JP6786476B2 - 希土類永久磁石形成用焼結体及び希土類永久磁石を有する回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、希土類永久磁石を有する電動モータ又は発電機のような回転電機に関する。また、本発明は、該回転電機に使用される希土類永久磁石を形成するための希土類永久磁石形成用焼結体に関する。希土類永久磁石形成用焼結体は、希土類物質を含む磁石材料粒子が一体に焼結された構成を有し、該磁石材料粒子を着磁させることによって希土類永久磁石を形成することができるものである。

環状の固定子と、長さ方向に延びる回転軸線周りに回転自在に該固定子内に配置され該固定子との間にエアギャップを形成する回転子とを備える電動モータにおいて、永久磁石を回転子コア内に埋め込むことにより、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用することができるようにした構成が、例えば特開平８−３３１７８３号公報（特許文献１）により知られている。また、この種の電動モータにおいて、回転子上に配置される永久磁石の数を減少させることができるようにするために、回転子に、径方向外向きに突出する磁極を周方向等間隔に複数個形成し、隣り合う磁極間に永久磁石を配置する構成が、特開平９−３２７１３９号公報（特許文献２）に開示されている。この種のモータは、複数の磁極を有する固定子に対してエアギャップを介して対向するように回転子コアが配置され、該回転子コアには、その周方向の複数の位置に永久磁石が配置される。特許文献１及び２では電動モータとして説明されているが、同じ構成で発電機として作動させることも可能であり、ここでは、電動モータ及び発電機の両方を含む意味で回転電機という用語を用いる。

この種の回転電機においては、固定子又は回転子からの磁束漏れが原因で回転電機の効率が低下する、という問題が指摘されている。特開平８−３０８１５６号公報（特許文献３）は、回転子から回転軸を通る磁束漏れを防止するため、回転軸と該回転軸を支持する軸受との間で磁気回路を遮断する構成を開示している。具体的に述べると、特許文献３に記載された回転電機は、回転子に固定された回転軸と同軸に、軸受を通って外側に延出する回転軸を配置し、これら２つの回転軸を非磁性体のスリ−ブにより連結する構成を有する。また、特開２０１２−１６５４９０号公報（特許文献４）は、その周方向等間隔の複数の位置に永久磁石挿入用のスロットが形成された回転子コアの該スロット内に永久磁石が挿入された構成を有する回転電機において、回転子コアと回転軸との間に、磁気抵抗が高い磁気抵抗凹部を形成することにより、回転子から回転軸への磁束の漏れを抑制することを教示している。

特開２０１３−１０２６４１号公報（特許文献５）は、回転子に、径方向外向きに突出する磁極を周方向等間隔に複数個形成し、隣り合う磁極間に永久磁石を配置した構成を有する回転電機において、磁極の径方向内側に径方向に磁化された背面補助磁石を、隣り合う磁極間に周方向に磁化された極間磁石を、それぞれ配置することにより、磁束漏れを低減することを教示する。さらに、特開２０００−１０２２００号公報（特許文献６）は、回転子の外側周面に沿って等間隔で配置される主永久磁石片の各々の軸方向両端部に、端面部永久磁石を配置し、該端面部永久磁石を主永久磁石片よりも径方向外向きに突出させることにより、固定子の回転磁界の磁束が回転軸方向に漏れるのを遮る構成を開示する。

特開２０００−２０８３２２号公報（特許文献７）は、永久磁石を形成する磁粉の方位付けを教示する。この特許文献７の教示によれば、磁石本体は、実質的に隣接した第１のセグメントと第２のセグメントとを含み、各セグメントは、Ｎ極とＳ極とを有し、該Ｎ極とＳ極の間に、第１領域軸を有する第１の領域と、該第１の領域を取り巻く第２の領域を有する。磁石を形成する磁粉は、製造時に整列されて、第１の領域では第１領域軸に実質的に平行に配向され、第２の領域では該第１領域軸に対して角度をつけられた方向に配向される。具体的な構成では、磁粉は、磁石の端部領域では、端面に対して傾斜する方向に配向される。

特許文献１〜６に記載された構成は、いずれも、磁束漏れの抑制に関するものであるが、その対策のための構成は複雑であり、もっと簡単な構成で、確実に効果が得られる対策が求められる。また、特許文献７に記載された磁石における磁粉の配向では、磁石端部の角に磁極を生じるため、磁束漏れの観点からは、効果がないだけでなく、むしろ磁束漏れが助長される、という問題がある。

特開平８−３３１７８３号公報 特開平９−３２７１３９号公報 特開平８−３０８１５６号公報 特開２０１２−１６５４９０号公報 特開２０１３−１０２６４１号公報 特開２０００−１０２２００号公報 特開２０００−２０８３２２号公報

本発明は、周方向に永久磁石が複数個配置された回転子を有する回転電機において、簡単な構成により磁束漏れを抑制することができる回転電機及び該回転電機に使用される希土類永久磁石を形成するための希土類永久磁石形成用焼結体を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を達成するため、本発明は、その一態様において、希土類永久磁石を備える回転電機を提供する。回転電機は、環状の固定子と、長さ方向に延びる回転軸線周りに回転自在に該固定子内に配置され該固定子との間にエアギャップを形成する回転子とを有し、該回転子には、長さ方向が回転軸線に平行になるように希土類永久磁石が配置される。希土類磁石は、上記した長さ方向に延びる第１の表面と、該第１の表面から厚み方向に間隔をもった位置にあり該長さ方向に延びる第２の表面と、該長さ方向両端部の端面とを有し、該両端部の端面の少なくとも一方が、前記固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置された構成を有する。希土類永久磁石は、希土類物質を含む磁石材料粒子が焼結成形されたものであり、上記両端部の少なくとも一方の端面は、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが前記第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第１の傾斜面とされている。

該希土類永久磁石は、少なくとも、長さ方向の中央領域と、上記少なくとも一方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第１の端部領域とに区画される。そして、該中央領域においては、該中央領域に含まれる磁石材料粒子は、その磁化軸が、該長さ方向に延びる第１の表面に対して実質的に直角な方向に配向されたパラレル配向とされている。第１の端部領域に含まれる磁石材料粒子は、磁化軸が、上記少なくとも一方の端面に隣接する位置では該端面を形成する第１の傾斜面の傾斜角に沿うように該第１の表面に対して傾斜して該第１の表面に指向され、中央領域に隣接する位置では該第１の表面に対して実質的に直角な方向となるように該第１の表面に指向され、該少なくとも一方の端面と該中央領域との間では該端面から該中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で該第１の表面に指向されるように集束する配向とされている。

本発明の上記態様において、希土類永久磁石は、該長さ方向両端部の他方が、固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置された構成とすることができる。この場合には、該他方の端面は、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが前記第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第２の傾斜面とすることができる。さらに、希土類永久磁石には、該他方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第２の端部領域が区画され、該第２の端部領域に含まれる磁石材料粒子は、磁化軸が、該他方の端面に隣接する位置では該他方の端面を形成する前記第２の傾斜面の傾斜角に沿うように該第１の表面に対して傾斜して該第１の表面に指向され、該他方の端面と中央領域との間では該他方の端面から中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で前記第１の表面に指向されるように集束する配向とされる。

本発明のこの態様においては、第１の表面に直交する線に対する第１の傾斜面の傾斜角θ₁は、５°から４５°の範囲とすることが好ましい。また、該第１の表面に直交する線に対する該第２の傾斜面の傾斜角θ₂は、５°から４５°の範囲とすることが好ましい。或いは、該第１の表面に直交する線に対する該第１の傾斜面の傾斜角θ₁は、５°から１５°の範囲とすることができる。同様に、該第１の表面に直交する線に対する該第２の傾斜面の傾斜角θ₂は、５°から１５°の範囲とすることができる。

さらに、本発明の上記態様においては、該第１の端部領域が、前記回転子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置された構成とすることができる。同様に、該第２の端部領域が、固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置された構成とすることができる。さらに、本発明のこの態様においては、該第２の表面の長さ方向寸法を２Ｌとし、該第２の表面に沿った該第１の端部領域の長さ方向寸法をａとしたとき、０．１≦ａ／Ｌ≦０．６の条件を充足するように、該第１の端部領域が区画されたことが好ましい。さらに、該第２の端部領域に関しても、該第２の端部領域の長さ方向寸法をａとしたとき、０．１≦ａ／Ｌ≦０．６の条件を充足するように該第２の端部領域が区画されることが好ましい。

本発明は、別の態様において、回転電機に組み込まれる希土類永久磁石を形成するための希土類永久磁石形成用焼結体を提供する。この焼結体に着磁することにより形成される希土類永久磁石は、長さ方向に延びる表面を有し、該表面が回転電機の回転子の回転軸線に平行になるように該回転電機に組み込まれる。本発明のこの態様による希土類磁石形成用焼結体は、希土類物質を含む磁石材料粒子を含み、前記長さ方向に延びる第１の表面と、該第１の表面から厚み方向に間隔をもった位置にあり該長さ方向に延びる第２の表面と、該長さ方向両端部の端面とを有する立体形状に焼結されたものである。該焼結体の長さ方向両端部の端面のうちの少なくとも一方の端面は、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが前記第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第１の傾斜面とされている。さらに、該希土類永久磁石形成用焼結体は、少なくとも、長さ方向の中央領域と、該少なくとも一方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第１の端部領域とに区画され、該中央領域においては、該中央領域に含まれる磁石材料粒子は、その磁化容易軸が、該長さ方向に延びる第１の表面に対して実質的に直角な方向に配向されたパラレル配向とされている。そして、該第１の端部領域に含まれる磁石材料粒子は、磁化容易軸が、該少なくとも一方の端面に隣接する位置では該端面を形成する第１の傾斜面の傾斜角に沿うように該第１の表面に対して傾斜して該第１の表面に指向され、中央領域に隣接する位置では該第１の表面に対して実質的に直角な方向となるように該第１の表面に指向され、該少なくとも一方の端面と中央領域との間では該端面から該中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で該第１の表面に指向されるように集束する配向とされている。

本発明のこの態様においては、該長さ方向両端部の他方の端面は、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが該第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第２の傾斜面とされた構成とすることが好ましい。そして、該他方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第２の端部領域が区画され、該第２の端部領域に含まれる磁石材料粒子は、磁化容易軸が、該他方の端面に隣接する位置では該他方の端面を形成する該第２の傾斜面の傾斜角に沿うように該第１の表面に対して傾斜して前記第１の表面に指向され、該他方の端面と該中央領域との間では該他方の端面から該中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で該第１の表面に指向されるように集束する配向とされた構成とすることが好ましい。この場合において、該第１の表面に対する該第１の傾斜面の傾斜角θ₁は、５°から４５°までの範囲とすることが好ましい。また、該第１の表面に対する該第２の傾斜面の傾斜角θ₂は、５°から４５°までの範囲とすることが好ましい。さらに、該第１の表面に対する該第１の傾斜面の傾斜角θ₁は、５°から１５°の範囲とすることが、より好ましい。同様に、該第１の表面に対する該第２の傾斜面の傾斜角θ₂は、５°から１５°の範囲とすることが、より好ましい。また、該第２の表面の長さ方向寸法を２Ｌとし、該第２の表面に沿った該第１の端部領域の長さ方向寸法をａとしたとき、０．１≦ａ／Ｌ≦０．６の条件を充足するように該第１の端部領域を区画することが好ましい。同様に、該第２の表面の長さ方向寸法を２Ｌとし、該第２の表面に沿った該第２の端部領域の長さ方向寸法をａとしたとき、０．１≦ａ／Ｌ≦０．６の条件を充足するように該第２の端部領域を区画することが好ましい。

上述の希土類永久磁石形成用焼結体は、着磁させることによって希土類永久磁石を形成することができる。

本発明による回転電機は、回転子に配置される希土類永久磁石の長さ方向両端部の端面の少なくとも一方が、固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置されており、希土類物質を含む磁石材料粒子が焼結成形された希土類永久磁石は、長さ方向両端部の少なくとも一方の端面が、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが前記第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第１の傾斜面とされ、かつ、少なくとも、長さ方向の中央領域と、該少なくとも一方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第１の端部領域とに区画され、該中央領域においては、該中央領域に含まれる磁石材料粒子は、その磁化軸が、長さ方向に延びる第１の表面に対して実質的に直角な方向に配向されたパラレル配向となっており、第１の端部領域に含まれる前記磁石材料粒子は、磁化軸が、該少なくとも一方の端面に隣接する位置では該端面を形成する第１の傾斜面の傾斜角に沿うように該第１の表面に対して傾斜して該第１の表面に指向され、該中央領域に隣接する位置では該第１の表面に対して実質的に直角な方向となるように該第１の表面に指向され、該少なくとも一方の端面と該中央領域との間では該端面から該中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で該第１の表面に指向されるように集束する配向とされている。本発明においては、この構成とすることにより、回転電機の軸方向の磁束漏れを大幅に減少させ又は抑制することができる。

また、本発明による希土類永久磁石形成用焼結体は、該焼結体に着磁させることにより磁石材料粒子の磁化容易軸方向に着磁された希土類永久磁石を形成することができ、この希土類永久磁石を回転電機の回転子に配置することによって、軸方向の磁束漏れを大幅に減少させ又は抑制することができる回転電機を形成することができる。

本発明の一実施形態による希土類永久磁石を組み込んだ電動モータの概略平面図である。 図１のII−II線に沿ってとった電動モータの断面図である。 図１に示す本発明の実施形態による希土類永久磁石の形状及び磁化軸の配向を示す側面図である。 本発明の希土類永久磁石の計算モデル及び比較例を示す図である。 図４に示す希土類永久磁石における電動モータの平均トルク及び回転子漏れ磁束を示す図表である。 磁石端面の傾斜角と回転子漏れ磁束逓減率の関係を示す図表である。 回転子からの軸方向磁束漏れの状況を、従来例と本発明とについて、それぞれ示す概略図である。 回転子に配置される永久磁石の端部領域の長さａと全長２Ｌの１／２との比ａ／Ｌと、磁束漏れ低減率及び電動モータトルク低下率との関係を示す図表である。 図３に示す永久磁石形成用焼結体の製造工程を示す概略図であり、（ａ）〜（ｄ）はグリーンシート形成までの各段階を示す。 本実施形態における磁石材料粒子の磁化容易軸配向処理を示す加工用シート片の断面図であり、（ａ）は磁場印加時のシート片の断面形状を示し、（ｂ）は磁場印加後に変形処理を施された焼結処理用シート片の断面形状を示す。 仮焼処理における好ましい昇温速度を示すグラフである。 本発明の実施例１において使用された成形用型のキャビティ形状を示す図であり、外部磁場印加時に使用される型を示す。 本発明の実施例１において使用された成形用型のキャビティ形状を示す図であり、中間成形用型を示す。 本発明の実施例１において使用された成形用型のキャビティ形状を示す図であり、最終成形用型を示す。 実施例１により得られた焼結体における磁化容易軸の配向角度測定を行った位置を示す図である。 焼結体における磁化容易軸の配向角度測定のための座標軸を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。 実施例１における磁化容易軸の配向角度の設計値からのずれを示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図について説明する。図１に、本発明の一実施形態による希土類永久磁石を組み込んだ回転電機の一例を示す。本実施例においては、回転電機は電動モータ１として形成されている。図１を参照すると、電動モータ１は、環状の固定子２と、該固定子２内に回転自在に配置された回転子３とを有する。固定子２の内周面には、多数の磁極２１が、周方向等間隔に、かつ、半径方向内方に突出するように形成されている。磁極２１の各々には、コイル（図示せず）が巻かれている。回転子３には、その外周面に近接した位置に、軸方向に延びる複数の磁石挿入用スロット３１が、周方向等間隔に形成されている。各スロット３１には、本発明の一実施形態による希土類永久磁石３２が挿入される。回転子３の中心部には軸方向に延びる出力軸取付け用軸孔３３が形成され、該軸孔３３に電動モータ１の出力軸（図示せず）が固定的に取り付けられる。

図２は、図１に示す電動モータ１の断面図である。図２を参照すると、本実施形態による電動モータ１においては、固定子２の軸方向長さＬＳは、回転子３の軸方向長さＬＲより小さく、回転子３は、軸方向両端部３ａが固定子２の軸方向両端部２ａより軸方向外向きに突出している。回転子３の磁石挿入用スロット３１内に挿入される希土類永久磁石３２は、その軸方向長さが該回転子３の上述した軸方向長さＬＲより短いが、固定子２の軸方向長さＬＳより長く、該磁石３２の軸方向両端部の端面３２ａ、３２ｂは、該固定子２の軸方向端部２ａよりも軸方向外方に位置する。このように、回転子３に配置される永久磁石３２の軸方向端部３２ａを固定子２の端部２ａよりも軸方向外向きに延び出た構成とすることにより、該回転子３の磁束がその軸方向端部から外に漏れ出る軸方向磁束漏れを抑制できることが知られている。本実施例では、電動モータ１は、永久磁石３２が、回転子３に軸方向に形成した磁石挿入用スロット３１内に挿入された磁石埋め込み型として構成されているが、永久磁石３２が回転子３の周面に貼り付けられた構成を有する磁石周面配置型の電動モータでも同様である。

本発明は、このような永久磁石配置とは別に、或いは、このような永久磁石配置に加えて、永久磁石の形状と該永久磁石の磁化軸の配向を規定することにより、磁束の軸漏れを抑制するものである。以下においては、磁石埋め込み型の電動モータについて本発明の実施形態を説明するが、本発明は、磁石周面配置型の電動モータにも適用できる。さらに、本発明は、電動モータに限らず、発電機にも適用でき、本明細書では、電動モータと発電機の両方を含む意味で、「回転電機」という用語を用いる。

本実施形態において使用される希土類永久磁石３２は、磁石材料の微細粒子が一体に焼結成形された焼結磁石であり、図３に示すように、互いに平行な第１の表面３２ｃと第２の表面３２ｄ、及び前述した両端部の端面３２ａ、３２ｂを有する。この希土類永久磁石３２において、該端面３２ａは、第１の表面３２ｃに直角な線４に対し角度θ１だけ傾斜した傾斜面として形成されている。同様に、端面３２ｂは、第１の表面３２ｃに直角な線４に対し角度θ２だけ傾斜した傾斜面として形成されている。角度θ２は角度θ１と同じであってもよい。端面３２ａ、３２ｂの傾斜角θ１、θ２は、５°〜４５°、好ましくは５°〜３５°、より好ましくは５°〜１５°である。その結果、希土類永久磁石３２は、第１の表面３２ｃが第２の表面３２ｄより短い台形の長さ方向断面を有する形状に形成されている。

例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のような希土類永久磁石は、所定の組成を有する磁石材料の粒子を所定形状に焼結し、該磁石材料粒子を着磁することによって形成される。磁石材料粒子は磁化容易軸を有し、それぞれの磁石材料粒子は、外部磁界を印加することにより磁化容易軸の方向に磁化軸を有する状態で磁化される。本発明は、上述のように磁石形状を規定するだけでなく、該磁石を構成する磁石材料粒子の磁化軸の配向をも所定の方向とする。詳細に述べると、図３に示すように、希土類永久磁石３２は、第２の表面３２ｄの端面３２ａ側の端部から距離ａ１だけ離れた点から該第２の表面３２ｄに対し直角に延びる仮想線５によって区画される第１の端部領域７と、該第２の表面３２ｄの端面３２ｂ側の端部から距離ａ２だけ離れた点から該第２の表面３２ｄに対し直角に延びる仮想線６によって区画される第２の端部領域８、及びこれら端部領域７、８の間に区画される中央領域９とを有する。

図３には、上記した端部領域７、８及び中央領域９における磁石材料粒子の磁化軸の配向が示されている。中央領域９では、磁化軸は、矢印９ａで示すように、第２の表面３２ｄに対し実質的に直角な方向で、第１の表面３２ｃの方向に指向するパラレル配向となっている。これに対し、端部領域７では、傾斜面である端面３２ａに隣接する部位における磁化軸の方向は、図３に矢印７ａで示すように、端面３２ａの傾斜にほぼ沿って、該端面３２ａの傾斜角θ１だけ傾斜して、第２の表面３２ｄから第１の表面３２ｃに指向する傾斜配向となる。そして、中央領域９に隣接する部位では、矢印７ｂに示すように、第２の表面３２ｄに対し実質的に直角な方向で、第１の表面３２ｃの方向に指向する。さらに、端面３２ａに隣接する部位から中央領域９に隣接する部位に至る中間の部位では、傾斜角θが、角θ１から０まで漸次減少するように変化する配向とされる。同様に、端部領域８では、傾斜面である端面３２ｂに隣接する部位における磁化軸の方向は、図３に矢印８ａで示すように、端面３２ｂの傾斜にほぼ沿って、該端面３２ｂの傾斜角θ２だけ傾斜して、第２の表面３２ｄから第１の表面３２ｃに指向する傾斜配向となる。また、中央領域９に隣接する部位では、矢印８ｂに示すように、第２の表面３２ｄに対し実質的に直角な方向で、第１の表面３２ｃの方向に指向する。さらに、端面３２ｂに隣接する部位から中央領域９に隣接する部位に至る中間の部位では、傾斜角θが、角θ２から０まで漸次減少するように変化する配向とされる。

上述の構成を有する磁石において、磁石量が同一という条件のもとでは、第２の表面３２ｄの軸方向長さを「２Ｌ」とすると、端部領域７又は８の軸方向長さａ１又はａ２とＬとの比ｋ＝〔（ａ１又はａ２）／Ｌ〕の範囲を、０．１〜０．６とすることにより、回転子磁束の軸方向漏れを低減させることができる。比ｋの値が大きくなるほど、端部領域７、８における磁化軸の傾斜配向による軸方向磁束漏れ抑制の効果が低くなり、０．６以上では、軸方向磁束漏れ抑制の効果の変化はほぼ横ばいとなる。比ｋが０．１より小さい範囲では、磁石制作上、磁化軸の配向制御が困難になる。

〔計算モデルの設定〕
図１〜図３の構成を有する希土類永久磁石において、下記の条件を設定して、軸方向磁束漏れ計算のための計算モデルとした。
部材 軸方向寸法（ｍｍ） 材料
固定子 ５０ ＪＦＥスチール社製鋼板
品番 ５０ＪＮ１３００
回転子 ６０ ＪＦＥスチール社製鋼板
品番 ５０ＪＮ１３００
磁石 長さ ５６ ＴＤＫ社製ネオジム磁石
厚み ６．６８ 品番 ＮＥＯＲＥＣ３８ＳＨ

磁石の長さは、各端部の端面が軸方向の表面に対して直角である場合の寸法であり、上記寸法の場合には、各々の端部は、固定子の軸方向端部から３ｍｍずつ突出する。これを比較例１とする。本発明の実施形態に対応する磁石、すなわち端部に傾斜面が形成された磁石については、比較例１と同じ磁石量で傾斜角θが異なるモデルを２つ作成し、それぞれ計算モデル１及び２とした。計算モデル１は、図３に端部領域７の距離ａ１として示される軸方向長さａを４ｍｍとし、第１の表面３２ｃ側の端部領域７の軸方向長さｂを２ｍｍとした磁石の例である。これに対し、計算モデル２は、軸方向長さａを３．５ｍｍとし、軸方向長さｂを２．５ｍｍとした例である。計算モデル１及び２のいずれにおいても、磁石の端部領域７の部分が固定子の対応する軸方向端面２ａから軸方向外向きに突出するものとした。さらに、本発明の計算モデルとの対比のために、比較例２及び３を作成した。比較例２は、端部領域７が、長さ２．３９５ｍｍの直線部分と、その端部に形成される曲率半径６．６８ｍｍの円弧状部分とからなる磁石形状を有するものである。これに対し、比較例３は、端部領域７が、長さ２．６１６ｍｍの直線部分と、その端部に形成される曲率半径１０．０２ｍｍの円弧状部分とからなる磁石形状を有するものである。その他に、磁石端部が固定子の対応する端面と同一平面に位置する磁石モデルを作成し、比較例４とした。本発明の実施形態における計算モデル１及び２と、比較例１〜４の磁石端部の構成を図４に示す。

なお、固定子の各磁極に巻かれるコイルは銅線で、巻き数は１１、抵抗値は０．０６４３とした。上記した条件設定に基づき、電磁界解析ソフトウエアＪＭＡＧ（（株）ＪＳＯＬ製）を用いて電動モータの平均トルクと回転子漏れ磁束を求めた。

計算においては、軸方向に、計算モデルの軸方向長さの１．１倍の空気領域が存在するものと仮定した。すなわち、回転子の軸方向両端部には、該回転子の外側に３ｍｍの空気領域があり、固定子の軸方向両端部には、該固定子の外側に２．５ｍｍの空気領域があるものと仮定した。計算上の駆動条件として、振幅２１２、１Ａで、実効値が１５０Ａの３相交流を、進角β＝４５°となる条件で、１０００ｒｐｍの回転数に相当する電流周波数の電流を通電した場合を想定した。計算は、一方の端部についてのみ行った。

計算結果を図５（ａ）（ｂ）に示す。図５（ａ）は、電動モータの平均トルクを示す図表であり、平均トルクは、比較例４が最も低く、比較例１が最も高い。比較例１は、磁石端部が固定子端面より突出する配置とすることにより、比較例４に比べて約２．９％ほど高い平均トルクを示す。比較例２及び３は、比較例１と比べて平均トルクは僅かに低くなるが、その低下は、それぞれ約０．４％及び０．２％に過ぎない。図５（ｂ）は、回転子からの軸方向漏れ磁束を示す図表であり、比較例１〜３は、比較例４に比べて漏れ磁束が約４４％低くなることが示されている。これは、磁石端部を固定子端面から突出させることによる効果である。さらに、本発明の計算モデル１及び２では、比較例１〜３に比し、漏れ磁束が、それぞれ約６５．５％及び２９．７％低くなることが示されている。これは、磁石端面を傾斜させることの効果であり、計算モデル１及び２の対比から、端面の傾斜角が大きいほど、漏れ磁束の減少が顕著になることが推測される。

そこで、発明者らは、電磁界解析ソフトウエアＪＭＡＧ（（株）ＪＳＯＬ製）を用いて磁束漏れ逓減率と磁石端面の傾斜角θとの関係を検討した。

図６は、比較例１と対比した場合の磁束漏れ逓減率を示す図表である。図６に示されるように、磁石端面傾斜角θが５°を越えると磁束漏れ逓減率が増加し始め、傾斜角が約２５°付近で逓減率は約１００％となり、磁束漏れのない状態になる。傾斜角θがさらに増加すると、漏れ磁束の方向が逆転する。そして、傾斜角θが４５°付近になると、漏れ磁束は、比較例１とほぼ同等になる。この検討結果から分かるように、磁石端面の傾斜角θは、５°〜４５°の範囲が好ましく、より好ましくは、１０°〜３５°、さらに好ましくは、１５°〜３０°の範囲が推奨される。

図７は、回転子磁束漏れの状況を示す概略図であり、図７（ａ）は、比較例４における磁束漏れを、図７（ｂ）は比較例１における磁束漏れを、図７（ｃ）は本発明における磁束漏れを、それぞれ示す。図７（ａ）に示すように、比較例４の配置では、回転子３からの磁束は、端面付近においては該端面に平行に固定子２に向かって流れ、一部が軸方向外向きに漏れ出る。そこで、図７（ｂ）に示す比較例１のように、磁石３２の端部を固定子２の端面２ａよりも軸方向外向きに突出させると、端部付近では回転子から固定子に向かう磁束は、軸方向内向きに流れる傾向となり、外向きに漏れ出る磁束も軸方向内向きになり、漏れ磁束が減少する。さらに、図７（ｃ）に示す本発明によれば、磁石端部の磁化軸が軸方向内向きに配向しているので、回転子３から固定子２に向かう端面付近の磁束は、軸方向内向きになる傾向が一層強くなり、軸方向外向きの磁束も、一層強く内側に向けられるようになる。

発明者らは、さらに、磁石３２の端部領域ａと第２の表面３２ｄの半分の長さＬとの比ａ／Ｌと磁束漏れ低減率との関係、及び、比ａ／Ｌと電動モータのトルクとの関係を検討した。結果を図８に示す。図８において、曲線Iは、比較例１との対比における比ａ／Ｌと磁束漏れ低減率との関係を示すもので、比ａ／Ｌが０．１〜０．６の範囲では、磁束漏れ低減の効果が顕著に表れる。しかし、比ａ／Ｌが０．６より大きい範囲では、磁束漏れ低減効果は横ばいとなる。これに対して、トルク低下率は、図８に曲線IIで示すように、比ａ／Ｌが０．１から増加するのに伴って、漸次増大する。したがって、比ａ／Ｌを、磁束漏れ低減効果がさほど期待できない範囲である０．６以上にすることは、トルク低下率の増大傾向からみて好ましくない。したがって、比ａ／Ｌの値は、０．１〜０．６とすることが好ましい。比ａ／Ｌのより好ましい範囲は、０．１〜０．４である。

［希土類永久磁石形成用焼結体の製造方法］
次に、図３に示す実施形態による希土類磁石形成用焼結体３２の製造方法について図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る永久磁石形成用焼結体１の製造工程を示す概略図である。

先ず、所定分率のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金からなる磁石材料のインゴットを、公知の鋳造法により製造する。代表的には、ネオジム磁石に使用されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金は、Ｎｄが３０ｗｔ％、電解鉄であることが好ましいＦｅが６７ｗｔ％、Ｂが１．０ｗｔ％の割合で含まれる組成を有する。次いで、このインゴットを、スタンプミル又はクラッシャー等の公知の手段を使用して２００μｍ程度の大きさに粗粉砕する。代替的には、インゴットを溶解し、ストリップキャスト法によりフレークを作製し、水素解砕法で粗粉化する。それによって、粗粉砕磁石材料粒子１１５が得られる（図９（ａ）参照）。

次いで、粗粉砕磁石材料粒子１１５を、ビーズミル１１６による湿式法又はジェットミルを用いた乾式法等によって微粉砕する。例えば、ビーズミル１１６による湿式法を用いた微粉砕では、溶媒中で粗粉砕磁石粒子１１５を所定範囲の粒径（例えば０．１μｍ〜５．０μｍ）に微粉砕し、溶媒中に磁石材料粒子を分散させる（図９（ｂ）参照）。その後、湿式粉砕後の溶媒に含まれる磁石粒子を真空乾燥などの手段によって乾燥させて、乾燥した磁石粒子を取り出す（図示せず）。ここで、粉砕に用いる溶媒の種類には特に制限はなく、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノールなどのアルコール類、酢酸エチル等のエステル類、ペンタン、ヘキサンなどの低級炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなど芳香族類、ケトン類、それらの混合物等の有機溶媒、又は、液化アルゴン等の無機溶媒を使用することができる。この場合において、溶媒中に酸素原子を含まない溶媒を用いることが好ましい。

一方、ジェットミルによる乾式法を用いる微粉砕においては、粗粉砕した磁石材料粒子１１５を、（ａ）酸素含有量が実質的に０％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスからなる雰囲気中、又は（ｂ）酸素含有量が０．０００１〜０．５％の窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスからなる雰囲気中で、ジェットミルにより微粉砕し、例えば０．７μｍ〜５．０μｍといった所定範囲の平均粒径を有する微粒子とする。ここで、酸素濃度が実質的に０％とは、酸素濃度が完全に０％である場合に限定されず、微粉の表面にごく僅かに酸化被膜を形成する程度の量の酸素を含有しても良いことを意味する。

次に、ビーズミル１１６等で微粉砕された磁石材料粒子を所望形状に成形する。この磁石材料粒子の成形のために、上述のように微粉砕された磁石材料粒子１１５とバインダーとを混合した混合物を準備する。バインダーとしては、樹脂材料を用いることが好ましく、バインダーに樹脂を用いる場合には、構造中に酸素原子を含まず、かつ解重合性のあるポリマーを用いるのが好ましい。また、後述のように磁石粒子とバインダーとの混合物を、例えば台形形状のような所望形状に成形する際に生じた混合物の残余物を再利用できるようにするために、かつ、混合物を加熱して軟化した状態で磁場配向を行うことができるようにするために、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。具体的には、以下の一般式（１）に示されるモノマーから形成される１種又は２種以上の重合体又は共重合体からなるポリマーが好適に用いられる。

（但し、Ｒ₁及びＲ₂は、水素原子、低級アルキル基、フェニル基又はビニル基を表す）

上記条件に該当するポリマーとしては、例えばイソブチレンの重合体であるポリイソブチレン（ＰＩＢ）、イソプレンの重合体であるポリイソプレン（イソプレンゴム、ＩＲ）、１，３−ブタジエンの重合体であるポリブタジエン（ブタジエンゴム、ＢＲ）、スチレンの重合体であるポリスチレン、スチレンとイソプレンの共重合体であるスチレン−イソプレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、イソブチレンとイソプレンの共重合体であるブチルゴム（ＩＩＲ）、イソブチレンとスチレンの共重合体であるスチレン‐イソブチレン‐スチレン共重合体、スチレンとブタジエンの共重合体であるスチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレンとエチレン、ブタジエンの共重合体であるスチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレンとエチレン、プロピレンの共重合体であるスチレン-エチレン-プロピレン-スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）、エチレンとプロピレンの共重合体であるエチレン-プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン、プロピレンとともにジエンモノマーを共重合させたＥＰＤＭ、エチレンの重合体であるポリエチレン、プロピレンの重合体であるポリプロピレン、２−メチル−１−ペンテンの重合体である２−メチル−１−ペンテン重合樹脂、２−メチル−１−ブテンの重合体である２−メチル−１−ブテン重合樹脂、α−メチルスチレンの重合体であるα−メチルスチレン重合樹脂等がある。また、バインダーに用いる樹脂としては、酸素原子、窒素原子を含むモノマーの重合体又は共重合体（例えば、ポリブチルメタクリレートやポリメチルメタクリレート等）を少量含む構成としても良い。更に、上記一般式（１）に該当しないモノマーが一部共重合していても良い。その場合であっても、本発明の目的を達成することが可能である。

なお、バインダーに用いる樹脂としては、磁場配向を適切に行う為に２５０℃以下で軟化する熱可塑性樹脂、より具体的にはガラス転移点又は流動開始温度が２５０℃以下の熱可塑性樹脂を用いることが望ましい。

熱可塑性樹脂中に磁石材料粒子を分散させるために、分散剤を適量添加する事が望ましい。分散剤としては、アルコール、カルボン酸、ケトン、エーテル、エステル、アミン、イミン、イミド、アミド、シアン、リン系官能基、スルホン酸、二重結合や三重結合などの不飽和結合を有する化合物、液状飽和炭化水素化合物のうち、少なくともひとつを添加することが望ましい。複数を混合して用いても良い。そして、後述するように、磁石材料粒子とバインダーとの混合物に対して磁場を印加して該磁石材料を磁場配向するにあたっては、混合物を加熱してバインダー成分が軟化した状態で磁場配向処理を行う。

磁石材料粒子に混合されるバインダーとして上記条件を満たすバインダーを用いることによって、焼結後の希土類永久磁石形成用焼結体内に残存する炭素量及び酸素量を低減させることが可能となる。具体的には、焼結後に磁石形成用焼結体内に残存する炭素量を２０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下とすることができる。また、焼結後に磁石形成用焼結体内に残存する酸素量を５０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２０００ｐｐｍ以下とすることができる。

バインダーの添加量は、スラリー又は加熱溶融したコンパウンドを成形する場合に、成形の結果として得られる成形体の厚み精度が向上するように、磁石材料粒子間の空隙を適切に充填できる量とする。例えば、磁石材料粒子とバインダーの合計量に対するバインダーの比率が、１ｗｔ％〜４０ｗｔ％、より好ましくは２ｗｔ％〜３０ｗｔ％、更に好ましくは３ｗｔ％〜２０ｗｔ％とする。

以下の実施例では、混合物を一旦製品形状以外に成形した状態で磁場を印加して磁場磁石材料粒子の配向を行い、その後に焼結処理を行うことによって、例えば図３に示す台形形状のような、所望の製品形状とする。特に、以下の実施例では、磁石材料粒子とバインダーとからなる混合物すなわちコンパウンド１１７を、シート形状のグリーン成形体（以下、「グリーンシート」という）に一旦成形した後に、配向処理のための成形体形状とする。混合物を特にシート形状に成形する場合には、例えば磁石材料粒子とバインダーとの混合物であるコンパウンド１１７を加熱した後にシート形状に成形するホットメルト塗工によるか、又は、磁石材料粒子とバインダーと有機溶媒とを含むスラリーを基材上に塗工することによりシート状に成形するスラリー塗工等による成形を採用することができる。

以下においては、特にホットメルト塗工を用いたグリーンシート成形について説明するが、本発明は、そのような特定の成形法に限定されるものではない。例えば、コンパウンドからグリーンシートを形成せずに、コンパウンドを成形用型に入れ、室温から１００℃に加熱しながら、１〜１０ＭＰａの圧力で加圧することにより成形を行ってもよい。

既に述べたように、ビーズミル１１６等で微粉砕された磁石材料粒子にバインダーを混合することにより、磁石材料粒子とバインダーとからなる粘土状の混合物すなわちコンパウンド１１７を作製する。ここで、バインダーとしては、上述したように樹脂、分散剤の混合物を用いることができる。例えば、樹脂としては、構造中に酸素原子を含まず、かつ解重合性のあるポリマーからなる熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、一方、分散剤としては、アルコール、カルボン酸、ケトン、エーテル、エステル、アミン、イミン、イミド、アミド、シアン、リン系官能基、スルホン酸、二重結合や三重結合などの不飽和結合を有する化合物のうち、少なくともひとつを添加することが好ましい。また、バインダーの添加量は、上述したように添加後のコンパウンド１１７における磁石材料粒子とバインダーの合計量に対するバインダーの比率が、１ｗｔ％〜４０ｗｔ％、より好ましくは２ｗｔ％〜３０ｗｔ％、さらに好ましくは３ｗｔ％〜２０ｗｔ％となるようにする。

ここで分散剤の添加量は磁石材料粒子の粒子径に応じて決定することが好ましく、磁石材料粒子の粒子径が小さい程、添加量を多くすることが推奨される。具体的な添加量としては、磁石材料粒子１００重量部に対して０．１重量部〜１０重量部、より好ましくは０．３重量部〜８重量部とする。添加量が少ない場合には分散効果が小さく、配向性が低下する恐れがある。また、添加量が多い場合は、磁石材料粒子を汚染する恐れがある。磁石材料粒子に添加された分散剤は、磁石材料粒子の表面に付着し、磁石材料粒子を分散させ粘土状混合物を与えるとともに、後述の磁場配向処理において、磁石材料粒子の回動を補助するように作用する。その結果、磁場を印加した際に配向が容易に行われ、磁石粒子の磁化容易軸方向をほぼ同一方向に揃えること、すなわち、配向度を高くすることが可能になる。特に、磁石材料粒子にバインダーを混合する場合には、粒子表面にバインダーが存在するようになるため、磁場配向処理時の摩擦力が高くなり、そのために粒子の配向性が低下する恐れがあり、分散剤を添加することの効果がより高まる。

磁石材料粒子とバインダーとの混合は、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスからなる雰囲気のもとで行うことが好ましい。磁石材料粒子とバインダーとの混合は、例えば磁石材料粒子とバインダーをそれぞれ攪拌機に投入し、攪拌機で攪拌することにより行う。この場合において、混練性を促進する為に加熱攪拌を行っても良い。さらに、磁石材料粒子とバインダーの混合も、窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなど不活性ガスからなる雰囲気で行うことが望ましい。また、特に磁石粒子を湿式法で粉砕した場合においては、粉砕に用いた溶媒から磁石粒子を取り出すことなくバインダーを溶媒中に添加して混練し、その後に溶媒を揮発させ、コンパウンド１１７を得るようにしても良い。

続いて、コンパウンド１１７をシート状に成形することにより、前述したグリーンシートを作成する。ホットメルト塗工を採用する場合には、コンパウンド１１７を加熱することにより該コンパウンド１１７を溶融し、流動性を有する状態にした後、支持基材１１８上に塗工する。その後、放熱によりコンパウンド１１７を凝固させて、支持基材１１８上に長尺シート状のグリーンシート１１９を形成する。この場合、コンパウンド１１７を加熱溶融する際の温度は、用いるバインダーの種類や量によって異なるが、通常は５０〜３００℃とする。但し、用いるバインダーの流動開始温度よりも高い温度とする必要がある。なお、スラリー塗工を用いる場合には、多量の溶媒中に磁石材料粒子とバインダー、及び、任意ではあるが、配向を助長する添加剤を分散させ、スラリーを支持基材１１８上に塗工する。その後、乾燥して溶媒を揮発させることにより、支持基材１１８上に長尺シート状のグリーンシート１１９を形成する。

ここで、溶融したコンパウンド１１７の塗工方式は、スロットダイ方式又はカレンダーロール方式等の、層厚制御性に優れる方式を用いることが好ましい。特に、高い厚み精度を実現する為には、特に層厚制御性に優れた、すなわち、基材の表面に高精度の厚さの層を塗工できる方式であるダイ方式やコンマ塗工方式を用いることが望ましい。例えば、スロットダイ方式では、加熱して流動性を有する状態にしたコンパウンド１１７をギアポンプにより圧送してダイに注入し、ダイから吐出することにより塗工を行う。また、カレンダーロール方式では、加熱した２本のロールのニップ間隙に、コンパウンド１１７を制御した量で送り込み、ロールを回転させながら、支持基材１１８上に、ロールの熱で溶融したコンパウンド１１７を塗工する。支持基材１１８としては、例えばシリコーン処理ポリエステルフィルムを用いることが好ましい。さらに、消泡剤を用いるか、加熱真空脱泡を行うことによって、塗工され展開されたコンパウンド１１７の層中に気泡が残らないよう、充分に脱泡処理することが好ましい。或いは、支持基材１１８上に塗工するのではなく、押出成型や射出成形によって溶融したコンパウンド１１７をシート状に成型しながら支持基材１１８上に押し出すことによって、支持基材１１８上にグリーンシート１１９を成形することもできる。

図９に示す実施形態では、スロットダイ１２０を用いてコンパウンド１１７の塗工を行うようにしている。このスロットダイ方式によるグリーンシート１１９の形成工程では、塗工後のグリーンシート１１９のシート厚みを実測し、その実測値に基づいたフィードバック制御により、スロットダイ１２０と支持基材１１８との間のニップ間隙を調節することが望ましい。この場合において、スロットダイ１２０に供給する流動性コンパウンド１１７の量の変動を極力低下させ、例えば±０．１％以下の変動に抑え、さらに塗工速度の変動も極力低下させ、例えば±０．１％以下の変動に抑えることが望ましい。このような制御によって、グリーンシート１１９の厚み精度を向上させることが可能である。なお、形成されるグリーンシート１１９の厚み精度は、例えば１ｍｍといった設計値に対して、±１０％以内、より好ましくは±３％以内、さらに好ましくは±１％以内とすることが好ましい。カレンダーロール方式では、カレンダー条件を同様に実測値に基づいてフィードバック制御することで、支持基材１１８に転写されるコンパウンド１１７の膜厚を制御することが可能である。

グリーンシート１１９の厚みは、０．０５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設定することが望ましい。厚みを０．０５ｍｍより薄くすると、必要な磁石厚みを達成するために、多層積層しなければならなくなるので、生産性が低下することになる。

次に、上述したホットメルト塗工によって支持基材１１８上に形成されたグリーンシート１１９から所望の磁石寸法に対応する寸法に切り出された加工用シート片１２３を作成する。本実施形態においては、加工用シート片１２３は、図１０（ａ）に示すように、最終製品となる希土類永久磁石３２における中央領域９に対応する長さ方向長さの直線状領域９ａと、該直線状領域９ａの両端に連続する円弧状領域７ｂ、８ｂを有する断面形状である。この加工用シート片１２３は、図の紙面に直角な方向の幅寸法を有し、断面の寸法及び幅寸法は、後述する焼結工程における寸法の縮小を見込んで、焼結工程後に所定の磁石寸法が得られるように定める。

図１０（ａ）に示す加工用シート片１２３には、直線状領域９ａの表面に直角になる方向に平行磁場１２１が印加される。この磁場印加により、加工用シート片１２３に含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸が、図１０（ａ）に矢印１２２で示すように、磁場の方向に、すなわち厚み方向に平行に配向される。具体的に述べると、加工用シート片１２３は、該加工用シート片１２３に対応する形状のキャビティを有する磁場印加用型内に収容され（図示せず）、加熱することにより加工用シート片１２３に含まれるバインダーを軟化させる。詳細には、加工用シート片１２３内に含まれるバインダーの粘度が１〜１５００Ｐａ・ｓ、より好ましくは１〜５００Ｐａ・ｓとなるまで加工用シート片１２３を加熱し、バインダーを軟化させる。それによって、磁石材料粒子はバインダー内で回動できるようになり、その磁化容易軸を平行磁場１２１に沿った方向に配向させることができる。

ここで、加工用シート片１２３を加熱するための温度及び時間は、用いるバインダーの種類及び量によって異なるが、例えば４０〜２５０℃で０．１〜６０分とする。いずれにしても、加工用シート片１２３内のバインダーを軟化させるためには、加熱温度は、用いられるバインダーのガラス転移点又は流動開始温度以上の温度とする必要がある。加工用シート片１２３を加熱するための手段としては、例えばホットプレートによる加熱、又はシリコーンオイルのような熱媒体を熱源に用いる方式がある。磁場印加における磁場の強さは、５０００[Oe]〜１５００００[Oe]、好ましくは、１００００[Oe]〜１２００００[Oe]とすることができる。その結果、加工用シート片１２３に含まれる磁石材料結晶の磁化容易軸が、図１０（ａ）に示すように、平行磁場１２１に沿った方向に、平行に配向される。この磁場印加工程では、複数個の加工用シート片１２３に対して同時に磁場を印加する構成とすることもできる。このためには、複数個のキャビティを有する型を使用するか、或いは、複数個の型を並べて、同時に平行磁場１２１を印加すればよい。加工用シート片１２３に磁場を印加する工程は、加熱工程と同時に行っても良いし、加熱工程を行った後であって加工用シート片１２３のバインダーが凝固する前に行っても良い。

次に、図１０（ａ）に示す磁場印加工程により磁石材料粒子の磁化容易軸が矢印１２２で示すように平行配向された加工用シート片１２３を、磁場印加用型から取り出し、図１０（ｂ）に示す細長い長さ方向寸法の台形キャビティ１２４を有する最終成形用型内に移して、焼結処理用シート片１２５に成形する。この成形により、加工用シート片１２３は、両端の円弧状領域７ｂ、８ｂが、中央の直線状領域９ａに対して直線状に連続する形状になり、同時に、両端部には、傾斜面１２５ａ、１２５ｂが形成される。この成形工程により形成される焼結処理用シート片１２５においては、中央の直線状領域９ａに含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸は、厚み方向に平行に配向されたパラレル配向状態に維持されるが、両端の領域７ｂ、８ｂにおいては、図１０（ａ）に示される上向きに凸の形状が中央の直線状領域に連続する直線形状に変形される結果、図１０（ｂ）に示すように、磁化容易軸は、端面１２５ａ、１２５ｂに隣接する部位では該端面にほぼ沿った傾斜配向となり、中央領域９ａに隣接する部位では、該中央領域９ａにおけるパラレル配向のほぼ沿った配向となる。そして、端面１２５ａ、１２５ｂに隣接する部位から中央領域９ａに隣接する部位までの中間領域では、端面近傍の傾斜配向から傾斜角が漸次減少する配向になる。

このようにして磁石材料粒子の磁化容易軸が配向された配向後の焼結処理用シート片１２５を、大気圧、或いは、大気圧より高い圧力又は低い圧力（例えば、１．０Ｐａ又は１．０ＭＰａ）に調節した非酸化性雰囲気において、バインダー分解温度で数時間〜数十時間（例えば５時間）保持することにより仮焼処理を行う。この処理では、水素雰囲気又は水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気を用いることが推奨される。水素雰囲気のもとで仮焼処理を行う場合には、仮焼中の水素の供給量は、例えば５Ｌ／ｍｉｎとする。仮焼処理を行うことによって、バインダーに含まれる有機化合物を、解重合反応、その他の反応によりモノマーに分解し、飛散させて除去することが可能となる。すなわち、焼結処理用シート片１２５に残存する炭素の量を低減させる処理である脱カーボン処理が行われることとなる。また、仮焼処理は、焼結処理用シート片１２５内に残存する炭素の量が２０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下とする条件で行うことが望ましい。それによって、その後の焼結処理で焼結処理用シート片１２５の全体を緻密に焼結させることが可能となり、残留磁束密度及び保磁力の低下を抑制することが可能になる。なお、上述した仮焼処理を行う際の加圧条件を大気圧より高い圧力とする場合には、圧力は１５ＭＰａ以下とすることが望ましい。ここで、加圧条件は、大気圧より高い圧力、より具体的には０．２ＭＰａ以上とすれば、特に残存炭素量軽減の効果が期待できる。

バインダー分解温度は、バインダー分解生成物および分解残渣の分析結果に基づき決定することができる。バインダー分解温度はバインダーの種類により異なるが、２００℃〜９００℃、より好ましくは４００℃〜６００℃、例えば４５０℃とすればよい。

上述の仮焼処理においては、一般的な希土類磁石の焼結処理と比較して、昇温速度を小さくすることが好ましい。具体的には、昇温速度を２℃／ｍｉｎ以下、例えば１．５℃／ｍｉｎとすることにより、好ましい結果を得ることができる。従って、仮焼処理を行う場合には、図１１に示すように２℃／ｍｉｎ以下の所定の昇温速度で昇温し、予め設定された設定温度（バインダー分解温度）に到達した後に、該設定温度で数時間〜数十時間保持することにより仮焼処理を行う。このように、仮焼処理において昇温速度を小さくすることによって、焼結処理用シート片１２５内の炭素が急激に除去されることがなく、段階的に除去されるようになるので、十分なレベルまで残量炭素を減少させて、焼結後の永久磁石形成用焼結体の密度を上昇させることが可能となる。すなわち、残留炭素量を減少させることにより、永久磁石中の空隙を減少させることができる。上述のように、昇温速度を２℃／ｍｉｎ程度とすれば、焼結後の永久磁石形成用焼結体の密度を９８％以上（７．４０ｇ／ｃｍ３以上）とすることができ、着磁後の磁石において高い磁石特性を達成することが期待できる。

続いて、仮焼処理によって仮焼された焼結処理用シート片１２５を焼結する焼結処理が行われる。焼結処理としては、真空中での無加圧焼結法を採用することもできるが、本実施形態では、焼結処理用シート片１２５を図１０の紙面に直角な方向に一軸加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結法を採用することが好ましい。この方法では、図１０（ｂ）に符号「１２４」で示すものと同じ形状のキャビティを有する焼結用型（図示せず）内に焼結処理用シート片１２５を装填し、型を閉じて、図１０の紙面に直角な方向に加圧しながら焼結を行う。詳細に述べると、焼結処理用シート片１２５から形成される希土類永久磁石を、図１に示す磁石挿入用スロット３１に収容したときに回転子３の回転軸方向と直交する方向となる方向に、焼結処理用シート片１２５を加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結が用いられる。この加圧焼結技術としては、例えば、ホットプレス焼結、熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）焼結、超高圧合成焼結、ガス加圧焼結、放電プラズマ（ＳＰＳ）焼結等、公知の技術のいずれを採用してもよい。特に、一軸方向に加圧可能であって、通電焼結により焼結が遂行されるホットプレス焼結を用いることが好ましい。なお、ホットプレス焼結で焼結を行う場合には、加圧圧力を、例えば０．０１ＭＰａ〜１００ＭＰａとし、数Ｐａ以下の真空雰囲気で９００℃〜１０００℃、例えば９４０℃まで、３℃／分〜３０℃／分、例えば１０℃／分の昇温速度で温度上昇させ、その後、加圧方向の１０秒当たりの変化率が０になるまで保持することが好ましい。この保持時間は、通常は５分程度である。次いで冷却し、再び３００℃〜１０００℃に昇温して２時間、その温度に保持する熱処理を行う。このような焼結処理の結果、焼結処理用シート片１２５から、本発明の一実施形態である希土類永久磁石形成用焼結体が製造される。このように、焼結処理用シート片１２５を図１０の紙面に直交する方向に加圧した状態で焼結する一軸加圧焼結法によれば、焼結処理用シート片１２５内の磁石材料粒子に与えられた磁化容易軸の配向が変化する恐れはない。

この希土類永久磁石形成用焼結体は、図１に示す回転子３の磁石挿入用スロット３１内に、未着磁の状態で挿入される。その後、このスロット３１内に挿入された希土類永久磁石形成用焼結体に対して、その中に含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸すなわちＣ軸に沿って着磁を行う。具体的に述べると、回転子３の複数のスロット３１に挿入された複数の希土類永久磁石形成用焼結体に対して、回転子３の周方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されるように着磁を行う。その結果、希土類永久磁石形成用焼結体に着磁された希土類永久磁石３２を製造することが可能となる。尚、希土類永久磁石形成用焼結体の着磁には、例えば着磁コイル、着磁ヨーク、コンデンサー式着磁電源装置等の公知の手段のいずれを用いてもよい。また、希土類永久磁石形成用焼結体は、スロット３１に挿入する前に着磁を行って、希土類永久磁石とし、この着磁された磁石をスロット３１に挿入するようにしてもよい。

その後で、回転子３に対して固定子２及び回転軸（図示せず）等のモータ構成部材を組み付けることにより、所望の電動モータ、例えばＩＰＭモータが製造される。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る希土類永久磁石形成用焼結体の製造方法においては、磁石材料を磁石材料の微細粒子に粉砕し、粉砕された磁石材料粒子とバインダーとを混合することにより、コンパウンド１１７を生成する。そして、生成したコンパウンド１１７をシート状に成形してグリーンシート１１９を作製する。その後で、成形したグリーンシート１１９所定寸法のシート片を切り出し、所望形状に成形して加工用シート片１２３を形成し、この加工用シート片１２３に対して厚み方向に平行磁場を印加することにより、磁石材料粒子の磁化容易軸を平行磁場のもとで配向させ、配向処理後の加工用シート片１２３を所定の形状に変形させることによって製品形状に成形して焼結処理用シート片１２５とする。その後、非加圧状態で、又は図１０の紙面に直角な方向の１軸加圧状態で焼結することにより希土類永久磁石形成用焼結体を製造する。このようにして得られた永久磁石形成用焼結体に着磁することによって製造される希土類永久磁石３２においては、端部領域における磁石材料粒子の磁化軸が、傾斜面である端面に隣接する部位では該端面の傾斜にほぼ沿った方向に配向し、中央領域に隣接する部位では該中央領域のパラレル配向にほぼ沿った方向に配向する。そして、中間の部位では、端部の傾斜配向から中央領域に近接する部位のパラレル配向まで、傾斜角が漸次減少する配向となる。その結果、回転子の軸方向磁束漏れが大幅に減少することになる。

〔実施例１〕
以下の手順で、図３に示す形状の希土類焼結磁石を作成した。
＜粗粉砕＞
ストリップキャスティング法により得られた、合金組成Ａ（Ｎｄ：２３．００ｗｔ％、Ｐｒ：６．７５ｗｔ％、Ｂ：１．００ｗｔ％、Ｇａ：０．１０ｗｔ％、Ｎｂ：０．２ｗｔ％、Ｃｏ：２．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．１０ｗｔ％、Ａｌ：微量、残部Ｆｅ、その他不可避不純物を含む）の合金に、室温において水素を吸蔵させ、０．８５ＭＰａのもとで１日保持した。その後、液化Ａｒで冷却しながら、０．２ＭＰａのもとで１日保持することにより、水素解砕を行って、合金粗粉を得た。

＜微粉砕＞
水素解砕された合金粗粉１００重量部に対して、Ｚｒビーズ（２φ）１．５ｋｇを混合し、タンク容量０．８Ｌのボールミル（製品名：アトライタ ０．８Ｌ、日本コークス工業社製）に投入し、回転数５００ｒｐｍで２時間粉砕した。粉砕時の粉砕助剤として、ベンゼンを１０重量部添加し、また、溶媒として液化Ａｒを用いた。

＜混練＞
粉砕後の合金粒子１００重量部に対して、１−オクタデシン６．７重量部、及びポリイソブチレン（ＰＩＢ）Ｂ１５０のトルエン溶液（７重量％）を５７重量部加え、ミキサー（装置名：ＴＸ−０．５、井上製作所製）により、７０℃の減圧加熱撹拌条件下でトルエンを除去した後、さらに、２時間の混練を行ない、粘土状の複合材料を作製した。

＜磁場配向＞
該混練工程で作成した複合材料を図１２（ａ）に示す形状と同一のキャビティを有するステンレス鋼（ＳＵＳ）製の型に収めて、第１の成形体を形成した後、超伝導ソレノイドコイル（装置名：ＪＭＴＤ−１２Ｔ１００、ＪＡＳＴＥＣ製）により、外部から平行磁場を印加することにより配向処理を行った。この配向処理は、１２Ｔの外部磁場を印加しながら、８０℃で１０分間行い、最短の辺方向である台形の厚み方向に対して、平行となるように外部磁場を印加した。この配向処理の温度に保持したまま、ソレノイドコイルから複合材料を取り出し、その後、逆磁場を掛けることにより、脱磁処理を施した。逆磁場の印加は、-０．２Ｔから＋０．１８Ｔ、さらに−０．１６Ｔへと強度を変化させながら、ゼロ磁場へと漸減させることにより行った。

＜変形工程＞
配向処理の後、配向処理用の型から成形した複合材料の成形加工用シートを取り出し、図１２（ａ）に示す、端部円弧形状よりは浅い端部円弧形状のキャビティを有するステンレス鋼（ＳＵＳ）製の中間成形用型（図１２（ｂ））に入れ替え、６０℃に加温しながら加圧して、変形処理を行った。さらに、成形した該成形加工用シートを取り出し、図１２（ｃ）に示す形状のキャビティを有するステンレス鋼（ＳＵＳ）製の最終成形型に入れ替え、６０℃に加温しながら、加圧して、変形を行った。変形後は、ＳＵＳ型から複合材料のシートを取り出し、図１２（ｃ）と同一形状のキャビティを有するグラファイト型に挿入した。グラファイト型のキャビティの幅方向寸法、すなわち、図１２（ｃ）の紙面に直交する方向の寸法は、成型した台形形状コンパウンドの幅方向寸法よりも２０ｍｍ程度大きいものであり、複合材料は、キャビティの中央部に位置するように挿入した。グラファイト型には離型材として、ＢＮ（窒化ホウ素）粉末を予め塗布した。

＜脱オイル工程＞
グラファイト型に挿入されたコンパウンドに対して、真空雰囲気下で、脱オイル処理を行った。排気ポンプとしては、ロータリーポンプを使用し、室温から１００℃まで０．９℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、１００℃の温度に４０ｈ保持した。この工程によって、配向潤滑剤、可塑剤のようなオイル成分を揮発により、除去することができた。

＜仮焼（脱炭素）工程＞
変形後の成形加工用シートに対して、０．８Ｍｐａの水素加圧雰囲気のもとで、脱炭素処理を行った。この処理においては、室温から４００℃まで６．３℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、４００℃の温度に２時間保持した。この処理における水素流量は２〜３Ｌ／ｍｉｎであった。

＜焼結＞
脱炭素工程の後、グラファイト型に図１２（ｃ）と同一の断面形状を有するグラファイト製の押し型を挿入し、該押し型に加圧力を加えることにより、真空雰囲気下での加圧焼結を行った。加圧方向は、磁化容易軸の配向方向に対して垂直の方向、すなわち、複合材料シートの幅方向に平行な方向であった。焼結に際しては、初期荷重として５０ｋｇｆの加圧力を加えながら、７００℃まで２２．７℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、その後に、最終焼結温度である９５０℃まで、５０ｋｇｆの加圧下で、８．３℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、９５０℃の温度に５ｍｉｎ保持した。

＜焼鈍＞
焼結工程により得られた焼結体を、室温から５００℃まで、０．５時間かけて昇温した後、５００℃で１時間保持し、その後急冷することにより焼鈍を行って、希土類磁石形成用焼結体を得た。

＜配向軸角度の測定＞
得られた焼結体における磁化容易軸の配向軸角度は、焼結体の表面に対し、ＳｉＣペーパーによる研磨、バフによる研磨、及び、ミリングにより表面処理を施した後、ＥＢＳＤ検出器（装置名：ＡＺｔｅｃＨＫＬ EBSD ＮｏｒｄｌｙｓＮａｎｏ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ 、Ｏｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）を備えたＳＥＭ（装置名：ＪＳＭ‐７００１Ｆ、日本電子製）により測定した。この測定には、代替的に、ＥＤＡＸ社製のＥＢＳＤ検出器（Ｈｉｋａｒｉ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ＥＢＳＤ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を備えた走査電子顕微鏡（ＺＥＩＳＳ社製ＳＵＰＲＡ４０ＶＰ）を使用することもできる。なお、ＥＢＳＤの分析は、３５μｍの視野角で、０．２μｍピッチで行った。分析精度を向上させるために、少なくとも３０個の焼結粒子が入る領域に対して分析を行った。

実施例１においては、焼結体である台形磁石を幅方向の中央で切断し、その断面である長さ方向断面において行った。測定個所を図１３に示す。測定は、当該断面の厚み方向の中央に沿って、長さ方向中央から左に１２ｍｍの位置（ａ）、長さ方向中央から左に１０ｍｍの位置（ｂ）、長さ方向中央から左に８ｍｍの位置（ｃ）、長さ方向中央から左に６ｍｍの位置（ｄ）、長さ方向中央から左に４ｍｍの位置（ｅ）、長さ方向中央から左に２ｍｍの位置（ｆ）、長さ方向中央の位置（ｇ）、長さ方向中央から右に２ｍｍの位置（ｈ）、長さ方向中央から右に４ｍｍの位置（ｉ）、長さ方向中央から右に６ｍｍの位置（ｊ）、長さ方向中央から右に８ｍｍの位置（ｋ）、長さ方向中央から右に１０ｍｍの位置（ｌ）、長さ方向中央から右に１２ｍｍの位置（ｍ）の合計１２か所で行った。

各測定位置において、磁化容易軸すなわち結晶Ｃ軸（００１）が最も高頻度で向いている方向をその位置における配向軸角度とした。図１４に示すように、台形底面に、Ａ２軸と、これに直交するＡ３軸方向とからなる直交座標を設定し、この直交座標を含む面を基準面とし、厚み方向に、該Ａ２軸及びＡ３軸に直交するＡ１軸を設定して、Ａ１軸からＡ３軸方向への配向軸のずれ角αと、Ａ１軸からＡ２軸方向への配向軸のずれ角θ＋βとを求めた。

Ａ１軸及びＡ２軸を含む平面では、いずれの分析位置においても、磁化容易軸の所定の配向方向は、該Ａ１軸及びＡ２軸を含む平面内に位置する。したがって、傾斜角αは、磁化容易軸の所定の配向方向からの変位量、すなわち「ずれ角」となる。また、角βに関連して用いられる角θは、任意の分析位置における、設計した磁化容易軸の配向方向とＡ１軸との間の角度であり、したがって、角βは、この分析位置における配向軸の所定配向方向に対する変位量、すなわち「ずれ角」である。得られた実施例１の評価結果を表１に示す。

中央領域（測定箇所ｅ,ｆ,ｇ,ｈ,ｉ）においては、該中央領域に含まれる磁石材料粒子は、その磁化容易軸が、幅方向に延びる焼結体部分の一表面に対して実質的に直角な方向に配向されており、第１及び第２の端部領域の一方又は両方において、該領域に含まれる磁石材料粒子は、磁化容易軸が該一表面に指向される磁石材料粒子の密度が、中央領域におけるよりも高くなるように集束する方向に配向されている（測定箇所ａ,ｂ,ｃ,ｄ,ｊ,ｋ,ｌ,ｍ）。

配向軸角度の設計値であるθからの「ずれ角」であるβは、どの測定位置においても小さく、設計通りの配向軸角度となっていることが分かる（図１５）。
また、傾斜角θ_1、θ₂は２０°であり、長さ方向両端面に隣接する位置では端面の傾斜角に沿うように該第１の表面に対して磁化容易軸が傾斜していた。
また、希土類永久磁石形成用焼結体の端面を研磨することで、端面に隣接する位置における磁化容易化軸の傾斜角を端面の傾斜角と実質的に同じにすることもできる。

１・・・回転電機
２・・・固定子
２ａ・・・端面
３・・・回転子
３ａ・・・端面
７、８・・・端部領域
９・・・中央領域
３１・・・磁石挿入用スロット
３２・・・磁石永久磁石
３２ａ、３２ｂ・・・磁石端面
３２ｃ・・・第１の表面
３２ｄ・・・第２の表面
１１７・・・コンパウンド
１１８・・・支持基材
１１９・・・グリーンシート
１２０・・・スロットダイ
１２３・・・加工用シート片
１２５・・・焼結処理用シート片
Ｃ・・・磁化容易軸
θ・・・傾斜角

Claims (10)

1. 環状の固定子と、長さ方向に延びる回転軸線周りに回転自在に該固定子内に配置され該固定子との間にエアギャップを形成する回転子とを有し、前記回転子には、長さ方向が前記回転軸線に平行になるように希土類永久磁石が配置されており、前記希土類磁石は、前記長さ方向に延びる第１の表面と、該第１の表面から厚み方向に間隔をもった位置にあり該長さ方向に延びる第２の表面と、該長さ方向両端部の端面とを有し、該両端部の端面の少なくとも一方が、前記固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置された構成を有する回転電機であって、
   前記希土類永久磁石は、希土類物質を含む磁石材料粒子が焼結成形されたものであり、前記両端部の少なくとも一方の端面は、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが前記第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第１の傾斜面とされており、
   前記希土類永久磁石は、少なくとも、長さ方向の中央領域と、前記少なくとも一方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第１の端部領域とに区画され、
   前記中央領域においては、該中央領域に含まれる前記磁石材料粒子は、その磁化軸が、前記長さ方向に延びる前記第１の表面に対して実質的に直角な方向に配向されたパラレル配向となっており、
   前記第１の端部領域に含まれる前記磁石材料粒子は、磁化軸が、前記少なくとも一方の端面に隣接する位置では前記端面を形成する前記第１の傾斜面の傾斜角に沿うように前記第１の表面に対して傾斜して前記第１の表面に指向され、前記中央領域に隣接する位置では前記第１の表面に対して実質的に直角な方向となるように、該第１の表面に指向され、前記少なくとも一方の端面と前記中央領域との間では前記端面から前記中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で前記第１の表面に指向されるように集束する配向とされた
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載された回転電機であって、前記希土類永久磁石は、前記長さ方向両端部の他方が、前記固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置されており、前記他方の端面が、該第１の表面の長さ方向端部から長さ方向外向きに傾斜することにより該第１の表面の長さが前記第２の表面より短くなる長さ方向断面形状をもつ所定の立体形状となる第２の傾斜面とされており、前記他方の端面から所定の長さ方向寸法の範囲にわたる第２の端部領域が区画され、前記第２の端部領域に含まれる前記磁石材料粒子は、磁化軸が、前記他方の端面に隣接する位置では前記他方の端面を形成する前記第２の傾斜面の傾斜角に沿うように前記第１の表面に対して傾斜して前記第１の表面に指向され、前記他方の端面と前記中央領域との間では前記他方の端面から前記中央領域に向けて漸次変化する傾斜角で前記第１の表面に指向されるように集束する配向とされたことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は請求項２に記載した回転電機であって、前記第１の表面に直交する線に対する前記第１の傾斜面の傾斜角θ1は、５°から４５°の範囲であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２に記載した回転電機であって、前記第１の表面に直交する線に対する前記第２の傾斜面の傾斜角θ2は、５°から４５°の範囲であることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１又は請求項２に記載した回転電機であって、前記第１の表面に直交する線に対する前記第１の傾斜面の傾斜角θ1は、５°から１５°の範囲であることを特徴とする回転電機。
6. 請求項２に記載した回転電機であって、前記第１の表面に直交する線に対する前記第２の傾斜面の傾斜角θ2は、５°から１５°の範囲であることを特徴とする回転電機。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載した回転電機であって、前記第１の端部領域が、前記固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置されたことを特徴とする回転電機。
8. 請求項２、請求項４又は請求項６に記載した回転電機であって、前記第２の端部領域が、前記固定子の対応する長さ方向端面より長さ方向外向きに突出するように配置されたことを特徴とする回転電機。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載した回転電機であって、前記第２の表面の長さ方向寸法を２Ｌとし、前記第２の表面に沿った前記第１の端部領域の長さ方向寸法をａとしたとき、０．１≦ａ／Ｌ≦０．６の条件を充足するように前記第１の端部領域が区画されたことを特徴とする回転電機。
10. 請求項２、請求項４、請求項６又は請求項８に記載した回転電機であって、前記第２の表面の長さ方向寸法を２Ｌとし、前記第２の表面に沿った前記第２の端部領域の長さ方向寸法をａとしたとき、０．１≦ａ／Ｌ≦０．６の条件を充足するように前記第２の端部領が区画されたことを特徴とする回転電機。

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