WO2012105226A1

WO2012105226A1 - 異方性ボンド磁石の製造方法およびモータ

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Publication number: WO2012105226A1
Application number: PCT/JP2012/000588
Authority: WO
Inventors: 弘紀浅井
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2012-08-09
Also published as: CN102859622A; US20130026863A1; JPWO2012105226A1

Abstract

　本発明の異方性ボンド磁石の製造方法は、薄片形状の異方性磁粉を主成分とするコンパウンドを圧縮体形成用金型に充填する第１ステップと、圧縮体形成用金型に充填したコンパウンドを、配向磁場中で成形して圧縮成形体を形成する第２ステップと、圧縮体形成用金型と成形体形成用金型を結合する第３ステップと、圧縮成形体を圧縮体形成用金型から成形体形成用金型に移動し、所定の形状に変形して成形する第４ステップと、を含む。これにより、異方性ボンド磁石の異方性を制御することができる。

Description

異方性ボンド磁石の製造方法およびモータ

　本発明は、異方性ボンド磁石の製造方法およびモータに関する。

　一般に、異方性磁石は、等方性磁石に対し一軸の異方性を有するため高い磁気特性を備えている。しかし、一軸の異方性を有する異方性磁石をモータに用いる場合、特にコギングトルクなどを低減してモータ性能を向上させる必要がある。そのため、異方性磁石を成形する際に、その配向方向を制御することがモータ性能の向上に重要となっている。

　例えば、配向方向を制御して圧縮成形により異方性磁石の圧縮成形体を形成する場合、一方向の配向磁場を形成して配向磁場中で圧縮成形体の異方性磁粉を配向させている。

　また、任意の方向に磁粉の配向方向を変える場合、非磁性金型の一部に透磁率の高い強磁性体を埋め込んで一様な磁界を任意方向に変化させることにより、磁粉の配向方向を変えている。

　近年、異方性磁石の配向方向を制御する方法として、一軸方向に配向させた磁石を硬化させた後、延伸や変形などの機械的変形により配向方向を任意に制御する製造方法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

　また、配向磁場中で圧縮成形体を形成する場合、主に配向磁場方向と圧縮する方向を一致させる平行磁場成形方法と、配向磁場方向と圧縮する方向が直交方向になる直交磁場成形方法のいずれかの方法により行われている。通常、配向磁場方向は横方向の直交磁場成形で行われるが、鉛直方向に配向磁界を印加する直交磁場成形についても開示されている（例えば、特許文献３参照）。

　しかし、以下に示すような異方性磁石の配向方向を制御する方法は、開示されていない。つまり、まず、成形時において、薄片形状の磁粉からなるコンパウンドを溶融させた状態で面内方向に伸ばすように圧縮する。そのとき、薄片形状の磁粉の厚み方向が鉛直方向に向きやすい状態で、その方向に配向磁界を印加する。そして、直交方向にさらに圧縮を加えて圧縮成形体を形成する方法は、開示されていない。

　また、従来の機械的な変形により任意方向に配向を制御した異方性ボンド磁石は、粒塊状のＮｄＦｅＢと、微粒子形状のＳｍＦｅＮの複合体で構成されている。そして、複合体からなる圧縮成形体は、成形圧力５０ＭＰａを加える圧縮成形法により形成されている。なお、圧縮成形法で圧縮成形体を形成する場合、５０ＭＰａの成形圧力は、比較的低い成形圧力である。そのため、成形・硬化後に圧縮成形体を機械的に変形することが可能であるとしている。

　しかしながら、ＨＤＤＲ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）処理により形成された異方性ＮｄＦｅＢ磁粉は、粒塊状以外に、薄片形状の異方性ＮｄＦｅＢ磁粉も形成される。そのため、薄片形状の異方性ＮｄＦｅＢ磁粉を用いて、ＮｄＦｅＢ／ＳｍＦｅＮの複合磁石体を形成する場合、以下のような課題がある。

　つまり、上記所定の形状を有する複合磁石体は、粒塊状の異方性ＮｄＦｅＢ磁粉の異方性磁石からなるコンパウンドから異方性磁石片（圧縮成形体）を成形する場合に比べて、成形時の圧縮性が若干低下する。このとき、異方性磁石からなるコンパウンドは、従来から開示されている高い磁気特性を有する組成比で配合した磁粉材料と、樹脂材料を複数の混合、混錬、分級工程により作製されている。

　そのため、高い磁気特性を得るために、薄片形状を含む異方性ＮｄＦｅＢ磁粉から異方性磁石片を成形する場合、１００～３００ＭＰａ程度の高い成形圧力が必要となる。

　また、異方性ＮｄＦｅＢ磁粉自体の形状が薄片状であるため、成形、硬化後の機械的な変形性が低下するという課題がある。

ＷＯ２００９／１４２００５号公報ＷＯ２００６／０２２１０１号公報特開平０７－１７３５０５号公報

　本発明の異方性ボンド磁石の製造方法は、薄片形状異方性磁粉を主成分とするコンパウンドを圧縮体形成用金型に充填する第１ステップと、圧縮体形成用金型に充填したコンパウンドを、配向磁場中で成形して圧縮成形体を形成する第２ステップと、圧縮体形成用金型と成形体形成用金型を結合する第３ステップと、圧縮成形体を圧縮体形成用金型から成形体形成用金型に移動し、所定の形状に変形して成形する第４ステップと、を含む。これにより、成形時に配向させて形成した圧縮成形体を、変形性能を低下させないで機械的な変形を介して、所定の方向に配向方向を変化させることができる。その結果、例えば円弧形状などの所定の形状を有する異方性ボンド磁石を容易に形成できる。

　また、薄片形状の磁粉を含む変形性の低い異方性磁石材料を用いて、精度の高い所定形状を有する異方性ボンド磁石を作製できる。

　また、本発明のモータは、上記異方性ボンド磁石を備えたロータを有している。そして、配向方向が任意方向に制御された異方性ボンド磁石を備えたロータにより、高性能なモータを実現できる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるロータの１極に対応する円弧形状の異方性ボンド磁石を示す斜視図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１における円弧形状の異方性ボンド磁石を用いて構成したロータの一例を示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法を説明するフローチャートである。図３Ａは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第１ステップを説明する図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第２ステップを説明する図である。図４は、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第３ステップを説明する図である。図５Ａは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図５Ｄは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図６Ａは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第１ステップを説明する図である。図６Ｂは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第１ステップを説明する図である。図６Ｃは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第２Ａステップを説明する図である。図７は、本発明の実施の形態２の第２Ｂステップにおける異方性ボンド磁石の製造方法を説明する図である。図８は、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第３ステップを説明する図である。図９Ａは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図９Ｂは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図９Ｃは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。図９Ｄは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。

　以下、本発明の実施の形態における異方性ボンド磁石の製造方法およびそれを用いて作製された異方性ボンド磁石を用いたモータについて、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　（実施の形態１）
　以下に、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法により作製されたロータの１極に対応する円弧形状の異方性ボンド磁石およびロータについて、図１Ａと図１Ｂを用いて説明する。

　図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるロータの１極に対応する円弧形状の異方性ボンド磁石を示す斜視図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１における円弧形状の異方性ボンド磁石を用いて構成したロータの一例を示す平面図である。なお、本実施の形態では、例えば１０極からなるロータの１極分に相当する円弧形状の異方性ボンド磁石を例に説明する。

　図１Ａに示すように、本実施の形態の異方性ボンド磁石１８は、一軸方向に磁化容易軸を有するように異方化されたＮｄＦｅＢ系磁粉とＳｍＦｅＮ系磁粉の材料を主成分として構成され、例えば１０極からなるロータの１極分に相当する円弧形状で形成されている。そして、１極分に相当する円弧形状の異方性ボンド磁石を１０個、例えばけい素鋼板の積層材からなるロータコアに接着して、図１Ｂに示すようなロータを形成する。これにより、上記により得られた異方性ボンド磁石で構成されたロータと、ステータとを組み合わせてモータを作製できる。

　以下に、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の一例について、図２から図５Ｄを用いて説明する。

　図２は、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法を説明するフローチャートである。図３Ａは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第１ステップを説明する図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第２ステップを説明する図である。図４は、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第３ステップを説明する図である。図５Ａから図５Ｄは、本発明の実施の形態１における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。

　図２に示すように、はじめに、コンパウンドを、以下の方法により形成する（ステップＳ１０）。

　まず、異方化されたＮｄＦｅＢ磁粉と、アセトンに溶解した、例えば軟化温度が８０℃の熱硬化性樹脂であるノボラック型エポキシ樹脂とをニーダで十分に混合する。その後、アセトンを気化・蒸発させて、ＮｄＦｅＢ磁粉の表面にエポキシ樹脂の皮膜を形成する。

　同様に、ＳｍＦｅＮ微粉末と、アセトンに溶解した、例えば軟化温度が８０℃のノボラック型エポキシ樹脂とをニーダで混合する。その後、アセトンを気化・蒸発させて、ＳｍＦｅＮ微粉末の表面にエポキシ樹脂の皮膜を形成する。

　そして、エポキシ樹脂で被覆された、ＮｄＦｅＢ磁粉およびＳｍＦｅＮ微粉末と、柔軟性と接着性を付与させるためのポリアミド樹脂と潤滑剤とを、ミキサーなどで混合して混合物を作製する。このとき、ＮｄＦｅＢ磁粉とＳｍＦｅＮ微粒子の混合比率は、例えば３：２である。また、エポキシ樹脂は、重量比（ｗｔ％）で１．１％で、ポリアミド樹脂および潤滑剤は、重量比（ｗｔ％）で１．７％である。

　なお、上記混合比率や重量比などは、上記値に限定されるものではなく、要求される特性に応じて、変更できることはいうまでもない。

　そして、上記混合物を、例えば混錬装置である、加熱したロールの隙間に連続的に投入し混錬して混錬物を作製する。これにより、ポリアミド樹脂が軟化して、混合物に錬りこまれる。このとき、ポリアミド樹脂が溶融する温度までロールを加熱する必要がないので、混錬時のロールの温度を、例えば１４０℃に加熱する。なお、混錬装置としては、上記ロールによる方法以外に、エクストルーダなどを用いることができる。

　そして、上記磁粉材料とポリアミド樹脂を混錬した混錬物を、室温まで冷却した後、粉砕もしくは解砕して、例えば粒度５００μｍ以下の顆粒状粉末に調整する。このとき、硬化開始温度が１７０℃の、例えばイミダゾール系の微粉末状の硬化剤を、顆粒状粉末に添加・混合して、コンパウンドを作製する。

　つぎに、図２と図３Ａに示すように、上記コンパウンドを用いて、以下の第１ステップおよび第２ステップにより圧縮成形体を形成する。

　まず、図３Ａに示す、例えば四角形状で貫通するキャビティを有する圧縮体形成用金型１１（以下、「金型Ａ１１」と記す）を準備する。上記コンパウンド１２を、第１ステップとして金型Ａ１１のキャビティ内に充填する（ステップＳ２０）。

　そして、コンパウンド１２を充填した金型Ａ１１を、配向させる磁場を発生させる配向磁石１４を有する磁場発生装置の配向磁石１４間に配置する。その後、コンパウンド１２の磁粉を、所定の方向に配向させるために磁場発生装置の配向磁石１４間に配向磁界を発生させる。なお、コンパウンド１２は、後のステップで使用する下パンチ１３ａに支持されている。

　つぎに、図３Ｂに示すように、配向磁界を金型Ａ１１に充填されたコンパウンド１２の磁粉に加えた状態で、下パンチ１３ａと上パンチ１３ｂを用いて、金型Ａ１１のキャビティを介してコンパウンド１２の圧縮成形を、第２ステップとして行う。これにより、コンパウンド１２の磁粉の配向方向が一定の方向に揃った、例えば矩形形状の圧縮成形体１５が形成される（ステップＳ３０）。このとき、圧縮成形は、例えば金型Ａ１１の温度１６０℃、成形圧力１５０ＭＰａ、配向磁場１．３ＭＡ／ｍ、成形時間は３０秒の条件で行う。また、磁場配向成形は、例えば直交磁場成形で行う。なお、金型Ａ１１の温度を１６０℃にすることにより、無配向状態のコンパウンド１２の磁粉を所望の方向に容易に配向させることができる。

　そして、圧縮成形体１５を成形後、上記状態で、例えば交流磁界を印加して磁界強度を徐々に減衰させる脱磁方法で、金型Ａ１１の脱磁を行う。これは、以後のステップで、磁粉の金型への付着を防止するためである。

　つぎに、図２に示すように、以下に示す第３ステップにより、金型Ａ１１と成形体形成用金型１６（以下、「金型Ｂ１６」と記す）とを結合する（ステップＳ４０）。

　まず、図３Ｂに示す、金型Ａ１１から下パンチ１３ａと上パンチ１３ｂを取り外し、金型Ａ１１内に矩形形状の圧縮成形体１５を保持する。

　つぎに、図４に示すように、圧縮成形体１５を金型Ａ１１内に保持した状態で、金型Ａ１１と金型Ｂ１６とを結合する。このとき、金型Ａ１１と金型Ｂ１６は、１６０℃の温度に加熱されている。なお、金型Ｂ１６の温度は、圧縮した圧縮成形体１５を変形させるために重要で、変形後の異方性ボンド磁石の形状に影響を与える。つまり、金型Ｂ１６の温度を２００℃とした場合、圧縮成形体の変形時に、配向方向が乱れ、所望の配向を得ることができない。また、圧縮成形体を形成する磁粉が熱の影響を受けて、磁気特性が劣化するため好ましくない。一方、金型Ｂ１６の温度を６０℃とした場合、圧縮成形体１５を構成するエポキシ樹脂の軟化点以下であるため、圧縮成形体１５の変形ができず、配向を制御した異方性ボンド磁石を形成できない。したがって、金型Ａ１１と金型Ｂ１６の温度の安定を考慮すると、結合する金型Ａ１１と金型Ｂ１６の温度を同一にすることが好ましい。

　また、金型Ｂ１６は、金型Ａ１１との結合面側のキャビティの開口部が矩形形状で、金型Ａ１１との結合面とは反対側の開口部が円弧形状を有し、例えば矩形形状から円弧形状に変化する、異形形状の金型である。つまり、図４に示すように、円弧形状の異方性ボンド磁石を形成するための金型Ｂ１６は、例えば領域Ｂ１と領域Ｂ２の２つの領域から構成されている。そして、金型Ｂ１６の領域Ｂ１は、矩形形状の圧縮成形体を円弧形状に変形させる領域である。金型Ｂ１６の領域Ｂ２は、円弧形状に変形された圧縮成形体１５を圧縮成形して、最終的に所定の円弧形状を有する異方性ボンド磁石に成形する領域である。なお、領域Ｂ１と領域Ｂ２を有する金型Ｂ１６を、異なる金型で構成し、領域Ｂ１と領域Ｂ２を有する２種類以上の金型で構成してもよい。

　つぎに、図２に示すように、上記圧縮成形体１５を、以下に示す第４ステップにより、金型Ａ１１から金型Ｂ１６に移動させる（ステップＳ５０）。そして、圧縮成形体１５を、金型Ｂ１６により所定の形状に機械的に変形させて、異方性ボンド磁石を成形する（ステップＳ６０）。

　まず、図５Ａに示すように、金型Ａ１１内の圧縮成形体１５を、成形パンチＢａ１７ａにより、金型Ｂ１６内に押し出して移動させる。この場合、金型Ａ１１と金型Ｂ１６とは結合しているため、圧縮成形体１５を金型Ａ１１から離型する必要がない。そのため、通常、離型時に生じるスプリングバックによる圧縮成形体１５の寸法変化を考慮する必要がない。なお、成形パンチＢａ１７ａの少なくとも圧縮成形体１５と接触する面の形状は、金型Ｂ１６の円弧形状の開口部と略同一（同一を含む）が好ましい。

　つぎに、図５Ｂに示すように、金型Ｂ１６のキャビティ内に移された圧縮成形体１５は、金型Ｂ１６の領域Ｂ１内を片方の成形パンチＢａ１７ａにより押し進められる。これにより、圧縮成形体１５は、金型Ｂ１６の矩形形状から円弧形状に変化するキャビティに沿って、順次変形し、円弧形状に成形される。

　つぎに、図５Ｃに示すように、さらに成形パンチＢａ１７ａで押し進められた圧縮成形体１５は、金型Ｂ１６の円弧形状の開口部に挿入された成形パンチＢｂ１７ｂにより、金型Ｂ１６の領域Ｂ２で、例えば圧縮成形され、所定の寸法形状に成形される。これにより、例えば磁石高さが１３．０ｍｍ、磁石厚が１．５ｍｍの異方性ボンド磁石１８が形成される。このとき、金型Ａ１１から金型Ｂ１６への移動時や、金型Ｂ１６内での変形時などに加わる高さ方向の圧力を考慮して、金型Ａ１１内で形成する圧縮成形体１５の高さ寸法を１３．５ｍｍとし、最終形状の異方性ボンド磁石より５％以内で大きい寸法に設定して成形することが好ましい。

　つぎに、図５Ｄに示すように、金型Ｂ１６から成形パンチＢｂ１７ｂを取り外し、成形パンチＢａ１７ａで、異方性ボンド磁石１８を金型Ｂ１６から押し出すことにより、円弧形状の異方性ボンド磁石１８が得られる。

　これにより、モータのロータ用の磁石として１極分に相当する異方性ボンド磁石１８が作製される。

　つぎに、モータの極数の分だけ円弧形状の異方性ボンド磁石１８を作製し、例えばロータコアに接着してロータを形成する。このとき、円弧形状の異方性ボンド磁石の内径側の曲率と、ロータコアの接着面の曲率とを合わせるように設計することが重要である。また、個々の円弧形状の異方性ボンド磁石を接合してリング化する場合は、接合前後の寸法変化を考慮し設計することが重要である。

　本実施の形態によれば、圧縮成形時に配向させて形成した圧縮成形体を、スプリングバックなどによる変形性能の低下を防止して、連続的に機械的に変形させることができる。これにより、所定の方向に配向方向を変化させて、例えば円弧形状などの所定の形状を有する異方性ボンド磁石を容易に形成できる。その結果、薄片形状の磁粉を含む変形性の低い磁石材料を用いても、精度の高い所定形状を有する異方性ボンド磁石を作製することができる。

　また、本実施の形態によれば、配向方向が任意方向に制御された上記異方性ボンド磁石を備えたロータにより、高性能なモータを容易に実現できる。

　（実施の形態２）
　以下に、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法について、図６Ａから図９Ｄを用いて説明する。なお、異方性ボンド磁石の形状やそれを用いて形成したロータを備えたモータは、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

　図６Ａと図６Ｂは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第１ステップを説明する図である。図６Ｃは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第２Ａステップを説明する図である。図７は、本発明の実施の形態２の第２Ｂステップにおける異方性ボンド磁石の製造方法を説明する図である。図８は、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第３ステップを説明する図である。図９Ａから図９Ｄは、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の第４ステップを説明する図である。

　図６Ａと図６Ｂに示すように、本実施の形態は、圧縮体形成用金型２１（以下、「金型Ａ２１」と記す）が、溝部２２を有する第１部材２１ａと、溝部２２と嵌合する凸部２１ｃを有する第２部材２１ｂで構成されている点で、実施の形態１の金型Ａ１１とは異なる。これにより、圧縮成形体の製造方法および圧縮方向と配向磁界を印加する方向が異なる。他の基本的な構成要素や製造方法は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

　以下に、本発明の実施の形態２における異方性ボンド磁石の製造方法の一例について、図２のフローチャートを参照しながら、図６Ａから図９Ｄを用いて説明する。

　はじめに、図２に示すように、実施の形態１と同様に、コンパウンドを、以下の方法により形成する（ステップＳ１０）。

　まず、異方化されたＮｄＦｅＢ磁粉と、ＳｍＦｅＮ磁粉と、結合剤としてノボラック型エポキシ樹脂とポリアミド、潤滑剤を主成分とする樹脂を用いて、実施の形態１と同様のステップにより混合して混合物を作製する。このとき、ＮｄＦｅＢ磁石材料とＳｍＦｅＮ磁石材料の混合比率は、例えば４：１である。また、上記磁石材料と混合される樹脂の配合量は、実施の形態１と同様とした。

　そして、作製された混合物を、実施の形態１と同様に、加熱した熱ロール上で、混錬し、冷却した混錬物を、例えば粒度５００μｍ以下の顆粒状粉末に調整する。このとき、硬化開始温度が１７０℃の、例えばイミダゾール系の微粉末状の硬化剤を、顆粒状粉末に添加・混合して、コンパウンドを作製する。

　つぎに、図２と図６Ａに示すように、上記コンパウンドを用いて、以下の第１ステップおよび第２ステップにより圧縮成形体を形成する。なお、本実施の形態においては、第２ステップの圧縮成形体の形成方法は、第２Ａステップと第２Ｂステップの２段階から構成されている。

　まず、図６Ａに示すように、第１ステップとして、金型Ａ２１の第１部材２１ａの凹状に形成された溝部２２に上記コンパウンド２３を充填する（ステップＳ２０）。このとき、第１部材２１ａには、垂直方向に形成された溝部２２とともに、水平方向に貫通孔２２ｂを備え、貫通孔２２ｂには溝部２２に向かって、両側から圧縮パンチＡａ２４ａおよび圧縮パンチＡｂ２４ｂが挿入されている。そして、圧縮パンチＡａ２４ａ、圧縮パンチＡｂ２４ｂの厚み（図中の鉛直方向）により、コンパウンド２３の圧縮で形成される鉛直方向の圧縮成形体の厚みが規定される。

　つぎに、図６Ｂに示すように、第１部材２１ａの溝部２２と対向する位置に、溝部２２と嵌合する凸部２１ｃを有する第２部材２１ｂを重ねて嵌め合わせる。このとき、第２部材２１ｂの凸部２１ｃの高さは、第１部材２１ａの溝部２２から圧縮パンチＡａ２４ａ、圧縮パンチＡｂ２４ｂの厚みを除いた高さと同程度、または若干高く設定される。これは、コンパウンドを圧縮して形成した圧縮成形体２６の水平方向の移動を容易にするためである。

　つぎに、図６Ｃに示すように、第２Ａステップとして、コンパウンド２３を充填した金型Ａ２１の第１部材２１ａの溝部２２の開口部を水平にして、配向させる磁場を発生させる上下に配向磁石２５を有する磁場発生装置の配向磁石２５間に配置する。

　つぎに、金型Ａ２１の第１部材２１ａの溝部２２と第２部材２１ｂの凸部２１ｃを嵌め合わせて、コンパウンド２３の磁粉を圧縮する。このとき、圧縮方向と同じ方向に、磁場発生装置の配向磁石１４間に配向磁界を発生させて、コンパウンド２３の磁粉を配向させる。

　つぎに、第２Ｂステップとして、図７に示すように、配向磁界の印加方向と直交する方向から圧縮パンチＡａ２４ａおよび圧縮パンチＡｂ２４ｂで、さらに圧縮し、圧縮成形体２６を成形する（ステップＳ３０）。このとき、圧縮成形は、例えば金型Ａ２１の温度１６０℃、成形圧力１５０ＭＰａ、配向磁場１．３ＭＡ／ｍ、成形時間は３０秒の条件で行う。これにより、以下で説明するように、実施の形態１と同様に、例えば厚み１．５ｍｍ、高さ１３．５ｍｍの寸法で圧縮成形体２６が形成される。

　そして、圧縮成形体２６を成形後、上記状態で、例えば交流磁界を印加して磁界強度を徐々に減衰させる脱磁方法で、金型Ａ２１の脱磁を行い、磁粉の金型Ａ２１への付着を防止する。

　つぎに、図２と図８に示すように、以下に示す第３ステップにより、圧縮体形成用金型２１と成形体形成用金型２７（以下、「金型Ｂ２７」と記す）とを結合する（ステップＳ４０）。

　まず、図８に示すように、金型Ａ２１から圧縮パンチＡａ２４ａと圧縮パンチＡｂ２４ｂを取り外し、例えば矩形形状の圧縮成形体２６を金型Ａ２１内に保持した状態で、金型Ａ２１と金型Ｂ２７を同一平面状に並べて結合する。このとき、金型Ａ２１と金型Ｂ２７は、１６０℃の温度に加熱されている。

　また、金型Ｂ２７は、実施の形態１と同様に、金型Ａ２１との結合面側のキャビティの開口部が矩形形状で、金型Ａ２１との結合面とは反対側の開口部が円弧形状を有し、例えば矩形形状から円弧形状に変化する、異形形状の金型である。そして、図８に示すように、円弧形状の異方性ボンド磁石を形成するための金型Ｂ２７は、例えば領域Ｂ１と領域Ｂ２の２つの領域から構成されている。そして、金型Ｂ２７の領域Ｂ１は、矩形形状の圧縮成形体２６を円弧形状に変形させる。金型Ｂ１６の領域Ｂ２は、円弧形状に変形された圧縮成形体２６を圧縮成形して、最終的に所定の円弧形状を有する異方性ボンド磁石に成形する。なお、領域Ｂ１と領域Ｂ２を有する金型Ｂ２７を、異なる金型で構成し、領域Ｂ１と領域Ｂ２を有する２種類以上の金型で構成してもよい。

　つぎに、図２と図９Ａから図９Ｄに示すように、上記圧縮成形体２６を、以下に示す第４ステップにより、金型Ａ２１から金型Ｂ２７に移動させる（ステップＳ５０）。そして、圧縮成形体２６を、金型Ｂ２７により所定の形状に変形させて、異方性ボンド磁石を成形する（ステップＳ６０）。

　まず、図９Ａに示すように、金型Ａ２１内の圧縮成形体２６を、成形パンチＢｂ２８ｂにより、金型Ｂ２７内に押し出して移動させる。この場合、金型Ａ２１と金型Ｂ２７とは結合しているため、圧縮成形体２６を金型Ａ２１から離型する必要がない。そのため、通常、離型時に生じるスプリングバックによる圧縮成形体２６の寸法変化を考慮する必要がない。

　つぎに、図９Ｂに示すように、金型Ｂ２７のキャビティ内に移された圧縮成形体２６は、金型Ｂ２７の領域Ｂ１内を片方の成形パンチＢａ２８ａにより押し進められる。これにより、圧縮成形体２６は、金型Ｂ２７の矩形形状から円弧形状に変化するキャビティに沿って、順次変形し、円弧形状に成形される。

　つぎに、図９Ｃに示すように、さらに成形パンチＢｂ２８ｂで押し進められた圧縮成形体２６は、金型Ｂ２７の領域Ｂ２で、円弧形状の開口部に挿入された成形パンチＢａ２８ａと成形パンチＢｂ２８ｂにより、例えば圧縮成形され、所定の寸法形状の異方性ボンド磁石２９が成形される。これにより、例えば磁石高さが１３．０ｍｍ、磁石厚が１．５ｍｍの異方性ボンド磁石２９が形成される。このとき、上述したように、金型Ａ２１から金型Ｂ２７への移動時や、金型Ｂ２７内での変形時などに加わる高さ方向の圧力を考慮して、金型Ａ２１内で形成する圧縮成形体２６の高さ寸法を１３．５ｍｍとし、最終形状の異方性ボンド磁石より５％以内で大きい寸法に設定して成形することが好ましい。なお、圧縮成形体を金型Ｂ２７で機械的に変形する場合の金型の温度や圧縮成形体の関係は実施の形態１と同様であるので、省略する。

　つぎに、図９Ｄに示すように、金型Ｂ２７から成形パンチＢａ２８ａを取り外し、成形パンチＢｂ２８ｂで、異方性ボンド磁石２９を金型Ｂ２７から押し出すことにより、円弧形状の異方性ボンド磁石１８が得られる。

　これにより、モータのロータ用の磁石として１極分に相当する異方性ボンド磁石２９が作製される。

　つぎに、モータの極数の分だけの円弧形状の異方性ボンド磁石２９を作製し、例えばロータコアに接着してロータを形成する。このとき、円弧形状の異方性ボンド磁石２９の内径側の曲率と、ロータコアの接着面の曲率とを合わせるように設計することが重要である。また、個々の円弧形状の異方性ボンド磁石２９を接合してリング化する場合は、接合前後の寸法変化を考慮し設計することが重要である。

　以上で説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、コンパウンドの圧縮を第２Ａステップおよび第２Ｂステップの２段階で行うことにより、高密度で充填できるとともに、薄片形状を含むコンパウンドを磁場中で、より効率的に配向させることができる。

　その理由について、以下に説明する。

　一般に、薄片形状の磁粉は、薄片の厚み方向に磁化容易軸を有するように異方化されている。そのため、金型Ａ２１の溝部２２のキャビティに、コンパウンドを充填する場合、コンパウンドのかさ密度を考慮すると、形成される圧縮成形体の、例えば約３倍程度の充填深さ（溝部深さ）が必要となる。これは、例えばコンパウンドのかさ密度を２．３ｇ／ｃｍ^３とし、完成品の異方性ボンド磁石の密度を５．９ｇ／ｃｍ^３とした場合に、溝部２２の高さ寸法を基準とすると、最低限２．６倍以上の深さが必要となる場合を例に示している。しかし、コンパウンドのかさ密度と、完成品の異方性ボンド磁石の密度の値によって、溝部の深さを変えることが好ましいことはいうまでもない。

　また、金型の温度を成形温度（１６０℃）まで上げた状態でコンパウンドを充填するので、コンパウンドが金型の溝部の壁面に付着しやすい。そのため、溝部の壁面により、コンパウンドのスムーズな充填が阻害され、溝部のキャビティ内に均一に充填できない場合がある。

　また、溝部のキャビティ内に落とし込む形でコンパウンドを充填するため、薄片形状（フレーク状）の磁粉の厚み方向（磁化容易軸方向）が、金型上部の開口部側方向になるように充填される傾向にある。したがって、磁粉の長軸は、横方向に向いて充填される。そのため、充填後の配向磁場中での圧縮成形時において、コンパウンドを配向させる配向磁界が充填方向と直交する方向に印加される。その結果、配向磁界の方向に磁粉を回転させにくくなるため、圧縮成形体の配向方向を均一にできない。

　そこで、本実施の形態では、まず、第２Ａステップにおいて、コンパウンドの充填方向と、配向磁場の印加方向を合わせ、コンパウンドの薄片形状の磁粉の配向性を向上させる。その後、第２Ｂステップにおいて、配向磁界の印加される方向と直交する方向に、再度コンパウンドを圧縮する圧縮成形体の充填密度を高めることができる。これにより、配向性と充填性を高くした状態で高密度の圧縮成形体をより効果的に作製することができる。

　また、本実施の形態によれば、高密度に充填され、配向方向が任意方向に制御された上記異方性ボンド磁石を備えたロータにより、より高性能なモータを容易に実現できる。

　なお、上記各実施の形態では、コンパウンドを構成する材料として、一軸方向に容易軸を有する異方化されたＮｄＦｅＢ系磁粉とＳｍＦｅＮ系磁粉材料を例に説明したが、これに限られない。例えば、単磁区粒子型のＳｍＣｏ系希土類磁石材料を用いてもよい。

　また、上記各実施の形態では、金型Ａと金型Ｂの圧縮成形時の温度として、同一の１６０℃を例に説明したが、これに限られない。例えば、金型Ａと金型Ｂの成形時の温度は異なっていてもよい。つまり、圧縮成形体の温度が、金型Ａから金型Ｂに移動する際に柔軟性を著しく低下させない温度で、コンパウンドに含まれる硬化剤の硬化温度以下であれば任意に設定できる。

　本発明は、高い充填性と配向性が要望される薄片形状を有する磁石粉末を含む異方性ボンド磁石およびそれを用いて作製したロータで構成されるモータなどの技術分野において有用である。

　１１，２１　　金型Ａ（圧縮体形成用金型）
　１２，２３　　コンパウンド
　１３ａ　　下パンチ
　１３ｂ　　上パンチ
　１４，２５　　配向磁石
　１５，２６　　圧縮成形体
　１６，２７　　金型Ｂ（成形体形成用金型）
　１７ａ，２８ａ　　成形パンチＢａ
　１７ｂ，２８ｂ　　成形パンチＢｂ
　１８，２９　　異方性ボンド磁石
　２１ａ　　第１部材
　２１ｂ　　第２部材
　２１ｃ　　凸部
　２２　　溝部
　２２ｂ　　貫通孔
　２４ａ　　圧縮パンチＡａ
　２４ｂ　　圧縮パンチＡｂ

Claims

薄片形状の異方性磁粉を主成分とするコンパウンドを圧縮体形成用金型に充填する第１ステップと、
前記圧縮体形成用金型に充填した前記コンパウンドを、配向磁場中で成形して圧縮成形体を形成する第２ステップと、
前記圧縮体形成用金型と成形体形成用金型を結合する第３ステップと、
前記圧縮成形体を前記圧縮体形成用金型から前記成形体形成用金型に移動し、所定の形状に変形して成形する第４ステップと、を含む異方性ボンド磁石の製造方法。
前記第２ステップにおいて、前記圧縮成形体を圧縮方向と直交する方向に印加される配向磁場中で成形する請求項１に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
前記圧縮体形成用金型は、少なくとも前記コンパウンドを充填する溝部を有する第１部材と、前記溝部に嵌合して前記コンパウンドを圧縮する凸部を有する第２部材とで構成され、
前記第２ステップは、
前記第１部材の前記溝部に充填された前記コンパウンドを、前記第２部材の前記凸部で前記第１部材と前記第２部材の嵌合する方向に圧縮しながら前記配向磁場を印加する第２Ａステップと、
前記第１部材と前記第２部材の嵌合する方向と直交する方向から圧縮しながら、前記配向磁場を印加して前記圧縮成形体を成形する第２Ｂステップと、を含む請求項１に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
前記配向磁場は、前記第１部材と前記第２部材の嵌合する方向に印加される請求項３に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法を用いて形成した異方性ボンド磁石を備えたロータを有するモータ。