(57)【要約】      （修正有）【課題】表面磁束密度分布の正弦波整合率安定化と向上をはかり、コギングトルクを防止すること。【解決手段】磁化方向が磁極位置では法線方向で、隣接する磁極の中間位置では接線方向であるとともに、磁極位置とそれに隣接する中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の磁化方向がほぼ一定の角度差を有する極異方性リング磁石。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が磁極位置では法線方向で、隣接する磁極の中間位置では接線方向であるとともに、前記磁極位置とそれに隣接する前記中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の磁化方向がほぼ一定の角度差を有することを特徴とする極異方性リング磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の極異方性リング磁石において、前記要素における実際の磁化方向の理論的磁化方向からの角度ズレが、前記磁極間の中心角の６％以内であることを特徴とする極異方性リング磁石。
【請求項３】
請求項１に記載の極異方性リング磁石において、任意の一本の法線上においては径方向にわたって磁化方向がほぼ一定であることを特徴とする極異方性リング磁石。
【請求項４】
請求項１に記載の極異方性リング磁石において、外径Ｄｏが内径Ｄｉ及び磁極数Ｐに対して下記式：
Ｄｉ＞Ｄｏ  （Ｐ−１．５π）  ／  Ｐ
により表される条件を満足することを特徴とする極異方性リング磁石。
【請求項５】
請求項１に記載の極異方性リング磁石において、周方向の表面磁束密度分布の実測波形が同じ周期及びピーク値の正弦波形に対して９３％以上の整合率を有することを特徴とする極異方性リング磁石。
【請求項６】
請求項１に記載の極異方性リング磁石において、４極以上の磁極数を有することを特徴とする極異方性リング磁石。
【請求項７】
磁粉をリング状キャビティに充填し、磁場中成形することにより極異方性リング磁石を製造する方法であって、（ａ）  前記磁粉の配向方向が磁極位置では法線方向に、かつ隣接する磁極の中間位置では接線方向になるように、かつ（ｂ）  前記磁極位置とそれに隣接する前記中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の配向方向がほぼ一定の角度差を有するように、前記磁場を印加することを特徴とする方法。
【請求項８】
磁化方向が磁極位置では法線方向で、隣接する磁極の中間位置では接線方向であるとともに、前記磁極位置とそれに隣接する前記中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の磁化方向がほぼ一定の角度差を有する極異方性リング磁石を製造するのに用いる磁場中成形装置であって、断面円形状の空隙を有する成形型と、リング状のキャビティを形成するために前記成形型の断面円形状の空隙の中心に配置した円柱状のコアロッドと、前記成形型の内面に開口する複数の空隙部と、各空隙部内に配置された複数のコイルとを有し、前記キャビティに沿って複数のコイルが配列しており、各空隙部内で前記キャビティに沿った複数のコイルがなす中心角θ１と、隣接する空隙部内のコイルがなす中心角θ２との比が０．８〜１．２であることを特徴とする磁場中成形装置。
【請求項９】
請求項８に記載の磁場中成形装置において、前記空隙部は前記キャビティに面する側が拡大していることを特徴とする磁場中成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極異方性リング磁石及びその製造方法及び装置に関し、特にモータに組み込まれた時にコギングトルクを実質的に発生させない極異方性希土類焼結リング磁石及びその製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期モータの回転子等に用いられる磁石として、図１５（ａ）  及び（ｂ）  に示すようにラジアル異方性磁石と極異方性磁石が知られている。いずれの磁石もモータに組み込まれた時にコギングトルクが生じる。コギングトルクは、磁極の矩形性と磁極間の吸引力の強さに依存する。コギングトルクが大きくなると、モータ回転時に振動や騒音が大きくなるので、その低減が望まれている。コギングトルクの低減策として、（ａ）  固定子の歯先形状を工夫する、（ｂ）  磁石の着磁波形を正弦波に近づける、（ｃ）  固定子と回転子双方の磁極数を最適化する、（ｄ）  回転軸方向に平均化するために回転子のスキュー又はスキュー着磁を行う、（ｅ）  磁極間のギャップを広げる等の様々な試みが行われている。
【０００３】
これらのうち、磁石の着磁波形を正弦波に近づける（ｂ）  の手段は、出力をロスすることなくコギングトルクを低減することができる。極異方性リング磁石は、隣接する磁極間の磁束が磁石中を円弧状に流れるため、表面磁束密度分布が正弦波に近い形状であり、矩形波的な表面磁束密度分布を有するラジアル異方性磁石より有利である。また極異方性リング磁石はラジアル異方性リング磁石に比べ表面磁束密度を１．５倍程度に高くすることができるので、ラジアル異方性磁石より高い出力が得られる。
【０００４】
このような極異方性リング磁石の成形装置の例として、例えば特開２０００−２６９０６２号は、表面多極異方性リング磁石を焼結法により製造する際に磁場中成形工程において用いる成形装置であって、筒状の非磁性型枠と柱状のコアロッドとによりリング状の成形空間が構成されており、製造する磁石の極数をｎとしたとき、型枠内にｎ個の溝が設けられ、各溝内に磁界印加用のコイルが埋め込まれており、型枠内の隣接する溝間にｎ個の高透磁率材が埋設されている成形装置を開示している。しかしながらこの成形装置を用いても、十分に正弦波に近い表面磁束密度分布を有する極異方性リング磁石を得ることはできなかった。
【０００５】
極異方性リング磁石の表面磁束密度分布を正弦波に近づけるために、すなわち所望の正弦波整合率にするために、磁場中成形において磁粉を適切に配向させることが必要である。しかしながら特開２０００−２６９０６２号には、磁粉の配向方向をどのようにすれば表面磁束密度が正弦波に近づくかが全く記載されていない。焼結による変形等の要因も加わり、量産品における表面磁束密度分布の正弦波整合率は８５〜９０％程度である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６９０６２号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、表面磁束密度分布の正弦波整合率が安定して高く、モータに組み込まれた時にコギングトルクを実質的に発生させない極異方性リング磁石、及びかかる極異方性リング磁石の製造方法及び装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
正弦波整合率が高い表面磁束密度分布を有する極異方性リング磁石を製造するためには、磁場中成形における磁粉の配向方向を最適化する必要がある。磁粉の配向方向の最適化には、例えば特開２０００−２６９０６２号に教示されているように、磁界印加用コイルや型枠の設計を工夫することが行われているが、いかなる基準で最適化すべきか分かっておらず、設計を試行錯誤で行っているのが実情であった。
【０００９】
最近ではモータの設計に電磁界解析技術が広く利用されており、なかでも有限要素法（ＦＥＭ）は、解析対象をメッシュモデルにして各メッシュを数値化することにより偏微分方程式等を使用せずに現実的な解を得ることができるので有用である。しかしながら、リング磁石の磁化方向の設計（すなわち、最適な磁化方向を発生させるための磁粉の配向方向の設計）をＦＥＭにより行う場合、セグメント磁石やラジアル配向のリング磁石では比較的簡単であるが、極異方性リング磁石では明確な基準が分からなかった。
【００１０】
例えば図１５（ｂ）に示す極異方性リング磁石において、磁極の内側の位置７や、外周上で隣接する磁極の中間位置８ではどのような磁粉の配向が好ましいか全く不明であった。つまり、極異方性リング磁石内において、Ｓ極からＮ極又はＮ極からＳ極へ磁粉がどのように変化するのが望ましいのか不明であった。
【００１１】
このような状況において鋭意研究の結果、本発明者等は、リング磁石成形空間内におけるコイル磁場分布の解析を行ったところ、図３に示すように、磁極位置とそれに隣接する位置との間で磁化方向が等角度ピッチ毎に一定の角度で変化する場合、換言すれば任意の一本の法線上では磁化方向が径方向位置に係わらず同じである場合、表面磁束密度分布が正弦波になることを発見した。本発明はかかる発見に基づき完成したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の極異方性リング磁石は、磁化方向が磁極位置では法線方向で、隣接する磁極の中間位置では接線方向であるとともに、前記磁極位置とそれに隣接する前記中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の磁化方向がほぼ一定の角度差を有することを特徴とする。
【００１３】
前記要素における実際の磁化方向の理論的磁化方向からの角度ズレは前記磁極間の中心角の６％以内であるのが好ましい。
【００１４】
極異方性リング磁石の任意の一本の法線上においては、径方向にわたって磁化方向がほぼ一定であるのが好ましい。
【００１５】
極異方性リング磁石の外径Ｄｏは、内径Ｄｉ及び磁極数Ｐに対して、
式：Ｄｉ＞Ｄｏ  （Ｐ−１．５π）  ／  Ｐにより表される条件を満足するのが好ましい。
【００１６】
周方向の表面磁束密度分布の実測波形は同じ周期及びピーク値の正弦波形に対して９３％以上の整合率を有するのが好ましい。
【００１７】
本発明の極異方性リング磁石の製造方法は、磁粉をリング状キャビティに充填して磁場中成形する際に、（ａ）  前記磁粉の配向方向が磁極位置では法線方向に、かつ隣接する磁極の中間位置では接線方向になるように、かつ（ｂ）  前記磁極位置とそれに隣接する前記中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の配向方向がほぼ一定の角度差を有するように、前記磁場を印加することを特徴とする。
【００１８】
上記極異方性リング磁石を製造するのに用いる本発明の磁場中成形装置は、断面円形状の空隙を有する成形型と、リング状のキャビティを形成するために前記成形型の断面円形状の空隙の中心に配置した円柱状のコアロッドと、前記成形型の内面に開口する複数の空隙部と、各空隙部内に配置された複数のコイルとを有し、前記キャビティに沿って複数のコイルが配列しており、各空隙部内で前記キャビティに沿った複数のコイルがなす中心角θ１と、隣接する空隙部内のコイルがなす中心角θ２との比が０．８〜１．２であることを特徴とする。この空隙部は前記キャビティに面する側が拡大していることが好ましい。
【００１９】
図３に部分的に示す極異方性リング磁石の例では、（ａ）  扇形の破線Ｕ内の矢印で示すように、磁化方向が磁極位置では法線方向（Ｎ極とＳ極とで磁化方向は正反対）、隣接する磁極の中間位置では接線方向であるとともに、（ｂ）  扇形の破線Ｖ２内の矢印で示すように、磁極位置と中間位置との間の領域を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の磁化方向がほぼ一定の角度差を有することを特徴とする。各要素における実際の磁化方向の理論的磁化方向からのズレは、磁極間の中心角の６％以内であるのが望ましい。
【００２０】
「理論的磁化方向」は、図３を参照して、以下の通り定義される。図３は、８極の極異方性リング磁石において、Ｓ極の磁極位置５から中間位置６へ到る領域１７（２２．５°）を５等分した例を示す。Ｓ極５に続く破線Ｕ内の各要素Ｐ１，  Ｐ２，  Ｐ３，  Ｐ４（領域１７を５等分するラインにより表す）では、Ｓ極の磁化方向を基準にして一定の角度差で順次磁化方向が変化している。これにより、Ｓ極５から中間位置６まで比例的に磁化方向が変化する。すなわち、Ｓ極５における法線方向と中間位置６における接線方向の間の角度（本例の場合−６７．５°）を要素の数（５）で割った角度（１３．５°）だけ、磁化方向（配向方向）は順次変化する。図３に示す例では、Ｎ極での磁化方向Ｗ０が０°で、磁極間の要素数が１０であるので、理論的には、Ｎ極の隣の要素の磁化方向Ｗ１は−１３．５°であり、その隣の要素の磁化方向Ｗ２は−２７．０°である。
【００２１】
実際の磁化方向と理論的磁化方向との間にズレがないのが理想である。例えば８極の極異方性リング磁石では隣接する磁極間の中心角は４５°であるので、理論的磁化方向に対して許容される実際の磁化方向の角度ズレは４５°×０．０６  ＝  ２．７°である。つまり、実際の磁化方向Ｗ１は−１３．５°±２．７°の範囲内であれば良く、また実際の磁化方向Ｗ２は−２７．０°±２．７°の範囲内であれば良い。この条件を満たすと、表面磁束密度分布の正弦波整合率は９３％以上となる。
【００２２】
さらに本発明の極異方性リング磁石は、図３の破線Ｖ１，  Ｖ２中に示すように、任意の一本の法線上では配向方向がほぼ一定である（径方向に変化しない）という特徴を有する。言いかえれば、図１５（ｂ）  の磁極１１ａから磁極１１ｂまでの磁束線は同じ曲率の円弧で表すことができるので、実質的には一本の曲線９だけで表しても良い。これに対して、図１６に点線で示すような曲率が異なる複数の磁束線が存在する極異方性リング磁石では、表面磁束密度分布の正弦波整合率は低い。つまり、隣接する磁極間では同じ曲率の円弧に沿って配向していないと、高い正弦波整合率が得られない。
【００２３】
薄肉の極異方性リング磁石であってもこの条件は変わらない。例えば隣接する磁極を連結する磁気回路が図５（ｂ）に示すように磁極間の中心位置１０を含む領域で途切れていても（磁束線がリング磁石の内周面より突出していても）、正弦波整合率が優れた極異方性リング磁石が得られることが分かった。
【００２４】
磁束線を表す曲線と隣接する磁極の中間位置１０との交点は、図５（ａ）に示すようにリング磁石の内周面と接するか、又は図５（ｂ）に示すようにリング磁石の内周面より内側に突出するのが好ましい。図５（ａ）において破線で示す内周面を有するように極異方性リング磁石を厚肉化しても磁気特性の向上がほとんど得られず、単にリング磁石の重量の増大及びコスト高に繋がるだけである。
これから、破線で示す内周面を有する極異方性リング磁石は必要以上の肉厚Ｗｄを有することが分かる。極異方性リング磁石の内径Ｄｉは、外径Ｄｏ及び磁極数Ｐから、Ｄｉ＞Ｄｏ  （Ｐ−１．５π）  ／  Ｐの式により設計可能である。
【００２５】
この規定理由を図４を用いて説明する。解析の結果、磁石の肉厚と磁極幅の比がある値を超えると、表面磁束密度の飽和率（飽和磁束密度を１００％としたときの相対値）がほぼ一定となることが分かった。図４において、横軸は半極幅（磁極から隣接する中間位置までの外周長さ）に対するリング磁石の径方向肉厚の比（％）を示し、縦軸は外径Ｄｏを一定とし、内径Ｄｉを変化させた時の表面磁束密度の飽和率［最大値に対する比率（％）］を示す。リング磁石の肉厚は（外径Ｄｏ−内径Ｄｉ）÷２であり、半極幅は外径Ｄｏ×π÷磁極数Ｐ÷２である。半極幅に対するリング磁石の肉厚が１５０％以上になると、磁束密度が飽和することが分かる。ピーク磁束密度は、外径及び磁極数によらずほぼ１５０％で飽和する。従って、極異方性リング磁石をそれより厚肉化しても、内径側に駄肉部ができるだけで、磁気特性の向上は得られない。これから、横軸の１５０％を閾値として、１．５＞（リング磁石の肉厚／半極幅）を整理し、式（１）  を得る。
【００２６】
法線方向では配向方向が径方向に変わらないから、外径／内径比の大きな極異方性リング磁石を製造した後で、内周面を切削加工して薄肉の極異方性リング磁石としても、正弦波整合率は変わらない。Ｄｉ＞Ｄｏ  （Ｐ−１．５π）  ／  Ｐを満たすように薄肉化すれば、軽量で高速を要求するディスク型モータのような用途に特に好適な極異方性リング磁石が得られる。
【００２７】
本発明では配向方向を磁気カー効果を利用した振動試料磁力計を用いて測定したが、Ｘ線回折、カー効果等による磁区構造観察、反射電子線回折、ラザフォードバックスキャッタリング等の手法によっても配向方向を測定することができる。
【００２８】
本発明の極異方性リング磁石が得られる組成としては、ＮｄＦｅＢ等のＲ２Ｔ１４Ｂ系磁石（Ｒは希土類元素、Ｔは遷移元素）、ＳｍＣｏ等のＲＣｏ５系やＲ２Ｃｏ１７系磁石、ＳｍＦｅＮ等のＲ２Ｔ１７Ｎ系及びＲＴ１２Ｎ系磁石、特にＲ２Ｔ１４Ｂ系焼結磁石が挙げられるが、他の組成の磁石でも良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図２は極異方性希土類焼結リング磁石の製造工程を概要的に示す。焼結磁石の着磁パターンは一般に、磁粉を配向して成形する磁場中成形工程１、焼結工程２、加工工程３及び着磁工程４によって決定されるが、極異方性リング磁石では着磁工程４で磁粉の配向を矯正することは困難であるので、磁場中成形工程１における磁粉の配向は極めて重要である。
【００３０】
磁粉として例えばＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ系磁粉を使用することができる。なお、ＮｄにＤｙ等他の希土類元素を添加しても良く、ＦｅにＣｏを添加しても良く、ＢにＢ以外の半金属元素を添加しても良い。磁粉の粒度分布は３〜１０  μｍ程度に調整するのが好ましい。
【００３１】
図１は、８極の極異方性リング磁石のＳ極からＮ極までの領域において、表面磁束密度分布を正弦波に一致させるための磁化方向を示す。磁化容易方向（配向方向）は、Ｓ極及びＮ極の磁極位置５では向きは異なるが半径方向（法線方向）であり、Ｓ極とＮ極の中間の位置（磁極中間位置）６では、法線方向と直交する方向（接線方向）である。これらの位置５，  ６における磁化方向の設定は容易であるが、それらの間の領域１７，１７における磁化方向をいかに設定するかが重要である。本発明者等による解析の結果、領域１７，１７における磁化方向については、磁極５，６間を等角度ピッチに分割し、各分割要素における磁化方向を順次等角度づつ増加又は減少させれば良いことが分かった。
【００３２】
表面磁束密度分布の正弦波整合率を９３％以上とするには、実際の磁化方向と理論的磁化方向との角度ズレが磁極間の中心角の６％以内とするのが好ましい。角度ズレを３％以内、さらには２％以内とすると、９８％以上の正弦波整合率が達成できる。なお表面磁束密度分布の正弦波整合率は、図８に示すように表面磁束密度分布の実側波形と周期及びピーク値が同じ正弦波との比較から求める。具体的には、実測波形の半波面積Ｓａと正弦波の半波面積Ｓｂとの差の絶対値｜Ｓａ−Ｓｂ｜を正弦波の半波面積Ｓｂで割った商Ａを求め、（１−Ａ）×１００を正弦波整合率とする。
【００３３】
径方向については、図３の破線Ｖ１，  Ｖ２で示すように、半径方向位置に依らずほぼ同じであるのが好ましい。径方向の実際の磁化方向は、理論磁化方向に対し角度ズレがないことが理想であるが、９３％以上の正弦波整合率を得るためには±２．５°まで許容でき、好ましくは±１°以内、さらに±０．５°以内とすると正弦波整合率９５％以上が実現できる。
【００３４】
図７は実施例１の極異方性リング磁石の表面磁束密度分布の計算値と実測値との関係を示す。図７の結果から、両者がよく合致していることが分かる。図９は実際の極異方性リング磁石の全周における表面磁束密度分布の測定結果を示す。
なお、磁化方向は法線方向では半径方向位置に関係なく同じであるとしてよいため、解析に当っては磁界はリング磁石の肉厚の中央に作用すると仮定できる。
【００３５】
本発明の要件を満たす磁化方向、すなわち配向方向を有する極異方性リング磁石を製造するためには、磁場中成形型の構造が重要であることが分かった。これは、図１７（ａ）  〜（ｃ）  に示す磁場中成形型の比較から明らかとなる。
【００３６】
図１７（ａ）  に示す構造の磁場中成形型は従来から使用されているもので、断面円形状の空隙を有する磁性体からなる成形型２１と、成形型２１の断面円形状の空隙の中心に配置された円柱状のコアロッド２２とを有し、成形型２１はその内面に開口する複数のスリット状空隙部２３と、空隙部２３を覆うように内面に設けられた非磁性スリーブ２４とを有する。各空隙部２３には複数のコイル２５が配置されている。各コイル２５は図示の極性を発生するように直列に連結されている。各空隙部２３内のコイル２５がなす中心角θ１に対して、隣接する空隙部２３内のコイル２５がなす中心角θ２は十分に大きい。このような場合、各空隙部２３内のコイル２５が発生する磁場はほぼ同心円状であるが、隣接する逆極性の磁場の重なりが少ないので、成形型２１のキャビティ２６内の磁化方向は、本発明の要件を満たさない。一般に図１７（ａ）  に示す磁場中成形型で得られる極異方性リング磁石の表面磁束密度分布の正弦波整合率は約８５〜９０％程度である。
【００３７】
図１７（ｂ）  に示す構造の磁場中成形型は、本発明の極異方性リング磁石を得るのに好適である。この磁場中成形型の特徴は、各空隙部２３のうちキャビティ２６に面する側が拡大していて、キャビティ２６の表面に沿って複数のコイル２５が配列するようになっており、各空隙部２３の内面側に配置された複数のコイル２５がなす中心角θ１と、隣接する空隙部２３内のコイル２５がなす中心角θ２とが実質的に等しいことである。磁場解析の結果、θ１≒θ２  の場合、各空隙部２３内の複数のコイル２５が発生するほぼ同心円状の磁場は、隣接する空隙部２３内の複数のコイル２５が発生する逆極性のほぼ同心円状の磁場と重なって、交互にＮ極、Ｓ極を形成するとともに、磁極間の磁化方向はほぼ円形になる。すなわち、磁極位置とそれに隣接する中間位置との間を等角度ピッチの要素に分割した時、隣接する要素の磁化方向がほぼ一定の角度差を有する。このような磁化方向を有する極異方性リング磁石の場合、表面磁束密度分布の正弦波整合率は非常に高い。
【００３８】
各要素における実際の磁化方向の理論的磁化方向からの角度ズレが磁極間の中心角の６％以内であるためには（正弦波整合率を９３％以上とするためには）、中心角θ１／中心角θ２の比を０．８〜１．２とするのが好ましい。中心角θ１／中心角θ２の比の好ましい範囲は０．９〜１．１であり、より好ましい範囲は０．９５〜１．０５である。
【００３９】
特に需要の多い磁極数８極〜１６極の極異方性リング磁石で、上記中心角θ１／中心角θ２の条件を満たすためには、各空隙部２３の内面側に配置されたコイル２５の数は好ましくは２〜１０であり、より好ましくは３〜８である。上記コイル２５の数が１であると、各コイル２５の外径が大きすぎ、キャビティ２６内に磁場を形成する効率が低い。また上記コイル２５の数を１０超とすると、各コイル２５の結線が複雑化し、かつコイル２５を構成する導線の径が小さくなり、大電力のパルスの負荷に耐えられない。
【００４０】
また図１７（ｃ）  に示すように、各空隙部２３が拡大して、各空隙部２３の内面側に配置された複数のコイル２５がなす中心角θ１が隣接する空隙部２３内のコイル２５がなす中心角θ２より著しく大きくなると、極異方性リング磁石内の磁化方向は本発明の要件を満たさなくなり、その結果表面磁束密度分布の正弦波整合率は著しく低下する。
【００４１】
磁場中成形工程を経て得られた極異方性リング磁石では、焼結による収縮率が磁化容易方向（磁極位置）とその直交方向（磁極中間位置）とで１０％近く異なる。このため、極異方性リング磁石では磁極部が凹状で、磁極中間部が凸状になり、焼結体の切削加工が必要になるだけでなく、成形時の配向状態が着磁工程でも維持されるとは限らない。このため、製品寸法、材質、磁化の程度等により決まる極異方性リング磁石の変形の度合いを考慮して、磁場中成形における配向方向を調整するのが好ましい。
【００４２】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４３】
【実施例】
実施例１
８極の極異方性リング磁石（外径３２  ｍｍ×内径２４  ｍｍ×長さ２５  ｍｍ）を以下の手順により製造した。まず質量％で２０．０％のＮｄ，  ８．５％のＰｒ，  ４．５％のＤｙ，  １．０％のＢ，  ２．０％のＣｏ，  ０．１％のＧａ，  ０．１５％のＣｕ，  及び残部Ｆｅからなる希土類磁石合金を水素吸蔵法によって脆化した後、粗粉砕し、３２メッシュの篩により分級して、５００  μｍ以下の粒径の粗粉を得た。この粗粉２００  ｋｇにパラフィンワックスを０．０２質量％添加して、Ｖ型混合機中で混合し、原料粗粉とした。原料粗粉を酸素濃度０．００１体積％の窒素ガス気流中でジェットミル微粉砕し、３０分毎に平均粒径を測定し、平均粒径５．０  μｍ以下の成形用粉末を得た。
【００４４】
磁場中成形は、図１７（ｂ）  に示す磁場中成形用型（θ１≒θ２）を使用し、理論的磁化方向に対する実際の磁化方向の角度ズレが±０．５°以内となるようにしながら、経験的に知られている焼結による変形を考慮して磁場を印加しながら、Ａｒガス雰囲気中で行った。
【００４５】
得られた成形体を４  ×  １０−４  Ｔｏｒｒの真空中で１，０８０℃で２時間焼結した。得られた焼結体にＡｒガス雰囲気中で９００℃で２時間の熱処理と、５５０℃で１時間の熱処理を施した。加工及び着磁後の極異方性リング磁石の表面磁束密度分布の波形の実測値を図６に示す。図６から明らかなように、本実施例の正弦波整合率は約９８％であった。
【００４６】
比較例１
実際の磁化方向の理論的磁化方向からの角度ズレが±２．７°超である以外実施例１と同じ条件で８極の極異方性リング磁石を製造し、表面磁束密度分布の波形を実測した。比較例１の実測値を図６に示す。比較例１の正弦波整合率は約９０％であった。
【００４７】
実施例２
８極の極異方性リング磁石について、任意の位相角度における磁化方向を磁場解析により検討した。図１０に解析モデルの座標系を示す。図１０に示すように、解析モデル中の任意の位置における位相角度φ及び磁化方向θはＸ軸となす角とする。８極の極異方性リング磁石では、Ｎ極の中心５では磁化はＸ軸方向であり、θ  ＝  ０°である。Ｎ極及びＳ極の中間位置６（φ  ＝  ２２．５°）では、磁化は径方向と垂直な方向であり、θ  ＝  ６７．５°である。
【００４８】
図１１（ａ）に示すように、磁極中心（位相角度φ  ＝磁化方向、θ  ＝  ０°）から磁極間の中間位置（φ  ＝  ２２．５°、θ  ＝  ６７．５°）にかけて等ピッチで位相角度φが変化するとき等角度ずつ磁化方向θが増加又は減少する場合、磁化方向θは波形歪次数ｄ  ＝  １．０の直線（１次式）で表される。一方、ラジアル異方性磁石のように、極中央での磁化方向の変化が緩やかで、磁極間の中間点で磁化方向が急激に変わる場合、磁化方向θは波形歪次数ｄ  ＝  １．８の曲線（高次関数）で近似される。波形歪次数ｄが大きいほど、中間点近傍での磁化方向の変化量が急峻となる。
【００４９】
さらに表面磁束密度の波形について詳細に検討するため、本発明者等は波形の指標として、図１１（ａ）における磁化方向が位相角度φの何次の関数（歪次数ｄ）として近似できるかを解析した。
【００５０】
表面磁束密度波形を電磁界解析したところ、図１１（ｂ）に示すように、磁化方向θが等角度ずつ増加又は減少する場合（ｄ  ＝  １．０）、正弦波に非常に近い表面磁束密度分布を得られることが分かった。歪次数ｄが大きくなるほど表面磁束密度のピーク値は低下し、ｄ  ＝  １．８の曲線のように矩形波状となる。
【００５１】
波形の歪次数ｄをそれぞれ１．３及び１．５に変えた場合の磁場解析の結果を図１１（ａ）及び（ｂ）  に併記する。歪次数ｄは、極異方性リング磁石の理想状態では１．０であり、ラジアル異方性磁石の場合には約２以上となることが分かった。
【００５２】
極異方性リング磁石の表面磁束密度の波形を示す上記２つの指標（磁場解析上便利な歪次数ｄ及び実測が容易な正弦波整合率）の関係を図１２に示す。従来、焼結による変形等の製造上の困難さから、量産レベルでの極異方性リング磁石の表面磁束密度は、歪次数が約１．３〜１．５で正弦波整合率が約８２〜８９％であった。
【００５３】
表面磁束密度の波形とコギングトルクとの関係について解析した結果、図１３に示すように、歪次数１．２以下でコギングトルクの顕著な低減が見られた。このとき、正弦波整合率は９３％以上であった。
【００５４】
実施例３
極異方性リング磁石の肉厚と表面磁束密度分布との関係について調査した結果、図１４に示すように、肉厚の減少とともに表面磁束密度が低下することが分かった。しかし、肉厚が減少しても、正弦波整合率には変化がないことを確認した。
例えば図５（ａ）に示す極異方性リング磁石は表面磁束密度が高く、図５（ｂ）に示す極異方性リング磁石は表面磁束密度が低いが、正弦波整合率については両者の間に差はない。
【００５５】
外径３８  ｍｍで内径１５  ｍｍ以下の厚肉の極異方性リング磁石でも、同外径で内径１８  ｍｍのものと同じ表面磁束密度しか得られない。これから、図５（ａ）に示す幅Ｗの内周部分は極異方性リング磁石の磁気特性の向上にほとんど寄与しないことが確認された。このため、幅Ｗが実質的に存在しない形状に設計するのが好ましい。
【００５６】
上記実施例では８極の極異方性リング磁石について説明したが、本発明はこれに限らず、４極以上の極異方性リング磁石に適用可能である。特に需要の多い８極〜１６極の高品質の極異方性リング磁石を製造するのに好適である。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により、極異方性リング磁石の表面磁束密度分布が正弦波に合致するように磁場中成形における磁粉配向方向を設定することができる。また従来は肉厚を経験的に設定していたので、リング磁石が無駄に厚くても分からなかったが、本発明により表面磁束密度の発生に無駄となる部分のない肉厚さを有する極異方性リング磁石を設計することができ、軽量化及びコスト削減の点で非常に有利である。これにより、コギングトルクを従来より著しく低減した軽量化モータが実現できる。さらに本発明により極端に薄くても正弦波整合率が高い極異方性リング磁石が得られるため、ハードディスク用モータ等の高速モータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極異方性リング磁石の磁化方向を示す概略図である。
【図２】極異方性リング磁石の製造工程を概要的に示す図である。
【図３】本発明の極異方性リング磁石の配向方向を示す概略図である。
【図４】リング磁石の肉厚／半極幅と表面磁束密度の飽和率との関係を示すグラフである。
【図５】極異方性リング磁石における磁束線と肉厚との関係を示す概略図であり、（ａ）は極異方性リング磁石の一例を示し、（ｂ）  は極異方性リング磁石の他の例を示す。
【図６】実施例及び比較例における着磁波形の実測値を示すグラフである。
【図７】実施例１の極異方性リング磁石の磁化方向における表面磁束密度分布の計算値と実測値を示すグラフである。
【図８】表面磁束密度分布の正弦波整合率を説明するための図である。
【図９】本発明の極異方性リング磁石の表面磁束密度分布の測定結果を示すグラフである。
【図１０】磁化方向及び位相角度の定義を示す図である。
【図１１】位相角度と磁石特性との関係を示すグラフであり、（ａ）  は位相角度と磁化方向との関係を示し、（ｂ）  は位相角度と表面磁束密度との関係を示す。
【図１２】歪次数と表面磁束密度分布の正弦波整合率との関係を示すグラフである。
【図１３】歪次数とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図１４】極異方性リング磁石の種々の肉厚における磁極角と表面磁束密度との関係を示すグラフである。
【図１５】リング磁石の磁化方向を示す概略図であり、（ａ）  はラジアル異方性リング磁石の磁化方向を示し、（ｂ）  は極異方性リング磁石の磁化方向を示す。
【図１６】極異方性リング磁石の磁化方向の一例を示す概略図である。
【図１７】極異方性リング磁石用の磁場中成形型を示す断面図であり、（ａ）  は従来の極異方性リング磁石用の磁場中成形型の一例を示し、（ｂ）  は本発明の極異方性リング磁石用の磁場中成形型の一例を示し、（ｃ）  は比較例の極異方性リング磁石用の磁場中成形型の一例を示す。
【符号の説明】
１・・・磁場中成形工程
２・・・焼結工程
３・・・加工工程
４・・・着磁工程
５・・・磁極位置
６・・・磁極中間位置
７・・・磁極位置の内周側
８・・・磁極位置の外周側
９・・・曲線
１０・・・磁極間の中心位置
１１ａ，  １１ｂ・・・磁極
１７・・・領域
２１・・・成形型
２２・・・コアロッド
２３ａ，  ２３ｂ，  ２３ｃ・・・空隙部
２４・・・非磁性スリーブ
２５・・・コイル
２６・・・キャビティ
【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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