WO2012090841A1 - 極異方性配向を有する円弧状磁石、その製造方法、及びそれを製造するための金型 - Google Patents

極異方性配向を有する円弧状磁石、その製造方法、及びそれを製造するための金型 Download PDF

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健志 吉田
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/02—Magnetic

Definitions

  • the present invention relates to an arc-shaped magnet having polar anisotropic orientation, a method for manufacturing the same, and a mold for manufacturing the same.
  • Permanent magnets consisting essentially of R-TM-B are widely used because they are inexpensive and have high magnetic properties.
  • R-TM-B materials have high mechanical strength and low brittleness, so even if large internal stress is generated due to shrinkage during sintering, cracks etc. are generated. Less is. Therefore, it is suitable for manufacturing a ring magnet having radial anisotropy or multipolar anisotropy, and greatly contributes to high output and miniaturization of the motor.
  • Polar anisotropic ring magnets have a low peak cogging torque when used as a rotor because the surface magnetic flux density waveform after magnetization has a high peak and is close to a sine wave compared to radial anisotropic magnets. A motor is obtained.
  • polar orientation ring magnets have different orientation directions from place to place, cracks called orientation cracks are likely to occur during sintering. In particular, in the case of a large ring magnet, the molded body is easily damaged during the manufacturing process.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-286081 discloses a method for manufacturing a circular arc magnet having a radial orientation used for a rotating machine.
  • the arc-shaped magnet having radial orientation cannot be applied to a rotating machine that requires a sinusoidal waveform because the surface magnetic flux density waveform is trapezoidal. Therefore, new technical development for manufacturing an arc magnet having polar anisotropic orientation is desired.
  • JP 2003-199274 discloses a rotating machine having a low cogging torque characteristic using an arc-shaped magnet having polar anisotropic orientation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-199274 does not describe a specific method for manufacturing an arc magnet having polar anisotropy orientation.
  • a ring magnet having polar anisotropy orientation includes, for example, a core 320 as shown in FIG. 10 (FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-17309), and a die 340 having a spacer 310 provided on the inner peripheral surface.
  • the magnetic powder filled in the cavity 330 is generated by applying a pulse current to the coil 360 disposed in the groove 350 on the inner peripheral surface of the die 340 using the molding die 300 having the cavity 330 constituted by It can be manufactured by multipolar orientation by a magnetic field.
  • the magnetic pole position is oriented in the radial direction and between adjacent magnetic poles is oriented in the circumferential direction, and the surface magnetic flux density distribution in the circumferential direction of the obtained polar anisotropic ring magnet is sinusoidal.
  • the surface magnetic flux density distribution in the circumferential direction of the obtained polar anisotropic ring magnet is sinusoidal.
  • the circumferential end surface of the arc-shaped magnet is oriented perpendicular to the end surface, and the circumferential direction of the outer arc surface of the arc-shaped magnet It is necessary to orient in the radial direction at the center, and when this is combined into a ring shape, a waveform closer to a sine wave can be obtained.
  • a ring magnet having polar anisotropy orientation can be manufactured by arranging coils at equal intervals according to the number of poles and generating a pulsed magnetic field.
  • a magnet with a mold having such a structure, it is difficult to arrange the magnetic field generating coil and adjust the strength, and it is difficult to obtain an arc magnet having an ideal polar anisotropic orientation. Therefore, as in the case of molding a block-shaped magnet, it is necessary to produce an arc magnet having polar anisotropy orientation by changing the magnetic field direction by appropriately arranging the magnetic material in a parallel magnetic field. .
  • JP-A-2005-287181 discloses an arc-shaped magnet in which the orientation is concentrated at the outer arc side center of the arc-shaped magnet, and describes that a rotating machine with reduced cogging torque can be obtained.
  • the orientation of the arc magnet described in JP-A-2005-287181 is different from the ideal polar anisotropy orientation, even if a plurality of the arc magnets are combined into a ring shape, the polar anisotropy is obtained. There is room for improvement in terms of reducing the cogging torque rather than being a ring magnet having an orientation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-134314 has a circular cross section, and the magnetic easy axis of the magnetic powder in the cross section is curved toward the central area of the inner surface while curving convexly from the outer surface and both end surfaces.
  • An arc magnet manufacturing method is disclosed.
  • the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-134314 relates to a method of manufacturing an arc magnet having an inner surface as a working surface, and cannot be applied to an arc magnet having an outer surface as a working surface.
  • an object of the present invention is to provide an arc magnet having the same magnetic field orientation as one pole of a polar anisotropic ring magnet, in particular, an R-TM-B based sintered arc magnet, a method of manufacturing the same, and an It is to provide a mold for manufacturing.
  • the inventors of the present invention have arranged a central ferromagnetic body spaced apart on the outer arc surface side with respect to the cavity having a circular arc cross section, and sandwiching the cavity.
  • the inventors have found that an arc-shaped magnet having polar anisotropy can be obtained by using a mold having a pair of side ferromagnets, and have arrived at the present invention.
  • the mold of the present invention for molding an arc-shaped magnet having polar anisotropic orientation in a magnetic field is as follows: A die made of a non-magnetic cemented carbide placed in a parallel magnetic field formed by a pair of opposing magnetic field coils; A cavity having an arcuate cross section having an inner arc wall, an outer arc wall and two side walls provided in the die; A central ferromagnet disposed on the outer arc wall side of the cavity and spaced from the cavity; Each side wall of the cavity has a pair of side ferromagnets spaced apart from the cavity and arranged symmetrically with respect to the cavity; The cavity is arranged so that a radial direction in the center in the circumferential direction coincides with the parallel magnetic field direction, The central ferromagnetic body has a width in a direction perpendicular to the parallel magnetic field smaller than a width of the cavity in a direction perpendicular to the parallel magnetic field in a plan view.
  • the pair of side ferromagnets are
  • the central ferromagnet is preferably disposed on a radial line passing through the midpoint in the circumferential direction of the cavity in a plan view, and is symmetric with respect to the line.
  • the central ferromagnet has a shape symmetric with respect to a plane perpendicular to the magnetic field direction passing through the midpoint of the magnetic field direction of the central ferromagnet, and another cavity and another pair of sides symmetrically with the plane.
  • a partial ferromagnet is preferably disposed.
  • the central ferromagnet and / or each side ferromagnet is preferably rectangular in plan view.
  • an angle formed between each side wall surface of the cavity and each side ferromagnetic surface facing each side wall is larger than 0 °.
  • the method of the present invention for producing an arc magnet having polar anisotropy orientation is as follows: A die made of a non-magnetic cemented carbide placed in a parallel magnetic field formed by a pair of opposing magnetic field coils; A cavity having an arcuate cross section having an inner arc wall, an outer arc wall and two side walls provided in the die; A central ferromagnet disposed on the outer arc wall side of the cavity and spaced from the cavity; Each side wall of the cavity has a pair of side ferromagnets spaced apart from the cavity and arranged symmetrically with respect to the cavity; The cavity is arranged so that a radial direction in the center in the circumferential direction coincides with the parallel magnetic field direction, The central ferromagnetic body has a width in a direction perpendicular to the parallel magnetic field smaller than a width of the cavity in a direction perpendicular to the parallel magnetic field in a plan view.
  • the pair of side ferromagnets uses a mold arranged so
  • the magnetic powder is preferably substantially composed of R-TM-B (where R is at least one rare earth element including Y and TM is at least one transition metal).
  • the arc-shaped magnet having polar anisotropy according to the present invention is manufactured by the method described above.
  • the arc-shaped magnet of the present invention has an ideal polar anisotropic orientation, when this is combined into a ring shape, the surface magnetic flux density distribution in the circumferential direction has a waveform close to a sine wave. For this reason, when this arc-shaped magnet is used as a rotor, a motor with low cogging torque can be obtained, which is suitable as a rotor for a brushless motor. With the mold of the present invention, an arc-shaped magnet having ideal polar anisotropic orientation can be obtained.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a BB cross-sectional view of FIG. 2 (a).
  • It is a schematic diagram which shows an example of the cross-sectional shape of a cavity.
  • It is a schematic diagram which shows another example of the cross-sectional shape of a cavity.
  • It is a schematic diagram which shows the positional relationship of a cavity and a center ferromagnetic material.
  • 4 is a graph showing surface magnetic flux density waveforms of sintered magnets of Examples 1 to 3, Reference Example and Comparative Example. It is a schematic diagram showing a magnetized yoke having a 14-pole coil. It is a schematic diagram which shows the metal mold
  • Arc-shaped magnet having polar anisotropy orientation has an arc-shaped cross section having a width in the radial direction, as shown in FIG. 1 (a). As shown in FIG. 1 (b), the magnetic powder orientation direction in the cross section is perpendicular to the end face (circumferential direction) at the end faces 103a and 103b in the circumferential direction of the arc-shaped magnet 100, as shown in FIG.
  • the outer arc surface 102 is in the radial direction at the center in the circumferential direction.
  • the magnetic particles are oriented in the circumferential direction between the magnetic poles and have a polar anisotropic orientation as shown in FIG.
  • the configuration can be the same as 400. That is, the arc-shaped magnet having polar anisotropy orientation according to the present invention has a structure (part indicated by hatching in FIG. 11) obtained by cutting the ring magnet 400 at a gap 410 between the magnetic poles 410. ing.
  • the arc magnet having polar anisotropy according to the present invention is preferably substantially composed of R-TM-B.
  • R is at least one rare earth element including Y, and preferably necessarily contains at least one of Nd, Dy, and Pr.
  • TM is at least one of transition metals, and is preferably Fe.
  • the arc-shaped magnet made of R-TM-B preferably has a composition of 24 to 34 mass% R, 0.6 to 1.8 mass% B, and the balance Fe. When the R content is less than 24% by mass, the residual magnetic flux density Br and the coercive force iHc decrease.
  • the region of the rare earth-rich phase inside the sintered body increases and the residual magnetic flux density Br decreases, and the shape of the region becomes coarse and the corrosion resistance decreases.
  • the B content is less than 0.6% by mass, the R 2 Fe 14 B phase, which is the main phase, is not sufficiently formed, and an R 2 Fe 17 phase having soft magnetic properties is generated, resulting in a decrease in coercive force.
  • the B content exceeds 1.8% by mass, the B-rich phase, which is a nonmagnetic phase, increases and the residual magnetic flux density Br decreases.
  • Fe may be partially substituted with Co, and may contain elements such as Al, Si, Cu, Ga, Nb, Mo, and W in an amount of about 3% by mass or less.
  • the mold 1 includes a die 20 made of a nonmagnetic cemented carbide disposed in a parallel magnetic field M formed by a pair of opposing magnetic field coils 10a and 10b and coil cores 11a and 11b, and an inner part provided in the die 20
  • a cavity 30 having an arc-shaped cross section having an arc wall 31, an outer arc wall 32, and two side walls 33a and 33b, and a central ferromagnetic body disposed on the outer arc wall 32 side of the cavity 30 and spaced from the cavity 30 40 and a pair of side ferromagnets 50a and 50b arranged on the side walls 33a and 33b of the cavity 30 so as to be spaced apart from the cavity 30 and symmetrically with respect to the cavity 30.
  • the cavity 30 is arranged so that a radial direction D at the center in the circumferential direction is parallel to the direction of the parallel magnetic field M, and the central ferromagnetic body 40 has a direction perpendicular to the parallel magnetic field M in plan view.
  • the width W1 of the cavity 30 is smaller than the width W2 of the cavity 30 in the direction perpendicular to the parallel magnetic field M (see FIG. 4), and the pair of side ferromagnets 50a and 50b is composed of the pair of side ferromagnets.
  • the cavity 30 is arranged so as to be included in the region S1 sandwiched between the bodies 50a and 50b (see FIG. 5 (a)).
  • the coil core 11a and the side ferromagnetic bodies 50a and 50b may be in contact with each other.
  • the mold of the present invention has a structure comprising at least one arc-shaped cavity 30, a single central ferromagnet 40, and a pair of side ferromagnets 50a and 50b in a parallel magnetic field M. It is preferably symmetrical with respect to the AA cross section shown in FIG. That is, the cavity 30 and the central ferromagnetic body 40 have a shape symmetrical to the AA cross section, and the pair of side ferromagnetic bodies 50a and 50b are arranged symmetrically to the AA cross section. Is preferred.
  • a plane that passes through the midpoint of the central ferromagnetic body 40 in the direction of the parallel magnetic field M and is perpendicular to the parallel magnetic field M (shown by a one-dot chain line C in FIG. 2 (a)).
  • another cavity 30 ′ having an arcuate cross section and another pair of side ferromagnetic bodies 50 a ′ and 50 b ′ are provided.
  • the central ferromagnet 40 is common to the cavities 30 and 30 ′ and has a symmetrical shape on the plane indicated by the alternate long and short dash line C.
  • the die 20 is made of a nonmagnetic cemented carbide. Specifically, WC system is preferable.
  • the shape of the cavity 30 is such that a sintered body formed by sintering a molded body molded by the mold 1 including the cavity 30 has a shape close to a shape obtained by cutting out a part of the ring magnet. It is preferable to set to.
  • the center angle and the center point of the inner arc and the outer arc respectively corresponding to the inner arc wall 31 and the outer arc wall 32 of the cavity 30 take into account deformation during sintering of the molded body.
  • the shape after sintering is appropriately set within the scope of the present invention so that the desired shape is obtained.
  • the radii of the inner arc and the outer arc in the cross section of the cavity 30 can be set according to the intended use of the obtained arc-shaped magnet.
  • the radius of the outer arc may be set larger than the inner arc
  • the radius of the outer arc may be set smaller than the inner arc.
  • FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b) show examples of cross sections of cavities for forming arc-shaped magnets.
  • the cavity shown in FIG. 3 (a) is an example in which the central angles of the inner arc 31a and the outer arc 32a in the cross section are the same and the center points forming each arc coincide with each other, and the cavity shown in FIG. 3 (b)
  • the cavity 30 has a circular arc shape formed by a lower punch 60 and an upper punch 70, and the upper punch 70 can be detached from the cavity 30.
  • the parallel magnetic field M formed by supplying magnetic powder into the cavity 30 and formed by the magnetic field coils 10a and 10b and the coil cores 11a and 11b
  • the lower punch 60 and the upper punch 70 cause the direction perpendicular to the parallel magnetic field M.
  • the magnetic powder is compression molded to obtain a molded body.
  • FIG. 6 (a) is an enlarged view of the region R surrounded by the two-dot chain line in FIG. 2 (a), and shows the state of the magnetic field when a parallel magnetic field is applied.
  • the side ferromagnet 50a focuses the magnetic field generated by the magnetic field coils 10a and 10b as shown in FIG. 6 (a), and most of the focused magnetic field is from the end face 51 of the side ferromagnet 50a.
  • part of the magnetic field exits from the side surface 52 of the side ferromagnet 50a, enters the cavity 30 substantially perpendicular to the side wall 33a of the cavity 30, and passes through the magnetic powder in the cavity 30.
  • the arc-shaped magnet formed in the magnetic field by the mold 1 is The orientation is close to the orientation between the magnetic poles of the ring-shaped polar anisotropic magnet.
  • the shape of the side ferromagnets 50a, 50b and the central ferromagnet 40 can be any shape as long as the direction of the magnetic field can be controlled as described above. Although it is good, as shown in FIG. 2 (a), in the plan view, a quadrangle is preferable, and a rectangle is more preferable.
  • the rectangular shape facilitates the processing of the side ferromagnets 50a and 50b and the central ferromagnet 40 and the hole of the nonmagnetic cemented carbide die that accommodates them, and is advantageous in terms of strength.
  • the central ferromagnetic body 40 has a width W1 in a direction perpendicular to the parallel magnetic field M in a plan view, and is perpendicular to the parallel magnetic field M of the cavity 30.
  • the width W2 in the direction By making it smaller than the width W2 in the direction, the magnetic field flowing out from the outer arc wall 32 of the cavity 30 can be concentrated in the center of the outer arc wall 32, and the arc-shaped magnet obtained by molding is the ring
  • the orientation is close to the orientation between the magnetic poles of the pole-shaped anisotropic magnet.
  • a preferable range of the width W1 is 10 to 30% of the width W2.
  • the central ferromagnet 40 is disposed on a radial line passing through the midpoint in the circumferential direction of the cavity 30 in a plan view and is spaced apart from the cavity 30 and has a symmetrical shape with respect to this line. Preferably there is.
  • the magnetic field at the center in the circumferential direction of the cavity 30 is in the same direction as the parallel magnetic field M.
  • the circle on the outer arc surface An arc-shaped magnet having magnetic powder oriented in the radial direction at the center in the circumferential direction can be obtained. The closer the distance between the central ferromagnet 40 and the central part of the arc of the cavity, the narrower the surface magnetic flux density waveform of the magnet, the narrower the sinusoidal wave, and the farther the sine wave swells.
  • the pair of side ferromagnets 50a and 50b is configured so that the cavity 30 is included in a region S1 sandwiched between the pair of side ferromagnets 50a and 50b.
  • the magnetic field emitted from the side surface 52 of the side ferromagnetic body 50a enters the cavity 30 substantially perpendicular to the side wall 33a of the cavity 30.
  • the magnetic field can be controlled.
  • the magnetic field emitted from the side surface 52 of the side ferromagnetic member 50a does not enter the cavity 30 from the side wall 33a of the cavity 30, but enters the inner arc wall 31, while the side wall of the cavity 30
  • the magnetic field emitted from the end face 51 of the side ferromagnetic member 50a enters the side 33a obliquely with respect to the side wall 33a.
  • the distance between the cavity 30 and the side ferromagnets 50a and 50b is preferably close. When this distance increases, the surface magnetic flux density waveform of the arc-shaped magnet obtained tends to swell with respect to the sine wave, which is not desirable.
  • the distance between the central ferromagnet 40 and the cavity 30 and the distance between the side ferromagnets 50a and 50b and the cavity 30 need to be separated from each other to some extent from the viewpoint of the strength of the mold 1. Since the ferromagnetic material is generally low in strength, if the distance from the cavity 30 is too narrow, the die may be deformed during compression molding, and a crack may occur in the ferromagnetic material. Therefore, it is necessary to dispose these magnetic bodies and the cavity 30 at a sufficient distance so as not to cause deformation of the die due to the stress applied to the carbide die during pressing.
  • the angle ⁇ (see FIG. 7 (a)) formed by the surface of the side wall 33a of the cavity 30 and the side surface 52 of the side ferromagnetic body 50a is preferably 0 ⁇ ⁇ .
  • the direction in which the magnetic field emitted from the side surface 52 of the side ferromagnetic material 50a enters the side wall 33a of the cavity 30 can be adjusted to some extent by changing the strength of the magnetic field, so that the angle ⁇ is 0 ⁇ ⁇ . 6 (a), it is possible to make the magnetic field emitted from the side surface 52 of the side ferromagnetic body 50a substantially perpendicular to the side wall 33a of the cavity 30 as shown in FIG. is there.
  • the angle ⁇ is larger than 0 °.
  • the component in the parallel magnetic field direction of the magnetic field can be reduced when it exits from the side surface 52 of the side ferromagnet 50a. Even if this vector is added, the magnetic field emitted from the side surface 52 of the side ferromagnetic material 50a can enter the side wall 33a of the cavity 30 perpendicularly.
  • the upper limit of ⁇ is preferably 50 ° ( ⁇ ⁇ 50 °).
  • central ferromagnet 40 and the side ferromagnets 50a and 50b general magnetic materials can be used, and S45C, magnetic cemented carbide, etc. are particularly suitable.
  • the pulverization of the magnetic powder is preferably carried out separately in coarse pulverization and fine pulverization.
  • the coarse pulverization is preferably performed by a stamp mill, a jaw crusher, a brown mill, a disk mill, a hydrogen pulverization or the like, and the fine pulverization is preferably performed by a jet mill, a vibration mill, a ball mill or the like.
  • the pulverized particle size is preferably 2 to 8 ⁇ m (FSSS).
  • the strength of the parallel magnetic field applied to the cavity 30 to orient the magnetic powder is preferably 159 kA / m or more, more preferably 239 kA / m or more. When the strength of the orientation magnetic field is less than 159 kA / m, the orientation of the magnetic powder is insufficient and good magnetic properties cannot be obtained.
  • the strength of the orientation magnetic field is appropriately determined in consideration of the state of polar anisotropic orientation of the arc-shaped magnet obtained at the magnetic field strength or higher.
  • the molding pressure is preferably 0.5 to 2 ton / cm 2 . If it is less than 0.5 ton / cm 2 , the strength of the molded product tends to be weakened, and if it exceeds 2 ton / cm 2 , the orientation of the magnetic powder is disturbed and the magnetic properties are deteriorated.
  • Sintering Sintering is preferably performed at 1000 to 1150 ° C. in a vacuum or an argon atmosphere. If it is less than 1000 ° C., the required density cannot be obtained due to insufficient sintering, and the magnetic properties deteriorate. Above 1150 °C, oversintering causes deformation and deterioration of magnetic properties.
  • Sintering is performed by placing a Mo plate in a heat-resistant container using Mo and placing a compact on it.
  • Mo plate is a rolled material and the surface roughness is low, seizure between the sintered body and the Mo plate is likely to occur, and the sintered magnet may be deformed in the process of shrinkage accompanying the sintering.
  • the surface roughness (JISR6001-1983) of the Mo plate after blasting is preferably 5 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 7 ⁇ m to 50 ⁇ m in Rmax.
  • it is 10 ⁇ m to 30 ⁇ m. If it is less than 5 ⁇ m, seizure between the sintered body and the Mo plate is likely to occur, and the magnet after sintering is deformed. If it exceeds 100 ⁇ m, the sintered body gets caught in the Mo plate during the shrinkage process, causing deformation. Neodymium oxide or the like can be applied to the Mo plate to prevent seizure of the sintered body and the Mo plate during sintering.
  • the sintered body is preferably subjected to a heat treatment.
  • the heat treatment may be performed before or after processing described later.
  • the obtained sintered body is preferably processed into an outer arc surface, an inner arc surface, and an end surface to the required dimensions as required.
  • existing equipment such as an outer diameter polishing machine, an inner diameter polishing machine, a flat surface polishing machine, or a shape processing machine can be used as appropriate.
  • Surface treatments such as plating, painting, vacuum deposition of aluminum, and chemical conversion treatment can be performed as necessary.
  • a circular magnet having polar anisotropy orientation is bonded around the rotor yoke with an adhesive to produce a brushless motor rotor.
  • a magnetized yoke 200 having a coil 210 shown in FIG. 9 is used (the arrow indicates the direction of a magnetic field applied when magnetizing).
  • Magnetization is performed on the arc-shaped magnet.
  • the magnetizing conditions are preferably a capacitor capacity of 1000 to 2000 ⁇ F, a charging voltage of 1000 to 2500 ⁇ V, and a magnetizing current of 8 to 25 ⁇ kVA. If the magnetization current is less than 8 kVA, desired magnetization characteristics cannot be obtained after magnetization, and even if magnetization exceeding 25 kVA is performed, no improvement is observed in the magnetic characteristics after magnetization.
  • This method can be applied to both dry molding and wet molding. It can also be applied to ferrite magnets, Sm-Co magnets, or resin-containing magnets.
  • Example 1 Nd—Fe—B magnetic powder having a composition comprising Nd: 20.5 mass%, Dy: 6.2 mass%, Pr: 5.5 mass%, B: 1.0 mass%, the balance Fe and inevitable impurities was produced by a known method.
  • the obtained magnetic powder is made into a cavity having a circular arc cross section (an outer arc with a radius of 50 mm, an inner arc with a radius of 37 mm, and a central angle of 25.7) provided in the die of the mold shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c). °).
  • the side ferromagnet having the shape shown in FIG. 7 (a) was used.
  • the magnetic powder is applied at a molding pressure of 1 t / cm 2 while applying a parallel magnetic field having a strength of 239 to 319 kA / m so that the radial direction at the center in the circumferential direction of the cavity coincides with the magnetic field direction.
  • the obtained compact was sintered and heat-treated, and then processed into a size having an outer arc radius of 80 mm, an inner arc radius of 64 mm, and a central angle of 25.7 ° to obtain an arc-shaped sintered magnet.
  • Example 2 An arc-shaped sintered magnet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the side ferromagnetic material was changed to the shape shown in FIG. 7 (b).
  • Example 3 After sintering, the polar anisotropy was the same as in Example 1 except that the arrangement of the central ferromagnetic material, the side ferromagnetic material, and the cavity was adjusted so that the surface magnetic flux density waveform of the magnet became closer to a sine waveform.
  • a polar anisotropic magnet molded body having an orientation was prepared.
  • Comparative Example An arc-shaped sintered magnet was obtained in the same manner as in Example 1 except that no central ferromagnet and side ferromagnet were provided.
  • the inner arc surface is pasted on the cylindrical yoke to form a ring shape, and for the ring magnet of the reference example, the cylindrical yoke is inserted on the inner peripheral surface.
  • a magnetizing yoke 200 having a 14-pole coil 210 as shown in FIG. 9 is used (the arrow indicates the direction of the magnetic field applied when magnetizing) to match the number of poles. Magnetization was performed and the surface magnetic flux density waveform was measured. The results are shown in FIG. FIG. 8 shows a waveform of 0.5 poles extracted from 14 poles.
  • the arc-shaped sintered magnet of the comparative example has a waveform close to a trapezoid, whereas the arc-shaped sintered magnets of Examples 1 to 3 are extremely different from the reference example.
  • the waveform was close to that of an anisotropic ring magnet.
  • the arc-shaped sintered magnet of Example 2 manufactured using the side ferromagnetic material having the shape shown in FIG. 7 (b) is a surface magnetic flux in which the side part (near the magnetic pole) is slightly swollen compared to Example 1. It became a density waveform.
  • the arc-shaped sintered magnet of Example 3 has a waveform that substantially matches the polar anisotropic ring magnet of the reference example, indicating that it has an ideal polar anisotropic orientation.
  • the rotating machine When the rotating machine is configured using the sintered magnet of the comparative example, it is expected that the cogging torque is high. However, when the sintered magnets of Examples 1 to 3 of the present invention are used, the rotating speed is low. We can expect a chance.

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Abstract

　平行磁場中に配置される非磁性超硬合金からなるダイスと、前記ダイスに設けられた内弧壁、外弧壁及び2つの側壁を有する断面円弧状のキャビティと、前記キャビティの外弧壁側に配置された中央強磁性体と、前記キャビティの各側壁側に対称に配置された一対の側部強磁性体とを有し、前記キャビティは、円周方向中央における半径方向が前記平行磁場方向と一致するように配置されており、前記中央強磁性体は、平行磁場と垂直な方向の幅が、前記キャビティの幅よりも小さく、前記一対の側部強磁性体は、前記一対の側部強磁性体によって挟まれた領域内に前記キャビティが含まれるように配置されていることを特徴とする極異方性配向を有する円弧状磁石を磁場中成形するための金型。

Description

極異方性配向を有する円弧状磁石、その製造方法、及びそれを製造するための金型
　本発明は、極異方性配向を有する円弧状磁石、その製造方法、及びそれを製造するための金型に関する。
　実質的にR-TM-Bからなる永久磁石は安価で高い磁気特性を有するため広く使われている。R-TM-B系材料は、優れた磁気特性に加えて、機械的強度が大きく、脆さが少ないため、焼結時の収縮に伴って大きな内部応力が発生した場合でも、クラック等の発生が少ない。従って、ラジアル異方性又は多極異方性を有するリング磁石の製造に好適であり、モータの高出力化・小型化に大きく寄与している。
　極異方性リング磁石は、ラジアル異方性磁石に比べて、着磁後の表面磁束密度波形が、高いピークを有しかつ正弦波に近いので、回転子として使用したときにコギングトルクの低いモータが得られる。しかしながら、極異方性リング磁石は、配向方向が場所毎に異なるので焼結時に配向亀裂と呼ばれるクラックが発生しやすい。特に大型のリング磁石の場合、製造過程で成形体が損傷を受け易いので、クラックの発生率が高まり大きな問題となる。
　そこで、リング状磁石を使用する代わりに、円弧状磁石を円筒ヨークに貼り付け回転機を構成する方法が一般的に行われている。例えば、特開2005-286081号は、回転機に用いるラジアル配向を有する円弧状磁石の製造方法を開示している。しかしながら、ラジアル配向を有する円弧状磁石は、表面磁束密度波形が台形となるため、正弦波形が必要な回転機には適用できない。そのため、極異方性配向を有する円弧状磁石を製造するための新たな技術開発が望まれている。
　特開2003-199274号は、極異方性配向を有する円弧状磁石を用いた、低コギングトルク特性を有する回転機を開示している。しかしながら、特開2003-199274号は、極異方性配向を有する円弧状磁石を製造する具体的な方法については記載していない。
　極異方性配向を有するリング磁石は、例えば、図10（特開2003-17309号の図３）に示すような、コア320と、内周面にスペーサ310が設けられた金型ダイス340とによって構成されたキャビティ330を有する成形金型300を用いて、前記キャビティ330内に充填した磁粉を、金型ダイス340内周面の溝350に配置したコイル360にパルス電流を印加して発生する磁場により多極配向させて製造することができる。このような方法で製造した場合、磁極位置では半径方向に配向し、隣接する磁極間では円周方向に配向し、得られる極異方性リング磁石の円周方向の表面磁束密度分布が正弦波に近い波形となる(例えば、特開2005-44820号参照)。
　このような極異方性配向を円弧状磁石で実現するためには、円弧状磁石の円周方向の端面においては端面に対して垂直に配向させ、円弧状磁石の外弧面の円周方向中央では半径方向に配向させることが必要で、これを組み合わせリング形状としたとき、より正弦波に近い波形を得ることができる。
　極異方性配向を有するリング磁石は、前述のように、極数にあわせ均等間隔でコイルを配置しパルス磁場を発生させて成形することによって製造できるが、極異方性配向を有する円弧状磁石の場合、このような構造の金型では、磁場発生コイルの配置や強度の調整が難しく、理想的な極異方性配向を有する円弧状磁石を得るのは困難である。そのため、ブロック形状の磁石を成形する場合と同様に、平行磁場中で、磁性体を適切に配置することによって磁場方向を変化させ、極異方性配向を有する円弧状磁石を製造する必要がある。
　特開2005-287181号は、円弧状磁石の外弧側中央部に配向を集中させた円弧状磁石を開示しており、コギングトルクを低減した回転機が得られると記載している。しかしながら、特開2005-287181号に記載の円弧状磁石の配向は、理想的な極異方性配向とは異なるため、複数の前記円弧状磁石を組み合わせてリング形状にしたとしても極異方性配向を有するリング磁石とはならず、コギングトルクの低減という点では改良の余地がある。
　特開2002-134314号は、円弧状断面を有し、断面における磁性粉の磁化容易軸が、外側面及び両端面から凸状に湾曲しながら内側面の中央域に向かって集束している円弧状磁石の製造方法を開示している。しかしながら、特開2002-134314号に記載の方法は、内側面を作用面とした円弧状磁石を製造する方法に関するものであり、外側面を作用面とした円弧状磁石には応用できない。
　現在、大型の極異方性配向を有する磁石を用いた回転機の製造を行おうとする場合、平行配向の小片磁石を極異方性配向となるように組み合わせリング形状とするしか方法がなく、極異方性配向を有するR-TM-B系焼結円弧状磁石を製造する方法の開発が望まれている。
　従って、本発明の目的は、極異方性リング磁石の一つの極と同じ磁場配向を有する円弧状磁石、特にR-TM-B系焼結円弧状磁石、それを製造する方法、及びそれを製造するための金型を提供することである。
　上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、断面円弧状のキャビティに対して、その外弧面側に離間して配置された中央強磁性体と、前記キャビティを挟むように配置された一対の側部強磁性体を有する金型によって、極異方性配向を有する円弧状磁石が得られることを見出し、本発明に想到した。
　すなわち、極異方性配向を有する円弧状磁石を磁場中成形するための本発明の金型は、
対向する一対の磁場コイルにより形成される平行磁場中に配置される非磁性超硬合金からなるダイスと、
前記ダイスに設けられた内弧壁、外弧壁及び2つの側壁を有する断面円弧状のキャビティと、
前記キャビティの外弧壁側に、前記キャビティから離間して配置された中央強磁性体と、
前記キャビティの各側壁側に、それぞれ前記キャビティから離間して、前記キャビティに対して対称に配置された一対の側部強磁性体とを有し、
前記キャビティは、円周方向中央における半径方向が前記平行磁場方向と一致するように配置されており、
前記中央強磁性体は、平面視で、前記平行磁場と垂直な方向の幅が、前記キャビティの、前記平行磁場と垂直な方向の幅よりも小さく、
前記一対の側部強磁性体は、前記一対の側部強磁性体によって挟まれた領域内に前記キャビティが含まれるように配置されていることを特徴とする。
　前記中央強磁性体は、平面視で、前記キャビティの円周方向中点を通る半径方向の線上に配置されており、前記線に対して対称な形状であるのが好ましい。
　前記中央強磁性体は、前記中央強磁性体の前記磁場方向中点を通り、前記磁場方向に垂直な面に対称な形状であり、前記面に対称に、もう一つのキャビティ及びもう一対の側部強磁性体が配置されているのが好ましい。
　前記中央強磁性体及び/又は前記各側部強磁性体は、平面視で矩形状であるのが好ましい。
　前記キャビティの前記各側壁面と、前記各側壁に対向する前記各側部強磁性体の面とのなす角度は、0°より大きいのが好ましい。
　極異方性配向を有する円弧状磁石を製造する本発明の方法は、
対向する一対の磁場コイルにより形成される平行磁場中に配置される非磁性超硬合金からなるダイスと、
前記ダイスに設けられた内弧壁、外弧壁及び2つの側壁を有する断面円弧状のキャビティと、
前記キャビティの外弧壁側に、前記キャビティから離間して配置された中央強磁性体と、
前記キャビティの各側壁側に、それぞれ前記キャビティから離間して、前記キャビティに対して対称に配置された一対の側部強磁性体とを有し、
前記キャビティは、円周方向中央における半径方向が前記平行磁場方向と一致するように配置されており、
前記中央強磁性体は、平面視で、前記平行磁場と垂直な方向の幅が、前記キャビティの、前記平行磁場と垂直な方向の幅よりも小さく、
前記一対の側部強磁性体は、前記一対の側部強磁性体によって挟まれた領域内に前記キャビティが含まれるように配置されている金型を使用し、前記キャビティに充填した磁粉に対して前記平行磁場をかけながら圧縮成形することを特徴とする。
　前記磁粉は、実質的にR-TM-B(ただし、RはYを含む希土類元素の少なくとも1種、TMは遷移金属の少なくとも1種)からなるのが好ましい。
　本発明の極異方性配向を有する円弧状磁石は、前記の方法によって製造されたことを特徴とする。
　本発明の円弧状磁石は、理想的な極異方性配向を有するので、これを組み合わせリング形状としたとき、円周方向の表面磁束密度分布が正弦波に近い波形となる。このため、この円弧状磁石を回転子として使用したときにコギングトルクの低いモータを得ることができ、ブラシレスモータ用ロータとして好適である。本発明の金型により、理想的な極異方性配向を有する円弧状磁石を得ることができる。
本発明の円弧状磁石を示す斜視図である。 本発明の円弧状磁石の磁粉の配向方向を模式的に示す断面図である。 本発明の金型の構成を模式的に示す平面図である。 図2(a)のA-A断面図である。 図2(a)のB-B断面図である。 キャビティの断面形状の一例を示す模式図である。 キャビティの断面形状の他の一例を示す模式図である。 キャビティと中央強磁性体との位置関係を示す模式図である。 キャビティと側部強磁性体との位置関係の一例を示す模式図である。 キャビティと側部強磁性体との位置関係の他の一例を示す模式図である。 金型に平行磁場をかけたときの磁界の様子の一例を示す模式図である。 金型に平行磁場をかけたときの磁界の様子の他の一例を示す模式図である。 キャビティと側部強磁性体との対向する面の関係の一例を示す模式図である。 キャビティと側部強磁性体との対向する面の関係の他の一例を示す模式図である。 実施例1～3、参考例及び比較例の焼結磁石の表面磁束密度波形を示すグラフである。 14極のコイルを有する着磁ヨークを示す模式図である。 極異方性配向を有するリング磁石を磁場中成形するための金型を示す模式図である。 極異方性配向を有するリング磁石を示す模式図である。
[1] 極異方性配向を有する円弧状磁石
　本発明の極異方性配向を有する円弧状磁石は、図1(a)に示すように、半径方向に幅を有する円弧状の断面を有する柱状であり、図1(b)に示すように、断面における磁粉の配向方向が、円弧状磁石100の円周方向の端面103a,103bにおいては端面に対して垂直方向（円周方向）であり、外弧面102の円周方向中央においては半径方向である。このような配向にすることにより、この円弧状磁石1をリング状に組み立てたときに、磁極間において円周方向に磁粉が配向した、図11に示すような極異方性配向を有するリング磁石400と同様の構成とすることができる。すなわち、本発明の極異方性配向を有する円弧状磁石は、前記リング磁石400をその磁極間410と磁極間410とで切断してなる構造(図11に斜線で示した部分)を有している。
　本発明の極異方性配向を有する円弧状磁石は、実質的にR-TM-Bからなるのが好ましい。RはYを含む希土類元素の少なくとも1種であり、Nd、Dy及びPrの少なくとも1種を必ず含むのが好ましい。TMは遷移金属の少なくとも1種であり、Feであるのが好ましい。R-TM-Bからなる円弧状磁石は、24～34 質量％のR、0.6～1.8 質量％のB、及び残部Feの組成を有するのが好ましい。R含有量が24質量％未満では、残留磁束密度Br及び保磁力iHcが低下する。R含有量が34％超では焼結体内部の希土類に富む相の領域が増加して残留磁束密度Brが低下し、かつ前記領域の形態が粗大化して耐食性が低下する。B含有量が0.6質量％未満の場合、主相であるR2Fe14B相が十分に形成されなくなり、軟磁性的な性質を有するR2Fe17相が生成し保磁力が低下する。一方B含有量が1.8質量％を超えると、非磁性相であるBに富む相が増加して残留磁束密度Brが低下する。Feはその一部がCoで置換されていても良く、また、3質量％以下程度のAl、Si、Cu、Ga、Nb、Mo、W等の元素を含んでいても良い。
[2]金型
(1)全体構成
　極異方性配向を有する円弧状磁石は、図2(a)～図2(c)に示す成形装置を用いて磁場中で形成する。金型1は、対向する一対の磁場コイル10a,10b及びコイルコア11a,11bにより形成される平行磁場M中に配置される非磁性超硬合金からなるダイス20と、前記ダイス20に設けられた内弧壁31、外弧壁32及び2つの側壁33a,33bを有する断面円弧状のキャビティ30と、前記キャビティ30の外弧壁32側に、前記キャビティ30から離間して配置された中央強磁性体40と、前記キャビティ30の各側壁33a,33b側に、それぞれ前記キャビティ30から離間して、前記キャビティ30に対して対称に配置された一対の側部強磁性体50a,50bとを有する。前記キャビティ30は、円周方向中央における半径方向Dが前記平行磁場M方向と平行になるように配置されており、前記中央強磁性体40は、平面視で、前記平行磁場Mと垂直な方向の幅W1が、前記キャビティ30の、前記平行磁場Mと垂直な方向の幅W2よりも小さく(図4参照)、前記一対の側部強磁性体50a,50bは、前記一対の側部強磁性体50a,50bによって挟まれた領域S1内に前記キャビティ30が含まれるように、配置されている(図5(a)参照)。コイルコア11aと側部強磁性体50a,50bとは接触していても良い。
　本発明の金型は、平行磁場M中に、少なくとも1つの断面円弧状のキャビティ30、1つの中央強磁性体40及び一対の側部強磁性体50a,50bからなる構造を有するものであり、図2(a)に示すA-A断面に対して、対称であるのが好ましい。すなわち、前記キャビティ30及び前記中央強磁性体40は、前記A-A断面に対称な形状を有しており、前記一対の側部強磁性体50a,50bは、前記A-A断面に対称に配置されているのが好ましい。
　また、図2(a)に示すように、前記中央強磁性体40の平行磁場M方向の中点を通り前記平行磁場Mに垂直な面(図2(a)に一点鎖線Cで示す。)に対称に、もう一つの断面円弧状のキャビティ30’及びもう一対の側部強磁性体50a’,50b’を設けた構造とするのが好ましい。この場合、前記中央強磁性体40は、前記キャビティ30,30’に対して共通であり、前記一点鎖線Cで示す面に対称な形状を有しているのが好ましい。
　前記ダイス20は非磁性超硬合金からなる。具体的にはWC系が好ましい。
(2)キャビティ
　前記キャビティ30の形状は、前記キャビティ30を含む金型1によって成型された成型体を焼結してなる焼結体が、リング磁石の一部分を切り出した形状に近い形状になるように設定するのが好ましい。前記キャビティ30の断面形状において、前記キャビティ30の内弧壁31及び外弧壁32にそれぞれ対応する内弧及び外弧の各中心角及び中心点は、成形体の焼結時の変形を加味し、焼結後の形状が目的の形状となるように、本発明の範囲内で適宜設定される。前記キャビティ30の断面における前記内弧及び前記外弧の半径は、得られる円弧状磁石の使用目的に応じて設定することができる。円弧状磁石の使用目的や形状を考慮し、内弧に対して外弧の半径を大きく設定しても良く、また内弧に対して外弧の半径を小さく設定しても良い。図3(a)及び図3(b)は、円弧状磁石を形成するためのキャビティの断面の例を示す。図3(a)に示すキャビティは、断面における内弧31a及び外弧32aの中心角が同じでかつ各弧を形成する中心点が一致している例であり、図3(b)に示すキャビティは、断面における内弧31a及び外弧32aの中心角θ1及びθ2が異なっている例である。
　前記キャビティ30は、図2(b)に示すように、下パンチ60と、上パンチ70とによって形成された断面円弧状であり、前記上パンチ70はキャビティ30から離脱可能である。前記キャビティ30内に磁粉を供給し、磁場コイル10a,10b及びコイルコア11a,11bにより形成される平行磁場M中で、前記下パンチ60と前記上パンチ70とによって、前記平行磁場Mと垂直な方向に、前記磁粉を圧縮成型し成型体を得る。
　磁場中成型時にキャビティを流れる磁界の方向について説明する。図6(a)は、図2(a)の二点鎖線で囲んだ領域Rを拡大したものであり、平行磁場を印加した状態での磁界の様子を示す。前記側部強磁性体50aは、図6(a)に示すように磁場コイル10a,10bで発生した磁界を集束し、集束された磁界の大部分は前記側部強磁性体50aの端面51から出るが、磁界の一部は前記側部強磁性体50aの側面52から出て、前記キャビティ30の側壁33aに対してほぼ垂直に前記キャビティ30内に入り、前記キャビティ30内の磁粉を通過しキャビティ30の外弧壁32の中央部付近から出て、中央強磁性体40を通過する。このように、前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界がキャビティ30の側壁33aに対してほぼ直角に流入するので、この金型1によって磁場中成形される円弧状磁石は、前記リング状極異方性磁石の磁極間における配向に近い配向となる。
(3) 中央強磁性体及び側部強磁性体
　側部強磁性体50a,50b及び中央強磁性体40の形状は、前述のように磁界の方向を制御できるものであればどのようなものでも良いが、図2(a)に示すように、平面視で、四角形であるのが好ましく、矩形であるのがより好ましい。矩形とすることにより、側部強磁性体50a,50b及び中央強磁性体40の加工、並びにそれらを収める非磁性超硬合金ダイスの穴の加工が容易であり、強度的にも有利である。
　前記中央強磁性体40を、図2(a)及び図4に示すように、平面視で、前記平行磁場Mと垂直な方向の幅W1が、前記キャビティ30の、前記平行磁場Mと垂直な方向の幅W2よりも小さくすることにより、キャビティ30の外弧壁32から流出する磁界を、前記外弧壁32の中央部に集中させることができ、成形により得られる円弧状磁石が、前記リング状極異方性磁石の磁極間における配向に近い配向となる。前記幅W1の好ましい範囲は、幅W2の10～30％である。
　前記中央強磁性体40は、平面視で、前記キャビティ30の円周方向中点を通る半径方向の線上に、前記キャビティ30から離間して配置されており、この線に対して対称な形状であるのが好ましい。前記中央強磁性体40をこのように配置し、前記形状とすることで、前記キャビティ30の円周方向中央部における磁界が、前記平行磁場Mと同じ方向となり、その結果、外弧面の円周方向中央において半径方向に磁粉を配向させた円弧状磁石を得ることができる。中央強磁性体40と前記キャビティの円弧の中央部との距離が近いほど得られる磁石の表面磁束密度波形は正弦波に対して細くなり、また遠いと正弦波に対して膨らむ傾向になる。
　前記一対の側部強磁性体50a,50bを、図5(a)に示すように、前記一対の側部強磁性体50a,50bによって挟まれた領域S1内に前記キャビティ30が含まれるように配置することにより、図6(a)に示すように、前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界が、前記キャビティ30の側壁33aに対してほぼ垂直に前記キャビティ30内に入るように磁界を制御することができる。しかし、例えば、図5(b)に示すように、前記一対の側部強磁性体50a,50bによって挟まれた領域S1内に前記キャビティ30が含まれない場合、図6(b)に示すように、前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界は、前記キャビティ30の側壁33aからキャビティ30内に入らず、内弧壁31から入るようになり、一方で、前記キャビティ30の側壁33aには、前記側部強磁性体50aの端面51から出た磁界が、前記側壁33aに対して斜めに入るようになる。その結果、円周方向の端面において端面に対して垂直に磁粉を配向させた円弧状磁石を得ることができなくなる。
　キャビティ30と側部強磁性体50a,50bとの距離は近いほうが望ましい。この距離が遠くなると得られる円弧状磁石の表面磁束密度波形は正弦波に対して膨らむ傾向になるので望ましくない。
　ただし、中央強磁性体40とキャビティ30との間隔、及び側部強磁性体50a,50bとキャビティ30との間隔は、金型1の強度の点から、ある程度離間させて構成する必要がある。前記強磁性体は一般的に強度が低いため、前記キャビティ30との間隔が狭すぎると、圧縮成形時にダイスが変形し、前記強磁性体に亀裂が生じる場合がある。従って、これらの磁性体とキャビティ30とは、プレス時に超硬ダイスが受ける応力によってダイスの変形が起こらない程度に、十分な距離を設けて配置する必要がある。
　キャビティ30の側壁33aの面と、側部強磁性体50aの側面52とのなす角度θ(図7(a)参照)は、0≦θであるのが好ましい。前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界が、前記キャビティ30の側壁33aに入る方向は、磁場の強さを変化させることによりある程度調節することが可能なので、角度θが0≦θの条件を満たす場合、図6(a)に示すように、前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界を、前記キャビティ30の側壁33aにほぼ垂直に入るようにすることが可能である。
　ここで、図7(b)に示すように、キャビティ30の側壁33aの面と、側部強磁性体50aの側面52とが平行(θ＝0)である場合、側部強磁性体50aの側面52から出た磁界は、すでに平行磁場方向の成分を有しており、前記キャビティ30の側壁33aに到達するまでに、さらに前記中央強磁性体40向きのベクトルが加わり、キャビティ30の側壁33aの面に対して角度α(＜90°)で入るようになる。この場合、磁場の強さを変化させても、前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界を、前記キャビティ30の側壁33aに完全には垂直に入るようにできない。
　前記角度θが0°より大きくなるように側部強磁性体50aの形状及び配置を選択するのが好ましい。このように側部強磁性体50aを選択すると、側部強磁性体50aの側面52から出た時点で、磁界の平行磁場方向の成分を小さくすることができるため、前記中央強磁性体40向きのベクトルが加わったとしても、前記側部強磁性体50aの側面52から出た磁界が、前記キャビティ30の側壁33aに垂直に入るようにすることが可能となる。θの上限は50°(θ≦50°)であるのが好ましい。
　中央強磁性体40及び側部強磁性体50a,50bとしては、一般的な磁性材を使用することができ、特にS45C、磁性超硬合金等が好適である。
[3]製造方法
(1)磁粉の準備
　磁粉の粉砕は、粗粉砕と微粉砕とに分けて行うのが好ましい。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、水素粉砕等で行うのが好ましく、微粉砕は、ジェットミル、振動ミル、ボールミル等で行うのが好ましい。いずれも酸化を防ぐために、有機溶媒や不活性ガスを用いて非酸化雰囲気中で行うのが好ましい。粉砕粒度は2～8μm(F.S.S.S.)が好ましい。2μm未満では磁粉の活性が高く酸化が激しく起こるため焼結時の変形が大であり、磁気特性も悪化する。8μm超では焼結後の結晶粒径が大きくなり容易に磁化反転が起こり、保磁力の低下を招く。
(2)成形
　磁粉を配向させるためにキャビティ30に印可する平行磁場の強さは、好ましくは159 kA/m以上であり、より好ましくは239 kA/m以上である。配向磁場の強さが159 kA/m未満では、磁粉の配向が不十分であり良好な磁気特性が得られない。配向磁場の強さは前記磁場強度以上で得られる円弧状磁石の極異方性配向の状況を加味し手適宜決定する。成形圧力は0.5～2 ton/cm2が望ましい。0.5 ton/cm2未満では成形体の強度が弱くなりこわれやすい、また2 ton/cm2超では磁粉の配向が乱れ、磁気特性が低下する。
(3)焼結
　焼結は、真空又はアルゴン雰囲気中で、1000～1150℃で行うのが好ましい。1000℃未満では焼結不足により、必要とされる密度が得られず、磁気特性が低下する。1150℃超では過焼結により、変形や磁気特性の低下が発生する。
　焼結は、Moを用いた耐熱容器中にMo板を入れその上に成形体を置き行う。Mo板が圧延材で表面粗さが低い場合、焼結体とMo板の焼き付きが発生しやすく、さらに焼結に伴う収縮の過程で焼結磁石に変形が生じる場合がある。Mo板への焼結体の焼き付きを防止するために、Mo板の表面粗さを機械加工等により高め、成形体との接触面積を減らすのが望ましい。前記機械加工としては、ブラスト処理が好ましい。ブラスト後のMo板の表面粗さ(JISR6001-1983)は、Rmaxで5μm～100μmが好ましく、7μm～50μmがより好ましく。10μm～30μmがさらに好ましい。5μm未満では、焼結体とMo板の焼き付きが発生しやすく、焼結後の磁石が変形する。100μm超では、収縮の過程でMo板に焼結体が引っかかり変形が発生する。Mo板に酸化ネオジウム等を塗布し焼結時の焼結体とMo板の焼き付き防止とすることもできる。
(4)その他の工程
　焼結の後、前記焼結体に熱処理を施すのが好ましい。熱処理は、後述の加工前に行っても良いし加工後に行っても良い。
　得られた焼結体は、必要に応じて要求される寸法に外弧面、内弧面及び端面を加工するのが好ましい。加工は外径研磨機、内径研磨機、平面研磨機又は姿加工機等の既存の設備を適宜使用できる。メッキ、塗装、アルミの真空蒸着、化成処理等の表面処理を必要に応じて行うことができる。
　極異方性配向を有する円弧状磁石を、ロータヨークの周りに接着剤で接着し、ブラシレスモータ用ロータを作製する。ブラシレスモータ用ロータに接着した円弧状磁石120は、例えば、図9に示すコイル210を有する着磁ヨーク200を使用(矢印は着磁を行うときに印可する磁場の方向を示す。)し、各円弧状磁石に対して、着磁を行う。着磁条件は、コンデンサ容量1000～2000μF、充電電圧1000～2500 V及び着磁電流8～25 kVAであるのが好ましい。着磁電流8 kVA未満では、着磁後に所望の着磁特性が得られない、また、25 kVA超の着磁を行っても、着磁後の磁気特性に向上は見られない。
　本方法は、乾式成形及び湿式成形のどちらにも適用することが可能である。またフェライト磁石、Sm-Co磁石、又は樹脂含有磁石にも適用できる。
　本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
　公知の方法で、Nd：20.5質量％、Dy：6.2質量％、Pr：5.5質量％、B：1.0質量％、残部Fe及び不可避不純物からなる組成のNd-Fe-B磁性粉を製造した。得られた磁粉を、図2(a)～図2(c)に示す金型のダイスに設けられた断面円弧状のキャビティ(半径50 mmの外弧、半径37 mmの内弧及び中心角25.7°)に供給した。側部強磁性体は、図7(a)に示す形状のものを用いた。前記金型に、前記キャビティの円周方向中央における半径方向と、磁場方向とが一致するように、239～319 kA/mの強度の平行磁場をかけながら成形圧1 t/cm2で前記磁粉の成形を行った。得られた成形体を焼結、熱処理した後、外弧半径80 mm、内弧半径64 mm及び中心角25.7°の大きさに加工し、円弧状の焼結磁石を得た。
実施例2
　側部強磁性体を、図7(b)に示す形状に変更した以外は、実施例1と同様にして、円弧状の焼結磁石を得た。
実施例3
　焼結後に、磁石の表面磁束密度波形がさらに正弦波形に近くなるように、中央強磁性体、側部強磁性体、キャビティの配置を調節した以外は実施例1と同様にして極異方性配向を有する極異方性磁石成形体を作製した。
比較例
　中央強磁性体及び側部強磁性体を全く設けない以外は、実施例1と同様にして、円弧状の焼結磁石を得た。
参考例
　実施例1と同じ方法で作製した磁性粉を用いて、既存の極異方性配向を有するリング磁石を成形するための金型(外周14極、外径100 mm及び内径74 mm)で成形し、焼結及び熱処理を行った。焼結体は、外径80 mm及び内径64 mmに加工し、極異方性配向を有するリング磁石を得た。成形は、特開昭59-216453号に記載の方法で行った。
　実施例1～3及び比較例の円弧状の焼結磁石については、円柱状のヨークに内弧面を貼り付けリング形状とし、参考例のリング磁石については、内周面に円柱状ヨークを挿入した。それぞれの磁石に対して、図9に示すような14極のコイル210を有する着磁ヨーク200を使用(矢印は着磁を行うときに印可する磁場の方向を示す。)で極数にあわせて着磁し、表面磁束密度波形を測定した。結果を図8に示す。図8は、14極の磁極のうち0.5極分の波形を抜き出して示す。
　図8から明らかなように、比較例の円弧状の焼結磁石は、波形が台形に近くなったのに対して、実施例1～3の円弧状の焼結磁石は、参考例の極異方性リング磁石に近い波形となった。図7(b)に示す形状の側部強磁性体を用いて作製した実施例2の円弧状の焼結磁石は、実施例1に対して側部(磁極間付近)がやや膨らんだ表面磁束密度波形となった。実施例3の円弧状焼結磁石は、参考例の極異方性リング磁石とほぼ一致する波形となり、理想的な極異方性配向であることがわかる。
　比較例の焼結磁石を用いて回転機を構成した場合、コギングトルクが高いことが予想されるが、本発明の実施例1～3の焼結磁石を用いた場合は、コギングトルクの低い回転機が得られると予想できる。

Claims (8)

  1. 　対向する一対の磁場コイルにより形成される平行磁場中に配置される非磁性超硬合金からなるダイスと、
    前記ダイスに設けられた内弧壁、外弧壁及び2つの側壁を有する断面円弧状のキャビティと、
    前記キャビティの外弧壁側に、前記キャビティから離間して配置された中央強磁性体と、
    前記キャビティの各側壁側に、それぞれ前記キャビティから離間して、前記キャビティに対して対称に配置された一対の側部強磁性体とを有する金型であって、
    前記キャビティは、円周方向中央における半径方向が前記平行磁場方向と一致するように配置されており、
    前記中央強磁性体は、平面視で、前記平行磁場と垂直な方向の幅が、前記キャビティの、前記平行磁場と垂直な方向の幅よりも小さく、
    前記一対の側部強磁性体は、前記一対の側部強磁性体によって挟まれた領域内に前記キャビティが含まれるように配置されていることを特徴とする極異方性配向を有する円弧状磁石を磁場中成形するための金型。
  2. 　請求項1に記載の金型において、前記中央強磁性体が、平面視で、前記キャビティの円周方向中点を通る半径方向の線上に配置されており、前記線に対して対称な形状であることを特徴とする金型。
  3. 　請求項1又は2に記載の金型において、前記中央強磁性体が、前記中央強磁性体の前記磁場方向中点を通り、前記磁場方向に垂直な面に対称な形状であり、前記面に対称に、もう一つのキャビティ及びもう一対の側部強磁性体が配置されていることを特徴とする金型。
  4. 　請求項1～3のいずれかに記載の金型において、前記中央強磁性体及び/又は前記各側部強磁性体が、平面視で矩形状であることを特徴とする金型。
  5. 　請求項1～4のいずれかに記載の金型において、前記キャビティの各側壁面と、前記各側壁に対向する前記各側部強磁性体の面とのなす角度が、0°より大きいことを特徴とする金型。
  6. 　極異方性配向を有する円弧状磁石を製造する方法であって、
    対向する一対の磁場コイルにより形成される平行磁場中に配置される非磁性超硬合金からなるダイスと、
    前記ダイスに設けられた内弧壁、外弧壁及び2つの側壁を有する断面円弧状のキャビティと、
    前記キャビティの外弧壁側に、前記キャビティから離間して配置された中央強磁性体と、
    前記キャビティの各側壁側に、それぞれ前記キャビティから離間して、前記キャビティに対して対称に配置された一対の側部強磁性体とを有し、
    前記キャビティは、円周方向中央における半径方向が前記平行磁場方向と一致するように配置されており、
    前記中央強磁性体は、平面視で、前記平行磁場と垂直な方向の幅が、前記キャビティの、前記平行磁場と垂直な方向の幅よりも小さく、
    前記一対の側部強磁性体は、前記一対の側部強磁性体によって挟まれた領域内に前記キャビティが含まれるように配置されている金型を使用し、前記キャビティに充填した磁粉に対して前記平行磁場をかけながら圧縮成形することを特徴とする方法。
  7. 　請求項6記載の方法において、前記磁粉が、実質的にR-TM-B(ただし、RはYを含む希土類元素の少なくとも1種、TMは遷移金属の少なくとも1種)からなることを特徴とする方法。
  8. 　請求項6又は7に記載の方法によって製造されたことを特徴とする極異方性配向を有する円弧状磁石。
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