面の磁束密度の軸方向の分布において、成形体段部の磁石表面の磁束密度の軸方向平均値をＢａｖとし、成形体段部間の境界層の最小の表面磁束密度をＢｍｉｎとした場合、
Ｂｗ＝（Ｂａｖ＋Ｂｍｉｎ）／２の関係を有するＢｗと、磁石表面の磁束密度がＢｗより低くなる軸方向の幅ｗと、減衰率ｂ｛ｂ＝（Ｂａｖ−Ｂｍｉｎ）／Ｂａｖ｝と、リング型焼結磁石の軸方向の長さｈと、により表される関係式が
（１−ｂ^２）・ｗ／ｈ＜０．０５／（ｎ−１）
であることを特徴とするリング型焼結磁石（ただし、ｎは成形体の段数）。
磁性粉末を金型内の磁場中で圧縮成形したリング状予備成形体を上記金型から抜き出した後、複数個の上記リング状予備成形体を軸方向に積み重ね、焼結により一体化するリング状焼結磁石の製造方法であって、
上記磁場中の圧縮成形時の磁場強度又は磁場分布を上記リング状予備成形体毎に制御することにより、上記リング状焼結磁石の回転方向にＮ極とＳ極を交互に、かつ各極が軸方向の位置に従って連続的に軸方向に対して斜めにスキューし各段間の各極の境界が一致するように形成した際に、当該磁極の回転方向の中心位置での、各々の上記リング状予備成形体段部の軸方向の、磁石表面の磁束密度の平均値の差を１０％以内に設定することを特徴とするリング型焼結磁石の製造方法。