JP4622536B2 - ラジアル磁気異方性磁石モータ - Google Patents

Description

本発明は鉄心との空隙に強い静磁界が発生し得る環状のラジアル磁気異方性多極着磁磁石を搭載した永久磁石型モータに関し、更に詳しくは、当該モータの高出力化、或いは出力特性を保ちながら薄型化などを図るに際し、且つ当該空隙磁束密度分布を正弦波状に近づけ、モータの回転に伴うトルク脈動を低減して滑らかな駆動特性を得る技術に関する。これにより、モータの薄型化、小型化、高出力化、低振動騒音化や位置制御性などに優れたラジアル磁気異方性磁石モータを提供できる。

メルトスパンで得られるＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ、αＦｅ／Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ、Ｆｅ₃Ｂ／Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石材料の形態はリボンなどの薄帯や、それを粉砕したフレーク状の粉末に制限される。このため、一般に使用されるバルク状永久磁石とするには材料形態の変換、つまり何らかの方法で薄帯や粉末を特定のバルクに固定化する技術が必要となる。粉末冶金学における基本的な粉末固定手段は常圧焼結であるが、当該リボンは準安定状態に基づく磁気特性を維持する必要があるため常圧焼結の適用は困難である。そのため、もっぱらエポキシ樹脂のような結合剤で特定形状のバルクに固定化することが行われた。例えば、Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅらは（ＢＨ）_max１１１ｋＪ／ｍ³のリボンを樹脂で固定すると（ＢＨ）_max７２ｋＪ／ｍ³の等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系ボンド磁石ができるとした［Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，Ｅ．Ｇ．Ｂｒｅｗｅｒ，Ｎ．Ａ．Ｓｃｈａｆｆｅｌ，”Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｅｄ Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−Ｉｒｏｎ−Ｂｏｒｏｎ ｍａｇｎｅｔｓ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．２１，１９５８（１９８５）］（非特許文献１参照）。

１９８６年、本発明者らは特開昭６２−１９６０５７号公報によって上記メルトスパンリボンを粉砕したＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末をエポキシ樹脂で固定した（ＢＨ）_max〜７２ｋＪ／ｍ³の小口径環状等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石が小型モータに有用であることを明らかにした（特許文献１参照）。その後、Ｔ．Ｓｈｉｍｏｄａも前記小口径環状等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系ボンド磁石の小型モータ特性をＳｍ−Ｃｏ系ラジアル異方性ボンド磁石の小型モータ特性と比較し、前者が有用であるとした［Ｔ．Ｓｈｉｍｏｄａ，”Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｒａｐｉｄ−ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｐｏｗｄｅｒ”，ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴＳ １９８８ ＵＰＤＡＴＥ”，Ｗｈｅｅｌｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅ ＩＮＣ（１９８８）］。さらに、小型モータに有用であるという報告がＷ．Ｂａｒａｎ［”Ｃａｓｅ ｈｉｓｔｏｒｉｅｓ ｏｆ ＮｄＦｅＢ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ”，Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｕｔｌｏｏｋ ｆｏｒ ＮｄＦｅＢ Ｍａｇｎｅｔｓ，Ｎｏｖ．（１９８９）］、Ｇ．Ｘ．Ｈｕａｎｇ，Ｗ．Ｍ．Ｇａｏ，Ｓ．Ｆ．Ｙｕ［”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｌｔ−ｓｐｕｎ
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｂｏｎｄｅｄ ｍａｇｎｅｔ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ−ｍｏｔｏｒ”，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ｔｈｅ １１^th Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＵＳＡ，ｐｐ．５８３−５９５（１９９０）］、Ｋａｓａｉ［”ＭＱ１，２＆３ｍａｇｎｅｔｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｏｔｏｒｓ ａｎｄ ａｃｔｕａｔｏｒｓ”，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ’９２，Ｅｍｂａｓｓｙ Ｓｕｉｔｅ Ｏ’Ｈａｒｅ−Ｒｏｓｅｍｏｎｔ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，ＵＳＡ，（１９９２）］などによってなされ、１９９０年代から、主にＯＡ、ＡＶ、ＰＣおよびその周辺機器、情報通信機器の永久磁石型モータ用途の環状磁石として、広く普及した経緯がある（非特許文献２、３，４、５参照）。

他方では、１９８０年代からメルトスピニングによる磁石材料の研究が活発に行われ、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系、Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃系、或いはそれらとαＦｅ、Ｆｅ₃Ｂ系などとの微細組織に基づく交換結合を利用したナノコンポジット材料を含め、多彩な合金組成をミクロ組織制御した材料に加え、近年ではメルトスピニング以外の急冷凝固法により、粉末形状の異なる等方性希土類磁石粉末も工業的に利用可能になっている［例えば、入山恭彦，”高性能希土類ボンド磁石の開発動向”，文部科学省イノベーション創出事業／希土類資源の有効利用と先端材料シンポジウム，東京，ｐｐ．１９−２６（２００２）、Ｂ．Ｈ．Ｒａｂｉｎ，Ｂ．Ｍ．Ｍａ，”Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｐｏｗｄｅｒ”，１２０^th Ｔｏｐｉｃａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ，ｐｐ．２３−２８（２００１）、Ｂ．Ｍ．Ｍａ，”Ｒｅｃｅｎｔ ｐｏｗｄｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｔ ｍａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ”，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２）、Ｓ．Ｈｉｒａｓａｗａ，Ｈ．Ｋａｎｅｋｉｙｏ，Ｔ．Ｍｉｙｏｓｈｉ，Ｋ．Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｙ．Ｓｈｉｇｅｍｏｔｏ，Ｔ．Ｎｉｓｈｉｕｃｈｉ，”Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ／ＦｅｘＢ−ｔｙｐｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｔｒｉｐ ｃａｓｔｉｎｇ”，９^th Ｊｏｉｎｔ ＭＭＭ／ＩＮＴＥＲＭＡＧ，ＣＡ（２００４）ＦＧ−０５］（非特許文献６、７，８，９参照）。

また、等方性でありながら（ＢＨ）_maxが２２０ｋＪ／ｍ³に達するというＤａｖｉｅｓらの報告もある［Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓ，Ｊ．Ｉ．Ｂｅｔａｎｃｏｕｒｔ，Ｃ．Ｌ．Ｈａｒｌａｎｄ，”Ｎａｎｏｐｈａｓｅ Ｐｒ ａｎｄ Ｎｄ／Ｐｒ ｂａｓｅｄ ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｉｒｏｎ−ｂｏｒｏｎ ａｌｌｏｙｓ”，Ｐｒｏｃ．ｏｆ １６^th Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｅｎｄａｉ，ｐｐ．４８５−４９５（２０００）］（非特許文献１０参照）。しかし、工業的に利用可能な急冷凝固粉末の（ＢＨ）_maxは〜１３４ｋＪ／ｍ³、等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石の（ＢＨ）_maxは略８０ｋＪ／ｍ³と見積もられる。

上記に拘らず、本発明が対象とする永久磁石型モータは電気電子機器の高性能化のもと、更なる薄型化、小型化、高出力化、低振動騒音化、或いは位置制御の高精度化などの要求が絶えない。したがって、等方性希土類ボンド磁石の磁石粉末の（ＢＨ）_maxに代表される磁気特性の改良では、もはや当該モータの高性能化に有用と言い切れなくなりつつある。よって、このような、等方性希土類ボンド磁石モータの分野では異方性希土類ボンド磁石の永久磁石型モータへの応用の必要性が高まっている［山下文敏，”希土類磁石の電子機器への応用と展望”，文部科学省イノベ−ション創出事業／希土類資源の有効利用と先端材料シンポジウム，東京，（２００２）］（非特許文献１１参照）。

ところで、異方性希土類ボンド磁石に用いるＳｍ−Ｃｏ系磁石粉末はインゴットを粉砕しても大きな保磁力Ｈ_CJが得られる。しかし、ＳｍやＣｏは資源バランスの課題が大きく、工業材料としての汎用化には馴染まない。これに対し、ＮｄやＦｅは資源バランスの観点で有利である。しかし、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ系合金のインゴットや焼結磁石を粉砕してもＨ_CJは小さい。このため、異方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末の作製に関しては、メルトスピニング材料を出発原料とする研究が先行した。

１９８９年、徳永はＮｄ₁₄Ｆｅ_80-XＢ₆Ｇａ_X（Ｘ＝０．４〜０．５）を熱間据込加工（Ｄｉｅ−ｕｐｓｅｔ）したバルクを粉砕しＨ_CJ＝１．５２ＭＡ／ｍの異方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粉末とし、樹脂で固めて（ＢＨ）_max１２７ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石を得た［徳永雅亮，”希土類ボンド磁石の磁気特性”，粉体および粉末冶金，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３
−７，（１９８８）］（非特許文献１２参照）。また、１９９１年、Ｈ．ＳａｋａｍｏｔｏらはＮｄ₁₄Ｆｅ_79.8Ｂ_5.2Ｃｕ₁を熱間圧延し、Ｈ_CJ１．３０ＭＡ／ｍの異方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粉末を作製した［Ｈ．Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｍ．Ｆｕｊｉｋｕｒａ ａｎｄ Ｔ．Ｍｕｋａｉ，”Ｆｕｌｌｙ−ｄｅｎｓｅ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｍａｇｎｅｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｈｏｔ−ｒｏｌｌｅｄ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｐｏｗｄｅｒｓ”，Ｐｒｏｃ．１１^th Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ｐｐ．７２−８４ （１９９０）］（非特許文献１３参照）。このように、ＧａやＣｕの添加で熱間加工性を向上させ、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ結晶粒径を制御して高Ｈ_CJ化した粉末が知られた。１９９１年、Ｖ．Ｐａｎｃｈａｎａｔｈａｎらは熱間加工バルクの粉砕法とし、粒界から水素を侵入させＮｄ₂Ｆｅ₁₄ＢＨ_Xとして崩壊させ、真空加熱で脱水素したＨＤ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｄｅｃｒｅｐｉｔａｔｉｏｎ）−Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子とし、（ＢＨ）_max１５０ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石とした［Ｍ．Ｄｏｓｅｒ，Ｖ．Ｐａｎｃｈａｎａｃｔｈａｎ，ａｎｄ Ｒ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ，”Ｐｕｌｖｅｒｉｚｉｎｇ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｒａｐｉｄｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｂｏｎｄｅｄ ｍａｇｎｅｔｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．７０，ｐｐ．６６０３−６８０５（１９９１）］（非特許文献１４参照）。２００１年、ＩｒｉｙａｍａはＮｄ_0.137Ｆｅ_0.735Ｃｏ_0.067Ｂ_0.055Ｇａ_0.006を同法で３１０ｋＪ／ｍ³の粒子とし、（ＢＨ）_max１７７ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石に改良した［Ｔ．Ｉｒｉｙａｍａ，”Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ＮｄＦｅＢ ｍａｇｎｅｔｓ ｍａｄｅ
ｆｒｏｍ ｈｏｔ−ｕｐｓｅｔ ｐｏｗｄｅｒｓ”，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔ ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２）］（非特許文献１５参照）。

一方、ＴａｋｅｓｈｉｔａらはＮｄ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂインゴットを水素中熱処理し、Ｎｄ₂（Ｆｅ，Ｃｏ）₁₄Ｂ相の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｎｄ₂［Ｆｅ，Ｃｏ］₁₄ＢＨｘ）、６５０〜１０００℃で相分解（Ｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＮｄＨ₂＋Ｆｅ＋Ｆｅ₂Ｂ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）するＨＤＤＲ法を提案し［Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ，ａｎｄ Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ，”Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｍａｇｎｅｔ ｐｏｗｄｅｒｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”，Ｐｒｏｃ．１０^th Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｋｙｏｔｏ，ｐｐ．５５１−５６２（１９８９）］、１９９９年にはＨＤＤＲ−Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子から（ＢＨ）_max１９３ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石を作製した［Ｋ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ，Ｋ．Ｍｏｒｉ，Ｋ．Ｉｇａｒａｓｈｉ，Ｙ．Ｉｓｈｉｉ，Ｍ．Ｉｔａｋｕｒａ，Ｎ．Ｋｕｗａｎｏ，Ｋ．Ｏｋｉ，”Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ−ｂａｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｗｄｅｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｒｅｍａｎｅｎｃｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＨＤＤＲ ｐｒｏｃｅｓｓ”，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３２５３−３２５５（１９９９）］（非特許文献１６、１７参照）。

２００１年には、ＭｉｓｈｉｍａらによってＣｏ−ｆｒｅｅのｄ−ＨＤＤＲ Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子が報告され［Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｎ．Ｈａｍａｄａ，Ｈ．Ｍｉｔａｒａｉ，ａｎｄ Ｙ．Ｈｏｎｋｕｒａ，”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｃｏ−ｆｒｅｅ ＮｄＦｅＢ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｍａｇｎｅｔ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｄ−ＨＤＤＲ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｐｏｗｄｅｒ”，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３７，ｐｐ．２４６７−２４７０（２００１）］、Ｎ．Ｈａｍａｄａらは（ＢＨ）_max３５８ｋＪ／ｍ³の同ｄ−ＨＤＤＲ異方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子を１５０℃、２．５Ｔの配向磁界中、０．９ＧＰａで圧縮し、密度６．５１Ｍｇ／ｍ³、（ＢＨ）_max２１３ｋＪ／ｍ³の立方体（７ｍｍ×７ｍｍ×７ｍｍ）異方性ボンド磁石を作製している［Ｎ．Ｈａｍａｄａ
，Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｈ．Ｍｉｔａｒａｉ ａｎｄ Ｙ．Ｈｏｎｋｕｒａ，”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ｍａｇｎｅｔ ｗｉｔｈ ２７ＭＧＯｅ”ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３９，ｐｐ．２９５３−２９５６（２００３）］（非特許文献１８、１９参照）。しかし、立方体磁石は、一般の永久磁石型モータには適合しない。例えば、肉厚１ｍｍ程度の環状、或いは円弧状の磁気異方性磁石として永久磁石型モータへの形状対応力を高める必要がある。

一方、２００１年、ＲＤ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）−Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末を用いた（ＢＨ）_max〜１１９ｋＪ／ｍ³の射出成形ボンド磁石が報告された［川本淳，白石佳代，石坂和俊，保田晋一，”１５ＭＧＯｅ級ＳｍＦｅＮ射出成形コンパウンド”，電気学会マグネティックス研究会，（２００１）ＭＡＧ−０１−１７３］（非特許文献２０参照）。２００２年、Ｏｈｍｏｒｉにより（ＢＨ）_max３２３ｋＪ／ｍ³の耐候性付与ＲＤ−Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末を使用した（ＢＨ）_max１３６ｋＪ／ｍ³の射出成形異方性希土類ボンド磁石も報告された［Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ，”Ｎｅｗ ｅｒａ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ＳｍＦｅＮ ｍａｇｎｅｔｓ”，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔ ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２）］（非特許文献２１参照）。このような射出成形ラジアル異方性による（ＢＨ）_max８０ｋＪ／ｍ³の異方性Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃ボンド磁石を応用した表面磁石（ＳＰＭ）ロータを用いることで、フェライト焼結磁石モータに対して高効率化を実現した報告もある［松岡篤，山崎東吾，川口仁，”送風機用ブラシレスＤＣモータの高性能化検討”，電気学会回転機研究会，（２００１）ＲＭ−０１−１６１］（非特許文献２２参照）。

しかし、ラジアル配向磁界は成形型リングキャビティが小口径化（或いは、長尺化）すると、起磁力の多くが漏洩磁束として消費されるため配向磁界が減少する。したがって、配向度の低下に伴って、ボンド磁石や焼結磁石に拘らず小口径化に伴って（ＢＨ）_maxが減少する［例えば、清水元治，平井伸之，”Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結型異方性リング磁石”，日立金属技報，Ｖｏｌ．６，ｐｐ．３３−３６（１９９０）］（非特許文献２３参照）。また、均質なラジアル磁界の発生は困難で等方性ボンド磁石に比べて生産性が低い課題もある。

しかし、仮に半径方向の磁気特性が形状に依存せず、均質配向が可能で、且つ高い生産性が実現できれば永久磁石型モータの高性能化に有用な高（ＢＨ）_maxラジアル磁気異方性磁石の普及が期待される。そこで、本発明者らは、結合剤と磁石粉末とのコンパウンドを圧縮成形し、自己組織化後に形成した結合剤の架橋間巨大分子鎖を機械的に延伸し、面垂直磁気異方性薄板磁石全体の可撓性を制御し、その可撓性を利用して、磁気異方性の方向を垂直方向からラジアル方向に転換するラジアル磁気異方性磁石の作製技術、並びにその磁気特性を開示した［Ｆ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，Ｓ．Ｔｓｕｔｓｕｍｉ，Ｈ．Ｆｕｋｕｎａｇａ，”Ｒａｄｉａｌｌｙ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｒｉｎｇ− ｏｒ Ａｒｃ−Ｓｈａｐｅｄ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．４ ｐｐ．２０５９−２０６４（２００４）］（非特許文献２４参照）。これにより、小口径化（或いは、長尺化）してもラジアル方向の磁気特性が、殆ど低下しないラジアル磁気異方性磁石が製造できるようになった。
特開昭６２−１９６０５７号公報 Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，Ｅ．Ｇ．Ｂｒｅｗｅｒ，Ｎ．Ａ．Ｓｃｈａｆｆｅｌ，"Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｅｄ Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−Ｉｒｏｎ−Ｂｏｒｏｎ ｍａｇｎｅｔｓ"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．２１，１９５８（１９８５） Ｔ．Ｓｈｉｍｏｄａ，"Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｒａｐｉｄ−ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｐｏｗｄｅｒ"，ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴＳ １９８８ ＵＰＤＡＴＥ"，Ｗｈｅｅｌｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅ ＩＮＣ（１９８８） Ｗ．Ｂａｒａｎ"Ｃａｓｅ ｈｉｓｔｏｒｉｅｓ ｏｆ ＮｄＦｅＢ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ"，Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｕｔｌｏｏｋ ｆｏｒ ＮｄＦｅＢ Ｍａｇｎｅｔｓ，Ｎｏｖ．（１９８９） Ｇ．Ｘ．Ｈｕａｎｇ，Ｗ．Ｍ．Ｇａｏ，Ｓ．Ｆ．Ｙｕ"Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｌｔ−ｓｐｕｎ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｂｏｎｄｅｄ ｍａｇｎｅｔ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ−ｍｏｔｏｒ"，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ｔｈｅ １１th Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＵＳＡ，ｐｐ．５８３−５９５（１９９０） Ｋａｓａｉ"ＭＱ１，２＆３ｍａｇｎｅｔｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｏｔｏｒｓ ａｎｄ ａｃｔｕａｔｏｒｓ"，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ’９２，Ｅｍｂａｓｓｙ Ｓｕｉｔｅ Ｏ’Ｈａｒｅ−Ｒｏｓｅｍｏｎｔ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，ＵＳＡ，（１９９２） 入山恭彦，"高性能希土類ボンド磁石の開発動向"，文部科学省イノベーション創出事業／希土類資源の有効利用と先端材料シンポジウム，東京，ｐｐ．１９−２６（２００２） Ｂ．Ｈ．Ｒａｂｉｎ，Ｂ．Ｍ．Ｍａ，"Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｐｏｗｄｅｒ"，１２０th Ｔｏｐｉｃａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ，ｐｐ．２３−２８（２００１） Ｂ．Ｍ．Ｍａ，"Ｒｅｃｅｎｔ ｐｏｗｄｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｔ ｍａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ"，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２） Ｓ．Ｈｉｒａｓａｗａ，Ｈ．Ｋａｎｅｋｉｙｏ，Ｔ．Ｍｉｙｏｓｈｉ，Ｋ．Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｙ．Ｓｈｉｇｅｍｏｔｏ，Ｔ．Ｎｉｓｈｉｕｃｈｉ，"Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ／ＦｅｘＢ−ｔｙｐｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｔｒｉｐ ｃａｓｔｉｎｇ"，９th Ｊｏｉｎｔ ＭＭＭ／ＩＮＴＥＲＭＡＧ，ＣＡ（２００４）ＦＧ−０５ Ｈ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓ，Ｊ．Ｉ．Ｂｅｔａｎｃｏｕｒｔ，Ｃ．Ｌ．Ｈａｒｌａｎｄ，"Ｎａｎｏｐｈａｓｅ Ｐｒ ａｎｄ Ｎｄ／Ｐｒ ｂａｓｅｄ ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｉｒｏｎ−ｂｏｒｏｎ ａｌｌｏｙｓ"，Ｐｒｏｃ．ｏｆ １６th Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｅｎｄａｉ，ｐｐ．４８５−４９５（２０００） 山下文敏，"希土類磁石の電子機器への応用と展望"，文部科学省イノベ−ション創出事業／希土類資源の有効利用と先端材料シンポジウム，東京，（２００２） 徳永雅亮，"希土類ボンド磁石の磁気特性"，粉体および粉末冶金，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３−７，（１９８８） Ｈ．Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｍ．Ｆｕｊｉｋｕｒａ ａｎｄ Ｔ．Ｍｕｋａｉ，"Ｆｕｌｌｙ−ｄｅｎｓｅ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｍａｇｎｅｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｈｏｔ−ｒｏｌｌｅｄ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｐｏｗｄｅｒｓ"，Ｐｒｏｃ．１１th Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ｐｐ．７２−８４ （１９９０） Ｍ．Ｄｏｓｅｒ，Ｖ．Ｐａｎｃｈａｎａｃｔｈａｎ，ａｎｄ Ｒ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ，"Ｐｕｌｖｅｒｉｚｉｎｇ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｒａｐｉｄｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｂｏｎｄｅｄ ｍａｇｎｅｔｓ"，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．７０，ｐｐ．６６０３−６８０５（１９９１） Ｔ．Ｉｒｉｙａｍａ，"Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ＮｄＦｅＢ ｍａｇｎｅｔｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｈｏｔ−ｕｐｓｅｔ ｐｏｗｄｅｒｓ"，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔ ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２） Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ，ａｎｄ Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ，"Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ ｍａｇｎｅｔ ｐｏｗｄｅｒｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ"，Ｐｒｏｃ．１０th Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ Ｍａｇｎｅｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｋｙｏｔｏ，ｐｐ．５５１−５６２（１９８９） Ｋ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｒ．Ｎａｋａｙａｍａ，Ｋ．Ｍｏｒｉ，Ｋ．Ｉｇａｒａｓｈｉ，Ｙ．Ｉｓｈｉｉ，Ｍ．Ｉｔａｋｕｒａ，Ｎ．Ｋｕｗａｎｏ，Ｋ．Ｏｋｉ，"Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ−ｂａｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｗｄｅｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｒｅｍａｎｅｎｃｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＨＤＤＲ ｐｒｏｃｅｓｓ"，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３２５３−３２５５（１９９９） Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｎ．Ｈａｍａｄａ，Ｈ．Ｍｉｔａｒａｉ，ａｎｄ Ｙ．Ｈｏｎｋｕｒａ，"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｃｏ−ｆｒｅｅ ＮｄＦｅＢ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｍａｇｎｅｔ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｄ−ＨＤＤＲ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｐｏｗｄｅｒ"，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３７，ｐｐ．２４６７−２４７０（２００１） Ｎ．Ｈａｍａｄａ，Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｈ．Ｍｉｔａｒａｉ ａｎｄ Ｙ．Ｈｏｎｋｕｒａ，"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ｍａｇｎｅｔ ｗｉｔｈ ２７ＭＧＯｅ"ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３９，ｐｐ．２９５３−２９５６（２００３） 川本淳，白石佳代，石坂和俊，保田晋一，"１５ＭＧＯｅ級ＳｍＦｅＮ射出成形コンパウンド"，電気学会マグネティックス研究会，（２００１）ＭＡＧ−０１−１７３ Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ，"Ｎｅｗ ｅｒａ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｂｏｎｄｅｄ ＳｍＦｅＮ ｍａｇｎｅｔｓ"，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔ ２００２，Ｃｈｉｃａｇｏ（２００２） 松岡篤，山崎東吾，川口仁，"送風機用ブラシレスＤＣモータの高性能化検討"，電気学会回転機研究会，（２００１）ＲＭ−０１−１６１ 清水元治，平井伸之，"Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結型異方性リング磁石"，日立金属技報，Ｖｏｌ．６，ｐｐ．３３−３６（１９９０） Ｆ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，Ｓ．Ｔｓｕｔｓｕｍｉ，Ｈ．Ｆｕｋｕｎａｇａ，"Ｒａｄｉａｌｌｙ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｒｉｎｇ− ｏｒ Ａｒｃ−Ｓｈａｐｅｄ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．４ ｐｐ．２０５９−２０６４（２００４）

例えば、自己組織化した結合剤を含む（ＢＨ）_max＝１６２ｋＪ／ｍ³、厚さ０．９７ｍｍの薄板状の異方性希土類ボンド磁石を非等方的に延伸し、内半径３．５５ｍｍ、外半径３．６５ｍｍ、最大肉厚０．８８ｍｍ、長さ１０ｍｍの円弧状とする。この磁石を４ＭＡ／ｍのパルス磁界で磁化したときの磁束は（ＢＨ）_max７２ｋＪ／ｍ³の等方性Ｎｄ₂Ｆｅ_1
4Ｂボンド磁石の磁束量に対して１．５３倍となり、永久磁石型モータの起動トルクを１．４倍以上高める。しかしながら、モータの回転に伴うトルク脈動も１５倍以上に増大する欠点がある。

仮に、磁石形状と鉄心を含む磁気回路の構成が同じであれば、鉄心と磁石との空隙磁束密度は概ね磁石の（ＢＨ）_maxの比の平方根に比例するから、等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石を使用した永久磁石型モータの高出力化、或いは、薄型軽量化が可能となる。しかしながら、反面、高（ＢＨ）_maxのラジアル磁気異方性磁石モータは多極着磁した磁極間で略１８０度の磁化反転が起こる。従って、鉄心と磁石との空隙磁束密度分布は矩形波状となる。

一方、本発明で比較対象とする等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石は多極着磁の際、多極着磁した環状磁石の各磁極中心に磁化が集中するような磁化パターンとなり、磁極間ではラジアル方向磁化ではなく、面内方向の磁化成分が増す。このため、鉄心と磁石との空隙磁束密度分布は擬似正弦波状となる。

上記のように、ラジアル磁気異方性磁石モータは等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石モータに比べて略１．４倍の高出力化や３０％程度の薄型軽量化が期待できるものの、強い静磁界と矩形波状の空隙磁束密度分布はモータの回転に伴うトルク脈動を必然的に増加させる。トルク脈動とは磁石と対向する鉄心外周表面に、電磁巻線を配置する固定子と組み合わせるモータの構造上、磁石との対向面の鉄心にはティ−スとスロットが必須となる。このため、モータの回転に伴ってパ−ミアンス係数Ｐｃが必然的に変化するためのトルク脈動である。

加えて、上記のような円弧状磁石では、１）磁石の内外周曲率半径を偏心させて磁極中心と磁極間とを不等肉厚とする。２）磁石の磁極間に相当する周方向両端面の角を落して不等肉厚とするなど、磁石の形状（パーミアンス）を変えることで鉄心と円弧状磁石の空隙磁束密度分布を正弦波状に近づけることが可能である。（例えば、中省吾「小型モータにおける永久磁石の応用」，小型モータ技術シンポジウム予稿集，ｐ７，昭５８年）。

しかしながら、環状磁石に多極着磁を施す場合には円弧状磁石のような研削加工などの手段で磁石形状（パーミアンス）を正確に変えることは困難な場合が多い。したがって、軸方向基準で鉄心、または磁石の磁極の何れかをスキューするのが普通である。しかし、鉄心、或いは磁石の軸方向距離が例えば約１ｍｍまで薄型化するとなると軸方向基準としたスキューが困難となる。すなわち、高（ＢＨ）_maxのラジアル磁気異方性磁石モータは出力的には薄型化が可能であるが、磁石の偏肉化や磁極スキューなど従来技術の組み合わせによって鉄心と磁石との空隙磁束密度を正弦波状に近づけることが実質的に困難となる。

本発明は磁極中心部分で発生する鉄心との空隙部分の静磁界の強さを保つことでモータの出力特性の低下を抑制しながら、鉄心と磁石との空隙磁束密度分布を正弦波状に近づけることにより、トルク脈動を低減し、低振動騒音、或いは位置制御精度の低下を抑制し得るラジアル磁気異方性磁石モータの提供を目的とする。とくに、出力特性を維持しつつ薄型化が望まれる各種記録媒体のスピンドル永久磁石型モータのように、磁石の偏肉化や磁極のスキュー付与など従来技術の組み合わせでは困難なものであっても、鉄心と磁石との空隙磁束密度を正弦波状に近づけることができる。

本発明は、結合剤と磁石粉末とのコンパウンドを圧縮成形して作製した垂直磁気異方性
薄板磁石を自己組織化し、架橋間巨大分子鎖を形成する。そして、垂直磁気異方性薄板磁石を多極着磁する際の磁極と磁極間とで当該磁石に含まれる架橋間巨大分子鎖の延伸率を互いに異なるように延伸加工した後、薄板磁石全体の可撓性を利用して磁気異方化の方向を垂直方向からラジアル方向に転換し、ラジアル磁気異方性磁石モータとするものである。とくに、延伸加工によって磁極の中心部分の（ＢＨ）_maxを磁極間部分に比べて高くすると共に、磁極部分と対向する鉄心との空隙距離を磁極間と鉄心との空隙距離よりも短くする構成とする。また、多極着磁を施す磁極中心部分の磁石の最大厚さを１．３５ｍｍ以下とすることや、磁石に含まれる磁石粉末が平均粒子径３−５μｍの単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末と平均粒子径７５−１５０μｍの多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子との混合で構成する。これにより、高（ＢＨ）_maxで優れたラジアル磁気異方性磁石モータのトルク脈動を抑制して、モータの薄型化、小型化、高出力化、低振動騒音化、並びに位置制御性を向上できる。

先ず、本発明にかかる磁石に好適な異方性希土類磁石粉末について説明する。

本発明で言う多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子とはＨＤＤＲ処理（水素分解／再結合）、すなわち、希土類−鉄系合金（Ｒ₂［Ｆｅ，Ｃｏ］₁₄Ｂ）相の水素化（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｒ₂［Ｆｅ，Ｃｏ］₁₄ＢＨｘ）、６５０〜１０００℃での相分解（Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＲＨ₂＋Ｆｅ＋Ｆｅ₂Ｂ）、脱水素（Ｄｅｓｏｒｐｓｉｏｎ）、再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）する、所謂ＨＤＤＲ処理などで作製した磁石粉末を言う。

ここで必須元素Ｒは、１０原子％未満では結晶構造がα−Ｆｅと同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高保磁力Ｈ_CJが得られず、３０原子％を超えるとＲリッチな非磁性相が多くなり、飽和磁化Ｊｓが低下する。よって、Ｒは１０〜３０原子％の範囲が望ましい。加えて必須元素Ｂは、２原子％未満では菱面体構造が主相となり、高い保磁力Ｈ_CJは得られず、２８原子％を超えるとＢリッチな非磁性相が多くなり、飽和磁化Ｊｓが低下する。よって、Ｂは２〜２８原子％の範囲が望ましい。

一方、必須元素Ｆｅは、６５原子％未満では飽和磁化Ｊｓが低下し、８０原子％を超えると高い保磁力Ｈ_CJが得られない。よって、Ｆｅは６５〜８０原子％が望ましい。また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することは、磁石粉末の磁気特性を損なうことなく、キュリー温度Ｔｃの上昇によって実使用温度範囲の残留磁化Ｊｒの温度係数を改善できる。しかしながら、ＣｏのＦｅ置換量が２０原子％を超えると飽和磁化Ｊｓが減少する。すなわち、Ｃｏ置換量が５〜１５原子％の範囲では、残留磁化Ｊｒが一般に増加するため、高（ＢＨ）_maxを得るには好ましい。

他方では、Ｒ、Ｂ、Ｆｅのほか、工業的生産上不可避な不純物の存在は許容できる。例えば、Ｂの一部を４重量％以下のＣ、或いはＰ、Ｓ、Ｃｕの中、少なくとも１種、合計量で２重量％以下の存在は一般的な許容範囲である。

更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｈｆのうち少なくとも１種は、当該粉末の保磁力Ｈ_CJ、減磁曲線の角型性Ｈｋ／Ｈ_CJなどの改善のために適宜添加することができる。また、組成の１０原子％〜３０原子％を占める希土類元素Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂの中、少なくとも１種、或いは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの中、少なくとも１種を含む。通常Ｒのうち１種をもって足りるが、実用上は２種以上の混合物（ミッシュメタル、シジム等）を使用することもできる。なお、このＲは工業上入手可能な範囲で製造上不可避な不純物を含有できる。

次に、本発明で言う単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末とは、例えば、特開平２−５７６６３号公報に記載される溶解鋳造法、特許第１７０２５４４１号や特開平９−１５７８０３号公報などに開示される還元拡散法より、Ｒ−Ｆｅ系合金、又はＲ−（Ｆｅ、Ｃｏ）系合金を製造し、これを窒化した後、微粉砕して得られる。微粉砕はジェットミル、振動ボールミル、回転ボールミルなど、公知の技術を適用でき、フィッシャー平均粒径で１．５μｍ以下、好ましくは１．２μｍ以下となるように微粉砕したものを言う。なお、微粉末は、発火防止などハンドリング性を向上させるため、例えば特開昭５２−５４９９８号公報、特開昭５９−１７０２０１号公報、特開昭６０−１２８２０２号公報、特開平３−２１１２０３号公報、特開昭４６−７１５３号公報、特開昭５６−５５５０３号公報、特開昭６１−１５４１１２号公報、特開平３−１２６８０１号公報等に開示されているような、湿式ないし乾式処理による徐酸化皮膜を表面に形成したものが望ましい。また、特開平５−２３０５０１号公報、特開平５−２３４７２９号公報、特開平８−１４３９１３号公報、特開平７−２６８６３２号公報や、日本金属学会講演概要（１９９６年春期大会、Ｎｏ．４４６、ｐ１８４）等に開示されている金属皮膜を形成する方法や、特公平６−１７０１５号公報、特開平１−２３４５０２号公報、特開平４−２１７０２４号公報、特開平５−２１３６０１号公報、特開平７−３２６５０８号公報、特開平８−１５３６１３号公報、特開平８−１８３６０１号公報等による無機皮膜を形成する方法など、１種以上の表面処理Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末であっても差支えない。

次に、架橋間巨大分子鎖の形成を図１の分子構造の概念図を用いて説明する。ただし、図において、Ａは磁石粉末固定成分としてのオリゴマーで、例えば、エポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ，融点７０−７６℃のノボラック型エポキシ。Ｂは架橋間巨大分子鎖を形成するポリマーで、例えば、融点８０℃，分子量４０００〜１２０００のポリアミド。Ｃはケミカルコンタクトで、例えば、融点８０〜１００℃のイミダゾール誘導体である。また、ＤはＡ，Ｂ，Ｃの架橋反応により形成した架橋間巨大分子鎖である。

本発明では、例えば、単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末３８．２０重量部、多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子５７．４４重量部にオリゴマーＡを１重量部表面被覆し、１２０〜１３０℃でポリマーＢと溶融混練したのち、室温に冷却して粗粉砕し、ケミカルコンタクトＣを０．２８重量部混合したコンパウンドを１６０℃の成形型キャビティに充填し、１．５ＭＡ／ｍ以上の平行磁界中、５０ＭＰａで圧縮成形し、１５０℃で２０ｍｉｎ程度の熱処理によって架橋間巨大分子鎖Ｄを含む厚さ１．３ｍｍ以下の垂直磁気異方性薄板磁石を作製する。

圧縮成形した厚さ１．１５ｍｍ×幅６ｍｍ×長さ６０ｍｍの熱処理前の２０℃での引張強度は約１．８ＭＰａであるが、２０ｍｉｎ熱処理したとき，加熱温度が１２０℃を越えるとケミカルコンタクトＣを中心に，オリゴマーＡ，ポリマーＢ間で架橋反応が起こり、室温での引張強度が増加し始める。そして、１５０℃で９ＭＰａを越え、１６０−２００℃では約９．５ＭＰａで飽和する。このように、最適化した熱処理によって垂直磁気異方性薄板磁石の引張強度は熱処理前の５倍以上に達する。この例では、オリゴマーＡのエポキシ基とポリマーＢのアミノ活性水素（−ＮＨＣＯ−）の直接反応もあるが、主反応はケミカルコンタクトＣ（イミダゾール誘導体）のアミノ活性水素と思われる。

上記架橋反応によって、結合剤は３次元網目構造となる。とくに、オリゴマーＡは，その極性と高い架橋密度で磁石粉末を強固に接着固定する。また、一方のポリマーＢは架橋間巨大分子鎖Ｄを形成する。そして、この架橋間巨大分子鎖Ｄが薄板磁石に含まれることによって、垂直磁気異方性薄板磁石全体の機械的な延伸が図２のように可能となる。ただし、図２において、１はロール、２は圧延によって長手方向に延伸した薄板磁石、３は延伸により薄板方向に生じる可撓性を利用して環状に巻回した薄板磁石の外観を示している
。このように、延伸による架橋間巨大分子鎖Ｄの配向は薄板磁石全体の可撓性の担い手となり、磁気異方化の方向を板に垂直からラジアル方向に転換できる源となる。

なお、上記垂直磁気異方性薄板磁石の厚さは略１．３５ｍｍ以下、相対密度９８％以上が好ましい。厚さはが１．３５ｍｍ以上であると機械的延伸の際に配向の乱れによる垂直方向の（ＢＨ）_maxの低下が大きい。また、磁石の相対密度が低下すると架橋間巨大分子鎖を形成する際、大気中で熱すると空隙量に応じて多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子の永久劣化分に相当する（ＢＨ）_maxの低下が大きくなる［三野、浅野、石垣、”異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石の開発”，住友特殊金属技報、Ｖｏｌ．１２，（１９９７）］からである。

次に、上記垂直磁気異方性薄板磁石、並びに本発明にかかる薄板磁石と、その延伸加工について図面を用いて説明する。

図３（ａ）（ｂ）は従来、並びに本発明にかかる垂直磁気異方性薄板磁石を環状磁石とし、多極着磁状態を面に展開した概念図である。図において、Ｎ，Ｓは磁極の種類、［００６］は異方性希土類磁石粉末の磁化容易軸、［００６］の矢印方向は配向、並びに磁化方向、Ｎ−Ｓ１、Ｎ−Ｓ２は磁極間、Ｂｓ１、Ｂｓ２は空隙磁束密度分布曲線である。また、図４は図３（ｂ）に示す本発明にかかる垂直磁気異方性薄板磁石の磁極間Ｎ−Ｓ２を付与する延伸加工の一例を示す概念図であり、４１は薄板磁石、４２ａと４２ｂは上下のスタンピングパンチ、４２ａ１，４２ａ２，４２ａ３は磁極間を局部的に延伸するために上スタンピングパンチ４２ａに設けた突起である。

上記薄板磁石を長手方向に均等に延伸し、延伸方向に生じる可撓性を利用して環状に巻回し、多極着磁した従来のラジアル磁気異方性磁石モータは、図３（ａ）の磁極間Ｎ−Ｓ１での００６方向のように、略１８０度の磁化反転が起こる。従って、鉄心と磁石との空隙磁束密度分布はＢｓ１のように極間での磁束密度変化が急峻となる矩形波状に近い空隙磁束密度分布となる。

本発明では、例えば圧延で延伸方向に可撓性を発現させた後、例えば、図４のように垂直磁気異方性薄板磁石の磁極と磁極間とで当該磁石に含まれる架橋間巨大分子鎖の延伸率が互いに異なるように温間スタンピングなどで局部的な延伸のための追加工を施こす。その後、磁気異方化の方向を垂直方向からラジアル方向に転換し、多極着磁したラジアル磁気異方性磁石モータとする。

上記、図４の延伸の追加工で磁極間に規則的な窪みを有する多極着磁磁石は、図３（ｂ）のように磁極の中心部分の（ＢＨ）_maxを磁極間Ｎ−Ｓ２に比べて高くなると共に、磁極の中心部分と対向する鉄心との空隙距離が磁極間Ｎ−Ｓ２よりも短い構成となる。このように、本発明にかかる垂直磁気異方性薄板磁石は磁石形状の不均化に加え、磁極間の窪みが磁化容易軸の方向を乱すことから、磁極中心に比べて磁極間の（ＢＨ）_maxが低くなる。その結果、図３（ｂ）のように磁極間Ｎ−Ｓ２部分の鉄心と磁石との空隙磁束密度分布は緩慢となり、所謂正弦波状の空隙磁束密度分布に近づくことになる。

なお、図３（ｂ）、図４では極間の片面のみ延伸の追加工を施す例を示したが、両面であっても差し支えない。また、延伸の程度はトルク脈動の水準など個々のモータ設計思想に委ねられる。

以上のように、本発明は磁極中心部分で発生する鉄心との空隙部分の静磁界の強さを保つことでモータの出力特性の低下を抑制しながら、鉄心と磁石との空隙磁束密度分布を正弦波状に近づけることにより、トルク脈動を低減し、等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石モ
ータに比べて、薄型化、小型化、高出力化が図れるとともに、当該モータの低振動騒音化、或いは位置制御精度が向上したラジアル磁気異方性磁石モータを提供することができる。とくに、出力特性を維持しつつ薄型化が望まれる各種記録媒体のスピンドル永久磁石型モータのように、磁石の偏肉化や磁極のスキュー付与など従来技術の組み合わせでは困難なものであっても、鉄心と磁石との空隙磁束密度を正弦波状に近づけることができる。

以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。ただし、本発明は実施例に限定されない。

１．薄板磁石の作製
単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末３８．２０重量部、多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子５７．４４重量部にオリゴマーＡを１重量部表面被覆し、１２０〜１３０℃でポリマーＢと溶融混練したのち、室温に冷却して粗粉砕し、ケミカルコンタクトＣを０．２８重量部混合したコンパウンドを１６０℃の成形型キャビティに充填し、１．５ＭＡ／ｍ以上の平行磁界中、５０ＭＰａで圧縮成形し、１５０℃で２０ｍｉｎ程度の熱処理によって架橋間巨大分子鎖Ｄを含む厚さ１．３ｍｍ以下の垂直磁気異方性薄板磁石を作製した。なお、得られた磁石の室温における引張強さは９．２ＭＰａであった。

ただし、多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子は合金組成Ｎｄ_12.3Ｄｙ_0.3Ｆｅ_64.7Ｃｏ_12.3Ｂ_6.0Ｇａ_0.6Ｚｒ_0.1のＨＤＤＲ処理粒子、オリゴマーＡはエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ，融点７０−７６℃のポリグリシジルエ−テル−ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ、ポリマーＢは融点８０℃、酸価１０以下、アミン価２０以下、分子量４０００〜１２０００のポリアミド粉末、ケミカルコンタクトＣは平均粒子径３μｍ、融点８０−１００℃のイミダゾール誘導体である。

２．垂直磁気異方性薄板磁石の磁気特性
図５は単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末と多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子を約４：６の重量比とした垂直磁気異方性薄板磁石、並びに従来例として単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末とポリアミドとの射出成形磁石（直径１０ｍｍ、高さ７ｍｍ）の密度と４ＭＡ／ｍパルス着磁後の（ＢＨ）_maxとの関係を示す特性図である。ただし、何れも１．５ＭＡ／ｍ以上の平行磁界中で成形加工したものである。図から明らかなように、単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末単独の射出成形磁石は密度５Ｍｇ／ｍ³以上を得ることができず、得られた（ＢＨ）_maxは１１５ｋＪ／ｍ³以下であった。これに対し、本発明例では圧縮成形に加えて多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子を混合したものであるから、磁石の体積分率が増すため密度は容易に５．７５Ｍｇ／ｍ³以上が得られる。そして、（ＢＨ）_maxも１４０ｋＪ／ｍ³以上となる。射出成形磁石では小口径（長尺）化すると漏洩磁界の増加でラジアル配向磁界が低下するため、更に（ＢＨ）_maxが低下する。しかし、本発明にかかる架橋間巨大分子鎖を含む垂直磁気異方性薄板磁石は延伸により、延伸方向の可撓性を利用して環状磁石とすると磁気異方性の方向も垂直方向からラジアル方向に転換するため、小口径（長尺）化しても（ＢＨ）_maxが殆ど同一のラジアル磁気異方性磁石が得られる。加えて、１４０ｋＪ／ｍ³以上の（ＢＨ）_maxは８０ｋＪ／ｍ³程度の既存の等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石と（ＢＨ）_maxの比の平方根が約１．３２であるから、磁石形状や磁気回路が同じであれば永久磁石型モータとして略３０％の薄型化、高出力化が可能となる。本発明は、このような環状磁石を多極着磁したラジアル磁気異方性磁石モータの鉄心と磁石との空隙磁束密度分布を正弦波状に近づけることで、モータ回転に伴うトルク脈動を抑え、モータの低振動騒音化や停止位置精度の向上を図るものである。

３．磁極間への局部延伸
本発明にかかる架橋間巨大分子鎖を含む垂直磁気異方性薄板状磁石は圧下率３〜５％程
度の圧延で延伸方向に生じる可撓性を利用して環状とし、磁気異方化の方向を面に垂直方向からラジアル方向へ転換することができる。そこで、薄板磁石を４ＭＡ／ｍパルス着磁し、圧延で一様に延伸したときに起こり得る配向の変化をサーチコイルと磁束計を用いて調べた。その結果、本発明にかかる厚さ１．３５ｍｍ以下の磁石では圧下率３〜５％程度の圧延で架橋間巨大分子鎖を延伸しても磁束が圧延前とほぼ一致する。したがって、希土類磁石粉末の圧延による（ＢＨ）_maxの変化がない状態で磁気異方性の方向を垂直方向からラジアル方向に転換できる。なお、本発明が対象とする等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石モータでは厚さ約１ｍｍの環状磁石であるから、本発明を実施する上で、磁石の厚さの制約は実質的に問題ない。

上記、厚さ１．３５ｍｍ、幅１．５ｍｍ、長さ８５ｍｍ、密度５．９Ｍｇ／ｍ³、（ＢＨ）_max１５３ｋＪ／ｍ³の垂直磁気異方性薄板磁石を１２０℃で４〜５％圧延し、長手方向に可撓性を付与した。続いて、前記圧延した垂直磁気異方性薄板磁石を、図４のように７．３３ｍｍ間隔で最大０．５ｍｍの突起群を規則的に配置した上スタンピングパンチと平面状の下スタンピングパンチに挟み込み、１３０℃、２ｋＮで加熱圧縮した。すると、上下スタンピングパンチの平坦部分で磁石全体が固定された状態で突起群に窪みが転写され、当該部分の磁石は幅方向に延伸した。このように、一度圧延によって延伸した磁石を局部的にスタンピングできる。

上記磁石を鉄フレームの内側に巻回して固定し、続いて窪み部分が磁極間となるように、１２極の多極着磁を施してロータとした。更に、スロットに電磁巻線を配置した固定子鉄心と回転軸、軸受を介して組み合わせ、本発明にかかるラジアル磁気異方性磁石モータとしたとき、起動トルク７．０７ｍＮ・ｍ、トルク脈動に基づくコギングトルクは１．０６ｍＮ・ｍであった。

一方、厚さ１．３５ｍｍ、幅１．５ｍｍ、長さ８５ｍｍ、密度５．９Ｍｇ／ｍ³、（ＢＨ）_max１５３ｋＪ／ｍ³の垂直磁気異方性薄板磁石を１２０℃で４〜５％圧延し、長手方向に可撓性を付与し、そのまま直接ラジアル磁気異方性磁石モータとしたとき、起動トルク７．１２ｍＮ・ｍ、トルク脈動に基づくコギングトルクは９．０６ｍＮ・ｍであった。更に、（ＢＨ）_max７６ｋＪ／ｍ³の等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石で同じ構成としたモータの起動トルク５．０２ｍＮ・ｍ、トルク脈動に基づくコギングトルクは０．６０ｍＮ・ｍであった。

以上のように、従来の等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石モータを基準としたとき、高（ＢＨ）_max磁石をそのまま直接使用したラジアル磁気異方性磁石モータは１．４１倍の高トルク化となるが、コギングトルクは１５倍を超えるまで増大し、滑らかなモータ回転が得られない。しかしながら、本発明にかかるラジアル磁気異方性磁石モータは１．４倍のトルク増を殆ど保ちながら、コギングトルクを１．８倍以下まで抑制できている。このように、本発明によれば、比較的簡単な追加工でラジアル磁気異方性磁石モータの出力低下を抑えながら、トルク脈動に基づくコギングトルクを大幅に削減できる。

なお、実施例ではスタンピングによって磁石の幅方向に再延伸したが、磁石の長手方向に局部的な再延伸を加えて磁極間の厚さと（ＢＨ）_maxとを規則的に減じることもできる。

本発明は、ラジアル磁気異方性磁石モータの薄型化、小型化、高出力化、低振動騒音化、位置制御性の向上に有効である。

架橋間巨大分子鎖の分子構造概念図 垂直磁気異方性薄板磁石の機械的な延伸を示す外観図 多極着磁状態を面に展開した概念図 垂直磁気異方性薄板磁石の局部延伸の構成図 密度と（ＢＨ）_maxの関係を示す特性図

符号の説明

Ａ オリゴマー
Ｂ 架橋間巨大分子鎖を形成するポリマー
Ｃ ケミカルコンタクト
Ｄ Ａ，Ｂ，Ｃの架橋反応により形成した架橋間巨大分子鎖
１ ロール
２ 圧延によって長手方向に延伸した薄板磁石
３ 延伸により薄板方向に生じる可撓性を利用して環状に巻回した薄板磁石
Ｎ−Ｓ１、Ｎ−Ｓ２ 磁極間
Ｂｓ１、Ｂｓ２ 空隙磁束密度分布曲線
４１ 薄板磁石
４２ａ、４２ｂ 上下のスタンピングパンチ
４２ａ１、４２ａ２、４２ａ３ 磁極間を局部的に延伸するために上スタンピングパンチ４２ａに設けた突起

Claims (5)

1. 垂直磁気異方性薄板磁石に含まれる架橋間巨大分子鎖の延伸率が多極着磁する磁極と磁極間とで互いに異なるように延伸加工した後、延伸方向に生じる可撓性を制御して、磁気異方性の方向を垂直方向からラジアル方向に転換し、環状磁石に多極着磁したラジアル磁気異方性磁石モータ。
2. 薄板磁石の延伸加工によって磁極部分の最大エネルギー積（ＢＨ）_maxを磁極間部分に比べて高く、且つ磁極部分と対向する鉄心との空隙距離が磁極間部分に比べて短くなるように延伸加工した構成の請求項１記載のラジアル磁気異方性磁石モータ。
3. 磁極中心の磁石の厚さが１．３５ｍｍ以下である請求項１記載のラジアル磁気異方性磁石モータ。
4. 磁石粉末が平均粒子径３−５μｍの単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃微粉末と平均粒子径７５−１５０μｍの多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ粒子との混合で構成した磁石である請求項１記載のラジアル磁気異方性磁石モータ。
5. 磁極部分の最大エネルギー積（ＢＨ）_maxが１４０ｋＪ／ｍ³以上である請求項１，２，４記載のラジアル磁気異方性磁石モータ。
   
   

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