WO2005124800A1 - ラジアル異方性円筒焼結磁石及び永久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法 - Google Patents

ラジアル異方性円筒焼結磁石及び永久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法 Download PDF

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WO2005124800A1
WO2005124800A1 PCT/JP2005/011246 JP2005011246W WO2005124800A1 WO 2005124800 A1 WO2005124800 A1 WO 2005124800A1 JP 2005011246 W JP2005011246 W JP 2005011246W WO 2005124800 A1 WO2005124800 A1 WO 2005124800A1
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magnet
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cylinder
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Koji Sato
Takehisa Minowa
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Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F1/08—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/086—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together sintered

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a radially anisotropic cylindrical sintered magnet and a method for manufacturing a cylindrical multipole magnet for a permanent magnet motor suitable as a cylindrical magnet rotor for a synchronous permanent magnet motor such as a servomotor or a spindle motor. About the method.
  • Anisotropic magnets made by pulverizing crystalline magnetic anisotropic materials such as ferrites and rare earth alloys and press-forming them in a specific magnetic field are used as speakers, motors, measuring instruments, and other electromagnets. Widely used for air appliances. Among them, magnets having anisotropy in the radial direction are particularly excellent in magnetic properties, can be freely magnetized, and do not require reinforcement for fixing magnets such as segment magnets. Used for brushless motors, etc. In particular, in recent years, with the improvement of motor performance, long radial anisotropic magnets have been required.
  • a magnet having a radial orientation is manufactured by a vertical magnetic field vertical molding method or a backward extrusion method.
  • the vertical magnetic field vertical forming method is characterized in that a magnetic field is applied from an opposing direction through a core from a pressing direction to obtain a radial orientation. That is, in the vertical magnetic field vertical molding method, as shown in FIG. 2, the magnetic field generated in the orientation magnetic field coil 2 is opposed through the cores 4 and 5, the cores 4 and 5 pass through the die 3, and the molding machine In a magnetic circuit that circulates through the gantry 1, the charged magnet powder 8 is radially oriented.
  • 6 is an upper punch and 7 is a lower punch.
  • the magnetic field generated by the coil forms a core, a die, a molding machine base, and a magnetic path serving as the core.
  • a ferromagnetic material is used as a material of a portion forming a magnetic path, and mainly an iron-based metal is used.
  • the magnetic field strength for orienting the magnet powder is determined as follows5. [0005] The magnetic flux passing through the upper and lower cores collides against the center of the core and opposes to the die. The amount of magnetic flux passing through the core is determined by the saturation magnetic flux density of the core. Degree.
  • the orientation magnetic field at the inner and outer diameters of the magnet powder filling is obtained by dividing the amount of magnetic flux passing through the upper and lower cores by the inner and outer areas of the magnet powder filling section.
  • Is A (magnet powder filling outer diameter) and magnet powder filling height is L,
  • the height of the compact is about half of the height of the filling powder and becomes about 80% during sintering, so the height of the magnet becomes very small.
  • the saturation magnetic flux density of the core determines the strength of the orientation magnetic field, the size of the magnet that can be oriented, that is, the height, is determined by the core shape, and it is difficult to manufacture a long product in the cylinder axis direction. Met. In particular, only a very short product could be manufactured with a cylindrical magnet having a small diameter.
  • the radial anisotropic magnet is difficult to manufacture by the above method, and it is more difficult to manufacture it in large quantities at low cost.
  • a motor using the radial anisotropic magnet is also very expensive. There was a disadvantage of getting it.
  • Co substituted for Fe is not only contained in the main phase 2_14_1 of the alloy structure, but forms RCo in the R-rich phase. And significantly reduce the mechanical strength. Power
  • R_ (Fe, Co) _B-based radial anisotropic ring magnets are more restrictive in shape than R_Fe_B-based magnets that do not contain Co, and stable magnet production is possible only with a shape with an inner / outer diameter ratio of 0.9 or more. Did not. This is a particularly serious problem for small-diameter radial magnets, because the ratio of inner and outer diameters is reduced even if the wall thickness is small. Also, ferrite magnets and Sm_Co-based magnets have cracks and cracks for the same reason, and are in a state where stable production has not been achieved. 1
  • the term that has the greatest effect on the cause of cracks or cracks is ⁇ : difference in linear expansion coefficient (H II-a ⁇ ), and is a ferrite magnet, an Sm—Co-based rare earth magnet.
  • H II-a ⁇ difference in linear expansion coefficient
  • Sm—Co-based rare earth magnet difference in linear expansion coefficient depending on the crystal direction
  • thermal expansion anisotropy appears from the Curie temperature and increases as the temperature decreases during cooling. At this time, the residual stress exceeds the mechanical strength of the magnet, leading to cracking.
  • the stress due to the difference in thermal expansion between the orientation direction and the direction perpendicular to the orientation direction occurs because the cylindrical magnet is radially oriented over the entire circumference in the radial direction. Therefore, if a cylindrical magnet having a partly different orientation from the radial orientation is manufactured, no cracking will occur.
  • a magnetic field perpendicular to the cylinder axis produced by a horizontal magnetic field vertical molding method Oriented cylindrical magnets do not crack in any type of Sm_Co-based rare-earth magnet or Nd_Fe (Co) _B-based rare-earth magnet.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to easily manufacture a multi-unit, long product. Even if the internal / external diameter ratio is small, the present invention may cause cracks during sintering or aging cooling.
  • the present invention uses a ferromagnetic material having a saturation magnetic flux density of 0.5 T or more for at least a part of a core of a molding die for a cylindrical magnet, and fills the mold cavity with the ferromagnetic material.
  • a method for producing a radially anisotropic cylindrical sintered magnet by applying an orientation magnetic field to a magnet powder by a horizontal magnetic field vertical molding method and shaping the obtained magnet powder, and sintering the obtained compact. And the following (i) to (iii)
  • a method for producing a radially anisotropic cylindrical sintered magnet characterized by obtaining a radially anisotropic cylindrical sintered magnet of 50 to 95%.
  • the local orientation is intentionally disturbed by increasing or decreasing the residual magnetic flux density in the radial direction of the cylinder of the radially anisotropic cylindrical sintered magnet along the circumferential direction of the cylinder.
  • This makes it possible to manufacture radially anisotropic cylindrical sintered magnets having good magnetic properties without cracking or cracking during sintering or aging cooling, especially radial anisotropic rare earth cylindrical sintered magnets.
  • a radially anisotropic cylindrical sintered magnet having excellent magnetic properties free from cracks and cracks even in a shape having a small inner / outer diameter ratio, and particularly a radially anisotropic rare earth cylindrical sintered magnet can be manufactured.
  • the present invention provides the radially anisotropic cylindrical sintered magnet obtained by the above method within a range of ⁇ 10 ° in a circumferential direction centered on a radial direction where the residual magnetic flux density shows a minimum value.
  • a method for manufacturing a cylindrical multipole magnet for a permanent magnet motor wherein the magnet is magnetized to 4n poles (n is an integer of 1 to 20) so that a boundary between the N pole and the S pole is located.
  • the circumferential direction of the cylindrical magnet is within a range of ⁇ 10 ° in the circumferential direction centered on the radial direction where the residual magnetic flux density shows the minimum value, including the part where the residual magnetic flux density shows the minimum value with the orientation disorder.
  • An anisotropic cylindrical sintered magnet can be manufactured.
  • a servo motor, a spindle motor, and the like are provided. It is possible to manufacture cylindrical multi-pole magnets for permanent magnet motors having excellent magnetic properties, suitable for use as cylindrical magnet rotors for synchronous permanent magnet motors. It becomes.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a horizontal magnetic field vertical forming apparatus used when manufacturing the radially anisotropic cylindrical sintered magnet of the present invention, wherein (a) is a plan view, b) is a longitudinal sectional view.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a conventional vertical magnetic field vertical forming apparatus used when manufacturing a radially anisotropic cylindrical sintered magnet, where (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a view in (a) of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line A-A ′.
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically showing magnetic field lines when a magnetic field is generated when a radially anisotropic cylindrical sintered magnet is manufactured by the apparatus shown in FIGS. 1 and 2.
  • the method for producing a radially anisotropic cylindrical sintered magnet of the present invention uses a ferromagnetic material having a saturation magnetic flux density of 0.5 T or more for at least a part of the material of the core of the molding die for a cylindrical magnet.
  • the magnet powder filled in the mold cavity is molded by applying an orientation magnetic field to the magnet powder by a horizontal magnetic field vertical molding method, and the obtained molded body is sintered to form a radially anisotropic cylindrical sintered magnet. It is a method of manufacturing, the following (i) ⁇ (iii)
  • the residual magnetic flux density in the radial direction of the cylinder increases and decreases in a 90 ° cycle along the circumference of the cylinder, and the maximum value of the residual magnetic flux density in the radial direction over the entire circumference of the cylinder becomes 0.95 or more: 1.
  • a radially anisotropic cylindrical sintered magnet having 60 T and a minimum value of the residual magnetic flux density in the radial direction of 50 to 95% of the maximum value is obtained.
  • a ferromagnetic material having a saturation magnetic flux density of 0.5 T or more is used for at least a part of a core of a molding die for a cylindrical magnet,
  • the magnet powder filled in the mold cavity is molded by applying a directional magnetic field to the magnet powder by a horizontal magnetic field vertical molding method, and the obtained compact is sintered.
  • Fig. 1 is an explanatory view of a horizontal magnetic field vertical forming apparatus for performing orientation in a magnetic field when forming a cylindrical magnet.
  • This horizontal magnetic field vertical forming apparatus is particularly suitable for manufacturing motor magnets. It is.
  • 1 indicates a molding machine stand
  • 2 indicates an orientation magnetic field coil
  • 3 indicates a die
  • 5a indicates a core.
  • Reference numeral 6 denotes an upper punch
  • 7 denotes a lower punch
  • 8 denotes a charged magnetic powder
  • 9 denotes a pole piece.
  • the core of the molding die for a cylindrical magnet such as the core indicated by 5a in Fig. 1
  • the strong core material include ferromagnetic materials using materials such as Fe-based materials, Co-based materials, and alloys thereof.
  • FIG. 3 (b) when the entire core 5b is used as a non-magnetic material or a material having a saturation magnetic flux density equivalent to that of the magnet powder, the magnetic flux lines are as shown in FIG. 3 (b). Parallel to each other, near the center (horizontal center of the applied magnetic field) in the figure is in the radial direction, but as it goes upward and downward (on both sides in the horizontal direction of the applied magnetic field), it becomes the direction of the orientation magnetic field by the coil.
  • the magnetic flux tends to enter the ferromagnetic material perpendicularly when an orientation magnetic field is applied to the magnet powder. Draw near magnetic field lines. Therefore, as shown in FIG. 3A, the magnetic field direction of the magnet powder filling portion can be made closer to the radial orientation.
  • the core is formed of a ferromagnetic material, if the core has a saturation magnetic flux density of less than 0.5T, the core is easily saturated, and although the ferromagnetic core is used. When the magnetic field is close to the state shown in Fig. 3 (b), radial orientation cannot be performed effectively.In addition, when the magnetic field is less than 0.5T, the saturation density of the filled magnet powder (the saturation magnetic flux density of the magnet) X filling factor), and the direction of the magnetic flux in the filled magnet powder and the ferromagnetic core is not equal to the magnetic field direction of the coil. I will.
  • the entire core is a ferromagnetic material.
  • the magnetic field is applied by performing at least one of the above operations.
  • the initial magnetic field application is in a state as shown in Fig. 3 (a), and the filled magnet powder is placed at the center of the cylindrical magnetic field application direction and on both sides of the magnetic field application direction. At the part overlapping with the part, it is oriented in the direction of application of the magnetic field, and at other parts, it is oriented close to radial.
  • the filled magnet powder is displaced horizontally (in the direction of the end face of the cylinder) with respect to the previously applied magnetic field.
  • the magnetic field is applied in the radial direction except for the portion overlapping the central portion of the cylinder in the magnetic field application direction and both sides in the magnetic field application direction, so that the degree of orientation in the radial direction is increased.
  • the magnetic field is applied perpendicularly to the orientation direction by the previous magnetic field application at the part that overlaps the center of the cylinder in the magnetic field application direction and both sides in the magnetic field application direction. The force that will be applied All magnet particles in this area will not be oriented in the direction of the newly applied magnetic field. Therefore, each magnet particle constituting the magnet is oriented in a different direction.
  • the number of repetitions is preferably 3 to 10 times. More preferably, it is 3 to 7 times.
  • the residual magnetic flux density in the radial direction of the cylinder increases and decreases in a cycle of 90 ° along the circumferential direction of the cylinder, and the diameter in the entire circumference of the cylinder increases.
  • the stress represented by the above-described formula (1) is generated due to a radially oriented continuum in the circumferential direction, that is, a radially anisotropic cylindrical magnet, and the radial orientation is degraded in the radial direction. Stress can be reduced by partially relaxing the stress.
  • the radially anisotropic cylindrical sintered magnet obtained by the method for manufacturing a sintered cylindrical anisotropic magnet of the present invention the residual magnetic flux density in the radial direction of the cylinder increases and decreases at a 90 ° cycle along the circumferential direction of the cylinder. It is becoming so.
  • the residual magnetic flux density in the radial direction along the circumferential direction of the cylinder increases and decreases in four cycles during the entire circumference (360 °), and the maximum and minimum values of the residual magnetic flux density in the radial direction are each 90 ° apart. There are four places each. Then, a portion where the orientation is disturbed (a portion where the orientation is discontinuous) is a portion where the residual magnetic flux density in the radial direction shows a minimum value.
  • a portion having a disordered orientation exists randomly, after magnetizing, a portion having a low magnetic flux density will be present separately, which may cause torque clipping when incorporated in a motor.
  • the radially anisotropic cylindrical sintered magnet of the present invention there are portions where the orientation is disturbed at every 90 ° along the circumferential direction of the cylinder, that is, there are portions where the residual magnetic flux density is low. Since the portions having a small amount of magnetic flux are periodically arranged at intervals of 90 °, the torque ripple is reduced.
  • the portion whose orientation is disturbed exists continuously from the upper end to the lower end of the cylinder in the cylinder axis direction, and the occurrence of cracks and cracks is suppressed over the entire axial direction of the cylinder magnet.
  • the part where the orientation is disturbed since the part is oriented in a direction different from the radial direction, the residual magnetic flux density is not small, and each of the magnet particles constituting the part is in a different direction. The stress that causes cracking is efficiently reduced.
  • the portion where the orientation is disturbed can be present in a very small volume, and even if it is very small, it is arranged in four places, so that the effect of preventing cracking is great.
  • the radially anisotropic cylindrical sintered magnet preferably has a minimum value of the residual magnetic flux density in the radial direction of 50 to 95% of a maximum value. Or 50-90%.
  • the minimum value of the residual magnetic flux density in the radial direction is set to 95% or less of the maximum value of the residual magnetic flux density in the radial direction. Is suppressed.
  • the minimum value of the residual magnetic flux density in the radial direction is less than 50% of the maximum value, it means that the magnet particles are aligned in a direction other than the radial direction, and the magnetic flux in this area is Changes discontinuously, causing torque ripple. Furthermore, the maximum value of the residual magnetic flux density in the radial direction over the entire circumference of the cylinder is 0.95-1.60T in order to obtain an effective torque when incorporated into the motor.
  • the radially anisotropic cylindrical sintered magnet has an outer diameter and an inner diameter of 90 mm or less, an outer diameter of 100 mm or less, and an inner and outer diameter of 90 mm or less. It is preferable that the ratio (inner diameter / outer diameter) is 0.3 or more and the height is 70 mm or less. If the outer diameter is more than 100 mm and the inner diameter is more than 90 mm, a portion with disordered orientation may not be easily formed, and even if formed, the effect of suppressing cracks and cracks may be small.
  • a magnet having a required axial length can be obtained by one powder supply and one pressurization, but a magnet may be obtained by a plurality of pressurizations.
  • the magnetic field generated by the horizontal magnetic field / vertical molding device is preferably 0.5 to 12 kOe.
  • the reason for determining the magnetic field generated by the horizontal magnetic field vertical molding device in this way is that when the magnetic field is large, the core 5a in Fig. 3 (a) becomes saturated, and it becomes a state close to Fig. 3 (b).
  • the magnetic field is preferably 12 k ⁇ e or less, particularly preferably 10 k ⁇ e or less, since radial orientation may not be obtained.
  • magnetic flux concentrates on the core, so that a magnetic field larger than the magnetic field generated by the coil is obtained around the core.
  • the magnetic field is preferably 0.5 k ⁇ e or more, particularly preferably lk ⁇ e or more.
  • the magnetic field generated by the horizontal magnetic field vertical shaping device here is the magnetic field or ferromagnetic core at a location sufficiently far from the ferromagnetic material. Means the value of the magnetic field when measured.
  • the magnetic field applied to the magnet powder during one of the operations (i) to (iii) immediately before molding or during molding is 1.25 2510 5 / ⁇ 2 ⁇ 10 6 / ⁇ / ⁇ (0.5 to 8 kOe), preferably 2.5 X 10 5 / ⁇ to 1.25 X 10 6 / A / m (l to 5 k ⁇ e).
  • the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the direction of the applied magnetic field in the direction of the end face of the cylinder.
  • This magnetic field is 2 ⁇ 10 6 / ⁇ A / m If it is larger than (8 kOe), it is difficult to maintain the orientation by the immediately preceding application of the magnetic field, and good orientation has already been obtained. On the other hand, 1. 25 chi is less than 10 5 / ⁇ ⁇ / ⁇ ( 0. 5kOe), orientation improvement effect small tool orientation by the magnetic field applied to the magnetic field is too weak is modified May not be improved.
  • the magnet powder is not particularly limited. Nd_Fe_B-based force, ferrite magnet, Sm-Co-based rare-earth magnet, and force to use the raw material magnet powder of various bond magnets. Alloy powder having a diameter of 0.1 to 10 zm, particularly l to 8 xm is preferred.
  • the method for producing a cylindrical multipole magnet for a permanent magnet motor according to the present invention is characterized in that the radially anisotropic cylindrical sintered magnet obtained by the above-described method is formed such that the radially anisotropic cylindrical sintered magnet has a minimum value at the center. It is magnetized to 4n poles (n is an integer from! To 20) such that the boundary between the N pole and the S pole is located within ⁇ 10 ° of the direction.
  • the residual magnetic flux density including the four locations where the orientation is disturbed shows a minimum value
  • the N pole and the S pole By magnetizing so that the boundary is located, a portion with little magnetic flux does not appear on the pole, and the magnetic flux density of the pole becomes large and uniform, so the cylindrical multi-pole for permanent magnet motor without motor torque unevenness and torque deterioration You can get a magnet.
  • a permanent magnet motor when the cylindrical multipole magnet for a permanent magnet motor is incorporated as a rotor into a motor, particularly a motor having a plurality of stator teeth, a permanent magnet motor can be obtained.
  • the radially anisotropic cylindrical sintered magnet obtained by the method for producing a radially anisotropic cylindrical sintered magnet of the present invention, which is subjected to multipolar magnetization in this manner, is a conventional radial anisotropic cylindrical cylinder.
  • the magnetization and magnetic properties near the poles are low, so the change in the magnetic flux density between the poles is smooth, and the cogging torque of the motor is sufficiently small.
  • the cogging torque can be further reduced.
  • the skew angle of the radially anisotropic cylindrical sintered magnet is less than 1/10 of the angle of one pole in the circumferential direction of the radially anisotropic cylindrical sintered magnet, the cogging torque due to the skew magnetization will occur. If the effect of reduction is smaller than 2/3, the tonolek of the motor will increase significantly, so the skew angle is 1/10 to 2/3 of the angle of one pole in the circumferential direction of the radially anisotropic cylindrical sintered magnet. In particular, an angle of 1Z10 to 2Z5 is preferable.
  • Nd, Dy, Fe, Co, Al, and Cu each having a purity of 99.7% by mass and B having a purity of 99.5% by mass were melt-formed in a vacuum melting furnace to obtain an alloy of Nd Dy Fe Co B Al Cu Inn
  • the ingot was roughly pulverized with a joyou crusher and a brown mill, and further pulverized with a jet mill in a nitrogen stream to obtain a fine powder (magnet powder) having an average particle size of 3.5 ⁇ m.
  • a horizontal magnetic field vertical forming apparatus shown in Fig. 1 in which a ferromagnetic material (S45C: Fe steel) core having a saturation magnetic flux density of 2.0 T is arranged on this fine powder.
  • a ferromagnetic material S45C: Fe steel
  • a magnetic field of 8 kOe is applied from one horizontal direction to orient the filled magnet powder, and a magnetic field of 3 kOe is applied on the spot (without rotation) from the opposite direction to the horizontal direction [1st. Magnetic field application operation],
  • the filled magnet powder is further rotated by 90 ° in the horizontal direction, and a magnetic field of 3 k ⁇ e from one horizontal direction and 3 k ⁇ e from the opposite direction is the same as the first magnetic field application operation. Repeat the application operation six times.
  • the filled magnetic powder is further rotated 90 ° in the horizontal direction, and while applying a magnetic field of 2.5 k ⁇ e from the same horizontal direction as the first magnetic field application operation, 500 kgf / Molding was performed at a molding pressure of cm 2 . At this time, the packing density of the magnet powder before molding was 40%.
  • this compact was sintered in Ar gas at 1,080 ° C for 1 hour, and after sintering, an aging heat treatment was performed at 530 ° C for 1 hour, and a ci) of 30 mm X ⁇ 20 mm X L30 mm A rare earth cylindrical sintered magnet was obtained.
  • Table 1 also shows the number of cracks generated when 100 rare earth cylindrical sintered magnets were manufactured by the above method.
  • Example 1 Using the same magnetic powder as in Example 1, using a vertical magnetic field vertical forming apparatus shown in Fig. 2, the magnetic field generated by the coil was set at 20k ⁇ e, and the magnetic powder was filled at a height of 30mm. The magnet powder is moved downward and the magnetic powder is further placed on the compact at a filling height of 30 mm, and similarly molded in a magnetic field. The process of filling and molding this magnet powder by 30 mm was repeated once more (total 3 times), sintering and aging heat treatment were performed under the same conditions as in Example 1, and a ⁇ 30 ⁇ 20 mm x L30 mm rare earth cylinder A sintered magnet was obtained. The residual magnetic flux density Br was measured in the same manner as in Example 1, and the number of cracks generated was counted. Table 1 shows the results.
  • Nd, Dy, Fe, Co, Al, and Cu each having a purity of 99.7% by mass and B having a purity of 99.5% by mass were melt-formed in a vacuum melting furnace to obtain an alloy of Nd Dy Fe Co B Al Cu Ingo
  • the ingot was roughly pulverized with a joyou crusher and a brown mill, and further pulverized with a jet mill in a nitrogen stream to obtain a fine powder (magnet powder) having an average particle size of 3.5 ⁇ m.
  • This magnet powder was subjected to a horizontal magnetic field vertical molding device shown in Fig. 1 in which a ferromagnetic material (permendur: Fe-Co alloy) having a saturation magnetic flux density of 2 ⁇ 25T was arranged.
  • a ferromagnetic material permendur: Fe-Co alloy
  • a magnetic field of 9 kOe is applied from one horizontal direction to orient the filled magnet powder, and a magnetic field of 5 kOe is applied on the spot (without rotation) from the opposite direction to the horizontal direction [1st. Magnetic field application operation],
  • the filled magnet powder is further rotated 90 ° in the horizontal direction,
  • the molding was performed at a molding pressure of 500 kgf / cm 2 while applying a magnetic field of 2 k ⁇ e from the same horizontal direction as in the first magnetic field application operation and further applying a magnetic field of 2 k ⁇ e from the opposite direction.
  • the packing density of the magnet powder before molding was 40%.
  • this compact was sintered in Ar gas at 1,100 ° C. for 1 hour, and after sintering, an aging heat treatment was performed at 550 ° C. for 1 hour to obtain ⁇ 8.2 mm ⁇ ⁇ 3.5 mm X L18mm rare earth cylindrical sintered magnet was obtained.
  • the maximum value of the residual magnetic flux density in the radial direction of the obtained rare-earth cylindrical sintered magnet over the entire circumference of the cylinder is 1.18 T.
  • This magnet is processed into a ⁇ 8mm X ⁇ 3.7mm X LI 7mm, and a positive / negative two direction in each of the magnetic field application direction and the vertical direction during molding (four directions in which the residual magnetic flux density shows the minimum value) ) was magnetized to 4 poles so that the boundary between N pole and S pole.
  • a motor was fabricated by incorporating this cylindrical multipole magnet as a rotor into a 6-state toothed motor, and the induced voltage (effective value) and the cogging torque (peak-peak) during 5 i "pm rotation were measured. Shown in
  • the motor is manufactured and induced in the same manner as in Example 2 except that the four poles are magnetized so that the residual magnetic flux density is the boundary between the N pole and the S pole. Voltage (effective value) and cogging torque (peak-peak) at 5 rpm rotation were measured. Table 2 shows the results.
  • the residual magnetic flux density (Br) of the radially anisotropic cylindrical sintered magnet of Example 2 is very high and is suitable for a high-performance motor.
  • the motor of Example 2 has an induced voltage about 1.2 times higher than the motor of Reference Example 1, and the boundary between the N pole and the S pole is located at a portion where the orientation is disordered (that is, the residual magnetic flux density is minimal). Value in four directions), a large induced voltage can be obtained, and a motor using such a radially anisotropic cylindrical sintered magnet becomes a high-performance motor.

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Abstract

　金型のコアの材質に強磁性体を用い、金型キャビティ内に充填した磁石粉を水平磁場垂直成形法により磁石粉に配向磁界を印加して成形し、焼結することにより、円筒の径方向の残留磁束密度が円筒の周方向に沿って９０°の周期で増減し、円筒の全周における径方向の残留磁束密度の最大値が０．９５～１．６０Ｔ、径方向の残留磁束密度の最小値が最大値の５０～９５％であるラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する方法、及び該磁石を、残留磁束密度が極小値を示す径方向を中央とする周方向±１０°の範囲内にＮ極とＳ極との境界が位置するように着磁する永久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法。

Description

明 細 書
ラジアル異方性円筒焼結磁石及び永久磁石モータ用円筒多極磁石の製 造方法
技術分野
[0001] 本発明は、ラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法、及びサーボモータ、スピンド ルモータ等の同期式永久磁石モータ用円筒磁石ロータとして好適な永久磁石モー タ用円筒多極磁石の製造方法に関する。
背景技術
[0002] フェライトや希土類合金のような結晶磁気異方性材料を粉砕し、特定の磁場中でプ レス成形を行って作製される異方性磁石は、スピーカ、モータ、計測器、その他の電 気機器等に広く使用されている。このうち特にラジアル方向に異方性を有する磁石は 、磁気特性に優れ、 自由な着磁が可能であり、またセグメント磁石のような磁石固定 用の補強の必要もないため、 ACサーボモータ、 DCブラシレスモータ等に使用され ている。特に近年はモータの高性能化にともなレ、、長尺のラジアル異方性磁石が求 められてきた。
[0003] ラジアル配向を有する磁石は、垂直磁場垂直成形法又は後方押し出し法により製 造される。垂直磁場垂直成形法は、プレス方向より、コアを介して磁場を対抗方向か ら印加し、ラジアル配向を得ることを特徴とするものである。即ち、垂直磁場垂直成形 法は、図 2に示されるように、配向磁場コイル 2において発生させた磁場をコア 4及び 5を介して対抗させ、コア 4, 5よりダイス 3を通過し、成形機架台 1を経て循環するよう な磁気回路にて、充填磁石粉 8をラジアル配向させるものである。なお、図中 6は上 パンチ、 7は下パンチである。
[0004] このように、この垂直磁場垂直成形装置にぉレ、て、コイルにより発生した磁界はコア 、ダイス、成形機架台、コアとなる磁路を形成させている。この場合、磁場漏洩損失低 下のため、磁路を形成する部分の材料には強磁性体を用レ、、主に鉄系金属が使わ れる。しかし、磁石粉を配向させるための磁場強度は、以下のようにして決まってしま 5。 [0005] 上下コアを通過した磁束がコア中央でぶつ力り対抗し、ダイスに至るが、コアを通つ た磁束量はコアの飽和磁束密度で決定され、鉄製コアで磁束密度が 2. 0T程度であ る。従って磁石粉充填内外径での配向磁場は、上下コアの通った磁束量を磁石粉 充填部の内面積及び外面積で割ったものとなり、コア径を B (磁石粉充填内径）、ダイ ス径を A (磁石粉充填外径）、磁石粉充填高さを Lとすると、
2 · π · (Β/2) 2· 20/ ( π · Β · υ = 10 'B/L…内周、
2 · π · (Β/2) 2· 20/ ( π .A.U = 10 ' B2/ (A'L)…外周
となる。外周での磁場は内周より小さいので、磁石粉充填部すべてにおいて良好な 配向を得るには、外周で 10k〇e以上必要であり、このため、 10 ' B2/ (A'L) = 10と なり、従って、 L = B2/Aとなる。成形体高さは充填粉の高さの約半分で、焼結時、更 に 8割程度になるので、磁石の高さは非常に小さくなる。このようにコアの飽和磁束密 度が配向磁界の強度を決定するためコア形状により配向可能な磁石の大きさ、即ち 高さが決まってしまい、円筒軸方向に長尺品を製造することが困難であった。特に、 径が小さな円筒磁石では非常に短尺品しか製造することができなかった。
[0006] また、後方押し出し法は設備が大掛力りで、歩留まりが悪ぐ安価な磁石を製造す ることが困難であった。
[0007] このようにラジアル異方性磁石は、上記方法では製造が困難であり、安く大量に製 造することは更に難しぐラジアル異方性磁石を用いたモータも非常にコストが高くな つてしまうという不利があった。
[0008] 焼結磁石でラジアル異方性リング磁石を製造する場合、異方性化に伴い、焼結及 び時効冷却過程において、磁石の C軸方向と C軸垂直方向との線膨張係数の差に より発生する応力が磁石の機械的強度より大きい場合、割れやクラックが発生し、問 題となる。このため、 R_Fe_B系焼結磁石では内外径比 0. 6以上の磁石形状での み製造が可能であった（日立金属技報， Vol. 6, p. 33— 36)。更に、 R_ (Fe, Co) _ B系焼結磁石では、 Feを置換した Coは合金組織中主相の 2 _ 14 _ 1相に含まれ るだけでなぐ Rリッチ相中で R Coを形成し、機械的強度を著しく低減する。し力もキ
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ユリ一温度が高いため、冷却時のキュリー温度〜室温間における C軸方向及び C軸 垂直方向の熱膨張率変化量も大きくなり、割れ、クラックの発生原因である残留応力 が増大する。このため、 R_ (Fe， Co) _B系ラジアル異方性リング磁石は、 Coの入ら ない R_Fe_B系磁石より更に形状制限が厳し 内外径比 0. 9以上の形状でしか 、安定した磁石生産が行えなかった。し力 小径のラジアル磁石の場合、肉厚が薄く とも内外径比が小さくなつてしまうため、特に深刻な問題である。また、フェライト磁石 、 Sm_Co系磁石においても、同じ理由により、割れ、クラックが発生し、安定生産で きていない状態である。 1
[0009] ラジアル異方性化に伴う焼結及び時効冷却過程で発生する割れ又はクラックの原 因となる周方向の残留応力は、フェライト磁石に関する Koolsの検討結果 (F. Kools , Science of Ceramics, Vol. 7(1973), p. 29— 45)に示され、式（1)のように 表される。
σ = ΔΤΔ αΕΚ2/(ΐ-Κ2) - (K β η ^-Κβ — Κ—し 1) (1)
σ ： 周方向の応力
Θ
ΔΤ: 温度差
Δ ： 線膨張係数の差（α II— α丄）
Ε ： 配向方向のヤング率
κ2 ： ヤング率の異方性比 (Ε丄 /Ε II )
位置 (r/外径）
β
Ρ ： 内外径比（内径/外径）
[0010] 上記式のうち、割れ又はクラックの原因に最も大きな影響を与える項は、 Δ α：線膨 張係数の差（ひ II - a丄）であり、フェライト磁石、 Sm— Co系希土類磁石、 Nd— Fe 一 B系希土類磁石では、結晶方向による熱膨張率の差 (熱膨張異方性）はキュリー 温度より発現し、冷却時の温度低下により増大する。このとき、残留応力が磁石の機 械強度以上となり、割れに至る。
[0011] 上記式による、配向方向と配向方向に垂直な方向における熱膨張の違いによる応 力は、円筒磁石が、全周に亘り径方向にラジアル配向するがゆえに発生する。従つ て、一部がラジアル配向と異なる配向を有する円筒磁石を製造すれば割れが発生す ることはない。例えば、水平磁場垂直成形法によって作製された、円筒軸に垂直な一 方向に配向された円筒磁石は、 Sm_Co系希土類磁石、 Nd_Fe (Co) _B系希土 類磁石のどのタイプの磁石においても割れることはない。
[0012] 割れはラジアル配向であるがゆえに発生するものである力 通常ラジアル磁石では 、割れを防ぐために、ラジアル磁石のラジアル方向への配向を乱し、 C軸方向での熱 膨張と C軸垂直方向での熱膨張との差を減じる方法を採る。しかし、この方法では、 モータのトルクの源となる磁石からの磁束が減じてしまレ、、高性能モータとはならない 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] 本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、多連、長尺品を容易に製造可能で、 特に内外径比が小さい形状であっても、焼結時や時効冷却過程において割れ、クラ ックの発生がなぐ磁気特性の良好なラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する方法 、及びこの方法により得られたラジアル異方性円筒焼結磁石を用いて永久磁石モー タ用円筒多極磁石を製造する方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明は、上記目的を達成するため、円筒磁石用成形金型のコアの少なくとも一 部の材質に飽和磁束密度 0. 5T以上を有する強磁性体を用い、金型キヤビティ内に 充填した磁石粉を水平磁場垂直成形法により磁石粉に配向磁界を印加して成形し、 得られた成形体を焼結することにより、ラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する方 法であって、下記（i)〜（iii)
(i)磁場印加後、磁石粉を金型周方向に 90° 回転させ、その後再び磁場を印加する
(ii)磁場印加後、磁場発生コイルを磁石粉に対し金型周方向に 90° 回転させ、その 後再び磁場を印加する、及び
(iii) 2組の磁場発生コイル対を、コイル対の互いの磁場印加方向を直交させて金型 周面を囲むように配置し、一方のコイル対で磁場印加後、他方のコイル対で磁場を 印加する
の操作のうち少なくとも一の操作を行い、円筒の径方向の残留磁束密度が円筒の周 方向に沿って 90° の周期で増減し、円筒の全周における径方向の残留磁束密度の 最大値が 0. 95〜： 1. 60T、かつ径方向の残留磁束密度の最小値が最大値の 50〜 95%であるラジアル異方性円筒焼結磁石を得ることを特徴とするラジアル異方性円 筒焼結磁石の製造方法を提供する。
[0015] この方法によれば、ラジアル異方性円筒焼結磁石の円筒の径方向の残留磁束密 度を、円筒の周方向に沿って増減するようにして、意図的に局所配向を乱すことがで き、焼結時や時効冷却過程において割れ、クラックの発生なぐ磁気特性の良好なラ ジアル異方性円筒焼結磁石、特にラジアル異方性希土類円筒焼結磁石を製造する ことができ、特に、内外径比が小さな形状においても割れ、クラックのない優れた磁気 特性を有するラジアル異方性円筒焼結磁石、特にラジアル異方性希土類円筒焼結 磁石を製造することができる。
[0016] この場合、成形直前の上記一の操作又は成形時において磁石粉に印加する磁場 が 1. 25 X 105/ π ~2 X 106/ π A/m (0. 5〜8k〇e)であることが好ましい。
[0017] また、本発明は、上記方法により得られたラジアル異方性円筒焼結磁石を、その残 留磁束密度が極小値を示す径方向を中央とする周方向 ± 10° の範囲内に N極と S 極との境界が位置するように 4n極 (nは 1〜20の整数）に着磁することを特徴とする永 久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法を提供する。
[0018] 配向の乱れのある残留磁束密度が極小値を示す部位を含む、残留磁束密度が極 小値を示す径方向を中央とする周方向 ± 10° の範囲内に、円筒磁石の周方向に配 歹された N極と S極との境界を位置させることにより、モータの回転時に有害なトルクリ ップルを軽減することができ、また、 N極及び S極から発生する磁束量を大きくするこ とができる。そのため、得られた永久磁石モータ用円筒多極磁石は、サーボモータ、 スピンドルモータ等の同期式永久磁石モータ用円筒磁石ロータとして好適である。 発明の効果
[0019] 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法によれば、内外径比の小さな 形状においても焼結及び時効冷却過程の割れ、クラック力 Sなく、優れた磁気特性を 有するラジアル異方性円筒焼結磁石を製造することができる。また、本発明の永久磁 石モータ用円筒多極磁石の製造方法によれば、サーボモータ、スピンドルモータ等 の同期式永久磁石モータ用円筒磁石ロータとして好適な、優れた磁気特性を有する 永久磁石モータ用円筒多極磁石を製造することができ、これを用いた永久磁石モー タは安価で高性能なものとなる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する際に使用する水平磁場垂 直成形装置の一実施例を示す説明図であり、 （a)は平面図、（b)は縦断面図である。
[図 2]ラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する際に使用する従来の垂直磁場垂直 成形装置を示す説明図であり、（a)は縦断面図、（b)は（a)図における A— A'線の断 面図である。
[図 3]図 1及び図 2の装置によりラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する際の磁場発 生時の磁力線の様子を模式的に示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法は、円筒磁石用成形金型のコ ァの少なくとも一部の材質に飽和磁束密度 0. 5T以上を有する強磁性体を用い、金 型キヤビティ内に充填した磁石粉を水平磁場垂直成形法により磁石粉に配向磁界を 印加して成形し、得られた成形体を焼結することにより、ラジアル異方性円筒焼結磁 石を製造する方法であり、下記 (i)〜(iii)
(i)磁場印加後、磁石粉を金型周方向に 90° 回転させ、その後再び磁場を印加する
(ii)磁場印加後、磁場発生コイルを磁石粉に対し金型周方向に 90° 回転させ、その 後再び磁場を印加する、及び
(iii) 2組の磁場発生コイル対を、コイル対の互いの磁場印加方向を直交させて金型 周面を囲むように配置し、一方のコイル対で磁場印加後、他方のコイル対で磁場を 印加する
の操作のうち少なくとも一の操作を行い、円筒の径方向の残留磁束密度が円筒の周 方向に沿って 90° の周期で増減し、円筒の全周における径方向の残留磁束密度の 最大値が 0. 95〜： 1. 60T、かつ径方向の残留磁束密度の最小値が最大値の 50〜 95%であるラジアル異方性円筒焼結磁石を得るものである。 [0022] 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法においては、円筒磁石用成形 金型のコアの少なくとも一部の材質に飽和磁束密度 0. 5T以上を有する強磁性体を 用い、金型キヤビティ内に充填した磁石粉を水平磁場垂直成形法により磁石粉に配 向磁界を印加して成形し、得られた成形体を焼結することにより製造する。
[0023] このような方法で用いる水平磁場垂直成形装置としては、例えば、図 1に示されるよ うな装置が挙げられる。図 1は、円筒磁石の成形時、磁場中配向を行うための水平磁 場垂直成形装置の説明図であり、この水平磁場垂直成形装置は、特にモータ用磁 石を製造するために好適なものである。ここで、図 2の場合と同様、 1は成形機架台、 2は配向磁場コイル、 3はダイスを示し、また 5aはコアを示す。 6は上パンチ、 7は下パ ンチ、 8は充填磁石粉であり、また 9はポールピースを示す。
[0024] この場合、図 1中 5aで示されるコアのような、円筒磁石用成形金型のコアの少なくと も一部、好ましくは全体を飽和磁束密度が 0. 5T以上、好ましくは 0. 5〜2. 4T、更 に好ましくは 1. 0〜2. 4Τの強磁性体にて形成する。力かるコア材質としては、 Fe系 材料、 Co系材料及びそれらの合金材料等の素材を用いた強磁性体が挙げられる。
[0025] 図 3 (b)に示されるように、コア 5b全体を非磁性又は磁石粉と同等の飽和磁束密度 を有する材料として用いた場合、磁力線は図 3 (b)に示されるように、互いに平行で、 図において中央付近（印加磁場の水平方向中央部）はラジアル方向となるが、上側 及び下側（印加磁場の水平方向両側部）に向うにつれてコイルによる配向磁場方向 となる。
[0026] これに対して、飽和磁束密度が 0. 5T以上の強磁性体をコアに使用すると、磁石粉 に配向磁界を印加する際、磁束は強磁性体に垂直に入ろうとするためラジアルに近 い磁力線を描く。従って、図 3 (a)に示されるように、磁石粉充填部の磁界方向をラジ アル配向に近づけることができる。
[0027] なお、コアを強磁性体で形成してもコアの飽和磁束密度が 0. 5T未満の場合は、コ ァが容易に飽和してしまレ、、強磁性コアを用いたにもかかわらず、磁場が図 3 (b)に 示される状態に近くなつて、有効にラジアル配向させることができず、加えて、 0. 5T 未満では充填された磁石粉の飽和密度 (磁石の飽和磁束密度 X充填率）と等しくな つて、充填磁石粉及び強磁性コア内での磁束の方向がコイルの磁界方向に等しくな つてしまう。なお、コアの一部に 0. 5T以上の強磁性体を用いれば、上記した作用を 与えることが可能である力 その作用の大きさからコア全体が強磁性体であることが 好ましい。
[0028] また、本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法においては、下記 (i)〜（ iii)
(i)磁場印加後、磁石粉を金型周方向に 90° 回転させ、その後再び磁場を印加する
(ii)磁場印加後、磁場発生コイルを磁石粉に対し金型周方向に 90° 回転させ、その 後再び磁場を印加する、及び
(iii) 2組の磁場発生コイル対を、コイル対の互いの磁場印加方向を直交させて金型 周面を囲むように配置し、一方のコイル対で磁場印加後、他方のコイル対で磁場を 印加する
の操作のうち少なくとも一の操作を行うことにより磁場を印加する。
[0029] 水平磁場垂直成形装置を用いた場合、初回の磁場印加は図 3 (a)に示されるような 状態となり、充填された磁石粉は、円筒の磁場印加方向中央部及び磁場印加方向 両側部と重なる部位においては磁場印加方向に配向し、他の部位ではラジアルに近 い配向となる。
[0030] 次に、充填された磁石粉を先の磁場印加方向に対し水平方向（円筒端面方向）に
90° 回転させ、又は充填された磁石粉に対し、磁場発生コイルを水平方向に 90° 回転させて再び磁場を印加すること、或いは予め 2組の磁場発生コイル対を、コイル 対の互いの磁場印加方向を直交させて金型周面を囲むように配置しておき、一方の コイル対で印加した先の磁場印加方向に対して磁場印加方向が直交する他方のコ ィル対にて磁場を印加することにより、先の磁場印加方向に対して、円筒端面方向に おいて相対的に直交する方向に磁場を印加する。
[0031] この磁場印加により、円筒の磁場印加方向中央部及び磁場印加方向両側部と重な る部位以外においてはラジアル方向に磁場が印加されるため、ラジアル方向への配 向度が高まる。一方、円筒の磁場印加方向中央部及び磁場印加方向両側部と重な る部位においては、その前の磁場印加による配向方向に対して垂直に磁場が印加さ れることになる力 この部位における全ての磁石粒子が新たに印加した磁場方向に 配向されることはなレ、。そのため、磁石を構成する各磁石粒子は、ばらばらな方向に 配向されることになる。
[0032] この一方向から磁場を印加した後、先の磁場印加方向に対して相対的に直交する 方向で磁場を印加する操作を複数回行うとより効果が大きい。また、上記操作を複数 回繰り返す場合、磁場印加方向を反転し、逆方向より磁場印加を行うことも効果的で ある。
[0033] さらに、この操作を好ましくは 2〜： 10回繰り返すことにより、この傾向は顕著となり、 繰り返し回数が多いと円筒の全周に対して、残留磁束密度が低くなる部位がより狭レ、 範囲となることから好ましい。円筒の内外径比が小さいほど、また小径であるほど残 留磁束密度が低くなる部位をより狭くすることができる。しかし、繰り返し回数が多い ほど成形のタクトタイムが長くなり、生産性が損なわれるため、繰り返し回数は 3〜10 回が好ましい。更に好ましくは 3〜7回である。
[0034] 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法では、円筒の径方向の残留磁 束密度が円筒の周方向に沿って 90° の周期で増減し、円筒の全周における径方向 の残留磁束密度の最大値が 0. 95〜： 1. 60T、かつ径方向の残留磁束密度の最小 値が最大値の 50〜95%であるラジアル異方性円筒焼結磁石を製造する。
[0035] 上述した式（1)で示される応力は、径方向にラジアル配向した周方向への連続体、 つまり、ラジアル異方性円筒磁石であるがゆえに発生し、径方向のラジアル配向性を 部分的に緩和してやれば応力を減少させることができる。本発明のラジアル異方性 円筒焼結磁石の製造方法により得られるラジアル異方性円筒焼結磁石は、その円筒 の径方向の残留磁束密度が円筒の周方向に沿って 90° の周期で増減するようにな つている。即ち、円筒の周方向に沿って径方向の残留磁束密度が、全周（360° )の 間に 4周期で増減し、径方向の残留磁束密度の極大値と極小値が各々 90° 間隔で 各々 4箇所存在する。そして、配向が乱れた部位 (配向が不連続な部位）が、径方向 の残留磁束密度が極小値を示す部分となる。
[0036] 配向が乱れた部位がランダムに存在する場合、着磁後、磁束密度が低い部位がば らばらに存在する状態となってしまレ、、モータに組み込んだ際にトルクリップノレの原因 となる力 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石においては、円筒の周方向に沿つ て 90° おきに配向が乱れた部位、即ち、残留磁束密度が低い部位が存在し、これに より磁束量が小さい部位が 90° おきに周期的に配置されることになるから、トルクリツ プルは低減される。
[0037] この場合、配向が乱れた部位は、円筒軸方向に円筒上端から下端に亘つて連続し て存在し、円筒磁石の軸方向全体に亘つて割れ、クラックの発生が抑制される。なお 、この配向が乱れた部位においては、この部位がラジアル方向とは異なる方向に配 向しているが故に残留磁束密度が小さいのではなぐこの部位を構成する磁石粒子 のそれぞれがばらばらな方向に向いているためであり、効率よく割れを引き起こす応 力が緩和される。特に、この場合、この配向が乱れた部位を微小体積で存在させるこ とができ、微小でも 4箇所に配置されることから、割れを防止する効果は大きい。
[0038] また、本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法において、ラジアル異方 性円筒焼結磁石は、径方向の残留磁束密度の最小値が最大値の 50〜95%、好ま しくは 50〜90%である。配向が乱れた部位において径方向の残留磁束密度は極小 値を示すが、径方向の残留磁束密度の最小値を径方向の残留磁束密度の最大値 の 95%以下とすることにより、割れやクラックが抑制される。径方向の残留磁束密度 の最小値が最大値の 50%未満である場合は、磁石粒子が、径方向以外の方向に揃 つて配向している場合であり、この部位の磁束が、周辺の磁束を不連続に変化させる ため、トルクリップルの原因となる。更に、モータに組み込んだ際に有効なトルクを得 るために、円筒の全周における径方向の残留磁束密度の最大値は 0. 95-1. 60T である。
[0039] なお、本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法において、ラジアル異方 性円筒焼結磁石の外径及び内径は、内径 90mm以下、外径 100mm以下、かつ内 外径の比（内径/外径）が 0. 3以上であり、高さが 70mm以下であることが好ましい。 外径が 100mmを超え、内径が 90mmを超えるものでは、配向が乱れた部位が形成 されにくい場合があり、形成されたとしても割れやクラックの抑制効果が少ないおそれ がある。また、高さが 70mmを超えるものでは、円筒軸方向で配向の乱れの程度に 差が生じ、割れやクラックの抑制の効果にばらつきが生じるおそれがある。一方、内 外径の比（内径/外径）が 0. 3未満では、熱膨張の異方性により生じる応力が大き すぎて、割れやクラックを抑制する効果が十分発揮できなレ、おそれがある。
[0040] 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法においては、上述したような方 法で磁性粉に磁場を印加して配向させた後、通常の水平磁場垂直成形法同様、 50 〜2， OOOkgfZcm2 (約 4. 9〜： 196MPa)の加圧範囲で成形し、更に、真空中又は 不活性ガス雰囲気下で 1， 000-1 , 200°Cで焼結し、必要により時効処理、加工処 理等を施し、焼結磁石を得ることができる。ここで、本発明においては、 1回の給粉、 1 回の加圧で所用軸長の磁石を得ることができるが、複数回の加圧により磁石を得るよ うにしてもよい。
[0041] また、上記のように成形を行う際、水平磁場垂直成形装置で発生する磁場は 0. 5 〜12kOeであることが好ましい。このように水平磁場垂直成形装置で発生する磁場 を定めた理由としては、磁場が大きい場合、図 3 (a)のコア 5aが飽和してしまレ、、図 3 (b)に近い状態になり、ラジアル配向が得られなくなるおそれがあるため、磁場は 12k 〇e以下、特に 10k〇e以下が好ましい。また、強磁性コアを用いると磁束がコアに集 中するため、コア周辺では、コイルによる磁場より大きな磁場が得られる。しかし、磁 場があまり小さいと、コア周辺においても配向に十分な磁場が得られなくなるおそれ がある。そのため、磁場は 0. 5k〇e以上、特に lk〇e以上が好ましい。前述のように 強磁性体周辺では磁束が集まり、磁場が大きくなるため、ここでいう水平磁場垂直成 形装置で発生する磁場とは、強磁性体から十分に離れた場所における磁場又は強 磁性コアを取り除いて測定したときの磁場の値を意味する。
[0042] また、成形直前の上記 (i)〜（iii)のうちの一の操作又は成形時において磁石粉に 印カロする磁場は 1. 25 Χ 105/ π ~2 Χ 106/ π Α/πι (0. 5〜8kOe)特に 2. 5 X 1 05/ π〜1. 25 X 106/ A/m (l〜5k〇e)であることが好ましレ、。充填された磁石 粉には、磁場印加後、先の磁場印加方向に対して、円筒端面方向において相対的 に直交する方向で磁場が印加される力 この磁場が 2 Χ 106/ π A/m (8kOe)より 大きいと、直前の磁場印加による配向が維持されにく 良好な配向が既に得られて レ、る部分に不必要な磁場が力かるおそれがある。一方、 1. 25 Χ 105/ π Α/πι (0. 5kOe)未満では、磁場が弱すぎて磁場印加による配向改善効果が小さぐ配向が改 善されないおそれがある。
[0043] なお、磁石粉としては、特に制限されるものではなぐ Nd_Fe_B系のほ力、フェラ イト磁石、 Sm— Co系希土類磁石、各種ボンド磁石の原料磁石粉を用い得る力 レヽ ずれも平均粒径 0. 1〜： 10 z m、特に l〜8 x mの合金粉が好ましい。
[0044] 次に、本発明の永久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法について説明する。
本発明の永久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法は、上述した方法により得ら れたラジアル異方性円筒焼結磁石を、その残留磁束密度が極小値を示す径方向を 中央とする周方向 ± 10° の範囲内に N極と S極との境界が位置するように 4n極（nは ：!〜 20の整数）に着磁するものである。
[0045] この場合、上述した 4箇所の配向が乱れた部位を含む残留磁束密度が極小値を示 す径方向を中央とする周方向 ± 10° の範囲内に、 N極と S極との境界が位置するよ うに着磁することにより、磁束の少ない部位が極上に現れなくなり、極の磁束密度が 大きくかつ均一となるため、モータのトルクむら及びトルク劣化のない永久磁石モータ 用円筒多極磁石を得ることができる。
[0046] そして、モータ、特に複数個のステータ歯を有するモータにロータとして上記永久 磁石モータ用円筒多極磁石を組み込めば、永久磁石モータが得られる。
[0047] 本発明のラジアル異方性円筒焼結磁石の製造方法により得られたラジアル異方性 円筒焼結磁石にこのように多極着磁を行ったものは、従来のラジアル異方性円筒焼 結磁石に多極着磁を行った場合に比べ、極間付近の着磁性及び磁気特性が低い ので磁束密度の極間部の変化が滑らかであり、モータのコギングトルクは十分小さい 力 更に、スキュー着磁を施すことで、コギングトルクを更に低減することができる。
[0048] この場合、ラジアル異方性円筒焼結磁石のスキュー角度が、ラジアル異方性円筒 焼結磁石の周方向 1極分の角度の 1/10未満であると、スキュー着磁によるコギング トルク低下の効果が小さ 2/3より大きいとモータのトノレクの低下が大きくなるため、 スキュー角度はラジアル異方性円筒焼結磁石の周方向 1極分の角度の 1/10〜2/ 3の角度が好ましぐ特に 1Z10〜2Z5の角度が好ましい。
実施例
[0049] 以下、実施例、比較例及び参考例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明 は下記実施例に限定されるものではない。
[0050] [実施例 1]
それぞれ純度 99. 7質量％の Nd、 Dy、 Fe、 Co、 Al、 Cuと、純度 99. 5質量％の B を用い、真空溶解炉で溶解铸造して、 Nd Dy Fe Co B Al Cu の合金のイン
29 2.5 63.9 3 1 0.5 0.1
ゴットを作製した。このインゴットをジヨウクラッシャー及びブラウンミルで粗粉砕し、更 に窒素気流中、ジェットミルにて粉砕して平均粒径 3. 5 μ mの微粉末 (磁石粉）を得 た。
[0051] この微粉末に飽和磁束密度 2. 0Tの強磁性体（S45C : Fe鋼）コアを配置した図 1 に示される水平磁場垂直成形装置にて
(1) 8kOeの磁場を水平一方向から印加して充填した磁石粉を配向させ、更にその 場で（回転させずに）上記水平一方向とは逆方向より 3kOeの磁場を印加し [第 1磁 場印加操作]、
(2)パンチ、コア、ダイスとともに充填した磁石粉を水平方向に 90° 回転させて、第 1 磁場印加操作と同じ水平一方向から 8k〇e、逆方向から 3k〇eの磁場を印加し [第 2 磁場印加操作]、
(3)第 2磁場印加操作と同様に充填した磁石粉を更に水平方向に 90° 回転させて、 第 1磁場印加操作と同じ水平一方向から 3k〇e、逆方向から 3k〇eの磁場を印加する 操作を 6回繰り返し、
(4)第 2磁場印加操作と同様に充填した磁石粉を更に水平方向に 90° 回転させて、 第 1磁場印加操作と同じ水平一方向から 2. 5k〇eの磁場を印加しながら 500kgf/c m2の成形圧にて成形した。このとき、成形前の磁石粉充填密度は 40%であった。
[0052] 次に、この成形体を Arガス中 1， 080°Cで 1時間焼結し、焼結に引き続き 530°Cで 1 時間の時効熱処理を行い、 ci) 30mm X φ 20mm X L30mmの希土類円筒焼結磁 石を得た。得られた希土類円筒焼結磁石の、円筒の全周における径方向の残留磁 束密度の最大値、及び成形時の磁場印加方向とその垂直方向の各々正負 2方向計 4方向の残留磁束密度 Brを表 1に示す。また、上記方法で希土類円筒焼結磁石を 1 00個製造したときの、割れの発生個数を表 1に併記する。
[0053] [比較例 1] 実施例 1と同様の磁石粉を用い、図 2に示される垂直磁場垂直成形装置にてコイル の発生磁界 20k〇eで磁石粉充填高さ 30mmとして磁場中で成形し、成形後、成形 体を下方に移動させて成形体の上に更に 30mmの充填高さで磁石粉を載せ、同様 に磁場中で成形する。この磁石粉を 30mm充填して成形する工程を更に 1回繰り返 し (計 3回）、実施例 1と同様の条件で焼結、時効熱処理を行い、 φ 30πιπι Χ 20m m X L30mmの希土類円筒焼結磁石を得た。実施例 1と同様の方法で残留磁束密 度 Brを測定し、割れの発生個数を計数した。結果を表 1に示す。
[表 1]
Figure imgf000016_0001
[0055] 実施例 1のラジアル異方性円筒焼結磁石の残留磁束密度（Br)の最大値は 1. 25
Tで磁石特性が良好で、割れも少ないことがわかる。
[0056] [実施例 2]
それぞれ純度 99. 7質量％の Nd、 Dy、 Fe、 Co、 Al、 Cuと、純度 99. 5質量％の B を用い、真空溶解炉で溶解铸造して、 Nd Dy Fe Co B Al Cu の合金のインゴ
29 4 62.4 3 1 0.5 0.1
ットを作製した。このインゴットをジヨウクラッシャー及びブラウンミルで粗粉砕し、更に 窒素気流中、ジェットミルにて粉砕して平均粒径 3. 5 μ mの微粉末 (磁石粉)を得た
[0057] この磁石粉を飽和磁束密度 2· 25Tの強磁性体 (パーメンジュール: Fe— Co合金） コアを配置した図 1に示される水平磁場垂直成形装置にて
(1) 9kOeの磁場を水平一方向から印加して充填した磁石粉を配向させ、更にその 場で（回転させずに）上記水平一方向とは逆方向より 5kOeの磁場を印加し [第 1磁 場印加操作]、
(2)パンチ、コア、ダイスとともに充填した磁石粉を水平方向に 90° 回転させて、第 1 磁場印加操作と同じ水平一方向から 9k〇e、逆方向から 5k〇eの磁場を印加し [第 2 磁場印加操作]、
(3)第 2磁場印加操作と同様に充填した磁石粉を更に水平方向に 90° 回転させて、 第 1磁場印加操作と同じ水平一方向から 2k〇eの磁場を印加し、更に逆方向から 2k 〇eの磁場を印加しながら 500kgf/cm2の成形圧にて成形した。このとき、成形前の 磁石粉充填密度は 40 %であつた。
[0058] 次に、この成形体を Arガス中 1， 100°Cで 1時間焼結し、焼結に引き続き 550°Cで 1 時間の時効熱処理を行い、 φ 8. 2mm X φ 3. 5mm X L18mmの希土類円筒焼結 磁石を得た。得られた希土類円筒焼結磁石の、円筒の全周における径方向の残留 磁束密度の最大値は 1. 18T、成形時の磁場印加方向とその垂直方向の各々正負 2 方向計 4方向の残留磁束密度 Brは、 0° =0. 96T、 90° = 1. 04Τ、 180° =0. 9 8Τ、 270° = 1. 02Τであった。
[0059] この磁石を、 φ 8mm X φ 3. 7mm X LI 7mmに加工し、成形時の磁場印加方向と その垂直方向の各々正負 2方向計 4方向（残留磁束密度が極小値を示す 4方向）が N極と S極との境界となるように 4極に着磁した。この円筒多極磁石をロータとして 6ス テータ歯のモータに組み込んでモータを作製し、誘起電圧（実効値)及び 5i"pm回転 時のコギングトルク（peak— peak)を測定した。結果を表 2に示す。
[0060] [参考例 1]
成形時の磁場印加方向とその垂直方向の各々正負 2方向計 4方向のうちの隣接す る 2方向の中間（即ち、成形時の磁場印加方向に対して ±45° 及び ± 135° の 4方 向であり、残留磁束密度が極大値を示す 4方向）が N極と S極との境界となるように 4 極に着磁した以外は、実施例 2と同様にしてモータを作製して誘起電圧（実効値)及 び 5rpm回転時のコギングトルク（peak— peak)を測定した。結果を表 2に示す。
[0061] [表 2]
Figure imgf000017_0001
実施例 2のラジアル異方性円筒焼結磁石の残留磁束密度 (Br)は、非常に高ぐ高 性能モータに適していることがわかる。特に、実施例 2のモータは、参考例 1のモータ に比べ誘起電圧が 1. 2倍程度高くなり、 N極と S極との境界を、配向が乱れた部位（ 即ち、残留磁束密度が極小値を示す 4方向）とすることで、大きな誘起電圧が得られ 、このようなラジアル異方性円筒焼結磁石を用いたモータが高性能モータとなること
91
l7Zll0/S00Zdf/X3d 008 /S00Z OAV

Claims

請求の範囲
[1] 円筒磁石用成形金型のコアの少なくとも一部の材質に飽和磁束密度 0. 5T以上を 有する強磁性体を用い、金型キヤビティ内に充填した磁石粉を水平磁場垂直成形法 により磁石粉に配向磁界を印加して成形し、得られた成形体を焼結することにより、ラ ジアル異方性円筒焼結磁石を製造する方法であって、下記 (i)〜（m)
(i)磁場印加後、磁石粉を金型周方向に 90° 回転させ、その後再び磁場を印加する
(ii)磁場印加後、磁場発生コイルを磁石粉に対し金型周方向に 90° 回転させ、その 後再び磁場を印加する、及び
(iii) 2組の磁場発生コイル対を、コイル対の互いの磁場印加方向を直交させて金型 周面を囲むように配置し、一方のコイル対で磁場印加後、他方のコイル対で磁場を 印加する
の操作のうち少なくとも一の操作を行い、円筒の径方向の残留磁束密度が円筒の周 方向に沿って 90° の周期で増減し、円筒の全周における径方向の残留磁束密度の 最大値が 0. 95〜： 1. 60T、かつ径方向の残留磁束密度の最小値が最大値の 50〜 95%であるラジアル異方性円筒焼結磁石を得ることを特徴とするラジアル異方性円 筒焼結磁石の製造方法。
[2] 成形直前の上記一の操作又は成形時において磁石粉に印加する磁場が 1. 25 X 105/ π〜2 X 106/ π A/mであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のラジア ル異方性円筒焼結磁石の製造方法。
[3] 請求の範囲第 1項又は第 2項記載の方法により得られたラジアル異方性円筒焼結 磁石を、その残留磁束密度が極小値を示す径方向を中央とする周方向 ± 10° の範 囲内に N極と S極との境界が位置するように 4n極（nは 1〜 20の整数）に着磁すること を特徴とする永久磁石モータ用円筒多極磁石の製造方法。
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