(57)【要約】【課題】異方性射出磁石より高い磁気特性を有し且つ高価な原料の使用を減らすように製造することが可能な積層極異方複合磁石の製造方法を提供する。【解決手段】低磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた低磁気特性のペレットを、複数の極数を有する極異方性又は異方性の金型に１次射出成型して低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石を形成し、形成された前記異方性樹脂磁石が装入されている前記１次射出成型用の金型より外径の大きい極異方金型に、高磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた高磁気特性のペレットを磁場射出成型して更に高磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石を形成することにより、複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石を製造する。【選択図】図７ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石の製造方法であって、
低磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた低磁気特性のペレットを、複数の極数を有する極異方性又は異方性の金型に１次射出成型して低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層を形成し、
形成された前記極異方性又は異方性樹脂磁石が装入された前記１次射出成型用の前記金型より外径の大きい極異方性の金型に、高磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた高磁気特性のペレットを磁場射出成型して、高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層を更に形成することにより、複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石を製造することを特徴とする積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項２】
前記積層極異方複合磁石は、
前記低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層が内側に形成され、
前記高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層が外側に形成され、
前記内側に形成された前記極異方性又は異方性樹脂磁石層に用いられる永久磁石粉末の温度特性が前記外側に形成された前記極異方性樹脂磁石層に用いられる永久磁石粉末の温度特性と異なることを特徴とする請求項１に記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項３】
前記低磁気特性を有する永久磁石粉末は、フェライト系（Ｂａ系、Ｓｒ系、Ｐｂ系）粉末、フェライト系粉末の混合系粉末、アルニコ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項４】
前記低磁気特性を有する永久磁石粉末は、フェライト系（Ｂａ系、Ｓｒ系、Ｐｂ系）粉末、フェライト系粉末の混合系粉末、アルニコ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項５】
前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項６】
前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項７】
前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とフェライト系の粉末とを混合した粉末とし、
又は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とフェライト系の粉末とを混合した粉末とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項８】
前記積層極異方複合磁石は、極数を２〜１００とし、外径を５〜５００ｍｍとし、高さを５〜５００ｍｍとすることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【請求項９】
前記積層極異方複合磁石は、積層数を２〜４とし、低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層の厚さと高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層の厚さとの比を０.１〜１０：１の範囲とすることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の積層極異方複合磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性射出磁石より高い磁気特性を有し、且つ高価な原料の使用を減らすように製造することが可能な積層極異方複合磁石の製造方法に関する。更に詳しく、本発明は、低磁気特性を有する永久磁石粉末を用いたペレットを１次射出成型して低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石を形成し、形成された極異方性又は異方性樹脂磁石が装入された１次射出成型用の金型より外径の大きい金型に、高磁気特性を有する永久磁石粉末を用いたペレットを磁場射出成型して更に高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石を形成することにより、複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、永久磁石の最も多く活用されているモータ、アクチュエータ、医療機器などの製品における設計技術の進歩、関連部品の小型化、及び素材の高機能化に伴い、高磁気特性を有する永久磁石に対する需要が増加しつつある。
【０００３】
高磁気特性を有する永久磁石の主な応用分野は、ＶＣＲ、レーザプリンタ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ロボット、電動パワーステアリング形(Electric power steering)、自動車燃料ポンプ(Automobile fuel pump)、洗濯機、冷蔵庫、エアコンなどの高出力のモータが活用されている製品である。従って、永久磁石の高性能化を実現することによって、その永久磁石を適用されたモータにおける設計技術の多様化、適用分野の拡大化、性能向上に伴う小型化、小型化による製造コストの低減、及び高効率化によるエネルギーの節約などの効果を期待することができる。そのため、永久磁石の主な研究方向は、高エネルギー積を有する永久磁石材料の開発、または、永久磁石における磁気回路の最適化設計による表面磁束密度の最大化である。前者の場合、永久磁石材料の性能を向上するために材料費用が高くなる。これに対して、後者の場合、磁気回路の設計技術のみによって磁気特性を向上することができるので、経済性は良いという利点がある。
【０００４】
一般的に、リング形異方化ボンド磁石を製造する従来の技術として、射出磁場成型技術及び圧縮磁場成型技術は挙げられる。
【０００５】
前記射出磁場成型技術は、フェライト粉末、アルニコ粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系粉末、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、又はＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末などのボンド磁石用永久磁石粉末を熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン）と混合して、空気又は不活性ガスのある環境で１５０〜３００℃の温度条件で混練してコンパウンドを作り、そして、流動性を与えるようにさらに当該コンパウンドを１５０〜３００℃の温度で加熱してから、磁場を印加しながら当該コンパウンドを一定形状の金型に射出成型することにより異方化ボンド磁石を製造する。
【０００６】
一方、前記圧縮磁場成型技術は、フェライト粉末、アルニコ粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系粉末、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、又はＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末などのボンド磁石用永久磁石粉末をエポキシなどの熱硬化性樹脂と混合して、空気又は不活性ガスのある環境で常温〜１００℃の温度条件で混練してコンパウンドを作り、作られたコンパウンドを一定形状の金型に充填した後、磁場を印加してコンパウンドを磁場方向に配向し、それから磁場圧縮成型を行うことにより異方化ボンド磁石を製造する。
【０００７】
このようなリング形異方化ボンド磁石の製造方法において、磁場成型の際に金型の内部に永久磁石或いは電磁石を用いて磁場を形成した後にコンパウンドを充填すると、磁場方向によって粉末が配向される。この場合、図１ａに示すように、磁石の磁場配向方向がリングの円心からリングの外方へ放射する（矢印方向）ようになっているものはラジアル磁石１０であり、当該ラジアル磁石１０の円周に沿って表面磁束密度を測定すると、鋸波状の表面磁束密度が得られる。
【０００８】
前記ラジアル磁石１０は、磁気特性に優れ、一体型のリング磁石となっているため、「Ｃ」形状の部分に磁石を組み立ることにより作られたリング磁石より経済性が良いが、鋸波状の表面磁束密度によってモータの磁石と電機子の珪素鋼板間の磁気的な引力が増加してコギング(cogging)現像を引き起こす可能性はあるという問題点がある。
【０００９】
一方、図１ｂに示すように、磁場の配向がリングの上に外方へ捻るように分布するようになっているものは極異方磁石２０である。このような極異方磁石２０は、一般的に、同じ永久磁石材料を用いて作られた同じ極数とサイズを有するラジアル磁石と比べて表面磁束密度が３０〜４０％程高いため、モータに適用される場合に正弦波の波形が容易に得られる利点がある。しかしながら、磁石の内部まで磁路を形成するために余分な材料が必要であるので材料費が高くなるという問題点がある。
【００１０】
前記リング形異方化ボンド磁石の製造方法において、磁石の磁気特性（表面磁石密度）を向上させるためには、コンパウンド中の磁性粉末の体積比率を高くする必要がある。さらなる特性の向上が要求される場合、Ｓｍ−Ｃｏ系粉末、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、又はＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末などの希土類粉末が用いられてリング形磁石を製造することになる。しかしながら、希土類粉末は、低磁気特性を有するフェライト粉末と比べて材料費が約１０倍以上高くなるので、高磁気特性が要求されるモータのみに制限して使用されている。
【００１１】
また、安価で且つ適切な磁気特性を有するリング磁石を製造するために、コンパウンドの工程でフェライト粉末と希土類粉末とを一定な比率で混合して、図２ａに示すような極異方複合磁石３０を製造することができる。しかしながら、フェライト粉末と希土類粉末の混合比が５０：５０ｖｏｌ％である混合粉末を用いて製造された極異方複合磁石３０は、図２ｂに示すように表面磁束密度値が希土類粉末の体積比率のみに比例するので、得られた磁石の経済性が低くなる。
【００１２】
また、前記リング形異方化ボンド磁石の製造方法において、高特性のリング磁石を製造するためには、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、又はＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末などの高磁気特性を有する希土類粉末を使用しなければならないが、これらの希土類粉末で製造された異方化ボンド磁石は、温度が高くなるにつれて、保磁力が−０.４〜−０.４５％／℃又は−０.４〜−０.４２％／℃の変化率（温度係数）で急激に低減し、比較的に安価なフェライト粉末（保磁力の温度係数：０.３５〜０.５５％／℃）よりも高温状態における磁石性能の信頼性が低いので、温度の高い環境で運転するモータに適用されることが難いという問題点がある。
【００１３】
従って、従来のリング形異方化ボンド磁石の製造方法は、効率性に限界があるため、これらの製造方法で満足度の高い製品を作るのが難しいという問題を常に抱えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するために磁石の製造効率性を向上させたものであり、安価で高い磁気特性を有し、良好な温度特性を有し、必要に応じて磁石表面における磁束密度の波形を調節することが可能な積層極異方複合磁石の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明は、請求項１に記載の如く、複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石の製造方法であって、低磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた低磁気特性のペレットを、複数の極数を有する極異方性又は異方性の金型に１次射出成型して低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層を形成し、形成された前記極異方性又は異方性樹脂磁石が装入された前記１次射出成型用の前記金型より外径の大きい極異方性の金型に、高磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた高磁気特性のペレットを磁場射出成型して、高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層を更に形成することにより、複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石を製造することを特徴とする積層極異方複合磁石の製造方法を提供するものである。
【００１６】
請求項１によれば、安価な低磁気特性を有する永久磁石粉末を用いたペレットを１次射出成型して低磁気特性を有する極異方性及び異方性樹脂磁石を形成することにより、高価な原料の使用を減らすことができる。
【００１７】
また、請求項１によれば、１次射出成型によって形成された前記極異方性及び異方性樹脂磁石が装入された前記１次射出成型用の金型より外径の大きい金型に、高磁気特性を有する永久磁石粉末を用いたペレットを２次射出成型して更に高磁気特性を有する極異方性及び異方性樹脂磁石を形成するように積層極異方複合磁石を製造することにより、製造された磁石の磁気特性を向上することができる。
【００１８】
好ましくは、請求項２に記載の如く、前記積層極異方複合磁石は、前記低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層が内側に形成され、前記高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層が外側に形成され、前記内側に形成された前記極異方性又は異方性樹脂磁石層に用いられる永久磁石粉末の温度特性が前記外側に形成された前記極異方性樹脂磁石層に用いられる永久磁石粉末の温度特性と異なるように製造される。
【００１９】
好ましくは、請求項３に記載の如く、前記低磁気特性を有する永久磁石粉末は、フェライト系（Ｂａ系、Ｓｒ系、Ｐｂ系）粉末、フェライト系粉末の混合系粉末、アルニコ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とされる。
【００２０】
または、請求項４に記載の如く、前記低磁気特性を有する永久磁石粉末は、フェライト系（Ｂａ系、Ｓｒ系、Ｐｂ系）粉末、フェライト系粉末の混合系粉末、アルニコ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とすることも可能である。
【００２１】
好ましくは、請求項５に記載の如く、前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とされる。
【００２２】
又は、請求項６に記載の如く、前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とすることも可能である。
【００２３】
又は、請求項７に記載の如く、前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とフェライト系の粉末とを混合した粉末とし、又は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とフェライト系の粉末とを混合した粉末とすることも可能である。
【００２４】
好ましくは、請求項８に記載の如く、前記積層極異方複合磁石は、極数を２〜１００とし、外径を５〜５００ｍｍとし、高さを５〜５００ｍｍとするように製造される。
【００２５】
好ましくは、請求項９に記載の如く、前記積層極異方複合磁石は、積層数を２〜４とし、低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層の厚さと高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層の厚さとの比を０.１〜１０：１の範囲とするように製造される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による積層極異方複合磁石の製造方法によれば、高価な原料の使用を減らすことができると同時に、従来の異方性射出磁石より高い磁気特性を有し、安定した温度特性を有し、更にモータの活用性能及び特性に応じて磁石表面における磁束密度波形を容易に調節される磁石を提供することができる。従って、本発明による積層極異方複合磁石の製造方法を適用することによって、磁石の製造効率は向上され、満足度の高い磁石製品を提供することは可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２８】
以下の説明において、関連する慣用及び公知の技術に属する機能又は構成に対する詳細な説明が本発明の要旨を混乱させる可能性があると判断された場合に、その詳細な説明は省略される。
【００２９】
即ち、各図面において、当業者にとって周知の内容の図示は省略され、本発明に関する内容を中心に示すこととする。また、各要素間のサイズの比例関係が実物と多少異なる部分があることは当業者に容易に理解されるべきであるので、別途の説明が省略される。
【００３０】
また、以下の説明に使われる用語は、本発明に係る機能を考慮して設定されたものであり、当業者によって変わる可能性があるので、本明細書に記載されている全ての内容に基づいて定義されるべきである。
【００３１】
本発明は、低磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた低磁気特性のペレットを、複数の極数を有する極異方性又は異方性の金型に１次射出成型して低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層を形成し、形成された前記極異方性又は異方性樹脂磁石が装入された前記１次射出成型用の前記金型より外径の大きい極異方性の金型に、高磁気特性を有する永久磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合して混練することにより作られた高磁気特性のペレットを磁場射出成型して、高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層を更に形成することにより、複数の極数及び積層数を有する積層極異方複合磁石を製造する。
【００３２】
前記積層極異方複合磁石において、前記低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層が内側に形成され、前記高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層が外側に形成され、前記内側に形成された前記極異方性又は異方性樹脂磁石層に用いられる永久磁石粉末の温度特性が前記外側に形成された前記極異方性樹脂磁石層に用いられる永久磁石粉末の温度特性と異なる。
【００３３】
前記低磁気特性を有する永久磁石粉末は、フェライト系（Ｂａ系、Ｓｒ系、Ｐｂ系）粉末、フェライト系粉末の混合系粉末、アルニコ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とすることができる。
【００３４】
または、前記低磁気特性を有する永久磁石粉末は、フェライト系（Ｂａ系、Ｓｒ系、Ｐｂ系）粉末、フェライト系粉末の混合系粉末、アルニコ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とすることもできる。
【００３５】
前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とすることができる。
【００３６】
または、前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とすることもできる。
【００３７】
または、前記高磁気特性を有する永久磁石粉末は、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末とフェライト系の粉末とを混合した粉末とし、或いは、ＳｍＣｏ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、アルニコ粉末、及びＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末よりなる群から選ばれた２〜４種の粉末を混合した粉末とフェライト系の粉末とを混合した粉末とすることもできる。
【００３８】
前記積層極異方複合磁石において、極数を２〜１００とし、外径を５〜５００ｍｍとし、高さを５〜５００ｍｍとすることができる。
【００３９】
前記積層極異方複合磁石において、積層数を２〜４とし、低磁気特性を有する極異方性又は異方性樹脂磁石層の厚さと高磁気特性を有する極異方性樹脂磁石層の厚さとの比を０.１〜１０：１の範囲とすることができる。
【００４０】
次に、本発明による積層極異方複合磁石のより具体的な製造方法を説明する。
【００４１】
まず、１次射出用ペレットを製造する。より具体的には、フェライト系（例えば、Ｂａ、Ｓｒ及びＰｂ系フェライト）粉末、フェライト系混合粉末、又はアルニコ粉末などの低磁気特性の永久磁石粉末と、アミン系カップリング形剤（例えば：日本ユニカ製、Ａ−１１２０）とを核酸で希釈して、スーパーミキサで均一に混合してから乾燥させた後に粉末表面処理を行う。このようにカップリング処理された粉末と熱可塑性樹脂（例えば、Ｎｙｌｏｎ１２：Ｄｅｇｕｓｓａ製、ＺＺ３０００Ｐ）と流動性を向上させるための脂肪酸アミド（日本化成製）とを混合器で均一に混合してから、空気或いは不活性ガスのある環境で１５０〜３３０℃の温度で２軸混練押出機で混練することにより低磁気ペレットを製造する。
【００４２】
そして、２次射出用ペレットを製造する。より具体的には、前記低磁気特性の永久磁石粉末の代わりに、Ｓｍ−Ｃｏ系粉末、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末又はＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末といった高磁気特性の永久磁石粉末を用いて、前記低磁気ペレットを製造する方法と同様に高磁気ペレットを製造する。
【００４３】
前述したように製造されたフェライト又はアルニコなどの１次射出用ペレットを射出機に仕込み、７０〜１１０℃の金型温度、２１０〜３００℃の射出温度、及び８００〜１５００ｋｇ／ｃｍ2の射出圧力を具備する条件で、図３ａに示す８極異方金型（外径４６ｍｍ×内径３０ｍｍ）に磁場を印加しながら１次射出成型を行うことにより図３ｂに示すフェライト極異方磁石を製造する。
【００４４】
そして、製造された前記フェライト極異方磁石を更に図４ａに示す極異方金型（外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍ）に装入してから、前記２次射出用の高磁気ペレットを用いて、前記フェライト極異方磁石を製造する条件と方法と同様に磁場を印加しながら２次射出成型を行うことにより、図４ｂに示す積層極異方複合磁石を製造する。
【００４５】
前記積層極異方複合磁石の製造工程の中で、それぞれのコンパウンドを極異方磁場射出する工程は、粉末を磁場方向に配向して異方化させることにより表面磁束密度を増加させるために最も重要な工程である。本発明では、図３ａに示すように粉末の配向率を極大化するために、配向に必要な磁場を形成する永久磁石３−１として、住友特殊金属社で製作した３９ＳＨ ｇｒａｄｅ（残留磁束密度＝１２.８ｋＧ、保磁力＝２１ｋＯｅ、最大磁気エネルギー積＝３９ＭＧＯｅ）のＮｄ系希土類焼結磁石を適用し、非磁性のスペーサ３−２として、ステライト鋼を適用する。また、永久磁石と射出物間のエアギャップを１ｍｍまで低減し、永久磁石の外側に軟磁性鋼板３−３を磁力線の流れに適するように設計することにより、内部整列磁場を６０００Ｇまで増加させ、射出物の流動性を向上させるために射出温度、ゲート(gate)、及びランナー(runner)などの寸法及び形状を適切に設計した。
【００４６】
また、射出物の中心にシャフト３−４をインサートして一体型ロータ(rotor)を製造することにより、別途のコア組立又はボンディング作業が省略され、磁石の内側に「Ｈ」字形の溝の深さ又は内径を調節することにより最小限の材料比で積層極異方複合磁石を製造することができるように磁石を設計した。
【００４７】
一方、前記ロータはより高い慣性力を持つための適切な重さが要求される。図５ａ及び図６ａに示すように、金型コア３−５を有するように金型の構造を設計して、このような金型を用いて磁場射出すれば、ロータにコアを挿入できるような中空のリング形積層極異方複合磁石を製造することは可能である。
【００４８】
前記１次射出により作られたフェライト極異方磁石７−２（外径４６ｍｍ×内径３０ｍｍ）の表面磁束密度の最大値は１７００Ｇと測定された。更に、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系極異方磁石７−１（外径５０ｍｍ×内径４６ｍｍ）を２次積層射出して作られた図７ａに示す積層極異方複合磁石（外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍ）の表面磁束密度の最大値は、３１００Ｇまでに増加したことが図７ｂに示すグラフから確認することができる。
【００４９】
ＨＤＤＲ処理したＮｂ−Ｆｅ−Ｂを用いて製造された外径５０ｍｍ×内径４６ｍｍの寸法を有する極異方磁石の表面磁束密度の最大値は２１８０Ｇ（実施例４参照）であるので、それに比べて、本発明の製造方法により製造された積層極異方複合磁石の表面磁束密度の最大値は４０％増加した。
【００５０】
前記ＨＤＤＲ処理したＮｂ−Ｆｅ−Ｂを用いて製造された極異方磁石及び本発明による積層極異方複合磁石に同量のＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末が使われている。積層極異方複合磁石は、内側にフェライト粉末が使われるので、別途な材料費が発生するが、フェライト粉末の価格がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末の価格の約１／１０であるので、前記極異方磁石と比べて総計材料費がほぼ同じである。
【００５１】
また、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を用いた外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍの寸法を有する極異方磁石は、表面磁束密度の最大値が４３００Ｇ（実施例３参照）であり、前記積層極異方複合磁石と比べて３５％高くなっているが、材料費が前記積層極異方複合磁石より４倍程高くなるので、経済性が好ましくない。従って、１種の永久磁石粉末を用いて製造された極異方磁石に比べて、２種以上の永久磁石粉末を積層型に構成して製造された積層極異方複合磁石の方は、安価で磁気特性も向上される。
【００５２】
前記積層複合磁石の製造に使われたフェライトとＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂磁石は、残留磁束密度がそれぞれ２.７１ｋＧと７.８９ｋＧであり、最大磁気エネルギー積がそれぞれ１.８５ＭＧＯｅと１２.９７ＭＧＯｅである。従来技術により異なる粉末を５０ｖｏｌ％ずつ混合してからコンパウンドを作り、磁場射出して製造した複合磁石は、残留磁束密度と最大磁気エネルギー積がそれぞれ４.７５ｋＧ及び５.０２ＭＧＯｅであり、本発明により異なる粉末を別途にコンパウンドを作り、各磁石の体積比率が５０ｖｏｌ％となるように１次及び２次磁場射出を行うことにより製造された積層方複合磁石と略同である。
【００５３】
一般的に、磁石がモータに適用されてモータを駆動する力は、フレミングの左手法則の原理に基づいて電機子の長さと電機子に流れる電流と磁石の表面磁束密度との積に比例して増加する。特性の異なる２つの粉末を混合して混練することにより製造した従来の複合磁石に比べて、表面に高磁気特性磁石が形成され、内部に低磁気特性磁石が形成されるように製造された積層型複合磁石の方は、表面磁束密度が約２０％向上した。従って、エネルギーが要求される表面に高特性磁石が形成され、内部に低特性磁石が形成される積層複合磁石は、磁石全体のエネルギーを極大化させることが可能になる。即ち、本発明による積層極異方複合磁石を製造する方法は、２種の粉末を同一の構成にして磁石を製造する場合、最も理想的な複合磁石の製造方法である。
【００５４】
このように外側に高特性永久磁石材料、内側に低特性永久磁石材料で製造された積層型複合極異方磁石は、同じ材料を用いて同じ寸法及び極数で製造した従来のラジアル磁石に比べて、表面磁束密が高くなっている。また、ラジアル磁石は、鋸波の表面磁束密度波形を形成するので、モータに適用される際、電機子の珪素鋼板との磁気的な引力が増加してコギング現象を誘発するという問題点がある。これに対し、本発明による積層型複合極異方磁石は、外側と内側に形成される永久磁石粉末の種類を選択すること、又は外側に形成される高磁気特性永久磁石材料の厚さを調節することにより、様々な形の表面磁束密度波形を形成することができるので、モータ設計の容易さとモータの効率を向上させることができる。
【００５５】
また、更なる高磁気特性が要求される場合、又はより安価で製造する場合、内側及び外側の磁石の形状を変化させることにより、磁気回路を図８ａ及び図８ｂに示すように、応用目的に合わせて様々な方法で最適化させることができる。
【００５６】
一般的に、高磁気特性を示すＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末などの希土類磁石粉末は、常温状態で優れた磁気特性を有するが、高温状態で磁気特性が急激に低下するという欠点がある。例えば、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末を用いて製造された磁石の場合、磁石の性能に対する信頼性を決定する保磁力は１℃の温度増加に対して約−０.４５％程低下するため、温度の増加につれて保磁力は低下していく。
【００５７】
これと反対に、フェライト粉末を用いた磁石は、温度の増加につれて保磁力が０.３５〜０.５５％／℃の温度係数で増加するので熱安定性を有する。従って、積層型複合磁石は、希土類磁石の温度増加による保磁力の低下がフェライト磁石によって補償されるので、安定した熱特性を有する。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る製造方法の実施形態を様々な形に変形することができる。しかしながら、本発明は、前述した詳細な説明の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に定義される本発明の主旨と範囲に包含される全ての変形、同等化、置換えを含むことが理解されるべきである。
【００５９】
次に、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００６０】
Ｓｒ−Ｆｅｒｒｉｔｅ粉末（Ｎｉｐｐｏｎ Ｂｅｎｇａｒａ製、ＯＰ−７１）、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末（Ａｉｃｈｉ ＭＦＣ−１５）、又はＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末（ＳＭＭ製）とアミン系カップリング形剤Ａ−１１２０（日本Ｕｎｉｋａｒ製）を核酸などで希釈してスーパーミキサで均一に混合してから乾燥させた後に粉末表面処理を行う。次に、表面処理された粉末に熱可塑性樹脂であるＮｙｌｏｎ１２（Ｄｅｇｕｓｓａ製、ＺＺ３０００Ｐ）と流動性を向上させるために脂肪酸アミド（日本化成製）とを表１に示す混合比で空気又は不活性ガスのある環境で２１０〜２６０℃の温度下で均一に２軸混練押出機によって混練してペレットを作る。そして、作られたペレットを磁場射出機に仕込み、８０℃の金型温度、２２０〜２７０℃の射出温度、及び９００〜１５００ｋｇ／ｃｍ2の射出圧力を具備した射出条件で、外径３０ｍｍ×高さ５ｍｍの寸法を有する磁場金型に縦方向に磁場射出を行うことにより異方性樹脂磁石を製造した。
【００６１】
前記各粉末及びそれらの混合粉末を用いて磁場射出磁石の磁気特性は、それぞれ表１に示すようになる。表１に示す異方性樹脂磁石を３０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ＢＨ ｔｒａｃｅｒを用いて２０ｋＯｅの磁場を印加しながらＭ−Ｈ曲線を測定した結果である。
【表１】
2005064448.tif 000003
【実施例２】
【００６２】
従来の技術に基づいて、Ｓｒ−Ｆｅｒｒｉｔｅ粉末（Ｎｉｐｐｏｎ Ｂｅｎｇａｒａ製、ＯＰ−７１）と前記粉末対比０.５ｗｔ％のアミン系カップリング形剤Ａ−１１２０（日本Ｕｎｉｋａｒ製）を核酸などで希釈してスーパーミキサで均一に混合してから乾燥させた後に粉末表面処理を行い。カップリング形処理された粉末、熱可塑性樹脂のＮｙｌｏｎ１２（Ｄｅｇｕｓｓａ製、ＺＺ３０００Ｐ）及び脂肪酸アミド（日本化成製）をそれぞれ８９.５ｗｔ％、１０.３ｗｔ％及び０.２ｗｔ％の重量比で混合器で均一に混合してから、２軸混練押出機を用いて２４０℃の温度条件で混練してペレットを作る。作られたペレットを射出機に仕込んで、８０℃の金型温度、２６０℃の射出温度、及び１０００ｋｇ／ｃｍ2の射出圧力を具備した磁場射出条件で、外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ３３ｍｍの寸法を有する８極の極異方金型で磁場射出を行うことにより極異方磁石を製造した。
【００６３】
前記製造工程の中に、それぞれのコンパウンドの極異方磁場射出の工程は、粉末を磁場方向に配向して異方化させて表面磁束密度を増加させるのに最も重要な工程である。本発明では、図３ａに示すように、粉末の配向率を極大化するために、配向に必要な磁場を形成する永久磁石３−１として、住友特殊金属社で製作した３９ＳＨ ｇｒａｄｅ（残留磁束密度＝１２.８ｋＧ、保磁力＝２１ｋＯｅ、最大磁気エネルギー積＝３９ＭＧＯｅ）のＮｄ系希土類焼結磁石を用いて、非磁性のスペーサ３−２としてステライト鋼を用いる。また、永久磁石と射出物間のエアギャップを１ｍｍまで減らして、永久磁石の外側に軟磁性鋼板３−３を磁力線の流れに適するように設計することにより、内部整列磁場を６０００Ｇまで増加させ、射出物の流動性を向上させるために、射出温度、ゲート、及びランナーなどの寸法及び形状を適切に設計した。
【００６４】
図９に示す表面磁束密度の曲線は、表２に示す極異方磁石を２０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ガウスメーターを用いて磁石の外径方向に回転しながらその表面磁束密度を測定した結果である。
【表２】
2005064448.tif 000004
【実施例３】
【００６５】
従来の技術に基づいて、ＨＤＤＲ処理したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末（Ａｉｃｈｉ、ＭＦＣ−１５）と、実施例２と同じ方法でカップリング処理された粉末（９３.３％）と、Ｎｙｌｏｎ１２（Ｄｅｇｕｓｓａ製、ＺＺ３０００Ｐ）（６.４ｗｔ％）及び脂肪酸アミド（日本化成製）（０.３ｗｔ％）とを均一に混合した後に、２３０℃の温度条件で２軸混練押出機によって混練してペレットを作る。作られたペレットを射出機に仕込んで、８０℃の金型温度、２５０℃の射出温度、及び９００ｋｇ／ｃｍ2の射出圧力を具備した磁場射出条件で、外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ３３ｍｍの寸法を有する８極の極異方金型で磁場射出を行うことにより極異方磁石を製造した。前記磁場射出に使用された金型の構造は、実施例２と同様である（図４ａに示す）。
【００６６】
図１０に示す表面磁束密度の曲線は、表３に示す極異方磁石を２０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ガウスメーターを用いて磁石の外径方向に回転しながらその表面磁束密度を測定した結果である。
【表３】
2005064448.tif 000005
【実施例４】
【００６７】
前記実施例３と同じペレット及び磁場射出条件で、外径５０ｍｍ×内径４６ｍｍ×高さ３３ｍｍの寸法を有する８極の極異方金型で磁場射出を行うことにより極異方磁石を製造した。前記磁場射出に使用された金型の構造は実施例２と同様である（図４ａに示す）。
【００６８】
図１１に示す表面磁束密度の曲線は、表４に示す極異方磁石を２０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ガウスメーターを用いて磁石の外径方向に回転しながらその表面磁束密度を測定した結果である。
【表４】
2005064448.tif 000006
【実施例５】
【００６９】
実施例２に用いたペレットと実施例３に用いたペレットを５０：５０ｖｏｌ％の体積比で均一に混合してから、射出成型機に仕込んで、８０℃の金型温度、２４５℃の射出温度、及び９６０ｋｇ／ｃｍ2の射出圧力を具備した磁場射出条件で、外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ３３ｍｍの寸法を有する８極の極異方金型で磁場射出を行うことにより極異方磁石を製造した。前記磁場射出に使用された金型の構造は実施例２と同様である（図４ａに示す）。
【００７０】
図１２に示す表面磁束密度の曲線は、表５に示すように製造された極異方性複合磁石を２０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ガウスメーターを用いて磁石の外径方向に回転しながらその表面磁束密度を測定した結果である。
【表５】
2005064448.tif 000007
【実施例６】
【００７１】
実施例２に用いたペレット及び磁場射出条件で、外径４６ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ３３ｍｍの寸法を有する８極の極異方金型で磁場を印加しながら１次磁場射出を行うことによりフェライト極異方磁石を製造する。製造されたフェライト極異方磁石を外径５０ｍｍ×内径３０ｍｍ×高さ３３ｍｍの寸法を有する極異方金型の中に装入してから、実施例３に用いたペレット及び射出条件で２次磁場射出を行うことにより積層極異方複合磁石を製造した。
【００７２】
図１３に示す表面磁束密度の曲線は、表６に示す積層極異方性複合磁石を２０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ガウスメーターを用いて磁石の外径方向に回転しながらその表面磁束密度を測定した結果である。
【表６】
2005064448.tif 000008
【実施例７】
【００７３】
実施例２及び実施例３に用いたペレット及び磁場射出条件で、外径３０ｍｍ×高さ５ｍｍの寸法を有する磁場金型で縦方向に磁場射出を行うことにより異方性樹脂磁石を製造した。
【００７４】
図１４のグラフは、製造された前記異方性樹脂磁石を３０ｋＯｅの磁場に着磁した後、ＢＨ ｔｒａｃｅｒを用いて２０ｋＯｅの磁場を印加しながら常温〜１２０℃の範囲でその保磁力の変化を測定した結果を示す。前記グラフの縦軸に表記されているβは、温度変化による保磁力の減少率（％／℃）を示す温度係数である。
【００７５】
本発明により製造される積層極異方複合磁石をＶＣＲ、レーザプリンタ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ロボット、電動パワーステアリング形、自動車燃料ポンプ、洗濯機、冷蔵庫、エアコンなどの高出力モータが活用される製品に適用すれば、永久磁石の高性能化の実現によるモータ設計技術の多様化及び適用分野の拡大を図ることが可能となり、更に、性能向上による小型化、及び小型化による製造コストの低減が実現される。
【００７６】
また、本発明によってモータの高効率化が実現されるため、エネルギーの節約は期待される。一方、永久磁石の主な研究方向において、高エネルギー積を有する永久磁石の材料の開発がさらに促進されるともに、永久磁石に対する磁気回路の最適化設計によって当該磁石の表面磁束密度を最大化させることは可能であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１ａ】図１ａは、従来の製造方法に基づいて製造されたラジアル磁石の磁化方向を示す例示図である。
【図１ｂ】図１ｂは、従来の製造方法に基づいて製造された極異方磁石の磁化方向を示す例示図である。
【図２ａ】図２ａは、従来の製造方法に基づいて製造された極異方複合磁石の磁化方向を示す例示図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに示す極異方複合磁石の表面磁束密度を示すグラフである。
【図３ａ】図３ａは、従来の極異方磁石を製造するための磁場射出金型を示す例示図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａに示す磁場射出金型を用いて製造された極異方磁石の断面を示す例示図である。
【図４ａ】図４ａは、本発明による製造方法で積層極異方複合磁石を製造するための磁場射出金型を示す例示図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａに示す磁場射出金型を用いて製造された積層極異方複合磁石の断面を示す例示図である。
【図５ａ】図５ａは、従来の極異方磁石を製造するために用いる磁場射出金型を示す他の例示図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａに示す磁場射出金型を用いて製造される極異方磁石の断面を示す例示図である。
【図６ａ】図６ａは、本発明の製造方法で積層極異方複合磁石を製造するために用いる磁場射出金型を示す他の例示図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａに示す磁場射出金型を用いて製造された積層極異方複合磁石の断面を示す例示図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明の製造方法により製造された積層極異方複合磁石の磁化方向を示す例示図である。
【図７ｂ】図７ｂは、図７ａに示す積層極異方複合磁石の表面磁束密度を示すグラフである。
【図８ａ】図８ａは、本発明により実施可能な積層極異方複合磁石を示す例示図である。
【図８ｂ】図８ｂは、本発明により実施可能な積層極異方複合磁石を示す例示図である。
【図９】図９は、実施例２の極異方磁石の表面磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例３の極異方磁石の表面磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例４の極異方磁石の表面磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例５の極異方性複合磁石の表面磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例６の積層極異方複合磁石の表面磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例７の異方性樹脂磁石の保磁力の変化を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
３−１    永久磁石
３−２    非磁性のスペーサ
３−３    軟磁性鋼鈑
３−４    シャフト
３−５    金型コア
７−１    Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系極異方磁石
７−２    フェライト極異方磁石
【図１ａ】
2005064448.tif 000009
【図１ｂ】
2005064448.tif 000010
【図２ａ】
2005064448.tif 000011
【図２ｂ】
2005064448.tif 000012
【図３ａ】
2005064448.tif 000013
【図３ｂ】
2005064448.tif 000014
【図４ａ】
2005064448.tif 000015
【図４ｂ】
2005064448.tif 000016
【図５ａ】
2005064448.tif 000017
【図５ｂ】
2005064448.tif 000018
【図６ａ】
2005064448.tif 000019
【図６ｂ】
2005064448.tif 000020
【図７ａ】
2005064448.tif 000021
【図７ｂ】
2005064448.tif 000022
【図８ａ】
2005064448.tif 000023
【図８ｂ】
2005064448.tif 000024
【図９】
2005064448.tif 000025
【図１０】
2005064448.tif 000026
【図１１】
2005064448.tif 000027
【図１２】
2005064448.tif 000028
【図１３】
2005064448.tif 000029
【図１４】
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