JP7060957B2 - 希土類永久磁石及び希土類永久磁石を有する回転機 - Google Patents

Description

本発明は、希土類永久磁石及び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機に関する。また、本発明は、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、希土類永久磁石形成用焼結体に関する。

ステータとロータとを備える電動モータにおいて、永久磁石をロータ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構成された、永久磁石埋め込み型電動モータが、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。この種のモータは、複数の磁極を有するステータに対してエアギャップを介して対向するようにロータコアが配置される。そして、該ロータコアには、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ており、該スロットの幅方向両端部は、ロータコアの周面に近接する位置にある。したがって、このスロットに挿入される永久磁石も、その幅方向両端部が幅方向中央部よりもロータコアの周面に近接する位置に配置される。

特開２０００－５０５４３号公報（特許文献２）では、この種のモータにおいて、モータを小型化するためにステータのティース部に高密度の集中巻きを行った場合に、ティース部の磁力が高くなり、隣り合うティース間に流れる磁束がロータコアの永久磁石の位置まで達し、この磁束により、永久磁石に減磁を生じる、という問題があることを指摘している。特許文献２によると、この減磁作用は、特に永久磁石の端部において生じる。特許文献２では、この問題に対処するため、ロータコアに埋め込まれる永久磁石の端部とロータコア外周との間に非磁性部を設けることを提唱している。非磁性部の具体的な例として、特許文献２は、スロット両端部を延長して永久磁石の両端部に空隙部を設けることを教示している。このように非磁性部を設けると、ステータからの磁束が該非磁性部を通るようになり、ロータコアに埋め込まれた永久磁石の減磁を抑制することができる。この減磁に対処するための別の手法を開示する文献として、特開平１０ー２７１７２２号公報（特許文献３）は、永久磁石の両端部を保磁力の高い磁性材料とすることを提唱している。

上述の特許文献２及び３においては、永久磁石はフェライト磁石であるが、これら特許文献が指摘する減磁の問題は、希土類磁石を用いるモータにおいても同様に生じると考えられる。特許第５４４４６３０号公報（特許文献４）は、永久磁石埋め込み型モータにおいて、永久磁石としてＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石を使用するモータを開示する。この特許文献４では、永久磁石は、２つの主面を有する平板状に形成され、ロータコア中心からみて外向き面がロータコアに対して磁極を呈する磁極面となり、内向き面が反磁極面となる。ロータコア内に埋め込まれた状態において、磁石の幅方向端部は中間部よりエアギャップに近い位置にあり、近接部と呼ばれ、中間部は、該近接部よりもエアギャップから遠い、遠方部と呼ばれている。この特許文献４には、永久磁石の幅方向端部に生じる減磁の問題に対処するための構成が開示されている。すなわち、永久磁石は、断面がほぼ台形となるように端部に斜面が形成されており、該永久磁石の端部より幅方向外側では、ロータコアに空隙部が形成されている。この空隙部は、磁石の端部と該空隙部を介して該磁石に対向するロータ部分との間の磁気抵抗を大きくする効果がある、と説明されている。具体的な例では、空隙部は、磁石が埋め込まれるロータコア内のスロットに対して斜めに、エアギャップの方向に屈曲するように形成される。

特許文献４には、さらに、永久磁石における磁化容易軸の配向についての記載がある。すなわち、磁石の長さ方向中央部では磁石材料の磁化容易軸がロータの半径方向に向けられており、該中央部から離れる位置では、遠方部及び近接部のいずれにおいても、磁化容易軸が中央部の方向に傾斜しており、その傾斜角は、中央部から端部へ向かって、漸進的に増加している。

国際公開ＷＯ２００７／１１９３９３号（特許文献５）は、ネオジム磁石における磁化容易軸の配向制御の手法を開示する。この特許文献５には、磁石粒子と結合剤とのコンパウンドを圧縮成形し、形成された結合剤の架橋分子を機械的に延伸し、延伸した垂直異方性薄板磁石の塑性変形で異方性の方向をラジアル方向に転換する方法が記載されている。ここに教示された方法は、磁石粒子と、該磁石粒子を固定する網目状高分子と、線状高分子、及び、必要に応じて用いられる添加剤とにより構成されるコンパウンドを使用する。上述の高分子は、磁石粒子固定相Ａと流動相Ｂとからなり、相Ｂの一部が相Ａと化学結合して、固定相Ａの群を網目状に固定し、相Ｂの剪断流動及び伸長流動で変形を生じさせる。さらに、相Ｂの流動を伴う変形によって製造した磁石を熱処理して、架橋反応を進行させ、相Ｂの流動性を消失させることにより、磁石の機械的強度及び耐熱性を向上させる。この方法によれば、上述した流動変形により、磁石粒子の磁化容易軸の配向が制御される。この特許文献５により製造される磁石は、ネオジム磁石粒子が焼結される焼結磁石ではなく、磁石内には高分子材料がそのまま残存しており、ボンド磁石の一種と理解される。ボンド磁石は、磁石材料粒子の間に結合剤である高分子材料が介在しており、磁石材料粒子の含有割合が低くなるため、残留磁束密度が低下する、という欠点がある。

特開平８－３３１７８３号公報 特開２０００－５０５４３号公報 特開平１０ー２７１７２２号公報 特許第５４４４６３０号公報 国際公開ＷＯ２００７／１１９３９３号

本発明は、永久磁石埋め込み型回転機において、埋め込まれた永久磁石が遭遇する減磁の問題を解決する手段を提供することを解決すべき課題とする。
本発明は、また、回転機に埋め込まれたときに減磁の問題を生じないか、或いは大幅に緩和することができる、希土類磁石又は希土類磁石を形成するための焼結体を提供することを他の課題とする。

上記課題を達成するため、本発明は、その一態様において、希土類磁石形成用焼結体を提供する。この焼結体は、希土類物質を含む磁石材料粒子を含む。該焼結体は、該磁石材料粒子が、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長さ方向に延びる第２の表面と、長さ方向両端部の端面とを有し、該両端面の各々が該第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横断面形状をもつ所定の立体形状に一体に焼結成形されたものである。該焼結体は、少なくとも、長さ方向の中央領域と、該中央領域の両側に位置する第１及び第２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、焼結体の長さ方向に延びる焼結体部分の第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いる。該端部領域の各々に含まれる磁石材料粒子は、該端面に隣接する位置では該端面の傾斜に沿って第１の表面に対して傾斜する角度で該第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減少する傾斜角で該第１の表面に指向されるように集束する配向とされる。好ましい一態様においては、該第１及び第２の端部領域の各々における端面は、該端面の延長線と前記第１の表面との間の角度が４５°～８０°の範囲内になるように、より好ましくは、該角度が５５°～８０°の範囲内になるように該第１の表面に対して傾斜した形状とされる。本発明の別の好ましい態様においては、希土類磁石形成用焼結体は、中央領域の長さ方向寸法Ｐと第１の表面の長さ方向寸法Ｌの比Ｐ／Ｌが０．０５～０．８、より好ましくは０．２～０．５、さらに好ましくは０．３～０．４となるように、該中央領域が定められる。さらに、本発明においては、磁石材料は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石材料であることが好ましい。

本発明は、別の態様において、上述の希土類永久磁石形成用焼結体に着磁させることによって形成された希土類永久磁石を提供する。
本発明は、さらに別の態様において、電動モータ又は発電機のような回転機を提供する。この回転機は、回転軸に対して平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータと対向するように該ステータ内に回転自在に配置されたロータコアを有する構成である。該ロータコアには、周方向に間隔をもった複数の位置において長さ方向寸法と厚み方向寸法を有する長さ方向断面形状のスロットが複数個、軸方向に延びるように形成され、該スロットの各々内に、上述した希土類永久磁石が配置される。好ましい態様の回転機においては、該スロットの各々は、該スロット内に配置される希土類永久磁石の幅方向寸法より大きい長さ方向寸法を有し、該スロット内に配置される記希土類永久磁石の両端部に該スロットによって空隙部が形成される。この空隙部は、磁石を収容するスロット部分に対してエアギャップの方向に傾斜していることが好ましい。

本発明による希土類磁石形成用焼結体は、磁石材料粒子が、長さ方向と厚み方向を有し該長さ方向の両端部の各々が該第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に一体に焼結成形されたものであり、該焼結体は、少なくとも、長さ方向の中央領域と、該中央領域の両側に位置する第１及び第２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、焼結体の長さ方向に延びる焼結体部分の第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いる。そして、該第１及び第２の端部領域の各々に含まれる磁石材料粒子は、その磁化容易軸が、該端面に隣接する位置では該端面の傾斜角に沿うように第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増加する傾斜角で該第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。磁石材料粒子の磁化容易軸をこのような配向とすることにより、この焼結体を着磁して希土類永久磁石を形成したとき、該磁石により形成される磁束密度は、両端部である第１及び第２の領域における方が、中央領域におけるよりも高くなる。そのため、該磁石を永久磁石埋め込み型モータ等の回転機械に使用したとき、該磁石の端部領域に減磁作用をもたらす外部磁界が作用しても、該端部領域には十分な密度の磁束が生成されるようになり、回転機械としての性能が十分に確保される。

なお、本発明の上記構成は、上述の特許文献４に記載された減磁対策とともに使用すれば、一層効果が高まる。すなわち、本発明による希土類磁石を埋め込んだ電動モータ等の回転機には、特許文献４に記載されているもののような空隙部を磁石の長さ方向両端部に設けることにより、減磁効果を一層高めることができる。

本発明の一実施形態による希土類磁石形成用焼結体の一例を横断面で示す断面図であり、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は端部領域の一部を示す断面図である。 本発明により形成される磁石が埋め込まれる電動モータのロータコアに設けられた磁石挿入用スロットの一例を示すロータ部分の断面図である。 図２に示すロータコアに永久磁石が埋め込まれた状態を示すロータ部分の端面図である。 本発明の永久磁石を適用することができる電動モータの横断面図である。 図１に示す実施形態による焼結体から形成される希土類永久磁石における磁束密度の分布を示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態による希土類磁石を組み込んだ電動モータにおける磁石の最小磁化とモータの平均トルクに対するパラレル率の影響を示す図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態による希土類磁石を組み込んだ電動モータにおける磁石の最小磁化とモータの平均トルクに対する端面傾斜角の影響を示す図である。（ｃ）は、（ｂ）とは異なるパラレル率の永久磁石を用いた電動モータについての（ｂ）と同様な図である。（ｄ）は、（ｂ）及び（ｃ）とは異なるパラレル率の永久磁石を用いた電動モータについての（ｂ）（ｃ）と同様な図である。（ｅ）は、（ｂ）とは異なる端面傾斜角及び磁石長さを有する永久磁石を用いた電動モータについての（ｂ）と同様な図である。（ｆ）は、（ｅ）とは異なる端面傾斜角及び磁石長さを有する永久磁石を用いた電動モータについての（ｅ）と同様な図である。 図１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～図４に、本発明の一実施形態による希土類磁石形成用焼結体と、該焼結体から形成される永久磁石を組み込んだ電動モータの一例を示す。本実施例においては、希土類永久磁石１は、磁石材料として、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石材料を含む。典型的には、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石材料は、Ｎｄを２７～４０ｗｔ％、Ｂを０．８～２ｗｔ％、Ｆｅ（電解鉄）を６０～７０ｗｔ％の割合で含む。この磁石材料には、磁気特性向上を目的として、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｇ等の他元素を少量含んでも良い。

図１（ａ）を参照すると、本実施形態による磁石形成用焼結体１は、上述した磁石材料の微細粒子が一体に焼結成形されたものであり、互いに平行な上辺２と下辺３、及び左右両端の端面４、５を有し、該端面４、５は上辺２及び下辺３に対し傾斜した傾斜面として形成されている。上辺２は、本発明の第１の表面の断面に対応する辺であり、下辺３は、本発明の第２の表面の断面に対応する辺である。端面４、５の傾斜角は、該端面４、５の延長線４ａ、５ａと上辺２との間の角度θとして定義される。好ましい形態では、傾斜角θは、４５°～８０°、より好ましくは５５°～８０°である。その結果、磁石形成用焼結体１は、上辺２が下辺３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。

磁石形成用焼結体１は、上辺２及び下辺３に沿った長さ方向に、所定の長さの中央領域６と、両端部側の端部領域７、８とに区分された複数の領域を有する。中央領域６においては、該領域６に含まれる磁石材料粒子は、その磁化容易軸が上辺２及び下辺３に対して実質的に直角な、厚み方向に平行に配向したパラレル配向となっている。これに対して、端部領域７、８では、該領域７、８に含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸は、厚み方向に対して、下から上に向けて、配向方向が中央領域６の方向に傾斜しており、その傾斜角は、端面４、５に隣接する位置では該端面４、５の傾斜角θに沿った角度であり、中央領域６に隣接する位置では、該上辺２に対しほぼ直角であり、端面４、５に隣接する位置から中央領域６に近づくにしたがって漸次大きくなる。このような磁化容易軸の配向を、図１（ａ）に、中央領域６のパラレル配向については、矢印９で、端部領域７、８の傾斜配向については、矢印１０で、それぞれ示す。端部領域７、８の傾斜配向に関し、別の表現をすれば、これら領域に含まれる磁石材料粒子の磁化容易軸は、上辺２と端面４、５とが交差する角部から中央部に向けて、端部領域７、８の長さ方向寸法に対応する所定の長さの領域に集束するように配向される。この配向の結果、端部領域７、８においては、磁化容易軸が上辺２に指向される磁石材料粒子の密度が、中央領域６におけるよりも高くなる。本発明の好ましい形態では、中央部６に対応する上辺２の長さ方向の寸法、すなわちパラレル長Ｐと、上辺２の長さ方向寸法Ｌとの比、すなわちパラレル率Ｐ／Ｌが、０．０５～０．８、より好ましくは０．２～０．５となるように、中央領域６と端部領域７，８の長さが定められる。

上記した端部領域７、８における磁石材料の磁化容易軸の配向を、端部領域７について図１（ｂ）に誇張して示す。図１（ｂ）において、磁石材料粒子の各々の磁化容易軸Ｃは、端面４に隣接する部分では該端面４にほぼ沿って、該端面４の傾斜角θだけ傾斜して配向される。そして、該傾斜角は、端部から中央部に近づくにしたがって、漸次増加する。すなわち、磁石材料粒子の磁化容易軸Ｃの配向は、下辺３の側から上辺２に向けて集束するようになり、磁化容易軸Ｃが上辺２に指向される磁石材料粒子の密度は、パラレル配向の場合に比して高くなる。

図２は、上述した磁化容易軸の配向を有する磁石形成用焼結体１を着磁させることによって形成された希土類磁石を埋め込んで使用するのに適した電動モータ２０のロータコア部分を拡大して示す断面図である。ロータコア２１は、その周面２１ａがエアギャップ２２を介してステータ２３と対向するように、該ステータ２３内に回転自在に配置される。ステータ２３は、周方向に間隔をもって配設された複数のティース２３ａを備えており、このティース２３ａに界磁コイル２３ｂが巻かれる。上述のエアギャップ２２は、各ティース２３ａの端面とロータコア２１の周面２１ａとの間に形成されることになる。ロータコア２１には、磁石挿入用スロット２４が形成されている。このスロット２４は、直線状中央部分２４ａと、該中央部分２４ａの両端部からロータコア２１の周面２１ａの方向に斜めに延びる一対の傾斜部分２４ｂとを有する。図２から分かるように、傾斜部分２４ｂは、その末端部がロータコア２１の周面２１ａに近接した位置にある。

上述した磁化容易軸の配向を有する磁石形成用焼結体１を着磁させることによって形成された希土類磁石３０を図２に示すロータコア２１の磁石挿入用スロット２４に挿入した状態を図３に示す。図３に示すように、希土類永久磁石３０は、その上辺２が外側に、すなわちステータ２３側に向くように、ロータコア２１に形成された磁石挿入用スロット２４の直線状中央部分２４ａに挿入される。挿入された磁石３０の両端より外側には、スロット２４の直線状中央部分２４ａの一部と傾斜部分２４ｂが空隙部として残される。このように、ロータコア２１のスロット２４に永久磁石が挿入されることによって形成された電動モータ２０の全体を、図４に横断面図で示す。

図５は、上述した実施形態により形成される希土類永久磁石３０における磁束密度の分布を示すものである。図５に示すように、磁石３０の両側端部領域７、８における磁束密度Ａは、中央領域６における磁束密度Ｂより高くなる。そのため、この磁石３０を電動モータ２０のロータコア２１に埋め込んで作動させたとき、磁石３０の端部にステータ２３からの磁束が作用しても磁石３０の端部の減磁が抑制され、磁石３０の端部には、減磁後も十分な磁束が残されることになり、モータ２０の出力が低下することが防止される。

図４に示すように電動モータ２０に実装された永久磁石３０は、電動モータ３０の回転に伴い、該永久磁石３０に作用する外部磁界の影響により、その磁化が１回転中に変化する。１回転中における磁化が最小となる状態における永久磁石３０の磁化を「最小磁化」と呼ぶ。そして、永久磁石単体でみるとき、該最小磁化は、該永久磁石の長さ方向両端部領域に生じる。

一般に、永久磁石が埋め込まれた電動モータにおいては、各永久磁石の磁石量を同一として比較した場合、磁石の長さＬを大きくするほどモータの平均トルクが大きくなるが、磁石の最小磁化は低下する傾向を示す。本発明の発明者らは、上述したように、磁石材料の磁化容易軸がパラレル配向された中央領域６と傾斜配向された端部領域７、８を有する希土類永久磁石において、パラレル率Ｐ／Ｌと、最小磁化及びモータの平均トルクとの関係を検討した。その結果、モータの平均トルクはパラレル率Ｐ／Ｌの増加にほぼ比例して増加するが、磁石の最小磁化はパラレル率Ｐ／Ｌの増加に伴い指数関数的に減少することが分かった。その代表的な例を、長さＬが２５ｍｍで傾斜角θが７０°の磁石について図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示すように、パラレル率Ｐ／Ｌが０．０５より大きい範囲では、パラレル率が０の場合よりもモータの平均トルクが高くなり、最小磁化の減少は僅かである。しかし、パラレル率Ｐ／Ｌが０．８を超えると、最小磁化の低下が無視できなくなる。すなわち、モータに埋め込まれた永久磁石は、モータの作動中に高温に曝されることになるが、永久磁石は、高温になるほど低い外部磁界のもとで磁化反転を生じる磁化特性を有する。したがって、最小磁化が低くなり過ぎると、モータに生じる温度上昇のもとで永久磁石に磁化反転を生じる恐れが生じる。永久磁石の長さＬが２０ｍｍから２６ｍｍの範囲のものについて検討したが、この傾向は、いずれの長さでも変わりはなかった。したがって、パラレル率Ｐ／Ｌは０．８以下とすることが好ましい。この観点から、パラレル率Ｐ／Ｌは０．０５～０．８の範囲とすることが好ましく、モータの平均トルクの観点からは、パラレル率Ｐ／Ｌは０．２～０．８の範囲とすることが、より好ましい。なお、平均トルクが比較的高く、最小磁化の低下が比較的僅かであるパラレル率Ｐ／Ｌの範囲としては、０．３～０．４が最も好ましい。

さらに、発明者らは、上記に加えて、永久磁石の最小磁化及びモータの平均トルクと磁石端面４、５の傾斜角θの関係を検討した。その結果を、磁石長さＬが２５ｍｍで、中央領域６の長さが９ｍｍの磁石について、図６（ｂ）に示す。図から分かるように、最小磁化は、端面傾斜角θが４０°から大きくなるにしたがって、極大値を示す角度までは比例的に大きくなるが、該極大値を示す角度を過ぎると、傾斜角の増加に伴い指数関数的に減少する。最小磁化がこの極大値を示す端面傾斜角θより小さい傾斜角範囲では、最小磁化は、端部領域７、８内で、中央領域６に近接した永久磁石の第２の表面３寄りの部位に生じるが、端面傾斜角θが極大値を示す端面傾斜角θより小さい範囲では、最小磁化は、端面４、５寄りの部位に生じる。

長さが２５ｍｍの磁石について、中央領域６の長さＰを、それぞれ１３ｍｍ及び２１ｍｍとした場合の端面傾斜角θが永久磁石の最小磁化とモータの平均トルクとの関係に及ぼす影響を図６（ｃ）、（ｄ）に示す。これらの図に示す結果から、磁石の長さＬが２５ｍｍの場合には、端面傾斜角θが約７０°のときに最小磁化が最大になることが分かる。これに対して、モータの平均トルクは、中央領域６の長さが９ｍｍの磁石では二次関数的に変化し、傾斜角θが約７５°のところで極大となる。そして、図６（ｃ）に示すように、中央領域６の長さＰが１３ｍｍの磁石では、モータの平均トルクの変化傾向は、図６（ｂ）に示すものと同様であるが、該平均トルクは、全体的に中央領域６が９ｍｍのものよりも高くなる。また、図６（ｄ）に示すように、中央領域６の長さＰが２１ｍｍの磁石では、モータの平均トルクの変化傾向は、図６（ｂ）に示すものとは異なり、端面傾斜角θの変化に伴う変化率が小さくなるが、該平均トルクは、全体的に中央領域６が９ｍｍ及び１３ｍｍのものよりも高くなる。このことから、長さＬが２５ｍｍの永久磁石の場合には、端面傾斜角θは約７０°が好ましいことが分かる。

図６（ｅ）（ｆ）は、永久磁石の長さＬが端面傾斜角θと最小磁化との関係に及ぼす影響について検討した結果を示す図表であり、図６（ｅ）は、長さＬが２６ｍｍで、中央領域６の長さが２ｍｍの永久磁石の例を示し、図６（ｆ）は、長さＬが２０ｍｍで、中央領域６の長さが８ｍｍの永久磁石の例を示す。図６（ｅ）に示すように、磁石の長さＬが２６ｍｍで、中央領域６の長さが２ｍｍの磁石の場合、最小磁化は端面傾斜角θが約５５°のところで極大となる。図６（ｆ）は、磁石長さＬが２０ｍｍで、中央領域６の長さＰが８ｍｍの磁石の場合には、端面傾斜角θが約６５°のときに最小磁化が極大になることを示している。そして、磁石長さＬが２５ｍｍの磁石についての図６（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す結果は、端面傾斜角θが７０°のときに最小磁化が極大となることを示している。したがって、最小磁化が極大となる端面傾斜角θは、５５°～７０°の範囲である、と考えることができる。これらの結果に基づいて、最小磁化が極大となる端面傾斜角θに対し±１０°を有効な範囲として、端面傾斜角θの下限値及び上限値を定めると、端面傾斜角θの範囲は、４５°以上で８０°以下が好ましいということができる。図６（ｅ）に示す結果のうち、モータの平均トルクを考慮すると、端面傾斜角θは、５５°～８０°の範囲が、より好ましいといえる。
［希土類永久磁石形成用焼結体の製造方法］

次に、図１に示す実施形態による希土類磁石形成用焼結体１の製造方法について図７を参照して説明する。図７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７（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７（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）、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１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、そのような特定の塗工法に限定されるものではない。

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、磁石材料粒子に対して０．１部～１０部、より好ましくは０．３部～８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７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８（ａ）に示すように、最終製品となる希土類永久磁石形成用焼結体１における中央領域６に対応する長さ方向長さの直線状領域６ａと、該直線状領域６ａの両端に連続する円弧状領域７ａ、８ａ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８（ａ）に示す加工用シート片１２３には、直線状領域６ａ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８（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８（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８（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８（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７ａ、８ａが、中央の直線状領域６ａ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６ａ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状態に維持されるが、両端の領域７ａ、８ａにおいては、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８（ｂ）に示すように、磁化容易軸は、それぞれの対応する領域における上辺に集束する配向になる。

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。具体的には、バインダーの分解生成物を補集し、モノマー以外の分解生成物が生成せず、かつ残渣の分析においても残留するバインダー成分の副反応による生成物が検出されない温度範囲を選択することが推奨される。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９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を図の紙面に直角の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８（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、図の紙面に直角の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２に示す磁石挿入用スロット２４に収容したときにロータコア２１の軸方向と同方向となる方向に、焼結処理用シート片１２５を図の紙面に直角の方向に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ＳＰＳ焼結を用いることが好ましい。なお、ＳＰＳ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は、本発明の希土類永久磁石形成用焼結体１が製造される。このように、焼結処理用シート片１２５を図の紙面に直角の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１は、図２に示すロータコア２１の磁石挿入用スロット２４内に、未着磁の状態で挿入される。その後、このスロット２４内に挿入された希土類永久磁石形成用焼結体１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、ロータコア２１の複数のスロット２４に挿入された複数の希土類永久磁石形成用焼結体１に対して、ロータコア２１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、永久磁石１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１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１は、スロット２４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２４に挿入するようにしてもよい。

その後で、ロータに対してステータ（図示せず）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１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、又は図の紙面に直角の方向の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１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１に着磁することによって製造される希土類永久磁石では、端部領域において磁化容易軸がその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。したがって、中央領域に比べて減磁され易い領域である端部領域において、中央領域よりも磁束密度を高くすることができるので、減磁作用をもたらす外部磁束が磁石に作用したとしても、必要十分な表面磁束密度を保持することが可能となる。その結果、回転電機の使用に伴って回転電機のトルク又は発電量が低下することを防止できるようになる。また、耐減磁特性を高くできれば必要な耐減磁特性を保持した状態で磁石体積を減らすことも可能であり、永久磁石の小型化及び製造コストの削減を実現することが可能となる。例えば、必要な耐減磁特性を確保できる下限値まで磁石体積を減らすことによって、永久磁石の性能と製造コストのバランスを最適に保つことが可能である。

また、永久磁石１の全体ではなく、減磁対策の必要な端部領域のみを対象として、この領域の表面に集束するように磁化容易軸が配向されるので、端部領域の磁束密度を高くできる一方で、磁化容易軸を集束させることによる弊害、例えば減磁対象領域から離れた個所で磁束密度の低下が生じる、といった弊害を解消することが可能となる。さらに、磁化容易軸が表面に集束するように配向された端部領域以外の領域では、ラジアル方向やパラレル方向に磁化容易軸を配向させるので、永久磁石を用いる回転電機の種類に応じた適切な配向を実現することが可能となる。

また、上記に説明した実施形態の方法では、磁石材料粒子とバインダーとを混合した混合物であるコンパウンドを成形することによって、減磁対策が望まれる端部領域の表面に向けて磁化容易軸が適切に集束するように配向させることが可能となるため、着磁後において適切に磁束を集中させることが可能となり、耐減磁性を確保するとともに磁束密度のバラつきも防止できる。さらに、バインダーとの混合物を成形するので、圧粉成形等を用いる場合と比較して、配向後に磁石粒子が回動することも無く、配向度を向上させることが可能となる。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配向を行う方法によれば、磁場形成のための電流を通す巻き線の巻き数を適宜増やすことができるため、磁場配向を行う際の磁場強度を大きく確保することができ、かつ静磁場で長時間の磁場印加を施すことができるので、バラつきの少ない高い配向度を実現することが可能となる。そして、配向後に配向方向を補正するようにすれば、高配向でバラつきの少ない配向を確保することが可能となる。

このように、バラつきの少ない高配向度が実現できるということは、焼結による収縮のバラつきの低減に繋がる。したがって、焼結後の製品形状の均一性を確保することができる。その結果、焼結後の外形加工に対する負担が軽減され、量産の安定性が大きく向上することが期待できる。また、磁場配向する工程では、磁石粒子とバインダーとの混合物に対して磁場を印加するとともに、磁場の印加された混合物を成形体へと変形することによって磁化容易軸の方向を操作して、磁場配向を行うので、一旦磁場配向された混合物を変形することによって、配向方向を補正し、減磁対象エリアへと磁化容易軸を適切に集束させるように配向することが可能となる。その結果、高配向でバラつきの少ない配向を達成することが可能になる。混合物を加工用シート片に成形し、該加工用シート片に磁界を印加した後に、該加工用シート片を変形させて焼結処理用シート片としているので、この変形工程と同時に配向方向を補正することが可能となり、その結果、永久磁石の成形工程と配向工程とを単一の工程で行うことができ、生産性を向上させることが可能となる。また、既に述べたように、焼結体１に着磁することより形成された永久磁石が配置された回転電機では、永久磁石１の]端部に減磁作用を与える外部磁界が作用したとしても、トルク又は発電量が低下する、という不具合を防止することが可能になる。例えば、上記の実施形態では、永久磁石形成用焼結体１を、断面が台形の形状としているが、用いる用途に応じてその他の形状、例えば、弓型形状、蒲鉾型形状にすることも可能である。更に、実現する磁束密度分布の形状は、永久磁石の形状又は用途によって適宜変更することが可能である。

また、本発明は、永久磁石を、ロータ側ではなく、ステータ側に形成された挿入部に配置する回転電機に対しても適用することが可能である。さらに、上述したインナーロータ型の回転電機に限らず、アウターロータ型の回転電機にも適用可能である。本発明による永久磁石は、表面磁石型の回転電機及び永久磁石を平面状に配置したリニアモータに対しても適用可能である。また、本発明に係る永久磁石はモータ以外に、発電機や磁気減速機等の各種回転電機、さらには回転電機以外の永久磁石を用いる各種装置に対しても適用可能である。

〔実施例１〕
以下の手順で、図１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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１１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１２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１３）。
希土類永久磁石形成用焼結体における、中央領域の長さ方向寸法Ｐと前記第１の表面の長さ方向寸法Ｌの比Ｐ／Ｌは、０．３２であった。また、長さ方向端面と第１の表面との間の角度は７０°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、１０１・・・希土類永久磁石形成用焼結体
２、１０２・・・上辺
３、１０３・・・下辺
４、５、１０４、１０５・・・端面
６、１０６・・・中央領域
７、８、１０７、１０８・・・端部領域
２０・・・電動モータ
２１・・・ロータコア
２１ａ・・・周面
２２・・・エアギャップ
２３・・・ステータ
２３ａ・・・ティース
２３ｂ・・・界磁コイル
２４・・・磁石挿入用スロット
２４ａ・・・直線状中央部分
２４ｂ・・・傾斜部分
３０・・・希土類磁石
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. 希土類物質を含む磁石材料粒子を含み、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長さ方向に延びる第２の表面と、長さ方向両端部の端面とを有し、該両端面の各々が該第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前記長さ方向と前記厚み方向によって形成される面にもつ所定の立体形状に、該磁石材料粒子が一体に焼結成形された、希土類永久磁石形成用焼結体であって、
   少なくとも、長さ方向の中央領域と、該中央領域の両側に位置する第１及び第２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、その磁化容易軸が、前記長さ方向に延びる焼結体部分の前記第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及び第２の端部領域の各々に含まれる前記磁石材料粒子は、磁化容易軸が、前記端面に隣接する位置では前記端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増加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、
   前記中央領域の長さ方向寸法Ｐと、前記第１の表面の長さ方向寸法Ｌとの比Ｐ／Ｌが０．２～０．８である
   ことを特徴とする希土類永久磁石形成用焼結体。
2. 請求項１に記載された希土類永久磁石形成用焼結体であって、前記第１及び第２の端部領域の各々における前記端面は、該端面の延長線と前記第１の表面との間の角度が４５°～８０°の範囲内になるように該第１の表面に対して傾斜していることを特徴とする希土類永久磁石形成用焼結体。
3. 請求項１に記載された希土類永久磁石形成用焼結体であって、前記第１及び第２の端部領域の各々における前記端面は、該端面の延長線と前記第１の表面との間の角度が５５°～８０°の範囲内になるように該第１の表面に対して傾斜していることを特徴とする希土類永久磁石形成用焼結体。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された希土類永久磁石形成用焼結体であって、前記中央領域の長さ方向寸法Ｐと前記第１の表面の長さ方向寸法Ｌの比Ｐ／Ｌが０．２～０．５であることを特徴とする希土類永久磁石形成用焼結体。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された希土類永久磁石形成用焼結体であって、前記中央領域の長さ方向寸法Ｐと前記第１の表面の長さ方向寸法Ｌの比Ｐ／Ｌが０．３～０．４であることを特徴とする希土類永久磁石形成用焼結体。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された希土類永久磁石形成用焼結体であって、前記磁石材料は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石材料であることを特徴とする希土類永久磁石形成用焼結体。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載した希土類永久磁石形成用焼結体に着磁させることによって形成された希土類永久磁石。
8. 回転軸に対して平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータと対向するように前記ステータ内に回転自在に配置されたロータコアを有する回転機であって、前記ロータコアには、周方向に間隔をもった複数の位置において長さ方向寸法と厚み方向寸法を有する長さ方向断面形状のスロットが複数個、前記中心軸方向に延びるように形成され、前記スロットの各々内に、請求項７に記載された希土類永久磁石が配置されたことを特徴とする回転機。
9. 請求項８に記載された回転機であって、前記スロットの各々は、該スロット内に配置される前記希土類永久磁石の長さ方向寸法より大きい長さ方向寸法を有し、該スロット内に配置される前記希土類永久磁石の両端部に該スロットによって空隙部が形成されていることを特徴とする回転機。
10. 請求項９に記載された回転機であって、前記空隙部は、前記磁石を収容するスロット部分に対して前記エアギャップの方向に傾斜していることを特徴とする回転機。

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