ラジアル異方性リング磁石の製造装置
【課題】キャビティの軸方向での磁場勾配を軽減し、配向時の磁性粉末の偏りを少なくするラジアル異方性リング磁石の製造装置を提供する。
【解決手段】軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂと、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂ間に配置され、コア２２及びコア２２の周囲に配置されたダイ２１を有し、コア２２とダイ２１の間に磁性粉末が供給されるキャビティ２８が形成される金型２０を備え、コア２２は強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成され、その芯部からキャビティ２８の軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、キャビティ２８の軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分２２Ａを設け、キャビティ長をコア２２の磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長くしている。
【解決手段】軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂと、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂ間に配置され、コア２２及びコア２２の周囲に配置されたダイ２１を有し、コア２２とダイ２１の間に磁性粉末が供給されるキャビティ２８が形成される金型２０を備え、コア２２は強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成され、その芯部からキャビティ２８の軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、キャビティ２８の軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分２２Ａを設け、キャビティ長をコア２２の磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長くしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラジアル異方性リング磁石の製造装置に関し、例えばブラシレスＤＣモータの回転子に用いられる形状精度が良好でかつ高配向率のラジアル異方性リング磁石を製造する製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラジアル異方性リング磁石は、同極を対向させた一対の電磁石間に、強磁性及び非磁性からなるヨークで磁気回路を構成し、磁性粉末が充填されたリング状のキャビティ内にラジアル方向の磁界を発生させることで、磁性粉末を配向させ、上下パンチにより圧縮成形し、焼結等を行うことで製造される。キャビティ内に発生させる磁界は、定常磁界を利用する方法とパルス的な瞬間磁界（パルス磁界）を利用する方法がある。
【０００３】
小径のラジアル異方性リング磁石は、製造工程において、リング状のキャビティの内周側に挿入されるヨークの強磁性体の断面積が不足し、強磁性部材が磁気飽和してしまい、磁性粉末を配向するための磁場が低下する。そのため、磁場方向に磁性粉末を配向しにくくなり、焼結後のラジアル異方性リング磁石の配向率が低下し、ラジアル方向に発生する磁力が小さくなってしまう。そこで、例えば特許文献１では、一対のコイルと絶縁体の型を用いてパルス電流を通電し、大きな磁界により型内の磁性粉末を配向させ、高い配向率のラジアル異方性リング磁石を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９１６８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１では、複数の強磁性体を互いに電気的に絶縁した円柱状の積層体を金型のコアの芯に設けることで、大きなパルス磁界を発生させ、高配向率のリング磁石を製造している。しかしながら、このような構成では、キャビティ内に発生させる磁界が軸方向で勾配を持ち、軸方向中心部では弱く、軸方向端部では強くなる。軸方向で勾配を持つ磁界により、キャビティ内に充填された磁性粉末は磁場の強い軸方向端部に偏り、圧縮成形後に軸方向で密度差ができてしまう。軸方向で密度が異なると、焼結後の収縮率が変わるため、密度の大きい軸方向端部は径方向にあまり収縮せず、密度の小さい軸方向中心部は径方向によく収縮する。そのため、焼結後のリング磁石はその軸方向の形状が歪み、逆太鼓のような形状となってしまう。リング磁石は一般的に焼結後に形状仕上げの機械加工を行うが、形状精度が悪いと、削り代が多くなり、製品と成らずに廃却する磁石が多くなり、また加工時間も長くなり、歩留りが悪くなるという問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、キャビティの軸方向での磁場勾配を軽減し、配向時の磁性粉末の偏りを少なくするラジアル異方性リング磁石の製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるラジアル異方性リング磁石の製造装置は、軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイルと、一対のコイル間に配置され、コア及びコアの周囲に配置されたダイを有し、コアとダイの間に磁性粉末が供給されるキャビティが形成される金型とを備え、当該コアは強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成し、そのコアの芯部からキャビティの軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、キャビティの軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分を設け、キャビティ長が上記コアの磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長いものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のラジアル異方性リング磁石の製造装置によれば、コアは強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成し、コアの芯部からキャビティの軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、キャビティの軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分を設け、キャビティ長が上記コアの磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長いので、キャビティ内に発生する磁界について、キャビティの軸方向の磁場勾配を軽減することができ、配向時の磁性粉末の偏りが少なくなり、成形後のリング成形体の軸方向の密度分布差が少なくなる。そのため、リング成形体の焼結後の形状精度が良好となり、形状仕上げのための機械加工の歩留りのよいラジアル異方性リング磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるコアを示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるコアを示す断面図である。
【図４】製造装置のキャビティ付近の磁界を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造装置の寸法関係を示す断面図である。
【図６】実施の形態の寸法比（Ｌ０／Ｌｃ）とキャビティの軸方向の磁束密度の差（Ｂｅ−Ｂｃ）の関係を示す図である。
【図７】実施の形態のキャビティの軸方向の磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）と寸法比（Ｄ０／Ｄｃ）の関係を示す図である。
【図８】ラジアル異方性リング磁石の製造装置のコアに発生する渦電流を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるコアに内蔵する強磁性部材を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２の他の例によるコアに内蔵する強磁性部材を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるコアを示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるコアの線材の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造装置を示す断面図である。本実施の形態の製造装置は、一対の空芯状のコイル１０Ａ及び１０Ｂと、コイル１０Ａとコイル１０Ｂの間に配置される金型２０を備えている。一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂは直列に結線され、４０００μＦ、３０００Ｖのパルス電源に接続されている。そして、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂにより発生する磁力線は、図示点線に示すように、それぞれコイルの中心部から軸方向に延び、金型２０で互いに反発してラジアル方向に向く。なお、図示はしないが、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂのうち、いずれか一方のコイルは油圧又はエアシリンダー等により図示上下方向に往復移動できるようになっている。
【００１１】
本実施の形態の金型２０は、円筒状のコア２２と、当該コア２２の周囲に配置されるダイ２１と、ダイ２１及びコア２２の間に配置される下パンチ２５及び上パンチ２６を備えている。そして、ダイ２１、コア２２、下パンチ２５及び上パンチ２６の間に、リング状の空間であるキャビティ２８が形成され、キャビティ２８に磁性粉末が充填される。ダイ２１は、圧縮強度の高いセラミック等の非磁性の絶縁体から成る。コア２２は、パーメンジュール（ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ）等の強磁性部材２２Ａとセラミック等の非磁性の絶縁体２２Ｂから成る。下パンチ２５及び上パンチ２６は、セラミック等の絶縁体から成る。なお、強磁性部材２２Ａはパーメンジュールに限らず、鉄やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金などであってもよい。強磁性部材２２Ａとして非晶質合金を使用した場合、後述するようにキャビティ内の軸方向での磁場勾配を低減すると共に、さらにパルス磁界により発生する渦電流を小さくできるため、キャビティ内の磁界の乱れを少なくできる。
【００１２】
図２は本実施の形態のコア２２を示す斜視図である。コア２２の芯として用いられる強磁性部材２２Ａは軸方向で外径が変化するような形状、例えば、図２のようにキャビティの軸方向両端部に対応する位置で外径が小、キャビティの軸方向中央部に対応する位置で外径が大となる形状になっている。そして、強磁性部材２２Ａの軸方向両端部に、セラミック等からなるリング状の絶縁体２２Ｂを嵌合させ、ロウ付けなどにより接着することにより、コア２２を形成している。なお、強磁性部材２２Ａの形状は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すようにその外径が滑らかに変化するような形状、また、図３（ｃ）に示すようにその外径が階段状に変化するような形状であってもよい。
【００１３】
キャビティ２８に充填された磁性粉末を配向した後は、金型２０をコイル１０Ａ及び１０Ｂから取り出し、油圧プレスサーボプレス等によって、上パンチ２６を加圧することによりキャビティ２８内の磁性粉末を圧縮できるようになっている。このとき、上パンチ２６からのみ磁性粉末を圧縮すると、上パンチ２６側の磁性粉末に最も圧力が伝わるため、リング成形体は上パンチ２６側から下パンチ２５側に向かうほど密度が小さくなってしまう。したがって、より密度差を軽減し、焼結後の形状精度を向上させるため、加圧子は上パンチ２６だけでなく下パンチ２５も加圧できるようにすることがより望ましい。
【００１４】
コイル１０Ａ及び１０Ｂから発生する磁界は当該コイルから遠ざかるほど弱くなる。図４（ａ）に示すように、コア２２が絶縁体のみで構成されている場合、対向するコイル１０Ａ及び１０Ｂから発生し、キャビティ２８へ導かれる磁界は、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂの中間に位置するキャビティの軸方向中心部では磁界が弱く、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂからの距離が短いところに位置するキャビティ軸方向端部では磁界が強くなる。つまり、図４（ａ）の磁束密度分布Ｂ（ｚ）に示すように、キャビティ２８の軸方向（Ｚ方向）の磁場勾配が大きくなる。キャビティ２８の軸方向の磁場勾配が大きくなると、磁場勾配に起因して発生する磁性粉末の軸方向両端部への磁気吸引力が、コア２２の中心に引き寄せられる磁気吸引力や金型２０との摩擦力より大きくなる。その結果、磁性粉末はキャビティ２８の軸方向両端部に向けて移動し、圧縮成形前にキャビティ２８内において軸方向の磁性粉末の疎密ができる。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、軸方向で外径が変化するような形状、例えば、軸方向両端部で外径が小、軸方向中央部で外径が大となる形状の強磁性部材２２Ａを有するコア２２を使用することにより、前述の問題を解決することができる。図４（ｂ）に示すように、キャビティ２８の軸方向中心部に比べて、キャビティ２８の軸方向両端部では、キャビティ２８から強磁性部材２２Ａまでの距離が長いため、キャビティ２８の軸方向両端部を通る磁界は磁気抵抗が大きい空間を通ることになる。また、強磁性部材２２Ａは磁気抵抗が低いため、磁束は磁気抵抗の高い空間よりも強磁性部材２２Ａに流れるような経路を通る。したがって、キャビティ２８の軸方向両端部を通る磁界は、図４（ａ）のようにコア２２の芯に強磁性部材２２Ａを設けない場合に比べて小さくなり、キャビティ２８の軸方向中心部を通る磁界は図４（ａ）に比べて大きくなり、キャビティ２８の軸方向における磁場勾配は小さくなっていく。キャビティ２８の軸方向の磁場勾配が小さくなると、キャビティ２８内に充填された磁性粉末に対する、磁場勾配に起因する軸方向の両端部に向かう磁気吸引力は、コア２２の中心（強磁性部材２２Ａ）に引き寄せられる磁気吸引力や金型２０との摩擦力と釣り合うこととなり、磁性粉末は軸方向両端部に向けて移動しない。その結果、キャビティ２８の軸方向の磁性粉末の密度差（疎密）が軽減され、圧縮成形後の軸方向の密度差が小さくなり、焼結時の収縮が均等になり形状精度が向上する。
【００１６】
ここで、リング成形体の軸方向の密度差が大きい場合、焼結時の収縮差により著しく変形し、焼結時に配向が乱れる。しかし、本実施の形態の構成によれば、配向及び圧縮成形したリング成形体は軸方向の密度差が小さくなるため、焼結時の収縮差が小さい。したがって、焼結収縮時の配向の乱れが少なくなり、配向率が向上するとともに、ラジアル方向を向く磁性粉末を多くする（配向方向がよりラジアル方向に揃える）ことができ、リング磁石のラジアル方向成分の磁束量を増加することができる。
【００１７】
ここで、図５に示すように、キャビティ２８の軸長をＬｃ、強磁性部材２２Ａの外径の大きい部分の軸長をＬ０とし、Ｌ０／Ｌｃをパラメータとして、有限要素法を用いてキャビティ内に発生する磁束密度について磁界解析を行った。図６は、横軸に（Ｌ０／Ｌｃ）を、縦軸にキャビティ軸方向端部の磁束密度（Ｂｅ）とキャビティ軸方向中心部の磁束密度（Ｂｃ）の差（Ｂｅ−Ｂｃ）を取った場合の両者の関係を示したものである。図６から、Ｌ０／Ｌｃが１以下、すなわち、強磁性部材の外径の大きい部分の軸長がキャビティの軸長以下の時に磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）は小さくなり、好ましくは（Ｌ０／Ｌｃ）が０．３〜０．６の間で磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）が１０００Ｇ以下となり、軸方向の磁場勾配を更に低減することができる。軸方向中心部の磁束密度（Ｂｃ）が約３Ｔ以上となるように磁気回路を設計した場合には、磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）が１０００Ｇ以下であると、約３％以下の磁場勾配を達成することができる。軸方向中心部の磁束密度が強いほど、磁場勾配により引き寄せられる力に抵抗する力（コア２２の芯である強磁性部材２２Ａに引き寄せられる力）が大きくなるため、キャビティ内における磁性粉末の移動をさらに抑制することができる。
【００１８】
さらに、強磁性部材２２Ａの最大外径をＤ０、最小外径をＤｃとし、Ｄ０／Ｄｃとして、有限要素法を用いてキャビティ軸方向端部の磁束密度（Ｂｅ）とキャビティ軸方向中心部の磁束密度（Ｂｃ）の磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）の関係を図７に示す。図７から、（Ｄ０／Ｄｃ）が０．８以下であれば、磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）が５００Ｇ以下となり、さらに軸方向の磁場勾配を低減することができる。ちなみに、図５においては、（Ｄ０／Ｄｃ）＝０．６としている。
【００１９】
次に、本実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造方法について述べる。永久磁石材料は、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料からなり、少量の添加物を添加したものを原料として用いる。さらに詳しくは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系（ＲはＬａ系の希土類元素）磁石材料に、少量のＣｏなど磁石特性を向上させるための物質や、Ｎｉ、Ａｌなどの耐食性、耐熱性、加工性を改善するための物質を含有させたものを原料として用いる。そして、これらの原料を真空中にて約１５００度で溶解し、その溶湯を銅製の鋳型又は銅製の回転するロールに流して急冷し、磁石合金を製造する。そして、この磁石合金を水素脆性処理後、ジェットミル、ボールミル等により微粉砕し、磁性粉末を製造する。次に、本実施の形態のダイ２１、コア２２、及び下パンチ２５により形成されたリング状のキャビティ２８に磁性粉末を充填し、上パンチ２６を挿入して金型２０を構成する。そして、上側のコイル１０Ａを上方に移動させることで空いた空間に金型２０を配置し、上側のコイル１０Ａを下方に移動させて金型２０を上下一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂにより挟み込む。このとき、上パンチ２６は磁性粉末を圧縮しない蓋状態の位置で止めている。次に、パルス電源によりコイル１０Ａ及び１０Ｂにパルス電流を流し、対向するパルス磁界を印加する。その後、上側のコイル１０Ａを上方へ移動させ、金型２０をコイル１０Ａ及び１０Ｂから取り出し、油圧プレスにより、上パンチ２６を加圧し、磁性粉末を２ｔで圧縮成形する。本実施の形態の金型２０は、コア２２の芯に強磁性部材２２Ａを用いることで、より多くの磁界を発生させることができ、さらにコア２２の芯以外はセラミック等の非磁性の絶縁体２２Ｂにより構成されているため、渦電流による磁界の乱れを小さくできる。圧縮成形したリング成形体を真空中にて１０８０度で焼結した後、５００度で時効処理を施した。
【００２０】
上述の製造方法によって製造したラジアル異方性リング磁石について、パルスＢＨトレーサによる配向率の測定と、３次元測定器による外径形状測定を行った。表１にＬ０／Ｌｃをパラメータとして、リング磁石の軸方向端部と軸方向中心部の外径を測定した結果を示す。ここで、Ｄ０／Ｄｃ＝０．６と一定とした。また、ここでの配向率とは、試験片に５０００ｋＡ／ｍ印加した時のラジアル方向の飽和磁束密度をＢｓ、ラジアル方向の残留磁束密度をＢｒとして、配向率（％）＝Ｂｒ／Ｂｓとした。表１から明らかなように、軸方向の両端部の外径と軸方向中心部の外径の差は、０．５２ｍｍ（Ｌ０／Ｌｃ＝１．０）から０．０５ｍｍ（Ｌ０／Ｌｃ＝０．４）に改善されていることがわかる。また、配向率も９２．２％（Ｌ０／Ｌｃ＝１．０）から９５．６％（Ｌ０／Ｌｃ＝０．４）と向上しているのがわかる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
以上のように、本実施の形態は、軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂと、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂ間に配置され、コア２２及びコア２２の周囲に配置されたダイ２１を有し、コア２２とダイ２１の間に磁性粉末が供給されるキャビティ２８が形成される金型を備え、コア２２の芯部からキャビティ２８の軸方向中央部に向けて磁気抵抗の小なる部分となる強磁性体２２Ａを設け、キャビティ２８の軸方向両端部に対応する箇所に磁気抵抗の大なる部分となる絶縁体２２Ｂを設けたものである。その結果、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂにより発生するキャビティ内の磁界について軸方向の磁場勾配が軽減され、配向時における磁性粉末の偏りが少なくなり、圧縮成形後の軸方向の密度差が小さくなる。そのため、焼結後のリング磁石の軸方向の形状精度を向上でき、形状仕上げの機械加工時の歩留りが向上し、生産性及びコスト低減を実現できる。
【００２３】
実施の形態２．
上記実施の形態１で説明したように、同極を対向させた１対のコイル１０Ａ及び１０Ｂから発生する磁界は、互いに軸方向に向かった後に軸方向中央付近で反発し、ラジアル方向に向かう経路を取る。図８に示すように、コア２２内部に透磁率の高い一塊の強磁性部材２２Ａが配置されている場合、コイル１０Ａ及び１０Ｂから発生するパルス磁界の周波数が高くなるほど、軸方向に向かう磁界によりコア２２の中心軸に対して回転するような渦電流Ｉｅｃ１が発生すると共に、ラジアル方向に向かう磁界によりラジアル方向の中心軸に対して回転するような渦電流Ｉｅｃ２が発生する。
【００２４】
本実施の形態は、上述のパルス磁界により発生するコアの渦電流を低減することを目的とする。図９はこの発明の実施の形態２によるコアに内蔵する強磁性部材２２０を示す斜視図である。
【００２５】
図９に示すように、本実施の形態２の強磁性部材２２０は、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料からなる厚み０．５ｍｍの円板を軸方向に積層し、軸方向に接着、カシメ、溶接等により固定した積層体である。強磁性部材２２０を構成する各円板は絶縁皮膜で被覆されており、円板同士は互いに電気的に絶縁されている。また、円板の材料は、パーメンジュールだけでなく、鉄やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金等であってもよい。強磁性部材２２０の外径は軸方向で異なっており、軸方向中心部の積層体２２０ｂの外径はφ３０ｍｍと最も大きく、軸方向両端部の積層体の外径はφ５ｍｍと最も小さい。そして、積層体である強磁性部材２２０を、セラミックから成り、内部が強磁性部材２２０の外径に沿うように階段状にくりぬかれ、分割されたコア外殻体（図示せず）の中に嵌合させる。そして、分割されたコア外殻体をロウ付け等により接着した後、コア外殻体の外周に約１ｍｍの非磁性リングを被せることでコアを形成する。
【００２６】
本実施の形態の強磁性部材２２０によれば、パルス磁界により発生するコア内部の渦電流、特に図８に示す渦電流Ｉｅｃ２を分断することでき、磁界の乱れを最小限に抑えることができる。そのため、磁石配向時に大きな磁界を発生させつつ、よりラジアル方向に磁性粉末を配向させることができ、かつ軸方向の磁場勾配を低減させることができる。そのため、焼結後のリング磁石の形状精度が向上し、形状仕上げの機械加工工程での歩留りが良好となり、生産性の向上及びコスト低減を実現できる。
【００２７】
図１０はこの発明の実施の形態２の他の例によるコアに内蔵する強磁性部材２２１を示す斜視図である。図１０に示す強磁性部材２２１は、コアの芯部に強磁性材料からなる積層円筒部２２１ａを配置し、積層円筒部２２１ａの軸方向中心部に強磁性材料からなる積層リング部２２１ｂを嵌め合わせることにより構成される。積層円筒部２２１ａは、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料から成り円筒を軸方向に切断した薄板を積層したものであり、各薄板は絶縁皮膜で被覆されており、薄板同士は互いに電気的に絶縁されている。また、積層リング部２２１ｂは、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料から成るリング状薄板を積層したものであり、各薄板は絶縁皮膜で被覆されており、薄板同士は互いに電気的に絶縁されている。
【００２８】
図１０の強磁性部材２２１によれば、パルス磁界により発生するコア内部の軸方向とラジアル方向の両方向の渦電流、つまり図８に示す渦電流Ｉｅｃ１及び渦電流Ｉｅｃ２を分断することでき、磁界の乱れを最小限に抑えることができる。そのため、磁石配向時に大きな磁界を発生させつつ、よりラジアル方向に磁性粉末を配向させることができ、かつ軸方向の磁場勾配を低減させることができる。そのため、焼結後のリング磁石の形状精度が向上し、形状仕上げの機械加工工程での歩留りが良好となり、生産性の向上及びコスト低減を実現できる。
【００２９】
実施の形態３．
図１１（ａ）はこの発明の実施の形態３によるコアを示す断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００３０】
本実施の形態の強磁性部材２２２は、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料から成るφ０．５ｍｍの線材を束ね、この線材の束をセラミック等の絶縁体から成るリングの内周に配置して構成される。上記各線材は、絶縁皮膜で被覆されることで互いに電気的に絶縁されている。また、線材の材料は、パーメンジュールだけでなく、鉄やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金などであってもよい。強磁性部材２２２を構成する線材の束の外径は軸方向で異なっており、軸方向中心部の外径が最も大きく、軸方向両端部の外径が最も小さい。また、線材の断面形状は、図１２に示すように、円形や、四角形、六角形等の多角形であってもよい。さらに、線材を束ねた外径を所望の外径よりも若干大きくしておき、外周から圧力をかけて所望の外径まで押しつぶし、セラミック等の絶縁体から成るリングの内周に配置される強磁性体材料の密度を上げることが望ましい。また、密度を上げる方法としては、他にも線材の断面形状や線径の異なる線材を組合せてもよい。
【００３１】
本実施の形態の強磁性部材２２２によれば、パルス磁界により発生するコア内部の軸方向とラジアル方向の両方向の渦電流、つまり図８に示す渦電流Ｉｅｃ１及び渦電流Ｉｅｃ２を分断することでき、磁界の乱れを最小限に抑えることができる。そのため、磁石配向時に大きな磁界を発生させつつ、よりラジアル方向に磁性粉末を配向させることができ、かつ軸方向の磁場勾配を低減させることができる。そのため、焼結後のリング磁石の形状精度が向上し、形状仕上げの機械加工工程での歩留りが良好となり、生産性の向上及びコスト低減を実現できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０Ａ コイル、１０Ｂ コイル、２０ 金型、２１ ダイ、２２ コア、
２２Ａ 強磁性部材、２２Ｂ 絶縁体、２５ 下パンチ、２６ 上パンチ、
２８ キャビティ、２２０ 強磁性部材、２２１ 強磁性部材、２２２ 強磁性部材。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラジアル異方性リング磁石の製造装置に関し、例えばブラシレスＤＣモータの回転子に用いられる形状精度が良好でかつ高配向率のラジアル異方性リング磁石を製造する製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラジアル異方性リング磁石は、同極を対向させた一対の電磁石間に、強磁性及び非磁性からなるヨークで磁気回路を構成し、磁性粉末が充填されたリング状のキャビティ内にラジアル方向の磁界を発生させることで、磁性粉末を配向させ、上下パンチにより圧縮成形し、焼結等を行うことで製造される。キャビティ内に発生させる磁界は、定常磁界を利用する方法とパルス的な瞬間磁界（パルス磁界）を利用する方法がある。
【０００３】
小径のラジアル異方性リング磁石は、製造工程において、リング状のキャビティの内周側に挿入されるヨークの強磁性体の断面積が不足し、強磁性部材が磁気飽和してしまい、磁性粉末を配向するための磁場が低下する。そのため、磁場方向に磁性粉末を配向しにくくなり、焼結後のラジアル異方性リング磁石の配向率が低下し、ラジアル方向に発生する磁力が小さくなってしまう。そこで、例えば特許文献１では、一対のコイルと絶縁体の型を用いてパルス電流を通電し、大きな磁界により型内の磁性粉末を配向させ、高い配向率のラジアル異方性リング磁石を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９１６８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１では、複数の強磁性体を互いに電気的に絶縁した円柱状の積層体を金型のコアの芯に設けることで、大きなパルス磁界を発生させ、高配向率のリング磁石を製造している。しかしながら、このような構成では、キャビティ内に発生させる磁界が軸方向で勾配を持ち、軸方向中心部では弱く、軸方向端部では強くなる。軸方向で勾配を持つ磁界により、キャビティ内に充填された磁性粉末は磁場の強い軸方向端部に偏り、圧縮成形後に軸方向で密度差ができてしまう。軸方向で密度が異なると、焼結後の収縮率が変わるため、密度の大きい軸方向端部は径方向にあまり収縮せず、密度の小さい軸方向中心部は径方向によく収縮する。そのため、焼結後のリング磁石はその軸方向の形状が歪み、逆太鼓のような形状となってしまう。リング磁石は一般的に焼結後に形状仕上げの機械加工を行うが、形状精度が悪いと、削り代が多くなり、製品と成らずに廃却する磁石が多くなり、また加工時間も長くなり、歩留りが悪くなるという問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、キャビティの軸方向での磁場勾配を軽減し、配向時の磁性粉末の偏りを少なくするラジアル異方性リング磁石の製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるラジアル異方性リング磁石の製造装置は、軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイルと、一対のコイル間に配置され、コア及びコアの周囲に配置されたダイを有し、コアとダイの間に磁性粉末が供給されるキャビティが形成される金型とを備え、当該コアは強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成し、そのコアの芯部からキャビティの軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、キャビティの軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分を設け、キャビティ長が上記コアの磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長いものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のラジアル異方性リング磁石の製造装置によれば、コアは強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成し、コアの芯部からキャビティの軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、キャビティの軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分を設け、キャビティ長が上記コアの磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長いので、キャビティ内に発生する磁界について、キャビティの軸方向の磁場勾配を軽減することができ、配向時の磁性粉末の偏りが少なくなり、成形後のリング成形体の軸方向の密度分布差が少なくなる。そのため、リング成形体の焼結後の形状精度が良好となり、形状仕上げのための機械加工の歩留りのよいラジアル異方性リング磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるコアを示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるコアを示す断面図である。
【図４】製造装置のキャビティ付近の磁界を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造装置の寸法関係を示す断面図である。
【図６】実施の形態の寸法比（Ｌ０／Ｌｃ）とキャビティの軸方向の磁束密度の差（Ｂｅ−Ｂｃ）の関係を示す図である。
【図７】実施の形態のキャビティの軸方向の磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）と寸法比（Ｄ０／Ｄｃ）の関係を示す図である。
【図８】ラジアル異方性リング磁石の製造装置のコアに発生する渦電流を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるコアに内蔵する強磁性部材を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２の他の例によるコアに内蔵する強磁性部材を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるコアを示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるコアの線材の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造装置を示す断面図である。本実施の形態の製造装置は、一対の空芯状のコイル１０Ａ及び１０Ｂと、コイル１０Ａとコイル１０Ｂの間に配置される金型２０を備えている。一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂは直列に結線され、４０００μＦ、３０００Ｖのパルス電源に接続されている。そして、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂにより発生する磁力線は、図示点線に示すように、それぞれコイルの中心部から軸方向に延び、金型２０で互いに反発してラジアル方向に向く。なお、図示はしないが、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂのうち、いずれか一方のコイルは油圧又はエアシリンダー等により図示上下方向に往復移動できるようになっている。
【００１１】
本実施の形態の金型２０は、円筒状のコア２２と、当該コア２２の周囲に配置されるダイ２１と、ダイ２１及びコア２２の間に配置される下パンチ２５及び上パンチ２６を備えている。そして、ダイ２１、コア２２、下パンチ２５及び上パンチ２６の間に、リング状の空間であるキャビティ２８が形成され、キャビティ２８に磁性粉末が充填される。ダイ２１は、圧縮強度の高いセラミック等の非磁性の絶縁体から成る。コア２２は、パーメンジュール（ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ）等の強磁性部材２２Ａとセラミック等の非磁性の絶縁体２２Ｂから成る。下パンチ２５及び上パンチ２６は、セラミック等の絶縁体から成る。なお、強磁性部材２２Ａはパーメンジュールに限らず、鉄やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金などであってもよい。強磁性部材２２Ａとして非晶質合金を使用した場合、後述するようにキャビティ内の軸方向での磁場勾配を低減すると共に、さらにパルス磁界により発生する渦電流を小さくできるため、キャビティ内の磁界の乱れを少なくできる。
【００１２】
図２は本実施の形態のコア２２を示す斜視図である。コア２２の芯として用いられる強磁性部材２２Ａは軸方向で外径が変化するような形状、例えば、図２のようにキャビティの軸方向両端部に対応する位置で外径が小、キャビティの軸方向中央部に対応する位置で外径が大となる形状になっている。そして、強磁性部材２２Ａの軸方向両端部に、セラミック等からなるリング状の絶縁体２２Ｂを嵌合させ、ロウ付けなどにより接着することにより、コア２２を形成している。なお、強磁性部材２２Ａの形状は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すようにその外径が滑らかに変化するような形状、また、図３（ｃ）に示すようにその外径が階段状に変化するような形状であってもよい。
【００１３】
キャビティ２８に充填された磁性粉末を配向した後は、金型２０をコイル１０Ａ及び１０Ｂから取り出し、油圧プレスサーボプレス等によって、上パンチ２６を加圧することによりキャビティ２８内の磁性粉末を圧縮できるようになっている。このとき、上パンチ２６からのみ磁性粉末を圧縮すると、上パンチ２６側の磁性粉末に最も圧力が伝わるため、リング成形体は上パンチ２６側から下パンチ２５側に向かうほど密度が小さくなってしまう。したがって、より密度差を軽減し、焼結後の形状精度を向上させるため、加圧子は上パンチ２６だけでなく下パンチ２５も加圧できるようにすることがより望ましい。
【００１４】
コイル１０Ａ及び１０Ｂから発生する磁界は当該コイルから遠ざかるほど弱くなる。図４（ａ）に示すように、コア２２が絶縁体のみで構成されている場合、対向するコイル１０Ａ及び１０Ｂから発生し、キャビティ２８へ導かれる磁界は、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂの中間に位置するキャビティの軸方向中心部では磁界が弱く、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂからの距離が短いところに位置するキャビティ軸方向端部では磁界が強くなる。つまり、図４（ａ）の磁束密度分布Ｂ（ｚ）に示すように、キャビティ２８の軸方向（Ｚ方向）の磁場勾配が大きくなる。キャビティ２８の軸方向の磁場勾配が大きくなると、磁場勾配に起因して発生する磁性粉末の軸方向両端部への磁気吸引力が、コア２２の中心に引き寄せられる磁気吸引力や金型２０との摩擦力より大きくなる。その結果、磁性粉末はキャビティ２８の軸方向両端部に向けて移動し、圧縮成形前にキャビティ２８内において軸方向の磁性粉末の疎密ができる。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、軸方向で外径が変化するような形状、例えば、軸方向両端部で外径が小、軸方向中央部で外径が大となる形状の強磁性部材２２Ａを有するコア２２を使用することにより、前述の問題を解決することができる。図４（ｂ）に示すように、キャビティ２８の軸方向中心部に比べて、キャビティ２８の軸方向両端部では、キャビティ２８から強磁性部材２２Ａまでの距離が長いため、キャビティ２８の軸方向両端部を通る磁界は磁気抵抗が大きい空間を通ることになる。また、強磁性部材２２Ａは磁気抵抗が低いため、磁束は磁気抵抗の高い空間よりも強磁性部材２２Ａに流れるような経路を通る。したがって、キャビティ２８の軸方向両端部を通る磁界は、図４（ａ）のようにコア２２の芯に強磁性部材２２Ａを設けない場合に比べて小さくなり、キャビティ２８の軸方向中心部を通る磁界は図４（ａ）に比べて大きくなり、キャビティ２８の軸方向における磁場勾配は小さくなっていく。キャビティ２８の軸方向の磁場勾配が小さくなると、キャビティ２８内に充填された磁性粉末に対する、磁場勾配に起因する軸方向の両端部に向かう磁気吸引力は、コア２２の中心（強磁性部材２２Ａ）に引き寄せられる磁気吸引力や金型２０との摩擦力と釣り合うこととなり、磁性粉末は軸方向両端部に向けて移動しない。その結果、キャビティ２８の軸方向の磁性粉末の密度差（疎密）が軽減され、圧縮成形後の軸方向の密度差が小さくなり、焼結時の収縮が均等になり形状精度が向上する。
【００１６】
ここで、リング成形体の軸方向の密度差が大きい場合、焼結時の収縮差により著しく変形し、焼結時に配向が乱れる。しかし、本実施の形態の構成によれば、配向及び圧縮成形したリング成形体は軸方向の密度差が小さくなるため、焼結時の収縮差が小さい。したがって、焼結収縮時の配向の乱れが少なくなり、配向率が向上するとともに、ラジアル方向を向く磁性粉末を多くする（配向方向がよりラジアル方向に揃える）ことができ、リング磁石のラジアル方向成分の磁束量を増加することができる。
【００１７】
ここで、図５に示すように、キャビティ２８の軸長をＬｃ、強磁性部材２２Ａの外径の大きい部分の軸長をＬ０とし、Ｌ０／Ｌｃをパラメータとして、有限要素法を用いてキャビティ内に発生する磁束密度について磁界解析を行った。図６は、横軸に（Ｌ０／Ｌｃ）を、縦軸にキャビティ軸方向端部の磁束密度（Ｂｅ）とキャビティ軸方向中心部の磁束密度（Ｂｃ）の差（Ｂｅ−Ｂｃ）を取った場合の両者の関係を示したものである。図６から、Ｌ０／Ｌｃが１以下、すなわち、強磁性部材の外径の大きい部分の軸長がキャビティの軸長以下の時に磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）は小さくなり、好ましくは（Ｌ０／Ｌｃ）が０．３〜０．６の間で磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）が１０００Ｇ以下となり、軸方向の磁場勾配を更に低減することができる。軸方向中心部の磁束密度（Ｂｃ）が約３Ｔ以上となるように磁気回路を設計した場合には、磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）が１０００Ｇ以下であると、約３％以下の磁場勾配を達成することができる。軸方向中心部の磁束密度が強いほど、磁場勾配により引き寄せられる力に抵抗する力（コア２２の芯である強磁性部材２２Ａに引き寄せられる力）が大きくなるため、キャビティ内における磁性粉末の移動をさらに抑制することができる。
【００１８】
さらに、強磁性部材２２Ａの最大外径をＤ０、最小外径をＤｃとし、Ｄ０／Ｄｃとして、有限要素法を用いてキャビティ軸方向端部の磁束密度（Ｂｅ）とキャビティ軸方向中心部の磁束密度（Ｂｃ）の磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）の関係を図７に示す。図７から、（Ｄ０／Ｄｃ）が０．８以下であれば、磁束密度差（Ｂｅ−Ｂｃ）が５００Ｇ以下となり、さらに軸方向の磁場勾配を低減することができる。ちなみに、図５においては、（Ｄ０／Ｄｃ）＝０．６としている。
【００１９】
次に、本実施の形態１によるラジアル異方性リング磁石の製造方法について述べる。永久磁石材料は、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料からなり、少量の添加物を添加したものを原料として用いる。さらに詳しくは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系（ＲはＬａ系の希土類元素）磁石材料に、少量のＣｏなど磁石特性を向上させるための物質や、Ｎｉ、Ａｌなどの耐食性、耐熱性、加工性を改善するための物質を含有させたものを原料として用いる。そして、これらの原料を真空中にて約１５００度で溶解し、その溶湯を銅製の鋳型又は銅製の回転するロールに流して急冷し、磁石合金を製造する。そして、この磁石合金を水素脆性処理後、ジェットミル、ボールミル等により微粉砕し、磁性粉末を製造する。次に、本実施の形態のダイ２１、コア２２、及び下パンチ２５により形成されたリング状のキャビティ２８に磁性粉末を充填し、上パンチ２６を挿入して金型２０を構成する。そして、上側のコイル１０Ａを上方に移動させることで空いた空間に金型２０を配置し、上側のコイル１０Ａを下方に移動させて金型２０を上下一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂにより挟み込む。このとき、上パンチ２６は磁性粉末を圧縮しない蓋状態の位置で止めている。次に、パルス電源によりコイル１０Ａ及び１０Ｂにパルス電流を流し、対向するパルス磁界を印加する。その後、上側のコイル１０Ａを上方へ移動させ、金型２０をコイル１０Ａ及び１０Ｂから取り出し、油圧プレスにより、上パンチ２６を加圧し、磁性粉末を２ｔで圧縮成形する。本実施の形態の金型２０は、コア２２の芯に強磁性部材２２Ａを用いることで、より多くの磁界を発生させることができ、さらにコア２２の芯以外はセラミック等の非磁性の絶縁体２２Ｂにより構成されているため、渦電流による磁界の乱れを小さくできる。圧縮成形したリング成形体を真空中にて１０８０度で焼結した後、５００度で時効処理を施した。
【００２０】
上述の製造方法によって製造したラジアル異方性リング磁石について、パルスＢＨトレーサによる配向率の測定と、３次元測定器による外径形状測定を行った。表１にＬ０／Ｌｃをパラメータとして、リング磁石の軸方向端部と軸方向中心部の外径を測定した結果を示す。ここで、Ｄ０／Ｄｃ＝０．６と一定とした。また、ここでの配向率とは、試験片に５０００ｋＡ／ｍ印加した時のラジアル方向の飽和磁束密度をＢｓ、ラジアル方向の残留磁束密度をＢｒとして、配向率（％）＝Ｂｒ／Ｂｓとした。表１から明らかなように、軸方向の両端部の外径と軸方向中心部の外径の差は、０．５２ｍｍ（Ｌ０／Ｌｃ＝１．０）から０．０５ｍｍ（Ｌ０／Ｌｃ＝０．４）に改善されていることがわかる。また、配向率も９２．２％（Ｌ０／Ｌｃ＝１．０）から９５．６％（Ｌ０／Ｌｃ＝０．４）と向上しているのがわかる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
以上のように、本実施の形態は、軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂと、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂ間に配置され、コア２２及びコア２２の周囲に配置されたダイ２１を有し、コア２２とダイ２１の間に磁性粉末が供給されるキャビティ２８が形成される金型を備え、コア２２の芯部からキャビティ２８の軸方向中央部に向けて磁気抵抗の小なる部分となる強磁性体２２Ａを設け、キャビティ２８の軸方向両端部に対応する箇所に磁気抵抗の大なる部分となる絶縁体２２Ｂを設けたものである。その結果、一対のコイル１０Ａ及び１０Ｂにより発生するキャビティ内の磁界について軸方向の磁場勾配が軽減され、配向時における磁性粉末の偏りが少なくなり、圧縮成形後の軸方向の密度差が小さくなる。そのため、焼結後のリング磁石の軸方向の形状精度を向上でき、形状仕上げの機械加工時の歩留りが向上し、生産性及びコスト低減を実現できる。
【００２３】
実施の形態２．
上記実施の形態１で説明したように、同極を対向させた１対のコイル１０Ａ及び１０Ｂから発生する磁界は、互いに軸方向に向かった後に軸方向中央付近で反発し、ラジアル方向に向かう経路を取る。図８に示すように、コア２２内部に透磁率の高い一塊の強磁性部材２２Ａが配置されている場合、コイル１０Ａ及び１０Ｂから発生するパルス磁界の周波数が高くなるほど、軸方向に向かう磁界によりコア２２の中心軸に対して回転するような渦電流Ｉｅｃ１が発生すると共に、ラジアル方向に向かう磁界によりラジアル方向の中心軸に対して回転するような渦電流Ｉｅｃ２が発生する。
【００２４】
本実施の形態は、上述のパルス磁界により発生するコアの渦電流を低減することを目的とする。図９はこの発明の実施の形態２によるコアに内蔵する強磁性部材２２０を示す斜視図である。
【００２５】
図９に示すように、本実施の形態２の強磁性部材２２０は、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料からなる厚み０．５ｍｍの円板を軸方向に積層し、軸方向に接着、カシメ、溶接等により固定した積層体である。強磁性部材２２０を構成する各円板は絶縁皮膜で被覆されており、円板同士は互いに電気的に絶縁されている。また、円板の材料は、パーメンジュールだけでなく、鉄やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金等であってもよい。強磁性部材２２０の外径は軸方向で異なっており、軸方向中心部の積層体２２０ｂの外径はφ３０ｍｍと最も大きく、軸方向両端部の積層体の外径はφ５ｍｍと最も小さい。そして、積層体である強磁性部材２２０を、セラミックから成り、内部が強磁性部材２２０の外径に沿うように階段状にくりぬかれ、分割されたコア外殻体（図示せず）の中に嵌合させる。そして、分割されたコア外殻体をロウ付け等により接着した後、コア外殻体の外周に約１ｍｍの非磁性リングを被せることでコアを形成する。
【００２６】
本実施の形態の強磁性部材２２０によれば、パルス磁界により発生するコア内部の渦電流、特に図８に示す渦電流Ｉｅｃ２を分断することでき、磁界の乱れを最小限に抑えることができる。そのため、磁石配向時に大きな磁界を発生させつつ、よりラジアル方向に磁性粉末を配向させることができ、かつ軸方向の磁場勾配を低減させることができる。そのため、焼結後のリング磁石の形状精度が向上し、形状仕上げの機械加工工程での歩留りが良好となり、生産性の向上及びコスト低減を実現できる。
【００２７】
図１０はこの発明の実施の形態２の他の例によるコアに内蔵する強磁性部材２２１を示す斜視図である。図１０に示す強磁性部材２２１は、コアの芯部に強磁性材料からなる積層円筒部２２１ａを配置し、積層円筒部２２１ａの軸方向中心部に強磁性材料からなる積層リング部２２１ｂを嵌め合わせることにより構成される。積層円筒部２２１ａは、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料から成り円筒を軸方向に切断した薄板を積層したものであり、各薄板は絶縁皮膜で被覆されており、薄板同士は互いに電気的に絶縁されている。また、積層リング部２２１ｂは、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料から成るリング状薄板を積層したものであり、各薄板は絶縁皮膜で被覆されており、薄板同士は互いに電気的に絶縁されている。
【００２８】
図１０の強磁性部材２２１によれば、パルス磁界により発生するコア内部の軸方向とラジアル方向の両方向の渦電流、つまり図８に示す渦電流Ｉｅｃ１及び渦電流Ｉｅｃ２を分断することでき、磁界の乱れを最小限に抑えることができる。そのため、磁石配向時に大きな磁界を発生させつつ、よりラジアル方向に磁性粉末を配向させることができ、かつ軸方向の磁場勾配を低減させることができる。そのため、焼結後のリング磁石の形状精度が向上し、形状仕上げの機械加工工程での歩留りが良好となり、生産性の向上及びコスト低減を実現できる。
【００２９】
実施の形態３．
図１１（ａ）はこの発明の実施の形態３によるコアを示す断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００３０】
本実施の形態の強磁性部材２２２は、パーメンジュール等の透磁率の非常に大きい強磁性材料から成るφ０．５ｍｍの線材を束ね、この線材の束をセラミック等の絶縁体から成るリングの内周に配置して構成される。上記各線材は、絶縁皮膜で被覆されることで互いに電気的に絶縁されている。また、線材の材料は、パーメンジュールだけでなく、鉄やＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金などであってもよい。強磁性部材２２２を構成する線材の束の外径は軸方向で異なっており、軸方向中心部の外径が最も大きく、軸方向両端部の外径が最も小さい。また、線材の断面形状は、図１２に示すように、円形や、四角形、六角形等の多角形であってもよい。さらに、線材を束ねた外径を所望の外径よりも若干大きくしておき、外周から圧力をかけて所望の外径まで押しつぶし、セラミック等の絶縁体から成るリングの内周に配置される強磁性体材料の密度を上げることが望ましい。また、密度を上げる方法としては、他にも線材の断面形状や線径の異なる線材を組合せてもよい。
【００３１】
本実施の形態の強磁性部材２２２によれば、パルス磁界により発生するコア内部の軸方向とラジアル方向の両方向の渦電流、つまり図８に示す渦電流Ｉｅｃ１及び渦電流Ｉｅｃ２を分断することでき、磁界の乱れを最小限に抑えることができる。そのため、磁石配向時に大きな磁界を発生させつつ、よりラジアル方向に磁性粉末を配向させることができ、かつ軸方向の磁場勾配を低減させることができる。そのため、焼結後のリング磁石の形状精度が向上し、形状仕上げの機械加工工程での歩留りが良好となり、生産性の向上及びコスト低減を実現できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０Ａ コイル、１０Ｂ コイル、２０ 金型、２１ ダイ、２２ コア、
２２Ａ 強磁性部材、２２Ｂ 絶縁体、２５ 下パンチ、２６ 上パンチ、
２８ キャビティ、２２０ 強磁性部材、２２１ 強磁性部材、２２２ 強磁性部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイルと、
上記一対のコイル間に配置され、コア及び上記コアの周囲に配置されたダイを有し、上記コアと上記ダイの間に磁性粉末が供給されるキャビティが形成される金型とを備え、
上記コアは強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成し、そのコアの芯部から上記キャビティの軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、上記キャビティの軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分を設け、
上記キャビティ長が上記コアの磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長いラジアル異方性リング磁石の製造装置。
【請求項１】
軸方向に向けて相互に対向する磁界を発生する一対のコイルと、
上記一対のコイル間に配置され、コア及び上記コアの周囲に配置されたダイを有し、上記コアと上記ダイの間に磁性粉末が供給されるキャビティが形成される金型とを備え、
上記コアは強磁性体と絶縁体且つ非磁性体から構成し、そのコアの芯部から上記キャビティの軸方向中央部に対応する箇所の磁気抵抗が、上記キャビティの軸方向両端部に対応する箇所の磁気抵抗に比して小なる部分を設け、
上記キャビティ長が上記コアの磁気抵抗の小なる部分の軸長よりも長いラジアル異方性リング磁石の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１９６９８（Ｐ２０１２−１１９６９８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２７０（Ｐ２０１２−１２７０）
【出願日】平成２４年１月６日（２０１２．１．６）
【分割の表示】特願２００７−１４８７０６（Ｐ２００７−１４８７０６）の分割
【原出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月６日（２０１２．１．６）
【分割の表示】特願２００７−１４８７０６（Ｐ２００７−１４８７０６）の分割
【原出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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