(57)【要約】  異方性焼結磁石の作製工程でのシミュレーションを確立できて、合理的で適正な作製条件を得ることができる異方性焼結磁石の解析方法及び製造方法を提供する。磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性の焼結磁石を解析する方法において、前記焼結工程では、応力がかからない無応力過程と、応力がかかる応力過程との２段階に分けて、解析を行う。
2017104788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性焼結磁石を解析する方法において、
前記焼結工程では、応力がかからない無応力過程と、応力がかかる応力過程との２段階に分けて、解析を行うことを特徴とする異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項２】
前記無応力過程での解析に、磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を使用し、前記応力過程での解析に、磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を使用することを特徴とする請求項１に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項３】
前記収縮率及び線膨張係数を、前記成形体の配向磁界に応じて変化させることを特徴とする請求項２に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項４】
前記焼結工程における解析は、成形体を焼結する工程において、無応力過程では応力がかかる応力過程前の形状を解析し、応力過程では前記解析した応力過程前の形状から焼結完了時の形状及び応力を解析することを含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項５】
前記成形体の配向磁界に応じて、前記焼結体の磁気特性分布を求めることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項６】
前記焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、前記焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項７】
前記異方性焼結磁石の磁界解析及び／または減磁解析を行うことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項８】
磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性焼結磁石を解析する方法において、
予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、寸法及び熱機械特性を測定し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、
成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、
前記三次元配向磁界分布から二次元配向磁界分布を抽出するステップと、
焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、
焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、
焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、
焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップと、
を有することを特徴とする異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項９】
さらに前記異方性焼結磁石の磁界解析を行うステップ及び／または減磁解析を行うステップを有することを特徴とする請求項８に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項１０】
予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップとによる異方性焼結磁石の解析結果に応じて、焼結体の内部応力が基準設計値よりも小さくなる条件で設計したダイスキャビティの形状を有するダイスと、磁場発生コイルとを含む磁場成形用プレス装置を準備する工程と、
磁石合金の粉末を準備する工程と、
前記磁石合金の粉末を前記磁場成形用プレス装置にて磁場中成形する工程と、
前記磁場中成形により作製された成形体を焼結する工程と、
を有することを特徴とする異方性焼結磁石の製造方法。
【請求項１１】
前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは、ポールピース形状にあって、コイル間の距離が前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっていることを特徴とする請求項１０に記載の異方性焼結磁石の製造方法。
【請求項１２】
前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは４つ以上あり、前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティ側面にて隣り合う前記磁場発生コイルの極が異なるように設置されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の異方性焼結磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界中で配向した磁石を焼結して作製する異方性焼結磁石の焼結過程の解析方法及びそれを用いた異方性焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータ等の回転機に多極着磁の円筒状永久磁石が広く用いられている。このような円筒状の異方性リング磁石としては、半径方向に異方性を有するラジアル異方性リング磁石と、表面に多極異方性を有する極異方性リング磁石とが実用に供与されている。【０００３】
図２１は、そのうちの極異方性リング磁石の磁化方向を示す図であって、１０極着磁の例を示している。円筒状の極異方性リング磁石１１は、その外周縁にＮ極１２，Ｓ極１３が交互に等ピッチで５個ずつ存在する。磁化方向は、図２１に矢印で示すように、Ｓ極１３からＮ極１２に向かう円弧状の方向である。【０００４】
このような極異方性リング磁石では、隣り合う磁極間の磁束が磁石内を円弧状に流れるようにハルバッハ配列に近い方向に配向されているため、表面の磁束密度が高く、正弦波状の磁束密度分布となる。このため、モータに組み込まれた場合に、高い出力トルクを得るだけでなく、低いコギングトルクを得ることができる。以上のように、極異方性リング磁石は、ラジアル異方性リング磁石と比べて利点が多く、その利用が積極的に進められている。【０００５】
円筒状の異方性リング磁石について、その構造及びその製造方法に関する種々の技術が従来から提案されている（特許文献１−４）。特許文献１−３には、極異方性リング磁石についての構造及び製造方法が開示され、特許文献４には、ラジアル異方性リング磁石についての構造及び製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−２７２０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７７６２号公報
【特許文献３】特開２００５−４４８２０号公報
【特許文献４】特開平８−３０６５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば極異方性リング磁石を作製する際には、以下のような工程を経ることが一般的である。【０００８】
まず、例えばＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金（ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｄｙなどの希土類元素）を粉砕して磁粉を得る。径方向中心に設置した軸方向に延在するコアと外周面側にコイルを備える所定寸法の金型（成形型）との内部空間に、この磁粉を充填する。そして、コイルにコンデンサ放電によるパルス電流を通電して磁粉に所望の磁界を印加させるとともに、軸方向にプレス加工することにより、着磁された（配向磁界を印加された）円筒状の成形体を得る。この工程が成形工程である。【０００９】
その後、得られた成形体を、不活性ガス中において、１０００〜１１００℃程度で所定時間焼結することにより、焼結体を得る。この工程が焼結工程である。得られた焼結体に対して、使用する製品の形状に合わせた加工処理（特に、真円処理）を施し、極異方性リング磁石を作製する。【００１０】
上述した焼結工程において、配向された成形体は焼結によって変形するが、異方性配向であるので、磁化に平行な方向（磁化容易軸方向）と垂直な方向（磁化困難軸方向）とでその変形量は異なっており、変形量を予測することは難しく金型設計や焼結工程での処理条件の設定は容易でない。また、円筒状形状であるため、非円筒状形状（例えば、矩形ブロック形状）に比して応力が溜まり易く割れ易いので、この点でも金型設計や焼結工程での処理条件の設定は容易でない。【００１１】
以上のような異方性焼結磁石を作製する場合に、成形工程及び焼結工程にあってどのような作製条件であれば最終的にどのような形状、磁気特性の異方性焼結磁石が作製されるのかを判断できるシミュレーションは、確立されておらず、試作結果に基づいた経験則により、各工程での処理条件が決定されていた。【００１２】
例えば、成形体を得るための金型を設計する場合に、焼結工程での収縮比を考慮して、金型の寸法を決定することが必要となるが、これまでは過去の試作結果に基づいた経験則によりその決定がなされていた。また、成形工程にてパルス電流の通電により着磁する際に、充電すべき電圧の大きさは、焼結工程での割れ、クラックが発生しないような最適値に設定する必要があるが、これも生じた割れ、クラックの発生頻度の結果（経験則）に基づいて決定されていた。【００１３】
よって、従来では、それまでの経験に基づいて、種々の作製条件を設定しており、合理的で適正な作製条件になっていないという問題がある。【００１４】
このような問題は、極異方性リング磁石だけでなく、焼結工程を経て作製されるラジアル異方性リング磁石、極異方性配向のセグメント磁石（ブロック形状、弓形形状の磁石）、異方性セグメント磁石（ブロック形状、弓形形状の磁石）を含めた他の種類の異方性磁石にもあてはまる。特に極異方性リング磁石では部分的に配向度及び配向磁界ベクトルが異なっているため、焼結時の変形やクラック発生頻度に影響が及んで、これらを予測（解析）することは困難であった。【００１５】
また、完全配向となる配向磁界未満では、配向磁界の大きさが異なると残留磁束密度Ｂr 、固有保磁力ＨCJ、リコイル比透磁率μｒといった磁気特性が変わることが知られている。特に極異方性リング磁石においては、リング磁石内部に均一な配向磁界を印加することができない。このため、磁石内部の各部において磁気特性は異なるが、これを正確に予測（解析）することは困難であった。【００１６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、異方性焼結磁石の作製工程、特に焼結工程でのシミュレーションを確立し、合理的で適正な作製条件を得ることができる異方性焼結磁石の解析方法及びそれを用いた異方性焼結磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性焼結磁石を解析する方法において、前記焼結工程では、応力がかからない無応力過程と、応力がかかる応力過程との２段階に分けて解析を行うことを特徴とする。【００１８】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、着磁により配向させた磁粉の成形体を焼結させる焼結工程において、前記焼結工程を応力がかからない無応力過程と応力がかかる応力過程とに分けて異なる解析を行う。応力の有無に応じて異なる種類の解析を行うため、正確な解析結果が得られる。【００１９】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、前記無応力過程での解析に、磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を使用し、前記応力過程での解析に、磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を使用することを特徴とする。【００２０】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、磁化容易軸／困難軸方向の異方性の収縮率及び線膨張係数を使用して、成形体を焼結して得られる焼結体の形状を解析する。よって、焼結体の正確な形状の解析が可能である。【００２１】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、前記収縮率及び線膨張係数を、前記成形体の配向磁界に応じて変化させることを特徴とする。【００２２】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、成形体の配向磁界に応じて変化させた収縮率及び線膨張係数を、焼結工程での解析に使用する。よって、焼結体のより正確な形状の解析結果が得られる。【００２３】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、前記焼結工程における解析が、成形体を焼結する工程において、無応力過程では応力がかかる応力過程前の形状を解析し、応力過程では前記解析した応力過程前の形状から焼結完了時の形状及び応力を解析することを含むことを特徴とする。【００２４】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、無応力過程では応力がかかる応力過程前の形状の解析、応力過程では解析した応力過程前の形状から焼結完了時の形状及び応力を解析する。【００２５】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、前記成形体の配向磁界に応じて、前記焼結体の磁気特性分布を求めることを特徴とする。【００２６】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、成形体の配向磁界を考慮して焼結体の磁気特性分布を解析する。よって、焼結体の正確な磁気特性分布の解析結果が得られる。【００２７】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、前記焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、前記焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めることを特徴とする。【００２８】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、焼結工程における変形の解析結果に応じて配向磁界ベクトルを回転させて、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を解析する。よって、焼結体の正確な配向磁界ベクトルの分布の解析結果が得られる。【００２９】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、前記異方性焼結磁石の磁界解析及び／または減磁解析を行うことを特徴とする。【００３０】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法にあっては、作製される異方性焼結磁石の磁気特性分布を考慮して、磁界解析及び／または減磁解析を行える。【００３１】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性焼結磁石を解析する方法において、予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、寸法及び熱機械特性を測定し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、前記三次元配向磁界分布から二次元配向磁界分布を抽出するステップと、焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップと、を有することを特徴とする。【００３２】
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法は、さらに前記異方性焼結磁石の磁界解析を行うステップ及び／または減磁解析を行うステップを有することを特徴とする。【００３３】
本発明に係る異方性焼結磁石の製造方法は、予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップとによる異方性焼結磁石の解析結果に応じて、焼結体の内部応力が基準設計値よりも小さくなる条件で設計したダイスキャビティの形状を有するダイスと、磁場発生コイルとを含む磁場成形用プレス装置を準備する工程と、磁石合金の粉末を準備する工程と、前記磁石合金の粉末を前記磁場成形用プレス装置にて磁場中成形する工程と、前記磁場中成形により作製された成形体を焼結する工程と、を有することを特徴とする。【００３４】
本発明の異方性焼結磁石の製造方法にあっては、上述したような異方性焼結磁石の解析結果に応じて、焼結体の内部応力が基準設計値よりも小さくなる条件で設計したダイスキャビティの形状を有するダイスを備えた磁場成形用プレス装置を用いる。よって、クラックの発生が起こらない異方性焼結磁石を製造できる最適なダイスを容易に提供できる。【００３５】
本発明に係る異方性焼結磁石の製造方法は、前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは、ポールピース形状にあって、コイル間の距離が前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっていることを特徴とする。【００３６】
本発明の異方性焼結磁石の製造方法にあっては、このような磁場発生コイルを用いることにより、成形体の応力が小さくなり、厚さが薄くても焼結後の異方性焼結磁石に割れ、クラックが生じない。【００３７】
本発明に係る異方性焼結磁石の製造方法は、前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは４つ以上あり、前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティ側面にて隣り合う前記磁場発生コイルの極が異なるように設置されていることを特徴とする。【００３８】
本発明の異方性焼結磁石の製造方法にあっては、４極以上着磁の極異方リング磁石が製造される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の異方性焼結磁石の解析方法によれば、焼結工程を経て得られる異方性焼結磁石の作製工程、特にその焼結工程での正確な解析を行うことができる。その解析結果に基づいて、合理的で適正な作製条件を得ることができ、作製コストの低減などの作製時の効率化を図ることができ、減磁解析を含む磁界解析を行うことも可能となる。【００４０】
また、本発明の異方性焼結磁石の製造方法によれば、異方性焼結磁石を製造するための装置を製作する前に、クラックが発生しない異方性磁石が製造できるかを解析で検討することが可能となり、少ない実測回数で最適なダイスを製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法を実施する装置のハードウェアの構成図である。
【図２】本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】極異方性リング磁石の成形体における半極分の二次元配向磁界分布を示す図である。
【図４】磁化容易軸方向において、焼結工程での解析に利用する温度と成形体・焼結体の寸法との関係を示すイメージ図である。
【図５】焼結工程での解析に使用するデータベースの内容（収縮率及び線膨張係数）を示すグラフである。
【図６】磁気特性のパラメータを表すＪ−Ｈカーブのグラフである。
【図７】焼結工程での解析に使用するデータベースの内容（各種の磁気特性）を示すグラフである。
【図８】極異方性リング磁石の焼結工程での解析結果（配向磁界分布）を示す図である。
【図９】極異方性リング磁石の焼結工程での解析結果（形状）を示す図である。
【図１０】極異方性リング磁石の焼結工程での解析結果（応力分布）を示す図である。
【図１１】配向磁界ベクトルの回転を説明するための図である。
【図１２Ａ】マッピングされた三次元モデル（焼結後に加工した極異方性リング磁石）の特性（Ｂｒの磁気特性分布）を示す図である。
【図１２Ｂ】マッピングされた三次元モデル（焼結後に加工した極異方性リング磁石）の特性（ＨｃＪの磁気特性分布）を示す図である。
【図１２Ｃ】マッピングされた三次元モデル（焼結後に加工した極異方性リング磁石）の特性（Ｂｒ、ＨｃＪ、μｒの最大値、最小値及び体積平均値）を示す図である。
【図１３Ａ】極異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状における常温（２０℃）での磁石表面の磁束密度分布の解析結果（着磁時の充電電圧：２５０Ｖ）を示す図である。
【図１３Ｂ】極異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状における常温（２０℃）での磁石表面の磁束密度分布の解析結果（着磁時の充電電圧：４００Ｖ）を示す図である。
【図１４】極異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状における減磁特性の解析結果を示すグラフである。
【図１５】極異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状におけるＢr値の減少率分布の解析結果を示す図である。
【図１６】磁場成形用プレス装置のダイスの構成を示す横断面図である。
【図１７】磁場成形用プレス装置のダイスの構成を示す縦断面図である。
【図１８】内部応力の解析結果を示すグラフである。
【図１９】極異方性リング磁石の表面磁束密度波形を示すグラフである。
【図２０】極異方性リング磁石の表面磁束密度波形を示すグラフである。
【図２１】極異方性リング磁石の磁化方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００４３】
なお、以下の実施の形態では、前述したような成形工程、焼結工程を経て作製される極異方性リング磁石について説明する。具体的には、材質がＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金（組成：Ｎｄ２４．０質量％、Ｐｒ７．０質量％、Ｄｙ１．１６質量％、Ｎｂ０．１５質量％、Ａｌ０．１質量％、Ｃｏ２．０質量％、Ｇａ０．１質量％、Ｃｕ０．１質量％、Ｂ０．９５質量％、残部Ｆｅ、密度：２．５ｇ／ｃｍ3 ）である。前記合金は粉砕され微粉末を得る。得た微粉末を１０極の磁極がある極異方性リング磁石用金型に充填し、磁界配向させつつ成形し成形体を得る。得た成形体を１０９０℃で焼結し、常温（２０℃）まで冷却して極異方性リング磁石が作製される。作製された極異方性リング磁石は図２１に示すような周方向１０極着磁であって、加工された最終形状が外径２７ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ３８ｍｍのサイズを有する円筒状の極異方性リング磁石である。上記極異方性リング磁石の解析について説明する。
【００４４】
図１は、本発明に係る焼結磁石の解析方法を実施する装置のハードウェアの構成図である。図１において、１はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などにて構成される解析部であり、解析部１には、記憶部２、一時記憶部３、入力部４、表示部５、及び出力部６が、バス７を介して接続されている。
【００４５】
解析部１により、異方性焼結磁石における各種の解析処理を行う。記憶部２は、ハードディスク（Hard Disk）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置を用いることができ、解析部１による動作処理を行うためのプログラムを格納するとともに、解析処理を行うために必要な各種のデータベースを収納している。一時記憶部３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static RAM）などの揮発性のランダムアクセスメモリを用いることができ、解析部１での解析処理にて生じるデータを一時的に格納する。
【００４６】
入力部４は、キーボード、テンキーなどの入力装置を有しており、動作指示、データ入力などを行う。表示部５は、液晶パネルなどのディスプレイ装置を有しており、解析結果などを表示する。出力部６は、プリンタなどの出力装置を有しており、解析結果などを出力する。
【００４７】
以下、本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法について、その動作手順を示す図２のフロ−チャートを参照して説明する。
【００４８】
＜解析用データベースの準備＞
本発明に係る異方性焼結磁石の解析方法に使用する解析用データベース（収縮率及び線膨張係数のデータ）を準備する（ステップＳ１）。予め種々に配向磁界を変化させた異方性焼結磁石の試料を作製し、焼結体寸法及びＴＭＡ（Thermomechanical Analyzer：熱機械分析器）により、熱機械特性を測定する。ここでは、熱機械特性として線膨張係数を測定する。線膨張係数の測定を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とで行い、得られた測定結果より解析用データベースを作成し、記憶部２に記憶しておく。さらに、Ｂ−Ｈトレーサ、ガウスメーター等の磁気特性測定装置により磁気特性を測定し、測定結果より解析用データベースを作成し、記憶部２に記憶しておく。
【００４９】
＜配向磁界の解析処理＞
着磁により配向させた磁粉の成形体を作製する成形工程において、着磁電源定数、金型構造部材に発生する渦電流を考慮して、成形体の部位毎の配向磁界を解析し、成形体の三次元配向磁界分布を解析する（ステップＳ２）。
【００５０】
＜配向磁界分布の抽出＞
得られた三次元配向磁界分布から二次元配向磁界分布を抽出する（ステップＳ３）。例えば、円筒形状の成形体の軸方向の中央の断面における配向磁界分布を二次元のデータへ変換する。この際、メッシュ内の各要素について時間に対する最大磁界ベクトルを抽出する。
【００５１】
図３は、具体例の極異方性リング磁石の成形体における半極分の二次元配向磁界分布を示す図である。図３は、対称性を考慮した解析モデルでの配向磁界ベクトルの分布である。実機ではリング状に成形され、配向磁界ベクトルの分布は、図３の極位置の径方向面で対称となり、それが極間位置の径方向面で半周期的に繰り返され、外周面側がＮ−Ｓ交互の１０極に成形されている（図２１参照）。矢印の向きが磁界の方向を表しており、また、矢印の長さは磁界の大きさを表していて、長いほど磁界が大きいことを示している。成形体の外周面側では内周面側に比べて磁界が大きく、特に外周面側の極間位置では最大磁界となっている。
【００５２】
＜焼結工程での解析処理＞
図４は、磁化容易軸方向において、焼結工程での解析に利用する温度と成形体・焼結体の寸法との関係を示すイメージ図である。図４では、横軸に温度、縦軸に成形体・焼結体の寸法をとって、焼結工程での温度に対する寸法変化を一次元（例えば磁化容易軸方向）で表している。焼結工程にあって、常温（２０℃：図４のＡ点）から成形体への加熱を開始し、焼結温度（１０９０℃：図４のＢ点）まで加熱し、その後、キュリー温度（３４０℃：図４のＣ点）を経て、常温（２０℃：図４のＤ点）まで戻って焼結体が得られる。
【００５３】
ここで、常温からキュリー温度まで温度が変化する範囲（図４でＡ点からＢ点を経てＣ点に至る範囲）では、粒界が液相である中で各粒子が縮んでいく状態であって応力が生じない範囲（無応力過程）である。一方、キュリー温度から常温まで温度が下降する範囲（図４でＣ点からＤ点までの範囲）では、粒界が固まって各粒子の自由度がなくなり応力が生じる範囲（応力過程）である。
【００５４】
本実施の形態では、この無応力過程と応力過程との２段階に分けて焼結に対する解析を行う（ステップＳ４及びステップＳ５）。具体的には、焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求める（ステップＳ４）。ここで使用する収縮率とは、ステップＳ１において作成した解析用データベースから各配向磁界強度と各方向（磁化容易軸方向と磁化困難軸方向）において、焼結工程での温度と成形体・焼結体の寸法との関係を示す図４に示したグラフを作成し、Ａ点及びＣ点を直線で結び、その直線の傾きより求めたものである。その後、焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求める（ステップＳ５）。ここで使用する線膨張係数とは、ステップＳ１において作成した解析用データベースから各配向磁界強度と各方向（磁化容易軸方向と磁化困難軸方向）において、焼結工程での温度と成形体・焼結体の寸法との関係を示す図４に示したグラフを作成し、Ｃ点及びＤ点を直線で結び、その直線の傾きより求めたものである。
【００５５】
図５は、焼結工程での解析に使用するデータベースの内容（収縮率及び線膨張係数）を示すグラフである。図５では、配向磁界に対する温度履歴が２０℃から１０９０℃に加熱し、その後３４０℃に冷却したときの収縮率と温度履歴が３４０℃から２０℃に冷却したときの線膨張係数との変化を、磁化容易軸方向及び磁化困難軸方向それぞれについて表している。
【００５６】
このように、無応力過程と応力過程との２段階に分けて焼結に関する解析を行うので、焼結工程で作製される焼結体の正確な形状、応力を解析することができる。また、配向磁界分布に応じて、使用する収縮率及び線膨張係数を変化させているので、正確な解析結果を得ることができる。
【００５７】
ステップＳ３で抽出された配向磁界分布に応じて、得られる焼結体の磁気特性分布を求める。求める磁気特性は、Ｂr：残留磁束密度、ＨｃＪ：保磁力、μｒ：リコイル比透磁率、μｋ：垂下比透磁率、α：Ｂrの温度係数、β：ＨｃＪの温度係数、Ｒ：クニックの曲率である。図６は、これらの磁気特性のパラメータを表すＪ−Ｈカーブのグラフである。
【００５８】
この磁気特性分布の解析処理に使用する各種の磁気特性のデータは、ステップＳ１で予め種々に配向磁界を変化させた焼結体を作製し、Ｂ−Ｈトレーサ等の磁気特性測定装置により磁気特性を測定し、測定結果より解析用データベースを作成し，記憶部２に記憶されている。
【００５９】
図７は、焼結工程での解析に使用するデータベースの内容（各種の磁気特性）を示すグラフである。図７では、上記７種の磁気特性（Ｂｒ、ＨｃＪ、μｒ、μｋ、α、β、Ｒ）の配向磁界に応じた値を表している。
【００６０】
図８は、極異方性リング磁石の焼結工程での解析結果（配向磁界分布）を示す図であり、コンデンサ放電による磁界配向時の充電電圧を２５０Ｖとした場合と４００Ｖとした場合との２例における配向磁界分布を表している。コンデンサ容量は５０００μＦである。配向磁界は、外周面側の極間位置で最大となって極位置に対向する内周面側で最小となっており、配向磁界の大きさは充電電圧を上げると増加する結果となっている。
【００６１】
図９は、極異方性リング磁石の焼結工程での解析結果（形状）を示す図であり、成形体の形状、解析処理により求めた焼結体の形状、実測による焼結体の形状の詳細な寸法を表している。図９で形状を示す数値の単位はｍｍである。実測による焼結体の形状は、焼結体を複数測定して得た寸法の平均値である。解析結果は、内径が平均値で１９．２６ｍｍ、外径が平均値で２７．９１ｍｍであった。実測による焼結体の形状は、内径が平均値で１９．２３ｍｍ、外径が２７．９５ｍｍであった。解析結果を実測結果と比較した場合、内径の誤差は＋０．０３ｍｍ（誤差＋０．１６％）であり、外径の誤差は−０．０４ｍｍ（誤差−０．１４％）であり、焼結工程における変形を高精度に解析できていることが分かる。
【００６２】
図１０は、極異方性リング磁石の焼結工程での解析結果（応力分布）を示す図であり、コンデンサ放電による磁界配向時の充電電圧を２５０Ｖとした場合と４００Ｖとした場合との２例における周方向成分の応力分布を表している。コンデンサ容量は５０００μＦである。引張り応力は、極間位置に対向する内周面側で最大となっており、圧縮応力は、外周面側の極位置で最大となっており、充電電圧を上げると応力が増加する結果となっている。これらにより焼結工程における正確な応力分布を解析できるので、解析結果より金型設計変更や成形条件変更等による割れ、クラックの対策を行うことが可能となる。
【００６３】
＜変形後の配向磁界ベクトルの算出＞
焼結工程において変形した後の焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求める（ステップＳ６）。
【００６４】
焼結工程にあっては異方性収縮により変形するため、焼結前の成形体の配向磁界ベクトルと焼結後の焼結体の配向磁界ベクトルとは異なると考えられる。そこで、ステップＳ４及びＳ５での変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルをメッシュごとに回転させる。
【００６５】
図１１は、この配向磁界ベクトルの回転を説明するための図であり、図１１Ａは要素のモデルを表し、図１１Ｂは変形前の配向磁界ベクトルを表し、図１１Ｃは変形後の配向磁界ベクトルを表している。図１１Ａに示すように、要素は４個の節点で取り囲まれた構成とする。変形前の要素において、図１１Ｂに示すように、配向磁界ベクトルの延長線が要素辺と交差する点を記憶する。この例では、始点は節点３と節点４で構成される辺をｃ：ｄに内分する点となり、終点は節点１と節点２で構成される辺をａ：ｂに内分する点となる。そして、焼結によって変形した要素に対してこの定義を適用することにより、図１１Ｃに示すように、変形後の配向磁界ベクトルを求めることができる。本発明者は、材質、配向磁界の大きさ、得ようとする磁石の形状、磁石の種類（極異方性リング磁石、ラジアル異方性リング磁石）、磁石の磁極数等さまざまな条件を組合せた実験を行い、上記の定義を発見した。
【００６６】
＜三次元モデルへの磁気特性マッピング＞
一般的に、極異方性リング磁石は、焼結体の外径、内径及び軸方向端面を加工して最終製品形状となる。最終製品形状で減磁解析を含む磁界解析を行うには、最終製品形状における磁気特性分布を求める必要がある。そこで、焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングする（ステップＳ７）。
【００６７】
焼結体の磁気特性分布（Ｂｒ 、ＨｃＪ、μｒ、μｋ、α、β、Ｒ）は、ステップＳ３で求めた配向磁界分布に応じて、前述した図７に示すデータベースの内容（予め測定しておいた各種の磁気特性）に基づいて各要素に配置する。焼結体の配向磁界ベクトルの分布はステップＳ６で求めたものである。
【００６８】
焼結体を加工した形状のメッシュは焼結体を解析したメッシュとは形状及びサイズが異なるため、有限要素法の補間関数を使用して、異なるメッシュ間で配向磁界ベクトルを含む磁気特性分布のマッピングを行う。本例の場合、焼結体を解析したメッシュは二次元であり、加工後の焼結体形状を三次元で磁界解析するため、軸方向には分布を持たないとして三次元の焼結体加工後形状のメッシュへマッピングを行う。
【００６９】
図１２Ａ−Ｃは、マッピングされた三次元モデル（コンデンサ放電による着磁時の充電電圧を２５０Ｖとして配向処理して焼結した後に加工した極異方性リング磁石でシュミレーションした三次元モデル）の特性を示す図であり、図１２ＡはＢｒの磁気特性分布を表し、図１２ＢはＨｃＪの磁気特性分布を表し、図１２ＣはＢｒ、ＨｃＪ、μｒの最大値、最小値及び体積平均値を表している。外周面側では配向磁界が大きいためＢｒが大きくてＨｃＪは小さくなっており、内周面側では外周面側より配向磁界が小さいのでＢｒが小さくてＨｃＪは大きくなっている。
【００７０】
＜磁界解析＞
焼結体を加工した形状で磁界解析を行う（ステップＳ８）。図１３Ａ，Ｂは、異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状（外径２７ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ３８ｍｍのサイズを有する円筒状の極異方性リング磁石）における常温（２０℃）での磁石表面の磁束密度分布の解析結果を示す図である。図１３Ａ，Ｂでは、コンデンサ放電による着磁時の充電電圧を２５０Ｖとした場合（図１３Ａ）と４００Ｖとした場合（図１３Ｂ）との２例における解析結果を表しており、また、実測結果も併せて示している。ここで、実測した焼結体の表面磁束密度はガウスメーターにて測定した結果である。
【００７１】
解析結果と実測結果とはほぼ一致していることが分かる。また、本実施の形態によれば、低いＴＨＤ（Total Harmonic Distortion：高調波歪み率）となっており、精度良く極異方性リング磁石が解析できていることが分かる。
【００７２】
＜減磁解析＞
作製された異方性焼結磁石の減磁特性を解析する（ステップＳ９）。図１４は、極異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状（外径２７ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ３８ｍｍのサイズを有する円筒状の極異方性リング磁石）における減磁特性の解析結果を示すグラフであり、減磁評価温度に加熱した前後の常温（２０℃）における磁束密度の低下率を減磁率として表している。図１４では、コンデンサ放電による着磁時の充電電圧を２５０Ｖとした場合（実線）と４００Ｖとした場合（破線）との２例における解析結果を表しており、また、実測結果も併せて示している。
【００７３】
実測結果と解析結果とを比較すると、減磁率の解析精度は約１０〜２０℃程度であり、充電電圧を上げて配向磁界を大きくすると、ＨｃＪが減少し、減磁率が大きくなる傾向も、解析結果と実測結果とで一致しており、十分な精度で減磁解析が行えていることが確認できる。なお、磁界解析ステップ、減磁解析ステップは異方性焼結磁石の解析の目的に応じて選択的に行われる。本発明では、作製される焼結磁石の磁気特性分布を考慮した、磁界解析、減磁解析を行うことができる。
【００７４】
図１５は、極異方性リング磁石の焼結体を加工した後の磁石単体形状（外径２７ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ３８ｍｍのサイズを有する円筒状の極異方性リング磁石）におけるＢr値の減少率分布の解析結果を示す図であり、コンデンサ放電による着磁時の充電電圧を２５０Ｖとして配向処理して焼結した後に加工した極異方性リング磁石の解析結果を示している。図１５では、減磁評価温度が１００℃である場合（図１５Ａ）と減磁評価温度が１２０℃である場合（図１５Ｂ）との解析結果を表している。
【００７５】
外周面側において極間位置のＢｒ値の減少が極位置に比べて大きく、また、軸方向中央部では端部に比べてＢｒ値の減少率が大きくなるという結果となっている。
【００７６】
本実施の形態によれば、高い精度の解析結果を得ることができるため、この解析結果を利用して以下に述べるような効果を奏する。焼結工程における変形量を正確に解析できるので、成形体を作製するための金型の形状を最適なものにすることができ、歩留まりが良い金型の設計が可能である。また、成形工程での配向磁界生成条件等の各種の作製条件を最適にすることができるため、効率良く低コストでの異方性焼結磁石の作製を実現できる。さらに、実際に作製または測定した結果を用いるのではなく、シミュレーションによる解析結果を用いるため、多数種にわたる異方性焼結磁石に関する検討を短時間で済ますことができ、異方性焼結磁石の生産性の向上を図れる。
【００７７】
なお、上述した解析方法の動作手順は一例である。ステップＳ２にあって、着磁電源定数、金型構造部材に発生する渦電流を考慮して、成形体の部位毎の配向磁界を解析し、成形体の二次元配向磁界分布を解析するようにしても、同様の効果が得られる。また、ステップＳ３にあって、ステップＳ２で得られた三次元配向磁界分布から三次元配向磁界分布を抽出するようにしても、同様の効果が得られる。
【００７８】
以下、上述したような解析方法を利用して異方性焼結磁石を製造する方法について、極異方性リング磁石の製造方法を一例として説明する。
【００７９】
＜磁場成形用プレス装置のダイスキャビティの形状の設計工程と磁場成形用プレス装置の準備工程＞
上述した異方性焼結磁石の解析方法により得られた解析結果に応じて、所望の形状の極異方性リング磁石を成形する磁場成形用プレス装置のダイスキャビティ形状を設計する。
【００８０】
極異方性磁界配向となるダイスにおいて、所定の外径に対して、内径が変化したとき、成形体の内部応力がどのように変化するかを、応力がかからない無応力過程と、応力がかかる応力過程との２段階に分けて本発明の解析方法にて解析する。この解析結果より、２段階のうちの応力がかかる応力過程により割れやクラックを起こす焼結体の内部応力の値を基準設定値として、この基準設定値未満になるように完成品の極異方性リング磁石の形状、磁場発生コイル、電流値、成形密度等の成形条件を考慮して、ダイスキャビティの形状を設定し、所望の成形体の形状を得られるように磁場成形用プレス装置のダイスを作製する。
【００８１】
図１６及び図１７は、磁場成形用プレス装置のダイスの構成を示す横断面図及び縦断面図である。図１６及び図１７にあって、２１はダイス、２２はコア、２３は磁場発生コイル、２４はダイスキャビティ、２５は上パンチ、２６は下パンチ、２７は環状スリーブである。
【００８２】
極異方性リング磁石の製造に用いられる磁場成形用プレス装置は、ダイス２１の環状空間には同心状に配置された断面円形の非磁性体からなるコア２２を有し、ダイス２１は支柱により支持され、コア２２及び支柱はいずれも下部フレームにより支えられている。ダイス２１とコア２２との間の空間内に筒状の非磁性体からなる上パンチ２５と下パンチ２６とがそれぞれ嵌入される。上パンチ２５及び下パンチ２６は外周面側が多角形であり、内周面側はコア２２の形状に対応する円形となっている。下パンチ２６は基板に固着され、一方、上パンチ２５は上部フレームに固定されている。上部フレームは上部油圧シリンダーと連結している。ダイス２１は円筒状をなしており、円筒状のダイス２１の内面には複数のスロットが形成されて、各スロットには磁場発生コイル２３が埋設されている。ダイス２１の内面にはスロットを覆うように非磁性体製の環状スリーブ２７が設けられている。環状スリーブ２７及びコア２２と上パンチ２５及び下パンチ２６との間が成型空間となっている。
【００８３】
なお、上パンチ２５及び下パンチ２６は、外周面側が多角形であって、内周面側がコア２２の形状に対応する円形となっていることとしたが、これに限定されず、外周面側が円形であって、内周面側は多角形となっていてもよい。この場合、非磁性体からなるコア２２は多角形となっている。
【００８４】
各スロット内の磁場発生コイル２３は、電流がダイス２１上面に対して垂直な方向に流れるように配置され、周方向に隣り合うコイルの電流の向きが交互に逆向きになるように接続されている。磁場発生コイル２３に電流を流すと、成形空間に磁束の流れが生じ、磁束が環状スリーブ２７にあたる点に、円周方向に順にＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ・・・と磁性が交互に変わる磁極が形成される。このとき、磁場発生コイル２３によって形成される磁極の位置と、外周部側の多角形の辺の位置とが周方向でほぼ一致するように、磁場発生コイル２３を配置する。
【００８５】
異方性焼結磁石は、磁粉の配向方向により焼結時の収縮度合いが異なる。極異方性リング磁石の場合、内径及び外径とも円形のダイスキャビティを使用して磁石を製造すると、焼結後に外径側は極の位置が平坦になり、極間が相対的に出っ張る形（極間に頂点を有する多角形）となり、内径側は外径側の変形に対応した多角形、又は外径側で出っ張った部分にくぼみを有する円形となる。しかしながら、このような焼結時の変形は、極異方性配向時の配向を邪魔することがない効率のよい内径形状とは相反するものであり、従って、本発明の実施においては、コア２２の多角形の頂点は磁極の位置と一致するように配置する。
【００８６】
なお、コイルの形状には特に限定はないが、磁場発生コイルは、ポールピース形状にあって、コイル間の距離がプレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっていることが好ましい。このような磁場発生コイルを用いることで、成形体の内部応力が小さくなる。成形体の内部応力が小さくなることで、外径から内径を除した極異方性リング磁石の厚さをより薄くしても、焼結後に極異方性リング磁石に割れ、クラックが入らなくなる。さらに好ましくは、ポールピース先端の形状は横断面からみて、三角形状である。
【００８７】
＜磁粉の準備工程＞
磁粉の粉砕は、粗粉砕と微粉砕とに分けて行うことが好ましい。例えば、Ｒ（ＲはＮｄ，Ｐｒ，Ｄｙなどの希土類元素），Ｆｅ，Ｂから実質的になる原料合金の粗粉砕は、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル、ディスクミル、水素粉砕等で行うことが好ましく、微粉砕は、ジェットミル、振動ミル、ボールミル等で行うことが好ましい。いずれも酸化を防ぐために、有機溶媒や不活性ガスを用いて非酸化雰囲気で行うことが好ましい。粉砕粒度は２〜８μｍ（Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ）が好ましい。２μｍ未満では磁粉の活性が高く酸化が激しく起こるため焼結時の変形が大であり、磁気特性も悪化する。８μｍ超では焼結後の結晶粒径が大きくなり容易に磁化反転が起こり、保磁力の低下を招く。
【００８８】
＜成形工程＞
極異方性焼結リング磁石の成形は、前述した磁場成形用プレス装置を用いて行う。作製した前記磁粉を給粉フィーダにより、前述した磁場成形用プレス装置のダイスキャビティ２４に充填した後、上パンチ２５を降下し、上パンチ２５、下パンチ２６、ダイス２１及びコア２２にて成形空間を形成した後、磁場を印加しつつ、所定密度まで成形する。ここで、磁粉を配向させるために成形空間に印加する磁場の強さは、好ましくは、１５９ｋＡ/ｍ以上であり、より好ましくは２３９ｋＡ/ｍ以上である。配向磁場の強さが１５９ｋＡ/ｍ未満では、磁粉の配向が不十分であって良好な磁気特性が得られない。成形圧力は０．５〜２ｔｏｎ/ｃｍ２が望ましい。０．５ｔｏｎ/ｃｍ２未満では成形体の強度が弱くなってこわれやすい。また２ｔｏｎ/ｃｍ２超では磁粉の配向が乱れ、磁気特性が低下する。
【００８９】
＜焼結工程＞
成形してできた成形体を焼結する。焼結は、真空又はアルゴン雰囲気中で１０００〜１１５０℃で行うことが好ましい。１０００℃未満では焼結不足により、必要とされる密度が得られず、磁気特性が低下する。１１５０℃超では過焼結により、変形や磁気特性の低下が発生する。
【００９０】
焼結工程では、一般的に用いられているＭｏ板を用いても良い。Ｍｏを用いた耐熱容器中にＭｏ板を入れ、その上に成形体を置いて焼結を行う。Ｍｏ板への焼結体の焼き付きを防止するために、Ｍｏ板の表面粗さを機械加工等により高め、成形体との接触面積を減らすことが望ましい。Ｍｏ板が圧延材であって表面粗さが低い場合、焼結体とＭｏ板との焼き付きが発生しやすく、さらに焼結に伴う収縮の過程で焼結磁石に変形が生じる場合がある。前記機械加工としては、ブラスト処理が好ましい。ブラスト後のＭｏ板の表面粗さ（ＪＩＳＲ６００１−１９８３）はＲｍａｘで５μｍ〜１００μｍが好ましく、７μｍ〜５０μｍがより好ましく、１０μｍ〜３０μｍがさらに好ましい。５μｍ未満では、焼結体とＭｏ板との焼き付きが発生しやすく、焼結後の磁石が変形する。１００μｍ超では、収縮の過程でＭｏ板に焼結体が引っかかり変形が発生する。Ｍｏ板に酸化ネオジム等を塗布して、焼結時の焼結体とＭｏ板との焼き付きを防止することもできる。
【００９１】
＜その他の工程＞
得られた焼結体は、必要に応じて要求される寸法に外周面、内周面及び端面が加工される。この加工処理には、外径研磨機、内径研磨機、平面研磨機又は姿加工機等の既存の設備を適宜使用できる。加工後のメッキ、塗装、アルミニウムの真空蒸着、化成処理等の表面処理を必要に応じて行うことができる。なお、焼結体に熱処理を施すことが好ましい。熱処理は、上述した加工処理前に行ってもよいし加工処理後に行ってもよい。
【００９２】
次に、本発明の解析方法を用いて具体的に極異方性リング磁石を作製した例について説明する。
【００９３】
解析の前提条件として、作製する極異方性リング磁石の外径は８．２５ｍｍ、極数は４極であって、周方向に隣り合うコイルの電流の向きが交互に逆向きになるように磁場発生コイルは接続されており、電流値は３ｋＡ、密度は２．５ｇ／ｃｍ3、焼結温度は１０９０℃とした。極異方性磁界配向となるダイスにおいて、所定の外径に対して、内径が変化したとき、成形体の内部応力がどのように変化するかを、本発明の解析方法を用いて解析した。
【００９４】
図１８は、内部応力の解析結果を示すグラフである。図１８にあって、横軸は成形体の内径[ｍｍ]、縦軸は内周引張応力[ＭＰａ]を表し、●印はポールピース形状にあってコイル間の距離が磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位で最も遠隔な部位よりも狭くなっているダイス（図１６参照）を用いた場合の解析結果を示し、■印は従来からのダイス（特許文献１に記載のポールピースが直方体形状のコイルに図１６のコイルを置き換えたダイス）を用いた場合の解析結果を示している。図１６ではポールピース先端の形状は横断面からみて、三角形状となっており、ポールピース内に複数の電線が設置されている。
【００９５】
図１８に示すように、従来からのダイスを用いた場合、成形体の内径が大きくなるにつれて、一旦内部応力は増加するが、その後内部応力が減少していることがわかった。また、従来からのダイスから、ポールピース形状にあってコイル間の距離が磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位で最も遠隔な部位よりも狭くなっているダイスに変えると、さらに内部応力が減少していることがわかった。
【００９６】
（実施例１）
上記解析結果に基づき、外径が８．２５ｍｍ、内径が４．６５ｍｍ、長さが７．００ｍｍであって、磁極の数が４極となる極異方性リング磁石を作製するための磁場成形用プレス装置用のダイスを作製した。図１８に示す解析結果によれば、内径が４．６５ｍｍであれば焼結体の内部応力が基準設定値未満となっている。
【００９７】
ダイスキャビティ２４の形状は、外径１０．５ｍｍ、内径５．０５ｍｍとした。ダイス２１は円筒状をなしており、円筒状のダイス２１の内面には複数のスロットが形成されて、各スロットには磁場発生コイル２３が埋設されている。各スロット内の磁場発生コイル２３は、電流がダイス２１上面に対して垂直な方向に流れるように配置され、周方向に隣り合うコイルの電流の向きが交互に逆向きになるように接続されている。磁場成形用プレス装置に４つのコイルを周方向に配置し、ポールピースはコイル間の距離が磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっている。
【００９８】
次に、磁粉となるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金（組成：Ｎｄ２４．０質量％、Ｐｒ７．０質量％、Ｄｙ１．１６質量％、Ｎｂ０．１５質量％、Ａｌ０．１質量％、Ｃｏ２．０質量％、Ｇａ０．１質量％、Ｃｕ０．１質量％、Ｂ０．９５質量％、残部Ｆｅ）を準備した。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金はストリップキャスト法にて作製し、水素化処理による粗粉砕、ジェットミルによる微粉砕を経て、Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ法で平均粒径３μｍの磁粉にした。
【００９９】
作製した磁粉をフィーダにて磁場成形用プレス装置のダイスキャビティ２４に充填し、上パンチ２５を降下し、上パンチ２５、下パンチ２６、ダイス２１及びコア２２にて成形空間を形成した後、８５０ｋＡ／ｍの磁場を印加しつつ、密度：２．５ｇ／ｃｍ3まで成形した。磁場中で成形した成形体をＭｏ板に載せて、アルゴン雰囲気中で１０９０℃で焼結し、２０℃まで冷却した。焼結後、砥石を用いて、外径が８．２５ｍｍ、内径が４．６５ｍｍ、長さが７．００ｍｍとなる極異方性リング磁石に加工した。
【０１００】
（実施例２）
上記解析結果に基づき、外径が８．２５ｍｍ、内径が５．７５ｍｍ、長さが７．００ｍｍとなる極異方性リング磁石を作製するためにダイスキャビティ２４の形状を外径１０．５ｍｍ、内径６．５ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同じ条件にて、極異方性リング磁石を作製した。図１８に示す解析結果によれば、内径が５．７５ｍｍであれば焼結体の内部応力が基準設定値未満となっている。
【０１０１】
（実施例３）
上記解析結果に基づき、ダイスのポールピース形状が直方体状であることを除いて、実施例１と同じ条件にて、外径が８．２５ｍｍ、内径が４．６５ｍｍ、長さが７．００ｍｍである極異方性リング磁石を作製した。
【０１０２】
実施例１、実施例２、実施例３のいずれにあっても、クラックが発生せずに極異方性リング磁石を作製することができた。特に、焼結体の内部応力の低い磁石は厚みが薄くてもクラックが発生しなかった。本発明の解析結果と同じ結果となった。
【０１０３】
また、実施例１、実施例２、実施例３にて作製した各極異方性リング磁石の表面磁束密度、表面磁束密度波形を比較した。表面磁束密度はガウスメーターにて測定し、ガウスメーターによる測定データをアナライザにて計算して表面磁束密度波形を求めた。図１９及び図２０は、極異方性リング磁石の表面磁束密度波形を示すグラフであって、横軸は角度[ｄｅｇ．]を表し、縦軸は磁石の表面磁束密度（Ｔ）を表している。図１９には、実施例１による計算結果(実線)と実施例３による計算結果(点線)とを示し、図２０には、実施例２による計算結果(実線)と実施例３による計算結果(点線)とを示している。
【０１０４】
実施例１と実施例３との表面磁束密度及び表面磁束密度波形を比較したところ(図１９参照)、実施例１の方が、ピークＢｇが１３％高かった。また、高調波歪率（ＴＨＤ）を比べたところ、実施例３が８．３％であったのに対して、実施例１は１．０％であり、良好であった。
【０１０５】
また、実施例２と実施例３の表面磁束密度及び表面磁束密度波形を比較したところ(図２０参照)、ピークＢｇは同等であった。但し、実施例２の断面積は実施例３と比べて、２５％も少ないので、断面積あたりのピークＢｇを比較すると、実施例２の方が２４％高かった。また、高調波歪率（ＴＨＤ）を比べたところ、実施例３が８．３％であったのに対して、実施例２は１．０％であり、良好であった。
【０１０６】
実施例１及び実施例２が実施例３に対して高調波歪率が低かった理由は、ポールピースの形状において、コイル間の距離が磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっているダイスを用いることで、正弦波に近い配向磁界を作り出せたことに起因している。正弦波に近い表面磁束密度分布を得るには、正弦波に近い配向磁界が必要である。ポールピースの形状において、コイル間の距離が磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっているダイスは、磁界中成形時に、磁粉への配向磁界を正弦波に保つことができる。また、コイルの導体面積を増やすことで起磁力を大きくすることもできる。
【０１０７】
なお、上述した実施の形態では、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の極異方性リング磁石を例として異方性焼結磁石の解析方法及び製造方法について説明したが、フェライト系の材料を用いた異方性焼結磁石についても本発明を適用することができる。
【０１０８】
また、上述した実施の形態では、極異方性リング磁石について説明したが、焼結工程を経て作製されるラジアル異方性リング磁石についても本発明を同様に適用することが可能である。また、リング磁石に限らず、ブロック形状や弓形形状の磁石についても本発明を同様に適用することが可能である。
【０１０９】
また、上述した実施の形態では、外径側が極異方性磁界配向となっている極異方性リング磁石を例として説明したが、内径側が極異方性磁界配向となっている極異方性リング磁石についても本発明を適用することができる。
【０１１０】
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１１】
１  解析部
２  記憶部
３  一時記憶部
４  入力部
５  表示部
６  出力部
１１  極異方性リング磁石
１２  Ｎ極
１３  Ｓ極
【図１】
2017104788.tif 000003
【図２】
2017104788.tif 000004
【図３】
2017104788.tif 000005
【図４】
2017104788.tif 000006
【図５】
2017104788.tif 000007
【図６】
2017104788.tif 000008
【図７】
2017104788.tif 000009
【図８】
2017104788.tif 000010
【図９】
2017104788.tif 000011
【図１０】
2017104788.tif 000012
【図１１】
2017104788.tif 000013
【図１２Ａ】
2017104788.tif 000014
【図１２Ｂ】
2017104788.tif 000015
【図１２Ｃ】
2017104788.tif 000016
【図１３Ａ】
2017104788.tif 000017
【図１３Ｂ】
2017104788.tif 000018
【図１４】
2017104788.tif 000019
【図１５】
2017104788.tif 000020
【図１６】
2017104788.tif 000021
【図１７】
2017104788.tif 000022
【図１８】
2017104788.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月30日(2017.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明に係る異方性焼結磁石の製造方法は、予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップとによる異方性焼結磁石の解析結果に応じて、焼結体の内部応力が基準設計値よりも小さくなる条件で設計したダイスキャビティの形状を有するダイスと、磁場発生コイルとを含む磁場成形用プレス装置を準備する工程と、磁石合金の粉末を準備する工程と、前記磁石合金の粉末を前記磁場成形用プレス装置にて磁場中成形する工程と、前記磁場中成形により作製された成形体を焼結する工程と、を有し、前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは、ポールピース形状にあって、コイル間の距離が前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっており、前記磁場発生コイルは、ポールピース先端の形状が横断面からみて、三角形状であることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性焼結磁石を解析する方法において、
前記焼結工程では、応力がかからない無応力過程と、応力がかかる応力過程との２段階に分けて、解析を行うことを特徴とする異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項２】
前記無応力過程での解析に、磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を使用し、前記応力過程での解析に、磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を使用することを特徴とする請求項１に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項３】
前記収縮率及び線膨張係数を、前記成形体の配向磁界に応じて変化させることを特徴とする請求項２に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項４】
前記焼結工程における解析は、成形体を焼結する工程において、無応力過程では応力がかかる応力過程前の形状を解析し、応力過程では前記解析した応力過程前の形状から焼結完了時の形状及び応力を解析することを含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項５】
前記成形体の配向磁界に応じて、前記焼結体の磁気特性分布を求めることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項６】
前記焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、前記焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項７】
前記異方性焼結磁石の磁界解析及び／または減磁解析を行うことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項８】
磁粉を磁界配向させつつ成形し、成形体を得る工程と、作製した成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを経て製造される異方性焼結磁石を解析する方法において、
予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、寸法及び熱機械特性を測定し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、
成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、
前記三次元配向磁界分布から二次元配向磁界分布を抽出するステップと、
焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、
焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、前記二次元配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、
焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、
焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップと、
を有することを特徴とする異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項９】
さらに前記異方性焼結磁石の磁界解析を行うステップ及び／または減磁解析を行うステ
ップを有することを特徴とする請求項８に記載の異方性焼結磁石の解析方法。
【請求項１０】
予め種々に配向磁界を変化させて焼結体を作製し、収縮率及び線膨張係数を磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とでそれぞれ測定し、測定結果より解析用データベースを作成して記憶しておくステップと、成形工程における成形体の三次元配向磁界分布を解析するステップと、焼結工程中、応力がかからない無応力過程において、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の収縮率を用いて変形量を解析し、応力がかかる応力過程前の形状を求めるステップと、焼結工程中、応力がかかる応力過程において、前記応力過程前の形状を初期形状とし、配向磁界分布に応じて変化させた磁化容易軸方向と磁化困難軸方向の線膨張係数を用いて変形量及び応力を解析し、形状及び応力分布を求めるステップと、焼結工程後、成形体の形状から焼結体の形状に変形した変形量の解析結果に基づいて配向磁界ベクトルを回転させ、焼結体の配向磁界ベクトルの分布を求めるステップと、焼結体を加工した形状での磁気特性分布を焼結体の磁気特性分布からマッピングするステップとによる異方性焼結磁石の解析結果に応じて、焼結体の内部応力が基準設計値よりも小さくなる条件で設計したダイスキャビティの形状を有するダイスと、磁場発生コイルとを含む磁場成形用プレス装置を準備する工程と、
磁石合金の粉末を準備する工程と、
前記磁石合金の粉末を前記磁場成形用プレス装置にて磁場中成形する工程と、
前記磁場中成形により作製された成形体を焼結する工程と、
を有し、
前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは、ポールピース形状にあって、コイル間の距離が前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティに最も近接する部位が、最も遠隔な部位よりも狭くなっており、
前記磁場発生コイルは、ポールピース先端の形状が横断面からみて、三角形状である
ことを特徴とする異方性焼結磁石の製造方法。
【請求項１１】
前記磁場成形用プレス装置を準備する工程において、前記磁場発生コイルは４つ以上あり、前記磁場成形用プレス装置のダイスキャビティ側面にて隣り合う前記磁場発生コイルの極が異なるように設置されていることを特徴とする請求項１０に記載の異方性焼結磁石の製造方法。
【国際調査報告】
2017104788.tif 000027
2017104788.tif 000028
2017104788.tif 000029
2017104788.tif 000030