磁気異方性磁石の製造方法
【課題】より優れた容易磁化方向の配向性を有する磁気異方性磁石を容易に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供する。
【解決手段】磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された磁気異方性磁石の製造に当たって、まず、磁石粉末を磁場中で成形して磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向に配向された平板成形体を形成する。次に、平板成形体の平面を曲げ成形金型により成形加工して磁石成形体を形成する。最後に、磁石成形体を着磁して磁気異方性磁石を製造する。
【解決手段】磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された磁気異方性磁石の製造に当たって、まず、磁石粉末を磁場中で成形して磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向に配向された平板成形体を形成する。次に、平板成形体の平面を曲げ成形金型により成形加工して磁石成形体を形成する。最後に、磁石成形体を着磁して磁気異方性磁石を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気異方性磁石の製造方法に係り、より詳細には、磁石表面の曲面上の任意の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に容易磁化方向が配向された、モータなどへの使用に適する磁気異方性磁石の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気異方性磁石として異方性焼結磁石があり、異方性焼結磁石としては、Ｂａフェライト系、Ｓｒフェライト系などのフェライト磁石、Ｒ−Ｃｏ系、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類磁石（Ｒは、ＳｃとＹを含む希土類金属から選ばれる一以上である。）が広く使用されている。
【０００３】
これら磁気異方性磁石は、磁性を担っている結晶粒からなる磁石粉末の容易磁化方向をある一定の方向に揃えたものであり、そのため、結晶粒の容易磁化方向がばらばらの方向を向いている等方性磁石に比較して、その容易磁化方向に着磁されたときに残留磁束密度の値が大きく、従って、最大エネルギー積を大きくすることができる。また、焼結磁石であるため、樹脂などで結合されたボンド磁石と比較して、非磁性物質の存在量が少ないため、残留磁束密度の値が大きくなり、最大エネルギー積を大きくできる。従って、異方性焼結磁石が、同じ材料を用いた磁石の中で、一番大きな最大エネルギー積を得ることができるため、広く利用されている。
【０００４】
磁気異方性磁石は、磁性結晶粒の容易磁化方向をある一定の方向に揃えるために、その材料を、それぞれの粉砕粉が単結晶になるまで粉砕し、その粉砕粉に外部磁場を印加することにより磁石粉の磁化容易軸を外部磁場の方向と平行な方向に揃え、圧力をかけて圧縮し成形する。異方性焼結磁石の場合、その後、成形された磁石粉は、所定の条件で焼結され、異方性焼結磁石を製造する。材料によっては、焼結後、熱処理を要する場合もある。
【０００５】
成形工程で使用される磁場プレス機は、金型と磁場発生手段からなる。金型キャビティ内に磁石粉を供給し、磁場発生手段により配向磁場を印加することにより磁石粉の容易磁化方向を一方向に揃え、プレスを用いて圧力を伝達し、キャビティ内の磁石粉を成形する。成形は電磁石などで静磁場を印加しながら行われるのが一般的である。キャビティ内に充填された磁石粉に配向磁場をかける方向には、圧力印加の方向と平行方向に磁場をかける平行磁場成形と、圧力印加の方向に対し垂直方向に磁場を印加する垂直磁場成形とがある。
【０００６】
次に、実際にモータなどに使われる磁石の形状およびそのモータについて説明する。トルクリップルのない滑らかなトルクを求めるモータには、ロータヨークの表面に図８のような断面が瓦状の磁石を貼り付けた表面磁石型モータが採用される。このモータは、回転子の磁石に、磁化が矢印で示したように磁石の厚み方向（径方向）に向いているラジアル配向の磁石を用い、固定子巻線に比較的コストのかからない矩形波の電流制御を行うと、脈動の少ないトルク波形が得られる。
【０００７】
ラジアル配向の磁気異方性磁石を製造する方法として、瓦状断面のキャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチと、キャビティの外弧と内弧に沿うようにダイス内に設けられた少なくとも２つの磁性コアとを含んでなり、キャビティの外弧に沿う磁性コアが、外弧の両端から延びてオーバーハングする形状を有する、磁石粉末用磁場成形に用いられる金型を使用することにより、円弧端までラジアル配向が得られるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１１１４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この製造方法では、キャビティの外弧に沿う磁性コアに、外弧の両端から延びてオーバーハングする形状をもたせることで、中心から両端側に離れるに従って弱くなっているキャビティ部の瓦状断面における磁場配向を局部的に強め、全体として、キャビティ部の瓦状断面における磁場配向をおおむね放射状とすることができるようにしている。
【００１０】
しかしながら、キャビティの外弧と内弧を形成している磁性コアの対向面全体の磁束密度が一様でなく、対向面間の磁場の不均一により、キャビティ部の瓦状断面における磁場は完全なラジアル配向から外れたものしか得られない。
【００１１】
勿論、カットアンドトライにより磁性コアの形状に手を加えることで、対向面全体の磁束密度が一様となるようにすることも考えられるが、非常に面倒な作業を伴い、非現実的で実現することは困難である。
【００１２】
また、上述した製造方法では、磁気異方性が限られたものしか作ることができない。このため、３次元形状の磁石は、磁気異方性が一定方向のブロックを切断加工して作製するしかなく、非常に高価なものとなってしまう。
【００１３】
よって本発明は、上述した従来の状況に鑑み、より優れた容易磁化方向の配向性を有する３次元形状の磁気異方性磁石を容易に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供することを課題としている。
【００１４】
本発明はまた、容易磁化方向の配向性を有する複雑な３次元形状の磁気異方性磁石を安価に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためなされた本発明の磁気異方性磁石の製造方法は、磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された磁気異方性磁石の製造方法であって、磁石粉末を平行磁場中で成形して前記磁石粉末の容易磁化方向がプレス方向に配向され、成形面が互いに平行な平面からなる平板成形体を形成し、該平板成形体の前記平面を曲げ成形金型によりプレス成形加工して３次元形状の磁石成形体を形成し、該磁石成形体を着磁して磁気異方性磁石を製造することを特徴とする。
【００１６】
また、好ましくは、前記磁場中での前記磁石粉末の成形が水平磁場中でのプレス成形であり、前記曲げ成形金型による成形加工がプレス成形加工である。また、前記曲面は１点を中心にした円弧面、又は、らせんが動いて形成した面の一部である。前記磁石成形体が着磁されるとき、事前に焼結されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁気異方性磁石の製造方法によれば、磁場中での磁石粉末の成形では、磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向に配向されるので、成形された平板成型体おいては、磁石粉末の磁化容易方向が成形面に垂直に整列されて固定されている。次の、平板成形体の成形加工では、磁石成形体を形成する曲げ成形金型が、平板成形体の互いに平行な平面を３次元形状に曲げ加工し、成形加工によって、平板成形体の互いに平行な平面間で平行であった磁化容易方向が曲げ方向に傾けられるので、結果として得られる３次元形状の磁石成形体における磁化容易方向は、磁石成形体の表面曲面の法線方向となる。すなわち、磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された３次元形状の磁石成形体が得られる。
【００１８】
したがって、磁場中で３次元形状の磁石成形体を形成する従来にものに比べて、より優れた容易磁化方向の配向性を有する３次元形状の磁気異方性磁石を容易に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供することができる。しかも、３次元形状が複雑でも、磁気異方性磁石を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の磁気異方性磁石の製造方法の工程を簡略的に示す図である。
【図２】図１の工程１において使用する磁場プレス成形機の一例を一部断面で示す部分断面図である。
【図３】図１の工程２において使用する金型の一例を示す断面図である。
【図４】永久磁石回転機を示す斜視図である。
【図５】スパイラル型リニアモータを示す縦断面図である。
【図６】図５のモータの回転子の一部を示す斜視図である。
【図７】図５及び図６中の磁気異方性磁石の詳細構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は下面図、（ｆ）は左側面図である。
【図８】磁気異方性磁石とその磁化方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の磁気異方性磁石の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態の磁気異方性磁石の製造方法の工程を簡略的に示す。
【００２１】
実施形態の方法によって製造される磁気異方性磁石は、ロータヨークの表面に磁石を貼り付けた表面磁石型のモータに採用されるものであり、磁石表面の円弧面である曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線であるラジアル方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された断面が瓦状の磁石である。
【００２２】
磁気異方性磁石を製造するに当たって、図１に示すように、まず工程１において、磁石粉末１０を平行磁場中でプレス成形し、このことによって、磁石粉末の容易磁化方向がプレス方向に配向され、プレス面が互いに平行な平面からなる平板成形体２０を形成する。その後、工程２において、平板成形体１０の平面を曲げ成形金型によりプレス成形加工し、このことによって、断面が瓦状の磁石成形体３０を形成する。磁石成形体３０は、最終的に、図示しない着磁装置によって、磁石成形対３０おいてラジアル方向に配向された磁石粉末の容易磁化方向に着磁されて磁気異方性磁石が製造される。
【００２３】
磁気異方性磁石が希土類磁石である場合の磁石粉末１０について、その作り方を以下に説明する。まず、希土類鉱石から高純度の希土類酸化物を分離精製し、これを溶融塩電解炉で還元して希土類金属を製造する。次に、この希土類金属の他に、鉄、コバルト、その他添加元素を秤量した原料を坩堝に挿入し、真空溶解炉にセットした坩堝に高周波を掛けて原料を溶解する。高温になって均質に合金化した後、溶湯は鋳型に流し込まれてインゴットが作製される。インゴットは何段階かの工程を経て粉砕され、最終的には平均粒径で数ミクロン程度の微粉になる。各粉砕工程は、微粉の酸化を防ぐため、窒素やアルゴンの雰囲気で保護される。
【００２４】
磁石粉末１０の平行磁場中でのプレス成形では、圧縮方向と平行な方向に磁場が加えられながら圧縮成形され、例えば図２に示すような磁場プレス成形機４０が使用される。プレス成形機の金型４１が形成するキャビティ４２内に磁石粉末１０が充填され、磁場を通す非磁性材料からなる金型４１を通じて磁場発生コイル４３が発生する磁場がキャビティ４２内の磁石粉末１０に加えられる。磁場は、キャビティ４２内の磁石粉末１０の一粒一粒がプレス成形機４０の磁場と同じ方向に、それぞれの磁化容易方向を揃えるように動く。プレス成型された平板成型体２０おいては、磁石粉末１０の磁化容易方向がプレス方向に平行に整列されて固定されている。
【００２５】
磁石粉末１０を平行磁場中でプレス成形して形成された平板成形体２０は、プレス面が互いに平行な平面からなり、平板成形体２０の互いに平行な平面を成形するキャビティ４２の対向壁を形成している金型４１の対向面も互いに平行な平面となっている。したがって、磁場発生コイル４３が発生する磁場は、金型４２を通じて平板成形体２０の互いに平行な平面を成形するキャビティ４２の対向壁間に均一に磁場を形成する。この結果、磁石粉末１０の容易磁化方向がプレス方向に配向され、しかも、配向性が平板成形体２０の互いに平行な平面間で均一である。
【００２６】
上述した工程２において、平板成形体２０のプレス成形加工により、断面が瓦状の磁石成形体を形成する曲げ成形金型は、平板成形体２０の板厚を保って平板成形体２０の平行な平面を断面瓦状の３次元形状に曲げ加工するための図３に示すような一対の割金型５１、５２からなる金型５０である。金型５０によるプレス成形加工によって、平板成形体２０の互いに平行な平面間で平行であった磁化容易方向が曲げ方向に傾けられる。なお、金型５０によるプレス成形加工では、板厚を保って３次元形状に曲げ加工するには、大径円弧側が伸長し、小径円弧側が収縮するような加工が行われる必要がある。
【００２７】
結果として得られる断面瓦状の磁石成形体３０における磁化容易方向は、磁石成形体３０の表面曲面の法線方向となる。すなわち、磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された３次元形状の磁石成形体３０が得られる。
【００２８】
製造する磁気異方性磁石が焼結磁石である場合、磁石成形体３０は、その後、真空焼結炉の中で焼結及び熱処理されて焼結磁石（図示せず）にされた後に、最終的に、着磁装置によって着磁される。着磁によって得られる磁気異方性磁石は、磁石成形体３０において配向された磁石粉末の容易磁化方向に着磁されている。
【００２９】
なお、磁気異方性磁石が焼結磁石である場合、磁石成形体３０はその磁石粉末１０が占める体積だけを密度算定用の体積とする真密度で約５０％程度であるが、焼結反応が進むにつれて真密度１００％まで焼き固まる。このとき、焼結磁石の各寸法は磁石成形体３０の７０〜８０％、体積は約半分に収縮する。したがって、磁石成形体３０の成形では、この焼結、熱処理での収縮分を考慮した成形が行われる。
【００３０】
磁気異方性磁石が適用される表面磁石型のモータは、効率が高く制御性が良いことから、サーボモータを始めとする制御用モータに用いられている。例えば、ＡＣサーボモータには、図４に示すようなラジアルエアギャップ形の永久磁石回転機６０が用いられている。図４に示した永久磁石回転機６０は、回転子ヨーク６２の表面に、断面瓦状の、いわゆるＣ形の磁気異方性磁石６３を貼り付けた回転子６４と、空隙（ギャップ）６５を介して配置された複数のスロットを有する固定子ヨークとティース６６に巻かれたコイル６７からなる固定子６８とで構成されている。図４に示す永久磁石回転機の場合、磁気異方性磁石の極数は６、ティースの数は９であり、磁気異方性磁石内の矢印は磁気異方性磁石の磁化の方向を示している。また、コイルはティースに集中巻きで巻かれ、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の３相のＹ結線がなされている。コイルのＵ＋はＵ相コイルの巻き方向が手前、Ｕ−はＵ相コイルの巻き方向が奥であることを意味している。
【００３１】
磁気異方性磁石が適用される他のモータとしては、回転運動を並進運動に変換するねじの機構と電磁力による動力機構とを一体化することにより、小型軽量、高精度、高推力の各点を同時に備える、例えば特許第３７１２０７３号公報に記載されたスパイラル型リニアモータが考えられる。
【００３２】
このスパイラル型リニアモータは、図５に縦断面で示すように、中心軸７２と当該中心軸の外周に径方向に突出したらせん状部７３とを備える回転子７４と、回転子７４と同ピッチのらせん状の溝を有する中空磁極を備える固定子７５とを備え、回転子７４の中心軸７２を固定子７５の中空磁極内とし、回転子７４のらせん状部７３の軸方向側面と固定子７５のらせん状溝の軸方向側面とを対向させ、中空磁極のらせん状の溝内においてらせん状に回転自在とし、回転子７４は固定子７５に対してらせん状に回転しながら軸方向に直動する。回転子７４は、らせん状部７３のらせん側面に磁気異方性磁石７６を備える。固定子７５は、中空磁極のらせん状の両側面に互いにスロットを備え、このスロットに９０度位相をずらした２相の巻き線を軸方向に巻回する。なお、図中、７７は回転子７４の回転軸７２を軸受けする直線回転軸受け、７８は固定子７５が取り付けられたモータフレームである。
【００３３】
この構成によるスパイラル型リニアモータでは、らせん状に形成された固定子７５の溝内を、同じくらせん状に形成された回転子７４のらせん状部７３をらせん状に回転しながら、ねじ機構と同様に軸方向に直動する。このスパイラル型リニアモータのトルク及び推力は、回転子７４と固定子７５の互いに対向する磁極のらせん状側面間で交差する電磁力により発生し、それぞれ独立して制御することができる。
【００３４】
上述したスパイラル型リニアモータでは、らせん状部７３の軸方向側面の形状は、図６に示すように、非常に複雑な３次元形状となっている。すなわち、らせん状部７３の軸方向側面は、３次元曲線の一種で、回転しながら回転面に垂直成分のある方向へ上昇する曲線であるらせんが動いて形成した面からなっている。このため、この軸方向側面に所定角度毎に分割して貼り付けた多数の磁気異方性磁石７６も、図７に示すように、非常に複雑な３次元形状をなし、軸方向側面の形状に倣った複雑な３次元形状の曲面を有する。なお、図７において、（ａ）はスパイラル型リニアモータの軸方向側面に貼り付け磁気異方性磁石７６の平面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は下面図、（ｆ）は左側面図である。
【００３５】
しかしながら、断面瓦状の磁気異方性磁石と同様の製造方法により製造することによって、磁気異方性磁石７６はその表面の３次元形状の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向されたものが安価に作ることができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、磁石粉末１０を水平磁場中でプレス成形して成形体を形成する工程１において、磁石粉末をそのまま成形する乾式について説明したが、磁石粉末を含むスラリーを脱水しながら圧縮成形する湿式を採用してもよい。これ以外に、磁石粉末と樹脂系バインダーを混練した材料から平板成形体（グリーン体）を経て磁石成形体（グリーン体）を形成し、この磁石成形体（グリーン体）からバインダー成分のみを除去し、残った磁石粉末成分を焼結することで磁気異方性焼結磁石を製造するようにしてもよい。この場合、平板成形体を３次元形状の磁石成形体にプレス成形加工する際に、樹脂系バインダーが成形性を高めるのに役立つ。
【００３７】
また、本発明の磁気異方性磁石の製造方法は、射出成形時に流動性が確保できる熱可塑性樹脂と磁石粉末を混練したボンド磁石の製造にも適用できる。この場合、平板成形体の形成は、水平磁場中でのプレス成形の代わりに、磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向の磁場中で射出成形することにより行われる。そして、平板成形体を３次元形状の磁石成形体に成形加工する際に、樹脂系バインダーを流動しない程度に軟化させれば、磁石粉末の配向が乱されることなく成形加工が行われる。この場合、樹脂系バインダーが平板成形体を磁石成形体に成形する際の成形性を高めるのに役立つ。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 磁石粉末
２０ 平板成形体
３０ 磁石成形体
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気異方性磁石の製造方法に係り、より詳細には、磁石表面の曲面上の任意の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に容易磁化方向が配向された、モータなどへの使用に適する磁気異方性磁石の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気異方性磁石として異方性焼結磁石があり、異方性焼結磁石としては、Ｂａフェライト系、Ｓｒフェライト系などのフェライト磁石、Ｒ−Ｃｏ系、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類磁石（Ｒは、ＳｃとＹを含む希土類金属から選ばれる一以上である。）が広く使用されている。
【０００３】
これら磁気異方性磁石は、磁性を担っている結晶粒からなる磁石粉末の容易磁化方向をある一定の方向に揃えたものであり、そのため、結晶粒の容易磁化方向がばらばらの方向を向いている等方性磁石に比較して、その容易磁化方向に着磁されたときに残留磁束密度の値が大きく、従って、最大エネルギー積を大きくすることができる。また、焼結磁石であるため、樹脂などで結合されたボンド磁石と比較して、非磁性物質の存在量が少ないため、残留磁束密度の値が大きくなり、最大エネルギー積を大きくできる。従って、異方性焼結磁石が、同じ材料を用いた磁石の中で、一番大きな最大エネルギー積を得ることができるため、広く利用されている。
【０００４】
磁気異方性磁石は、磁性結晶粒の容易磁化方向をある一定の方向に揃えるために、その材料を、それぞれの粉砕粉が単結晶になるまで粉砕し、その粉砕粉に外部磁場を印加することにより磁石粉の磁化容易軸を外部磁場の方向と平行な方向に揃え、圧力をかけて圧縮し成形する。異方性焼結磁石の場合、その後、成形された磁石粉は、所定の条件で焼結され、異方性焼結磁石を製造する。材料によっては、焼結後、熱処理を要する場合もある。
【０００５】
成形工程で使用される磁場プレス機は、金型と磁場発生手段からなる。金型キャビティ内に磁石粉を供給し、磁場発生手段により配向磁場を印加することにより磁石粉の容易磁化方向を一方向に揃え、プレスを用いて圧力を伝達し、キャビティ内の磁石粉を成形する。成形は電磁石などで静磁場を印加しながら行われるのが一般的である。キャビティ内に充填された磁石粉に配向磁場をかける方向には、圧力印加の方向と平行方向に磁場をかける平行磁場成形と、圧力印加の方向に対し垂直方向に磁場を印加する垂直磁場成形とがある。
【０００６】
次に、実際にモータなどに使われる磁石の形状およびそのモータについて説明する。トルクリップルのない滑らかなトルクを求めるモータには、ロータヨークの表面に図８のような断面が瓦状の磁石を貼り付けた表面磁石型モータが採用される。このモータは、回転子の磁石に、磁化が矢印で示したように磁石の厚み方向（径方向）に向いているラジアル配向の磁石を用い、固定子巻線に比較的コストのかからない矩形波の電流制御を行うと、脈動の少ないトルク波形が得られる。
【０００７】
ラジアル配向の磁気異方性磁石を製造する方法として、瓦状断面のキャビティを形成するダイスと、キャビティ内を圧縮するためにプレスに連動可能なパンチと、キャビティの外弧と内弧に沿うようにダイス内に設けられた少なくとも２つの磁性コアとを含んでなり、キャビティの外弧に沿う磁性コアが、外弧の両端から延びてオーバーハングする形状を有する、磁石粉末用磁場成形に用いられる金型を使用することにより、円弧端までラジアル配向が得られるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１１１４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この製造方法では、キャビティの外弧に沿う磁性コアに、外弧の両端から延びてオーバーハングする形状をもたせることで、中心から両端側に離れるに従って弱くなっているキャビティ部の瓦状断面における磁場配向を局部的に強め、全体として、キャビティ部の瓦状断面における磁場配向をおおむね放射状とすることができるようにしている。
【００１０】
しかしながら、キャビティの外弧と内弧を形成している磁性コアの対向面全体の磁束密度が一様でなく、対向面間の磁場の不均一により、キャビティ部の瓦状断面における磁場は完全なラジアル配向から外れたものしか得られない。
【００１１】
勿論、カットアンドトライにより磁性コアの形状に手を加えることで、対向面全体の磁束密度が一様となるようにすることも考えられるが、非常に面倒な作業を伴い、非現実的で実現することは困難である。
【００１２】
また、上述した製造方法では、磁気異方性が限られたものしか作ることができない。このため、３次元形状の磁石は、磁気異方性が一定方向のブロックを切断加工して作製するしかなく、非常に高価なものとなってしまう。
【００１３】
よって本発明は、上述した従来の状況に鑑み、より優れた容易磁化方向の配向性を有する３次元形状の磁気異方性磁石を容易に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供することを課題としている。
【００１４】
本発明はまた、容易磁化方向の配向性を有する複雑な３次元形状の磁気異方性磁石を安価に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためなされた本発明の磁気異方性磁石の製造方法は、磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された磁気異方性磁石の製造方法であって、磁石粉末を平行磁場中で成形して前記磁石粉末の容易磁化方向がプレス方向に配向され、成形面が互いに平行な平面からなる平板成形体を形成し、該平板成形体の前記平面を曲げ成形金型によりプレス成形加工して３次元形状の磁石成形体を形成し、該磁石成形体を着磁して磁気異方性磁石を製造することを特徴とする。
【００１６】
また、好ましくは、前記磁場中での前記磁石粉末の成形が水平磁場中でのプレス成形であり、前記曲げ成形金型による成形加工がプレス成形加工である。また、前記曲面は１点を中心にした円弧面、又は、らせんが動いて形成した面の一部である。前記磁石成形体が着磁されるとき、事前に焼結されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁気異方性磁石の製造方法によれば、磁場中での磁石粉末の成形では、磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向に配向されるので、成形された平板成型体おいては、磁石粉末の磁化容易方向が成形面に垂直に整列されて固定されている。次の、平板成形体の成形加工では、磁石成形体を形成する曲げ成形金型が、平板成形体の互いに平行な平面を３次元形状に曲げ加工し、成形加工によって、平板成形体の互いに平行な平面間で平行であった磁化容易方向が曲げ方向に傾けられるので、結果として得られる３次元形状の磁石成形体における磁化容易方向は、磁石成形体の表面曲面の法線方向となる。すなわち、磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された３次元形状の磁石成形体が得られる。
【００１８】
したがって、磁場中で３次元形状の磁石成形体を形成する従来にものに比べて、より優れた容易磁化方向の配向性を有する３次元形状の磁気異方性磁石を容易に製造することができる磁気異方性磁石の製造方法を提供することができる。しかも、３次元形状が複雑でも、磁気異方性磁石を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の磁気異方性磁石の製造方法の工程を簡略的に示す図である。
【図２】図１の工程１において使用する磁場プレス成形機の一例を一部断面で示す部分断面図である。
【図３】図１の工程２において使用する金型の一例を示す断面図である。
【図４】永久磁石回転機を示す斜視図である。
【図５】スパイラル型リニアモータを示す縦断面図である。
【図６】図５のモータの回転子の一部を示す斜視図である。
【図７】図５及び図６中の磁気異方性磁石の詳細構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は下面図、（ｆ）は左側面図である。
【図８】磁気異方性磁石とその磁化方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の磁気異方性磁石の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態の磁気異方性磁石の製造方法の工程を簡略的に示す。
【００２１】
実施形態の方法によって製造される磁気異方性磁石は、ロータヨークの表面に磁石を貼り付けた表面磁石型のモータに採用されるものであり、磁石表面の円弧面である曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線であるラジアル方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された断面が瓦状の磁石である。
【００２２】
磁気異方性磁石を製造するに当たって、図１に示すように、まず工程１において、磁石粉末１０を平行磁場中でプレス成形し、このことによって、磁石粉末の容易磁化方向がプレス方向に配向され、プレス面が互いに平行な平面からなる平板成形体２０を形成する。その後、工程２において、平板成形体１０の平面を曲げ成形金型によりプレス成形加工し、このことによって、断面が瓦状の磁石成形体３０を形成する。磁石成形体３０は、最終的に、図示しない着磁装置によって、磁石成形対３０おいてラジアル方向に配向された磁石粉末の容易磁化方向に着磁されて磁気異方性磁石が製造される。
【００２３】
磁気異方性磁石が希土類磁石である場合の磁石粉末１０について、その作り方を以下に説明する。まず、希土類鉱石から高純度の希土類酸化物を分離精製し、これを溶融塩電解炉で還元して希土類金属を製造する。次に、この希土類金属の他に、鉄、コバルト、その他添加元素を秤量した原料を坩堝に挿入し、真空溶解炉にセットした坩堝に高周波を掛けて原料を溶解する。高温になって均質に合金化した後、溶湯は鋳型に流し込まれてインゴットが作製される。インゴットは何段階かの工程を経て粉砕され、最終的には平均粒径で数ミクロン程度の微粉になる。各粉砕工程は、微粉の酸化を防ぐため、窒素やアルゴンの雰囲気で保護される。
【００２４】
磁石粉末１０の平行磁場中でのプレス成形では、圧縮方向と平行な方向に磁場が加えられながら圧縮成形され、例えば図２に示すような磁場プレス成形機４０が使用される。プレス成形機の金型４１が形成するキャビティ４２内に磁石粉末１０が充填され、磁場を通す非磁性材料からなる金型４１を通じて磁場発生コイル４３が発生する磁場がキャビティ４２内の磁石粉末１０に加えられる。磁場は、キャビティ４２内の磁石粉末１０の一粒一粒がプレス成形機４０の磁場と同じ方向に、それぞれの磁化容易方向を揃えるように動く。プレス成型された平板成型体２０おいては、磁石粉末１０の磁化容易方向がプレス方向に平行に整列されて固定されている。
【００２５】
磁石粉末１０を平行磁場中でプレス成形して形成された平板成形体２０は、プレス面が互いに平行な平面からなり、平板成形体２０の互いに平行な平面を成形するキャビティ４２の対向壁を形成している金型４１の対向面も互いに平行な平面となっている。したがって、磁場発生コイル４３が発生する磁場は、金型４２を通じて平板成形体２０の互いに平行な平面を成形するキャビティ４２の対向壁間に均一に磁場を形成する。この結果、磁石粉末１０の容易磁化方向がプレス方向に配向され、しかも、配向性が平板成形体２０の互いに平行な平面間で均一である。
【００２６】
上述した工程２において、平板成形体２０のプレス成形加工により、断面が瓦状の磁石成形体を形成する曲げ成形金型は、平板成形体２０の板厚を保って平板成形体２０の平行な平面を断面瓦状の３次元形状に曲げ加工するための図３に示すような一対の割金型５１、５２からなる金型５０である。金型５０によるプレス成形加工によって、平板成形体２０の互いに平行な平面間で平行であった磁化容易方向が曲げ方向に傾けられる。なお、金型５０によるプレス成形加工では、板厚を保って３次元形状に曲げ加工するには、大径円弧側が伸長し、小径円弧側が収縮するような加工が行われる必要がある。
【００２７】
結果として得られる断面瓦状の磁石成形体３０における磁化容易方向は、磁石成形体３０の表面曲面の法線方向となる。すなわち、磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された３次元形状の磁石成形体３０が得られる。
【００２８】
製造する磁気異方性磁石が焼結磁石である場合、磁石成形体３０は、その後、真空焼結炉の中で焼結及び熱処理されて焼結磁石（図示せず）にされた後に、最終的に、着磁装置によって着磁される。着磁によって得られる磁気異方性磁石は、磁石成形体３０において配向された磁石粉末の容易磁化方向に着磁されている。
【００２９】
なお、磁気異方性磁石が焼結磁石である場合、磁石成形体３０はその磁石粉末１０が占める体積だけを密度算定用の体積とする真密度で約５０％程度であるが、焼結反応が進むにつれて真密度１００％まで焼き固まる。このとき、焼結磁石の各寸法は磁石成形体３０の７０〜８０％、体積は約半分に収縮する。したがって、磁石成形体３０の成形では、この焼結、熱処理での収縮分を考慮した成形が行われる。
【００３０】
磁気異方性磁石が適用される表面磁石型のモータは、効率が高く制御性が良いことから、サーボモータを始めとする制御用モータに用いられている。例えば、ＡＣサーボモータには、図４に示すようなラジアルエアギャップ形の永久磁石回転機６０が用いられている。図４に示した永久磁石回転機６０は、回転子ヨーク６２の表面に、断面瓦状の、いわゆるＣ形の磁気異方性磁石６３を貼り付けた回転子６４と、空隙（ギャップ）６５を介して配置された複数のスロットを有する固定子ヨークとティース６６に巻かれたコイル６７からなる固定子６８とで構成されている。図４に示す永久磁石回転機の場合、磁気異方性磁石の極数は６、ティースの数は９であり、磁気異方性磁石内の矢印は磁気異方性磁石の磁化の方向を示している。また、コイルはティースに集中巻きで巻かれ、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の３相のＹ結線がなされている。コイルのＵ＋はＵ相コイルの巻き方向が手前、Ｕ−はＵ相コイルの巻き方向が奥であることを意味している。
【００３１】
磁気異方性磁石が適用される他のモータとしては、回転運動を並進運動に変換するねじの機構と電磁力による動力機構とを一体化することにより、小型軽量、高精度、高推力の各点を同時に備える、例えば特許第３７１２０７３号公報に記載されたスパイラル型リニアモータが考えられる。
【００３２】
このスパイラル型リニアモータは、図５に縦断面で示すように、中心軸７２と当該中心軸の外周に径方向に突出したらせん状部７３とを備える回転子７４と、回転子７４と同ピッチのらせん状の溝を有する中空磁極を備える固定子７５とを備え、回転子７４の中心軸７２を固定子７５の中空磁極内とし、回転子７４のらせん状部７３の軸方向側面と固定子７５のらせん状溝の軸方向側面とを対向させ、中空磁極のらせん状の溝内においてらせん状に回転自在とし、回転子７４は固定子７５に対してらせん状に回転しながら軸方向に直動する。回転子７４は、らせん状部７３のらせん側面に磁気異方性磁石７６を備える。固定子７５は、中空磁極のらせん状の両側面に互いにスロットを備え、このスロットに９０度位相をずらした２相の巻き線を軸方向に巻回する。なお、図中、７７は回転子７４の回転軸７２を軸受けする直線回転軸受け、７８は固定子７５が取り付けられたモータフレームである。
【００３３】
この構成によるスパイラル型リニアモータでは、らせん状に形成された固定子７５の溝内を、同じくらせん状に形成された回転子７４のらせん状部７３をらせん状に回転しながら、ねじ機構と同様に軸方向に直動する。このスパイラル型リニアモータのトルク及び推力は、回転子７４と固定子７５の互いに対向する磁極のらせん状側面間で交差する電磁力により発生し、それぞれ独立して制御することができる。
【００３４】
上述したスパイラル型リニアモータでは、らせん状部７３の軸方向側面の形状は、図６に示すように、非常に複雑な３次元形状となっている。すなわち、らせん状部７３の軸方向側面は、３次元曲線の一種で、回転しながら回転面に垂直成分のある方向へ上昇する曲線であるらせんが動いて形成した面からなっている。このため、この軸方向側面に所定角度毎に分割して貼り付けた多数の磁気異方性磁石７６も、図７に示すように、非常に複雑な３次元形状をなし、軸方向側面の形状に倣った複雑な３次元形状の曲面を有する。なお、図７において、（ａ）はスパイラル型リニアモータの軸方向側面に貼り付け磁気異方性磁石７６の平面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は下面図、（ｆ）は左側面図である。
【００３５】
しかしながら、断面瓦状の磁気異方性磁石と同様の製造方法により製造することによって、磁気異方性磁石７６はその表面の３次元形状の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向されたものが安価に作ることができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、磁石粉末１０を水平磁場中でプレス成形して成形体を形成する工程１において、磁石粉末をそのまま成形する乾式について説明したが、磁石粉末を含むスラリーを脱水しながら圧縮成形する湿式を採用してもよい。これ以外に、磁石粉末と樹脂系バインダーを混練した材料から平板成形体（グリーン体）を経て磁石成形体（グリーン体）を形成し、この磁石成形体（グリーン体）からバインダー成分のみを除去し、残った磁石粉末成分を焼結することで磁気異方性焼結磁石を製造するようにしてもよい。この場合、平板成形体を３次元形状の磁石成形体にプレス成形加工する際に、樹脂系バインダーが成形性を高めるのに役立つ。
【００３７】
また、本発明の磁気異方性磁石の製造方法は、射出成形時に流動性が確保できる熱可塑性樹脂と磁石粉末を混練したボンド磁石の製造にも適用できる。この場合、平板成形体の形成は、水平磁場中でのプレス成形の代わりに、磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向の磁場中で射出成形することにより行われる。そして、平板成形体を３次元形状の磁石成形体に成形加工する際に、樹脂系バインダーを流動しない程度に軟化させれば、磁石粉末の配向が乱されることなく成形加工が行われる。この場合、樹脂系バインダーが平板成形体を磁石成形体に成形する際の成形性を高めるのに役立つ。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 磁石粉末
２０ 平板成形体
３０ 磁石成形体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された磁気異方性磁石の製造方法であって、
磁石粉末を磁場中で成形して前記磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向に配向された平板成形体を形成し、
該平板成形体の前記平面を曲げ成形金型により成形加工して３次元形状の磁石成形体を形成し、
該磁石成形体を着磁して磁気異方性磁石を製造することを特徴とする磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁場中での前記磁石粉末の成形が水平磁場中でのプレス成形であり、前記曲げ成形金型による成形加工がプレス成形加工である
ことを特徴とする請求項１記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項３】
前記曲面が１点を中心にした円弧面である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項４】
前記曲面はらせんが動いて形成した面の一部である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項５】
前記磁石成形体は着磁されるとき、事前に焼結されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項１】
磁石表面の曲面上の一点で、その点での接平面に垂直な直線の方向に磁石粉末の容易磁化方向が配向された磁気異方性磁石の製造方法であって、
磁石粉末を磁場中で成形して前記磁石粉末の容易磁化方向が互いに平行な平面からなる成形面に垂直な直線の方向に配向された平板成形体を形成し、
該平板成形体の前記平面を曲げ成形金型により成形加工して３次元形状の磁石成形体を形成し、
該磁石成形体を着磁して磁気異方性磁石を製造することを特徴とする磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁場中での前記磁石粉末の成形が水平磁場中でのプレス成形であり、前記曲げ成形金型による成形加工がプレス成形加工である
ことを特徴とする請求項１記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項３】
前記曲面が１点を中心にした円弧面である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項４】
前記曲面はらせんが動いて形成した面の一部である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【請求項５】
前記磁石成形体は着磁されるとき、事前に焼結されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気異方性磁石の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０９００４（Ｐ２０１１−１０９００４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５０６９（Ｐ２００９−２６５０６９）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（５０４１８２２５５）国立大学法人横浜国立大学 (429)
【出願人】（５０９３２２３３９）上海笠原電装有限公司 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（５０４１８２２５５）国立大学法人横浜国立大学 (429)
【出願人】（５０９３２２３３９）上海笠原電装有限公司 (1)
【Ｆターム（参考）】
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