JP4605317B2 - 希土類異方性ボンド磁石の製造方法、磁石成形体の配向処理方法および磁場中成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、希土類異方性ボンド磁石の製造に適した製造方法と、その製造に用いられる磁石成形体の配向処理方法および磁場中成形装置に関するものである。

希土類異方性ボンド磁石（以下適宜、単に「ボンド磁石」という。）は、小型でも大きな磁束密度が得られ、形状自由度も大きい。このため、例えば、（中空）円筒状に成形されてモータ用の永久磁石などとして使用される。ちなみに、このようなボンド磁石は、磁石粉末の特性を生かして高い磁束密度を得るために、着磁前の成形段階で配向処理がなされる。
一方、自動車小型ブラシモータに代表される小型動力用ブラシモータの分野では従来、２極分のフェライト焼結磁石を界磁に用いたフェライト２極モータが主流であった。しかし、最近では自動車の居住性の向上や車の燃費向上等を図るため、モータも同一出力での小型化やさらなる高出力化が要求されている。そこで、円筒状の希土類異方性ボンド磁石を用いたラジアル方向に４極以上の磁極を有するモータが登場してきた。この高性能モータを用いれば、従来のフェライト２極モータに対して、同一性能で体積を２分の１程度に大幅に小型化することが可能となる。そこで上記の分野においては、従来のフェライト２極モータが希土類異方性ボンド磁石を用いた多極モータへ置き換わりつつある（下記特許文献５等を参照）。
更に、その高性能モータのコギングトルクを改善するために、ラジアル方向に４極以上の磁極を有する円筒状の希土類異方性ボンド磁石の配向処理を工夫することが下記の特許文献１または特許文献２で提案されている。すなわち、これらの文献には、その配向処理を従来のラジアル配向から、いわゆるセミラジアル配向とすることで、モータの出力トルクが増大したり、コギングトルクが低減されることを開示している。

ところで、そのようなボンド磁石の生産効率を高めるためには、複数個の磁石成形体を一度に磁場中成形（いわゆる「複数個取り」）できることが好ましい。これに関する配向処理方法が下記の特許文献３および特許文献４で提案されている。
特開２００４−２３０８５号公報 特開２００５−３１２１６７号公報 特開２００７−１０３６０６号公報 特公平６−２４１７５号公報 特許３４８０７３３号公報

もっとも特許文献３に記載の配向処理は、そもそも、その配向方向がいわゆるアキシャル配向であってセミラジアル配向ではない。ここで配向とは、磁場配向のことであり、異方性磁石粉末の磁化容易軸を所定の方向へ配列させるために、その方向へ配向磁場を印加することによって、異方性磁石粉末の磁化容易軸をその磁場の方向へ沿うように回転させることをいう。そうすると、前記特許文献１や特許文献２の記載からも明らかなように、その配向処理方法は高効率モータ用のボンド磁石には好適とはいえない。なお、アキシャル配向とはボンド磁石（磁石成形体）の一軸（円筒軸）方向へ希土類異方性磁石粉末（以下、適宜「磁石粉末」という。）の磁化容易軸を配向させることをいい、ラジアル配向とはボンド磁石の中心軸から放射状に磁化容易軸を配向させることをいう。特に、円筒状のボンド磁石のラジアル配向は、円筒側面の法線方向へ磁化容易軸を配向させることを意味する。
また、セミラジアル分布とは、希土類異方性ボンド磁石中の異方性磁石粉末（群）が、磁極の主極部では円筒側面の法線方向に異方性磁石粉末の磁化容易軸をもっており、磁極と磁極の間の遷移区間では異方性磁石粉末の磁化容易軸が磁極の中立点に近づくに連れて徐々に磁石の円筒側面の周回接線方向を向き、中立点では円筒側面の周回接線方向となり、中立点が遠ざかるに連れて徐々に円筒側面の法線方向となる円筒状の希土類異方性ボンド磁石中の異方性磁石粉末（群）の磁化容易軸の分布をいう。セミラジアル配向とは、希土類異方性ボンド磁石中の異方性磁石粉末（群）を、配向磁場によってセミラジアル分布をもつように配向させることをいい、磁化容易軸がすべてラジアル（放射状）方向に向いていない点（つまり、向きが一律でなく場所によって変化する点）で、一般的にいわれるラジアル配向と区別される。

特許文献４は、複数個取り可能なラジアル配向処理を提案している。しかし、その配向処理では、図７Ａに示すように、隣接する磁石成形体（キャビティ）間で、図中の上下方向に通過する磁場が相互に対向（反発）している。このため、その方向で十分な配向がなされない。なお、図７Ａ中の矢印は、特許文献４に掲載の図面（第８図）へ加筆したものであって磁気方向を示す。図７Ｂは、図７Ａに示された磁場中成形装置をベースに、本発明者がＦＥＭ解析した結果であり、磁力線の粗密により磁場の強弱が示されている。この図７Ｂからも、図中の上下方向で磁場が相互に対向（反発）して弱まっていると共に、キャビティの位置によって配向磁場の強さが変化していることがわかる。このような特許文献４の配向処理方法は、小さい磁場で配向されるフェライト磁石粉末には有効かもしれないが、高出力化の要請が強く、配向に大きな磁場を必要とする希土類異方性ボンド磁石の配向処理方法としては妥当ではない。
またこの配向処理方法で製作した円筒状のリング磁石は、円筒方向に配向磁場の強弱に起因した表面磁束密度の不十分な部分が現れる。このため、このリング磁石を搭載したモータでは、モータ出力の低下、コギングトルクの増大を招いてしまう。このような事情もあり、ラジアル方向に４極以上の磁極を有する円筒状の希土類異方性ボンド磁石を、複数個を同時に一つの磁場成形装置で製造することはされていなかった。

なお、特許文献１（図６参照）にも、複数個取り可能なセミラジアル配向処理が提案されているが、隣接する磁石成形体（キャビティ）間を通過する磁場に関して観れば、２つの配向部はバックヨークであるリング５１内で磁束が閉じている。このため、それぞれの配向部は磁気的に独立している。また、配向部が磁気的に独立しているにも拘らず、さらにその間に金型３０が無駄に介在しており装置が大型化し易い。ちなみに、この特許文献１の装置を用いた場合、配向処理後に成形体を取り出そうとすると、配向磁場が磁石で形成されているため、磁場を切ることができない。このため、その配向磁場に成形体の磁石粉末がひっぱられ、成形体が損傷し易い。さらに、成形体が損傷しないように成形体を完全キュアーすると、その成形に一回あたり３０分程度かかり、生産性が非常に低下する。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ラジアル方向に４極以上の磁極を有する高性能な円筒状の希土類異方性ボンド磁石を効率的に製造できる希土類異方性ボンド磁石の製造方法およびそれに適する磁石成形体の配向処理方法を提供することを目的とする。また、それら方法の使用に適し小型化を図ることができる磁場中成形装置を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、磁石成形体を複数個取りする際に、隣接するキャビティ間で印加する中間配向磁場の主たる磁気方向を揃えることを思いついた。これにより、比較的小型の磁場中成形装置を用いつつも、ラジアル方向に４極以上の磁極を有する円筒状の希土類異方性ボンド磁石を同時に複数個取りすることに成功した。勿論、この方法で得られたボンド磁石は、１個取りしていた従来のボンド磁石と比べて、円周方向の磁気特性の低下などはない。そしてこの成果を発展させることで、本発明者は以降に述べる種々の発明を完成させるに至った。

〈希土類異方性ボンド磁石の製造方法〉
（１）すなわち、本発明の希土類異方性ボンド磁石の製造方法は、中心軸を平行にして隣接配置された少なくとも二つの円筒状のキャビティへ一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる磁石原料を充填する充填工程と、該充填工程後の磁石原料を前記樹脂の軟化点以上の温度に加熱して該樹脂を軟化状態または溶融状態としつつ配向磁場を印加して前記希土類異方性磁石粉末をセミラジアル分布へ配向させる加熱配向工程と、該加熱配向工程後にまたは該加熱配向工程と併行して配向された前記磁石原料を加圧成形してセミラジアル分布へ配向された少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体を得る成形工程と、該磁石成形体を着磁して磁化された前記配向部を磁極とする着磁工程と、を備える希土類異方性ボンド磁石の製造方法であって、
前記加熱配向工程は、前記隣接するキャビティの対向する配向部間で印加される中間配向磁場の主たる磁気方向が同一であることを特徴とする。

（２）本発明の希土類異方性ボンド磁石の製造方法によれば、少なくとも加熱配向工程の段階で複数個取りする場合でも、各キャビティには均一な配向磁場が印加されるようになる。特に、隣接するキャビティ間を貫く配向磁場を主たる磁気方向が同一となる中間配向磁場としたことで、隣接するキャビティ間で対向する磁石成形体の配向部にもほぼ均一な配向磁場が印加される。こうして、高性能で品質の安定した希土類異方性ボンド磁石を複数個取りにより効率的に生産できるようになった。
そしてこのような加熱配向工程を行うことで、配向処理に用いる磁場中成形装置を、単に並列させた場合よりも遙かに小型化することが可能となった。

〈磁石成形体の配向処理方法〉
このように本発明は、磁石原料に対する配向処理方法に特徴があるため、希土類異方性ボンド磁石の製造方法としてのみならず、それに好適な磁石成形体の配向処理方法としても把握できる。
すなわち本発明は、中心軸を平行にして隣接配置された少なくとも二つの円筒状のキャビティへ一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる磁石原料を充填する充填工程と、該充填工程後の磁石原料を前記樹脂の軟化点以上の温度に加熱して該樹脂を軟化状態または溶融状態としつつ配向磁場を印加して前記希土類異方性磁石粉末をセミラジアル分布へ配向させる加熱配向工程と、該加熱配向工程後にまたは該加熱配向工程と併行して配向された前記磁石原料を加圧成形してセミラジアル分布へ配向された少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体を得る成形工程と、を備える磁石成形体の配向処理方法であって、
前記加熱配向工程は、前記隣接するキャビティの対向する配向部間で印加される中間配向磁場の主たる磁気方向が同一であることを特徴とする磁石成形体の配向処理方法としてもよい。

〈磁場中成形装置〉
（１）さらに本発明では、前述したように、隣接するキャビティ間を貫く配向磁場を主たる磁気方向が同一となる中間配向磁場としたため、キャビティの配向部を貫く無駄のない磁気ループの形成が可能となった。このため、隣接するキャビティ間に配設される磁気回路を構成するヨーク（金型として用いられるダイス等を含む）の短縮を図ることが可能となり、加熱配向工程で用いる磁場中成形装置の小型化をも図れるようになった。

（２）従って本発明は、上記の希土類異方性ボンド磁石の製造方法や磁石成形体の配向処理方法としてのみならず、それに利用可能な磁場中成形装置としても把握される。すなわち本発明は、中心軸を平行にして隣接配置された少なくとも二つの円筒状のキャビティおよび該キャビティの内周側に磁心となるコアと、非磁性部を介在させて少なくとも４以上に分割され、該キャビティの外周側に略環状に配置された磁性材からなる主ヨークと、該キャビティへ充填される一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる磁石原料を該樹脂の軟化点以上の温度に加熱して該樹脂を軟化状態または溶融状態にできる加熱器と、該キャビティへ充填された磁石原料へ前記主ヨークから配向磁場を印加できる磁場源と、前記キャビティに充填された磁石原料を加圧するパンチとを備え、セミラジアル分布へ配向された少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体を得ることができる磁場中成形装置であって、
さらに、前記隣接するキャビティ間に配設された前記主ヨークを磁気的に連結する磁性材からなる中間ヨークを備え、該中間ヨークを介して前記隣接するキャビティの対向する配向部間に主たる磁気方向を同一とする中間配向磁場を印加できることを特徴とする磁場中成形装置としてもよい。
特に、前記磁場源は、該中間ヨークの周囲に巻回された中間電磁コイルと、該中間電磁コイルへ一定方向の電流を供給する電流源とを有すると好適である。

（３）配向磁場を生じさせる磁場源には、永久磁石の起磁力を用いてもよいし、電磁コイルに電流を供給して得られる電磁力を用いてもよい。いずれの場合でも、効率的に中間配向磁場の印加を行うには、磁気抵抗の少ない磁気回路を形成することが有効である。そこで、隣接するキャビティ間に磁性材からなる中間ヨークを配設すると好ましい。この中間ヨークの周囲に電磁コイルを巻回した場合、その中間ヨークは磁芯を兼ねることにもなる。
そこで例えば、本発明の磁場中成形装置に係る磁場源は、前記隣接するキャビティ間に配設された磁性材からなる中間ヨークと、該中間ヨークの周囲に巻回された電磁コイルと、該電磁コイルへ一定方向の電流を供給する電流源とからなると、好適である。

〈その他〉
（１）本発明では、磁石成形体の周側面に形成される配向部の数またはその配向部を着磁した後の希土類異方性ボンド磁石に形成される磁極の数は特に問わないが、ボンド磁石の使用される機器の高性能化、効率化等を考慮して、その数は４以上である。モータ用ボンド磁石（特にＤＣモータ用ボンド磁石）であれば、その数は通常偶数であるから、その数は４、６、８、１０などであると好ましい。

（２）本発明の希土類異方性ボンド磁石の製造方法は、上述した充填工程、加熱配向工程、成形工程の他、磁石成形体をさらに圧縮（加熱圧縮）して緻密化させる緻密化工程、磁石原料に用いた熱硬化性樹脂を強固に硬化させる硬化熱処理工程（キュア熱処理工程）、着磁工程、防蝕処理工程などを備えてもよい。この際、各工程を独立的に行っても、４以上の工程を同時期に行ってもよい。例えば、秤量した磁石原料粉末を予備的に加圧成形した粉末成形体を得る秤量工程と、上記の加熱配向工程とは別々に行っても、同時期に行ってもよい。別々に行えば、いわゆるバッチ処理が可能となり量産性が向上する。同時期に行えば設備負担の軽減を図れる。さらに、加熱配向工程および成形工程を行った後に行う緻密化工程についても同様である。

（３）特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は、下限ｘおよび上限ｙを含む。また、本明細書に記載した下限および上限は任意に組合わせて、「ａ〜ｂ」のような範囲を構成し得ることを断っておく。

本実施例に係る磁場中成形装置の基本構造を説明する図である。 図１ＡのＩ−Ｉ断面図である。 図１Ａに示した磁場中成形装置の金型の詳細図である。 図１Ａに示した磁場中成形装置のキャビティ周辺に形成される磁気ループを示す図である。 従来の１個取り磁場中成形装置を近接配置した図である。 図２Ａに示した各磁場中成形装置間のバックヨークを縮幅させた磁場中成形装置を示す図である。 本実施例に係る２個取り磁場中成形装置を示す図である。 本実施例に係るリング状ボンド磁石について測定した磁束密度のラジアル成分の角度分布を相対的に示すグラフである。 本実施例に係る４個取り磁場中成形装置を示す図である。 本実施例に係る別の４個取り磁場中成形装置を示す図である。 従来の複数個取り磁場中成形装置を示す図である。 図７Ａの複数個取り磁場中成形装置のキャビティ周辺の磁気方向をＦＥＭ解析した図である。

符号の説明

Ｓ２ 磁場中成形装置
Ｃ１、Ｃ２ キャビティ
１１ 中間ヨーク
１２ バックヨーク
１３ 電磁コイル

発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る希土類異方性ボンド磁石の製造方法のみならず、磁石成形体の配向処理方法および磁場中成形装置にも適宜関連する。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なるが、本発明は上述した構成に加えて、本明細書中に記載した構成中から任意に選択した一つまたは二つ以上をさらに付加され得る。その選択される構成は、いずれの発明に対しても、カテゴリーを越えて、重畳的または任意的に付加可能である。さらに、方法に関する構成であっても、プロダクトバイプロセスとして理解すれば「物」に関する構成ともなり得ることを断っておく。
（１）希土類異方性ボンド磁石の製造方法および磁石成形体の配向処理方法
本発明の希土類異方性ボンド磁石の製造方法または磁石成形体の配向処理方法は、前述したような各工程からなるが、いずれの場合も加熱配向工程が重要となることから、加熱配向工程について付言しておく。

加熱配向工程は、キャビティへ充填された磁石原料の樹脂が軟化状態または溶融状態となるまで加熱して、配向磁場を印加することで希土類異方性磁石粉末をセミラジアル分布へ配向させる工程である。この際の配向磁場はキャビティの円周側面から印加され、これにより特定の配向部で希土類異方性磁石粉末がセミラジアル分布へ配向される（セミラジアル配向）。この結果、少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体が得られる。なお、加熱温度、加熱時間、成形圧力、印加される配向磁場の強さなどは、磁石原料として樹脂や希土類異方性磁石粉末の種類や配合割合、希土類異方性ボンド磁石に要求される諸元などによって異なる。一例を挙げると、熱硬化性樹脂を用いた場合であれば、その加熱温度は、例えば１２０〜１８０℃程度である。また成形圧力は、例えば、５０〜５００ＭＰａ程度、加熱配向工程に要する時間は０．５〜１０秒程度である。印加される配向磁場の強さは、熱硬化性樹脂の粘性などによっても異なるが、例えば、０．４〜１．８Ｔ程度である。
なお、本発明でいう「軟化状態」または「溶融状態」は厳密に区別されるものではない。要するに、樹脂が加熱されてその粘性が低下し、希土類異方性磁石粉末の各粒子が回転、移動等が可能な状態となれば十分である。

（２）磁石原料
磁石原料は、一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる。具体的には例えば、希土類異方性磁石粉末と樹脂粉末との混合粉末、その混合粉末を加熱混練したコンパウンド、その混合粉末やコンパウンドを加圧成形した粉末成形体や希土類異方性磁石粉末と溶融した樹脂との混合体などである。ちなみに、磁石原料は、希土類異方性磁石粉末および樹脂のみならず、その他に潤滑剤、硬化剤、硬化助剤、界面活性剤等の添加剤を含んでもよい。

希土類異方性磁石粉末の組成、種類等は限定されず、公知のいずれの磁石粉末をも採用し得る。例えば代表的な希土類異方性磁石粉末として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、ＳｍＣｏ系磁石粉末等がある。これらの磁石粉末は、いわゆる急冷凝固法で製造されたものでも、水素化処理法（ｄ−ＨＤＤＲ法、ＨＤＤＲ法）で製造されたものでも良い。

希土類異方性磁石粉末は、一種のみならず複数種であってもよい。例えば、比較的平均粒径の大きな粗粉末（例えば、１〜２５０μｍ）と比較的平均粒径の小さな微粉末（例えば、１〜１０μｍ）とを混合したものでもよい。

樹脂は公知の材料が利用され、例えば、ナイロン１２、ナイロン６等のポリアミド系合成樹脂、ポリ塩化ビニル、その酢酸ビニル共重合体、ＭＭＡ、ＰＳ、ＰＰＳ、ＰＥ、ＰＰ等の単独又は共重合したビニル系合成樹脂、ウレタン、シリコーン、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＣＰＥ、ハイパロン、ネオプレン、ＳＢＲ、ＮＢＲ等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂などがある。樹脂は希土類異方性磁石粉末の粒子表面に粉末状に付着していても良いし、粒子表面を膜状にコーティングしていても良い。

成形体の離型性、成形タイミングの調整、磁石粉末と溶融樹脂との濡れ性や密着性等の改善のために、種々の添加剤を少量配合してもよい。このような添加剤には、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、アルコール系潤滑剤等の潤滑剤、チタネート系もしくはシラン系のカップリング剤、４．４’−ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）等の硬化剤やＴＰＰ−Ｓ（北興化学工業製の商品名）等の硬化促進剤等がある。

希土類異方性磁石粉末と樹脂との混合割合は、体積比で磁石粉末：８０〜９０体積％、樹脂：１０〜２０体積％程度である。質量比でいえば、磁石粉末：９５〜９９質量％、樹脂：１〜５質量％程度である。添加剤は、０．１〜０．５体積％程度添加すれば良い。

（３）希土類異方性ボンド磁石
本発明に係る希土類異方性ボンド磁石は、円筒状の内外周側面からセミラジアル分布へ磁束を放出する複数の磁極を有する。その用途、形状、サイズ、磁気特性等を問わない。
その代表的な用途はモータの界磁である。そのモータは直流（ＤＣ）モータでも交流（ＡＣ）モータでもよい。インバータ制御されるインダクションモータ等であってもよい。また、希土類異方性ボンド磁石の配設位置は、回転子（ロータ）側でも固定子（ステータ）側でも、さらには中心軸に対して内周側でも外周側でもよい。

実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
〈希土類異方性ボンド磁石の製造方法〉
本実施例では、本発明の希土類異方性ボンド磁石の製造方法の一例として、４極ＤＣブラシモータの筐体内に収容される永久磁石であって、その界磁を構成する中空円筒形状のリング状ボンド磁石（希土類異方性ボンド磁石）を製造する場合を取り上げて説明する。具体的には、本実施例のリング状ボンド磁石は次のようにして製造される。

（１）磁石原料
希土類異方性磁石粉末と樹脂とからなる磁石原料を用意した。この磁石原料は、ｄ−ＨＤＤＲ処理（日本特許第３２５０５５１号、日本特許第３８７１２１９号など参照）して得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（例えば、原子％で、Ｎｄ：１２．５％、Ｂ：６．４％、Ｇａ：０．３％、Ｎｂ：０．２％、残部Ｆｅ）の希土類異方性磁石粉末（以下適宜、単に「磁石粉末」という。）と、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂（以下適宜、単に「樹脂」という。）とを加熱混練したコンパウンドを加圧成形したものである。
コンパウンド中の樹脂の配合割合は、例えば、コンパウンド全体を１００質量％としたときに１〜５質量％でとした。また、ここで用いる希土類異方性磁石粉末は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の他、粒径の小さいＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末等を混在させたものでもよい。（日本特許第３７３１５９７号など参照）。

さらに本実施例では、このコンパウンドをそのまま用いず、所望量に秤量したコンパウンドを所望形状に予め軽く加圧成形した素形体を磁石原料として用いた。このようにすることで、秤量工程と後述の加熱配向工程等とを切り離すことができる。その結果、磁石原料の取扱性やボンド磁石の量産性等が向上するのみならず、コンパウンドの秤量、素形体の成形が冷間状態で行われるため、その秤量も正確となって得られるボンド磁石の均質化も図られる。

（２）加熱配向工程および成形工程
磁場中成形装置（詳細は後述）のキャビティへ前述の磁石原料（素形体）を充填する（充填工程）。次に、その磁石原料を加熱し、樹脂を軟化させて配向磁場を印加し（加熱配向工程）、圧縮成形（成形工程）を行う。これによりリング状ボンド磁石のベースとなる磁石成形体が得られる。ちなみに、加熱配向工程や成形工程の設定条件は、例えば、加熱温度：１２０〜１８０℃、成形圧力：５０〜５００ＭＰａ、配向磁場：０．４〜１．５Ｔ、工程時間：０．５〜１０秒である。

本実施例では、上記の成形工程後に得られた磁石成形体に対して、さらに加熱圧縮成形を行うことはせず、コンパウンドから素形体への成形とその後の加熱配向成形との２段成形とした。もっとも、緻密で高精度なリング状ボンド磁石を得る場合には、上記の成形工程後にさらに、より高温・高圧で加熱圧縮する緻密化工程を付加的に行ってもよい。この場合は３段成形となる。

（３）加熱硬化工程および着磁工程
磁石成形体をさらに加熱して、磁石原料中のエポキシ樹脂を加熱硬化させるキュア熱処理を行った（加熱硬化工程）。これにより、高強度で耐熱性に優れるリング状ボンド磁石が得られる。この加熱硬化処理した磁石成形体に対して着磁することで、後述するように、４極ＤＣブラシモータ用の４極にセミラジアル配向したリング状ボンド磁石が得られる。ちなみにキュア熱処理は、１４０〜１８０℃の炉中に磁石成形体を１５〜６０分間程度保持してなされる。
なお、着磁工程は、リング状ボンド磁石の内周側に軟磁性コアを配置し、外周側に軟磁性ヨークを配置した状態で、リング状ボンド磁石の中心軸に対して主に垂直な放射方向（ラジアル方向）に磁場を印加させてなされる。このときの磁場方向は、必ずしも配向磁場と同じである必要はなく、均一な放射方向（ラジアル方向）であっても良い。勿論、この場合の磁場は、配向磁場と同様なセミラジアル分布した磁場であってもよい。この際、後述する磁場中成形装置と同様な着磁装置を用いることで、複数個同時に着磁することも可能である。着磁には２〜５Ｔ程度のパルス磁場を用いた。

〈磁場中成形装置〉
上述した加熱配向工程および成形工程を行うことができる磁場中成形装置について説明する。本実施例では、一例として図３に示す磁場中成形装置Ｓ２を用いて２個の磁石成形体を同時に成形する、いわゆる２個取りを行った。

（１）基本構造
先ず、磁場中成形装置Ｓ２の前提となる磁場中成形装置Ｓｏ（以下適宜、単に「装置Ｓｏ」という。）の基本構造を図１Ａ〜図１Ｄを用いて説明する。これらの図面上では、磁場中成形装置の基本構造を簡便に説明するために、敢えてキャビティ１個分について示してある。図１Ａは装置Ｓｏの平面断面図であり、図１Ｂは装置Ｓｏの縦断面図であり、図１Ｃは装置Ｓｏのキャビティ周辺の詳細断面図である。
装置Ｓｏは、金型３０と、バックヨーク４２と、電磁コイル４６と（磁場源）と、磁石原料中の樹脂を加熱軟化させる高周波誘導加熱器（図示せず）と、キャビティ内の磁石原料を加圧成形するパンチ（図示せず）とからなる。

金型３０は、中央に配設された軟磁性材からなる円柱状のコア３２と、そのコア３２の外周囲に嵌挿された強磁性超硬材からなる円筒状の第１リング３４と、その第１リング３４に外周側に第１リング３４と一定の間隙を設けて配設された強磁性超硬材からなる円筒状の第２リング３６とからなる。この第１リング３４と第２リング３６とにより、それらの間に環状のキャビティ３５が形成される。

さらに第２リング３６の外周囲には、４分割された略扇形の強磁性材からなる第１ダイス３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ（主ヨーク）と、各第１ダイス間に設けられた略扇形のステンレス等の非磁性材からなる第２ダイス４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ（非磁性部）とが配設されている。ここで第２ダイス４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが第２リング３６と接触する円弧長はそれぞれ、第１ダイス３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄが第２リング３６と接触する円弧長よりも十分に短く設定してある。前述した金型３０は、コア３２、第１リング３４および第２リング３６の他に、そのような第１ダイス３８および第２ダイス４０をも加わって構成される。

金型３０の外周囲には、第１ダイス３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄのそれぞれと磁気的に接続され磁気回路を構成する環状のバックヨーク４２が配設されている。第１ダイス３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄとバックヨーク４２とは、略扇形のヨークピース４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄによりそれぞれ磁気的に接続されている。

電磁コイル４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、ヨークピース４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄのそれぞれにより区画形成されたスペース４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄに巻回されてなる。例えば、隣接する２つのスペース４４ａ、４４ｂ間に、その間のヨークピース４３ａを内包するように電磁コイル４６ａが巻回される。巻回された電磁コイル４６へ供給される電流の向きの一例を図１Ｄに示した。図中、Ｘ印は電流が紙面の表側から裏側へ流れることを示し、●印は電流が紙面の裏側から表側へ流れることを示す。ちなみに、電磁コイル４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの導線に流れる電流の向きを変化させることで、発生磁場の方向を変化させることができる。電流の向きは各電磁コイルの巻回方向によって調整されるか、電源の電極への接続方向をかえることで調整される。

図１Ｄに示すような向きの電流を電磁コイル４６に流した場合、同図中に示すような電磁極１〜４が形成され、同図中に破線で示すような主たる磁気ループが形成される。そして、具体的には円環状のキャビティ３５内を通過する図１Ｃに示すような磁力線が形成される。
この磁場が印加される状況下で前述した加熱配向工程を行うと、上下左右略対称な４つの配向部でセミラジアル配向した磁石成形体が得られる。なお、図１Ｃに示すように、磁力線が大きく変化する遷移区間によって、４つの配向部が形成される。
ここで配向とは、磁場配向のことであり、異方性磁石粉末の磁化容易軸を所定の方向へ配列させるために、その方向へ配向磁場を印加することによって、異方性磁石粉末の磁化容易軸をその磁場の方向へ沿うように回転させることをいう。セミラジアル配向とは、希土類異方性ボンド磁石中の異方性磁石粉末（群）を、配向磁場によってセミラジアル分布をもつように配向させることをいう。また、セミラジアル分布とは、希土類異方性ボンド磁石中の異方性磁石粉末（群）が、磁極の主極部では円筒側面の法線方向に異方性磁石粉末の磁化容易軸をもっており、磁極と磁極の間の遷移区間では異方性磁石粉末の磁化容易軸が磁極の中立点に近づくに連れて徐々に磁石の円筒側面の周回接線方向を向き、中立点では円筒側面の周回接線方向となり、中立点が遠ざかるに連れて徐々に円筒側面の法線方向となる円筒状の希土類異方性ボンド磁石中の異方性磁石粉末（群）の磁化容易軸の分布をいう。磁化容易軸がすべてラジアル（放射状）方向に向いていない点（つまり、向きが一律でなく場所によって変化する点）で、一般的にいわれるラジアル配向と異なる。

こうして得られた磁石成形体を着磁すれば、例えば、ヨークピース４３ａに対応して形成された配向部の円筒内表面にＳ極が現れ、ヨークピース４３ｂに対応して形成された配向部の円筒内表面にＮ極が現れる。同様に、ヨークピース４３ｃに対応して形成された配向部の円筒内表面にＳ極が現れ、ヨークピース４３ｄに対応して形成された配向部の円筒内表面にＮ極が現れる。こうして、電機子（アーマチャ）へ磁束を供給する４極ＤＣブラシモータ用界磁磁石が得られることとなる。

（２）複数個取り構造
上述の基本構造を踏まえて、一度の加熱配向工程で２個のリング状の磁石成形体を得ることができる本実施例の磁場中成形装置Ｓ２の構造について、順を追って説明する。
先ず、前述した金型３０、バックヨーク４２、電磁コイル４６等に相当する金型３０１、３０２、バックヨーク４２１、４２２、電磁コイル４６１、４６２等からなる１個取り用の磁場中成形装置Ｓ１１、Ｓ１２を単に並列させた場合を図２Ａに示した。この場合、図２Ａから明らかなように、隣接するキャビティ３５１、３５２間の距離が延び、バックヨーク４２１、４２２間に無駄なスペースが形成されてしまい、装置の小型化を図れない。

そこで図２Ｂに示すように、そのキャビティ間距離を短縮させるために、バックヨーク４２１、４２２を単純に狭幅させると、磁気通路となるバックヨーク４２１、４２２のバックヨーク連結部４２３が狭くなる。このため、そのバックヨーク連結部４２３で飽和磁束に到達してしまい、結局、ダイス３８、ヨーク５０１を介してバックヨーク連結部４２３に接続しているキャビティの極へ十分な配向磁場を印加できない。その結果、印加される配向磁場の強さがキャビティの極によって不均一となる。
そこで本実施例では、図３に示すように、隣接するキャビティＣ１、Ｃ２を構成する第１リング２１、２２間に、強磁性材からなる中間ヨーク１１を設け、その中間ヨーク１１のキャビティＣ１側およびキャビティＣ２側の両方で、電磁コイル１３を同じ向きに電流を流すと共に、キャビティＣ１、Ｃ２を共に包囲する略方形環状のバックヨーク１２を設けた。

これにより、電磁コイル１３で生じた起磁力は、磁芯を兼ねる中間ヨーク１１を介して、主たる磁気方向が同一の配向磁場（中間配向磁場）となって、キャビティＣ１、Ｃ２へ印加される。なお、この中間配向磁場による配向は、キャビティＣ１、Ｃ２のそれぞれの配向部に作用するため、電磁コイル１３の起磁力は中間配向磁場以外の部分（例えば、外周囲）における電磁コイルの起磁力の略２倍としてある。ここで、磁場中成形装置Ｓ２の全電磁コイルに電流源（図示せず）から供給される電流が等しい場合（例えば、各電磁コイルが直列されている場合）なら、電磁コイル１３における巻き数をその他の部分の略２倍とすればよい。そして本実施例のような４極リング状ボンド磁石へ配向する場合、電磁コイル１３へ流す電流の向きは図３に示すようにすればよい。なお、図３に示した磁場中成形装置Ｓ２の構成部材であって、図１Ａ〜図１Ｄに示した磁場中成形装置Ｓｏの構成部材と基本的な構造や機能を共通にするものは、その説明を省略した。

（３）評価
本実施例に係る磁場中成形装置Ｓ２を用いて得られたリング状ボンド磁石一個（極１〜極４）の磁気特性と、図２Ａに示す磁場中成形装置Ｓ１１（磁場の干渉しない従来の磁場中成形装置を、単純に２台並べた場合）および図２Ｂに示す磁場中成形装置Ｓ１３を用いて得られたリング状ボンド磁石一個（極１〜極４）の磁気特性とを測定した結果を図４に併せて示した。なお、ここで測定した磁気特性は、リング状ボンド磁石の表面磁束密度のラジアル成分の角度分布である。また、図４に示した磁束密度は相対値であり、基準としたのは磁場中成形装置Ｓ１１を用いて得られたリング状ボンド磁石の各極における磁束変化である。図４中には、この基準となる磁束変化を磁束カーブａとし、その磁束カーブａの極大値および極小値を±１として示した。図４からも明らかなように、磁束カーブａは磁束密度分布が各極で均一な特性となっている。
磁場中成形装置Ｓ１３を用いて得られたリング状ボンド磁石の磁束変化を磁束カーブｂとして示した。この場合、バックヨーク連結部４２３が狭いために、その部分で配向磁場が飽和磁束に到達して、極３から出て極４へ入る磁気ループおよび極３から出て極２へ入る磁気ループ（を通過する磁束）が弱くなってしまう。その結果、極３に対応するキャビティ部分における磁場強さが極端に弱くなり、また、極４および極２に対応するキャビティ部分における磁場強さも弱くなり、それらの部分で十分な配向をさせることができない。つまり、磁場中成形装置Ｓ１３を用いて複数個取りしようとした場合、従来の磁場中成形装置Ｓ１１などで１個取りしていた場合と同等な配向磁場を出力させることはできない。より具体的にいえば、磁束カーブｂと磁束カーブａとを対比すれば明らかなように、磁束カーブｂの磁束密度のピーク値は、磁束密度ａの磁束密度のピーク値に対して、極３で約５０％程度にまで低下し、また、極２および極４で約７５％程度までに低下する。従って、磁場中成形装置Ｓ１３を用いて得られたリング状ボンド磁石をモータに使用した場合、そのモータのトルクは大幅に低下するとともに磁束密度の不均一性に基づくコギングトルクも増大して好ましくない。
これらに対して本実施例の磁場中成形装置Ｓ２を用いて得られたリング状ボンド磁石の場合、その磁束変化を示した磁束カーブｃからもわかるように、従来の磁場中成形装置Ｓ１１などで１個取りしていた場合（磁束カーブａ）と同等な配向磁場が出力されていたことが解る。これは磁場中成形装置Ｓ１３を用いた場合と異なり、磁気通路に狭い部分がないため、配向磁場を印加した際に、磁気ループ上に磁束が弱められる部分がなかったためである。

（４）他の実施例
図５に、一度の加熱配向工程でさらに４個の磁石成形体を得ることができる磁場中成形装置Ｓ３を示した。図５中に示した破線は磁気ループであり、隣接して平行に伸びる磁気ループは、磁気方向が同一であることを示す。また、図５に示した磁場中成形装置Ｓ３と同様に、一度の加熱配向工程で４個の磁石成形体を得ることができる別の磁場中成形装置Ｓ４を図６に示した。

磁場中成形装置Ｓ３はキャビティが上下左右に均等配置されて４個（２ｘ２個）取りできるものであったが、磁場中成形装置Ｓ３は、キャビティが上下１段で左右に４列配置されて４個（１ｘ４個）取りできるものである。図６中に示した破線も磁気ループであり、隣接して平行に伸びる磁気ループは、磁気方向が同一であることを示す。
さらに、複数個取りできる磁場中成形装置は、各キャビティの配置が直線的または方形的な場合に限られない。隣接するキャビティ間に配設した中間ヨークに発生させる磁場の磁気方向が同一の配向磁場（中間配向磁場）となっている限り、各キャビティの配置は三角形的、六角形的等でもよい。

Claims (4)

1. 中心軸を平行にして隣接配置された少なくとも二つの円筒状のキャビティへ一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる磁石原料を充填する充填工程と、
   該充填工程後の磁石原料を前記樹脂の軟化点以上の温度に加熱して該樹脂を軟化状態または溶融状態としつつ配向磁場を印加して前記希土類異方性磁石粉末をセミラジアル分布へ配向させる加熱配向工程と、
   該加熱配向工程後にまたは該加熱配向工程と併行して配向された前記磁石原料を加圧成形してセミラジアル分布へ配向された少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体を得る成形工程と、
   該磁石成形体を着磁して磁化された前記配向部を磁極とする着磁工程と、
   を備える希土類異方性ボンド磁石の製造方法であって、
   前記加熱配向工程は、前記隣接するキャビティの対向する配向部間で印加される中間配向磁場の主たる磁気方向が同一であることを特徴とする希土類異方性ボンド磁石の製造方法。
2. 中心軸を平行にして隣接配置された少なくとも二つの円筒状のキャビティへ一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる磁石原料を充填する充填工程と、
   該充填工程後の磁石原料を前記樹脂の軟化点以上の温度に加熱して該樹脂を軟化状態または溶融状態としつつ配向磁場を印加して前記希土類異方性磁石粉末をセミラジアル分布へ配向させる加熱配向工程と、
   該加熱配向工程後にまたは該加熱配向工程と併行して配向された前記磁石原料を加圧成形してセミラジアル分布へ配向された少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体を得る成形工程と、
   を備える磁石成形体の配向処理方法であって、
   前記加熱配向工程は、前記隣接するキャビティの対向する配向部間で印加される中間配向磁場の主たる磁気方向が同一であることを特徴とする磁石成形体の配向処理方法。
3. 中心軸を平行にして隣接配置された少なくとも二つの円筒状のキャビティおよび該キャビティの内周側に磁心となるコアと、
   非磁性部を介在させて少なくとも４以上に分割され、該キャビティの外周側に略環状に配置された磁性材からなる主ヨークと、
   該キャビティへ充填される一種以上の希土類異方性磁石粉末とバインダである樹脂とからなる磁石原料を該樹脂の軟化点以上の温度に加熱して該樹脂を軟化状態または溶融状態にできる加熱器と、
   該キャビティへ充填された磁石原料へ前記主ヨークから配向磁場を印加できる磁場源と、
   前記キャビティに充填された磁石原料を加圧するパンチとを備え、
   セミラジアル分布へ配向された少なくとも４以上の配向部を円筒側面に有する円筒状の磁石成形体を得ることができる磁場中成形装置であって、
   さらに、前記隣接するキャビティ間に配設された前記主ヨークを磁気的に連結する磁性材からなる中間ヨークを備え、該中間ヨークを介して前記隣接するキャビティの対向する配向部間に主たる磁気方向を同一とする中間配向磁場を印加できることを特徴とする磁場中成形装置。
4. 前記磁場源は、該中間ヨークの周囲に巻回された中間電磁コイルと、該中間電磁コイルへ一定方向の電流を供給する電流源とを有する請求項３に記載の磁場中成形装置。

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