JPH0828293B2 - 円筒状永久磁石、それを用いたモータ及びその製造方法 - Google Patents

円筒状永久磁石、それを用いたモータ及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は表面に多極着磁を有する円筒状永久磁石に関
し、とくに高い磁力を有するとともに亀裂のおそれがな
い表面多極着磁の円筒状永久磁石に関する。
［従来の技術］ ステッピングモータ用のロータ等に多極着磁の円筒状
永久磁石が広く利用されているが、このような多極着磁
の円筒状永久磁石として半径方向に異方性を有する円筒
状永久磁石が知られている。これにはフェライト磁石か
らなるもの（特公昭55−42484号）や希土類コバルト磁
石からなるもの（特公昭59−23448号）がある。
最近これらの半径方向に異方性を有する円筒状永久磁
石よりもさらに多極化し、かつ磁力も向上したものとし
て、表面に多極異方性を付与した円筒状永久磁石が提案
され、実用に供されている。例えば特開昭57−199205号
は、MO・nFe2O3（ＭはBa、Sr又はPbであり、ｎ＝５〜
６）の組成を有する焼結された円筒状永久磁石であっ
て、表面に８極以上の多極異方性が付与されているもの
を開示している。表面多極異方性においては、磁極間の
磁束は第１図に示すように磁石中を円弧状に流れ、しか
も磁気異方性をもった粒子が実質的に円弧に沿って配列
されるので、磁極密度を著しく向上することができるの
みならず、磁極の着磁力も向上することができる。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、表面多極異方性の円筒状永久磁石の磁
力を一層向上するために、フェライト磁石の代わりに希
土類コバルト合金を用いて焼結磁石を形成しようとした
ところ、得られた表面多極異方性円筒状希土類コバルト
永久磁石に亀裂が生じることがわかった。この亀裂の発
生原因としては焼結体強度が異方性により発生する熱応
力にたえられないためと考えられる。
従って、本発明の目的は磁力の大きな表面多極異方性
の円筒状永久磁石を提供することである。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者はＲ−Fe−
Ｂ系合金の粉末を用いて磁場中で成形し、焼結後多極着
磁を行うことにより、亀裂を生じることなく強力な磁力
を有する表面多極異方性の円筒状永久磁石を得ることが
できることを発見し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の円筒状永久磁石は、Ｒ（但しＲは
Ndを含む希土類元素のうち少なくとも１種）、Ｂ、Feを
主成分とし、表面に多極異方性を有することを特徴とす
る。
本発明の円筒状永久磁石においては希土類元素Ｒとし
ては通常Nd、Prのような軽希土類元素が用いられ、特に
Ndが最も一般的である。また保磁力及び耐熱性の向上等
を目的として、Ｒの一部（１〜30％）をDy、Ho、Tbのよ
うな重希土類元素で置換することができる。更にＲはL
a、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、Tm、Yb、Ｙのうち少なくとも
１種を含むことができる。これらの希土類元素の含有量
は10〜30原子％の範囲が望ましい。Ｒが10原子％より少
ないと磁気特性（特に保磁力）が低下し、30原子％より
多いとＲリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度が
低下する。
Ｂの含有量は２〜28原子％の範囲が望ましい。Ｂが２
原子％より少ないと保磁力が低下し、28原子％より多い
とＢリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度が低下
する。
Feの含有量は65〜80原子％の範囲が望ましい。Feが65
原子％より少ないと残留磁束密度が低下し、80原子％よ
り多いと保磁力が低下する。
本発明においては上記必須成分の他、製造上不可避の
不純物（例えばO2）が含まれる場合もある。またＲ−Fe
−Ｂ系磁石において公知の添化元素（例えばCo、Al、Ti
等）を含有することもできる。
本発明の表面多極異方性の円筒状磁石は以下のように
して作製する。
まずＲ−Fe−Ｂ合金の溶解は通常の方法でAr中乃至真
空中で行う。Ｂはフェロボロンを用いることも可能であ
る。希土類元素は最後に投入するのが好ましい。
粉砕は粗粉砕と微粉砕に工程的には分かれるが、粗粉
砕はスタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミ
ル、ディスクミル等で、また微粉砕はジェット・ミル、
振動ミル、ボールミル等で行う。いずれも酸化を防ぐた
めに、非酸化雰囲気中で行い、このために有機溶媒や不
活性ガスを用いるのが好ましい。粉砕粒度は２〜５μｍ
（Fs・ｓ）が望ましい。
磁粉の成形は表面多極着磁用の金型により行う。第２
図は本発明に使用し得る成形装置の一例を示す。成形装
置は磁性体からなるダイス１とダイス１の環状空間内に
同心状に配置された非磁性体からなるコア２とを有し、
ダイス１は支柱11、12により支持され、コア２及び支柱
11、12はいずれも下部フレーム８により支持されてい
る。ダイス１とコア２との間の円筒状の成形空間３には
円筒状の非磁性体からなる上パンチ４と、同様に円筒状
の非磁性体からなる下パンチ７とがそれぞれ嵌入する。
下パンチ７は基板13に固着され、一方上パンチ４は上部
フレーム５に固定されている。上部フレーム５及び下部
フレーム８はそれぞれ上部油圧シリンダー６及び下部油
圧シリンダー９と連結している。
第３図は第２図のＡ−Ａ断面図であり、成形空間３を
示す。ダイス１の円筒状内面には複数の溝14が形成され
ており、各溝14の中には第４図に示すように磁場発生用
コイル15が埋設されている。ダイス１の内面上には溝14
を覆うように非磁性体の環状スペーサ16が設けられてお
り、環状スペーサ16とコア２との間が成形用空間３とな
る。第４図において はコイルの巻線に紙面の上から下に電流が流れることを
示し、はその逆である。各溝14内の磁場発生用コイル
15は電流が交互に逆向きに流れるように接続されている
ので、成形空間３には矢印で示すような磁束が生じ、磁
束が環状スペーサ16に当たる点にＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ………
と極性が交互に変わる磁極が形成される。
次に第２図の成形装置による円筒状永久磁石の成形方
法を説明する。
まず上パンチ１を引き上げた状態で振動フイダー等の
供給手段（図示せず）により、成形空間３内にＲ−Fe−
Ｂ合金粉末を充填し、ついで磁場発生用コイル15にパル
ス電流を印加して、強磁性粉末を磁場方向に配向させ
る。しかる後上パンチ４を下降させ、磁場コイル15にパ
ルス電流を印加しながらＲ−Fe−Ｂ合金粉末を加圧成形
する。この場合のパルス磁場としては５〜25KOeの範囲
が望ましい。そして加圧したまま磁場コイルに上記と逆
方向のパルス電流を通電して得られた成形体を脱磁して
から金型から取出す。成形圧力は500〜2000kg/cm2であ
る。成形体を次に焼結する。焼結は、Ar、He等の不活性
ガス中又は真空中又は水素中において950〜1150℃で20
分乃至２時間行う。
焼結後、必要に応じ不活性雰囲気中で適当な熱処理を
施す。好ましい熱処理条件は600℃×1Hである。
最後に磁粉の配向方向とそろえて着磁を行う。着磁は
磁場コイル中で５〜30KOe程度のパルス磁場により行
う。
このような方法により得られるＲ−Fe−Ｂ系表面多極
異方性円筒状永久磁石は、例えば外径20mmで24個の磁極
を有する場合には、3000G程度の表面磁束密度（Bo）を
有し得る。またこのような表面多極異方性が付与されて
いても亀裂は全く生じない。これは、Ｒ−Fe−Ｂ系磁石
において、成形時に表面多極異方性が付与された場合こ
の異方性化に伴なって焼結時に熱応力が発生するが、焼
結体強度が高いので、亀裂が生じないためであると考え
られる。
本発明の円筒状永久磁石（以下円筒磁石ともいう）
は、通常、永久磁石モータの固定子あるいは回転子に使
用される。その場合外径30mm以下であることが多い。モ
ータに使用される円筒磁石の磁極数は２極以上である
が、４極以上であることが多いので、以下本発明を４極
以上のモータ用磁石に適用した場合について述べる。
高いモータ効率を得るためには、円筒磁石の表面磁束
密度（以下Boともいう）はできるだけ高い方がよい。Bo
は磁石の厚みが増加するに従って高くなるが、ある厚さ
以上になるとBoは飽和することがわかっている。一方、
Ｒ−Fe−Ｂ系磁石は従来の磁石と比べて高価であるの
で、磁石材料を節約するためには磁石は薄いことが必要
である。
本発明者は低コストの磁石を得るべく検討した結果、
第５図（ａ）に示すように円筒磁石21の内側に鉄、鋼等
の強磁性材料からなるブッシュ22を挿入・固着すればよ
いことがわかった。すなわち、このような構造とするこ
とにより、磁石の厚みを小さくしても高いBoが得られる
ことがわかった。ただし、磁石外径がそれ程大きくない
（15mm以下）場合には、磁石厚みが多少大きくともコス
ト的にそれほど大きな問題ではないので、ブッシュを用
いずともよい。
またＲ−Fe−Ｂ系磁石のような希土類磁石は、フェラ
イト磁石と比べて着磁性が良くないので、磁石表面から
ある程度の厚さまでは完全に着磁できても、その厚さよ
り内側の部分は十分に着磁されないという磁石材質に固
有の問題を抱えている。すなわちＲ−Fe−Ｂ系円筒磁石
においては、理論的には磁石内部の異方性化された部分
の総てを完全に着磁し得るような条件で着磁を施して
も、実際には異方性化された部分の一部しか完全に着磁
し得ない。そこで本発明者はＲ−Fe−Ｂ系磁石の着磁性
を考慮して、コストパーホーマンスの高い円筒磁石を得
るべく検討した結果、磁石の内径（D1）と磁石の外径
（D2）との比を、磁極数（Ｐ）に応じて下記のように定
めればよいことがわかった。
Ｐ＝４の場合 D1/D2＝0.35〜0.85 （１） Ｐ＝６の場合 D1/D2＝0.45〜0.85 （２） Ｐ＝８の場合 D1/D2＝0.55〜0.85 （３） 上記（１）〜（３）式において、D1/D2の値が上記範
囲より小さくなると、一般にそれ以上磁石厚みを大きく
しても表面磁束密度は高くならず、一方D1/D2の値が上
記範囲より小さくなると、磁石の厚みが薄すぎて、成形
しずらくなり、又ワレも発生し易くなる。
更に、本発明の円筒磁石は、モータの種類・用途によ
っては内周面に多極異方性が付与されることがある。こ
の場合には、コスト低減のために、第５図（ｂ）に示す
ように円筒磁石21の外側にブッシュ22を装着し、固着す
ればよい。内周面に多極異方性を有する円筒磁石におい
ても、成形性およびワレの点から制限を受けるが、コス
トパーホーマンスを高めるために上記（１）〜（３）式
を満足するように磁石寸法を定めればよいことがわかっ
た。
一般に、本発明の円筒磁石は永久磁石タイプの小型モ
ータに使用される。モータの種類としては、例えば固定
子に永久磁石を用い、回転子側に直流電源を使った永久
磁石直流モータ（コアレスモータ等）、回転子に永久磁
石を用い、固定子巻線を他励駆動又は自励駆動する永久
磁石回転子モータ（同期モータ、ステップモータ、ブラ
ンレスモータ等）が挙げられる。本発明の円筒磁石をこ
の種モータに使用する場合、モータの用途によっては外
周面に多極異方性を有するものに限らず、内周面に多極
異方性を有するものも使用される。例えば、ハードディ
スク・ドライブの位置決め手段に使用されるエンコーダ
を備えた直流モータやストリーマーテープドライブ用キ
ャプスタンモータには、外周面に４〜12極の異方性を付
与した円筒磁石が使用される。一方ハードディスク・ド
ライブ用インナハブスピンドルモータには、内周面に４
〜12極の異方性を付与した円筒磁石が使用される。
第６図にこのスピンドルモータの一例を示す。スピン
ドルモータ30は、基板31に立設された固定シャフト32を
有している。固定シャフト32の中央部にはステータ33が
固定されている。また固定シャフト32の周囲には、スペ
ーサ34を介して多段に取着された磁気ディスク35を支持
するスピンドル36が配置されている。スピンドル36は一
対の軸受37,37′を介して固定シャフト32に支承されて
いる。そしてスピンドル36の内部には、ステータ33と対
向するように内周面に多極異方性を有する円筒磁石38が
固定されている。
本発明の円筒磁石は、表面多極異方性を有するので、
高い表面磁束密度を有する。従って上記の各種モーター
に使用すると、ギャップ磁束密度を高くできるので、モ
ータ効率を向上することができる。特に通常ラジアル異
方性を有する円筒磁石またはアークセグメント状磁石が
使用されている上記の直流モータやスピンドルモータに
本発明の円筒磁石を使用することにより、モータ効率は
大幅に向上する。
永久磁石を用いたモータにおいては、固定子と回転子
との間の磁気抵抗が回転角によって変化するために発生
するコギング（トルクむら）が大きくなり、特に磁石の
磁極数が４〜８極と少ない場合には著しいものとなる。
このコギングは磁束密度の２乗に比例するので、コギン
グを小さくするためには、ギャップ部の円周方向の磁束
波形を滑らかにしてやることが必要である。そこで４〜
８極の場合には、第７図に示すように磁極を軸線に対し
てスキューさせることが望ましい。スキュー角度θは小
さすぎてもその効果が少ないので、５゜以上とすること
が好ましい。但し、スキュー角度θは、紙面の下からみ
て相隣る磁極が重ならないように、磁極数に応じて定め
られる。すなわちスキュー角度θは、磁石長さをｌ、磁
極ピッチをlpとすると、ltan θ＝lpとなるθの値より
小さくすることが必要である。
本発明の円筒磁石は、10種以上の磁極数を有するモー
タ用磁石にも適用できる。例えばPM形ステッピングモー
タにおいては、ローター用磁石として、小型化のために
外径40mm以下の円筒磁石が使用されると共に、ステップ
角を小さくするために10極以上の磁極を有する円筒磁石
が多用されている。なおPM形ステッピングモータの一例
を第11図に示す。ステッピングモータ40は、固定子41の
内部に、シャフト43上にブッシュ44を介して、外周面に
軸方向に多極着磁された一対の円筒磁石45,45′を設け
た回転子42を具備する構造を有する。固定子41は、回転
子42の磁極数と同じ数の極歯をもった軟磁性体からなる
複数のヨーク46と、ヨーク内に収容された一対のコイル
47,47′とを有する。コイルに流す電流を順次切換える
ことにより発生する回転磁界により、一対の支持板48,4
8′に軸受49,49′を介して支承された回転子42がステッ
プ的に回転する。
このようなローター用円筒状永久磁石は、磁気特性、
とくに表面磁束密度が高く、しかも慣性力の低いことが
要求される。しかし、特開昭57−199205号の第４図に示
されるように、磁石の肉厚ｔの増加により、表面磁束密
度Boは増加するが、慣性力も増加する。従って円筒状永
久磁石は表面磁束Boの低下を伴なわずに低慣性力が得ら
れるようなものであることが必要である。
このような要求を満足するための条件としては、永久
磁石の内外径比Ｔを次式のように設定すればよいことが
わかった。
Ｔ＝D1/D2＝１−K1・π/p（K1≧1.0） 但し、D1:磁石内径、:D2磁石外径、 p:磁極数（ｐ≧10）、K1:定数 前記の式において、内外径比Ｔは０＜Ｔ＜1.0であ
り、1.0に近づく程肉厚ｔが薄くなって表面磁束密度Bo
が小さくなり、０に近付けば肉厚ｔが厚くなって慣性力
が大きくなる。
また前記の式の右項より、磁極数ｐが増加すると内外
径比Ｔが増加して肉厚ｔが薄くなり、磁極数Ｐが減少す
ると肉厚ｔが増加する。
したがって磁極数Ｐにも関連して磁気特性を低下させ
ることのない最適内径比Ｔを得ることが可能となる。
次に前記式を導入した理由を説明する。円筒状永久磁
石の外周面に磁極数ｐの着磁を施すと、各磁極間の外周
に沿った間隔（隣り合う異極性の磁極の中心間の距離）
はπD2/pである。そして磁束は、磁極間隔を近似直径と
すると、その半分までのところに90％以上集まってお
り、その外側K1πD2/2pまでのところに残りが分布して
いる。このK1（定数）は後述のように実験的に定める。
円筒状永久磁石としては、磁束の進入しない肉厚部分
は不要である。また磁束密度の少ない部分、即ち、完全
には異方性化されていない部分まで含むようにしても、
有効な磁石内径は下記式により表されるものにすぎな
い。
D1＝D2−K1（πD2/p） そこで両辺をD2と割ると D1/D2＝１−K1（π/p） となる。すなわち、最適な内外径比Ｔは前記の式により
示されるものである。
次にK1を実験的に求めた例を第９図により説明する。
第９図は外径D2＝20mm、磁極数ｐ＝24極の場合に、内径
D1及び定数K1と表面磁束密度Boとの関係を示す。
この図から明らかなようにK11.0（磁石の半径方向
厚みが磁極間隔の半分）でBoが最大値の98％以上とな
り、K1が1.5以上でBoが飽和している。また本磁石は高
価であり肉厚は極力小さいほど慣性も低いことを考え
て、K1≧1.0以上で1.5近傍がコストパーホーマンスが高
い。
本発明の円筒磁石は、円筒状成形体を焼結し次いで着
磁することにより得られることは前述した通りである。
種々の大きさの円筒状形成体の焼結前の寸法と焼結後の
寸法を測定して収縮率を求めたところ、外径、内径およ
び長さのいずれも14〜16％程度であることがわかった。
すなわち円筒状形成体をそのまま焼結すると、収縮変形
により真円にならずに多角形状になるという不具合が生
ずる。本発明者はこれの対策を検討した結果、円筒状形
成体の内側に、成形体をそのまま焼結して作られた焼結
体の内径（D3）より、やや大きな外径（D4）を有する円
柱状のコアを挿入した状態で焼結を行なうことにより、
収縮変形に基因する異形化を防止できることがわかっ
た。このような効果は、磁石の厚みが大きい場合には得
がたいが、磁石の内外径比が上述した範囲であれば実用
上十分な真円度をもった焼結体を得ることができる。上
記コアの直径（D4）は焼結体の内径（D3）に応じて適宜
定められる。例えば焼結体の内径が15〜20mm程度の場合
には、D4はD3の1.01〜1.17倍の範囲とすることが好まし
い。D4が1.01×D3より小さいと収縮変形を十分に防止す
ることができない。D4がD3よりかなり大きくとも、Ｒ−
Fe−Ｂ素磁石材料の大きな機械的強度（延性）のために
ワレは生じないが、D4が1.17×D3より大きくなると内径
の真直度が低下し、焼結体がそってしまう。なおコア
は、例えばオーステナイト系ステンレススチールのよう
な剛性が大でかつ耐熱性の良い材料で形成することが望
ましい。
〔実施例〕
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１ Nd13原子％、Dy2原子％、B7原子％、Fe78原子％から
なる組成の合金を真空溶解により作製し、しかる後N2ガ
ス雰囲気中で粗粉砕及び微粉砕を行ない、平均粒度３μ
ｍの合金粉末を得た。
得られた合金粉末を第２図に示す成形装置（24極用）
により、20KOeのパルス磁場を印加しながら1000kg/cm2
の圧力でプレス成形した。次いで真空中で1100℃の温度
で２時間焼結し、Arガス雰囲気中で600℃の温度で１時
間の熱処理を行った。そして外周を研磨仕上げしてか
ら、24極の多極着磁を施して外径が20mmで、24極の表面
多極異方性を有する円筒状永久磁石を得た。得られた永
久磁石の表面磁束密度（24極の平均値）Boとキレツの発
生状況を第１表に示す。
また、比較のために上記と同様の寸法と磁極数を有す
る円筒状Srフェライト磁石（製造方法は特開昭57−1992
05号に記載の方法とほぼ同様）及び円筒状希土類コバル
ト磁石を作製し、表面磁束密度とキレツ発生状況を調べ
た。その結果を同じく第１表に示す。なお希土類コバル
ト磁石は、次の条件で作製した。まずSm、Co、Fe、Cu、
Zrの各金属粉末を精秤後Ar雰囲気中で溶解し、ついで鋳
造した。次に得られたインゴットを粗粉砕及び微粉砕
し、第２図に示す成形装置により、10KOeのパルス磁場
を印加しながら2000kg/cm2の圧力でプレス成形した。次
いでH2雰囲気中で1200℃の温度で４時間焼結し、熱処理
（1180℃×４時間の保持→油冷→800℃に昇温→４時間
保持→0.6℃／分の速度で400℃まで徐冷→３時間保持）
を施した。得られた磁石は、Sm（CobalFe0.28Cu0.052Zr
0.024）7.1の組成を有していた。
第１表から、本発明によれば亀裂を伴なわずに表面磁
束密度の高い円筒状永久磁石が得られることがわかる。
なお、表面磁束密度は磁石の外径寸法及び磁極数など
によって変わるが、磁極数４〜48、外径６〜35mmの場合
で、本発明の円筒状永久磁石は2600〜6700GのBoが得ら
れる。これは同じ条件で、フェライト磁石の1300〜1500
Gより極めて高い。また希土類コバルト磁石は、2600〜3
400GのBoを得ることができるが、前述したように亀裂が
発生するので実用に供し得ない。
実施例２ Nd0.96Dy0.08（FebalB0.08）5.4からなる組成の合金
を真空溶解により作製し、しかる後N2ガス雰囲気中で粗
粉砕及び微粉砕を行ない、平均粒度５μｍの合金粉末を
得た。
得られた合金粉末を第２図に示す成形装置（４極用）
により、20KOeのパルス磁場を印加しながら700kg/cm2の
圧力でプレス成形した。ここで第２図のコアの外径を変
えて内径の異なる複数の成形体を得た。これらの成形体
を1050℃の温度で２時間焼結し、Arガス雰囲気中で900
℃の温度で２時間および600℃の温度で２時間の二段熱
処理を行なった。そして外周を研磨仕上げしてから、４
極の着磁を施して外径が21.45mm、長さ10mmで、４極の
表面多極異方性を有する円筒磁石を得た。得られた円筒
磁石の表面磁束密度（４極の平均値）Boと磁石内径D1お
よびD1/D2との関係を第10図に破線で示す。また上記円
筒磁石の内側に第５図（ａ）に示すように鉄製ブッシュ
（内径5mm）を固着して表面磁束密度を測定した。この
時の表面磁束密度Boと磁石内径D1およびD1/D2との関係
を第10図に実線で示す。
第10図から磁石内側にブッシュを固着することによ
り、磁石単体のものより最大で1000G程度表面磁束密度
が向上し、かつ磁石の厚みが小さい程表面磁束密度の増
加幅が大きくなることがわかる。すなわちブッシュの使
用により、円筒磁石の薄肉化が可能であることが明らか
である。なお磁石外径がそれほど大きくない場合は、ブ
ッシュを用いないこともある。
また第10図から、ブッシュを用いた場合表面磁束密度
Boは内径10mm（D1/D2＝0.466）の時に飽和するが、ブッ
シュを用いない場合は、内径7.5mm（D1/D2＝0.35）の時
に飽和することがわかる。従って円筒磁石は内径約7.5m
m以上でモータに組み込めばよいことがわかる。ただし
磁石内径が約18.2mm（D1/D2＝0.85）以上では、磁石が
極端に薄くなるため、成形性が低下し、かつワレも発生
して実用に供し得ないことが確認された。
実施例３ 成形装置の金型の構造及び寸法を変えると共に８極の
着磁を施した以外は実施例２と同様の条件で、外径が1
9.6mm、長さ8mmで、８極の表面多極異方性を有する円筒
磁石を得た。第11図に円筒磁石の表面磁束密度Boと磁石
内径D1およびD1/D2との関係を破線で示し、又円筒磁石
の内側に鉄製ブッシュ（内径5mm）を挿入した場合の表
面磁束密度Boと磁石内径D1およびD1/D2との関係を実線
で示す。
第11図から磁石の内側にブッシュを挿入することによ
り、磁石単体のものより最大で約500G表面磁束密度が向
上することがわかる。なお磁石外径がそれほど大きくな
い場合は、ブッシュを用いないこともある。
また第11図から、ブッシュを用いた場合表面磁束密度
Boは内径14mm（D1/D2＝0.71）の時に飽和するが、ブッ
シュを用いない場合は内径約10.75mm（D1/D2＝0.55）の
時に飽和するので、内径約10.75mm以上として使用すれ
ばよいことがわかる。ただし磁石内径が約16.7mm（D1/D
2＝0.85）以上では、成形性が低下しかつワレの発生が
あり、実用に供し得ないことが確認された。
実施例４ Nd0.90Dy0.10（FebalB0.08Nb0.015）5.4からなる組成
の合金を真空溶解により作製し、しかる後N2ガス雰囲気
中で粗粉砕及び微粉砕を行ない、平均粒度５μｍの合金
粉末を得た。
得られた合金粉末を第２図に示す成形装置（12極用）
により、20KOeのパルス磁場を印加しながら700kg/cm2の
圧力でプレス形成して、外径28.48mm、内径20.71mm、長
さ12.24mmの成形体を得た。この成形体を1100℃の温度
で２時間焼結して、外径23.90mm、内径（D3）17.62mm、
長さ10.35mmの焼結体（No.1）を得た。ここで収縮率
は、外径で16.1％、内径で14.9％、長さで15.4％であっ
た。
次に上記の成形体の内側に直径（D4）が17.72〜20.60
mm、長さ20mmのSUS304製コア（但し焼付防止のために表
面に酸化処理を施してある）を挿入して、上記と同様の
条件で焼結を行ない、焼結体（No.2〜９）を得た。いず
れの焼結体にもワレは認められなかった。
上記の各焼結体の形状精度（５個のサンプルの平均
値）を第２表に示す。
上表から、コアを用いないで焼結した場合の真円度は
0.1mm（No.1）であるのに対し、コアを用いることによ
り真円度は0.05mm程度（No.2〜９）に改善されることが
わかる。但し、コアの直径が大きくなるに従って、内径
の真直度は低下する傾向があるので、コアの直径は要求
される形状精度も考慮して定めればよい。なお上記の焼
結体を実施例２と同様の条件で熱処理し、外研後24極の
着磁を施したところ、Bo≧3200Gの円筒磁石が得られ
た。
〔発明の効果〕
以上に記述の如く、本発明によれば、亀裂を生じるこ
となく極めて高い磁力を有する表面多極異方性が付与さ
れた円筒状永久磁石を得ることができる。また本発明に
よれば、強磁性材料からなるブッシュと組み合わせるこ
とにより、低コストでしかもコストパーホーマンスの高
い円筒状永久磁石を得ることができる。更に磁極をスキ
ューさせることにより、コギングの少ないモータが得ら
れる。そして本発明によれば、コアを用いて焼結を行な
うことにより、形状精度の高い円筒状永久磁石を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は表面多極異方性を有する円筒状永久磁石の磁束
の流れを示す図であり、 第２図は本発明の円筒状永久磁石の成形装置の一例を示
す概略断面図であり、 第３図は第２図のＡ−Ａ断面図であり、 第４図は第３図の要部拡大図であり、 第５図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ外周面および内周
面にブッシュを固着した円筒状永久磁石の断面図であ
り、 第６図はインナハブスピンドルモータの一例を示す断面
図であり、 第７図はスキュー磁極を有する円筒状永久磁石の一部を
展開した平面図であり、 第８図はPM形ステッピングモータの一例を示す断面図で
あり、 第９図は磁石内径及びＫと表面磁束密度との関係を示す
グラフであり、 第10図および第11図は磁石内径及びD1/D2と表面磁束密
度との関係を示すグラフである。 １……ダイス ２……コア ３……成形用空間 ４……上パンチ ５……上部フレーム ６……上部油圧シリンダー ７……下パンチ ８……下部フレーム ９……下部油圧シリンダー 11,12……支柱 13……基板 14……溝 15……磁場発生用コイル 16……環状スペーサ 21……円筒磁石 22……ブッシュ 30……スピンドルモータ 31……基板 32……固定シャフト 33……ステータ 34……スペーサ 35……磁気ディスク 36……スピンドル 40……ステッピングモータ 41……固定子 42……回転子 43……シャフト 44……ブッシュ 45,45′……円筒磁石 46……ヨーク 47,47′……コイル 48,48′……支持板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 21/12 Ｚ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｒ（但し、ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbのうち
    の少なくとも１種、又は更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、Eu、
    Tm、Yb、Ｙのうちの少なくとも１種）、Ｂ及びFeを主成
    分とし、表面に多極異方性を有することを特徴とする円
    筒状永久磁石。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の円筒状永久
    磁石において、R10〜30原子％、B2〜28原子％、Fe65〜8
    0原子％を主成分とすることを特徴とする円筒状永久磁
    石。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
    円筒状永久磁石において、内径（D1）と外径（D2）との
    比が着磁極数Ｐ＝４〜８の場合に、下記（１）〜（３）
    式： Ｐ＝4:D1/D2＝0.35〜0.85 （１） Ｐ＝6:D1/D2＝0.45〜0.85 （２） Ｐ＝8:D1/D2＝0.55〜0.85 （３） により表される関係を有することを特徴とする円筒状永
    久磁石。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載の円筒状永久
    磁石において、着磁極数Ｐが４〜８の場合に、各磁極が
    軸線に対して５゜以上傾斜していることを特徴とする円
    筒状永久磁石。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
    円筒状永久磁石において、内径（D1）と外径（D2）との
    比が着磁極数Ｐ（＝10〜48）と下記式（４）： D1/D2＝１−Ｋ（π/P） （４） （但し、Ｋは1.0以上の定数である。） により表わされる関係を有することを特徴とする円筒状
    永久磁石。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれ
    かに記載の円筒状永久磁石において、外周面に表面多極
    異方性を有することを特徴とする円筒状永久磁石。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項に記載の円筒状永久
    磁石において、内周面に強磁性材料からなる円筒状のブ
    ッシュが挿入されていることを特徴とする円筒状永久磁
    石。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
    かに記載の円筒状永久磁石において、内周面に多極異方
    性を有することを特徴とする円筒状永久磁石。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項に記載の円筒状永久
    磁石において、外周面に強磁性材料からなる円筒状のブ
    ッシュが装着されていることを特徴とする円筒状永久磁
    石。
  10. 【請求項１０】Ｒ（但し、ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbのう
    ちの少なくとも１種、又は更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、E
    u、Tm、Yb、Ｙのうちの少なくとも１種）、Ｂ及びFeを
    主成分とし、外周面に４〜12極の表面多極異方性を有す
    る円筒状永久磁石を備えたことを特徴とするハードディ
    スク・ドライブ用直流モータ。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第10項に記載のモータに
    おいて、前記円筒状永久磁石がR10〜30原子％、B2〜28
    原子％、Fe65〜80原子％を主成分とすることを特徴とす
    るモータ。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第10項又は第11項に記載
    のモータにおいて、前記円筒状永久磁石の内径（D1）と
    外径（D2）との比が着磁極数をＰとした場合に、下記
    （１）〜（３）式： Ｐ＝4:D1/D2＝0.35〜0.85 （１） Ｐ＝6:D1/D2＝0.45〜0.85 （２） Ｐ＝8:D1/D2＝0.55〜0.85 （３） により表わされる関係を有することを特徴とするモー
    タ。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第12項に記載のモータに
    おいて、着磁極数Ｐが４〜８の場合に、各磁極が軸線に
    対して５゜以上傾斜していることを特徴とするモータ。
  14. 【請求項１４】Ｒ（但し、ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbのう
    ちの少なくとも１種、又は更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、E
    u、Tm、Yb、Ｙのうちの少なくとも１種）、Ｂ及びFeを
    主成分とし、外周面に４〜12極の表面多極異方性を有す
    る円筒状永久磁石を備えたことを特徴とするストリーマ
    ーテープ・ドライブ用キャプスタンモータ。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第14項に記載のモータに
    おいて、前記円筒状永久磁石がR10〜30原子％、B2〜28
    原子％、Fe65〜80原子％を主成分とすることを特徴とす
    るモータ。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第14項又は第15項に記載
    のモータにおいて、前記円筒状永久磁石の内径（D1）と
    外径（D2）との比が着磁極数をＰとした場合に、下記
    （１）〜（３）式： Ｐ＝4:D1/D2＝0.35〜0.85 （１） Ｐ＝6:D1/D2＝0.45〜0.85 （２） Ｐ＝8:D1/D2＝0.55〜0.85 （３） により表わされる関係を有することを特徴とするモー
    タ。
  17. 【請求項１７】特許請求の範囲第16項に記載のモータに
    おいて、着磁極数Ｐが４〜８の場合に、各磁極が軸線に
    対して５゜以上傾斜していることを特徴とするモータ。
  18. 【請求項１８】Ｒ（但し、ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbのう
    ちの少なくとも１種、又は更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、E
    u、Tm、Yb、Ｙのうちの少なくとも１種）、Ｂ及びFeを
    主成分とし、内周面に４〜12極の表面多極異方性が付与
    されている円周状永久磁石を備えたことを特徴とするハ
    ードディスク・ドライブ用インナハブスピンドルモー
    タ。
  19. 【請求項１９】特許請求の範囲第18項に記載のモータに
    おいて、前記円筒状永久磁石がR10〜30原子％、B2〜28
    原子％、Fe65〜80原子％を主成分とすることを特徴とす
    るモータ。
  20. 【請求項２０】特許請求の範囲第18項又は第19項に記載
    のモータにおいて、前記円筒状永久磁石の内径（D1）と
    外径（D2）との比が着磁極数をＰとした場合に、下記
    （１）〜（３）式： Ｐ＝4:D1/D2＝0.35〜0.85 （１） Ｐ＝6:D1/D2＝0.45〜0.85 （２） Ｐ＝8:D1/D2＝0.55〜0.85 （３） により表わされる関係を有することを特徴とするモー
    タ。
  21. 【請求項２１】特許請求の範囲第20項に記載のモータに
    おいて、着磁極数Ｐが４〜８の場合に、各磁極が軸線に
    対して５゜以上傾斜していることを特徴とするモータ。
  22. 【請求項２２】Ｒ（但し、ＲはNd、Pr、Dy、Ho、Tbのう
    ちの少なくとも１種、又は更にLa、Ce、Sm、Gd、Er、E
    u、Tm、Yb、Ｙのうちの少なくとも１種）、Ｂ及びFeを
    主成分とする合金粉末を、円筒状の成形空間内に充填
    し、パルス磁場を印加しながら圧縮成形し、得られた表
    面に多極異方性を有する円筒状成形体の内側に、この成
    形体をそのまま焼結して得られる焼結体の内径より僅か
    に大きな直径を有する円柱体を挿入してから焼結し、熱
    処理後前記異方性と同方向に着磁することを特徴とする
    円筒状永久磁石の製造方法。
  23. 【請求項２３】特許請求の範囲第22項に記載の円筒状永
    久磁石の製造方法において、前記合金粉末が、R10〜30
    原子％、B2〜28原子％、Fe65〜80原子％を主成分とする
    ことを特徴とする円筒状永久磁石の製造方法。
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