JPH05121220A - フル密度複合磁石の製造法および磁石回転子 - Google Patents
フル密度複合磁石の製造法および磁石回転子Info
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- JPH05121220A JPH05121220A JP3279237A JP27923791A JPH05121220A JP H05121220 A JPH05121220 A JP H05121220A JP 3279237 A JP3279237 A JP 3279237A JP 27923791 A JP27923791 A JP 27923791A JP H05121220 A JPH05121220 A JP H05121220A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高残留磁化、高電気抵抗、高寸法精度および
機械的強度を備えたフル密度複合磁石を用いて環状磁石
回転子を構成し、例えばＰＷＭ駆動ブラシレスモータの
高出力化、高効率化、高信頼性を図る。 【構成】 希土類−鉄系合金の急冷磁石粉末と無機バイ
ンダとを成形型中で直接圧縮通電して電気抵抗１０-3〜
１０-1Ωcmのフル密度複合磁石を得るようにする。ま
た、無機バインダの熱膨脹が≦９×１０-6℃-1である環
状磁石と支持部材とでＰＷＭ駆動ブラシレスモータ用回
転子を構成した。この構成によりＰＷＭ駆動ブラシレス
モータの高出力化、高効率化、高信頼性化を図ることが
できる。
機械的強度を備えたフル密度複合磁石を用いて環状磁石
回転子を構成し、例えばＰＷＭ駆動ブラシレスモータの
高出力化、高効率化、高信頼性を図る。 【構成】 希土類−鉄系合金の急冷磁石粉末と無機バイ
ンダとを成形型中で直接圧縮通電して電気抵抗１０-3〜
１０-1Ωcmのフル密度複合磁石を得るようにする。ま
た、無機バインダの熱膨脹が≦９×１０-6℃-1である環
状磁石と支持部材とでＰＷＭ駆動ブラシレスモータ用回
転子を構成した。この構成によりＰＷＭ駆動ブラシレス
モータの高出力化、高効率化、高信頼性化を図ることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えばＰＷＭ駆動ブラシ
レスモータに使用できる高残留磁化特性と高電気抵抗と
を有する磁石の製造法および磁石回転子に関する。
レスモータに使用できる高残留磁化特性と高電気抵抗と
を有する磁石の製造法および磁石回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素Ｆｅ
とＢとを２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメル
トスピニングと称する連続スプラット急冷するとＲ2Ｔ
Ｍ14Ｂ化合物（但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃ
ｏ）を主相とする準安定状態で磁気的に等方性の急冷磁
石粉末が得られる（特開昭５９−６４７３９号公報、特
開昭６０−９８５２号公報）。この希土類−鉄系合金を
急冷して形成した磁石粉末の磁石特性は、固有保磁力Ｈ
CJ＞８ｋＯｅ，残留磁化≒８ｋＧ程度である。この磁石
粉末の磁気特性の発現は２０〜４００nmのＲ2ＴＭ14Ｂ
化合物（但しＲはＮｄ／Ｐ ｒ、ＴＭはＦｅ／Ｐｒ）が
非質晶Ｆｅ相に分散された微細構造に基づくもので、結
晶化温度は５８０℃程度である。
とＢとを２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメル
トスピニングと称する連続スプラット急冷するとＲ2Ｔ
Ｍ14Ｂ化合物（但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃ
ｏ）を主相とする準安定状態で磁気的に等方性の急冷磁
石粉末が得られる（特開昭５９−６４７３９号公報、特
開昭６０−９８５２号公報）。この希土類−鉄系合金を
急冷して形成した磁石粉末の磁石特性は、固有保磁力Ｈ
CJ＞８ｋＯｅ，残留磁化≒８ｋＧ程度である。この磁石
粉末の磁気特性の発現は２０〜４００nmのＲ2ＴＭ14Ｂ
化合物（但しＲはＮｄ／Ｐ ｒ、ＴＭはＦｅ／Ｐｒ）が
非質晶Ｆｅ相に分散された微細構造に基づくもので、結
晶化温度は５８０℃程度である。
【０００３】上記の急冷磁石粉末から加工される形態は
薄帯あるいは薄片などに限定される。従って、一般のバ
ルク状磁石とするためには材料形態の変換、すなわち薄
帯あるいは薄片を何等かの方法で固定化する技術が必要
となる。粉末冶金における基本的な固定化技術は常圧焼
結法であるが、急冷磁石粉末は準安定状態に基づく固有
保磁力ＨCJを維持する必要があるので常圧焼結法の適用
は困難である。そこで、一般のバルク状磁石への変換
は、もっぱら急冷磁石粉末を樹脂で固定化する急冷樹脂
磁石が先行した。樹脂は急冷磁石粉末をその結晶化温度
以下で固定化できるためＨCJは基本的に不変である。し
かし、急冷樹脂磁石は概ね６ｇ／cm3以上の高密度化は
困難で残留磁化≦６．２ｋＧに制約される。
薄帯あるいは薄片などに限定される。従って、一般のバ
ルク状磁石とするためには材料形態の変換、すなわち薄
帯あるいは薄片を何等かの方法で固定化する技術が必要
となる。粉末冶金における基本的な固定化技術は常圧焼
結法であるが、急冷磁石粉末は準安定状態に基づく固有
保磁力ＨCJを維持する必要があるので常圧焼結法の適用
は困難である。そこで、一般のバルク状磁石への変換
は、もっぱら急冷磁石粉末を樹脂で固定化する急冷樹脂
磁石が先行した。樹脂は急冷磁石粉末をその結晶化温度
以下で固定化できるためＨCJは基本的に不変である。し
かし、急冷樹脂磁石は概ね６ｇ／cm3以上の高密度化は
困難で残留磁化≦６．２ｋＧに制約される。
【０００４】一方、急冷磁石粉末を成形型中に充填し、
結晶化温度以上の温度で熱間圧縮する固定化技術によれ
ば、ＨCJの水準をある程度維持しながらその真密度に近
い状態まで高密度化したフル密度磁石となる。このフル
密度磁石は残留磁化≦８．４ｋＧである。
結晶化温度以上の温度で熱間圧縮する固定化技術によれ
ば、ＨCJの水準をある程度維持しながらその真密度に近
い状態まで高密度化したフル密度磁石となる。このフル
密度磁石は残留磁化≦８．４ｋＧである。
【０００５】また、フル密度磁石をさらに塑性変形する
と磁気異方性の誘発が促進されることがＲ．Ｗ．Ｌｅｅ
氏らの論文“Hot-pressed neodymium-iron-boron magne
ts"(Applied Physics Letters Vol46 No8,p790,1985)に
報告され、塑性変形の程度に応じて残留磁化≧８ｋＧが
得られることが知られている。この加熱方式は成形型を
高周波誘導によって加熱し、間接的に成形型中の急冷磁
石粉末を加熱する方法が一般である。この加熱方法は成
形型の加熱や冷却に長時間を要するので、磁石の工業的
規模での大量生産には適さない。
と磁気異方性の誘発が促進されることがＲ．Ｗ．Ｌｅｅ
氏らの論文“Hot-pressed neodymium-iron-boron magne
ts"(Applied Physics Letters Vol46 No8,p790,1985)に
報告され、塑性変形の程度に応じて残留磁化≧８ｋＧが
得られることが知られている。この加熱方式は成形型を
高周波誘導によって加熱し、間接的に成形型中の急冷磁
石粉末を加熱する方法が一般である。この加熱方法は成
形型の加熱や冷却に長時間を要するので、磁石の工業的
規模での大量生産には適さない。
【０００６】一方、成形型中で圧縮した急冷磁石粉末に
通電し、電極からの熱流を重畳しつつ急冷磁石粉末を直
接加熱する方法が提案されている（例えば特開平３−４
０４１０号公報）。この方法によれば、高度な寸法精度
と機械的強度を有するフル密度磁石を迅速に得ることが
可能である。
通電し、電極からの熱流を重畳しつつ急冷磁石粉末を直
接加熱する方法が提案されている（例えば特開平３−４
０４１０号公報）。この方法によれば、高度な寸法精度
と機械的強度を有するフル密度磁石を迅速に得ることが
可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】例えばブラシレスモー
タをＰＷＭ駆動するとキャリア周波数に相応した固定子
側からの高周波磁界が回転子の磁石と鎖交し、その結
果、磁石の電気抵抗に相応した渦電流が発生する。この
渦電流に起因する損失は磁石温度を上昇させモータの出
力や効率を低下させる。従って、このようなモータの高
出力化と高効率化のため回転子に実装すべき磁石として
は高残留磁化と高電気抵抗を有する磁石が求められる。
急冷磁石粉末に３〜５ｗｔ％程度のバインダ樹脂を加
え、この組成物を環状に成型して固定化した、磁気的に
等方性の急冷樹脂磁石は磁石回転子へ応用することがで
きる（例えばUSP.4,689,163、USP.4,981,635明細書）。
この急冷樹脂磁石の残留磁化と電気抵抗は樹脂量や空隙
量などに影響されて変化するが、一般に残留磁化≦６．
２ｋＧ、電気抵抗＝１０-2〜１０-1Ωcmである。
タをＰＷＭ駆動するとキャリア周波数に相応した固定子
側からの高周波磁界が回転子の磁石と鎖交し、その結
果、磁石の電気抵抗に相応した渦電流が発生する。この
渦電流に起因する損失は磁石温度を上昇させモータの出
力や効率を低下させる。従って、このようなモータの高
出力化と高効率化のため回転子に実装すべき磁石として
は高残留磁化と高電気抵抗を有する磁石が求められる。
急冷磁石粉末に３〜５ｗｔ％程度のバインダ樹脂を加
え、この組成物を環状に成型して固定化した、磁気的に
等方性の急冷樹脂磁石は磁石回転子へ応用することがで
きる（例えばUSP.4,689,163、USP.4,981,635明細書）。
この急冷樹脂磁石の残留磁化と電気抵抗は樹脂量や空隙
量などに影響されて変化するが、一般に残留磁化≦６．
２ｋＧ、電気抵抗＝１０-2〜１０-1Ωcmである。
【０００８】一方、急冷磁石粉末を熱間圧縮で環状に固
定化した磁気的にほぼ等方性のフル密度磁石は残留磁化
＞６．２ｋＧ、電気抵抗１０-4Ωcm（１０-5Ωcmに近
い）である。この磁石は、一般の樹脂磁石に比較して高
い残留磁化が得られるが電気抵抗が低い。また、環状に
磁石を形成し、数十〜数百Ｗのブラシレスモータ用回転
子磁石に用いる場合には一般に圧縮方向距離が長くな
る。急冷磁石粉末は電気抵抗が低いので、直接通電によ
る加熱法で作成しても圧縮方向距離が長くなるに応じて
電極からの熱流を重畳することが困難になる。そのた
め、加熱時間が長くなり磁石の生産性を損うという問題
があった。
定化した磁気的にほぼ等方性のフル密度磁石は残留磁化
＞６．２ｋＧ、電気抵抗１０-4Ωcm（１０-5Ωcmに近
い）である。この磁石は、一般の樹脂磁石に比較して高
い残留磁化が得られるが電気抵抗が低い。また、環状に
磁石を形成し、数十〜数百Ｗのブラシレスモータ用回転
子磁石に用いる場合には一般に圧縮方向距離が長くな
る。急冷磁石粉末は電気抵抗が低いので、直接通電によ
る加熱法で作成しても圧縮方向距離が長くなるに応じて
電極からの熱流を重畳することが困難になる。そのた
め、加熱時間が長くなり磁石の生産性を損うという問題
があった。
【０００９】なお、フェライト焼結磁石は残留磁化≦
４．２ｋＧ、電気抵抗＞１０4Ωcmであり急冷樹脂磁石
と比較して残留磁化が低い。また希土類−コバルト系焼
結磁石は残留磁化≧８ｋＧ、電気抵抗１０-5Ωcmであり
急冷樹脂磁石と比較して電気抵抗が低い。
４．２ｋＧ、電気抵抗＞１０4Ωcmであり急冷樹脂磁石
と比較して残留磁化が低い。また希土類−コバルト系焼
結磁石は残留磁化≧８ｋＧ、電気抵抗１０-5Ωcmであり
急冷樹脂磁石と比較して電気抵抗が低い。
【００１０】上記のように、例えばＰＷＭ駆動ブラシレ
スモータの回転子磁石に適する、残留磁化と電気抵抗と
の整合性に優れた磁石としては、現状ではフェライト焼
結磁石、より好ましくはフェライト焼結磁石より高い残
留磁化を有し、比較的高い電気抵抗をもつ急冷樹脂磁石
であった。しかし、これらの磁石は磁石回転子の寸法安
定性や機械的強度など、実使用時の信頼性を確保するた
め必要に応じて磁気回路空隙に非磁性補強部材を配置す
ることが必要であった。
スモータの回転子磁石に適する、残留磁化と電気抵抗と
の整合性に優れた磁石としては、現状ではフェライト焼
結磁石、より好ましくはフェライト焼結磁石より高い残
留磁化を有し、比較的高い電気抵抗をもつ急冷樹脂磁石
であった。しかし、これらの磁石は磁石回転子の寸法安
定性や機械的強度など、実使用時の信頼性を確保するた
め必要に応じて磁気回路空隙に非磁性補強部材を配置す
ることが必要であった。
【００１１】本発明はこのような課題を解決するもの
で、残留磁化と電気抵抗が大きく、生産性に優れ、寸法
安定性や機械的強度など実使用時の信頼性に優れたフル
密度複合磁石の製造法および磁石回転子を提供すること
を目的とするものである。
で、残留磁化と電気抵抗が大きく、生産性に優れ、寸法
安定性や機械的強度など実使用時の信頼性に優れたフル
密度複合磁石の製造法および磁石回転子を提供すること
を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、希土類−鉄系合金を主体とする急冷磁石粉
末と、無機バインダとを主体としてなる粉末磁石混練物
を、成形型中で直接圧縮通電して電気抵抗１０-3〜１０
-1Ωcmのフル密度複合磁石を作成するようにしたもので
ある。
に本発明は、希土類−鉄系合金を主体とする急冷磁石粉
末と、無機バインダとを主体としてなる粉末磁石混練物
を、成形型中で直接圧縮通電して電気抵抗１０-3〜１０
-1Ωcmのフル密度複合磁石を作成するようにしたもので
ある。
【００１２】また、熱膨張率が９×１０-6℃-1を上限と
する無機バインダを用いるようにしたものである。
する無機バインダを用いるようにしたものである。
【００１３】また、上記のフル密度複合磁石と、支持部
材とを主体として磁石回転子を構成したものである。
材とを主体として磁石回転子を構成したものである。
【００１４】
【作用】上記のようにして環状に形成したフル密度複合
磁石には、急冷樹脂磁石のような空隙はほとんどない。
そして、無機バインダの熱膨張率を≦９×１０-6℃-1と
することにより急冷樹脂磁石の３倍以上の圧縮強度を有
し、寸法精度は成型ダイの精度により定まる。また、成
型後の磁石は急冷磁石粉末の脱落や飛散を発生しないの
で、支持部材と組合せが容易で、信頼性の高い環状磁石
回転子を得ることができることとなる。
磁石には、急冷樹脂磁石のような空隙はほとんどない。
そして、無機バインダの熱膨張率を≦９×１０-6℃-1と
することにより急冷樹脂磁石の３倍以上の圧縮強度を有
し、寸法精度は成型ダイの精度により定まる。また、成
型後の磁石は急冷磁石粉末の脱落や飛散を発生しないの
で、支持部材と組合せが容易で、信頼性の高い環状磁石
回転子を得ることができることとなる。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図面お参照しなが
ら説明する。
ら説明する。
【００１６】本実施例の希土類−鉄系合金の急冷磁石粉
末とは、希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素ＦｅとＢと
を２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメルトスピ
ニングと称する連続スプラットにより急冷したものであ
る。この磁石材料は４００nm以下のＲ2ＴＭ14Ｂ化合物
微結晶（但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）を主
相とする準安定状態を呈し、磁気的に等方性である。ま
た材料形態は厚さ２０〜３０μｍ程度の不定形の薄帯ま
たは薄片である。なお希土類−鉄系合金の添加元素とし
て結晶粒成長を抑制したりＨCJを高める元素（Ｚｎ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗなど）は
残留磁化が低下しない範囲で使用することができる。
末とは、希土類元素Ｒと代表的遷移金属元素ＦｅとＢと
を２：１４：１に近い割合で含む合金溶湯をメルトスピ
ニングと称する連続スプラットにより急冷したものであ
る。この磁石材料は４００nm以下のＲ2ＴＭ14Ｂ化合物
微結晶（但しＲはＮｄ／Ｐｒ、ＴＭはＦｅ／Ｃｏ）を主
相とする準安定状態を呈し、磁気的に等方性である。ま
た材料形態は厚さ２０〜３０μｍ程度の不定形の薄帯ま
たは薄片である。なお希土類−鉄系合金の添加元素とし
て結晶粒成長を抑制したりＨCJを高める元素（Ｚｎ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗなど）は
残留磁化が低下しない範囲で使用することができる。
【００１７】また、本実施例での無機バインダとはホウ
ケイ酸ガラス，アルミノホウケイ酸ガラス、またはＭｇ
Ｏ，ＺｒＯ，ＰｂＯ，ＢａＯ，ＣａＯなどの酸化物を含
む無機ガラスをあげることができる。これらの無機バイ
ンダを均質に急冷磁石粉末に被着するのは、通常の方法
で行われる。例えば、無機塩類を急冷磁石粉末に被着さ
せて硬化させるには、予め無機塩類を溶解させてある水
溶液中に、急冷磁石粉末を分散させながら、Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｚｒなどの金属酸化物もしくは塩類を加える。ま
た、吸着法により作成するには、粒径０．１〜５μｍの
無機ガラス粉末を急冷磁石粉末と直接混合したり、ある
いはまた無機ガラス粉末をセルロース類とテルビネオー
ル，ブチルカルビトールなどで予めスラリーとし、この
スラリーと急冷磁石粉末を混合して乾燥する。ゾルーゲ
ル化反応を利用して作成するには、ガラス組成に対応す
るアルキル基を有するシリケート，チタネート，アルミ
ネート，ジルコネートなどの金属アルコキシドをアルコ
ールと水の混合溶媒に溶解してゾルとし、このゾル中に
急冷磁石粉末を分散させ、このスラリーを乾燥する。乾
燥時に金属アルコキシドが加水分解および脱水縮合し、
急冷磁石粉末表面に形成されたゾルを多孔質ゲルにす
る。
ケイ酸ガラス，アルミノホウケイ酸ガラス、またはＭｇ
Ｏ，ＺｒＯ，ＰｂＯ，ＢａＯ，ＣａＯなどの酸化物を含
む無機ガラスをあげることができる。これらの無機バイ
ンダを均質に急冷磁石粉末に被着するのは、通常の方法
で行われる。例えば、無機塩類を急冷磁石粉末に被着さ
せて硬化させるには、予め無機塩類を溶解させてある水
溶液中に、急冷磁石粉末を分散させながら、Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｚｒなどの金属酸化物もしくは塩類を加える。ま
た、吸着法により作成するには、粒径０．１〜５μｍの
無機ガラス粉末を急冷磁石粉末と直接混合したり、ある
いはまた無機ガラス粉末をセルロース類とテルビネオー
ル，ブチルカルビトールなどで予めスラリーとし、この
スラリーと急冷磁石粉末を混合して乾燥する。ゾルーゲ
ル化反応を利用して作成するには、ガラス組成に対応す
るアルキル基を有するシリケート，チタネート，アルミ
ネート，ジルコネートなどの金属アルコキシドをアルコ
ールと水の混合溶媒に溶解してゾルとし、このゾル中に
急冷磁石粉末を分散させ、このスラリーを乾燥する。乾
燥時に金属アルコキシドが加水分解および脱水縮合し、
急冷磁石粉末表面に形成されたゾルを多孔質ゲルにす
る。
【００１８】なお、急冷磁石粉末の塑性変形抵抗が未だ
大きい結晶化温度（約５８０℃）付近で急冷磁石粉末の
緻密化を促進させたり、急冷磁石粉末間に均質な無機バ
インダ層を設けて電気抵抗を高めるために、無機バイン
ダは結晶化温度あるいはそれよりやや低い温度で熱軟化
するものを用いるのが望ましい。また、急冷磁石粉末と
無機バインダおよび必要に応じて加える添加剤とで予め
冷間圧縮した混練物を作成して用いてもよい。
大きい結晶化温度（約５８０℃）付近で急冷磁石粉末の
緻密化を促進させたり、急冷磁石粉末間に均質な無機バ
インダ層を設けて電気抵抗を高めるために、無機バイン
ダは結晶化温度あるいはそれよりやや低い温度で熱軟化
するものを用いるのが望ましい。また、急冷磁石粉末と
無機バインダおよび必要に応じて加える添加剤とで予め
冷間圧縮した混練物を作成して用いてもよい。
【００１９】つぎに、急冷磁石粉末と無機バインダ、あ
るいはその混練物を成形型中で直接圧縮通電し、フル密
度複合磁石を作製するプロセスを図面により説明する。
図１にフル密度複合磁石を製造するための直接通電圧縮
成形型の構成を示す。図に示すように、粉末磁石混練物
４はダイ１、ダイ１とコア３の間隙に充填され、一対の
電極２ａ、２ｂにより上下から定荷重負荷５ａ，５ｂが
加えられる。６ａは放電処理電源、６ｂは直流定電流電
源で、それぞれ電極２ａ，２ｂに接続されている。な
お、これらの電源６ａ，６ｂは荷重５ａ，５ｂを発生す
る加圧系の圧力軸ロッドと電気的に接続されている。ダ
イ１の材質は窒化珪素あるいはサイアロン、電極２ａ，
２ｂの材質は超硬合金（例えばＪＩＳ Ｈ５５０１；Ｇ
５）、コア３の材質は超硬合金（例えばＪＩＳ Ｈ５５
０１；Ｇ９）が望ましい。
るいはその混練物を成形型中で直接圧縮通電し、フル密
度複合磁石を作製するプロセスを図面により説明する。
図１にフル密度複合磁石を製造するための直接通電圧縮
成形型の構成を示す。図に示すように、粉末磁石混練物
４はダイ１、ダイ１とコア３の間隙に充填され、一対の
電極２ａ、２ｂにより上下から定荷重負荷５ａ，５ｂが
加えられる。６ａは放電処理電源、６ｂは直流定電流電
源で、それぞれ電極２ａ，２ｂに接続されている。な
お、これらの電源６ａ，６ｂは荷重５ａ，５ｂを発生す
る加圧系の圧力軸ロッドと電気的に接続されている。ダ
イ１の材質は窒化珪素あるいはサイアロン、電極２ａ，
２ｂの材質は超硬合金（例えばＪＩＳ Ｈ５５０１；Ｇ
５）、コア３の材質は超硬合金（例えばＪＩＳ Ｈ５５
０１；Ｇ９）が望ましい。
【００２０】従来、成形型中の急冷磁石粉末に直接通電
して急冷磁石粉末の発熱により加熱圧縮するフル密度磁
石の製造方法では、磁石を迅速に成型するには急冷磁石
粉末の電気抵抗が低過ぎて十分に加熱されない。従って
電極から急冷磁石粉末への熱供給が必要であり、必要に
応じて電極に発熱量を補償させるよう工夫する必要があ
った。しかし、本実施例のフル密度複合磁石の場合は無
機バインダが急冷磁石粉末の自己発熱を促進するので、
電極からの熱流がなくても差し支えない。このことは一
般に成型時の圧縮方向距離が長くなる、数十〜数百Ｗの
ブラシレスモータ用磁石を作製するときでも圧縮方向の
加熱温度分布を小さくしたり、温度上昇速度を早くする
利点を兼ね備えている。
して急冷磁石粉末の発熱により加熱圧縮するフル密度磁
石の製造方法では、磁石を迅速に成型するには急冷磁石
粉末の電気抵抗が低過ぎて十分に加熱されない。従って
電極から急冷磁石粉末への熱供給が必要であり、必要に
応じて電極に発熱量を補償させるよう工夫する必要があ
った。しかし、本実施例のフル密度複合磁石の場合は無
機バインダが急冷磁石粉末の自己発熱を促進するので、
電極からの熱流がなくても差し支えない。このことは一
般に成型時の圧縮方向距離が長くなる、数十〜数百Ｗの
ブラシレスモータ用磁石を作製するときでも圧縮方向の
加熱温度分布を小さくしたり、温度上昇速度を早くする
利点を兼ね備えている。
【００２１】つぎに、上記構成の熱間圧縮装置を用いた
フル密度複合磁石の製造方法を説明する。まず一対の電
極２ａ，２ｂを介して粉末磁石混練物４に２００〜８０
０kgf／cm2の定荷重負荷による圧縮を加えながら高電圧
を加えて放電を行う。圧縮と放電によるエッチング効果
で粉末磁石混練物のポテンシャルエネルギーは低下す
る。放電処理を行った後、定荷重負荷による圧縮圧力を
保持したまま一対の電極２ａ，２ｂを介して粉末磁石混
練物４へ直接通電する。各部の電流密度Ｉの二乗および
電気抵抗ρと体積比熱の比ρ／ｓｃの両者に比例したジ
ュール熱により昇温が始まる。このとき、初期状態のρ
／ｓｃは１０-4程度から１０-3〜１０-1程度となりＩが
同じであっても発熱量は１０〜１００倍となるため、無
機バインダは粉末磁石混練物４のジュール熱の発生を促
進する。定荷重負荷による圧縮圧力下で急冷磁石粉末が
結晶化温度以上に加熱されると１０-1〜１０-2mm／ｓ、
あるいはそれ以上の歪み速度で塑性変形し緻密化する。
このとき無機バインダが熱軟化すればダイとの剪断応力
が緩和され緻密化を促進する効果が得られる。粉末磁石
混練物４の昇温による粘性低下で歪み速度は加速される
が、緻密化の進展によってピークを示し次第に小さな値
に推移する。歪み速度１０-3〜０mm／ｓｅｃ程度になっ
た時に印加電流を遮断することにより、粉末磁石混練物
４はＨCJを維持したままフル密度複合磁石となる。なお
ＨCJの維持には急冷磁石粉末の結晶化温度〜７５０℃以
下で加圧することや、１０-1〜１０-3Ｔｏｒｒの真空雰
囲気中で行うことが望ましい。
フル密度複合磁石の製造方法を説明する。まず一対の電
極２ａ，２ｂを介して粉末磁石混練物４に２００〜８０
０kgf／cm2の定荷重負荷による圧縮を加えながら高電圧
を加えて放電を行う。圧縮と放電によるエッチング効果
で粉末磁石混練物のポテンシャルエネルギーは低下す
る。放電処理を行った後、定荷重負荷による圧縮圧力を
保持したまま一対の電極２ａ，２ｂを介して粉末磁石混
練物４へ直接通電する。各部の電流密度Ｉの二乗および
電気抵抗ρと体積比熱の比ρ／ｓｃの両者に比例したジ
ュール熱により昇温が始まる。このとき、初期状態のρ
／ｓｃは１０-4程度から１０-3〜１０-1程度となりＩが
同じであっても発熱量は１０〜１００倍となるため、無
機バインダは粉末磁石混練物４のジュール熱の発生を促
進する。定荷重負荷による圧縮圧力下で急冷磁石粉末が
結晶化温度以上に加熱されると１０-1〜１０-2mm／ｓ、
あるいはそれ以上の歪み速度で塑性変形し緻密化する。
このとき無機バインダが熱軟化すればダイとの剪断応力
が緩和され緻密化を促進する効果が得られる。粉末磁石
混練物４の昇温による粘性低下で歪み速度は加速される
が、緻密化の進展によってピークを示し次第に小さな値
に推移する。歪み速度１０-3〜０mm／ｓｅｃ程度になっ
た時に印加電流を遮断することにより、粉末磁石混練物
４はＨCJを維持したままフル密度複合磁石となる。なお
ＨCJの維持には急冷磁石粉末の結晶化温度〜７５０℃以
下で加圧することや、１０-1〜１０-3Ｔｏｒｒの真空雰
囲気中で行うことが望ましい。
【００２２】以下に本発明の一実施例をさらに具体的に
説明する。合金組成Ｎｄ13Ｆｅ68Ｃｏ18 Ｂ6 の母合
金をＡｒガス雰囲気中で高周波加熱することにより溶融
状態とし周速度約５０ｍ／ｓｅｃのＣｕ製単ロールに噴
射するメルトスピニング装置で厚さ３０μｍ程度の不定
形薄帯とした。つぎに薄帯を粉砕し５３〜３５０μｍの
粒度範囲の薄片状急冷磁石粉末を得た。急冷磁石粉末と
無機バインダとの混合割合は急冷磁石粉末９７ｗｔ％を
基準とした。また混合方法は直接混合法Ａ、スラリーの
混合乾燥法Ｂ、ゾルーゲル化反応法Ｃの３種の常法によ
り行った。
説明する。合金組成Ｎｄ13Ｆｅ68Ｃｏ18 Ｂ6 の母合
金をＡｒガス雰囲気中で高周波加熱することにより溶融
状態とし周速度約５０ｍ／ｓｅｃのＣｕ製単ロールに噴
射するメルトスピニング装置で厚さ３０μｍ程度の不定
形薄帯とした。つぎに薄帯を粉砕し５３〜３５０μｍの
粒度範囲の薄片状急冷磁石粉末を得た。急冷磁石粉末と
無機バインダとの混合割合は急冷磁石粉末９７ｗｔ％を
基準とした。また混合方法は直接混合法Ａ、スラリーの
混合乾燥法Ｂ、ゾルーゲル化反応法Ｃの３種の常法によ
り行った。
【００２３】ＡとＢの方法での無機バインダはＢ2Ｏ3−
ＰｂＯ−ＺｎＯ系、粒子径２〜３μｍのガラス粉末を使
用した。Ａの直接混合はボールミルで、Ｂのスラリーの
混合乾燥は、まず無機バインダ４０重量部とエチルセル
ロース１０重量部，テルピネオール５０重量部とをボー
ルミルで混合することによりスラリーを調製し、このス
ラリーに急冷磁石粉末を加えて混合し３００℃で乾燥し
た。Ｃのゾルーゲル化反応での無機バインダは組成Ｓｉ
Ｏ2−Ｂ2 Ｏ3−Ａｌ2 Ｏ3 Ｌｉ2Ｏ−ＴｉＯ2−Ｍｇ
０系金属アルコキシドの水／エタノ−ル溶液を作成し、
この溶液に急冷磁石粉末を加えて混合し３００℃で乾燥
した。
ＰｂＯ−ＺｎＯ系、粒子径２〜３μｍのガラス粉末を使
用した。Ａの直接混合はボールミルで、Ｂのスラリーの
混合乾燥は、まず無機バインダ４０重量部とエチルセル
ロース１０重量部，テルピネオール５０重量部とをボー
ルミルで混合することによりスラリーを調製し、このス
ラリーに急冷磁石粉末を加えて混合し３００℃で乾燥し
た。Ｃのゾルーゲル化反応での無機バインダは組成Ｓｉ
Ｏ2−Ｂ2 Ｏ3−Ａｌ2 Ｏ3 Ｌｉ2Ｏ−ＴｉＯ2−Ｍｇ
０系金属アルコキシドの水／エタノ−ル溶液を作成し、
この溶液に急冷磁石粉末を加えて混合し３００℃で乾燥
した。
【００２４】リング状磁石の成型は、図１に示す熱間圧
縮装置に上記急冷磁石粉末と無機バインダの混練物を充
填し加圧して行った。成形型は外径５５mm、内径４５m
m、高さ７０mmのサイアロン製ダイ１と、外径８mm、高
さ７０mmの超硬合金（ＪＩＳＨ５５０１；Ｇ９）製コア
３と、先端に窒化ボロン（ＢＮ）と有機高分子からなる
膜を備えた外径４５mm、内径３８mm、高さ３０mmの一対
の超硬合金（ＪＩＳＨ５５０１；Ｇ５）製電極２ａ，２
ｂとから構成されている。
縮装置に上記急冷磁石粉末と無機バインダの混練物を充
填し加圧して行った。成形型は外径５５mm、内径４５m
m、高さ７０mmのサイアロン製ダイ１と、外径８mm、高
さ７０mmの超硬合金（ＪＩＳＨ５５０１；Ｇ９）製コア
３と、先端に窒化ボロン（ＢＮ）と有機高分子からなる
膜を備えた外径４５mm、内径３８mm、高さ３０mmの一対
の超硬合金（ＪＩＳＨ５５０１；Ｇ５）製電極２ａ，２
ｂとから構成されている。
【００２５】一対の電極２ａ，２ｂを介して急冷磁石粉
末と無機バインダからなる粉末磁石混練物４へ６００kg
f／cm2の定荷重負荷５ａ，５ｂの圧縮圧力を加え１０-1
〜１０-3Ｔｏｒｒの真空状態で放電処理を行った。その
後、電極２ａ，２ｂに通電し、発生するジュール熱で粉
末磁石混練物４を、粉末磁石の結晶化温度以上に加熱し
て緻密化させ環状フル密度複合磁石を得た。放電処理は
パルス幅２０ｍｓｅｃ，１０Ｖの直流電圧を３０秒間印
加し、続く通電は電流密度５００Ａ／cm2の直流定電流
で行った。通電による発熱と定荷重負荷の圧縮圧力によ
り、粉末磁石混練物４は急速に粘性を低下し、歪み速度
が増加する。しかし、混練物４の緻密化が９０％を越え
た時点では、歪み速度はピークを越え、その後は緻密化
の進展につれて次第に小さな値になる。歪み速度１０-3
mm／ｓｅｃ以下の時点で通電電流を遮断し、ダイ１の外
表面温度が冷却に転じたのち真空雰囲気と圧縮圧力を解
除した。この工程によるフル密度複合磁石は外径４５mm
±０．０１mm、内径３８mm±０．０１mm、高さ２３mm±
０．０５mmの優れた寸法精度が得られた。このようにし
てフル密度複合磁石を環状に形成する場合、熱膨張率１
２×１０-6，１１×１０-6，９．８×１０-6℃-1の無機
バインダを用いた場合は、圧縮通電プロセスの熱応力が
原因となり磁石に亀裂が発生することがある。したがっ
て、無機バインダの熱膨張率は９×１０-6℃-1以下が望
ましい。
末と無機バインダからなる粉末磁石混練物４へ６００kg
f／cm2の定荷重負荷５ａ，５ｂの圧縮圧力を加え１０-1
〜１０-3Ｔｏｒｒの真空状態で放電処理を行った。その
後、電極２ａ，２ｂに通電し、発生するジュール熱で粉
末磁石混練物４を、粉末磁石の結晶化温度以上に加熱し
て緻密化させ環状フル密度複合磁石を得た。放電処理は
パルス幅２０ｍｓｅｃ，１０Ｖの直流電圧を３０秒間印
加し、続く通電は電流密度５００Ａ／cm2の直流定電流
で行った。通電による発熱と定荷重負荷の圧縮圧力によ
り、粉末磁石混練物４は急速に粘性を低下し、歪み速度
が増加する。しかし、混練物４の緻密化が９０％を越え
た時点では、歪み速度はピークを越え、その後は緻密化
の進展につれて次第に小さな値になる。歪み速度１０-3
mm／ｓｅｃ以下の時点で通電電流を遮断し、ダイ１の外
表面温度が冷却に転じたのち真空雰囲気と圧縮圧力を解
除した。この工程によるフル密度複合磁石は外径４５mm
±０．０１mm、内径３８mm±０．０１mm、高さ２３mm±
０．０５mmの優れた寸法精度が得られた。このようにし
てフル密度複合磁石を環状に形成する場合、熱膨張率１
２×１０-6，１１×１０-6，９．８×１０-6℃-1の無機
バインダを用いた場合は、圧縮通電プロセスの熱応力が
原因となり磁石に亀裂が発生することがある。したがっ
て、無機バインダの熱膨張率は９×１０-6℃-1以下が望
ましい。
【００２６】上記のフル密度複合磁石の５０ｋＯｅパル
ス着磁時のＨCJは１６．０〜１６．５ｋＯｅ，残留磁化
は７．０〜７．１ｋＧであり、電気抵抗は１０-3〜１０
-1Ωcmであった。
ス着磁時のＨCJは１６．０〜１６．５ｋＯｅ，残留磁化
は７．０〜７．１ｋＧであり、電気抵抗は１０-3〜１０
-1Ωcmであった。
【００２７】なお、無機バインダを含まない比較例のフ
ル密度磁石の通電時間は本実施例の１．３０倍、５０ｋ
Ｏｅパルス着磁時のＨCJは１６．０〜１６．５ｋＯｅ，
残留磁化は７．３〜７．４ｋＧであり、電気抵抗１０-4
Ωcmであった。この比較例は、３ｗｔ％のエポキシ樹脂
をバインダとして混合し、７ｔｏｎ／cm2の圧力で圧縮
した後、エポキシ樹脂を硬化した。得られた密度５．８
０ｇ／cm3の急冷樹脂磁石を５０ｋＯｅパルス着磁した
ときのＨCJは１７．５ｋＯｅ，残留磁化は５．９ｋＧ、
電気抵抗は１０-2Ωcmであった。
ル密度磁石の通電時間は本実施例の１．３０倍、５０ｋ
Ｏｅパルス着磁時のＨCJは１６．０〜１６．５ｋＯｅ，
残留磁化は７．３〜７．４ｋＧであり、電気抵抗１０-4
Ωcmであった。この比較例は、３ｗｔ％のエポキシ樹脂
をバインダとして混合し、７ｔｏｎ／cm2の圧力で圧縮
した後、エポキシ樹脂を硬化した。得られた密度５．８
０ｇ／cm3の急冷樹脂磁石を５０ｋＯｅパルス着磁した
ときのＨCJは１７．５ｋＯｅ，残留磁化は５．９ｋＧ、
電気抵抗は１０-2Ωcmであった。
【００２８】つぎに、外径３８mm、内径１２mm、板厚
０．５０mmの電磁鋼板を１３８枚積層したコアに、環状
フル密度複合磁石，フル密度磁石，急冷樹脂磁石をそれ
ぞれ３個エポキシ樹脂接着剤を用いて接着してアッセン
ブルしたのち、軸を圧入して外周４極着磁環状磁石回転
子を得た。（表１）に上記環状磁石回転子を搭載したブ
ラシレスモータの３０００ｒｐｍでの誘起電圧、ＰＷＭ
駆動での効率を示す。ただし表中のフル密度複合磁石Ａ
は直接混合法、Ｂはスラリ−の混合乾燥法、Ｃはゾルー
ゲル化反応法により急冷磁石粉末と無機バインダとを混
合調製したものである。
０．５０mmの電磁鋼板を１３８枚積層したコアに、環状
フル密度複合磁石，フル密度磁石，急冷樹脂磁石をそれ
ぞれ３個エポキシ樹脂接着剤を用いて接着してアッセン
ブルしたのち、軸を圧入して外周４極着磁環状磁石回転
子を得た。（表１）に上記環状磁石回転子を搭載したブ
ラシレスモータの３０００ｒｐｍでの誘起電圧、ＰＷＭ
駆動での効率を示す。ただし表中のフル密度複合磁石Ａ
は直接混合法、Ｂはスラリ−の混合乾燥法、Ｃはゾルー
ゲル化反応法により急冷磁石粉末と無機バインダとを混
合調製したものである。
【００２９】
【表１】
【００３０】（表１）から明らかなように、急冷磁石粉
末と無機バインダとの調製法や混合割合にもよるが従来
の急冷樹脂磁石回転子よりも高出力で、従来のフル密度
磁石回転子よりも高効率のブラシレスモータが得られ
た。
末と無機バインダとの調製法や混合割合にもよるが従来
の急冷樹脂磁石回転子よりも高出力で、従来のフル密度
磁石回転子よりも高効率のブラシレスモータが得られ
た。
【００３１】なお、本実施例では磁石を環状に形成する
例について説明したが、本発明はこの形状に限定される
ものではない。
例について説明したが、本発明はこの形状に限定される
ものではない。
【００３２】
【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明によれば、急冷磁石粉末と無機バインダとを成
形型中で直接圧縮通電することにより、急冷磁石粉末を
成形型中で直接圧縮通電する従来のフル密度磁石に比較
して加熱効率が優れている。とくに、電極加熱による熱
流を重畳する必要がないので、電極間距離が長くなって
も均一な温度分布で加熱され、急速加熱を行うことがで
きる。
に本発明によれば、急冷磁石粉末と無機バインダとを成
形型中で直接圧縮通電することにより、急冷磁石粉末を
成形型中で直接圧縮通電する従来のフル密度磁石に比較
して加熱効率が優れている。とくに、電極加熱による熱
流を重畳する必要がないので、電極間距離が長くなって
も均一な温度分布で加熱され、急速加熱を行うことがで
きる。
【００３３】また、本発明方法で得られるフル密度複合
磁石は緻密であり、従来の急冷磁石粉末を樹脂で固定化
する急冷樹脂磁石のような空隙が存在しない。しかも急
冷磁石粉末相互間が電気的に絶縁された構成であるから
比較的高い残留磁化と電気抵抗とを兼ね備えている。
磁石は緻密であり、従来の急冷磁石粉末を樹脂で固定化
する急冷樹脂磁石のような空隙が存在しない。しかも急
冷磁石粉末相互間が電気的に絶縁された構成であるから
比較的高い残留磁化と電気抵抗とを兼ね備えている。
【００３４】急冷磁石粉末と熱膨脹≦９×１０-6℃-1の
無機バインダとの混練物を環状に成型して得られたフル
密度複合磁石は、高度な寸法精度と機械的強度とを兼ね
備えているので、積層コアなどの支持部材と精度よくア
ッセンブルして磁石回転子を構成するができ、ブラシレ
スモータ磁気回路空隙に非磁性補強部材を配置しなくて
も高い信頼性を確保することができる。この環状に形成
したフル密度複合磁石回転子を用いて構成したＰＷＭ駆
動ブラシレスモータは、高出力化と高効率化とを兼ね備
えたモーターを実現することができる。
無機バインダとの混練物を環状に成型して得られたフル
密度複合磁石は、高度な寸法精度と機械的強度とを兼ね
備えているので、積層コアなどの支持部材と精度よくア
ッセンブルして磁石回転子を構成するができ、ブラシレ
スモータ磁気回路空隙に非磁性補強部材を配置しなくて
も高い信頼性を確保することができる。この環状に形成
したフル密度複合磁石回転子を用いて構成したＰＷＭ駆
動ブラシレスモータは、高出力化と高効率化とを兼ね備
えたモーターを実現することができる。
【図１】本発明の一実施例の熱間圧縮装置の構成を示す
斜視図
斜視図
１ ダイ ２ａ，２ｂ 電極 ３ コア ４ 粉末磁石混練物 ５ａ，５ｂ 負荷 ６ａ，６ｂ 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 15/03 Ｂ 6435−5Ｈ (72)発明者 土肥 裕司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 希土類−鉄系合金を主体とする急冷磁石
粉末と、無機バインダとを主体としてなる粉末磁石混練
物を、成形型中で直接圧縮通電して電気抵抗１０-3〜１
０-1Ωcmとするフル密度複合磁石の製造法。 - 【請求項２】 無機バインダの熱膨張率が９×１０-6℃
-1を上限とする請求項１記載のフル密度複合磁石の製造
法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のフル密度複合磁
石を環状に形成し、これと、支持部材とを主体として構
成した磁石回転子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3279237A JPH05121220A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | フル密度複合磁石の製造法および磁石回転子 |
| US07/875,290 US5464576A (en) | 1991-04-30 | 1992-04-29 | Method of making isotropic bonded magnet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3279237A JPH05121220A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | フル密度複合磁石の製造法および磁石回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121220A true JPH05121220A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=17608353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3279237A Pending JPH05121220A (ja) | 1991-04-30 | 1991-10-25 | フル密度複合磁石の製造法および磁石回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05121220A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5342127A (en) * | 1992-12-10 | 1994-08-30 | Nippon Thompson Co., Ltd. | Linear motion rolling guide unit |
| US5858124A (en) * | 1995-10-30 | 1999-01-12 | Hitachi Metals, Ltd. | Rare earth magnet of high electrical resistance and production method thereof |
| US6578251B2 (en) * | 1996-12-13 | 2003-06-17 | General Electric Company | Method of fabrication of an induction motor driven seal-less pump |
| US9147524B2 (en) | 2011-08-30 | 2015-09-29 | General Electric Company | High resistivity magnetic materials |
| JP2017188515A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | ミネベアミツミ株式会社 | 希土類永久磁石及び希土類永久磁石の製造方法 |
| JP2018056525A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ミネベアミツミ株式会社 | 希土類鉄系永久磁石の製造方法 |
| CN114141469A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-04 | 钢铁研究总院 | 一种高电阻率稀土热压永磁体及其制备方法 |
-
1991
- 1991-10-25 JP JP3279237A patent/JPH05121220A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5342127A (en) * | 1992-12-10 | 1994-08-30 | Nippon Thompson Co., Ltd. | Linear motion rolling guide unit |
| US5858124A (en) * | 1995-10-30 | 1999-01-12 | Hitachi Metals, Ltd. | Rare earth magnet of high electrical resistance and production method thereof |
| US6578251B2 (en) * | 1996-12-13 | 2003-06-17 | General Electric Company | Method of fabrication of an induction motor driven seal-less pump |
| US9147524B2 (en) | 2011-08-30 | 2015-09-29 | General Electric Company | High resistivity magnetic materials |
| US10049798B2 (en) | 2011-08-30 | 2018-08-14 | General Electric Company | High resistivity magnetic materials |
| JP2017188515A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | ミネベアミツミ株式会社 | 希土類永久磁石及び希土類永久磁石の製造方法 |
| JP2018056525A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ミネベアミツミ株式会社 | 希土類鉄系永久磁石の製造方法 |
| CN114141469A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-04 | 钢铁研究总院 | 一种高电阻率稀土热压永磁体及其制备方法 |
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