JP7331364B2 - 集中配向磁石の製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、これらの方法では、樹脂成分と磁石粉末の混合成形体をほぼ同体積のまま塑性変形させているため、配向方向の変化率が小さく、このため、磁束の集中度を大きく高めることが難しいという課題もある。
すなわち本発明の目的は、磁束の集中度が高く、且つ磁束が集中する箇所の表面磁束密度が高い集中配向磁石の製造方法を提供することにある。
本発明は以下の(1)~(5)である。
(1)添加剤を含む磁石用粉末をモールドへ充填し、磁場をかけて前記磁石用粉末を配向させて、特定方向Xへ配向した充填率Aが31.8~50.0%である前駆体を得る予備工程と、
前記前駆体における前記特定方向Xに垂直ではない向かい合う二面へ、前記前駆体の配向が集中するように、各々、応力を加えて前記前駆体を変形し、同時に圧密化して、前記前駆体の充填率Bを36.8~55.0%とし、その後、焼結することで集中配向磁石を得る集中配向工程と、を備え、
前記予備工程における充填率Aと前記集中配向工程における充填率Bとの差(充填率B-充填率A)が5.0%以上である、集中配向磁石の製造方法。
(2)前記予備工程において前記前駆体が板形状であり、その主面の法線方向と前記特定方向Xが平行であり、
前記集中配向工程において前記前駆体が板形状であり、前記二面が前記前駆体の端面である、(1)に記載の集中配向磁石の製造方法。
(3)前記集中配向工程において前記集中配向磁石が板形状であり、その端面のうち、前記応力を加えていない二面の端面形状が台形である、(2)に記載の集中配向磁石の製造方法。
(4)前記予備工程において分解可能な前記モールドを用い、
前記集中配向工程の前に、前記モールドにおける前記二面と接する部分を別のパーツに変更することで、前記前駆体における前記特定方向Xに垂直ではない向かい合う二面へ、前記前駆体の配向が集中するように、各々、応力を加えて前記前駆体を変形し、同時に圧密化する、(1)~(3)のいずれかに記載の集中配向磁石の製造方法。
(5)前記集中配向工程における前記前駆体の変形および圧密化の前において、前記前駆体の前記二面と、これと接する前記モールドにおける前記別のパーツの各面とが、前記前駆体の前記二面と垂直な断面においてなす角度Dが、いずれも10~60度である、(4)に記載の集中配向磁石の製造方法。
本発明の集中配向磁石の製造方法は、添加剤を含む磁石用粉末をモールドへ充填し、磁場をかけて前記磁石用粉末を配向させて、特定方向Xへ配向した充填率Aが31.8~50.0%である前駆体を得る予備工程と、前記前駆体における前記特定方向Xに垂直ではない向かい合う二面へ、前記前駆体の配向が集中するように、各々、応力を加えて前記前駆体を変形し、同時に圧密化して、前記前駆体の充填率Bを36.8~55.0%とし、その後、焼結することで集中配向磁石を得る集中配向工程と、を備え、前記予備工程における充填率Aと前記集中配向工程における充填率Bとの差(充填率B-充填率A)が5.0%以上である、集中配向磁石の製造方法である。以下では「本発明の製造方法」ともいう。
ここで、この前駆体の充填率Aは、添加剤を含む磁石用粉末をモールドへ充填する際に調整しても良く、あるいは、前記配向と同時に圧密化を行って調整してもよい。例えば、充填率Aが上記した範囲内となるように添加剤を含む磁石用粉末をモールドへ充填して、その後、圧密化することなく磁場をかけて配向させるPLP(Pressless Process)により前駆体を得ても良く、あるいは、添加剤を含む磁石用粉末をモールドへ充填してから、静磁場プレスをかけて配向および圧密化を行い、充填率Aが上記した範囲内である前駆体を得てもよい。
充填率(%)=(充填密度(g/cm3)/真密度(g/cm3))×100
そして、磁石用粉末の真密度は、その組成により決定される。
ここで、図2の(I)および(II)に示したのは、いずれも、その主面の法線方向と配向方向が平行である板形状の前駆体において、配向方向に垂直ではない向かい合う端面二面に応力を加える具体例である。図2の(I)では、主面の法線方向と配向方向が平行である直方体の前駆体について、その配向方向に平行な向かい合う端面二面に応力を加える例を示し、図2の(II)では、主面の法線方向と配向方向が平行であるが直方体ではない板形状の前駆体について、その配向方向に垂直ではない向かい合う端面二面に応力を加える例を示している。
また、得られる集中配向磁石の形状については、板形状、円弧形状(ラジアル配向)など、その用途等に応じてモールドの空洞形状や変形方向などを設計して決定すれば良いが、モータに利用する場合には、上記した応力を加えていない二面の端面形状が台形である板形状や、直方体あるいは直方体に近い形状である集中配向磁石とすると、加工体積を低減でき材料ロスを少なくできることから好ましい。
この角度Dが10度より小さい場合、得られる磁石の配向角度が浅く、磁束の集中度が高まらず、表面磁束密度も十分向上しない傾向がある。また、この角度Dが60度より大きい場合、成形体形成時の変形が大きいため、磁石中心付近の配向が乱れる傾向があり、また、機械設計工程上好ましくない可能性がある。
なお、本発明において「表面磁束密度」とは、磁石表面から離れた所定の箇所における1平方センチメートル当りの磁束密度(G:ガウス)を意味する。
Ndを26.1質量%、Prを4.61質量%、Coを0.96質量%、Bを0.95質量%、AlおよびCuを0.23質量%含み、残部がFeである合金を物理的に粉砕して粉末化し、添加剤としてオクタン酸メチルを0.1質量%配合して、磁石用粉末を得た。そして、この磁石用粉末を4つに分割し、それぞれ充填密度1.6g/cm3、1.9g/cm3、2.1g/cm3および2.4g/cm3となるように、モールドに設けられた直方体の空洞に均一に充填し、モールドに蓋をして、その状態において5T(テスラ)の交流パルス磁場により配向を行い、4種類の前駆体を得た。
Ndを26.1質量%、Prを4.61質量%、Coを0.96質量%、Bを0.95質量%、AlおよびCuを0.23質量%含み、残部がFeである合金を物理的に粉砕して粉末化し、添加剤としてオクタン酸メチルを0.1質量%配合して、磁石用粉末を得た。
この工程により、前駆体の形状を、直方体から、応力を加えていない端面が、配向が集中する箇所と逆側に存在する2つの角がいずれも60度の台形形状である板形状に圧密成形し、充填率Bが51.4%まで向上した成形体を得た。成形前後の充填率の差(充填率B-充填率A)は、51.4-38.4=13.0(%)であった。そして、この成形体を980度において4時間真空焼結して、集中配向磁石である実施例1の磁石を得た。
実施例1と同様に磁石用粉末を作製し、充填密度が3.4g/cm3となるようにモールドに設けられた直方体の充填部に均一に充填したのち、実施例1と同様の磁場配向を実施して前駆体を得た。その後、得られた前駆体を、そのまま980度において4時間真空焼結して、直方体の平行配向磁石である比較例1の磁石を得た。
実施例1の磁石から、試料として図4に示すような20mm(x軸方向)×20mm(y軸方向)×3mm(z軸方向)の直方体を切り出した。なお、この試料の切り出しは、実施例1の磁石主面と切り出す試料の直方体主面とが平行となるように行った。また、比較例1の磁石から、実施例1の磁石と同様に同じ形状の試料を切り出して、それぞれの表面磁束密度を測定した。
表面磁束密度の測定は、高精度マグネットアナライザー(日本電磁測器社製)により、y中心位置(図4におけるy軸座標10mmの中心位置)において、試料表面(図4におけるz軸座標0mm)からプローブまでの距離が0.2mmの位置(z軸GAP0.2mm)、1.0mmの位置(z軸GAP1.0mm)、2.0mmの位置(z軸GAP2.0mm)の3点におけるx軸方向の表面磁束密度を測定した。この表面磁束分布の測定結果を図5に示した。
Claims (3)
- 集中配向性を付与し、かつ、変形および圧密化を円滑に行う潤滑剤を0.05~0.3質量%含む磁石用粉末をモールドへ充填し、磁場をかけて前記磁石用粉末を配向させて、特定方向Xへ配向した充填率Aが31.8~50.0%である前駆体を得る予備工程と、
前記前駆体の配向が集中するように前記前駆体における前記特定方向Xに垂直ではない向かい合う二面へ、各々、応力を加えて前記前駆体を変形し、同時に圧密化して、前記前駆体の充填率Bを36.8~55.0%としてなる成形体を得た後、脱バインダー工程を経ることなく前記成形体を焼結することで集中配向磁石を得る集中配向工程と、を備え、
前記予備工程における充填率Aと前記集中配向工程における充填率Bとの差(充填率B-充填率A)が5.0%以上であり、
前記予備工程において前記前駆体が板形状であり、その主面の法線方向と前記特定方向Xが平行であり、
前記集中配向工程において前記前駆体が板形状であり、前記二面が前記前駆体の端面であり、
前記集中配向工程において前記集中配向磁石が板形状であり、その端面のうち、前記応力を加えていない二面の端面形状が台形である、集中配向磁石の製造方法。 - 前記予備工程において分解可能な前記モールドを用い、
前記集中配向工程の前に、前記モールドにおける前記二面と接する部分を別のパーツに変更することで、前記前駆体における前記特定方向Xに垂直ではない向かい合う二面へ、前記前駆体の配向が集中するように、各々、応力を加えて前記前駆体を変形し、同時に圧密化する、請求項1に記載の集中配向磁石の製造方法。 - 前記集中配向工程における前記前駆体の変形および圧密化の前において、前記前駆体の前記二面と、これと接する前記モールドにおける前記別のパーツの各面とが、前記前駆体の前記二面と垂直な断面においてなす角度Dが、いずれも10~60度である、請求項2に記載の集中配向磁石の製造方法。
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