JP7275707B2 - 磁石部材の製造装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高性能なモータ用ロータ等の製造に適した磁石部材の製造装置等に関する。

電動機（発電機を含めて単に「モータ」という。）には種々のタイプがある。最近では、インバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力、高効率、高トルクまたは高出力が望める同期機が着目されている。

同期機は、界磁用の永久磁石を回転子（ロータ）、電機子巻線（コイル）を固定子（ステータ）とするモータであって、その電機子巻線に多相交流（ＡＣ）が供給されて固定子に生じた回転磁界により回転するモータである。同期機には、界磁用の永久磁石が回転子の表面に配設された表面磁石型モータ（ＳＰＭ）と、その永久磁石が回転子の内部に配設された内包（埋込）磁石型モータ（ＩＰＭ）とがある。

ところで、同期機の性能向上を図るため、永久磁石には希土類磁石が用いられる。希土類磁石には焼結磁石とボンド磁石があるが、焼結磁石は形状自由度が小さく、欠損等が生じ易い。そこで、形状自由度に優れるボンド磁石がロータ用永久磁石として用いられることが多くなっている。特に、希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂の（溶融）混合物を配向磁場中で充填成形した希土類異方性ボンド磁石は、高い磁気特性も発揮する。これらに関連した記載が下記の特許文献にある。

特開昭６３－２２８７０７号公報 特開２００３－４７２１２号公報 特開２０１５－７３３７１号公報 特開２０１６－１７８７８４号公報

上記の特許文献ではいずれも、各ヨークの周方向の両側面に同極の永久磁石を一対づつ配設した配向金型を用いて、異方性磁石粉末とバインダ樹脂の溶融混合物をキャビティへ射出している。この場合、各永久磁石から生じる磁力が反発しつつヨークからキャビティへ誘導され、溶融混合物には強い配向磁場が印加される。このような反発方式の配向金型を用いることで、製造装置の小型化や低コスト化等を図りつつ、高性能な異方性ボンド磁石の成形が可能となる。

ところが、従来の配向金型のまま配向磁場を増大させるとき、配向用永久磁石の内周端近傍で反転磁場を生じ、キャビティへ十分な配向磁場が印加されないことが本発明者の研究により新たにわかった。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、高磁気特性な磁石部材が得られる新たな製造装置等を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、磁場印加に用いる永久磁石の磁気特性を、部位により変化させることを着想し、これを発展させて以降に述べる本発明を完成させるに至った。

《磁石部材の製造装置》
（１）本発明は、磁性基材を収容する筒状の収容体と、該収容体の外周面側に配設され、該磁性基材へ径方向の磁場を誘導するヨークと、該磁場の起磁源となる永久磁石と、を備える磁石部材の製造装置であって、前記ヨークは、周方向の均等な複数位置から拡径方向へ放射状に延在するヨーク片からなり、前記永久磁石は、該ヨーク片毎の周方向の両側面に同磁極を対面させて配設され、磁束の向きが該ヨーク片の周方向側面に略直交している一対の磁石片からなり、該磁石片は、該収容体に近接する内周部の保磁力が、該内周部よりも大径側にある外周部の保磁力よりも大きい磁石部材の製造装置である。

（２）本発明では、収容体に近接する内周部で外周部よりも保磁力が大きい磁石片からなる永久磁石を用いて、収容体内へ磁場を印加している。これにより、収容体の外周側付近にある永久磁石に生じる反転磁場（逆転磁化）を抑止できる。その結果、永久磁石から供給される磁力（磁束）が全体的に有効活用でき、ヨーク片を介して収容体内へ従来よりも高い磁場を印加できる。

《磁石部材の製造方法／磁石部材》
（１）本発明は、上述した製造装置を用いた磁石部材の製造方法としても把握できる。また本発明は、その製造方法により得られた磁石部材としても把握できる。磁石部材は、磁極となる永久磁石（特にボンド磁石）を有するものであればよい。例えば、磁石部材は、ＳＰＭやＩＰＭのロータ等の他、多極型円筒状磁石（いわゆるリング磁石）自体でもよい。ロータが磁石部材に該当するとき、ロータコアが磁性基材に該当する。多極型円筒状磁石が磁石部材に該当するとき、その原料が磁性基材に該当する。その原料は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂の混合物（コンパウンド）や、そのプリフォーム等である。

永久磁石により印加される磁場は、配向磁場の他、着磁磁場として利用されてもよい。ボンド磁石を成形する場合、その磁場の印加により、配向と着磁が同時になされてもよい。本明細書では、説明の便宜上、異方性磁石粒子とバインダ樹脂の溶融混合物を、永久磁石により印加された配向磁場中へ充填する場合を代表例として取り上げて説明する。

（２）上述した製造方法は、一例として、モータ用ロータの製造方法、さらにはそのロータを用いたモータの製造方法としても把握できる。例えば、本発明は、上述した製造装置を用いた磁石部材の製造方法であって、前記収容体内にロータコアを緩挿して収容する収容工程と、該収容体に収容された該ロータコアの内部または外周部へ、異方性磁石粒子とバインダ樹脂の混合物を加圧充填する充填工程と、該充填工程後のロータコアを該収容体から取り出す取出工程とを備え、該ロータコアに異方性ボンド磁石からなる磁極が一体化したモータ用ロータが得られる磁石部材の製造方法でもよい。

なお、本発明の製造方法は、上述した製造装置を用いて行われるため、充填工程も高い配向磁場がロータコア（キャビティ、スロット）へ印加された状態でなされる。モータがＳＰＭの場合なら、充填工程により、ロータコア（磁性基材）の外周面側に異方性ボンド磁石が成形される。モータがＩＰＭの場合なら、充填工程により、ロータコア（磁性基材）の内部（スロット）に異方性ボンド磁石が成形される。充填工程による異方性ボンド磁石の成形は、射出成形の他、圧縮成形やトランスファ成形でもよい。いずれの場合でも、上述した製造装置（金型）を専用または汎用の各種成形機に組み込むことにより実施可能である。なお、本明細書では、適宜、収容体、ヨークおよび永久磁石を備えた装置を単に「金型」または「配向金型」ともいう。

《その他》
（１）印加磁場の起磁源となる永久磁石に関して、本明細書でいう「保磁力（Ｈｃｊ）」と「残留磁化（残留磁束密度）」は、その磁石単体のＪ－Ｈループ（磁化曲線）に基づくＨｃｊとＪｒ（Ｂｒ）である。各値は、JIS C 2501-1998「永久磁石試験方法」に基づき、ＶＳＭやＢ－Ｈトレーサを用いて永久磁石を計測することにより得られる。

（２）本明細書では、適宜、円筒座標（ｒ、θ、ｚ）を念頭に、各部材の形状や位置等を特定する。収容体の中心軸（ｚ軸）を単に中心軸といい、その延在方向を軸方向（ｚ方向）という。その中心軸に直交する放射方向を径方向（ｒ方向）という。その中心軸まわりの方向を周方向（θ方向）という。中心角は、その中心軸まわりの角度とする。

径方向に関して、中心軸に近い側（ｒが小さい側）を、小径側、内周側または内側という。径方向に関して、中心軸に遠い側（ｒが大きい側）を、大径側、外周側または外側という。また、各部材において、中心軸または中心（中心軸上の中央）に、最も近い部分を内周端（部）または内端（部）といい、中心軸または中心から最も遠い部分を外周端（部）または外端（部）という。

軸方向に関して、中心に近い側を内側、遠い側を外側という。また、周方向に「均等」とは、周方向に関するピッチが均等という意味である。ヨーク片（副ヨーク片も同様）の幅と、隣接するヨーク片間の幅とは同じでも異なっていてもよい。

（３）本明細書でいうモータには、特に断らない限り、電動機の他に発電機（ジェネレータ）も含まれる。また、モータは、固定子に設けたコイル（電機子巻線）へ供給する交流電流の周波数に同期して回転数が変化する本来的な同期機の他、ホール素子、ロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出手段により検出されたロータの位置に基づいて固定子側に回転磁界を生じさせるブラシレス直流（ＤＣ）モータ等も含まれる。ちなみに、ブラシレスＤＣモータは、インバータに供給する直流電圧を変化させて回転数を変化させ得るので、通常の直流モータと同様に制御性に優れる。

（４）特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ～ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ～ｂ」のような範囲を新設し得る。また、本明細書でいう「ｘ～ｙｍｍ」はｘｍｍ～ｙｍｍを意味する。他の単位系についても同様である。

配向金型（一例）を示す平面図である。 その配向金型に係る静磁場の解析結果を示すベクトル図である。 高保磁力磁石の配置と配向磁場の関係を示す棒グラフと、高保磁力磁石の配置図である。 配向金型（別例）の一部を示す断面斜視図である。 周方向および軸方向から配向磁場を印加して成形した異方性ボンド磁石を示す斜視図である。 射出成形金型（一例）を模式的に示す断面図である。 射出成形金型（別例）を模式的に示す断面図である。

本明細書中に記載した事項から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を、上述した本発明の構成に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。製造方法に関する構成要素も、物に関する構成要素ともなり得る。

《永久磁石》
永久磁石は、ヨーク片の周方向の両側面に同磁極を対面させた一対の磁石片からなる。各磁石片からでた磁束はヨーク片に入り、反発しつつ、収容体内へ誘導される。こうして、強い磁場が収容体内の磁性基材等へ印加される。

一対の磁石片は、各ヨーク片毎に設けられる。隣接するヨーク片間に介装される各磁石片は、周方向に関して一体でもよいし、分割されていてもよい。磁石片が周方向に２分割以上されていると、ヨーク片の周方向側面に向かう磁束の向きを調整し易い。例えば、ヨーク片の各周方向側面に対して、略直交する方向から磁束を供給し易くなる。

磁石片は、少なくとも、収容体に近接する内周部（特に内端部）の保磁力が、その大径側にある外周部の保磁力よりも大きいとよい。これにより、磁束が集中する内端部（収容体近傍）で、磁石片に生じる逆磁界を抑止できる。

保磁力の径方向の変化は、連続的（傾斜的）でも、段階的（分割的）でもよい。後者の場合、永久磁石の構成、調整、取扱等の点で簡便である。磁石片が径方向に分割された複数の分割片からなる場合、内周部は小径側の分割片となり、外周部は大径側の分割片となる。各磁石片には強力な希土類焼結磁石を用いるとよく、小径側の分割片には高保磁力タイプ、大径側の分割片には高残留磁束密度タイプがよい。

高保磁力な内周部の径方向に占める割合は、例えば、径方向の全長に対して、５～５０％、１０～４０％さらには２０～４５％とするとよい。その内周部の占有域が僅かであると、反転磁場の抑止が必ずしも十分ではない。その内周部の占有域をある範囲を超えて増大させても、印加磁場は殆ど増加しない。反転磁場を抑止しつつ、収容体内へ十分な磁場を供給するために、磁石片の外周部は内周部よりも残留磁化（残留磁束密度）が大きいとよい。例えば、径方向に関して、小径側の内周部には高保磁力な磁石を配置し、大径側の外周部には高残留磁化な磁石を配置するとよい。

《ヨーク》
ヨークは、収容体の外周面側に配設され、その周方向の均等な複数位置から拡径方向へ放射状に延在する複数のヨーク片からなる。各ヨーク片は、その周方向両側面に同極が反発するように配設された永久磁石（磁石片）から供給される磁束を、内端部に集磁して、収容体内へ径方向の磁場を誘導する。

ヨーク片は、小径側よりも大径側で周方向の厚さが小さい尖塔状であるとよい。これにより、ヨーク片の外周端側で磁気飽和を生じ易くなり、その外周端からの漏洩磁場が抑制される。なお、ヨークの材質は磁性材であればよく、例えば、鋼材（低炭素鋼、合金鋼等）等を用いるとよい。

《収容体》
収容体は、磁性基材を収容できる筒体である。収容体の内周側の形状は、磁性基材または磁石部材に応じた形状となる。例えば、磁性基材がロータコア等のように略円柱状であれば、収容体の内周側は円筒状となる。その他、収容体の内周側は、磁性基材や磁石部材の外形状に応じて、星型状や花びら型状等の異形状でもよい。また、収容体の中央に柱体を配置すれば、収容体の内周面と柱体の外周面とにより、環状（円筒状）の収容空間が形成される。

異方性ボンド磁石を成形する場合、収容体の内周面自体がキャビティの一部を形成してもよいし、収容体に収容された磁性基材内にキャビティが形成されていてもよい。前者は、例えば、収容体に収容されたＳＰＭ用ロータコアの外周面と収容体の内周面とにより形成されたリング状のキャビティ内に、異方性ボンド磁石を成形する場合である。後者は、例えば、収容体に収容されたＩＰＭ用ロータコア内に設けたスロットに、異方性ボンド磁石を成形する場合である。

収容体は、ヨークと別体でも、一体でもよい。両者が別体であると、収容体の製造コスト低減や摩耗等した収容体だけの交換が可能となり、生産コストの低減も図られる。

収容体の材質は、磁性材でも非磁性材でもよい。また、その材質は、例えば、鋼材、超硬、セラミックス等のいずれでもよい。収容体内で磁気短絡（磁気閉回路）が生じないように、収容体の肉厚（分布）調整や非磁性改質等が適宜なされるとよい。

《軸方向からの磁場印加》
本発明の製造装置または製造方法では、径方向からの磁場印加に加えて、軸方向からの磁場印加がなされてもよい。本明細書では、適宜、径方向から磁場印加する場合を「主系」、軸方向から磁場印加する場合を「副系」という。主系を構成する各部材には、必要に応じて「主」を付する（例えば、主永久磁石、主磁石片、主ヨーク、主ヨーク片等）。副系を構成する各部材には「副」を付する。

軸方向の磁場印加により、例えば、径方向のみならず軸方向にも配向または磁化された異方性ボンド磁石が得られる。その異方性ボンド磁石からでる軸方向の磁束は、センシングや駆動力の増強に活用される。従って、副系を備えた製造装置を用いると、より高性能な磁石部材が得られようになる。

副系と主系の構成は、異なっていても、基本的に同じでもよく、磁石部材の仕様に応じて選択される。例えば、副系は、磁性基材の少なくとも一方の軸方向端面側に環状に配設され、磁性基材側へ軸方向の副磁場を誘導する副ヨークと、副磁場の起磁源となる副永久磁石とを備える。副ヨークは、例えば、周方向の均等な複数位置から軸方向へ延在する副ヨーク片からなる。副永久磁石は、例えば、各副ヨーク片毎に、その周方向両側面に同磁極を対面させた一対の副磁石片からなる。副系も主系と同様に、副磁石片の内側（中心に近い側）の保磁力を、外側（中心から遠い側）の保磁力よりも大きくしてもよい。

なお、軸方向から印加される磁場と径方向から印加される磁場とにより形成される各磁極の周方向の幅または角度（機械角）は対応しているとよい。例えば、（主）ヨーク片と副ヨーク片は、周方向内側（磁性基材側）の最大幅が、それを指標する中心角で略等しいとよい。なお、「略等しい」とは、外周側面と軸方向端面において、周方向の磁極幅が同じになるという趣旨である。敢えていうなら、両者の中心角差が±１°さらには±０．５°以内であればよい。

《異方性ボンド磁石》
異方性ボンド磁石は、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる。異方性磁石粒子は、その種類を問わないが、少なくともその一部が高性能な希土類異方性磁石粒子であるとよい。希土類異方性磁石粒子は、例えば、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石粒子、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁石粒子、Ｓｍ－Ｃｏ系磁石粒子等である。異方性磁石粒子は、一種のみならず複数種からなってもよい。複数種の磁石粒子は、成分組成が異なるものに限らず、粒径分布が異なるものでもよい。例えば、本発明に係る異方性磁石粒子は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石の粗粉と微粉の混合粉末からなってもよいし、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石の粗粉とＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系磁石の微粉の混合粉末からなってもよい。このような混合粉末を用いることにより、ボンド磁石内における磁石粒子の充填率の向上ひいてはボンド磁石の高磁束密度化や磁石部材の高性能化を図れる。なお、本発明に係るボンド磁石は、各種の等方性磁石粒子やフェライト磁石粒子等を混在させたものでもよい。

バインダ樹脂には、ゴムを含む公知の材料を用いることができる。バインダ樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル/スチレン樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、メチルペンテン、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂でもよいし、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジリアルフタレート樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂でもよい。

異方性ボンド磁石の充填成形は、射出成形、トランスファ成形、圧縮成形によりなされる。射出成形及びトランスファ成形は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる原料ペレット等を加熱溶融させた溶融混合物を、配向磁場を印加したキャビティへ充填した後、冷却固化させてなされる。圧縮成形は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる原料プリフォーム等を、キャビティ内で加熱溶融させて磁場中成形した後に冷却固化させてなされる。成形条件は適宜調整される。例えば射出成形を行う場合なら、異方性磁石粒子のキュリー点未満である２８０～３１０℃程度に加熱された溶融混合物をキャビティへ射出充填した後、１４０～１６０℃程度に冷却固化して異方性ボンド磁石が成形される。なお、バインダ樹脂が熱硬化性樹脂である場合、冷却固化に換えて、もしくは冷却固化後に加熱固化（キュア処理）するとよい。

《ロータコア》
ロータコア（磁性基材）は、軟磁性材からなり、通常、両面を絶縁被覆した電磁鋼板の積層体や絶縁被覆された金属粒子を加圧成形した圧粉磁心等からなる。軟磁性材は、例えば、純鉄、ケイ素鋼、合金鋼等の鉄系材である。

ロータコアは、ＳＰＭ用でもＩＰＭ用でもよい。ＳＰＭ用ロータコアは、その外周面側に環状または瓦状の異方性ボンド磁石が形成されて、ＳＰＭ用ロータとなる。ＩＰＭ用ロータコアは、内包するスロット内に異方性ボンド磁石が形成されて、ＩＰＭ用ロータとなる。

《ロータ》
異方性ボンド磁石が成形されたロータは、種々のモータに利用される。そのモータは、例えば、車両（例えば、電気自動車やハイブリット車等）、自動車装備品（例えばパワーステアリング等）、家電製品（例えばエアコン、洗濯機、掃除機等）、電動工具等に用いられる駆動モータである。

［第１実施例］
（１）概要
磁石部材の製造装置の一例である配向金型１の平面図を図１に示した。配向金型１は、表面磁石型モータ（ＳＰＭ）に用いられる１０極ロータ用円筒状磁石（以下、「多極型円筒状磁石」という。）の製造に用いられる。多極型円筒状磁石は、その外周表面に極異方配向した多数（本実施例なら１０極）の磁極を有する。ＳＰＭ用ロータは、ロータコア（図略）の外周面に、その多極型円筒状磁石を嵌入（固定）してなる。

ちなみに、金型Ｋ（中央部）をロータコアに置換（変更）すれば、本実施例で説明する金型等は、ＳＰＭ用ロータ自体の製造装置ともなる。なお、図１の紙面に垂直な方向を軸方向（ｚ方向）という。また、同様な部材については、代表的な部材について説明し、適宜、各部材の説明や符号の表示を省略する。

多極型円筒状磁石（リング磁石）は、非磁性の金型Ｋの外周表面に、円環状の希土類異方性ボンド磁石Ｂを配向磁場中で射出成形して得られる。射出成形は、配向金型１に加えて、希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂からなるペレットを加熱溶融した溶融混合物を所定圧で射出する射出装置と、配向金型１の上方側に配置され、その溶融混合物を金型Ｋの外周部にある円環状のキャビティＣへ誘導する上金型と、配向金型１の下方側に配置され配向金型１を支持すると共にキャビティＣの下方開口を閉口する下金型と、各金型の拘束（型締め）または解放をする駆動装置等を備える射出成形装置によりなされる（図６参照）。

なお、射出成形後の希土類異方性ボンド磁石（多極型円筒状磁石）Ｂは、各金型を通じて冷却される。本実施例では、金型Ｋを非磁性として、多極型円筒状磁石内の希土類異方性磁石粉末の配向パターンを極異方配向パターンとした。ちなみに、金型Ｋを磁性材として、ラジアル配向やセミラジアル配向等の配向パターンを形成することも可能である。

（２）配向金型
配向金型１は、収容体Ｓと、ヨークＹと、永久磁石Ｍとを備える。収容体Ｓは、薄肉円筒状であり、例えば、超硬非磁性材からなる。ヨークＹは、収容体Ｓの外周面から等ピッチで径方向へ放射状に延びる１０極分のヨーク片ｙ１～ｙ１０からなる。各ヨーク片は、軸方向の長さが一定な板状である。但し、各ヨーク片は、内周側（小径側）から外周側（大径側）にかけて周方向の肉厚が薄くなる尖塔状となっている。また、その内周側の端面は収容体Ｓの外周面に密接する円弧面となっている。その外周側の端面面も薄肉な円弧面となっている。各ヨーク片は、例えば、炭素鋼材からなる。

永久磁石Ｍは、軸方向の長さが一定で、内周側から外周側にかけて周方向の肉厚が厚くなる扇形柱状の磁石片ｍ１～ｍ１０（合計１０対）からなる。各磁石片は、各ヨーク片の周方向の両側面に同極を対面させて配設された磁石片ｍ１１～ｍ１０１と磁石片ｍ１２～ｍ１０２とからなる。例えば、一対の磁石片ｍ１は、ヨーク片ｙ１の両面側にそれぞれ配設された一対の磁石片ｍ１１と磁石片ｍ１２とからなる。磁石片ｍ１１と磁石片ｍ１２は、各Ｎ極をヨーク片ｙ１の各側面に対面して配設されている。磁石片ｍ２１と磁石片ｍ２２なら、各Ｓ極をヨーク片ｙ２の各側面に対面して配設されている。他の磁石片についても同様である。これら各磁石片から各ヨーク片へ供給される磁束の向きを、図１中に矢印で模式的に示した。

ところで、各磁石片は、さらに、径方向に分割された分割片からなる。例えば、磁石片ｍ１１は、内周側の分割片ｍ１１ａ（内周部）と外周側の分割片ｍ１１ｂ（外周部）とからなる。各分割片も扇形柱状であり、それぞれ径方向に積層されている。

いずれの分割片も、例えば、希土類異方性焼結磁石からなる。但し、本実施例では、内周側の各分割片（分割片ｍ１１ａ等）は、外周側の各分割片（分割片ｍ１１ｂ等）よりも保磁力が高くなっている。逆に、外周側の各分割片は、内周側の各分割片より残留磁束密度が高くなっている。

（３）射出成形
配向金型１の収容体Ｓ内に金型Ｋを配置する（収容工程）。これにより、金型Ｋの外周面と収容体Ｓの内周面との間に形成されるリング状のキャビティＣには、１０磁極に対応した配向磁場が印加される。このキャビティＣ中へ、上述した射出成形装置を用いて、希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂の溶融混合物を加圧充填する（充填工程）。融混合物は、各金型を通じた冷却により固化し、希土類異方性ボンド磁石（多極型円筒状磁石）Ｂとなる。こうして金型Ｋの外周面側に円環状の希土類異方性ボンド磁石（多極型円筒状磁石）Ｂが形成される。この希土類異方性ボンド磁石ＢをキャビティＣから取り出す（取出工程）。

なお、希土類異方性ボンド磁石Ｂは、射出成形中に印加される強力な配向磁場により、既に１０磁極が形成された状態となっている。このため、着磁は必ずしも必要ではないが、別途、着磁を行ってもよい。

《シミュレーション》
配向金型１について三次元静磁場解析（シミュレーション）を行い、キャビティＣに印加される配向磁場を評価した。

（１）モデル諸元
金型Ｋは外径：φ９ｍｍ、高さ：７ｍｍの円柱状とした。収容体Ｓは内径：φ１２ｍｍ、外径：φ１２．５ｍｍ、高さ：７ｍｍの円筒状（肉厚：０．２５ｍｍ）とした。各ヨーク片ｙ１は、内側の円弧径：φ１２．５ｍｍ、外側の円弧径：φ３０．５ｍｍ、高さ：７ｍｍの尖塔状とした。各磁石片ｍ１１、ｍ１２は、内側の円弧径：φ１２．５ｍｍ、外側の円弧径：φ３０．５ｍｍ、高さ：７ｍｍの扇形柱状とした。

なお、磁石片ｍ１（ｍ１１、ｍ１２）とヨーク片ｙ１により１磁極分（中心角３６°）に相当する配向磁場が印加される。ここでヨーク片ｙ１の内周端幅（内側周方向の最大幅）に相当する中心角θｙ：２４°とした。またヨーク片ｙ１の外周端幅に相当する中心角は３°とした。なお、当然、ヨーク片ｙ１の両側にある磁石片ｍ１１と磁石片ｍ１２は同サイズである。これらのことは、他の各磁石片ｍ２～１０と各ヨーク片ｙ２～１０についても同様である。

各部材の材質は次のようにした。
金型Ｋ：非磁性超鋼（ＨＰＭ７５ 日立金属株式会社製）、
収容体Ｓ：射出成形用ペレット（愛知製鋼株式会社製／磁粉：MF18P＋樹脂：PPS）、
ヨーク片ｙ１：ＳＳ４００（ＪＩＳ）、
配向金型１を収容するリング状の外枠型Ｆ（図４参照）：非磁性鋼（ＳＵＳ３０４）

磁石片には、高保磁力タイプの希土類焼結磁石（日立金属株式会社製ＮＭＸ－３３ＵＨ／Ｈｃｊ：２３８７ｋＡ／ｍ、Ｂｒ：１．１３Ｔ）、または高磁束密度タイプの希土類焼結磁石（日立金属株式会社製ＮＭＸ－４３ＳＨ／Ｈｃｊ：１６７１ｋＡ／ｍ、Ｂｒ：１．２６Ｔ）を用いた。適宜、前者の磁石を焼結磁石Ｈ、後者の磁石を焼結磁石Ｂという。

（２）解析
磁石片ｍ１１は、さらに分割片ｍ１１ａ、ｍ１１ｂで構成した。それらの径方向の長さの比率は、分割片ｍ１１ａ：分割片ｍ１１ｂ＝４：５とした。換言すると、分割片ｍ１１ａの外円弧径または分割片ｍ１１ｂの内円弧径をφ２０．５ｍｍとした。

分割片ｍ１１ａに焼結磁石Ｈ、分割片ｍ１１ｂに焼結磁石Ｂを用いた試料１と、分割片ｍ１１ａと分割片ｍ１１ｂの両方に焼結磁石Ｂを用いた試料Ｃ１について、それぞれ磁場解析したベクトル図を図２に示した。なお、解析は、計算の便宜上、１／５（２／１０）のカットモデルについて行った。

（３）評価１
図２から次のことが明らかとなった。先ず、磁石片ｍ１１等の内周側も外周側も焼結磁Ｂとした試料Ｃ１では、磁石片ｍ１１等の内端部（収容体Ｓの外周面近傍）に、焼結磁石Ｂから供給される磁束と反対向きの磁場（反転磁場）が発生した。

一方、磁石片ｍ１１等の内周側を焼結磁石Ｈ、その外周側を焼結磁石Ｂとした試料１では、磁石片ｍ１１等の内端部に反転磁場はほとんど発生していない。また、キャビティＣの中央部（φ１０．５ｍｍ位置）における磁束密度（配向磁場）の積分平均値は、試料１：０．６０Ｔ、試料Ｃ１：０．３６Ｔとなった。従って、配向磁場の起磁源の一部として、高保磁力な焼結磁石を内周側に配置することにより、キャビティＣ内の配向磁場を大幅に高められることがわかった。

（４）評価２
図３に示すように、磁石片ｍ１１、ｍ１２を３分割（径方向の長さを３等分）した内周側（Ｉ領域）、中央（II領域）、外周側（III領域）のいずれか一つに焼結磁石Ｈを配置し、残りに焼結磁石Ｂを配置した各モデルについても、上述した磁場解析を同様に行った。これにより得られたキャビティＣ内における各配向磁場と、高保磁力な焼結磁石Ｈの配置との関係を棒グラフにより図３に示した。なお、図３中の試料Ｃ１は、既述したように、磁石片ｍ１１、ｍ１２が焼結磁石Ｂのみ（焼結磁石Ｈの配置なし）のときを示す。

図３から明らかなように、高保磁力な焼結磁石Ｈが、収容体Ｓに近接した内周側（内端部）に配設されると、キャビティＣ内の配向磁場が大幅に高まることがわかった。

［第２実施例］
（１）配向金型
キャビティＣの軸方向から配向磁場を印加する配向金型２（副系）を、配向金型１（主系）と組み合わせた場合について、その一部（１／５カット）を図４に示した。

配向金型２も配向金型１と同様に、ヨークＳＹ（副ヨーク）と永久磁石ＳＭ（副永久磁石）とを備える。但し、ヨークＳＹと永久磁石ＳＭは、収容体Ｓの内周面側上方（金型Ｋの軸方向端面の外周側直上付近）に、中心軸まわりに環状に配設されている。

ヨークＳＹは、キャビティＣの上方から周方向に等ピッチで軸方向へ延びる１０極分のヨーク片ｓｙ１～ｓｙ１０（副ヨーク片）からなる。各ヨーク片は、径方向の肉厚が一定で、軸方向内側（金型Ｋの中心に近い側）から軸方向外側（金型Ｋの中心から遠い側）にかけて幅が狭くなる瓦状である。その軸方向両端面（上下端面）は扇状の平面となっている。

また、ヨーク片ｓｙ１の内周端幅（周方向最大幅）を指標する中心角θｓｙ（図４）は、ヨーク片ｙ１の内周端幅（周方向最大幅）を指標する中心角θｙ（図１）と一致している。なお、各ヨーク片ｓｙ１等はヨーク片ｙ１等と同様に、例えば、炭素鋼材からなる。

永久磁石ＳＭは、径方向の肉厚が一定で、軸方向内側から軸方向外側にかけて幅が広くなる瓦状の磁石片ｓｍ１～ｓｍ１０（合計１０対／副磁石片）からなる。各磁石片は、各ヨーク片の周方向の両側面に同極を対面させて配設された磁石片ｓｍ１１～ｓｍ１０１、ｓｍ１２～ｓｍ１０２からなる。例えば、一対の磁石片ｓｍ１は、ヨーク片ｓｙ１の両側面に配設された一対の磁石片ｓｍ１１と磁石片ｓｍ１２とからなる。

磁石片ｓｍ１１と磁石片ｓｍ１２は、各Ｎ極をヨーク片ｓｙ１の各側面に対面して配設される。磁石片ｓｍ２１と磁石片ｓｍ２２なら、各Ｓ極をヨーク片ｓｙ２の各側面に対面して配設されている。なお、当然、各磁石片は同形状である。これらは他の磁石片についても同様である。各磁石片から各ヨーク片へ供給される磁束の向きを、図４中に矢印で模式的に示した。図４でも、同様な部材については、図中における符号の表示を適宜省略した。

各磁石片ｓｍ１等には、一体の焼結磁石Ｂを用いた。但し、各磁石片ｍ１等と同様に、各磁石片ｓｍ１等は、焼結磁石Ｈからなる分割片を軸方向内側に、焼結磁石Ｂからなる分割片を軸方向外側にそれぞれ配設したものでもよい。

配向金型１と配向金型２を組み合わせることにより、キャビティＣ内には、図５に示すような希土類異方性ボンド磁石Ｂ２が成形される。希土類異方性ボンド磁石Ｂ２は、外周側面ｂ１にＮ極とＳ極が交互に配置された１０極を有すると共に、環状の軸方向端面ｂ２にもＮ極とＳ極が交互に配置された１０極を有する。外周側面ｂ１と軸方向端面ｂ２にできる各極（Ｎ極、Ｓ極）の周方向幅（中心角）は同じである。これは、上述したように、中心角θｓｙを中心角θｙと一致させたことによる。

（２）射出成形
配向金型１と配向金型２を組み合わせて、多極型円筒状磁石を射出成形する際に用いる金型Ｊ１を模式的に図６に示した。

金型Ｊ１は、配向金型１と、配向金型２を組み込んだ上金型ｄ１と、下金型ｄ２と、ベースｄ３を備える。希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂の溶融混合物は、上金型ｄ１の中央で軸方向に延びるスプルーｆ１から、上金型ｄ１の下面側に形成されたランナーｆ２を経由して、キャビティＣへ加圧充填される。その溶融混合物の冷却凝固後、多極型円筒状磁石Ｂはエジェクタピンｅにより上方へ押し出される。

［第３実施例］
さらに、配向金型２と同様な配向金型３を下金型ｄ２にも組み込んだ金型Ｊ２により、異方性ボンド磁石が一体となったＳＰＭ用ロータを射出成形により製造するときの様子を模式的に図７に示した。

ロータコアＲ１は、軸方向の中央にある大径部と、軸方向の上下側にある小径部とを有する段付き円柱状である。ロータコアＲ１の外周面と収容体Ｓの内周面との間に形成されるキャビティＣ１は、断面コの字状の内周側段付き環状となる。なお、ロータコアＲ１は、中央の軸穴にピンｐが嵌挿されて支持される。

希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂の溶融混合物は、上金型ｄ１の中央で軸方向に延びるスプルーｆ１から、上金型ｄ１の下面側に形成されたランナーｆ３を経由して、キャビティＣ１へ加圧充填される。その溶融混合物の冷却凝固後、ロータコアＲ１はエジェクタピンｅにより上方へ押し出される。

ロータコアＲ１に一体的に成形された希土類異方性ボンド磁石は、外周側面のみならず、軸方向の両端面にも磁極を有することになる。

このような製造装置や製造方法を用いることにより、従来よりも高磁気特性な磁石部材（リング磁石やロータ）を得ることができる。

１ 配向金型（製造装置）
ｍ１１～ｍ１０２ 磁石片
ｙ１～ｙ１０ ヨーク片
Ｓ 収容体
Ｋ 金型
Ｒ１ ロータコア

Claims (7)

1. 磁性基材を収容する筒状の収容体と、
   該収容体の外周面側に配設され、該磁性基材へ径方向の磁場を誘導するヨークと、
   該磁場の起磁源となる永久磁石と、
   を備える磁石部材の製造装置であって、
   前記ヨークは、周方向の均等な複数位置から拡径方向へ放射状に延在するヨーク片からなり、
   前記永久磁石は、該ヨーク片毎の周方向の両側面に同磁極を対面させて配設され、磁束の向きが該ヨーク片の周方向側面に略直交している一対の磁石片からなり、
   該磁石片は、該収容体に近接する内周部の保磁力が、該内周部よりも大径側にある外周部の保磁力よりも大きい磁石部材の製造装置。
2. 前記外周部は、前記内周部よりも残留磁化が大きい請求項１に記載の磁石部材の製造装置。
3. 前記磁石片は、径方向に分割された複数の分割片からなり、
   前記内周部は、小径側の分割片からなり、
   前記外周部は、大径側の分割片からなる請求項１または２に記載の磁石部材の製造装置。
4. 前記ヨーク片は、小径側よりも大径側で周方向の厚さが小さい請求項１～３のいずれかに記載の磁石部材の製造装置。
5. さらに、前記磁性基材の少なくとも一方の軸方向端面側に環状に配設され、該磁性基材側へ軸方向の副磁場を誘導する副ヨークと、
   該副磁場の起磁源となる副永久磁石とを備え、
   前記副ヨークは、周方向の均等な複数位置から軸方向へ延在する副ヨーク片からなり、
   前記副永久磁石は、該副ヨーク片毎の周方向の両側面に同磁極を対面させた一対の副磁石片からなる請求項１～４のいずれかに記載の磁石部材の製造装置。
6. 前記ヨーク片と前記副ヨーク片は、周方向内側の最大幅を指標する中心角が略等しい請求項５に記載の磁石部材の製造装置。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の製造装置を用いた磁石部材の製造方法であって、
   前記収容体内にロータコアを緩挿して収容する収容工程と、
   該収容体に収容された該ロータコアの内部または外周部へ、異方性磁石粒子とバインダ樹脂の混合物を加圧充填する充填工程と、
   該充填工程後のロータコアを該収容体から取り出す取出工程とを備え、
   該ロータコアに異方性ボンド磁石からなる磁極が一体化したモータ用ロータが得られる磁石部材の製造方法。

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