JP4635583B2 - ラジアル異方性磁石モータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は永久磁石型モータの高出力化、高効率化の要素に関し、更に詳しくは、鉄心との空隙に強い静磁界を発生することができ、しかもトルク脈動の低減による滑らかな駆動特性、低振動、低騒音、位置制御性に優れたラジアル異方性磁石モータの製造方法に関する。

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（非特許文献１参照）。

１９８６年、本発明者らは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系ラジアル異方性希土類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（非特許文献２参照）。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年代には、主としてＯＡ、ＡＶ、ＰＣおよびその周辺機器、情報通信機器分野の永久磁石型モータの磁石として、広く普及した（非特許文献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、形状の異なる等方性希土類磁石粉末も工業的に利用できるようになっている（例えば、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（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に関しては電気電子機器の高性能化のもと、更なる小型軽量化、高出力化への要求が絶えない。したがって、等方性希土類ボンド磁石の改良では、もはや永久磁石型モータの高性能化に有用と言い切れなくなりつつある場合がある。よって、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（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。これに対し、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（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（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粉末とし、（ＢＨ）_max１５０ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石とした（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異方性粉末とし、（ＢＨ）_max１７７ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石に改良した（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、１９９９年にはＨＤＤＲ−Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末から（ＢＨ）_max１９３ｋＪ／ｍ³の異方性ボンド磁石が作製された（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磁石粉末が報告され、Ｎ．Ｈａｍａｄａらは（ＢＨ）_max３５８ｋＪ／ｍ³の同ｄ−ＨＤＤＲ異方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末を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（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、或いは円弧状の異方性希土類ボンド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磁石粉末を用いた（ＢＨ）_max〜１１９ｋＪ／ｍ³の射出成形ボンド磁石が報告された（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磁石粉末を使用した（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（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（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、磁石粉末の配向度の低下により、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、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。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、且つ高い生産性が確保できれば永久磁石型モータの高性能化に有用な異方性希土類ボンド磁石の飛躍的普及が期待される。そこで、本発明者らは、機械的な延伸が可能な結合剤成分と磁石粉末を固定する結合剤成分とをケミカルコンタクトで自己組織化する結合剤システムを利用し、前記結合剤システムと磁石粉末とのコンパウンドを圧縮成形し、自己組織化後に結合剤の機械的延伸により磁石全体に可撓性を付与し、その可撓性を利用して、ラジアル異方性ボンド磁石を作製する技術、並びにその磁気特性を開示した（非特許文献２４参照）。この技術により、小口径化（或いは、長尺化）しても半径方向の磁気特性が一定なラジアル異方性希土類ボンド磁石が製造できることが明らかになった。
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，Ｃ（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．１１thＩｎｔ．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．１０thＩｎｔ．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 ２７ ＭＧＯｅ"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−Ａｒｃ−Ｓｈａｐｅｄ Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍａｇｎｅｔｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．４ｐｐ．２０５９−２０６４（２００４）

本発明は機械的な延伸可能な結合剤成分と希土類磁石粉末を固定する結合剤成分とをケミカルコンタクトで自己組織化する結合剤システムを利用し、前記結合剤システムと磁石粉末とのコンパウンドを圧縮成形し、自己組織化後に結合剤成分の機械的延伸により磁石全体の可撓性を制御したラジアル異方性希土類ボンド磁石の作製技術に基づく。

本発明は上下パンチの少なくとも一方を非磁性部材と磁性部材とを規則的に組合せ、他を非磁性部材で構成した圧縮成形型を用い、配向磁界方向と圧縮方向とが略一致する平行磁界中で成形型キャビティ中の磁石粉末に生じる反磁界の差を利用して配向度の差を規則的に付与した厚さ１．３ｍｍ以下の薄板状希土類ボンド磁石を作製する。そして、前記磁石を機械的に延伸し、延伸方向に生じる可撓性を利用して円弧状、もしくは支持部材と共に環状磁石とする工程を必須とするラジアル異方性磁石モータの製造方法である。

とくに、上下パンチの少なくとも一方に配置する磁性部材の飽和磁化Ｂｓを１Ｔ以上とする。すると配向度の差を規則的に大きく付与した厚さ１．３ｍｍ以下の薄板状希土類ボンド磁石を作製するのに有利となる。なお、当該磁石粉末を平均粒子径７５−１５０μｍの多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末と平均粒子径３−５μｍの単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末とのハイブリッド型とするとラジアル異方性磁石モータの出力と減磁耐力の向上に効果的となる。

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の円弧状とした。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Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石の磁束量に対して１．５３倍となる。その結果、永久磁石型モータの起動トルクを１．４倍以上に高める。これは、空隙磁束密度の比が略、磁石の（ＢＨ）_maxの比の平方根に比例することによる。しかし、高（ＢＨ）_maxラジアル異方性磁石モータは振動や騒音の原因となるトルク脈動が場合によっては１０倍以上となり、モータの振動や騒音の原因となるばかりか、位置制御の精度に障害が発生する原因となることがある。

上記、トルク脈動とは当該磁石と対向する鉄心外周表面にティ−スとスロットが存在するため、回転に伴ってパ−ミアンス係数Ｐｃが変化することによる脈動である。本発明は極中心の磁力を維持してモータの出力特性の低下を抑制しながら、モータの出力特性への寄与が少ない極間の磁束変化を滑らかにすることでトルク脈動を低減し、低振動騒音、或いは位置制御を高精度化し得るラジアル異方性磁石モータの製造方法の提供を目的とする。

上下パンチの、少なくとも一方を非磁性部材と磁性部材とを規則的に組合せ、その他を非磁性部材で構成した圧縮成形型を用い、圧縮方向と配向磁界方向が略一致する平行磁界中で成形型キャビティ中の磁石粉末に生じる反磁界の差を利用して配向度の差を規則的に付与した薄板状希土類ボンド磁石を作製する工程と前記磁石を機械的に延伸し、延伸方向に生じる可撓性を利用して円弧状、もしくは支持部材と共に環状磁石とする工程とを必須とするラジアル異方性磁石モータの製造方法。

また、上記磁石の厚さが１．３ｍｍ以下であるラジアル異方性磁石モータの製造方法。

また、上記上下パンチの少なくとも一方に配置する磁性部材の飽和磁化Ｉｓが１Ｔ以上であるラジアル異方性磁石モータの製造方法。

また、上記磁石粉末が平均粒子径７５−１５０μｍの多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末と平均粒子径３−５μｍの単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末とのハイブリッド型であるラジアル異方性磁石モータの製造方法。

本発明は磁石粉末［Ａ１］に発生する反磁界Ｈｄで残留磁化Ｊｒが高い部分と低い部分とが規則的に繰り返す構成の薄板状磁石を作製する。このような、残留磁化Ｊｒが高い部分を極中心に配置し、Ｊｒが低い部分を極間に配置すると、極間での磁束変化が滑らかとなり、ラジアル異方性磁石モータのトルク脈動を抑制できる。トルク脈動の抑制はモータ駆動時の振動騒音の低減、停止位置精度の向上をもたらし、滑らかな回転と制御性に優れたラジアル異方性磁石モータが製造できる。

先ず、極中心の磁力を維持してモータの出力特性の低下を抑制しながら、モータの出力特性への寄与が少ない極間の磁束変化を滑らかにする成形技術について説明する。

本発明にかかる極間の磁束変化を滑らかにする成形技術とは、配向磁界方向と圧縮方向とが一致する平行磁界中で成形型キャビティ中の磁石粉末に生じる反磁界の差を利用して配向度の差を規則的に付与するというものである。

ここで、磁石粉末のような強磁性部材を磁化すると、強磁性部材の両側に生じる磁極によって、磁化Ｍとは逆向きの磁界Ｈｄが発生する。すなわち、磁化Ｍによって、自身の磁化Ｍを妨げる方向に反磁界Ｈｄが生じる。この反磁界Ｈｄの大きさは磁化Ｍの大きさに比例するから、Ｈｄ＝−ＮＭ（ＣＧＳ）、Ｈｄ＝−ＮＭ／μｏ（ＳＩ単位）で表される。Ｎは反磁界係数で形状に依存する無次元量である。外部から印加した磁界をＨｅｘとすると、実際に強磁性部材に印加されている磁界ＨはＨ＝Ｈｅｘ＋Ｈｄとなる。図１のような薄板状の強磁性部材において、反磁界Ｈｄを座標軸ｘ、ｙ、ｚの各成分に分けると、Ｈｄｉ＝−ＮｉＭｉ（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）と表される。このとき、反磁界係数Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎｚの間には、Ｎｘ＋Ｎｙ＋Ｎｚ＝４πという関係がある。

本発明にかかる薄板状磁石の場合は、板面に垂直方向をｚ方向とすると、板の面内方向の反磁界Ｎｘ、Ｈｙは殆ど無視してよいので、Ｎｘ＝Ｎｙ＝０で反磁界はない。しかし、薄板面に垂直方向に磁化ＭがかかるとＮｚ＝４π、反磁界は−４πＭとなる。

例えば、非磁性成形型を用いて薄板状磁石の成形型キャビティへ図１のＺ方向に相当する配向磁界Ｈｅｘを印加する。すると、キャビティ内の磁石粉末に生じた反磁界Ｈｄ＝−４πＭが、配向磁界Ｈｅｘによる磁石粉末の配向作用を減少させ、その結果、当該磁石の残留磁化Ｊｒが低下する。反磁界Ｈｄ＝−４πＭによるこの効果は、成形型キャビティ形状により異なり、上下パンチ軸方向の厚さが薄くなる程大きくなる。とくに、本発明のように１．３ｍｍ以下の磁石厚さとなると反磁界Ｈｄを抑制した場合と抑制しない場合とでは残留磁化Ｊｒに大きな差が生じることが予測される。

本発明では使用する図２に示すように、上下パンチの少なくとも一方のパンチ面に磁性部材１と非磁性部材２とを規則的に組合せ、ダイその他を非磁性部材で構成した圧縮成形型を用いる。そして、成形型キャビティ内の磁石粉末の厚さＬｃを見掛け上、厚くした部分Ｌ_Hdと薄くした部分Ｈ_Hdとを規則的に繰り返すような構成とする。このような構成では、磁石粉末［Ａ１］に発生する反磁界Ｈｄが抑制されて残留磁化Ｊｒが高いＬ_Hd部分、反磁界Ｈｄが抑制されずに、磁石粉末［Ａ１］の配向を阻害し、結果として残留磁化Ｊｒが低いＨ_Hd部分が規則的に繰り返す構成の薄板状磁石が作製できる。

具体的には磁石粉末［Ａ１］に発生する反磁界Ｈｄで磁石粉末［Ａ１］の配向を低下させないＬ_Hd部分が磁極中心位置となるように、磁性部材を配する。ここで、当該磁性部材の配向磁界方向距離Ｌｍと磁石厚さＬｃとの総和Ｌｏ＝Ｌｍ＋Ｌｃが略２０ｍｍあれば、反磁界Ｈｄを抑制することができ、磁石粉末［Ａ１］の配向低下による残留磁化Ｊｒの低下は殆どなくなる。

以上、磁極中心部分に磁性部材１、極間部分に非磁性部材２を規則的に配置した図２のような構成のパンチとすれば極間部分の残留磁化Ｊｒが低下するため、ラジアル異方性磁石モータの極間磁束密度の変化が滑らかとなり、磁束密度分布を矩形波状から正弦波状に近づけることができる。その結果、ラジアル異方性磁石モータのトルク脈動が低減し、低振動、低騒音、位置制御の高精度化が図れるのである。

なお、上下パンチの、少なくとも一方に用いる磁性部材１には、飽和磁化Ｉｓが１Ｔ以上の炭素鋼、ダイス鋼、或いはＣｏリッチな超硬合金等を用いる。ただし、磁性部材１が磁気飽和すると磁石粉末［Ａ１］に生じた反磁界Ｈｄを抑制することはできない。したがって、用いる磁性部材１は飽和磁化Ｉｓが高い部材である程、好ましい。

本発明では図２のように配向磁界Ｈｅｘと圧縮方向Ｐの方向を略一致させる。配向磁界Ｈｅｘ方向と圧縮Ｐ方向とが直交する所謂、直交磁界中成形法では、配向磁界Ｈｅｘにより生じる反磁界Ｈｄを利用して磁石粉末［Ａ１］の配向制御はできない。また、配向磁界Ｈｅｘは１．４ＭＡ／ｍ以上が好ましい。このような配向磁界Ｈｅｘを印加する方法としては、電磁石による静磁界、或いはパルス磁界を用いることができる。なお、圧縮成形圧力は１５〜５０ＭＰａとし、成形加工でのＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末の表面損傷、亀裂や破砕による新生面の発生を抑えると減磁曲線の角型性（Ｈｋ／Ｈ_CJ）の低下を抑制することができる。

次に、本発明にかかる磁石粉末［Ａ１］について説明する。

本発明にかかる磁石粉末［Ａ１］のうち、多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１
ａ］とはＨＤＤＲ処理（水素分解／再結合）、すなわち、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化学量論組成に近い希土類−鉄系合金の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処理で作製した粉末を言う。

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）を用いることもできる。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、本発明にかかる磁石粉末［Ａ１］のうち、単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］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、微粉砕することによって得られる。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、公知の技術で実施することができ、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、ｐ １８４）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磁石粉末であっても差支えない。

以上、本発明にかかる磁石は、粒子径５３μｍ以下の粉末を２０重量％以下とした平均再結晶粒径０．０５〜５０μｍのＲ₂Ｆｅ₁₄Ｂ正方晶相からなる再結晶粒の集合組織を有する多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］６０重量部以下と平均粒子径３μｍ以下の単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］４０重量部以上とした混合磁石粉末［Ａ１］を結合剤と共に５０ＭＰａ以下で圧縮成形したものである。

次に、上記磁石粉末［Ａ１］を結合剤と共に５０ＭＰａ以下で圧縮成形する際の最良の形態について図面を用いて説明する。

図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明にかかる磁石と中間材料の形態を示す概念図である。図３（ａ）において、［Ａ１ａ］は粒子径５３μｍ以下の粉末を２０重量％以下とした多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末、［Ａ１ｂ］は平均粒子径略３μｍの単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末、また、それぞれの矢印は粉末の磁化容易軸（Ｃ軸）を表している。なお、それらの磁石粉末［Ａ１］は図２（ａ）のように、それぞれ反応基質を有するオリゴマーまたはプレポリマー［Ａ２］で被覆した構成が好ましい。

一方、図３（ｂ）は磁石粉末［Ａ１］を主成分とした複合グラニュール［Ａ］の構成を示している。ここで、複合グラニュール［Ａ］の好適な構成としては、（１）当該磁石粉末［Ａ１］と延伸性高分子［Ｂ１］とを溶融混練し、冷却後、粗粉砕した［Ａ１］、［Ａ２］、及び［Ｂ１］との構成、（２）当該磁石粉末［Ａ１］と延伸性高分子［Ｂ１］と滑剤［Ｄ］とを溶融混練し、冷却後、粗粉砕した［Ａ１］、［Ａ２］、［Ｂ１］、及び［Ｄ］との構成を挙げることができ、それらは何れも溶融混練によって空隙部分を減じる。

更に、図３（ｃ）は、複合グラニュール［Ａ］にケミカルコンタクトポイント［Ｃ］を設け、化学的に結合した自己組織化構造とした概念図である。

上記、本発明にかかる磁石では、反応基質を有するオリゴマーまたはプレポリマー［Ａ２］を被覆した磁石粉末［Ａ１］と延伸性高分子［Ｂ１］とを溶融混練し、冷却後、粗粉砕した［Ａ１］、［Ａ２］、及び［Ｂ１］との構成で空隙部分を減少させた複合グラニュール［Ａ］、或いはまた［Ａ２］を被覆した磁石粉末［Ａ１］と延伸性高分子［Ｂ１］と滑剤［Ｄ］とを溶融混練し、冷却後、粗粉砕した［Ａ１］、［Ａ２］、［Ｂ１］、及び［Ｄ］との構成で空隙部分を減少させた構成の複合グラニュール［Ａ］を用いることが好ましい。とくに好ましくは、滑剤［Ｄ］はペンタエリスリトールＣ１７トリエステルとし、延伸性高分子［Ｂ１］１００重量部に対して３〜１５重量部とする。また、複合グラニュール［Ａ］、並びに前記［Ａ］と境界相［Ｂ］とにケミカルコンタクトポイント［Ｃ］を設け、延伸性と耐候性を改善する。

以上のような、複合グラニュール［Ａ］と延伸性高分子［Ｂ１］とは滑りを伴う溶融流動条件下、５０ＭＰａ以下、配向磁界Ｈｅｘ下で圧縮成形する。また、複合グラニュール［Ａ］に含まれる磁石粉末［Ａ１］は粒子径５３μｍ以下の粉末の割合を２０重量％以下としたＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］と平均粒子径３μｍ以下のＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］とし、磁石粉末［Ａ１］に占めるＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］の割合を４０重量％以上とする。

更に、［Ａ２］には、オキシラン環を有する融点７０〜１００℃のエポキシ化合物の１種または２種以上とし、延伸性高分子［Ｂ１］は融点８０〜１５０℃のポリアミド樹脂と
する。その際、ケミカルコンタクトポイント［Ｃ］は［Ａ２］、並びに［Ｂ１］の反応基質と架橋反応し得るイミダゾール誘導体［Ｃ１］が好ましい。

加えて、複合グラニュール［Ａ］に占める磁石粉末［Ａ１］の割合を９５重量％以上、厚さ１．３ｍｍ以下の薄板状で、板厚方向の異方化において磁石粉末［Ａ１］の反磁界Ｈｄによる配向の差を規則的に付与する条件下、５０ＭＰａ以下、滑りを伴う溶融流動状態で圧縮成形し、相対密度９８％以上の磁石とする。然る後、磁石全体を図３（ｃ）のように機械的に延伸し、圧延方向に生じる可撓性を利用して環状、或いはスタンピングによって部分的に延伸率を変えた円弧状磁石としてラジアル異方性磁石モータを製造する。

本発明ではＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］、またはＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］の表面にオリゴマーまたはプレポリマー［Ａ２］を被覆した磁石粉末［Ａ１］とする。具体的には、予めＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］、またはＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］とオリゴマーまたはプレポリマー［Ａ２］の有機溶媒溶液とを湿式混合、脱溶媒、解砕し、必要に応じて適宜分級する。なお、本発明で言うオリゴマーまたはプレポリマー［Ａ２］とは融点７０〜１００℃、且つ分子鎖中に少なくとも２個以上のオキシラン環を有するエポキシ化合物が好ましく、当該化合物としてはビスフェノール類とエピクロルヒドリン或は置換エピクロルヒドリンとにより得られるもの，或いはその他各種の方法によって得られるエポキシオリゴマーがある。好ましくは、（化１）の構造で示されるエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ，融点７０−７６℃のポリグリシジルエーテル−ｏ−クレゾールノボラック型エポキシオリゴマーなどを挙げることができる。

本発明にかかる延伸性高分子［Ｂ１］の融点以上で、前記［Ｂ１］とＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］、並びにＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］にオリゴマー、またはプレポリマー［Ａ２］を被覆した磁石粉末［Ａ１］を溶融混練し、粗粉砕した複合グラニュール［Ａ］はＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］とＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］とを併用し、前記［Ａ１ａ］は粒子径５３μｍ以下の粉末の割合を２０重量％以下とすると共に、［Ａ１ｂ］の割合を４０重量％以上とすることが、高（ＢＨ）_max化や高温暴露下での減磁耐力向上の観点から必要である。このような、複合グラニュール［Ａ］はロールミルや２軸押出機など加熱可能な混練装置を用いた定法手段により容易に作製できる。

一方、本発明にかかる延伸性高分子［Ｂ１］としてはホモポリアミドとしてラクタム或はアミノカルボン酸より合成されるものと、ジアミンとジカルボン酸、或はそのエステルやハロゲン化物から合成される（化２）で示されるポリアミドがある。

ただし、上式においてＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃は一般にポリメチレン基であり、Ｒ₁が−（ＣＨ₂）_m−であるものはナイロン（ｍ＋１）であり、Ｒ₂が−（ＣＨ₂）_p−、Ｒ₃が−（ＣＨ₂）_q-2あるものはナイロン−ｐ・ｑである。尚、更に第３の単量体を加えた共重合体であっても差支えない。例えば、本発明で使用できるポリアミドの例としてはナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２等のナイロン、共重合ナイロン、ブレンド品等が挙げられる。より好適に用いられる低融点ポリアミドであり、当該ポリアミドとしては、例えば融点８０〜１５０℃、酸価１０以下、アミン価２０以下、分子量４０００〜１２０００のポリアミドコポリマー、アルコール可溶性ポリアミドがある。

上記のような延伸性高分子［Ｂ１］は本発明にかかる磁石の製造段階で、軟化もしくは融解、あるいは［Ａ２］成分として好適なエポキシオリゴマーに少なくとも一部が溶解することにより、低温での反応性を保持しつつ、優れた機械的強度を発現する。

一方、本発明では滑りを伴う溶融流動が発現する滑剤［Ｄ］を同時に溶融混練し、粗粉砕して複合グラニュール［Ａ］とすることが好ましい。滑りを伴う溶融流動が発現する滑剤［Ｄ］とは、例えば磁石粉末［Ａ１］への内部滑性作用と成形型壁面への外部滑性作用とが整合性よく発現する化合物で、例えば、（化３）の構造を有するペンタエリスリトール脂肪酸トリエステル化合物が例示できる。これは、ペンタエリスリトール１モルにステアリン酸３モルとの縮合反応で得られ、その融点は約５１℃であった。なお、ペンタエリスリトールＣ１７トリエステルは［Ｂ１］１００重量部に対して３〜１５重量部とすると顕著な滑りを伴う溶融流動が発現する。１５重量部以上では外部滑性効果が強くなり過ぎ、複合グラニュール［Ａ］への混入自体が困難となり、３重量部未満では滑りを伴う溶融流動現象は顕著でない。

上記、複合グラニュール［Ａ］に滑りを伴う溶融流動が発現する条件下では磁石粉末［Ａ１］の割合を９５ｗｔ．％以上としても、厚さ略１ｍｍ程度の薄板状磁石を高い配向度を維持したまま圧縮成形することができる。

なお、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］、またはＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］に被覆した成分［Ａ２］、および［Ｂ１］の反応基質とケミカルコンタクトポイント［Ｃ］を形成するケミカルコンタクト［Ｃ１］としては、例えば、（化４）で示されるようなイミダゾール誘導体を例示できる。

ただし、（化４）中、Ｒ₁とＲ₂は水素、またはアルキル残基である。このような化合物を得るには、例えばヒダントイン化合物１モルと式ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯＲ’（Ｒ’はアルキル）のアクリル酸エステル２モルとの付加物、或は該ヒダントイン１モルと式ＣＨ₃＝Ｃ（ＣＨ₃）ＣＯＯＲ′のメタクリル酸エステル１モル並びにアクリ酸エステル１モルとの付加物に抱水ヒドラジンを反応させることで得られる。

以上、本発明にかかる複合グラニュール［Ａ］を延伸性高分子［Ｂ１］、並びにそれらとケミカルコンタクトポイント［Ｃ］を形成する粉末状ケミカルコンタクト［Ｃ１］と混合し、配向磁界下で、［Ａ２］を含浸した不織布［Ｅ＋Ａ２］を介し、滑りを伴う溶融流動条件下で圧縮成形する。ただし、圧縮成形圧力は１５以上５０ＭＰａ以下とする。このような材料形態、成形条件下ではＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］の新生面やクラック生成が抑制されるため、酸化による永久劣化に相当する磁気特性の劣化を抑制できる。

なお、配向磁界下での圧縮成形において、成形型からの熱伝導により複合グラニュール［Ａ］、および延伸可能な高分子［Ｂ１］を溶融状態とする。その結果、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］、並びにＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］は配向磁界によって磁化容易軸（Ｃ軸）を一定方向に揃える再配列を起こす。そして、この状態で１５〜５０ＭＰａで、圧縮成形して十分なケミカルコンタクトポイント［Ｃ］を形成させ、本発明にかかる磁石とする。或いは、一旦成形型から脱型し、後硬化によって十分なケミカルコンタクトポイント［Ｃ］を形成させても差支えない。

上記、本発明にかかる磁石の異方化方向は板状磁石の板厚方向であり、非磁性部材と磁性部材とを組合せたパンチを使用することで反磁界の差を利用して、規則的に配向に差を設ける。

なお、本発明にかかる磁石は厚さ略１．５ｍｍ以下の薄板状で、その相対密度は９８％以上が好ましい。磁石の相対密度が低下すると、ケミカルコンタクトポイント［Ｄ］を形成する際、大気中で熱すると空隙量に応じて希土類−鉄系磁石粉末［Ａ１］の永久劣化分に相当する（ＢＨ）_maxの低下が大きくなるので好ましくない［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，（１９９
７）］。

以上のように、本発明にかかる配向磁界により生ずる磁石粉末の反磁界の差を利用して、磁気特性を規則的に変化させ、且つ磁石は複合グラニュール［Ａ］の境界相［Ｂ］を網目状に設け、延伸性高分子［Ｂ１］を機械的に延伸する。すると延伸方向に可撓性が発現するので、これを利用して薄板状磁石を環状または円弧状に形状変換し、高い残留磁化を有する部分を極中心に配置し、低い残留磁化を有する部分を極間に配置する。これにより、極間部の表面磁束密度の変化が滑らかとなり、ラジアル異方性磁石モータのコギングトルクに基づくトルク脈動を抑制し、滑らかな駆動性能に基づく低振動、低騒音で、且つ位置制御性の優れたラジアル異方性磁石モータとなる。

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．原料
本実施例ではＨＤＤＲ処理によって作製され、製造上不可避の粒子径５３μｍ以下の粉末含有量の異なる多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］（基準合金組成：Ｎｄ_12.3Ｄｙ_0.3Ｆｅ_64.7Ｃｏ_12.3Ｂ_6.0Ｇａ_0.6Ｚｒ_0.1）、ＲＤ処理により作製した平均粒子径３μｍの磁気的に異方性の単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］を使用した。また、本発明にかかるオリゴマー［Ａ２］は（化１）で示した構造のエポキシ当量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オリゴマー、延伸性高分子［Ｂ１］は（化２）で示した構造の可塑剤を含む融点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ポイント［Ｃ］を形成するケミカルコンタクト［Ｃ１］は（化３）で示した構造の平均粒子径３μｍ、融点８０−１００℃のイミダゾール誘導体、滑剤［Ｄ］には（化４）で示した構造の融点約５２℃のペンタエリスリトールＣ１７トリエステルを用いた。

２．磁石の作製
本発明にかかる磁石は複合グラニュール［Ａ］を主成分とし、当該複合グラニュール［Ａ］の周囲を網目状に配した境界相［Ｂ］とで構成し、それら［Ｅ］、［Ａ］、並びに［Ｂ］とはケミカルコンタクトポイント［Ｃ］により化学的に結合した構成とした。

上記、磁石作製の第１段階は、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末［Ａ１ａ］とＳｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末［Ａ１ｂ］とを、それぞれエポキシオリゴマー［Ａ２］で被覆した磁石粉末［Ａ１］とし、延伸性高分子［Ｂ１］と一括して溶融混練し、一つひとつのグラニュールが［Ａ１ａ］、［Ａ１ｂ］、［Ｂ１］、および滑剤［Ｄ］を構成成分とする滑りを伴う溶融流動性をもつ複合グラニュール［Ａ］とした。

磁石を作製する第２段階は、当該複合グラニュール［Ａ］を境界相［Ｂ］を形成するための延伸性高分子［Ｂ１］、並びにケミカルコンタクト［Ｃ］を形成するためのケミカルコンタクト［Ｃ１］と共に成形型温度１５０℃、１．５ＭＡ／ｍの配向磁界下で２０ＭＰａの圧力で圧縮成形し、磁石とした。その際、上下パンチを全て非磁性部材としたものと、上パンチを炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）としたものを用意した。ただし、磁性部材の配向磁界方向距離Ｌｍ＝２０ｍｍ、磁石厚さＬｃ＝０．５〜１５ｍｍ、ＬｍとＬｃとの総和Ｌｏは略１９．５〜２２ｍｍとした。

上記により得られた幅２５ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、厚さ０．５〜１５ｍｍの磁石を１８０℃、２０ｍｉｎの熱処理したのち、一辺が５ｍｍの板状とし、４ＭＡ／ｍでパルス着磁
したのち、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いて残留磁化Ｊｒを求め、厚さ１５ｍｍの磁石の残留磁化Ｊｒを基準として規格化した。

図４は磁石厚さに対する規格化残留磁化の関係を示す特性図である。図から明らかなように、磁性部材を配置して反磁界を抑制した場合には磁石の厚さに対して残留磁化の減少は僅かに観測されたに過ぎない。一方、反磁界を抑制しない試料では磁石の厚さに対して残留磁化は指数関数的に減少した。とくに、本発明が対象とする厚さ１ｍｍでは残留磁化の値に略５％の差があることが判った。

３．機械的延伸と配向変化
以上により準備した本発明にかかる薄板状磁石は最終段階として、その延伸性を利用して多様な形態のラジアル異方性磁石モータに適用される環状から円弧状に至る任意形状に変換する。その際、磁石厚さが、例えば５ｍｍ以上となると機械的延伸が困難である。また、機械的延伸ができても、これにより配向によって異方性化した磁石粉末［Ａ１］のＣ軸（磁化容易軸）が変化すると特性が低下する。そこで、４ＭＡ／ｍでパルス着磁した厚みの異なる板状磁石を機械的に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。

図５は厚さ０．８５〜２．５０ｍｍの範囲で、厚さ方向に磁石粉末を配向した薄板状の自己組織化したボンド磁石を，予め４ＭＡ／ｍのパルス磁界で磁化し、８０℃で等速ロール圧延したときの磁束変化を圧延前２．５ｍｍの磁束を基準に規格化してプロットした結果を示す。図において記号四角は圧延前、丸は圧延後の磁束を示す。また、図中の曲線は圧延前の磁束を示している。図から２．１〜２．５ｍｍと比較的厚い磁石は圧延前の磁束を示す曲線と比較すると顕著な磁束の減少が観測された。これは、粉末の配向が圧延で乱れたことに起因する磁束減少と推察される。これに対し、本発明にかかる厚さ１．３０ｍｍ以下の磁石では圧延後の磁束が圧延前とほぼ一致している。したがって、この場合は磁石粉末［Ａ１］の圧延による配向の変化が少なく、顕著な磁束減少がない。換言すれば、小型モータに使われる等方性Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂボンド磁石のように約１ｍｍの磁石であれば、圧延による磁束変化は無視できる程度となる。

以上のように、非磁性成形型を用いて薄板状磁石の成形型キャビティへ図１のＺ方向に相当する配向磁界Ｈｍを印加する。すると、キャビティ内の磁石粉末［Ａ１］に生じた反磁界Ｈｄ＝−４πＭが、配向磁界Ｈｍによる磁石粉末［Ａ１］の配向効果を低下させ、当該磁石の磁気特性を低下させる。反磁界Ｈｄ＝−４πＭによるこの効果は、成形型キャビティ形状により異なり、上下パンチ軸方向の厚さが薄くなる程大きくなる。とくに、本発明のように１．３ｍｍ以下の磁石厚さでは、反磁界Ｈｄを抑制した場合と抑制しない場合とでは残留磁化に５％程度の差をつけることが明らかになった。

すなわち、本発明では使用する上下パンチの少なくとも一方のパンチ面に磁性部材１と非磁性部材２とを規則的に組合せ、その他を非磁性部材２で構成した圧縮成形型を用い、キャビティ内の磁石粉末［Ａ１］の厚さを見掛け上、厚くした部分と薄くした部分とを規則的に繰り返す構成とする。すると、磁石粉末に発生する反磁界Ｈｄで残留磁化Ｊｒが高い部分と低い部分とが規則的に繰り返す構成の薄板状磁石を作製する。このような、Ｊｒが高い部分を極中心に位置させ、Ｊｒが低い部分を極間に位置させると、極間での磁束変化が滑らかとなり、ラジアル異方性磁石モータのトルク脈動を抑制することができる。トルク脈動の抑制はモータ駆動時の振動騒音の低減、停止位置精度の向上をもたらし、滑らかな回転と制御性に優れたラジアル異方性磁石モータが製造できる。

本発明は、滑らかな駆動特性、低振動、低騒音、位置制御性に優れたラジアル異方性磁
石モータの製造に有用である。

薄板磁石の反磁界Ｈｄの方向を示す座標軸概念図 磁性部材と非磁性部材とを規則的に組合せたパンチの構成図 本発明にかかる磁石、並びに中間材料の形態を示す概念図 反磁界を利用した配向制御の効果を示す特性図 機械的延伸と配向変化の関係を示す特性図

符号の説明

１ 磁性部材
２ 非磁性部材
Ａ 複合グラニュール
Ａ１ 磁石粉末
Ａ１ａ 多結晶集合型Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ磁石粉末
Ａ１ｂ 単磁区粒子型Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ₃磁石粉末
Ａ２ オリゴマーまたはプレポリマー
Ｂ１ 延伸性高分子
Ｃ ケミカルコンタクトポイント
Ｃ１ ケミカルコンタクト
Ｄ 滑材
Ｅ＋Ａ２ Ａ２を含浸した不織布

Claims (4)

1. 上下パンチによる圧縮成形工程と、磁石を機械的に延伸し、延伸方向に生じる可撓性を利用して円弧状、もしくは支持部材と共に環状磁石とする工程とを必須とするラジアル異方性磁石モータの製造方法において、前記上下パンチの、少なくとも一方を非磁性部材と磁性部材とを規則的に組合せ、その他を非磁性部材で構成した圧縮成形型を用い、圧縮方向と配向磁界方向が略一致する平行磁界中で成形型キャビティ中の磁石粉末に生じる反磁界の差を利用して配向度の差を規則的に付与した薄板状希土類ボンド磁石を作製する工程を有するラジアル異方性磁石モータの製造方法。
2. 磁石の厚さが１．３ｍｍ以下である請求項１記載のラジアル異方性磁石モータの製造方法。
3. 上下パンチの少なくとも一方に配置する磁性部材の飽和磁化Ｉｓが１Ｔ以上である請求項１記載のラジアル異方性磁石モータの製造方法。
4. 磁石粉末が平均粒子径７５−１５０μｍの多結晶集合型Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石粉末と平均粒
   子径３−５μｍの単磁区粒子型Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3磁石粉末とのハイブリッド型である請求項１記載のラジアル異方性磁石モータの製造方法。

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