(57)【要約】【課題】磁石材料粉末を直線的でない方向に配向させて成形する成形型において、成形型内に配置する磁性体の端部における磁束の漏れを抑制し、磁石材料粉末の配向を、均一性高く、また効率的に行うことができる成形型、およびそのような成形型を用いて、磁石材料粉末を、均一性高く、また効率的に配向させることができる磁石材料の成形方法を提供する。【解決手段】磁界Ｈ中で磁石材料粉末を配向させて成形する成形型１を、磁性体よりなる１対のヨーク部材２０，３０を有するものとする。１対のヨーク部材２０，３０は、相互に離間して配置されており、１対のヨーク部材２０，３０の間に設けられた充填空間１１に、磁石材料粉末を充填可能であり、１対のヨーク部材２０，３０の少なくとも一方は、充填空間１１に面する成形面２１，３１に開口して、磁界Ｈの印加方向ｙに対して傾斜した方向に切り欠かれた、複数のスリット２２，３２を有するものとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界中で磁石材料粉末を配向させて成形する成形型において、
前記成形型は、磁性体よりなる１対のヨーク部材を有し、前記１対のヨーク部材は、相互に離間して配置されており、前記１対のヨーク部材の間に設けられた充填空間に、前記磁石材料粉末を充填可能であり、
前記１対のヨーク部材の少なくとも一方は、前記充填空間に面する成形面に開口して、前記磁界の印加方向に対して傾斜した方向に切り欠かれた、複数のスリットを有することを特徴とする成形型。
【請求項２】
前記１対のヨーク部材の成形面は、同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状に形成されており、前記スリットは、それら弧形状を結ぶ放射方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
【請求項３】
前記１対のヨーク部材は、ともに、前記スリットを有することを特徴とする請求項１または２に記載の成形型。
【請求項４】
前記成形型は、前記充填空間に充填した前記磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行うものであり、
前記１対のヨーク部材を保持する非磁性体よりなる保持型をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成形型。
【請求項５】
前記１対のヨーク部材のそれぞれは、前記スリットを挟んで前記成形面から離れた位置に、前記磁界に交差する方向に突出して、前記保持型に係止される係止部を有することを特徴とする請求項４に記載の成形型。
【請求項６】
前記成形型はさらに、前記成形面に面する前記充填空間の壁面を構成する、非磁性体よりなる隔離壁を、前記保持型と一体に有することを特徴とする請求項４または５に記載の成形型。
【請求項７】
前記隔離壁の厚さは、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の成形型。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の成形型の前記充填空間に、磁石材料粉末を充填し、
前記成形型の外側から磁界を印加しながら、前記磁石材料粉末を配向させて成形することを特徴とする磁石材料の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型および磁石材料の成形方法に関し、さらに詳しくは、磁石材料粉末を配向させて成形するための成形型、およびそのような成形型を用いて磁石材料を成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
希土類磁石等の磁石材料粉末を原料として、異方性焼結磁石を製造する際に、磁界中で、成形型を用いて、磁石材料粉末の配向と、成形が行われる。製造すべき焼結磁石の形状が、棒状、板状、柱状等、単純な形状であり、それらの形状を構成する辺や面、軸等に沿って、直線的な方向に磁石材料粉末を配向させる場合には、一方向に配向磁場を形成して、磁石材料粉末の配向と成形を行えばよい。しかし、モータ等の用途において、弧形状（瓦形状）等、曲面部を有する形状の焼結磁石が用いられる。それらの焼結磁石においては、磁石材料粉末の配向方向として所望される方向も、直線的でない場合が多い。弧形状の磁石においては、ラジアル方向の配向が求められる。
【０００３】
ラジアル方向等、直線的でない方向に磁石材料粉末を配向させるためには、外部から印加される磁界を、その配向方向に沿わせるように曲げる必要がある。そこで、内部に磁性体を配置した成形型が用いられる場合がある。例えば、特許文献１には、外部に向く外弧と内部に向く内弧と二本の線で構成される瓦状断面のキャビティを形成するダイスと、該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、該キャビティの外弧と内弧に沿うように該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る金型が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるように、磁石材料粉末を配向させ、成形するための成形型に、磁性体を配置することで、ラジアル配向等、直線的な方向以外の方向に、磁石材料粉末を配向させることが可能となる。しかし、図３（ｂ）に、磁束の分布のシミュレーションを示すように、磁性体（上下の濃いグレーの弧形状の部位）において、円で囲んで表示した端部に磁束が集中しやすくなる。その結果、磁束密度に空間的な不均一性が生じるとともに、磁束の漏れが起こり、得られる成形体の各部で、磁石材料粉末を、均一性高く、所望の方向に配向させることが難しくなる。すると、製造される焼結磁石において、所望の磁気特性が達成されない場合や、磁気特性に不均一な空間分布が生じる場合がありうる。また、端部からの磁束の漏れを補うべく、高磁界を印加するとすれば、磁界を発生させるためのコイルの大型化や、必要電力の増大を招き、磁石材料粉末の配向における効率が悪くなってしまう。
【０００６】
特許文献１では、キャビティの外弧に沿う磁性コアが、該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ものとすることで、キャビティの両端でもラジアル配向磁場を実現できるとされている。磁性コアをそのような形状とすることで、端部の磁石材料粉末の配向性を高められるとしても、磁性コアが大型化しやすい。また、磁性コアの端部での磁束の漏れ自体を阻止できる訳ではないため、コイルの大型化や必要電力の増大は、回避しにくい。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、磁石材料粉末を直線的でない方向に配向させて成形する成形型において、成形型内に配置する磁性体の端部における磁束の漏れを抑制し、磁石材料粉末の配向を、均一性高く、また効率的に行うことができる成形型、およびそのような成形型を用いて、磁石材料粉末を、均一性高く、また効率的に配向させることができる磁石材料の成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明にかかる成形型は、磁界中で磁石材料粉末を配向させて成形する成形型において、前記成形型は、磁性体よりなる１対のヨーク部材を有し、前記１対のヨーク部材は、相互に離間して配置されており、前記１対のヨーク部材の間に設けられた充填空間に、前記磁石材料粉末を充填可能であり、前記１対のヨーク部材の少なくとも一方は、前記充填空間に面する成形面に開口して、前記磁界の印加方向に対して傾斜した方向に切り欠かれた、複数のスリットを有するものである。
【０００９】
ここで、前記１対のヨーク部材の成形面は、前記磁界の印加方向に沿って同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状に形成されており、前記スリットは、それら弧形状を結ぶ放射方向に沿って形成されているとよい。
【００１０】
また、前記１対のヨーク部材は、ともに、前記スリットを有するとよい。
【００１１】
そして、前記成形型は、前記充填空間に充填した前記磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行うものであり、前記１対のヨーク部材を保持する非磁性体よりなる保持型をさらに有するとよい。
【００１２】
この場合に、前記１対のヨーク部材のそれぞれは、前記スリットを挟んで前記成形面から離れた位置に、前記磁界に交差する方向に突出して、前記保持型に係止される係止部を有するとよい。また、前記成形型はさらに、前記成形面に面する前記充填空間の壁面を構成する、非磁性体よりなる隔離壁を、前記保持型と一体に有するとよい。また、前記隔離壁の厚さは、０．５ｍｍ以下であるとよい。
【００１３】
本発明にかかる磁石材料の成形方法は、上記のような成形型の前記充填空間に、磁石材料粉末を充填し、前記成形型の外側から磁界を印加しながら、前記磁石材料粉末を配向させて成形するものである。
【発明の効果】
【００１４】
上記発明にかかる成形型においては、ヨーク部材にスリットが設けられていることにより、ヨーク部材が複数の領域に分割され、磁界の印加方向に対して傾斜した複数の幅の狭い磁路を形成している。磁束は、その幅の狭い磁路のそれぞれを通ることにより、ヨーク部材の端部に集中せず、ヨーク部材の全域に分散される。そのため、ヨーク部材の端部から磁束が漏れにくくなり、外部からの磁界の印加方向に対して傾斜した方向の配向磁場を、充填空間の各部位に、均一性高く印加し、各部位に充填された磁石材料粉末を配向させることができる。また、磁束の漏れを補うために、磁界の発生に用いるコイルを過度に大型化させることや、コイルに大電流を印加することが必要でなくなるため、磁石材料粉末の配向を効率的に達成することができる。その結果、成形体が、単純形状をとらず、所望される磁石材料粉末の配向方向が直線的でない場合でも、成形体の各部において、磁石材料粉末を、効率的に、均一性高く配向させることができる。そして、成形体の焼結を経て、磁気特性の均一性に優れた異方性焼結磁石を、効率的に製造することができる。
【００１５】
ここで、１対のヨーク部材の成形面が、磁界の印加方向に沿って同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状に形成されており、スリットが、それら弧形状を結ぶ放射方向に沿って形成されている場合には、弧形状に形成された充填空間の各部に、放射方向（ラジアル方向）の配向磁場が印加され、磁石材料粉末がラジアル配向する。ヨーク部材にスリットが設けられていることにより、成形体の各部で均一性の高いラジアル配向を、効率的に実現することができる。
【００１６】
また、１対のヨーク部材が、ともに、スリットを有する場合には、両方のヨーク部材において、各部に均一性高く磁束を分散させることができるとともに、端部からの磁束の漏れを抑制することができるので、磁石材料粉末の配向の均一性、および配向の効率を、特に高めることができる。
【００１７】
そして、成形型が、充填空間に充填した磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行うものであり、１対のヨーク部材を保持する非磁性体よりなる保持型をさらに有する場合には、プレス工程を伴わずに、雰囲気制御したまま磁石材料粉末の配向と成形、焼結を完了することができる、いわゆるプレスレス法（ＰＬＰ法）による異方性焼結磁石の製造に、成形型を好適に利用することができる。上記のように、スリットを設けたヨーク部材を用いた磁石材料粉末の配向を、ＰＬＰ法に適用することで、不純物の影響が少なく、形状の精度が高く、かつ磁石材料粉末の配向性の高さと均一性に優れた異方性焼結磁石を、効率的に製造することができる。
【００１８】
この場合に、１対のヨーク部材のそれぞれが、スリットを挟んで成形面から離れた位置に、磁界に交差する方向に突出して、保持型に係止される係止部を有する構成によれば、保持型に対して、ヨーク部材を強固に固定することができるので、ＰＬＰ法においてパルス状の磁界を印加した際にも、衝撃によってヨーク部材が位置ずれを起こすのを、抑制することができる。
【００１９】
また、成形型がさらに、成形面に面する前記充填空間の壁面を構成する、非磁性体よりなる隔離壁を、保持型と一体に有する構成によれば、充填空間に充填した磁石材料粉末が、磁化してヨーク部材に付着したり、スリットに入り込んだりすることを防止し、成形型を用いた磁石材料粉末の配向と成形を、効率的に進めることができる。
【００２０】
また、隔離壁の厚さが、０．５ｍｍ以下である構成によれば、隔離壁による配向磁場の減衰を避けながら、磁石材料粉末のヨーク部材への付着やスリットへの侵入を、防止することができる。
【００２１】
上記発明にかかる磁石材料の成形方法においては、上記のような成形型を用いて、磁界中で、磁石材料粉末の配向と成形を行う。成形型のヨーク部材が、スリットによって分割され、磁界の印加方向に対して傾斜した複数の幅の狭い磁路を形成していることにより、磁束の漏れを抑制しながら、充填空間の各部に充填した磁石材料粉末に対して、外部からの磁界の印加方向に対して傾斜した方向の配向磁場を、均一性高く印加することができる。その結果、単純形状をとらず、磁石材料粉末の配向方向が直線的でない成形体を製造する場合でも、効率的に、磁石材料粉末を、成形体の各部において、均一性高く配向させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる成形型を、磁界発生用コイル等とともに示す概略断面図である。なお、断面を示すハッチングは省略している（図２も同様）。
【図２】上記成形型に含まれるヨーク部材を拡大して示す断面図である。
【図３】成形型における磁束の分布を示すシミュレーション結果であり、（ａ）はヨーク部材にスリットを設けた場合、（ｂ）はスリットを設けていない場合を示している。
【図４】円弧型焼結磁石の各部での配向性の評価について説明する図である。（ａ）は、焼結磁石の形状および測定位置を示している。（ｂ）はヨーク部材にスリットを設けた場合の結果、（ｃ）はヨーク部材にスリットを設けていない場合の結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態にかかる成形型および磁石材料の成形方法について、詳細に説明する。本発明の一実施形態にかかる成形型は、磁石材料粉末を磁界中で配向させて成形するものである。また、本発明の一実施形態にかかる磁石材料の成形方法においては、そのような成形型を用いて磁石材料粉末の配向と成形を行う。磁界中で、磁石材料粉末を配向させて成形するものであれば、本発明の実施形態にかかる成形型を利用して行う成形の具体的な方式は、特に限定されるものではないが、以下では、機械的圧力の印加を伴わずに磁石材料粉末の配向と成形を行うプレスレス法（ＰＬＰ法）に適した成形型、およびそのような成形型を用いたＰＬＰ法による磁石材料の成形を中心に、説明を行う。
【００２４】
［成形型の構成］
図１に、本発明の一実施形態にかかる成形型１を、磁界発生用コイル２および外部ヨーク３，３とともに示す。また、図２に、成形型１を構成するヨーク部材２０，３０を拡大して示す。ここでは、成形型１の幅方向（図中横方向）をｘ方向、前後方向（図中上下方向）をｙ方向、それらに直交する厚さ方向（図中奥行き方向）をｚ方向としている。前後方向については、前方（図中上方）を＋ｙ方向、後方（図中下方）を−ｙ方向とする。磁石材料粉末を充填した成形型１に、ｙ方向に沿った外部磁界Ｈを印加して、成形型１を使用することになる。
【００２５】
成形型１は、内部に磁石材料粉末を充填することができ、充填した磁石材料粉末を、ｙ方向に印加した外部磁界Ｈによって配向させるとともに、所定の形状に成形する。用いる磁石材料粉末は、形状異方性を有しており、磁界Ｈの印加によって、特定の方向に配向させられる強磁性体よりなる粉末であれば、特に限定されるものではないが、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石等、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石材料（Ｒは希土類金属、Ｔは鉄族遷移金属）の粉末を、好適な対象とすることができる。
【００２６】
本実施形態にかかる成形型１は、保持型１０と、1対のヨーク部材２０，３０と、を有している。ヨーク部材は、相互に独立した前方ヨーク部材２０と後方ヨーク部材３０の対よりなっている。
【００２７】
保持型１０は、成形型１の外郭を構成するものであり、非磁性体、好ましくはカーボン材よりなっている。成形型１は、内部に、空洞として、充填空間１１を有している。充填空間１１は、磁石材料粉末を成形すべき所定の形状を有している。充填空間１１の具体的な形状は、所望される成形体の形状に合わせて規定すればよく、特に限定されるものではないが、外部から印加する磁界Ｈの方向（ｙ方向）、およびその磁界Ｈに垂直な方向（ｘ方向）に対して、充填空間１１の外縁が、傾斜または曲面形状を有していることが好ましい。特に、弧形状（瓦形状）の成形体を得るために、図示したように、充填空間１１のｘｙ平面内の断面形状が、弧形状となっていることが好ましい。この場合、充填空間１１が、前方（＋ｙ側）の端面として、断面が後方（−ｙ側）に凸の弧形状よりなる前端面１１ａを有するとともに、後方の端面として、断面が、前端面１１ａよりも曲率半径の大きい、後方に凸の弧形状よりなる後端面１１ｂを有しており、さらに、前端面１１ａと後端面１１ｂを両端部で結ぶ１対の側端面を有している。好ましくは、断面において、前端面１１ａと後端面１１ｂが、同心の円弧よりなっているとよい。
【００２８】
保持型１０は、さらに、充填空間１１の前方および後方（±ｙ方向）に、前方ヨーク部材２０と後方ヨーク部材３０をそれぞれ嵌め込むことができる空洞として、ヨーク設置部１２，１３を有している。ヨーク設置部１２，１３は、各ヨーク部材２０，３０の外形よりもわずかに大きく形成されており、ヨーク部材２０，３０をほぼ隙間なく嵌め込むことができる。２つのヨーク設置部１２，１３と、充填空間１１の間は、それぞれ、薄板状の隔離壁１４，１５によって区画されている。換言すると、隔離壁１４，１５が、２つのヨーク設置部１２，１３に面する充填空間１１の壁面を構成している。隔離壁１４，１５は、保持型１０の他の部位を構成しているのと同じ非磁性体よりなっており、保持型１０の他の部位と連続して、一体に形成されている。隔離壁１４，１５は、厚さが略均一な薄板状に形成されており、好ましくは、その厚みは０．５ｍｍ以下である。また、隔離壁１４，１５の厚みは、後で詳しく説明するヨーク部材２０，３０においてスリット２２，３２が形成された領域の長さ（Ｌ）に対して、１０％以下であることが好ましい。
【００２９】
前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０は、それぞれ、磁性体よりなるブロック状の部材として形成されている。ヨーク部材２０，３０を構成する材料は、特に限定されるものではないが、軟磁性体、特に、成形対象の磁石材料粉末よりも高い軟磁気特性（低保磁力および高透磁率）を示すものであることが好ましい。鉄や、パーメンジュール等のＦｅ−Ｃｏ合金を好適に用いることができる。
【００３０】
前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０はそれぞれ、保持型１０の充填空間１１の前後に設けられたヨーク設置部１２，１３に嵌め込まれ、締結部材４０によって、保持型１０に固定されている。前方ヨーク部材２０と後方ヨーク部材３０は、充填空間１１および２枚の隔離壁１４，１５を挟んで、相互に離間して、保持型１０内に配置された状態となっている。
【００３１】
前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０はそれぞれ、端面として、成形面２１，３１を有している。成形面２１，３１は、隔離壁１４，１５を介して、充填空間１１に面している。前方ヨーク部材２０の成形面である前方成形面２１は、充填空間１１の前端面１１ａに沿った形状を有し、後方ヨーク部材３０の成形面である後方成形面３１は、充填空間１１の後端面１１ｂに沿った形状を有している。つまり、充填空間１１が、上記のような弧形状の断面を有している場合に、前方成形面２１および後方成形面３１は、磁界Ｈの印加方向に沿って同方向に凸となった、相互に曲率半径の異なる弧形状の断面を有している。後方成形面３１の曲率半径が、前方成形面２１の曲率半径よりも大きくなっている。好ましくは、前方成形面２１と後方成形面３１は、同心状の円弧形状の断面を有しているとよい。
【００３２】
前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０は、それぞれ、複数のスリット２２，３２を有している。それらのスリット２２，３２は、各ヨーク部材２０，３０の成形面２１，３１に開口して、切り欠かれている。つまり、前方ヨーク部材２０においては、前方スリット２２が、前方成形面２１から、前方（＋ｙ側）に向かって、細長い切り欠きとして形成されている。一方、後方ヨーク部材３０においては、後方スリット３２が、後方成形面３１から、後方（−ｙ側）に向かって、細長い切り欠きとして形成されている。
【００３３】
前方スリット２２および後方スリット３２は、複数設けられているうち、少なくとも一部が、磁界Ｈの印加方向（ｙ方向）に対して傾斜した方向に切り欠かれている。図示した形態では、前方スリット２２および後方スリット３２は、幅方向（ｘ方向）中央のスリットを除いて、磁界Ｈの印加方向に対して傾斜している。スリット２２，３２の具体的な切り欠き方向は、充填空間１１に充填した磁石材料粉末を配向させるための磁場（配向磁場）を印加したい方向に沿って設定すればよい。充填空間１１を弧形状に形成し、弧形状の成形体を作製する場合には、通常、成形体の内弧と外弧を結ぶ放射方向（ラジアル方向）に磁石材料粉末を配向させることが所望されるため（ラジアル配向）、成形型１において、同方向に凸に形成された充填空間１１の前端面１１ａと後端面１１ｂを結ぶラジアル方向に、配向磁場を発生させることが求められる。この場合には、図示するように、前方スリット２２および後方スリット３２を、前方成形面２１と後方成形面３１を結ぶラジアル方向に切り欠いておけばよい。
【００３４】
スリット２２，３２の長さ（深さ）や間隔は、特に限定されるものではないが、後に理由を説明するように、スリット２２，３２によってヨーク部材２０，３０が分割されて形成される分割領域２３，３３のそれぞれについて、成形面２１，３１における幅（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が、５以上、また１０以下になるように、スリット２２，３２の長さおよび間隔を設定すればよい（図面では後方ヨーク部材３０についてのみ、ＤおよびＬの符号を表示しているが、前方ヨーク部材２０についても同様である）。また、前方ヨーク部材２０の分割領域２３と後方ヨーク部材３０の分割領域３３をそれぞれ延長したものが、充填空間１１を挟んで連続するように、前方スリット２２と後方スリット３２の間で、角度間隔が揃っていることが好ましい。つまり、前方成形面２１と後方成形面３１が同心円弧よりなる場合に、前方スリット２２と後方スリット３２の間を結ぶ直線群が、それら同心円弧の径方向に延びるものとなることが好ましい。
【００３５】
各ヨーク部材２０，３０の具体的な寸法も特に限定されるものではないが、前後方向（ｙ方向）に厚い形状を有していることが好ましい。例えば、スリット２２，３２がラジアル方向に形成されている場合に、スリット２２，３２が形成された領域の前端と後端に相当する円弧の径の比（Ｒ１／Ｒ２；図面では後方ヨーク部材３０についてのみ、Ｒ１およびＲ２の符号を表示しているが、前方ヨーク部材２０についても同様である）が、前方ヨーク部材２０、後方ヨーク部材３０とも、１．２以上であることが好ましい。
【００３６】
前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０は、スリット２２，３２が設けられた領域を挟んで、成形面２１，３１から離れた位置に、各１対の係止部２４，３４を有している。つまり、前方ヨーク部材２０は、前方スリット２２が設けられた領域よりも前方（＋ｙ側）に、１対の係止部２４，２４を有し、後方ヨーク部材３０は、後方スリット３２が設けられた領域よりも後方（−ｙ側）に、１対の係止部３４，３４を有している。各係止部２４，３４は、磁界Ｈの印加方向（ｙ方向）に交差する方向に沿って、スリット２２，３２が設けられた領域から外側に突出している。図示した形態では、係止部２４，３４は、ヨーク部材２０，３０の幅方向外側（±ｘ方向）に突出している。各ヨーク部材２０，３０は、係止部２４，３４によって、保持型１０に係止された状態で、締結部材４０によって、保持型１０に取り付けられている。
【００３７】
［磁石材料の成形方法］
次に、上記の成形型１を用いて、磁石材料を成形する方法について説明する。ここでは、ＰＬＰ法によって、成形を行う。
【００３８】
成形に先立って、保持型１０のヨーク設置部１２，１３に、前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０をはめ込み、締結部材４０によって固定しておく。そして、充填空間１１に、磁石材料粉末を充填しておく。充填密度は、特に限定されるものではないが、ＰＬＰ法によるＲ−Ｔ−Ｂ系磁石材料の成形においては、比較的低い密度が採用されることが多く、例えば、３．３〜３．６ｇ／ｃｍ２とすることができる。
【００３９】
そして、図１のように、成形型１の外周に、磁束の乱れを低減するために、軟磁性体よりなる外部ヨーク３，３を配置して、円筒型の磁界発生用コイル２の内部に配置する。この際、コイル２の軸に、成形型１の前後方向（ｙ方向）を揃えておく。さらに、不活性ガスの充填や真空排気により、保持型１０の中の雰囲気を制御しておくことが好ましい。
【００４０】
この状態で、コイル２にパルス電流を流し、パルス状の磁界Ｈを発生させる。磁界Ｈの方向は、コイル２の軸方向、つまり成形型１の前後方向（ｙ方向）となる。
【００４１】
外部から磁界Ｈを印加すると、成形型１のヨーク部材２０，３０を磁束が通過し、充填空間１１に配向磁場が形成される。充填空間１１に充填された異方性を有する磁石材料粉末は、配向磁場によって、配向される。配向磁場の方向は、ヨーク部材２０，３０に形成された磁路に沿った方向、つまりスリット２２，３２の方向に沿ったものとなる。スリット２２，３２が、外部磁界Ｈの印加方向（ｙ方向）に対して傾斜を有しているため、ヨーク部材２０，３０の各分割領域２３，３３に形成された磁路を通過する磁束は、ｙ方向に対して、曲げられることになる。充填空間１１が弧形状を有しており、スリット２２，３２がラジアル方向に形成されている場合には、ラジアル方向の配向磁場が形成され、磁石材料粉末がラジアル配向する。
【００４２】
十分に磁石材料粉末が配向するまで、パルス磁界Ｈの印加を行った後、適宜、成形型１を加熱室に移動させ、磁石材料粉末の焼結を行う。焼結の間も、保持型１０の中の雰囲気の制御を継続することが好ましい。焼結が完了すると、充填空間１１から、得られた焼結体を取り出し、異方性焼結磁石を得ることができる。焼結磁石は、弧形状等、充填空間１１によって規定される外形を有し、ラジアル方向等、ヨーク部材２０，３０のスリット２２，３２の方向によって規定される方向に、磁石材料が配向した組織を有するものとなる。
【００４３】
［成形型を用いた磁石材料粉末の配向］
本実施形態にかかる成形型１においては、充填空間１１を挟んで、１対のヨーク部材２０，３０が設けられている。外部磁界Ｈによる磁束は、ヨーク部材２０，３０を通過する際に、ヨーク部材２０，３０の全体形状に応じて曲げられる。よって、円弧形状等、外部磁界Ｈの方向に対して角度を有する形状の成形面２１，３１を備えたヨーク部材２０，３０を、充填空間１１の外側に設けておくことで、充填空間１１に形成される配向磁場を、外部磁界Ｈの印加方向（ｙ方向）に対して傾斜させることができる。さらに、本実施形態のように、ヨーク部材２０，３０にスリット２２，３２を設けておけば、スリット２２，３２に沿った方向に、磁束が通過する磁路が形成されるので、スリット２２，３２の方向を規定することで、ラジアル方向等、外部磁界Ｈの方向に対して傾斜した配向磁場を、形成しやすくなる。その結果、ラジアル方向等、直線的でない方向であっても、所望の方向に、磁石材料粉末を配向させやすくなる。
【００４４】
ヨーク部材２０，３０にスリット２２，３２を設けておくことで、配向磁場の方向を規定する効果に加え、配向磁場の空間的均一性を高める効果、および配向磁場印加における効率を高める効果を得ることができる。もし、ヨーク部材２０，３０にスリット２２，３２が設けられていないとすれば、ヨーク部材２０，３０の内部で反磁界が発生することにより、ヨーク部材２０，３０の端部において、磁束の漏れが起こりやすくなる。
【００４５】
図３（ｂ）に、スリット２２，３２を設けていないブロック状の前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０を用いた場合について、磁束の分布をシミュレーションした結果を示す。図中、濃いグレーで表示した円弧形状の部位が前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０であり、それらの間の薄いグレーで表示した部位が充填空間１１である。シミュレーションは、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた電磁界解析によって行っている（分析ソフト：ＪＭＡＧ）。前方ヨーク部材２０および後方ヨーク部材３０は、同心円弧形状とした。また、充填空間１１には、磁石材料粉末を充填せず、空気が存在するとしている。
【００４６】
この場合には、反磁界の効果により、図中に円で囲んで示すように、磁束がヨーク部材２０，３０の端部に集中し、端部から磁束の漏れが起こっている。磁束がヨーク部材２０，３０の端部から漏れることにより、充填空間１１に形成される配向磁場に、空間的な不均一性が生じ、充填空間１１の円弧形状に沿って、端部において、中央部よりも配向磁場が弱くなってしまう。その結果、充填空間１１に充填した磁石材料粉末の配向性が、端部において、中央部よりも低くなってしまう。すると、製造される焼結磁石において、所望の磁気特性を均一に得ることができなくなる。さらに、磁束の漏れが発生することで、要求される配向磁場を形成するために、大きな外部磁界Ｈを印加する必要が生じ、大型のコイル２を使用することや、コイル２に大電流を流すことが必要となる。すると、磁石材料粉末の配向に必要な配向磁場を形成するためのエネルギー効率が、悪くなってしまう。
【００４７】
これに対し、ヨーク部材２０，３０において、磁路を細長く形成することができれば、反磁界係数が低下して、磁束が磁路を通過しやすくなる。本実施形態にかかる成形型１のように、ヨーク部材２０，３０の成形面２１，３１に沿って、複数のスリット２２，３２を設け、ヨーク部材２０，３０を細長い分割領域２３，３３に分割して、磁束の通りやすい細長い磁路を多数形成しておくことで、成形面２１，３１に沿った各部に、磁束を均一性高く分布させるとともに、ヨーク部材２０，３０の端部からの磁束の漏れを抑制することができる。
【００４８】
図３（ａ）に、１対のヨーク部材２０，３０のそれぞれにスリット２２，３２を設けた場合について、図３（ｂ）と同様に行った磁束の分布のシミュレーションの結果を示す。これを見ると、ヨーク部材２０，３０の円弧方向に沿って、各部に、図３（ｂ）の場合よりも磁束が高密度で分布していることが分かる。端部と中央部を比べた際の磁束密度の差もほとんどなく、高い均一性を持って、充填空間１１の全域で、高磁束密度が得られていることが分かる。ヨーク部材２，３０の端部からの磁束の漏れも、顕著に低減されている。
【００４９】
このように、ヨーク部材２０，３０の成形面２１，３１に沿って、各部に、均一性高く、磁束を分布させることで、充填空間１１の各部に、均一性高く、配向磁場を形成することができる。その結果、充填空間１１の各部に充填された磁石材料粉末を、高い配向性と均一性をもって、ラジアル配向等、所望の方向に配向させることができる。すると、製造される焼結磁石において、所望の磁気特性を、高い空間的均一性をもって、得ることができる。配向磁場の均一化のために、ヨーク部材２０，３０を大型に形成するようなことは必要でない。
【００５０】
さらに、ヨーク部材２０，３０からの磁束の漏れが抑制されることにより、印加する外部磁界Ｈを、配向磁場の発生に有効に利用することができるため、所望の配向磁場を得るために、過度に大型のコイル２を使用することや、コイル２に大電流を流すことを、避けられる。よって、配向磁場の印加における効率を高めることができる。
【００５１】
以上のように、ヨーク部材２０，３０にスリット２２，３２を設けることで、外部磁界Ｈの印加方向に対して傾斜した方向を含め、所望の方向の配向磁場を、ヨーク部材２０，３０の成形面２１，３１に沿った各部に、均一性高く、また高効率で形成し、磁石材料粉末を配向させることができる。それらの効果は、ヨーク部材２０，３０の少なくとも一方、特に大面積の後方成形面３１を有する後方ヨーク部材３０にスリット３２を設けておくことで、得ることができるが、両方のヨーク部材２０，３０にスリット２２，３２を設ければ、さらに効果を高めることができる。
【００５２】
スリット２２，３２を、長い切り欠きとして、また小さな間隔で形成するほど、細長い磁路が形成され、磁束の均一分布の促進と漏れの抑制における効果を、高めることができる。上記のように、分割領域２２，３２の幅（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）を、５以上としておけば、それらの効果を十分に高めやすい。ただし、多数のスリット２２，３２を形成しすぎると、ヨーク部材２０，３０の加工が困難になるとともに、機械的強度が低下する可能性もあるので、Ｌ／Ｄ比は、１０以下に留めておくことが好ましい。
【００５３】
ヨーク部材２０，３０の全体形状としても、厚みが大きい方が、磁路が長くなることにより、磁束の均一分布の促進と漏れの抑制に、高い効果が得られる。上記のように、両ヨーク部材２０，３０において、ラジア方向にスリット２２，３２が形成された領域の前端と後端に相当する円弧の径の比（Ｒ１／Ｒ２）を、１．２以上としておくと、それらの効果を十分に高めやすい。
【００５４】
本実施形態にかかる成形型１においては、充填空間１１の形状を規定することで、任意の外形を有する成形体を形成するとともに、ヨーク部材２０，３０に形成するスリット２２，３２の方向を規定することで、磁石材料粉末の配向方向を制御し、均一性高く、また高効率で、磁石材料粉末の配向を達成することができる。特に、ラジアル配向を有する弧形状の焼結磁石は、モータ等の材料として需要が大きく、本実施形態にかかる成形型１を用いて、好適に成形することができる。
【００５５】
本実施形態にかかる成形型１は、ＰＬＰ法による磁石材料粉末の成形に好適に用いられるものである。ＰＬＰ法においては、充填空間１１に充填した磁石材料粉末に対して、機械的圧力を印加することなく、配向と成形を行い、そのまま焼結まで完了することができるため、磁石材料粉末の製造から成形型１への充填、焼結に至る各工程を、雰囲気制御して行うことができる。そのため、不純物の影響が少なく、かつ形状の精度に優れた、高磁気特性の異方性焼結磁石を製造することができるが、本実施形態にかかる成形型１を用いて、所望の方向への磁石材料粉末の配向を均一性高く行えるようにすることで、得られる焼結磁石の磁気特性をさらに高め、また磁気特性の空間分布を低減することができる。
【００５６】
ＰＬＰ法においては、強力なパルス磁界Ｈを成形型１の外部から印加するが、この際、ヨーク部材２０，３０の成形面２１，３１に磁石材料粉末が直接接触するとすれば、磁化した磁石材料粉末が、成形面２１，３１に付着する可能性がある。特に、成形面２１，３１に開口したスリット２２，３２に磁石材料粉末が入り込むと、除去が困難となり、磁石材料の成形における作業性が低下してしまう。そこで、ヨーク部材２０，３０と充填空間１１の間に、非磁性材料よりなる隔離壁１４，１５を設けておくことで、磁石材料粉末が、ヨーク部材２０，３０の成形面２１，３１と直接接触しなくなり、磁石材料粉末の成形面２１，３１への付着、およびスリット２２，３２への侵入を防止することができる。ただし、隔離壁１４，１５を厚くしすぎると、充填空間１１の中に、配向磁場を効率的に形成しにくくなるので、その厚さは、０．５ｍｍ以下、また、スリット２２，３２が形成された領域の長さ（Ｌ）に対して１０％以下に留めておくことが好ましい。それによって、充填空間１１に充填した磁石材料粉末を効率的に配向させることができる。
【００５７】
さらに、成形型１に強力なパルス磁界Ｈを印加した際に、パルス印加の衝撃により、ヨーク部材２０，３０が保持型１０に対して位置ずれを起こす可能性がある。しかし、ヨーク部材２０，３０に、磁界Ｈの印加方向に交差する方向に突出した係止部２４，３４を設けておき、保持型１０に係止しておくことで、ヨーク部材２０，３０の位置ずれを抑制することができる。スリット２２，３２が形成された領域を挟んで、成形面２１，３１から離れた位置に、係止部２４，３４を設けておくことで、充填空間１１に形成される配向磁場の方向や分布に、係止部２４，３４の存在が影響を与えるのを回避しながら、位置ずれ抑制の効果を高く得ることができる。
【００５８】
［その他の形態］
以上では、成形型１がＰＬＰ法による磁石材料の成形に用いられる場合について、詳細に説明した。しかし、磁界中で磁石材料粉末を配向させて成形するものであれば、本発明の実施形態にかかる成形型は、どのような成形法に適用されるものであってもよい。
【００５９】
例えば、特許文献１に記載されるもののように、磁場中プレス加工に用いる成形型として、本発明の実施形態にかかる成形型を構成することができる。この場合には、上記で説明したＰＬＰ法用の成形型１とは異なり、保持型１０や隔離壁１４，１５を設けず、プレス装置の１対のダイスによって形成されるキャビティの内側に、１対のヨーク部材２０，３０を設置しておく。そして、相互に対向した１対のヨーク部材２０，３０の間の空間が、磁石材料粉末が充填される充填空間１１となる。そして、ダイスの外側から静磁界を印加することで、充填空間１１に充填された磁石材料粉末を配向させた状態で、機械的圧力を印加し、磁石材料粉末を成形する。得られた成形体をプレス装置から取り出し、焼結することで、異方性焼結磁石が得られる。
【００６０】
このように、磁場中プレス成形に用いる成形型においても、ヨーク部材２０，３０にスリット２２，３２を設けることで、磁界Ｈの印加方向に対して傾斜した配向磁場を、均一性高く形成することができる。また、磁束の漏れの抑制により、配向磁場形成における効率を高めることができる。
【実施例】
【００６１】
以下に本発明の実施例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００６２】
［試料の作製］
実施例および比較例にかかる試料として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ粉末を用いて、ＰＬＰ法によって、円弧形状の焼結磁石を作製した。円弧形状としては、図４（ａ）に示すように、外径を３７ｍｍ、内径を３２ｍｍ、開角を±４０°とした。
【００６３】
粉末磁石材料の配向に際しては、上で説明したようなヨーク部材を備えた成形型を使用した。実施例においては、図１，２に示したとおり、１対のヨーク部材として、スリットを設けたものを使用した。スリットは、４．５°の角度間隔で設けた。比較例においては、スリットを設けていないヨーク部材を用いた。なお、実施例については、ヨーク部材の厚さについても、最適化している。
【００６４】
磁石材料粉末の充填密度は、実施例では、３．５ｇ／ｃｍ３とした。比較例では、３．３４ｇ／ｃｍ３，３．３９ｇ／ｃｍ３，３．４１ｇ／ｃｍ３の３通りとした。また、印加する外部磁界の大きさは、コイルに印加するパルス電圧の大きさによって変化させ、実施例では、基準の電圧をＶ０として、１．０Ｖ０，１．５Ｖ０，２．０Ｖ０の３とおりとした。また、比較例では、２．５Ｖ０とした。成形体の焼結温度は、９８５〜１０００℃の範囲で制御した。
【００６５】
［配向性の評価］
実施例および比較例にかかる焼結磁石に対して、図４（ａ）に斜線で表示した各領域の磁石を切り出して、磁化曲線の測定を行い、磁石材料粉末の配向性を評価した。磁化曲線の測定は、パルス励磁測定装置を用いて、切り出した磁石の長手方向に垂直な方向に磁場を印加して行った。
【００６６】
そして、測定結果に基づき、各試料に対して、残留磁束密度（Ｂｒ）と飽和磁束密度（４πＩｓ）の値を記録した。飽和磁束密度に対する残留磁束密度の比Ｂｒ／４πＩｓは、磁石材料粉末の配向性の指標となり、その値が大きいほど、配向性が高いと評価することができる。
【００６７】
測定は、試料上の３か所で行った。具体的には、図３（ａ）に示すように、「中心」として、円弧形状の中央部で測定を行うとともに、「端１」および「端２」として、円弧形状に沿って、中心から−２０°および＋２０°の位置で、測定を行った。
【００６８】
［評価結果］
図４（ｂ），（ｃ）に、それぞれ実施例および比較例にかかる試料について、配向性の評価結果を示す。
【００６９】
まず、図４（ｃ）の比較例の結果を見ると、いずれの充填密度についても、配向性が、中心部で高く、両端部で低くなった挙動が見られている。これは、成形型を用いた成形時に、充填空間に、ラジアル方向の配向磁場が均一に形成されず、端部において、中央部よりも配向磁場が弱くなっており、端部において十分な配向が達成できなかったものと解釈される。
【００７０】
次に、図４（ｂ）の実施例の結果を見ると、いずれのコイル印加電圧のデータにおいても、中心部と端部で、配向性にほぼ差が見られない。これは、成形型のヨーク部材にスリットを設けることにより、充填空間に、ラジアル方向の配向磁場が均一性高く形成され、円弧形状に沿った各部で、均一性高く、粉末磁石材料が配向されたものと解釈される。なお、この配向の均一性の改善は、スリットの形成の効果に加え、ヨーク部材の厚さを最適化したことの効果も反映されたものではあるが、ヨーク部材の厚さの最適化だけでは、改善の程度が低くなることを、確認している。
【００７１】
さらに、図４（ｂ）の結果においては、配向性の程度（Ｂｒ／４πＩｓの値）、および位置ごとの配向性の均一性のいずれについても、コイル印加電圧を３とおりに変化させた際に、ほぼ変化していない。このことは、コイル印加電圧が１．０Ｖ０の場合でも、充填空間の各部における配向性の向上および均一化の効果が、すでに飽和に達していることを示している。それに対し、図４（ａ）の比較例の場合では、コイル印加電圧を２．５Ｖ０としても、配向性の均一化を十分に達成できていない。このことより、実施例のようにスリットを形成したヨーク部材を用いて磁石材料粉末の配向を行うことで、スリットのないヨーク部材を用いる場合に比べて、磁界印加のためにコイルに流す電流を４０％まで低減しても、十分に高い配向性を、均一に達成することができ、配向磁場の形成の効率を高められていると言える。これは、ヨーク部材からの磁束の漏れを抑制できていることによると解釈される。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明は、これらの実施形態に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１            成形型
２            磁界発生用コイル
３            外部ヨーク
１０          保持型
１１          充填空間
１１ａ        前端面
１１ｂ        後端面
１４，１５    隔離壁
２０          前方ヨーク部材
２１          前方成形面
２２          前方スリット
２３          分割領域
３０          後方ヨーク部材
３１          後方成形面
３２          後方スリット
３３          分割領域
４０          締結部材
Ｈ            （外部）磁界
【図１】
2020113578.tif 000003
【図２】
2020113578.tif 000004
【図３】
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【図４】
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