【手続補正書】
【提出日】平成17年3月1日(2005.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】        焼結リング磁石およびその製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  軸線方向の長さLと外径Doが0.5＜L／Do≦10の関係を満たす極異方性を有する一体的な焼結リング磁石であって、複数のリング磁石部が軸線方向に一体的に接合してなる構造を有し、隣接するリング磁石部の接合部は前記焼結リング磁石の内外周面間を径方向に延在するとともに焼結されていることを特徴とする焼結リング磁石。
【請求項２】  請求項1記載の焼結リング磁石において、各リング磁石部の長さLoと、外径Ｄoとが0.1≦Lo／Do≦2の関係を満たすことを特徴とする焼結リング磁石。
【請求項３】  請求項1又は2に記載の焼結リング磁石において、R2T14B金属間化合物（RはYを含む希土類元素の少なくとも1種であり、TはFe又はFe及びCoである。）を主相とする焼結磁石からなることを特徴とする焼結リング磁石。
【請求項４】  請求項1又は2に記載の焼結リング磁石において、フェライト磁石からなることを特徴とする焼結リング磁石。
【請求項５】  複数のリング磁石部が軸線方向に焼結一体化してなる焼結リング磁石の製造方法であって、ダイス、前記ダイスのキャビティ内を昇降し得る上パンチ及び下パンチ、及び前記ダイス内に設けられた配向用コイルを備えた成形金型を使用し、前記配向用コイルに通電することにより極異方性配向磁場を発生させながら、前記キャビティ内で焼結リング磁石用微粉を圧縮し、もって軸線方向長さLoと外径Doとが0.1≦Lo／Do≦2の関係を満たす極異方性方向に配向された予備成形体を成形し、この成形工程を複数回繰り返すことにより、軸線方向の長さLと外径Doとが0.5＜L／Do≦10の関係を満たす極異方性リング状本成形体を形成し、前記本成形体を焼結し、次いで熱処理することを特徴とする焼結リング磁石の製造方法。
【請求項６】  請求項５に記載の焼結リング磁石の製造方法において、各予備成形毎に前記予備成形体をキャビティ内で移動させ、その際上パンチ及び下パンチの少なくとも一方を前記予備成形体に接触させることを特徴とする焼結リング磁石の製造方法。
【請求項７】  請求項5又は6に記載の焼結リング磁石の製造方法において、前記キャビティの軸線方向断面形状を正多角形にすることを特徴とする焼結リング磁石の製造方法。
【請求項８】  請求項5〜7のいずれかに記載の焼結リング磁石の製造方法において、スキュー配向した磁極を有する前記焼結リング磁石を得るために、各リング磁石部に対応する複数の配向用コイルからなる配向用コイル群を前記成形金型の軸線方向に沿って複数設け、前記配向用コイルの位置を前記配向用コイル群ごとに周方向に順にずらすことを特徴とする焼結リング磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極異方性を有する一体的かつ長尺で高磁力の焼結リング磁石およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータ等の回転機に極異方性円筒状永久磁石が多用されている。特公平8-28293号の実施例4には、Nd0.90Dy0.10(FebalB0.08Nb0.15)5.4からなる組成の合金粉末を12極の極異方性磁場中でプレス成形し、得られた成形体の内側に、直径が17.72〜20.60 mmで、軸線方向長さが20 mmのSUS 304製のコア（ただし焼付防止のために表面に酸化処理を施してある）を挿入して焼結することにより、内径の真円度が0.03〜0.12 mmの焼結リング磁石（外径23.90 mm、軸線方向長さ10.35 mm）が得られると記載されている。このように特公平8-28293号の方法により、亀裂を生じることなく、良好な内径の真円度及び高い磁力を有する異方性リング磁石が得られ、高性能のモータを製造することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸線方向長さが20 mm以上という長尺の極異方性焼結リング磁石を得るための長尺のリング状成形体を成形するために、単純に成形用金型のキャビティの深さ（リング状成形体を成形するための軸線方向のストローク）を長くしても、磁場強度の顕著な低下を招くだけであることが分かった。その結果、得られる長尺極異方性焼結リング磁石の配向度は低下し、高い磁気特性を有する極異方性焼結リング磁石は得られない。
【０００４】
長尺化及び高い磁気特性の要求を満たすために、日本国特許第3,083,510号は、図12に示すように、無刷子電動機用の回転子として複数個の焼結極異方性磁石を磁極表示マークを合わせて軸線方向に積み重ねた構成を提案している。図12において、焼結極異方性磁石205は8極に配向されているとともに、2つの凹状の磁極表示マーク206が180°間隔で設けられている。各磁石の軸線方向長さは23 mm以下であり、磁石の外面と軸線方向端面は研磨されている。また着磁の位置決め用凹部213が軸線方向端面に設けられている。回転子210は、磁極表示マーク206を突き合わせて軸線方向に２段焼結極異方性磁石205を積み重ね、シャフト211に樹脂212で一体成形することにより、形成されている。回転子210の磁石部の全軸線方向長さは38 mm以上であり、2個の焼結極異方性磁石205の軸線方向長さはほぼ同じである。樹脂212は軸線方向に凸部215を有する。このように磁極表示マーク206を外径側軸線方向の磁極ピーク部に設けたことにより、磁石の焼成時に割れの発生を抑制でき、磁石の品質が高レベルで安定し、安価で低振動、高出力、高効率の無刷子電動機を提供することができる。
【０００５】
しかし、日本国特許第3,083,510号の提案では、軸線方向に極異方性リング磁石を複数個積み重ねて接着する必要があり、接着作業の繁雑さ及び接着作業に多大の工数を要する等の問題がある。
また従来法により成形可能な形状でも、長尺化に伴い軸線方向に形成された磁極の倒れが顕著になり、磁極部ごとの磁気特性のばらつきが大きくなるという極異方性焼結リング磁石固有の問題があることも分かった。
【０００６】
従って本発明の目的は、磁気特性のばらつきが小さく、高磁力を有する一体的な長尺極異方性焼結リング磁石を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の極異方性を有する焼結リング磁石は、複数のリング磁石部が軸線方向に一体的に接合してなる構造を有し、隣接するリング磁石部の接合部は前記焼結リング磁石の内外周面間を径方向に延在するとともに焼結されており、前記焼結リング磁石の軸線方向の長さL及び外径Doは0.5＜L／Do≦10の関係を満たすことを特徴とする。
各リング磁石部の軸線方向長さLoと外径Doとは0.1≦Lo／Do≦2の関係を満たすのが好ましい。
焼結リング磁石がR2T14B金属間化合物（RはYを含む希土類元素の少なくとも1種であり、TはFe又はFe及びCoである。）を主相とする焼結磁石からなる場合に高い回転機特性になり、実用性が高い。また焼結リング磁石がフェライト磁石からなる場合、コストパフォーマンスの良い回転機を構成することができる。また焼結リング磁石はフェライト磁石により形成することができる。
複数のリング磁石部が軸線方向に焼結一体化してなる本発明の焼結リング磁石の製造方法は、ダイス、前記ダイスのキャビティ内を昇降し得る上パンチ及び下パンチ、及び前記ダイス内に設けられた配向用コイルを備えた成形金型を使用し、前記配向用コイルに通電することにより極異方性配向磁場を発生させながら、前記キャビティ内で焼結リング磁石用微粉を圧縮し、もって軸線方向長さLoと外径Doとが0.1≦Lo／Do≦2の関係を満たす極異方性方向に配向された予備成形体を成形し、この成形工程を複数回繰り返すことにより、軸線方向の長さLと外径Doとが0.5＜L／Do≦10の関係を満たす極異方性リング状本成形体を形成し、前記本成形体を焼結し、次いで熱処理することを特徴とする。
各予備成形毎に前記予備成形体をキャビティ内で移動させ、その際上パンチ及び下パンチの少なくとも一方を前記予備成形体に接触させるのが好ましい。
前記キャビティの軸線方向断面形状を正多角形にするのが好ましい。
スキュー配向した磁極を有する前記焼結リング磁石を得るために、各リング磁石部に対応する複数の配向用コイルからなる配向用コイル群を前記成形金型の軸線方向に沿って複数設け、前記配向用コイルの位置を前記配向用コイル群ごとに周方向に順にずらすのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（１）焼結リング磁石の形状
図１に示すように、本発明の焼結リング磁石1は、(a) 軸線方向の長さLと外径Doが0.5＜L／Do≦10の関係を満たし、(b) 複数のリング磁石部1a，1b，1cが軸線方向に一体的に接合してなる構造を有し、隣接するリング磁石部の接合部2a，2bは前記焼結リング磁石２の内外周面間を径方向に延在するとともに焼結されている。
L／Doが0.5未満だと、従来の１段成形品と比較して、隣接磁極間角度θのバラツキが著しく小さい。L／Doが0.8以上、特に1.0以上であると、一段成形品との差が顕著になる。しかしL／Doが10より大きいと、予備成形を行っても最終的な成形体の密度が低くなりすぎる。
長さL及び外径寸法Doについては、L＝20〜100 mm、好ましくはL＝25〜50 mmであり、Do＝５〜100 mm、好ましくはDo＝８〜30 mmである。Do＜５mmのものに極異方性を付与することは事実上困難であり、またDo＞100 mmの焼結リング磁石は小型化のニーズに適合しない。またL＜20 mmでは従来の１段成形品との差が実質的になく、L＞100 mmでは小型化のニーズに適合しない。
【０００９】
各リング磁石部1a，1b，1cの長さLoと外径Doとは、0.1≦Lo／Do≦2の関係を満たすのが好ましい。さらに好ましくは0.15≦Lo／Do＜1であり、特に0.2≦Lo／Do＜0.8である。Lo／Doが0.1未満であると、後述する製法において第一の予備成形体がそれ以降の予備成形体の配向に影響を与えるため、隣接するリング磁石部の接合部で表面磁束密度の低下が生ずる。複数のリング磁石部が焼結一体化された焼結リング磁石では、軸線方向に沿った着磁部の表面磁束密度は接合部で約1〜20％の落ち込みが見られ、しかもこの落ち込みは周方向に連続している。よってLo／Doが0.1未満では好ましくない。またLo／Doが0.1未満であると、所望の全長Lを得るのに要する予備成形回数が多くなりすぎるという問題もある。
逆にLo／Doが2超であると、成形金型のキャビティが深くなり過ぎるため、磁石微粉の充填密度にばらつきが発生しやすく、得られる成形体の密度が局所的にばらつき、収縮率が変化する。その結果、各磁極の磁気特性にばらつきが発生し、回転機に適用した際にコギングトルクが発生するおそれがある。
焼結リング磁石1の内径Di及び外径Doは、0.5≦Di／Do≦0.97の関係を満たすのが好ましい。このDi／Do比の範囲内であれば、焼結リング磁石を十分に薄肉にし得るとともに、磁粉のキャビティ内への供給をスムーズに行うことができる。より好ましい範囲は0.6≦Di／Do≦0.95であり、特に好ましい範囲は0.75≦Di／Do≦0.93である。
【００１０】
（２）焼結リング磁石の製造方法
着磁の段階で磁極の位置及び数を決めるラジアルリング磁石と異なり、極異方性リング磁石は配向の段階で磁極の位置及び数を決める。そのため多段成形では、複数回の予備成形作業を通じて各磁極が常に同じ位置となるように、厳密に磁極の位置決めを管理する必要がある。例えば、配向磁場用コイルの軸線方向長さがLより長い成形金型を使えば、第一の予備成形をした後にそのまま磁粉を供給して第二の予備成形体を行うことにより、磁極の位置ずれがない長さLの長尺リング磁石を得ることができる。
しかし長い配向磁場用コイルを有する成形金型で多段成形を行うと、成形体密度を高められても、磁場強度の顕著な低下を招くため配向度が低下する。そのためコイルの軸線方向長さが短い成形金型内で多段成形する必要がある。その際、キャビティに対して予備成形体が回転しないようにすることが必要である。
予備成形体が回転すれば当然各段での予備成形体の磁極位置がずれてしまう。その結果、各予備成形体で磁極の隣接磁極間角度θ（図4参照）がばらつき、良好なロータ用リング磁石とならない。上下パンチと接触させながら予備成形体をキャビティ内で移動させたり、キャビティ断面を円形状以外のものにしたりすることにより、予備成形体の磁極位置ずれを防止することができる。下パンチ及び／又は上パンチの予備成形体面に若干の凹凸を設けて予備成形体の回転を防止してもよいし、逆に回転させて磁極ずれを制御してもよい。
【００１１】
本発明の焼結リング磁石を得るための磁粉の成形は、例えば図3の成形金型50（対称8極の極異方性配向用）を備えたプレス機により行うことができる。成形金型50において、強磁性体からなるダイス46の空間の中心に非磁性体からなる正八角形状コア48が配置されている。ダイス46の正八角形状内面の各辺には、１つの溝58が形成されており、各溝58中に磁場発生用コイル56が埋設されている。ダイス46の内周面上には溝58を覆うようにして正八角形状の非磁性スペーサ57が設けられている。スペーサ57とコア48との間の環状空間がキャビティ47である。各コイル56に電流が通電されるとキャビティ47に矢印で示される磁束が生じ、スペーサ57のコーナー部にN，S，N，S・・・という交互極性の磁極が形成される。
図3の成形金型50により本発明の焼結リング磁石用成形体を成形する方法の一例を説明する。まず上パンチ（図示せず）を引き上げた状態で振動フィーダー等の供給手段により、キャビティ47内に所定量の焼結磁石用微粉末又はスラリーを充填する。次いでコイル56にパルス電流を通電し、焼結磁石用微粉末又はスラリーを配向させた状態とし、上パンチ（図示せず）を下降させて1回目の予備圧縮成形を行い、第一の予備成形体を成形する。この時に印加する極異方性配向磁場強度は極力高くするのが好ましいが、通常0.4〜2.0 MA/m（5〜25kOe）とする。配向磁場強度が0.4 MA/m未満では配向が不十分であり、また工業生産上2.0 MA/m超の高い配向磁場強度を確保するのは困難である。亀裂を抑制し、所定の配向度を得るために、予備圧縮成形の圧力は、R-T-B系焼結磁石用成形体の場合4.9〜49 MPa（50〜500 kg/cm2）とし、フェライト磁石用成形体の場合29〜39 MPa（300〜400 kg/cm2）とするのが好ましい。
印加磁場を切り、上パンチと下パンチを所定量引き下げ、第１の予備成形体をキャビティ47の下方に移動させる。次いで上パンチを引き上げ、キャビティ47の第一の予備成形体の上に再度所定量の焼結磁石用微粉末又はスラリーを充填し、以後は1回目の予備圧縮成形と同様にして2回目の予備圧縮成形を行い、第一の予備成形体の上に第二の予備成形体を密着状態で積層する。
印加磁場を切り、上パンチと下パンチをさらに所定量引き下げて、積層した第一及び第二の予備成形体をキャビティ47の下方に移動させる。次にキャビティ47の第二の予備成形体の上に、再度所定量の焼結磁石用微粉末又はスラリーを充填する。次いでコイル56にパルス電流を通電して、充填した焼結磁石用微粉末又はスラリーを極異方性磁場方向に配向した状態とし、上パンチを下降して本圧縮成形を行う。仮に最後に供給した磁粉の成形体も予備成形体と呼ぶと、得られた本圧縮成形体は各予備成形体が一体化された形状を有する。本圧縮成形時の印加磁場強度は予備圧縮成形と同じである。なお、最後に供給した磁粉を予備成形した後に本圧縮成形を行っても良いのは勿論である。
成形体の亀裂発生を抑制し、所定の配向度を得るために、本圧縮成形圧力を予備圧縮成形圧力より高くするのが好ましい。本圧縮成形圧力は、R-T-B系焼結磁石用成形体の場合49〜392 MPa（500〜4,000 kg/cm2）とし、フェライト磁石用成形体の場合34〜44 MPa（350〜450 kg/cm2）とするのが好ましい。
R-T-B系焼結磁石用成形体の場合、予備成形体の密度は3.1〜4.2 g/cm3程度であり、本成形体の密度は3.7〜4.7 g/cm3程度に調整するのが好ましい。またフェライト磁石用成形体の場合、予備成形体の密度は2.2.〜3.0 g/cm3程度であり、本成形体の密度は2.6〜3.2 g/cm3程度に調整するのが好ましい。
得られた本圧縮成形体を加圧した状態のままコイル56に上記と逆方向のパルス電流を通電し、脱磁する。R-T-B系焼結磁石の場合、通常成形体に対して焼結、熱処理、加工及び表面処理を行う。またフェライト磁石の場合、通常焼成及び加工を施こす。
【００１２】
このようにして作製された焼結リング磁石は、内外周面間を径方向に延在する2つの接合部2a，2bを有する。図１に示すように、これらの接合部は第一及び第二の予備成形体1a，1b同士の継ぎ目2a、及び第二の予備成形体1bと3回目に追加充填し本圧縮成形した部分1cとの継ぎ目2bに相当する。いずれの接合部も焼結した組織を有し、接合部以外の健全な焼結体部分と一体化している。
なお本発明の焼結リング磁石では、内外周面間を径方向に延在する接合部の数（多段成形数−1）は特に限定されないが、実用的には接合部の数は2〜5が好ましい。接合部は加工前には肉眼で識別可能であるが、加工を行った後ではほとんど肉眼で識別できないのが普通である。接合部を横切るように切断した磁石の組織を観察しても、拡散が十分に進んでいるときには非常に分かりにくい。しかしながら、前述のように表面磁束密度を軸線方向に測定することにより、接合部を確認することができる。
【００１３】
成形金型50では、スペーサ57及びコア48は相似形の正多角形状であるので、焼結体の真直度が向上するとともに、長尺化に伴う軸線方向の磁極曲がりを非常に少なく抑制でき、軸線方向に安定して高い磁力を有する焼結リング磁石が得られる。
図4は成形金型50により所定の極異方性磁場中で本圧縮成形してなる成形体10の横断面を示す。図4から外周面及び内周面がいずれも正八角形状になっていることが分かる。図5は成形体10から得られた焼結体13の横断面を示す。なお成形体10を焼結すると、磁極を有する角部は僅かに凹むので、焼結体の外形は円柱状に近くなる。そのため、少し表面加工するだけで、良好な真円度を有する焼結体13とすることができる。
【００１４】
本発明の焼結リング磁石は、成形金型50を用いたとき軸線方向長さが20 mm以上の長尺品であっても、焼結上がりの内径の真直度（JIS B 0021により測定）が0.15 mm以下になり、実用性に富む。なお成形金型50は極異方性の磁極数が8極の場合であるが、磁極数に応じて成形金型のスペーサ及びコアの形状を所望の焼結リング磁石の磁極数に一致させた正多角形状に形成すれば、任意の磁極数で、良好な真直度を有し、軸線方向の磁極曲がりが非常に少ない焼結リング磁石を得ることができる。また内径以外の多角形状のキャビティであるため、多段成形しても成形体の周方向回転が起きない。よって成形体の磁極方向を厳密に一致させることができる。
本発明の焼結リング磁石の磁極数は特に限定されないが、外周面又は内周面の周方向に等間隔又は異なる間隔で４〜100極、好ましくは４〜24極であると実用性が高い。
【００１５】
極異方性を有するNd-Fe-B系焼結リング磁石の隣接磁極間角度θのバラツキと、それを回転機に組み付けた際の回転機（n＝50）から任意に所定数抜き出したコギングトルク（％）との関係について検討した。結果を図11に示す。コギングトルクは、通常の回転機では5％以内であることが要求されているが、高性能モータでは4％以内、特に3％以内であることが要求されている。コギングトルクを5％以内に抑制するためには、図11から隣接磁極間角度θのバラツキを8°以内にすれば良いことが分かった。またコギングトルクを4％以内とするためには、隣接磁極間角度θのバラツキを7°以内とする必要があり、3％以内とするためには5°以内とする必要がある。本発明の製造方法を適用することにより、回転機（n=50）のコギングトルクを5％以内とすることができる。
【００１６】
（３）焼結リング磁石の組成
本発明の焼結リング磁石は、R-T-B系焼結磁石又はフェライト磁石のいずれでも良い。以下各磁石の組成について説明するが、単に「％」と記してある場合、「質量％」を意味するものとする。
(A) R-T-B焼結リング磁石
本発明の焼結リング磁石が、R2T14B金属間化合物（RはYを含む希土類元素の少なくとも1種であり、TはFe又はFe及びCoである。）を主相とするR-T-B焼結磁石である場合、主要成分のR、T及びBの総計を100％として、R：27〜34％、B：0.5〜２％、残部Tである。またR-T-B焼結リング磁石の総重量を100％として、不可避的不純物として、0.6％以下、好ましくは0.3％以下、より好ましくは0.2％未満の酸素、0.3％以下、好ましくは0.1％以下の炭素、0.08％以下の窒素、0.02％以下の水素、0.2％以下、好ましくは0.05％以下、より好ましくは0.02％以下のCaを含有していても良い。
実用性の観点から、Rは（Nd、Dy）、（Pr、Dy）、又は（Nd、Pr、Dy）の組合せが好ましい。Rの含有量は27〜34％が好ましい。Rの含有量が27％未満では固有保磁力iHcの低下が顕著になり、また34％超では残留磁束密度Br及び最大エネルギー積(BH)maxが著しく低い。
Bの含有量は0.5〜2％が好ましく、0.8〜1.2％がより好ましい。Bの含有量が0.5％未満では実用に耐えるiHcが得られず、また2％超ではBr及び(BH)maxが著しく低い。
磁気特性や耐食性を向上するために、Nb，Al，Co，Ga及びCuからなる群から選択された少なくとも1種の元素を適量含有するのが好ましい。
Nbの含有量は0.1〜2％が好ましい。Nbの含有により焼結過程でNbの硼化物が生成し、結晶粒の異常粒成長が抑制できる。Nb含有量が0.1％未満では添加効果が認められず、また2％超ではNbの硼化物の生成量が多くなり、Brの低下が顕著になる。
Alの含有量は0.02〜2％が好ましい。Alの含有量が0.02％未満ではiHcや耐食性の向上効果を得られず、また2％超ではBr、(BH)maxが顕著に低下する。
Coの含有量は0.3〜5％が好ましい。Coの含有量が0.3％未満ではキュリー点や耐食性を向上する効果が得られず、また5％超ではBr、iHcが共に大きく低下する。
Gaの含有量は0.01〜0.5％が好ましい。Gaの含有量が0.01％未満ではiHcの向上効果を得られず、また0.5％超ではBr、(BH)maxの低下が顕著になる。
Cuの含有量は0.01〜1％が好ましい。Cuの含有量が0.01％未満では耐食性やiHcを向上する効果を得られず、また1％超ではBrの低下が顕著になる。
Cu及びCoが前記特定量範囲で共に含有されるとき、二次熱処理の許容温度幅が広がる効果が得られる。
【００１７】
(B) フェライト磁石
本発明の焼結リング磁石をフェライト磁石で作製すると、コストパーフォーマンスが良い。特に焼結リング磁石を、下記一般式：
(A1-xR’x)O・n[(Fe1-yMy)2O3]（原子比率）
（但し、AはSr及び／又はBaであり、R’はYを含む希土類元素の少なくとも1種であってLaを必ず含み、MはCo又はCo及びZnであり、x，y及びnはそれぞれ5.0≦n≦6.4、0.01≦x≦0.4、及び0.005≦y≦0.04を満たす数字である。）により表される主要成分組成を有し、マグネトプランバイト型結晶構造を有するフェライト磁石により形成すると、回転機性能を高められるので好ましい。
飽和磁化を高めるために、R’に占めるLaの比率を好ましくは50原子％以上、より好ましくは70原子％以上、特に好ましくは99原子％以上とする。理想的には不可避的R’成分を除いて、R’はLaのみからなるのが好ましい。従って、R’元素供給原料として、Laを50原子％以上含み、残部がPr、Nd及びCeの少なくとも1種並びに不可避的R’成分からなる安価なミッシュメタルの酸化物を用いるのが実用的である。その場合のR’はLaとNd、Pr及びCeの少なくとも1種と不可避的R’成分とで構成される。
モル比nは5.0〜6.4とするのが好ましく、5.5〜6.3がより好ましく、5.7〜6.2が特に好ましい。nが6.4超ではマグネトプランバイト相以外の異相(α-Fe2O3等)の存在によりiHcが大きく低下し、nが5.0未満ではBrが大きく低下する。
xは0.01〜0.4が好ましく、0.1〜0.3がより好ましく、0.15〜0.25が特に好ましい。xが0.01未満では添加効果が認められず、0.4超では磁気特性が大きく低下する。
yとxとの間には、電荷補償のために理想的にはy＝x/(2.0n)の関係が成立する必要があるが、yがx/(2.6n)〜x/(1.6n)であれば高いBr及び高い角形比（減磁曲線の角形）を有するフェライト磁石が得られる。なおyがx/(2.0n)からずれた場合、Fe2+を含むことがあるが、何ら支障はない。典型的な例では、yの好ましい範囲は0.04以下であり、特に0.005〜0.03である。
また5.7≦n≦6.2，0.2≦x≦0.3及び1.0＜x/2ny≦1.3というR’過剰の主要成分組成を選択し、かつCaO含有量が0.5〜1.5％及びSiO2含有量が0.25〜0.55％のときに、従来に比べて減磁曲線の角形を顕著に高めることができる。
緻密なフェライト焼結磁石を得るために焼結性を制御する添加物として、SiO2及びCaO（CaCO3）を所定量含有することが実用上重要である。
SiO2は焼結時の結晶粒成長を抑制する添加物であり、フェライト磁石の総重量を100％としてSiO2含有量を0.05〜0.55％にするのが好ましく、0.25〜0.55％がより好ましい。SiO2含有量が0.05％未満では、焼結時に結晶粒成長が過度に進行して保磁力が大きく低下する。またSiO2含有量が0.55％超では、結晶粒成長が過度に抑制されて、結晶粒成長による配向度の改善が不十分となり、Brが大きく低下する。
CaOは結晶粒成長を促進する添加物である。フェライト磁石の総重量を100質量％として、CaOの含有量は0.35〜1.5％が好ましく、0.4〜1.5％がより好ましく、0.5〜1.5％が特に好ましい。CaOの含有量が1.5％超では、焼結時に結晶粒成長が過度に進行して、保磁力が大きく低下する。またCaOの含有量が0.35％未満では、結晶粒成長が過度に抑制され、結晶粒成長による配向度の改善が不十分となり、Brが大きく低下する。
本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、本発明はそれらにより限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１）
Nd：30.5質量％、Dy：1.5質量％、Co：2.0質量％，Ga：0.1質量％，Cu：0.1質量％、B：1.0質量％、Fe：64.8質量％の主要成分組成を有する合金粗粉を不活性ガス雰囲気中でジェットミル微粉砕し、平均粒径4.3μm（F.S.S.S.）の焼結磁石用微粉を得た。次に、図3の成形金型50を備えた圧縮成形機により、まず上パンチ（図示せず）を引き上げた状態でキャビティ47内に所定量の前記微粉末を充填した。次いでキャビティ47に0.8 MA/m（10 kOe）の極異方性磁場を印加した状態とし、そのまま上パンチ（図示せず）を下降させ、98 MPa（100 kg/cm2）の圧力で予備成形体を圧縮成形した。予備成形体の密度は3.5 g/cm3であった。
印加磁場を切り、上パンチ（図示せず）を引き上げ、次に下パンチ（図示せず）を所定量引き下げ、予備成形体をキャビティ47の下方に移動させた後、キャビティ47（予備成形体の上）に再度所定量の前記焼結磁石用微粉末を充填した。次にキャビティ47に0.8 MA/m（10 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で、上パンチ（図示せず）を下降させ、98 MPa（1,000 kg/cm2）の圧力で本圧縮成形を行った。脱磁後に得られた本成形体の密度は4.0 g/cm3であった。本成形体の各角部に磁極が位置していた。
本成形体を約0.07 Pa（５×10-4Torr）の真空中、1,100℃で2時間焼結し、室温まで冷却した。焼結により磁極を有する角部は僅かに凹むので、焼結体の外形は丸みを帯びていた。Ar雰囲気中で900℃×2時間の一次熱処理を行い、600℃まで冷却した後に600℃×2時間の二次熱処理を行い、室温まで冷却した。端面及び外周面を加工（内周面は無加工）し、電着法により熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）をコーティングした。このようにして、内外周面間を径方向に延在する1つの接合部を有し、外径30 mm、内径24 mm、軸線方向長さ30 mmの対称8極の極異方性リング磁石を得た。
極異方性付与方向に沿って総磁束量が飽和する条件で、極異方性リング磁石を着磁し、総磁束量及び1磁極の軸線方向の表面磁束密度(Bo)のばらつき（dBo）：
dBo＝Bo（最大値）−Bo（最小値）
を測定した。dBoの測定に際し、(a) 軸線方向両端部の影響を除外するために、軸線方向の両端から5 mmの範囲は測定から除外するとともに、(b) 接合部ではBoが不連続になるので、接合部によるBoの変動を除外した。
JIS B 0021に従って焼結状態のままの極異方性リング磁石の内径の真直度を測定した。測定結果を表1に示す。総磁束量は相対値で示す。また周方向の表面磁束密度を測定し、各ピーク間隔から磁極同士の角度を測定し、（360／磁極数）°からの差を平均した値（隣接磁極間角度ばらつき）を測定した。なお測定したサンプル数（n）は50個であった。結果を表1に併記する。
図2に示すように得られた対称8極の極異方性リング磁石をシャフト１上に固定して、回転子5を構成した。得られた回転子5を所定の回転機に組み込んだところ、有用な回転機性能が得られた。
【００１９】
（実施例2）
予備圧縮成形を2回行った以外は実施例1と同様にして本圧縮成形体を作製した。以後は実施例1と同様にして焼結、熱処理、加工及び表面処理を行い、外径30 mm、内径24 mm、及び軸線方向長さ30 mmの対称8極の極異方性リング磁石を得た。極異方性リング磁石の総磁束量、dBo及び真直度を測定した。結果を表1に示す。
【００２０】
（比較例1）
キャビティの充填深さを実施例1の予備圧縮成形の約7倍とするととにも、予備圧縮成形を行わずに本圧縮成形のみを行った以外は実施例1と同様にして、外径30 mm、内径24 mm、及び軸線方向長さ100 mmの対称8極の極異方性リング磁石を作製した。このリング磁石の総磁束量、dBo及び真直度を測定した。結果を表1に示す。表1から明らかなように、総磁束量は極異方性配向磁場強度の顕著な低下を反映して低かった。また実施例1及び2に比較してdBoが大きくなったのは、配向が不十分なためであると判断される。さらには隣接磁極間角度のバラツキが8°超と非常に大きいことが分かった。
【００２１】
（比較例2）
キャビティの充填深さを実施例1の予備圧縮成形の約2倍とし、また予備圧縮成形を行わずに本圧縮成形のみを行った以外は実施例1と同様にして、外径30 mm、内径24 mm、及び軸線方向長さ30 mmの対称8極の極異方性リング磁石を作製した。このリング磁石の総磁束量、dBo及び真直度を測定した。結果を表1に示す。表1から明らかなように、総磁束量は実施例1と比較して若干低く、また隣接磁極間角度バラツキは8°超と非常に大きかった。
【００２２】
（参考例1）
図3に示す成形金型50を備えた圧縮成形機において、上パンチ（図示せず）を引き上げた状態でキャビティ47内に実施例1で作製した所定量の焼結磁石用微粉を充填した。次いでキャビティ47に0.8 MA/m（10 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で、上パンチ（図示せず）を下降し、圧縮成形した。
得られた成形体を約0.07 Pa（5×10-4Torr）の真空中、1100℃で2時間焼結し、室温まで冷却した。次にAr雰囲気中で900℃×2時間の一次熱処理を行い600℃まで冷却し、続いて600℃×2時間の二次熱処理を行い室温まで冷却した。内周面を加工せずに端面及び外周面だけを加工し、電着により熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）をコーティングし、外径30 mm、内径24 mm、及び軸線方向長さ15 mmの対称8極の極異方性リング磁石を2個作製した。
極異方性付与方向を合わせて、2個の極異方性リング磁石を軸線方向に積層して接着し、外径30 mm、内径24 mm、及び軸線方向長さ30 mmの対称8極の極異方性リング磁石（接着品）を作製した。このリング磁石の総磁束量、dBo、及び真直度を測定した。結果を表1に示す。この製法では回転子に組み付けるための工数が増大しており、好ましくない。
【００２３】
（実施例3）
実施例1で使用した成形金型50の代わりに、図6に示すダイス86の内面に円形スペーサ87を取り付け、円形スペーサ87内の円形空間の中心に円形コア88を配置した成形金型80を使用した。円形スペーサ87と円形コア88に囲まれた環状キャビティ98内に実施例１と同じNd-Fe-B系磁粉を充填し、実施例１と同様にして本圧縮成形体を作製し、次いで焼結及び熱処理をして、内外周面間を径方向に延在する1つの接合部を有する対称8極の極異方性リング状焼結体を得た。図7に示すように、この焼結体は外周面及び内周面がいずれもほぼ八角形状を呈し、真円度が悪かった。この素材の端面及び外周面を加工し、電着によりエポキシ樹脂をコーティングした。
得られた外径30 mm、内径約24 mm、及び軸線方向長さ30 mmの対称8極の極異方性リング磁石の総磁束量、dBo、及び真直度を測定した。結果を表1に示す。総磁束量、dBo及び真直度はいずれも実施例1及び2の極異方性リング磁石より劣るが、良好であった。
図8に示すように、得られた対称8極の極異方性リング磁石をシャフト101上に固定し、回転子100を構成した。軸線方向に沿う磁極の倒れが実施例1及び2の極異方性リング磁石に比べて顕著であったが、回転機性能は実施例1の極異方性リング磁石を組み込んだ場合に比べて約2％低下しただけであり、良好であった。
【００２４】
（実施例4）
予備圧縮成形を5回繰り返して行った以外は実施例3と同様にして本圧縮成形体を作製した。以後は実施例１と同様にして焼結、熱処理、加工及び表面処理を行った。得られた外径30 mm、内径24 mm、及び軸線方向長さ150 mmの対称8極の極異方性リング磁石の総磁束量、dBo、及び真直度を測定した。結果を表１に示す。実施例2より長尺に成形しても、総磁束量、dBo、真直度ともほぼ変化無く、性能の高い極極異方性リング磁石を得られた。
【００２５】
（実施例5）
実施例1とは焼結リング磁石の寸法を変更して製造を行なった。まず寸法が違う以外は図6に示すのと同型の成形金型80を備えた圧縮成形機において、上パンチ（図示せず）を引き上げた状態でキャビティ98内に、実施例1と同じ焼結磁石用微粉を充填した。次いでキャビティ98に0.8 MA/m（10 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で上パンチ（図示せず）を下降させ、予備成形体（L=18 mm）を圧縮成形した。予備成形体の密度は3.5 g/cm3であった。
印加磁場を切り、上パンチと下パンチとで予備成形体に圧力を加えたまま上パンチを所定量引き下げ、予備成形体をキャビティ98の下方に移動させた後、キャビティ98（予備成形体の上）に再度所定量の前記焼結磁石用微粉末を充填した。キャビティ98に0.8 MA/m（10 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で上パンチ（図示せず）を下降させ、本圧縮成形を行い、次いで脱磁した。得られた本成形体の密度は4.0 g/cm3であった。
以後は実施例１と同様にして、外径20 mm、内径14 mm、及び軸線方向長さ32 mmの対称8極の極異方性リング磁石を製造した。着磁した前記異方性リング磁石の総磁束量、dBo、真直度、隣接磁極間角度バラツキを測定した。結果を表1に示す。
【００２６】
【表１】
2003017309.tif 000001
【００２７】
（実施例6）
SrCO3粉末（不純物としてBa及びCaを含有）、α-Fe2O3粉末、La2O3粉末及びCo3O4粉末を、仮焼後に(Sr0.80La0.20)O・5.95[(Fe0.983Co0.017)2O3]の主要成分組成となるように、湿式混合した。得られた混合粉末を1250℃で2時間、大気中で仮焼した。仮焼物をローラーミルで乾式粗粉砕し、粗粉を得た。粗粉をアトライターにより湿式微粉砕し、平均粒径0.8μｍ（F.S.S.S.）の微粉を含むスラリーを得た。微粉砕初期に、粗粉に対する質量比で0.6質量％のLa2O3粉末のみを添加した。また微粉砕初期に、粗粉に対する質量比でそれぞれ0.1質量％，1.0質量％及び0.3質量％のSrCO3粉末、CaCO3粉末及びSiO2粉末を焼結助剤として添加した。
図3の成形金型50と同じ構造を有しキャビティ寸法を変えた成形金型を備えた圧縮成形機により、まず上パンチを引き上げた状態でキャビティ内に所定量の前記スラリーを充填した。次いでキャビティに0.4 MA/m（5 kOe）の極異方性磁場を印加した状態とし、そのまま上パンチを下降し、34 MPa（350 kg/cm2）の成形圧力で圧縮成形し、予備成形体を得た。予備成形体の密度は2.6 g/cm3であった。
印加磁場を切り、上パンチと下パンチを所定量引き下げ、予備成形体をキャビティの下方に移動させた後、上パンチを引き上げ、キャビティ（予備成形体の上）に再度所定量の前記スラリーを充填した。キャビティに0.4 MA/m（5 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で、上パンチ（図示せず）を下降し、44 MPa（450 kg/cm2）の成形圧力で本圧縮成形を行い、次いで脱磁した。得られた本成形体の密度は3.2g/cm3であった。本成形体を1200℃で2時間焼結し、
(Sr0.76La0.24)O×5.72[(Fe0.983Co0.017)2O3]（La過剰組成：La/Co＝1.2）の主要成分組成を有する焼結体を得た。
焼結体の端面及び外周面を加工（内周面は無加工）し、内外周面間を径方向に延在する1つの接合部を有し、外径20 mm、内径14 mm、及び軸線方向長さ28 mmの対称8極の極異方性リング磁石を得た。極異方性付与方向に沿って総磁束量が飽和する条件で着磁し、以後は実施例1と同様にして総磁束量及びdBoを測定した。またJIS B 0021に準じて測定した内径（焼結状態のまま）の真直度を測定した。これらの測定結果を表2に示す。なお総磁束量は相対値で示す。
【００２８】
（参考例2）
実施例6と同じ成形金型を使用し、まず上パンチを引き上げた状態でキャビティ内に実施例6のスラリーを充填した。キャビティに0.4 MA/m（5 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で上パンチ（図示せず）を下降させ、44 MPa（450 kg/cm2）の成形圧力で圧縮成形した。
得られた成形体を1,200℃で2時間焼結し、次いで端面及び外周面を加工（内周面は無加工）し、外径20 mm、内径14 mm、及び軸線方向長さ14 mmの対称8極の極異方性リング磁石を2個作製した。前記リング磁石2個を、極異方性付与方向を合わせて軸線方向に積層して接着し、外径20 mm、内径14 mm、及び軸線方向長さ28 mmの対称8極の極異方性リング磁石（接着品）を作製した。このリング磁石の総磁束量、dBo、及び真直度を測定した。結果を表2に示す。
【００２９】
【表２】
2003017309.tif 000002
【００３０】
（実施例7）
実施例1と同様の焼結磁石用微粉末30を作成した。図9に示す圧縮成形機に上パンチを引き上げた状態で、キャビティ内に所定量の前記微粉末30を充填した。この圧縮成形機はA-A断面部では図6に示す成形金型と同じである。またB-B断面部でも図6に示す成形金型とほぼ同じであるが、コイル96bはコイル96aに対して所定角度だけ回転した位置にある。
まず下パンチ84をA-A段面部における成形金型部の下端部まで移動させ、キャビティ98に微粉末30を充填した（工程(a)）。次いでキャビティに0.8 MA/m (10 KOe)の極異方性磁場を印加した状態で上パンチ83を下降させて、98 MPa（100 kg/cm2）の成形圧力で微粉末を圧縮成形し、予備成形体31を得た（工程(b)）。予備成形体31の密度は3.5 g/cm3であった。
印加磁場を切り、上パンチ83と下パンチ84を引き下げ、予備成形体31の上端部がコイル96bを有する成形金型部の下方部に位置するようにキャビティ98の下方まで移動させた（工程(c)）。次いで上パンチ83を引き上げ、予備成形体31上のキャビティ98内に再度所定量の前記焼結磁石用微粉末30を充填した（工程(d)）。キャビティ98に0.8 MA/m（10 kOe）の極異方性磁場を印加した状態で上パンチ83を下降させ、98 MPa（1000 kg/cm2）の成形圧力で本圧縮成形を行い、次いで脱磁した（工程(e)）。得られた本成形体の密度は4.0 g/cm3であった。なお本成形体は、工程(e)で示すように、リング磁石部31と32とが一体化したものである。
本成形体を約0.07 Pa（５×10-4Torr）の真空中で、1,100℃で2時間焼結し、室温まで冷却した。次にAr雰囲気中で900℃×2時間の一次熱処理を行い、600℃まで冷却し、続いて600℃×2時間の二次熱処理を行い、室温まで冷却し、焼結体を得た。この焼結体は図7に示すように、ほぼ八角形状の外周面を有し、かつリング磁石部31に対してリング磁石部32が所定角度だけ回転した形状となっていた。
焼結体の軸線方向端面及び外周面を加工して円筒状にし、電着により熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）をコーティングした。このようにして、内外周面間を径方向に延在する1つの接合部を有し、外径30 mm、内径24 mm、軸線方向長さ30 mmの対称8極の極異方性リング磁石を得た。dBo及び真直度を測定した結果、実施例3とほぼ同等の値を得られた。
図10に示すように、得られた対称8極の極異方性リング磁石をシャフト1上に固定して、回転子5を構成し、所定の回転機に組み込んだ。この極異方リング磁石はコギングトルクを低減できるスキュー構成であった。同様に構成した実施1〜3の回転子を用いてステータ（図示せず）と組み合わせ、コギングトルクの状態を比較した。その結果、スキューさせた実施例6の回転子が最もコギングトルクが低く、有用な回転機性能が得られた。
【００３１】
【発明の効果】
以上記述した通り、本発明の焼結リング磁石は、多段予備成形により形成されているので、複数のリング磁石部が焼結一体化した構造を有する。そのため、極異方性を有する一体的な長尺品であっても、表面磁束密度が軸線方向にほとんどばらつかないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の焼結リング磁石を示す斜視図である。
【図２】
本発明の焼結リング磁石を組み込んだ回転子の一例を示す斜視図である。
【図３】
本発明の焼結リングの成形に用いる金型の一例を示す断面図である。
【図４】
本発明の焼結リング磁石用成形体の形状を示す概略断面図である。
【図５】
本発明の焼結リング磁石の形状を示す概略断面図である。
【図６】
本発明の焼結リングの成形に用いる金型の他の例を示す断面図である。
【図７】
本発明の焼結リング磁石の形状の他の例を示す断面図である。
【図８】
本発明の焼結リング磁石を組み込んだ回転子の他の例を示す斜視図である。
【図９】
スキュー配向した焼結リング磁石用成形体を製造する工程例を示す断面図である。
【図１０】
本発明の焼結リング磁石を組み込んだ回転子の他の例を示す斜視図である。
【図１１】
極異方性焼結リング磁石の隣接磁極間角度のバラツキとそれを組み込んだ回転機でのコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図１２】
日本国特許第3,083,510号に開示された焼結リング磁石を組み込んだ回転子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１，２１１  シャフト、２，２０２，２０５  極異方性リング磁石、２ａ，２ｂ，３，１０３，２０３  接合部、５，１００，２１０  回転子、１０  成形体、１３，１０５  焼結体、４６，８６  ダイス、４７，８９  キャビティ、４８，８８  コア、５０，８０  型、５６，９６  コイル、５７，８７  スペーサ、５８，98  溝、１０４  内径部輪郭