(57)【要約】  Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に同軸に並んだ各コイル部（１１１）間にＮ−１個の搬送型（１０）を配置し、隣り合うコイル部（１１１）から発生する対向磁場により、搬送型（１０）内の磁性粉末をラジアル配向する工程と、搬送型（１０）内の磁性粉末を加圧する工程と、搬送型（１０）から配向・加圧されたリング成形体を脱型して、複数個のリング成形体を積層する工程と、積層されたリング成形体を焼結し一体化する工程とを備え、コイル部（１１１）が、その振幅が時間とともに減衰する交流磁場を発生する。
2009013786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状のキャビティを有する型の上記キャビティに磁性粉末を給紛する給紛工程と、
Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に並んだ各コイル部間に上記型を少なくとも２個以上配置し、隣り合う上記コイル部から発生する対向磁場により、上記型内の磁性粉末をラジアル配向する配向工程と、
上記型内の磁性粉末を加圧する加圧工程と、
上記型から配向・加圧されたリング成形体を脱型して、複数個の上記リング成形体を積層する脱型・積層工程と、
上記積層されたリング成形体を焼結し一体化する焼結工程と、を備えたリング型磁石の製造方法。
【請求項２】
Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に並んだ各コイル部間に上記型を少なくとも２個以上配置し、隣り合う上記コイル部から発生する対向磁場により、上記加圧工程により加圧された上記磁性粉末に対して再配向又は脱磁する再配向・脱磁工程を備えた請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項３】
上記配向工程と上記加圧工程をまとめて配向・加圧工程とし、上記配向と上記加圧を交互に繰り返す請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項４】
上記各コイル部を相対的に接近又は離間するコイル駆動部を備え、各コイル部間に上記型を配置する請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項５】
上記各コイル部が、それぞれ略同軸に配置されたコイルを備え、隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項６】
上記各コイルが、直列接続されている請求項５に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項７】
両端に位置する上記コイルのターン数を、中間に位置する上記コイルのターン数より多くする請求項５に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項８】
上記各コイル部が、交流磁場を発生する請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項９】
上記交流磁場の振幅が、時間とともに減衰する請求項８に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１０】
上記各コイル部が、その極性が交互に切り替わるパルス磁場を発生する請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１１】
上記パルス磁場の強度が、時間とともに減衰する請求項１０に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１２】
上記型が、コアと、上記コアの周囲に配置されるダイスと、上記コア及びダイスの間に配置される下パンチ及び上パンチを備え、上記コア、ダイス、下パンチ及び上パンチにより囲まれる上記キャビティを有する搬送型である請求項１に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１３】
上記搬送型において、上記ダイスの下部に押え台が配置され、摩擦体が上記ダイスと上記押え台により固定され、上記下パンチは上記摩擦体により保持され、上記摩擦体の摩擦で上記コアを保持している請求項１２に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１４】
上記搬送型において、上記ダイス、下パンチ、コアが搭載されるベースを備え、上記ベースの下パンチの下部及び上記コアの下部に貫通穴が設けられている請求項１２に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１５】
上記コアにおいて、上記キャビティの軸方向中央付近に対応する箇所に磁性体を配設し、上記キャビティの軸方向両端付近に対応する箇所に非磁性体を配設した請求項１２に記載のリング型磁石の製造方法。
【請求項１６】
Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に配置されると共に、隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部と、
上記Ｎ段のコイル部間に配置されると共に、上記磁場によりラジアル配向される磁性粉末を収納するキャビティを有する型と、を備えた磁場成形装置。
【請求項１７】
上記キャビティに収納される磁性粉末を加圧する加圧機構を備えた請求項１６に記載の磁場成形装置。
【請求項１８】
キャビティを有する搬送型と、上記キャビティに磁性粉末を給粉する給粉ユニットと、上記キャビティに給紛された磁性粉末をラジアル配向する磁場を印加する配向ユニットと、配向された上記磁性粉末を加圧する加圧ユニットと、加圧された磁性粉末を再配向するための磁場及び脱磁するための磁場を印加する再配向・脱磁ユニットと、上記搬送型から成形体を脱型する脱型ユニットと、脱型された上記成形体を積層する積層ユニットと、配向ユニット及び再配向・脱磁ユニットに電流を供給する磁場電源とを備え、
上記配向ユニット及び上記再配向・脱磁ユニットは、Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に配置されると共に隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部を有し、上記搬送型が上記Ｎ段のコイル部間に配置される磁場成形装置を備えているリング型磁石の製造装置。
【請求項１９】
上記配向ユニットと上記再配向・脱磁ユニットとをまとめて配向・脱磁ユニットとし、上記配向・脱磁ユニットに上記磁場成形装置を備えた請求項１８に記載のリング型磁石の製造装置。
【請求項２０】
上記配向ユニットと上記加圧ユニットをまとめて配向・加圧ユニットとし、上記磁場成形装置に上記搬送型の上記キャビティに収納される磁性粉末を加圧する加圧機構を備えた請求項１８に記載のリング型磁石の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラジアル配向されたリング型磁石を製造するためのリング型磁石の製造方法、磁場成形装置、及びリング型磁石の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型回転機に適用されるリング型磁石では、小型化、高出力化、高効率化のため、ネオジム系焼結磁石など希土類焼結磁石が使用される。また、高出力を得るため、より磁石の磁気特性を高めた高残留磁束密度のリング型磁石や、軸長の長いリング型磁石が使われている。【０００３】
残留磁束密度の高いリング型磁石の製造方法としては、特開平６−２６７７７４号公報に示される方法があった。ここでは、磁性粉末を充填した金型の上下に配置したコイルにパルス状の大電流を流すことで対向磁界を発生させ、金型内の磁性粉末を配向させるパルス配向が使われている。直流磁場に比べ大きな磁場を得るので配向率を向上させることができ、残留磁束密度の高い磁石を製造することができる。【０００４】
軸長の長いリング型磁石の製造方法としては、特開平２−２８１７２１号公報や特開平１０−５５９２９号公報に示されている方法があった。この方法は、原料の磁性粉末をキャビティに充填して加圧成形し、得られたリング成形体をダイスの非磁性部に移動する。次に、移動後にできたダイスの磁性部のキャビティに再び磁性粉末を充填し、加圧成形し、次いで得られたリング成形体を非磁性部に移すという工程を任意の回数繰返す。このようにして軸長の長い成形体を得る多段成形法が用いられていた。【０００５】
上記多段成形法は、複雑な製造方法であり生産性が悪い。そこで、特開ＷＯ０４−７７６４７号公報に示される、軸長の短いリング成形体を１個毎に配向圧縮して製作した後で複数の成形体を積層し焼結で一体化する方法があった。【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６７７７４号公報
【特許文献２】特開平２−２８１７２１号公報
【特許文献３】特開平１０−５５９２９号公報
【特許文献４】特開ＷＯ０４−７７６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平６−２６７７７４号公報のパルス配向では、当該公報で示されているように、リング成形体の内径１５．４ｍｍに対して、軸方向長さは２．０ｍｍと非常に小さい。軸方向長さを長くすると配向磁場の強さが低下してしまい、高い配向率が得られない。このことは、特開平２−２８１７２１号公報、特開平１０−５５９２９号公報の直流配向の場合と同様の課題である。さらに、パルス配向の場合は直流磁場のようにダイスやコア等の金型の磁性部により磁場の流れを制御して磁束密度を均一化するといったことができない。そのため、コイルに近い部分のみで磁場が強く、コイルとコイルの中間部では磁場が低下してしまうため、配向率にばらつきが大きくなり、磁気特性がばらついてしまう。【０００８】
一方、多段成形法では、金型に磁性部と非磁性部を設け、磁束を磁性部に配置した磁性粉末に誘導し、非磁性部に配置した成形体には流れ込まないようにコントロールしている。そのため、金型部の構造が複雑となっている。この方法にパルス配向を適用しようとした場合、磁性粉末に近接させる必要があるパルス用コイルを配置することできない。また、磁性体の金型（ダイスやコア）に渦電流が流れやすく、磁束の流れがコントロールできない。そのため、多段成形法ではパルス配向により、高い残留磁束密度を有するリング型磁石を製造することができなかった。【０００９】
特開ＷＯ０４−７７６４７号公報に示されている複数の軸長の短いリング成形体を焼結で一体化する方法も直流配向であるため、高残留磁束密度の磁石を製造することはできなかった。【００１０】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ラジアル配向の磁石を複数個、生産性よく製造すると共に、軸長の長いリング型焼結磁石を生産性よく製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るリング型磁石の製造方法は、リング状のキャビティを有する型のキャビティに磁性粉末を給紛する給紛工程と、Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に並んだ各コイル部間に型を少なくとも２個以上配置し、隣り合うコイル部から発生する対向磁場により、型内の磁性粉末をラジアル配向する配向工程と、型内の磁性粉末を加圧する加圧工程と、型から配向・加圧されたリング成形体を脱型して、複数個のリング成形体を積層する脱型・積層工程と、積層されたリング成形体を焼結し一体化する焼結工程とを備えたものである。【００１２】
この発明に係る磁場成形装置は、Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に配置されると共に、隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部と、Ｎ段のコイル部間に配置されると共に、コイル部の発生する磁場によりラジアル配向される磁性粉末を収納するキャビティを有する型を備えたものである。【００１３】
この発明に係るリング型磁石の製造装置は、キャビティを有する搬送型と、キャビティに磁性粉末を給粉する給粉ユニットと、キャビティに給紛された磁性粉末をラジアル配向する磁場を印加する配向ユニットと、配向された磁性粉末を加圧する加圧ユニットと、加圧された磁性粉末を再配向するための磁場及び脱磁するための磁場を印加する再配向・脱磁ユニットと、搬送型から成形体を脱型する脱型ユニットと、脱型された成形体を積層する積層ユニットと、配向ユニット及び再配向・脱磁ユニットに電流を供給する磁場電源とを備え、配向ユニット及び再配向・脱磁ユニットは、Ｎ段（Ｎは３以上の整数）に配置されると共に隣り合う段から相互に対向する磁場を発生するコイル部を有し、搬送型が上記Ｎ段のコイル部間に配置される磁場成形装置を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のリング型磁石の製造方法によれば、ラジアル配向の磁石を複数個、生産性よく製造することができる。【００１５】
この発明の磁場成形装置によれば、ラジアル配向の磁石を複数個、生産性よく製造することができる。【００１６】
この発明のリング型磁石の製造装置によれば、軸長の長いリング型焼結磁石を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明のリング型磁石の製造方法により製造されるリング型磁石の例を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１によるリング型磁石の製造装置の基本構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に使用される搬送型を示す断面図である。
【図４】実施の形態１の給粉ユニットの構成及び動作を説明する図である。
【図５】実施の形態１の給粉ユニットの構成及び動作を説明する図である。
【図６】実施の形態１の配向ユニットの構成及び動作を説明する図である。
【図７】実施の形態１の配向ユニットの構成及び動作を説明する図である。
【図８】実施の形態１の磁場電源とコイルを示す回路図である。
【図９】実施の形態１の磁場電源により発生する電流波形を示す図である。
【図１０】実施の形態１の配向ユニットに発生する磁束の流れを示す図である。
【図１１】実施の形態１の加圧ユニットの構成を示す図である。
【図１２】実施の形態１の再配向・脱磁ユニットの構成及び動作を説明する図である。
【図１３】実施の形態１の脱型ユニットの構成及び動作を示す図である。
【図１４】実施の形態１の脱型ユニット及び積層ユニットの構成及び動作を示す図である。
【図１５】実施の形態１によるリング成形体の焼結工程を示す図である。
【図１６】実施の形態１によるリング型磁石の製造装置の他の基本構成を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態２によるリング型磁石の製造装置の基本構成を示す図である。
【図１８】実施の形態２による配向・加圧ユニットの構成及び動作を説明する図である。
【図１９】実施の形態２の他の例の配向・加圧ユニットの構成を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態３による搬送型の構造を示したものである。
【図２１】この発明の実施の形態４による配向ユニットの構造を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明のリング型磁石の製造方法により成形し、焼結して得られるリング型磁石の例を示す斜視図である。この発明の製造方法により得られるリング型磁石として、図１（ａ）に示すように、円筒状に成形したリング成形体１ａを積層して焼結して一体化したものがある。また、図１（ｂ）に示すように、外周面又は内周面に周期的な凹凸を有するリング成形体１ｂをその凹凸が所定角度スキューするように積み重ねて、焼結して一体化したものがある。なお、図１（ｂ）では外周面に周期的な凹凸１ｃを有するが、内周面に凹凸を有するリング型磁石も製造することができる。【００２０】
図２は本実施の形態によるリング型磁石の製造装置の基本構成を示す図である。本実施の形態の製造装置は、搬送型１０、搬送型１０のキャビティに磁性粉末を給粉する給粉ユニット１００、磁性粉末が給粉された搬送型１０に磁場を印加する配向ユニット１１０、配向された磁性粉末を加圧する加圧ユニット１２０、加圧された磁性粉末を再配向するための磁場及び脱磁するための磁場を印加する再配向・脱磁ユニット１３０、搬送型１０からリング成形体を脱型する脱型ユニット１４０、脱型されたリング成形体を積層する積層ユニット１５０、並びに配向ユニット１１０及び再配向・脱磁ユニット１３０のコイルに電流を供給する磁場電源２００から構成される。なお、各ユニット間において搬送型１０を移動させるために、ベルトコンベヤ等を設けてもよい（図では省略）。さらにユニット全体を空気と遮断し窒素等の不活性ガスでパージできる構成としてもよい。【００２１】
図３は本実施の形態に使用される搬送型１０を示す断面図である。搬送型１０は、コア１１と、コア１１の周囲に配置されるダイス１２と、コア１１及びダイス１２の間に配置される下パンチ１５及び上パンチ１６を備え、コア１１、ダイス１２、下パンチ１５及び上パンチ１６により囲まれ、磁性粉末が充填されるリング状の空間であるキャビティ１７を有している。ダイス１２の下部にはＯリング押え台（押え台）１８が配置され、Ｏリング（摩擦体）１９がダイス１２とＯリング押え１８により固定されている。また、下パンチ１５はＯリング押え１８に固定されたＯリング１９との摩擦で保持されている。さらに、下パンチ１５とコア１１の間に配置されたＯリング１９の摩擦でコア１１を保持している。また、キャビティ１７に磁性粉末が充填された状態で上パンチ１６がセットされる。【００２２】
搬送型１０の材質に関して、ダイス１２、下パンチ１５及び上パンチ１６はステンレス等の非磁性材で、硬度の必要な部分には非磁性超鋼を用いる。コア１１は鉄等の磁性材と硬度の必要な部分に超鋼を組み合わせて用いる。コア１１の磁性材としてはパーメンジュール等の飽和磁束密度の大きな材料を使ってもよい。また、リング成形体が小さい場合（軸長１０ｍｍ以下の場合）は、強く均一な配向磁場が容易に得られるため、コア１１も含めすべての部材を非磁性材で構成してもよい。また、搬送型１０の各部材の材質として、セラミック等の絶縁材料や高電気抵抗材を用いることにより、渦電流を低減することでき、磁場分布を安定化させる効果が得られる。【００２３】
次に、給粉ユニット１００について説明する。給粉ユニット１００では、搬送型１０のキャビティ１７に磁性粉末２０を計量して供給し、上パンチ１６をセットする作業が行われる。図４は給粉ユニット１００における磁性粉末２０の給粉の様子を示す図である。計量器（図示せず）で所定の重量に計量された磁性粉末２０は、搬送型１０のキャビティ１７上にセットされた給粉口１０１及びロート１０２を介してキャビティ１７に供給される。給粉口１０１及びロート１０２は磁性粉末の供給時に微小振動しており、キャビティ１７内に磁性粉末２０を均一に充填することができる。キャビティ１７内に可動の羽根（図示せず）を設けて、磁性粉末の供給時に回転、振動させることでより均一な給粉が可能になる。磁性粉末２０の充填密度は２〜３ｇ／ｃｍ３が望ましい。充填密度が低すぎると、配向磁場を加えたときに磁性粉末２０はキャビティ１７内での配向磁場の強い領域に偏り、圧縮した時に配向がばらついてしまって磁気特性が低下する。充填密度が高すぎると磁性粉末同士の摩擦力が大きくなり、配向磁場を印加しても配向しにくくなるため磁気特性が低下する。磁性粉末２０を充填した後は、図５に示すように、ハンド１０３により上パンチ１６をキャビティ１７上にセットする。【００２４】
次に、配向ユニット１１０について説明する。配向ユニット１１０では、磁性粉末２０が給粉され上パンチ１６がセットされた搬送型１０に磁場を印加する作業が行われる。本例では、搬送型１０のキャビティ１７に充填された磁性粉末に交流磁場が印加される。まず、直流磁場の印加と交流磁場の印加の違いを説明する。直流磁場の場合、磁性粉末を加圧している期間中は常に磁場を印加しておく。そのため、１０〜３０秒程度の期間の中、数百Ａオーダの大電流が直流磁場用のコイルに通電される。直流磁場用のコイルでは、コイルターン数が数百Ｔ巻線されており、その電気抵抗による発熱を抑制するため、断面積の大きなコイルが使われる。また、コイル冷却機構が付随している場合が多い。つまり、直流磁場用のコイルは、そのコイル寸法が内径２００ｍｍ、外径６００ｍｍ、軸長２００ｍｍといったように大きなものが使用される。そのため、小型サイズの搬送型１０のキャビティ１７に磁場を集中することができなく、配向磁束密度を高めることができない。また、搬送型１０のセットや取り外し、給粉、脱型等の作業を困難にしている。【００２５】
これに対して、交流磁場の場合は、後に詳述するような磁場電源構成となり、電流の流れる期間は数ｍｓであるため、ピーク値１０ｋＡの電流が流れても、直流磁場に比べると発熱量は１／１００程度である。そのため、交流磁場用のコイルは、リング成形体の外径が５０ｍｍ程度までの場合、コイル寸法が外径５０ｍｍ、軸方向の長さ２０ｍｍ程度の大きさでよい。このように、交流磁場用のコイルは小さくできるため、次に示すような配向ユニットの構成が可能となる。【００２６】
図６及び図７は本実施の形態の配向ユニット１１０の構成及び動作を説明する図である。本実施の形態の配向ユニット１１０は、複数段（Ｎ段、Ｎは３以上の整数）に配置されたコイル部１１１と、それぞれのコイル部１１１を相対的に接近又は離間するコイル駆動部１１５からなる。コイル部１１１は、磁場を発生するコイル１１２と、そのコイル１１２を保持するコイル保持部１１３からなる。複数段に配置されるコイル１１２はそれぞれコイル中心が略同軸に配置され、隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている。図の例では、コイル部１１１は４段で構成した場合を示している。コイル駆動部１１５は、リニアガイド、ボールネジ、サーボモータ等を組み合わせることにより各コイル部１１１を相対移動可能に構成されている。【００２７】
図６及び図７により本実施の形態の配向ユニット１１０の動作を説明する。まず、図６に示すように、コイル駆動部１１５により各コイル部１１１の間隔を広げ、各コイル部１１１の間に搬送型１０をハンド１１８によりセットする。図７（ａ）は各コイル部１１１間に搬送型１０をセットした状態を示したもので、本例の場合は３個の搬送型１０がセットできる。そして、図７（ｂ）に示すように、コイル駆動部１１５により各コイル部１１１の間隔を狭め、コイル部１１１を固定する。【００２８】
各コイル部１１１のコイル１１２は、磁場電源２００から電流が供給されて配向磁場を発生する。図８は、磁場電源２００と各コイル１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ）を示す回路図である。図８に示す磁場電源２００は、コンデンサ充電のための電源２０１と、昇圧回路２０２と、大容量のコンデンサ２０３と、サイリスタ（ＳＣＲ）等のスイッチ２０４と、スイッチ２０４の逆並列ダイオード２０５と、スイッチ２０４を制御する制御回路２０６を備える。磁場電源２００には負荷として各コイル１１２が直列にかつ相隣り合うコイルの巻線方向が反対になるように接続されている。図９の例では、４個のコイル１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが直列に接続され、コイル１１２ａと１１２ｂ、コイル１１２ｂと１１２ｃ、コイル１１２ｃと１１２ｄの巻線方向が反対になるように接続されている。コンデンサ２０３が充電された状態でスイッチ２０４がＯＮするとコンデンサ２０３からコイル１１２に電流が流れ込む。コンデンサ２０３の容量とコイル１１２のインダクタンスに共振が生じ、図９に示すような、徐々に減衰する交流電流を発生し、配向磁場も交流電流に応じて減衰する。印加する交流磁場は２〜３周期でよい。１周期での振幅の減衰率は９０〜５０％でよい。所定の交流磁場の回数後に、強制的に電流を停止させてもよい。【００２９】
図１０は本実施の形態の配向ユニット１１０に発生する磁束の流れを示す図である。各コイル１１２は隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている。そのため、各コイル１１２から軸方向に向う磁束は、隣り合うコイル同士間で互いに相対向する方向に流れる。そして、相対向する磁束は、各コイル１１２の中間付近においてラジアル方向に磁束の向きを変える。そのため、各コイル１１２の間に配置された搬送型１０のキャビティ１７にはラジアル方向の配向磁場が印加されることになる。また、図１０の矢印に示すこれらの磁束は、前述した減衰する交流電流に対応して徐々に減衰する。【００３０】
従来方式のパルス磁場の場合、高保磁力磁石用（固有保磁力１２００ｋＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）以上）の磁性粉末は配向しにくいという現象が生じるが、本実施の形態のように減衰する交流磁場を印加することにより高保磁力磁石用の磁性粉末も十分に配向させることができる。高保磁力磁石用の磁性粉末は保磁力が高く、粉末の状態で着磁されてしまい、キャビティ内で凝集してしまう。交流磁場を印加することで、上記の凝集を防止することができ、そのため配向がよくなる。【００３１】
また、本実施の形態の場合、磁性粉末に印加する磁場は減衰する交流磁場であるので、脱磁も同時に行うことができる。従来の直流磁場やパルス磁場の場合には、当該直流磁場やパルス磁場と逆向きの磁場を印加することで脱磁を行っており、本実施の形態の場合、そのような脱磁を行わなくてもよく、配向後の取り扱いが容易になる。なお、従来の直流磁場での脱磁には、電流の立ち上げ及び立ち下げ時間を含め１０秒以上の時間が必要であった。【００３２】
次に、各コイル１１２同士の接続について述べる。各コイル１１２を並列接続した場合は、それぞれのコイル形状の差、配置の差に基づくインダクタンスの差により、流れる電流に差が生じる場合があるため、直列接続したほうがよい。また、次の効果もある。コンデンサの容量ＣとコイルのインダクタンスＬの共振周波数ｆは下記の式（１）となる。【００３３】
ｆ＝１／２π（Ｃ・Ｌ）１／２  ・・・（１）【００３４】
ここで、直列接続と並列接続を比較した場合、直列接続の場合の方がインダクタンスは大きくなるため、共振周波数が低くなる。搬送型１０やコイル駆動部１１５等の機械強度の必要な部材には金属等の導電性の材料で構成することがあるが、導電性材料はその内部に振動磁場による渦電流が発生しやすい。しかし、コイルを直列接続した場合、共振周波数が低下することとなり、導電性材料であっても渦電流の発生を抑制することができる。【００３５】
搬送型１０のキャビティ１７に充填された磁性粉末２０は、コイル１１２が発生する磁場によりラジアル方向に配向される。本実施の形態では、コイル１１２を４個を直列接続しており、１台の磁場電源２００で駆動される。外径４０ｍｍ、内径３５ｍｍ、軸長２０ｍｍのリング成形体を成形することができる３個の搬送型１０に対して、コンデンサ容量２０００μＦ、充電電圧３７００Ｖの磁場電源を用いて電流を流すことで、各搬送型１０のキャビティ１７では磁束密度５Ｔの磁束を発生させることができる。コイル１１２は外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍ、軸方向長さ１５ｍｍ、ターン数３０Ｔである。【００３６】
磁場電源２００としては、一般的な着磁電源を使用できる。２０００μＦのコンデンサを３７００Ｖに充電した場合、コンデンサには約８［Ｃ］の電荷が貯まる。コンデンサ充電部の充電能力が４０００Ｖ、０．５３Ａであればコンデンサは１５秒で充電できる。コンデンサ充電部を簡単な昇圧トランス（２００Ｖ：４０００Ｖ）で構成した場合、一次側（低圧側）への供給電力は２００Ｖ、１０．６Ａとなり、比較的小さな供給電力でよいことがわかる。磁場電源２００の電力供給設備においても過大な設備が不要になる。なお、コンデンサ充電部を増強することで、より時間短縮は可能である。また、上記では、コイル部１１１は４個の例を示したが、４個に限るものではない。【００３７】
次に、加圧ユニット１２０について説明する。加圧ユニット１２０は、配向ユニット１１０で配向された搬送型１０の磁性粉末を上パンチ１６及び下パンチ１５で加圧する。すなわち、配向ユニット１１０で配向された磁性粉末が充填された搬送型１０は加圧ユニット１２０にセットされる。図１１は本実施の形態の加圧ユニット１２０の構成を示す図である。図において、上パンチ１６及び下パンチ１５は加圧子１２１により加圧され、加圧子１２１は加圧駆動部１２２により矢印方向に駆動される。上パンチ１６と下パンチ１５はダイス１２に対し上下方向から相対的に接近してキャビティ１７の磁性粉末を加圧する。この時、コア１１はダイス１２に対して移動しないようにコア支持部１２３で支持されている。下パンチ１５はＯリング１９の摩擦で固定されているが、それ以上の力が加圧子１２２より下パンチ１５に印加されるため、磁性粉末の加圧は問題なく行われる。【００３８】
次に、再配向・脱磁ユニット１３０について説明する。再配向・脱磁ユニット１３０は、加圧ユニット１２０で加圧された磁性粉末に対して再配向するための磁場又は脱磁するための磁場を印加する。図１２は本実施の形態の再配向・脱磁ユニット１３０の構成及び動作を説明する図である。再配向・脱磁ユニット１３０の構成及び動作は、上述した配向ユニット１１０の場合とほぼ同じである。再配向には、配向と同じ強さの交流減衰磁場を印加する。加圧ユニット１２０の加圧により磁性粉末の配向が乱れた場合や、配向ユニット１１０で脱磁が十分でなかった場合には、本ユニット１３０で再配向や脱磁を行う。再配向や脱磁を行う必要のない場合は、本ユニット１３０を省略することも可能である。【００３９】
本実施の形態では、再配向・脱磁ユニット１３０のコイルの磁場電源と配向ユニット１１０のコイルの磁場電源２００を共有することができる。その場合、配向ユニット１１０のコイルと再配向・脱磁ユニット１３０のコイルを交互に通電する。例えばコイルの充電時間が１５秒の設備では両方のユニットのコイルをそれぞれ交互に３０秒間隔で１５秒通電する。つまり、配向ユニット１１０のコイルに１５秒間通電し、その後の１５秒間で、配向ユニット１５から搬送型１０を取り出し新しい搬送型１０を装着し、それと同時に再配向・脱磁ユニット１３０のコイルを通電する。【００４０】
次に、脱型ユニット１４０及び積層ユニット１５０について説明する。脱型ユニット１４０は搬送型１０から配向・加圧されたリング成形体３０を脱型するものであり、積層ユニット１５０は脱型されたリング成形体３０を積層するものである。図１３及び図１４は脱型ユニット１４０及び積層ユニット１５０の構成及び動作を示す図である。まず、搬送型１０を脱型ユニット１４０にセットする。そして、図１３（ａ）に示すように、コア１１及び下パンチ１５をコア支持部１４１及びパンチ支持部１４２で保持した状態で、ダイ押え１４３によりダイス１２を下方向に移動させる。続いて、図１３（ｂ）に示すように、下パンチ１５をパンチ支持部１４２で保持した状態で、コア押え１４５によりコア１１を下方向に移動させる。その後、図１４に示すように、コア押え１４５を上昇させると、リング成形体３０を電磁チャック１５１で取り出すことができる。積層ユニット１５０では、脱型ユニット１４０から取り出したリング成形体３０を所定の個数積層する。そして、積層されたリング成形体３０を、図１５に示す真空中あるいは不活性ガス中でヒータ１６１により焼結することで、各リング成形体３０の層間が接合され一体化された長軸のリング型磁石になる。【００４１】
次に、図２に示した各ユニットの処理能力について説明する。まず、配向ユニット１１０の処理時間について説明する。磁場電源２００の充電時間と、搬送型１０の配向ユニット１１０への装着及び取り外し時間とを比較して長い方の時間（通電時間は数ｍｓで無視できる）が配向に必要な時間である。本例の場合、磁場電源２００の充電時間が１５秒、搬送型１０の装着及び取り外し時間が２０秒であり、長い方の２０秒で３個の搬送型１０の磁性粉末の配向が可能になる（タクト時間：６．６秒／１個）。【００４２】
給粉ユニット１００、加圧ユニット１２０、脱型ユニット１３０、積層ユニット１４０では、配向ユニット１１０（再配向・脱磁ユニット１３０）の処理時間に合わせて、各タクト時間が合うように各ユニットの必要台数を定める。本例の場合、給粉ユニット１００では１台当たり計量１５秒、充填１５秒の３０秒が必要であるため、５台の給粉ユニットで構成する（タクト時間：６秒／１個）。加圧ユニット１２０は、搬送型１０の装着、加圧、取り出し時間に１個あたり２０秒必要であり、３台のユニットで構成している（タクト時間：６．６秒／１個）。脱型ユニット１３０も、搬送型１０の装着、脱型、取り出し時間に１個あたり２０秒必要であり、３台のユニットで構成している（タクト時間：６．６秒／１個）。そして、３個のリング成形体３０を積層して１個のリング型磁石を作る場合、リング型磁石１個につき本例の磁場成形工程では２０秒が必要である。【００４３】
一方、従来行われている多段成形の場合、通電時間には、電流の立ち上がり立下り時間が必要で、１層（本発明の１個に相当）あたり３０秒を要する。さらに磁場を加えた状態で加圧、給粉と積層の時間が連続的に必要となるため、１層当たり６０秒が配向と圧縮に必要になる。３層を重ねて積層するためには３倍の時間が必要になっている。そのためリング型磁石１個につき１８０秒を要することになる。【００４４】
このように、本実施の形態によれば、残留磁束密度が高く長軸のリング型磁石を生産性よく製造できる。また、減衰する交流磁場を用いたため、高保磁力材の磁性粉末の配向率を向上でき、配向と脱磁を一度に実施できる。その結果、配向に要する時間を短縮でき、生産性を向上できる。【００４５】
上記では、配向ユニット１１０及び再配向・脱磁ユニット１３０において、磁性粉末に交流磁場を印加した場合を説明したが、磁性粉末の種類によっては、例えば保磁力が低い磁性粉末の場合は、パルス磁場を加えてもよい。この場合、パルス磁場は２〜３回繰り返して印加してもよい。【００４６】
また、パルス磁場を発生させるパルス電源の＋極、−極とコイル１１２の両端の接続をつなぎかえてコイル１１２の通電方向を反転できるスイッチ手段を設けることにより、その極性が交互に反転するパルス磁場を印加するようにしても良い。その極性が交互に反転するパルス磁場を印加することにより、交流磁場を印加するのと同様に、保磁力の高い磁性粉末の凝集を防止することができ、その結果、配向がよくなる。【００４７】
磁性粉末にパルス磁場を印加した場合、脱磁は減衰する交流磁場でも良い。また、上述の極性を交互に反転するパルス磁場を印加する時に、パルス電源とコイル１１２の接続をつなぎかえ、第１回目より少ない電流を通電する方法などにより、配向の逆極性で１／５〜１／２０程度の磁場強度のパルス磁場を印加してもよい。交流磁場に比べパルス磁場にすることで、電源の構成が簡単になる。【００４８】
図１６は本実施の形態によるリング型磁石の製造装置の他の基本構成を示す図である。図１６に示すように、図２の配向ユニット１１０と再配向・脱磁ユニット１３０をまとめて配向・脱磁ユニット１６０にしてもよい。この場合、搬送型１０の磁性粉末は配向・脱磁ユニット１６０で配向された後、加圧ユニット１２０で加圧され、その後、配向・脱磁ユニット１６０に戻って再配向または脱磁が行われる。その後、脱型ユニット１４０、積層ユニット１５０で、リング成形体の脱型と積層が行われる。このように構成することで、ユニット数を少なくすることができる。また、磁場電源２００は、配向・脱磁ユニット１６０のコイルのみに電流を供給すればよいため、製造装置全体が簡単な構成となり、設備コストの抑制が図れる。【００４９】
続いて、本実施の形態のリング型磁石の製造工程について詳細に説明する。リング型磁石の製造工程は、原料合金鋳造工程、粉砕工程、磁場中成形工程、焼結・熱処理工程からなる。具体的に説明すると、磁石の組成はＮｄ：３０ｗｔ％、Ｂ：１ｗｔ％、Ｄｙ：３ｗｔ％、Ｆｅ：残りのｗｔ％である。原料合金鋳造工程において、上記組成の磁石原料を高周波溶解で混合することにより原料合金を生成する。そして、粉砕工程において、上記原料合金を水素脆性化処理、ジェットミルにより粉砕して、平均粒径４μｍの磁性粉末を得る。次に、磁場中成形工程において、上記磁性粉末に本実施の形態の磁場成形工程による磁場を加え磁性結晶の方向を揃える配向、加圧を行い、リング成形体３０を製作する。そして、上記リング成形体を真空中で１０８０℃、９００℃、６００℃の焼結・熱処理工程を経て、リング焼結体を得る。【００５０】
搬送型１０は本実施の形態の場合、高さ１５ｍｍのリング成形体３０を成形できるように搬送型１０のキャビティ高さを３０ｍｍ、ダイ高さを４０ｍｍとした。この搬送型１０を用いてリング外周が円形でリング内周に凹凸部を有する高さ１５ｍｍのリング成形体を３個作る。そして、３個のリング成形体３０を高さ方向に積み重ね、焼結することで、焼結後の高さ３５ｍｍでリング外周が円形、リング内周に凹凸部を有する本実施の形態のリング型焼結磁石を製造できる。なお、磁石高さが低い場合などは、１個のリング成形体３０を焼結することでリング型焼結磁石を製造しても良い。【００５１】
本実施の形態（減衰する交流磁場）で製作したリング型磁石からワイヤーカットで削りだした試験片について、磁気特性を測定した結果、残留磁束密度１．３Ｔ（１３．０ｋＧ）固有保磁力１５６０ｋＡ／ｍ（１９．５ｋＯｅ）、配向率９４．５％を得ることができた。通常の直流配向方式では、残留磁束密度１．２５Ｔ（１２．５．ｋＧ）、固有保磁力１５２０ｋＡ／ｍ（１９．０ｋＯｅ）、配向率９１．４％であるので、本実施の形態の磁気特性が向上している。【００５２】
なお、上記ではリング型磁石の製造を例に挙げて説明したが、配向ユニット１１０及び再配向・脱磁ユニット１３０は、磁石の形状に関わらず、ラジアル配向の磁石を製造する場合全般に適用することができる。このことは、下記の実施の形態でも同様である。【００５３】
実施の形態２．
図１７はこの発明の実施の形態２によるリング型磁石の製造装置の基本構成を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１の配向ユニット１１０、加圧ユニット１２０、再配向・脱磁ユニット１３０の機能をまとめた配向・加圧ユニット１７０を設置した。【００５４】
図１８は本実施の形態の配向・加圧ユニット１７０の構成及び動作を説明するための図である。本実施の形態の配向・加圧ユニット１７０は、複数段に配置されたコイル部１１１と、各コイル部１１１を相対的に接近又は離間するコイル駆動部１１５からなる。コイル部１１１は、磁場を発生するコイル１１２と、そのコイル１１２を保持するコイル保持部１１３からなる。各コイル１１２は略同軸に配置され隣り合うコイル同士で電流の向きが反対になるように巻線接続されている。さらに、コイル部１１１には、各コイル部１１１間に設置される搬送型１０の上パンチ１６又は下パンチ１５を加圧する加圧機構として加圧子１７１が設置されている。【００５５】
次に、本実施の形態の動作について説明する。搬送型１０は実施の形態１と同様に各コイル部１１１の間に装着した後、コイル駆動部１１５により各コイル部１１１の間隔が狭められ、搬送型１０が各コイル部１１１に挟まれた状態になる。次に、実施の形態１で説明したように、磁場電源２００から各コイル１１２に交流電流を印加して、搬送型１０に対して交流配向磁場を加える。印加する交流磁場は２〜３周期でよい。さらに、振幅の減衰率が９０〜５０％の交流磁場を印加してもよい。所定の交流磁場の回数後に、強制的に電流を停止してもよい。【００５６】
次に、コイル移動部１１５がさらにコイル部１１１同士の間隔を狭める。これにより、コイル部１１１に設けられた加圧子１７１が搬送型１０の上パンチ１６と下パンチ１５に圧力を加え、搬送型１０のキャビティ１７に充填された磁性粉末は圧縮される。そして、磁性粉末の加圧が完了すると、コイル駆動部１１５によりコイル部１１１の間隔が広げられ、搬送型１０を取り出すことができる。【００５７】
配向のための磁場は、次のようなタイミングで印加してもよい。搬送型１０が各コイル部１１１間に挟まれた状態で、各コイル１１２に交流電流が磁場電源から供給される。続いて、コイル駆動部１１５が各コイル部１１１間隔を狭めるように動作し、加圧子１７１と上下パンチ１６，１５を介して磁性粉末を加圧する。続いて、各コイル１１２に交流電流を供給し、続いて上記加圧を繰り返す。このような手順で磁場印加と加圧を２〜５回繰り返すようにしても良い。【００５８】
上記説明では、磁性粉末に交流磁場を印加した場合を説明したが、印加する磁場はパルス磁場でもよい。また、複数回のパルス磁場を連続して与えてもよい。また、パルス磁場の場合や脱磁が不十分の場合は、最後に脱磁のために減衰する交流磁場を印加してもよい。また、脱磁は、配向の場合のパルス磁場と極性が反対で１／３〜１／２０の振幅のパルス磁場を与えても良い。【００５９】
また、上記ではコイル駆動部１１５の駆動により加圧子１７１を介して磁性粉末を加圧する例を示したが、図１９に示すように、配向・加圧ユニット１７０に加圧機構としての加圧部１７２を設けて加圧子１７１を駆動させ、コイル駆動部１１５は補助的に位置の調整を行う構成にしてもよい。加圧の動力はサーボモータが制御性が良く適しているが、油圧でも同等の効果は得られる。また、コイル駆動部１１５が搬送型１０を保持し、ダイス１２に対して相対的に上パンチ１６が下方に下パンチ１５が上方に動くように構成してもよい。【００６０】
実施の形態３．
図２０はこの発明の実施の形態３による搬送型の構造を示したものである。ベース４０の上にダイス１２、下パンチ１５、コア１１が搭載されている。ベース４０には下パンチ１５を搭載した下部に複数の貫通穴４１が設けられると共に、コア１１を搭載した下部に貫通穴４２が設けられている。加圧の時には下パンチ１５は貫通穴４１を介して加圧子等で押される。脱型の時には、下パンチ１５とコア１１を保持した状態でダイス１２を上方から押す必要がある。下パンチ１５は貫通穴４１を介して保持具（図示せず）で保持される。コア１１も貫通穴４２を介して保持具（図示せず）で保持される。磁性粉末が圧縮された後に下パンチ１５が落下しないように、下パンチ１５の側面とベース４０の間にゴム材等の弾性部材を挿入して、その摩擦力で落下を防止してもよい。また、ベース４０と下パンチ１５の間にばねを挿入しても同様の効果を得ることができる。上パンチ１６はキャビティ１７に磁性粉末が充填された後にその上にセットされる。【００６１】
実施の形態４．
図２１はこの発明の実施の形態４による配向ユニットの構造を示す図である。本実施の形態では、搬送型１０のコア１１を、磁性体１１ａ及び非磁性体１１ｂで構成した。すなわち、コア１１において、キャビティ１７の軸方向中央付近に対応する箇所に磁性体１１ａを配設し、キャビティ１７の軸方向両端付近に対応する箇所に非磁性体１１ｂを配設した。コア１１全体を磁性体で構成した場合、磁束の流れは図２１の点線の矢印のようになり、磁束密度はキャビティの軸方向両端部では強く、キャビティの軸方向中央付近では弱くなる。これに対して、本実施の形態のコア１１では、磁束は磁路抵抗の少ない磁性体１１ａを通るため、図２１の実線の矢印のような流れになる。そのため、キャビティ１７の軸方向中央付近で低かった磁束密度が上昇し、キャビティ１７内で軸方向に均一な磁束密度分布が得られる。その結果、キャビティ１７に充填される磁性粉末の配向率のばらつきが低くなり、リング型磁石の磁気特性が安定する。また、コア１１全体を磁性体で構成した場合、配向時に磁性粉末が磁束密度の強い軸方向両端に集中することにより成形体の密度に差が発生し、焼結後に焼結歪が発生していた。本実施の形態の場合、キャビティ１７の軸方向中央付近で低かった磁束密度が上昇し、キャビティ１７内で軸方向に均一な磁束密度分布が得られるので、成形体の密度に差が発生しなく、焼結歪が低減でき、焼結体の形状精度を向上できる。【００６２】
実施の形態５．
実施の形態１で説明した配向ユニット１１０又は再配向・脱磁ユニット１３０、あるいは実施の形態２で説明した配向・加圧ユニット１７０において、中間に位置するコイル部１１１の発生磁束は、その上下に位置する２個の搬送型１０を通過する。しかし、上下両端に位置するコイル部１１１の発生磁束は、その下部又は上部に位置する１個の搬送型１０のみを通過する。２個の搬送型１０を通過する場合は、コア１１の磁性部が２箇所となり磁路抵抗が低下して磁束密度が高くなる。しかし、１個の搬送型１０を通過する場合は、コア１１の磁性部が１箇所となり、２個の磁性部を通過する場合より磁路抵抗が大きくなり、その分磁束密度が低くなる。そこで、本実施の形態では、両端（上端又は下端）に位置するコイル部１１１のコイル１１２のターン数を、中間に位置するコイル部１１１のコイル１１２のターン数より多くすることにより、各コイル部１１１の磁束密度を揃えることができる。例えば、中間位置のコイル１１２のターン数に対して、両端位置のコイル１１２のターン数を５〜２０％増加させることにより、各搬送型１０を通過する磁束密度を揃えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、ラジアル配向の磁石の製造に広く適用することが可能であり、例えばモータの回転子に用いられる磁石を製造する場合に適用されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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