WO2015159882A1 - ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石 - Google Patents

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smco
earth sintered
magnetized
sintered magnet
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鈴木　真吾
中村　一也
佐藤　晃
幸治 沖
小田桐　琴也
武志 古川
久郷　智之
歩 須藤
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並木精密宝石株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an SmCo-based rare earth sintered magnet.
  • alnico magnets have been mainly used for permanent magnet motors for high heat-resistant precision equipment.
  • SmCo rare earth magnets have been used instead of alnico magnets as magnets mounted on permanent magnet motors for precision instruments.
  • SmCo-based rare earth magnets have the following features, and various developments have been made as extremely excellent magnetic materials.
  • the maximum energy product (BH) max (J / m 3 ) is the second largest after practical use among NdFeB rare earth magnets, and the volume of a magnet mounted on a motor or the like can be reduced. Equipment can be made smaller and lighter.
  • the residual magnetic flux density Br (T) is about the same as that of Alnico magnets, and the coercive force (Oe) is about 10 times that of Alnico magnets. Therefore, it is possible to make a significant contribution to the miniaturization of the design of highly heat-resistant precision equipment.
  • the demagnetization curve is almost linear, the recoil permeability is close to 1, and the thermal stability is excellent, which is advantageous for practical use.
  • SmCo-based rare earth magnets have the advantages described above. Recently, the trend of permanent magnet motors is moving toward lighter and higher output, and the magnets mounted on motors are becoming smaller. ⁇ In addition to high heat resistance, multipolarization is desired.
  • a coil energization type magnetizing apparatus As a method of multipolarizing rare earth sintered magnets incorporated in a permanent magnet motor, a coil energization type magnetizing apparatus is used.
  • a hole for inserting and extracting a rare earth sintered magnet as a magnetized object is provided at the center of the magnetizing yoke, and an axially extending groove is formed on the inner wall surface of the hole. It is formed according to the number of magnetic poles. Furthermore, a conductive wire with an insulating coating is embedded in the groove, and adjacent conductive wires are continuously folded in a coil to form a coil.
  • a pulse current flows through the coil, and the rare earth sintering is performed by the magnetizing magnetic field generated in the magnetizing yoke by the pulse current. Magnetize the magnet.
  • the rare earth sintered magnet mounted on the permanent magnet motor is required to be downsized. Therefore, the magnetization pitch (distance between the magnetic poles) is narrow, and the magnetizing yoke needs to be reduced accordingly. For this reason, with the downsizing of the magnetized yoke, the space that can be wound is reduced, and the conducting wire diameter of the coil to be arranged must be reduced. Furthermore, since it becomes difficult to wind a conducting wire having a sufficient number of turns, the strength of the magnetizing magnetic field that can be generated by the magnetizing yoke is limited. As a result, there has been a problem that it cannot be sufficiently magnetized.
  • SmCo rare earth magnets exhibit initial pinning characteristics of pinning coercivity, so that the magnetization field required for saturation magnetization becomes large, and the magnetization rate becomes insufficient when a sufficient magnetization field is not applied. End up.
  • rare earth sintered magnets with insufficient magnetization irreversible demagnetization due to temperature rise occurs at a lower temperature than saturation magnetized rare earth sintered magnets.
  • rare earth sintered magnets incorporated in small motors of 20 mm or less may be saturated and magnetized so as not to cause irreversible demagnetization due to heat generation of the coils, that is, to increase the upper limit temperature of the motor. It is preferred.
  • Patent Document 1 As a technique for improving such a lack of magnetization, a method has been proposed in which a magnetic object is heated to a high temperature and magnetized by utilizing a decrease in the magnetization magnetic field required for saturation magnetization (for example, Patent Document 1). See).
  • Patent Document 1 a permanent magnet, which is an object to be magnetized, is heated to a temperature equal to or higher than its Curie point, and the temperature is lowered from a temperature equal to or higher than the Curie point to a temperature lower than the Curie point.
  • a magnetizing method are disclosed.
  • the temperature of the magnetized part when the magnetized object is taken out from the magnetized part is controlled to a temperature higher than the upper limit value of use temperature or the guaranteed temperature of the device in which the magnetized object is incorporated. Therefore, even if the permanent magnet has a small diameter and multipolar magnetization structure, the average value of the surface magnetic flux density peak value is high, the variation of the surface magnetic flux density peak value is small, and irreversible demagnetization is prevented.
  • the magnetic flux density can be finely adjusted to the required value. As a result, a permanent magnet having high magnetization characteristics and good magnetization quality is obtained.
  • the Curie temperature of SmCo rare earth magnets is as high as about 750 (° C) or higher, and the upper limit temperature is about 400 (° C) considering the heat resistance temperature of the magnetizing device such as the heat resistance of the insulating coating of the magnetized coil. Therefore, it is practically impossible to apply the magnetization method of Patent Document 1 to the SmCo rare earth magnet. Therefore, it has not been possible to realize an SmCo rare earth magnet having a small diameter and a high coercive force and being multipolarly magnetized at a high magnetization rate.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an SmCo rare earth sintered magnet having a small-diameter and multipolar magnet structure, and having both a high coercive force and a high magnetization rate.
  • the SmCo-based rare earth sintered magnet of the present invention has a cylindrical shape, a ring shape, a columnar shape, or a disk shape, and has multiple poles on the outer circumference or the inner circumference, where p is an even number of 4 or more. Magnetized, (diameter D / number of poles p) (mm) ⁇ (4 / ⁇ ) (mm), and coercive force H CJ (kOe) at room temperature (° C) is 7.5 (kOe) ⁇ H CJ ⁇ 27 (kOe), and has a magnetization rate of 80% or more.
  • the magnetization rate here shall be represented by the ratio from the saturation value about the surface magnetic flux density of the magnetized magnetic pole.
  • the diameter D of the magnetized surface is preferably 10 (mm) or less.
  • a SmCo rare earth sintered magnet having a multipolar magnet structure has a coercive force of 7.5 (kOe) ⁇ H CJ ⁇ 27 (kOe) and a magnetization rate of 80 (%) or more. I can do it. Therefore, compared to the case of magnetizing at room temperature, it is possible to greatly improve the magnetization rate, contributing to higher output of the permanent magnet motor and improving the upper limit temperature of the magnet after magnetization. .
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows an example of the SmCo type rare earth sintered magnet which concerns on this embodiment. It is sectional drawing which shows the magnetization yoke of the outer periphery multipolar magnetization apparatus of the SmCo type rare earth sintered magnet based on this embodiment. It is sectional drawing which shows typically the magnetizing yoke which wound the exciting coil on the magnetizing yoke of FIG. It is a schematic diagram which shows the heating means of the SmCo type rare earth sintered magnet after insertion of the magnetizing yoke.
  • an SmCo rare earth sintered magnet which is an object to be magnetized, is heated to an arbitrary temperature within a range of 400 (° C.) higher than room temperature.
  • the magnet is inserted into the magnetizing yoke, and the magnetizing magnetic field is applied in a pulsed manner.
  • the SmCo rare earth sintered magnet is cooled from any temperature to room temperature.
  • the coercive force of the SmCo rare earth sintered magnet temporarily reduced by heating returns to the value before heating when cooled to room temperature.
  • the room temperature is 20 (° C.).
  • the SmCo-based rare earth sintered magnet that is the adherend is an Sm 2 Co 17 magnet or an SmCo 5 magnet.
  • the outer shape of the SmCo rare earth sintered magnet that is the adherend is formed into a cylindrical shape (see, for example, FIG. 1), a ring shape, a columnar shape, or a disk shape.
  • the dimension of the diameter D of the magnetized surface is not particularly limited, but it is preferable that the diameter D of the magnetized surface is set to 10 (mm) or less because it is suitable for use in a small permanent magnet motor.
  • the orientation method of the SmCo rare earth sintered magnet may be polar anisotropic orientation, radial orientation, or a combination of a plurality of SmCo rare earth sintered magnets such as arcs and sectors.
  • a SmCo rare earth sintered magnet having a cylindrical shape, a ring shape, a columnar shape, or a disk shape may be configured.
  • one round of the SmCo-based rare earth sintered magnet is equally divided by the number of poles, and magnets such as arcs or sectors are bonded together by the number of poles to form a multipolar cylindrical shape, ring shape, or columnar shape,
  • magnets such as arcs or sectors are bonded together by the number of poles to form a multipolar cylindrical shape, ring shape, or columnar shape
  • parallel-oriented magnets may be used as individual arc-shaped or sector-shaped magnets.
  • the upper limit of the heating temperature is set to 400 (° C.) in consideration of the ease of cooling of the SmCo rare earth sintered magnet and the heat resistance of the magnetizing apparatus. Set to.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a magnetizing yoke in the cylindrical SmCo rare earth sintered magnet outer peripheral multipolar magnetizing apparatus shown in FIG. 1 (hereinafter simply referred to as “magnetizing apparatus” if necessary).
  • 3 is a cross-sectional view schematically showing that an exciting coil is wound around the magnetized yoke of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a heating means for the SmCo rare earth sintered magnet.
  • the magnetizing yoke 1 constituting the magnetizing apparatus has a substantially cylindrical shape in which the outer shape is formed in a circumferential shape and a hole 2 having a substantially circular cross section is formed in the center. And functions as a magnetizing yoke for the object to be magnetized.
  • the diameter of the hole 2 is set to an appropriate diameter in terms of magnetic circuit design at the time of magnetization of the object to be magnetized.
  • a permendur material is used as the material constituting the magnetized yoke 1, and a desired number of grooves 3 are radially formed from the outer peripheral surface of the hole 2 as shown in FIG.
  • the magnetized heads 4 are formed by the desired number of poles p (p is an even number equal to or greater than 4) formed at an angle and formed on the SmCo-based rare earth sintered magnet to be magnetized. In the example shown in FIG. 2, 8-pole magnetization is assumed.
  • the magnet of this shape has a (diameter D / number of poles p) (mm) of 0.625 (mm), which is less than (4 / ⁇ ) (mm).
  • each magnetizing head 4 is provided with an exciting coil 5 for generating a pulsed magnetizing magnetic field as shown in FIG. It is formed by winding several ps.
  • a copper wire coil is used as the exciting coil 5.
  • a copper wire having an outer diameter of 1 (mm) is used as the copper wire coil and is wound around each magnetized head 4.
  • a cylindrical SmCo rare earth sintered magnet which is an object to be magnetized, is inserted into the hole 2 of the magnetized yoke 1.
  • the SmCo rare earth sintered magnet is held through the core rod 6 of the magnetizing yoke 1 in the center hole of the SmCo rare earth sintered magnet.
  • the SmCo rare earth sintered magnet is heated.
  • the heating means is not particularly limited, and any means such as resistance heating, high-frequency heating, laser heating, high-temperature gas flow heating, and high-temperature liquid heating can be used.
  • a heating plunger 7 around which a heating coil is wound is brought into contact with the upper and lower sides of a cylindrical SmCo-based rare earth sintered magnet 8 that is an adherend.
  • the heating plunger 7 heats the SmCo-based rare earth sintered magnet 8 from above and below, and heats the entire SmCo-based rare earth sintered magnet 8 to an arbitrary temperature.
  • the magnetized material is heated to a magnetizing temperature T (° C.) derived from the following formula 1, and the SmCo rare earth sintered magnet that is the magnetized material is magnetized at this temperature T ° C.
  • T magnetizing temperature
  • the application of the pulsed magnetizing magnetic field is set at least once. Most preferred is the application of a single pulsed magnetizing magnetic field from the viewpoint of shortening the magnetization time and reducing power consumption.
  • H CJ is the coercive force (kOe) at room temperature of the SmCo rare earth sintered magnet that is the magnetized material
  • H ext is the magnetizing magnetic field (kOe)
  • ⁇ is the SmCo rare earth sintered magnet that is the magnetized material.
  • Temperature coefficient of coercivity (% / ° C)
  • RT represents room temperature (° C).
  • SmCo rare earth sintered magnets having a room temperature RT of 20 ° C., a coercive force H CJ of 14 (kOe) at room temperature, and a coercive force temperature coefficient ⁇ of ⁇ 0.19 (% / ° C.) can be generated.
  • the heating temperature required for saturation magnetization in a magnetizing yoke with a magnetic field H ext of 15 (kOe) is obtained.
  • Substituting the above values into Equation 1 results in T ⁇ 264 (° C.).
  • the pulsed magnetic field H ext having the above strength is applied, and then the SmCo system is applied.
  • saturation magnetization is possible.
  • the above equation 1 is a relational expression devised in order to find out what (° C.) the SmCo rare earth sintered magnet of the magnetized object can be heated and multipolar magnetized, so that saturated multipolar magnetization is possible. is there.
  • the upper limit of the heating temperature of the object to be magnetized is set to 400 (° C.), it is not necessary to heat the SmCo-based rare earth sintered magnet to a temperature equal to or higher than the Curie point during magnetization. . Therefore, when the magnetized SmCo rare earth sintered magnet is cooled, it can be completed in a shorter time.
  • a current is passed through the exciting coil 5 to apply the pulsed magnetizing magnetic field H ext to the magnetized object 8.
  • the maximum pulse current value passed through the exciting coil 5 may be calculated by calculating the effective reactance of the exciting coil 5.
  • the magnitude of the magnetizing magnetic field H ext (kOe) applied to the object to be magnetized is determined according to the coercive force H C that the SmCo-based rare earth sintered magnet as the object to be magnetized exhibits at each magnetizing temperature T (° C.).
  • the magnetic field is set to at least twice (kOe)
  • saturation multipolar magnetization is possible even when the heating temperature of the SmCo rare earth sintered magnet is less than the Curie point, and the SmCo rare earth sintered magnet is reliably It was found that it can be magnetized.
  • the magnetizing magnetic field H ext to a pulsed magnetic field, the application of the magnetizing magnetic field can be completed in a short time. Therefore, it is possible to reduce the power consumption required for magnetization.
  • the cooling process of the adherend After confirming that the heating temperature of the SmCo-based rare earth sintered magnet has reached the arbitrary temperature T (° C.) and applying the magnetizing magnetic field H ext , the object to be magnetized is cooled.
  • the cooling means is not particularly limited, and may be performed by any method such as natural cooling, forced cooling such as water cooling, air cooling, gas blowing, and heating temperature adjustment.
  • the magnetized yoke 1 is cooled by a water cooling method.
  • a copper tube wire is attached to the outer periphery of the magnetizing yoke 1 with silver brazing, or water is circulated in the tube wire, or the magnetizing yoke 1 is operated in the vertical direction parallel to the hole 2
  • the through hole may be formed to form a water-cooled pipe guide.
  • the SmCo rare earth sintered magnet 8 as the object to be magnetized is taken out from the hole 2 of the magnetizing yoke 1 and newly adhered. A magnetic substance is inserted into the hole 2 and a series of heating, magnetization, and cooling steps are repeated.
  • magnetization ratio is expressed as a ratio from the saturation value with respect to the surface magnetic flux density of the magnetized magnetic pole.
  • the SmCo-based rare earth sintered magnet 8 is cut out near the center of the magnetic pole to make a test piece, and the magnetization curve is VSM (VibratingViSample Magnetometer) ) To evaluate the magnetization rate, it was confirmed that the magnetization rate was 80 (%) or more. From the above, it was confirmed that the magnetization rate of the SmCo-based rare earth sintered magnet can be increased to at least 80 (%) by the magnetization method according to the present embodiment.
  • the minimum heating based on the above formula 1 exceeds 400 (° C.). Without heating, the magnetization rate can be greatly improved as compared with the case of magnetization at room temperature. Therefore, in addition to the effect of facilitating cooling, it is possible to perform reliable magnetization in a short time and with reduced power consumption. As a result, the heat resistance, mass productivity, and production efficiency of the SmCo-based rare earth sintered magnet can be improved. Further, since the magnetization rate is improved, it is possible to contribute to higher output of the permanent magnet motor equipped with the SmCo rare earth sintered magnet.
  • SmCo rare earth magnets with a particularly high heat resistance with a coercive force of 15 (kOe) or more are likely to be incompletely magnetized by the conventional method, and can fully utilize the heat resistance of the bent magnet material.
  • the magnetization method of the present embodiment by setting the heating temperature according to Equation 1, multipolar saturation magnetization is possible, and the heat resistance thereof can be sufficiently extracted.
  • the magnetization method according to the present embodiment not only the magnetization rate is improved, but also the cooling of the SmCo-based rare earth sintered magnet is facilitated, and the magnetization process is performed in a short time with low power consumption. It becomes possible. Therefore, it is possible to improve the upper limit temperature and mass productivity and production efficiency of the SmCo rare earth sintered magnet.
  • the SmCo rare earth sintered magnet 8 of the present invention has a value (mm) of less than (4 / ⁇ ) (mm) ((diameter D of magnetized surface / number of poles). p) (mm) ⁇ (4 / ⁇ ) (mm)).
  • the conventional multi-pole magnetizing method results in incomplete magnetization due to insufficient magnetizing magnetic field H ext and the heat resistance of the rare earth sintered magnet is lowered.
  • saturation magnetization is performed, and the heat resistance inherent in the magnet material can be extracted.
  • the magnetized magnetic field H ext that can be generated by the magnetized yoke 1 even if the magnitude relation of the diameter D of the magnetized surface / the number of poles p) (mm) ⁇ (4 / ⁇ ) (mm) is satisfied.
  • the heat resistance of the magnetized yoke 1 is mainly determined by the heat resistance of the insulating coating of the conducting wire of the exciting coil 5 and the heat resistance of the resin that molds the exciting coil 5, but its practical upper limit is 400 (° C.). Become. Therefore, when magnetized at 400 (° C.) by the magnetization method according to the present embodiment, 27 (kOe) is set as the upper limit as the maximum coercivity that can achieve a desired magnetization rate (%) or higher. In the present invention, the desired magnetization rate is set to 80 (%) or more.
  • the reason why the desired magnetization rate is set to 80 (%) or more is as follows.
  • an SmCo-based rare earth sintered magnet having a structure has a coercive force of 7.5 (kOe) ⁇ H CJ ⁇ 27 (kOe) and can achieve a magnetization rate of 80 (%) or more.
  • the magnetizing head 4 can be set to other than 8 poles.
  • the magnetized surface of the SmCo-based rare earth sintered magnet to be magnetized can be used. If the diameter D is 3 (mm) or less, the number of magnetic poles may be changed to 4 poles.
  • the structure of the magnetized yoke 1 may be changed as appropriate according to the size of the SmCo rare earth sintered magnet that is the magnetized object, the number of magnetized heads, and the like.
  • the object to be magnetized in the present example has a cylindrical shape as shown in FIG. 1, the diameter (outer diameter) D of the magnetized surface is 5 (mm), the inner diameter is 3 (mm), and the length.
  • the diameter (outer diameter) D of the magnetized surface is 5 (mm)
  • the inner diameter is 3 (mm)
  • the length was a Sm 2 Co 17 sintered magnet set to 11 (mm).
  • a magnetized yoke was designed to perform the outer peripheral 8-pole magnetization.
  • Room temperature RT is set to 20 (° C), and four types of Sm 2 Co 17 sintered magnets with different coercive force at room temperature are used as adherends, and the coercive force H CJ is 7.5 (kOe), 8 (kOe), 27
  • the specimens (kOe) and 28 (kOe) were designated as test pieces 1 to 4, respectively.
  • the temperature coefficient ⁇ of each coercive force was ⁇ 0.19 (% / ° C.).
  • the magnetic object to be inserted into the magnetized yoke is heated to 20, 53, 400, and 400 (° C.) for each test piece.
  • the magnetizing yoke constituting the magnetizing apparatus used in this embodiment is configured as shown in FIG. 2 and performs 8-pole magnetizing.
  • the Sm 2 Co 17 rare earth sintered magnet that is the magnetized material is cooled by natural cooling while being inserted into the magnetized yoke, and the magnetized material is cooled to room temperature (20 (° C)).
  • room temperature 20 (° C)
  • the surface magnetic flux density in the vicinity of the central part of the magnetic pole on the outer periphery of each magnet was measured with a gauss meter, and the magnetization rate was evaluated.
  • Table 1 a test piece exhibiting a magnetization rate of 80 (%) or more is represented by a circle, and a test piece exhibiting a magnetization rate of less than 80 (%) is represented by a cross.
  • test pieces 1 to 4 were magnetized at room temperature (20 (° C.)) as a comparative example.
  • the only difference between this example and this comparative example is whether to heat to a temperature T (° C.) based on Equation 1 during magnetization, or to magnetize at room temperature 20 (° C.) without heating.
  • the other conditions were the same in the examples and comparative examples.
  • Table 1 shows the evaluation results of the magnetic permeability for each test piece of the comparative example. In the same manner as in the example, a test piece showing a magnetization rate of 80 (%) or more was indicated by a circle, and a test piece showing a magnetization rate of less than 80 (%) was indicated by an x mark.
  • H CJ is realized only magnetization rate 80 (%) or more at 7.5 (kOe), realize magnetization rate 80% or higher at 8.0 (kOe) or more It turned out that it was not possible. Therefore, in the small diameter and multipolar Sm 2 Co 17 rare earth sintered magnet satisfying the size relationship of (diameter D of magnetized surface / number of poles p) (mm) ⁇ (4 / ⁇ ) (mm), a high coercive force is required. Thus, the magnetization rate becomes insufficient, and it has been confirmed that it is impossible to simultaneously achieve a high coercivity and a high magnetization rate without heating.

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Abstract

【課題】小径及び多極着磁の磁石構造を有すると共に、保磁力と着磁率が共に高いＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を提供する。 【解決手段】室温（℃）における保磁力HCJ（kOe）が7.5（kOe）＜HCJ≦27（kOe）の範囲にあるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の外形を、円筒状、リング状、円柱状、又は円盤状の何れかに形成し、そのＳｍＣｏ系希土類焼結磁石に（外径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）（pは4以上の偶数）となるような多極着磁を行い、着磁率を80（%）以上とする。

Description

ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石
　本発明は、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石に関するものである。
　従来、高耐熱の精密機器用永久磁石モータには主にアルニコ磁石が使用されていた。しかし近年の精密機器の小形化及び軽量化の市場動向に伴い、精密機器用の永久磁石モータに搭載される磁石に、アルニコ磁石に替わってＳｍＣｏ系希土類磁石が使われるようになってきた。ＳｍＣｏ系希土類磁石は、次のような特長を備え、極めて優秀な磁性材料として種々開発が成されている。
　まず、最大エネルギー積（BH）max（J/m3）が、実用化されている磁石の中でも、ＮｄＦｅＢ系希土類磁石に次いで大きく、モータ等に実装する磁石の体積を小さくすることが出来るので、機器の小形化や軽量化が可能となる。また残留磁束密度Br（T）は、アルニコ磁石と同程度であり、更に、保磁力（Oe）はアルニコ磁石の10倍程度と極めて大きいため、アルニコ磁石の様に磁化方向の磁石寸法を大きく設計する必要が無く、高耐熱の精密機器の設計の小形化に大きく貢献することが出来る。
　更に、減磁曲線がほぼ直線であり、リコイル透磁率が１に近く、熱安定性にも優れているため、実用化に有利である。
　ＳｍＣｏ系希土類磁石には、上述したような優位性がある中で、最近では、永久磁石モータの市場動向が軽量・高出力化の方向に進んでおり、モータに実装される磁石には小形化・高耐熱化に加えて多極化が望まれている。
　永久磁石モータに組み込まれる希土類焼結磁石を多極着磁する方法として、コイル通電方式の着磁装置が用いられている。この着磁装置には、被着磁物である希土類焼結磁石を挿入及び抜出可能な穴部が着磁ヨークの中心に設けられると共に、穴部の内壁面に軸方向に延びる溝が着磁の極数に応じて形成されている。更にその溝内には、絶縁性被膜を施した導線が埋設されており、隣り合う導線がつづら折れ状に連続してコイルを形成する。
　このような穴部に被着磁物を挿入し、コンデンサに蓄えた電荷を瞬時に放出することでコイルにパルス電流を流し、そのパルス電流によって着磁ヨークに発生した着磁磁場により希土類焼結磁石の着磁を行う。
　しかし、前記永久磁石モータの市場動向が小形化及び軽量化に向かうに伴い、永久磁石モータに搭載される希土類焼結磁石にも小形化が要求されている。従って、着磁ピッチ（着磁極間距離）は狭くなっており、着磁ヨークもこれに合わせて小さくする必要がある。このため着磁ヨークの小形化に伴い巻線可能なスペースが減り、配設するコイルの導線径を細くせざるを得ない。更に、十分なターン数の導線を巻き込むことが難しくなることで、着磁ヨークで発生可能な着磁磁場の強さが制限される。以上により、十分に着磁することが出来ないとの問題が生じてきた。
　特にＳｍＣｏ系希土類磁石は、初磁化がピンニング型保磁力の特徴を示すため、飽和着磁に必要な着磁磁場が大きくなり、十分な着磁磁場が印加されない場合、着磁率が不十分になってしまう。
　着磁率が不十分な希土類焼結磁石では、温度上昇による不可逆減磁が、飽和着磁された希土類焼結磁石よりも低い温度で生じる。特に20（mm）以下の小形モータに組み込まれる希土類焼結磁石は、コイルの発熱による不可逆減磁を起こさないように、即ちモータの使用上限温度を高くするために、飽和着磁されることが好ましいとされている。
　このような着磁不足を改善する技術として、被着磁物を高温に加熱し、飽和着磁に要する着磁磁場の減少を利用して着磁する方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１には、被着磁物である永久磁石をそのキュリー点以上の温度まで加熱し、キュリー点以上の温度からキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁磁場を印加し続けるとの着磁方法が開示されている。
　更に、着磁部から被着磁物を取り出す際の着磁部温度を、被着磁物が組み込まれるデバイスの使用温度上限値あるいは保証温度よりも高い温度に制御している。従って、永久磁石が小径で多極着磁の構造であっても、表面磁束密度ピーク値全極の平均値が高く、表面磁束密度ピーク値のばらつきが小さく、しかも不可逆減磁が防止され、表面磁束密度を必要な値に微調整できる、としている。これによって、着磁特性が高く且つ着磁品質が良好な永久磁石が得られるとしている。
特許第４６７１２７８号公報
　しかし、ＳｍＣｏ系希土類磁石のキュリー温度は約750（℃）以上と高温であり、着磁コイルの絶縁性被膜の耐熱性など着磁装置の耐熱温度を考慮すると上限温度は約400（℃）程度となるため、ＳｍＣｏ系希土類磁石に特許文献１の着磁方法を適用することは事実上不可能であった。従って、小径かつ高保磁力であって、高い着磁率に多極着磁されたＳｍＣｏ系希土類磁石を実現することは出来なかった。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小径及び多極着磁の磁石構造を有すると共に、保磁力と着磁率が共に高いＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の提供を目的とする。
　上記目的は、以下の本発明により達成される。即ち、
　本発明のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石は、外形が円筒状、リング状、円柱状、又は円盤状の何れかであり、外周もしくは内周に極数p（pは4以上の偶数）に多極着磁されており、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）であり、室温（℃）における保磁力HCJ（kOe）が7.5（kOe）＜HCJ≦27（kOe）であり、80（%）以上の着磁率を有することを特徴とする。
　なお、ここでいう着磁率とは、着磁された磁極の表面磁束密度について、飽和値からの比率で表されるものとする。
　また、本発明のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の一実施形態は、着磁面の直径Dが10（mm）以下であることが好ましい。
　本発明に依れば、大きな着磁磁場の発生が難しい、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）の大小関係を満足するような小径で多極の磁石構造を有するＳｍＣｏ系希土類焼結磁石であっても、7.5（kOe）＜HCJ≦27（kOe）の保磁力を有し、且つ80（%）以上の着磁率を実現する事が出来る。従って室温にて着磁した場合と比較して、着磁率を大幅に向上させることが可能となるので、永久磁石モータの高出力化に貢献し、着磁後の磁石の使用上限温度が向上する。
本実施形態に係るＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の一例を示す斜視図である。 本実施形態に係る、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の外周多極着磁装置の着磁ヨークを示す断面図である。 図２の着磁ヨークに励磁コイルを巻回した着磁ヨークを模式的に示す断面図である。 着磁ヨーク挿入後のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の加熱手段を示す模式図である。
　以下、本発明に係るＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を、着磁方法と共に詳細に説明する。本発明に係るＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の着磁方法では、被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を室温よりも高く400（℃）以下の範囲の任意の温度まで加熱して、被着磁物の保磁力を一時的に減少させた後に着磁ヨークに挿入し、着磁磁場をパルス状に印加し、引き続きその任意の温度からＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を冷却して室温まで降温する。なお加熱により一時的に減少したＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の保磁力は、室温まで冷却されることで加熱前の値に戻ることになる。なお本発明では、室温は20（℃）とする。
　被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石は、Ｓｍ２Ｃｏ１７磁石またはＳｍＣｏ５磁石であるものとする。
　被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の外形形状は、円筒状（例えば図１参照）、リング状、円柱状、又は円盤状の何れかに成形する。また、着磁面の直径Dの寸法は特に制限は無いが、着磁面の直径Dが10（mm）以下に設定されることが、小形の永久磁石モータ用途に適するため好ましい。
　また、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の配向方法は、極異方配向であっても良いしラジアル配向であっても良いし、円弧形や扇形等の複数のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を組み合わせて、円筒状、リング状、又は円柱状、円盤状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を構成しても良い。更に、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の1周を極数で等分に分割した、円弧形又は扇形等の磁石を極数分貼り合わせて、多極の円筒状、リング状、又は円柱状、円盤状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石とする場合には、個々の円弧形又は扇形等の磁石として平行配向の磁石を使用しても良い。
　本発明では被着磁物にＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を用いるので、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の冷却の容易性及び着磁装置の耐熱性を考慮して、加熱温度の上限を400（℃）に設定する。
　一例として、本実施形態に係るＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の外周多極着磁装置を、図２から図４を参照して説明する。図２は、図１に示す円筒状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の外周多極着磁装置（以下、必要に応じて単に「着磁装置」と記載）における着磁ヨークを示す断面図であり、図３は図２の着磁ヨークに励磁コイルを巻回したことを模式的に示す断面図である。また図４は、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の加熱手段を示す模式図である。
　図２より本実施形態に係る着磁装置を構成する着磁ヨーク１は、外形が円周状に形成されると共に、その中心部に断面略円形状の穴部２が形成された略円筒形状を有しており、被着磁物の着磁ヨークとして機能する。穴部２の径寸法は被着磁物着磁の際の磁気回路設計上、適切な直径に設定する。
　着磁ヨーク１を構成する材料には、例えばパーメンジュール材料を用い、放電加工の繰り抜き加工により、図２に示すように穴部２の外周面から放射状に所望の数の溝３が等角度で設けられ、被着磁物のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石に形成する所望の極数p（pは4以上の偶数）分だけ着磁ヘッド４が形成される。図２に示す例では8極着磁を想定している。着磁面の直径（外径）D＝5（mm）の円筒状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の8極着磁用に着磁ヨークを構成する場合は、各着磁ヘッド４のピッチは約2（mm）となり、着磁ヘッド４の幅は2（mm）以下に設定される。この形状の磁石の（着磁面の直径D／極数p）（mm）は0.625（mm）であり、（4／π）（mm）未満となる。
　溝３の断面は、図２に示すような曲線状に形成され、更に各着磁ヘッド４には図３に示すように、パルス状の着磁磁場を発生されるための励磁コイル５が極数p数分巻回形成されている。励磁コイル５には銅線コイルが用いられる。銅線コイルには、一例として外径1（mm）の銅線を用い、各着磁ヘッド４に巻き回す。
　このような着磁ヨーク１の穴部２に、被着磁物である円筒状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石が挿入される。円筒状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の挿入の際は、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の中心穴に着磁ヨーク１の芯棒６を通してＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を保持する。次に、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石が加熱される。
　加熱手段は特に限定されず、例えば抵抗加熱、高周波加熱、レーザ加熱、高温ガスフロー加熱、高温液中加熱など任意の手段を用いることが出来る。本実施形態では一例として図４に示すように、被着磁物である円筒状のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石８の上下に、加熱用コイルを巻回した加熱用プランジャ７を接触させる。この加熱用プランジャ７によりＳｍＣｏ系希土類焼結磁石８を上下方向から加熱し、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石８全体を任意の温度まで加熱する。
　更に本発明では、下記数１から導出される着磁温度Ｔ（℃）まで被着磁物を加熱し、この温度Ｔ℃で被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を着磁する。パルス状の着磁磁場の印加は少なくとも1回以上に設定する。最も好ましいのは着磁の短時間化および消費電力の低減の点から、1回のパルス状着磁磁場の印加である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
但し、HCJは被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の室温における保磁力（kOe）、Hextは着磁磁場（kOe）、βは被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の保磁力の温度係数（%/℃）、RTは室温（℃）を表す。
　一例として、室温RTを20℃とし、室温における保磁力HCJが14（kOe）、保磁力の温度係数βが-0.19（%/℃）のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を、発生可能な着磁磁場Hextが15（kOe）の着磁ヨークにて飽和着磁する場合に必要な加熱温度を求める。前記数１に上記の各値を代入するとＴ≒264（℃）となり、この温度までＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を加熱した後に上記の強さのパルス状磁場Hextを印加し、その後、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を室温まで冷却すると飽和着磁が可能となる。
　前記数１は、被着磁物のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を何（℃）まで加熱して多極着磁すれば飽和多極着磁が可能であるかを求めるために考案した関係式である。
　前記のように本発明では、被着磁物の加熱温度の上限を400（℃）に設定するため、着磁の際にＳｍＣｏ系希土類焼結磁石をキュリー点以上の温度まで加熱する必要が無い。従って、着磁されたＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を冷却する際に、より短時間で済ませることが出来る。
　加熱により上記の設定温度まで達したことを確認後、励磁コイル５に電流を流し、パルス状の前記着磁磁場Hextを被着磁物８に印加する。励磁コイル５に流す最大パルス電流値は、励磁コイル５の実効リアクタンスを計算して算出すれば良い。
　本発明では、被着磁物への着磁磁場Hext（kOe）の大きさを、被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石が各着磁温度Ｔ（℃）において呈する保磁力HC（kOe）の少なくとも2倍の磁場に設定することにより、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の加熱温度がキュリー点未満であっても飽和多極着磁が可能となり、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を確実に着磁することが出来ることを見出した。更に、着磁磁場Hextをパルス状の磁場とすることにより、着磁磁場の印加を短時間で完了させることが出来る。従って、着磁に掛かる消費電力を低減することが可能となる。
　次に、被着磁物の冷却工程について説明する。任意の温度Ｔ（℃）までＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の加熱温度が達したことを確認し、着磁磁場Hextが印加された後、被着磁物が冷却される。冷却手段としては特に限定されず、自然放冷の他、水冷、空冷、ガス吹き付けなどの強制冷却、加熱温度調整など任意の方法で行うことが可能である。本実施形態では一例として、前記着磁ヨーク１を水冷方法で冷却する。
　着磁ヨーク１の水冷構造としては、一例として着磁ヨーク１外周に銅製のチューブ線を銀ロー付けしてチューブ線内に水循環させるか、着磁ヨーク１外周に穴部２と平行に上下方向の貫通穴を形成し、水冷パイプガイドとすれば良い。
　被着磁物が室温（20（℃））まで冷却されたことを確認後、被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石８を着磁ヨーク１の穴部２から取り出し、新たな被着磁物を穴部２に挿入し、一連の加熱、着磁、冷却工程を繰り返し行う。このような着磁方法により、被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の外周面には、着磁ヘッド４に対応した極数pの磁極が高い着磁率でもって現れる。なお、ここでいう着磁率とは、着磁された磁極の表面磁束密度について、飽和値からの比率で表されるものとする。
　着磁が完了し室温（20（℃））まで冷却された、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石８の磁極中央部付近を切り取って試験片とし、磁化曲線をVSM（Vibrating Sample Magnetometer：振動試料型磁力計）で測定し着磁率の評価を行ったところ、着磁率80（%）以上が確認された。以上により、本実施形態に係る着磁方法によりＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の着磁率を少なくとも80（%）まで上昇させられることが確認出来た。
　このように本発明では、大きな着磁磁場の発生が難しい多極の磁石構造を有するＳｍＣｏ系希土類焼結磁石であっても、前記数１に基づく必要最低限の加熱として400（℃）を超えて加熱することなく、着磁率を室温にて着磁した場合と比較して大幅に向上させることができる。従って、冷却の容易化の効果に加え、確実な着磁を短時間で且つ消費電力を低減して行うことが可能となる。これにより、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の耐熱性および量産性と生産効率を向上させることが出来る。また着磁率が向上するので、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石を搭載した永久磁石モータの高出力化に貢献することが出来る。
　また、保磁力が15（kOe）以上の特に耐熱性が高い仕様のＳｍＣｏ系希土類磁石は、従来の方法では不完全着磁になり易く、折角の磁石素材が備える耐熱性を十分に生かすことが出来ないが、本実施形態の着磁方法によれば、数１に従って加熱温度を設定することで多極の飽和着磁が可能であり、その耐熱性を十分に引き出すことが出来る。
　更に、本実施形態に係る着磁方法を採用することにより、着磁率の向上だけでなく、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の冷却の容易化に加え、着磁工程を短時間且つ低消費電力で行うことが可能となる。従って、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の使用上限温度および量産性と生産効率の向上が図れる。
　本発明のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石8は、（着磁面の直径D／極数p）の値（mm）が（4/π）（mm）未満（（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm））の大小関係を満足する。特に着磁面の直径Dが10（mm）以下の場合、従来の多極着磁方法では着磁磁場Hext不足により不完全着磁となり、希土類焼結磁石の耐熱性が低下してしまう。しかし、本実施形態の多極着磁方法によれば飽和着磁され、磁石素材が本来備えている耐熱性を引き出すことが出来る。
　なお、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）との大小関係を変形すると、（（π×D）／p）＜4となる。着磁面の直径Dが10（mm）で極数pが8の場合は、（（π×D）／p）は約3.9となるので、4を閾値とした。
　（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）の大小関係を満たしていても、着磁ヨーク１で発生可能な着磁磁場Hextである15（kOe）にて、加熱無しで室温（20（℃））において所望の着磁率（%）を得ることができる最小の保磁力として、数１より7.5（kOe）
が導出される。従って、7.5（kOe）超（7.5（kOe）＜HCJ）を、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の室温（20（℃））における保磁力HCJ（kOe）の下限に設定する。
　更に、着磁ヨーク１の耐熱は主として、励磁コイル５の導線の絶縁性被覆の耐熱性と、励磁コイル５をモールドする樹脂の耐熱性によって決まるが、その実用上の上限が400（℃）となる。従って、本実施形態に係る着磁方法にて400（℃）で着磁した場合に、所望の着磁率（%）以上を実現できる最大の保磁力として、27（kOe）を上限に設定する。なお本発明では、前記所望の着磁率として80（%）以上と設定する。
　本発明で、所望の着磁率を80（%）以上に設定した理由は、次の通りである。キュリー点が高く高温に強いと言われるアルニコ磁石が存在するが、その中でも比較的保磁力が大きく、小形に設計する自由度が高いアルニコ８が存在する。このアルニコ８に対して、ＳｍＣｏ系希土類焼結磁石において磁束密度の優位性を確保するとの観点から、着磁率は80%以上の必要があると本出願人は考察の結果、結論に至った。
　以上により、大きな着磁磁場の発生が難しい、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）の大小関係を満足するような小径で多極の磁石構造を有するＳｍＣｏ系希土類焼結磁石であっても、7.5（kOe）＜HCJ≦27（kOe）の保磁力を有し、且つ80（%）以上の着磁率を実現する事が出来る。
　なお、本発明は本実施形態に特に限定されるものでは無く、例えば着磁ヘッド４は8極以外にも設定可能であり、例えば被着磁物のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の着磁面の直径Dが3（mm）以下の場合は磁極数を4極に変更しても良い。
　なお、着磁ヨーク１の構造などは、被着磁物であるＳｍＣｏ系希土類焼結磁石の寸法や、着着磁ヘッド数などに応じて適宜変更して良い。
　以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
　本実施例における被着磁物には、外形形状が図１に示すような円筒状で、着磁面の直径（外径）Dが5（mm）、内径が3（mm）、及び長さが11（mm）に設定された、Ｓｍ2Ｃｏ17焼結磁石を用いた。これに外周8極着磁を行う様に着磁ヨークを設計した。
　室温RTを20（℃）と設定し、室温における保磁力の異なる4種類のＳｍ2Ｃｏ17焼結磁石を被着磁物とし、保磁力HCJが7.5（kOe）、8（kOe）、27（kOe）、28（kOe）のものをそれぞれ試験片１～４とした。なお、それぞれの保磁力の温度係数βはいずれも-0.19（%/℃）のものを用いた。更に、発生可能な着磁磁場Hextが15（kOe）の着磁ヨークにて飽和着磁する場合に必要な加熱温度を前記数１から求め、Ｔ＝20、53、400、及び405（℃）と算出した。しかしながら405℃に加熱することは困難であるので、着磁ヨークに挿入する被着磁物を試験片毎に、20、53、400、及び400（℃）まで加熱する。
　また、本実施例で使用する着磁装置を構成する着磁ヨークは、図２に示す構成とし、8極着磁を行うものとする。
　加熱により20、53、400、及び400（℃）まで達したことを確認後、励磁コイルに電流を流し、パルス状の着磁磁場Hextを被着磁物に印加した。
　着磁後、被着磁物であるＳｍ2Ｃｏ17系希土類焼結磁石は着磁ヨークに挿入されたまま自然放冷で冷却し、被着磁物が室温（20（℃））まで冷却されたことを確認後、各磁石外周の磁極中央部付近の表面磁束密度をガウスメータにて測定し、着磁率の評価を行った。その評価結果として表１に、着磁率80（%）以上を示した試験片を○印で表すと共に、着磁率80（%）未満を示した試験片を×印で表した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　表１に示すように実施例の各試験片の内、HCJが27（kOe）以下において着磁率80（%）以上を実現可能であることが判明したと共に、28（kOe）では着磁率が80（%）未満になることが判明した。以上により本実施例では、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）の大小関係を満足して7.5（kOe）＜HCJ≦27（kOe）の保磁力を有すると共に、80（%）以上の着磁率を実現する事が可能となった。
比較例
　次に、室温20（℃）における保磁力HCJが7.5（kOe）、8（kOe）、27（kOe）、28（kOe）の4種類のＳｍ2Ｃｏ17系希土類焼結磁石を被着磁物とし、それぞれ試験片１～４として室温（20（℃））にて着磁を行い、比較例とした。前記実施例と本比較例との相違点は、着磁の際に数１に基づく温度Ｔ（℃）まで加熱するか、加熱せず室温20（℃）で着磁を行うか、のみであり、その他の条件は実施例と比較例で同一とした。
　比較例の試験片毎の着磁率の評価結果を、前記表１に示す。実施例と同様に、着磁率80（%）以上を示した試験片を○印で表すと共に、着磁率80（%）未満を示した試験片を×印で表した。
　表１に示すように比較例の各試験片の内、HCJが7.5（kOe）においてのみ着磁率80（%）以上が実現され、8.0（kOe）以上では着磁率80（%）以上を実現出来ないことが判明した。従って、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）の大小関係を満足する小径及び多極のＳｍ2Ｃｏ17系希土類焼結磁石では、高保磁力になると着磁率が不十分となり、加熱無しでは高保磁力と高着磁率を同時に実現することは不可能であることが確認された。
　　　１　　　着磁ヨーク
　　　２　　　穴部
　　　３　　　溝
　　　４　　　着磁ヘッド
　　　５　　　励磁コイル
　　　６　　　芯棒
　　　７　　　加熱用プランジャ
　　　８　　　被着磁物（希土類磁石）

Claims (2)

  1. 　外形が円筒状、リング状、円柱状、又は円盤状の何れかであり、外周もしくは内周に極数p（pは4以上の偶数）に多極着磁されており、（着磁面の直径D／極数p）（mm）＜（4／π）（mm）であり、室温（℃）における保磁力HCJ（kOe）が7.5（kOe）＜HCJ≦27（kOe）であり、80（%）以上の着磁率を有することを特徴とするＳｍＣｏ系希土類焼結磁石。
  2. 　前記着磁面の直径Dが10（mm）以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳｍＣｏ系希土類焼結磁石。
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